JP4115645B2

JP4115645B2 - Material processing apparatus and processing method using ultraviolet light or light having a shorter wavelength than ultraviolet light

Info

Publication number: JP4115645B2
Application number: JP2000026463A
Authority: JP
Inventors: 修田畑; 淳水口; 廣治山元
Original assignee: Konica Minolta Inc; Ritsumeikan Trust
Current assignee: Konica Minolta Inc; Ritsumeikan Trust
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: JP2001215720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は紫外線または紫外線より波長の短い光を用いた材料の加工装置および加工方法に関し、特に、紫外線または紫外線より波長の短い光を材料に照射して、材料を除去することにより、または、材料の物理的もしくは化学的性質を変化させることにより、３次元形状の部品を微細加工する加工装置および加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェット記録ヘッドのインクを吐出するためのノズル穴の加工は、プレス加工、電気鋳造法、レーザ加工法などが用いられていた。プレス加工による場合は、ノズルプレートを金型で押圧して変形させることによりノズルを形成するが、ノズル穴の形状の加工誤差が大きく、形状にバラツキが生じていた。電気鋳造法は、フォトリソグラフィにより作成したレジストパターンを型として電気鋳造することにより、ノズルを有するノズルプレートを直接作成する製造方法である。電気鋳造法では、加工可能なノズル穴の断面形状が限られてしまったり、レジストパターンの誤差がそのままノズルプレートに影響してしまうといった問題があった。レーザ加工法では、加工可能なノズル穴の断面形状がほとんど垂直なものに限定されてしまう。また、加工時にノズル穴周辺に乱れが生じ、ノズル穴の形状にバラツキを生じさせる原因となっていた。
【０００３】
これら従来の製造方法では、インクジェット記録ヘッドにおけるインクを吐出するためのノズル穴に求められるような、加工深さが部分的に異なる３次元形状の加工と、加工部分間で形状のバラツキを少なくした加工との双方を両立させる加工は困難であった。
【０００４】
ノズル穴の形状に誤差が生じたり、ノズル間で形状にバラツキがあると、インクの吐出特性がノズル間で異なってしまう。インクの吐出特性とは、インクの吐出体積や吐出速度である。ノズル間でインクの吐出特性にバラツキがあると、プリントされた部分の濃度が部分ごとに異なってしまう。特に多数のノズルを配列したインクジェット記録ヘッドにおいては、通常、インクジェット記録ヘッドを記録媒体上でノズルの配列する方向と垂直な方向に走査させてプリントするので、ノズルごとの濃度の違いが走査した軌跡に沿って筋状に現れる。筋状のノイズは、人間の目に知覚されやすいので、画質が著しく劣化することになる。ノイズの少ない美しい画像をプリントするために、複数のノズル間でインクの吐出特性をそろえることが非常に重要である。
【０００５】
一方、インクジェット記録ヘッドのノズル穴の加工のように、微細加工部品を高精度で加工する微細加工方法としては、半導体集積回路の製造に用いられるフォトリソグラフィ等が知られている。この半導体集積回路の製造に用いられる微細加工技術は、主として２次元平面上に薄層を積層することにより、部品を配置する技術である。この技術を用いて積層することのできる層の厚さは数ミクロン程度である。このため、深さ方向に数十ミクロンから数百ミクロンのオーダで加工が必要な３次元構造の部品の製造に用いることはできない。
【０００６】
深さ方向に数十ミクロンから数百ミクロンのオーダで加工することができる微細加工方法として、シンクロトロン放射光によるＸ線を用いたＬＩＧＡ法が知られている。ＬＩＧＡ法は、ドイツで開発された手法であり、ドイツ語のLithographie（リソグラフィ）、Galvanformung（電着成形）、Abformung（成形）の略である。ＬＩＧＡ法は、Ｘ線が有する高い直進性とエネルギを利用した技術である。ＬＩＧＡ法は、基板の表面にポリメチルメタクリレート（以下ＰＭＭＡという）からなるレジストを数百ミクロンの厚さで塗布し、Ｘ線を照射することによりレジストの分子鎖を切断する。これを現像して露光部のレジストを除去する。残ったレジストを型として電気鋳造により金属の構造体を作製する。さらに、この金属の構造体を型にしてプラスチック等を成形することができる。これにより、高精度の微細加工部品を大量に生産することが可能である。
【０００７】
ＬＩＧＡ法では、材料を露光する場合に、レジストに照射されるＸ線の照射領域を制限するために、Ｘ線を透過する透過部を有するマスクが用いられる。Ｘ線は高い直進性を有するため、レジストに照射されるＸ線の照射領域は透過部の形状と一致する。従って、加工形状と一致する形状の透過部を有するマスクが用いられる。このようにＬＩＧＡ法では、Ｘ線の入射方向に垂直な断面の形状が同じで、数百ミクロンの厚さの３次元構造体を作製することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬＩＧＡ法では、高さ方向に加工量の異なった加工を同時に行なうのは困難であった。なぜならば、高さ方向の加工量を異ならせるには、加工材料の露光分布を異ならせる必要があるからである。このために、マスクの透過口の透過率が変化するようにする必要があるが、このようなマスクを高精度で製造する方法は存在しない。このため、複数のマスクを組合わせて、複数回の露光を行なったり、一旦露光してエッチングした後に再度露光とエッチングするなどしていた。しかし、露光を複数回に分けて行なう方法は、露光するごとに加工材料およびマスクの位置を正確に合わせることが困難であり、位置のずれが原因で加工形状に大きな誤差が生じていた。
【０００９】
また、ＬＩＧＡ法に用いられるマスクは、たとえば、フォトリソグラフィと電気鋳造の手法を用いて作成される。作成されたマスクは、製造上の誤差により、透過部が設計通りに作成されない場合がある。たとえば、透過部の形状が円形の場合には、真円からわずかにずれた凹凸が、透過部の周辺に沿って存在する場合がある。また、透過部の側面がＸ線の進行方向と平行にならず、微妙な凹凸を含んでしまう場合がある。このようなマスクが有する誤差のため、正確に加工できないといった問題があった。
【００１０】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、この発明の目的の１つは、加工深さの異なる所望の３次元形状の加工を可能とするとともに、透過部の形状誤差が加工形状に与える影響を少なくした加工が可能な加工装置および加工方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するためにこの発明のある局面に従うと、材料に紫外線または紫外線より波長の短い光を照射して、材料を除去することにより、または、材料の物理的もしくは化学的な性質を変化させることにより加工する加工装置であって、紫外線または紫外線より波長が短い光を放射する光源と、光源から放射された光を透過する所定の形状の透過部を有するマスクと、材料の加工形状に基づき定められる移動パターンにしたがって、マスクと材料とを相対的に移動させる移動手段と、透過部を透過した光が材料に照射される領域を振動させるために、マスクと材料とを相対的に振動させる振動手段とを備え、振動手段は、第１の方向と該第１の方向と交わる第２の方向とに振動させ、該振動の振幅を透過部の形状に含まれる誤差の１．５倍〜４倍にし、該振動の速さを、移動手段による移動の速さよりも速くすることにより、材料の紫外線照射領域の輪郭をぼかして透過部の形状に含まれる誤差に起因した紫外線の照射むらを平均化することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、透過部を透過した光が材料に照射される領域を振動させるために、マスクと材料とを相対的に振動させる。これにより、透過部を透過した光が材料に照射される領域が、振動する振幅の範囲内で移動する。このため、露光される領域の形状が透過部の形状と同じにならず、透過部の形状をぼかした形状となる。
【００１４】
また、材料の加工形状に基づき定められる移動パターンにしたがって、マスクと材料とを相対的に移動させるので、加工形状に応じた露光分布で材料が露光される。このため、材料が加工深さの異なる３次元形状に加工される。
【００１５】
また、振動手段による振動の速さは、移動手段による移動の速さよりも速いので、露光される領域の形状が透過部の形状が振動する振幅の範囲内でぼけた形状となる。その結果、加工深さの異なる所望の３次元形状の加工を可能とするとともに、透過部の形状が加工形状に与える影響を少なくした加工が可能な加工装置を提供することができる。
【００１７】
さらに、透過部の形状に含まれる誤差の１．５倍〜４倍の振幅で振動するので、透過部の形状に含まれる誤差が加工形状に与える影響を少なくした加工が可能な加工装置を提供することができる。
【００１８】
また、同じ形状の透過部を複数設け、材料の異なる部分を同じ形状に同時に加工する場合には、露光される領域の形状が透過部の形状をぼかした形状となることにより、複数の透過部それぞれの形状の誤差が露光される領域において平均される。これにより、異なる部分の加工形状を均一にすることができるので、加工する部分間での加工形状のばらつきを抑えた加工が可能となる。
【００１９】
透過部の形状に含まれる誤差に基づき定められる振幅とは、たとえば、透過部の形状に含まれる誤差の数倍、好ましくは、１．５倍〜４倍である。誤差は、透過部の形状に統計処理して求めた標準偏差σを用いて、２〜３σの範囲内に入る値から求めても良い。より具体的には、平均値に標準偏差の２〜３倍を加えた値と設計値との差から求めるようにしても良い。
【００２０】
さらに好ましくは、振動手段は、第１の方向と第１の方向と交わる第２の方向とに振動させ、第１の方向の振動と第２の方向の振動とは、振動の周期が異なることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、振動手段は、第１の方向と第２の方向とに材料とマスクとを相対的に振動させ、第１の方向の振動と第２の方向の振動とは振動の周期が異なる。これにより、透過部を透過した光が材料に照射される領域の形状が特定の方向に偏って移動することがない。そのため、透過部の形状に含まれる誤差が加工形状に与える影響をより少なくした加工が可能な加工装置を提供することができる。
【００２２】
さらに好ましくは、第１の方向の振動と第２の方向の振動とは、振動の周期が互いに素であることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、第１の方向の振動の周期と第２の方向の振動の周期とが互いに素なので、透過部が２次元の所定の範囲内で均一に振動する。このため、透過部の形状に含まれる誤差が加工形状に与える影響をより少なくした加工が可能となる。
【００２６】
振動とは、正弦波、矩形波、三角波を含み、振動の方向が異なる２つの振動を組合わせた振動をも含む。
【００２７】
この発明のさらに他の局面にしたがうと、材料に紫外線または紫外線より波長の短い光を照射して、材料を除去することにより、または、材料の物理的もしくは化学的な性質を変化させることにより加工する加工方法であって、紫外線または紫外線より波長が短い光を、所定の形状をした照射領域に照射する照射ステップと、材料の加工形状に基づき定められる移動パターンにしたがって、照射領域と材料とを相対的に移動させる移動ステップと、材料の面上で照射領域を振動させるために、照射領域と材料とを相対的に振動させる振動ステップとを含み、振動ステップは、第１の方向と該第１の方向と交わる第２の方向とに振動させ、該振動の振幅を照射領域の形状に含まれる誤差の１．５倍〜４倍にし、該振動の速さを、移動ステップによる移動の速さよりも速くすることにより、材料の紫外線照射領域の輪郭をぼかして照射領域の形状に含まれる誤差に起因した紫外線の照射むらを平均化することを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、加工深さの異なる所望の３次元形状の加工を可能とするとともに、照射領域の形状が加工形状に与える影響を少なくした加工が可能な加工方法を提供することができる。さらに、照射領域の形状に含まれる誤差の１．５倍〜４倍の振幅で振動するので、照射領域の形状に含まれる誤差が加工形状に与える影響を少なくした加工が可能な加工装置を提供することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
[第１の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態の１つにおける加工装置について説明する。なお、図中同一符号は同一または相当する部材を示し、説明は繰返さない。
【００３２】
ここでは、インクジェット記録ヘッドのインクを吐出するためのノズル穴の加工に本実施の形態における加工装置を適用する場合について説明する。
【００３３】
図１は、本実施の形態における加工装置の概略構成を示すブロック図である。図１を参照して、加工装置は、装置全体を制御するためのメインコントローラ５と、メインコントローラ５にそれぞれ接続された入力部６、記憶部７、表示部８、および、ステージコントローラ４と、ステージコントローラ４に接続され、加工材料をナノメータオーダで移動させることが可能な露光用ステージ３と、加工材料にシンクロトロン放射光（以下「ＳＲ光」という）を照射するシンクロトロン放射光源（以下「ＳＲ光源」という）１と、線量モニタ１０とを含む。
【００３４】
入力部６は、加工装置の操作者が必要な指示や情報を入力するための入力デバイスである。記憶部７は、メインコントローラ５で実行するプログラムやそのプログラムの実行に必要な変数等を記憶する。表示部８は、操作者に必要な情報を表示する。
【００３５】
メインコントローラ５、入力部６、記憶部７、および、表示部８は、パーソナルコンピュータで構成することができる。この場合は、パーソナルコンピュータの中央演算装置（ＣＰＵ）がメインコントローラ５に該当し、キーボードまたはマウスが入力部６に該当し、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および、ハードディスクが記憶部７に該当し、ディスプレイおよびプリンタが表示部８に該当する。
【００３６】
ＳＲ光源１から放射されるＳＲ光を、ベリリウムフィルタやポリイミドフィルタ等でフィルタリングすることにより、所定の波長のＸ線を抽出して露光用チャンバ２に入射させることができる。
【００３７】
また、ＳＲ光源１から放射されるＳＲ光のＸ線は、シャッタ９が閉じているときには、シャッタ９で遮断され、露光用チャンバ２へは入射しない。シャッタ９が開いているときに、ＳＲ光のＸ線が露光用チャンバ２に入射する。シャッタ９の開閉は、メインコントローラ５により制御される。
【００３８】
線量モニタ１０は、ＳＲ光源１から放射されるＳＲ光のＸ線の強度を随時モニタする。モニタされたＸ線強度は、メインコントローラ５に送られる。
【００３９】
露光用ステージ３は、露光用チャンバ２内に設けられ、ステージコントローラ４によりその駆動が制御される。ステージコントローラ４は、メインコントローラ５からの指令に従って、露光用ステージ３に駆動電圧を印加する。
【００４０】
図２は、露光用ステージ３の側面図である。図２を参照して、露光用ステージ３は、加工材料２０を保持するためのサンプルホルダ３１と、Ｘ線を透過するための所定の形状をした透過口を有するＸ線マスク３２と、Ｘ線マスク３２を加工材料２０に対して水平２軸方向に移動させるためのマスク移動機構３３と、サンプルホルダ３１、マスク移動機構３３およびＸ線マスク３２を水平方向に往復移動させるための往復移動機構３４を含む。
【００４１】
Ｘ線マスク３２は、ＳＲ光源１が照射するＳＲ光のＸ線を透過する円形の透過口を有する。透過口の大きさは、加工形状のＸ線が入射する方向に垂直な断面の面積よりも小さい。加工材料２０は、基板上にＰＭＭＡを数百ミクロンの厚さで塗布したものである。
【００４２】
マスク移動機構３３は、大きく３層で構成されている。Ｘ線が照射される側の第１層は、Ｘ線マスク３２を図面に垂直な方向（以下「方向Ｙ」という）に移動可能に保持するＹ軸ステージ３３１と、Ｙ軸ステージ３３１を方向Ｙに振動させるための第１Ｙ軸アクチュエータ３３２と、Ｙ軸台板３３３とを含む。Ｙ軸台板３３３は、Ｙ軸ステージ３３１と第１Ｙ軸アクチュエータ３３２とを保持する。なお、Ｙ軸ステージ３３１は、Ｙ軸台板３３３上で方向Ｙに沿って移動可能である。
【００４３】
第１層の下側の第２層は、Ｙ軸台板３３３を図中矢印Ｘ方向（以下「方向Ｘ」という）に移動可能に保持するＸ軸ステージ３３４と、Ｘ軸ステージ３３４を方向Ｘに振動させるための第１Ｘ軸アクチュエータ３３５と、Ｘ軸台板３３６とを含む。Ｘ軸台板３３６は、Ｘ軸ステージ３３４と第１Ｘ軸アクチュエータ３３５とを保持する。なお、Ｘ軸ステージ３３４は、Ｘ軸台板３３６上で方向Ｘに沿って移動可能である。
【００４４】
第２層の下側の第３層は、Ｘ軸台板３３６を保持するためのＸＹステージ３３７と、ＸＹステージ３３７を方向Ｘに移動させるための第２Ｘ軸アクチュエータと、ＸＹステージ３３７を方向Ｙに移動させるための第２Ｙ軸アクチュエータと、ＸＹ軸台板３３８とを含む。ＸＹ軸台板３３８は、ＸＹステージ３３７と、第２Ｘ軸アクチュエータ、および、第２Ｙ軸アクチュエータとを保持する。なお、ＸＹステージ３３７は、ＸＹ軸台板３３８上で方向Ｘおよび方向Ｙに移動可能である。
【００４５】
第１層の第１Ｙ軸アクチュエータ３３２と第２層の第１Ｘ軸アクチュエータ３３５とは、圧電素子（以下「ＰＺＴ」という）であり、それぞれＹ軸ステージ３３１またはＸ軸ステージ３３４をナノメータオーダで移動させることができる。そしてその最大変位は１０［μｍ］程度であればよい。このようなアクチュエータとしては、Physick Instrumente社製 Model Ｐ−８０４．１０などの市販品を用いることができる。
【００４６】
第３層の第２Ｘ軸アクチュエータと第２Ｙ軸アクチュエータとは、ＰＺＴであり、ナノメータオーダでＸＹステージ３３７を移動させる。また、第３層には、ＸＹステージ３３７の位置を検出するためのセンサが設けられている。センサの出力は、第２Ｘ軸アクチュエータおよび第２Ｙ軸アクチュエータを駆動するための信号にフィードバックされ、ＸＹステージ３３７をナノメータオーダで位置決めする制御が行なわれる。この位置決め制御は、ステージコントローラ４で行なわれる。このようにＸＹステージ３３７をナノメータオーダの高精度で位置決め可能な装置として、本実施の形態においては、Physick Instrumente社製 Model Ｐ−７３１．１０ステージを使用している。
【００４７】
なお、Ｙ軸ステージ３３１、Ｙ軸台板３３３、Ｘ軸ステージ３３４、Ｘ軸台板３３６、ＸＹステージ３３７、およびＸＹ軸台板３３８は、中空となっており、Ｘ線マスク３２を透過したＸ線が加工材料２０に照射されるようになっている。
【００４８】
サンプルホルダ３１は、ＸＹ軸台板３３８と、加工材料２０とを保持する。往復移動機構３４は、ステッピングモータとボールねじとを組合せたステージであり、サンプルホルダ３１を方向Ｘに沿って１［ｍｍ／ｓ］の速さで往復移動させる。
【００４９】
このようにしてなる露光ステージ３は、Ｘ線マスク３２を加工材料２０に対して次のように相対的に移動させることができる。
【００５０】
（１）マスク移動機構３３の第１層の第１Ｙ軸アクチュエータ３３２による方向Ｙの振動（以下「振動Ｙ」という）。
【００５１】
（２）マスク移動機構３３の第２層の第１Ｘ軸アクチュエータ３３５による方向Ｘの振動（以下「振動Ｘ」という）。
【００５２】
（３）マスク移動機構３３の第２Ｘ軸アクチュエータと第２Ｙ軸アクチュエータとによる方向Ｘおよび方向Ｙの移動（以下「移動ＸＹ」という）。
【００５３】
「振動Ｘ」と「振動Ｙ」とは、Ｘ線マスク３２を加工材料２０に対して方向Ｘと方向Ｙとに振動させるものである。「移動ＸＹ」は、Ｘ線マスク３２を加工材料２０に対してＸ方向およびＹ方向に移動させるものである。「移動ＸＹ」については後で詳しく説明する。
【００５４】
往復移動機構３４による方向Ｘの往復移動（以下「マスク往復移動」という）は、Ｘ線マスク３２が、ＳＲ光源１から照射されるＳＲ光のＸ線が照射される範囲の全体を走査するようにするための移動である。ＳＲ光源１から照射されるＳＲ光のＸ線は、強度になだらかな分布が存在する場合がある。このため、Ｘ線マスク３２が、Ｘ線の照射される範囲の全体を走査するようにする。これにより、Ｘ線マスク３２の透過口を透過するＸ線の強度分布が平均したものとなり、加工材料２０に照射されるＸ線の強度が均一となるように補正される。なお、補正をより確実に行なうために、往復移動機構３４でサンプルホルダ３１を方向Ｘに往復移動させるだけでなく、方向Ｙに沿って往復移動させるようにしてもよい。
【００５５】
次に、マスク移動機構３３の制御について説明する。マスク移動機構３３の圧電素子を駆動するための駆動電圧は、ステージコントローラ４から印加される。
【００５６】
まず、マスク移動機構３３の第３層における第２Ｘアクチュエータと第２Ｙアクチュエータの駆動について説明する。本実施の形態における加工装置は、Ｘ線マスク３２を加工材料２０のレジストに対して相対的に移動させることにより、加工材料２０のレジストの露光量を部分ごとに異ならせる。これにより、加工材料２０のレジストが、Ｘ線の入射方向に垂直な断面の形状が異なり、数百ミクロンの厚さの３次元形状に加工することができる。
【００５７】
これについて、インクジェット記録ヘッドのノズルプレートの加工を例に説明する。図３は、本実施の形態におけるインクジェット記録ヘッドのノズルプレートの平面図である。図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図３および図４を参照して、ノズルプレート１０５には、複数のノズル孔１０７が形成されている。ノズルプレート１０５の一方の面におけるノズル孔１０７の径は３６０［μｍ］であり、他方の面の径は４０［μｍ］である。
【００５８】
図５は、本実施の形態における加工装置に用いられるＸ線マスク３２の平面図である。図５を参照して、Ｘ線マスク３２は、ノズルプレートに形成するためのノズル孔の数に対応する透過口１０３を有する。透過口１０３の直径は２００［μｍ］である。透過口１０３は、ＳＲ光源１から放射されるＳＲ光のＸ線を透過する。このＸ線マスク３２と加工前のノズルプレート１０５とが加工装置に設置され、Ｘ線マスク３２が、マスク移動機構３３の第３層の第２Ｘ軸アクチュエータと第２Ｙ軸アクチュエータとにより移動される。
【００５９】
この移動は、ステージコントローラ４から、第２Ｘ軸アクチュエータと第２Ｙ軸アクチュエータとに駆動電圧が印加されることにより行なわれる。ステージコントローラ４には、第２Ｘ軸アクチュエータと第２Ｙ軸アクチュエータとに印加する電圧の駆動波形を記憶するためのメモリが備えられている。このメモリには、メインコントローラ６から送られる駆動波形が記憶される。ステージコントローラ４は、メモリに記憶された駆動波形を読出して、デジタル／アナログ変換により変換された駆動電圧を第２Ｘ軸アクチュエータおよび第２Ｙ軸アクチュエータに印加する。
【００６０】
本実施の形態においては、図３および図４に示したノズル孔１０７の形状にノズルプレート１０５を加工するために、Ｘ線マスク３２の中心が半径８０［μｍ］の円を描くように移動させる。このようにＸ線マスク３２を移動させるために、第２Ｘ軸アクチュエータと第２Ｙ軸アクチュエータとに印加する駆動波形を、振幅と周期が同じで位相が９０度ずれた正弦波としている。
【００６１】
Ｘ線マスク３２が半径８０［μｍ］の円を１回描く間に、すべての露光が終了するように正弦波の周期を設定してもよいが、Ｘマスク３２が円をＮ回描く間に露光が行なわれるように正弦波の周期を設定してもよい。このように正弦波の周期を設定すれば、ＸＹステージ３３７の位置決めの誤差が円を描く移動ごとに現われるので、位置決めの誤差を平均することができる。これにより、ＸＹステージ３３７の位置決めによる誤差が加工形状に偏って現われることを防止することができる。
【００６２】
図６は、Ｘ線マスク３２の透過口１０３の移動を説明するための図である。図６を参照して透過口１０３Ａの中心Ｏ１から８０［μｍ］だけ離れた、点Ｏ２を中心にして、Ｘ線マスク３２が円を描くように移動する。したがって、加工材料２０のレジストにおいては、点Ｏ２から２０［μｍ］の範囲は、常にＸ線により露光されることになる。それ以外の範囲については、露光口１０３Ａの位置により露光されるときと露光されないときとが生じ、露光量が点Ｏ２から２０［μｍ］の範囲よりも少なくなる。このようにＸ線マスク３２を移動させることにより、図３および図４に示したノズル孔１０７をノズルプレート１０５に形成することができる。
【００６３】
次に、マスク移動機構３３における第１層の第１Ｙ軸アクチュエータ３３２と第２層の第１Ｘ軸アクチュエータ３３５の駆動について説明する。第１Ｙ軸アクチュエータ３３２と第１Ｘ軸アクチュエータ３３５とは、それぞれステージコントローラ４により駆動される。図７および図８は、第１Ｙ軸アクチュエータ３３２または第１Ｘ軸アクチュエータ３３５に印加される駆動電圧を示す図である。図７および図８はともに、横軸に時間を示し、縦軸に電圧を示す。それぞれの図に示した信号は、振幅が同じ三角波である。そして、図７に示す三角波の周期は、図８に示す三角波の周期の１／９となっている。
【００６４】
図７および図８に示した駆動電圧の波形の振幅は、Ｘ線マスク３２の透過口１０３を製造するときの誤差に基き定められる。たとえば、透過口１０３の形状の誤差の最大値を１［μｍ］とした場合には、Ｘ線マスク３２を振動させるための振幅を２［μｍ］にすればよい。したがって、Ｘ線マスク３２が方向Ｘおよび方向Ｙそれぞれに振幅２［μｍ］で振動するように、第１Ｙ軸アクチュエータ３３２と第１Ｘ軸アクチュエータ３３５とに印加する電圧の振幅を定めればよい。なお、本実施の形態においては、Ｘ線マスク３２をＸ方向またはＹ方向に振動させる振幅を、透過口１０３の形状の誤差の最大値の２倍としたが、Ｘ線マスク３２の透過口１０３の誤差の数倍、好ましくは、１．５〜４倍とすることができる。
【００６５】
今、図７に示す信号を第１Ｙ軸アクチュエータ３３２に印加し、図８に示す信号を第１Ｘ軸アクチュエータ３３５に印加したとすると、Ｘ線マスク３２が方向Ｘに１往復する間に、方向Ｙに９往復することになる。このように、周期が異なる三角波を第１Ｙ軸アクチュエータ３３２または第１Ｘ軸アクチュエータ３３５に印加するようにすれば、所定の２次元の範囲全体にわたってＸ線マスク３２が移動するようになる。さらに、周期が互いに素であれば、所定の２次元の範囲全体にわたって均一に、Ｘ線マスク３２を移動させることができる。
【００６６】
また、図７および図８に示した駆動電圧の波形の周期は、Ｘ線マスク３２が第２Ｙ軸アクチュエータと第２Ｘ軸アクチュエータとによりＸ線マスク３２が移動される速さよりも速くなるように定められる。これにより、Ｘ線マスク３２の透過口１０３それが、移動するそれぞれの位置において振動することにより所定の２次元の範囲内を移動する。これにより、加工深さの異なる３次元形状のノズル孔を加工することができるとともに、透過口１０３の形状の誤差を露光される領域において平均化することができる。さらに、複数のノズル孔を複数の透過口１０３を有するＸ線マスク３２を用いて同時に加工する場合、複数の透過口１０３の形状の誤差が露光される領域で平均化されるので、複数のノズル孔の形状を均一にすることができる。
【００６７】
また、露光中に第１Ｙ軸アクチュエータ３３２と第１Ｘ軸アクチュエータ３３５とに印加する電圧を入換えることにより、Ｘ線マスク３２が所定の２次元の範囲内を均一に移動することができる。
【００６８】
なお、第１Ｙ軸アクチュエータ３３２と第１Ｘ軸アクチュエータ３３５とに印加する電圧の振幅を同じとしたが、これを異ならせるようにしてもよい。この場合には、所定の長方形の範囲内でＸ線マスク３２の透過口１０３が振動するようになる。
【００６９】
このようにＸ線マスク３２を振動させることにより、透過口１０３の形状がそのまま露光される領域の輪郭となることはない。したがって、Ｘ線マスク３２の複数の透過口１０３の間に形状の誤差があったとしても、それぞれの透過口１０３を透過するＸ線の露光分布が、複数の透過口１０３の間で平均化される。これにより、ノズルプレート１０５に形成される複数のノズル孔１０７の形状のばらつきを少なくすることができる。
【００７０】
図９は、Ｘ線マスク３２の透過部１０３の１つを拡大して示す図である。Ｘ線マスク３２は透過部１０３が真円となるように製造されるが、その製造誤差により透過部１０３の輪郭に真円からわずかにずれた凹凸が誤差となって現われる。図１０は、図９の一部分１１１を拡大して示す図である。図１０を参照して、透過部１０３の周辺部分１０３Ａは、透過部１０３の本来の形状１２０からずれた形状となっている。その誤差は、透過部１０３の本来の形状１２０から外側および内側にそれぞれずれた距離として表わされる。ここでは、この誤差の最大値をＲで示している。
【００７１】
Ｘ線マスク３２を方向Ｘおよび方向Ｙに、振幅ａ（ａ＝２Ｒ）の三角波でそれぞれ振動させると、透過部１０３の輪郭部１０３Ａ上の点１１３は、範囲１１５内を移動する。同様に、透過部１０３の周辺部１０３Ａ上の点１１７は、範囲１１９内を移動する。範囲１１５、１１９は、一辺が４Ｒの正方形である。範囲１１５は、点１１３を透過したＸ線により均一に露光される。範囲１１９は、点１１７を透過したＸ線により均一に露光される。
【００７２】
このように、Ｘ線マスク３２を方向Ｘおよび方向Ｙに振動させることにより、透過口１０３を透過したＸ線により加工材料２０のレジストが照射される領域は、透過口１０３の形状と同じとはならず、Ｘ線マスク３２を振動させる振幅に応じて輪郭がぼけた形状となる。したがって、透過口１０３の形状の誤差がそのまま加工材料２０のレジストの加工形状に現われることがない。これは、透過口１０３の形状が有する誤差が、Ｘ線マスク３２を振動させることにより、Ｘ線が照射される領域において平均化されるからである。
【００７３】
したがって、複数の透過口１０３の間で、誤差により形状が異なる場合であっても、加工材料２０のレジストの露光量を異なる透過口１０３間でほぼ同じにすることができる。この結果、加工形状のばらつきを減らすことができる。
【００７４】
次に、本実施の形態における加工装置での露光処理について説明する。図１１は、本実施の形態における加工装置で行なわれる露光処理の流れを示す図である。露光処理ではまず、入力部６よりＸ線マスク３２の回転移動半径が入力される（ステップＳ２０１）。本実施の形態においては、Ｘ線マスク３２の回転移動半径を８０［μｍ］としているので、この値が入力される。そして、メインコントローラ５で、入力されたＸ線マスク３２の回転移動半径に基き、マスク移動機構３３の第２Ｙ軸アクチュエータと第２Ｘ軸アクチュエータを駆動するための駆動信号が算出される。この駆動信号は、振幅および周期が同じで位相が９０度ずれた２組の正弦波である。計算された駆動信号が、ステージコントローラ４のメモリに転送され、記憶される（ステップＳ２０３）。
【００７５】
そして、メインコントローラの指示により、シャッタ９が開かれる（ステップＳ２０４）。これにより、露光チャンバ２内にＳＲ光源１が放射するＳＲ光のＸ線が入射し、加工材料２０のレジストが露光される。
【００７６】
そして、ステージコントローラ４が、メモリに記憶された駆動信号を読出し、これをアナログ信号に変換する。そして、マスク移動機構３３の第１Ｙ軸アクチュエータおよび第２Ｘ軸アクチュエータと第２Ｙ軸アクチュエータおよび第２Ｘ軸アクチュエータとに駆動電圧を印加する。これにより、Ｘ線マスク３２が加工材料２０のレジストに対して平行な面で円を描く軌跡で移動するとともに、Ｘ線マスク３２が加工材料２０のレジストに対して平行な面で所定の範囲内を振動する。
【００７７】
メインコントローラ５は、シャッタ９を開いてからの時間を、メインコントローラ５に内蔵されたタイマで計時し（ステップＳ２０６）、計時した露光時間が所定の値となったか否かを判断する（ステップＳ２０７）。計時した露光時間が所定の値となるまで、ステップＳ２０５とステップＳ２０６の処理が繰返し行なわれる。計時した露光時間が所定の値となった場合には、メインコントローラ５の指示によりシャッタ９が閉ざされる。これにより、露光処理が終了する。
【００７８】
ここで、露光時間について説明する。Ｘ線マスク３２の透過口を透過したＸ線の強度は、ＳＲ光源１が放射するＸ線の強度をＩ［Ｗ・ｍ^-2］、Ｘ線マスク３２の透過口の透過率をＴとすると、ＩＴとなる。本実施の形態においては、ＳＲ光源１が放射するＳＲ光のＸ線の強度Ｉは、線量モニタ１０でモニタされる。Ｘ線マスク３２の透過口の透過率Ｔは、透過口全体にわたって一定としている。
【００７９】
Ｘ線マスクの透過口を透過したＸ線が加工材料２０のレジストを照射する照射領域の露光量Ｅは、時間をｔとするとき、次式（１）により表わされる。
【００８０】
Ｅ＝∫ＩＴｄｔ … （１）
したがって、露光時間は、線量モニタ１０でモニタされるＳＲ光源１が放射するＸ線の強度Ｉと、Ｘ線マスク３２の透過口の透過率Ｔとから、露光量が所定の値となるまでの積算時間として求められる。
【００８１】
また、加工直前に線量モニタ１０でＸ線強度を測定し、測定した結果とＳＲ光源１が放射するＸ線の減衰特性とから、経時的に変化するＸ線の強度を予測することにより、露光時間を求めるようにしてもよい。
【００８２】
なお、加工装置で露光中は、往復移動機構３４にステージコントローラ４から指令が出され、サンプルホルダ３１が方向Ｘに沿って１［ｍｍ／ｓ］の速さで往復運動を行なう。
【００８３】
露光処理が終了した加工材料２０のレジスト（ＰＭＭＡ）は、現像される。現像は、次の組成の現像液および停止液を用いて、４０℃で１２０分間行なった。
【００８４】
（１）現像液は、ＧＧ現像液を用い、組成は、２−（２−Butoxvethoxy）ethanolが６０［ｖｏｌ％］、モルホリンが２０［ｖｏｌ％］、２−AMINOETHANOLが５［ＶＯＬ％］、水が１５［ｖｏｌ％］である。
【００８５】
（２）停止液の組成は、２−（２−Butoxvethoxy）ethanolが８０［ｖｏｌ％］、水が２０［ｖｏｌ％］である。
【００８６】
そして、現像された加工材料２０のレジスト（ＰＭＭＡ）をベースにして、電気鋳造することで、金属製の部品を得ることができる。さらに、得られた金属製の部品を型として樹脂等をモールドすることで、必要な形状の部品を製造することができる。これらのプロセスについては従来のＬＩＧＡ法と同じである。
【００８７】
以上説明したように、本実施の形態における加工装置では、露光中にＸ線マスク３２を加工材料２０のレジストの露光分布が加工形状に応じた露光分布となるようにＸ線マスク３２を移動させるので、部分ごとに加工形状の異なる３次元の形状に加工材料２０のレジストを加工することができる。
【００８８】
また、露光中にＸ線マスク３２を方向Ｘと方向Ｙとに振動させるので、Ｘ線マスク３２の透過口１０３の形状の誤差を、露光される領域において平均化することができ、透過口１０３の形状の誤差の影響を少なくした加工形状とすることができる。
【００８９】
［第２の実施の形態］
次に、加工深さを異ならせた加工形状に加工する第２の実施の形態における加工装置について説明する。まず、第２の実施の形態における加工装置における加工原理について説明する。実際の露光は２次元で行なわれるが、ここでは説明を簡単にするため１次元で説明する。
【００９０】
図１２は、第２の実施の形態におけるＸ線マスクが有する面積の異なる透過口の強度分布と、それぞれの透過口の露光量との関係を示す図である。図１２（Ａ）には、直径がａ１の円形の透過口と直径がａ２の円形の透過口の強度分布を示す。
【００９１】
図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）に示したＸ線の強度分布となる透過口を、範囲Ｄで高速に振動させた場合における露光分布を示す図である。直径ａ１の透過口と直径ａ２の透過口とを透過したＸ線が範囲Ｄに平均して与えられる。直径ａ２が直径ａ１よりも大きいので、直径ａ２の透過口を透過したＸ線の露光量が直径ａ１の透過口を透過したＸ線の露光量よりも大きくなる。このように、面積の異なる複数の透過口をＸ線マスク３２に形成し、Ｘ線マスク３２を所定の範囲内で振動させることにより、加工深さの異なる形状に加工材料２０を加工することができる。
【００９２】
次に、この原理を利用してマイクロレンズアレイを作製する例について説明する。図１３は、本実施の形態において用いられるＸ線マスク３２の一部を示す平面図である。図１３を参照して、Ｘ線マスク３２には、７つの透過口１０３Ａ〜１０３Ｇが形成されている。これらはすべて、同心円でそれぞれの境界が区切られている。また、透過口１０３Ａ〜１０３Ｆそれぞれの中心を通る同心円の半径は、隣接する透過口との間でｄだけ異なる。また、透過口１０３Ａ〜１０３Ｇの図中のＡ−Ａ線で切断される長さは、外側にある透過口ほど短く、透過口１０３Ａが最も短い。
【００９３】
図１４は、図１３に示した単位領域１３０および単位領域１３５の拡大図である。単位領域１３０および単位領域１３５は、同心円と同心円の中心を通る直線とにより囲まれる形状で、面積が同じである。ここでは、単位領域における同心円の直径方向の長さをｄとしている。単位領域１３０に占める透過部１０３Ａの面積と単位領域１３５に占める透過部１０３Ｂの面積とは異なる。透過部１０３Ａが透過部１０３Ｂよりも同心円の中心を通る直線方向の長さが短いので、透過部１０３Ａが単位領域に占める割合は、透過部１０３Ｂが単位領域に占める割合よりも小さい。
【００９４】
図１５は、図１３のＡ−Ａ線における透過口１０３Ａ〜１０３Ｇを透過するＸ線の強度分布を示す図である。図１５を参照して、透過口１０３Ａ〜１０３Ｇの透過率は同じであるので、すべての透過口１０３Ａ〜１０３Ｇを透過するＸ線の強度は同じとなっている。一方、透過口１０３Ａ〜１０３ＧのＡ−Ａ線上の幅が、外側の透過口１０３Ａほど短くなっている。
【００９５】
本実施の形態における加工装置では、図１３に示したＸ線マスク３２を、方向Ｘに沿って振幅ｄで振動させ、方向Ｙに沿って振幅ｄで振動させる。振動は、Ｘ線マスク３２を方向Ｘに沿って振幅ｄで、方向Ｙに沿って振幅ｄで振動させるように図７および図８に示した三角波を第２Ｙ軸アクチュエータと第２Ｘ軸アクチュエータに印加することにより行なわれる。この場合、第１Ｙ軸アクチュエータ３３２と第１Ｘ軸アクチュエータ３３５とに電圧は印加されない。したがって、Ｘ線マスク３２は、第２Ｙ軸アクチュエータと第２Ｘ軸アクチュエータとによってのみ移動させられる。
【００９６】
Ｘ線マスク３２が振幅ｄで方向Ｘおよび方向Ｙに移動すると、Ｘ線マスク３２の透過口１０３Ａ〜１０３Ｇを透過したＸ線は、加工材料２０のレジストを所定の範囲で露光する。ここで、図１３を参照して、透過口１０３Ａの微小領域１２０は、加工材料２０のレジスト上の領域１２２を移動する。同様に、透過口１０３Ｂの微小領域１２４は、加工材料２０のレジスト上の領域１２６を移動する。このとき、透過口１０３Ａを透過したＸ線は、領域１２２において露光量がほぼ均一となるように照射する。同様に、透過口１０３Ｂを透過したＸ線は、領域１２６において露光量がほぼ均一となるように照射する。また、透過口１０３Ａを透過したＸ線の領域１２２における露光量は、透過口１０３Ｂを透過したＸ線の領域１２６における露光量よりも小さい。したがって、領域１２２における加工量は、領域１２６における加工量よりも小さくなる。
【００９７】
図１６は、図１３に示した透過口を有するＸ線マスク３２を、振幅ｄで図７および図８に示した三角波で振動させて加工した加工材料の任意の断面における露光量を示す図である。図１６を参照して、透過口１０３Ｇを透過したＸ線により露光された部分の露光量が大きく、最も外側の透過口１０３Ａを透過したＸ線により露光された部分の露光量が小さくなっている。
【００９８】
このように、図１３に示した透過口を有するＸ線マスク３２を用いることにより、一度の露光で部分的に加工量が異なる３次元の形状に加工することができる。
【００９９】
なお、本実施の形態においても現像処理は、第１の実施の形態において説明した組成の現像液および停止液を用いて、現像処理が行なわれる。
【０１００】
また、本実施の形態においては、レジストにＰＭＭＡを用いたが、ＰＭＭＡの代わりにテフロン（polytetrafluoroethylene）を用いることができる。テフロンを用いる場合には、ＳＲ光のＸ線による直接加工（直接除去）が可能となる。したがって、この場合に現像処理は不要となる。
【０１０１】
また、本実施の形態においては、Ｘ線マスク３２を移動もしくは振動させるようにしたが、Ｘ線マスク３２を固定して加工材料２０を移動または振動させるようにしてもよいし、Ｘ線マスク３２と加工材料２０とをともに移動もしくは振動させるようにしてもよい。
【０１０２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態における加工装置の露光用ステージ３の側面図である。
【図３】本実施の形態におけるインクジェット記録ヘッドのノズルプレートの平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本実施の形態における加工装置に用いられるＸ線マスク３２の平面図である。
【図６】Ｘ線マスク３２の透過口１０３の移動を説明するための図である。
【図７】第１Ｙ軸アクチュエータ３３２または第１Ｘ軸アクチュエータ３３５に印加される駆動電圧を示す図である。
【図８】第１Ｙ軸アクチュエータ３３２または第１Ｘ軸アクチュエータ３３５に印加される駆動電圧を示す図である。
【図９】Ｘ線マスク３２の透過部１０３の１つを拡大して示す図である。
【図１０】図９の一部分１１１を拡大して示す図である。
【図１１】本実施の形態における加工装置で行なわれる露光処理の流れを示す図である。
【図１２】第２の実施の形態におけるＸ線マスクが有する面積の異なる透過口の強度分布と、それぞれの透過口の露光量との関係を示す図である。
【図１３】本実施の形態において用いられるＸ線マスク３２の一部を示す平面図である。
【図１４】図１３の単位領域１３０，１３５の拡大図である。
【図１５】図１３のＡ−Ａ線における透過口１０３Ａ〜１０３Ｇを透過するＸ線の強度分布を示す図である。
【図１６】図１３に示した透過口を有するＸ線マスク３２を、振幅ｄで図７および図８に示した三角波で振動させて加工した加工材料の任意の断面における露光量を示す図である。
【符号の説明】
１ＳＲ光源、２露光用チャンバ、３露光用ステージ、４ステージコントローラ、５メインコントローラ、６入力部、７記憶部、８表示部、３１サンプルホルダ、３２Ｘ線マスク、３３マスク移動機構、３４移動機構。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a material processing apparatus and processing method using ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, and in particular, by irradiating the material with light having a wavelength shorter than ultraviolet light or ultraviolet light and removing the material, or the material The present invention relates to a processing apparatus and a processing method for finely processing a three-dimensionally shaped part by changing the physical or chemical properties.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, press working, electroforming, laser processing, and the like have been used for processing nozzle holes for ejecting ink from an ink jet recording head. In the case of press working, the nozzle is formed by pressing and deforming the nozzle plate with a metal mold, but there is a large machining error in the shape of the nozzle hole, resulting in variations in the shape. The electroforming method is a manufacturing method in which a nozzle plate having nozzles is directly formed by electroforming a resist pattern formed by photolithography as a mold. In the electrocasting method, there are problems that the cross-sectional shape of the nozzle hole that can be processed is limited, or that the error of the resist pattern directly affects the nozzle plate. In the laser processing method, the cross-sectional shape of the nozzle hole that can be processed is limited to a substantially vertical shape. In addition, a disturbance occurs in the periphery of the nozzle hole during processing, which causes a variation in the shape of the nozzle hole.
[0003]
In these conventional manufacturing methods, processing of a three-dimensional shape with partially different processing depths, which is required for nozzle holes for ejecting ink in an ink jet recording head, and variation in shape between processing parts are reduced. Processing that achieves both processing and processing has been difficult.
[0004]
If an error occurs in the shape of the nozzle hole or the shape varies between nozzles, the ink ejection characteristics differ between the nozzles. The ink ejection characteristics are ink ejection volume and ejection speed. If there are variations in the ink ejection characteristics between the nozzles, the density of the printed part will differ from part to part. In particular, in an inkjet recording head in which a large number of nozzles are arranged, printing is usually performed by scanning the inkjet recording head on a recording medium in a direction perpendicular to the direction in which the nozzles are arranged. Appear streaks along. Since streak noise is easily perceived by human eyes, the image quality is significantly degraded. In order to print a beautiful image with less noise, it is very important to have the same ink ejection characteristics among a plurality of nozzles.
[0005]
On the other hand, photolithography used for manufacturing semiconductor integrated circuits is known as a fine processing method for processing a micro-processed component with high accuracy, such as processing of a nozzle hole of an ink jet recording head. The microfabrication technique used for manufacturing this semiconductor integrated circuit is a technique for arranging components mainly by laminating thin layers on a two-dimensional plane. The thickness of layers that can be stacked using this technique is on the order of a few microns. For this reason, it cannot be used for manufacturing a part having a three-dimensional structure that requires processing in the order of several tens to several hundreds of microns in the depth direction.
[0006]
A LIGA method using X-rays with synchrotron radiation is known as a fine processing method capable of processing in the depth direction on the order of several tens to several hundreds of microns. The LIGA method is a technique developed in Germany, and is an abbreviation for Lithographie (lithography), Galvanformung (electrodeposition molding), and Abformung (molding) in German. The LIGA method is a technology that uses the high straightness and energy of X-rays. In the LIGA method, a resist made of polymethyl methacrylate (hereinafter referred to as PMMA) is applied to the surface of a substrate with a thickness of several hundred microns, and the molecular chains of the resist are cut by irradiating with X-rays. This is developed to remove the resist in the exposed area. Using the remaining resist as a mold, a metal structure is produced by electroforming. Furthermore, a plastic or the like can be formed using this metal structure as a mold. As a result, it is possible to produce high-precision microfabricated parts in large quantities.
[0007]
In the LIGA method, when a material is exposed, a mask having a transmission part that transmits X-rays is used in order to limit an irradiation region of X-rays irradiated to the resist. Since X-rays have high straightness, the X-ray irradiation area irradiated on the resist matches the shape of the transmission part. Therefore, a mask having a transmission part having a shape that matches the processed shape is used. Thus, in the LIGA method, a three-dimensional structure having the same cross-sectional shape perpendicular to the X-ray incident direction and a thickness of several hundred microns can be manufactured.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the LIGA method, it is difficult to simultaneously perform processing with different processing amounts in the height direction. This is because in order to vary the processing amount in the height direction, it is necessary to vary the exposure distribution of the processing material. For this reason, it is necessary to change the transmittance of the transmission port of the mask, but there is no method for manufacturing such a mask with high accuracy. For this reason, a plurality of masks are combined to perform a plurality of exposures, or once exposed and etched, then exposed and etched again. However, in the method in which the exposure is performed in a plurality of times, it is difficult to accurately align the position of the processing material and the mask every time the exposure is performed, and a large error occurs in the processing shape due to the positional deviation.
[0009]
Moreover, the mask used for the LIGA method is produced using, for example, photolithography and electroforming techniques. The created mask may not be produced as designed due to manufacturing errors. For example, when the shape of the transmissive part is circular, irregularities slightly deviated from a perfect circle may exist along the periphery of the transmissive part. In addition, the side surface of the transmissive part may not be parallel to the X-ray traveling direction and may include subtle irregularities. Due to the error of such a mask, there is a problem that it cannot be processed accurately.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and one of the objects of the present invention is to enable processing of a desired three-dimensional shape having different processing depths and to reduce the shape error of the transmission part. It is an object of the present invention to provide a machining apparatus and a machining method capable of machining with less influence on the machining shape.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
 According to one aspect of the invention to achieve the above objective, the material is irradiated with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to remove the material, or the physical or chemical properties of the material. A processing apparatus for processing by changing, a light source that emits ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, a mask having a transmission part of a predetermined shape that transmits light emitted from the light source, and a processing shape of the material In order to vibrate the region where the light transmitted through the transmission part is irradiated to the material, the mask and the material are relatively moved. Vibration means for vibrating, and vibration meansIs caused to vibrate in a first direction and a second direction intersecting the first direction, and the amplitude of the vibration is 1.5 to 4 times the error included in the shape of the transmission part,Vibration speedThe, Faster than the speed of movementBy blurring the outline of the UV irradiation area of the material, the UV irradiation unevenness caused by the error included in the shape of the transmission part is averaged.It is characterized by that.
[0013]
According to the present invention, the mask and the material are relatively vibrated in order to vibrate the region irradiated with the light transmitted through the transmission part. Thereby, the area | region where the light which permeate | transmitted the transmission part is irradiated to a material moves within the range of the amplitude which vibrates. For this reason, the shape of the region to be exposed is not the same as the shape of the transmissive portion, and the shape of the transmissive portion is blurred.
[0014]
Further, since the mask and the material are relatively moved according to the movement pattern determined based on the processed shape of the material, the material is exposed with an exposure distribution corresponding to the processed shape. For this reason, the material is processed into a three-dimensional shape having different processing depths.
[0015]
Further, since the vibration speed of the vibration means is faster than the movement speed of the movement means, the shape of the region to be exposed becomes blurred within the amplitude range in which the shape of the transmission portion vibrates. As a result, it is possible to provide a processing apparatus that enables processing of desired three-dimensional shapes having different processing depths and enables processing with less influence of the shape of the transmission part on the processing shape.
[0017]
 further, Error included in the shape of the transmission part1.5 times to 4 timesSince it vibrates with an amplitude, it is possible to provide a machining apparatus capable of machining with less influence of an error included in the shape of the transmission part on the machining shape.
[0018]
In addition, when a plurality of transmission parts having the same shape are provided and different parts of the material are simultaneously processed into the same shape, the shape of the exposed area becomes a shape obtained by blurring the shape of the transmission part. Each shape error is averaged over the exposed area. Thereby, since the processing shape of a different part can be made uniform, the process which suppressed the dispersion | variation in the processing shape between the parts to process is attained.
[0019]
The amplitude determined based on the error included in the shape of the transmissive part is, for example, several times, preferably 1.5 to 4 times the error included in the shape of the transmissive part. The error may be obtained from a value falling within a range of 2 to 3σ using a standard deviation σ obtained by statistical processing on the shape of the transmission part. More specifically, the average value may be obtained from the difference between the design value and a value obtained by adding 2 to 3 times the standard deviation.
[0020]
More preferably, the vibration means vibrates in a first direction and a second direction intersecting the first direction, and the vibration in the first direction and the vibration in the second direction have different vibration periods. It is characterized by.
[0021]
According to this invention, the vibration means relatively vibrates the material and the mask in the first direction and the second direction, and the vibration in the first direction and the vibration in the second direction are vibration cycles. Is different. Thereby, the shape of the region where the light transmitted through the transmission part is irradiated on the material does not move in a specific direction. Therefore, it is possible to provide a processing apparatus that can perform processing with less influence of an error included in the shape of the transmission portion on the processing shape.
[0022]
More preferably, the vibration in the first direction and the vibration in the second direction are characterized in that the vibration periods are relatively prime.
[0023]
According to this invention, since the period of vibration in the first direction and the period of vibration in the second direction are relatively prime, the transmission part vibrates uniformly within a predetermined two-dimensional range. For this reason, it is possible to perform processing with less influence of an error included in the shape of the transmission portion on the processing shape.
[0026]
The vibration includes a sine wave, a rectangular wave, and a triangular wave, and includes a combination of two vibrations having different vibration directions.
[0027]
 According to yet another aspect of the invention, the material is irradiated with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to remove the material or to change the physical or chemical properties of the material. An irradiation step of irradiating an irradiation region having a predetermined shape with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than the ultraviolet ray, and the irradiation region and the material according to a movement pattern determined based on the processing shape of the material. A vibration step comprising: a moving step for relatively moving; and a vibrating step for relatively vibrating the irradiation region and the material in order to vibrate the irradiation region on the surface of the material.Oscillates in a first direction and a second direction intersecting the first direction, the amplitude of the vibration is 1.5 to 4 times the error included in the shape of the irradiated region,Vibration speedThe, Faster than the moving speed by moving stepBy blurring the outline of the UV irradiation area of the material, the UV irradiation unevenness caused by the error included in the shape of the irradiation area is averaged.It is characterized by that.
[0028]
 According to the present invention, it is possible to provide a machining method capable of machining a desired three-dimensional shape having a different machining depth and capable of machining with less influence of the shape of the irradiation region on the machining shape.In addition, since it vibrates with an amplitude 1.5 to 4 times the error included in the shape of the irradiation area, a machining apparatus capable of machining with less influence on the machining shape by the error included in the shape of the irradiation area is provided. can do.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First embodiment]
Hereinafter, a processing apparatus according to one embodiment of the present invention will be described. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding members, and description thereof will not be repeated.
[0032]
Here, a case where the processing apparatus in the present embodiment is applied to processing of a nozzle hole for ejecting ink of an ink jet recording head will be described.
[0033]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a processing apparatus in the present embodiment. Referring to FIG. 1, the processing apparatus includes a main controller 5 for controlling the entire apparatus, an input unit 6, a storage unit 7, a display unit 8, and a stage controller 4 connected to the main controller 5, respectively. An exposure stage 3 connected to the stage controller 4 and capable of moving the processing material in nanometer order, and a synchrotron radiation light source (hereinafter referred to as “SR light”) for irradiating the processing material with synchrotron radiation (hereinafter referred to as “SR light”). 1) and a dose monitor 10.
[0034]
The input unit 6 is an input device for inputting necessary instructions and information by an operator of the processing apparatus. The storage unit 7 stores a program executed by the main controller 5 and variables necessary for executing the program. The display unit 8 displays information necessary for the operator.
[0035]
The main controller 5, the input unit 6, the storage unit 7, and the display unit 8 can be configured by a personal computer. In this case, a central processing unit (CPU) of the personal computer corresponds to the main controller 5, a keyboard or a mouse corresponds to the input unit 6, a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), and a hard disk. The display unit 8 corresponds to the storage unit 7, and the display and printer correspond to the display unit 8.
[0036]
By filtering the SR light emitted from the SR light source 1 with a beryllium filter, a polyimide filter, or the like, X-rays having a predetermined wavelength can be extracted and incident on the exposure chamber 2.
[0037]
The X-rays of SR light emitted from the SR light source 1 are blocked by the shutter 9 when the shutter 9 is closed, and do not enter the exposure chamber 2. When the shutter 9 is open, SR light X-rays enter the exposure chamber 2. Opening and closing of the shutter 9 is controlled by the main controller 5.
[0038]
The dose monitor 10 monitors the X-ray intensity of the SR light emitted from the SR light source 1 as needed. The monitored X-ray intensity is sent to the main controller 5.
[0039]
The exposure stage 3 is provided in the exposure chamber 2 and its drive is controlled by the stage controller 4. The stage controller 4 applies a driving voltage to the exposure stage 3 in accordance with a command from the main controller 5.
[0040]
FIG. 2 is a side view of the exposure stage 3. Referring to FIG. 2, the exposure stage 3 includes a sample holder 31 for holding the processing material 20, an X-ray mask 32 having a transmission port having a predetermined shape for transmitting X-rays, and an X-ray. A mask moving mechanism 33 for moving the mask 32 in the horizontal biaxial direction with respect to the processing material 20, and a reciprocating mechanism 34 for reciprocating the sample holder 31, the mask moving mechanism 33, and the X-ray mask 32 in the horizontal direction. including.
[0041]
The X-ray mask 32 has a circular transmission port that transmits X-rays of the SR light irradiated by the SR light source 1. The size of the transmission port is smaller than the area of the cross section perpendicular to the direction in which the processed X-rays are incident. The processing material 20 is obtained by applying PMMA with a thickness of several hundred microns on a substrate.
[0042]
The mask moving mechanism 33 is mainly composed of three layers. The first layer irradiated with X-rays has a Y-axis stage 331 that holds the X-ray mask 32 movably in a direction perpendicular to the drawing (hereinafter referred to as “direction Y”), and a Y-axis stage 331 in the direction Y. A first Y-axis actuator 332 and a Y-axis base plate 333 are included. The Y-axis base plate 333 holds the Y-axis stage 331 and the first Y-axis actuator 332. Note that the Y-axis stage 331 is movable along the direction Y on the Y-axis base plate 333.
[0043]
The second layer below the first layer includes an X-axis stage 334 that holds the Y-axis base plate 333 so as to be movable in the direction of arrow X in the figure (hereinafter referred to as “direction X”), and the X-axis stage 334 in the direction X. A first X-axis actuator 335 for vibrating the X-axis and an X-axis base plate 336. The X-axis base plate 336 holds the X-axis stage 334 and the first X-axis actuator 335. Note that the X-axis stage 334 is movable along the direction X on the X-axis base plate 336.
[0044]
The third layer below the second layer includes an XY stage 337 for holding the X-axis base plate 336, a second X-axis actuator for moving the XY stage 337 in the direction X, and the XY stage 337 in the direction Y. A second Y-axis actuator and an XY-axis base plate 338. The XY axis base plate 338 holds the XY stage 337, the second X axis actuator, and the second Y axis actuator. The XY stage 337 is movable in the direction X and the direction Y on the XY shaft base plate 338.
[0045]
The first Y-axis actuator 332 in the first layer and the first X-axis actuator 335 in the second layer are piezoelectric elements (hereinafter referred to as “PZT”), and each moves the Y-axis stage 331 or the X-axis stage 334 in nanometer order. be able to. The maximum displacement may be about 10 [μm]. As such an actuator, a commercially available product such as Model P-804.10 manufactured by Physick Instrumente can be used.
[0046]
The second X-axis actuator and the second Y-axis actuator in the third layer are PZT, and move the XY stage 337 in nanometer order. In addition, a sensor for detecting the position of the XY stage 337 is provided in the third layer. The output of the sensor is fed back to signals for driving the second X-axis actuator and the second Y-axis actuator, and control for positioning the XY stage 337 on the nanometer order is performed. This positioning control is performed by the stage controller 4. In this embodiment, a Model P-731.10 stage manufactured by Physick Instrumente is used as an apparatus capable of positioning the XY stage 337 with high accuracy on the order of nanometers.
[0047]
Note that the Y-axis stage 331, the Y-axis base plate 333, the X-axis stage 334, the X-axis base plate 336, the XY stage 337, and the XY-axis base plate 338 are hollow and are transmitted through the X-ray mask 32. A line is applied to the work material 20.
[0048]
The sample holder 31 holds the XY shaft base plate 338 and the processing material 20. The reciprocating mechanism 34 is a stage combining a stepping motor and a ball screw, and reciprocates the sample holder 31 along the direction X at a speed of 1 [mm / s].
[0049]
The exposure stage 3 thus configured can move the X-ray mask 32 relative to the processing material 20 as follows.
[0050]
(1) Vibration in the direction Y by the first Y-axis actuator 332 in the first layer of the mask moving mechanism 33 (hereinafter referred to as “vibration Y”).
[0051]
(2) Vibration in the direction X by the first X-axis actuator 335 in the second layer of the mask moving mechanism 33 (hereinafter referred to as “vibration X”).
[0052]
(3) Movement in the direction X and the direction Y by the second X-axis actuator and the second Y-axis actuator of the mask moving mechanism 33 (hereinafter referred to as “movement XY”).
[0053]
“Vibration X” and “vibration Y” cause the X-ray mask 32 to vibrate in the direction X and the direction Y with respect to the work material 20. “Movement XY” is to move the X-ray mask 32 in the X direction and the Y direction with respect to the processing material 20. “Movement XY” will be described in detail later.
[0054]
In the reciprocating movement in the direction X (hereinafter referred to as “mask reciprocating movement”) by the reciprocating mechanism 34, the X-ray mask 32 scans the entire range irradiated with the X-rays of the SR light emitted from the SR light source 1. It is a move to make it. The X-rays of SR light emitted from the SR light source 1 may have a gentle distribution in intensity. For this reason, the X-ray mask 32 scans the entire range irradiated with X-rays. As a result, the intensity distribution of the X-rays transmitted through the transmission port of the X-ray mask 32 becomes an average, and correction is made so that the intensity of the X-rays irradiated to the processing material 20 becomes uniform. In order to perform correction more reliably, the sample holder 31 may not only be reciprocated in the direction X by the reciprocating mechanism 34 but may be reciprocated along the direction Y.
[0055]
Next, control of the mask moving mechanism 33 will be described. A drive voltage for driving the piezoelectric element of the mask moving mechanism 33 is applied from the stage controller 4.
[0056]
First, driving of the second X actuator and the second Y actuator in the third layer of the mask moving mechanism 33 will be described. The processing apparatus in the present embodiment moves the X-ray mask 32 relative to the resist of the processing material 20 to vary the exposure amount of the resist of the processing material 20 for each part. Thereby, the resist of the processing material 20 has a different cross-sectional shape perpendicular to the X-ray incident direction, and can be processed into a three-dimensional shape having a thickness of several hundred microns.
[0057]
This will be described by taking the processing of the nozzle plate of the ink jet recording head as an example. FIG. 3 is a plan view of the nozzle plate of the ink jet recording head in the present embodiment. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3 and 4, the nozzle plate 105 has a plurality of nozzle holes 107 formed therein. The diameter of the nozzle hole 107 on one surface of the nozzle plate 105 is 360 [μm], and the diameter of the other surface is 40 [μm].
[0058]
FIG. 5 is a plan view of the X-ray mask 32 used in the processing apparatus according to the present embodiment. Referring to FIG. 5, the X-ray mask 32 has transmission ports 103 corresponding to the number of nozzle holes to be formed in the nozzle plate. The diameter of the transmission port 103 is 200 [μm]. The transmission port 103 transmits X-rays of SR light emitted from the SR light source 1. The X-ray mask 32 and the nozzle plate 105 before processing are installed in the processing apparatus, and the X-ray mask 32 is moved by the second X-axis actuator and the second Y-axis actuator of the third layer of the mask moving mechanism 33.
[0059]
This movement is performed by applying a driving voltage from the stage controller 4 to the second X-axis actuator and the second Y-axis actuator. The stage controller 4 includes a memory for storing a drive waveform of a voltage applied to the second X-axis actuator and the second Y-axis actuator. In this memory, the drive waveform sent from the main controller 6 is stored. The stage controller 4 reads the driving waveform stored in the memory and applies the driving voltage converted by the digital / analog conversion to the second X-axis actuator and the second Y-axis actuator.
[0060]
In this embodiment, in order to process the nozzle plate 105 into the shape of the nozzle hole 107 shown in FIGS. 3 and 4, the center of the X-ray mask 32 is moved so as to draw a circle having a radius of 80 [μm]. . In order to move the X-ray mask 32 in this way, the drive waveforms applied to the second X-axis actuator and the second Y-axis actuator are sine waves having the same amplitude and period and a phase shifted by 90 degrees.
[0061]
While the X-ray mask 32 draws a circle having a radius of 80 [μm] once, the period of the sine wave may be set so that all exposures are completed. However, while the X mask 32 draws a circle N times. The period of the sine wave may be set so that exposure is performed. If the sine wave cycle is set in this way, positioning errors of the XY stage 337 appear each time a circle is drawn, so that positioning errors can be averaged. Thereby, it is possible to prevent an error due to the positioning of the XY stage 337 from appearing in the machining shape.
[0062]
FIG. 6 is a diagram for explaining the movement of the transmission port 103 of the X-ray mask 32. Referring to FIG. 6, the X-ray mask 32 moves so as to draw a circle around the point O 2 that is 80 [μm] away from the center O 1 of the transmission port 103 A. Therefore, in the resist of the processing material 20, the range from the point O2 to 20 [μm] is always exposed by X-rays. With respect to other ranges, there are cases where exposure is performed depending on the position of the exposure port 103A and cases where exposure is not performed, and the exposure amount becomes smaller than the range of 20 [μm] from the point O2. The nozzle hole 107 shown in FIGS. 3 and 4 can be formed in the nozzle plate 105 by moving the X-ray mask 32 in this way.
[0063]
Next, driving of the first layer first Y-axis actuator 332 and the second layer first X-axis actuator 335 in the mask moving mechanism 33 will be described. The first Y-axis actuator 332 and the first X-axis actuator 335 are each driven by the stage controller 4. 7 and 8 are diagrams illustrating drive voltages applied to the first Y-axis actuator 332 or the first X-axis actuator 335. FIG. 7 and 8 both show time on the horizontal axis and voltage on the vertical axis. The signals shown in each figure are triangular waves having the same amplitude. The period of the triangular wave shown in FIG. 7 is 1/9 of the period of the triangular wave shown in FIG.
[0064]
The amplitude of the waveform of the drive voltage shown in FIGS. 7 and 8 is determined based on an error when the transmission port 103 of the X-ray mask 32 is manufactured. For example, when the maximum value of the shape error of the transmission port 103 is set to 1 [μm], the amplitude for vibrating the X-ray mask 32 may be set to 2 [μm]. Therefore, the amplitude of the voltage applied to the first Y-axis actuator 332 and the first X-axis actuator 335 may be determined so that the X-ray mask 32 vibrates with the amplitude 2 [μm] in each of the direction X and the direction Y. In the present embodiment, the amplitude for vibrating the X-ray mask 32 in the X direction or the Y direction is set to twice the maximum value of the shape error of the transmission port 103, but the transmission port 103 of the X-ray mask 32 is used. Several times, preferably 1.5 to 4 times.
[0065]
Now, assuming that the signal shown in FIG. 7 is applied to the first Y-axis actuator 332 and the signal shown in FIG. 8 is applied to the first X-axis actuator 335, the X-ray mask 32 reciprocates in the direction X once in the direction Y. 9 round trips. In this way, if triangular waves having different periods are applied to the first Y-axis actuator 332 or the first X-axis actuator 335, the X-ray mask 32 moves over the entire predetermined two-dimensional range. Furthermore, if the periods are relatively prime, the X-ray mask 32 can be moved uniformly over the entire predetermined two-dimensional range.
[0066]
The period of the drive voltage waveform shown in FIGS. 7 and 8 is determined so that the X-ray mask 32 is faster than the speed at which the X-ray mask 32 is moved by the second Y-axis actuator and the second X-axis actuator. It is done. Accordingly, the transmission port 103 of the X-ray mask 32 moves within a predetermined two-dimensional range by vibrating at each position where the transmission port 103 moves. As a result, it is possible to process three-dimensional nozzle holes having different processing depths, and to average the shape error of the transmission port 103 in the exposed region. Further, when simultaneously processing a plurality of nozzle holes using the X-ray mask 32 having the plurality of transmission ports 103, the error in the shape of the plurality of transmission ports 103 is averaged in the exposed region. The shape of the hole can be made uniform.
[0067]
Further, the X-ray mask 32 can be moved uniformly within a predetermined two-dimensional range by switching the voltages applied to the first Y-axis actuator 332 and the first X-axis actuator 335 during exposure.
[0068]
Although the amplitude of the voltage applied to the first Y-axis actuator 332 and the first X-axis actuator 335 is the same, it may be made different. In this case, the transmission port 103 of the X-ray mask 32 vibrates within a predetermined rectangular range.
[0069]
By vibrating the X-ray mask 32 in this manner, the shape of the transmission port 103 does not become the outline of the region to be exposed as it is. Therefore, even if there is a shape error between the plurality of transmission ports 103 of the X-ray mask 32, the X-ray exposure distribution transmitted through each transmission port 103 is averaged among the plurality of transmission ports 103. The Thereby, variation in the shape of the plurality of nozzle holes 107 formed in the nozzle plate 105 can be reduced.
[0070]
FIG. 9 is an enlarged view showing one of the transmissive portions 103 of the X-ray mask 32. The X-ray mask 32 is manufactured so that the transmissive part 103 is a perfect circle, but unevenness slightly deviated from the perfect circle appears as an error in the outline of the transmissive part 103 due to the manufacturing error. FIG. 10 is an enlarged view showing a part 111 of FIG. Referring to FIG. 10, the peripheral portion 103 A of the transmissive portion 103 has a shape that deviates from the original shape 120 of the transmissive portion 103. The error is expressed as a distance that is shifted outward and inward from the original shape 120 of the transmission part 103. Here, the maximum value of this error is indicated by R.
[0071]
When the X-ray mask 32 is vibrated in the direction X and the direction Y with a triangular wave having an amplitude a (a = 2R), the point 113 on the contour portion 103A of the transmission portion 103 moves within the range 115. Similarly, the point 117 on the peripheral portion 103 A of the transmission portion 103 moves within the range 119. The ranges 115 and 119 are squares with 4R sides. The area 115 is uniformly exposed by X-rays transmitted through the point 113. The area 119 is uniformly exposed by X-rays transmitted through the point 117.
[0072]
Thus, by vibrating the X-ray mask 32 in the direction X and the direction Y, the region irradiated with the resist of the processing material 20 by the X-rays transmitted through the transmission port 103 is the same as the shape of the transmission port 103. Instead, the outline is blurred according to the amplitude of vibrating the X-ray mask 32. Therefore, an error in the shape of the transmission port 103 does not appear in the processed shape of the resist of the processing material 20 as it is. This is because the error of the shape of the transmission port 103 is averaged in the region irradiated with X-rays by vibrating the X-ray mask 32.
[0073]
Therefore, even if the shapes of the plurality of transmission ports 103 are different due to an error, the exposure amount of the resist of the processing material 20 can be made substantially the same between the different transmission ports 103. As a result, variations in the processing shape can be reduced.
[0074]
Next, the exposure process in the processing apparatus in this Embodiment is demonstrated. FIG. 11 is a diagram showing a flow of exposure processing performed by the processing apparatus in the present embodiment. In the exposure process, first, the rotational radius of the X-ray mask 32 is input from the input unit 6 (step S201). In the present embodiment, since the rotational radius of the X-ray mask 32 is 80 [μm], this value is input. Then, the main controller 5 calculates a drive signal for driving the second Y-axis actuator and the second X-axis actuator of the mask moving mechanism 33 based on the input rotational movement radius of the X-ray mask 32. This drive signal is two sets of sine waves having the same amplitude and period and a phase difference of 90 degrees. The calculated drive signal is transferred to and stored in the memory of the stage controller 4 (step S203).
[0075]
Then, the shutter 9 is opened by an instruction from the main controller (step S204). Thereby, X-rays of SR light emitted from the SR light source 1 enter the exposure chamber 2 and the resist of the processing material 20 is exposed.
[0076]
Then, the stage controller 4 reads the drive signal stored in the memory and converts it into an analog signal. Then, a drive voltage is applied to the first Y-axis actuator, the second X-axis actuator, the second Y-axis actuator, and the second X-axis actuator of the mask moving mechanism 33. As a result, the X-ray mask 32 moves along a locus that draws a circle in a plane parallel to the resist of the processing material 20, and the X-ray mask 32 is within a predetermined range on the plane parallel to the resist of the processing material 20. Vibrate.
[0077]
The main controller 5 measures the time after opening the shutter 9 with a timer built in the main controller 5 (step S206), and determines whether or not the measured exposure time has reached a predetermined value (step S207). ). Steps S205 and S206 are repeated until the measured exposure time reaches a predetermined value. When the measured exposure time reaches a predetermined value, the shutter 9 is closed by an instruction from the main controller 5. Thereby, the exposure process is completed.
[0078]
Here, the exposure time will be described. The intensity of the X-ray transmitted through the transmission port of the X-ray mask 32 is the intensity of the X-ray radiated from the SR light source 1 by I [W · m^-2], It is IT when the transmittance of the transmission port of the X-ray mask 32 is T. In the present embodiment, the X-ray intensity I of the SR light emitted from the SR light source 1 is monitored by the dose monitor 10. The transmittance T of the transmission port of the X-ray mask 32 is constant over the entire transmission port.
[0079]
The exposure amount E of the irradiation area where the X-ray transmitted through the transmission port of the X-ray mask irradiates the resist of the processing material 20 is expressed by the following equation (1), where time is t.
[0080]
E = ∫ITdt (1)
Therefore, the exposure time is from the intensity I of X-rays emitted by the SR light source 1 monitored by the dose monitor 10 and the transmittance T of the transmission port of the X-ray mask 32 until the exposure amount reaches a predetermined value. It is calculated as the accumulated time.
[0081]
In addition, the X-ray intensity is measured with the dose monitor 10 immediately before the processing, and the X-ray intensity that changes with time is predicted from the measurement result and the attenuation characteristic of the X-rays emitted from the SR light source 1, thereby exposing the X-ray. You may make it ask for time.
[0082]
During exposure by the processing apparatus, a command is issued from the stage controller 4 to the reciprocating mechanism 34, and the sample holder 31 reciprocates along the direction X at a speed of 1 [mm / s].
[0083]
The resist (PMMA) of the processed material 20 for which the exposure process has been completed is developed. Development was carried out at 40 ° C. for 120 minutes using a developer and a stop solution having the following composition.
[0084]
(1) The developer is a GG developer, and the composition is 2- (2-Butoxvethoxy) ethanol 60 [vol%], morpholine 20 [vol%], 2-AMINOETHANOL 5 [VOL%], water Is 15 [vol%].
[0085]
(2) The composition of the stop solution is 80 [vol%] for 2- (2-Butoxvethoxy) ethanol and 20 [vol%] for water.
[0086]
And metal parts can be obtained by electrocasting based on the developed resist (PMMA) of the processed material 20. Furthermore, by molding a resin or the like using the obtained metal part as a mold, a part having a necessary shape can be manufactured. These processes are the same as the conventional LIGA method.
[0087]
As described above, in the processing apparatus according to the present embodiment, the X-ray mask 32 is moved during exposure so that the exposure distribution of the resist of the processing material 20 becomes the exposure distribution corresponding to the processing shape. Therefore, the resist of the processing material 20 can be processed into a three-dimensional shape having a different processing shape for each portion.
[0088]
Further, since the X-ray mask 32 is vibrated in the direction X and the direction Y during the exposure, the error in the shape of the transmission port 103 of the X-ray mask 32 can be averaged in the exposed region. The machining shape can be made less affected by the shape error.
[0089]
[Second Embodiment]
Next, a processing apparatus according to a second embodiment that processes into processing shapes with different processing depths will be described. First, the processing principle in the processing apparatus according to the second embodiment will be described. Actual exposure is performed in two dimensions, but here it is described in one dimension for the sake of simplicity.
[0090]
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the intensity distribution of transmission holes having different areas and the exposure amount of each transmission hole in the X-ray mask according to the second embodiment. FIG. 12A shows the intensity distribution of a circular transmission port having a diameter of a1 and a circular transmission port having a diameter of a2.
[0091]
FIG. 12B is a diagram showing an exposure distribution when the transmission port which is the X-ray intensity distribution shown in FIG. X-rays that have passed through the transmission port having the diameter a1 and the transmission port having the diameter a2 are given to the range D on average. Since the diameter a2 is larger than the diameter a1, the exposure amount of X-rays transmitted through the transmission port having the diameter a2 is larger than the exposure amount of X-rays transmitted through the transmission port having the diameter a1. In this way, the processing material 20 can be processed into shapes having different processing depths by forming a plurality of transmission holes having different areas in the X-ray mask 32 and vibrating the X-ray mask 32 within a predetermined range. it can.
[0092]
Next, an example of manufacturing a microlens array using this principle will be described. FIG. 13 is a plan view showing a part of the X-ray mask 32 used in the present embodiment. Referring to FIG. 13, seven transmission ports 103 A to 103 G are formed in the X-ray mask 32. All of these are concentric circles that delimit each boundary. Further, the radius of the concentric circle passing through the centers of the transmission ports 103A to 103F differs from the adjacent transmission ports by d. Moreover, the length cut | disconnected by the AA line in the figure of the permeation | transmission opening | mouth 103A-103G is short, and the permeation | transmission opening | mouth 103A is the shortest as the permeation | transmission opening | mouth in an outer side.
[0093]
FIG. 14 is an enlarged view of the unit area 130 and the unit area 135 shown in FIG. The unit area 130 and the unit area 135 are surrounded by a concentric circle and a straight line passing through the center of the concentric circle, and have the same area. Here, the length of the concentric circle in the unit area in the diameter direction is d. The area of the transmissive portion 103A occupying the unit region 130 is different from the area of the transmissive portion 103B occupying the unit region 135. Since the transmission part 103A has a shorter length in the linear direction passing through the center of the concentric circle than the transmission part 103B, the ratio of the transmission part 103A to the unit area is smaller than the ratio of the transmission part 103B to the unit area.
[0094]
FIG. 15 is a diagram showing an intensity distribution of X-rays that pass through the transmission ports 103A to 103G along the line AA in FIG. Referring to FIG. 15, since the transmittances of the transmission ports 103A to 103G are the same, the intensities of the X-rays transmitted through all the transmission ports 103A to 103G are the same. On the other hand, the width of the transmission ports 103A to 103G on the AA line is shorter as the outer transmission port 103A is.
[0095]
In the processing apparatus according to the present embodiment, the X-ray mask 32 shown in FIG. 13 is vibrated with the amplitude d along the direction X and is vibrated with the amplitude d along the direction Y. For the vibration, the triangular wave shown in FIGS. 7 and 8 is applied to the second Y-axis actuator and the second X-axis actuator so as to vibrate the X-ray mask 32 with the amplitude d along the direction X and with the amplitude d along the direction Y. It is done by doing. In this case, no voltage is applied to the first Y-axis actuator 332 and the first X-axis actuator 335. Therefore, the X-ray mask 32 is moved only by the second Y-axis actuator and the second X-axis actuator.
[0096]
When the X-ray mask 32 moves in the direction X and the direction Y with the amplitude d, the X-rays transmitted through the transmission ports 103A to 103G of the X-ray mask 32 expose the resist of the processing material 20 within a predetermined range. Here, referring to FIG. 13, the minute region 120 of the transmission port 103 A moves in the region 122 on the resist of the processing material 20. Similarly, the minute region 124 of the transmission port 103B moves in the region 126 on the resist of the processing material 20. At this time, the X-rays transmitted through the transmission port 103A are irradiated so that the exposure amount in the region 122 is substantially uniform. Similarly, X-rays transmitted through the transmission port 103B are irradiated so that the exposure amount in the region 126 is substantially uniform. Further, the exposure amount in the X-ray region 122 transmitted through the transmission port 103A is smaller than the exposure amount in the X-ray region 126 transmitted through the transmission port 103B. Therefore, the processing amount in the region 122 is smaller than the processing amount in the region 126.
[0097]
FIG. 16 is a diagram showing an exposure amount in an arbitrary cross section of a processed material processed by vibrating the X-ray mask 32 having the transmission port shown in FIG. 13 with a triangular wave shown in FIGS. 7 and 8 with an amplitude d. is there. Referring to FIG. 16, the exposure amount of the portion exposed by the X-rays transmitted through the transmission port 103G is large, and the exposure amount of the portion exposed by the X-rays transmitted through the outermost transmission port 103A is small. .
[0098]
In this way, by using the X-ray mask 32 having the transmission port shown in FIG. 13, it is possible to process into a three-dimensional shape with a partially different processing amount by one exposure.
[0099]
Also in this embodiment, the development processing is performed using the developer and the stop solution having the composition described in the first embodiment.
[0100]
In this embodiment, PMMA is used for the resist, but Teflon (polytetrafluoroethylene) can be used instead of PMMA. When using Teflon, direct processing (direct removal) of SR light by X-rays is possible. Therefore, in this case, development processing is unnecessary.
[0101]
In the present embodiment, the X-ray mask 32 is moved or vibrated, but the X-ray mask 32 may be fixed and the work material 20 may be moved or vibrated. And the work material 20 may be moved or vibrated together.
[0102]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a processing apparatus in the present embodiment.
FIG. 2 is a side view of exposure stage 3 of the processing apparatus in the present embodiment.
FIG. 3 is a plan view of a nozzle plate of the ink jet recording head according to the present embodiment.
4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3;
FIG. 5 is a plan view of an X-ray mask 32 used in the processing apparatus according to the present embodiment.
6 is a diagram for explaining the movement of the transmission port 103 of the X-ray mask 32. FIG.
7 is a diagram illustrating a drive voltage applied to the first Y-axis actuator 332 or the first X-axis actuator 335. FIG.
8 is a diagram illustrating a drive voltage applied to the first Y-axis actuator 332 or the first X-axis actuator 335. FIG.
FIG. 9 is an enlarged view showing one of the transmissive portions 103 of the X-ray mask 32. FIG.
10 is an enlarged view showing a part 111 of FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a flow of exposure processing performed by the processing apparatus in the present embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the intensity distribution of transmission holes with different areas and the exposure amount of each transmission hole in the X-ray mask according to the second embodiment.
13 is a plan view showing a part of an X-ray mask 32 used in the present embodiment. FIG.
FIG. 14 is an enlarged view of unit areas 130 and 135 in FIG.
FIG. 15 is a diagram showing an intensity distribution of X-rays that pass through the transmission ports 103A to 103G along the line AA in FIG. 13;
16 is a view showing an exposure amount in an arbitrary cross section of a processing material processed by vibrating the X-ray mask 32 having the transmission port shown in FIG. 13 with a triangular wave shown in FIGS. 7 and 8 with an amplitude d. is there.
[Explanation of symbols]
1 SR light source, 2 exposure chamber, 3 exposure stage, 4 stage controller, 5 main controller, 6 input unit, 7 storage unit, 8 display unit, 31 sample holder, 32 X-ray mask, 33 mask moving mechanism, 34 movement mechanism.

Claims

A processing apparatus for processing by irradiating the material with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to remove the material, or changing the physical or chemical properties of the material,
A light source that emits ultraviolet light or light having a shorter wavelength than ultraviolet light;
A mask having a transmission part of a predetermined shape that transmits the light emitted from the light source;
A moving means for relatively moving the mask and the material in accordance with a movement pattern determined based on a processing shape of the material;
Vibrating means for relatively vibrating the mask and the material in order to vibrate a region irradiated with the light transmitted through the transmitting portion;
The vibration means vibrates in a first direction and a second direction intersecting the first direction, and the amplitude of the vibration is 1.5 to 4 times the error included in the shape of the transmission part, By making the speed of the vibration faster than the speed of movement by the moving means, the outline of the ultraviolet irradiation region of the material is blurred, and the unevenness of ultraviolet irradiation due to the error included in the shape of the transmission part is averaged. A processing apparatus characterized by comprising:

The processing apparatus according to claim 1, wherein the vibration in the first direction and the vibration in the second direction have different vibration periods.

The processing apparatus according to claim 2, wherein the vibration in the first direction and the vibration in the second direction have a relatively short period of vibration.

A processing method of processing by irradiating the material with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to remove the material, or changing the physical or chemical properties of the material,
An irradiation step of irradiating ultraviolet rays or light having a wavelength shorter than ultraviolet rays to an irradiation region having a predetermined shape;
A movement step of relatively moving the irradiation region and the material according to a movement pattern determined based on a processing shape of the material;
A vibration step for relatively vibrating the irradiation region and the material to vibrate the irradiation region on the surface of the material;
The vibration step vibrates in a first direction and a second direction intersecting the first direction, and the amplitude of the vibration is 1.5 to 4 times an error included in the shape of the irradiation region, By making the speed of the vibration faster than the movement speed of the moving step, the outline of the ultraviolet irradiation region of the material is blurred, and the unevenness of ultraviolet irradiation due to the error included in the shape of the irradiation region is averaged. A processing method characterized by comprising: