JP3689490B2 - ノズル部材の製造方法及びそれを用いた加工装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はノズル部材の製造方法及びそれを用いた加工装置に関し、特にマスク面上の照射領域を適切に設定し、マスク面を直線帯状に均一に、且つ効率的に照明し、マスクに設けた物体(マスクパターン)を所定面上に投影する際に好適な、例えばインクジェット方式のプリンタに使用するノズル部材を製作する際に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、マスク投影方式によって精密部品を製作することが普及してきた。レーザを光源として、これで照明されたマスク上のパターンを投影レンズによって被加工面に投影して、光エネルギーでもってワークピースを精密加工するこの方式は、特に高い生産性と、安定且つ高精度で加工できる点が優れている。
【0003】
マスク投影方式によるレーザ加工に適している部品加工の一つとしてバブル・ジェット・プリンタ(以下、インクジェットプリンタと称す。)のオリフィス・プレート(ノズル部材)の穴あけ加工がある。一般的に、インクジェットプリンタとは一列に並んだ直径20μm 〜50μm の多数の***からインクを紙面上に断続的に吐出して文字、図形を印刷するタイプのプリンタであり、オリフィス・プレートとはこのインクを吐出する多数の***(ノズル)を有する部材である。プリントする文字の品位を高めるためにはインク吐出のタイミングの精密な制御と共に、オリフィス・プレート上の多数の***を高精度で製作することが重要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来、オリフィス・プレートの穴あけを光加工によって行えば、高い生産性が得られたが、この時、光源としてエキシマレーザを利用すると、エキシマレーザの光軸の経時変化により、照明領域の位置が変化するという問題があった。
【0005】
又、このオリフィス・プレートの穴あけ加工を行うに当たって、同時に2個或はそれ以上の個数を加工出来れば、オリフィス・プレートの生産性は飛躍的に高まるが、従来は、同時に複数個を加工できる装置や方法はなかった。
【0006】
又、線状のマスクパターンを照明するのにマスクパターンの長手方向にはケーラ照明、短手(幅)方向にはクリティカル照明を行う照明系も知られているが、マスクパターンのパターンやパターン寸法によっては幅方向の照明強度分布の均一性が不足し、加工寸法の精度が不足することが生じる。
【0007】
本発明の目的は、複数の光束を発生させてマスクを照明し、その際、振幅分割をも利用して該複数の光束を発生させて光源の経時変化に対して強く、エネルギーの利用効率の高いノズル部材の製造方法及びそれを用いた加工装置の提供である。
【0008】
更に、
(1−1) 同時に加工片の複数カ所又は複数の加工片を照明し、高い生産性でノズル部材を製造出来る。
(1−2) 1個加工によりノズル部材を製造する際、マスクパターンの幅方向の照明強度分布をより平坦化して、従来のものより照明光の持つ不均一性の影響を受けにくく、より高い加工精度が得られる。
(1−3) マスクパターンの形状や寸法に応じて照明方法を適切に選択出来、もってエネルギー損失を低減できる。
等の少なくとも1つの効果を有するノズル部材の製造方法及びそれを用いた加工装置の提供である。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明のノズル部材の製造方法は複数個の照明光束を形成するためにレーザー光源からの光を振幅分割する段階と、
マスクに形成した複数のマスクパターンを同時に加工片へ露光するために、該複数のマスクパターンの各々を前記複数個の照明光束の内の対応する照明光束により照明する段階とを有することを特徴としている。
【0010】
請求項2の発明は請求項1の発明において前記マスクパターンはノズル部材のノズル穴に対応する複数個の小さな開口を第1の方向に並べたパターンであることを特徴としている。
請求項3の発明は請求項2の発明において前記照明光束は前記マスクの位置において前記第1の方向に延びた複数の線状の照明領域に集光することを特徴としている。
請求項4の発明は請求項3の発明において前記複数のマスクパターンは前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って互いに平行に配置していることを特徴としている。
請求項5の発明は請求項4の発明において前記複数のマスクパターンを共通の基板上に形成していることを特徴としている。
請求項6の発明は請求項5の発明において前記光源からの光を分割する段階は、光軸を含む第2の断面に関して、該光源からの光をn個(n2)の互いに略平行な照明光束L0,1〜L0,nに振幅分割で分割し、次いで光軸を含み且つ該第2の断面に直交する第1の断面に関して、各光束L0,j(但しj=1〜n)を夫々m個(m2)の照明光束L1,j〜Lm,jに分割すると共に該照明光束L1,j〜Lm,jを互いに異なる方向に向けて第1の位置で交差せしめ、次いで該第2の断面に関して、該第1の位置で交差した各照明光束Li,1〜Li,n(但しi=1〜m)を互いに異なる方向に向けて第2の位置で交差せしめて複数の照明光束L1,1〜Lm,nを形成する又は該第1の位置で交差した各照明光束Li,1〜Li,n(但しi=1〜m)の各々を更にq個の照明光束Li,j,1〜Li,j,qに分割すると共に互いに異なる方向に向けて第2の位置で交差せしめて複数の照明光束L1,1,1〜Lm,n,qを形成する工程を含むことを特徴としている。
請求項7の発明は請求項6の発明において前記複数のマスクパターンを通過した光は共通の加工片上の相異なる位置を照射することを特徴としている。
請求項8の発明は請求項6の発明において前記複数のマスクパターンを通過した光は互いに異なる加工片上を照射することを特徴としている。
請求項9の発明は請求項6〜8のいずれか1項の発明において前記複数個の照明光束を共通の光学系を介して前記複数のマスクパターンに向けることを特徴としている。
請求項10の発明は請求項6〜9のいずれか1項の発明において前記複数のマスクパターンを通過した照明光束は投影光学系を介して前記加工片上に向けられ、この照明光束によって該複数のマスクパターンの像を該加工片上に形成することを特徴としている。
請求項11の発明は請求項10の発明において前記光源はエキシマレーザであることを特徴としている。
【0011】
請求項12の発明のインクジェットプリンタの製造方法は請求項1〜11のいずれか1項に記載のノズル部材の製造方法によりノズル部材を製造する段階を有することを特徴としている。
【0014】
請求項13の発明は請求項1〜11のいずれか1項に記載のノズル部材の製造方法によりノズル部材を製造する加工機であって光軸を含む第2の断面に関して、前記光源からの光をn個(n≧2)の照明光束L0,1〜L0,nに振幅分割で分割する光束分割手段と、光軸を含み且つ該第2の断面に直交する第1の断面に関して、各光束L0,j(但しj=1〜n)を夫々m個(m≧2)の照明光束L1,j〜Lm,jに分割し且つ該照明光束L1,j〜Lm,jを互いに異なる方向に向けて第1の位置で交差せしめる第1光学部材と、該第2の断面に関して、該第1の位置で交差した各照明光束Li,1〜Li,n(但しi=1〜m)を互いに異なる方向に向けて第2の位置で交差せしめる又は該第1の位置で交差した各照明光束Li,1〜Li,n(但しi=1〜m)の各々を更にq個の照明光束Li,j,1〜Li,j,qに分割すると共に互いに異なる方向に向けて第2の位置で交差せしめて複数の照明光束L1,1,1〜Lm,n,qを形成する第2光学部材と、該第2光学部材より射出する複数の照明光束L1,j〜Lm,j又はL1,j,k〜Lm,j,k毎(但しj=1〜n、k=1〜q)に前記マスク上で互いに重ね合わせて該マスク上に前記マスクパターンの一つに対応する線状の照明領域を形成するアナモフィックな光学系とを有することを特徴としている。
請求項14の発明は請求項13の発明において前記光束分割手段はビームスプリッタと反射ミラーを有することを特徴としている。
請求項15の発明は請求項13又は14の発明において前記光源と前記光束分割手段との間に該光源からの光を前記第2の断面内で位置調整する光束調整手段を有することを特徴としている。
請求項16の発明は請求項13〜15のいずれか1項発明において前記第1光学部材は複数のプリズムを有することを特徴としている。
請求項17の発明は請求項13〜16のいずれか1項の発明において前記第2光学部材は複数のプリズムを有することを特徴としている。
請求項18の発明は請求項13〜17のいずれか1項の発明において前記第2の位置と前記投影光学系の入射瞳の位置とが光学的に共役な位置関係にあることを特徴としている。
請求項19の発明は請求項13〜18のいずれか1項の発明において前記光学系は前記第1及び第2の断面に関して互いに異なる屈折力を有するアナモフィックレンズと、該第1及び第2の断面に関して互いに同じ屈折力を有するレンズ系とを有し、
該アナモフィックレンズは前記複数の照明光束L1,1〜Lm,n又はL1,1,1〜Lm,n,qを前記第2の位置にあって前記光軸に直交する平面上に該第1の断面に関してフォーカスし、該レンズ系は該平面からの複数の照明光束L1,j〜Lm,j又はL1,j,k〜Lm,j,k毎(但しj=1〜n、k=1〜q)に前記マスク上で互いに重ね合わせ且つ該マスク上に該第2の断面に関してフォーカスすることを特徴としている。
請求項20の発明は請求項19の発明において前記アナモフィックレンズは少なくとも一枚のシリンドリカルレンズより成ることを特徴としている。
請求項21の発明は請求項19又は20の発明において前記アナモフィックレンズの前記第1の断面に関する後側焦点が前記第2の位置にあることを特徴としている。
請求項22の発明は請求項19〜21のいずれか1項の発明において前記アナモフィックレンズの前記第1の断面に関する前側焦点が前記第1の位置にあることを特徴としている。
請求項23の発明は請求項22の発明において前記光源はエキシマレーザであることを特徴としている。
【0015】
請求項24の発明のノズル部材の製造方法は、光源と、入射する光束を光軸を含む第1の断面内で分割する第1光学部材と、該第1の断面内のみに屈折力のあるアナモフィックレンズと、
入射する光束を光軸を含み且つ該第1の断面に直交する第2の断面内で分割して分割光束の夫々を該第2の断面内で結像させる第2光学部材と、
該第2光学部材の結像点に前側焦点を位置させている集光光学系と、
ノズル部材のノズル穴に対応する複数個の小さな開口を該第1の断面内で光軸と直交する第1の方向に並べたマスクパターンを備え、該集光光学系の後側焦点に設置しているマスクと、
該マスクパターンの像を被加工物上に結像する投影光学系と、を用い、
前記光源からの光束を、前記第1光学部材と前記第2光学部材とを通過させて複数の光束に分割し、
該光源からの光束は、前記第1の断面内で、前記第1光学部材により分割され、前記アナモフィックレンズにより中間像を形成した後、前記集光光学系を介して前記投影光学系の入射瞳に結像するように前記マスクパターンを照明し、
該光源からの光束は、前記第2の断面内で、前記第2光学部材により分割され前記集光光学系の前側焦点で結像させられ、該集光光学系を介して前記マスクパターンを照明し、
前記第1光学部材と前記第2光学部材とを通過した前記複数の光束は、前記マスク上で前記第1の断面内及び前記第2の断面内で夫々重なって該マスクに照明域を形成し、
該照射された前記マスクパターンの像を、前記投影光学系により、前記被加工物上に結像し、
前記マスクパターンとは形状及び/又は寸法が異なるパターンを照明する際に、前記第2光学部材を光路から離脱又は他の光学素子と交換することにより、前記第2の断面内で、前記光源からの光束を、前記集光光学系で該パターン上に集光し該パターンをクリチカル照明することを特徴としている。
【0016】
請求項25の発明は請求項24の発明において前記第2光学部材は前記第1の方向に母線を有する複数のシリンドリカルレンズを前記第2の断面内で光軸と直交する第2の方向に並べて構成したシリンドリカルレンズアレイであることを特徴としている。
請求項26の発明は請求項25の発明において前記マスクパターンの前記第2の方向の幅をLz0、前記集光光学系の焦点距離をf9、前記第2光学部材による光束の分割数をu、該第2光学部材へ入射する光束の該第2の方向の幅をa61zとする時、前記シリンドリカルレンズの焦点距離f61zが条件式:
【数3】
を満足していることを特徴としている。
請求項27の発明は請求項26の発明において前記マスクから前記投影光学系の入射瞳までの距離をsとする時、該入射瞳の径A11が以下の条件式:
【数4】
を満足していることを特徴としている。
請求項28の発明は請求項24〜27のいずれか1項の発明において前記光源からの光を光束分割手段により前記第2の断面に関してn個(n≧2)の互いに略平行な照明光束L0,1〜L0,nに振幅分割で分割し、次いで前記第1光学部材により前記第1の断面に関して、各光束L0,j(但しj=1〜n)を夫々m個(m≧2)の照明光束L1,j〜Lm,jに分割すると共に該照明光束L1,j〜Lm,jを互いに異なる方向に向けて第1の位置で交差せしめた後前記アナモフィックレンズに入射せしめ、次いで前記第2光学部材により該第2の断面に関して、照明光束Li,1〜Li,n毎に(但しi=1〜m)u個の光束に分割することを特徴としている。
請求項29の発明は請求項28の発明において前記光束分割手段はビームスプリッタと反射ミラーを有することを特徴としている。
請求項30の発明は請求項28又は29の発明において前記光源と前記光束分割手段との間に該光源からの光を前記第2の断面内で位置調整する光束調整手段を有することを特徴としている。
請求項31の発明は請求項24〜30のいずれか1項の発明において前記光源はエキシマレーザであることを特徴としている。
【0017】
請求項32の発明のインクジェットプリンタの製造方法は請求項24〜31のいずれか1項に記載のノズル部材の製造方法によりノズル部材を製造する段階を有することを特徴としている。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は本発明のノズル部材の製造方法及びこれを用いた加工装置の実施形態1の要部概略図(平面図)であり、図2は本発明の実施形態1の要部概略図(側面図)である。説明の便宜上光学系の光軸(後述の投影レンズ12の光軸を光学系の光軸とする)をx 軸とし、平面図をx-y 面、側面図をx-z 面とするようなxyz 座標系を設定する。そしてy 軸方向を第1の方向、z 軸方向を第2の方向、x-y 面を第1の平面(第1の断面)、x-z 面を第2の平面(第2の断面)とする。
【0024】
図中、1は光源であり、例えばKrF エキシマレーザ等のレーザを用いる。2、3は折り返しミラーであり、光源からの射出光束の方向を調整する。GPは平行平板ガラスであり、y 軸に平行な回転軸を中心に回転可能であり、入射光束をx-z 面内でz 方向にシフトする。BSはビームスプリッターであり、入射する光束を透過光束と反射光束に振幅分割する。M は反射ミラーであり、ビームスプリッターBSで反射された光束を反射して前記透過光束と略平行にする。尚、反射ミラーM はy 軸に平行な回転軸を中心として回転してその傾きを変えられ、且つそのz 方向の位置も変えることができる。平行平板ガラスGP等は光束調整手段の一要素を構成しており、ビームスプリッターBS、反射ミラーM 等は光束分割手段の一要素を構成している。
【0025】
4はy 方向光束分割手段(第1光学部材)であり、一対の頂角が等しいプリズム4a,4b を離して設置して構成し、レーザ光束をx-y 面内で進行方向の異なる3つの照明光束に分割する。5は中央に開口を形成している遮光マスク、6はz 方向光束分割手段(第2光学部材)であり、一対の頂角が等しいプリズム6a,6b で構成し、レーザ光束をx-z 面内で方向の異なる2つの照明光束に分割する。7はx-y 面内にだけ集光作用を持つ第1シリンドリカルレンズ(アナモフィックレンズ)である。9は集光光学系を構成する凸レンズ(レンズ系)であり、通常のx-y 面及びx-z 面に関して互いに同じ屈折力即ち同じ集光作用をもつ回転対称なレンズである。
【0026】
10はマスクであり、このマスク面は照明光束による被照明面である。マスク10の位置は凸レンズ9の後側焦点F9' と略一致している。12は投影レンズ(投影光学系)、 11は投影レンズ12の入射瞳(ときとして絞りが入射瞳になる場合がある)である。13は被加工物(加工片)であり、本実施形態の場合、インクジェットプリンタのオリフィス・プレート(ノズル部材)として加工する一対の板材である。14はマスク10の保持部材であり、15は被加工物13の保持部材(第1、第2の被露光基板を保持する手段)である。投影レンズ12はマスク10上のパターン(複数のマスクパターン)の像を被加工物13の表面に投影している。
【0027】
図3は平行平板ガラスGPから第1シリンドリカルレンズ7までの部分の詳細図である。図3(A) は平面図、図3(B) は側面図である。
【0028】
図4は本実施形態のマスク10の正面図である。マスク10のパターンは不透明の背景部に直径Lz0 の透明な***(開口)をy 軸に平行な二直線に添って規則正しく設けた形状であり、y 方向の全体の長さはLy0 であり、***の幅はLz0 であり、***列間の間隔はSzである。マスク10は透明基板上にクロム膜等の金属膜(背景部)を形成し、パターニングによってパターン(***列)を形成している。なお、このパターンはノズル部材のインク吐出穴(ノズル穴)に対応するパターンであり、パターンの在る領域はマスクパターン領域である。
【0029】
本実施形態のマスクのパターンは、第1の方向に長く、第2の方向には狭小な範囲(Ly0×Lz0 、 下付字のy ,z は夫々y 方向、z 方向の要素であることを示す)に形成された***列から成る個別パターン(マスクパターン)Piを2個、間隔Szをおいて平行に配置した構成となっている。つまり、2個のマスクパターンを第2の方向に沿って互いに平行に配置している。本実施形態の場合、個別パターンP1を第1のマスクパターン、個別パターンP2を第2のマスクパターンとする。本実施形態ではマスク10の一対のマスクパターンを被加工物(一対の加工片)13上に投影して被加工物上の2ケ所に長さ略10mmの間に直径20μm〜50μm の多数の***を穿つのである。
【0030】
投影レンズ12の投影倍率を1/5 とすれば、各マスクパターンはLy0=50mmにわたって直径Lz0=0.1〜0.25mmの透明な***が並んでいるマスクパターンになる。
【0031】
マスクの長手方向(y 方向)とy 方向光束分割手段4の光束分割方向は全て一致しており、マスク10はその中心がx 軸と一致するようにマスク保持部材14に取り付けられている。
【0032】
なお、第1シリンドリカルレンズ7及び凸レンズ9はアナモフィックな光学系の一要素を構成している。
【0033】
本実施形態の作用を説明する。本実施形態の光学的作用はx-y 平面内の作用と、x-z 平面内の作用とで差異があるので、2つに分けて説明する。
【0034】
先ず、主に図1と図3(A) を用いてx-y 平面(第1の断面)内の作用を説明する。光源から光軸方向に射出するレーザビームは、z 方向の幅よりy 方向の幅が大きい断面形状の光束である。この光束は折り返しミラー2、3で反射されてマスク長手方向であるy 軸と光束の長手方向を一致させて、且つx 軸に平行にした後、平行平板ガラスGPに入射する。
【0035】
x-y 平面内においては平行平板ガラスGP、ビームスプリッターBs、反射ミラーM は何んらの収束発散作用も行わない。但し、光源からの光束L0はビームスプリッターBs、反射ミラーM によってx-z 面内で2つの照明光束L0,1及びL0,2に分割されているので、y 方向光束分割手段4に入射する光束はL0,jと表わす(j=1,2) 。
【0036】
y 方向光束分割手段4は図3(A) に示すようにy 方向に2個のプリズム4a,4b を隙間を設けて並べて構成したもので、入射光束L0,jを、x-y 平面内で、進行方向の異なる3つの照明光束L1,j,L2,j,L3,jに分割する。
【0037】
分割された3つの照明光束L1,j,L2,j,L3,jの各中心光線は光軸上の一点F7y (第1の位置)で交わり、この位置F7y に遮光マスク5を配置している。遮光マスク5は分割された3つの照明光束のy 方向の幅を等しくすると共に、y 方向光束分割手段4以前で発生した迷光を排除している。
【0038】
この遮光マスク5の設置位置F7y は第1シリンドリカルレンズ7の前側焦点であり、これによって第1シリンドリカルレンズ7から射出する3つの照明光束の各中心光線は光軸に対して平行に射出する。つまり、マスク5と第1シリンドリカルレンズ7は所謂テレセントリック光学系を構成している。なお、3つの照明光束が第1シリンドリカルレンズ7に入射する前にz 方向光束分割手段6を透過するが、x-y 平面内では、3つの照明光束はz 方向光束分割手段6の平行平板としての光学作用を受けるのみである。(ただし、実際には後述するようにx-z 面内で前記の2つの照明光束Li,1,Li,2 は互いに向きを変えられる。) そして3つの照明光束L1,j,L2,j,L3,jは第1シリンドリカルレンズ7を透過後、その像界側の後側焦点位置F7y'(第2の位置、第1集光面)にフォーカスされ、3つの像(x-y 面内の中間像)I7y+,I7y0,I7y-を形成する。なお、これらの像は、x-z 面内では、各光束が拡がっている為に実際にはz 軸に平行な直線状の像となっている。
【0039】
ついで凸レンズ9は、上記の3つの線像I7y+,I7y0,I7y-を投影レンズ12の入射瞳面11に像I9y-,I9y0,I9y+として再結像する。この時、マスク10の位置では、ここが凸レンズ9の後側焦点F9' である為に、3つの照明光束は全てx-y 面内で重なるが、デフォーカスしている。この重なった長さ(照明領域の長さ)をLyとする。この大きさLyは、図5に示すように、マスクパターンP1,P2のy 方向の大きさLy0 を十分カバーするようにしている。
【0040】
投影レンズ12はマスク10の各マスクパターンを被加工物13上に結像する。その際、入射瞳11を投影レンズ12の前側焦点の位置に設定しておれば投影レンズ12を出た照明光束の主光線は光軸に平行に出射する。
【0041】
以上の構成により、本実施形態のx-y 平面内ではレーザ光源からの光束を3つの照明光束L1,j,L2,j,L3,jに分割して、夫々を線像I7y+,I7y0,I7y-として、フォーカスし、次に像I9y-,I9y0,I9y+として投影レンズ12の入射瞳11内に再結像している。又、ケーラ照明を実現してマスク10全体をy 方向に均一に照明している。
【0042】
なお、第1シリンドリカルレンズ7の焦点距離f7yは、このレンズ7へ入射する照明光束Liのy 方向の直径a7y 、凸レンズ9の焦点距離f9及びマスク10の照明域の長さLyで定まる。即ち、凸レンズ9が第1シリンドリカルレンズ7で形成された線像I7y+,I7y0,I7y-を入射瞳11上に結像するときの結像倍率をm9y 、凸レンズ9の後側主平面から投影レンズ12の入射瞳11までの距離をb9y とすると、第1シリンドリカルレンズ7の焦点距離f7y は
f7y=a7y*{(b9y −f9)/Ly}*|1/m9y| ・・・(1)
で与えられる。(*はかけ算を表す。)
通常、エキシマレーザから射出した直後のレーザ光束のy 方向の幅をa0y 、y 方向光束分割手段4での分割数をm とすればa7y=a0y/m である。これらの関係を用いて実際に照明すべき範囲から各パラメータを決定すれば良い。
【0043】
マスク10の照明域LyはマスクパターンP1,P2のy 方向の長さLy0 に対して同程度から、20%程大きい寸法、即ち
Ly0≦Ly≦1.2*Ly0 ・・・(2)
までが望ましい。そのためには第1シリンドリカルレンズ7への照明光束Liの入射幅であるa7y をa7y 〜(a7y/1.2)として第1シリンドリカルレンズ7の焦点距離f7y を決定し、実際には幅a7y の照明光束を入射させれば良い。つまり、f7y を次式により決定すれば良い。
【0044】
f7y=k*a7y*{(b9y-f9)/Ly0}*|1/m9y| ・・・(3)
但し、k=1〜1/1.2 (*はかけ算を表す。)
次に、この結果からy 方向光束分割手段4を構成する2つのプリズム4a,4b の条件を求める。y 方向光束分割手段4からの出射角度は第1シリンドリカルレンズ7の焦点距離f7y と投影レンズ12の入射瞳11の直径A11 と凸レンズ9のy 方向の結像倍率m9y で定まる。
【0045】
即ち、上記の3つの線像I7y+,I7y0,I7y-が入射瞳11(絞りの開口)の中に結像される為には、次の条件を満たさなければならない。
【0046】
tan(θ7y-max) ≦(A11/2)/(f7y*m9y) ・・・(4)
ここに、
θ7y-max:y 方向光束分割手段4から斜め方向に射出する照明光束が光軸となす角度である(図3)。(*はかけ算を表す。)
2つのプリズム4a,4b は(4)式で得られるθ7y-maxを偏角として与えるプリズムで構成すれば良い。
【0047】
なお、光学配置の決定に際しては次に説明するz 方向光束分割手段6の光学作用を考慮しておかなければならない。以上が本実施形態のx-y 平面内の作用である。
【0048】
次に、図2と図3(B) を用いて、x-z 平面(第2の断面)内の作用について説明する。光源1から光軸方向に射出するレーザビームは通常、z 方向の幅よりy 方向の幅が大きい断面形状の光束である。この光束は折り返しミラー2、3によってマスク長手方向であるy 軸と光束の長手方向を一致させて、且つx 軸に平行にした後、平行平板ガラスGPに入射する。
【0049】
光束は平行平板ガラスGPでz 方向に平行にシフトする。シフトした光束L0は次いでビームスプリッターBsに入射し、ここで振幅分割されて透過光束L0,2と反射光束L0,1の2つの光束に分かれる。反射光束L0,1は反射ミラーM で再度反射されて、光軸と略平行な光束となり、透過光束L0,2と並んでy 方向光束分割手段4に入射する。
【0050】
このx-z 面内では、y 方向光束分割手段4は入射光束に対して単に平行平板としての作用しか及ぼさない。しかし、光束L0,1及び光束L0,2は前に説明したようにy 方向光束分割手段4を通過して、x-y 面内では3つの照明光束L1,j,L2,j,L3,jに分割されているので (但し、j=1,2)、図3(B) ではy 方向光束分割手段4を通過して光束Li,1,Li,2 となり(但しi=1,2,3)、遮光マスク5を通過してz 方向光束分割手段6に入射する。
【0051】
z 方向光束分割手段6は、図3(B) に示すように、z 方向に2個の頂角が等しいプリズム6a,6b を並べて構成したもので、入射する照明光束Li,1,Li,2 の方向をx-z 平面内で互いに交差するように変える。これらの2つの照明光束Li,1,L i,2は第1シリンドリカルレンズ7によってはz 方向に何んらの収束、発散作用も受けない。
【0052】
方向を変えた2つの平行照明光束Li,1,Li,2 の各中心光線は第1シリンドリカルレンズ7を透過した後、このレンズの後側焦点位置F7y'において互いに交わる。次いでこれらの2つの平行照明光束は夫々凸レンズ9に入射し、これを透過後、凸レンズ9の後側焦点F9' に設置しているマスク10の位置に像I9z+,I9z- としてフォーカスする。この像はy 方向には図5に示すLyの大きさに拡がっているので、夫々長さLyの線像である。また2つの線像I9z+,I9z- の間隔はSzである。投影レンズ12は、このようなz 方向には点に近い大きさで照明されているマスク10の複数のマスクパターンを被加工物13上に結像しているのである。
【0053】
以上のx-z 平面内の作用において、本発明の特徴である平行平板ガラスGP、ビームスプリッターBs、反射ミラーM の機能をより詳細に説明する。
【0054】
被加工物への露光の前にこの部分を調整する。まず平行平板ガラスGPを回転してレ−ザ光束L0をz 方向にシフトして、ビームスプリッターBsを透過する光束L0,2が全てプリズム6aに入射して屈折され、プリズム6bには全く入射しないように、z 方向光束分割手段6での光束入射位置を見ながら調整する。
【0055】
次いで、反射ミラーM の傾きとz 方向の位置を調整してビームスプリッターBsで反射された光束L0,1を透過光束L0,2と平行にして,光束L0,1が全てプリズム6bに入射して屈折され、プリズム6aには全く入射しないようにする。
【0056】
このようにして、z 方向光束分割手段6の各プリズム6a,6b にビームスプリッターBsの透過光束L0,2と反射光束L0,1が1つ1つ対応して入射するように調整する。各プリズムに入射する光束はいずれも光軸に平行なので各プリズムからの出射光束の光軸に対する角度の絶対値は等しくなる。
【0057】
なお、この時2つの光束の強度は必ずしも等しくならないので、場合によっては強度を合わせ込むために強度の大きいほうに減光フィルター等を挿入して強度を調整する。
【0058】
以上で平行平板ガラスGP、ビームスプリッターBs、反射ミラーM の調整を終え、被加工物13への加工を開始するのである。
【0059】
このように平行平板ガラスGP、ビームスプリッターBs、反射ミラーM は光源からの光束を振幅分割してz 方向に2倍の大きさに拡大すると共に、z 方向光束分割手段6へ光束が適切に入射するように調整する機能を有している。
【0060】
z 方向光束分割手段6を構成するプリズム6a,6b の頂角は次の関係に基づいて決定される。即ち、プリズム6a,6b の偏角はそのまま凸レンズ9への平行光束の入射角θ9z (図2)となるから、
tanθ9z=(Sz/2)/f9
なる関係が得られる。プリズム6a,6b をこのθ9zを偏角として与えるプリズムで構成すれば良い。このプリズムは、x-z 面内で分割された2つの照明光束Li,1,Li,2 の各中心光線が第1シリンドリカルレンズ7の後側焦点F7y'の位置(第2の位置)で光軸と交わるような位置に設定する。凸レンズ9は前述のように線像I7y+,I7y0,I7y-を投影レンズ12の入射瞳11の中に結像するため、z 方向に分割された各照明光束の中心光線がF7y'の位置で光軸と交わるならば、投影レンズ12で照明光束がケラレる様なことはない。
【0061】
なお、マスク10上に形成される線像I9z+,I9z- の夫々のz 方向の幅Lzは、レーザ1の発散角をw とし、凸レンズ9の焦点距離をf9とすると、
Lz=w*f9 ・・・(5)
となる。そして実験によれば、この幅Lzとして
3*Lz0≦Lz≦30*Lz0 ・・・(6)
とすると好結果を得ている。(*はかけ算を表す。)
即ち、x-z 面に関してはレーザの発散角w と照明領域の所望の幅Lzとから、(5)式を満たす凸レンズ9の焦点距離f9を決定すれば良い。
【0062】
前記のようにマスク10上の線状パターンのz 方向の寸法Lz0 は0.10〜0.25mm程度であり、エキシマレーザの発散角w は数mradであり、且つ集光レンズ9の焦点距離f9は数100mm であるので、像I9z+,I9z- 夫々のz 方向の幅Lzは必要とされる大きさの3〜10倍程度となるので加工上問題にはならない。
【0063】
なお、入射瞳11内には直線状の像I9y-,I9y0,I9y+が結像するが、これらの像全体の形状は矩形であるので、入射瞳11の寸法や形状はこの点を考慮して適切に定める。
【0064】
以上の構成により、本実施形態は、z 方向には、図5に示すように、マスク10上に、2つの線状のマスクパターンP1,P2 夫々のz 方向の寸法Lz0 を十分カバーするようにレーザ光を線状に結像し、クリチカル照明を実現している。これによって被加工物上にマスクパターンを投影する際に、極めて高いエネルギー密度の照明を実現している。以上がx-z 平面内の作用である。
【0065】
以上のように本実施形態は、光軸を含む第2の断面に関して、前記光源からの光を光束分割手段によりn 個(n≧2)の照明光束L0、1〜L0、nに振幅分割で分割し、次いで光軸を含み且つ該第2の断面に直交する第1の断面に関して、各光束L0,j(但しj=1〜n)を第1光学部材により夫々m 個(m≧2)の照明光束L1,j〜Lm,jに分割すると共に該照明光束L1,j〜Lm,jを互いに異なる方向に向けて第1の位置で交差せしめ、該第2の断面に関して、該第1の位置で交差した各照明光束Li,1〜Li,n(但しi=1〜m)を第2光学部材により互いに異なる方向に向けて第2の位置で交差せしめ、該第2光学部材より射出する複数の照明光束L1,1〜Lm,nを、アナモフィックな光学系により複数の照明光束L1,j〜Lm,j毎(j=1〜n) にマスク上で互いに重ね合わせて該マスク上にマスクパターンの一つに対応する線状の照明領域を形成している。
【0066】
そして、本実施形態はy 方向には、マスクパターンのy 方向の長さを十分カバーして、且つこれを均一に照明するケーラー照明を実現しており、z 方向には平行な2直線上に配置されたマスクパターン夫々のz 方向の寸法を適切な範囲でカバーして、光源からの光束をその範囲に結像するクリチカル照明を実現している。本実施形態は、これによって、マスク10上に線状の照明領域を2個形成し、従来のレーザ加工光学系に比べてエネルギー利用効率の優れ、同時に2個の加工片を加工できる加工装置(投影装置)を達成している。
【0067】
なお、本実施形態ではシリンドリカルレンズ7を1個のシリンドリカルレンズで構成しているが、レンズ7は必要に応じて複数のシリンドリカルレンズで構成しても良い。又、本実施形態では凸レンズ9を1個のレンズで構成しているが、レンズ9は必要に応じて複数のレンズで構成しても良い。
【0068】
又、レーザの発散角w はz 方向の照明幅Lzを決定する重要な要素である。従ってこの発散角w を制御する為のレンズ、ビーム径可変ユニットを光源1とy 方向光束分割手段4の間に配置しても良い。
【0069】
更に、本実施形態ではy 方向光束分割手段4を2つのプリズムで構成して、光束を3分割しているが、必要に応じてプリズム数を増やして照明光束の分割数を増やすことも出来る。
【0070】
又、本実施形態ではz 方向光束分割手段6を2つのプリズム6a,6b で構成して、各照明光束Li,1,Li,2 を互いに異なる方向に向けて第2の位置で交差させたが、マスクパターンが3つ或はそれ以上の場合や複数のマスクパターンが一直線に並んだパターンである場合は、光束分割手段のビームスプリッタBSや反射ミラーM を増やし、光束分割手段での分割数を増やすと共にz 方向光束分割手段を構成するプリズム数を増やすとか、或は光束分割手段で2つに分割した照明光束Li,1,Li,2 の各々をプリズム数を4つに増やしたz 方向光束分割手段で更にx-z 面内で2つづつ(q=2) に分割して複数の照明光束Li,1、1〜Li,2、2を形成するとかして、対応することが出来る。
【0071】
本実施形態の投影装置をオリフィス・プレート(ノズル部材)ひいてはインクジェットプリンタの製造に応用すれば、レーザ光源の出力を上げずともオリフィス・プレートを1度の露光で2個加工でき、高い生産性で製作出来るので、オリフィス・プレートひいてはインクジェットプリンタの低コスト化が可能になる。
【0072】
又、以上の実施形態は被加工物にインク吐出穴の列を加工する加工装置(投影装置)であったが、本発明は穴加工に限られるものでなく、例えば一つ又は複数の加工片上に直線状に分布するデバイスパターンを同時に複数個形成してデバイスを製造する場合に用いることも出来る。この時も1度の露光で複数のデバイスを同時に加工出来るので高い生産性が得られる。
【0073】
図6は本発明のノズル部材の製造方法及びそれを用いた加工装置の実施形態2の要部概略図(平面図)であり、図7は実施形態2の要部概略図(側面図)である。本実施形態は従来の加工装置で問題となっていたマスクパターンの幅方向の照明強度分布をより平坦化することを目的としている。
【0074】
本実施形態は実施形態1に対してz 方向光束分割手段(第2光学部材)と第1シリンドリカルレンズの配置順序とz 方向光束分割手段の構成等が異なっている。異なる部分を重点的に説明する。なお、実施形態1と同じ要素には同じ符号を付している。
【0075】
7はマスク10の長手方向(y 方向)の照明域を決定する第1シリンドリカルレンズ(アナモフィックレンズ)であり、その作用は実施形態1と同じである。61はマスク10の幅方向(z 方向)に光束を分割するz 方向光束分割手段 (第2光学部材)であり、夫々y 軸に平行な母線を有する2つのシリンドリカルレンズをz 方向に積み上げたシリンドリカルレンズアレイで構成している。
【0076】
又16は本実施形態の被加工物(加工片)であり、インクジェットプリンタのオリフィス・プレート(ノズル部材)として加工する1個の板材である。
【0077】
又、本実施形態のマスク10のパターンは、図9に示すように第1の方向に長く、第2の方向には狭小な範囲(Ly0×Lz0)に形成された***列から成るマスクパターンP を1個備えたものである。そしてマスク10はマスクパターンP の中心を光軸と一致させて設置している。
【0078】
本実施形態の作用を説明する。光源1から出たレーザ光束が遮光マスク5の開口を通るまでの作用は実施形態1と同じである。遮光マスク5を射出する光束はx-y 平面内では夫々方向の異なる3つの照明光束L1、j,L2、j,L3,j、x-z 平面内では平行な2つの光束Li,1,Li,2 として第1シリンドリカルレンズ7へ入射する。これから以後はx-y 平面内、x-z 平面内別々に説明する。
【0079】
先ず、主に図6と図8(A) を用いてx-y 平面(第1の断面)内の作用を説明する。3つの照明光束L1、j,L2、j,L3,jの各中心光線は遮光マスク5の位置で交わるが、この遮光マスク5の設置位置は第1シリンドリカルレンズ7の前側焦点F7y に位置しており、これによって第1シリンドリカルレンズ7から射出する3つの照明光束の各中心光線は光軸に対して平行に射出する。つまり、マスク5と第1シリンドリカルレンズ7は所謂テレセントリック光学系を構成している。
【0080】
そして3つの照明光束L1、j,L2、j,L3,jは第1シリンドリカルレンズ7を透過後、その像界側の後側焦点位置F7y'(第2の位置、第1集光面)にフォーカスされ、3つの像(x-y 面内の中間像)I7y+,I7y0,I7y-を形成する。なお、これらの像は、x-z 面内では、各光束が拡がっている為に実際にはz 軸に平行な直線状の像となっている。
【0081】
次いで、3つの照明光束はz 方向光束分割手段61を透過するが、x-y 平面内では、3つの照明光束はz 方向光束分割手段61の平行平板としての光学作用を受けるのみである。(ただし、実際には後述するようにx-z 面内で前記の2つの照明光束Li,1,Li,2 は夫々集光光束に変換される。)
ついで凸レンズ(集光光学系)9は、上記の3つの線像I7y+,I7y0,I7y-を投影レンズ(投影光学系)12の入射瞳面11に像I9y-,I9y0,I9y+として再結像する。この時、マスク10の位置では、ここが凸レンズ9の後側焦点F9' である為に、3つの照明光束は全てx-y 面内で重なるが、デフォーカスしている。この重なった長さ(照明領域の長さ)をLyとする。この大きさLyは、図10に示すように、マスクパターンP のy 方向の大きさLy0 を十分カバーするようにしている。
【0082】
投影レンズ12はマスク10のマスクパターンを被加工物16上に結像する。その際、入射瞳11を投影レンズ12の前側焦点の位置に設定しておれば投影レンズ12を出た照明光束の主光線は光軸に平行に出射する。
【0083】
以上の構成により、本実施形態では、 x-y 平面内ではレーザ光源からの光束を3つの照明光束L1、j,L2、j,L3,jに分割して、夫々を線像I7y+,I7y0,I7y-として、フォーカスし、次に像I9y-,I9y0,I9y+として投影レンズ12の入射瞳11内に再結像している。又、ケーラ照明を実現してマスク10全体をy 方向に均一に照明している。
【0084】
次に、図7と図8(B) を用いて、x-z 平面(第2の断面)内の作用について説明する。図8(B) に示すようにビームスプリッタBSと反射ミラーM により形成された略平行な2つの光束L0,1,L0,2 はy 方向光束分割手段4を通過して光束Li,1,Li,2 となり(但しi=1、2、3)、遮光マスク5を通過して第1シリンドリカルレンズ7に入射する。これらの2つの照明光束Li,1,Li,2 は第1シリンドリカルレンズ7によってはz 方向に何んらの収束、発散作用も受けない。
【0085】
次いで、光束はz 方向光束分割手段61に入射する。z 方向光束分割手段61は、図8(B) に示すように、夫々y 軸に平行な母線を持つ2個のシリンドリカルレンズをz 方向に積み上げて構成したシリンドリカルレンズアレイであり、入射する照明光束Li,1 ,Li,2を夫々凸レンズ9の前側焦点位置F9に結像させる。
【0086】
この時、マスクパターンP のz 方向の幅をLz0 、凸レンズ9の焦点距離をf9、z 方向光束分割手段61を構成するシリンドリカルレンズの焦点距離をf61z、光束のz 方向の分割数をu 、z 方向光束分割手段61に入射する光束の大きさをa6 1zとして、これらの諸元を以下の関係を満足するように設定する。
【0087】
【数5】
(*はかけ算を表す。)つまり、Lz0,a61z,u,f9 が与えられればシリンドリカルレンズの焦点距離f61zを決定することができる。
【0088】
そして、条件式(7)を満足すればz 方向光束分割手段61によって分割された各光束は凸レンズ9から夫々光軸に対して傾いた平行光束として射出され、マスク10において重ね合わされる。この作用によってマスク10のz 方向の照明域の強度分布が平坦化される。
【0089】
この後、マスク10からの光束は投影レンズの入射瞳11、投影レンズ12を経由して加工物16に到達し、加工物16を光加工する。
【0090】
照明光束をしてマスク10を通過し、入射瞳11でけられなく投影レンズ12に入射させるには、凸レンズ9から出射する光束が或る制限を受ける。これについて考察する。
【0091】
z 方向光束分割手段61がu 個のシリンドリカルレンズで構成されているものとする。x-z 面内において光軸から最も外側にあるシリンドリカルレンズ61u の中心までの距離d は、
【0092】
【数6】
である。この中心を通る光線は凸レンズ9までは光軸と平行に進み、凸レンズ9を通過後、その後側焦点F9' を通るから、マスク10から入射瞳11までの距離をs とすると、この光線が入射瞳11を通る高さδは
【0093】
【数7】
となる。(*はかけ算を表す。)そして、入射瞳11において最も外側を通る光線の高さh11zは、このδにLz0/2 を加えた値になる。そしてこのh11zは入射瞳11の直径をA11 とすると、次の式を満足させなければならない。
【0094】
【数8】
(*はかけ算を表す。)つまり、式(7)、(8)を満足するようにz 方向光束分割手段61を構成するシリンドリカルレンズの焦点距離f61zと分割数u を決定すれば良い。
【0095】
本実施形態は以上の構成により、y 方向にはマスクパターンP のy 方向の寸法Ly0 を十分カバーしてこれを均一な明るさで照明するケーラ照明を実現しており、z 方向にもマスク10上で複数の光束を重ね合わせて強度分布の平坦な照明を実現している。
【0096】
以上のx-z 平面内の作用において、本発明の特徴である平行平板ガラスGP、ビームスプリッターBs、反射ミラーM の部分の調整方法を説明する。
【0097】
被加工物への露光の前にこの部分を調整する。まず平行平板ガラスGPを回転してレ−ザ光束L0をz 方向にシフトして、ビームスプリッターBsを透過する光束L0,2が全てシリンドリカルレンズ61a に入射して屈折され、シリンドリカルレンズ61b には全く入射しないように、z 方向光束分割手段61での光束入射位置を見ながら調整する。
【0098】
次いで、反射ミラーM の傾きとz 方向の位置を調整してビームスプリッターBsで反射された光束L0,1を透過光束L0,2と平行にして,光束L0,1が全てシリンドリカルレンズ61b に入射して屈折され、シリンドリカルレンズ61a には全く入射しないようにする。
【0099】
このようにして、z 方向光束分割手段61の各シリンドリカルレンズ61a,61b にビームスプリッターBsの透過光束L0,2と反射光束L0,1が1つ1つ対応して入射するように調整する。各シリンドリカルレンズに入射する光束はいずれも光軸に平行なので各シリンドリカルレンズの中心からの出射光線は夫々光軸に対して平行となる。
【0100】
なお、この時2つの光束の強度は必ずしも等しくならないので、場合によっては強度を合わせ込むために強度の大きいほうに減光フィルター等を挿入して強度を調整する。
【0101】
以上で平行平板ガラスGP、ビームスプリッターBs、反射ミラーM の調整を終え、被加工物16への加工を開始するのである。
【0102】
このように平行平板ガラスGP、ビームスプリッターBs、反射ミラーM は光源からの光束を振幅分割してz 方向に2倍の大きさに拡大すると共に、z 方向光束分割手段61へ光束が適切に入射するように調整する機能を有している。
【0103】
なお、本実施形態のz 方向光束分割手段61はy 方向に移動するステージの上に設置している。このステージには該z 方向光束分割手段61が光路から出た時に新たに光路内に配置される光学フィルター(平板光学素子)17を備えている。これにより本実施形態のマスク10での照明域はz 方向光束分割手段61が光路内に配置されている時にはz 方向に均一に対象照明域を照明し、光学フィルター17が光路内に配置されたときには、マスク10を線状にクリチカル照明する照明域を形成することになる。 (場合によっては、z 方向光束分割手段61のみを光路から離脱・挿入させるように構成しても良い。)
本実施形態は以上の構成によりマスク上の照明域の強度分布がマスクの長手方向、幅方向共に良く平坦化され、照明光が持つ不均一性の影響を受けにくく、加工精度を上げることができる。
【0104】
なお、本実施形態のx-z 平面内の照明方法は一見ケーラ照明に類似に見えるが、本実施形態の照明方法はケーラ照明では得られない効果を有する。即ち、もしx-z 平面内でz 方向光束分割手段61への入射光束Li,1,Li,2 を合わせて第1シリンドリカルレンズ7の後側焦点F7y'の所へ結像させれば、x-z 平面内でもマスク10をケーラ照明することになる。
【0105】
しかしながら、マスク10上の***のz 方向の寸法Lz0 は前記のように0.1〜0.25mmと極めて小さいので、x-z 平面内でマスクパターンP を通過して投影レンズ12へ入射する光束のNAも極めて小さくなる。つまり、入射光束の径a61zや凸レンズ9が大きくてもエネルギーの利用効率は非常に小さくなる。
【0106】
本発明においては、x-z 平面内で凸レンズ9からマスク10に向かう平行光束の径がLz0 に対して余裕が有りしかも不必要に無駄が無い大きさ、例えばLz0 の10倍程度になるようにz 方向光束分割手段61を構成するシリンドリカルレンズの幅a61z/uを設定する。ちなみに、この時凸レンズ9から射出する平行光束の幅は、
【0107】
【数9】
となる。この関係式に基づき分割数u 、シリンドリカルレンズの焦点距離f61zを設定すれば、x-z 平面内においてもz 方向光束分割手段61への入射光束を全て利用してマスクパターンP をケーラ照明と同じように均一に照明することができる。
【0108】
又、本実施形態はz 方向光束分割手段61と光学フィルター17のいずれかを選ぶことにより照明状態を変えることができるので、マスクパターンの形状や大きさに応じて適切に照明出来、もってエネルギー損失を低減することができる。なお、本実施形態ではy 方向光束分割手段4を2つのプリズムで構成して、光束を3分割しているが、これは実施形態1と同様に必要に応じてプリズム数を増やして照明光束の分割数を増やすことも出来る。
【0109】
又、本実施形態のz 方向光束分割手段61によるz 方向の光束分割数は2であるが、先の条件式を満足出来れば分割数を変更しても問題はない。
【0110】
更に、z 方向光束分割手段61を構成するシリンドリカルレンズを各々ズームレンズで構成してバックフォーカスを一定に保ったまま焦点距離を変えることにより照明域の大きさを変化させることも出来る。
【0111】
本発明は以上の構成により、1次元的な線状のマスクパターン、しかも実施形態1では複数の線状パターンに対して、又、実施形態2では1個の線状パターンに対して極めて高いエネルギー利用効率で照明することができ、しかも光源からの光束を振幅分割で分割することでマスク面での幅方向の大きさは20〜30% 大きくなり、マスク調整時の調整時間の短縮が図られる。同時に、エキシマレーザの射出方向の経時変化によりマスク面での照明域の位置が変動するが、レーザビームの幅を拡大することでエキシマレーザの経時変化に強い加工装置を達成している。
【0112】
又、フライアイレンズを用いないy 方向光束分割手段及びz 方向光束分割手段を利用することにより、簡易な構成で、高精度のレーザ加工ができる加工装置を達成している。
【0113】
又、実施形態1によれば、部品加工として例えば、1回の加工で2個加工出来、エネルギー損失を抑えつつ、装置の加工能力を倍増して生産性を飛躍的に高め、コストダウンを達成することのできるノズル部材の製造方法を達成している。又、本発明の加工装置を用いると低コストのオリフィス・プレートを使用する低コストのバブル・ジェット・プリンタを達成できる。
【0114】
【発明の効果】
本発明は以上の構成により、複数の光束を発生させてマスクを照明し、その際、振幅分割をも利用して該複数の光束を発生させて光源の経時変化に対して強く、エネルギーの利用効率の高いノズル部材の製造方法及びそれを用いた加工装置を達成する。
【0115】
更に、
(3−1) 同時に加工片の複数カ所又は複数の加工片を照明し、高い生産性でノズル部材を製造出来る。
(3−2) 1個加工によりノズル部材を製造する際、マスクパターンの幅方向の照明強度分布をより平坦化して、従来のものより照明光の持つ不均一性の影響を受けにくく、より高い加工精度が得られる。
(3−3) マスクパターンの形状や寸法に応じて照明方法を適切に選択出来、もってエネルギー損失を低減できる。
等の少なくとも1つの効果を有するノズル部材の製造方法及びそれを用いた加工装置を達成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のノズル部材の製造方法及びそれを用いた加工装置の実施形態1の要部概略図(平面図)
【図2】 実施形態1の要部概略図(側面図)
【図3】 平行平板ガラスから第1シリンドリカルレンズ7までの部分の
詳細図
【図4】 実施形態1のマスク正面図
【図5】 実施形態1のマスクパターンの照明範囲説明図
【図6】 本発明のノズル部材の製造方法及びそれを用いた加工装置の実施形態2の要部概略図(平面図)
【図7】 実施形態2の要部概略図(側面図)
【図8】 平行平板ガラスからz 方向光束分割手段61までの部分の詳細図
【図9】 実施形態2のマスク正面図
【図10】 実施形態2のマスクパターンの照明範囲説明図
【符号の説明】
1 光源
2、3 折り返しミラー
GP 平行平板ガラス
BS ビームスプリッタ
M 反射ミラー
4 y 方向光束分割手段(第1光学部材)
5 遮光マスク
6 z 方向光束分割手段(第2光学部材)
7 第1シリンドリカルレンズ(アナモフィックレンズ)
9 凸レンズ(レンズ系)
10 マスク
11 入射瞳
12 投影レンズ(投影光学系)
13 実施形態1の被加工物(加工片)
14 マスク保持部材
15 被加工物の保持部材
16 実施形態2の被加工物
17 光学フィルター(平板光学素子)
61 z 方向光束分割手段 (シリンドリカルレンズアレイ)
Ly0 マスクパターンのy 方向の長さ
Lz0 マスクのパターンを構成しているマスクパターンのz 方向の長さ
Ly y 方向のマスク照射幅
Lz z 方向のマスク照射幅
P ,Pi マスクパターン(個別パターン)
Sz 2つマスクパターン間の間隔
Claims (32)
- 複数個の照明光束を形成するためにレーザー光源からの光を振幅分割する段階と、
マスクに形成した複数のマスクパターンを同時に加工片へ露光するために、該複数のマスクパターンの各々を前記複数個の照明光束の内の対応する照明光束により照明する段階とを有することを特徴とするノズル部材の製造方法。 - 前記マスクパターンはノズル部材のノズル穴に対応する複数個の小さな開口を第1の方向に並べたパターンであることを特徴とする請求項1のノズル部材の製造方法。
- 前記照明光束は前記マスクの位置において前記第1の方向に延びた複数の線状の照明領域に集光することを特徴とする請求項2のノズル部材の製造方法。
- 前記複数のマスクパターンは前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って互いに平行に配置していることを特徴とする請求項3のノズル部材の製造方法。
- 前記複数のマスクパターンを共通の基板上に形成していることを特徴とする請求項4のノズル部材の製造方法。
- 前記光源からの光を分割する段階は、光軸を含む第2の断面に関して、該光源からの光をn個(n≧2)の互いに略平行な照明光束L0,1〜L0,nに振幅分割で分割し、次いで光軸を含み且つ該第2の断面に直交する第1の断面に関して、各光束L0,j(但しj=1〜n)を夫々m個(m≧2)の照明光束L1,j〜Lm,jに分割すると共に該照明光束L1,j〜Lm,jを互いに異なる方向に向けて第1の位置で交差せしめ、次いで該第2の断面に関して、該第1の位置で交差した各照明光束Li,1〜Li,n(但しi=1〜m)を互いに異なる方向に向けて第2の位置で交差せしめて複数の照明光束L1,1〜Lm,nを形成する又は該第1の位置で交差した各照明光束Li,1〜Li,n(但しi=1〜m)の各々を更にq個の照明光束Li,j,1〜Li,j,qに分割すると共に互いに異なる方向に向けて第2の位置で交差せしめて複数の照明光束L1,1,1〜Lm,n,qを形成する工程を含むことを特徴とする請求項5のノズル部材の製造方法。
- 前記複数のマスクパターンを通過した光は共通の加工片上の相異なる位置を照射することを特徴とする請求項6のノズル部材の製造方法。
- 前記複数のマスクパターンを通過した光は互いに異なる加工片上を照射することを特徴とする請求項6のノズル部材の製造方法。
- 前記複数個の照明光束を共通の光学系を介して前記複数のマスクパターンに向けることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載のノズル部材の製造方法。
- 前記複数のマスクパターンを通過した照明光束は投影光学系を介して前記加工片上に向けられ、この照明光束によって該複数のマスクパターンの像を該加工片上に形成することを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載のノズル部材の製造方法。
- 前記光源はエキシマレーザであることを特徴とする請求項10のノズル部材の製造方法。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のノズル部材の製造方法によりノズル部材を製造する段階を有することを特徴とするインクジェットプリンタの製造方法。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のノズル部材の製造方法によりノズル部材を製造する加工装置であって、光軸を含む第2の断面に関して、前記光源からの光をn個(n≧2)の照明光束L0,1〜L0,nに振幅分割で分割する光束分割手段と、光軸を含み且つ該第2の断面に直交する第1の断面に関して、各光束L0,j(但しj=1〜n)を夫々m個(m≧2)の照明光束L1,j〜Lm,jに分割し且つ該照明光束L1,j〜Lm,jを互いに異なる方向に向けて第1の位置で交差せしめる第1光学部材と、該第2の断面に関して、該第1の位置で交差した各照明光束Li,1〜Li,n(但しi=1〜m)を互いに異なる方向に向けて第2の位置で交差せしめる又は該第1の位置で交差した各照明光束Li,1〜Li,n(但しi=1〜m)の各々を更にq個の照明光束Li,j,1〜Li,j,qに分割すると共に互いに異なる方向に向けて第2の位置で交差せしめて複数の照明光束L1,1,1〜Lm,n,qを形成する第2光学部材と、該第2光学部材より射出する複数の照明光束L1,j〜Lm,j又はL1,j,k〜Lm,j,k毎(但しj=1〜n、k=1〜q)に前記マスク上で互いに重ね合わせて該マスク上に前記マスクパターンの一つに対応する線状の照明領域を形成するアナモフィックな光学系とを有することを特徴とする加工装置。
- 前記光束分割手段はビームスプリッタと反射ミラーを有することを特徴とする請求項13の加工装置。
- 前記光源と前記光束分割手段との間に該光源からの光を前記第2の断面内で位置調整する光束調整手段を有することを特徴とする請求項13又は14の加工装置。
- 前記第1光学部材は複数のプリズムを有することを特徴とする請求項13〜15のいずれか1項に記載の加工装置。
- 前記第2光学部材は複数のプリズムを有することを特徴とする請求項13〜16のいずれか1項に記載の加工装置。
- 前記第2の位置と前記投影光学系の入射瞳の位置とが光学的に共役な位置関係にあることを特徴とする請求項13〜17のいずれか1項に記載の加工装置。
- 前記光学系は前記第1及び第2の断面に関して互いに異なる屈折力を有するアナモフィックレンズと、該第1及び第2の断面に関して互いに同じ屈折力を有するレンズ系とを有し、
該アナモフィックレンズは前記複数の照明光束L1,1〜Lm,n又はL1,1,1〜Lm,n,qを前記第2の位置にあって前記光軸に直交する平面上に該第1の断面に関してフォーカスし、該レンズ系は該平面からの複数の照明光束L1,j〜Lm,j又はL1,j,k〜Lm,j,k毎(但しj=1〜n、k=1〜q)に前記マスク上で互いに重ね合わせ且つ該マスク上に該第2の断面に関してフォーカスすることを特徴とする請求項13〜18のいずれか1項に記載の加工装置。 - 前記アナモフィックレンズは少なくとも一枚のシリンドリカルレンズより成ることを特徴とする請求項19の加工装置。
- 前記アナモフィックレンズの前記第1の断面に関する後側焦点が前記第2の位置にあることを特徴とする請求項19又は20の加工装置。
- 前記アナモフィックレンズの前記第1の断面に関する前側焦点が前記第1の位置にあることを特徴とする請求項19〜21のいずれか1項に記載の加工装置。
- 前記光源はエキシマレーザであることを特徴とする請求項22の加工装置。
- 光源と、入射する光束を光軸を含む第1の断面内で分割する第1光学部材と、該第1の断面内のみに屈折力のあるアナモフィックレンズと、
入射する光束を光軸を含み且つ該第1の断面に直交する第2の断面内で分割して分割光束の夫々を該第2の断面内で結像させる第2光学部材と、
該第2光学部材の結像点に前側焦点を位置させている集光光学系と、
ノズル部材のノズル穴に対応する複数個の小さな開口を該第1の断面内で光軸と直交する第1の方向に並べたマスクパターンを備え、該集光光学系の後側焦点に設置しているマスクと、
該マスクパターンの像を被加工物上に結像する投影光学系と、を用い、
前記光源からの光束を、前記第1光学部材と前記第2光学部材とを通過させて複数の光束に分割し、
該光源からの光束は、前記第1の断面内で、前記第1光学部材により分割され、前記アナモフィックレンズにより中間像を形成した後、前記集光光学系を介して前記投影光学系の入射瞳に結像するように前記マスクパターンを照明し、
該光源からの光束は、前記第2の断面内で、前記第2光学部材により分割され前記集光光学系の前側焦点で結像させられ、該集光光学系を介して前記マスクパターンを照明し、
前記第1光学部材と前記第2光学部材とを通過した前記複数の光束は、前記マスク上で前記第1の断面内及び前記第2の断面内で夫々重なって該マスクに照明域を形成し、
該照射された前記マスクパターンの像を、前記投影光学系により、前記被加工物上に結像し、
前記マスクパターンとは形状及び/又は寸法が異なるパターンを照明する際に、前記第2光学部材を光路から離脱又は他の光学素子と交換することにより、前記第2の断面内で、前記光源からの光束を、前記集光光学系で該パターン上に集光し該パターンをクリチカル照明することを特徴とするノズル部材の製造方法。 - 前記第2光学部材は前記第1の方向に母線を有する複数のシリンドリカルレンズを前記第2の断面内で光軸と直交する第2の方向に並べて構成したシリンドリカルレンズアレイであることを特徴とする請求項24のノズル部材の製造方法。
- 前記マスクパターンの前記第2の方向の幅をLz0、前記集光光学系の焦点距離をf9、前記第2光学部材による光束の分割数をu、該第2光学部材へ入射する光束の該第2の方向の幅をa61zとする時、前記シリンドリカルレンズの焦点距離f61zが条件式:
- 前記マスクから前記投影光学系の入射瞳までの距離をsとする時、該入射瞳の径A11が以下の条件式:
- 前記光源からの光を光束分割手段により前記第2の断面に関してn個(n≧2)の互いに略平行な照明光束L0,1〜L0,nに振幅分割で分割し、次いで前記第1光学部材により前記第1の断面に関して、各光束L0,j(但しj=1〜n)を夫々m個(m≧2)の照明光束L1,j〜Lm,jに分割すると共に該照明光束L1,j〜Lm,jを互いに異なる方向に向けて第1の位置で交差せしめた後前記アナモフィックレンズに入射せしめ、次いで前記第2光学部材により該第2の断面に関して、照明光束Li,1〜Li,n毎に(但しi=1〜m)u個の光束に分割することを特徴とする請求項24〜27のいずれか1項に記載のノズル部材の製造方法。
- 前記光束分割手段はビームスプリッタと反射ミラーを有することを特徴とする請求項28のノズル部材の製造方法。
- 前記光源と前記光束分割手段との間に該光源からの光を前記第2の断面内で位置調整する光束調整手段を有することを特徴とする請求項28又は29のノズル部材の製造方法。
- 前記光源はエキシマレーザであることを特徴とする請求項24〜30のいずれか1項に記載のノズル部材の製造方法。
- 請求項24〜31のいずれか1項に記載のノズル部材の製造方法によりノズル部材を製造する段階を有することを特徴とするインクジェットプリンタの製造方法。
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