JP5664954B2 - Taper hole forming apparatus, taper hole forming method, light modulation means, and modulation mask - Google Patents
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Description
本発明は、光源からの光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置およびテーパ穴形成方法に関する。また本発明は、光源からの光を変調する光変調手段および変調マスクに関する。 The present invention relates to a tapered hole forming apparatus and a tapered hole forming method for forming a plurality of tapered holes in a workpiece by modulating light from a light source and irradiating the workpiece with the modulated light. The present invention also relates to a light modulation means and a modulation mask for modulating light from a light source.
近年、電子機器などで用いられる部品において、部品(被加工物)を様々な形状に高精度で光加工することが求められている。例えば、プリンタなどに使用されるインクジェットヘッドにおいては、良好なインクの吐出性能を得るために、インクジェットヘッドのノズルまたはインク流路などを精密に光加工することが求められる。このうちノズルにおいては、インクの吐出口が基端部よりも細くなるようテーパ部が設けられる。 2. Description of the Related Art In recent years, components (workpieces) that are used in electronic devices and the like are required to be optically processed into various shapes with high accuracy. For example, in an inkjet head used in a printer or the like, it is required to precisely optically process the nozzles or ink flow paths of the inkjet head in order to obtain good ink ejection performance. Among these, the nozzle is provided with a tapered portion so that the ink discharge port is narrower than the base end portion.
図47に、レーザ光によるアブレーションを利用してノズルを形成するための、従来のレーザ加工装置100を示す。レーザ加工装置100のステージ109上には、ポリイミド等の樹脂プレートからなり、レーザ加工によりノズルが形成される被加工物108が載置されている。レーザ光源102から出射されるパルス状のレーザ光は、光強度分布を均一化する照明光学系103を通過した後、マスク104に入射される。マスク104は、光を透過させる石英ガラス層105と、光を遮蔽する金属からなる光遮蔽膜106とを積層することにより形成されており、また、光遮蔽膜106はその中央部に円形の開口部106aを有している。このため、マスク104に入射したレーザ光のうち、光遮蔽膜106の開口部106aに対応する領域に入射したレーザ光のみがマスク104を透過し、その他の光はマスク104の光遮蔽膜106により遮蔽される。マスク104を透過したレーザ光は、結像光学系107により被加工物108上に結像される。被加工物108上に結像され照射された光は、光遮蔽膜106の開口部106aに対応する円形パターンを有しており、このため、被加工物108が円形に加工される。これによって、テーパ部110bが設けられたノズル110が作製される。
FIG. 47 shows a conventional
レーザ加工により作製されるノズル110のテーパ部110bのテーパ角と、照射されるレーザ光のエネルギー密度(光強度)との間には、図48(a)に示すように、強度を小さくするとテーパ角が大きくなる関係があることが知られている。この関係を利用することにより、照射されるレーザ光の強度を調整して所望角度のテーパ部110bを形成することが可能となる。例えば特許文献1において、所定の角度を有するテーパ部110bを形成するよう、照射されるレーザ光の強度を調整してノズル110を形成する装置が開示されている。
As shown in FIG. 48A, between the taper angle of the
上述のノズルなどの部品の生産効率を向上させるため、複数のノズルを一度に製造することが求められる場合がある。この場合、例えばレーザ加工により、被加工物に複数のテーパ穴が一度に形成される。 In order to improve the production efficiency of components such as the nozzles described above, it may be required to manufacture a plurality of nozzles at once. In this case, for example, a plurality of tapered holes are formed in the workpiece at once by laser processing.
ところで、レーザ光による加工においては、複数のテーパ穴が形成されるべき領域(テーパ穴形成領域)に対して、レーザ加工装置からそれぞれ等しい強度を有するレーザ光が出射される場合であっても、被加工物に到達する際のレーザ光の強度がテーパ穴形成領域の位置によって異なる場合がある。このように被加工物に到達する際のレーザ光の強度がテーパ穴形成領域の位置によって異なる理由としては、様々な要因が挙げられる。 By the way, in the processing by laser light, even when laser light having the same intensity is emitted from the laser processing apparatus to the region where the plurality of tapered holes are to be formed (tapered hole forming region), There are cases where the intensity of the laser beam when reaching the workpiece varies depending on the position of the tapered hole forming region. As described above, there are various factors as the reason why the intensity of the laser beam when reaching the workpiece varies depending on the position of the tapered hole forming region.
例えば、1つの要因として以下のような現象が考えられる。レーザ光による加工においては、アブレーションにより被加工物の一部が除去される際に飛散物が発生するが、この飛散物によって、被加工物に到達する際のレーザ光が吸収・散乱されることが知られている。ここで、各テーパ穴形成領域間の距離が小さい場合、一のテーパ穴形成領域において発生した飛散物が、他のテーパ穴形成領域にまで到達することがある。この場合、他のテーパ穴形成領域に照射されるレーザ光は、自身の加工により発生する飛散物だけでなく、一のテーパ穴形成領域において発生した飛散物によっても吸収・散乱される。このように近傍のテーパ穴形成領域からの飛散物の影響が生じうる状況においては、複数のテーパ穴形成領域からなる一群において、一群の中央部に位置するテーパ穴形成領域は、一群の端部に位置するテーパ穴形成領域に比べて、飛散物によるレーザ光の吸収・散乱がより多く発生すると考えられる。この場合、中央部に位置するテーパ穴形成領域に到達する際のレーザ光の強度は、端部に位置するテーパ穴形成領域に到達する際のレーザ光の強度に比べて小さくなる。 For example, the following phenomenon can be considered as one factor. In machining with laser light, scattered objects are generated when a part of the workpiece is removed by ablation, but this scattered object absorbs and scatters the laser light when it reaches the workpiece. It has been known. Here, when the distance between each taper hole formation area is small, the scattered matter generated in one taper hole formation area may reach another taper hole formation area. In this case, the laser light applied to the other tapered hole forming region is absorbed and scattered not only by the scattered matter generated by its own processing but also by the scattered matter generated in one tapered hole forming region. Thus, in a situation where the influence of scattered objects from the adjacent tapered hole forming region can occur, in the group consisting of a plurality of tapered hole forming regions, the tapered hole forming region located at the center of the group is the end of the group. It is considered that the laser beam is more absorbed and scattered by the scattered matter than the tapered hole forming region located at. In this case, the intensity of the laser light when reaching the tapered hole forming region located at the center is smaller than the intensity of the laser light when reaching the tapered hole forming region located at the end.
また、その他の要因として以下のような現象も考えられる。複数の領域に対して、レンズを用いて結像された光を照射する場合、各領域に照射される光の収差は一般にそれぞれ異なっている。例えばレーザ加工装置によりテーパ穴形成領域の一群に対してレーザ光が照射される場合、一群の端部に位置するテーパ穴形成領域に照射される光の収差が、一群の中央部に位置するテーパ穴形成領域に照射される光の収差に比べて大きくなることが考えられる。すなわち、一群の端部に位置するテーパ穴形成領域に照射される光の点像が、一群の中央部に位置するテーパ穴形成領域に照射される光の点像に比べてボケることが考えられる。この場合、一群の端部に位置するテーパ穴形成領域に照射される光の円形パターンにおいて、円形パターンの境界部分(円形パターン内側の強い光と円形パターン外側の弱い光との間の遷移部分であり、後述する本発明の実施の形態における傾斜部分)が長くなることになる。 In addition, the following phenomena can be considered as other factors. When irradiating a plurality of regions with light imaged using a lens, the aberration of the light irradiated to each region is generally different. For example, when laser light is irradiated to a group of tapered hole forming regions by a laser processing apparatus, the aberration of light irradiated to the tapered hole forming region located at the end of the group is tapered at the central portion of the group. It can be considered that the aberration is larger than the aberration of light irradiated to the hole forming region. That is, the point image of the light irradiated to the tapered hole forming region located at the end of the group may be blurred compared to the point image of the light irradiated to the tapered hole forming region located at the center of the group. It is done. In this case, in the circular pattern of light irradiated to the tapered hole forming region located at the end of the group, the boundary part of the circular pattern (in the transition part between the strong light inside the circular pattern and the weak light outside the circular pattern) Yes, the inclined portion in the embodiment of the present invention to be described later becomes long.
また、さらなる要因として、照明光学系における、レーザ光の光強度分布を均一化する機能や、結像光学系における、レーザ光を被加工物上に結像する機能が、位置によって若干ばらつき、これによってレーザ光の強度が位置によってばらつくことが考えられる。このような照明光学系または結像光学系のばらつきは、設計時の限界(位置によるムラの無い完全な設計は一般に困難であるという限界)や、製造時の製造誤差によるものである。 Further, as a further factor, the function of homogenizing the light intensity distribution of the laser light in the illumination optical system and the function of imaging the laser light on the workpiece in the imaging optical system vary slightly depending on the position. It is conceivable that the intensity of the laser light varies depending on the position. Such variations in the illumination optical system or the imaging optical system are due to a design limit (a limit that a complete design without unevenness due to position is generally difficult) and a manufacturing error during manufacturing.
上述のとおり、レーザ光の強度を小さくするとテーパ角が大きくなるという関係がある。従って、被加工物に到達する際のレーザ光の強度がテーパ穴形成領域の位置によって異なる場合、形成されるテーパ穴のテーパ角が互いに異なることになる。また、被加工物に到達する際のレーザ光の境界部分の長さが、テーパ穴形成領域の位置によって異なる場合も、形成されるテーパ穴のテーパ角が互いに異なることになる。 As described above, there is a relationship that the taper angle increases when the intensity of the laser beam is reduced. Therefore, when the intensity of the laser beam when reaching the workpiece varies depending on the position of the tapered hole forming region, the taper angles of the formed tapered holes are different from each other. Further, when the length of the boundary portion of the laser beam when reaching the workpiece is different depending on the position of the tapered hole forming region, the tapered angles of the formed tapered holes are different from each other.
被加工物に形成されるテーパ穴のテーパ角が、テーパ穴形成領域の位置によってばらついている場合、得られたテーパ穴を用いて構成されるノズルのインク吐出性能もばらつくことになる。ノズルのインク吐出性能がばらつくと、このノズルを用いて印刷された印刷物にスジやムラが生じることになるため、好ましくない。 When the taper angle of the tapered hole formed in the workpiece varies depending on the position of the tapered hole forming region, the ink ejection performance of the nozzle configured using the obtained tapered hole also varies. If the ink ejection performance of the nozzles varies, it is not preferable because streaks and unevenness occur in the printed matter printed using the nozzles.
本発明は、このような課題を効果的に解決し得るテーパ穴形成装置、テーパ穴形成方法、光変調手段および変調マスクを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a tapered hole forming apparatus, a tapered hole forming method, an optical modulation means, and a modulation mask that can effectively solve such problems.
第1の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置において、光を出射する光源と、光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する光変調手段と、を備え、前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外縁に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分と、前記傾斜部分の外縁に位置する周縁部分と、を含み、各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置である。 The first aspect of the present invention modulates light emitted from a light source and irradiates the workpiece with the modulated light, whereby the workpiece has a plurality of tapers each having a penetrating portion or a bottom portion and a tapered portion. In a tapered hole forming apparatus for forming a hole, a light source that emits light, and a light modulation unit that is provided on an emission side of the light source and modulates the light from the light source and irradiates the workpiece with light. The light modulation means includes a plurality of unit modulation means each having a modulation amount distribution corresponding to a tapered hole, and the light that is modulated by each unit modulation means and applied to the workpiece is each a tapered hole. A unit gradation light having a light intensity distribution corresponding to the center gradation light, and each unit gradation light is irradiated to a region where a through-hole or a bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, Located on the outer edge of the central part and on the workpiece And a region where the tapered portion of the tapered hole is formed, and an inclined portion where the light intensity decreases toward the outside, and a peripheral portion located at the outer edge of the inclined portion, The tapered hole forming apparatus is characterized in that the width of the inclined portion in one unit gradation light is different from the width of the inclined portion in at least one unit gradation light among the other unit gradation lights.
第1の本発明によれば、各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっている。すなわち、各単位階調光が照射される位置に応じて、単位階調光における傾斜部分の幅を変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the first aspect of the present invention, the width of the inclined portion in one unit gradation light among the unit gradation lights is equal to the width of the inclined portion in at least one unit gradation light among the other unit gradation lights. Is different. That is, the width of the inclined portion in the unit gradation light can be changed according to the position where each unit gradation light is irradiated. Thereby, the taper angle of the tapered hole formed by irradiation of each unit gradation light can be made substantially the same regardless of the position where each unit gradation light is irradiated. As a result, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in the workpiece.
第1の本発明において、前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、各単位階調光における前記傾斜部分の幅は、列の端に向かうにつれて大きくなっていてもよい。 In the first aspect of the present invention, the unit gradation light is applied to the workpiece so that each unit gradation light is arranged in one or a plurality of rows on the workpiece, and the inclination in each unit gradation light is The width of the portion may increase as it goes to the end of the row.
第1の本発明において、前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、各単位階調光における前記傾斜部分の幅は、列の端に向かうにつれて小さくなっていてもよい。 In the first aspect of the present invention, the unit gradation light is applied to the workpiece so that each unit gradation light is arranged in one or a plurality of rows on the workpiece, and the inclination in each unit gradation light is The width of the portion may become smaller toward the end of the row.
第2の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置において、光を出射する光源と、光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して出射する変調マスクと、変調マスクの出射側に設けられ、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部と、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置する変調マスク周縁部と、を含み、各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなり、前記変調マスク傾斜部の各変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加または減少しており、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置である。 The second aspect of the present invention modulates light emitted from a light source and irradiates the workpiece with the modulated light, whereby the workpiece has a plurality of tapers each having a penetrating portion or a bottom portion and a tapered portion. In a tapered hole forming apparatus for forming a hole, a light source that emits light, a modulation mask that is provided on the emission side of the light source and that modulates and emits light from the light source, and a modulation mask that is provided on the emission side of the modulation mask An imaging optical system that forms an image of the light modulated by irradiating and irradiating the workpiece, and the modulation mask has a plurality of modulation regions each having a modulation amount distribution corresponding to the tapered hole, Each modulation region is located at the center of the modulation mask that modulates the light irradiated to the region where the through-hole or bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and at the outer edge of the center of the modulation mask. The taper part of the taper hole is formed at A modulation mask inclined portion that modulates the light irradiated to the region to be irradiated, and a modulation mask peripheral portion located at an outer edge of the modulation mask inclined portion, each modulation mask inclined portion comprising a plurality of modulation unit regions, When the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is defined as R = 0.61λ / NA using the central wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system, the modulation unit The modulation unit conversion area obtained by converting the area into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system. A first modulation unit region that modulates light with a first modulation amount, and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount, and the first modulation in each modulation unit region of the modulation mask tilt portion The unit area occupancy rate increases toward the outside of the modulation area. The width of the modulation mask inclined portion in one modulation region of each modulation region is different from the width of the modulation mask inclination portion in at least one modulation region of the other modulation regions. This is a taper hole forming device.
第2の本発明によれば、変調マスクの各変調領域は、変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部を含んでいる。各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、変調単位領域を結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅を、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と任意に異ならせることができる。従って、変調マスクの各変調領域により変調された後、被加工物に照射される各単位階調光の傾斜部分の幅を、各単位階調光が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the second aspect of the present invention, each modulation region of the modulation mask is located at the outer edge of the center portion of the modulation mask, and modulates light that irradiates the region where the tapered portion of the tapered hole is formed in the workpiece. Includes mask slope. Each modulation mask inclined portion is composed of a plurality of modulation unit regions, and the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is determined using the center wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system. = 0.61λ / NA, the modulation unit conversion region obtained by converting the modulation unit region into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system. It has become. For this reason, the width of the modulation mask inclined portion in one modulation region of each modulation region can be arbitrarily different from the width of the modulation mask inclined portion in at least one modulation region of the other modulation regions. Accordingly, the width of the inclined portion of each unit gradation light irradiated on the workpiece after being modulated by each modulation area of the modulation mask is arbitrarily changed according to the position irradiated with each unit gradation light. Can do. Thereby, the taper angle of the tapered hole formed by irradiation of each unit gradation light can be made substantially the same regardless of the position where each unit gradation light is irradiated. As a result, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in the workpiece.
第2の本発明において、前記変調領域は、各変調領域が前記変調マスク上に一列もしくは複数列に並ぶよう配置され、各変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、列の端に向かうにつれて大きくなっていてもよい。
この場合、前記変調マスク傾斜部において、変調マスク傾斜部の幅方向に並ぶ前記変調単位領域の数が、列の端に向かうにつれて大きくなっていてもよい。
または、前記変調マスク傾斜部において、前記変調マスク傾斜部の幅方向に並ぶ前記変調単位領域の幅方向における寸法が、列の端に向かうにつれて大きくなっていてもよい。
In the second aspect of the present invention, the modulation area is arranged such that each modulation area is arranged in a line or a plurality of lines on the modulation mask, and the width of the modulation mask inclined portion in each modulation area increases toward the end of the line. It may be.
In this case, in the modulation mask inclined portion, the number of the modulation unit regions arranged in the width direction of the modulation mask inclined portion may increase toward the end of the column.
Alternatively, in the modulation mask inclined part, the dimension in the width direction of the modulation unit regions arranged in the width direction of the modulation mask inclined part may increase toward the end of the column.
第2の本発明において、前記変調領域は、各変調領域が前記変調マスク上に一列もしくは複数列に並ぶよう配置され、各変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、列の端に向かうにつれて小さくなっていてもよい。
この場合、前記変調マスク傾斜部において、変調マスク傾斜部の幅方向に並ぶ前記変調単位領域の数が、列の端に向かうにつれて小さくなっていてもよい。
または、前記変調マスク傾斜部において、変調マスク傾斜部の幅方向に並ぶ前記変調単位領域の幅方向における寸法が、列の端に向かうにつれて小さくなっていてもよい。
In the second aspect of the present invention, the modulation areas are arranged such that each modulation area is arranged in a line or a plurality of lines on the modulation mask, and the width of the modulation mask inclined portion in each modulation area decreases toward the end of the line. It may be.
In this case, in the modulation mask inclined part, the number of the modulation unit regions arranged in the width direction of the modulation mask inclined part may become smaller toward the end of the column.
Alternatively, in the modulation mask inclined part, the dimension in the width direction of the modulation unit regions arranged in the width direction of the modulation mask inclined part may become smaller toward the end of the column.
第2の本発明において、前記第1変調単位領域の第1の変調量および前記第2変調単位領域の第2の変調量が、互いに180度の奇数倍だけ異なる所定の位相変調量となっていてもよい。この場合、前記変調マスク傾斜部において、各変調単位領域における前記第1変調単位領域の占有率と前記傾斜部第2変調領域の占有率との差が、変調マスク傾斜部の外方に向かうにつれて単調に減少する。 In the second aspect of the present invention, the first modulation amount in the first modulation unit region and the second modulation amount in the second modulation unit region are different from each other by a predetermined phase modulation amount that is an odd multiple of 180 degrees. May be. In this case, in the modulation mask inclined portion, the difference between the occupancy rate of the first modulation unit region and the occupancy rate of the inclined portion second modulation region in each modulation unit region is directed outward from the modulation mask inclined portion. Monotonously decreases.
第2の本発明において、前記第1変調単位領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含んでいてもよい。この場合、前記変調マスク傾斜部において、各変調単位領域における前記第1変調単位領域の占有率が、変調マスク傾斜部の外方に向かうにつれて単調に増加する。 In the second aspect of the present invention, the first modulation unit region may include a light shielding layer that shields light. In this case, in the modulation mask inclined portion, the occupation ratio of the first modulation unit region in each modulation unit region monotonously increases toward the outside of the modulation mask inclined portion.
第3の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成方法において、光を出射する光源を準備する工程と、光源の出射側に設けられた光変調手段により、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する工程と、を備え、前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外縁に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分と、前記傾斜部分の外縁に位置する周縁部分と、を含み、各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法である。 A third aspect of the present invention modulates light emitted from a light source, and irradiates the workpiece with the modulated light, whereby the workpiece has a plurality of tapers each having a penetrating portion or a bottom portion and a tapered portion. In the tapered hole forming method for forming a hole, a light source for emitting light is prepared, and light from the light source is modulated by a light modulation means provided on the light emitting side of the light source, and light is applied to the workpiece. The light modulation means includes a plurality of unit modulation means each having a modulation amount distribution corresponding to the tapered hole, and is modulated by each unit modulation means and irradiated onto the workpiece. Each of the light beams is unit gradation light having a light intensity distribution corresponding to the tapered hole, and each unit gradation light is irradiated to a region where the through-hole or bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece. Center portion to be positioned on the outer edge of the central portion In addition, the region where the tapered portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and the light intensity decreases as it goes outward, and the peripheral portion located at the outer edge of the inclined portion, A taper characterized in that the width of the inclined portion in one unit gradation light of each unit gradation light is different from the width of the inclined portion in at least one unit gradation light among the other unit gradation lights. This is a hole forming method.
第3の本発明によれば、各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっている。すなわち、各単位階調光が照射される位置に応じて、単位階調光における傾斜部分の幅を変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the third aspect of the present invention, the width of the inclined portion in one unit gradation light among the unit gradation lights is equal to the width of the inclined portion in at least one unit gradation light among the other unit gradation lights. Is different. That is, the width of the inclined portion in the unit gradation light can be changed according to the position where each unit gradation light is irradiated. Thereby, the taper angle of the tapered hole formed by irradiation of each unit gradation light can be made substantially the same regardless of the position where each unit gradation light is irradiated. As a result, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in the workpiece.
第4の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成方法において、光を出射する光源を準備する工程と、光源の出射側に設けられた変調マスクにより、光源からの光を変調する工程と、変調マスクの出射側に設けられた結像光学系により、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する工程と、を備え、前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部と、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置する変調マスク周縁部と、を含み、各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなり、前記変調マスク傾斜部の各変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加または減少しており、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法である。 A fourth aspect of the present invention modulates light emitted from a light source and irradiates the workpiece with the modulated light, whereby the workpiece has a plurality of tapers having a penetrating portion or a bottom portion and a tapered portion. In a tapered hole forming method for forming a hole, a step of preparing a light source that emits light, a step of modulating light from the light source by a modulation mask provided on the emission side of the light source, and a step provided on the emission side of the modulation mask And imaging the light modulated by the modulation mask by the imaging optical system, and irradiating the workpiece. The modulation mask has a plurality of modulation amount distributions each corresponding to a tapered hole. Each modulation region has a modulation mask central portion for modulating light irradiated to a region where a through-hole or a bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and an outer edge of the modulation mask central portion. Located on the work piece And a modulation mask inclined portion that modulates light irradiated to a region where the tapered portion of the tapered hole is formed, and a modulation mask peripheral portion located at an outer edge of the modulation mask inclined portion, and each modulation mask inclined portion includes: The radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is R = 0.61λ /, using the center wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system. When defined as NA, the modulation unit conversion region obtained by converting the modulation unit region into the imaging surface of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system. Each modulation unit region includes a first modulation unit region that modulates light with a first modulation amount and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount. Occupancy rate of the first modulation unit area in each modulation unit area The width of the slope of the modulation mask in one modulation region of each modulation region is monotonously increased or decreased toward the outside of the modulation region, and the modulation mask in at least one modulation region of the other modulation regions It is a taper hole forming method characterized by being different from the width of the inclined portion.
第4の本発明によれば、変調マスクの各変調領域は、変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部を含んでいる。各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、変調単位領域を結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅を、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と任意に異ならせることができる。従って、変調マスクの各変調領域により変調された後、被加工物に照射される各単位階調光の傾斜部分の幅を、各単位階調光が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, each modulation region of the modulation mask is located on the outer edge of the center portion of the modulation mask, and modulates the light irradiated to the region where the tapered portion of the tapered hole is formed in the workpiece. Includes mask slope. Each modulation mask inclined portion is composed of a plurality of modulation unit regions, and the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is determined using the center wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system. = 0.61λ / NA, the modulation unit conversion region obtained by converting the modulation unit region into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system. It has become. For this reason, the width of the modulation mask inclined portion in one modulation region of each modulation region can be arbitrarily different from the width of the modulation mask inclined portion in at least one modulation region of the other modulation regions. Accordingly, the width of the inclined portion of each unit gradation light irradiated on the workpiece after being modulated by each modulation area of the modulation mask is arbitrarily changed according to the position irradiated with each unit gradation light. Can do. Thereby, the taper angle of the tapered hole formed by irradiation of each unit gradation light can be made substantially the same regardless of the position where each unit gradation light is irradiated. As a result, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in the workpiece.
第5の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成する光変調手段において、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外縁に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分と、前記傾斜部分の外縁に位置する周縁部分と、を含み、各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっていることを特徴とする光変調手段である。 A fifth aspect of the present invention modulates light emitted from a light source and irradiates the workpiece with the modulated light, whereby the workpiece has a plurality of tapers each having a penetrating portion or a bottom portion and a tapered portion. The light modulating means for forming the hole has a plurality of unit modulating means each having a modulation amount distribution corresponding to the tapered hole, and the light that is modulated by each unit modulating means and irradiated to the workpiece is each tapered. A unit gradation light having a light intensity distribution corresponding to the hole, each unit gradation light is irradiated to a region where a through-hole or a bottom part of the tapered hole is formed in the workpiece, Located at the outer edge of the central portion, the inclined portion in which the tapered portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and the light intensity decreases toward the outside, and the outer edge of the inclined portion. The peripheral part, The width of the inclined portion in one unit gradation light among the unit gradation lights is different from the width of the inclined portion in at least one unit gradation light among the other unit gradation lights. Light modulation means.
第5の本発明によれば、各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっている。すなわち、各単位階調光が照射される位置に応じて、単位階調光における傾斜部分の幅を変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the width of the inclined portion in one unit gradation light among the unit gradation lights is equal to the width of the inclined portion in at least one unit gradation light among the other unit gradation lights. Is different. That is, the width of the inclined portion in the unit gradation light can be changed according to the position where each unit gradation light is irradiated. Thereby, the taper angle of the tapered hole formed by irradiation of each unit gradation light can be made substantially the same regardless of the position where each unit gradation light is irradiated. As a result, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in the workpiece.
第6の本発明は、光を出射する光源と、光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、の間に設けられ、光源からの光を変調するとともに、変調された光を結像光学系に向かって出射する変調マスクにおいて、前記結像光学系から前記被加工物に照射される光により、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴が形成され、変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部と、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置する変調マスク周縁部と、を含み、各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなり、前記変調マスク傾斜部の各変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加または減少しており、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と異なっていることを特徴とする変調マスクである。 A sixth aspect of the present invention is provided between a light source that emits light and an imaging optical system that forms an image of light and irradiates the workpiece, and modulates the light from the light source and modulates the light. In a modulation mask that emits light toward the imaging optical system, the workpiece has a plurality of penetrating portions or bottom portions, and a tapered portion by light irradiated on the workpiece from the imaging optical system. A taper hole is formed, and the modulation mask has a plurality of modulation regions each having a modulation amount distribution corresponding to the taper hole, and each modulation region has a through-hole or a bottom portion of the taper hole in the workpiece. A modulation mask that modulates the light irradiated to the region to be irradiated, and a modulation that modulates the light irradiated to the region where the tapered portion of the workpiece is formed at the outer edge of the modulation mask central portion. Mask inclination part and the modulation mask inclination Each of the modulation mask inclined portions is composed of a plurality of modulation unit regions, and the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is set to the center wavelength λ of the light. When R = 0.61λ / NA is defined using the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system, the modulation unit conversion area obtained by converting the modulation unit area into the imaging plane of the imaging optical system is The modulation unit region is smaller than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system in at least one direction. Each modulation unit region includes a first modulation unit region that modulates light by a first modulation amount, And the occupancy ratio of the first modulation unit area in each modulation unit area of the modulation mask inclined portion monotonously increases or decreases toward the outside of the modulation area. Change in one of the modulation areas. The width of the mask ramps, a modulation mask, characterized in that is different from the width of the modulation mask inclined portion in at least one of the modulation area of the other modulation area.
第6の本発明によれば、変調マスクの各変調領域は、変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部を含んでいる。各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、変調単位領域を結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅を、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と任意に異ならせることができる。従って、変調マスクの各変調領域により変調された後、被加工物に照射される各単位階調光の傾斜部分の幅を、各単位階調光が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, each modulation region of the modulation mask is located on the outer edge of the central portion of the modulation mask, and modulates light that irradiates the region where the tapered portion of the tapered hole is formed in the workpiece. Includes mask slope. Each modulation mask inclined portion is composed of a plurality of modulation unit regions, and the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is determined using the center wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system. = 0.61λ / NA, the modulation unit conversion region obtained by converting the modulation unit region into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system. It has become. For this reason, the width of the modulation mask inclined portion in one modulation region of each modulation region can be arbitrarily different from the width of the modulation mask inclined portion in at least one modulation region of the other modulation regions. Accordingly, the width of the inclined portion of each unit gradation light irradiated on the workpiece after being modulated by each modulation area of the modulation mask is arbitrarily changed according to the position irradiated with each unit gradation light. Can do. Thereby, the taper angle of the tapered hole formed by irradiation of each unit gradation light can be made substantially the same regardless of the position where each unit gradation light is irradiated. As a result, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in the workpiece.
第7の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置において、光を出射する光源と、光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する光変調手段と、を備え、前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外側に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される周縁部分と、を含み、各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置である。 The seventh aspect of the present invention modulates the light emitted from the light source and irradiates the workpiece with the modulated light, whereby the workpiece has a plurality of tapers having a penetrating portion or a bottom portion and a tapered portion. In a tapered hole forming apparatus for forming a hole, a light source that emits light, and a light modulation unit that is provided on an emission side of the light source and modulates the light from the light source and irradiates the workpiece with light. The light modulation means includes a plurality of unit modulation means each having a modulation amount distribution corresponding to a tapered hole, and the light that is modulated by each unit modulation means and applied to the workpiece is each a tapered hole. A unit gradation light having a light intensity distribution corresponding to the center gradation light, and each unit gradation light is irradiated to a region where a through-hole or a bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, Located outside the center part and on the workpiece And the peripheral portion irradiated to the peripheral region of the region where the tapered portion of the tapered hole is formed, and the light intensity of the central portion in one unit gradation light among each unit gradation light is the other unit The taper hole forming apparatus is characterized in that it differs from the light intensity of the central portion of at least one unit gradation light of gradation light.
第7の本発明によれば、各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっている。すなわち、各単位階調光が照射される位置に応じて、単位階調光における中央部分の光強度を変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the light intensity of the central portion of one unit gradation light among the unit gradation lights is the light of the central portion of at least one unit gradation light of the other unit gradation lights. It is different from strength. That is, the light intensity of the central portion of the unit gradation light can be changed according to the position where each unit gradation light is irradiated. Thereby, the taper angle of the tapered hole formed by irradiation of each unit gradation light can be made substantially the same regardless of the position where each unit gradation light is irradiated. As a result, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in the workpiece.
第7の本発明において、前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、各単位階調光における中央部分の光強度は、列の端に向かうにつれて小さくなっていてもよい。 In the seventh aspect of the present invention, the unit gradation light is irradiated to the workpiece so that each unit gradation light is arranged in one or a plurality of rows on the workpiece, and a central portion in each unit gradation light The light intensity may decrease as it goes toward the end of the row.
第7の本発明において、前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、各単位階調光における中央部分の光強度は、列の端に向かうにつれて大きくなっていてもよい。 In the seventh aspect of the present invention, the unit gradation light is irradiated to the workpiece so that each unit gradation light is arranged in one or a plurality of rows on the workpiece, and a central portion in each unit gradation light The light intensity of may increase as it goes to the end of the row.
第8の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成装置において、光を出射する光源と、光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して出射する変調マスクと、変調マスクの出射側に設けられ、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、を備え、前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外側に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される光を変調する変調マスク周縁部と、を含み、各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなり、各変調マスク中央部の変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されており、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率は、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置である。 The eighth aspect of the present invention modulates light emitted from a light source and irradiates the workpiece with the modulated light, whereby the workpiece has a plurality of tapers each having a penetrating portion or a bottom portion and a tapered portion. In a tapered hole forming apparatus for forming a hole, a light source that emits light, a modulation mask that is provided on the emission side of the light source and that modulates and emits light from the light source, and a modulation mask that is provided on the emission side of the modulation mask An imaging optical system that forms an image of the light modulated by irradiating and irradiating the workpiece, and the modulation mask has a plurality of modulation regions each having a modulation amount distribution corresponding to the tapered hole, Each modulation region is located at the center of the modulation mask that modulates the light applied to the region where the through-hole or bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and outside the center portion of the modulation mask. The taper part of the taper hole is formed at A modulation mask peripheral portion that modulates light irradiated to a peripheral region of the region to be irradiated, each modulation mask central portion comprising a plurality of modulation unit regions, and a radius of a point image distribution range of the imaging optical system When R is defined as R = 0.61λ / NA using the center wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system, the modulation unit region is defined as the imaging plane of the imaging optical system. The converted modulation unit conversion region is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system, and each modulation unit region has a first modulation for modulating light with a first modulation amount. The unit area and the second modulation unit area for modulating light with the second modulation amount, and the occupancy ratio of the first modulation unit area in the modulation unit area at the center of each modulation mask is set to a predetermined value. The modulation mass in one modulation region of each modulation region The taper hole formation is characterized in that the occupation ratio of the first modulation unit area in the central portion is different from the occupation ratio of the first modulation unit area in the central portion of the modulation mask in at least one of the other modulation areas Device.
第8の本発明によれば、変調マスクの各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部を含んでいる。各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、変調単位領域を結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。また、各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなっている。そして、各変調マスク中央部の変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されている。従って、変調マスクの各変調領域により変調された後、被加工物に照射される各単位階調光の中央部分の光強度を、各単位階調光が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the eighth aspect of the present invention, each modulation region of the modulation mask includes a modulation mask central portion that modulates light irradiated to a region where a through-hole or a bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece. . The central portion of each modulation mask is composed of a plurality of modulation unit regions, and the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is determined using the center wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system. = 0.61λ / NA, the modulation unit conversion region obtained by converting the modulation unit region into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system. It has become. Each modulation unit region includes a first modulation unit region that modulates light with a first modulation amount, and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount. The occupation ratio of the first modulation unit area in the modulation unit area at the center of each modulation mask is set to a predetermined value. Therefore, the light intensity of the central portion of each unit gradation light irradiated to the workpiece after being modulated by each modulation area of the modulation mask is arbitrarily changed according to the position where each unit gradation light is irradiated. be able to. Thereby, the taper angle of the tapered hole formed by irradiation of each unit gradation light can be made substantially the same regardless of the position where each unit gradation light is irradiated. As a result, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in the workpiece.
第8の本発明において、前記変調領域は、各変調領域が前記変調マスク上に一列もしくは複数列に並ぶよう配置され、各変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率は、列の端に向かうにつれて単調に増加または減少していてもよい。 In the eighth aspect of the present invention, the modulation areas are arranged such that each modulation area is arranged in a line or a plurality of lines on the modulation mask, and the occupancy ratio of the first modulation unit area at the center of the modulation mask in each modulation area is: It may be monotonously increasing or decreasing toward the end of the row.
第8の本発明において、前記第1変調単位領域の第1の変調量および前記第2変調単位領域の第2の変調量が、互いに180度の奇数倍だけ異なる所定の位相変調量となっていてもよい。
この場合、各変調領域の変調マスク中央部における第1変調単位領域の占有率と第2変調単位領域の占有率との差が、列の端に向かうにつれて単調に減少していてもよい。
または、各変調領域の変調マスク中央部における第1変調単位領域の占有率と第2変調単位領域の占有率との差が、列の端に向かうにつれて単調に増加していてもよい。
In the eighth aspect of the present invention, the first modulation amount in the first modulation unit region and the second modulation amount in the second modulation unit region are different from each other by a predetermined phase modulation amount that is an odd multiple of 180 degrees. May be.
In this case, the difference between the occupancy ratio of the first modulation unit area and the occupancy ratio of the second modulation unit area at the central portion of the modulation mask of each modulation area may decrease monotonously toward the end of the column.
Alternatively, the difference between the occupancy ratio of the first modulation unit area and the occupancy ratio of the second modulation unit area at the central portion of the modulation mask in each modulation area may increase monotonously toward the end of the column.
第8の本発明において、前記第1変調単位領域が、光を遮蔽する光遮蔽層を含んでいてもよい。
この場合、各変調領域の変調マスク中央部における第1変調単位領域の占有率が、列の端に向かうにつれて単調に増加していてもよい。
または、各変調領域の変調マスク中央部における第1変調単位領域の占有率が、列の端に向かうにつれて単調に減少していてもよい。
In the eighth invention, the first modulation unit region may include a light shielding layer for shielding light.
In this case, the occupation ratio of the first modulation unit region at the center of the modulation mask of each modulation region may increase monotonously toward the end of the column.
Alternatively, the occupancy ratio of the first modulation unit region in the central portion of the modulation mask of each modulation region may monotonously decrease toward the end of the column.
第9の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成方法において、光を出射する光源を準備する工程と、光源の出射側に設けられた光変調手段により、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する工程と、を備え、前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外側に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される周縁部分と、を含み、各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法である。 A ninth aspect of the present invention modulates light emitted from a light source and irradiates the workpiece with the modulated light, whereby the workpiece has a plurality of tapers each having a penetrating portion or a bottom portion and a tapered portion. In the tapered hole forming method for forming a hole, a light source for emitting light is prepared, and light from the light source is modulated by a light modulation means provided on the light emitting side of the light source, and light is applied to the workpiece. The light modulation means includes a plurality of unit modulation means each having a modulation amount distribution corresponding to the tapered hole, and is modulated by each unit modulation means and irradiated onto the workpiece. Each of the light beams is unit gradation light having a light intensity distribution corresponding to the tapered hole, and each unit gradation light is irradiated to a region where the through-hole or bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece. A central portion to be placed on the outside of the central portion And a peripheral portion irradiated to a peripheral region of the region where the tapered portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and light in a central portion of one unit gradation light among each unit gradation light The intensity is different from the light intensity of the central portion of at least one unit gradation light among the other unit gradation lights.
第9の本発明によれば、各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっている。すなわち、各単位階調光が照射される位置に応じて、単位階調光における中央部分の光強度を変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the light intensity of the central portion of one unit gradation light among the unit gradation lights is the light of the central portion of at least one unit gradation light of the other unit gradation lights. It is different from strength. That is, the light intensity of the central portion of the unit gradation light can be changed according to the position where each unit gradation light is irradiated. Thereby, the taper angle of the tapered hole formed by irradiation of each unit gradation light can be made substantially the same regardless of the position where each unit gradation light is irradiated. As a result, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in the workpiece.
第10の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成するテーパ穴形成方法において、光を出射する光源を準備する工程と、光源の出射側に設けられた変調マスクにより、光源からの光を変調する工程と、変調マスクの出射側に設けられた結像光学系により、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する工程と、を備え、前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外側に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される光を変調する変調マスク周縁部と、を含み、各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなり、各変調マスク中央部の変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されており、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率は、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法である。 A tenth aspect of the present invention modulates light emitted from a light source and irradiates the workpiece with the modulated light, whereby the workpiece has a plurality of tapers each having a penetrating portion or a bottom portion and a tapered portion. In a tapered hole forming method for forming a hole, a step of preparing a light source that emits light, a step of modulating light from the light source by a modulation mask provided on the emission side of the light source, and a step provided on the emission side of the modulation mask And imaging the light modulated by the modulation mask by the imaging optical system, and irradiating the workpiece. The modulation mask has a plurality of modulation amount distributions each corresponding to a tapered hole. Modulation regions, each modulation region having a modulation mask central portion that modulates light irradiated to a region where a through-hole or a bottom portion of a tapered hole is formed in the workpiece, and an outer side of the modulation mask central portion Located on the work piece A modulation mask peripheral portion that modulates light irradiated to the peripheral region of the region where the tapered portion of the tapered hole is formed, and each modulation mask central portion includes a plurality of modulation unit regions, and When the radius R of the point image distribution range of the image optical system is defined as R = 0.61λ / NA using the center wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system, the modulation unit region is The modulation unit conversion area converted into the imaging plane of the imaging optical system is smaller than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system in at least one direction. A first modulation unit region that modulates with a modulation amount of 1 and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount. The occupation ratio is set to a predetermined value for each modulation area. The occupation ratio of the first modulation unit area at the center of the modulation mask in one modulation area is different from the occupation ratio of the first modulation unit area at the center of the modulation mask in at least one of the other modulation areas. This is a method of forming a tapered hole.
第10の本発明によれば、変調マスクの各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部を含んでいる。各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、変調単位領域を結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。また、各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなっている。そして、各変調マスク中央部の変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されている。従って、変調マスクの各変調領域により変調された後、被加工物に照射される各単位階調光の中央部分の光強度を、各単位階調光が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the tenth aspect of the present invention, each modulation region of the modulation mask includes a modulation mask central portion that modulates light irradiated to a region where a through-hole or a bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece. . The central portion of each modulation mask is composed of a plurality of modulation unit regions, and the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is determined using the center wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system. = 0.61λ / NA, the modulation unit conversion region obtained by converting the modulation unit region into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system. It has become. Each modulation unit region includes a first modulation unit region that modulates light with a first modulation amount, and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount. The occupation ratio of the first modulation unit area in the modulation unit area at the center of each modulation mask is set to a predetermined value. Therefore, the light intensity of the central portion of each unit gradation light irradiated to the workpiece after being modulated by each modulation area of the modulation mask is arbitrarily changed according to the position where each unit gradation light is irradiated. be able to. Thereby, the taper angle of the tapered hole formed by irradiation of each unit gradation light can be made substantially the same regardless of the position where each unit gradation light is irradiated. As a result, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in the workpiece.
第11の本発明は、光源から出射された光を変調し、変調された光を被加工物に照射することにより、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴を形成する光変調手段において、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外側に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される周縁部分と、を含み、各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっていることを特徴とする光変調手段である。 The eleventh aspect of the present invention modulates the light emitted from the light source and irradiates the workpiece with the modulated light, whereby the workpiece has a plurality of tapers each having a penetrating portion or a bottom portion and a tapered portion. The light modulating means for forming the hole has a plurality of unit modulating means each having a modulation amount distribution corresponding to the tapered hole, and the light that is modulated by each unit modulating means and irradiated to the workpiece is each tapered. A unit gradation light having a light intensity distribution corresponding to the hole, each unit gradation light is irradiated to a region where a through-hole or a bottom part of the tapered hole is formed in the workpiece, A peripheral portion that is located outside the central portion and is irradiated to a peripheral region of a region where the tapered portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and one unit floor of each unit gradation light Light intensity at the center of dimming A light modulating means, characterized in that is different from the light intensity of the central part of at least one unit gray light of the other unit gray level light.
第11の本発明によれば、各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっている。すなわち、各単位階調光が照射される位置に応じて、単位階調光における中央部分の光強度を変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the eleventh aspect of the present invention, the light intensity of the central portion of one unit gradation light among the unit gradation lights is the light of the central portion of at least one unit gradation light among the other unit gradation lights. It is different from strength. That is, the light intensity of the central portion of the unit gradation light can be changed according to the position where each unit gradation light is irradiated. Thereby, the taper angle of the tapered hole formed by irradiation of each unit gradation light can be made substantially the same regardless of the position where each unit gradation light is irradiated. As a result, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in the workpiece.
第12の本発明は、光を出射する光源と、光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、の間に設けられ、光源からの光を変調するとともに、変調された光を結像光学系に向かって出射する変調マスクにおいて、前記結像光学系から前記被加工物に照射される光により、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴が形成され、変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外側に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される光を変調する変調マスク周縁部と、を含み、各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、前記結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなり、各変調マスク中央部の変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されており、各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率は、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率と異なっていることを特徴とする変調マスクである。 A twelfth aspect of the present invention is provided between a light source that emits light and an imaging optical system that images light and irradiates a workpiece, and modulates light from the light source and modulates the light. In a modulation mask that emits light toward the imaging optical system, the workpiece has a plurality of penetrating portions or bottom portions, and a tapered portion by light irradiated on the workpiece from the imaging optical system. A taper hole is formed, and the modulation mask has a plurality of modulation regions each having a modulation amount distribution corresponding to the taper hole, and each modulation region has a through-hole or a bottom portion of the taper hole in the workpiece. The light irradiated to the peripheral area of the modulation mask central portion for modulating the light irradiated to the region to be irradiated and the region where the tapered portion of the taper hole is formed in the workpiece, located outside the modulation mask central portion. A modulation mask peripheral portion for modulating The central portion of each modulation mask is composed of a plurality of modulation unit regions, and uses the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system, the center wavelength λ of light, and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system. When R = 0.61λ / NA is defined, the modulation unit conversion region obtained by converting the modulation unit region into the imaging surface of the imaging optical system is smaller than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system. Each modulation unit region is small in at least one direction, and each modulation unit region includes: a first modulation unit region that modulates light with a first modulation amount; and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount. Thus, the occupancy ratio of the first modulation unit area in the modulation unit area in the center of each modulation mask is set to a predetermined value, and the first modulation in the center of the modulation mask in one modulation area among the modulation areas. The unit area occupancy is at least of other modulation areas. One of it is modulated mask, characterized in that is different from the first occupation of the modulator unit area of the modulating mask central portion in the modulation region.
第12の本発明によれば、変調マスクの各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部を含んでいる。各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、変調単位領域を結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。また、各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなっている。そして、各変調マスク中央部の変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されている。従って、変調マスクの各変調領域により変調された後、被加工物に照射される各単位階調光の中央部分の光強度を、各単位階調光が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光の照射によって形成されるテーパ穴のテーパ角を、各単位階調光が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the twelfth aspect of the present invention, each modulation region of the modulation mask includes a modulation mask central portion that modulates light irradiated to a region where a through-hole or a bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece. . The central portion of each modulation mask is composed of a plurality of modulation unit regions, and the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is determined using the center wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system. = 0.61λ / NA, the modulation unit conversion region obtained by converting the modulation unit region into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system. It has become. Each modulation unit region includes a first modulation unit region that modulates light with a first modulation amount, and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount. The occupation ratio of the first modulation unit area in the modulation unit area at the center of each modulation mask is set to a predetermined value. Therefore, the light intensity of the central portion of each unit gradation light irradiated to the workpiece after being modulated by each modulation area of the modulation mask is arbitrarily changed according to the position where each unit gradation light is irradiated. be able to. Thereby, the taper angle of the tapered hole formed by irradiation of each unit gradation light can be made substantially the same regardless of the position where each unit gradation light is irradiated. As a result, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in the workpiece.
本発明によれば、被加工物に、略同一のテーパ角を有する複数のテーパ穴を同時に形成することができる。 According to the present invention, a plurality of tapered holes having substantially the same taper angle can be simultaneously formed in a workpiece.
第1の実施の形態
以下、図1乃至図26を参照して、本発明の第1の実施の形態について説明する。
はじめに、図2を参照して、本実施の形態におけるテーパ穴形成装置10からの光が照射される被加工物18、および、被加工物18に形成されるテーパ穴20について説明する。
First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, with reference to FIG. 2, the
(被加工物およびテーパ穴)
本実施の形態においては、テーパ穴形成装置10からの光を被加工物18に照射することにより、一列に並ぶ複数のテーパ穴20が形成される。例えば図2に示すように、一列に並ぶ18個のテーパ穴20(a)〜20(s)が被加工物18に形成される。ここで図2に示すように、一列に並ぶ一群のテーパ穴20のうち、一群の端部に位置するテーパ穴がテーパ穴20(a)となっており、一群の中央部に位置するテーパ穴がテーパ穴20(i)となっている。また、テーパ穴20(a)とテーパ穴20(i)の中間部に位置するテーパ穴がテーパ穴(e)となっている。なお各テーパ穴20は、各テーパ穴20に対応する光強度分布を各々有する単位階調光(後述)をテーパ穴形成装置10から被加工物18に照射することにより形成される
(Workpiece and tapered hole)
In the present embodiment, the
次に図3(a)(b)を参照して、テーパ穴20の形状についてより詳細に説明する。図3(a)(b)に示すように、被加工物18に形成されるテーパ穴20は、貫通部20aと、テーパ穴20の基端部20dから先端部20cに向って貫通部20aが先細となるよう傾斜した面からなるテーパ部20bとを有している。ここでテーパ部20bの傾斜角度(テーパ角)は、図3(b)に示すように角度φとなっている。なおテーパ穴形成装置10からの光は、テーパ穴20の基端部20d側から照射される。
Next, the shape of the
テーパ穴20の直径cおよびテーパ角φの値が特に限られることはなく、テーパ穴20の用途に応じて適宜設定される。また、テーパ穴20の深さ(被加工物18の厚み)も、テーパ穴20の用途に応じて適宜設定される。
The values of the diameter c and the taper angle φ of the tapered
被加工物18の材料としては、加工性および物理的安定性の良い材料が用いられる。例えば被加工物18を加工してインクジェットヘッドのノズルを製造する場合、被加工物18としてポリイミドなどが用いられる。なお、図示はしないが、被加工物18中に、シリカや炭酸カルシウムの粒子などからなるフィラーが添加されていてもよい。そのようなフィラーを添加することにより、被加工物18同士の滑りを良くすることができ、これによって、被加工物18にテーパ穴20を形成する際の作業性などを向上させることができる。
As the material of the
(単位階調光)
次に図4を参照して、テーパ穴形成装置10から被加工物18に照射される光であって、各テーパ穴20に対応する光強度分布を有する単位階調光50について説明する。図4に示すように、単位階調光50は、被加工物18においてテーパ穴20の貫通部20aが形成されるべき領域に照射される中央部分51と、中央部分51の外縁に位置するとともに、被加工物18においてテーパ穴20のテーパ部20bが形成されるべき領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分52と、傾斜部分52の外縁に位置する周縁部分53と、を含んでいる。
(Unit gradation light)
Next, with reference to FIG. 4, the unit gradation light 50 that is the light emitted from the tapered
このうち単位階調光50の中央部分51の光強度Pは、被加工物18を所望の速度で加工するよう、被加工物18のアブレーション閾値よりも十分に高い値に設定されている。また、単位階調光50の周縁部分53の光強度P’は、被加工物18のうち単位階調光50の周縁部分53が照射される領域が加工されないよう、被加工物18のアブレーション閾値よりも低い値に設定されている。そして、単位階調光50の傾斜部分52の光強度は、外方に向かうにつれて光強度Pから光強度P’へ単調に減少するよう設定されている。
Of these, the light intensity P of the
なおレーザ光を用いた加工においては、単位階調光50における最大の光強度Pを有する光(中央部分51)が照射された領域のうちの一部が、テーパ穴20の貫通部20aではなくテーパ部20bとなる場合がある。本発明において、単位階調光50の中央部分51とは、図4に示すように、テーパ穴20の貫通部20aが形成されるべき領域に照射される光と同一の光強度Pを有するとともに、当該光に隣接している光を含む概念とする。
In the processing using laser light, a part of the region irradiated with light having the maximum light intensity P in the unit gradation light 50 (center portion 51) is not the through
(テーパ角と単位階調光との基本的な関係)
次に、被加工物18に形成されるテーパ穴20のテーパ角φと、被加工物18に照射される単位階調光50との基本的な関係について説明する。なお「基本的な関係」とは、被加工物18に1個のテーパ穴20のみが形成される場合に、テーパ角φと単位階調光50との間に成立する関係のことである。
(Basic relationship between taper angle and unit gradation light)
Next, the basic relationship between the taper angle φ of the tapered
図4から明らかなように、テーパ穴20のうち単位階調光50の傾斜部分52が照射される領域は、傾斜部分52における光強度の傾斜(勾配)に対応する傾斜(勾配)を有するテーパ部20bとなる。すなわち、単位階調光50の傾斜部分52の幅wと、テーパ穴20のテーパ角φとの間には、一定の関係が成立している。なお「傾斜部分52の幅w」とは、傾斜部分52の光強度の傾斜方向における、傾斜部分52の寸法のことである。傾斜部分52の輪郭が円形の場合、光強度の傾斜方向は半径方向に一致している。
As is apparent from FIG. 4, the region of the tapered
一方、上述のように、単位階調光50の中央部分51の光強度Pと、テーパ穴20のテーパ角φとの間にも、一定の関係が成立している(図48(a)参照)。すなわち被加工物18に1個のテーパ穴20のみが形成される場合、テーパ穴20のテーパ角φは、単位階調光50の傾斜部分52の幅wに基づいて算出される角度φ1と、単位階調光50の中央部分51の光強度Pに基づいて算出される角度φ2の両方に基づいて決定されると考えられる。
On the other hand, as described above, a certain relationship is also established between the light intensity P of the
図5に、単位階調光50の傾斜部分52の幅wと、当該単位階調光50により形成されるテーパ穴20のテーパ角φとの関係の一例を実線で示す。図5においては、横軸が単位階調光50の傾斜部分52の幅wとなっており、縦軸がテーパ穴20のテーパ角φとなっている。
FIG. 5 shows, as a solid line, an example of the relationship between the width w of the
この場合、切片の値、すなわち傾斜部分52の幅wがゼロである場合のテーパ角φの値が、単位階調光50の中央部分51の光強度Pに基づいて算出される角度φ2となっている。また、傾斜部分52の幅wが大きくなるにつれて、テーパ穴20のテーパ角φも大きくなっており、例えば両者の関係は以下の[数1]により表される。
[数1]に示すように、単位階調光50の中央部分51の光強度P、または単位階調光50の傾斜部分52の幅wを適切に設定することにより、テーパ穴20のテーパ角φを任意に調整することが可能であるといえる。
In this case, the value of the intercept, that is, the value of the taper angle φ when the width w of the
As shown in [Equation 1], the taper angle of the tapered
(複数のテーパ穴が同時に形成される場合のテーパ角)
ところで、被加工物18に複数のテーパ穴20が同時に形成される場合、テーパ穴形成装置10から出射される各単位階調光50が互いに同一の光であったとしても、課題の欄で述べたように、テーパ穴形成領域の位置に応じて、被加工物18に照射される際の単位階調光50の強度が異なることが考えられる。例えば、各テーパ穴20間の距離が小さい場合、一のテーパ穴20において発生した飛散物が、他のテーパ穴20にまで到達することがある。この場合、一列に並ぶ一群のテーパ穴20のうち、一群の中央部に位置するテーパ穴20(i)は、一群の端部に位置するテーパ穴20(a)に比べて、他のテーパ穴20からの飛散物の影響をより多く受けることになる。
(Taper angle when multiple tapered holes are formed simultaneously)
By the way, when the plurality of tapered
図6(a)(b)(c)は、中央部分51の光強度Pおよび傾斜部分52の幅wが一律である単位階調光50(a),50(e),50(i)が照射された場合に、被加工物18に形成されるテーパ穴20(a),20(e),20(i)の一例を示す図である。この場合、中央部のテーパ穴20(i)は、中間部のテーパ穴20(e)または端部のテーパ穴20(a)に比べて、周辺のテーパ穴20からの飛散物の影響を多く受ける。また、中間部のテーパ穴20(e)は、端部のテーパ穴20(a)に比べて、周辺のテーパ穴20からの飛散物の影響を多く受ける。このため、中央部のテーパ穴20(i)のテーパ角φ(i)は、中間部のテーパ穴20(e)のテーパ角φ(e)よりも大きくなっている。また、中間部のテーパ穴20(e)のテーパ角φ(e)は、端部のテーパ穴20(a)のテーパ角φ(a)よりも大きくなっている。
この場合、端部のテーパ穴20(a)におけるテーパ角φ(a)と傾斜部分52の幅wとの間の関係が、図5に示す実線により表されているとすると、中間部のテーパ穴20(e)に関しては、テーパ角φ(e)と傾斜部分52の幅wとの間の関係が図5において一点鎖線で示される関係にシフトするといえる。中央部のテーパ穴20(i)に関しては、テーパ角φ(i)と傾斜部分52の幅wとの間の関係が図5において二点鎖線で示される関係にシフトするといえる。
6A, 6B, and 6C show unit gradation lights 50 (a), 50 (e), and 50 (i) in which the light intensity P of the
In this case, assuming that the relationship between the taper angle φ (a) in the tapered hole 20 (a) at the end and the width w of the
図7(a)は、図6(a)(b)(c)に示す例において、各単位階調光50における傾斜部分52の幅wを示すグラフであり、図7(b)は、図6(a)(b)(c)に示す例において、形成されるテーパ穴20のテーパ角φを示すグラフである。図7(b)に示すように、テーパ穴形成領域の位置に応じて、形成されるテーパ穴20のテーパ角φが異なってしまっている。このように、中央部分51の光強度Pおよび傾斜部分52の幅wが各単位階調光50において一律の値である場合、形成される複数のテーパ穴20のテーパ角φの大きさを揃えるのは困難であるといえる。
FIG. 7A is a graph showing the width w of the
(本実施の形態の特徴)
ここで上述のように、テーパ穴20のテーパ角φは、単位階調光50の中央部分51の光強度P、または単位階調光50の傾斜部分52の幅wに応じて変化するものである。本実施の形態においては、テーパ角φのこのような特性を利用して、テーパ穴形成領域の位置に応じて単位階調光50の傾斜部分52の幅wを適宜調整することにより、形成される複数のテーパ穴20のテーパ角φの大きさを全て略同一に揃えることを目的とする。
(Features of this embodiment)
Here, as described above, the taper angle φ of the tapered
例えば、各テーパ穴20間の距離が小さい場合を考える。この場合、形成されるテーパ穴20のテーパ角φが、単位階調光50の中央部分51の光強度P、および単位階調光50の傾斜部分52の幅wから想定される値から逸脱する主要因として、図6に示したように、アブレーションの際の飛散物の影響が考えられる。この場合、各単位階調光50における傾斜部分52の幅wを、一列に並ぶテーパ穴20の端に向かうにつれて大きくすることにより(言い換えると、一列に並ぶテーパ穴20の中央に向かうにつれて小さくすることにより)、形成されるテーパ穴20のテーパ角φを略同一にすることができると考えられる。すなわち本実施の形態においては、図8(a)(b)(c)に示すように、端部のテーパ穴20(a)に照射される単位階調光50の傾斜部分52の幅w(a)が、中間部のテーパ穴20(e)に照射される単位階調光50の傾斜部分52の幅w(e)よりも大きくなるよう設定される。また、中間部のテーパ穴20(e)に照射される単位階調光50の傾斜部分52の幅w(e)が、中央部のテーパ穴20(i)に照射される単位階調光50の傾斜部分52の幅w(i)よりも大きくなるよう設定される。
For example, consider a case where the distance between the
図9(a)は、図8(a)(b)(c)に示す例において、各単位階調光50における傾斜部分52の幅wを示すグラフであり、図9(b)は、図8(a)(b)(c)に示す例において、形成されるテーパ穴20のテーパ角φを示すグラフである。このように、テーパ穴形成領域の位置に応じて、各単位階調光50における傾斜部分52の幅wを適宜調整することにより、形成される複数のテーパ穴20のテーパ角φを略同一にすることができる。この場合、傾斜部分52の幅wの調整量は、図5に示す関係に応じて適宜設定される。例えば、図5に示すように、中央部のテーパ穴20(i)においては、飛散量の影響によるテーパ角φのシフト量がΔφ(i)である場合、端部のテーパ穴20(a)に比べてΔw(i)だけ小さくなるよう傾斜部分52の幅wが設定される。
FIG. 9A is a graph showing the width w of the
なお図9(a)においては、各単位階調光50における傾斜部分52の幅wが、テーパ穴形成領域の位置に応じて連続的に調整される例を示した。しかしながら、常に連続的に傾斜部分52の幅wが調整される必要はなく、図10に示すように、傾斜部分52の幅wが離散的に調整されてもよい。このような離散的な調整の場合であっても、傾斜部分52の幅wが調整されない場合に比べて、形成される複数のテーパ穴20のテーパ角φの大きさを揃えることができ、有利である。
FIG. 9A shows an example in which the width w of the
(テーパ穴形成装置)
次に、テーパ穴20の位置に応じて傾斜部分52の幅wが調整可能な単位階調光50を生成するためのテーパ穴形成装置10について説明する。はじめに図1を参照して、テーパ穴形成装置10全体について説明する。
(Taper hole forming device)
Next, the tapered
図1に示すように、テーパ穴形成装置10は、被加工物18を載置する載置台19と、光を出射するマスク照明系(光源)11と、マスク照明系11の出射側に設けられ、マスク照明系11からの光を変調して出射する変調マスク21と、変調マスク21の出射側に設けられ、変調マスク21により変調された光を結像して、略円形の等強度線を有する光を被加工物18に照射する結像光学系17と、を備えている。このうち変調マスク21と結像光学系17とにより、光変調手段15が構成されている。
As shown in FIG. 1, the taper
マスク照明系11は、パルス状のレーザ光を出射するレーザ光源12と、レーザ光源12からのレーザ光の光強度分布を均一化する照明光学系13とを有している。具体的には、レーザ光源12は、308nmの波長を有する光を供給するXeClエキシマレーザ光源12からなる。また照明光学系13は、レーザ光源12からの光の面内強度分布を均一化するとともに、照明光学系13から変調マスク21に入射される光の入射角度分布を均一化するものであり、フライアイレンズ(図示せず)と、コンデンサ光学系(図示せず)とを有している。
The
変調マスク21は、前述のとおり、マスク照明系11の出射側に設けられ、マスク照明系11からの光を変調して出射するものである。詳細については後述する。
As described above, the
変調マスク21において変調されたレーザ光は、変調マスク21の出射側に設けられた結像光学系17に入射される。結像光学系17は、変調マスク21により変調された光を結像して被加工物18に照射するものであり、図1に示すように、凸レンズ17aと、凸レンズ17bと、両レンズ17a、17bの間に設けられた開口絞り17cとを有している。なお開口絞り17cの開口部17kの大きさは、実質的に結像光学系17の像側開口数NAに対応している。後述するように、当該開口部17kの大きさは、被加工物18において所要の光強度分布を発生させるように設定されている。
The laser light modulated by the
結像光学系17により結像されたレーザ光は、被加工物18に照射される。被加工物18は、変調マスク21と光学的に共役な面、すなわち結像光学系17の後述する結像面17f上に配置されている。
The laser beam imaged by the imaging
(変調マスク)
次に、図11乃至図15を参照して、本実施の形態における変調マスク21について説明する。変調マスク21は、平板状の形状を有し、その平面部とレーザ光の入射および出射方向とが直交するよう配置されている。また図11(a)に示すように、変調マスク21は、テーパ穴20の輪郭に対応する円形の輪郭からなる複数の変調領域(単位変調手段)22と、各変調領域22間を埋めるよう形成された非変調領域23と、を有している。図11(a)に示すように、複数の変調領域22は、被加工物18に形成されるテーパ穴20(a)〜20(s)にそれぞれ対応する変調量分布を有する変調領域22(a)〜22(s)からなっている。
(Modulation mask)
Next, the
(非変調領域)
非変調領域23は、非変調領域23に入射した光を遮蔽するよう構成されている。具体的には、図11(b)に示すように、非変調領域23は、変調マスク本体部21aと、変調マスク本体部21a上に設けられた光遮蔽層21bと、を含んでいる。光遮蔽層21bは、光を透過させない材料から形成されている。このため、照明光学系13から変調マスク21の非変調領域23に入射した光は、結像光学系17側から取り出されることなく、光遮蔽層21bによって遮蔽される。
(Non-modulation area)
The
光遮蔽層21bの光透過率は、非変調領域23を通って被加工物18に照射される光の強度が被加工物18のアブレーション閾値を超えないよう適宜選択される。例えば、光遮蔽層21bの光透過率は0.00001以下となっており、好ましくは0となっている。光遮蔽層21bの材料としては、所望の光透過率を実現することができる材料を適宜用いることができ、例えば、クロム、アルミニウム、シリコン酸化物または誘電体多層膜など様々な遮光材料を用いることができる。
The light transmittance of the
(変調領域)
次に、変調マスク21の変調領域22について、図12乃至図15を参照して詳細に説明する。なお各変調領域22(a)〜22(s)は、後述する変調マスク傾斜部の幅が異なるのみであり、その他の構造は略同一となっている。
(Modulation area)
Next, the
図12に示すように、変調領域22は、被加工物18においてテーパ穴20の貫通部20aが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部34と、変調マスク中央部34の外縁に位置し、被加工物18においてテーパ穴20のテーパ部20bが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部32と、変調マスク傾斜部32の外縁に位置する変調マスク周縁部33と、を含んでいる。
As shown in FIG. 12, the
(変調マスク傾斜部)
はじめに変調マスク傾斜部32について説明する。図12に示すように、変調領域22の変調マスク傾斜部32は、光を第1の位相変調量(第1の変調量)で変調する多数の第1位相変調単位領域(第1変調単位領域)25aと、各第1位相変調単位領域25aを埋めるよう形成され、光を第2の位相変調量(第2の変調量)で変調する第2位相変調単位領域(第2変調単位領域)25bと、を有している。図12における横方向をx方向とし、x方向に直交する方向であって、図12における縦方向をy方向とした場合、各第1位相変調単位領域25aは、図12に示すように、x方向に延びる一対のx方向側縁28aと、y方向に延びる一対のy方向側縁28bと、を有している。後述するように、全ての第1位相変調単位領域25aを構成する側縁を、x方向およびy方向のいずれかの方向にのみ延びる側縁(x方向側縁28aまたはy方向側縁28b)によって構成することにより、変調領域22の作製を容易化することができる。
(Modulation mask slope)
First, the modulation mask inclined
ここで、各第1位相変調単位領域25aは、図12および図13に示すように、所定の円周方向線27上において周期的に並んでいる。また、同一の円周方向線27上に並ぶ各第1位相変調単位領域25aの面積は同一となっている。さらに、第1位相変調単位領域25aの面積は、変調領域22の変調マスク傾斜部32の半径方向における外側(変調領域22の外方)に向かうにつれて単調に増加している。このため、第1位相変調単位領域25aの占有率が、変調領域22外方に向かうにつれて単調に増加している。ここで第1位相変調単位領域25aの占有率とは、後述するように、変調領域22の変調マスク傾斜部32を、所定の面積を有するとともに、各々が1つの第1位相変調単位領域25aを含む複数の変調単位領域に区画した場合の、変調単位領域の面積に対する第1位相変調単位領域25aの面積率のことである。
Here, as shown in FIGS. 12 and 13, the first phase
本発明においては、このように半径方向に沿って第1位相変調単位領域25aの占有率が変化する領域が、変調マスク傾斜部32となっている。より具体的には、第1位相変調単位領域25aの占有率の値が、変調マスク周縁部33における第1位相変調単位領域の占有率の値と、変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域の占有率の値と、の間の値になっている変調単位領域から構成される領域が、変調マスク傾斜部32となっている。
In the present invention, the region where the occupation ratio of the first phase
次に、各第1位相変調単位領域25aの具体的な配置パターンについて説明する。図12に示すように、変調マスク傾斜部32内に、円環状に設けられた複数の仮想的な円周方向線27を考える。この場合、各第1位相変調単位領域25aは、円周方向線27に沿って設けられている。具体的には、各第1位相変調単位領域25aは、その中心が円周方向線27上に位置するよう配置されている。
Next, a specific arrangement pattern of each first phase
図13を参照して、各第1位相変調単位領域25aの配置パターンについてより詳細に説明する。図13は、図12の変調領域22において枠XIIIで囲まれた部分を拡大して示す図である。図13に示すように、第1位相変調単位領域25aが配置された円環状の各円周方向線27間の半径方向距離L1は、略一定となっている。また図13に示すように、同一円周方向線27上で隣り合う2つの第1位相変調単位領域25aの中心間の円周方向距離L2は、略一定となっている。また、図13に示すように、同一の円周方向線27上に配置された第1位相変調単位領域25a間だけではなく、すべての同一円周方向線27上に配置された第1位相変調単位領域25a間において、上記中心間の円周方向距離L2が略一定となっている。このことにより、所定の円周方向線27上において周期的に並ぶよう、第1位相変調単位領域25aを配置することが可能となる。
With reference to FIG. 13, the arrangement pattern of each first phase
次に、上述の半径方向距離L1および円周方向距離L2について説明する。結像光学系17の点像分布範囲の半径Rを、レーザ光源12からの光の中心波長λ、結像光学系17の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、半径方向距離L1および円周方向距離L2をそれぞれ結像光学系17の結像面17fに換算した距離のうち少なくとも一方がRよりも小さくなるよう、半径方向距離L1および円周方向距離L2が設定されている。ここで、「半径方向距離L1および円周方向距離L2をそれぞれ結像光学系17の結像面17fに換算した距離」とは、変調マスク21における半径方向距離L1および円周方向距離L2に、結像光学系17の倍率をそれぞれ掛けた値のことである。
Next, a description will be given radial distance L 1 and the circumferential distance L 2 above. The radius R of the point image distribution range of the imaging
次に、図14を参照して、第1位相変調単位領域25aの占有率について説明する。はじめに、図14において点線で示すように、変調マスク傾斜部32を、所定の面積を有するとともに、各々が1つの第1位相変調単位領域25aを含む複数の変調単位領域24eに区画する。
変調単位領域24eを画定する図14の点線は、例えば、隣接する2つの円周方向線27間の中間点に沿って延びる円周方向の線と、円周方向線27上で隣り合う2つの第1位相変調単位領域25aの中心を結ぶ線に直交するよう延びる半径方向の線と、からなっている。このようにして図14に示す点線を描くことにより、変調マスク傾斜部32を、所定の面積を有するとともに、各々が1つの第1位相変調単位領域25aを含む複数の変調単位領域24eに区画することができる。ここで、各変調単位領域24eを長方形で近似した場合、この長方形の長さはほぼL1,L2に等しい。従って、各変調単位領域24eを結像光学系17の結像面17fに換算した変調単位換算領域は、上述の結像光学系17の点像分布範囲の半径Rよりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。
Next, the occupation ratio of the first phase
The dotted lines in FIG. 14 that define the
図14に示すように、各変調単位領域24eは、1つの第1位相変調単位領域25aと、第1位相変調単位領域25aを取り囲む第2位相変調単位領域25bと、からなっている。図12乃至図14に示す変調マスク傾斜部32において、各第1位相変調単位領域25aの面積は、半径方向における外側(変調領域22の外方)に向かうにつれて単調に増加している。このため、第1位相変調単位領域25aの占有率は、変調領域22の外方に向かうにつれて単調に増加している。後述するように、変調マスク21の変調領域22の変調マスク傾斜部32により位相変調され出射された光は、結像光学系17の結像面に、各変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域25aの占有率に基づく光強度分布を生成する。このため、変調マスク傾斜部32により位相変調され出射された光は、結像光学系17の結像面に、外方に向かうにつれて低下する光強度分布を生成する。
As shown in FIG. 14, each
このような変調マスク傾斜部32において、その幅が符号zで表されている(図12および図13参照)。ここで「変調マスク傾斜部32の幅z」とは、第1位相変調単位領域25aの占有率が変化する方向(占有率の傾斜方向)における変調マスク傾斜部32の幅のことである。変調マスク傾斜部32の輪郭が円形の場合、占有率が変化する方向は半径方向に一致している。
In such a modulation mask inclined
次に、図15を参照して、変調マスク傾斜部32の第1位相変調単位領域25aおよび第2位相変調単位領域25bの構造について説明する。図15は、図14の変調領域22をXV−XV方向から見た断面を示す図である。図15に示すように、変調マスク傾斜部32において、変調マスク本体部21aは、その表面に凹凸を有している。変調マスク本体部21aは、光を透過させる材料、例えば屈折率nの石英ガラスから形成されている。
Next, the structure of the first phase
図15に示すように、第1位相変調単位領域25aに対応する領域における変調マスク本体部21aの高さと、第2位相変調単位領域25bに対応する領域における変調マスク本体部21aの高さとは異なっている。ここで、高さの差をΔhとし、空気の屈折率を1とすると、変調マスク傾斜部32において、第1位相変調単位領域25aにおける変調マスク21の入射面から出射面までの光学距離と、第2位相変調単位領域25bにおける変調マスク21の入射面から出射面までの光学距離との差は、Δh×(n−1)になる。
As shown in FIG. 15, the height of the modulation mask
本実施の形態においては、前記の光学距離の差Δh×(n−1)が{λ/2}の奇数倍となるよう、すなわち、第1位相変調単位領域25aにおける位相変調量と第2位相変調単位領域25bにおける位相変調量との差が180度の奇数倍となるよう、Δhが設定されている。例えば、マスク照明系11から出射されるレーザ光の中心波長λが308nm、変調マスク本体部21aを形成する石英ガラスの屈折率nが1.49の場合、Δhが317nmとなるよう変調マスク本体部21aの表面の凹凸形状が設計されている。
In the present embodiment, the optical distance difference Δh × (n−1) is an odd multiple of {λ / 2}, that is, the phase modulation amount and the second phase in the first phase
(変調マスク周縁部)
次に変調マスク周縁部33について説明する。図12に示すように、変調マスク周縁部33は、光を第1の位相変調量で変調する多数の第1位相変調単位領域45aと、各第1位相変調単位領域45a間に形成され、光を第2の位相変調量で変調する多数の第2位相変調単位領域45bと、を有している。図12に示すように、第1位相変調単位領域45aおよび第2位相変調単位領域45bは、それぞれリング状の形状を有している。第1位相変調単位領域45aおよび第2位相変調単位領域45bは、変調領域22を平面図で示した場合の形状および配置パターンが異なるのみであり、その他の構成は、変調マスク傾斜部32における第1位相変調単位領域25aおよび第2位相変調単位領域25bと略同一となっている。
(Modulation mask edge)
Next, the modulation mask
第1位相変調単位領域45aの形状および配置パターンについてより詳細に説明する。図12に示すように、各第1位相変調単位領域45aは、半径方向に多列に並べられるとともに各々が円環状に延びるよう形成されている。具体的には、各第1位相変調単位領域45aは、変調マスク周縁部33内に仮想的に設けられた複数の仮想的な円周方向線27を半径方向に均等に覆うよう形成されている。このことにより、円周方向線27に沿って見た場合の第1位相変調単位領域45aの占有率(後述)を略一定とすることができる。
The shape and arrangement pattern of the first phase
次に、図13を参照して、第1位相変調単位領域45aの配置パターンについてより詳細に説明する。図13に示すように、隣り合う2つの第1位相変調単位領域45aの半径方向距離L1(隣り合う2つの円周方向線27間の半径方向距離)は、略一定となっている。ここで、結像光学系17の点像分布範囲の半径Rを、レーザ光源12からの光の中心波長λ、結像光学系17の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、隣り合う2つの第1位相変調単位領域45aの半径方向距離L1をそれぞれ結像光学系17の結像面17fに換算した距離は、結像光学系17の点像分布範囲の半径Rよりも小さくなっている。ここで、「半径方向距離L1を結像光学系17の結像面17fに換算した距離」とは、変調マスク21における半径方向距離L1に、結像光学系17の倍率を掛けた値のことである。
Next, the arrangement pattern of the first phase
次に、図14を参照して、第1位相変調単位領域45aの占有率について説明する。はじめに、図14において点線で示すように、変調マスク周縁部33を、所定の面積を有するとともに、各々が1つの第1位相変調単位領域45aを半径方向に横切る複数の変調単位領域24eに区画する。
図14の点線は、例えば、変調マスク傾斜部32における変調単位領域24eの面積および形状と、変調マスク周縁部33における変調単位領域24eの面積および形状とが略同一となるよう描かれた点線からなっている。このようにして図14に示す点線を描くことにより、変調マスク周縁部33を、所定の面積を有するとともに、各々が1つの第1位相変調単位領域45aを半径方向に横切る複数の変調単位領域24eに区画することができる。この場合、第1位相変調単位領域45aの占有率は、各変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域45aの面積率として定義される。
Next, the occupation ratio of the first phase
The dotted line in FIG. 14 is, for example, from a dotted line drawn so that the area and shape of the
ここで、各変調単位領域24eを長方形で近似した場合、この長方形の一辺の長さはほぼL1に等しい。従って、各変調単位領域24eを結像光学系17の結像面17fに換算した変調単位換算領域は、上述の結像光学系17の点像分布範囲の半径Rよりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、変調マスク周縁部33により変調されて被加工物18に照射される光は、第1位相変調単位領域45aの占有率に基づいた強度分布を有することになる。ここで変調マスク周縁部33において、第1位相変調単位領域45aの占有率は全域にわたって約0.5となっている。このため後述するように、変調マスク周縁部33により位相変調され出射された光は、結像光学系17の結像面に、ほぼゼロの光強度分布を生成する。
Here, when approximating the respective
(変調マスク中央部)
次に変調マスク中央部34について説明する。変調マスク中央部34は、被加工物18のうちテーパ穴20の貫通部20aが形成される領域に照射される光を変調するものである。図12に示すように、変調マスク中央部34は、光を第2の位相変調量で変調する第2位相変調単位領域25bのみからなっている。従って、変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの占有率はゼロとなっている。
(Center of modulation mask)
Next, the modulation
(光強度分布の生成原理)
次に、図16および図17を参照して、変調マスク21の変調領域22により位相変調され出射された光が、結像光学系17の結像面に、各変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域25a,45aの占有率に基づく光強度分布を生成する原理について説明する。
(Generation principle of light intensity distribution)
Next, referring to FIG. 16 and FIG. 17, the light phase-modulated by the
はじめに、レーザ光の強度とアブレーション深さとの関係について説明する。被加工物18に照射されるレーザ光の強度と、被加工物18のうちアブレーションにより除去される部分の深さ(アブレーションレート)との間には、一般に[数2]の関係式が成り立つことが知られている。
[数2]により明らかなように、アブレーションレートdはレーザ光のエネルギー密度Iに依存する。また、レーザ光照射を複数回繰り返した場合、被加工物18のうちレーザ光照射によって除去される部分の深さの合計は、レーザ光の照射回数に比例することが知られている。従って、被加工物18に照射されるレーザ光のエネルギー密度Iを被加工物18の場所に応じて任意に設定することにより、被加工物18を任意の形状に加工することが可能となる。
As is apparent from [Equation 2], the ablation rate d depends on the energy density I of the laser beam. In addition, when laser light irradiation is repeated a plurality of times, it is known that the total depth of the portion of the
次に、結像光学系17における物体面(変調マスク21)と結像面17f(被加工物18)との関係について説明する。
Next, the relationship between the object plane (modulation mask 21) and the
結像光学系17における物体面分布と結像面分布の関係は、一般にフーリエ結像論により扱うことができる。また、コヒーレンスファクタが0.5程度以下の場合は、コヒーレント結像として近似できる。この場合、結像面、すなわち被加工物18における複素振幅分布U(x,y)は、以下の[数3]に示すように、変調マスク21の複素振幅透過率分布T(x,y)と、結像光学系17の複素振幅点像分布関数ASF(x,y)の畳み込み積分で与えられる
上記の点像分布関数ASF(x,y)は、結像光学系17の瞳関数のフーリエ変換で与えられる。この場合、瞳が円形で無収差の場合は、良く知られたエアリーパターンとなる([数4])。
次に、結像光学系17の点像分布関数ASF(x,y)について説明する。結像面17f、すなわち被加工物18の複素振幅分布U(x,y)は、前述のとおり、変調マスク21の複素振幅透過率分布T(x,y)と、結像光学系17の点像分布関数ASF(x,y)との畳み込み積分により与えられる。ここで、前述のように点像分布関数ASF(x,y)を円筒形17eで近似して考えると、図16(c)に示す円形の点像分布範囲17lにおいて変調マスク21の複素振幅透過率を均一重みで積分した結果が、結像面17fにおける複素振幅になる。そして、結像面17fにおける複素振幅の絶対値の二乗が、被加工物18に照射されるレーザ光の強度となる。
Next, the point spread function ASF (x, y) of the imaging
点像分布範囲17lでの変調マスク21の複素振幅透過率の積分は、図16(d)に示すように、単位円17g内における複素振幅透過率をあらわす複数のベクトル17hの和として考えることができる。これらの複数のベクトル17hの和の絶対値を二乗することにより、対応する被加工物18上の位置における光照射強度が算出される。
The integration of the complex amplitude transmittance of the
図17(a)(b)に、結像光学系17における瞳関数と点像分布関数ASF(x,y)との関係を示す。一般に、図17(b)に示す点像分布関数ASF(x,y)は、図17(a)に示す瞳関数のフーリエ変換により与えられる。また、結像光学系17が均一円形瞳を有し、かつ収差がない場合は、上述のように、点像分布関数ASF(x,y)は[数4]により表される。しかしながら、結像光学系17に収差が存在する場合や、結像光学系17が均一円形瞳以外の瞳関数を有する場合はこの限りではない。
FIGS. 17A and 17B show the relationship between the pupil function and the point spread function ASF (x, y) in the imaging
結像光学系17における瞳関数が均一円形瞳であり、かつ結像光学系17に収差がない場合、点像分布関数ASF(x,y)が最初に0となるまでの中央領域(すなわちエアリーディスク)の半径Rは、以下の[数6]により与えられる。
図16(a)〜(d)から明らかなように、結像光学系17の点像分布範囲17lに光学的に対応する円の中に複数の変調単位領域24eが含まれている場合、すなわち図16(d)に示す単位円17gの中に複数のベクトル17hが存在する場合、複数のベクトル17hの和により光の振幅が表される。従って、各変調単位領域24eにおける複素振幅透過率を調整することにより、光の強度分布を解析的にかつ簡単な計算に従って制御することが可能となる。
As is apparent from FIGS. 16A to 16D, when a plurality of
上述の説明から明らかなように、変調マスク21の変調領域22を通過した光の強度分布を自由に制御するためには、図16(c)に示すように、変調領域22の変調単位領域24eが、結像光学系17の点像分布範囲17lの半径Rよりも光学的に小さいことが好ましい。すなわち、変調領域22の変調単位領域24eを結像光学系17の結像面17fに換算した変調単位換算領域が、結像光学系17の点像分布範囲の半径Rよりも少なくとも一方向に関して小さいことが好ましい。
As apparent from the above description, in order to freely control the intensity distribution of the light that has passed through the
ここで、例えば結像光学系17の倍率が1/5である場合、変調単位領域24eを前述の結像光学系17の結像面17fに換算した変調単位換算領域が、結像光学系17の点像分布範囲の半径R=1.25μmよりも少なくとも一方向に関して小さくなるよう、変調マスク21の変調領域22が設計される。すなわち、このような条件を満たす変調単位領域24eによって変調領域22が区画され得るよう、上述の半径方向距離L1および円周方向距離L2が設定される。
本実施の形態においては、上述の半径方向距離L1および円周方向距離L2がともに5μmに設定されている。すなわち、各第1位相変調単位領域25aは、上述の半径方向距離L1および円周方向距離L2がともに5μmとなるよう配置されている。また、各第1位相変調単位領域45aは、上述の半径方向距離L1が5μmとなるよう配置されている。この場合、図14に示す変調単位領域24eを正方形で近似すると、当該矩形の一辺が約5μmとなっている。この場合、5μm×5μmの正方形からなる変調単位領域24eを結像光学系17の結像面17fに換算した変調単位換算領域は、(5μm×5μm)×1/5、すなわち1μm×1μmの正方形からなり、結像光学系17の点像分布範囲の半径R=1.25μmよりも小さくなっている。
Here, for example, when the magnification of the imaging
In the present embodiment, the radial distance L 1 and the circumferential distance L 2 above are both set to 5 [mu] m. That is, each of the first phase
次に、変調マスク21の変調領域とレーザ光の強度Iとの関係について説明する。点像分布関数ASF(x,y)を、エアリーディスク内側で定数値1、その外側で0となる関数で近似すると、[数3]はエアリーディスク内側での積分に近似される([数7])。
ここで、変調単位領域24eの作用を再度考える。この変調単位領域24eは、同じ形状・大きさの領域が敷き詰められていてもよいし、また場所毎に変化してもよい。ここで、エアリーディスクの範囲内にある複数の変調単位領域24eの面積が等しく、かつそれらの間で複素振幅透過率の構造が大きく変化しない場合、[数6]の積分範囲を、エアリーディスク内側から、(x,y)を含む変調単位領域24eの内側に置き換えることができる。
Here, the operation of the
次に、図16、図17を参照しながら、変調マスク21の変調領域22を通過した光の光強度分布の導出方法について説明する。前述のとおり、変調領域22は、その表面に凹凸が設けられている屈折率nの石英ガラスから形成されている。この場合、レーザ光がこの凹部(凸部)を透過するとき、石英ガラスの屈折率nと空気の屈折率1の差だけ波面にずれが生じて位相変調となる。このときの位相変調量θは、以下の[数8]により表される。
ここで、凹部の深さ(凸部の高さ)Δhが離散的である、すなわち多段加工されているものとし、ある変調単位領域24e内でのk番目の位相変調単位領域の面積率と位相変調量をそれぞれDp,k、θkと表すとする。この場合、前述の[数7]に基づき、当該変調単位領域24eに対応する結像光学系17の結像面17fにおける複素振幅透過率U、およびレーザ光の強度Iが以下のように求められる。
簡単のため、変調マスク21の変調領域22が、第1位相変調単位領域(第1位相変調単位領域25a,45a)、および第2位相変調単位領域(第2位相変調単位領域25b,45b)の2種類からなる場合について考える。第1位相変調単位領域および第2位相変調単位領域により変調されたレーザ光の位相をそれぞれθ1(=θ)、θ2(=0)と表す場合、レーザ光の強度Iは以下の[数11]により表される。
上述のように、被加工物18に形成するテーパ穴20の大きさ、テーパ部20bの傾斜角度などに応じて、[数2]に基づき、被加工物18に照射されるレーザ光強度分布Iを設定することができる。さらに、所望のレーザ光強度分布Iが得られるよう、[数14]に従い、各変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域25a,45aの面積率を設定することができる。すなわち、所定の変調マスク21を準備することにより、所望の大きさ、傾斜角度などを有するテーパ穴20を被加工物18に形成することが可能となる。
As described above, the intensity distribution I of the laser beam applied to the
図18に、本実施の形態による変調マスク21の変調領域22を通った後に結像光学系17から出射され被加工物18上に結像される単位階調光50の光強度分布の一例を示す。
上述のように、変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの占有率はゼロとなっている。このため、図18に示すように、変調マスク中央部34に対応する光として、最大の光強度Pを有する単位階調光50の中央部分51が被加工物18上に結像される。
また上述のように、変調マスク周縁部33における第1位相変調リング領域45aの占有率は、変調マスク周縁部33の全域にわたって約0.5となっている。このため、図18に示すように、変調マスク周縁部33に対応する光として、ほぼゼロの光強度P’を有する単位階調光50の周縁部分53が被加工物18上に結像される。
また上述のように、変調マスク傾斜部32における第1位相変調単位領域25aの占有率は、変調マスク傾斜部32の半径方向における外側(変調マスク傾斜部32の外方)に向かうにつれて単調に増加している。また、変調マスク傾斜部32における第1位相変調単位領域25aの占有率は0.5よりも小さくなっている。従って、変調マスク傾斜部32における第1位相変調単位領域25aの占有率と第2位相変調単位領域25bの占有率との差は、変調マスク傾斜部32の外方に向かうにつれて単調に減少している。このため、図18に示すように、変調マスク傾斜部32に対応する光として、外方に向かうにつれて光強度Pから光強度P’へ単調に強度が減少する単位階調光50の傾斜部分52が結像される。この場合、傾斜部分52の幅wは、変調マスク傾斜部32の幅zを適宜設定することにより調整可能となっている。
FIG. 18 shows an example of the light intensity distribution of the unit gradation light 50 emitted from the imaging
As described above, the occupation ratio of the first phase
Further, as described above, the occupation ratio of the first phase
Further, as described above, the occupation ratio of the first phase
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、変調マスク21を備えたテーパ穴形成装置10を用いて、被加工物18に、テーパ角φが互いに同一の18個のテーパ穴20を形成する方法について説明する。
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described. Here, a method of forming 18 tapered
(変調マスクの設計手順)
まず、変調マスク21の設計手順について説明する。はじめに図19および図20を参照して、変調マスク21の変調領域22の設計手順について説明する。図19は、変調マスク21の変調領域22を設計する手順を示すフローチャートであり、図20は、変調領域22の設計のうち、変調領域22のパターンを設計するための手順を詳細に示すフローチャートである。
(Modulation mask design procedure)
First, the design procedure of the
(変調領域の設計手順)
(イ)まず、被加工物18に形成する各テーパ穴20に関する情報(位置(x、y)、半径、深さ、テーパ角φなど)を入力する(S101)。例えばテーパ角φとして11度が入力される。また、テーパ穴20の半径および深さとして、30μmおよび50μmが入力される。
(ロ)次に、レーザ光の照射回数mを入力する(S102)。例えば照射回数mとして150回が入力される。
(ハ)その後、テーパ穴20の深さおよびレーザ光の照射回数に基づいて、被加工物18に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度Pを算出する(S103)。例えば中央部分51の光強度Pとして1000mJ/cm2が算出される。
(ニ)次に、図48(a)参照に基づいて、上述の角度φ2を算出する(S104)。そして、入力されたテーパ角φと、算出された角度φ2とに基づいて、単位階調光50の傾斜部分52の幅wに起因して形成されるべき角度φ1を算出する(S105)。
(ホ)次に、算出された角度φ1と、テーパ穴20の深さに基づいて、被加工物18に照射されるべき単位階調光50の傾斜部分52の幅wを算出する。この際、図5の関係に基づいて、テーパ穴20が形成されるべき位置に応じて、単位階調光50の傾斜部分52の幅wの値を補正する(S106)。例えば、アブレーションの際にテーパ穴20間で飛散物が大量に行き交うことが予想される場合、端部のテーパ穴20(a)に照射される単位階調光50の傾斜部分52の幅w(a)が、中央部のテーパ穴20(i)に照射される単位階調光50の傾斜部分52の幅w(i)よりも大きくなるよう、幅wの補正が施される。幅wの具体的な補正量は、過去の実験結果などに基づいて決定される。例えば、端部、中間部および中央部のテーパ穴20(a),20(e)および20(i)に照射される単位階調光50の傾斜部分52の幅w(a),w(e)およびw(i)が、それぞれ4μm,3μmおよび2μmに決定される。
(ヘ)次に、算出された幅wと、テーパ穴20の位置(x、y)および半径に基づいて、被加工物18における所望のアブレーションレートd(x、y)を算出する(S107)。
(ト)その後、d(x、y)に基づいて、被加工物18に照射される光の光強度分布I(x、y)を算出する(S108)。なお光強度分布I(x、y)のうち、単位階調光50の中央部分51に対応する領域の光強度としては、上述のS103で算出された光強度Pが用いられる。
(チ)次に、レーザ光の強度分布I(x,y)と[数14]とに基づき、変調マスク21の各変調領域22における第1位相変調単位領域25a,45aの占有率(各変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域25a,45aの面積率Dp)が算出される(S109)。面積率Dpは、変調単位領域24eを単位として区分けされた領域ごとに算出される。
(リ)最後に、算出された面積率Dpに基づいて、変調マスク21の各変調領域22における第1位相変調単位領域25a,45aの配置パターンが決定される(S110)。
(Modulation area design procedure)
(A) First, information (position (x, y), radius, depth, taper angle φ, etc.) regarding each
(B) Next, the laser beam irradiation frequency m is input (S102). For example, 150 times is input as the number of times of irradiation m.
(C) Thereafter, based on the depth of the tapered
(D) Next, based on a reference FIG. 48 (a), calculates an angle phi 2 above (S104). Then, based on the input taper angle φ and the calculated angle φ 2 , an angle φ 1 to be formed due to the width w of the
(E) Next, based on the calculated angle φ 1 and the depth of the tapered
(F) Next, based on the calculated width w and the position (x, y) and radius of the tapered
(G) Thereafter, based on d (x, y), the light intensity distribution I (x, y) of the light irradiated on the
(H) Next, based on the intensity distribution I (x, y) of the laser beam and [Equation 14], the occupancy rates of the first phase
The (re) Finally, based on the calculated area ratio D p, the first phase
次に、各変調領域22における第1位相変調単位領域25a,45aの配置パターン、とりわけ変調マスク傾斜部32の第1位相変調単位領域25aの配置パターンを設計するための手順について、図20を参照して詳細に説明する。
Next, refer to FIG. 20 for the procedure for designing the arrangement pattern of the first phase
(ヌ)まず、上述の半径方向距離L1を入力し(S121)、次に、上述の円周方向距離L2を入力する(S122)。このとき、半径方向距離L1および円周方向距離L2をそれぞれ結像光学系17の結像面17fに換算した距離がRよりも小さくなるよう、半径方向距離L1および円周方向距離L2を設定する。
(ル)次に、各変調マスク傾斜部32内に、複数の円環状の仮想的な円周方向線27が、隣接する円周方向線27間の半径方向距離がL1となるよう設けられる(S123)。その後、各円周方向線27上に、多数の第1位相変調単位領域25aが、隣接する第1位相変調単位領域25a間の中心間の円周方向距離がL2となるよう配置される(S124)。
(ヲ)次に、変調マスク傾斜部32が、所定の面積を有するとともに、各々が1つの第1位相変調単位領域25aを含む複数の変調単位領域24eに区画される(S125)。この場合、例えば上述のように、隣接する2つの円周方向線27間の中間点に沿って延びる円周方向の線と、円周方向線27上で隣り合う2つの第1位相変調単位領域25aの中心を結ぶ線に直交するよう延びる半径方向の線と、を描くことにより、変調マスク傾斜部32が複数の変調単位領域24eに区画される。
(ワ)次に、S109において算出された面積率Dpと、各変調単位領域24eの面積とに基づいて、各変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域25aの面積が決定される(S126)。
このようにして、各変調マスク傾斜部32において、第1位相変調単位領域25aの配置パターンが設計される。
なお、変調マスク周縁部33において第1位相変調単位領域45aを配置する方法は、上述のS121〜S126において円周方向距離L2に関する設計が不要になる点が異なるのみであり、その他の点は、各変調マスク傾斜部32において第1位相変調単位領域25aを配置する方法と略同一である。
(J) First, enter the radial distance L 1 described above (S121), then inputs the circumferential distance L 2 above (S122). In this case, as the distance in terms of
(Le) Next, the respective modulation mask inclined
(E) Next, the modulation mask inclined
(Wa) Next, the area ratio D p calculated in S109, based on the area of each
In this manner, the arrangement pattern of the first phase
A method of arranging the first phase
上述のようにして設計された具体的な変調領域22を図21A(a)(b)(c)に示す。図21A(a)(b)(c)は、端部の変調領域22(a)、中間部の変調領域22(e)および中央部の変調領域22(i)をそれぞれ示している。
上述のように、端部、中間部および中央部のテーパ穴20(a),20(e)および20(i)に照射される単位階調光50の傾斜部分52の幅w(a),w(e)およびw(i)は、それぞれ4μm,3μmおよび2μmに決定されている。この場合、対応する変調領域22(a),22(e)および22(i)においては、変調マスク傾斜部32(a),32(e)および32(i)の幅z(a),z(e)およびz(i)がそれぞれ15μm(3μm×(結像光学系17の倍率1/5の逆数),10μm(2μm×(結像光学系17の倍率1/5の逆数)および5μm(1μm×(結像光学系17の倍率1/5の逆数)に設定される。ここで図21A(a)(b)(c)に示すように、各変調マスク傾斜部32(a),32(e)および32(i)における幅z(a),z(e)およびz(i)は、各変調マスク傾斜部32(a),32(e)および32(i)の幅方向に並ぶ変調単位領域24eの数を増減させることにより調整されている。
As described above, the width w (a) of the
傾斜部分52の幅w(a)が4μmで、変調マスク傾斜部32(a)の幅z(a)が15μm(3μm×(結像光学系17の倍率1/5の逆数)となることについて説明する。
図21Bは、図21A(a)に示す変調領域22(a)における第1位相変調単位領域の占有率の分布を示す図である。図21Bに示すように、変調マスク周縁部33における第1位相変調単位領域45aの占有率はほぼ一定の値(約0.5)となっており、また、変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの占有率も一定の値(ゼロ)となっている。一方、変調マスク傾斜部32における第1位相変調単位領域25aの占有率は、0〜約0.5の範囲内の値となっており、また、変調領域22(a)の外方に向かうにつれて単調に増加している。
The width w (a) of the
FIG. 21B is a diagram showing a distribution of the occupation ratio of the first phase modulation unit region in the modulation region 22 (a) shown in FIG. 21A (a). As shown in FIG. 21B, the occupation ratio of the first phase
上述のように、本実施の形態において、変調マスク傾斜部32は、第1位相変調単位領域25aの占有率の値が、変調マスク周縁部33における第1位相変調単位領域45aの占有率の値と、変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの占有率の値と、の間の値になっている変調単位領域24eから構成される領域として定義されている。この場合、変調マスク傾斜部32は、図21Bに示すように、半径方向に沿って3つ(3重に)並んだ変調単位領域24eから構成される領域として定義される。上述のように、本実施の形態において、変調単位領域24eを正方形で近似した場合の一辺の長さは5μmとなっており、このため、変調領域22(a)における変調マスク傾斜部32の幅z(a)は15μmとなる。
As described above, in the present embodiment, the modulation
ここで、第1位相変調単位領域の占有率のグラフにおいて、変調領域22(a)の半径方向に沿って占有率の値が増加または減少する部分を占有率傾斜部分とし、占有率傾斜部分の幅をz’(a)とする。この場合、図21Bに示すように、占有率傾斜部分の幅z’(a)は、変調マスク傾斜部32の幅z(a)よりも大きくなっている。具体的には、占有率傾斜部分の幅z’(a)は、ほぼ1つの変調単位領域24eの幅の分だけ変調マスク傾斜部32の幅z(a)よりも大きくなっている。すなわち、占有率傾斜部分の幅z’(a)は20μmとなっている。
Here, in the graph of the occupancy ratio of the first phase modulation unit region, a portion where the occupancy value increases or decreases along the radial direction of the modulation region 22 (a) is defined as an occupancy gradient portion, and the occupancy gradient portion Let the width be z ′ (a). In this case, as shown in FIG. 21B, the width z ′ (a) of the occupying ratio inclined portion is larger than the width z (a) of the modulation mask inclined
上述のように、変調領域22(a)により位相変調され出射された光は、結像光学系17の結像面に、第1位相変調単位領域の占有率に基づく光強度分布を生成する。このため、変調領域22(a)により変調され被加工物18に照射される単位階調光50(a)は、変調領域22(a)における第1位相変調単位領域の占有率に基づく光強度分布を有している。この場合、占有率傾斜部分の幅z’(a)が、単位階調光50(a)における傾斜部分52の幅w(a)に対応している。従って、変調領域22(a)により変調され被加工物18に照射される単位階調光50(a)の傾斜部分52の幅w(a)は、4μm(20μm×1/5(結像光学系17の倍率))となる。
As described above, the light phase-modulated and emitted by the modulation region 22 (a) generates a light intensity distribution based on the occupation ratio of the first phase modulation unit region on the imaging surface of the imaging
同様に、変調領域22(e),変調領域22(i)における占有率傾斜部分の幅z’(e),z’(i)はそれぞれ15μm,10μmとなっている。このため、テーパ穴20(e),20(i)に照射される単位階調光50(e),(i)の傾斜部分52の幅w(e),w(i)は、それぞれ3μm,2μmとなる。
Similarly, the widths z ′ (e) and z ′ (i) of the occupying ratio inclined portions in the modulation region 22 (e) and the modulation region 22 (i) are 15 μm and 10 μm, respectively. Therefore, the widths w (e) and w (i) of the
(非変調領域の設計手順)
次に、変調マスク21の非変調領域23の設計手順について説明する。図11(a)(b)に示したように、非変調領域23は、変調マスク本体部21aと、変調マスク本体部21a上に設けられた光遮蔽層21bと、を含んでいる。この場合、非変調領域23の光透過率は、光遮蔽層21bの光透過率により決定される。すなわち、非変調領域23の光透過率は、光遮蔽層21bの光透過率とほぼ等しくなっている
(Design procedure for non-modulation area)
Next, a design procedure for the
上述のように、非変調領域23の光遮蔽層21bの光透過率は、非変調領域23を通って被加工物18に照射される光の強度が被加工物18のアブレーション閾値を超えないよう適宜選択される。例えば、非変調領域23に光遮蔽層21bが設けられていない場合の像面における光の強度が1000mJ/cm2であり、被加工物18のアブレーション閾値が50mJ/cm2である場合、光透過率が0.05よりも小さくなるよう光遮蔽層21bが選択される。このため、被加工物18のうちテーパ穴20が形成されない領域を加工し得る強度を有する光が非変調領域23から出射されるのを防ぐことができ、このことにより、被加工物18のうちテーパ穴20が形成されない領域が加工されるのを確実に防ぐことができる。
As described above, the light transmittance of the
(変調マスクの製造方法)
その後、設計されたパターンに従って、上述の変調領域22および非変調領域23を有する変調マスク21を製造する。この場合、例えばフォトリソグラフィー法などにより、設計されたパターンに従って、変調マスク本体部21a上に第1位相変調単位領域25a,45aが形成される。また、適切に選択された光遮蔽層21bが、変調マスク本体部21a上に設けられる。このようにして変調マスク21が得られる。
(Modulation mask manufacturing method)
Thereafter, the
(テーパ穴の形成方法)
次に、本実施の形態における変調マスク21を備えたテーパ穴形成装置10を用いて、被加工物18にテーパ穴20を形成する方法について説明する。
(Taper hole forming method)
Next, a method for forming the tapered
まず、載置台19上に被加工物18を予め載置しておく。次に、マスク照明系11から、面内強度分布が均一化されたレーザ光を出射させる。レーザ光としては、例えば、波長が308nm、発振時間(1パルスあたり)が30nsのXeClエキシマレーザが用いられる。その後、マスク照明系11から出射された光を前述の変調マスク21に入射させる。変調マスク21に入射されたレーザ光は、前述の手順により決定された変調マスク21のパターンに応じて変調または遮蔽される。
First, the
変調マスク21から出射されたレーザ光は、結像光学系17に入射される。結像光学系17としては、例えば、倍率(縮小率)が1/5、結像側開口数(NA)が0.13の結像光学系が用いられる。前述のとおり、変調マスク21の各変調領域22における仮想的な変調単位領域24eを結像光学系17の結像面17fに換算した変調単位換算領域は、結像光学系17の点像分布範囲の半径Rよりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、各変調領域22を通った後に結像光学系17から出射され被加工物18上に結像されるレーザ光の光強度分布は、各変調領域22の各変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域25a,45aの占有率に対応する強度分布を有している。
The laser light emitted from the
図22は、変調領域22を通った後に結像光学系17から出射され被加工物18上に結像されるレーザ光のうち、テーパ穴20(a),20(e),20(i)に照射される単位階調光50(a),50(e)および50(i)の強度分布を示す図である。上述のように、変調領域22(a),22(e)および22(i)において、各変調マスク傾斜部32の幅z(a),z(e)およびz(i)はそれぞれ15μm,10μmおよび5μmに決定されている。このため、対応する単位階調光50(a),50(e)および50(i)においても、その傾斜部分52の幅w(a),w(e)およびw(i)がそれぞれ4μm,3μmおよび2μmとなっている。このように、変調マスク傾斜部32の幅zを、変調マスク21の端に向かうにつれて大きくすることにより、被加工物18上に結像される単位階調光50の傾斜部分52の幅wを、一列に並ぶテーパ穴20の端に向かうにつれて大きくすることができる。
FIG. 22 shows taper holes 20 (a), 20 (e), and 20 (i) of laser light that is emitted from the imaging
図23(a)は、各変調領域22における変調マスク傾斜部32の幅zを示すグラフであり、図23(b)は、各変調マスク傾斜部32により変調されて被加工物18上に結像される各単位階調光50の傾斜部分52の幅wを示すグラフである。図23(c)は、各単位階調光50を照射することにより形成されるテーパ穴20のテーパ角φを示すグラフである。テーパ穴20の位置に応じて、変調マスク傾斜部32の幅zを適宜調整し(図23(a)参照)、これによって各単位階調光50の傾斜部分52の幅wを適切に調整することにより(図23(b)参照)、図23(c)に示すように、被加工物18に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴20を同時に形成することが可能となっている。
FIG. 23A is a graph showing the width z of the modulation mask inclined
このように本実施の形態によれば、各単位階調光50のうち一の単位階調光50における傾斜部分52の幅wは、その他の単位階調光50のうち少なくとも1つの単位階調光50における傾斜部分52の幅と異なっている。例えば、各単位階調光50における傾斜部分52の幅wは、一列に並ぶテーパ穴20の端に向かうにつれて大きくなっている。これによって、各単位階調光50の照射によって形成されるテーパ穴20のテーパ角φを、各単位階調光50が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物18に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴20を同時に形成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the width w of the
また本実施の形態によれば、変調マスク21の各変調領域22は、変調マスク中央部34の外縁に位置し、被加工物18においてテーパ穴20のテーパ部20bが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部32を含んでいる。各変調マスク傾斜部32は、複数の変調単位領域24eからなっており、ここで、結像光学系17の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、変調単位領域24eを結像光学系17の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系17の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、各変調領域22のうち一の変調領域22における変調マスク傾斜部32の幅zを、その他の変調領域22のうち少なくとも1つの変調領域22における変調マスク傾斜部32の幅と任意に異ならせることができる。例えば、変調マスク傾斜部32の幅zを、変調マスク21の端に向かうにつれて大きくなるように設定することができる。これによって、各変調領域22により変調されて被加工物18に照射される各単位階調光50における傾斜部分52の幅wを、一列に並ぶテーパ穴20の端に向かうにつれて大きくすることができる。従って、各単位階調光50の照射によって形成されるテーパ穴20のテーパ角φを、各単位階調光50が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物18に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴20を同時に形成することができる。
Further, according to the present embodiment, each
また本実施の形態によれば、各変調領域22において、変調マスク傾斜部32の幅方向に並ぶ変調単位領域24eの数が、列の端に向かうにつれて大きくなっている。このように変調単位領域24eの数を増減させることにより、各変調マスク傾斜部32の幅zを増減することができる。このことにより、各変調領域22により変調されて被加工物18に照射される各単位階調光50における傾斜部分52の幅wを、テーパ穴20の位置に応じて容易に調整することが可能となっている。
Further, according to the present embodiment, in each
(変形例)
なお本実施の形態において、変調マスク傾斜部32の幅zが、変調マスク21の端に向かうにつれて大きくなるように設定される例を示した。しかしながら、これに限られることはない。
例えば、各テーパ穴20間の距離が大きい場合について考える。この場合、一のテーパ穴形成領域において発生した飛散物は、他のテーパ穴形成領域にまでほとんど到達しない。一方、端部に位置するテーパ穴20(a)に照射される単位階調光50(a)の収差は、中央部に位置するテーパ穴20(i)に照射される単位階調光50(i)の収差に比べて大きくなると考えられる。このため、端部の単位階調光50(a)の傾斜部分52(a)の幅w(a)と、中央部の単位階調光50(i)の傾斜部分52(i)の幅w(i)とが同一である場合、端部のテーパ穴20(a)のテーパ角φ(a)の方が、中央部のテーパ穴20(i)のテーパ角φ(i)に比べて大きくなる。
この場合、図24(a)に示すように、変調マスク傾斜部32の幅zが、変調マスク21の端に向かうにつれて小さくなるように設定される。これによって、図24(b)に示すように、各変調領域22により変調されて被加工物18に照射される各単位階調光50における傾斜部分52の幅wを、一列に並ぶテーパ穴20の端に向かうにつれて小さくすることができる。このことにより、図24(c)に示すように、被加工物18に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴20を同時に形成することができる。
(Modification)
In the present embodiment, the example in which the width z of the modulation mask inclined
For example, consider a case where the distance between each
In this case, as shown in FIG. 24A, the width z of the modulation mask inclined
また、飛散物による影響と光の収差による影響が同等の大きさで混在している場合、図25(a)(b)に示すように、各変調マスク傾斜部32の幅zおよび各単位階調光50における傾斜部分52の幅wを、テーパ穴20の位置に応じて柔軟に設定することができる。これによって、図25(c)に示すように、被加工物18に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴20を同時に形成することができる。
Further, when the influence of the scattered object and the influence of the light aberration are mixed in the same size, as shown in FIGS. 25A and 25B, the width z of each modulation mask inclined
(その他の変形例)
また本実施の形態による変調マスク傾斜部32において、第1位相変調単位領域25aの面積が、変調領域22の外方に向かうにつれて単調に増加する例を示したしかしながら、これに限られることはなく、第1位相変調単位領域25aの面積は、第1位相変調単位領域25aの占有率と第2位相変調単位領域25bの占有率との差が、変調領域22の外方に向かうにつれて単調に減少するよう設定されていればよい。すなわち、変調マスク傾斜部32における第1位相変調単位領域25aの占有率が0.5よりも小さい場合、第1位相変調単位領域25aは、変調領域22の外方に向かうにつれてその面積が単調に増加するよう設定される。一方、変調マスク傾斜部32における第1位相変調単位領域25aの占有率が0.5よりも大きい場合、第1位相変調単位領域25aは、変調領域22の外方に向かうにつれてその面積が単調に減少するよう設定される。
(Other variations)
In the modulation mask inclined
また本実施の形態において、変調マスク中央部34が、光を第2の位相変調量で変調する第2位相変調単位領域25bのみからなっている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、変調マスク中央部34が、第1位相変調単位領域25aと第2位相変調単位領域25bとからなっていてもよい。この場合、変調マスク中央部34から出射されて被加工物18に照射される光(単位階調光50の中央部分51)の光強度Pが、テーパ穴20の貫通部20aを形成するのに十分な大きさを有するよう、変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの占有率と第2位相変調単位領域25bの占有率との差が適宜設定される。
Further, in the present embodiment, an example is shown in which the modulation mask
(第1位相変調単位領域の形状およびパターンの意義)
次に、第1位相変調単位領域25aの形状およびパターンを図12乃至図14に示すように設定することの意義について、補足として説明する。
(Significance of shape and pattern of first phase modulation unit region)
Next, the significance of setting the shape and pattern of the first phase
所定の円周方向線27上で各第1位相変調単位領域25aを完全に周期的に並べるためには、各第1位相変調単位領域25aの側縁が変調領域22の変調マスク傾斜部32の半径方向または円周方向のいずれかに沿って延びている必要がある。すなわち、第1位相変調単位領域25aが配置される場所に応じて、側縁が延びる方向を変える必要がある。このため、各第1位相変調単位領域25aの側縁が上述のようにいずれもx方向およびy方向に沿って延びている場合、所定の円周方向線上において各第1位相変調単位領域25aを完全に周期的に並べることはできず、わずかな不完全さが生じる。
In order to arrange the first phase
しかしながら、上述のように、第1位相変調単位領域25aの側縁の長さを結像光学系17の結像面17fに換算した長さが、結像光学系17の点像分布範囲の半径Rと比べて十分に小さい場合、変調マスク21の変調領域22の変調マスク傾斜部32により位相変調され出射された光は、結像光学系17の結像面に、第1位相変調単位領域25aの占有率に基づく光強度分布を生成する。この場合、結像光学系17の結像面における光強度分布が円形の等強度線を有するかどうかは、変調マスク21の変調マスク傾斜部32の所定の円周方向線上において第1位相変調単位領域25aの占有率の分布が周期的となっているかどうかにより決定される。従って、変調マスク傾斜部32の所定の円周方向線27上において第1位相変調単位領域25aの占有率の分布が周期的となるよう、各第1位相変調単位領域25aを配置することが重要となる。すなわち、各第1位相変調単位領域25aの側縁がx方向またはy方向に沿って延びていることによる周期性のわずかな不完全さが、結像光学系17の結像面における光強度分布に与える影響は、無視され得る。
However, as described above, the length obtained by converting the length of the side edge of the first phase
一方、変調マスク21を作製する上では、感光材料に対するレーザビームや電子線ビームの走査露光が直交座標系に基づき行われることを考えると、各第1位相変調単位領域25aの側縁がx方向およびy方向に延びていることが好ましい。なぜなら、各第1位相変調単位領域25aの側縁が様々な方向に延びている場合に比べて、各第1位相変調単位領域25aの側縁がx方向およびy方向の2方向のいずれかにのみ延びている場合の方が、走査露光のために用いるデータ量が少なく、また露光時間も短くなるからである。従って、本実施の形態においては、その側縁がx方向およびy方向の2方向のいずれかにのみ延びている第1位相変調単位領域25aが、変調マスク傾斜部32において採用されている。しかしながら、本発明の技術的思想から考えると、各第1位相変調単位領域25aがx方向またはy方向以外の方向、例えば半径方向および円周方向に延びていてもよい。
On the other hand, in producing the
なお、第1位相変調単位領域25aの長さを結像光学系17の結像面17fに換算した長さが、結像光学系17の点像分布範囲の半径Rと比べて無視できないくらいに大きい場合、各第1位相変調単位領域25aの側縁がx方向またはy方向に沿って延びていることによる周期性のわずかな不完全さが、結像光学系17の結像面における光強度分布に与える影響が、無視できなくなってくる。具体的には、結像光学系17の結像面における等強度線が、完全な円形ではなく、若干うねった円形になることが考えられる。このような場合は、図12の変調マスク周縁部33に示されているように、第1位相変調単位領域45aを用いることが好ましい。
It should be noted that the length obtained by converting the length of the first phase
上述の第1位相変調単位領域25aの配置方法によれば、変調領域22の変調マスク傾斜部32を、円周方向線27に沿って所定の面積を有するとともに、各々が1つの第1位相変調単位領域25aを含む複数の変調単位領域24eに区画することが可能となっている。一方、上述のように第1位相変調単位領域25aを配置しない場合、同一円周方向線27上における変調単位領域24eの面積を一定にすることができない。この場合、[数14]の関係(または後述する第2の実施の形態における[数17]の関係)が成立しなくなってしまう。このため、上述のように第1位相変調単位領域25aを配置することなく、結像光学系17の結像面に目的とする光強度分布を生成するためには、第1位相変調単位領域25aの面積を位置ごとに個別に計算して求める必要があり、変調マスク傾斜部32の設計が複雑になるので好ましくない。また、結像光学系17の結像面において均一な光強度分布を生成する場合であっても、第1位相変調単位領域25aの面積を様々に変化させる必要がある。このように第1位相変調単位領域25aの面積を変化させることは、変調マスク21の作製が困難になるため好ましくない。
これに対して本実施の形態によれば、上述のように第1位相変調単位領域25aを配置することにより、結像光学系17の結像面に円形の等強度線を有する光強度分布を生成することができる変調マスク21の変調マスク傾斜部32を、簡易な計算により設計することが可能となっている。また、同一円周方向線27上における各第1位相変調単位領域25aの面積は一定となっており、このため、変調マスク21を容易に作製することができる。
According to the arrangement method of the first phase
On the other hand, according to the present embodiment, by arranging the first phase
また上述のように、第1位相変調単位領域25aを構成する側縁は、x方向に延びる一対のx方向側縁28aと、y方向に延びる一対のy方向側縁28bとからなっている。このため、第1位相変調単位領域25aを構成する側縁が様々な方向に延びる場合に比べて、フォトリソグラフィー法によって変調マスク本体部21a上に第1位相変調単位領域25aを形成する際に用いられる露光マスクの構造が単純になっている。従って、露光マスクの製造コストが低くなっており、このことにより、第1位相変調単位領域25aをより容易に低コストで形成することが可能となっている。
Further, as described above, the side edges constituting the first phase
また上述のように、変調マスク傾斜部32において、各第1位相変調単位領域25aは、円環状に設けられた複数の仮想的な円周方向線27に沿って周期的に並べられている。また、各円周方向線27において、同一円周方向線27上で隣り合う2つの第1位相変調単位領域25aの面積は略一定となっている。このことにより、図18に示すように、単位階調光50の傾斜部分52を、円形の等強度線を有する光とすることができる。
Further, as described above, in the modulation mask inclined
なお本実施の形態の第1の特徴は、テーパ穴20の位置に応じて、各変調領域22の変調マスク傾斜部32の幅zを調整し、これによって、各単位階調光50における傾斜部分52の幅wを最適化することである。従って、上述のように第1位相変調単位領域25aの形状および配置を設定することは付加的な事項であり、このような形状および配置に限られるものではない。例えば図26Aおよび図26Bに示すように、第1位相変調単位領域25aが格子状に配置されていてもよく、また、各第1位相変調単位領域25aが正方形の形状となっていてもよい。
図26Aおよび図26Bに示す変調領域22においても、一部の変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域25aの占有率が、変調領域22の外方に向かうにつれて単調に増加または減少するよう設定されている。また、変調マスク周縁部33における第1位相変調単位領域25aの占有率の値と、変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの占有率の値と、の間の値になっている変調単位領域24eから構成される領域が、変調マスク傾斜部32となっている。そして、当該変調マスク傾斜部32の幅zが、本発明による技術的思想に従って調整される。
Note that the first feature of the present embodiment is that the width z of the modulation mask inclined
Also in the
また本実施の形態において、変調領域22が円形の輪郭を有する例を示した。しかしながら、これに限られることはない。変調領域22において、変調マスク傾斜部32および変調マスク中央部34の輪郭が略円形であればよく、従って前述の図26Aに示されているように、変調領域22の輪郭(変調マスク周縁部33の輪郭)が非円形であってもよい。
Further, in the present embodiment, an example in which the
第2の実施の形態
次に、図27乃至図29を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。図27乃至図29に示す第2の実施の形態は、変調マスクの変調領域の各変調単位領域が、光を振幅変調する第1振幅変調単位領域と第2振幅変調領域とからなる点が異なるのみであり、他の構成は、図1乃至図26に示す第1の実施の形態と略同一である。図27乃至図29に示す第2の実施の形態において、図1乃至図26に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment shown in FIGS. 27 to 29 is different in that each modulation unit region of the modulation region of the modulation mask is composed of a first amplitude modulation unit region and a second amplitude modulation region for amplitude-modulating light. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIGS. In the second embodiment shown in FIGS. 27 to 29, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS.
(変調マスクの変調領域)
図1乃至図26に示す第1の実施の形態の場合と同様に、変調マスク21の変調領域22は、被加工物18においてテーパ穴20の貫通部20aが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部34と、変調マスク中央部34の外縁に位置し、被加工物18においてテーパ穴20のテーパ部20bが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部32と、変調マスク傾斜部32の外縁に位置する変調マスク周縁部33と、を含んでいる。
(Modulation area of modulation mask)
As in the case of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 26, the
このうち変調マスク周縁部33は光を第1の振幅変調量(第1の変調量)で変調する第1振幅変調単位領域(第1変調単位領域)26aのみからなっている。また、変調マスク中央部34は、光を第2の振幅変調量(第2の変調量)で変調する第2振幅変調単位領域(第2変調単位領域)26bのみからなっている。第1振幅変調単位領域26aおよび第2振幅変調単位領域26bの構造については後述する。
Of these, the modulation mask
(変調マスク傾斜部)
次に変調マスク傾斜部32について説明する。図27に示すように、変調領域22の変調マスク傾斜部32は、第1振幅変調単位領域26aと、各第1振幅変調単位領域26aを埋めるよう形成された第2振幅変調単位領域26bと、を有している。
(Modulation mask slope)
Next, the modulation mask inclined
図28に示すように、各第1振幅変調単位領域26aは、各々の中心が同一円環上に位置するよう配置されている。具体的には、図28に示すように、各第1振幅変調単位領域26aは、その中心が、変調マスク傾斜部32内に仮想的に設けられた複数の仮想的な円周方向線27上に位置するよう配置されている。
As shown in FIG. 28, each first amplitude
次に、変調マスク傾斜部32における第1振幅変調単位領域26aの形状について説明する。図28に示すように、各第1振幅変調単位領域26aは、各々が変調マスク傾斜部32の半径方向に延びる略一定長さの2側縁26c,26cを含んでいる。このため、変調マスク傾斜部32を複数の単位変調領域24eに区画した場合、各単位変調領域24eにおける第1振幅変調単位領域26aの面積率を容易に大きくすることができる。
Next, the shape of the first amplitude
なお図28に示す例において、隣接する円周方向線27間の半径方向距離L1は略一定となっており、このため、各第1振幅変調単位領域26aの側縁26cの長さも略一定の長さ(=L1)となっている。
Note in the example shown in FIG. 28, the radial distance L 1 between the
また図28に示すように、同一円周方向線27上で隣り合う2つの第1振幅変調単位領域26aの中心間の円周方向距離L2は、略一定となっている。また、同一の円周方向線27上に配置された第1振幅変調単位領域26a間だけではなく、すべての同一円周方向線27上に配置された第1振幅変調単位領域26a間において、上記中心間の円周方向距離L2が略一定となっている。また、同一円周方向線27上で隣り合う2つの第1振幅変調単位領域26aの円周方向長さL3は略同一となっている。このことにより、円周方向線27に沿って見た場合の第1振幅変調単位領域26aの占有率を略一定とすることができる。
In addition, as shown in FIG. 28, the circumferential distance L 2 between the centers of two first amplitude
次に、上述の半径方向距離L1および円周方向距離L2について説明する。結像光学系17の点像分布範囲の半径Rを、レーザ光源12からの光の中心波長λ、結像光学系17の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、半径方向距離L1および円周方向距離L2をそれぞれ結像光学系17の結像面17fに換算した距離は、結像光学系17の点像分布範囲の半径Rよりも小さくなっている。ここで、「半径方向距離L1および円周方向距離L2を結像光学系17の結像面17fに換算した距離」とは、変調マスク21における半径方向距離L1および円周方向距離L2に、結像光学系17の倍率を掛けた値のことである。
Next, a description will be given radial distance L 1 and the circumferential distance L 2 above. The radius R of the point image distribution range of the imaging
次に、図28を参照して、第1振幅変調単位領域26aの占有率について説明する。はじめに、図28において点線で示すように、変調マスク傾斜部32を、所定の面積を有するとともに、各々が1つの第1振幅変調単位領域26aを含む複数の変調単位領域24eに区画する。
変調単位領域24eを画定する図28の点線は、例えば、隣接する2つの円周方向線27間の中間点に沿って延びる円周方向の線と、円周方向線27上で隣り合う2つの第1振幅変調単位領域26aの中心を結ぶ線に直交するよう延びる半径方向の線と、からなっている。このようにして図28に示す点線を描くことにより、変調マスク傾斜部32を、所定の面積を有するとともに、各々が1つの第1振幅変調単位領域26aを含む複数の変調単位領域24eに区画することができる。この場合、第1振幅変調単位領域26aの占有率は、各変調単位領域24eにおける第1振幅変調単位領域26aの面積率として定義される。
Next, the occupation ratio of the first amplitude
The dotted lines in FIG. 28 that define the
ここで、各変調単位領域24eを長方形で近似した場合、この長方形の一辺の長さはほぼL1,L2に等しい。従って、各変調単位領域24eを結像光学系17の結像面17fに換算した変調単位換算領域は、上述の結像光学系17の点像分布範囲の半径Rよりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、変調マスク傾斜部32により変調されて被加工物18に照射される光は、後述するように、第2振幅変調単位領域26bの占有率に基づいた強度分布を有することになる。
Here, when each
次に、図29を参照して、変調領域22の第1振幅変調単位領域26aおよび第2振幅変調単位領域26bの構造について説明する。図29に示すように、変調領域22において、変調マスク本体部21a上には、部分的に光遮蔽層29が設けられており、この光遮蔽層29と、変調マスク本体部21aとにより、各第1振幅変調単位領域26aが構成されている。一方、第2振幅変調単位領域26bは、変調マスク本体部21aのうち光遮蔽層29が設けられていない領域からなっている。この場合、第1振幅変調単位領域26aにおける光の透過率は略0となっており、第2振幅変調単位領域26bにおける光の透過率は略1となっている。
Next, the structure of the first amplitude
第1振幅変調単位領域26aの光遮蔽層29は、光を透過させない材料から形成されている。このため、変調マスク21の変調領域22の第1振幅変調単位領域26aに入射した光は、変調マスク21の結像光学系17側から取り出されることなく、光遮蔽層29によって遮蔽される。光遮蔽層29の材料としては、例えば、クロム、アルミニウム、シリコン酸化物または誘電体多層膜など様々な遮光材料を用いることができる。
The
次に、変調マスク21の変調領域22により振幅変調され出射された光が、結像光学系17の結像面に、各変調単位領域24eにおける第1振幅変調単位領域26aの面積率に基づく光強度分布を生成する原理について説明する。
Next, light based on the area ratio of the first amplitude
本実施の形態における変調領域22は、透過率0の第1振幅変調単位領域26aと、透過率1の第2振幅変調単位領域26bからなる。従って、変調領域22における複素振幅透過率分布T(x,y)は、点(x,y)が第1振幅変調単位領域26a内にある場合はT(x,y)=0、点(x,y)が第2振幅変調単位領域26b内にある場合はT(x,y)=1となる。従って、上述の[数7]の積分範囲を、(x,y)を含む変調単位領域24eの内側に置き換えて計算を行うことにより、以下の[数15]が得られる。
結像面17f、すなわち被加工物18に照射されるレーザ光の強度Iは複素振幅透過率Uの絶対値の二乗で与えられることから、以下の[数16]、[数17]が導かれる。
ここでIについては、被加工物18に形成するテーパ穴20の大きさ、テーパ部20bの傾斜角度などに応じて、[数2]に基づき、被加工物18に照射されるレーザ光強度分布Iを設定することができる。さらに、所望のレーザ光強度分布Iが得られるよう、[数17]に従い、変調領域22の各変調単位領域24eにおける開口率を設定することができる。従って、所定の変調領域22を有する変調マスク21を準備することにより、所望の大きさ、傾斜角度などを有するテーパ穴20を被加工物18に形成することが可能となる。
Here, for I, the intensity distribution of the laser beam irradiated to the
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、変調マスク21を備えたテーパ穴形成装置10を用いて、被加工物18に、テーパ角φが互いに同一の18個のテーパ穴20を形成する方法について説明する。
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described. Here, a method of forming 18 tapered
(変調マスクの設計手順)
まず、変調マスク21の設計手順について説明する。図20は、変調マスク21の変調領域22を設計する手順を示すフローチャートである。
(Modulation mask design procedure)
First, the design procedure of the
図30に示す変調マスク21の設計手順は、レーザ光強度分布I(x、y)が算出された後(S208)、[数17]に基づいて、変調マスク21の各変調領域22の各変調単位領域24eにおける開口率Da(各変調単位領域24eにおける第2振幅変調単位領域26bの面積率)が算出される(S209)点が異なるのみであり、その他の手順は、図19に示す第1の実施の形態における変調マスク21の設計手順と略同一となっている。
また、各変調領域22における第1振幅変調単位領域26aの配置パターンの設計手順も、図20に示す第1の実施の形態における第1位相変調単位領域25aの場合と略同一であるので、詳細な説明は省略する。
The design procedure of the
Further, the design procedure of the arrangement pattern of the first amplitude
設計された具体的な変調領域22を図31(a)(b)(c)に示す。図31(a)(b)(c)は、端部の変調領域22(a)、中間部の変調領域22(e)および中央部の変調領域22(i)をそれぞれ示している。なお、各変調領域22の変調単位領域24eを正方形で近似すると、一辺が約5μmの正方形となっている。
Specific designed
図31に示すように、変調マスク傾斜部32における第1振幅変調単位領域26aの面積は、変調領域22の外方に向かうにつれて単調に増加するよう設定されている。具体的には、端部の変調領域22(a)においては、第1振幅変調単位領域26aの円周方向長さL3が、変調領域22の内方から外方に向かうにつれて順に0.65μm、1.45μm、2.5μmとなるよう設定されている。中間部の変調領域22(e)においては、第1振幅変調単位領域26aの円周方向長さL3が、変調領域22の内方から外方に向かうにつれて順に0.85μm、2.15μmとなるよう設定されている。このように第1振幅変調単位領域26aの面積を設定することにより、外方に向かうにつれて単調に光強度が減少する光(単位階調光50の傾斜部分52)を生成することができる。なお、中央部の変調領域22(i)においては、第1振幅変調単位領域26aの円周方向長さL3が1.45μmとなっている。
As shown in FIG. 31, the area of the first amplitude
また、第1の実施の形態の場合と同様に、端部、中間部および中央部のテーパ穴20(a),20(e)および20(i)に照射される単位階調光50の傾斜部分52の幅w(a),w(e)およびw(i)は、それぞれ4μm,3μmおよび2μmに決定されている。この場合、対応する変調領域22(a),22(e)および22(i)においては、変調マスク傾斜部32(a),32(e)および32(i)の幅z(a),z(e)およびz(i)がそれぞれ15μm,10μmおよび5μmに設定される。ここで図31(a)(b)(c)に示すように、各変調マスク傾斜部32(a),32(e)および32(i)における幅z(a),z(e)およびz(i)は、各変調マスク傾斜部32(a),32(e)および32(i)の幅方向に並ぶ変調単位領域24eの数を増減させることにより調整されている。
Further, as in the case of the first embodiment, the inclination of the unit gradation light 50 irradiated to the tapered holes 20 (a), 20 (e) and 20 (i) at the end portion, the intermediate portion, and the central portion. The widths w (a), w (e) and w (i) of the
このように、本実施の形態においても、変調マスク傾斜部32の幅zが、テーパ穴20の位置に応じて適宜調整されている。これによって、各変調領域22により変調されて被加工物18に照射される各単位階調光50における傾斜部分52の幅wを、テーパ穴20の位置に応じて最適化することができる。従って、各単位階調光50の照射によって形成されるテーパ穴20のテーパ角φを、各単位階調光50が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物18に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴20を同時に形成することができる。
As described above, also in the present embodiment, the width z of the modulation mask inclined
なお本実施の形態において、変調マスク傾斜部32の第1振幅変調単位領域26aが、変調マスク傾斜部32の半径方向に延びる略一定長さの2側縁26c,26cを含む例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、変調マスク傾斜部32の第1振幅変調単位領域26aは、第1の実施の形態における第1位相変調単位領域25aの場合と同様に、xおよびy方向に延びる矩形形状を有していてもよい。
In the present embodiment, the example in which the first amplitude
第3の実施の形態
次に、図32および図33を参照して、本発明の第3の実施の形態について説明する。図32および図33に示す第3の実施の形態は、変調単位領域24eの寸法を増減させることにより、各変調マスク傾斜部32の幅zが調整される点が異なるのみであり、他の構成は、図1乃至図26に示す第1の実施の形態と略同一である。図32および図33に示す第3の実施の形態において、図1乃至図26に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
Third Embodiment Next, with reference to FIGS. 32 and 33, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment shown in FIGS. 32 and 33 differs only in that the width z of each modulation mask inclined
図32(a)(b)(c)は、本実施の形態による変調マスク21において、端部の変調領域22(a)、中間部の変調領域22(e)および中央部の変調領域22(i)をそれぞれ示す図である。
FIGS. 32A, 32B, and 32C show the modulation region 22 (a) at the end, the modulation region 22 (e) at the middle portion, and the modulation region 22 (at the central portion) in the
本実施の形態においては、上述の第1の実施の形態の場合に比べて、被加工物18に照射される単位階調光50の傾斜部分52の幅wをより精密に調整することが求められている。例えば、端部、中間部および中央部のテーパ穴20(a),20(e)および20(i)に照射される単位階調光50の傾斜部分52の幅w(a),w(e)およびw(i)を、それぞれ3.4μm,2.8μmおよび2.2μmに調整することが求められている。このため本実施の形態においては、変調マスク傾斜部32の幅方向に並ぶ変調単位領域24eの数を増減させるのではなく、変調マスク傾斜部32の幅方向に並ぶ変調単位領域24eの幅方向における寸法を調整することにより、単位階調光50の傾斜部分52の幅wが最適化される。
In the present embodiment, it is required to adjust the width w of the
図32(a)に示す端部の変調マスク傾斜部32(a)においては、例えば、各円周方向線27間の半径方向距離L1が5μmに設定される。従って、変調マスク傾斜部32の幅方向に並ぶ変調単位領域24eの幅方向における寸法も約5μmとなる。この結果、変調マスク傾斜部32(a)の幅z(a)は、約10μmとなっている。
また、図32(b)に示す中間部の変調マスク傾斜部32(e)においては、例えば、各円周方向線27間の半径方向距離L1が4μmに設定される。従って、変調マスク傾斜部32の幅方向に並ぶ変調単位領域24eの幅方向における寸法も約4μmとなる。この結果、変調マスク傾斜部32(e)の幅z(e)は、約8μmとなっている。
また、図32(c)に示す中央部の変調マスク傾斜部32(i)においては、例えば、各円周方向線27間の半径方向距離L1が3μmに設定される。従って、変調マスク傾斜部32の幅方向に並ぶ変調単位領域24eの幅方向における寸法も約3μmとなる。この結果、変調マスク傾斜部32(i)の幅z(i)は、約6μmとなっている。
In the modulation mask inclined portion 32 (a) of the end portion shown in FIG. 32 (a), for example, the radial distance L 1 between the
In the modulating mask inclined
In the modulating mask inclined section 32 (i) of the central portion shown in FIG. 32 (c), for example, the radial distance L 1 between the
図33は、変調領域22を通った後に結像光学系17から出射され被加工物18上に結像されるレーザ光のうち、テーパ穴20(a),20(e),20(i)に照射される単位階調光50(a),50(e)および50(i)の強度分布を示す図である。上述のように、変調領域22(a),22(e)および22(i)において、各変調マスク傾斜部32の幅z(a),z(e)およびz(i)はそれぞれ10μm,8μmおよび6μmに決定されている。このため、対応する単位階調光50(a),50(e)および50(i)においても、その傾斜部分52の幅w(a),w(e)およびw(i)がそれぞれ3.4μm,2.8μmおよび2.2μmとなっている。このように、変調マスク傾斜部32の幅zを、変調マスク21の端に向かうにつれて大きくすることにより、被加工物18上に結像される単位階調光50の傾斜部分52の幅wを、一列に並ぶテーパ穴20の端に向かうにつれて大きくすることができる。
FIG. 33 shows taper holes 20 (a), 20 (e), and 20 (i) of the laser light emitted from the imaging
また本実施の形態によれば、各変調領域22において、変調マスク傾斜部32の幅方向に並ぶ変調単位領域24eの幅方向における寸法が、列の端に向かうにつれて大きくなっている。このように変調単位領域24eの幅方向における寸法を増減させることにより、各変調マスク傾斜部32の幅zをより精密に増減させることができる。このことにより、各変調領域22により変調されて被加工物18に照射される各単位階調光50における傾斜部分52の幅wを、テーパ穴20の位置に応じてより精密に調整することが可能となっている。
なお、変調マスク傾斜部32の幅zを、変調マスク21の端に向かうにつれて大きくする例を示したが、これに限られることはなく、図24に示す第1の実施の形態の変形例の場合と同様に、変調マスク傾斜部32の幅zが、変調マスク21の端に向かうにつれて小さくなっていてもよい。この場合、各変調領域22において、変調マスク傾斜部32の幅方向に並ぶ変調単位領域24eの幅方向における寸法が、列の端に向かうにつれて小さくなっている。
Further, according to the present embodiment, in each
Although the example in which the width z of the modulation mask inclined
第4の実施の形態
次に、図34乃至図42を参照して、本発明の第4の実施の形態について説明する。図34乃至図42に示す第4の実施の形態においては、単位階調光の中央部分の光強度をテーパ穴の位置に応じて調整することにより、被加工物に同時に形成される複数のテーパ穴のテーパ角が最適化される。図34乃至図42に示す第4の実施の形態において、図1乃至図26に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
Fourth Embodiment Next, with reference to FIGS. 34 to 42, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment shown in FIG. 34 to FIG. 42, a plurality of tapers simultaneously formed on the workpiece by adjusting the light intensity of the central portion of the unit gradation light according to the position of the taper hole. The taper angle of the hole is optimized. In the fourth embodiment shown in FIGS. 34 to 42, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS.
(本実施の形態の特徴)
第1の実施の形態において説明したように、テーパ穴20のテーパ角φは、単位階調光50の中央部分51の光強度P、または単位階調光50の傾斜部分52の幅wに応じて変化するものである。第1の実施の形態においては、テーパ穴20の位置に応じて単位階調光50の傾斜部分52の幅wを適宜調整することにより、形成される複数のテーパ穴20のテーパ角φの大きさを全て略同一に揃える方法を示した。本実施の形態においては、テーパ穴20の位置に応じて単位階調光50の中央部分51の光強度Pを適宜調整することにより、形成される複数のテーパ穴20のテーパ角φの大きさを全て略同一に揃える方法について説明する。
(Features of this embodiment)
As described in the first embodiment, the taper angle φ of the tapered
(本実施の形態における前提条件)
被加工物18に1個のテーパ穴20のみが形成される場合、図34において実線で示すように、被加工物18に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度Pと、被加工物18に形成されるテーパ穴20のテーパ角φとの間には、光強度Pを小さくするとテーパ角φが大きくなるという関係がある。
(Prerequisites in this embodiment)
When only one tapered
(複数のテーパ穴が同時に形成される場合のテーパ角)
ところで、被加工物18に複数のテーパ穴20が同時に形成される場合、第1の実施の形態において説明したように、テーパ穴形成装置10から出射される各単位階調光50が互いに同一の光であったとしても、テーパ穴形成領域の位置に応じて、被加工物18に照射される際の単位階調光50の強度が異なることが考えられる。
(Taper angle when multiple tapered holes are formed simultaneously)
By the way, when the plurality of tapered
各テーパ穴20間の距離が小さい場合について考える。この場合、第1の実施の形態において説明したように、中央部のテーパ穴20(i)は、中間部のテーパ穴20(e)または端部のテーパ穴20(a)に比べて、周辺のテーパ穴20からの飛散物の影響を多く受ける。また、中間部のテーパ穴20(e)は、端部のテーパ穴20(a)に比べて、周辺のテーパ穴20からの飛散物の影響を多く受ける。
この場合、端部のテーパ穴20(a)におけるテーパ角φ(a)と中央部分51の光強度Pとの間の関係が、図34に示す実線により表されているとすると、中間部のテーパ穴20(e)に関しては、テーパ角φ(e)と中央部分51の光強度Pとの間の関係が図34において一点鎖線で示される関係にシフトするといえる。中央部のテーパ穴20(i)に関しては、テーパ角φ(i)と中央部分51の光強度Pとの間の関係が図34において二点鎖線で示される関係にシフトするといえる。
Consider the case where the distance between each
In this case, if the relationship between the taper angle φ (a) in the tapered hole 20 (a) at the end and the light intensity P of the
ここで、各単位階調光50における中央部分51の光強度を、一列に並ぶテーパ穴20の端に向かうにつれて小さくすることにより(言い換えると、一列に並ぶテーパ穴20の中央に向かうにつれて大きくすることにより)、形成されるテーパ穴20のテーパ角φを略同一にすることができると考えられる。すなわち本実施の形態においては、図35(a)(b)(c)に示すように、端部のテーパ穴20(a)に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度P(a)が、中間部のテーパ穴20(e)に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度P(e)よりも小さくなるよう設定される。また、中間部のテーパ穴20(e)に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度P(e)が、中央部のテーパ穴20(i)に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度P(i)よりも小さくなるよう設定される。
Here, the light intensity of the
図36(a)は、図35(a)(b)(c)に示す例において、各単位階調光50における中央部分51の光強度Pを示すグラフであり、図36(b)は、図35(a)(b)(c)に示す例において、形成されるテーパ穴20のテーパ角φを示すグラフである。このように、テーパ穴20の位置に応じて、各単位階調光50における中央部分51の光強度Pを適宜調整することにより、形成される複数のテーパ穴20のテーパ角φを略同一にすることができる。この場合、中央部分51の光強度Pの調整量は、図34に示す関係に応じて適宜設定される。例えば、図34に示すように、中央部のテーパ穴20(i)においては、飛散量の影響によるテーパ角φのシフト量がΔφ(i)である場合、端部のテーパ穴20(a)に比べてΔP(i)だけ大きくなるよう中央部分51の光強度Pが設定される。
FIG. 36A is a graph showing the light intensity P of the
なお図36(a)においては、各単位階調光50における中央部分51の光強度Pが、テーパ穴20の位置に応じて連続的に調整される例を示した。しかしながら、常に連続的に中央部分51の光強度Pが調整される必要はなく、図37に示すように、中央部分51の光強度Pが離散的に調整されてもよい。このような離散的な調整の場合であっても、中央部分51の光強度Pが調整されない場合に比べて、形成される複数のテーパ穴20のテーパ角φの大きさを揃えることができ、有利である。
FIG. 36A shows an example in which the light intensity P of the
次に、テーパ穴20の位置に応じて中央部分51の光強度Pが調整可能な単位階調光50を生成するための変調マスク21の変調領域22について、図38および図39を参照して説明する。図38は、変調領域22を示す平面図であり、図39は、図38に示す変調領域22において枠XXXIXで囲まれた部分を拡大して示す図である。
Next, the
(変調領域)
図38に示すように、変調領域22は、被加工物18においてテーパ穴20の貫通部20aが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部34と、変調マスク中央部34の外縁に位置する変調マスク周縁部33と、を含んでいる。
(Modulation area)
As shown in FIG. 38, the
(変調マスク中央部)
このうち変調マスク中央部34は、光を第1の位相変調量(第1の変調量)で変調する多数の第1位相変調単位領域(第1変調単位領域)25aと、各第1位相変調単位領域25aを埋めるよう形成され、光を第2の位相変調量(第2の変調量)で変調する第2位相変調単位領域(第2変調単位領域)25bと、を有している。図38および図39に示すように、第1位相変調単位領域25aの形状および配置パターンは、第1の実施の形態における変調マスク傾斜部32の第1位相変調単位領域25aの形状および配置パターンと略同一であり、詳細な説明は省略する。
(Center of modulation mask)
Among them, the modulation mask
変調マスク中央部34においては、後述するように、変調マスク中央部34により変調されて生成される単位階調光50の中央部分51の光強度Pを適宜設定するため、第1位相変調単位領域25aの占有率が調整される。
In the modulation mask
(変調マスク周縁部)
図38に示すように、変調マスク周縁部33は、光を第1の位相変調量で変調する多数の第1位相変調単位領域45aと、各第1位相変調単位領域45a間に形成され、光を第2の位相変調量で変調する多数の第2位相変調単位領域45bと、を有している。図38および図39に示すように、位相変調単位領域45a,45bの形状および配置パターンは、第1の実施の形態における変調マスク周縁部33の位相変調単位領域45a,45bの形状および配置パターンと略同一であり、詳細な説明は省略する。
(Modulation mask edge)
As shown in FIG. 38, the modulation mask
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、変調マスク21を備えたテーパ穴形成装置10を用いて、被加工物18に、テーパ角φが互いに同一の18個のテーパ穴20を形成する方法について説明する。
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described. Here, a method of forming 18 tapered
(変調マスクの設計手順)
まず、変調マスク21の設計手順について説明する。図40は、変調マスク21の変調領域22を設計する手順を示すフローチャートである。
(Modulation mask design procedure)
First, the design procedure of the
(変調領域の設計手順)
(イ)まず、被加工物18に形成する各テーパ穴20に関する情報(位置(x、y)、半径、深さ、テーパ角φなど)を入力する(S401)。例えばテーパ角φとして8度が入力される。また、テーパ穴20の半径および深さとして、30μmおよび50μmが入力される。
(ロ)次に、レーザ光の照射回数mを入力する(S402)。例えば照射回数mとして150回が入力される。
(ハ)その後、テーパ穴20の深さおよびレーザ光の照射回数に基づいて、被加工物18に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度Pの初期値(後述する補正のベースとなる値)を算出する(S403)。例えば中央部分51の光強度Pの初期値として1000mJ/cm2が算出される。
(ニ)次に、図34の関係に基づいて、テーパ穴20が形成されるべき位置に応じて、単位階調光50の中央部分51の光強度Pの値を補正する(S404)。例えば、アブレーションの際にテーパ穴20間で飛散物が大量に行き交うことが予想される場合、端部のテーパ穴20(a)に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度P(a)が、中央部のテーパ穴20(i)に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度P(i)よりも小さくなるよう、光強度Pの値の補正が施される。光強度Pの具体的な補正量は、過去の実験結果などに基づいて決定される。例えば、端部、中間部および中央部のテーパ穴20(a),20(e)および20(i)に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度P(a),P(e)およびP(i)が、端部から中央部に向かうにつれて0.68→0.85(相対値)に増加するよう決定される。
(ホ)次に、算出された光強度Pと、テーパ穴20の位置(x、y)および半径に基づいて、被加工物18における所望のアブレーションレートd(x、y)を算出する(S405)。
(ヘ)その後、d(x、y)に基づいて、被加工物18に照射される光の光強度分布I(x、y)を算出する(S406)。
(ト)次に、レーザ光の強度分布I(x,y)と[数14]とに基づき、変調マスク21の各変調領域22における第1位相変調単位領域25a,45aの占有率(各変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域25a,45aの面積率Dp)が算出される(S407)。面積率Dpは、変調単位領域24eを単位として区分けされた領域ごとに算出される。
(チ)最後に、算出された面積率Dpに基づいて、変調マスク21の各変調領域22における第1位相変調単位領域25a,45aの配置パターンが決定される(S408)。
(Modulation area design procedure)
(A) First, information (position (x, y), radius, depth, taper angle φ, etc.) regarding each
(B) Next, the laser beam irradiation frequency m is input (S402). For example, 150 times is input as the number of times of irradiation m.
(C) Thereafter, based on the depth of the tapered
(D) Next, based on the relationship of FIG. 34, the value of the light intensity P of the
(E) Next, based on the calculated light intensity P and the position (x, y) and radius of the tapered
(F) Thereafter, based on d (x, y), the light intensity distribution I (x, y) of the light irradiated on the
(G) Next, based on the intensity distribution I (x, y) of the laser beam and [Equation 14], the occupancy rates of the first phase
In (h) Finally, based on the calculated area ratio D p, the first phase
次に、各変調領域22における第1位相変調単位領域25a,45aの配置パターンを設計する。具体的な設計方法は、図20に示す第1の実施の形態の場合と略同一であるので、詳細な説明は省略する。
Next, the arrangement pattern of the first phase
上述のようにして設計された具体的な変調領域22を図41(a)(b)(c)に示す。図41(a)(b)(c)は、端部の変調領域22(a)、中間部の変調領域22(e)および中央部の変調領域22(i)をそれぞれ示している。
上述のように、端部、中間部および中央部のテーパ穴20(a),20(e)および20(i)に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度P(a),P(e)およびP(i)が、端部から中央部に向かうにつれて0.68→0.85に増加するよう決定されている。この場合、対応する変調領域22(a),22(e)および22(i)においては、変調マスク中央部34(a),34(e)および34(i)における第1位相変調単位領域25aの一辺の寸法L7が、変調マスク21の端部から中央部に向かうにつれて1.5μm→1.0μmと減少するよう設定される。すなわち、変調マスク中央部34の各変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域25aの占有率が、変調マスク21の端部から中央部に向かうにつれて減少するよう設定される。また、変調マスク中央部34の各変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域25aの占有率は、0.5よりも小さくなっている。従って、変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの占有率と第2位相変調単位領域25bの占有率との差が、変調マスク21の端部から中央部に向かうにつれて増加するよう設定されることになる。
As described above, the light intensity P (a) of the
(変調マスクの製造方法)
その後、設計されたパターンに従って、変調領域22および非変調領域23を有する変調マスク21を製造する。この場合、例えばフォトリソグラフィー法などにより、設計されたパターンに従って、変調マスク本体部21a上に第1位相変調単位領域25a,45aが形成される。また、適切に選択された光遮蔽層21bが、変調マスク本体部21a上に設けられる。このようにして変調マスク21が得られる。
(Modulation mask manufacturing method)
Thereafter, the
(テーパ穴の形成方法)
次に、本実施の形態における変調マスク21を備えたテーパ穴形成装置10を用いて、被加工物18にテーパ穴20を形成する方法について説明する。
(Taper hole forming method)
Next, a method for forming the tapered
まず、載置台19上に被加工物18を予め載置しておく。次に、マスク照明系11から、面内強度分布が均一化されたレーザ光を出射させる。レーザ光としては、例えば、波長が308nm、発振時間(1パルスあたり)が30nsのXeClエキシマレーザが用いられる。その後、マスク照明系11から出射された光を前述の変調マスク21に入射させる。変調マスク21に入射されたレーザ光は、前述の手順により決定された変調マスク21のパターンに応じて変調または遮蔽される。
First, the
変調マスク21から出射されたレーザ光は、結像光学系17に入射される。結像光学系17としては、例えば、倍率(縮小率)が1/5、結像側開口数(NA)が0.13の結像光学系が用いられる。前述のとおり、変調マスク21の各変調領域22における仮想的な変調単位領域24eを結像光学系17の結像面17fに換算した変調単位換算領域は、結像光学系17の点像分布範囲の半径Rよりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。このため、各変調領域22を通った後に結像光学系17から出射され被加工物18上に結像されるレーザ光の光強度分布は、各変調領域22の各変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域25a,45aの面積率に対応する強度分布を有している。
The laser light emitted from the
図42は、変調領域22を通った後に結像光学系17から出射され被加工物18上に結像されるレーザ光のうち、テーパ穴20(a),20(e),20(i)に照射される単位階調光50(a),50(e)および50(i)の強度分布を示す図である。上述のように、変調領域22(a),22(e)および22(i)において、各変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの一辺の寸法L7が、変調マスク21の端部から中央部に向かうにつれて減少するよう設定されている。すなわち、変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの占有率と第2位相変調単位領域25bの占有率との差が、変調マスク21の端部から中央部に向かうにつれて増加するよう設定されている。このため、対応する単位階調光50(a),50(e)および50(i)においても、その中央部分51の光強度P(a),P(e)およびP(i)が、端部から中央部に向かうにつれて増加している。このように、変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの一辺の寸法L7を、変調マスク21の中央部に向かうにつれて小さくすることにより、被加工物18上に結像される単位階調光50の中央部分51の光強度Pを、一列に並ぶテーパ穴20の中央部に向かうにつれて大きくすることができる。
FIG. 42 shows tapered holes 20 (a), 20 (e), and 20 (i) of the laser light that is emitted from the imaging
このように本実施の形態によれば、各単位階調光50のうち一の単位階調光50における中央部分51の光強度Pは、その他の単位階調光50のうち少なくとも1つの単位階調光50における中央部分51の光強度Pと異なっている。例えば、各単位階調光50における中央部分51の光強度Pは、一列に並ぶテーパ穴20の端に向かうにつれて小さくなっている。これによって、各単位階調光50の照射によって形成されるテーパ穴20のテーパ角φを、各単位階調光50が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物18に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴20を同時に形成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the light intensity P of the
また本実施の形態によれば、変調マスク21の各変調領域22は、被加工物18においてテーパ穴20の貫通部20aが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部34を含んでいる。各変調マスク中央部34は、複数の変調単位領域24eからなっており、ここで、結像光学系17の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、変調単位領域24eを結像光学系17の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系17の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。また、各変調単位領域24eは、光を第1の位相変調量で変調する第1位相変調単位領域25aと、光を第2の位相変調量で変調する第2位相変調単位領域25bと、からなっている。そして、各変調マスク中央部34の変調単位領域24eにおける第1位相変調単位領域25aの占有率は、各々所定の値に設定されている。従って、変調マスク21の各変調領域22により変調された後、被加工物18に照射される各単位階調光50の中央部分51の光強度Pを、各単位階調光50が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光50の照射によって形成されるテーパ穴20のテーパ角φを、各単位階調光50が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物18に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴20を同時に形成することができる。
Further, according to the present embodiment, each
(変形例)
なお本実施の形態において、変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの占有率と第2位相変調単位領域25bの占有率との差が、変調マスク21の中央部に向かうにつれて大きくなるように設定される例を示した。しかしながら、これに限られることはない。
例えば、各テーパ穴20間の距離が大きい場合について考える。この場合、一のテーパ穴20において発生した飛散物は、他のテーパ穴20にまでほとんど到達しない。一方、端部に位置するテーパ穴20(a)に照射される単位階調光50(a)の収差は、中央部に位置するテーパ穴20(i)に照射される単位階調光50(i)の収差に比べて大きくなると考えられる。このため、端部の単位階調光50(a)の中央部分51(a)の光強度P(a)と、中央部の単位階調光50(i)の中央部分51(i)の光強度P(i)とが同一である場合、端部のテーパ穴20(a)のテーパ角φ(a)の方が、中央部のテーパ穴20(i)のテーパ角φ(i)に比べて大きくなる。
この場合、図24(a)に示す第1の実施の形態の変形例の場合と同様の技術的思想により、変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの占有率と第2位相変調単位領域25bの占有率との差が、変調マスク21の端に向かうにつれて大きくなるように設定される。これによって、各変調領域22により変調されて被加工物18に照射される各単位階調光50における中央部分51の光強度Pを、一列に並ぶテーパ穴20の端に向かうにつれて大きくすることができる。このことにより、被加工物18に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴20を同時に形成することができる。
(Modification)
In the present embodiment, the difference between the occupation ratio of the first phase
For example, consider a case where the distance between each
In this case, the occupancy of the first phase
また、飛散物による影響と光の収差による影響が同等の大きさで混在している場合、各変調マスク中央部34における第1位相変調単位領域25aの占有率と第2位相変調単位領域25bの占有率との差を、テーパ穴20の位置に応じて柔軟に設定することができる。これによって、被加工物18に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴20を同時に形成することができる。
Further, when the influence of the scattered object and the influence of the light aberration are mixed in the same magnitude, the occupation ratio of the first phase
第5の実施の形態
次に、図43乃至図45を参照して、本発明の第5の実施の形態について説明する。図43乃至図45に示す第5の実施の形態は、変調マスクの変調領域の各変調単位領域が、光を振幅変調する第1振幅変調単位領域と第2振幅変調領域とからなる点が異なるのみであり、他の構成は、図34乃至図42に示す第4の実施の形態と略同一である。図43乃至図45に示す第5の実施の形態において、図34乃至図42に示す第4の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
Fifth Embodiment Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The fifth embodiment shown in FIGS. 43 to 45 is different in that each modulation unit area of the modulation area of the modulation mask is composed of a first amplitude modulation unit area for modulating the amplitude of light and a second amplitude modulation area. Other configurations are substantially the same as those of the fourth embodiment shown in FIGS. In the fifth embodiment shown in FIG. 43 to FIG. 45, the same parts as those in the fourth embodiment shown in FIG. 34 to FIG.
(変調マスクの変調領域)
図34乃至図42に示す第4の実施の形態の場合と同様に、変調マスク21の変調領域22は、被加工物18においてテーパ穴20の貫通部20aが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部34と、変調マスク中央部34の外縁に位置する変調マスク周縁部33と、を含んでいる。
(Modulation area of modulation mask)
As in the case of the fourth embodiment shown in FIGS. 34 to 42, the
(変調マスク中央部)
このうち変調マスク中央部34は、光を第1の振幅変調量(第1の変調量)で変調する多数の第1振幅変調単位領域(第1変調単位領域)26aと、各第1振幅変調単位領域26aを埋めるよう形成され、光を第2の振幅変調量(第2の変調量)で変調する第2振幅変調単位領域(第2変調単位領域)26bと、を有している。図43および図44に示すように、第1振幅変調単位領域26aの形状および配置パターンは、第4の実施の形態における変調マスク中央部34の第1位相変調単位領域25aの形状および配置パターンと略同一であり、詳細な説明は省略する。
(Center of modulation mask)
Of these, the modulation mask
変調マスク中央部34においては、第4の実施の形態の場合と同様に、変調マスク中央部34により変調されて生成される単位階調光50の中央部分51の光強度Pを適宜設定するため、各変調単位領域24eの第1振幅変調単位領域26aの占有率が調整される。
In the modulation mask
(変調マスク周縁部)
図43に示すように、変調マスク周縁部33は、光を第1の振幅変調量(第1の変調量)で変調する第1振幅変調単位領域(第1変調単位領域)26aのみからなっている。変調マスク周縁部33は、図27乃至図29に示す第2の実施の形態における変調マスク周縁部33と略同一であり、詳細な説明は省略する。
(Modulation mask edge)
As shown in FIG. 43, the modulation mask
また、変調マスク中央部34および変調マスク周縁部33における第1振幅変調単位領域26aおよび第2振幅変調単位領域26bの構造は、図27乃至図29に示す第2の実施の形態における第1振幅変調単位領域26aおよび第2振幅変調単位領域26bの構造と略同一であり、詳細な説明は省略する。
Further, the structures of the first amplitude
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、変調マスク21を備えたテーパ穴形成装置10を用いて、被加工物18に、テーパ角φが互いに同一の18個のテーパ穴20を形成する方法について説明する。
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described. Here, a method of forming 18 tapered
(変調マスクの設計)
まず、変調マスク21を設計する。本実施の形態における変調マスク21の設計手順は、レーザ光強度分布I(x、y)が算出された後、[数17]に基づいて、変調マスク21の各変調マスク中央部34の変調単位領域24eにおける開口率Da(各変調単位領域24eにおける第2振幅変調単位領域26bの面積率)が算出される点が異なるのみであり、その他の手順は、図40に示す第4の実施の形態における変調マスク21の設計手順と略同一となっている。なお、端部、中間部および中央部のテーパ穴20(a),20(e)および20(i)に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度P(a),P(e)およびP(i)は、第4の実施の形態の場合と同様に、端部から中央部に向かうにつれて0.68→0.85に増加するよう設定される。
また、各変調マスク中央部34における第1振幅変調単位領域26aの配置パターンの設計手順も、図40に示す第4の実施の形態における第1位相変調単位領域25aの場合と略同一であるので、詳細な説明は省略する。
(Modulation mask design)
First, the
Further, the design procedure of the arrangement pattern of the first amplitude
設計された具体的な変調領域22を図45(a)(b)(c)に示す。図45(a)(b)(c)は、端部の変調領域22(a)、中間部の変調領域22(e)および中央部の変調領域22(i)をそれぞれ示している。なお、各変調領域22の変調単位領域24eを正方形で近似すると、一辺が約5μmの正方形となっている。
Specific designed
上述のように、端部、中間部および中央部のテーパ穴20(a),20(e)および20(i)に照射される単位階調光50の中央部分51の光強度P(a),P(e)およびP(i)が、端部から中央部に向かうにつれて0.68→0.85に増加するよう設定されている。この場合、対応する変調領域22(a),22(e)および22(i)においては、変調マスク中央部34(a),34(e)および34(i)における第1振幅変調単位領域26aの一辺の寸法L7が、変調マスク21の端部から中央部に向かうにつれて2.1μm→1.4μmと減少するよう設定される。すなわち、変調マスク中央部34の各変調単位領域24eにおける第1振幅変調単位領域26aの面積率が、変調マスク21の端部から中央部に向かうにつれて増加するよう設定される。従って、変調マスク中央部34における各変調単位領域24eの開口率(各変調単位領域24eにおける第2振幅変調単位領域26bの面積率)が、変調マスク21の端部から中央部に向かうにつれて増加するよう設定されることになる。
As described above, the light intensity P (a) of the
(変調マスクの製造方法)
その後、設計されたパターンに従って、変調領域22および非変調領域23を有する変調マスク21を製造する。この場合、設計されたパターンが形成されるよう、光遮蔽層21aおよび光遮蔽層29が変調マスク本体部21a上に所定パターンで設けられる。このようにして変調マスク21が得られる。
(Modulation mask manufacturing method)
Thereafter, the
(テーパ穴の形成方法)
その後、第4の実施の形態の場合と同様にして、本実施の形態による変調マスク21を備えたテーパ穴形成装置10を用いて、被加工物18に18個のテーパ穴20が形成される。
(Taper hole forming method)
Thereafter, in the same manner as in the fourth embodiment, 18 tapered
この際、上述のように、変調領域22(a),22(e)および22(i)において、各変調マスク中央部34における第1振幅変調単位領域26aの一辺の寸法L7が、変調マスク21の端部から中央部に向かうにつれて減少するよう設定されている。すなわち、変調マスク中央部34における各変調単位領域24eの開口率が、変調マスク21の端部から中央部に向かうにつれて増加するよう設定されている。このため、対応する単位階調光50(a),50(e)および50(i)においても、その中央部分51の光強度P(a),P(e)およびP(i)が、端部から中央部に向かうにつれて増加している。このように、変調マスク中央部34における第1振幅変調単位領域26aの一辺の寸法L7を、変調マスク21の中央部に向かうにつれて小さくすることにより、被加工物18上に結像される単位階調光50の中央部分51の光強度Pを、一列に並ぶテーパ穴20の中央部に向かうにつれて大きくすることができる。
At this time, as described above, modulation region 22 (a), in 22 (e) and 22 (i), the dimension L 7 of one side of the first amplitude
このように本実施の形態によれば、各単位階調光50のうち一の単位階調光50における中央部分51の光強度Pは、その他の単位階調光50のうち少なくとも1つの単位階調光50における中央部分51の光強度Pと異なっている。例えば、各単位階調光50における中央部分51の光強度Pは、一列に並ぶテーパ穴20の端に向かうにつれて小さくなっている。これによって、各単位階調光50の照射によって形成されるテーパ穴20のテーパ角φを、各単位階調光50が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物18に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴20を同時に形成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the light intensity P of the
また本実施の形態によれば、変調マスク21の各変調領域22は、被加工物18においてテーパ穴20の貫通部20aが形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部34を含んでいる。各変調マスク中央部34は、複数の変調単位領域24eからなっており、ここで、結像光学系17の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、変調単位領域24eを結像光学系17の結像面に換算した変調単位換算領域は、結像光学系17の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっている。また、各変調単位領域24eは、光を第1の振幅変調量で変調する第1振幅変調単位領域26aと、光を第2の振幅変調量で変調する第2振幅変調単位領域26bと、からなっている。そして、各変調マスク中央部34の変調単位領域24eにおける第1振幅変調単位領域26aの面積率は、各々所定の値に設定されている。従って、変調マスク21の各変調領域22により変調された後、被加工物18に照射される各単位階調光50の中央部分51の光強度Pを、各単位階調光50が照射される位置に応じて任意に変えることができる。これによって、各単位階調光50の照射によって形成されるテーパ穴20のテーパ角φを、各単位階調光50が照射される位置によらず略同一にすることができる。このことにより、被加工物18に、略同一のテーパ角φを有する複数のテーパ穴20を同時に形成することができる。
Further, according to the present embodiment, each
(変形例)
なお本実施の形態において、なお、各変調マスク中央部34の変調単位領域24eにおける第1振幅変調単位領域26aの面積率を、変調マスク21の端に向かうにつれて大きくする例を示したが、これに限られることはない。図24に示す第1の実施の形態の変形例の場合と同様の技術的思想により、各変調マスク中央部34の変調単位領域24eにおける第1振幅変調単位領域26aの面積率を、変調マスク21の端に向かうにつれて小さくしてもよい。
(Modification)
In the present embodiment, an example is shown in which the area ratio of the first amplitude
(その他の変形例)
また上記各実施の形態において、レーザ光源12が、308nmの波長を有する光を供給するXeClエキシマレーザ光源12からなる例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、レーザ光源12として308nm以外の波長を有する光を供給するレーザ光源12を用いても良い。この場合、レーザ光源12の波長は、被加工物18の材料、結像光学系17の倍率、および結像光学系17の開口率NAなどを考慮して決定される。
(Other variations)
In each of the above embodiments, the
また上記各実施の形態において、テーパ穴形成装置10により被加工物18に貫通部20aと傾斜部20bとを有するテーパ穴20が形成される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、テーパ穴形成装置10により被加工物18に非貫通のテーパ穴20、すなわち底部分と傾斜部20bとを有するテーパ穴20を形成してもよい。
Moreover, in each said embodiment, the
また上記各実施の形態において、変調マスク21の変調領域22が、円形の輪郭からなる例を示したが、これに限られることはない。変調領域22により変調され、その後に被加工物18に対して照射される光により、被加工物18に所定のテーパ角φを有するテーパ穴20が形成される限りにおいて、変調領域22の輪郭を任意の形状とすることができる。
In each of the above embodiments, the
また上記各実施の形態において、テーパ穴形成装置10からの各単位階調光50を被加工物18に照射することにより、一列に並ぶ複数のテーパ穴20が形成される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、例えば図46(a)に示すように、複数列に並ぶ複数のテーパ穴20が形成されるよう、テーパ穴形成装置10から被加工物18に各単位階調光50を照射してもよい。この場合、図46(b)に示すように、各々がテーパ穴20に対応する変調量分布を有する複数の変調領域22が形成された変調マスク21が用いられる。
なお、テーパ穴20を複数列に並べる具体的な方法が特に限られることはなく、例えば図46(a)に示すように、テーパ穴20が千鳥足状に並べられていてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the example in which the plurality of tapered
The specific method of arranging the tapered
また本実施の形態において、光変調手段15が、変調マスク21と結像光学系17とにより構成される例を示した。しかしながら、これに限られることはない。本発明の技術的思想は、上述のように、被加工物18に複数のテーパ穴を同時に形成する際、被加工物18に照射される各単位階調光50の中央部分51の光強度P、若しくは傾斜部分52の幅wを、テーパ穴20の位置に応じて適宜調整することである。従って本発明においては、このような調整を実現可能な様々な光変調手段を用いることができる。例えば、被加工物18に照射される光の強度を調整する方法として、所定の透過率分布を有する補正板を、被加工物18の近傍、若しくは被加工物18と共役な位置に設けることにより、被加工物18に照射される光に強度分布を持たせる方法を用いることができる。
In the present embodiment, the example in which the light modulation means 15 is configured by the
また本実施の形態において被加工物に形成される複数のテーパ穴20が各々略同一のテーパ角φを有する例を示した。しかしながら、これに限られることはない。本発明の技術的思想は、上述のように、被加工物18に複数のテーパ穴を同時に形成する際、被加工物18に照射される各単位階調光50の中央部分51の光強度P、若しくは傾斜部分52の幅wを、テーパ穴20の位置に応じて適宜調整することである。従って本発明においては、各テーパ穴20のテーパ角φを略同一にするだけでなく、単位階調光50の中央部分51の光強度P、若しくは傾斜部分52の幅wを調整することにより、各テーパ穴20のテーパ角φを位置に応じて任意に設定することが可能となっている。すなわち、被加工物18に形成される複数のテーパ穴20のテーパ角φを、位置に応じて意図的に変えることができる。
In the present embodiment, an example in which the plurality of tapered
10 テーパ穴形成装置
11 マスク照明系
12 レーザ光源
13 照明光学系
15 光変調手段
17 結像光学系
17a 凸レンズ
17b 凸レンズ
17c 開口絞り
17e 円筒形
17f 結像面
17g 単位円
17h ベクトル
17k 開口部
17l 点像分布範囲
18 被加工物
19 載置台
20 テーパ穴
20a テーパ穴の貫通部
20b テーパ穴の傾斜部
20c テーパ穴の先端部
20d テーパ穴の基端部
21 変調マスク
21a 変調マスク本体部
21b 光遮蔽層
22 変調領域
23 非変調領域
24e 変調単位領域
25a 第1位相変調単位領域
25b 第2位相変調単位領域
26a 第1振幅変調単位領域
26b 第2振幅変調単位領域
26c 側縁
27 円周方向線
28a x方向側縁
28b y方向側縁
29 光遮蔽層
32 変調マスク傾斜部
33 変調マスク周縁部
34 変調マスク中央部
45a 第1位相変調単位領域
45b 第2位相変調単位領域
50 単位階調光
51 中央部分
52 傾斜部分
53 周縁部分
100 従来のレーザ加工装置
102 レーザ光源
103 照明光学系
104 マスク
105 石英ガラス層
106 光遮蔽膜
106a 開口部
107 結像光学系
108 被加工物
109 ステージ
110 ノズル
110b ノズルのテーパ部
DESCRIPTION OF
Claims (23)
光を出射する光源と、
光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する光変調手段と、を備え、
前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、
各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、
各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外縁に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分と、前記傾斜部分の外縁に位置する周縁部分と、を含み、
各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっており、
前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、
各単位階調光における前記傾斜部分の幅は、列の端に向かうにつれて大きくなっていることを特徴とするテーパ穴形成装置。 Tapered hole formation that modulates the light emitted from the light source and irradiates the workpiece with the modulated light to form a plurality of tapered holes having a through portion or a bottom portion and a tapered portion in the workpiece. In the device
A light source that emits light;
A light modulation means that is provided on the emission side of the light source, modulates the light from the light source, and irradiates the workpiece with light,
The light modulation means has a plurality of unit modulation means each having a modulation amount distribution corresponding to a tapered hole,
The light that is modulated by each unit modulation means and applied to the workpiece is unit gradation light having a light intensity distribution corresponding to the tapered hole,
Each unit gradation light is positioned at the central portion irradiated to the region where the through-hole or bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and at the outer edge of the central portion. Including an inclined portion that is irradiated to a region where the portion is formed and whose light intensity decreases toward the outside, and a peripheral portion located at an outer edge of the inclined portion,
The width of the inclined portion in one unit gradation light among each unit gradation light is different from the width of the inclined portion in at least one unit gradation light among the other unit gradation lights ,
The unit gradation light is applied to the workpiece such that each unit gradation light is arranged in a row or a plurality of rows on the workpiece,
The tapered hole forming apparatus, wherein the width of the inclined portion in each unit gradation light increases toward the end of the column .
光を出射する光源と、
光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する光変調手段と、を備え、
前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、
各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、
各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外縁に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射され、外方に向かうにつれて光強度が低下する傾斜部分と、前記傾斜部分の外縁に位置する周縁部分と、を含み、
各単位階調光のうち一の単位階調光における傾斜部分の幅は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における傾斜部分の幅と異なっており、
前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、
各単位階調光における前記傾斜部分の幅は、列の端に向かうにつれて小さくなっていることを特徴とするテーパ穴形成装置。 Tapered hole formation that modulates the light emitted from the light source and irradiates the workpiece with the modulated light to form a plurality of tapered holes having a through portion or a bottom portion and a tapered portion in the workpiece. In the device
A light source that emits light;
A light modulation means that is provided on the emission side of the light source, modulates the light from the light source, and irradiates the workpiece with light,
The light modulation means has a plurality of unit modulation means each having a modulation amount distribution corresponding to a tapered hole,
The light that is modulated by each unit modulation means and applied to the workpiece is unit gradation light having a light intensity distribution corresponding to the tapered hole,
Each unit gradation light is positioned at the central portion irradiated to the region where the through-hole or bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and at the outer edge of the central portion. Including an inclined portion that is irradiated to a region where the portion is formed and whose light intensity decreases toward the outside, and a peripheral portion located at an outer edge of the inclined portion,
The width of the inclined portion in one unit gradation light among each unit gradation light is different from the width of the inclined portion in at least one unit gradation light among the other unit gradation lights ,
The unit gradation light is applied to the workpiece such that each unit gradation light is arranged in a row or a plurality of rows on the workpiece,
A tapered hole forming apparatus, wherein the width of the inclined portion in each unit gradation light is reduced toward the end of the column .
光を出射する光源と、
光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して出射する変調マスクと、
変調マスクの出射側に設けられ、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、を備え、
前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、
各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部と、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置する変調マスク周縁部と、を含み、
各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、
各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなり、
前記変調マスク傾斜部の各変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加または減少しており、
各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置。 Tapered hole formation that modulates the light emitted from the light source and irradiates the workpiece with the modulated light to form a plurality of tapered holes having a through portion or a bottom portion and a tapered portion in the workpiece. In the device
A light source that emits light;
A modulation mask that is provided on the emission side of the light source and modulates and emits the light from the light source;
An imaging optical system that is provided on the emission side of the modulation mask and forms an image of light modulated by the modulation mask and irradiates the workpiece;
The modulation mask has a plurality of modulation regions each having a modulation amount distribution corresponding to a tapered hole,
Each modulation region is located at the center of the modulation mask that modulates the light irradiated to the region where the through-hole or bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and at the outer edge of the center of the modulation mask. A modulation mask inclined portion that modulates light irradiated to a region where the tapered portion of the tapered hole is formed, and a modulation mask peripheral portion located at an outer edge of the modulation mask inclined portion,
Each modulation mask inclined part consists of a plurality of modulation unit regions,
When the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is defined as R = 0.61λ / NA using the central wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system, the modulation unit The modulation unit conversion area in which the area is converted into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system,
Each modulation unit region includes a first modulation unit region that modulates light with a first modulation amount, and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount,
The occupancy of the first modulation unit region in each modulation unit region of the modulation mask inclined part monotonously increases or decreases toward the outside of the modulation region,
A taper hole forming apparatus, wherein a width of a modulation mask inclined portion in one modulation region of each modulation region is different from a width of a modulation mask inclination portion in at least one modulation region of other modulation regions.
各変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、列の端に向かうにつれて大きくなっていることを特徴とする請求項3に記載のテーパ穴形成装置。 The modulation areas are arranged such that each modulation area is arranged in a line or a plurality of lines on the modulation mask,
4. The tapered hole forming apparatus according to claim 3 , wherein the width of the modulation mask inclined portion in each modulation region increases toward the end of the column.
各変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、列の端に向かうにつれて小さくなっていることを特徴とする請求項3に記載のテーパ穴形成装置。 The modulation areas are arranged such that each modulation area is arranged in a line or a plurality of lines on the modulation mask,
4. The tapered hole forming apparatus according to claim 3 , wherein the width of the inclined portion of the modulation mask in each modulation region becomes smaller toward the end of the row.
前記変調マスク傾斜部において、各変調単位領域における前記第1変調単位領域の占有率と前記傾斜部第2変調領域の占有率との差が、変調マスク傾斜部の外方に向かうにつれて単調に減少することを特徴とする請求項3乃至9のいずれかに記載のテーパ穴形成装置。 The first modulation amount of the first modulation unit region and the second modulation amount of the second modulation unit region are predetermined phase modulation amounts different from each other by an odd multiple of 180 degrees,
In the modulation mask inclined portion, the difference between the occupancy rate of the first modulation unit region and the occupancy rate of the inclined portion second modulation region in each modulation unit region monotonously decreases toward the outside of the modulation mask inclined portion. The taper hole forming device according to claim 3 , wherein the taper hole forming device comprises:
前記変調マスク傾斜部において、各変調単位領域における前記第1変調単位領域の占有率が、変調マスク傾斜部の外方に向かうにつれて単調に増加することを特徴とする請求項3乃至9のいずれかに記載のテーパ穴形成装置。 The first modulation unit region includes a light shielding layer that shields light;
In the modulation mask inclined section, the occupancy of the first modulation unit area in each modulation unit region, any one of claims 3 to 9, characterized in that monotonically increases toward the outside of the modulating mask inclined portion A tapered hole forming apparatus according to claim 1.
光を出射する光源を準備する工程と、
光源の出射側に設けられた変調マスクにより、光源からの光を変調する工程と、
変調マスクの出射側に設けられた結像光学系により、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する工程と、を備え、
前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、
各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部と、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置する変調マスク周縁部と、を含み、
各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、
各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなり、
前記変調マスク傾斜部の各変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加または減少しており、
各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法。 Tapered hole formation that modulates the light emitted from the light source and irradiates the workpiece with the modulated light to form a plurality of tapered holes having a through portion or a bottom portion and a tapered portion in the workpiece. In the method
Preparing a light source for emitting light;
A step of modulating light from the light source by a modulation mask provided on the emission side of the light source;
A step of forming an image of light modulated by the modulation mask and irradiating the workpiece with an imaging optical system provided on the emission side of the modulation mask; and
The modulation mask has a plurality of modulation regions each having a modulation amount distribution corresponding to a tapered hole,
Each modulation region is located at the center of the modulation mask that modulates the light irradiated to the region where the through-hole or bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and at the outer edge of the center of the modulation mask. A modulation mask inclined portion that modulates light irradiated to a region where the tapered portion of the tapered hole is formed, and a modulation mask peripheral portion located at an outer edge of the modulation mask inclined portion,
Each modulation mask inclined part consists of a plurality of modulation unit regions,
When the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is defined as R = 0.61λ / NA using the central wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system, the modulation unit The modulation unit conversion area in which the area is converted into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system,
Each modulation unit region includes a first modulation unit region that modulates light with a first modulation amount, and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount,
The occupancy of the first modulation unit region in each modulation unit region of the modulation mask inclined part monotonously increases or decreases toward the outside of the modulation region,
A taper hole forming method, wherein a width of a modulation mask inclined portion in one modulation region of each modulation region is different from a width of a modulation mask inclination portion in at least one modulation region of other modulation regions.
前記結像光学系から前記被加工物に照射される光により、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴が形成され、
変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、 各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外縁に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク傾斜部と、前記変調マスク傾斜部の外縁に位置する変調マスク周縁部と、を含み、
各変調マスク傾斜部は、複数の変調単位領域からなり、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、
各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなり、
前記変調マスク傾斜部の各変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、変調領域の外方に向かうにつれて単調に増加または減少しており、
各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク傾斜部の幅は、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク傾斜部の幅と異なっていることを特徴とする変調マスク。 Provided between a light source that emits light and an imaging optical system that forms an image of light and irradiates the workpiece, and modulates the light from the light source and applies the modulated light to the imaging optical system. In the modulation mask that emits toward
A plurality of tapered holes having a penetrating portion or a bottom portion and a tapered portion are formed in the workpiece by light irradiated on the workpiece from the imaging optical system,
The modulation mask has a plurality of modulation regions each having a modulation amount distribution corresponding to the taper hole, and each modulation region is irradiated to a region where a through-hole or a bottom portion of the taper hole is formed in the workpiece. A modulation mask central portion that modulates light; a modulation mask inclined portion that modulates light irradiated on a region where a tapered portion of a tapered hole is formed in the workpiece; A modulation mask peripheral edge located at the outer edge of the modulation mask inclined portion, and
Each modulation mask inclined part consists of a plurality of modulation unit regions,
When the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is defined as R = 0.61λ / NA using the central wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system, the modulation unit The modulation unit conversion area in which the area is converted into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system,
Each modulation unit region includes a first modulation unit region that modulates light with a first modulation amount, and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount,
The occupancy of the first modulation unit region in each modulation unit region of the modulation mask inclined part monotonously increases or decreases toward the outside of the modulation region,
The modulation mask characterized in that the width of the modulation mask inclined portion in one modulation region of each modulation region is different from the width of the modulation mask inclination portion in at least one modulation region of the other modulation regions.
光を出射する光源と、
光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する光変調手段と、を備え、
前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、
各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、
各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外側に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される周縁部分と、を含み、
各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっており、
前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、
各単位階調光における中央部分の光強度は、列の端に向かうにつれて小さくなっていることを特徴とするテーパ穴形成装置。 Tapered hole formation that modulates the light emitted from the light source and irradiates the workpiece with the modulated light to form a plurality of tapered holes having a through portion or a bottom portion and a tapered portion in the workpiece. In the device
A light source that emits light;
A light modulation means that is provided on the emission side of the light source, modulates the light from the light source, and irradiates the workpiece with light,
The light modulation means has a plurality of unit modulation means each having a modulation amount distribution corresponding to a tapered hole,
The light that is modulated by each unit modulation means and applied to the workpiece is unit gradation light having a light intensity distribution corresponding to the tapered hole,
Each unit gradation light is positioned outside the central portion and irradiated to the region where the through-hole or bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and the tapered hole tapers in the workpiece. A peripheral portion irradiated to the peripheral region of the region where the portion is formed,
The light intensity of the central part of one unit gradation light among the unit gradation lights is different from the light intensity of the central part of at least one unit gradation light of the other unit gradation lights .
The unit gradation light is applied to the workpiece such that each unit gradation light is arranged in a row or a plurality of rows on the workpiece,
A taper hole forming apparatus characterized in that the light intensity at the central portion of each unit gradation light decreases toward the end of the column .
光を出射する光源と、
光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して、被加工物に対して光を照射する光変調手段と、を備え、
前記光変調手段は、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の単位変調手段を有し、
各単位変調手段により変調されて被加工物に照射される光は各々、テーパ穴に対応する光強度分布を有する単位階調光となっており、
各単位階調光は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される中央部分と、前記中央部分の外側に位置するとともに、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される周縁部分と、を含み、
各単位階調光のうち一の単位階調光における中央部分の光強度は、その他の単位階調光のうち少なくとも1つの単位階調光における中央部分の光強度と異なっており、
前記単位階調光は、各単位階調光が前記被加工物上に一列もしくは複数列に並ぶよう被加工物に対して照射され、
各単位階調光における中央部分の光強度は、列の端に向かうにつれて大きくなっていることを特徴とするテーパ穴形成装置。 Tapered hole formation that modulates the light emitted from the light source and irradiates the workpiece with the modulated light to form a plurality of tapered holes having a through portion or a bottom portion and a tapered portion in the workpiece. In the device
A light source that emits light;
A light modulation means that is provided on the emission side of the light source, modulates the light from the light source, and irradiates the workpiece with light,
The light modulation means has a plurality of unit modulation means each having a modulation amount distribution corresponding to a tapered hole,
The light that is modulated by each unit modulation means and applied to the workpiece is unit gradation light having a light intensity distribution corresponding to the tapered hole,
Each unit gradation light is positioned outside the central portion and irradiated to the region where the through-hole or bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and the tapered hole tapers in the workpiece. A peripheral portion irradiated to the peripheral region of the region where the portion is formed,
The light intensity of the central part of one unit gradation light among the unit gradation lights is different from the light intensity of the central part of at least one unit gradation light of the other unit gradation lights .
The unit gradation light is applied to the workpiece such that each unit gradation light is arranged in a row or a plurality of rows on the workpiece,
A taper hole forming device characterized in that the light intensity at the central portion of each unit gradation light increases toward the end of the column .
光を出射する光源と、
光源の出射側に設けられ、光源からの光を変調して出射する変調マスクと、
変調マスクの出射側に設けられ、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する結像光学系と、を備え、
前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、
各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外側に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される光を変調する変調マスク周縁部と、を含み、
各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、
各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなり、
各変調マスク中央部の変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されており、
各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率は、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成装置。 Tapered hole formation that modulates the light emitted from the light source and irradiates the workpiece with the modulated light to form a plurality of tapered holes having a through portion or a bottom portion and a tapered portion in the workpiece. In the device
A light source that emits light;
A modulation mask that is provided on the emission side of the light source and modulates and emits the light from the light source;
An imaging optical system that is provided on the emission side of the modulation mask and forms an image of light modulated by the modulation mask and irradiates the workpiece;
The modulation mask has a plurality of modulation regions each having a modulation amount distribution corresponding to a tapered hole,
Each modulation region is located at the center of the modulation mask that modulates the light applied to the region where the through-hole or bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and outside the center portion of the modulation mask. A modulation mask peripheral portion that modulates light applied to the peripheral region of the region where the tapered portion of the tapered hole is formed,
Each modulation mask central portion is composed of a plurality of modulation unit regions,
When the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is defined as R = 0.61λ / NA using the central wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system, the modulation unit The modulation unit conversion area in which the area is converted into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system,
Each modulation unit region includes a first modulation unit region that modulates light with a first modulation amount, and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount,
The occupancy of the first modulation unit area in the modulation unit area at the center of each modulation mask is set to a predetermined value,
The occupancy ratio of the first modulation unit area at the center of the modulation mask in one modulation area among the modulation areas is the occupancy ratio of the first modulation unit area at the center of the modulation mask in at least one of the other modulation areas. A taper hole forming device characterized by being different from the above.
各変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率は、列の端に向かうにつれて単調に増加または減少することを特徴とする請求項16に記載のテーパ穴形成装置。 The modulation areas are arranged such that each modulation area is arranged in a line or a plurality of lines on the modulation mask,
The taper hole forming device according to claim 16 , wherein the occupation ratio of the first modulation unit area at the center of the modulation mask in each modulation area monotonously increases or decreases toward the end of the column.
各変調領域の変調マスク中央部における第1変調単位領域の占有率と第2変調単位領域の占有率との差が、列の端に向かうにつれて単調に減少することを特徴とする請求項17に記載のテーパ穴形成装置。 The first modulation amount of the first modulation unit region and the second modulation amount of the second modulation unit region are predetermined phase modulation amounts different from each other by an odd multiple of 180 degrees,
The difference between the occupancy and the occupancy of the second modulation unit area of the first modulation unit area in the modulation mask central portion of each modulation region, to claim 17, characterized in that monotonically decreases toward the end of the column The taper hole forming apparatus described.
各変調領域の変調マスク中央部における第1変調単位領域の占有率と第2変調単位領域の占有率との差が、列の端に向かうにつれて単調に増加することを特徴とする請求項17に記載のテーパ穴形成装置。 The first modulation amount of the first modulation unit region and the second modulation amount of the second modulation unit region are predetermined phase modulation amounts different from each other by an odd multiple of 180 degrees,
The difference between the occupancy of the occupancy rate and the second modulation unit area of the first modulation unit area in the modulation mask central portion of each modulation region, to claim 17, wherein the monotonically increasing toward the end of the column The taper hole forming apparatus described.
各変調領域の変調マスク中央部における第1変調単位領域の占有率が、列の端に向かうにつれて単調に増加することを特徴とする請求項17に記載のテーパ穴形成装置。 The first modulation unit region includes a light shielding layer that shields light;
18. The tapered hole forming apparatus according to claim 17 , wherein the occupation ratio of the first modulation unit region in the modulation mask central portion of each modulation region monotonously increases toward the end of the column.
各変調領域の変調マスク中央部における第1変調単位領域の占有率が、列の端に向かうにつれて単調に減少することを特徴とする請求項17に記載のテーパ穴形成装置。 The first modulation unit region includes a light shielding layer that shields light;
18. The tapered hole forming device according to claim 17 , wherein the occupation ratio of the first modulation unit region in the modulation mask central portion of each modulation region is monotonously decreased toward the end of the row.
光を出射する光源を準備する工程と、
光源の出射側に設けられた変調マスクにより、光源からの光を変調する工程と、
変調マスクの出射側に設けられた結像光学系により、変調マスクにより変調された光を結像して被加工物に照射する工程と、を備え、
前記変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、
各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外側に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される光を変調する変調マスク周縁部と、を含み、
各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、
各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなり、
各変調マスク中央部の変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されており、
各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率は、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率と異なっていることを特徴とするテーパ穴形成方法。 Tapered hole formation that modulates the light emitted from the light source and irradiates the workpiece with the modulated light to form a plurality of tapered holes having a through portion or a bottom portion and a tapered portion in the workpiece. In the method
Preparing a light source for emitting light;
A step of modulating light from the light source by a modulation mask provided on the emission side of the light source;
A step of forming an image of light modulated by the modulation mask and irradiating the workpiece with an imaging optical system provided on the emission side of the modulation mask; and
The modulation mask has a plurality of modulation regions each having a modulation amount distribution corresponding to a tapered hole,
Each modulation region is located at the center of the modulation mask that modulates the light applied to the region where the through-hole or bottom portion of the tapered hole is formed in the workpiece, and outside the center portion of the modulation mask. A modulation mask peripheral portion that modulates light applied to the peripheral region of the region where the tapered portion of the tapered hole is formed,
Each modulation mask central portion is composed of a plurality of modulation unit regions,
When the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is defined as R = 0.61λ / NA using the central wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system, the modulation unit The modulation unit conversion area in which the area is converted into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system,
Each modulation unit region includes a first modulation unit region that modulates light with a first modulation amount, and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount,
The occupancy of the first modulation unit area in the modulation unit area at the center of each modulation mask is set to a predetermined value,
The occupation ratio of the first modulation unit area at the center of the modulation mask in one modulation area among the modulation areas is the occupation ratio of the first modulation unit area at the center of the modulation mask in at least one modulation area among the other modulation areas. A method for forming a tapered hole, which is different from FIG.
前記結像光学系から前記被加工物に照射される光により、被加工物に貫通部若しくは底部分と、テーパ部とを有する複数のテーパ穴が形成され、
変調マスクは、各々がテーパ穴に対応する変調量分布を有する複数の変調領域を有し、 各変調領域は、被加工物においてテーパ穴の貫通部若しくは底部分が形成される領域に照射される光を変調する変調マスク中央部と、前記変調マスク中央部の外側に位置し、被加工物においてテーパ穴のテーパ部が形成される領域の周縁の領域に照射される光を変調する変調マスク周縁部と、を含み、
各変調マスク中央部は、複数の変調単位領域からなり、
前記結像光学系の点像分布範囲の半径Rを、光の中心波長λ、結像光学系の出射側の開口数NAを用いてR=0.61λ/NAと定義したとき、前記変調単位領域を前記結像光学系の結像面に換算した変調単位換算領域は、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも少なくとも一方向に関して小さくなっており、
各変調単位領域は、光を第1の変調量で変調する第1変調単位領域と、光を第2の変調量で変調する第2変調単位領域と、からなり、
各変調マスク中央部の変調単位領域における第1変調単位領域の占有率は、各々所定の値に設定されており、
各変調領域のうち一の変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率は、その他の変調領域のうち少なくとも1つの変調領域における変調マスク中央部の第1変調単位領域の占有率と異なっていることを特徴とする変調マスク。 Provided between a light source that emits light and an imaging optical system that forms an image of light and irradiates the workpiece, and modulates the light from the light source and applies the modulated light to the imaging optical system. In the modulation mask that emits toward
A plurality of tapered holes having a penetrating portion or a bottom portion and a tapered portion are formed in the workpiece by light irradiated on the workpiece from the imaging optical system,
The modulation mask has a plurality of modulation regions each having a modulation amount distribution corresponding to the taper hole, and each modulation region is irradiated to a region where a through-hole or a bottom portion of the taper hole is formed in the workpiece. Modulation mask central part for modulating light and modulation mask peripheral part located outside the modulation mask central part and for modulating the light irradiated to the peripheral area of the taper part of the tapered hole in the workpiece And
Each modulation mask central portion is composed of a plurality of modulation unit regions,
When the radius R of the point image distribution range of the imaging optical system is defined as R = 0.61λ / NA using the central wavelength λ of light and the numerical aperture NA on the exit side of the imaging optical system, the modulation unit The modulation unit conversion area in which the area is converted into the imaging plane of the imaging optical system is smaller in at least one direction than the radius of the point image distribution range of the imaging optical system,
Each modulation unit region includes a first modulation unit region that modulates light with a first modulation amount, and a second modulation unit region that modulates light with a second modulation amount,
The occupancy of the first modulation unit area in the modulation unit area at the center of each modulation mask is set to a predetermined value,
The occupation ratio of the first modulation unit area at the center of the modulation mask in one modulation area among the modulation areas is the occupation ratio of the first modulation unit area at the center of the modulation mask in at least one modulation area among the other modulation areas. Modulation mask characterized by being different from
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