JPH10202388A - 光加工機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法 - Google Patents
光加工機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法Info
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- JPH10202388A JPH10202388A JP9019694A JP1969497A JPH10202388A JP H10202388 A JPH10202388 A JP H10202388A JP 9019694 A JP9019694 A JP 9019694A JP 1969497 A JP1969497 A JP 1969497A JP H10202388 A JPH10202388 A JP H10202388A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コヒーレント光を用いて被加工物にパターン
を安定して高精度に微細加工する光加工機及びそれを用
いたオリフィスプレートの製造方法を得ること。 【解決手段】 光源から放射されたコヒーレント光でマ
スク面上に設けた周期構造のパターンを照明し、該パタ
ーンを光学系によって加工物に投影するようにした光加
工機において、該光学系は該マスクから生ずる回折光の
うち異なる次数の回折光が重なり合う領域に位置する光
学部材Ａ１に異なる次数の回折光が重ならない領域に位
置する光学部材Ｂ１に比べて、光吸収による光路長変動
の小さい材質の光学部材を用いていること。
を安定して高精度に微細加工する光加工機及びそれを用
いたオリフィスプレートの製造方法を得ること。 【解決手段】 光源から放射されたコヒーレント光でマ
スク面上に設けた周期構造のパターンを照明し、該パタ
ーンを光学系によって加工物に投影するようにした光加
工機において、該光学系は該マスクから生ずる回折光の
うち異なる次数の回折光が重なり合う領域に位置する光
学部材Ａ１に異なる次数の回折光が重ならない領域に位
置する光学部材Ｂ１に比べて、光吸収による光路長変動
の小さい材質の光学部材を用いていること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光加工機及びそれを
用いたオリフィスプレートの製造方法に関し、特にコヒ
ーレント光を用いて被加工物に複数の開口を配列した周
期構造のパターンを微細加工し、例えばインクジェット
方式のプリンタに使用するオリフィスプレートを製造す
る際に好適なものである。
用いたオリフィスプレートの製造方法に関し、特にコヒ
ーレント光を用いて被加工物に複数の開口を配列した周
期構造のパターンを微細加工し、例えばインクジェット
方式のプリンタに使用するオリフィスプレートを製造す
る際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】エキシマレーザなどからのコヒーレント
光を利用した光加工は、他の化学反応応用加工や機械的
加工等とともに広い分野で利用されている。特に、近年
の技術革新により、材料、光学技術、生産技術などの要
件が整い、微細加工の分野でコヒーレント光を利用した
光加工法が盛んに用いられるようになってきた。
光を利用した光加工は、他の化学反応応用加工や機械的
加工等とともに広い分野で利用されている。特に、近年
の技術革新により、材料、光学技術、生産技術などの要
件が整い、微細加工の分野でコヒーレント光を利用した
光加工法が盛んに用いられるようになってきた。
【０００３】図１３は本出願人が特開平7-230057号公報
で提案している光加工機の光学系の要部概略図である。
同図に示す光加工機は被加工物の表面に一列に並んだ多
数の微細な穴を加工・形成している。同図は凸レンズ74
の光軸をX 軸としてマスク75の穴パターンの並ぶ方向を
Y 軸、X 軸及びY 軸に直交する方向（紙面垂直方向）を
Z 軸方向としている。図１３(A) にはX=Y 断面図を、図
１３(B) にはX-Z 断面図を図示している。
で提案している光加工機の光学系の要部概略図である。
同図に示す光加工機は被加工物の表面に一列に並んだ多
数の微細な穴を加工・形成している。同図は凸レンズ74
の光軸をX 軸としてマスク75の穴パターンの並ぶ方向を
Y 軸、X 軸及びY 軸に直交する方向（紙面垂直方向）を
Z 軸方向としている。図１３(A) にはX=Y 断面図を、図
１３(B) にはX-Z 断面図を図示している。
【０００４】図中、70はレーザ光源であり、コヒーレン
トな光を放射している。71はプリズムユニットであり、
入射レーザ光を３方向の平行光に分割して遮光マスク72
に入射している。遮光マスク72は３つの平行光の光量を
制御している。73はシリンドリカルレンズであり、X-Y
面内のみに屈折作用を持っている。74は凸レンズであ
り、シリンドリカルレンズ73からの光を集光してマスク
75に導光している。マスク75は被加工物78上に加工する
パターンを与えており、凸レンズ74の焦点位置に設置し
ている。なお、マスク75のパターンは不透明のバックグ
ラウンドに多数の同じ大きさの透明な穴をY 方向に等間
隔に並べている。
トな光を放射している。71はプリズムユニットであり、
入射レーザ光を３方向の平行光に分割して遮光マスク72
に入射している。遮光マスク72は３つの平行光の光量を
制御している。73はシリンドリカルレンズであり、X-Y
面内のみに屈折作用を持っている。74は凸レンズであ
り、シリンドリカルレンズ73からの光を集光してマスク
75に導光している。マスク75は被加工物78上に加工する
パターンを与えており、凸レンズ74の焦点位置に設置し
ている。なお、マスク75のパターンは不透明のバックグ
ラウンドに多数の同じ大きさの透明な穴をY 方向に等間
隔に並べている。
【０００５】76は投射レンズであり、マスク75のパター
ンを被加工物78の加工面上に結像している。被加工物78
はその加工面上に与えられるマスク75の像により光加工
を受ける。77は投射レンズ76の絞り（入射瞳）である。
ンを被加工物78の加工面上に結像している。被加工物78
はその加工面上に与えられるマスク75の像により光加工
を受ける。77は投射レンズ76の絞り（入射瞳）である。
【０００６】図１３に示す光加工機の作用をX-Y 面内と
X-Z 面内に分けて説明する。図１３(A) のX-Y 面内にお
いては、レーザ光源70より射出するレーザ光はプリズム
ユニット71によって３つの平行光に分割され遮光マスク
72により光量を規制された後、シリンドリカルレンズ73
に入射し、その焦点位置に平行光毎に３つの像I+,I0,I-
を形成する。
X-Z 面内に分けて説明する。図１３(A) のX-Y 面内にお
いては、レーザ光源70より射出するレーザ光はプリズム
ユニット71によって３つの平行光に分割され遮光マスク
72により光量を規制された後、シリンドリカルレンズ73
に入射し、その焦点位置に平行光毎に３つの像I+,I0,I-
を形成する。
【０００７】この像I+,I0,I-は凸レンズ74に対して物点
となり、物点I+,I0,I-から射出する光束は凸レンズ74に
よって投射レンズ76の絞り（入射瞳）77内に像I+',I0',
I-'として結像する。この時３つの物点I+,I0,I-からの
光束はマスク75のところで互いに重なり合うように設定
している。このX-Y 面内の光学系は所謂ケーラー照明系
を構成してマスク75の全パターン領域を均一に照明して
いる。
となり、物点I+,I0,I-から射出する光束は凸レンズ74に
よって投射レンズ76の絞り（入射瞳）77内に像I+',I0',
I-'として結像する。この時３つの物点I+,I0,I-からの
光束はマスク75のところで互いに重なり合うように設定
している。このX-Y 面内の光学系は所謂ケーラー照明系
を構成してマスク75の全パターン領域を均一に照明して
いる。
【０００８】一方、図１３(B) のX-Z 面内においては、
プリズムユニット71、シリンドリカルレンズ73は単なる
平行平板の作用しか有しないので、レーザ光源70から射
出する光束は平行光のまま凸レンズ74に入射し、その焦
点位置にあるマスク75に点状に結像する。
プリズムユニット71、シリンドリカルレンズ73は単なる
平行平板の作用しか有しないので、レーザ光源70から射
出する光束は平行光のまま凸レンズ74に入射し、その焦
点位置にあるマスク75に点状に結像する。
【０００９】つまり、X-Z 面内の光学系は所謂クリチカ
ル照明光学系を構成している。そこで本光学系はX-Y 面
内ではケーラー照明によってマスクパターンの在る領域
を均一に照明し、X-Z 面内ではクリチカル照明によって
点状のパターンを強力に照明し、総合して極めて効率良
くマスク75を照明している。
ル照明光学系を構成している。そこで本光学系はX-Y 面
内ではケーラー照明によってマスクパターンの在る領域
を均一に照明し、X-Z 面内ではクリチカル照明によって
点状のパターンを強力に照明し、総合して極めて効率良
くマスク75を照明している。
【００１０】そしてマスク75で加工パターンを与えられ
たレーザ光は、投射レンズ76を介して幾何光学的に被加
工物78上に結像し、所定倍率にてマスクのパターン形状
の穴が穿たれる。
たレーザ光は、投射レンズ76を介して幾何光学的に被加
工物78上に結像し、所定倍率にてマスクのパターン形状
の穴が穿たれる。
【００１１】レーザによる光加工が開発された当初は、
強力なレーザ光に耐えられる光学材料や光学素子がなか
ったので、使用している間に光学素子の特性が変化しレ
ーザの透過率が悪くなり、加工不良を生じたり、光学素
子が破損したりすることがあった。
強力なレーザ光に耐えられる光学材料や光学素子がなか
ったので、使用している間に光学素子の特性が変化しレ
ーザの透過率が悪くなり、加工不良を生じたり、光学素
子が破損したりすることがあった。
【００１２】近年、光学材料や光学素子の設計、加工技
術の進歩により、透過率不良や破損はほとんど見られな
くなり、難しい加工材料などもレーザで容易に加工でき
るようになってきている。
術の進歩により、透過率不良や破損はほとんど見られな
くなり、難しい加工材料などもレーザで容易に加工でき
るようになってきている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】レーザ光のような、コ
ヒーレント光は、通常、拡散した面光源とはみなせず、
分割された点光源としての性質を持ち、また単色性が良
いため、従来余り見られなかった、波動光学的性質が顕
在化する場合があり、光学素子の透過率不良など、光強
度のみが原因である不良とは異なった原因の光学特性の
不良が発生する場合がある。
ヒーレント光は、通常、拡散した面光源とはみなせず、
分割された点光源としての性質を持ち、また単色性が良
いため、従来余り見られなかった、波動光学的性質が顕
在化する場合があり、光学素子の透過率不良など、光強
度のみが原因である不良とは異なった原因の光学特性の
不良が発生する場合がある。
【００１４】被加工物が加工容易な材料である場合に
は、設計的に回折光のレンズ内での分布の広がりを大き
くして、単位面積当たりのエネルギーを低く押さえたり
して対応できる。しかしながら近年のセラミックや金属
等の難しい加工物の加工ニーズの高まり、及び高速加工
などのニーズの高まりから、単位面積当たりのエネルギ
ーや力率を上げざるを得ない場合が多くなってきた。
は、設計的に回折光のレンズ内での分布の広がりを大き
くして、単位面積当たりのエネルギーを低く押さえたり
して対応できる。しかしながら近年のセラミックや金属
等の難しい加工物の加工ニーズの高まり、及び高速加工
などのニーズの高まりから、単位面積当たりのエネルギ
ーや力率を上げざるを得ない場合が多くなってきた。
【００１５】単位面積当たりのエネルギーや力率を上げ
るべく光源の出力を高めたり、単位時間当たりの光源か
らの照射パルス数を高めると、レーザ耐力の小さい光学
材料ではその屈折率の変動及び寸法の収縮が発生し、こ
れが原因で光路長が部分的に変化して光学特性不良が発
生してくる。
るべく光源の出力を高めたり、単位時間当たりの光源か
らの照射パルス数を高めると、レーザ耐力の小さい光学
材料ではその屈折率の変動及び寸法の収縮が発生し、こ
れが原因で光路長が部分的に変化して光学特性不良が発
生してくる。
【００１６】短波長用の光学材料として多用されている
石英を例にとると、石英の屈折率の変動は主として石英
の欠陥の増加と焼き鈍しの進行によって石英が光路中で
収縮して光路長が変化することにより発生すると報告さ
れている［参考文献：大木義路他、電気学会全国大会講
演論文集 Vol. 1991 No3 PAGE S4.15-S4.18(1991)］。
石英を例にとると、石英の屈折率の変動は主として石英
の欠陥の増加と焼き鈍しの進行によって石英が光路中で
収縮して光路長が変化することにより発生すると報告さ
れている［参考文献：大木義路他、電気学会全国大会講
演論文集 Vol. 1991 No3 PAGE S4.15-S4.18(1991)］。
【００１７】本発明は、レーザ光源からの光束を用い
て、光学系により周期構造を有するパターンを被加工物
に結像して光加工する光加工機において、レーザ光を光
学系の各光学素子に長期間にわたり照射しても、光学素
子の光学的特性が変化せず安定し、これによって品質の
優れた光加工物を容易にかつ高精度に製作できる光加工
機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法の提
供を目的とする。
て、光学系により周期構造を有するパターンを被加工物
に結像して光加工する光加工機において、レーザ光を光
学系の各光学素子に長期間にわたり照射しても、光学素
子の光学的特性が変化せず安定し、これによって品質の
優れた光加工物を容易にかつ高精度に製作できる光加工
機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法の提
供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の光加工機は、 (1-1) 光源から放射されたコヒーレント光でマスク面上
に設けた周期構造のパターンを照明し、該パターンを光
学系によって加工物に投影するようにした光加工機にお
いて、該光学系は該マスクから生ずる回折光のうち異な
る次数の回折光が重なり合う領域に位置する光学部材Ａ
１に異なる次数の回折光が重ならない領域に位置する光
学部材Ｂ１に比べて、光吸収による光路長変動の小さい
材質の光学部材を用いていることを特徴としている。
に設けた周期構造のパターンを照明し、該パターンを光
学系によって加工物に投影するようにした光加工機にお
いて、該光学系は該マスクから生ずる回折光のうち異な
る次数の回折光が重なり合う領域に位置する光学部材Ａ
１に異なる次数の回折光が重ならない領域に位置する光
学部材Ｂ１に比べて、光吸収による光路長変動の小さい
材質の光学部材を用いていることを特徴としている。
【００１９】(1-2) 光源から放射されたコヒーレント光
でマスク面上に設けた周期構造のパターンを照明し、該
パターンを再回折光学系によって加工物に投影するよう
にした光加工機において、該再回折光学系のうち回折像
面に対して遠い方に位置する光学部材Ａ２に比べて近い
方に位置する光学部材Ｂ２に光吸収による光路長変動の
小さい材質の光学部材を用いていることを特徴としてい
る。
でマスク面上に設けた周期構造のパターンを照明し、該
パターンを再回折光学系によって加工物に投影するよう
にした光加工機において、該再回折光学系のうち回折像
面に対して遠い方に位置する光学部材Ａ２に比べて近い
方に位置する光学部材Ｂ２に光吸収による光路長変動の
小さい材質の光学部材を用いていることを特徴としてい
る。
【００２０】特に構成(1-1),(1-2) において、(1-2-1)
前記光学部材Ａ１，Ａ２の材質に蛍石を用い、前記光学
部材Ｂ１，Ｂ２の材質に石英を用いていること、(1-2-
2) 前記光学部材Ｂ１，Ｂ２は反射ミラーより成ってい
ること、等を特徴としている。
前記光学部材Ａ１，Ａ２の材質に蛍石を用い、前記光学
部材Ｂ１，Ｂ２の材質に石英を用いていること、(1-2-
2) 前記光学部材Ｂ１，Ｂ２は反射ミラーより成ってい
ること、等を特徴としている。
【００２１】本発明の加工物は、構成(1-1),(1-2) の光
加工機で加工していることを特徴としている。
加工機で加工していることを特徴としている。
【００２２】本発明のオリフィスプレートの製造方法
は、構成(1-1) 又は(1-2) の光加工機を用いて前記マス
ク面上の複数の開口を一方向に配列したパターンを基板
上に転写して該基板上に複数の小孔を穿孔してオリフィ
スプレートを製造していることを特徴としている。
は、構成(1-1) 又は(1-2) の光加工機を用いて前記マス
ク面上の複数の開口を一方向に配列したパターンを基板
上に転写して該基板上に複数の小孔を穿孔してオリフィ
スプレートを製造していることを特徴としている。
【００２３】本発明のバブルジェットプリンタは、構成
(1-1) 又は(1-2) の光加工機で加工したオリフィスプレ
ートを用いていることを特徴としている。
(1-1) 又は(1-2) の光加工機で加工したオリフィスプレ
ートを用いていることを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の光加工機の実施形
態１の要部概略図である。又、図２は図１の実施形態１
の凸レンズ１から被加工物４までの光路説明図である。
本実施形態は被加工物に平行溝（１つ１つの溝の長さは
極めて短い）をアブレーション加工（穿孔）するもので
ある。図１は凸レンズ１の光軸をX 軸としてマスク２の
マスクパターン2aの並ぶ方向をY 軸、X 軸及びY 軸に直
交する方向をZ 軸方向として図１(A) にはX=Y 断面図
を、図１(B) にはX-Z 断面図を図示している。
態１の要部概略図である。又、図２は図１の実施形態１
の凸レンズ１から被加工物４までの光路説明図である。
本実施形態は被加工物に平行溝（１つ１つの溝の長さは
極めて短い）をアブレーション加工（穿孔）するもので
ある。図１は凸レンズ１の光軸をX 軸としてマスク２の
マスクパターン2aの並ぶ方向をY 軸、X 軸及びY 軸に直
交する方向をZ 軸方向として図１(A) にはX=Y 断面図
を、図１(B) にはX-Z 断面図を図示している。
【００２５】図中、70はレーザ光源であり、例えばエキ
シマレーザより成り、コヒーレント光を放射している。
71はプリズムユニットであり、レーザ光源70からの光束
を３方向の平行光に分割している。なお、プリズムユニ
ット71は本出願人が特開平7-230057号公報で開示してい
る光学系のプリズムユニットと同じ構成より成ってい
る。72は遮光マスクであり、３つの平行光の光量を制御
する。73はシリンドリカルレンズであり、X-Y 面内のみ
に屈折作用を持っている。１は凸レンズである。
シマレーザより成り、コヒーレント光を放射している。
71はプリズムユニットであり、レーザ光源70からの光束
を３方向の平行光に分割している。なお、プリズムユニ
ット71は本出願人が特開平7-230057号公報で開示してい
る光学系のプリズムユニットと同じ構成より成ってい
る。72は遮光マスクであり、３つの平行光の光量を制御
する。73はシリンドリカルレンズであり、X-Y 面内のみ
に屈折作用を持っている。１は凸レンズである。
【００２６】２はマスクであり、オリフィスプレート等
の被加工物４上に光加工する為のマスクパターン（パタ
ーン）2aが設けられている。マスク２は不透明なバック
グラウンドにZ 方向に長い（但し、長さの絶対値は極め
て小さい）多数の透過スリットを紙面Y 方向に等間隔に
並べてマスクパターンを形成している。従ってマスクパ
ターン2aは一見するとY 方向に伸びる直線のように見え
る。なお、マスク２は凸レンズ１の焦点位置に設置して
いる。
の被加工物４上に光加工する為のマスクパターン（パタ
ーン）2aが設けられている。マスク２は不透明なバック
グラウンドにZ 方向に長い（但し、長さの絶対値は極め
て小さい）多数の透過スリットを紙面Y 方向に等間隔に
並べてマスクパターンを形成している。従ってマスクパ
ターン2aは一見するとY 方向に伸びる直線のように見え
る。なお、マスク２は凸レンズ１の焦点位置に設置して
いる。
【００２７】３は投射レンズであり、マスク２のマスク
パターン2aを被加工物４の加工面上に結像している。図
２の３A 、３B は投射レンズ３を構成するレンズであ
り、レンズ３A はマスク２側に、レンズ３B は被加工物
４側に位置している。被加工物４はその加工面上に与え
られるマスクパターン2aの像により光加工を受ける。５
は投射レンズ３の絞り（入射瞳）であり、本実施形態の
場合、投射レンズ３の前側焦点の位置に相当している。
パターン2aを被加工物４の加工面上に結像している。図
２の３A 、３B は投射レンズ３を構成するレンズであ
り、レンズ３A はマスク２側に、レンズ３B は被加工物
４側に位置している。被加工物４はその加工面上に与え
られるマスクパターン2aの像により光加工を受ける。５
は投射レンズ３の絞り（入射瞳）であり、本実施形態の
場合、投射レンズ３の前側焦点の位置に相当している。
【００２８】凸レンズ１および投射レンズ３は、理想レ
ンズに近い程度に収差を除去している。実際には凸レン
ズ１と投射レンズ３は複数のレンズで構成しているが、
ここでは１枚及び２枚の凸レンズで模式的に表示してい
る。
ンズに近い程度に収差を除去している。実際には凸レン
ズ１と投射レンズ３は複数のレンズで構成しているが、
ここでは１枚及び２枚の凸レンズで模式的に表示してい
る。
【００２９】本実施形態の作用を図１(A) のX-Y 面内と
図１(B) のX-Z 面内に分けて説明する。図１(A) のX-Y
面内においては、レーザ光源70より射出するレーザ光は
プリズムユニット71によって３つの平行光に分割され
る。そして遮光マスク72により光量を規制された後、シ
リンドリカルレンズ73に入射し、各平行光はシリンドリ
カルレンズ73の焦点位置に各々像I+,I0,I-を形成する。
この像I+,I0,I-は凸レンズ１に対しては物点となり、物
点I+,I0,I-から射出する光束は凸レンズ１によって投射
レンズ３の絞り（入射瞳）５内に像I+',I0',I-' として
結像する。この時３つの物点I+,I0,I-からの光束はマス
ク２のところで互いに重なり合うように設定している。
図１(B) のX-Z 面内に分けて説明する。図１(A) のX-Y
面内においては、レーザ光源70より射出するレーザ光は
プリズムユニット71によって３つの平行光に分割され
る。そして遮光マスク72により光量を規制された後、シ
リンドリカルレンズ73に入射し、各平行光はシリンドリ
カルレンズ73の焦点位置に各々像I+,I0,I-を形成する。
この像I+,I0,I-は凸レンズ１に対しては物点となり、物
点I+,I0,I-から射出する光束は凸レンズ１によって投射
レンズ３の絞り（入射瞳）５内に像I+',I0',I-' として
結像する。この時３つの物点I+,I0,I-からの光束はマス
ク２のところで互いに重なり合うように設定している。
【００３０】このX-Y 面内においては、エキシマレーザ
１より放射される紫外線レーザ光は、シリンドリカルレ
ンズ73の後ろで所定の大きさの複数の点光源群（図１
(A) 、実際は線光源群であり、本実施形態では３本）を
形成した後、凸レンズ１により投射レンズ３の絞り５面
上に結像する。その際、各点光源群からの光束は紙面内
でマスク２の位置で互いに重なり合い、マスク２を均一
に照明している。この照明系は所謂ケーラー照明系を構
成している。
１より放射される紫外線レーザ光は、シリンドリカルレ
ンズ73の後ろで所定の大きさの複数の点光源群（図１
(A) 、実際は線光源群であり、本実施形態では３本）を
形成した後、凸レンズ１により投射レンズ３の絞り５面
上に結像する。その際、各点光源群からの光束は紙面内
でマスク２の位置で互いに重なり合い、マスク２を均一
に照明している。この照明系は所謂ケーラー照明系を構
成している。
【００３１】一方、X-Z 面内においては、プリズムユニ
ット71、シリンドリカルレンズ73は単なる平行平板の作
用しか有しないので、レーザ光源１から射出する光束は
平行光のまま凸レンズ１に入射し、その焦点位置にある
マスク２に点状に結像する。ただし、レーザの発散角等
により全くの点には結像せず、マスクパターン2aを構成
する前記スリットの長さを十分カバーしている。
ット71、シリンドリカルレンズ73は単なる平行平板の作
用しか有しないので、レーザ光源１から射出する光束は
平行光のまま凸レンズ１に入射し、その焦点位置にある
マスク２に点状に結像する。ただし、レーザの発散角等
により全くの点には結像せず、マスクパターン2aを構成
する前記スリットの長さを十分カバーしている。
【００３２】つまり、X-Z 面内の光学系は所謂クリチカ
ル照明光学系を構成している。そこで本光学系はX-Y 面
内ではケーラー照明によってマスクパターン2aの在る領
域を均一に照明し、X-Z 面内では略クリチカル照明によ
ってマスクパターン2aを強力に照明し、総合して極めて
効率良くマスク２を照明している。
ル照明光学系を構成している。そこで本光学系はX-Y 面
内ではケーラー照明によってマスクパターン2aの在る領
域を均一に照明し、X-Z 面内では略クリチカル照明によ
ってマスクパターン2aを強力に照明し、総合して極めて
効率良くマスク２を照明している。
【００３３】そしてマスク２で加工すべきパターンを与
えられたレーザ光は、投射レンズ３を介して幾何光学的
に被加工物４上に結像し、所定倍率にてマスクパターン
2aの形状の溝が穿たれる。
えられたレーザ光は、投射レンズ３を介して幾何光学的
に被加工物４上に結像し、所定倍率にてマスクパターン
2aの形状の溝が穿たれる。
【００３４】マスク２を照明する光が被加工物４上に結
像するプロセスを更に子細に検討する。点光源I+,I0,I-
の一つI-からの光束について注目すると、マスク２に達
した光（図２中太線で示す光）は、マスク２の周期的に
並んだスリット列のため、回折格子と全く同様に回折光
を発生する。
像するプロセスを更に子細に検討する。点光源I+,I0,I-
の一つI-からの光束について注目すると、マスク２に達
した光（図２中太線で示す光）は、マスク２の周期的に
並んだスリット列のため、回折格子と全く同様に回折光
を発生する。
【００３５】マスク２で回折された光は、０、±１、±
２・・・ の次数の光に分割される。図２では０次光と＋１
次回折光の光路のみを図示しているが、各次数の光は凸
レンズ１による結像面即ち投射レンズ３の絞り（入射
瞳）５でフラウンホーファー回折像となり、各次数毎に
略１点に集まる。例えば、点光源I-からの照明光のマス
ク２による０次回折光は点I-' に、＋１次回折光は点(I
-')+1 に集光する。
２・・・ の次数の光に分割される。図２では０次光と＋１
次回折光の光路のみを図示しているが、各次数の光は凸
レンズ１による結像面即ち投射レンズ３の絞り（入射
瞳）５でフラウンホーファー回折像となり、各次数毎に
略１点に集まる。例えば、点光源I-からの照明光のマス
ク２による０次回折光は点I-' に、＋１次回折光は点(I
-')+1 に集光する。
【００３６】この絞り５は投射レンズ３の前側焦点に位
置しているため、回折像である各点I-,I-'からの光は投
射レンズ３を通過後、それぞれ平行光群となり、被加工
物４上で、それぞれの起源である空間周波数に基づいた
干渉像の形成に寄与する。このようにして、マスクパタ
ーン2aと同形に被加工物４上にレーザ光が結像し、レー
ザのアブレーション現象により溝加工が施される。
置しているため、回折像である各点I-,I-'からの光は投
射レンズ３を通過後、それぞれ平行光群となり、被加工
物４上で、それぞれの起源である空間周波数に基づいた
干渉像の形成に寄与する。このようにして、マスクパタ
ーン2aと同形に被加工物４上にレーザ光が結像し、レー
ザのアブレーション現象により溝加工が施される。
【００３７】図３は、図１の光加工機の光学系のマスク
２の結像状態を模式的にあらわした説明図である。この
光学系を波動光学的に解釈すると以下のようになる［参
考文献：久保田広著、波動光学、岩波書店 1971年］。
２の結像状態を模式的にあらわした説明図である。この
光学系を波動光学的に解釈すると以下のようになる［参
考文献：久保田広著、波動光学、岩波書店 1971年］。
【００３８】「照明系により整形された、ゆるやかに絞
り込まれる準平行光束であるレーザ光は、マスク２を通
過してから、共役面（この場合は絞り面）５にフラウン
ホーファー回折像を作る。そして、この回折像が再び光
源とみなせ、この光源からの光束が投射レンズ３を介し
て平行光群と変換されて、像面（加工面）４で相互に干
渉し、マスクパターン2aの像を形成する」このように、
波動光学的に２回の結像関係があると解釈される光学系
は、再回折光学系と呼ばれる。照明系を含む顕微鏡光学
系などが代表的な再回折光学系である。
り込まれる準平行光束であるレーザ光は、マスク２を通
過してから、共役面（この場合は絞り面）５にフラウン
ホーファー回折像を作る。そして、この回折像が再び光
源とみなせ、この光源からの光束が投射レンズ３を介し
て平行光群と変換されて、像面（加工面）４で相互に干
渉し、マスクパターン2aの像を形成する」このように、
波動光学的に２回の結像関係があると解釈される光学系
は、再回折光学系と呼ばれる。照明系を含む顕微鏡光学
系などが代表的な再回折光学系である。
【００３９】マスクパターン2aが自由形状の場合は、レ
ーザ光の回折パターンは複雑になり、光源が単色の点光
源であっても絞り面５においてランダムな形状の回折パ
ターンとなる。
ーザ光の回折パターンは複雑になり、光源が単色の点光
源であっても絞り面５においてランダムな形状の回折パ
ターンとなる。
【００４０】しかし、マスクパターン2aがある種の周期
構造を持つ場合、回折パターンはその周期構造を反映し
た形状になる。
構造を持つ場合、回折パターンはその周期構造を反映し
た形状になる。
【００４１】顕著な例として、回折格子のような周期溝
形状を加工する場合について考えてみると、マスクパタ
ーン2aも当然、周期スリット構造となる。この結果、マ
スクパターン2aも回折格子の役目を持つこととなる。
形状を加工する場合について考えてみると、マスクパタ
ーン2aも当然、周期スリット構造となる。この結果、マ
スクパターン2aも回折格子の役目を持つこととなる。
【００４２】今、マスクパターン2aのピッチをp 、レー
ザの波長をλ、回折次数をｍ、入射角をα、回折角をβ
とすると回折格子の回折は、 p・(sinα+sinβ)=m・λ であり、その微分形式は Δβ= λ/(p・cos β) Δm となる。
ザの波長をλ、回折次数をｍ、入射角をα、回折角をβ
とすると回折格子の回折は、 p・(sinα+sinβ)=m・λ であり、その微分形式は Δβ= λ/(p・cos β) Δm となる。
【００４３】典型的な値としては、p=248 μm 、λ=248
nm、β=0として、１次当たり Δβ=1(mrad) の回折角変化が生じる。
nm、β=0として、１次当たり Δβ=1(mrad) の回折角変化が生じる。
【００４４】また、０次光と１次光の電場比は、格子周
期をT 、開口幅をS として sinc( πS/T) となり、開口率S/T を0.5 とした時、エネルギー強度比
は0.4 程度となる。
期をT 、開口幅をS として sinc( πS/T) となり、開口率S/T を0.5 とした時、エネルギー強度比
は0.4 程度となる。
【００４５】ところで、投射レンズ３内の光学素子（レ
ンズ）を透過するレーザ光によってレンズに惹起される
透過率変動がごく微小で、光量その他が問題にならない
場合でも、レーザ光によってレンズの材質の屈折率に微
小な変動を発生させる場合は光学特性に重大な問題を発
生させる。以下これを説明する。
ンズ）を透過するレーザ光によってレンズに惹起される
透過率変動がごく微小で、光量その他が問題にならない
場合でも、レーザ光によってレンズの材質の屈折率に微
小な変動を発生させる場合は光学特性に重大な問題を発
生させる。以下これを説明する。
【００４６】材質に石英を用いた投射レンズの場合、た
とえばKrF レーザによる破壊閾値は、数J /cm2であるこ
とがKERR等により報告されている［参考文献：KERR N C
他、ASTM Spec Tech Publ,No.1117 PAGE 164ー179(199
0)］。そして通常、KrF レーザを使用する光学系内では
この値を越えることのないよう光学系の設計がなされ
る。
とえばKrF レーザによる破壊閾値は、数J /cm2であるこ
とがKERR等により報告されている［参考文献：KERR N C
他、ASTM Spec Tech Publ,No.1117 PAGE 164ー179(199
0)］。そして通常、KrF レーザを使用する光学系内では
この値を越えることのないよう光学系の設計がなされ
る。
【００４７】レーザ光の強度をこの値の何分の一の強度
になるように光学系を設計するかは設計者の経験と設計
思想に基づき決定されるが、短期間使用の光学系で10分
の１、長期間使用の光学系で100 分の１程度を前提にシ
ステムを設計するのが通常であった。
になるように光学系を設計するかは設計者の経験と設計
思想に基づき決定されるが、短期間使用の光学系で10分
の１、長期間使用の光学系で100 分の１程度を前提にシ
ステムを設計するのが通常であった。
【００４８】このように設計された光学系では、透過率
が落ちて加工不能になるとか、表面形状が変化して、収
差が発生し、幾何光学的像が乱れるという事はない。
が落ちて加工不能になるとか、表面形状が変化して、収
差が発生し、幾何光学的像が乱れるという事はない。
【００４９】しかし、PAUL SCHERMERHORN は石英の微小
な屈折率変動がこの閾値の1/100 以下で発生しはじめ、
その屈折率変動は、レーザパワーの自乗と照射回数の積
に比例することを報告している［参考文献：PAUL SCHER
MERHORN,SPIE-The International Society for Optical
Engineering Vol. 1835(1992)］。
な屈折率変動がこの閾値の1/100 以下で発生しはじめ、
その屈折率変動は、レーザパワーの自乗と照射回数の積
に比例することを報告している［参考文献：PAUL SCHER
MERHORN,SPIE-The International Society for Optical
Engineering Vol. 1835(1992)］。
【００５０】その屈折率変動は以下のような機構により
発生すると思われる。前記大木等の報告によると、強力
なレーザ光を石英に照射した場合、石英中の各種欠陥に
基づく吸収により焼き鈍し効果が起き、その結果、石英
は光路中で収縮する。
発生すると思われる。前記大木等の報告によると、強力
なレーザ光を石英に照射した場合、石英中の各種欠陥に
基づく吸収により焼き鈍し効果が起き、その結果、石英
は光路中で収縮する。
【００５１】その収縮量の影響を概略推定してみる。元
々の屈折率をn 、石英の厚みをt とすると、元々の光学
光路長O は O=n・t である。レーザ光の照射後、光路長が変化した後の屈折
率をn'、石英の収縮量をτとすると、収縮後の光学光路
長D は D=n'・(t-τ)+τ となる。ここで、空気中の屈折率は１と近似している。
々の屈折率をn 、石英の厚みをt とすると、元々の光学
光路長O は O=n・t である。レーザ光の照射後、光路長が変化した後の屈折
率をn'、石英の収縮量をτとすると、収縮後の光学光路
長D は D=n'・(t-τ)+τ となる。ここで、空気中の屈折率は１と近似している。
【００５２】そこで、収縮前後での光学光路長の変化Δ
O を求めると、 ΔO =D-O =(n'-n)・t-(n'-1)τ = Δn・t-(n'-1)τ となる。ここでΔn は屈折率の変化量である。
O を求めると、 ΔO =D-O =(n'-n)・t-(n'-1)τ = Δn・t-(n'-1)τ となる。ここでΔn は屈折率の変化量である。
【００５３】屈折率変化と密度変化が近似的に比例する
領域では、長さの次元をx で示すと 、 n ∝1/x3 となるから、その微分形式は Δn= 3n(Δx/x) = 3n(τ/t) となる。よって、n とn'の差が微小であるので ΔO =3n・τ-(n-1)τ =(2n+1)・τ となる。石英の場合n=1.4〜1.5 程度であるので、光学
光路長の変化ΔO は、ほぼ ΔO =4τとな
る。
領域では、長さの次元をx で示すと 、 n ∝1/x3 となるから、その微分形式は Δn= 3n(Δx/x) = 3n(τ/t) となる。よって、n とn'の差が微小であるので ΔO =3n・τ-(n-1)τ =(2n+1)・τ となる。石英の場合n=1.4〜1.5 程度であるので、光学
光路長の変化ΔO は、ほぼ ΔO =4τとな
る。
【００５４】発明者はこれを検証する為に次の実験を行
った。長さt=50mmの市販されている石英に600mJ /cm2の
KrF エキシマレーザを１千万発照射した後、HeNeレーザ
（波長λ＝632.8nm ）の干渉計で収縮量τ及び光学光路
長の変化ΔO を測定した。その結果、τ=0.2λ、ΔO =
0.7λが得られたので、概ね上記の考察は正しいと考え
られる。
った。長さt=50mmの市販されている石英に600mJ /cm2の
KrF エキシマレーザを１千万発照射した後、HeNeレーザ
（波長λ＝632.8nm ）の干渉計で収縮量τ及び光学光路
長の変化ΔO を測定した。その結果、τ=0.2λ、ΔO =
0.7λが得られたので、概ね上記の考察は正しいと考え
られる。
【００５５】上記の実験では、+10 のマイナス５乗程度
の屈折率変動が生じているが、通常の使用状態では、こ
の屈折率変動は+10 のマイナス６乗程度以下の値であ
る。そして、典型的な光学系において、この屈折率変動
は 0.1λ程度の光路長変動をもたらすが、通常の光加工
機においては、この程度の屈折率変動では加工不良を発
生しないように光学的に設計されている。
の屈折率変動が生じているが、通常の使用状態では、こ
の屈折率変動は+10 のマイナス６乗程度以下の値であ
る。そして、典型的な光学系において、この屈折率変動
は 0.1λ程度の光路長変動をもたらすが、通常の光加工
機においては、この程度の屈折率変動では加工不良を発
生しないように光学的に設計されている。
【００５６】ところが、本実施形態の再回折光学系のよ
うに、回折像が点に近い状態でこの程度の屈折率変動が
発生する場合は深刻な問題が発生する。
うに、回折像が点に近い状態でこの程度の屈折率変動が
発生する場合は深刻な問題が発生する。
【００５７】即ち、回折次数が異なると夫々の回折光の
光強度が異なるため、或る光学素子を通過する各次数の
回折光が常に通る光路毎にその部分の屈折率が異なる量
変動し、像面での干渉に寄与する各次数の回折光に光路
差が発生する。
光強度が異なるため、或る光学素子を通過する各次数の
回折光が常に通る光路毎にその部分の屈折率が異なる量
変動し、像面での干渉に寄与する各次数の回折光に光路
差が発生する。
【００５８】このため、干渉像が変動し、 0.1λの光路
長変動であっても、像の空間周波数の10％という許容で
きない変動が発生する。
長変動であっても、像の空間周波数の10％という許容で
きない変動が発生する。
【００５９】特に、±１次光など、大きな形状成分を司
る光に位相差が生じた時は深刻である。
る光に位相差が生じた時は深刻である。
【００６０】この様子を摸式的に考察したのが図４であ
る。同図は、結像面において０次光と＋１次光、−１次
光とが干渉して、周期構造を再生していることを表した
概念図である。
る。同図は、結像面において０次光と＋１次光、−１次
光とが干渉して、周期構造を再生していることを表した
概念図である。
【００６１】もし、＋１次光と−１次光とが同位相で像
面に到達すれば、その干渉形状は容易に想像されるよう
に元の周期構造と同相の位置に正弦波構造を構成する。
しかし、もし一方の光が位相遅れを生じた場合（図の場
合は−１次光）、空間周波数の１次成分は遅れた−１次
光側にシフトし、結果として再生像は正弦波から歪み、
像の対称性を失わせる。
面に到達すれば、その干渉形状は容易に想像されるよう
に元の周期構造と同相の位置に正弦波構造を構成する。
しかし、もし一方の光が位相遅れを生じた場合（図の場
合は−１次光）、空間周波数の１次成分は遅れた−１次
光側にシフトし、結果として再生像は正弦波から歪み、
像の対称性を失わせる。
【００６２】この様子を数値計算することは容易であ
り、初等的に、各次数の三角関数に位相差を持たせ、総
和計算をすれば良い。
り、初等的に、各次数の三角関数に位相差を持たせ、総
和計算をすれば良い。
【００６３】図５、６は再回折光学系において、矩形周
期パターンを結像させた場合に得られる像面の強度分布
を上記の方法で計算したシミュレーション結果である。
図５は＋１次光と−１次光に位相差が無い場合、図６は
−１次光が0.1 λの位相差を持った場合のシミュレーシ
ョン結果である。
期パターンを結像させた場合に得られる像面の強度分布
を上記の方法で計算したシミュレーション結果である。
図５は＋１次光と−１次光に位相差が無い場合、図６は
−１次光が0.1 λの位相差を持った場合のシミュレーシ
ョン結果である。
【００６４】±１次回折光の僅か0.1 λの位相差で図６
に示す大きさの歪みが生じることは重大な問題である。
例えばかかる光加工機でインクジェット記録ヘッドの部
品を製作する場合を考える。図７はオリフィスプレート
を用いたインクジェット記録ヘッドの要部斜視図であ
る。図中、80B は上記の強度分布を与える光加工機で光
加工して得た溝部品である。81は溝部品80B を覆うカバ
ー部品である。80B とカバー部品81とを密着させて吐出
孔83を形成している。
に示す大きさの歪みが生じることは重大な問題である。
例えばかかる光加工機でインクジェット記録ヘッドの部
品を製作する場合を考える。図７はオリフィスプレート
を用いたインクジェット記録ヘッドの要部斜視図であ
る。図中、80B は上記の強度分布を与える光加工機で光
加工して得た溝部品である。81は溝部品80B を覆うカバ
ー部品である。80B とカバー部品81とを密着させて吐出
孔83を形成している。
【００６５】カバー部品81にはヒーターを加工してお
り、不図示の制御手段がこのヒーターを制御して不図示
のインク溜めから供給されるインクを吐出孔83(83C,8
3D,83E)より吐出して被記録物上に所定のパターンを記
録する。
り、不図示の制御手段がこのヒーターを制御して不図示
のインク溜めから供給されるインクを吐出孔83(83C,8
3D,83E)より吐出して被記録物上に所定のパターンを記
録する。
【００６６】上記の±１次回折光に位相差のある光加工
機で溝部品80B を加工すれば、例えば吐出孔列の両端部
83D 、83E では図６の断面形状の吐出孔となり、中央部
分83C では位相差が無く、図５の如き略長方形の断面形
状の吐出孔となったりする。
機で溝部品80B を加工すれば、例えば吐出孔列の両端部
83D 、83E では図６の断面形状の吐出孔となり、中央部
分83C では位相差が無く、図５の如き略長方形の断面形
状の吐出孔となったりする。
【００６７】このようにインクジェット記録ヘッドの吐
出孔の断面形状が場所により異なると図７に矢印で示す
ようにインクの吐出方向が場所によりずれるので、この
記録ヘッドは不良品となる。
出孔の断面形状が場所により異なると図７に矢印で示す
ようにインクの吐出方向が場所によりずれるので、この
記録ヘッドは不良品となる。
【００６８】以上のように光加工機の光学系を再回折光
学系で構成する場合には、レーザ光によってレンズに惹
起される透過率変動はごく微小で、問題にならない場合
でも、レーザ光によってレンズの屈折率に微小な変動及
び寸法の収縮を発生させ、光路長を変化させる場合は光
学的特性を大きく崩すことになる。
学系で構成する場合には、レーザ光によってレンズに惹
起される透過率変動はごく微小で、問題にならない場合
でも、レーザ光によってレンズの屈折率に微小な変動及
び寸法の収縮を発生させ、光路長を変化させる場合は光
学的特性を大きく崩すことになる。
【００６９】本実施形態において、投射レンズ３に用い
るガラス（材質）が、レーザ光に耐力がないものであっ
た場合、レーザ光により屈折率及び寸法に経時変化が生
じる。そして、その変化量はレーザ光の強度分布により
各光路・場所によって、一定ではない。
るガラス（材質）が、レーザ光に耐力がないものであっ
た場合、レーザ光により屈折率及び寸法に経時変化が生
じる。そして、その変化量はレーザ光の強度分布により
各光路・場所によって、一定ではない。
【００７０】ここで注目しなければならないのは０次光
と±１次回折光であり、特に投射レンズ３中の０次光と
１次回折光の重なる部分である。
と±１次回折光であり、特に投射レンズ３中の０次光と
１次回折光の重なる部分である。
【００７１】図８は図１の物点I-からの光束の０次光と
＋１次回折光の光路を凸レンズ１から被加工物４までを
図示したものである。この図において、レンズ３B では
０次光と１次回折光が重なる部分Ｅ（斜線を施した部
分）と、１次回折光のみが通る部分Ｆ（点々を施した部
分）とでは、レーザ光の強度が大きく異なる。もしレン
ズ３B をレーザ耐力が弱い光学材料で構成すれば、０次
光が通る部分Ｅでは屈折率が大きく変化すると共に寸法
が収縮し、一方１次回折光のみが通る部分Ｆでは屈折率
の変化及び寸法の収縮が少ない。その結果、１次回折光
がレンズ３B を透過する際に部分Ｆと部分Ｅでは屈折率
が異なる為にこの１次回折光がレンズ３Bを出ると波面
が乱れ、部分的に位相が変動することになる。
＋１次回折光の光路を凸レンズ１から被加工物４までを
図示したものである。この図において、レンズ３B では
０次光と１次回折光が重なる部分Ｅ（斜線を施した部
分）と、１次回折光のみが通る部分Ｆ（点々を施した部
分）とでは、レーザ光の強度が大きく異なる。もしレン
ズ３B をレーザ耐力が弱い光学材料で構成すれば、０次
光が通る部分Ｅでは屈折率が大きく変化すると共に寸法
が収縮し、一方１次回折光のみが通る部分Ｆでは屈折率
の変化及び寸法の収縮が少ない。その結果、１次回折光
がレンズ３B を透過する際に部分Ｆと部分Ｅでは屈折率
が異なる為にこの１次回折光がレンズ３Bを出ると波面
が乱れ、部分的に位相が変動することになる。
【００７２】図９は図１の物点I-からの光束の０次光と
−１次回折光の光路を凸レンズ１から被加工物４まで図
示したものである。この図において、レンズ３B では０
次光と１次回折光が重なる部分Ｇ（斜線を施した部分）
と、−１次回折光のみが通る部分Ｈ（点々を施した部
分）とでは、レーザ光の強度が大きく異なる。もしレン
ズ３B をレーザ耐力が弱い光学材料で構成すれば、０次
光が通る部分Ｇでは屈折率が大きく変化すると共に寸法
が収縮し、一方−１次回折光のみが通る部分Ｈでは屈折
率の変化及び寸法の収縮が少ない。その結果、−１次回
折光がレンズ３Bを透過する際に部分Ｇと部分Ｈでは屈
折率が異なる為にこの−１次回折光がレンズ３B を出る
と波面が乱れ、部分的に位相が変動することになる。
−１次回折光の光路を凸レンズ１から被加工物４まで図
示したものである。この図において、レンズ３B では０
次光と１次回折光が重なる部分Ｇ（斜線を施した部分）
と、−１次回折光のみが通る部分Ｈ（点々を施した部
分）とでは、レーザ光の強度が大きく異なる。もしレン
ズ３B をレーザ耐力が弱い光学材料で構成すれば、０次
光が通る部分Ｇでは屈折率が大きく変化すると共に寸法
が収縮し、一方−１次回折光のみが通る部分Ｈでは屈折
率の変化及び寸法の収縮が少ない。その結果、−１次回
折光がレンズ３Bを透過する際に部分Ｇと部分Ｈでは屈
折率が異なる為にこの−１次回折光がレンズ３B を出る
と波面が乱れ、部分的に位相が変動することになる。
【００７３】±１次回折光は特に大きい空間周波数成分
を担うため、±１次回折光の位相が像面の各点で異なる
と、像面における強度分布の対称性は失われ、加工領域
全体では強度分布が場所により異なることになり、加工
断面の形状均一性はもはや得ることができない。
を担うため、±１次回折光の位相が像面の各点で異なる
と、像面における強度分布の対称性は失われ、加工領域
全体では強度分布が場所により異なることになり、加工
断面の形状均一性はもはや得ることができない。
【００７４】被加工物が加工容易な材料である場合に
は、設計的に、回折光のレンズ内での分布広がりを大き
くして、単位面積当たりのエネルギーを低く押さえた
り、または、強烈な０次光と、高次の回折光が、同じ光
路を通らないようにするなどで対応できるが、近年のセ
ラミックや金属等の難加工物の加工ニーズの高まり、及
び高速加工などのニーズの高まりから、単位面積当たり
のエネルギーや力率を上げざるを得ない場合が出現して
きた。
は、設計的に、回折光のレンズ内での分布広がりを大き
くして、単位面積当たりのエネルギーを低く押さえた
り、または、強烈な０次光と、高次の回折光が、同じ光
路を通らないようにするなどで対応できるが、近年のセ
ラミックや金属等の難加工物の加工ニーズの高まり、及
び高速加工などのニーズの高まりから、単位面積当たり
のエネルギーや力率を上げざるを得ない場合が出現して
きた。
【００７５】高出力のレーザを用いたり、単位時間当た
りの発光パルス数を高めると上記の問題が発生し、良好
な光学的特性を長期に渡って維持することが困難にな
る。
りの発光パルス数を高めると上記の問題が発生し、良好
な光学的特性を長期に渡って維持することが困難にな
る。
【００７６】これに対する対策はレーザに対して高耐力
のある光学材料（例えば蛍石）を使用することである。
のある光学材料（例えば蛍石）を使用することである。
【００７７】石英の屈折率変動は前記の大木その他の報
告により、主として石英の欠陥の増加と焼き鈍しの進行
によって発生するとされている。欠陥が少なく、焼き鈍
しが十分進行している光学材料がレーザ耐力のある光学
材料ということになる。本実施形態ではレーザ耐力のあ
る光学素子として蛍石を用い、レーザ耐力のない光学素
子として石英を用いている。
告により、主として石英の欠陥の増加と焼き鈍しの進行
によって発生するとされている。欠陥が少なく、焼き鈍
しが十分進行している光学材料がレーザ耐力のある光学
材料ということになる。本実施形態ではレーザ耐力のあ
る光学素子として蛍石を用い、レーザ耐力のない光学素
子として石英を用いている。
【００７８】従来は数100mJ/cm2 のエネルギー密度に曝
して長期間使用できる石英等の硝材は存在しなかった。
しかし、紫外線ステッパ等の進歩により、収縮の少ない
光路長変化の小さい光学材料が発表され始めている。
して長期間使用できる石英等の硝材は存在しなかった。
しかし、紫外線ステッパ等の進歩により、収縮の少ない
光路長変化の小さい光学材料が発表され始めている。
【００７９】又、従来得られなかった大型の弗化カルシ
ュウム結晶も得られるようになってきた。
ュウム結晶も得られるようになってきた。
【００８０】しかし、これら高耐久ガラス材料は ・高価である。 ・大きなものが作れない。 ・均一な屈折率のものが得にくい。 ・市販標準レンズが少ない。 などの問題をもつため、全て高耐久ガラス材料の光学素
子を使用して光加工機を構成すれば良いが、このように
構成すれば極めて高コストの光加工機となる。そこで本
実施形態では、投射レンズ３中で１次回折光が部分的に
０次光と重なる部分の光学素子に特にレーザ耐力が高い
材料（例えば蛍石）を用いることを特徴としている。
子を使用して光加工機を構成すれば良いが、このように
構成すれば極めて高コストの光加工機となる。そこで本
実施形態では、投射レンズ３中で１次回折光が部分的に
０次光と重なる部分の光学素子に特にレーザ耐力が高い
材料（例えば蛍石）を用いることを特徴としている。
【００８１】この部分に、高価であるがレーザ耐力があ
る光学素子を用いれば、像の経時安定度は飛躍的に向上
する。又、レーザ耐力の低い光学材料として石英を用い
るようにしている。
る光学素子を用いれば、像の経時安定度は飛躍的に向上
する。又、レーザ耐力の低い光学材料として石英を用い
るようにしている。
【００８２】本実施形態は、再回折光学系により周期構
造を有するパターンを被加工物に結像する際、１次回折
光が部分的に０次光と重なる部分の光学素子をレーザ耐
力のある材料で構成しているので光加工機の光学的特性
が長期に渡って安定し、光加工領域全域について断面形
状が揃った光加工部品を安定的に製作することができ
る。
造を有するパターンを被加工物に結像する際、１次回折
光が部分的に０次光と重なる部分の光学素子をレーザ耐
力のある材料で構成しているので光加工機の光学的特性
が長期に渡って安定し、光加工領域全域について断面形
状が揃った光加工部品を安定的に製作することができ
る。
【００８３】図１０は本実施形態で製作した溝部品（被
加工物）80A を用いて構成したインクジェット記録ヘッ
ドの斜視図である。この場合、吐出孔列の両端部の吐出
孔82D ，82E は中央部分の吐出孔82C と同じく図５の如
き略長方形の断面形状の吐出孔となる。
加工物）80A を用いて構成したインクジェット記録ヘッ
ドの斜視図である。この場合、吐出孔列の両端部の吐出
孔82D ，82E は中央部分の吐出孔82C と同じく図５の如
き略長方形の断面形状の吐出孔となる。
【００８４】このようにインクジェット記録ヘッドの吐
出孔の断面形状が場所によらず、同じであると図１０に
矢印で示すようにインクの吐出方向は全て同じとなり、
この記録ヘッドは良品となる。
出孔の断面形状が場所によらず、同じであると図１０に
矢印で示すようにインクの吐出方向は全て同じとなり、
この記録ヘッドは良品となる。
【００８５】なお、本実施形態において、１次回折光と
０次光が重ならない部分の光学素子は相対的にレーザ耐
力の低い光学材料で構成しても光学特性にさほど影響し
ないので、投射レンズ３をこのように構成すれば低コス
トの光加工機を構成することができる。
０次光が重ならない部分の光学素子は相対的にレーザ耐
力の低い光学材料で構成しても光学特性にさほど影響し
ないので、投射レンズ３をこのように構成すれば低コス
トの光加工機を構成することができる。
【００８６】図１１，図１２は本発明の実施形態２の要
部概略図である。なお、図１１は実施形態２のX-Y 図で
あり、図１２は実施形態２のX-Z 断面図である。本実施
形態は投射レンズ３をレンズ３A と軸外れ放物面鏡３C
で構成した点のみが実施形態１と異なり、その他の点は
実施形態１と同じである。
部概略図である。なお、図１１は実施形態２のX-Y 図で
あり、図１２は実施形態２のX-Z 断面図である。本実施
形態は投射レンズ３をレンズ３A と軸外れ放物面鏡３C
で構成した点のみが実施形態１と異なり、その他の点は
実施形態１と同じである。
【００８７】実施形態２は、１次回折光が部分的に０次
光と重なる部分の光学素子を反射光学素子で構成し、反
射面によってマスク２のマスクパターン2aを被加工物４
に結像させている。軸外れ放物面鏡３C の反射面を金属
蒸着や多層膜蒸着など適切な反射表面処理によって構成
して、強力なレーザ光が当たる部分は表面だけに限られ
るため、石英を用いたときに見られる収縮現象は発生し
ない。
光と重なる部分の光学素子を反射光学素子で構成し、反
射面によってマスク２のマスクパターン2aを被加工物４
に結像させている。軸外れ放物面鏡３C の反射面を金属
蒸着や多層膜蒸着など適切な反射表面処理によって構成
して、強力なレーザ光が当たる部分は表面だけに限られ
るため、石英を用いたときに見られる収縮現象は発生し
ない。
【００８８】また、表面形状がレーザ光により変化して
も、前記で解説したような、形状変化も光路が変化する
ことはない。
も、前記で解説したような、形状変化も光路が変化する
ことはない。
【００８９】本実施形態は、再回折光学系により周期構
造を有するマスクパターン2aを被加工物に結像する際、
１次回折光が部分的に０次光と重なる部分の光学素子を
反射光学素子で構成して、光加工機の光学的特性が長期
に渡って安定し、品質の優れた光加工部品を安定的に製
作している。
造を有するマスクパターン2aを被加工物に結像する際、
１次回折光が部分的に０次光と重なる部分の光学素子を
反射光学素子で構成して、光加工機の光学的特性が長期
に渡って安定し、品質の優れた光加工部品を安定的に製
作している。
【００９０】又、１次回折光と０次光が重ならない部分
の光学素子は相対的にレーザ耐力の低い光学材料で構成
しても光学特性にさほど影響しないので、投射レンズを
このように構成すれば低コストの光加工機を構成するこ
とができる。
の光学素子は相対的にレーザ耐力の低い光学材料で構成
しても光学特性にさほど影響しないので、投射レンズを
このように構成すれば低コストの光加工機を構成するこ
とができる。
【００９１】
【発明の効果】本発明によれば以上のようにレーザ光源
からの光束を用いて、光学系により周期構造を有するパ
ターンを被加工物に結像して光加工する光加工機におい
て、レーザ光を光学系の各光学素子に長期間にわたり照
射しても、光学素子の光学的特性が変化せず安定し、こ
れによって品質の優れた光加工物を容易にかつ高精度に
製作できる光加工機及びそれを用いたオリフィスプレー
トの製造方法を達成することができる。
からの光束を用いて、光学系により周期構造を有するパ
ターンを被加工物に結像して光加工する光加工機におい
て、レーザ光を光学系の各光学素子に長期間にわたり照
射しても、光学素子の光学的特性が変化せず安定し、こ
れによって品質の優れた光加工物を容易にかつ高精度に
製作できる光加工機及びそれを用いたオリフィスプレー
トの製造方法を達成することができる。
【００９２】特に、再回折光学系により周期構造を有す
るパターンを被加工物に結像する際、１次回折光が部分
的に０次光と重なる部分の光学素子をレーザ耐力のある
材料で構成する、若しくは反射光学素子で構成している
ので光学的特性が長期に渡って安定し、品質の優れた光
加工部品を製作できる光加工機を達成している。
るパターンを被加工物に結像する際、１次回折光が部分
的に０次光と重なる部分の光学素子をレーザ耐力のある
材料で構成する、若しくは反射光学素子で構成している
ので光学的特性が長期に渡って安定し、品質の優れた光
加工部品を製作できる光加工機を達成している。
【００９３】更に、１次回折光と０次光が重ならない部
分の光学素子は相対的にレーザ耐力の低い光学材料で構
成して低コストの光加工機を達成している。
分の光学素子は相対的にレーザ耐力の低い光学材料で構
成して低コストの光加工機を達成している。
【００９４】更に、かかる光学的特性が長期に渡って安
定する光加工機を使用して、精度の揃った光加工品を低
コストで製造することができる。等の効果を得ている。
定する光加工機を使用して、精度の揃った光加工品を低
コストで製造することができる。等の効果を得ている。
【図１】 本発明の光加工機の実施形態１の要部概略図
【図２】 実施形態１の凸レンズから被加工物までの光
路説明図
路説明図
【図３】 実施形態１のマスク結像部を模式的に表した
説明図
説明図
【図４】 位相差を持つ結像の概念図
【図５】 正常な結像パターンのシミュレーション
【図６】 １次回折光の位相が変調した場合のシミュレ
ーション
ーション
【図７】 ±次回折光に光路差の変動のある加工機で製
作したインクジェット記録ヘッドの斜視図
作したインクジェット記録ヘッドの斜視図
【図８】 投射レンズ中で＋１次回折光が部分的に０次
光と重なる部分の説明図
光と重なる部分の説明図
【図９】 投射レンズ中で−１次回折光が部分的に０次
光と重なる部分の説明図
光と重なる部分の説明図
【図１０】 光加工機の実施形態１で製作したインクジ
ェット記録ヘッドの斜視図
ェット記録ヘッドの斜視図
【図１１】 本発明の光加工機の実施形態２の要部概略
図(X-Y図)
図(X-Y図)
【図１２】 本発明の光加工機の実施形態２の要部概略
図(X-Z図)
図(X-Z図)
【図１３】 従来の光加工機の光学系の例
１ 凸レンズ ２ マスク ３ 投射レンズ ３A ，３B レンズ ３C 軸外れ放物面鏡 ４ 被加工物（サンプル） 76 投射レンズ 77 入射瞳（絞り面） 78 サンプル面 75 マスク 76 投射レンズ 78 被加工物（サンプル） 80A 実施形態１で製作した溝部品 80B 光学特性が不良の光加工機で製作した溝部品 81 カバー部品 82,83 吐出孔
Claims (7)
- 【請求項１】 光源から放射されたコヒーレント光でマ
スク面上に設けた周期構造のパターンを照明し、該パタ
ーンを光学系によって加工物に投影するようにした光加
工機において、該光学系は該マスクから生ずる回折光の
うち異なる次数の回折光が重なり合う領域に位置する光
学部材Ａ１に異なる次数の回折光が重ならない領域に位
置する光学部材Ｂ１に比べて、光吸収による光路長変動
の小さい材質の光学部材を用いていることを特徴とする
光加工機。 - 【請求項２】 光源から放射されたコヒーレント光でマ
スク面上に設けた周期構造のパターンを照明し、該パタ
ーンを再回折光学系によって加工物に投影するようにし
た光加工機において、該再回折光学系のうち回折像面に
対して遠い方に位置する光学部材Ａ２に比べて近い方に
位置する光学部材Ｂ２に光吸収による光路長変動の小さ
い材質の光学部材を用いていることを特徴とする光加工
機。 - 【請求項３】 前記光学部材Ａ１，Ａ２の材質に蛍石を
用い、前記光学部材Ｂ１，Ｂ２の材質に石英を用いてい
ることを特徴とする請求項１又は２の光加工機。 - 【請求項４】 請求項１，２又は３の光加工機で加工し
て製造したことを特徴とする加工物。 - 【請求項５】 請求項１，２又は３の光加工機を用いて
前記マスク面上の複数の開口を一方向に配列したパター
ンを基板上に転写して該基板上に複数の小孔を穿孔し
て、オリフィスプレートを製造したことを特徴とするオ
リフィスプレートの製造方法。 - 【請求項６】 請求項５のオリフィスプレートの製造方
法により製造したオリフィスプレートを有していること
を特徴とするバブルジェットプリンタ。 - 【請求項７】 前記光学部材Ｂ１，Ｂ２は反射ミラーよ
り成っていることを特徴とする請求項１又は２の光加工
機。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09019694A JP3094933B2 (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 光加工機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法 |
| US09/007,817 US6303900B1 (en) | 1997-01-17 | 1998-01-15 | Machining device and production method of orifice plate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09019694A JP3094933B2 (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 光加工機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10202388A true JPH10202388A (ja) | 1998-08-04 |
| JP3094933B2 JP3094933B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=12006375
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09019694A Expired - Fee Related JP3094933B2 (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 光加工機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6303900B1 (ja) |
| JP (1) | JP3094933B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002012441A (ja) * | 2000-06-27 | 2002-01-15 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 合成石英ガラスおよびその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US6261742B1 (en) * | 1999-02-01 | 2001-07-17 | Hewlett-Packard Company | Method for manufacturing a printhead with re-entrant nozzles |
| JP3530769B2 (ja) * | 1999-05-10 | 2004-05-24 | キヤノン株式会社 | 照明装置及びそれを用いた光加工機 |
| US6775435B1 (en) * | 1999-11-01 | 2004-08-10 | Oplink Communications, Inc. | Wavelength interleaver |
| US6627844B2 (en) * | 2001-11-30 | 2003-09-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of laser milling |
| JP4305611B2 (ja) * | 2002-07-18 | 2009-07-29 | 株式会社ニコン | 照明光学装置、露光装置および露光方法 |
| EP2414131B1 (en) * | 2009-03-30 | 2015-05-06 | Boegli-Gravures S.A. | Method of and device for structuring a solid body surface with a hard coating with a laser using mask and diaphrag |
| EP2414130B2 (en) | 2009-03-30 | 2019-04-24 | Boegli-Gravures S.A. | Method and device for structuring a solid body surface with a hard coating with a first laser with pulses in the nanosecond field and a second laser with pulses in the pico- or femtosecond field ; packaging foil |
| EP2336823A1 (de) * | 2009-12-18 | 2011-06-22 | Boegli-Gravures S.A. | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Masken für eine Laseranlage zur Erzeugung von Mikrostrukturen. |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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