JP4675385B2 - 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 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、この発明の目的は、部分ごとに加工量が異なる形状を一度の露光で容易に加工できる加工装置および加工方法を提供することである。

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複数の透過部を有するマスクと、複数の透過部を透過した光が材料に照射される複数の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、複数の透過部は、単位面積に占める透過部面積の割合が他の透過部と異なる透過部を含み、振動手段は、複数の透過部を透過した光により材料の面上に露光面積の割合が異なる複数の露光部と影部とができた状態で、マスクと材料とを相対振動させることにより、露光面積の割合が高い照射領域部分で露光量が多くなり露光面積の割合が低い照射領域部分で露光量が少なくなるようにすることを特徴とする。

この発明によれば、マスクは光源から放射された光を透過する複数の透過部を有し、複数の透過部には、単位面積に占める透過部面積の割合が他の透過部と異なる透過部が含まれる。複数の透過部を透過した光により材料の面上に露光面積の割合が異なる複数の露光部と影部とができた状態で、マスクと前記材料とを相対振動させることにより、露光面積の割合が高い照射領域部分で露光量が多くなり露光面積の割合が低い照射領域部分で露光量が少なくなり、材料の加工量を異ならせることができる。その結果、部分ごとに加工量が異なる形状を一度の露光で加工できる加工装置を提供することができる。

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、複数の照射領域に照射するステップと、材料の面上で複数の照射領域を振動させるために、複数の照射領域と材料とを相対的に振動させるステップとを含み、複数の照射領域は、単位面積に占める照射面積の割合が他の照射領域と異なる照射領域を含み、振動ステップは、複数の照射領域に照射された光により材料の面上に露光面積の割合が異なる複数の露光部と影部とができた状態で、複数の照射領域と材料とを相対振動させることにより、露光面積の割合が高い照射領域部分で露光量が多くなり露光面積の割合が低い照射領域部分で露光量が少なくなるようにすることを特徴とする。

この発明によれば、単位面積に占める照射面積の割合が異なる複数の照射領域に照射された光により材料の面上に露光面積の割合が異なる複数の露光部と影部とができた状態で、複数の照射領域と材料とを相対振動させることにより、露光面積の割合が高い照射領域部分で露光量が多くなり露光面積の割合が低い照射領域部分で露光量が少なくなる。その結果、部分ごとに加工量が異なる形状を一度の露光で加工できる加工方法を提供することができる。

[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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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）。

（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）。

（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）。

「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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（２） 停止液の組成は、２−（２−Butoxvethoxy）ethanolが８０［ｖｏｌ％］、水が２０［ｖｏｌ％］である。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（登録商標）（polytetrafluoroethylene）を用いることができる。テフロン（登録商標）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。

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。

以上の実施の形態で示した発明を以下に列挙する。
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ことを特徴とする。

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。

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。

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。

好ましくは、振動手段は、透過部の形状に含まれる誤差に基づき定められる振幅で、マスクと材料とを相対的に振動させることを特徴とする。

この発明によれば、透過部の形状に含まれる誤差に基づき定められる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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

この発明の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複数の透過部を有するマスクと、複数の透過部を透過した光が材料に照射される複数の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、複数の透過部は、単位面積に占める割合が他の透過部と異なる透過部を含むことを特徴とする。

この発明によれば、マスクは光源から放射された光を透過する複数の透過部を有し、複数の透過部には、単位面積に占める割合が他の透過部と異なる透過部が含まれる。単位面積に占める割合が異なる透過部の間では、透過部を透過した光の露光量が異なるので、材料の加工量を異ならせることができる。その結果、部分ごとに加工量が異なる形状を一度の露光で加工できる加工装置を提供することができる。

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。

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、振動ステップによる振動の速さは、移動ステップによる移動の速さよりも速いことを特徴とする。

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。

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、複数の照射領域に照射するステップと、材料の面上で複数の照射領域を振動させるために、複数の照射領域と材料とを相対的に振動させるステップとを含み、複数の照射領域は、単位面積に占める割合が他の照射領域と異なる照射領域を含むことを特徴とする。

この発明によれば、単位面積に占める割合が異なる照射領域の間では、材料の面上で照射領域が移動する領域の露光量が異なるので、材料の加工量を異ならせることができる。その結果、部分ごとに加工量が異なる形状を一度の露光で加工できる加工方法を提供することができる。

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。

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。 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。 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３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 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。 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。 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。 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。 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９の一部分１１１を拡大して示す図である。 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。 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。 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の単位領域１３０，１３５の拡大図である。 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

１ ＳＲ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、３２ Ｘ線マスク、３３ マスク移動機構、３４ 移動機構。

Claims (2)

1. 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、前記材料を除去することにより、または、前記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、
   前記光源から放射された光を透過する複数の透過部を有するマスクと、
   前記複数の透過部を透過した光が前記材料に照射される複数の領域を振動させるために、前記マスクと前記材料とを相対的に振動させる振動手段とを備え、
   前記複数の透過部は、単位面積に占める透過部面積の割合が他の透過部と異なる透過部を含み、
   前記振動手段は、前記複数の透過部を透過した光により前記材料の面上に露光面積の割合が異なる複数の露光部と影部とができた状態で、前記マスクと前記材料とを相対振動させることにより、露光面積の割合が高い照射領域部分で露光量が多くなり露光面積の割合が低い照射領域部分で露光量が少なくなるようにすることを特徴とする、加工装置。
2. 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、前記材料を除去することにより、または、前記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、複数の照射領域に照射するステップと、
   前記材料の面上で前記複数の照射領域を振動させるために、前記複数の照射領域と前記材料とを相対的に振動させるステップとを含み、
   前記複数の照射領域は、単位面積に占める照射面積の割合が他の照射領域と異なる照射領域を含み、
   前記振動ステップは、前記複数の照射領域に照射された光により前記材料の面上に露光面積の割合が異なる複数の露光部と影部とができた状態で、前記複数の照射領域と前記材料とを相対振動させることにより、露光面積の割合が高い照射領域部分で露光量が多くなり露光面積の割合が低い照射領域部分で露光量が少なくなるようにすることを特徴とする、加工方法。

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