DE69724331T2

DE69724331T2 - Verfahren zur Herstellung eines Düsenkörpers und Arbeitsgerät

Info

Publication number: DE69724331T2
Application number: DE69724331T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Ohta-ku Nishiwaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2017-06-07
Also published as: JPH09327925A; EP0811499B1; EP0811499A3; US6239914B1; US6218081B1; US6114654A; DE69724331D1; JP3689490B2; EP0811499A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Düsenelementes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Arbeitsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 14. Die Erfindung ist zum Projizieren eines auf einer Maske ausgebildeten Maskenmusters auf eine vorgegebene Fläche durch gleichmäßiges und wirksames Beleuchten der Maskenfläche mit Beleuchtungslicht in der Form von linearen Streifen geeignet, d. h. für ein Herstellverfahren und eine Arbeitsvorrichtung zur Herstellung eines Düsenelementes, das für einen Tintenstrahldrucker geeignet ist.
In neuerer Zeit werden Präzisionsteile häufig über ein Maskenprojektionsverfahren hergestellt. Bei diesen Maskenprojektionsverfahren findet ein Laser als Lichtquelle Verwendung, und ein vom Laserstrahl auf einer Maske illuminiertes Muster wird auf die zu bearbeitende Oberfläche über eine Projektionslinse projiziert, so daß auf diese Weise ein Werkstück mit Hilfe von optischer Energie präzise bearbeitet wird.
Als Bearbeitungsverfahren, das für eine Laserbearbeitung auf der Basis des Maskenprojektionsverfahrens geeignet ist, ist die Bearbeitung von Öffnungen einer Öffnungsplatte (eines Düsenelementes) eines Bubble-Jet-Druckers (hiernach als Tintenstrahldrucker bezeichnet) bekannt. Generell handelt es sich bei einem Tintenstrahldrucker um einen Drucker, der Symbole und Ziffern durch intermittierendes Ausstoßen von Tinte von einer Reihe einer großen Zahl von kleinen Öffnungen, die jeweils einen Durchmesser von 20 μm bis 50 μm besitzen, auf eine Blattfläche druckt, wobei es sich bei der Öffnungsplatte um ein Element handelt, das eine große Zahl von kleinen Öffnungen (Düsen) zum Ausstoßen von Tinte besitzt. Um die Qualität der zu druckenden Symbole zu verbessern, ist es wichtig, die Tintenausstoßzeitpunkte genau zu steuern und die große Zahl von kleinen Öffnungen auf der Öffnungsplatte mit hoher Präzision herzustellen.
Ein solches Maskenprojektionsverfahren muß eine besonders hohe Produktivität aufweisen und eine beständige Bearbeitung mit hoher Präzision sicherstellen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Düsenelementes und eine Bearbeitungsvorrichtung zur Herstellung eines Düsenelementes der angegebenen Art sind aus der EP-A-0 454 152 bekannt. Diese Veröffentlichung betrifft den Schritt des Teilens von Licht von einer Lichtquelle, um eine Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen zu bilden, und den Schritt des Beleuchtens einer Vielzahl von Maskenmustern, die auf einer Maske ausgebildet sind, mit entsprechenden Strahlen aus der Vielzahl der Beleuchtungsstrahlen, um auf diese Weise ein Werkstück über die Maskenmuster zu belichten. Die Arbeitsvorrichtung zur Herstellung des Düsenelementes umfaßt eine Strahlenteilungseinrichtung zum Teilen von Licht von einer Lichtquelle zur Ausbildung einer Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen und eine mit einer Vielzahl von Maskenmustern versehene Maske, die durch entsprechende Strahlen der Vielzahl der Beleuchtungsstrahlen beleuchtet wird und so angeordnet ist, daß sie ein Werkstück über die Maskenmuster belichtet.
Ferner sind in der WO 93 159 11 A ein Verfahren zur Herstellung eines Düsenelementes und eine Arbeitsvorrichtung zur Herstellung eines Düsenelementes offenbart.
Beleuchtungsvorrichtungen sind aus der EP-A-0 660 158 und der US-A-4 851 978 bekannt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Düsenelementes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Arbeitsvorrichtung zur Herstellung eines Düsenelementes nach dem Oberbegriff des Anspruches 14 so weiter zu entwickeln, daß eine hohe Produktionseffizienz erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel mit einem Verfahren zur Herstellung eines Düsenelementes mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und einer Arbeitsvorrichtung zur Herstellung eines Düsenelementes mit den Merkmalen von Patentanspruch 14 gelöst.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Insbesondere besitzt jedes Maskenmuster ein Muster, das durch Anordnen einer Vielzahl von kleinen Öffnungen entsprechend den Düsenöffnungen eines Düsenelementes in einer ersten Richtung gebildet ist.
Die Beleuchtungsstrahlen werden auf einer Vielzahl von linearen Beleuchtungsbereichen, die sich in der ersten Richtung in einer Position der Maske erstrecken, verdichtet.
Die Vielzahl der Maskenmuster wird parallel zueinander entlang einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung ausgebildet.
Die Vielzahl der Maskenmuster wird auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet.
Der Schritt des Teilens des Lichtes von der Lichtquelle umfaßt den Schritt des Teilens des Lichtes von der Lichtquelle in n (n ≥ 2) Beleuchtungsstrahlen L_0,1 bis L_0,n, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, durch Amplitudensplitting in einer eine optische Achse aufweisenden zweiten Sektion, des Teilens eines jeden Lichtstrahles L_0,j (für j = 1 bis n) in m (m ≥ 2) Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j und des Richtens der Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j in unterschiedliche Richtungen, so daß sie sich in einer ersten Position in einer ersten Sektion, die die optische Achse enthält und senkrecht zur zweiten Sektion verläuft, kreuzen, und des Richtens der Beleuchtungsstrahlen L_i,j bis L_i,j (für i = 1 bis m), die sich in der ersten Position kreuzen, in unterschiedliche Richtungen, so daß sie sich in einer zweiten Position in der zweiten Sektion kreuzen, um eine Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen L_1,1 bis L_m,n zu bilden, oder des weiteren Teilens eines jeden Beleuchtungsstrahles L_i,1 bis L_i,n (für i = 1 bis m), die sich in der ersten Position kreuzen, in q Beleuchtungsstrahlen L_i,j,1 bis L_i,j,q und des Richtens der geteilten Beleuchtungssrahlen in unterschiedliche Richtungen, so daß sich diese in der zweiten Position kreuzen, um eine Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen L_1,1,1 bis L_m,n,q zu bilden.
Die Lichtstrahlen, die die Vielzahl der Maskenmuster durchdringen, beleuchten unterschiedliche Positionen auf einem gemeinsamen Werkstück.
Die Lichtstrahlen, die die Vielzahl der Maskenmuster durchdringen, beleuchten unterschiedliche Werkstücke.
Die Vielzahl der Beleuchtungsstrahlen wird über ein gemeinsames optisches System auf die Vielzahl der Maskenmuster gerichtet.
Die Beleuchtungsstrahlen, die die Vielzahl der Maskenmuster durchdringen, werden über ein optisches Projektionssystem auf das Werkstück gerichtet, um Bilder auf der Vielzahl der Maskenmuster auf dem Werkstück zu erzeugen.
Die Lichtquelle umfaßt einen Laser.
Die Lichtquelle umfaßt einen Excimer-Laser.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckers gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt des Herstellens eines Düsenelementes über das vorstehend erwähnte Verfahren zur Herstellung eines Düsenelementes u. ä. umfaßt.
Die Vorrichtung umfaßt eine Strahlenteilungseinrichtung zum Teilen des Lichtes von einer Lichtquelle in n (n ≥ 2) Beleuchtungsstrahlen L_0,1 bis L_0,n durch Amplitudensplitting in einer zweiten Sektion, die eine optische Achse aufweist, ein erstes optisches Element zum Teilen eines jeden Lichtstrahles L_0,j (für j = 1 bis n) in m (m ≥ 2) Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j und zum Richten der Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j in unterschiedliche Richtungen, so daß sie sich in einer ersten Position in einer ersten Sektion kreuzen, die die optische Achse enthält und senkrecht zur zweiten Sektion verläuft, ein zweites optisches Element zur Ausbildung einer Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen L_1,1,1 bis L_m,n,q durch Richten von Beleuch tungsstrahlen L_i,1 bis L_i,n (für i = 1 bis m), die sich in der ersten Position kreuzen, in unterschiedliche Richtungen, so daß sie sich in einer zweiten Position in der zweiten Sektion kreuzen, oder durch weiteres Teilen eines jeden der Beleuchtungsstrahlen L_i,1 bis L_i,n (für i = 1 bis m), die sich in der ersten Position kreuzen, in q Beleuchtungsstrahlen L_i,j,1 bis L_i,j,q und Richten der geteilten Beleuchtungsstrahlen in unterschiedliche Richtungen, so daß sie sich in der zweiten Position kreuzen, und ein anamorphes optisches System zum Ausbilden eines linearen Beleuchtungsbereiches entsprechend einem Maskenmuster auf einer Maske dadurch, daß eine Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j oder L_1,j,k bis L_m,j,k (für j = 1 bis n, k = 1 bis q), die vom zweiten optischen Element kommen, auf der Maske zur Überlappung gebracht wird.
Die Strahlenteilungseinrichtung umfaßt einen Strahlenteiler und einen Reflexionsspiegel.
Die Vorrichtung umfaßt des weiteren eine Strahleneinstelleinrichtung, die zwischen die Lichtquelle und die Strahlenteilungseinrichtung eingesetzt ist, um die Position des Lichtes von der Lichtquelle in der zweiten Sektion einzustellen.
Das erste optische Element umfaßt eine Vielzahl von Prismen.
Das zweite optische Element umfaßt eine Vielzahl von Prismen.
Die zweite Position und eine Position einer Eintrittspupille des optischen Projektionssystems besitzen eine optisch konjugierte Positionsbeziehung.
Das optische System umfaßt eine anamorphe Linse mit unterschiedlichen Brechungsvermögen in der ersten und zweiten Sektion und ein Linsensystem mit gleichen Brechungsvermögen in der ersten und zweiten Sektion, und die anamorphe Linse fokussiert die Vielzahl der Beleuchtungsstrahlen L_1,1 bis L_m,n oder L_1,1,1 bis L_m,n,q auf eine Ebene, die in der zweiten Position angeordnet ist und senkrecht zur optischen Achse in der ersten Sektion verläuft, wobei das Linsensystem eine Überlappung einer Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j oder L_1,j,k bis L_m,j,k (für j = 1 bis n, k = 1 bis q), die von der Ebene kommen, auf der Maske bewirkt und die Beleuchtungsstrahlen auf die Maske in der zweiten Sektion fokussiert.
Die anamorphe Linse umfaßt mindestens eine zylindrische Linse.
Der hintere Brennpunkt in der ersten Sektion der anamorphen Linse ist in der zweiten Position angeordnet.
Der vordere Brennpunkt in der ersten Sektion der anamorphen Linse ist in der ersten Position angeordnet.
Die Lichtquelle umfaßt einen Laser.
Die Lichtquelle umfaßt einen Excimer-Laser.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Düsenelementes ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle, ein erstes optisches Element zum Teilen eines Lichtstrahles von der Lichtquelle in einer ersten Sektion einschließlich einer optischen Achse, eine anamorphe Linse mit einem Brechungsvermögen nur in der ersten Sektion, ein zweites optisches Element zum Teilen von einfallenden Lichtstrahlen in einer zweiten Sektion, die die optische Achse aufweist und senkrecht zur ersten Sektion verläuft, und zum Abbilden der geteilten Lichtstrahlen in der zweiten Sektion, ein optisches Fokussiersystem mit einem vorderen Brennpunkt, der an einem Abbildungspunkt des zweiten optischen Elementes angeordnet ist, eine Maske, die ein Maskenmuster aufweist, das durch Anordnen einer Vielzahl von kleinen Öffnungen entsprechend den Düsenöffnungen eines Düsenelementes in einer ersten Richtung senkrecht zur optischen Achse in der ersten Sektion gebildet und auf einen hinteren Brennpunkt des optischen Fokussiersystems eingestellt ist, und ein optisches Projektionssystem zum Ausbilden eines Bildes des Maskenmusters auf einem Werkstück vorgesehen werden, wobei,
wenn der Lichtstrahl von der Lichtquelle über das erste und zweite optische Element in eine Vielzahl von Lichtstrahlen aufgeteilt wird, eine Vielzahl von in der ersten Sektion aufgeteilten Lichtstrahlen Zwischenbilder durch die anamorphe Linse erzeugt und danach in einer Eintrittspupille des optischen Projektionssystems über das optische Fokussiersystem abgebildet wird und eine Vielzahl von in der zweiten Sektion aufgeteilten Lichtstrahlen das Maskenmuster über das optische Fokussiersystem beleuchtet sowie das optische Projektionssystem ein Bild des mit der Vielzahl von Lichtstrahlen beleuchteten Maskenmusters auf dem Werkstück erzeugt,
und wobei sich die Vielzahl der aufgeteilten Lichtstrahlen auf der Maske in der ersten und zweiten Sektion überlappt.
Das zweite optische Element umfaßt eine zylindrische Linsenreihe, die durch Anordnung einer Vielzahl von zylindrischen Linsen, die jeweils einen Generator in der ersten Richtung besitzen in einer zweiten Richtung senkrecht zur optischen Achse in der zweiten Sektion angeordnet sind.
Die Brennweite f_61z der zylindrischen Linse erfüllt die Bedingung:
(* kennzeichnet eine Multiplikation. Das Gleiche trifft für die nachfolgende Beschreibung zu.)
wobei L_z0 die Breite in der zweiten Richtung des Maskenmusters, f₉ die Brennweite des optischen Fokussiersystems, u die Zahl der durch das zweite optische Element geteilten Strahlen und a_61z die Breite in der zweiten Richtung eines Lichtstrahles, der in das zweite optische Element eindringt, bedeuten.
Der Durchmesser A₁₁ der Eintrittspupille erfüllt die folgende Bedingung:
worin s der Abstand von der Maske zur Eintrittspupille des optischen Projektionssystems ist.
Das zweite optische Element wird von einem optischen Pfad zurückgezogen oder durch ein anderes optisches Element in Übereinstimmung mit der Musterform und/oder der Mustergröße des Maskenmusters ersetzt.
Licht von der Lichtquelle wird in n (n ≥ 2) Beleuchtungs strahlen L_0,1 bis L_0,n, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, durch Amplitudensplitting von einer Strahlenteilungseinrichtung in der zweiten Sektion geteilt, wobei jeder Lichtstrahl L_0,j (für j = 1 bis n) in m (m ≥ 2) Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j geteilt wird und die Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j durch das erste optische Element in der ersten Sektion in unterschiedliche Richtungen geleitet werden, so daß sie sich in einer ersten Position kreuzen, die Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j in die anamorphe Linse eindringen und das zweite optische Element die Beleuchtungsstrahlen in u Lichtstrahlen in Einheiten von Beleuchtungsstrahlen L_i,1 bis L_i,n (für i = 1 bis m) in der zweiten Sektion teilt.
Die Strahlenteilungseinrichtung umfaßt einen Strahlenteiler und einen Reflexionsspiegel.
Eine Strahleneinstelleinrichtung zum Einstellen der Position des Lichtes von der Lichtquelle in der zweiten Sektion ist zwischen die Lichtquelle und die Strahlenteilungseinrichtung eingesetzt.
Die Lichtquelle umfaßt einen Excimer-Laser.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckers und eine Arbeitsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß sie den Schritt der Herstellung eines Düsenelementes durch das vorstehend erwähnte Verfahren zur Herstellung eines Düsenelementes umfassen.
Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1A und 1B schematische Drauf sichten des Hauptteiles der ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Düsenelementes und einer Arbeitsvorrichtung unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B schematische Ansichten des Hauptteiles der ersten Ausführungsform;
3A und 3B eine Draufsicht und eine Seitenansicht der einzelnen Elemente von einer parallelen Glasplatte bis zu einer ersten zylindrischen Linse 7 im Detail;
4 eine Vorderansicht einer Maske der ersten Ausführungsform;
5 eine Ansicht des Beleuchtungsbereiches eines Maskenmusters der ersten Ausführungsform;
6A und 6B schematische Draufsichten des Hauptteiles der zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Düsenelementes und einer Arbeitsvorrichtung unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
7A und 7B schematische Seitenansichten des Hauptteiles der zweiten Ausführungsform;
8A und 8B die einzelnen Elemente von einer Parallelglasplatte bis zu einer z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 im Detail;
9 eine Vorderansicht einer Maske der zweiten Ausführungsform; und
10 eine Ansicht des Beleuchtungsbereiches eines Maskenmusters der zweiten Ausführungsform.
Die 1A und 1B sind schematische Draufsichten des Hauptteiles der ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Düsenelementes und einer Arbeitsvorrichtung unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, und die 2A und 2B sind schematische Seitenansichten des Hauptteiles der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Aus Einfachheitsgründen wird ein xyz-Koordinatensystem definiert, das die optische Achse eines optischen Systems (optische Achse einer nachfolgend beschriebenen Projektionslinse 12) (als "optische Achse des optischen Systems" bezeichnet) als x-Achse, eine Horizontalfläche als x-y-Ebene und eine Seitenfläche als x-z-Ebene besitzt. Die y-Achsen-Richtung wird als erste Richtung, die z-Achsen-Richtung als zweite Richtung und die x-y-Ebene als erste Ebene oder erste Sektion bezeichnet, während die x-z-Ebene als zweite Ebene oder zweite Sektion bezeichnet wird.
Wie in den 1A und 1B gezeigt, verwendet eine Lichtquelle 1 einen Laser, wie beispielsweise einen KrF-Excimer-Laser o. ä. Umkehrspiegel 2 und 3 stellen die Fortpflanzungsrichtung eines von der Lichtquelle 1 emittierten Laserstrahles ein. Eine Parallelglasplatte G_p ist um eine Drehachse parallel zur y-Achse drehbar und verschiebt einen einfallenden Lichtstrahl in der x-z-Ebene in z-Richtung. Ein Strahlenteiler B_s führt ein Amplitudensplitting bei einem einfallenden Lichtstrahl durch, so daß sich ein durchgelassener Lichtstrahl und ein reflektierter Lichtstrahl ergeben. Ein Reflexionsspiegel M reflektiert den vom Strahlenteiler B_s reflektierten Lichtstrahl, so daß dieser in einen optische Pfad, der nahezu parallel zu dem des durchgelassenen Lichtstrahles verläuft, geleitet wird. Der Reflexionsspiegel M ist um eine Drehachse parallel zur y-Achse drehbar, um seinen Schwenkwinkel zu verändern. Seine z-Richtungsposition kann ebenfalls verändert werden. Die Parallelglasplatte G_p u. ä. bilden eine Lichtstrahleinstelleinrichtung, und der Strahlenteiler B_s, der Reflexionsspiegel M u. ä. bilden eine Lichtstrahlenteilungseinrichtung.
Eine y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung (erstes optisches Element) 4 wird durch separates Anordnen eines Paares von Prismen 4a und 4b mit gleichen Scheitelwinkeln gebildet und führt ein Wellenfrontsplitting eines Laserstrahles in drei Beleuchtungsstrahlen mit unterschiedlichen Fortpflanzungsrichtungen in der x-y-Ebene durch. Eine Lichtabschirmmaske 5 besitzt eine in ihrer Mitte ausgebildete Apertur. Eine z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung (zweites optisches Element) 6 wird durch separates Anordnen eines Paares von Prismen 6a und 6b mit gleichen Scheitelwinkeln gebildet und splittet einen Laserstrahl in zwei Beleuchtungsstrahlen mit unterschiedlichen Fortpflanzungsrichtungen in der x-z-Ebene auf. Eine erste zylindrische Linse (anamorphe Linse) 7 besitzt einen Fokussiereffekt nur in der x-y-Ebene. Eine Konvexlinse (Linsensystem) 9 bildet ein optisches Fokussiersystem und umfaßt normalerweise eine rotationssymmetrische Linse mit dem gleichen Brechungsvermögen (1/Brennweite), d. h. den gleichen Fokussiereffekten, in der x-y- und x-z-Ebene.
Eine Maske 10 besitzt eine Musterbildungsfläche, die als von den Beleuchtungsstrahlen zu beleuchtende Fläche dient. Die Position der Maske 10 stimmt nahezu mit einem hinteren Brennpunkt F₉' der Konvexlinse 9 überein. Eine Projektionslinse (optisches Projektionssystem) 12 besitzt eine Eintrittspupille 11 (eine Blende dient manchmal als Eintrittspupille). Ein zu bearbeitendes Objekt (Werkstück) 13 wird im Falle dieser Ausführungsform als Öffnungsplatte (Düsenelement) eines Tintenstrahldruckers bearbeitet. Die Maske 10 wird von einem Halteelement 14 gehalten, und das Werkstück 13 wird von einem Halteelement 15 (Einrichtung zum Halten eines ersten und zweiten zu belichtenden Substrates) gehalten. Die Projektionslinse 12 projiziert ein Bild eines Musters (einer Vielzahl von Maskenmustern) auf der Maske 10 auf die Oberfläche des Werkstückes 13.
Die 3A und 3B zeigen die einzelnen Elemente von der Parallelglasplatte G_p bis zur ersten zylindrischen Linse 7 im Detail. 3A ist eine Draufsicht, und 3B ist eine Seitenansicht.
4 ist eine Vorderansicht der Maske 10 dieser Ausführungsform. Das Muster auf der Maske 10 wird durch regelmäßiges Ausbilden von transparenten kleinen Löchern (Öffnungen) entlang zwei Geraden parallel zur y-Achse auf einem opaken Hintergrundabschnitt erzeugt, wobei die Gesamtlänge in y-Richtung L_y0, die Breite eines jeden Loches L_z0 und das Intervall zwischen den Reihen der kleinen Löcher S_z beträgt. Die Maske 10 wird durch Ausbilden eines Metallfilmes (Hintergrundabschnittes) aus beispielsweise Chrom auf einem transparenten Substrat und das Erzeugen eines Musters (Reihen von kleinen Löchern) durch Mustern hergestellt. Dieses Muster entspricht den Tintenausstoßöffnungen (Düsenöffnungen) eines Düsenelementes.
Das Muster auf der Maske dieser Ausführungsform besitzt ein Layout, in dem zwei parallele einzelne Muster (Maskenmuster) P_i, die aus Reihen von kleinen Löchern bestehen, welche jeweils in einem Bereich ausgebildet sind, der in der ersten Richtung lang und in der zweiten Richtung schmal ist (Bereich L_y0 × L_zO, die Indizes y und z geben die Komponenten in der y- und z-Richtung wieder), so angeordnet sind, daß sie durch das Intervall S_z getrennt sind. Mit anderen Worten, die beiden parallelen Maskenmuster sind entlang der zweiten Richtung angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird hiernach ein einzelnes Muster P₁ als erstes Maskenmuster bezeichnet, während ein einzelnes Muster P₂ hiernach als zweites Maskenmuster bezeichnet wird. Bei dieser Ausführungsform wird das Paar der Maskenmuster auf der Maske 10 auf das zu bearbeitende Objekt (ein Paar von Werkstücken) 13 projiziert, so daß auf diese Weise eine große Zahl von kleinen Löchern, die jeweils einen Durchmesser von 20 μm bis 50 μm besitzen, an zwei Positionen auf einem zu bearbeitenden einzigen Objekt oder auf zwei zu bearbeitenden Objekten innerhalb des Bereiches einer Länge von etwa 10 mm ausgebildet wird.
Wenn die Projektionsvergrößerung der Projektionslinse 12 1/5 beträgt, besitzen die transparenten kleinen Löcher eines jeden Maskenmusters jeweils einen Durchmesser L_z0 von 0,1 bis 0,25 mm über einen Bereich von L_y0 von 50 mm.
Die Längsrichtung (y-Richtung) der Maske stimmt mit sämtlichen Strahlenteilungsrichtungen der y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 überein, und die Maske 10 ist am Maskenhalteelement 14 befestigt, so daß ihre Mitte mit der x-Achse übereinstimmt.
Die erste zylindrische Linse 7 und die Konvexlinse 9 bilden ein anamorphes optisches System.
Die Wirkung dieser Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Da die Ausführungsform unterschiedliche optische Effekte in der x-y- und x-z-Ebene erzeugt, werden die beiden Effekte nachfolgend nacheinander beschrieben.
Der Effekt in der x-y-Ebene (erste Sektion) wird nachfolgend in Verbindung mit den 1A und 1B und mit 3A erläutert. Ein Laserstrahl, der von der Lichtquelle in Richtung der optischen Achse (x-Richtung) emittiert wird, ist ein Lichtstrahl, der eine größere Breite in y-Richtung als in z-Richtung in einer Sektion senkrecht zur optischen Achse besitzt. Dieser Lichtstrahl wird von den Umkehrspiegeln 2 und 3 reflektiert und dringt in die Parallelglasplatte G_p entlang eines optischen Pfades parallel zur x-Achse ein, während die Längsrichtung des Lichtstrahles mit der y-Achse als Längsrichtung der Maske übereinstimmt.
Die Parallelglasplatte G_p, der Strahlenteiler B_s und der Reflexionsspiegel M besitzen keine Konvergenz/Divergenz-Effekte. Da ein von der Lichtquelle ausgehender Lichtstrahl L₀ in zwei Beleuchtungslichtstrahlen L_0,1 und L_0,2 in der x-z-Ebene vom Strahlenteiler B_s und vom Reflexionsspiegel M aufgeteilt wird, werden die Lichtstrahlen, die in die y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 eindringen, als L_0,j (j = 1, 2) bezeichnet.
Die y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 wird dadurch gebildet, daß die beiden Prismen 4a und 4b im Abstand voneinander in y-Richtung angeordnet werden, wie in 3A gezeigt, wobei die Einrichtung 4 die einfallenden Lichtstrahlen L_0,j in drei Beleuchtungsstrahlen L_1,j, L_2,j und L_3,j mit unterschiedlichen Fortpflanzungsrichtungen in der x-y-Ebene aufteilt.
Die zentralen Lichtstrahlen der drei geteilten Beleuchtungsstrahlen L_1,j, L_2,j und L_3,j kreuzen sich an einem Punkt F_7y (erste Position) auf der optischen Achse, und die Lichtabschirmmaske 5 ist in dieser Position F_7y angeordnet. Die Lichtabschirmmaske 5 besitzt in ihrer Mitte eine rechteckige Apertur, die die drei geteilten Beleuchtungsstrahlen so formt, daß sie in y-Richtung gleiche Breiten besitzen, und erzeugtes Streulicht vor der y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 entfernt.
Die Position F_7y der Lichtabschirmmaske 5 entspricht dem vorderen Brennpunkt der ersten zylindrischen Linse 7, die ein Brechungsvermögen ausschließlich in der x-y-Sektion aufweist, so daß daher die zentralen Lichtstrahlen der drei von der ersten zylindrischen Linse 7 ausgehenden Beleuchtungsstrahlen parallel zur optischen Achse verlaufen. Mit anderen Worten, die Maske 5 und die erste zylindrische Linse 7 bilden ein sogenanntes telezentrisches optisches System. Die drei Beleuchtungsstrahlen werden von der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 6 durchgelassen, bevor sie in die erste zylindrische Linse 7 eindringen, werden jedoch von der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 6, die als Parallelplatte in der x-y-Ebene wirkt, nur geringfügig optisch beeinflußt (in der Praxis werden jedoch die beiden Beleuchtungsstrahlen L_i,1 und L_i,2 in der x-z-Ebene abgelenkt, wie später beschrieben). Die drei Beleuchtungsstrahlen L_1,j, L_2,j und L_3,j werden in der hinteren Brennpunktsposition F_7y' (zweite Position, erste Brennpunktsebene) auf der Bildfeldseite fokussiert, nachdem sie die erste zylindrische Linse 7 durchdrungen haben, so daß auf diese Weise drei Bilder (Zwischenbilder in der x-y-Ebene) I_7y+, I_7y0 und I_7y– gebildet werden. Bei diesen Bildern handelt es sich um Linearbilder, die sich in der Praxis parallel zur z-Achse erstrecken, da die Lichtstrahlen in der x-z-Ebene divergieren.
Dann bildet die Konvexlinse 9 die drei Linearbilder I_7y+, I_7y0 und I_7y– wieder auf der Eintrittspupillenebene 11 der Projektionslinse 12 als Bilder I_9y+, I_9y0 und I_9y– ab. Da zu diesem Zeitpunkt die Position der Maske 10 dem hinteren Brennpunkt F₉' der Konvexlinse 9 entspricht, überlappen sämtliche drei Beleuchtungsstrahlen einander in der x-y-Ebene, sind jedoch defokussiert. Mit L_y ist die Länge des Lichtstrahles (die Länge des Beleuchtungsbereiches) in der Überlappungsposition bezeichnet. Es ist sichergestellt, das die Länge L_y die Länge L_y0 in y-Richtung der Maskenmuster P₁ und P₂ in ausreichender Weise abdeckt, wie in 5 gezeigt.
Die Projektionslinse 12 bildet die Maskenmuster wieder auf der Maske 10 auf dem Werkstück 13 ab. Wenn in diesem Fall die Eintrittspupille 11 an der Stelle des vorderen Brennpunktes der Projektionslinse 12 angeordnet ist, verlassen die Hauptstrahlen der Beleuchtungsstrahlen die Projektionslinse 12 in einer Richtung parallel zur optische Achse.
Mit dieser Anordnung wird bei dieser Ausführungsform der Lichtstrahl von der Laserlichtquelle in die drei Beleuchtungsstrahlen L_1,j, L_2,j und L_3,j in der x-y-Ebene geteilt, und diese drei Beleuchtungsstrahlen werden fokussiert, um die Linearbilder I_7y+, I_7y0 und I_7y– zu erzeugen. Danach werden diese drei Bilder I_7y+, I_7y0 und I_7y– wieder in der Eintrittspupille 11 der Projektionslinse 12 als Bilder I_9y+, I_9y0 und I_9y– abgebildet. Ferner wird eine Köhler-Illumination realisiert, um die gesamte Maske 10 gleichmäßig in y-Richtung zu beleuchten.
Die Brennweite f_7y der ersten zylindrischen Linse 7 wird durch den Durchmesser a_7y in y-Richtung des Beleuchtungsstrrahles L_i, der in die Linse 7 eindringt, die Brennweite f₉ der Konvexlinse 9 und die Länge L_y des Beleuchtungsbereiches der Maske 10 festgelegt. Wenn m_9y die Bildvergrößerung ist, wenn die Konvexlinse 9 die von der ersten zylindrischen Linse 7 auf der Eintrittspupille 11 erzeugten Linearbilder I_7y+, I_7y0 und I_7y– abbildet, und wenn b_9y der Abstand von der hinteren Hauptebene der Konvexlinse 9 bis zur Eintrittspupille 11 der Projektionslinse 12 ist, läßt sich die Brennweite f_7y der ersten zylindrischen Linse 7 wie folgt ermitteln: f7y = a7y*{(b9y – f9)/Ly}*|1/m9y| (1)
Normalerweise gibt a_0y die Breite in y-Richtung eines Laserstrahles unmittelbar nach Emission desselben durch einen Excimer-Laser wieder, und m ist die Zahl der von der y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 geteilten Strahlen, wobei gilt a_7y = a_0y/m. Unter Verwendung dieser Gleichungen können die einzelnen Parameter aus dem in der Praxis zu erleuchtenden Bereich berechnet werden.
Der Beleuchtungsbereich L_y der Maske 10 fällt vorzugsweise in den Bereich von einer Länge, die nahezu der Länge L_y0 in y-Richtung der Maskenmuster P₁ und P₂ entspricht, bis zu einer Länge, die um etwa 20% größer ist, d. h. Ly0 ≤ Ly ≤ 1,2*Ly0 (2)
Um einen solchen Bereich zu erzielen, wird die Brennweite f_7y der ersten zylindrischen Linse 7 so festgelegt, daß a_7y als Eintrittsbreite des Beleuchtungsstrahles L_i in die erste zylindrische Linse 7 in einem Bereich von a_7y bis (a_7y/1,2) fällt. In der Praxis muß ein Beleuchtungsstrahl mit der Breite a_7y lediglich so abgegeben werden, daß er in die Linse 7 eindringt. Mit anderen Worten, f_7y kann nach der folgenden Gleichung f7y = k*a7y*{(b9y – f9)/Ly0}*|1/m9y| (3)für k = 1 bis 1/1,2 ermittelt werden.
Aus diesem Ergebnis wird dann der Zustand für die beiden Prismen 4a und 4b, die die y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 bilden, berechnet. Der Austrittswinkel von der y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 wird aus der Brennweite f_7y der ersten zylindrischen Linse 7, dem Durchmesser A₁₁ der Eintrittspupille 11 (der Apertur der Blende) der Projektionslinse 12 und der Abbildungsvergrößerung m_9y in y-Richtung der Konvexlinse 9 ermittelt.
Mit anderen Worten, um die vorstehend erwähnten drei Linearbilder I_7y+, I_7y0 und I_7y– in der Eintrittspupille 11 zu erzeugen, muß die folgende Bedingung erfüllt werden: tan(θ7y-max) ≤ (A11/2)/(f7y*m9y) (4)worin θ_7y-max der Winkel des Beleuchtungsstrahles ist, den der von der y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung schief austretende Beleuchtungsstrahl mit der optischen Achse (3A) bildet.
Die beiden Prismen 4a und 4b können Prismen umfassen, von denen jedes den durch die obige Gleichung (4) ermittelten Winkel θ_7y-max als Ablenkwinkel liefert.
Der Effekt in der x-y-Ebene dieser Ausführungsform wurde beschrieben. Bei der Festlegung des optischen Layouts muß auch der optische Effekt der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 6 berücksichtigt werden.
Der Effekt in der x-z-Ebene (zweite Sektion) wird nach folgend in Verbindung mit den 2A, 2B und 3B beschrieben. Wie vorstehend erwähnt, ist der von der Lichtquelle 1 in Richtung der optischen Achse emittierte Laserstrahl ein Lichtstrahl einer sektionalen Form, die eine größere Breite in y-Richtung als in z-Richtung in einem Schnitt senkrecht zur optischen Achse besitzt. Dieser Lichtstrahl wird von den Umlenkspiegeln 2 und 3 abgelenkt und dringt in die Parallelglasplatte G_p entlang einem optischen Pfad parallel zur x-Achse ein, während seine Längsrichtung mit der y-Achse als Längsrichtung der Maske übereinstimmt.
Die Parallelglasplatte G_p verschiebt den einfallenden Lichtstrahl in einer Richtung parallel zur z-Richtung. Der verschobene Lichtstrahl L₀ dringt dann in den Strahlenteiler B_s ein und wird in einen durchgelassenen Lichtstrahl L_0,2 und einen reflektierten Lichtstrahl L_0,1 durch Amplitudensplitting aufgeteilt. Der reflektierte Lichtstrahl L_0,1 wird vom Reflexionsspiegel M wieder reflektiert und wird zu einem Lichtstrahl nahezu parallel zur optischen Achse. Dann dringt der reflektierte Lichtstrahl L_0,1 in die y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 ein und pflanzt sich parallel zum durchgelassenen Lichtstrahl L_0,2y fort.
In der x-z-Ebene hat die y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 lediglich den Effekt einer Parallelplatte in bezug auf die einfallenden Lichtstrahlen. Da jedoch die Lichtstrahlen L_0,1 und L_0,2 die y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 in der x-y-Ebene durchdringen und in die drei Beleuchtungsstrahlen L_1,j, L_2,j und L_3,j (j = 1, 2) aufteilen, wie vorstehend beschrieben, durchdringen sie die y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 und werden zu Lichtstrahlen L_i,1 und L_i,2 (i = 1, 2, 3) in 3B. Dann dringen diese Lichtstrahlen durch die Lichtabschirmmaske 5 und in die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 6 ein.
Wie in 3B gezeigt, ist die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 6 durch Nebeneinanderstellen der beiden Prismen 6a und 6b mit gleichen Scheitelwinkeln in z-Richtung gebildet. Sie verändert die Richtungen der einfallenden Beleuchtungsstrahlen L_i,1 und L_i,2, so daß sich diese in der x-z-Ebene kreuzen. Diese beiden Beleuchtungsstrahlen L_i,1 und L_i,2 erfahren durch die erste zylindrische Linse 7 weder Konvergenz- noch Divergenzeffekte in z-Richtung.
Die Zentralstrahlen der beiden parallel gemachten Beleuchtungsstrahlen L_i,1 und L_i,2, die jeweils aus drei Strahlen bestehen, durchdringen die erste zylindrische Linse 7 und kreuzen einander in der Position des hinteren Brennpunktes F_7y' dieser Linse. Danach dringen diese beiden parallel gerichteten Beleuchtungsstrahlen in die Konvexlinse 9 ein und werden fokussiert, um Bilder I_9z+ und 2_9z– an der Stelle der Maske 10 am hinteren Brennpunkt F₉' der Konvexlinse 9 zu erzeugen, nachdem sie die Linse 9 durchdrungen haben. Da diese Bilder in y-Richtung auf die Länge L_y vergrößert werden, wie in 5 gezeigt, handelt es sich um Linearbilder, die jeweils die Länge L_y besitzen. Das Intervall zwischen den beiden Linearbildern I_9z+ und I_9z– ist S_z. Die Projektionslinse 12 bildet die Vielzahl der Maskenmuster auf der Maske 10 ab, die so beleuchtet werden, daß sie eine Größe besitzen, die in z-Richtung auf dem Werkstück 13 nahezu einem Punkt entspricht.
In bezug auf den obigen Effekt in der x-z-Ebene werden die Funktionen der Parallelglasplatte G_p, des Strahlenteilers B_s und des Reflexionsspiegels M als Merkmal der vorliegenden Erfindung nachfolgend in größeren Einzelheiten beschrieben.
Vor der Belichtung des Werkstückes wird der Abschnitt der vorstehend erwähnten Elemente eingestellt. Als erstes wird die Position der Parallelglasplatte G_p eingestellt, während die Strahleinfallposition an der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 6 beobachtet wird. Mit anderen Worten, die Parallelglasplatte G_p wird gedreht, um den Laserstrahl L₀ in z-Richtung zu verschieben, so daß sämtliche Lichtkomponenten des Lichtstrahles L_0,2, die den Strahlenteiler B_s durchdrungen haben, in das Prisma 6a eindringen und von diesem gebrochen werden, jedoch in keiner Weise in das Prisma 6b eindringen.
Danach werden der Schwenkwinkel und die Position in z-Richtung des Reflexionsspiegels M eingestellt, um den vom Strahlenteiler B_s reflektierten Lichtstrahl L_0,1 parallel zum durchgelassenen Lichtstrahl L_0,2 zu machen, so daß sämtliche Lichtkomponenten des Lichtstrahles L_0,1 in das Prisma 6b eindringen und von diesem gebrochen werden, jedoch in keiner Weise in das Prisma 6a eindringen.
Auf diese Weise wird eine Einstellung so durchgeführt, daß der durchgelassene Lichtstrahl L_0,2 und der reflektierte Lichtstrahl L_0,1 am Strahlenteiler B_s in die Prismen 6a und 6b der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 6 eindringen, und zwar im Verhältnis 1 : 1. Da Lichtstrahlen, die in die Prismen eindringen, immer parallel zur optischen Achse verlaufen, haben die Winkel, die die die einzelnen Prismen verlassednen Lichtstrahlen mit der optischen Achse bilden, gleiche Absolutwerte.
Die beiden Lichtstrahlen, die die einzelnen Prismen zu diesem Zeitpunkt verlassen, besitzen nicht immer gleiche Intensitäten, obwohl sie vorzugsweise gleiche Intensitäten aufweisen. Wenn sie gleiche Intensitäten besitzen, tritt kein Problem auf. Aus diesem Grund wird in einigen Fällen ein Dämpfungsfilter o. ä. in den optischen Pfad des Lichtstrahles mit höherer Intensität eingesetzt, um die Intensitäten so einzustellen, daß beide Lichtstrahlen gleiche Intensitäten besitzen.
Auf diese Weise wird die Einstellung der Parallelglasplatte G_p, des Strahlenteilers B_s als Amplitudensplitter und des Reflexionsspiegels M beendet und mit der Bearbeitung des Werkstückes 13 begonnen.
Wie vorstehend beschrieben, besitzen die Parallelglasplatte G_p, der Strahlenteiler B_s und der Reflexionsspiegel M eine Amplitudensplittingfunktion des Lichtstrahles von der Lichtquelle, um die geteilten Strahlen in z-Richtung zu verdoppeln, und die Funktion, eine Einstellung so durchzuführen, daß die Lichtstrahlen in geeigneter Weise in die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 6 eindringen.
Die Scheitelwinkel der Prismen 6a und 6b, die die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 6 bilden, werden auf der Basis der nachfolgenden Beziehung festgelegt. Da der Ablenkwinkel eines jeden Prismas 6a und 6b direkt zu einem Einfallwinkel θ_9z (2A und 2B) eines parallel gerichteten Lichtstrahles der Konvexlinse 9 wird, wird die folgende Beziehung erhalten: tanθ9z = (Sz/2)/f9
Jedes der Prismen 6a und 6b kann ein Prisma sein, daß den obigen Winkel θ_9z als Ablenkwinkel liefert. Diese Prismen werden an einer Stelle angeordnet, an der die Zentralstrahlen der beiden Beleuchtungsstrahlen L_i,1 und L_i,2, die in der x-z-Ebene gesplittet sind, die optische Achse an der Stelle (zweite Position) des hinteren Brennpunktes F_7y' der ersten zylindrischen Linse 7 kreuzen. Da die Konvexlinse 9 die Linearbilder I_7y+, I_7y0 und I_7y– in der Eintrittspupille 11 der Projektionslinse 12 abbildet, wie vorstehend beschrieben, werden, wenn die Zentralstrahlen der in z-Richtung gesplitteten Beleuchtungsstrahlen die optische Achse an der Position F_7y' kreuzen, diese von der Projektionslinse 12 niemals verdunkelt.
Die Breite L_z in z-Richtung eines jeden auf der Maske 10 ausgebildeten Linearbildes I_9z+ und I_9z– wird erhalten aus: Lz = w*f9 (5)worin w der Divergenzwinkel des Lasers 1 und f₉ die Brennweite der Konvexlinse 9 bedeuten. Mit Versuchen wurden gute Ergebnisse erzielt, wenn die Breite L_z so eingestellt wurde, daß sie in den folgenden Bereich fiel: 3*Lz0 ≤ Lz ≤ 30*Lz0 (6)
Genauer gesagt, in bezug auf die x-z-Ebene kann die Brennweite f₉ der Konvexlinse 9, die die Bedingung (5) erfüllt, auf der Basis des Divergenzwinkels w des Lasers und einer gewünschten Breite L_z des Beleuchtungsbereiches ermittelt werden.
Da, wie vorstehend erwähnt, die Größe L_z0 in z-Richtung des Linearmusters auf der Maske 10 etwa 0,10 bis 0,25 mm beträgt, betragen der Divergenzwinkel w des Excimer-Lasers einige mrad und die Brennweite f₉ der Konvexlinse 9 einige hundert mm. Die Breite L_z in z-Richtung eines jeden Bildes I_9z+ und I_9z– kann daher drei- bis zehnmal so groß sein wie die erforderliche Größe, so daß kein Problem bei der Bearbeitung auftritt.
Die Linearbilder I_9y–, I_9y0 und I_9y+ werden in der Eintrittspupille 11 erzeugt. Da diese Bilder insgesamt eine rechteckige Form besitzen, werden die Abmessungen und die Form der Eintrittspupille 11 im Hinblick auf die Form dieser Linearbilder in geeigneter Weise festgelegt.
Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung bei dieser Ausführungsform wird der Laserstrahl linear auf der Maske 10 in z-Richtung abgebildet, so daß die Länge L_z0 eines jeden der beiden Linearmaskenmuster P₁ und P₂ in ausreichender Weise abgedeckt wird, wie in 5 gezeigt. Auf diese Weise wird eine kritische Beleuchtung realisiert. Mit dieser Beleuchtung kann bei der Projektion der Maskenmuster auf das Werkstück eine Beleuchtung mit einer sehr hohen Energiedichte realisiert werden. Der Effekt in der x-z-Ebene wurde bereits beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei dieser Ausführungsform Licht von der Lichtquelle durch Amplitudensplitting in n (n ≥ 2) Beleuchtungsstrahlen L_0,1 bis L_0,n von der Strahlenteilungseinrichtung in der zweiten Sektion, die die optische Achse einschließt, geteilt. Danach wird jeder Lichtstrahl L_0,j (für j = 1 bis n) vom ersten optischen Element in m (m ≥ 2) Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j in der ersten Sektion, die die optische Achse enthält und senkrecht zur zweiten Sektion verläuft, geteilt, und die Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j werden in unterschiedliche Richtungen geleitet, so daß sie sich in der ersten Position kreuzen. In der zweiten Sektion werden die Beleuchtungsstrahlen L_i,1 bis L_i,n (für i = 1 bis m) vom zweiten optischen Element in unterschiedliche Richtungen geleitet, so daß sie sich in der zweiten Position kreuzen. Eine Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen L_1,1 bis L_m,n, die vom zweiten optischen Element ausgehen, werden auf der Maske in Einheiten der Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j (j = 1 bis n) vom anamorphen optischen System zur Überlappung gebracht, wodurch ein linearer Beleuchtungsbereich entsprechend einem Maskenmuster auf der Maske gebildet wird.
Diese Ausführungsform realisiert in y-Richtung eine Köhler-Beleuchtung, die in ausreichender Weise die Länge in y-Richtung eines jeden Maskenmusters abdeckt und diese gleichmäßig beleuchtet. Ferner wird mit dieser Ausführungsform in z-Richtung eine kritische Beleuchtung verwirklicht, die die Größen in z-Richtung der entlang den beiden parallelen Geraden innerhalb eines geeigneten Bereiches angeordneten Maskenmuster abdeckt und den Lichtstrahl von der Lichtquelle innerhalb dieses Bereiches abbildet. Mit diesen Beleuchtungsvorgängen wird bei dieser Ausführungsform eine Bearbeitungsvorrichtung (Projektionsvorrichtung) erreicht, die zwei lineare Beleuchtungsbereiche auf der Maske 10 ausbildet, eine höhere Energienutzungseffizienz besitzt als ein herkömmliches optisches Laserbearbeitungssystem und gleichzeitig zwei Werkstücke bearbeiten kann.
Bei dieser Ausführungsform besteht die zylindrische Linse 7 aus einer einzigen zylindrischen Linse. Falls erforderlich, kann sie jedoch auch aus einer Vielzahl von zylindrischen Linsen bestehen. Ferner besteht bei dieser Ausführungsform die Konvexlinse 9 aus einer einzigen Linse, kann jedoch, falls erforderlich, ebenfalls aus einer Vielzahl von Linsen bestehen.
Der Divergenzwinkel w des Lasers ist ein wichtiger Faktor, der die Beleuchtungsbreite L_z in z-Richtung festlegt. Es können daher eine Linse und eine Einheit zum Variieren der Strahlengröße zur Steuerung des Divergenzwinkels w zwischen die Lichtquelle 1 und die y-Richtungs-Strahlenteilungsein richtung 4 eingesetzt werden.
Ferner wird bei dieser Ausführungsform die y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 von zwei Prismen gebildet und teilt einen Lichtstrahl in drei Lichtstrahlen auf. Die Zahl der Prismen kann jedoch erhöht werden, falls erforderlich, um die Zahl der geteilten Beleuchtungsstrahlen zu vergrößern.
Ferner wird bei dieser Ausführungsform die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 6 von zwei Prismen 6a und 6b gebildet, um die Beleuchtungsstrahlen L_i,1 und L_i,2 in unterschiedliche Richtungen zu lenken, so daß diese sich in der zweiten Position kreuzen. Wenn die Zahl der Maskenmuster drei oder mehr beträgt oder wenn eine Vielzahl von Maskenmustern in Reihe ausgerichtet sind, können die folgenden Maßnahmen durchgeführt werden. Die Zahl der Strahlenteiler B_s und Reflexionsspiegel M, die die Strahlenteilungseinrichtung bilden, kann vergrößert werden, um die Zahl der geteilten Strahlen der Strahlenteilungseinrichtung zu erhöhen, und die Zahl der Prismen, die die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung bilden, kann vergrößert werden. Ferner kann jeder der beiden Beleuchtungsstrahlen L_i,1 L_i,2, die von der Strahlenteilungseinrichtung geteilt wurden, von der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung in der x-z-Ebene weiter in zwei Strahlen (q = 2) geteilt werden, wobei die Zahl der Prismen der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung auf vier erhöht wird, um eine Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen L_i,1,1 bis L_i,2,2 zu erzeugen.
Wenn die Projektionsvorrichtung dieser Ausführungsform bei einer Öffnungsplatte (Düsenelement) und zur Herstellung eines Tintenstrahldruckers Verwendung findet, können zwei Öffnungsplatten durch eine einzige Belichtung gleichzeitig bearbeitet werden, ohne die Leistung der Laserlichtquelle zu erhöhen, um eine hohe Produktivität zu erreichen. Auf diese Weise können eine Öffnungsplatte und ein Tintenstrahldrucker mit geringen Kosten hergestellt werden.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform findet bei einer Bearbeitungsvorrichtung (Projektionsvorrichtung) zur Ausbildung einer Reihe von Tintenausstoßöffnungen auf einem Werkstück Verwendung. Sie ist jedoch nicht auf eine Bearbeitung zur Ausbildung von Öffnungen beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auch bei einem Fall Anwendung finden, bei dem eine Vielzahl von linear verteilten Vorrichtungsmustern gleichzeitig auf einem Werkstück oder einer Vielzahl von Werkstücken ausgebildet wird, um die Vorrichtung herzustellen. Da eine Vielzahl von Vorrichtungen durch eine einzige Belichtung gleichzeitig bearbeitet werden kann, kann eine hohe Produktivität erzielt werden.
Die 6A und 6b sind schematische Drauf sichten, die den Hauptteil der zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Düsenelementes und einer Bearbeitungsvorrichtung unter Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Die 7A und 7B sind schematische Seitenansichten, die den Hauptteil der zweiten Ausführungsform zeigen.
Diese Ausführungsform entspricht im wesentlichen der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der Layout-Reihenfolge der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung (zweites optisches Element) und der ersten zylindrischen Linse, der Anordnung der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung u. ä. Unterschiedliche Abschnitte werden nachfolgend erläutert. Die gleichen Bezugszeichen in dieser Ausführungsform bezeichnen gleiche Teile wie in der ersten Ausführungsform.
Eine erste zylindrische Linse (anamorphe Linse) 7 bestimmt den Beleuchtungsbereich in Längsrichtung (y-Richtung) einer Maske 10 und hat den gleichen Effekt wie bei der ersten Ausführungsform. Eine z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung (zweites optisches Element) 61 besteht aus einer zylindrischen Linsenanordnung, die durch Aufeinanderanordnen von zwei zylindrischen Linsen gebildet sind, die jeweils einen Generator parallel zur y-Achse besitzen.
Ein zu bearbeitendes Objekt (Werkstück) 16 dieser Ausführungsform ist ein einziges Plattenelement, das bearbeitet werden soll, um zu einer Öffnungsplatte (Düsenelement) eines Tintenstrahldruckers zu werden.
Ein Muster auf der Maske 10 dieser Ausführungsform besteht aus einem einzigen Maskenmuster P, das eine Reihe von kleinen Löchern besitzt, die in einem Bereich (L_y0 × L_z0) ausgebildet sind, der in der ersten Richtung lang und in der zweiten Richtung schmal ist, wie in 9 gezeigt. Die Maske 10 ist so angeordnet, daß die Mitte des Maskenmusters P mit der optischen Achse übereinstimmt.
Der mit dieser Ausführungsform erzielbare Effekt wird nachfolgend beschrieben. Der Effekt, bis ein von einer Lichtquelle 1 emittierter Laserstrahl durch die Apertur einer Lichtabschirmmaske 5 dringt, entspricht dem der ersten Ausführungsform. Der von der Lichtabschirmmaske austretende Lichtstrahl dringt in die erste zylindrische Linse 7 in der Form von drei Beleuchtungsstrahlen L_1,j, L_2,j und L_3,j mit unterschiedlichen Richtungen in der x-y-Ebene und in de Form von zwei parallelen Lichtstrahlen L_i,1 und L_i,2 in der x-z-Ebene ein. Die Effekte in der x-y- und x-z-Ebene werden nachfolgend beschrieben.
Der Effekt in der x-y-Ebene (erste Sektion) wird nachfol gend in Verbindung mit den 6A und 6B und 8A erläutert. Die zentralen Strahlen der drei Beleuchtungsstrahlen L_1,j, L_2,j und L_3,j kreuzen sich in der Position der Lichtabschirmmaske 5. Die Lichtabschirmmaske 5 ist in der Position eines vorderen Brennpunktes F_7y der ersten zylindrischen Linse 7 angeordnet. Daher verlassen die Zentralstrahlen der drei Beleuchtungsstrahlen die erste zylindrische Linse 7 in einer Richtung parallel zur optischen Achse. Mit anderen Worten, die Maske 5 und die erste zylindrische Linse 7 bilden ein sogenanntes telezentrisches optisches System.
Nachdem die drei Beleuchtungsstrahlen L_1,j, L_2,j und L_3,j die erste zylindrische Linse 7 durchdrungen haben, werden sie in einer hinteren Brennpunktsposition F_7y' (zweite Position, erste Brennpunktsebene) auf der Abbildungsseite der Linse 7 fokussiert, so daß drei Bilder (Zwischenbilder in der x-y-Ebene) I_7y+, I_7y0 und I_7y– gebildet werden. Bei diesen Bildern handelt es sich in der Praxis um Linearbilder parallel zur z-Achse, da die Lichtstrahlen in der x-z-Ebene divergieren.
Danach durchdringen die drei Beleuchtungsstrahlen die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61. In der x-y-Ebene erfahren die drei Beleuchtungsstrahlen nur den optischen Effekt der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung als Parallelplatte (in der Praxis werden die beiden Beleuchtungsstrahlen L_i,1 und L_i,2 jedoch in der x-z-Ebene in konvergierende Lichtstrahlen überführt, wie nachfolgend beschrieben).
Eine Konvexlinse (fokussierendes optisches System) 9 bildet dann die drei Linearbilder I_7y+, I_7y0, und I_7y– auf einer Eintrittspupillenebene 11 einer Projektionslinse 12 als Bilder I_9y+, I_9y0 und I_9y– ab. Da diese Position der Maske 10 einem hinteren Brennpunkt F₉' einer Konvexlinse 9 entspricht, überlappen sich alle drei Beleuchtungsstrahlen in der x-y-Ebene, sind jedoch defokussiert. Mit L_y ist die Länge (Länge des Beleuchtungsbereiches) in der Überlappungsposition bezeichnet. Die Länge L_y stellt sicher, daß die Länge L_y0 in y-Richtung des Maskenmusters P in ausreichender Weise abgedeckt wird, wie in 10 gezeigt.
Die Projektionslinse 12 bildet das Maskenmuster auf der Maske 10 wieder auf dem Werkstück 16 ab. Wenn in diesem Fall die Eintrittspupille 11 an der Stelle des vorderen Brennpunktes der Projektionslinse 12 angeordnet ist, verlassen die Hauptstrahlen der Beleuchtungsstrahlen die Projektionslinse 12 in einer Richtung parallel zur optischen Achse.
Mit dieser Anordnung wird bei dieser Ausführunsform der Lichtstrahl von der Laserlichtquelle in die drei Beleuchtungsstrahlen L_1,j, L_2,j und L_3,j in der x-y-Ebene geteilt, und diese drei Beleuchtungsstrahlen werden fokussiert, um die Linearbilder I_7y+, I_7y0 und I_7y– zu erzeugen. Dann werden diese drei Bilder I_7y+, I_7y0 und I_7y– in der Eintrittspupille 11 der Projektionslinse 12 als die Bilder I_9y+, I_9y0 und I_9y– wieder abgebildet. Ferner wird eine Köhler-Beleuchtung realisiert, um die gesamte Maske 10 in y-Richtung gleichmäßig zu beleuchten.
Der Effekt in der x-z-Ebene (zweite Sektion) wird nachfolgend in Verbindung mit den 7A und 7B sowie 8B beschrieben. Wie in 8B gezeigt, dringen die durch einen Strahlenteiler B_s und einen Reflexionsspiegel M erzeugten nahezu parallelen beiden Lichtstrahlen L_0,1 und L_0,2 durch eine y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 und werden zu Lichtstrahlen L_i,1 und L_i,2 (für i = 1, 2, 3). Diese Lichtstrahlen durchdringen die Lichtabschirmmaske 5 und dringen in die erste zylindrische Linse 7 ein. Diese beiden Beleuchtungsstrahlen L_i,1 und L_i,2 erfahren von der ersten zylindrischen Linse 7 in z-Richtung weder Konvergenz- noch Divergenzeffekte.
Dann treffen die Lichtstrahlen auf die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61. Wie in 8B gezeigt, umfaßt die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 eine zylindrische Linsenanordnung, die durch das Aufeinanderanordnen von zwei zylindrischen Linsen geformt ist, die jeweils einen Generator parallel zur y-Achse in z-Richtung besitzen, und bildet die einfallenden Beleuchtungsstrahlen L_i,1 und L_i,2 in der vorderen Brennpunktsposition F₉ der Konvexlinse 9 ab.
Wenn L_z0 die Breite in z-Richtung des Maskenmusters P, f₉ die Brennweite der Konvexlinse 9, f_61z die Brennweite einer jeden zylindrischen Linse, die die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 bildet, u die Zahl der geteilten Lichtstrahlen in z-Richtung und a_61z die Größe des Lichtstrahles, der in die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 eindringt, kennzeichnen, ergibt sich die folgende Beziehung:
Mit andere Worten, wenn L_z0, a_61z, u und f₉ bekannt sind, kann die Brennweite f_61z der zylindrischen Linse bestimmt werden.
Wenn die Bedingung von (7) gilt, treten die von der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 geteilten Lichtstrahlen aus der Konvexlinse 9 als parallel gerichtete Licht strahlen aus, die relativ zur optischen Achse verschwenkt sind und sich auf der Maske 10 überlappen. Mit diesem Effekt wird die Intensitätsverteilung des Beleuchtungsbereiches in z-Richtung der Maske 10 abgeflacht.
Danach erreichen die von der Maske 10 kommenden Lichtstrahlen das Werkstück 16 über die Eintrittspupille 11 der Projektionslinse und die Projektionslinse 12, um das Werkstück 16 optisch zu bearbeiten.
Damit die Beleuchtungsstrahlen durch die Maske 10 dringen und in die Projektionslinse 12 eindringen können, ohne von der Eintrittspupille 11 verdunkelt zu werden, weisen die von der Projektionslinse 9 austretenden Lichtstrahlen einige Beschränkungen auf. Diese Beschränkungen werden. nachfolgend untersucht.
Es wird angenommen, daß die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 aus u zylindrischen Linsen besteht. Der Abstand d von der optischen Achse zu der äußersten zylindrischen Linse 61u in der x-z-Ebene beträgt:
Ein Lichtstrahl, der diesen Mittelpunkt passiert, bewegt sich vorwärts in einer Richtung parallel zur optischen Achse bis zur Konvexlinse 9 und durchdringt den hinteren Brennpunkt f₉' der Linse 9, nachdem er die Konvexlinse 9 passiert hat. Wenn s den Abstand von der Maske 10 zur Eintrittspupille 11 und 6 die Höhe dieses Lichtstrahles beim Durchdringen der Eintrittspupille 11 bedeuten, gilt aus diesem Grunde
Die Höhe h_11z eines Lichtstrahles, der die äußerste Position der Eintrittspupille 11 passiert, entspricht daher der Summe aus δ und L_z0/2. Wenn A₁₁ den Durchmesser der Eintrittspupille 11 kennzeichnet, muß diese Höhe h_11z die folgende Bedingung erfüllen:
Die Gleichungen (7) und (8) führen daher zu der folgenden Bedingung:
Mit anderen Worten, die Brennweite f_61z einer jeden zylindrischen Linse, die die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 bildet, und die Zahl u der geteilten Strahlen müssen nur so bestimmt werden, daß sie die Bedingungen (7) und (8) erfüllen.
Mit der obigen Anordnung verwirklicht diese Ausführungsform in der y-Richtung eine Köhler-Beleuchtung, durch die die Maske mit gleichmäßiger Helligkeit zur ausreichenden Abdeckung der Länge L_y0 in y-Richtung des Maskenmusters P beleuchtet wird, ferner in z-Richtung eine Beleuchtung mit einer flachen Intensitätsverteilung durch Überlagerung einer Vielzahl von Lichtstrahlen auf der Maske 10.
In Verbindung mit dem vorstehend erwähnten Effekt in der x-z-Ebene wird das Verfahren zum Einstellen einer Parallelglasplatte G_p, des Strahlenteilers B_s und des Reflexionsspiegels M als Merkmal der vorliegenden Erfindung nachfolgend beschrieben.
Vor der Belichtung des Werkstückes wird dieser Abschnitt eingestellt. Zuerst wird die Position der Parallelglasplatte G_p eingestellt, während die Strahleinfallposition an der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 beobachtet wird. Mit anderen Worten, die Parallelglasplatte G_p wird gedreht, um einen Laserstrahl L₀ in z-Richtung zu verschieben, so daß sämtliche Lichtkomponenten des Lichtstrahles L_0,2, der den Strahlenteiler B_s durchdringt, in eine zylindrische Linse 61a eindringen und von dieser gebrochen werden, jedoch in keiner Weise in eine zylindrische Linse 61b eindringen.
Danach werden der Schwenkwinkel und die Position in z-Richtung des Reflexionsspiegels M eingestellt, um den vom Strahlenteiler B_s reflektierten Lichtstrahl L_0,1 parallel zum durchgelassenen Lichtstrahl L_0,2 zu machen, so daß sämtliche Lichtkomponenten des Lichtstrahles L_0,1 in die zylindrische Linse 61b eindringen und von dieser gebrochen werden, jedoch in keiner Weise in die zylindrische Linse 61a eindringen.
Auf diese Weise wird eine Einstellung so durchgeführt, daß der durchgelassene Lichtstrahl L_0,2 und der reflektierte Lichtstrahl L_0,1 vom Strahlenteiler B_sin die zylindrischen Linsen 61a und 61b der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 in einem Verhältnis von 1 : 1 eindringen. Da Lichtstrahlen, die in die zylindrischen Linsen eindringen, immer parallel zur optischen Achse verlaufen, verlaufen die von den Mittelpunkten der zylindrischen Linsen austretenden Lichtstrahlen parallel zur optischen Achse.
Die beiden Lichtstrahlen besitzen keine gleichen Intensitäten, wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. In diesen Fällen wird ein Dämpfungsfilter o. ä. in den optischen Pfad des Lichtstrahles mit höherere Intensität eingesetzt, um die Intensitäten so einzustellen, daß die beiden Lichtstrahlen gleiche Intensitäten besitzen.
Auf diese Weise wird die Einstellung der Parallelglasplatte G_p, des Strahlenteilers B_s als Amplitudensplitter und des Reflexionsspiegels M vervollständigt und die Bearbeitung des Werkstückes 16 begonnen.
Wie vorstehend beschrieben, besitzen die Parallelglasplatte G_p, der Strahlenteiler B_s und der Reflexionsspiegel M die Funktion, bei dem Lichtstrahl von der Lichtquelle ein Amplitudensplitting durchzuführen, um die geteilten Strahlen in z-Richtung zu verdoppeln, und die Funktion der Durchführung einer solchen Einstellung, daß die Lichtstrahlen in geeigneter Weise in die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 eindringen.
Die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 dieser Ausführungsform ist auf einem Objekttisch (nicht gezeigt) angeordnet, der in y-Richtung bewegbar ist. Dieser Tisch umfaßt einen optischen Filter (ebenen optischen Filter) 17, der beim Zurückziehen der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 vom optischen Pfad in diesen eingesetzt wird. Wenn mit dieser Anordnung bei dieser Ausführungsform die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 in den optischen Pfad eingesetzt wird, wird die Maske 10 auch in z-Richtung vom Beleuchtungsbereich gleichmäßig beleuchtet, und wenn der optische Filter 17 in den optischen Pfad eingesetzt wird, wird ein optischer Bereich erzeugt, der die Maske 10 in z-Richtung linear kritisch beleuchtet (in einigen Fällen kann die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 allein aus dem optischen Pfad zurückgezogen oder in diesen eingesetzt werden).
Mit der obigen Anordnung wird bei dieser Ausführungsform die Intensitätsverteilung des Beleuchtungsbereiches auf der Maske sowohl in Längsrichtung als auch in Breitenrichtung der Maske abgeflacht und durch die Ungleichmäßigkeit des Beleuchtungslichtes kaum beeinflußt, so daß die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert wird.
Das Beleuchtungsverfahren in der x-z-Ebene dieser Ausführungsform gleicht der Köhler-Beleuchtung, hat jedoch einen Effekt, der durch die Köhler-Beleuchtung nicht erzielt werden kann. Genauer gesagt, wenn die Lichtstrahlen L_i,1 und L_i,2, die in die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 eindringen, zusammen in der Position des hinteren Brennpunktes F_7y' in der x-z-Ebene abgebildet werden, wird die Maske 10 auch in der x-z-Ebene Köhler-beleuchtet.
Da jedoch, wie vorstehend beschrieben, die Größe L_z0 in z-Richtung eines jeden kleinen Loches auf der Maske 10 sehr klein ist, beispielsweise 0,1 bis 0,25 mm, wird auch der NA-Wert des Lichtstrahles, der das Maskenmuster P durchdringt und in die Projektionslinse 12 in der x-z-Ebene eindringt, sehr gering. Selbst wenn daher der Durchmesser a_61z des einfallenden Lichtstrahles und die Konvexlinse 9 groß sind, ist die Energienutzungseffizienz sehr schlecht.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Breite a_61z/u einer jeden zylindrischen Linse, die die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung bildet, so eingestellt, daß der parallel gerichtete Lichtstrahl, der von der Konvexlinse 9 zur Maske 10 in der x-z-Ebene verläuft, einen Durchmesser besitzen, der einen Grenzwert in bezug auf L_z0 hat, jedoch nicht unnötig groß ist, d. h. einen Durchmesser, der etwa dem zehnfachen Wert von L_z0 entspricht. In diesem Zusammenhang beträgt die Breite des parallel gerichtetetn Lichtstrahles, der zu diesem Zeitpunkt aus der Konvexlinse 9 austritt
Wenn die Zahl y der geteilten Strahlen und die Brennweite f_61z der zylindrischen Linse auf der Basis dieser Beziehung eingestellt werden, kann das Maskenmuster P wie bei einer Köhler-Beleuchtung durch Verwendung sämtlicher Lichtstrahlen, die in die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 auch in der x-z-Ebene eindringen, gleichmäßig beleuchtet werden.
Da bei dieser Ausführungsform der Beleuchtungszustand durch Auswählen der z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 oder des optischen Filters 17 verändert werden kann, kann eine geeignete Beleuchtung in Übereinstimmung mit der Form und Größe des Maskenmusters erreicht werden, so daß auf diese Weise Energieverluste minimiert werden können.
Bei dieser Ausführungsform wird die y-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 4 mit zwei Prismen realisiert, um einen Lichtstrahl in drei Lichtstrahlen aufzuteilen. Wie bei der ersten Ausführungsform kann die Zahl der Prismen erhöht werden, um die Zahl der geteilten Beleuchtungsstrahlen zu vergrößern.
Die Anzahl der in z-Richtung durch die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 bei dieser Ausführungsform ge teilten Strahlen beträgt 2. Die Zahl der geteilten Strahlen kann jedoch auch verändert werden, so lange wie die vorstehend erwähnte Beziehung gilt.
Des weiteren kann das Paar der zylindrischen Linsen, die die z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtung 61 bilden, durch Varioobjektive ausgetauscht werden, so daß die Größe des Beleuchtungsbereiches durch Veränderung der Brennweite, während ein konstanter hinterer Brennpunkt aufrechterhalten wird, verändert werden kann.
Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung kann ein eindimensionales lineares Maskenmuster (eine Vielzahl von linearen Mustern bei der ersten Ausführungsform oder ein einziges lineares Muster bei der zweiten Ausführungsform) mit einer sehr hohen Energienutzungseffizienz beleuchtet werden, und ein Lichtstrahl von der Lichtquelle wird durch Amplitudensplitting so geteilt, daß die Größe der Maskenoberfläche in Breitenrichtung um 20 bis 30% erhöht werden kann, so daß die Einstellzeit bei der Maskeneinstellung verkürzt werden kann. Die Lage des Beleuchtungsbereiches auf der Maskenoberfläche variiert jedoch infolge einer Alterung der Emissionsrichtung des Excimer-Lasers. Da jedoch die Breite des Laserstrahles ausgeweitet werden kann, kann eine Bearbeitungsvorrichtung geschaffen werden, die gegenüber einer Alterung des Excimer-Lasers widerstandsfähig ist.
Da y- und z-Richtungs-Strahlenteilungseinrichtungen eingesetzt werden, bei denen keine Flyeye-Linsen verwendet werden, kann eine Bearbeitungsvorrichtung geschaffen werden, mit der eine Laserbearbeitung mit hoher Präzision mit einer einfachen Anordnung durchgeführt werden kann.
Insbesondere mit der ersten Ausführungsform kann ein Verfahren zum Herstellen eines Düsenelementes verwirklicht werden, mit dem zwei Werkstücke, d. h. zwei Teile eines einzigen Werkstückes, bearbeitet werden können, so daß die Produktivität durch Verdopplung des Arbeitsvermögens der Vorrichtung verbessert werden kann, während Energieverluste unterdrückt werden und eine Kostenreduzierung erreicht wird. Da durch Amplitudensplitting zwei Bearbeitungslichtstrahlen geformt werden, kann ein Bearbeitungsverfahren für ein Düsenelement geschaffen werden, das keine ungleichmäßige Bearbeitung der beiden Teile infolge ungleichmäßiger Lichtmengen zwischen den beiden Bearbeitungslichtstrahlen, die aus einer Intensitätsverteilungsungleichmäßigkeit der Wellenfronten der Laserstrahlen resultieren, durchführt. Wenn die Bearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein Bubble-Jet-Drucker unter Verwendung einer billigen Öffnungsplatte mit niedrigen Kosten hergestellt werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Düsenelementes mit dem Schritt des Teilens von Licht von einer Lichtquelle (1) zur Ausbildung einer Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen; und dem Schritt des Beleuchtens einer Vielzahl von auf einer Maske (10) ausgebildeten Maskenmustern (P; P₁, P₂) mit entsprechenden Beleuchtungsstrahlen aus der Vielzahl der Beleuchtungsstrahlen, um ein Werkstück (13, 16) über die Maskenmuster (P; P₁, P₂) zu belichten, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Teilens des Lichtes von der Lichtquelle (1) durch Amplitudensplitting durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Maskenmuster (P; P₁, P₂) ein durch Anordnung einer Vielzahl von kleinen Öffnungen entsprechend den Düsenöffnungen eines Düsenelementes in einer ersten Richtung gebildetes Muster besitzt.
verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsstrahlen auf eine Vielzahl von linearen Beleuchtungsbereichen fokussiert werden, die sich in der ersten Richtung an einer Position der Maske (10) erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Maskenmuster (P₁, P₂) parallel zueinander entlang einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Maskenmuster (P₁, P₂) auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Teilens des Lichtes von der Lichtquelle (1) den Schritt des Teilens des Lichtes von der Lichtquelle (1) in n (n ≥ 2) Beleuchtungsstrahlen L_0,1 bis L_0,n, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, durch Amplitudensplitting in einer eine optische Achse aufweisenden zweiten Sektion, des Teilens eines jeden Lichtstrahles L_0,j (für j = 1 bis n) in m (m ≥ 2) Beleuchtungsstrahlen L_i,j bis L_m,j und des Richtens der Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j in unterschiedliche Richtungen, so daß sie sich in einer ersten Position in einer ersten Sektion, die die optische Achse enthält und senkrecht zur zweiten Sektion verläuft, kreuzen, und des Richtens der Beleuchtungsstrahlen L_i,1 bis L_i,n (für i = 1 bis m), die sich in der ersten Position kreuzen, in unterschiedliche Richtungen, so daß sie sich in einer zweiten Position in der zweiten Sektion kreuzen, um eine Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen L_1,1 bis L_m,n zu bilden, oder des weiteren Teilens eines jeden Beleuchtungsstrahles L_i,1 bis L_i,n (für i = 1 bis m), die sich in der ersten Position kreuzen, in q Beleuchtungsstrahlen L_i,j,1 bis L_i,j,q und des Richtens der geteilten Beleuchtungsstrahlen in unterschiedliche Richtungen, so daß sich diese in der zweiten Position kreuzen, um eine Viel- zahl von Beleuchtungsstrahlen L_1,1,1 bis L_m,n,q zu bilden, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen, die die Vielzahl der Maskenmuster (P_i, P₂) durchdringen, verschiedene Positionen auf einem gemeinsamen Werkstück (13) beleuchten.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen, die die Vielzahl der Maskenmuster (P₁, P₂) durchdringen, verschiedene Werkstücke beleuchten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Beleuchtungsstrahlen in Richtung auf die Vielzahl der Maskenmuster über ein gemeinsames optisches System (9) gerichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsstrahlen, die die Vielzahl der Maskenmuster (P₁, P₂) durchdringen, über ein optisches Projektionssystem (12) auf das Werkstück (13) gerichtet werden, um Bilder auf der Vielzahl der Maskenmuster (P₁, P₂) auf dem Werkstück (13) auszubilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) einen Laser strahl abstrahlt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) einen Excimerlaserstrahl abstrahlt.
Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckers mit dem Schritt des Herstellens eines Düsenelementes durch ein Verfahren zur Herstellung eines Düsenelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Arbeitsvorrichtung zur Herstellung eines Düsenelementes mit einer Strahlenteilungseinrichtung (B_s, M) zum Teilen des Lichtes von einer Lichtquelle (1) zur Ausbildung einer Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen; und einer Maske (10), die mit einer Vielzahl von Maskenmustern (P_i, P₁, P₂) versehen ist, welche durch entsprechende Beleuchtungsstrahlen aus der Vielzahl der Beleuchtungsstrahlen zu beleuchten und so angeordnet sind, daß sie ein Werkstück (13, 16) über die Maskenmuster (P; P₁, P₂) belichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenteilungseinrichtung (B_s, M) Licht von der Lichtquelle (1) durch Amplitudensplitting teilt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenteilungseinrichtung (B_s, M) Licht von der Lichtquelle (1) in n (n ≥ 2) Beleuchtungsstrahlen L_0,1 bis L_0,n durch Amplitudensplitting in einer zweiten Sektion teilt, die eine optische Achse, ein erstes optisches Element (4) zum Teilen eines jeden Lichtstrahles L_0,j (für j = 1 bis n) in m (m ≥ 2) Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j und zum Richten der Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j in unterschiedliche Richtungen, so daß sich diese in einer ersten Position in einer ersten Sektion kreuzen, die die optische Achse enthält und senkrecht zur zweiten Sektion verläuft, ein zweites optisches Element (63, 61) zum Ausbilden einer Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen L_1,1,1 bis L_m,n,q durch Richten von Beleuchtungsstrahlen L_i,1 bis L_i,n (für i = 1 bis m), die sich in der ersten Position kreuzen, in unterschiedliche Richtungen, so daß sie sich in einer zweiten Position in der zweiten Sektion kreuzen, oder durch weiteres Teilen eines jeden Beleuchtungsstrahles L_i,1 bis L_i,n (für i = 1 bis m), die sich in der ersten Position kreuzen, in q Beleuchtungsstrahlen L_i,j,1 bis L_i,j,q und zum Richten der geteilten Beleuchtungsstrahlen in unterschiedliche Richtungen, so daß sie sich in der zweiten Position kreuzen, und ein anamorphisches optisches System (7, 9) zur Ausbildung eines linearen Beleuchtungsbereiches entsprechend einem Maskenmuster auf der Maske (10) durch Überlappen einer Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j oder L_1,j,k bis L_m,j,k (für j = 1 bis n, k = 1 bis q), die vom zweiten optischen Element kommen, auf der Maske (10) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenteilungseinrichtung einen Strahlenteiler (B_s) und einen Reflexionsspiegel (M) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine Strahleneinstelleinrichtung (G_p), die zwischen die Lichtquelle (1) und die Strahlenteilungseinrichtung (B_s, M) eingesetzt ist, um die Position des Lichtes der Lichtquelle (1) in der zweiten Sektion einzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Element (4) eine Vielzahl von Prismen (4a, 4b) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische Element (62, 61) eine Vielzahl von Prismen (6a, 6b; 61a, 61b) besitzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Position und eine Position einer Eintrittspupille (11) des optischen Projektionssystems (12) eine optisch konjugierte Positionsbeziehung besitzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das anarmorphe optische System (79) eine anamorphe Linse (7) mit unterschiedlichen Brechungsvermögen in der ersten und zweiten Sektion und ein Linsensystem (9) mit gleichen Brechungsvermögen in der ersten und zweiten Sektion umfaßt und die anamorphe Linse (7) die Vielzahl der Beleuchtungsstrahlen L_1,1 bis L_m,n oder L_1,1,1 bis L_m,n,q auf eine Ebene fokussiert, die in der zweiten Position angeordnet ist und senkrecht zur optischen Achse in der ersten Sektion verläuft, wobei das Linsensystem (9) eine Überlappung einer Vielzahl von Beleuchtungsstrahlen L_1,j bis L_m,j oder L_1,j,k bis L_m,j,k (für j = 1 bis n, k = 1 bis q), die von der Ebene kommen, auf der Maske (10) bewirkt und die Beleuchtungsstrahlen auf die Maske (10) in der zweiten Sektion fokussiert.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die anamorphe Linse (7) mindestens eine zylindrische Linse umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein hinterer Brennpunkt in der ersten Sektion der anamorphen Linse (7) in der zweiten Position angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorderer Brennpunkt in der ersten Sektion der anamorphen Linse (7) in der ersten Position angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) einen Laser umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) einen Excimerlaser umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Lichtstrahl von der Lichtquelle (1) in eine Vielzahl von Lichtstrahlen über das erste und zweite optische Element (4, 6; 61) geteilt wird, eine Vielzahl von in der ersten Sektion geteilten Lichtstrahlen durch die anamorphe Linse (7) Zwischenbilder erzeugt und danach in einer Eintrittspupille (11) des optischen Projektionssystems (12) über das Linsensystem (9) abgebildet wird, eine Vielzahl von in der zweiten Sektion geteilten Lichtstrahlen das Maskenmuster (P; P₁, P₂) über das zweite Linsensystem (9) beleuchtet und das optische Projektionssystem (12) ein Bild des mit der Vielzahl der Lichtstrahlen auf dem Werkstück (13, 16) beleuchteten Maskenmusters (P; P₁, P₂) erzeugt, wobei die Vielzahl der geteilten Lichtstrahlen sich auf der Maske (10) in der ersten und zweiten Sektion überlappt.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische Element (6; 61) eine zylindrische Linsenanordnung (6a, 6b; 61a, 61b) umfaßt, die durch Anordnen einer Vielzahl von zylindrischen Linsen, die jeweils einen Erzeuger in der ersten Richtung besitzen, in einer zweiten Richtung senkrecht zur optischen Achse in der zweiten Sektion ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite f_61z der zylindrischen Linse die folgende Bedingung erfüllt:
worin L_z0 die Breite des Maskenmusters (P; P₁, P₂) in der zweiten Richtung, f₉ die Brennweite des Linsensystems (9), u die Zahl der vom zweiten optischen Element (4) geteilten Strahlen und a_61z die Breite eines Lichtstrahles, der in das zweite optische Element (4) eindringt, in der zweiten Richtung bedeuten.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser A₁₁ der Eintrittspupille (11) die folgende Bedingung erfüllt:
worin s der Abstand von der Maske (10) zur Eintrittspupille (11) des optischen Projektionssystems (12) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, bei der das zweite optische Element (61) von einem optischen Pfad zurückziehbar oder durch ein anderes optisches Element in Übereinstimmung mit einer Musterform und/oder einer Mustergröße des Maskenmusters (P; P₁, P₂) austauschbar ist.