JPH10277768A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工精度が高く、ベンドミラーの総てを交換
する必要がないレーザ加工装置を実現する。 【解決手段】 エキシマレーザ光源１１から発射された
エキシマレーザビーム１２はエキスパンダ１３を経てホ
モジナイザ１４に入射され、複数のエキシマレーザビー
ムに分割されるとともに、これら分割されたエキシマレ
ーザビームはそれぞれ集光される。ホモジナイザ１４か
ら出射されたエキシマレーザビームはマスク１５により
ノズル加工パターンに対応した形状に形成され、フィー
ルドレンズ１６を経てベンドミラー１７で反射され、結
像光学系１８によりノズルプレート１９上に結像され
る。ホモジナイザ１４とマスク１５との間にベンドミラ
ーが設けられていないため、それらベンドミラーの劣化
による加工精度が低下することがなく、かつ、それらベ
ンドミラーの交換も不要である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置に
関し、好適には、被記録媒体にインク液滴を吐出して記
録を行うインクジェット記録ヘッドに用いられるノズル
プレートのノズル加工用に用いられるレーザ加工装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記レーザ加工装置として、たと
えば、エキシマレーザビームのアブレーション現象を利
用してノズルプレートにノズルを形成するものが知られ
ている。図３は、レーザ加工装置の全体構成を示す説明
図である。図４（Ａ）は、ノズルプレートにエキシマレ
ーザビームが照射される様子を示す説明図であり、同図
（Ｂ）は、ノズルが形成されたノズルプレートの説明図
である。

【０００３】図３において、エキシマレーザ光源３０か
ら出射されたエキシマレーザビーム３１は、第１ベンド
ミラー４０によって反射され、ビームエキスパンダ３２
に入射される。ビームエキスパンダ３２は、入射された
エキシマレーザビーム３１を拡大して出射する。この出
射されたエキシマレーザビーム３１は、ホモジナイザ５
０に入射され、ホモジナイザ５０は、入射されたエキシ
マレーザビーム３１を複数のエキシマレーザビーム３１
に分割するとともに、それらの分割されたエキシマレー
ザビーム３１をそれぞれ集光して出射する。

【０００４】これらの出射されたエキシマレーザビーム
３１は、第２ベンドミラー４１、第３ベンドミラー４２
および第４ベンドミラー４３によって反射され、マスク
６０に入射される。マスク６０は、入射されたエキシマ
レーザビーム３１を被加工形状、すなわちノズル形状に
対応したパターンに形成して出射する。この出射された
エキシマレーザビーム３１は、フィールドレンズ６１に
入射され、フィールドレンズ６１は、入射されたエキシ
マレーザビーム３１を拡大して出射する。

【０００５】この出射されたエキシマレーザビーム３１
は、第５ベンドミラー４４、第６ベンドミラー４５およ
び第７ベンドミラー４６によって反射され、結像光学系
６２に入射される。結像光学系６２は、入射されたエキ
シマレーザビーム３１を集光し、図４（Ａ）に示すよう
に、ノズルプレート７０上に結像する。そして、ノズル
プレート７０のエキシマレーザビーム３１が照射された
部分は、エキシマレーザビーム３１のアブレーション現
象によって加工され、図４（Ｂ）に示すように、ノズル
７１が形成される。ここで、アブレーション現象とは、
高いエネルギー密度を有するエキシマレーザビームを物
質に照射したときに、ビームの当たった部分の物質が光
分解して飛散する現象を意味する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記構成
のレーザ加工装置により、ノズルの加工を繰り返す間に
ノズルの加工精度が低下してくることに気付いた。そこ
で、その原因の究明を行った結果、第２ベンドミラー４
１から第４ベンドミラー４３までの劣化が原因であるこ
とが分かった。つまり、ベンドミラーの使用時間が短い
初期の場合は、図５（Ａ）に示すように、マスク６０の
一端６０ａから他端６０ｂに至るまでのビーム反射率
は、１００％であり、照射されるエキシマレーザビーム
３１のエネルギー密度は均一であるが、エキシマレーザ
ビーム３１の反射を繰り返すうちに、図５（Ｂ）に示す
ように、ビーム反射率が、マスク６０の両端よりも、両
端を除く部分の方が小さくなり、そのため、エネルギー
密度は、マスク６０の両端よりも、両端を除く部分の方
が低くなることが分かった。したがって、上記従来のも
のでは、ベンドミラーの劣化により、加工精度が低下す
るとともに、総てのベンドミラーを定期的に交換しなけ
ればならないという問題がある。

【０００７】そこで、本発明は、反射手段の劣化による
加工精度の低下をなくし、かつ、反射手段を定期的に交
換する必要がないレーザ加工装置を実現することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、請求項１に記載の発明では、レーザ発光源
と、このレーザ発光源から出射された出射光を分割する
とともに、この分割された光をそれぞれ集光するホモジ
ナイザと、このホモジナイザから出射された光を所定形
状のパターンに形成して被加工物上に照射するマスクと
を備え、前記被加工物上に前記所定形状のパターンを加
工するレーザ加工装置において、少なくとも、前記ホモ
ジナイザから前記マスクまでの間には、前記ホモジナイ
ザから出射された光を反射して前記マスクに導く反射手
段が設けられていないという技術的手段を採用する。

【０００９】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載のレーザ加工装置において、前記レーザ発光源から前
記ホモジナイザまでの間には、前記レーザ発光源から出
射された光を反射して前記ホモジナイザに導く反射手段
が設けられていないという技術的手段を採用する。

【００１０】請求項３に記載の発明では、請求項１また
は請求項２に記載のレーザ加工装置において、前記被加
工物は、インクを噴射するノズルが形成されるノズルプ
レートであり、前記マスクから照射された光は、前記ノ
ズルプレートに所定形状のノズルのパターンを加工する
ものであるという技術的手段を採用する。

【００１１】

【作用】請求項１ないし請求項３に記載の発明では、少
なくとも、ホモジナイザからマスクまでの間には、ホモ
ジナイザから出射された光を反射してマスクに導く反射
手段が設けられていないため、ベンドミラーの劣化によ
るマスク上のレーザのエネルギー密度の分布が不均一に
なるおそれがない。したがって、従来のように、加工精
度が低下するおそれもなく、かつ、反射手段の全部を定
期的に交換する必要もない。つまり、後述する発明の実
施の形態に記載するように、総てのベンドミラーのう
ち、ホモジナイザからマスクまでの間に設置されている
ベンドミラーの劣化がマスク上のエキシマレーザビーム
のエネルギー密度を不均一にする大きな原因であること
が分かったため、その原因となるベンドミラーを設けな
い構成とすることにより、ベンドミラーの劣化による加
工精度の低下をなくすことができ、かつ、ベンドミラー
の総てを交換する必要がない。

【００１２】特に、請求項２に記載の発明では、レーザ
発光源からホモジナイザまでの間には、レーザ発光源か
ら出射された光を反射してホモジナイザに導く反射手段
が設けられていないことから、マスク上のエキシマレー
ザビームのエネルギー密度をより一層均一にすることが
できるため、加工精度を一層高めることができる。

【００１３】また、請求項１または請求項２に記載の技
術的手段は、請求項３に記載の発明のように、上記被加
工物が、インクを噴射するノズルが形成されるノズルプ
レートであり、上記マスクから照射された光が、上記ノ
ズルプレートに所定形状のノズルのパターンを加工する
レーザ加工装置に好適に用いられる。つまり、たとえ
ば、ノズルからインク液滴を記録用紙に吐出して記録を
行うインクジェット記録装置では、記録ヘッドに用いら
れるノズルプレートに加工するノズルは、ミクロンオー
ダー、または、サブミクロンオーダーの加工精度を要求
されるためである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図を参照して説明する。最初に、ベンドミラーの劣化
原因について本発明者が行った研究結果について説明す
る。図３に示した第１ベンドミラー４０ないし第７ベン
ドミラー４６それぞれの劣化状態を調べた結果、特に、
ホモジナイザ５０からマスク６０までの間に存在する第
２ベンドミラー４１、第３ベンドミラー４２および第４
ベンドミラー４３の３個のベンドミラーの劣化が他のベ
ンドミラーより大きいことが分かった。

【００１５】そこで、本発明者は、上記３個のベンドミ
ラーの劣化の原因を究明するために、上記３個のベンド
ミラー上のエキシマレーザビーム３１のエネルギー密度
を測定した。ここでは、上記３個のベンドミラーのう
ち、第３ベンドミラー４２上のエネルギー密度を代表し
て説明する。図２は、ホモジナイザ５０から出射された
エキシマレーザビーム３１が、マスク６０に到達するま
での間におけるエネルギー分布を示す説明図である。な
お、実際には、ホモジナイザ５０から出射されたエキシ
マレーザビーム３１は、上記３個のベンドミラーによっ
て反射されてマスク６０に到達するが、説明を分かり易
くするために、図２では、ホモジナイザ５０とマスク６
０とを直線上に設置した場合を示す。

【００１６】図２に示すように、ホモジナイザ５０を構
成する分割レンズ５１のレンズ５１ａないし５１ｄから
出射されたエキシマレーザビームは、レンズ５２によっ
てそれぞれ集光され、上記３個のベンドミラーの反射を
介してマスク６０に到達する。ノズルプレート７０のノ
ズル加工位置に照射されるエキシマレーザビーム３１の
エネルギー密度を均一にして、ノズル７１の加工精度を
高めるために、マスク６０上に照射されたエキシマレー
ザビーム３１のエネルギー密度は均一である必要があ
る。そのため、ホモジナイザ５０およびマスク６０は、
ホモジナイザ５０から出射されたエキシマレーザビーム
３１のエネルギー密度が、マスク６０上の一端から他端
に至るまでの間で均一になる距離に設置される。

【００１７】しかし、第３ベンドミラー４２は、ホモジ
ナイザ５０とマスク６０との間に設置されているため、
第３ベンドミラー４２上では、レンズ５１ｄから出射さ
れ、レンズ５２により集光されたエキシマレーザビーム
と、レンズ５２ｃから出射され、レンズ５２により集光
されたエキシマレーザビームとが交差する部分Ｂと交差
しない部分Ａとが形成される。また、第３ベンドミラー
４２上では、レンズ５１ａから出射され、レンズ５２に
より集光されたエキシマレーザビームと、レンズ５２ｂ
から出射され、レンズ５２により集光されたエキシマレ
ーザビームとが交差する部分Ｄと交差しない部分Ｅとが
形成される。さらに、第３ベンドミラー４２上では、レ
ンズ５１ｂおよび５１ｃから出射され、レンズ５２によ
り集光されたエキシマレーザビームが交差する部分Ｃが
形成される。

【００１８】つまり、第３ベンドミラー４２上の一端４
２ａから他端４２ｂに至るまでの間では、両端のエネル
ギー密度よりも、両端を除く部分のエネルギー密度の方
が高くなっており、このエネルギー密度の不均一によ
り、第３ベンドミラー４２のエキシマレーザ反射膜のう
ち、エネルギー密度の高い部分がエキシマレーザビーム
のアブレーション現象によって分解され、図５（Ｂ）に
示すように、ビーム反射率が低くなることが分かった。

【００１９】そこで、本発明者は、図１に示す本発明実
施形態のレーザ加工装置を発明した。レーザ加工装置１
０は、エキシマレーザビームを発射する本発明のレーザ
発光源たるエキシマレーザ光源１１と、このエキシマレ
ーザ光源１１から発射されたエキシマレーザビーム１２
を拡大するエキスパンダ１３と、このエキスパンダ１３
から出射されたエキシマレーザビーム１２を分割すると
ともに、この分割されたエキシマレーザビームをそれぞ
れ集光するホモジナイザ１４と、このホモジナイザ１４
から出射されたエキシマレーザビームを被加工物、すな
わちノズルプレート１９上に形成するノズルの形状に対
応した形状のパターンに形成するマスク１５と、このマ
スク１５から出射されたエキシマレーザビームを拡大す
るフィールドレンズ１６と、このフィールドレンズ１６
から出射されたエキシマレーザビームを反射する本発明
の反射手段たるベンドミラー１７と、このベンドミラー
１７により反射されたエキシマレーザビームをノズルプ
レート１９上に結像するための複数のレンズからなる結
像光学系１８とから構成される。

【００２０】そして、上記構成のレーザ加工装置１０に
おいて、エキシマレーザ光源１１を起動すると、エキシ
マレーザ光源１１からエキシマレーザビーム１２が発射
され、この発射されたエキシマレーザビーム１２は、ビ
ームエキスパンダ１３に入射される。続いて、ビームエ
キスパンダ１３は、入射されたエキシマレーザビーム１
２を拡大して出射し、この出射されたエキシマレーザビ
ームは、ホモジナイザ１４に入射される。続いて、ホモ
ジナイザ１４は、入射されたエキシマレーザビームを複
数のエキシマレーザビームに分割するとともに、それら
の分割されたエキシマレーザビームをそれぞれ集光して
出射する。

【００２１】続いて、ホモジナイザ１４から出射された
エキシマレーザビームは、マスク１５に入射され、マス
ク１５は、入射されたエキシマレーザビームをノズル形
状に対応した形状のパターンに形成して出射する。続い
て、マスク１５から出射されたエキシマレーザビーム
は、フィールドレンズ１６に入射され、フィールドレン
ズ１６は、入射されたエキシマレーザビームを平行光線
に変えて出射する。続いて、フィールドレンズ１６から
出射されたエキシマレーザビームは、結像光学系１８に
入射され、結像光学系１８は、入射されたエキシマレー
ザビームを図４（Ａ）に示したように、加工テーブル２
０にセットされたノズルプレート７０上に結像する。そ
して、ノズルプレート７０のエキシマレーザビームが照
射された部分は、エキシマレーザビームのアブレーショ
ン現象によって加工され、図４（Ｂ）に示すように、ノ
ズル７１が形成される。

【００２２】以上のように、本第１実施形態のレーザ加
工装置１０によれば、エキシマレーザ光源１１からマス
ク１５までの間に、特に、ホモジナイザ１４とマスク１
５との間にベンドミラーが設けられていないため、ベン
ドミラーの劣化によりマスク１５上のエキシマレーザビ
ームのエネルギー密度が不均一になるおそれがない。し
たがって、ノズルプレート１９のノズルの加工精度を高
めることができ、かつ、劣化したベンドミラーの全部を
交換する必要がない。

【００２３】なお、従来のように、ホモジナイザ１４と
マスク１５との間にベンドミラーを設ける構成は、その
ベンドミラーの劣化が加工精度に大きく影響するため望
ましくないが、エキシマレーザ光源１１とエキスパンダ
１３との間にベンドミラーをを設けても、加工精度にあ
まり影響を及ぼさないことから、エキシマレーザ光源１
１とエキスパンダ１３との間にベンドミラーを設け、エ
キシマレーザ光源１１からマスク１５までの距離を短縮
することもできる。

【００２４】また、図１において、ベンドミラー１７を
設けずに、エキシマレーザ光源１１から結像光学系１８
までを一直線上に配置する構成を採ることもできる。さ
らに、上記実施形態では、本発明のレーザ加工装置とし
てノズルプレートのノズル加工用のものを代表に説明し
たが、微細パターンの形成、たとえば、高密度集積回路
（ＬＳＩ）や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の加工におけ
る高精度レジストパターン形成のための露光機などにも
適用することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明のレーザ加工装置
によれば、反射手段の劣化による加工精度の低下をなく
し、かつ、反射手段を定期的に交換する必要がないレー
ザ加工装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態のレーザ加工装置の説明図であ
る。

【図２】ホモジナイザ５０から出射されたエキシマレー
ザビーム３１が、マスク６０に到達するまでの間におけ
るエネルギー分布を示す説明図である。

【図３】従来のレーザ加工装置の説明図である。

【図４】（Ａ）は、ノズルプレートにエキシマレーザビ
ームが照射される様子を示す説明図であり、（Ｂ）は、
ノズルが形成されたノズルプレートの説明図である。

【図５】（Ａ）は、ベンドミラーの使用時間が短い初期
の場合のマスク６０の上におけるエキシマレーザビーム
の反射率およびエネルギー密度を示す説明図であり、
（Ｂ）は、劣化したベンドミラーのマスク６０の上にお
けるエキシマレーザビームの反射率およびエネルギー密
度を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ エキシマレーザ光源 １２ エキシマレーザビーム １３ エキスパンダ １４ ホモジナイザ １５ マスク １６ フィールドレンズ １９ ノズルプレート ２０ 加工テーブル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発光源と、 このレーザ発光源から出射された出射光を分割するとと
   もに、この分割された光をそれぞれ集光するホモジナイ
   ザと、 このホモジナイザから出射された光を所定形状のパター
   ンに形成して被加工物上に照射するマスクとを備え、前
   記被加工物上に前記所定形状のパターンを加工するレー
   ザ加工装置において、 少なくとも、前記ホモジナイザから前記マスクまでの間
   には、前記ホモジナイザから出射された光を反射して前
   記マスクに導く反射手段が設けられていないことを特徴
   とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 前記レーザ発光源から前記ホモジナイザ
   までの間には、前記レーザ発光源から出射された光を反
   射して前記ホモジナイザに導く反射手段が設けられてい
   ないことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装
   置。
3. 【請求項３】 前記被加工物は、インクを噴射するノズ
   ルが形成されるノズルプレートであり、 前記マスクから照射された光は、前記ノズルプレートに
   所定形状のノズルのパターンを加工するものであること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加
   工装置。