JPH04187392A - レーザ孔開け加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザ孔開は加工機に関する。

（従来の技術） レーザ孔開は加工機としては、レーザ光源と孔を開けよ
うとするワークとの間のレーザ光軸上に、前記レーザ光
源から発せられるレーザ光を、開けようとする孔に対応
した光束に変換するためのマスクパターンが形成されて
いるＮｉなとで形成したマスクを、マスクホルダに固定
して配置し、該マスクのマスクパターンを通過した光束
を前記ワークの加工面に照射して孔開けを行う構成のも
のが知られている。このレーザ孔開は加工機においては
、マスクパターンを通過する光は、前記レーザ光の１％
以下であり、はとんどがマスクにて反射あるいは吸収さ
れ、吸収した光は熱となって、マスクの温度上昇を引き
起こすため、前記マスクホルダを装置架体等に取り付け
て自然冷却によって前記マスクの温度上昇を抑えていた
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の技術では、自然冷却によって
マスクの温度上昇を抑えているので、雰囲気温度（室温
）が上昇した場合、それに伴ってマスク温度も上昇して
しまうという問題点があり、さらに、レーザ光照射によ
る温度上昇が生じると、マスクの冷却効果は現われず、
該マスクは膨張してマスクパターンの形状が変化し、加
工孔の精度が悪化してしまうという問題点がある。例え
ば、前述のように、マスク材料としてＮｉを使用した場
合、Ｎｉ線膨脹係数は１．３Ｘ１０−’であり、加工孔
のピッチ精度を±１μｍ／８．２ｍｍに抑えようとする
と、マスクの温度変化を、±１０度の範囲内にしなけれ
ばならないが、室温の変化およびレーザ光の照射による
温度上昇を考慮すると、マスクの温度変化を±１０度の
範囲内とすることは困難である。

本発明は、上記従来の技術の有する問題点に鑑みてなさ
れたもので、マスクの温度上昇を抑えて高精度の孔開は
加工を可能にするレーザ孔開は加工機を提供することを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、レーザ光源と、該レーザ光源が発する光軸上
に、所望の形状のマスクパターンが形成されたマスクを
配置するためのマスクホルダと、マスクパターンを通過
したレーザ光をワークに照射するための投影光学系とを
備え、前記ワークに前記マスクパターンの形状に応じた
孔を開けるレーザ孔開は加工機において、 前記マスクは、そのマスクパターン以外の部分のレーザ
光源側を覆うマスクホルダに押え部材によって固定され
ており、 前記マスクホルダに、前記マスクを冷却するマスク冷却
手段を設けたものである。

前記マスク冷却手段が、マスクホルダに形成した、マス
クを冷却する冷却水が流通する流路であるもの、 また、前記レーザ光源とマスクホルダの間のレーザ光軸
上に、マスクのマスクパターンのみに、レーザ光を照射
させるため窓が形成された遮光板を配置したもの、 前記ワークがインクジェットヘッドであり、前記マスク
には前記インクジェットヘッドのインク吐出口に対応す
る形状のマスクパターンが形成されているものが考えら
れる。

〔作　　　用〕

本発明のレーザ孔開は加工機は、レーザ光を、所望の形
状のマスクパターンが形成されたマスクを通してワーク
に照射して、該ワークに前記マスクパターンに応じた孔
を開けるものである。前記マスクは、レーザ光が通過す
る際、マスクパターン以外の部分に前記レーザ光が照射
されると、そのレーザ光を反射あるいは吸収することに
なる。

マスクで吸収したレーザ光は熱になって該マスクの温度
上昇の原因となるが、本発明は、マスクホルダによって
、マスクのマスクパターン以外の部分を覆うことで該マ
スクのレーザ光の照射量を少なくするとともに、該マス
クホルダに設けたマスク冷却手段によって、前記マスク
の温度上昇を抑える。

［実　施　例１ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明のレーザ孔
開は加工機の一実施例を示す平面図および側面図である
。

本実施例のレーザ孔開は加工機は、エキシマレーザを用
いたレーザ光源１０が発する紫外光のレーザ光Ｐを、開
けようとする孔に対応して所望の形状にするマスク３０
を通し、該マスク３０を通過したマスク像を、前記レー
ザ光Ｐに直交するように装着されたワークＷに照射して
該ワークＷに孔を開けるものである。

本実施例のレーザ孔開は加工機は、レーザ光源１０が発
するレーザ光Ｐを前記マスク３０に一様に照射させるた
めの照射光学系２０と、前記マスク３０を保持しその位
置調整を行うためのマスクホルダ３３を有するマスク位
置調整機構３２と、前記ワークＷが装着される位置決め
治具４０を備えた移動ステージ１２０と、前記マスク３
０を通って出射したマスク像を前記ワークＷに投影する
投影光学系５０と、前記ワークＷの位置合わせの際、該
ワークＷに照明光を、前記レーザ光源１０側から照射す
る透過照明系６０と、該透過照明系６０とは逆方向から
照射光を照射する反射光学系７４．８４　（第１４図（
ａ）参照）を備えるとともに、前記透過照明系６０ある
いは反射光学系７４．８４によってワークＷに照明光を
照射することで形成される光像な２つのインダストリア
ルテレビ（以下、ＩＴＶと称す）７１．８１にそれぞれ
結像させる測定光学系７０．８０とが装置フレーム９０
上に載置されて邦り、さらに、前記ＩＴＶ７１．８１で
結像した像の画像信号をそれぞれ取り込んで信号処理を
行う２つの画像処理系２０８．２０９と、レーザ光源」
０の発光およびワークＷの位置合わせなコントロールす
る表示器２０１を有する制御系２００とを備えている。

レーザ光源１０から出射したレーザ光束Ｐ（２００Ｈｚ
、５０Ｗ、２８ｍｍＸ６ｍｍ）は、まず、照明光学系２
０に入射し、その後、マスク３０を照射する。この照明
光学系２０では、最初に、第２図（ａ）に示すように、
楕円マスク２１、凹シリンドリカルレンズ２２および凸
シリンドリカルレンズ２３の組み合わせにより円形に変
換される。これは、２８ｍｍｘ６ｍｍの長方形で出射し
たレーザ光Ｐの光束の中央に、第２図（ｂ）に示すよう
なマスク穴２１１を備えた楕円マスク２１を配して前記
レーザ光Ｐを楕円に切り出し、はじめの凹シリンドリカ
ルレンズ２２を光束の巾の狭い方向（６ｍｍ側）に広げ
るように配置して、凸シリンドリカルレンズ２３により
光束が２８ｍｍの円形でかつ平行光Ｐｇとなるように戻
す、これは、２枚の凹、凸のシリンドリカルレンズ２２
．２３を、前記楕円マスクの２１からの、それぞれの距
離ｆｔ、ｆｚの比ｆｔ：ｆｉが、第２図（Ｃ）に示すよ
うにｆ＋：ｆｔ＝６：２８となるように、レーザ光Ｐの
光軸上に配置して、凹、凸のシリンドリカルレンズ２２
．２３のパワーの比を６：２Ｂ（凹：凸）とすることで
可能となる。

さらに、前記平行光Ｐ、の光路上に、凸レンズ２４と凹
レンズ２５を、それらの配置間隔の距離ｆｓ、ｆ４の比
ｆ、：ｆ、を２８　：　２０として焦点の位置が同一と
なるように配置して構成したビームコンプレッサにより
、前記２８ｍｍの円形の平行光Ｐ２を２０ｍｍの円形の
平行光Ｐｓに変換する。

次に、６ｍｍの直径をした７個の凸レンズ２６１を第３
図（ａ）、（ｂ）のように配置したケラ−照明用のフラ
イアイレンズ２６とフィールドレンズ２７とを、第４図
に示すように、順に前記平行光Ｐ３の光軸上に配置して
該平行光Ｐ、を７つに分割し、分割した光束を、第５図
に示すように、マスク３０に形成されている開ける孔の
形状をしたマスク穴３１に照明する。

このマスク３０は、マスク位置調整機構３２１に載置さ
れており、制御系２００からインターフェース２０５を
介して伝えられる指示によって位置調整される。

このマスク３０は、第６図（ａ）に示すように、マスク
ホルダ３３とマスク押え３４との間に挟まれて、マスク
位置調整機構３２に取り付けられる。

マスクホルダ３３は、後述するマスク位置調整機構３２
１に立設されたマスクホルダ位置決め治具３２５に固定
されており、マスク３０に対してマスク像の形成に必要
な光束のみを照射するため、第６図（ａ）、（ｂ）に示
すように、レーザ光の入射側が広く、マスク３０側が狭
いテーパ状の窓３３１が前記マスク３０のマスク穴３１
の配列方向に沿うように形成されている。さらに、マス
クホルダ３３には、その内部に、前記マスク３０を冷却
するための冷却水が流通する流路３３２が第６図（Ｃ）
に示すように、少なくとも前記マスク３０と接する面の
略全域にわたって屈曲するようにして形成されており、
冷却水供給源３００（第１図（ａ）、（ｂ）参照）から
供給される冷却水が常に流入口３３３から流出口３３４
の方向へ流通されている。

前記マスク押え３４は、レーザ光が前記マスクホルダ３
３の窓３３１を介してマスク３０に照射されることで形
成されるマスク像を出射させるための窓３４１が前記マ
スク穴３１の配列方向に形成されており、複数の固定ね
じ３４２を用いて、前記マスク３０を挟んでマスクホル
ダ３３に固定される。このマスク３０をマスクホルダ３
３に固定する際は、該マスク３０のマスク穴３１とマス
クホルダ３３の窓３３１およびマスク押え３４の窓３４
１とがそれぞれ位置合わせされた状態となっている。

マスク３０は、第７図に示すように、ゴニオステージ３
２１、Ｘステージ３２２．２ステージ３２３馳よびＹス
テージ３２４からなるマスク位置調整機構３２土に立設
されたマスクホルダ位置決め治具３２５の反レーザ光源
側に固定されているマスクホルダ３３に、前記マスク押
え３２によって取り付けられて装置に装着される。

前記マスクホルダ位置決め治具３２５にはレーザ光を通
過させるための窓３２６が、前記マスクホルダ３３の窓
３３１と同方向に形成されている。マスクホルダ位置決
め治具３２５の窓３２６は、その高さ方向の幅が前記マ
スクホルダ３３の窓３３１のレーザ光源側の高さ方向の
幅より大きく形成されており、該マスクホルダ位置決め
治具３２５にマスクホルダ３３を固定する際は、該マス
クホルダ３３の窓３３１がマスクホルダ位置決め治具３
２５の窓３２６の中央部に位置するように調整する。前
記マスク位置調整機構３２を構成する、ゴニオステージ
３２１％Ｘステージ３２２．２ステージ３２３およびＹ
ステージ３２４は、何れも、制御系２００からインター
フェース２０５を通して伝えられる駆動信号によって駆
動される。ゴニオステージ３２１は、レーザ光軸を軸と
した回転方向の調整用であり、Ｘステージ３２２はマス
ク３０のマスク穴３１の並び方向の調整用、Ｚステージ
３２３は前記レーザ光軸とマスク穴３１の並び方向とに
垂直な方向の調整用、Ｙステージ３２４は前記レーザ光
軸方向の調整用であり、このマスク位置調整機構３２に
よってマスク３０のマスク穴３１がレーザ光軸上に位置
するように調整される。

また、第８図に示すように、マスク位置調整機構３２上
で、マスクホルダ位置決め治具３２５のレーザ光源側に
間隔を置いて、レーザ光が通過する窓３２８が形成され
た、遮光板としての第２マスク３２７を配置してもよい
、この場合、前記第２マスク３２７に形成する窓３２８
は、その配置位置にもよるが、マスクホルダ３３に照射
するレーザ光量を少なくするため、マスクホルダ位置決
め治具３２５の窓３２よりも、高さ方向の幅を小さくし
、前記マスクホルダ３３の窓３３１のレーザ光源側の高
さ方向の幅と路間等に形成する。これにより、マスクホ
ルダ位置決め治具３２５とマスク３０が接しているマス
クホルダ３３に照射される光量が減少するので、マスク
３０の温度上昇を抑えることができる。第２マスク３２
７については、レーザ光が前記マスクホルダ３３より多
量の光が照射されて温度が上昇すると考えられるが、上
述のように、マスクホルダ位置決め治具３２５と間隔を
置いて配置されているので、該第２マスク３２７の温度
上昇の影響をマスク３０へ及ぼすことはない。

前述のように、照明光学系２０で分割されてマスク３０
に照射された７つの光束のうちマスク３０を出た、孔開
けに必要な形状をした光束は、投影光学系５０を形成す
るテレセントリックな４分の１の縮小投影レンズ５１に
よりワークＷに結像され、必要な形状の孔を開ける。

以下、ワークＷをインクジェットヘッドを形成するもの
とし、該ワークＷにインク吐出口となる複数の孔を形成
する場合を例にして説明する。

まず、ワークＷについて、第９図（ａ）。

（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。

第９図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、孔開けが
行われたワークＷを示す斜視図、断面図および正面図で
ある。

本実施例のワークＷは、インクジェットヘッドを形成す
るためのものであり、６４個あるいは１２８個の、イン
ク流路となる溝孔Ｇ（第９図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に
おいてはＧ＋　、Ｇｓ　。

Ｇｓ　、Ｇ４の４個のみ示している。）が長手方向に並
列配置された天部材Ｗ、に対して、オリフィスプレート
となる板状部材Ｗ！　　（加工面Ｗ＋）を一体的に形成
したものである。該ワークＷに形成すべき、吐出口とな
る孔Ｈ（第９図（ａ）。

（ｂ）、（ｃ）においてはＨ＋　、Ｈｔ　、Ｈｓ　。

Ｈ４のみ示している。）は前記溝孔Ｇ（Ｇ＋’。

Ｇｘ　、　Ｇｓ　、　Ｇ４　）に一致するようにして、
前記マスク３０を通過じたレーザ光によって１回もしく
は複数回に分けて前記板状部材Ｗ３に開けられる。この
ワークＷは位置決め治具４０に前記板状部材Ｗ、の加工
面Ｗ１側を前−記レーザ光源１０に向けて２個装着され
る。

また、マスク３０は、２５μｍ厚のＮｉを使用して、開
けようとする孔の形状の４倍の大きさのマスク穴３１を
１９ｍｍの直線上にエツチングにより加工したものであ
る。

ワークＷは、第１０図（ａ）に示すように、前記位置決
め治具４０上に、加工面Ｗ１を、レーザ光源１０側に傾
斜させた状態で装着されている。

位置決め治具４０は、２個のワークＷを保持するため、
第１０図（ｂ）に示すような、２つのバキューム穴４０
１を２組備えているとともに、該バキューム穴４０１で
吸着保持したワークＷを固定するための突き当て機構を
備えている。この位置決め治具４０は、第１０図（ｃ）
に示すように制御系２００からインターフェース２０４
を介して伝えられる駆動信号によってバキュームソレノ
イド４０２を駆動することで不図示の吸引源による吸引
動作が行われて、２個のワークＷを、それぞれ２つずつ
のバキューム穴４０１で吸着保持する。さらに、前記バ
キューム穴４０１における吸引圧力はバキュームセンサ
４０３によって常に検出されており、その検出圧力に基
づいて、制御系２００が前記ワークＷの保持状態を監視
している。また、位置決め治具４０は、第１０図（ｂ）
および第１１図に示すように、吸着保持面側の２点とワ
ークＷの側面の３点との計５点の位置決め基準４０４を
持っていて、オートハンドｌＯＯによってワークＷを位
置決め治具４０上に供給した後、バキューム吸着し、第
１１図に示すように、レーザの光軸方向からの２つの突
き当て機構４０５．４０６によりレーザ光Ｐの光軸方向
（矢示Ｙ方向）に突き当て、その後、孔の並び方向から
の突き当て機構４０７により孔の並び方向（矢示Ｘ方向
）に突き当てて、２個のワークＷを固定する。

２つの突き当て機構４０５，４０６は、位置決め治具４
０上で保持した２つのワークＷそれぞれに対応するもの
である。この突き当て機構４０５．４０６と孔の並び方
向の突き当て機構４０７は、それぞれ、制御系２００か
らの指示によって、ソレノイドバルブ４１１，４１２゜
４１３を開閉させて、エアシリンダ４０８゜４０９．４
１０を駆動することで動作する。

また、上述の位置決め治具４０が載置されている移動ス
テージ１２０は、レーザ光軸方向、レーザ光軸と孔の並
び方向に垂直な軸方向、該軸方向を回転軸とする回転方
向、孔の並び方向、レーザ光軸な回転軸とする回転方向
の計５軸について移動が可能であり、制御系２００から
移動系コントローラ２０６を通して伝えられる指示によ
って動作し、ワークＷの位置決めを行う。

上述の突き当て機構４０５，４０６．４０７によってワ
ークＷを固定した後、ワークＷの溝位置の測定を行う。

溝位置の測定は、第１２図に示すように、レーザ光源１
０側の透過照明系６０からの透過照明光Ｑ１をワークＷ
に照射して溝の光像を、板状部材Ｗ３を透過させ、レー
ザ光源１０と反対側の測定光学系７０．８０にて観測す
ることで行う、前記透過照明系６０では、透過照明光Ｑ
、をワークＷに照射するため、該透過照明光Ｑ、をワー
クＷへ導く光ファイバ６１と４５°　ミラー６２とが設
けられている。

光ファイバ６１は、その出射光がレーザ光Ｐの光軸と直
交するように配置され、また、４５１ミラー６２は、光
ファイバ６１によって導かれた透過照明光Ｑ、がレーザ
光Ｐと同一方向に反射されるように配置されており、さ
らに、この４５°ミラー６２は、回転方向に規制された
エアシリンダ６３に取り付けられて、レーザ発光時には
、該レーザ光を遮断しない位置へ移動可能な構成となっ
ている。

透過照明系６０は、制御系２００からインターフェース
２０４を介して伝えられる指示によって、出射光を遮断
しているシャッター６５を移動させることで、該出射光
が出射され、また、４５°ミラー６２は、同様に制御系
２００からの指示によってバキュームソレノイド６４を
介してエアシリンダ６３を駆動することで移動される。

観測する溝は、ワークＷに即けようとする孔を６４個と
すると、第１３図に示すように、両端の溝（第１番目の
溝孔ＧＩと第６４番目の溝孔Ｇ６４）の１つ内側の溝で
ある第２番目の溝孔Ｇ２と第６３番目の溝孔Ｇｓ３の２
つであり、前記透過照明光Ｑ、によって照射されて生じ
る前記第２番目の溝孔Ｇ、と第６３番目の溝孔０．３の
光像は、第１２図に示すように、それらの光路上に配置
した、２つの反射面を有するミラー６６によって、それ
ぞれ、反射されて干渉することなく測定光学系７０．８
０へ入射する。　　　　・前記測定光学系７０．８０の
構成について説明すると、第１４図（ａ）に示すように
ミラー６６による光像の反射光に、それぞれ対物レンズ
７２．８２が配置され、さらに、該対物レンズ７２．８
２を通過した光像の光軸上に、該光像が結像する、５０
０Ｘ４８０の分解能を持った％インチのＩＴＶ７１．８
１が配置されている。また、前記対物レンズ７２．８２
と１ＴＶ７１゜８１の間の、前記光像の光軸上には、そ
れぞれ、ハーフミラ−７３，８３が配置されており、該
ハーフミラ−７３，８３によって、それらの反射光路上
に設けられた反射光学系７４．８４が発生する光を、そ
れぞれ、前記ミラー６６側へ反射させる。ＩＴＶ７１．
８Ｈ：１ｍは、ワークＷの溝位置測定の際、透過照明系
６０によってワークＷを照明することで生じる透過光像
が、ミラー６６で反射された後、前記ハーフミラ−７３
，８３を通過して結像し、また、後述する、加工孔の位
置および加工孔の面積の測定の際、前記反射光学系７４
．８４から発せられる光が、それぞれハーフミラ−７３
，８３で反射された後さらにミラー６６によって反射さ
れて、前記ワークＷを、反レーザ光源側から照射し、そ
れによってワークＷから反射する前記加工孔の反射光像
が、ミラー６６で反射された後、それぞれハーフミラ−
７３，８３を通過して結像する０反射光学系７４．８４
は、それぞれ、光の出射部にシャッター７５．８５が設
けられており、該シャッター７５．８５を、制御系２０
０からインターフェース２０４（第１図（ｂ）参照）を
通して伝えられる指示によって除去することで、出射光
が八−フミラー７３，８３方向へ発せられる。

ト述した測定光学系７０．８０は、それぞれ、手動によ
る位置調整用の調整手段７６．８６Ｊ：に載置されてい
る。この調整手段７６．８６は、第１４図（ｂ）に示す
ように、それぞれ、ｉ＋＋＋定光学系７０．８０の光軸
方向への調整用である移動ステージ７６２，８６２と、
レーザ光軸と孔の並びノｆ向とで構成される平面に対し
て垂直な方向への、ｙ１！用である移動ステージ７６３
，８６３と、前記す動スデージ７６２，８６２の移動方
向と移動ステージ７６３．８６３の移動方向とで形成さ
れる平面に対して垂直な方向への調整用である移動ステ
ージ７６１，８６１とを備えたものである。

また、前記測定光学系７０．８０は、第１４図（Ｃ）に
示すように、それぞれ５オートフオーカスユニツト７７
．８７を備えており、３オートフオーカスユニツト７７
．８７は、ワークＷの。

溝位置測定後の位置合わせの際の精度を向上させるため
、溝のレーザ光軸方向の位置情報を制御系２００へ送出
する。

この測定光学系７０．８０において、ミラー６６で反射
した、ワークＷの、第２番目の溝孔Ｇ、と第６３番目の
溝孔Ｇ６３との２つの満の光像は、そわぞわ、対物レン
ズ７２．８２とハーフミラ−７３，８３を通過してｌ’
ＴＶ７１．８１に４０倍の倍率で０．３３μｍ／画素の
分解能で結像される。

そして、ＩＴＶ７１．８１の２つの出力信号Ｓ１は、第
１図において、それぞれ２つの画像処理系２０８，２０
９に入力され、前記２つの溝位置が算出される。算出内
容は、孔の並び方向と、レーザ光軸と孔の並び方向とに
垂直な方向と、レーザ光の光軸を回転軸とする移動方向
、の３軸について算出する。この算出された溝（ｊ７置
の結果はケーブル３２（Ｒ，５２３２）およびインター
フェース２０７を通して制御系２００に伝えられる。制
御系２００では、伝えられた溝位置のデータとあらかじ
めＲＡＭ２０２に記憶された正規の位置データとのずれ
量を算出し、この値からステージの移動量を算出し、算
出した移動量を制御系２００から移動系コントローラ２
０６に入力する７移゛動系コントローラ２０−６は、前
記移動量に基づいて前記３軸に対応する３つのドライバ
を介して移動ステージ１２０を駆動してワークＷの位置
決めを行ううこの位置決めにおいて、前記３軸以外のレ
ーザ光軸方向、レーザ光軸と孔の並び方向と垂直な軸を
回転軸とする回転方向の２軸については、一定の精度の
なかに入るので調整は行わないが、より精度を上げるた
め、前記測定光学系７０．８０に取り付けられたオート
フォーカスユニット７７．８７の信号の値とあらかしめ
ＲＡＭ２０２に記憶された前記２軸についての所定の位
置情報との差から、該２軸についての移動量を算出し、
その移動ｌを制御系２００から移動系コントローラ２０
６に入力し、該移動系コントローラ２０６が、入力され
た移動量に基づいて移動ステージ１２０を移動させるこ
とで調整することも可能である。ワークＷの位置調整後
、制御系２００からレーザ光源１０を、ケーブル５３（
Ｒ３２３２）およびインターフェース２０３を介して一
定時間（２秒間）発光させる。これにより、ワークＷに
は所定の孔が開き、その後、後述する孔位置と孔径の構
成を行い２個目のワークＷの位置に位置決め治具４０を
移動させ、１個目と同様にして孔開けを行う、２個目の
ワークＷの加工終了後、位置決め治具４０を１個目のワ
ークのＷの加工位置に移動させて、制御系２００によっ
て、バキュームソレノイド４０２を駆動することでワー
クＷの吸着状態を断つとともに、オートハンドコントロ
ーラｔ０３にケーブルＳ４を介して終了信号を送る。

オートハンド１００は供給側と排出側のフィンガーを持
っていて、終了信号を受信後、加工済ワークを排出側フ
ィンガーで排出し、その後、供給側フィンガーによって
未加工のワークを孔開は加工機の位置決め治具４０に供
給する１本実施例のオートハンド１００のフィンガーは
、供給側、排出側ともに、第１５ｒｌ！Ｊに示すように
、２つの吸引口１０１，１０２を゛備えており、同時に
２個の供給、排出を行う。

孔開は加工において、インクの吐出口となる孔の位置精
度と印字性能（特に吐出方向のバラツキ）は大きく関係
するため、該印字性能を一定値に抑える必要があり、孔
開けの位置精度を一定範囲（例えば±２μｍ）に入れな
ければならない。

この位置精度としては、例えば、第１６図に示すような
、孔の並び方向とレーザ光軸とで形成する平面に対して
垂直な方向（矢示Ａ方向）、孔の並び方向（矢示Ｂ方向
）および孔径のバラツキが考えられる。第１６図は、孔
開は加工後めワークＷを用いて作製したインクジェット
ヘッドからインクを吐出した印字ドツトを示している。

ここで、孔開は加工が終了したワークＷを用いて作製し
た製品（インクジェットヘッド）について、第１７図（
ａ）、（ｂ）および第１８図（ａ）、（ｂ）を参照して
説明する。′−第１７図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ゛
、前゛記インクジェットヘッドを示す斜視図と縦断面図
であり、第１８図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、インク
ジェットヘッドの吐出口近辺を示す縦断面図と横断面図
である。

このインクジェットヘッドは、第１７図（ａ）、（ｂ）
に示すように、孔開は加工が施されたワークＷをヒータ
ボード１４３上に載置して形成したものである。ヒータ
ボード１４３は、第１８図（ａ）、（ｂ）に示すように
、ワークＷを溝孔Ｇ。に対応してヒータ１４３７を並列
配置したものであり、前記ワークＷは、前記溝孔Ｇｎと
ヒータ１４３７とをそれぞれ一致するようにして前記ヒ
ータボード１４３上に載置される。また、第１７図（ａ
）、（ｂ）に示すように、開けられた孔Ｈ，が吐出口１
４１ｎ、該吐出口１４１ｏに通ず忘溝孔Ｇ、、がインク
流路、板状部材Ｗ３がオリフィスプレート１４２となり
、天部材Ｗ２の内部にインクＩが蓄えられる。前記ヒー
タ１４３７は、インクジェットヘッドが印字装置に組み
込まれた際、第１８図（ｂ）に示すように、それぞれ、
配線材１４４゜を介して、不図示の印字駆動部に接続さ
れる。

このインクジェットヘッドにおいて、吐出口１４１＋か
らインクを吐出させる場合、前記印字駆動部からの駆動
信号によってヒータ１４３．を駆動して、溝孔Ｇ１内の
インクエを熱することで、第１８図（ｂ）のように、該
溝孔Ｇ１内に泡を発生させて、該泡から吐出口１４１１
側のインクな液滴として飛翔させる。他の吐出口１４１
゜についても同様である。

このようなインクジェットヘッドの印字性能を一定値に
抑えるために、マスク３０を通った後のビームの位置（
マスク像）と測定光学系７０゜８０の相対位置関係のず
れ量を抑える必要がある。そのため開けた孔位置を測定
し、この位置を、次に孔開けを行なうワークＷの溝位置
の基準位置とする校正方法をとる。これには前記測定光
学系７０．８０とその測定光学系７０．８０に取り付け
られた反射光学系７４．８４およびＩＴＶ７１．８１か
らの信号Ｓ１の画像処理を行う画像処理系２０８，２０
９と制御系２００を用いる。

孔開は加工後、前記反射光学系７４．８４の出射光を遮
断しているシャッター７５．８５を開けて、該出射光を
それぞれハーフミラ−７３，８３で反射させて対物レン
ズ７１．８１を通した後、ミラー６６にて反射させてワ
ークＷに照射させる。そして、ワークＷから反射した、
開けた孔の形状を示す光像な、測定光学系７０．８０の
ＩＴＶ７１．８Ｎ、：結像させ、該ＩＴＶ７１．８１（
７）信号Ｓ１を画像処理系２０８．２０９にて画像処理
して開けた孔の位置を算出し、算出した値をケーブルＳ
２およびインターフェース２０７を介して制御系２００
へ転送する。制御系２００では、この孔の位置を示す値
を基準の位置として、以前にＲＡＭ２０２上に記憶して
いる。孔の並び方向と、レーザ光軸と孔の並び方向に垂
直な方向との２つの値を書き換え、前述したワークＷの
３軸についての位置決めの際、この２つの値を基準値と
して、画像処理して求めた溝位置の値との差を移動量と
して移動させる。

また、孔の面積は印字性能（特に濃度）に大きく影響し
、この大きさのバラツキと大きさの平均値を−°定にす
ることは性能上重要である。ワークＷに開けられた孔は
、第１９図に示すように、レーザ光の入射側の径（入射
径１６２）が大きく出射側の径（出射径１６１）が小さ
いテーパが形成され、レーザ光のパワーを上げると、こ
のテーバが小さくなり入射径１６２は一定で出射径１６
１が大きくなって、第２０図の特性図に示すように、孔
面積が大きくなる。また、レーザ光による、孔開は部分
への照射パルス数を変化させても同様である。

このように孔の径はレーザパワー密度および照射パルス
数と大きな関係があるが、本実施例でレーザ光源として
使用しているエキシマレーザは、パルス放電によるもの
で、１回毎の光量にバラツキがありまたレーザ内のガス
濃度、不純物濃度、印加電圧や、光学系の寿命、汚れな
どにも大きく影響を受けるため、パワーが安定しない、
そこで、第２１図（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザ
光Ｐのて出口に−・定の面積のマスク穴１１３を有する
アルミマスク１１２を持つパワーメータ１１１て構成す
るパワーセンサ１１０を配置し、面記アルミマスク１１
２にレーザ光が当たるように、途中に数％の反射率を持
つハーフミラ−１１４をおく。レーザ照射時、ハーフミ
ラ−１１４による反射光をアルミマスク１１２のマスク
穴１１３を介してパワーメータ１１１で受け、該パワー
メータ１１１からの、レーザ光のパワー密度を示す出力
信号Ｓ５が一定値となるように制御系２００によってイ
ンターフェース２０３およびケーブルＳ３．を介してレ
ーザ光源１０への印加電圧を変化させる。パワーメータ
１１１からの出力信号Ｓ５は、Ａ／Ｄ変換器１１５を通
して制御系２００へ送られる。

第２１図（ｃ）に、レーザ光源１０への印加電圧とレー
ザパワーとの関係の一例を示す。これにより、孔開けの
際のレーザ発光中にレーザパワーを測定すれば、レーザ
光Ｐのパワー密度を一定に保つことができ、孔の大きさ
のバラツキを一定偵内に抑えることが可能になる。前述
のパワーメータ１１１としては光量測定方不のものと熱
測定方式のものがある。

また孔の面積については、開けた孔の面積を測定しこの
面積によりレーザ印７Ｘ）電圧をコントロールして一定
の孔面積にすることも考えられる。

これは、前記測定光学系７０．８０とその測定光学系７
０．８０に取り付けられた反射光学系７４．８４および
２つの測定光学系７０．８０のＩＴＶ７１．８１からの
信号を画像処理する画像処理系２０８．２０９および制
御系２００を用いる。

孔開は加工後、反射照明系７４．８４の出射光を遮断し
ているシャッター７５．８５を開けることにより対物レ
ンズ７２．８２側からワークＷに照射する。

そして、ワークＷから反射する。開けた孔の形状を示す
光像が前記２つの測定光学系７０．８０に取り付けられ
たＩＴＶ７１．８１に結像し、該ＩＴＶ７１．８１から
の信号Ｓ１をそれぞれ、画像処理系２０８，２０９にて
画像処理し、これにより開けた孔面積の算出を行い、こ
の値をケーブルＳ２およびインターフェース２０７を介
して制御系２００に転送する。制御系２００では、転送
された孔面積に基づいて所定の方法で、レーザ光源１０
への印加電圧を決めケーブルＳ３およびインターフェー
ス２０３を介してレーザ光源１０へ転送する。これによ
り、次のワークＷを加工する際の印加電圧が決定する。

この方法でも、孔面積を一定にすることが可能である。

さらに、孔の面積については、孔開は加工の際のマスク
３０の照明光の分布は重要でその分布にバラツキがある
と孔径にバラツキが生じ印字にムラが発生する。そこで
、第２２図に示すように、フィールドレンズ２７とマス
ク３０の間にビームスプリッタ１９１をおき、光軸に対
し垂直に、光量の数％を反射させる。そして、この反射
光の光軸上で、マスク３０の位置と等価の位置にライン
センサ１９２の受光面をおき、さらに、該ラインセンサ
１９２とビームスプリッタ１９１との間の前記反射光の
光軸上に減光および可視光カットするフィルタ１９３を
入れたパワー測定器１９０を配置する。このパワー測定
器１９０からマスク３０に当たっている照明光量を示す
前記ラインセンサ１９２の出力を、増幅器１９４および
Ａ／Ｄ変換器１９５を介して制御系２００につたえ、マ
スク３０の第１番目の孔Ｈ１から第６４番目の孔）ｆａ
ｎにあったている光の分布を測定し、第２３図に示すよ
うなＭＡＸ値とＭＩＮ値の差が一定値に入っていること
を確認する。もし一定値に入っていないときは制御系２
００が異常の発生を表示器２０１に表示して、孔開は加
工機を停止させる。

上述のようなレーザ孔開は加工機においては、レーザ光
源１０によるレーザ発光時、照明光学系２０を通してマ
スク３０に照射されたレーザ光は該マスク３０を通過し
た光像（マスク像）のみが、投影光学系５０を通してワ
ークＷに結像する。マスク３０を通過する光量は全体の
１％以下であり、はとんどが該マスク３０あるいはマス
クホルダ３３に当たって、反射あるいは吸収されるが、
本実施例においては、前述したように、マスク３０に照
射される光はマスクホルダ３３に形成されている窓３３
１を通して、マスク像の形成に必要な光のみとなってい
るため、該マスク３０によるレーザ光の吸収は最小とな
り、レーザ光の吸収によるマスク３０の温度上昇は最小
に抑えられる。また、マスクホルダ３３内の流路３３２
を流れている冷却水によってマスク３０の温度は一定に
保たれ、マスク３０の膨脂、収縮によるマスク穴３１の
形状変化が無くなって、孔開は精度が向上する。

ここで、実際に使用したマスクホルダ３３およ・びマス
ク３０の形状を記す、マスク３０は、マスク穴３１の穴
ピッチ２５４μｍ、穴径１３２ｐｍ、穴数１２８個、材
質Ｎｉ、厚み２５μｍとし、マスクホルダ３３は、ｌ　
ＯＯｍＸ８０ｍｍ。

厚み８ｍｍの材質鋼材を用い、該材質鋼材に、マスク３
０側が２Ｘ４０ｍｍ、レーザ光源側が３×４０ｍｍの窓
３３１を形成した。マスク押え３４は、８０Ｘ８０ｍｍ
で、マスク３０を通過したレーザ光を人きく【牝げるた
め４０ｘ２０ｍｍの窓３４１を１［構成した。レーザ光
源１０としてハ、Ａｚモ＝クスネ１５ＪＩＮＤＥＸ２０
０を用イー（１２００Ｈｚで２２秒間、ワークＷに照射
する。その結果、マスク３０の温度変化は、従来、室温
変化も含め±１５度てあったものか±５度に抑えられ、
それにより、加工孔のピッチ鯖度は±１．５μｍから±
０．５μｍと向上した。こわは、当然、本実施例のレー
ザ孔開は加工機によって加工されたワークＷを用いて作
製したインクシェツトヘットの＋１能をも向トさせるも
のてあり、液滴の引出ｊｊ＋および吐出方向は均一とな
って、文字、図１Ｔ′、か１明て１１′、崩わすること
がなくなる。

＋ｉｒｆ述した１１（１明尤学渠２０のレンズ群２１〜
２５はフライアイレンズ２６にレーザ光束を合わせるた
めの光学系であるか、こわを第２４図のように構成して
もかまわない。

これは、レーサ尤沖１０から出射されるレーザ光Ｐを、
レーザ光軸と孔の並び方向とでつくる平面に対し垂直な
方向に３つに分けるプリズム３１１．３１２を配置した
もので、３つのビームはフライアイレンズ２６の光軸に
あるように前記平面に対して垂直な方向に所定の間隔で
分けなければならない、フライアイレンズ４６は、前述
のように６φのレンズを組み合わせているので、その先
軸の間隔は前記平面に対して垂直な方向に５．２ｍｍ離
れている。光束の幅はその方向に６ｍｍなので、２ｍｍ
ずつ３本に分ける。もともとビーム間は２ｍｍ離れてい
るので、プリズム３１１．３１２により３．２ｍｍビー
ムを離さなければならない。

プリズム３１１．３１２は、レーザ光軸に対して、入射
面と出射面が平行なものであり、マスク穴３１の並び方
向に回転軸をもつ回転方向に回転させてビーム間隔が５
．２ｍｍとなるようにレーザ光を３本のビームに分割す
る。第２５図は上述のプリズム３１１．３１２を設けた
場合にフライアイレンズ２６に入射するビームを示して
いる。

また第２６図のように、このプリズム３１−１゜３１２
とレーザ光源ｌＯとの間の光軸上に、凸レンズ３３１お
よび凹レンズ３３２からなる、ビーム形状を圧縮する圧
縮光学系３３０を配置してもかまわ°ない。

本実施例でレーザ光学１０として用いたエキシマレーザ
は、紫外光を発振できるレーザであり、高強度のエネル
ギーを出力でき、単色性に優れ、指向性がよく、短パル
ス発振ができるだけでなく、レンズで集光することによ
りエネルギー密度を大きくできる利点がある。すなわち
、エキシマレーザ発振器は希ガスとハロゲンの混合気体
を放電励起することで、短パルス（１５〜３５ｎｓ）の
紫外光を発振でき、にｒ−Ｆ、Ｘｅ−Ｃｌ。

Ａｒ−Ｆレーザなどがよく用いられる。これらの発振エ
ネルギーは数１００ｍｊ／パルス、パルスの縁り返し周
波数３０〜１０００）１ｚである。このように、高輝度
の短パルス紫外光をポリマー樹脂の表面に照射すると、
照射部分が瞬間的にプラズマ発光とＩｉ　５Ｉ　Ｍを伴
って分解、飛散する。所謂“ＡＢＬＡＴＩＶＥ　Ｐ１１
０ＴＯＤＥＣＯＭＰＯ５ＩＴＩＯＮ（ＡＰＤ）”過程を
生じ、これによってポリマー樹脂の孔開は加工ができる
のである。これは、他のレーザ、例えば赤外線であるＣ
Ｏ，レーザによる孔間けの場合と、明らかな差を生じる
６例えば、ポリイミド（ＰＩ）フィルムにエキシマレー
ザ（ＫｒＦレーザ）を用いてレーザ光を照射するとＰＩ
フィルムの光吸収波長がＵＶ領域にあるため、きれいな
孔を開けることができるが、ＵＶ領域にない従来のＹＡ
Ｇレーザでは孔のエツジが荒れ、ＣＯｔレーザでは孔の
周囲にクレータができるのである。

なお、ＳＯＳなどの金属、不透明なセラミックス、Ｓｉ
などは大気の雰囲気において、エキシマレーザのレーザ
光を照射されても影響を受けないことから、上述のマス
ク３０の材料として適用できろ。

〔発明の効果］ 本発明は、以上説明したように構成されているので、下
記のような効果を奏する。

（１）マスクホルダによって、マスクのマスクパターン
以外の部分を覆っているので、マスクにはマスクパター
ンを通過するために必要なレーザ光のみが照射され、不
要なレーザ光の吸収によるマスクの温度上昇を抑えるご
仁ができる。

（２）マスクに照射されるレーザ光量が増加した場合で
あっても、マスクホルダに設けられたマスク冷却手段に
よってマスクが冷却されるので、マスクの温度上昇が抑
えられてマスクの１服によるマスクパターンの変形が防
止され、常に高精度に均一な孔開は加工を行うことがで
きる。

（３）請求項第３項に記載のもののように、遮光板を配
置することにより、マスクが固定されているマスクホル
ダに照射されるレーザ光量を減少させることができるの
で、マスクホルダのレーザ光吸収による温度上昇が抑え
られ、該マスクホルダによるマスクの冷却効果が向上す
る。

（４）本発明のレーザ孔開は加工機によって開けた孔を
インクジェットヘッドの吐出口とした場合、インク吐出
量の均一性、吐出方向の正確性などのヘッド性能が向上
し、鮮明な画像形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明のレーザ孔
開は加工機の一実施例を示す平面図および側面図、第２
図（ａ）は照明光学系の光路な示す図、第２図（ｂ）は
照明光学系の楕円マスクを示す正面図、第２図（Ｃ）は
照明光学系の凹および凸シリンドリカルレンズの位置を
示す図、第３図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、照明光学
系のフライアイレンズを示す正面図および側面図、第４
図は照明光学系の光路を示す図、第５図はマスクを示す
斜視図、第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、
マスクホルダを示す縦断面図、正面図および横断面図、
第７図はマスク位置調整機構の一例を示す図、第８図は
第２マスクを示す断面図、第９図（ａ）、（ｂ）、（ｃ
）は、それぞれ、孔開は加工後のワークＷの一例を示す
斜視図、断面図および正面図、第１０図（ａ）は位置決
め治具を示す側面図、第１０図（ｂ）は位置決め治具の
バキューム穴を示す平面図、第１Ｏ図（Ｃ）は位置決め
治具のワーク吸着機構を示すブロック図、第１１図は位
置決め治具の突き当て機構を示す平面図、第１２図は透
過照明系の構成を示す図、第１３図はワークの一例を示
す斜視図、第１４図（ａ）は測定光学系を示す平面図、
第１４図（ｂ）は調整手段を示す側面図、第１４図（Ｃ
）は測定光学系のオートフォーカスユニットを示す図、
第１５図はオートハンドを示す断面図、第１６図はイン
クジェットヘッドからインクを吐出して形成した印字ド
ツトを示す図、第１７図（ａ）、（ｂ）はインクジェッ
トヘッドを示す斜視図および断面図、第１８図（ａ）は
インクジェットヘッドの吐出口を示す正面図、第１８図
（ｂ）はインクジェットヘッドの吐出口に通ずる溝孔を
示す断面図、第１９図はレーザ光によって開けた孔の一
例を示す断面図、第２０図はレーザパワーと孔面積との
関係を示す特性図、第２１図（ａ）はパワーセンサを示
すブロック図、第２１図（ｂ）はパワーセンサを示す正
面図、第２１図（Ｃ）はレーザ光源への印加電圧とレー
ザパワーとの関係を示す特性図、第２２図はパワー測定
器を示すブロック図、第２３図はマスクに対するレーザ
光の照明分布を示す特性図、第２４図は照明光学系の第
２実施例を示す図、第２５図は照明光学系のフライアイ
レンズに入射するレーザ光の一例を示す図、第２６図は
照明光学系の第３実施例を示す図である。 １０・・・レーザ光源、　　２０・・・照明光学系、２
１・・・楕円マスク、 ２２・・・凹シリンドリカルレンズ、 ２３・・・凸シリンドリカルレンズ、 ２４．２６１・・・凸レンズ、２５・・・凹レンズ、２
６・・・フライアイレンズ、 ２７・・・フィールドレンズ、３０・・・マスク、３１
．１１３．２３１・・・マスク穴、３２・・・マスク位
置調整機構、 ３３・・・マスクホルダ、３４・・・マスク押え、４０
・・・位置決め治具、５０・・・投影光学系、５１・・
・縮小投影レンズ、６０・・・透過照明系、６１−・・
光ファイバ、　　６２・・・４５°ミラー、６３．６４
．４０８，４０９，４１０ ・・・エアシリンダ。 ６５．７５．８５・・・シャッター、 ６６・・・ミラー、 ７０．８０・・・測定光学系、 ７１．８１・・・インタストリアルテレビ、７２．８２
・・・対物レンズ、 ７３．８３・・・ハーフミラ−１ ７４，８４・・・反射光学系、 ７６．８６−・・調整手段、 ７７．８７−・・オートフォーカスユニット、９０・・
・装置フレーム、 １００・・・オートハンド、 １０１．１０２・・・吸引口、 １０３・・・オートハンドコントローラ。 １１０・・・パワーセンサ、１１１・・・パワーメータ
、１１２−・・アルミマスク、 １１４．１９１・・・ビームスプリッタ。 １１５．１９５・−Ａ　／　Ｄ変換器、１２０．７６１
，７６２，７６３゜ ８６１．８６２．８６３−・・移動ステージ、１４１−
・・吐出口、１４２−・・オリフィスプレート。 １４３・・・ビータボード、１４４−・・配線材、１６
１・・・出射径、　　　　１６２−・・入射径、１９０
・・・パワー測定器、１９２・・・ラインセンサ、１９
３−・・フィルタ、　　　１９４・・・増幅器、２００
−・・制御系、　　　　２０１−・・表示器。 ２０２・・・ＲＡＭ。 ２０３．２０４，２０５゜ ２０７−・・インターフェース、 ２０６−・・移動系コントローラ、 ２０８．２０９−・・画像処理系、 ３００−・・冷却水供給源、 ３１’ｌ、３１２−・・プリズム、 ３２１川ゴニオステージ、３２２・−ｘステージ、３２
３−Ｚステージ、　　３２４−Ｙステージ、３２５−・
・マスクホルダ位置決め治具、３２６、　　３２８．　
　３３１．　　３４１　　軸・窓、３３２・・・流路、
　　　　　３３３−・・流入口、３３４・・・流出口、
　　　　３４２−・・固定ねし、４０１−・・バキュー
ム穴、 ４０２・・・バキュームソレノイド、 ４０３・・・バキュームセンサ、 ４０４・・・位置決め基準、 ４０５．４０６．４０７・・・突き当て機構、４１１．
４１２，４１３−・・ソレノイドバルブ。 特許出願人　　キャノン株式会社 代　理　人　　弁理士　若株　忠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光源と、該レーザ光源が発する光軸上に、所
   望の形状のマスクパターンが形成されたマスクを配置す
   るためのマスクホルダと、該マスクパターンを通過した
   レーザ光をワークに照射するための投影光学系とを備え
   、前記ワークに前記マスクパターンの形状に応じた孔を
   開けるレーザ孔開け加工機において、 前記マスクは、そのマスクパターン以外の部分のレーザ
   光源側を覆うマスクホルダに押え部材によって固定され
   ており、 前記マスクホルダに、前記マスクを冷却するマスク冷却
   手段を設けたことを特徴とするレーザ孔開け加工機。 ２、マスク冷却手段が、マスクホルダに形成した、マス
   クを冷却する冷却水が流通する流路であることを特徴と
   する請求項１記載のレーザ孔開け加工機。 ３、レーザ光源とマスクホルダの間のレーザ光軸上に、
   マスクのマスクパターンのみに、レーザ光を照射させる
   ための窓が形成された遮光板を配置したことを特徴とす
   る請求項１あるいは２記載のレーザ孔開け加工機。 ４、ワークがインクジェットヘッドであり、マスクには
   、前記インクジェットヘッドのインク吐出口に対応する
   形状のマスクパターンが形成されていることを特徴とす
   る請求項１、２あるいは３記載のレーザ孔開け加工機。