JP3576892B2 - 光加工機及び光加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光加工機及び光加工方法に関し、例えば紫外線レーザ等の強力なコヒーレント光を用い、直接的に、加工物にアブレーション現象を起こし、所望の形状（例えば複数の開口を配列したパタン）に加工する、アブレーション加工方法を利用した、インクジェット方式のプリンタに使用するオリフスプレート等を製造する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザ光を利用して加工物に穴をあけたりするレーザ加工は、非接触で精密な加工ができる一方法として重用されている。このうち、アブレーション加工は、紫外線レーザなどを、光吸収の大きい物質に照射し、単位体積あたりの内部エネルギーを極端に増加させ、光照射部の極近傍を、爆発・蒸発させ、除去加工する方法として、近年、利用が活発である。
【０００３】
このアブレーション加工の特徴として、
（ア−１）ＣＯ２レーザなどを用いた直接的な、熱プロセスに比べると、熱化率が小さいので、加工精度がよく、変形・変質も少ない。
（ア−２）被加工物上で除去された対象を細かく四散させるため、目的によっては、品質が向上する場合がある。
（ア−３）極微小な表面のみの加工が可能であるため、粗さや、欠陥、機能性表面処理、光沢感などの表面処理が可能である場合がある。
（ア−４）エネルギー依存性が比較的はっきりしているため、レーザと光学系の性能を反映した加工設計を行うことができる。
などがある。
【０００４】
図８は、従来のインクジェットプリンタの、吐出穴部（オリフスプレート）の加工用の光学系の概略図である。同図では、一列に等間隔に並んだ穴を、一括アブレーション加工する加工装置の光学系を示している。
【０００５】
７０は、光源であるレーザ光源、７１は、光源を分割するプリズムユニット、７２は、光源幅を規制する遮光マスク、７３は、縦横の発散角を制御する、シリンドリカルレンズ、７４は、照明用のフィールドレンズ用凸レンズ、７５は、加工形状が描画されているフォトマスク、７７は、投射レンズ（対物レンズもしくは、投影レンズとも称する）の絞り面、７６は、投射レンズ、７８は、加工対象（加工物）である。
【０００６】
図８において、レーザ７０を射出したレーザ光は、プリズムユニット７１で複数の平行光に分かれ、マスク７２とシリンドリカルレンズ７３で、大きさと発散角を指定、フィールドレンズ７４で分割された光源をケラー照明としてマスク７５上に投影し、均一で所定の広がりを持つマスク像を生成する。マスク７５のフーリエ変換パタンは絞り７７上に形成される。マスク像は投射レンズ７６で、加工対象７８上に結像され、アブレーション加工が施されて、加工物に穴列を形成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ等の準平行光や準単色光を光加工用の光として用いた場合、たとえ、光源を分割して、有限の光源側ＮＡを持つ光源群となし、ケラー照明系を構築したとしても、元々のコヒーレンスの良さを反映した、波動光学的現象が顕在化する場合がある。
【０００８】
この現象は、瞳、光線追跡といった、幾何光学的な考え方では理解出来ず、むしろ透過型の光学顕微鏡などの、再結像光学系の、波動光学的結像理論に近い考え方をする必要がある。
【０００９】
図８において、投影レンズ７６に生ずる現象を考察する。この系で周期的に並んだ穴マスクを、準平行光で照明したばあい、ピッチに依存した、高次回折光が生成される。
【００１０】
図４の望遠鏡タイプのレンズ群４１，４２の２群より成る投影レンズＰＬの模式図を用いて説明する。
【００１１】
今、マスク４３の穴ピッチをｐ、レーザ光４４の波長をλ、投影レンズＰＬの前群４１の焦点距離をｆとすると、フーリエ変換面である、絞り４５上で近軸的に、
ｇ＝ｆ・λ／ｐ
のピッチで回折光列が生じる。
【００１２】
この回折光列は、互いにコヒーレントな２次光源として作用し、投影レンズＰＬの後群４２によリコリメートされる。
【００１３】
加工対象４６上での、０次光と１次光のなす角度をθとすると、投影される像の穴ピッチｈは、２光束干渉の干渉ピッチとなるので投影レンズＰＬの後群４２の焦点距離をＦとすると、
ｈ＝λ／θ
＝λＦ／ｇ
＝（Ｆ／ｆ）ｐ
ｅｘｐ（−ｉπｕ（Ｎ−１）Ｔ）ｓｉｎ（πｕＮＴ）／ｓｉｎ（πｕＴ）
総和第２項は
−２ｉｓｉｎ（πｕＳ）ｅｘｐ（−ｉπｕＳ）
であるため、
Ｆ＝（ｓｉｎ（πｕＳ）／ｕπ）ｅｘｐ（−ｉπｕ（（Ｎ−１）Ｔ＋Ｓ））
×ｓｉｎ（ｕＴＮπ）／ｓｉｎ（ｕＴπ）
ここで、空間周波数を次数ｍを単位として変更すると
ｍ＝ｕＴ
Ｆ＝Ｓｓｉｎｃ（ｍπＳ／Ｔ）ｅｘｐ（−ｉｍπ（Ｎ−１＋Ｓ／Ｔ））ｓｉｎ（Ｎｍπ）／ｓｉｎ（ｍπ）
したがって、次数０と次数ｍの電場強度の比は
＝Ｍｐ
となる。Ｍ＝Ｆ／ｆは、この投影レンズＰＬの結像倍率に他ならない。
【００１４】
ここで、後群４２のレンズの中を、０次光と１次光が通過する範囲について考察すると、図５は、絞り４５を通過した、０次光と、１次光が、後群レンズ４２により、対象物面４６上に平行投影される様子を模式的に表したものであり、当然、後群レンズ４２は、１枚の単レンズではありえない。
【００１５】
後群レンズ４２内で、０次光と、１次光が通過する範囲は、当然異なり、図５のように、０次光と１次光がオーバーラップする部分と、しない部分とが生じる。
【００１６】
また、０次光と１次光がオーバーラップした部分を多く通過してきて結像した部分（Ｂ部）と、オーバーラップした部分をあまり使用しないで結像した部分（Ａ部）とが生じる。
【００１７】
この時、問題になるのは、０次光の方がはるかに強く、高い形状成分を司る、高次の回折光が弱いため、レンズの劣化度合いが部分によって異なるということである。
【００１８】
この回折強度を計算すると、マスク４３の穴ピッチをＴ、穴の幅（開口）をＳとし、穴数をＮとすると、そのフーリエ変換Ｆは、Ｘを穴並び方向位置、ｕを空間周波数として
Ｆ＝Σ（ｎ＝０〜Ｎ−１）∫（ｎＴ〜ｎＴ＋Ｓ）ｅｘｐ（−２πｉｕｘ）ｄｘ
＝（１／−ｉ２πｕ）Σｅｘｐ（−ｉ２πｕｎＴ）（ｅｘｐ（−ｉ２πｕＳ）−１）
ここで、総和第１項は
Ｒ＝ｓｉｎｃ（ｍπＳ／Ｔ）
であらわされる。
【００１９】
通常開口比Ｓ／Ｔは１／２を越えることが多いのでエネルギー強度（電場の二乗）は、２倍以上異なる場合が多い。
【００２０】
なお、これまでの説明は、平行光束を光源とするクリティカル照明として、議論してきておるため、ケラー照明系の時は一般性がないように思われるかもしれないが、コヒーレント光を照明として使う時には、多くの場合、光源を有限個の無限遠光に分割して照明形成するため、程度差だけの問題で一般性は失われない。
【００２１】
さて、石英に代表される、レーザ用ガラスは、強いエネルギーにさらされると、アニーリングが進み、屈折率変化と、形状変化を生じる。この結果、レンズ系は波面収差を生じ、その波面変化量は、レーザエネルギーの二乗に比例するとされている［参考文献：ＰＡＵＬ ＳＣＨＥＲＭＥＲＨＯＲＮ，ＳＰＩＥ−Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．１８３５（１９９２）］。
【００２２】
このガラス劣化が、エネルギー依存をもつため、各次数の光の位相差が、レンズの使用部分ごとに違いを生じ、従って、像面での、次数ごとの位相差を生じる。
【００２３】
この、波動光学的損傷の結果、わずかλ／２０以下程度の収差発生であるにもかかわらず、穴や溝の形状が、形成不可能なほどの損傷をうけることになる。
【００２４】
従来、発明者は、このような収差を、除去するため、投影レンズの後群の硝材に、高耐久のＣａＦ２や、十分アニーリングの進行した石英などを利用し、レンズの耐久・長寿命化をおこなってきたが、以下の問題点があった。
（イ−１）アブレーションは、本質的に破壊加工であり、金属やプラスチックの破壊閾値がいかにガラスより小さくても、かなリガラスの破壊レベルに近いエネルギーを用いており、最終的に、ガラスヘの損傷を避けることはできない。
（イ−２）高耐久のガラスは、高価であり、加工性も悪く、供給も少ないため、安価で安定な生産を行うことが困難である。
【００２５】
本発明は耐久性の低いガラスでも、レーザアブレーション加工用のレンズとして用いられるよう、フォトマスクによる回折光の位置と光量を制御することにより加工物を安定して光加工することができる光加工機及び光加工方法の提供を目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光加工機は、光源手段からのコヒーレント光束でマスク上のパタンを照明し、該マスク上のパタンを投影レンズで加工物上に投影して該加工物をアブレーション作用で光加工する光加工機において、該マスクは複数の開口を一定の周期で配列した開口パタンを有し、該開口パタンは１つおきに通過する光に対してλ／２の位相差を与えていることを特徴としている。
【００２７】
請求項２の発明の光加工方法は、コヒーレント光を用い、フォトマスクのパタンを加工物上に投影して、所定の形状にアブレーション加工する光加工方法において、前記加工物に加工すべき形状は、概ね等間隔に配列された、穴または、溝であり、該フォトマスク上の複数の開口パタンは、１つおきに、通過光に二分の一波長の位相差をもたせている位相マスクを用いたことを特徴としている。
【００２８】
請求項３の発明は請求項２の発明において、前記マスクの全面に、二分の一波長の位相差を有する薄膜を製作した後、アブレーション加工にて、前記マスクの開口パタン上の、前記薄膜を除去し、所望の位相差分布を製作したマスクを使用することを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光加工機の実施形態１の要部概略図である。本実施形態はレーザ光を利用してフォトマスク８のパタンを被加工物に投影して、その面に平行溝をアブレーション加工（穿孔）するときフォトマスク８として位相シフト膜を施したマスクを用いている。
【００３３】
同図において１は、光源手段であるところのＫｒＦエキシマレーザであり、強力なパルスでコヒーレントなレーザ光１ａを放射している。２は、光路調整用のミラーであり、エキシマレーザ１からのレーザ光１ａを反射偏向させている。３は、光量プロフィール調整用の回折格子であり、ミラー２からのレーザ光１ａのプロフィールを均一化している。４は、ビームエキスパンダー用の前側レンズであり、回折格子３からのレーザ光を、アパーチャ５からは発散したレーザ光が射出し、ビームエキスパンダー用の後側レンズ６に入射している。後側レンズ６からは光束径の拡大されたレーザ光が射出している。７は、上下反転重ね合わせ用のプリズムである。８は、位相シフトを用いたマスク（フォトマスク）であり、被加工物１２に対する複数の穴空けパタンが形成されており、該穴空けパタンのうち奇数番目のパタンにはλ／２（ＫｒＦレーザでλ＝２４８．３ｎｍ）だけ位相シフトするような膜が施されている。マスク８は不透明な基板上に多数のピンホールを複数個、等間隔に一次元方向に配置した構成より成っている。フォトマスク８上のマスクパタンの複数の開口は１つおきに１／２波長の位相差をもたせている。９は、投影レンズＰＬの前側レンズ群、１０は、高次回折光をカットする絞りであり、この絞り１０の開口幅は、縦横とも可変となっている。尚、絞り１０を開口径の異なる複数の絞りより構成し、そのうちの１つの絞りを光路中に装着するようにしても良い。１１は、投影レンズＰＬの後側レンズ群である。１２は、加工物であり、その面上に投影レンズＰＬによってマスク８のパタンが投影結像している。
【００３４】
次に光学的作用について説明する。
【００３５】
エキシマレーザ１より射出したレーザ光１ａは、光路をミラー２で調整し、光軸に一致させている。
【００３６】
一般的にレーザ光は不均一なプロフィールを持つため、そのプロフィールをうち消すパタンに製作された回折格子３を透過させ、レンズ４の焦点位置に設けたアパーチャ５で不要成分を除くことで、均一なプロフィールを得ている。ビームエキスパンダ用の後側レンズ６で、断面が所定の大きさの光束となるようにコリメートしている。
【００３７】
その後、レーザビーム１ａをプリズム７で上下対象に切り出し、重ね合わせて、より均一な平行光としてプリズム７を通過させ、上下対象なうねり成分を軽減した光束として、位相シフト膜を施したマスク８を平行光によって照明している。
【００３８】
位相シフトマスクの光学的原理により、０次光の存在しない回折光群に切り出された光は、投影レンズＰＬの前側レンズ群９によりフーリエ変換され、絞り１０上にファーフィールドパタンを結像して、高次不要成分を除去している。
【００３９】
そして後側レンズ群１１によりコリメートされた光束は、加工物１２上にマスクパタン８の縮小像を構築し、これによってアブレーション加工を行っている。
【００４０】
本実施例の効果として、以下の点をあげる。
（ウ−１）照明用のレーザ光が平行光のまま均一化してマスクを照明しているため、マスク上に構築した位相差どおりの位相差を、レーザ光に与えることが出来るため、複雑なマスク構成を必要としない。
（ウ−２）絞り１０の開口径が変更可能なため、マスクの周期により、所望される次数の回折光を開口に位置させることができる。
【００４１】
次に、等間隔に複数の穴を、１列、加工した位相シフト効果のないフォトマスクを用いたときと、フォトマスクの穴列の、偶数番と奇数番の穴を透過した光に、λ／２の位相差をもたせた場合の光学的な違いを説明する。
【００４２】
この回折強度を計算すると、マスクの穴ピッチをＴ、穴の幅（開口）をＳとし、穴数をＮとすると、そのフーリエ変換Ｆ’は、Ｘを穴並び方向位置、ｕを空間周波数として
と空間を次数ｍを単位として変更すると、偶数項、奇数項の位相変化を表す部分は、それぞれ
ｅｘｐ（−２πｉ（２ｎｍ））
ｅｘｐ（−２πｉ（（２ｎ＋１）ｍ）−１／２）
となる。
【００４３】
これらは明らかに、ｍが整数（０を含む）のとき打ち消しあい、半整数（±１／２，±３／２・・・）のとき、強めあう。
【００４４】
したがって、強烈な０次光と、弱い±１次光による３光束干渉という従来の結像とは異なり、図６に示すように±０．５次の位置で、対象な光路を通る２光束干渉による結像となる。
【００４５】
１．５次以上の光は、強度的にも弱く、司る形状成分も、０．５次光よりは細かい成分なので、問題にならない場合が多い。また照明条件によっては、絞りによってけられる程度の、照明側ＮＡに設定される場合もある。
【００４６】
このような結像は以下のような長所をもつ。
（エ−１）従来の３光束の干渉の場合、図５に示すようにレンズ４２の劣化により、＋１次または−１次のどちらかが、レンズの一部分で、他の２つの光束と位相差を持つようになるため、左右で非常に不均一な加工形状変形を起こした。これに対し、２光束干渉では、図７に示すように、２光束が光軸中心に対して対象であり、共通光路部が多く、位相変動に強い構造となる。
（エ−２）２光束干渉であるため、焦点進度方向の干渉縞変化がすくないので、焦点進度が増大し、特に奥行きのある穴堀加工に効果が大きい。
（エ−３）位相差が少ない共通光路部が、画角のすみの結像を行うため、加工上重要であることが多い周辺部の変形が少なくなる。
【００４７】
図２は、本発明の実施形態２の要部概略図である。図２は本発明に係る位相シフトを施したマスク（フォトマスク）を製作する方法を説明している図面である。
【００４８】
マスク２８の複数の穴は１次元方向に配列されており、一端から数えたとき偶数番目の穴と奇数番目の穴を通過する光（レーザ光）にλ／２の位相差をもたせるようにしている。
【００４９】
本実施形態ではマスクパタン２７の全面に、二分の一波長の位相差を有するＳｉＯ２薄膜２５を製作した後、アブレーション加工にて、前記マスクパタン上の前記薄膜を除去し、所望の位相差分布を製作している。
【００５０】
同図において２１は光源手段であるＡｒＦレーザであり、コヒーレントなレーザ光２１ａを放射している。２２はレーザ光束を広げて、均一な照度領域を拡大する凹レンズ、２３は被加工物面上の加工範囲を規定する、開口を有するマスク、２４は縮小投影レンズであり、マスク２３の開口を被加工物上に投影している。２５はλ／２の厚さに製膜された位相シフト用のＳｉＯ２膜である。２６はＣａＦ２基板である。２７はＣａＦ２基板２６上にＣｒ蒸着膜でつくられたマスクパタンであり、その面上には複数の穴が製作されて穴列を形成している。２８は完成した位相シフトを施したマスク（フォトマスク）の要部断面図である。
【００５１】
本実施形態ではあらかじめ市販品等の基板２６に作られたマスクパタン２７のパタンの背面にＳｉＯ２膜２５をλ／２の厚さに製膜する。これを加工対象として、位相シフトマスクを製作する。
【００５２】
ＡｒＦレーザ（波長＝１９３ｎｍ）２１より射出したレーザ光２１ａは、凹レンズ２２により光束径が拡大され、比較的均一なレーザ光が、マスク２３を照明する。
【００５３】
マスク２３の開口により切り出されたレーザ光は、縮小投影レンズ２４によりＳｉＯ２膜２５上に結像される。
【００５４】
結像光は、ＳｉＯ２膜をアブレーションし、マスクパタン２７の偶数番目の穴パタンに相当するＳｉＯ２膜を削除して、ここを通過するレーザ光に位相差が生じないようにしている。
【００５５】
１つの穴の加工が終了した後、図示されていないマスク駆動装置でマスクパタン２７の次の偶数番目の穴の上のＳｉＯ２膜を除去する。
【００５６】
本実施形態ではこのようにＳｉＯ２膜２５上を順次走査しながらマスク２３の開口を投影することにより位相シフトを施したマスク２８を製作している。
【００５７】
本実施例の効果として、以下の点をあげる。
（オ−１）ＡｒＦ工キシマレーザ２１は、他のレーザよリＳｉＯ２の吸収が大きいため、加工精度、加工速度のよい加工を行うことができる。
（オ−２）マスク基板２６にＣａＦ２を用いることにより、ＡｒＦレーザによる基板ダメージが少なくなるため、ＳｉＯ２加工に用いるレーザエネルギーを大きくすることが出来る。その結果、加工速度、加工精度ともに向上する。
（オ−３）あらかじめ裏面に、穴加工したマスクパタン２７が形成されているため、穴を通過したレーザ光が、Ｃｒ膜を痛めることが少ない。また、ＳｉＯ２加工の進行状況をモニターする光量測定にも用いることが出来る。
【００５８】
位相シフトマスクは、ＬＳＩ製造用のステッパ投影光学系に用いられることが多かったが、ＬＳＩ製造用のマスクは
（カ−１）パタンが小さく、精度が高い必要性がある。
（カ−２）パタンが単純繰り返しではない。
（カ−３）ＮＡが非常に大きい。
【００５９】
しかし、アブレーション加工のうち、数μｍを越えるような比較的大きな周期構造を製作するばあい、マスク上の構造は、１０〜５０μｍを越える。また、ＮＡも、分解能がそれほどいらないため、低くてもよい場合が多い。
【００６０】
従って、単純な周期構造に位相差を作り込むことは、比較的容易である。
【００６１】
しかし、たとえば、インクジェットプリンタの穴を一括加工する場合、１００ヶから１０００ヶ程度の穴をあけるため、そのためのマスク自体をつくる手間は非常に大きいものがあった。
【００６２】
そこで、本実施形態では、まず、マスク全体に位相差分の薄膜を形成し、その中で位相差が必要な部分だけ、レーザアブレーションすることにより、位相差マスクを効果的に製作している。
【００６３】
図３は、本発明の実施形態３の要部概略図である。図３は本発明に係る位相シフトマスクを製作する方法を説明している図面である。
【００６４】
同図３（Ａ）において３１は、第１光源手段であるパルス発振するＹＡＧレーザの３倍波発生装置（波長３５５ｎｍ）である。３２は、第２の光源手段である、ＡｒＦレーザであり、コヒーレントのレーザ光を放射している。３３は、ＹＡＧレーザ３１からの３倍波レーザ光を透過し、ＡｒＦレーザ３２からのレーザ光を反射するダイクロックミラーである。３４は、レーザ光の光束径を広げて、均一な部分を拡大する凹レンズである。３５は、加工範囲を規定する開口を有する、マスクである。３６は、ＹＡＧレーザ３１からの３倍波レーザ光と、ＡｒＦレーザ３２からのレーザ光で色収差を補正した縮小レンズ、３７は、ＳｉＯ２３８上に設けたＣｒ蒸着膜（Ｃｒ膜）より成る、マスクパタンであり、複数の穴列が製作されている。３８は、λ／２の厚さに製膜された位相シフト用のＳｉＯ２膜である。３９は、ＣａＦ２基板である。４０は、完成した位相シフトマスクの要部断面図である。
【００６５】
本実施形態では、あらかじめ、ＣａＦ２基板３９上にλ／２厚のＳｉＯ２膜３８を製膜し、さらに、その上にＣｒ蒸着膜３７を製膜しておく。その基板３９にまずＹＡＧレーザ３１からの３倍波を順次照射して、Ｃｒ膜３７上に穴パタンを制作する。
【００６６】
ＹＡＧレーザ３１から射出した光は、ダイクロックミラー３３を通過して、凹レンズ３４により広げられ、均一なレーザ光が、マスク３５を照射する。マスク３５の開口により切り出された光は、縮小レンズ３６によりＣｒ蒸着膜３７上を縮小投影され、Ｃｒ膜３７面上を加工し、穴パタンを形成する。基板３９を、順次走査し、必要な個数の穴パタンをＣｒ膜３７上に製作する。
【００６７】
必要な個数の穴だけ、Ｃｒ膜３７を加工した後、今度は図３（Ｂ）に示すようにＡｒＦレーザ３２からのレーザ光を利用して、ＳｉＯ２膜３８を加工する。
【００６８】
ＡｒＦレーザ３２から射出したレーザ光は、ダイクロックミラー３３で反射し、凹レンズ３４により広げられ、均一な光が、マスク３５を照射する。マスク３５の開口により切り出された光は、縮小レンズ３６により縮小投影されマスクパタンの奇数番目のＣｒ膜３７の穴パタンの下のＳｉＯ２膜３８に、穴パタンを加工し、λ／２厚の位相差を構築する。基板３９を、順次走査し、ＳｉＯ２膜３８に必要な個数の位相差を有した穴を製作する。
【００６９】
本実施例の効果として、以下の点をあげる。
（キ−１）位相差膜３８とＣｒ膜３７が近接してあるため、位置の違いによる位相誤差が非常に少ない。
（キ−２）Ｃｒ膜３７がＳｉＯ２膜３８の非加工部分を保護するため、ＳｉＯ２膜３８の品位が損なわれることが少ない。
（キ−３）Ｃｒ膜３７の加工と、位相差膜３８の加工に、ほぼ同軸の加工系を用いるため、位置ズレが非常にすくない。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、耐久性の低いガラスでも、レーザアブレーション加工用のレンズとして用いられるよう、フォトマスクによる回折光の位置と光量を制御することにより加工物を安定して光加工することができる光加工機及び光加工方法を達成することができる。
【００７１】
この他本発明によれば、フォトマスクによる回折光の位置と光量を制御することにより、耐久性の低いガラスでも、レーザアブレーション加工用のレンズとして用いられるようになる。同時に焦点深度の深い、均一な品位のレーザ加工を施すことができるようになる。
【００７２】
また、レーザ加工用の位相シフトマスクを、安価、簡便に得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明の実施形態２の要部概略図
【図３】本発明の実施形態３の要部概略図
【図４】従来のマスクを用いた光学系の結像原理図
【図５】従来のマスクを用いた光学系の回折光の光路図
【図６】本発明のマスクを用いた光学系の結像原理図
【図７】本発明のマスクを用いた光学系の回折光の光路図
【図８】従来例の光加工機の光学系の概略図
【符号の説明】
１、ＫｒＦエキシマレーザ
２、光路調整用のミラー
３、光量プロフィール調整用の回折格子
４、ビームエキスパンダー用の前側レンズ
５、アパーチャ
６、ビームエキスパンダー用の後側レンズ
７、上下反転重ね合わせ用のプリズム
８、位相シフトマスク
９、投影レンズの前側レンズ群
１０、絞り
１１、投影レンズの後側レンズ群
１２、加工物
２１、ＡｒＦレーザ
２２、凹レンズ
２３、マスク
２４、縮小レンズ
２５、ＳｉＯ２膜
２６、ＣａＦ２基板
２７、Ｃｒ蒸着膜マスクパタン
２８、位相シフトマスク
３１、パルスＹＡＧレーザの３倍波発生装置
３２、ＡｒＦレーザ
３３、ダイクロックミラー
３４、凹レンズ
３５、マスク
３６、縮小投影レンズ
３７、Ｃｒ蒸着膜
３８、ＳｉＯ２膜
３９、ＣａＦ２基板
４０、完成した位相シフトマスク
７０、レーザ光源
７１、プリズムユニット
７２、適光マスク
７３、シリンドリカルレンズ
７４、凸レンズ
７５、フォトマスク
７６、投射レンズの絞り面
７７、投射レンズ
７８、加工対象
【発明の属する技術分野】
本発明は、光加工機及び光加工方法に関し、例えば紫外線レーザ等の強力なコヒーレント光を用い、直接的に、加工物にアブレーション現象を起こし、所望の形状（例えば複数の開口を配列したパタン）に加工する、アブレーション加工方法を利用した、インクジェット方式のプリンタに使用するオリフスプレート等を製造する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザ光を利用して加工物に穴をあけたりするレーザ加工は、非接触で精密な加工ができる一方法として重用されている。このうち、アブレーション加工は、紫外線レーザなどを、光吸収の大きい物質に照射し、単位体積あたりの内部エネルギーを極端に増加させ、光照射部の極近傍を、爆発・蒸発させ、除去加工する方法として、近年、利用が活発である。
【０００３】
このアブレーション加工の特徴として、
（ア−１）ＣＯ２レーザなどを用いた直接的な、熱プロセスに比べると、熱化率が小さいので、加工精度がよく、変形・変質も少ない。
（ア−２）被加工物上で除去された対象を細かく四散させるため、目的によっては、品質が向上する場合がある。
（ア−３）極微小な表面のみの加工が可能であるため、粗さや、欠陥、機能性表面処理、光沢感などの表面処理が可能である場合がある。
（ア−４）エネルギー依存性が比較的はっきりしているため、レーザと光学系の性能を反映した加工設計を行うことができる。
などがある。
【０００４】
図８は、従来のインクジェットプリンタの、吐出穴部（オリフスプレート）の加工用の光学系の概略図である。同図では、一列に等間隔に並んだ穴を、一括アブレーション加工する加工装置の光学系を示している。
【０００５】
７０は、光源であるレーザ光源、７１は、光源を分割するプリズムユニット、７２は、光源幅を規制する遮光マスク、７３は、縦横の発散角を制御する、シリンドリカルレンズ、７４は、照明用のフィールドレンズ用凸レンズ、７５は、加工形状が描画されているフォトマスク、７７は、投射レンズ（対物レンズもしくは、投影レンズとも称する）の絞り面、７６は、投射レンズ、７８は、加工対象（加工物）である。
【０００６】
図８において、レーザ７０を射出したレーザ光は、プリズムユニット７１で複数の平行光に分かれ、マスク７２とシリンドリカルレンズ７３で、大きさと発散角を指定、フィールドレンズ７４で分割された光源をケラー照明としてマスク７５上に投影し、均一で所定の広がりを持つマスク像を生成する。マスク７５のフーリエ変換パタンは絞り７７上に形成される。マスク像は投射レンズ７６で、加工対象７８上に結像され、アブレーション加工が施されて、加工物に穴列を形成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ等の準平行光や準単色光を光加工用の光として用いた場合、たとえ、光源を分割して、有限の光源側ＮＡを持つ光源群となし、ケラー照明系を構築したとしても、元々のコヒーレンスの良さを反映した、波動光学的現象が顕在化する場合がある。
【０００８】
この現象は、瞳、光線追跡といった、幾何光学的な考え方では理解出来ず、むしろ透過型の光学顕微鏡などの、再結像光学系の、波動光学的結像理論に近い考え方をする必要がある。
【０００９】
図８において、投影レンズ７６に生ずる現象を考察する。この系で周期的に並んだ穴マスクを、準平行光で照明したばあい、ピッチに依存した、高次回折光が生成される。
【００１０】
図４の望遠鏡タイプのレンズ群４１，４２の２群より成る投影レンズＰＬの模式図を用いて説明する。
【００１１】
今、マスク４３の穴ピッチをｐ、レーザ光４４の波長をλ、投影レンズＰＬの前群４１の焦点距離をｆとすると、フーリエ変換面である、絞り４５上で近軸的に、
ｇ＝ｆ・λ／ｐ
のピッチで回折光列が生じる。
【００１２】
この回折光列は、互いにコヒーレントな２次光源として作用し、投影レンズＰＬの後群４２によリコリメートされる。
【００１３】
加工対象４６上での、０次光と１次光のなす角度をθとすると、投影される像の穴ピッチｈは、２光束干渉の干渉ピッチとなるので投影レンズＰＬの後群４２の焦点距離をＦとすると、
ｈ＝λ／θ
＝λＦ／ｇ
＝（Ｆ／ｆ）ｐ
ｅｘｐ（−ｉπｕ（Ｎ−１）Ｔ）ｓｉｎ（πｕＮＴ）／ｓｉｎ（πｕＴ）
総和第２項は
−２ｉｓｉｎ（πｕＳ）ｅｘｐ（−ｉπｕＳ）
であるため、
Ｆ＝（ｓｉｎ（πｕＳ）／ｕπ）ｅｘｐ（−ｉπｕ（（Ｎ−１）Ｔ＋Ｓ））
×ｓｉｎ（ｕＴＮπ）／ｓｉｎ（ｕＴπ）
ここで、空間周波数を次数ｍを単位として変更すると
ｍ＝ｕＴ
Ｆ＝Ｓｓｉｎｃ（ｍπＳ／Ｔ）ｅｘｐ（−ｉｍπ（Ｎ−１＋Ｓ／Ｔ））ｓｉｎ（Ｎｍπ）／ｓｉｎ（ｍπ）
したがって、次数０と次数ｍの電場強度の比は
＝Ｍｐ
となる。Ｍ＝Ｆ／ｆは、この投影レンズＰＬの結像倍率に他ならない。
【００１４】
ここで、後群４２のレンズの中を、０次光と１次光が通過する範囲について考察すると、図５は、絞り４５を通過した、０次光と、１次光が、後群レンズ４２により、対象物面４６上に平行投影される様子を模式的に表したものであり、当然、後群レンズ４２は、１枚の単レンズではありえない。
【００１５】
後群レンズ４２内で、０次光と、１次光が通過する範囲は、当然異なり、図５のように、０次光と１次光がオーバーラップする部分と、しない部分とが生じる。
【００１６】
また、０次光と１次光がオーバーラップした部分を多く通過してきて結像した部分（Ｂ部）と、オーバーラップした部分をあまり使用しないで結像した部分（Ａ部）とが生じる。
【００１７】
この時、問題になるのは、０次光の方がはるかに強く、高い形状成分を司る、高次の回折光が弱いため、レンズの劣化度合いが部分によって異なるということである。
【００１８】
この回折強度を計算すると、マスク４３の穴ピッチをＴ、穴の幅（開口）をＳとし、穴数をＮとすると、そのフーリエ変換Ｆは、Ｘを穴並び方向位置、ｕを空間周波数として
Ｆ＝Σ（ｎ＝０〜Ｎ−１）∫（ｎＴ〜ｎＴ＋Ｓ）ｅｘｐ（−２πｉｕｘ）ｄｘ
＝（１／−ｉ２πｕ）Σｅｘｐ（−ｉ２πｕｎＴ）（ｅｘｐ（−ｉ２πｕＳ）−１）
ここで、総和第１項は
Ｒ＝ｓｉｎｃ（ｍπＳ／Ｔ）
であらわされる。
【００１９】
通常開口比Ｓ／Ｔは１／２を越えることが多いのでエネルギー強度（電場の二乗）は、２倍以上異なる場合が多い。
【００２０】
なお、これまでの説明は、平行光束を光源とするクリティカル照明として、議論してきておるため、ケラー照明系の時は一般性がないように思われるかもしれないが、コヒーレント光を照明として使う時には、多くの場合、光源を有限個の無限遠光に分割して照明形成するため、程度差だけの問題で一般性は失われない。
【００２１】
さて、石英に代表される、レーザ用ガラスは、強いエネルギーにさらされると、アニーリングが進み、屈折率変化と、形状変化を生じる。この結果、レンズ系は波面収差を生じ、その波面変化量は、レーザエネルギーの二乗に比例するとされている［参考文献：ＰＡＵＬ ＳＣＨＥＲＭＥＲＨＯＲＮ，ＳＰＩＥ−Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．１８３５（１９９２）］。
【００２２】
このガラス劣化が、エネルギー依存をもつため、各次数の光の位相差が、レンズの使用部分ごとに違いを生じ、従って、像面での、次数ごとの位相差を生じる。
【００２３】
この、波動光学的損傷の結果、わずかλ／２０以下程度の収差発生であるにもかかわらず、穴や溝の形状が、形成不可能なほどの損傷をうけることになる。
【００２４】
従来、発明者は、このような収差を、除去するため、投影レンズの後群の硝材に、高耐久のＣａＦ２や、十分アニーリングの進行した石英などを利用し、レンズの耐久・長寿命化をおこなってきたが、以下の問題点があった。
（イ−１）アブレーションは、本質的に破壊加工であり、金属やプラスチックの破壊閾値がいかにガラスより小さくても、かなリガラスの破壊レベルに近いエネルギーを用いており、最終的に、ガラスヘの損傷を避けることはできない。
（イ−２）高耐久のガラスは、高価であり、加工性も悪く、供給も少ないため、安価で安定な生産を行うことが困難である。
【００２５】
本発明は耐久性の低いガラスでも、レーザアブレーション加工用のレンズとして用いられるよう、フォトマスクによる回折光の位置と光量を制御することにより加工物を安定して光加工することができる光加工機及び光加工方法の提供を目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光加工機は、光源手段からのコヒーレント光束でマスク上のパタンを照明し、該マスク上のパタンを投影レンズで加工物上に投影して該加工物をアブレーション作用で光加工する光加工機において、該マスクは複数の開口を一定の周期で配列した開口パタンを有し、該開口パタンは１つおきに通過する光に対してλ／２の位相差を与えていることを特徴としている。
【００２７】
請求項２の発明の光加工方法は、コヒーレント光を用い、フォトマスクのパタンを加工物上に投影して、所定の形状にアブレーション加工する光加工方法において、前記加工物に加工すべき形状は、概ね等間隔に配列された、穴または、溝であり、該フォトマスク上の複数の開口パタンは、１つおきに、通過光に二分の一波長の位相差をもたせている位相マスクを用いたことを特徴としている。
【００２８】
請求項３の発明は請求項２の発明において、前記マスクの全面に、二分の一波長の位相差を有する薄膜を製作した後、アブレーション加工にて、前記マスクの開口パタン上の、前記薄膜を除去し、所望の位相差分布を製作したマスクを使用することを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光加工機の実施形態１の要部概略図である。本実施形態はレーザ光を利用してフォトマスク８のパタンを被加工物に投影して、その面に平行溝をアブレーション加工（穿孔）するときフォトマスク８として位相シフト膜を施したマスクを用いている。
【００３３】
同図において１は、光源手段であるところのＫｒＦエキシマレーザであり、強力なパルスでコヒーレントなレーザ光１ａを放射している。２は、光路調整用のミラーであり、エキシマレーザ１からのレーザ光１ａを反射偏向させている。３は、光量プロフィール調整用の回折格子であり、ミラー２からのレーザ光１ａのプロフィールを均一化している。４は、ビームエキスパンダー用の前側レンズであり、回折格子３からのレーザ光を、アパーチャ５からは発散したレーザ光が射出し、ビームエキスパンダー用の後側レンズ６に入射している。後側レンズ６からは光束径の拡大されたレーザ光が射出している。７は、上下反転重ね合わせ用のプリズムである。８は、位相シフトを用いたマスク（フォトマスク）であり、被加工物１２に対する複数の穴空けパタンが形成されており、該穴空けパタンのうち奇数番目のパタンにはλ／２（ＫｒＦレーザでλ＝２４８．３ｎｍ）だけ位相シフトするような膜が施されている。マスク８は不透明な基板上に多数のピンホールを複数個、等間隔に一次元方向に配置した構成より成っている。フォトマスク８上のマスクパタンの複数の開口は１つおきに１／２波長の位相差をもたせている。９は、投影レンズＰＬの前側レンズ群、１０は、高次回折光をカットする絞りであり、この絞り１０の開口幅は、縦横とも可変となっている。尚、絞り１０を開口径の異なる複数の絞りより構成し、そのうちの１つの絞りを光路中に装着するようにしても良い。１１は、投影レンズＰＬの後側レンズ群である。１２は、加工物であり、その面上に投影レンズＰＬによってマスク８のパタンが投影結像している。
【００３４】
次に光学的作用について説明する。
【００３５】
エキシマレーザ１より射出したレーザ光１ａは、光路をミラー２で調整し、光軸に一致させている。
【００３６】
一般的にレーザ光は不均一なプロフィールを持つため、そのプロフィールをうち消すパタンに製作された回折格子３を透過させ、レンズ４の焦点位置に設けたアパーチャ５で不要成分を除くことで、均一なプロフィールを得ている。ビームエキスパンダ用の後側レンズ６で、断面が所定の大きさの光束となるようにコリメートしている。
【００３７】
その後、レーザビーム１ａをプリズム７で上下対象に切り出し、重ね合わせて、より均一な平行光としてプリズム７を通過させ、上下対象なうねり成分を軽減した光束として、位相シフト膜を施したマスク８を平行光によって照明している。
【００３８】
位相シフトマスクの光学的原理により、０次光の存在しない回折光群に切り出された光は、投影レンズＰＬの前側レンズ群９によりフーリエ変換され、絞り１０上にファーフィールドパタンを結像して、高次不要成分を除去している。
【００３９】
そして後側レンズ群１１によりコリメートされた光束は、加工物１２上にマスクパタン８の縮小像を構築し、これによってアブレーション加工を行っている。
【００４０】
本実施例の効果として、以下の点をあげる。
（ウ−１）照明用のレーザ光が平行光のまま均一化してマスクを照明しているため、マスク上に構築した位相差どおりの位相差を、レーザ光に与えることが出来るため、複雑なマスク構成を必要としない。
（ウ−２）絞り１０の開口径が変更可能なため、マスクの周期により、所望される次数の回折光を開口に位置させることができる。
【００４１】
次に、等間隔に複数の穴を、１列、加工した位相シフト効果のないフォトマスクを用いたときと、フォトマスクの穴列の、偶数番と奇数番の穴を透過した光に、λ／２の位相差をもたせた場合の光学的な違いを説明する。
【００４２】
この回折強度を計算すると、マスクの穴ピッチをＴ、穴の幅（開口）をＳとし、穴数をＮとすると、そのフーリエ変換Ｆ’は、Ｘを穴並び方向位置、ｕを空間周波数として
ｅｘｐ（−２πｉ（２ｎｍ））
ｅｘｐ（−２πｉ（（２ｎ＋１）ｍ）−１／２）
となる。
【００４３】
これらは明らかに、ｍが整数（０を含む）のとき打ち消しあい、半整数（±１／２，±３／２・・・）のとき、強めあう。
【００４４】
したがって、強烈な０次光と、弱い±１次光による３光束干渉という従来の結像とは異なり、図６に示すように±０．５次の位置で、対象な光路を通る２光束干渉による結像となる。
【００４５】
１．５次以上の光は、強度的にも弱く、司る形状成分も、０．５次光よりは細かい成分なので、問題にならない場合が多い。また照明条件によっては、絞りによってけられる程度の、照明側ＮＡに設定される場合もある。
【００４６】
このような結像は以下のような長所をもつ。
（エ−１）従来の３光束の干渉の場合、図５に示すようにレンズ４２の劣化により、＋１次または−１次のどちらかが、レンズの一部分で、他の２つの光束と位相差を持つようになるため、左右で非常に不均一な加工形状変形を起こした。これに対し、２光束干渉では、図７に示すように、２光束が光軸中心に対して対象であり、共通光路部が多く、位相変動に強い構造となる。
（エ−２）２光束干渉であるため、焦点進度方向の干渉縞変化がすくないので、焦点進度が増大し、特に奥行きのある穴堀加工に効果が大きい。
（エ−３）位相差が少ない共通光路部が、画角のすみの結像を行うため、加工上重要であることが多い周辺部の変形が少なくなる。
【００４７】
図２は、本発明の実施形態２の要部概略図である。図２は本発明に係る位相シフトを施したマスク（フォトマスク）を製作する方法を説明している図面である。
【００４８】
マスク２８の複数の穴は１次元方向に配列されており、一端から数えたとき偶数番目の穴と奇数番目の穴を通過する光（レーザ光）にλ／２の位相差をもたせるようにしている。
【００４９】
本実施形態ではマスクパタン２７の全面に、二分の一波長の位相差を有するＳｉＯ２薄膜２５を製作した後、アブレーション加工にて、前記マスクパタン上の前記薄膜を除去し、所望の位相差分布を製作している。
【００５０】
同図において２１は光源手段であるＡｒＦレーザであり、コヒーレントなレーザ光２１ａを放射している。２２はレーザ光束を広げて、均一な照度領域を拡大する凹レンズ、２３は被加工物面上の加工範囲を規定する、開口を有するマスク、２４は縮小投影レンズであり、マスク２３の開口を被加工物上に投影している。２５はλ／２の厚さに製膜された位相シフト用のＳｉＯ２膜である。２６はＣａＦ２基板である。２７はＣａＦ２基板２６上にＣｒ蒸着膜でつくられたマスクパタンであり、その面上には複数の穴が製作されて穴列を形成している。２８は完成した位相シフトを施したマスク（フォトマスク）の要部断面図である。
【００５１】
本実施形態ではあらかじめ市販品等の基板２６に作られたマスクパタン２７のパタンの背面にＳｉＯ２膜２５をλ／２の厚さに製膜する。これを加工対象として、位相シフトマスクを製作する。
【００５２】
ＡｒＦレーザ（波長＝１９３ｎｍ）２１より射出したレーザ光２１ａは、凹レンズ２２により光束径が拡大され、比較的均一なレーザ光が、マスク２３を照明する。
【００５３】
マスク２３の開口により切り出されたレーザ光は、縮小投影レンズ２４によりＳｉＯ２膜２５上に結像される。
【００５４】
結像光は、ＳｉＯ２膜をアブレーションし、マスクパタン２７の偶数番目の穴パタンに相当するＳｉＯ２膜を削除して、ここを通過するレーザ光に位相差が生じないようにしている。
【００５５】
１つの穴の加工が終了した後、図示されていないマスク駆動装置でマスクパタン２７の次の偶数番目の穴の上のＳｉＯ２膜を除去する。
【００５６】
本実施形態ではこのようにＳｉＯ２膜２５上を順次走査しながらマスク２３の開口を投影することにより位相シフトを施したマスク２８を製作している。
【００５７】
本実施例の効果として、以下の点をあげる。
（オ−１）ＡｒＦ工キシマレーザ２１は、他のレーザよリＳｉＯ２の吸収が大きいため、加工精度、加工速度のよい加工を行うことができる。
（オ−２）マスク基板２６にＣａＦ２を用いることにより、ＡｒＦレーザによる基板ダメージが少なくなるため、ＳｉＯ２加工に用いるレーザエネルギーを大きくすることが出来る。その結果、加工速度、加工精度ともに向上する。
（オ−３）あらかじめ裏面に、穴加工したマスクパタン２７が形成されているため、穴を通過したレーザ光が、Ｃｒ膜を痛めることが少ない。また、ＳｉＯ２加工の進行状況をモニターする光量測定にも用いることが出来る。
【００５８】
位相シフトマスクは、ＬＳＩ製造用のステッパ投影光学系に用いられることが多かったが、ＬＳＩ製造用のマスクは
（カ−１）パタンが小さく、精度が高い必要性がある。
（カ−２）パタンが単純繰り返しではない。
（カ−３）ＮＡが非常に大きい。
【００５９】
しかし、アブレーション加工のうち、数μｍを越えるような比較的大きな周期構造を製作するばあい、マスク上の構造は、１０〜５０μｍを越える。また、ＮＡも、分解能がそれほどいらないため、低くてもよい場合が多い。
【００６０】
従って、単純な周期構造に位相差を作り込むことは、比較的容易である。
【００６１】
しかし、たとえば、インクジェットプリンタの穴を一括加工する場合、１００ヶから１０００ヶ程度の穴をあけるため、そのためのマスク自体をつくる手間は非常に大きいものがあった。
【００６２】
そこで、本実施形態では、まず、マスク全体に位相差分の薄膜を形成し、その中で位相差が必要な部分だけ、レーザアブレーションすることにより、位相差マスクを効果的に製作している。
【００６３】
図３は、本発明の実施形態３の要部概略図である。図３は本発明に係る位相シフトマスクを製作する方法を説明している図面である。
【００６４】
同図３（Ａ）において３１は、第１光源手段であるパルス発振するＹＡＧレーザの３倍波発生装置（波長３５５ｎｍ）である。３２は、第２の光源手段である、ＡｒＦレーザであり、コヒーレントのレーザ光を放射している。３３は、ＹＡＧレーザ３１からの３倍波レーザ光を透過し、ＡｒＦレーザ３２からのレーザ光を反射するダイクロックミラーである。３４は、レーザ光の光束径を広げて、均一な部分を拡大する凹レンズである。３５は、加工範囲を規定する開口を有する、マスクである。３６は、ＹＡＧレーザ３１からの３倍波レーザ光と、ＡｒＦレーザ３２からのレーザ光で色収差を補正した縮小レンズ、３７は、ＳｉＯ２３８上に設けたＣｒ蒸着膜（Ｃｒ膜）より成る、マスクパタンであり、複数の穴列が製作されている。３８は、λ／２の厚さに製膜された位相シフト用のＳｉＯ２膜である。３９は、ＣａＦ２基板である。４０は、完成した位相シフトマスクの要部断面図である。
【００６５】
本実施形態では、あらかじめ、ＣａＦ２基板３９上にλ／２厚のＳｉＯ２膜３８を製膜し、さらに、その上にＣｒ蒸着膜３７を製膜しておく。その基板３９にまずＹＡＧレーザ３１からの３倍波を順次照射して、Ｃｒ膜３７上に穴パタンを制作する。
【００６６】
ＹＡＧレーザ３１から射出した光は、ダイクロックミラー３３を通過して、凹レンズ３４により広げられ、均一なレーザ光が、マスク３５を照射する。マスク３５の開口により切り出された光は、縮小レンズ３６によりＣｒ蒸着膜３７上を縮小投影され、Ｃｒ膜３７面上を加工し、穴パタンを形成する。基板３９を、順次走査し、必要な個数の穴パタンをＣｒ膜３７上に製作する。
【００６７】
必要な個数の穴だけ、Ｃｒ膜３７を加工した後、今度は図３（Ｂ）に示すようにＡｒＦレーザ３２からのレーザ光を利用して、ＳｉＯ２膜３８を加工する。
【００６８】
ＡｒＦレーザ３２から射出したレーザ光は、ダイクロックミラー３３で反射し、凹レンズ３４により広げられ、均一な光が、マスク３５を照射する。マスク３５の開口により切り出された光は、縮小レンズ３６により縮小投影されマスクパタンの奇数番目のＣｒ膜３７の穴パタンの下のＳｉＯ２膜３８に、穴パタンを加工し、λ／２厚の位相差を構築する。基板３９を、順次走査し、ＳｉＯ２膜３８に必要な個数の位相差を有した穴を製作する。
【００６９】
本実施例の効果として、以下の点をあげる。
（キ−１）位相差膜３８とＣｒ膜３７が近接してあるため、位置の違いによる位相誤差が非常に少ない。
（キ−２）Ｃｒ膜３７がＳｉＯ２膜３８の非加工部分を保護するため、ＳｉＯ２膜３８の品位が損なわれることが少ない。
（キ−３）Ｃｒ膜３７の加工と、位相差膜３８の加工に、ほぼ同軸の加工系を用いるため、位置ズレが非常にすくない。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、耐久性の低いガラスでも、レーザアブレーション加工用のレンズとして用いられるよう、フォトマスクによる回折光の位置と光量を制御することにより加工物を安定して光加工することができる光加工機及び光加工方法を達成することができる。
【００７１】
この他本発明によれば、フォトマスクによる回折光の位置と光量を制御することにより、耐久性の低いガラスでも、レーザアブレーション加工用のレンズとして用いられるようになる。同時に焦点深度の深い、均一な品位のレーザ加工を施すことができるようになる。
【００７２】
また、レーザ加工用の位相シフトマスクを、安価、簡便に得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明の実施形態２の要部概略図
【図３】本発明の実施形態３の要部概略図
【図４】従来のマスクを用いた光学系の結像原理図
【図５】従来のマスクを用いた光学系の回折光の光路図
【図６】本発明のマスクを用いた光学系の結像原理図
【図７】本発明のマスクを用いた光学系の回折光の光路図
【図８】従来例の光加工機の光学系の概略図
【符号の説明】
１、ＫｒＦエキシマレーザ
２、光路調整用のミラー
３、光量プロフィール調整用の回折格子
４、ビームエキスパンダー用の前側レンズ
５、アパーチャ
６、ビームエキスパンダー用の後側レンズ
７、上下反転重ね合わせ用のプリズム
８、位相シフトマスク
９、投影レンズの前側レンズ群
１０、絞り
１１、投影レンズの後側レンズ群
１２、加工物
２１、ＡｒＦレーザ
２２、凹レンズ
２３、マスク
２４、縮小レンズ
２５、ＳｉＯ２膜
２６、ＣａＦ２基板
２７、Ｃｒ蒸着膜マスクパタン
２８、位相シフトマスク
３１、パルスＹＡＧレーザの３倍波発生装置
３２、ＡｒＦレーザ
３３、ダイクロックミラー
３４、凹レンズ
３５、マスク
３６、縮小投影レンズ
３７、Ｃｒ蒸着膜
３８、ＳｉＯ２膜
３９、ＣａＦ２基板
４０、完成した位相シフトマスク
７０、レーザ光源
７１、プリズムユニット
７２、適光マスク
７３、シリンドリカルレンズ
７４、凸レンズ
７５、フォトマスク
７６、投射レンズの絞り面
７７、投射レンズ
７８、加工対象
Claims (3)
- 光源手段からのコヒーレント光束でマスク上のパタンを照明し、該マスク上のパタンを投影レンズで加工物上に投影して該加工物をアブレーション作用で光加工する光加工機において、該マスクは複数の開口を一定の周期で配列した開口パタンを有し、該開口パタンは１つおきに通過する光に対してλ／２の位相差を与えていることを特徴とする光加工機。
- コヒーレント光を用い、フォトマスクのパタンを加工物上に投影して、所定の形状にアブレーション加工する光加工方法において、前記加工物に加工すべき形状は、概ね等間隔に配列された、穴または、溝であり、該フォトマスク上の複数の開口パタンは、１つおきに、通過光に二分の一波長の位相差をもたせている位相マスクを用いたことを特徴とする光加工方法。
- 前記マスクの全面に、二分の一波長の位相差を有する薄膜を製作した後、アブレーション加工にて、前記マスクの開口パタン上の、前記薄膜を除去し、所望の位相差分布を製作したマスクを使用することを特徴とする、請求項２の光加工方法。
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