JP3933362B2

JP3933362B2 - Material processing apparatus and processing method using ultraviolet light or light having a shorter wavelength than ultraviolet light

Info

Publication number: JP3933362B2
Application number: JP2000026462A
Authority: JP
Inventors: 修田畑; 淳水口
Original assignee: Konica Minolta Inc; Ritsumeikan Trust
Current assignee: Konica Minolta Inc; Ritsumeikan Trust
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: JP2001212795A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は紫外線または紫外線より波長の短い光を用いた材料の加工装置および加工方法に関し、特に、紫外線または紫外線より波長の短い光を材料に照射して、材料を除去することにより、または、材料の物理的もしくは化学的性質を変化させることにより、３次元形状の部品を微細加工する加工装置および加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロマシンの構造部品に代表されるような微細加工部品を高精度で加工する方法が求められている。微細加工方法としては、半導体集積回路の製造に用いられるフォトリソグラフィ等が知られている。この半導体集積回路の製造に用いられる微細加工技術は、主として２次元平面上に薄層を積層することにより、部品を配置する技術である。この技術を用いて積層することのできる層の厚さは数ミクロン程度である。このため、深さ方向に数十ミクロンから数百ミクロンのオーダで加工が必要な３次元構造の部品の製造に用いることはできない。
【０００３】
深さ方向に数十ミクロンから数百ミクロンのオーダで加工することができる微細加工方法として、シンクロトロン放射光によるＸ線を用いたＬＩＧＡ法が知られている。ＬＩＧＡ法は、ドイツで開発された手法であり、ドイツ語のLithographie（リソグラフィ）、Galvanoformung（電着成形）、Abformung（成形）の略である。ＬＩＧＡ法は、Ｘ線が有する高い直進性とエネルギを利用した技術である。
【０００４】
ＬＩＧＡ法は、基板の表面にポリメチルメタクリレート（以下ＰＭＭＡという）からなるレジストを数百ミクロンの厚さで塗布し、Ｘ線を照射することによりレジストの分子鎖を切断する。これを現像して露光部のレジストを除去する。残ったレジストを型として電気鋳造により金属の構造体を作製する。さらに、この金属の構造体を型にしてプラスチック等を成形することができる。これにより、高精度の微細加工部品を大量に生産することが可能である。
【０００５】
ＬＩＧＡ法では、材料を露光する場合に、レジストに照射されるＸ線の照射領域を制限するために、Ｘ線を透過する透過部を有するマスクが用いられる。Ｘ線は高い直進性を有するため、レジストに照射されるＸ線の照射領域は透過部の形状と一致する。従って、加工形状と一致する形状の透過部を有するマスクが用いられていた。
【０００６】
このようにＬＩＧＡ法では、Ｘ線の入射方向に垂直な断面の形状が同じで、数百ミクロンの厚さの３次元構造体を作製することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＬＩＧＡ法では、加工形状と一致する形状の透過部を有するマスクを用いるため、Ｘ線の入射方向に垂直な断面の形状が深さにより異なる３次元構造体を作製することができなかった。この問題に対して、加工形状よりも小さな形状の透過部を有するＸ線マスクを用いて、Ｘ線マスクをレジストに対して相対的に移動させることで、加工形状に応じた露光量分布でレジストを露光することが考えられる。
【０００８】
しかし、Ｘ線マスクの透過部の形状とＸ線の入射方向に垂直な断面の形状とが一致しないこと、および、レジストの深さ方向の加工量が位置によって異なることから、目的とする３次元の加工形状に応じた露光量分布となるように、Ｘ線マスクを移動させるパターンを決定するのが困難であった。このため、Ｘ線の入射方向に垂直な断面の形状が深さにより異なる３次元構造体を作製することが困難であった。
【０００９】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、その目的の１つは、材料を所望の３次元の形状に容易に加工することが可能な加工装置または加工方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するためにこの発明のある局面に従うと、材料に紫外線または紫外線より波長の短い光を照射して、材料を除去することにより、または、材料の物理的もしくは化学的性質を変化させることにより加工する加工装置であって、紫外線または紫外線より波長が短い光を放射する光源と、光源から放射された光を透過する所定形状の透過口を有するマスクと、マスクと材料とを相対的に移動させる移動手段と、移動手段を制御してマスクと材料とを相対的に移動させ、透過口を透過した透過光が材料の面上の複数の照射位置の１つを照射した後、移動させた次の照射位置を照射する動作を繰り返して材料のうち加工が必要とされる領域を照射させる移動制御手段と、複数の照射位置の各々と複数の照射位置の各々において透過光の照射により加工される加工量とからなる加工形状を入力するための入力手段と、材料に照射された照射光の露光量と加工量との関係を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された露光量と加工量との関係に従って、入力手段で入力された加工形状を、複数の照射位置の各々において、照射される透過光が有効に作用して加工量を得るために必要とされる露光量である有効露光量の複数の照射位置毎の分布である有効露光量分布に変換する変換手段と、複数の照射位置の各々において透過光が有効に照射される照射露光量の複数の照射位置毎の分布が有効露光量分布となるように、照射位置を材料の面上で移動させる移動の軌跡と、移動しながら照射すべき複数の照射位置の各々における有効露光量とを定めた移動パターンを、有効露光量分布とマスクの透過口の中心が複数の照射位置の各々において瞬間的に存在する時間に生じる露光量とに基づき算出する算出手段とを備え、移動制御手段は、算出された移動パターンに従って移動手段を制御してマスクと材料とを相対的に移動させる。
【００１１】
この発明によれば、記憶手段に記憶された露光量と加工量との関係に従って、入力手段で入力された加工形状が複数の照射位置の各々において、照射される透過光が有効に作用して加工量を得るために必要とされる露光量である有効露光量の複数の照射位置毎の分布である有効露光量分布に変換される。これにより、有効露光量分布、照射位置に照射される透過光の強度分布、および、移動パターンが、線型となる。そして、有効露光量分布とマスクの透過口の中心が複数の照射位置の各々において瞬間的に存在する時間に生じる露光量とに基づき、複数の照射位置の各々において透過光が有効に照射される照射露光量の複数の照射位置毎の分布が有効露光量分布となるように、照射位置を材料の面上で移動させる移動の軌跡と、移動しながら照射すべき複数の照射位置の各々における有効露光量とを定めた移動パターンが算出される。移動制御手段は、算出された移動パターンに従って移動手段を制御して照射位置と材料とを相対的に移動させる。従って、材料が有効露光量分布で露光されるので、材料を所望の３次元の形状に容易に加工することが可能な加工装置を提供することができる。
【００１２】
好ましくは、光源から放射される光の強度を測定するための測定手段をさらに備え、移動制御手段は、測定手段により測定された強度に基づき、照射位置の露光量を検出する検出手段を含むことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、測定手段により測定された強度に基づき、照射位置の露光量が検出されるので、光源から放射される光の強度の変化に応じて、照射位置を材料の面上で移動させることができる。この結果、光源から放射される光の強度に減衰などの変動がある場合であっても、材料を所望の３次元の形状に正確に加工することができる。
【００１４】
好ましくは、算出手段は、有効露光量分布と光がマスクを透過する複数の透過位置の各々における光の透過率の分布であるマスク透過率分布とをフーリエ変換するフーリエ変換手段と、フーリエ変換された有効露光量分布をフーリエ変換されたマスク透過率分布で除算した結果をフーリエ逆変換するフーリエ逆変換手段とを含むことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、有効露光量分布とマスク透過率分布とがフーリエ変換され、フーリエ変換された有効露光量分布をフーリエ変換されたマスク透過率分布で除算した結果がフーリエ逆変換される。これにより、材料の面上で照射位置を移動させる移動パターンを、さらに容易に求めることができる。
【００１６】
さらに好ましくは、フーリエ変換された有効露光量分布をフーリエ変換されたマスク透過率分布で除算した結果から高周波成分を除去するための除去手段をさらに備える。
【００１７】
この発明によれば、フーリエ変換された有効露光量分布をフーリエ変換されたマスク透過率分布で除算した結果から高周波成分が除去される。除去される高周波成分は、フーリエ逆変換後の露光量変化の極端に激しい部分に該当し、この部分を取り除いても加工形状に影響を与えることが少ない。このため、高周波成分を除去することで、滑らかな移動パターンを求めることができる。
【００１８】
さらに好ましくは、フーリエ逆変換手段は、マスク透過率分布をフーリエ変換した結果に０近傍の微小な所定の閾値以下の値が含まれる場合は、予め定められた所定の値「０」を用いてフーリエ逆変換することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、マスクの透過率分布をフーリエ変換した結果に０近傍の微小な所定の閾値以下の値が含まれる場合は、予め定められた所定の値「０」を用いてフーリエ逆変換される。その結果、誤差をさらに少なくした移動パターンを求めることができる。
【００２０】
さらに好ましくは、フーリエ逆変換手段は、フーリエ逆変換の結果に負の値が含まれる場合には、負の値の絶対値以上の値をフーリエ逆変換の結果全体に加算することを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、フーリエ逆変換の結果に負の値が含まれる場合には、負の値の絶対値以上の値がフーリエ逆変換の結果全体に加算される。この結果、移動パターンをより正確に求めることができる。
【００２２】
さらに好ましくは、照射位置の材料に対する移動軌跡には、少なくとも一部が直線を描くように移動させる移動軌跡を含むことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、照射位置の材料に対する移動軌跡には、少なくとも一部が直線を描くように移動させる移動軌跡を含む。従って、移動パターンをより正確に求めることができ、加工精度を向上させることができる。
【００２４】
さらに好ましくは、照射位置の材料に対する移動軌跡には、少なくとも一部が円を描くように移動させる移動軌跡を含むことを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、照射位置の材料に対する移動軌跡には、少なくとも一部が円を描くように移動させる移動軌跡を含む。従って、移動パターンをより正確に求めることができ、加工精度を向上させることができる。
【００２６】
さらに好ましくは、移動パターンが含む、有効露光量を複数の分割有効露光量に分割し、移動パターンを分割された複数の分割有効露光量毎の複数の分割移動パターンに分割したことを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、移動手段は、移動パターンを複数の分割移動パターンに露光量で分割し、分割された複数の分割移動パターンごとに移動させる。これにより、材料の加工部分は分割した分割移動パターンの数だけ露光が行なわれる。従って、移動手段の制御誤差が複数回に分散され、誤差が平均化される。その結果、加工精度を向上させることができる。
【００２８】
さらに好ましくは、移動制御手段は、照射位置を材料の面上で静止させる状態と移動させる状態とを繰返し制御し、移動させる状態では、材料の除去、または、材料の物理的もしくは化学的性質の変化に影響を与えない速さで移動させることを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、照射位置を材料の面上で静止させる状態と移動させる状態とを繰返し制御し、移動させる状態では、材料の除去、または、材料の物理的もしくは化学的性質の変化に影響を与えない速さで移動させる。これにより、移動手段の制御が容易になる。
【００３０】
さらに好ましくは、移動制御手段は、移動パターンが含む複数の照射位置の各々における有効露光量に反比例する速さで照射位置を移動させることを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、移動制御手段は、移動パターンが含む複数の照射位置の各々における有効露光量に反比例する速さで照射位置を移動させる。これにより、より精度の高い加工を行なうことができる。
【００３２】
さらに好ましくは、光源からの光を遮断するための遮断手段をさらに備え、遮断手段は、材料を露光しないときに遮断することを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、材料を露光しないときに光源からの光が遮断されるので、材料を露光しないときに材料が露光されるのを防止することができる。さらに、移動手段で材料の面上で照射位置を容易に移動させることができる。
【００３４】
この発明の他の局面にしたがうと、材料に紫外線または紫外線より波長の短い光を照射して、材料を除去することにより、または、材料の物理的もしくは化学的性質を変化させることにより加工する加工方法であって、所定の形状をした照射領域に紫外線または紫外線より波長の短い光を照射するステップと、照射領域と材料とを相対的に移動させるステップと、移動させるステップを制御して照射領域と材料とを相対的に移動させ、照射するステップにより材料に照射される照射光が材料の面上の複数の照射領域の１つを照射した後、移動させた次の照射領域を照射する動作を繰り返して材料のうち加工が必要とされる領域を照射させる移動制御ステップと、複数の照射領域の各々と複数の照射領域の各々において照射光の照射により加工される加工量とからなる加工形状を入力するためのステップと、照射光の露光量と加工量との関係に従って、入力された加工形状を、複数の照射領域の各々において、照射される照射光が有効に作用して加工量を得るために必要とされる露光量である有効露光量の複数の照射領域毎の分布である有効露光量分布に変換するステップと、複数の照射領域の各々において照射光が有効に照射される照射露光量の複数の照射領域毎の分布が有効露光量分布となるように、材料の面上で照射領域を移動させる移動の軌跡と、移動しながら照射すべき複数の照射領域の各々における有効露光量とを定めた移動パターンを、有効露光量分布とマスクの透過口の中心が複数の照射位置の各々において瞬間的に存在する時間に生じる露光量とに基づき算出するステップとを含み、移動制御ステップは、算出された移動パターンに従って、移動させるステップを制御して照射領域と材料とを相対的に移動させる。
【００３５】
この発明によれば、材料へ照射する照射光の露光量と加工量との関係に従って、入力された加工形状が複数の照射領域の各々において、照射される照射光が有効に作用して加工量を得るために必要とされる露光量である有効露光量の複数の照射領域毎の分布である有効露光量分布に変換される。そして、有効露光量分布とマスクの透過口の中心が複数の照射位置の各々において瞬間的に存在する時間に生じる露光量とに基づき、複数の照射領域の各々において照射光が有効に照射される照射露光量の複数の照射領域毎の分布が有効露光量分布となるように、材料の面上で照射領域を移動させる移動の軌跡と、移動しながら照射すべき複数の照射領域の各々における有効露光量とを定めた移動パターンが算出される。そして、移動制御ステップは、算出された移動パターンに従って、移動させるステップを制御して照射領域と材料とを相対的に移動させる。従って、材料が有効露光量分布で露光されるので、所望の３次元の形状に容易に加工することが可能な加工方法を提供することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の１つにおける加工装置について説明する。なお、図中同一符号は同一または相当する部材を示し、説明は繰返さない。
【００３７】
図１は、本実施の形態における加工装置の概略構成を示すブロック図である。図１を参照して、加工装置は、装置全体を制御するためのメインコントローラ５と、メインコントローラ５にそれぞれ接続された入力部６、記憶部７、表示部８、および、ステージコントローラ４と、ステージコントローラ４に接続され、加工材料をナノメータオーダで移動させることが可能な露光用ステージ３と、加工材料にシンクロトロン放射光（以下「ＳＲ光」という）を照射するシンクロトロン放射光源（以下「ＳＲ光源」という）１と、線量モニタ１０とを含む。
【００３８】
入力部６は、加工装置の操作者が必要な指示や情報を入力するための入力デバイスである。記憶部７は、メインコントローラ５で実行するプログラムやそのプログラムの実行に必要な変数等を記憶する。表示部８は、操作者に必要な情報を表示する。
【００３９】
メインコントローラ５、入力部６、記憶部７、および、表示部８は、パーソナルコンピュータで構成することができる。この場合は、パーソナルコンピュータの中央演算装置（ＣＰＵ）がメインコントローラ５に該当し、キーボードまたはマウスが入力部６に該当し、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および、ハードディスクが記憶部７に該当し、ディスプレイおよびプリンタが表示部８に該当する。
【００４０】
ＳＲ光源１から放射されるＳＲ光を、ベリリウムフィルタやポリイミドフィルタ等でフィルタリングすることにより、所定の波長のＸ線を抽出して露光用チャンバ２に入射させることができる。
【００４１】
また、ＳＲ光源１から放射されるＳＲ光のＸ線は、シャッタ９が閉じているときには、シャッタ９で遮断され、露光用チャンバ２へは入射しない。シャッタ９が開いているときに、ＳＲ光のＸ線が露光用チャンバ２に入射する。シャッタ９の開閉は、メインコントローラ５により制御される。
【００４２】
線量モニタ１０は、ＳＲ光源１から放射されるＳＲ光のＸ線の強度を随時モニタする。モニタされたＸ線強度は、メインコントローラ５に送られる。
【００４３】
露光用ステージ３は、露光用チャンバ２内に設けられ、ステージコントローラ４によりその駆動が制御される。ステージコントローラ４は、メインコントローラ５からの指令に従って、露光用ステージ３に駆動電圧を印加する。
【００４４】
図２は、露光用ステージ３の側面図である。図２を参照して、露光用ステージ３は、加工材料２０を保持するためのサンプルホルダ３１と、Ｘ線を透過するための所定の形状をした透過口を有するＸ線マスク３２と、Ｘ線マスク３２を加工材料２０に対して水平２軸方向に移動させるためのマスク移動機構３３と、サンプルホルダ３１、マスク移動機構３３およびＸ線マスク３２を水平１軸方向に移動させるための往復移動機構３４を含む。
【００４５】
Ｘ線マスク３２は、ＳＲ光源１が照射するＳＲ光のＸ線を透過する円形の透過口を有する。透過口の大きさは、加工形状のＸ線が入射する方向に垂直な断面の面積よりも小さい。加工材料２０は、基板上にＰＭＭＡを数百ミクロンの厚さで塗布したものである。
【００４６】
マスク移動機構３３は、ナノメータオーダの位置制御が可能なＸＹステージである。マスク移動機構３３は、圧電素子（ＰＺＴ）をアクチュエータとし、図中矢印Ｘで示す方向と、図面に垂直な方向ＹにＸ線マスク３２を移動させる。
【００４７】
また、マスク移動機構３３は、Ｘ線マスク３２の位置を検知するためのセンサを有する。センサの出力は、圧電素子を駆動するための信号にフィードバックされる。マスク移動機構３３としては、Physik Instrumente社製Model Ｐ−７３１．１０型ステージを用いることができる。
【００４８】
サンプルホルダ３１は、加工材料２０とマスク移動機構３３とを保持する。往復移動機構３４は、図中の矢印Ｘの方向に沿って１［ｍｍ／ｓ］の速さでサンプルホルダ３１を往復移動させる。ＳＲ光のＸ線は、Ｘ線マスク３２に照射されるが、ＳＲ光源１から照射されるＳＲ光のＸ線は、強度になだらかな分布が存在する。このため、往復移動機構３４でサンプルホルダ３１を移動させることにより、Ｘ線マスク３２の透過口が、Ｘ線が照射される範囲の全体を通過するようにする。これにより、Ｘ線マスク３２の透過口を透過するＸ線の強度分布が均一に補正される。
【００４９】
なお、補正をより確実に行なうために、往復移動機構３４でサンプルホルダ３１を方向Ｘに往復移動させるだけでなく、図面に直交する方向Ｙ（以下「方向Ｙ」という）に沿って往復移動させるようにしてもよい。
【００５０】
マスク移動機構３３の圧電素子を駆動するための駆動電圧は、ステージコントローラ４から印加される。また、Ｘ線マスク３２の位置を検知するためのセンサの出力は、ステージコントローラ４に送信される。従って、センサの出力を圧電素子を駆動するための信号にフィードバックする制御は、ステージコントローラ４で行なわれる。
【００５１】
次に、図１に示した加工装置を用いた、インクジェットプリンタのインク吐出部に用いられるノズルプレートの加工について説明する。インクジェットプリンタは、近年、高速化および高画質化が要求されている。このため、インクを吐出するためのノズルの密度を高くする必要があり、その加工には微細加工技術が要求されている。このため、本実施の形態における加工装置による加工に適している。
【００５２】
なお、実際の加工は、２次元の領域にＸ線を照射することにより行なわれるが、ここでは説明を簡単にするため、特に記載のない限り１次元で説明する。
【００５３】
図３は、目的とする加工形状を示す図である。図３を参照して、横軸は位置を、縦軸は加工量を示しており、位置と加工量とで加工形状が特定される。ここで示される加工形状は、Ｘ線の進行方向（縦軸に平行な方向）と平行な部分４３，４５と、斜めの部分４７とが含まれる。
【００５４】
ここで、レジストの露光量と加工量との関係について説明する。図４は、レジストにＰＭＭＡを用いた場合の露光量と加工量との関係を示す図である。図４に示した露光量と加工量との関係は、加工に先立って同一条件で露光量を変えて露光した一連の試料を測定することで得られた値である。ここでの加工量は、露光したＰＭＭＡを現像することにより除去された量を測定した値である。現像は、次の組成の現像液および停止液を用いて、４０℃で１２０分間おこなった。
【００５５】
（１）現像液は、ＧＧ現像液を用い、組成は、２−（２−Butoxvethoxy）ethanolが６０［ｖｏｌ％］、モルホリンが２０［ｖｏｌ％］、2-Aminoethanolが５［ｖｏｌ％］、水が１５［ｖｏｌ％］である。
【００５６】
（２）停止液の組成は、２−（２−Butoxvethoxy）ethanolが８０［ｖｏｌ％］、水が２０［ｖｏｌ％］である。
【００５７】
図４を参照して明らかなように、露光量と加工量とは線形関係にない。従って、加工形状に従ってＸ線マスク３２を移動させて露光を行なったのでは、目的とする加工形状に加工することができない。このため、加工量を露光量に変換する必要がある。
【００５８】
図４に示した露光量と加工量との関係は、加工装置の記憶部７に記憶される。記憶部７には、測定値の全てをデジタルデータとして記憶してもよいし、測定値を関数に近似して記憶するようにしてもよい。また、露光量と加工量との関係は、加工の直前に入力するようにしてもよいし、記憶部７のデータベースに予め記憶しておき、入力部６からの指示により選択するようにしてもよい。
【００５９】
図４の露光量と加工量との関係に従って、図３に示した目的とする形状を位置ごとの有効露光量に変換する。ここで有効露光量とは、実際の加工に必要な露光量をいう。図５は、図３に示した目的とする加工形状の加工量を有効露光量に変換して得られる有効露光量分布を示す図である。
【００６０】
目的とする加工形状の加工量を有効露光量へ変換する方法としては、本実施の形態においては、図４に示した露光量と加工量との関係をデジタル化したルックアップテーブルを記憶部７に記憶しておき、このルックアップテーブルを参照することにより加工量を有効露光量に変換するようにしている。なお、この変換は、図４に示した露光量と加工量との関係を関数で近似した場合には、その関数の逆関数を求めることにより、加工量を有効露光量に変換すればよい。
【００６１】
図５を参照して、位置ごとに露光に必要な露光量が有効露光量として表わされている。ここで、図５に示した位置ごとの有効露光量を、位置ｘの関数ｈ（ｘ）で表わすことができる。
【００６２】
Ｘ線マスク３２の透過口を透過したＸ線の強度は、ＳＲ光源１が放射するＸ線の強度をＩ［Ｗ・ｍ^-2］、Ｘ線マスク３２の透過口の透過率をＴとすると、ＩＴとなる。本実施の形態においては、ＳＲ光源１が放射するＳＲ光のＸ線の強度Ｉは、線量モニタ１０でモニタされる。Ｘ線マスク３２の透過口の透過率Ｔは、透過口全体に亘って一定としている。Ｘ線の強度ＩＴは、メインコントローラ５で随時把握される。また、加工直前に線量モニタ１０でＸ線強度を測定し、測定した結果とＳＲ光源１が放射するＸ線の減衰特性とから、経時的に変化するＸ線の強度を予測するようにしても良い。
【００６３】
また、Ｘ線マスク３２の透過口を透過したＸ線が加工材料２０のレジストを照射する照射領域の露光量Ｅは、時間をｔとするとき、次式（１）により表わされる。
【００６４】
Ｅ＝∫ＩＴｄｔ … （１）
透過口の透過率Ｔは、透過口全体に亘って一定としているため、照射領域の露光量Ｅは、Ｘ線強度Ｉと露光時間とにより定まることになる。
【００６５】
図６は、Ｘ線マスク３２のＸ線の透過率分布を示す図である。図６を参照して、Ｘ線マスク３２の透過口の形状に対応して透過率が高くなり、透過口全体で同じ透過率となっている。したがって、Ｘ線マスクのＸ線の透過率分布は、透過口の形状を表すとも言える。
【００６６】
また、Ｘ線は直進性が高い性質を有するため、透過口を透過したＸ線が加工材料２０に照射される照射領域の形状は、Ｘ線マスク３２の透過口と同じ形状となる。
【００６７】
Ｘ線マスク３２のＸ線の透過率分布は、位置ｘの関数ｍａｓｋ（ｘ）で表わすことができる。ここで、Ｘ線マスク３２の移動を位置ｘの関数ｍｏｖｅ（ｘ）で表わすることとする。関数ｍｏｖｅ（ｘ）は、Ｘ線マスク３２の移動により位置ｘに瞬間的に生じる露光量を表わす関数である。換言すれば、関数ｍｏｖｅ（ｘ）は、Ｘ線マスク３２の透過口の中心が位置ｘにおいて瞬間的に存在する時間を表わす関数である。図５に示した有効露光量分布の関数ｈ（ｘ）は、関数ｍａｓｋ（ｘ）と関数ｍｏｖｅ（ｘ）とのコンボリューションとして、次式（２）で表わされる。
【００６８】
ｈ（ｘ）＝∫ｍｏｖｅ（ａ）ｍａｓｋ（ｘ−ａ）ｄａ … （２）
ただし、ｘ，ａは、位置を表わす変数である。
【００６９】
今、目的とする加工形状は、図３に示したとおり関数ｈ（ｘ）として定まっている。また、Ｘ線マスク３２のＸ線の透過率分布は、図６に示した関数ｍａｓｋ（ｘ）として定まっている。従って、（２）式からＸ線マスク３２の移動を表わす関数ｍｏｖｅ（ｘ）を求めることができる。
【００７０】
ただし、これは、露光量と加工量と関係が線形であることを条件に、ｍｏｖｅ（ｘ）を導き出すことができるもので、一般にデコンボリューションと呼ばれる問題である。この解法には種々のものが知られているが、簡単な演算で求めることはできない。
【００７１】
このため、本実施の形態における加工装置では、（２）式をフーリエ変換することにより関数ｍｏｖｅ（ｘ）を求める。（２）式をフーリエ変換したものを次式（３）に示す。
【００７２】
Ｈ（ｕ）＝ＭＯＶＥ（ｕ）・ＭＡＳＫ（ｕ） … （３）
ここで、それぞれの関数をフーリエ変換した関数は、大文字で表わしている。また、変数ｕは、長さの逆数の次元を持つ周波数であり、一般に空間周波数と呼ばれる。
【００７３】
従って、マスクの移動を表わす関数ｍｏｖｅ（ｘ）は、（３）式を次式（４）に変換してＭＯＶＥ（ｕ）を求め、求めたＭＯＶＥ（ｕ）をフーリエ逆変換すれば求まる。
【００７４】
ＭＯＶＥ（ｕ）＝Ｈ（ｕ）／ＭＡＳＫ（ｕ） … （４）
すなわち、有効露光量分布を表わす関数ｈ（ｘ）をフーリエ変換した関数Ｈ（ｕ）を、Ｘ線マスク３２のＸ線の透過率分布の関数ｍａｓｋ（ｘ）をフーリエ変換した関数ＭＡＳＫ（ｕ）で除算し、これをフーリエ逆変換することにより有効露光量分布を実現するマスクの移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）を求めることができる。
【００７５】
次に、本実施の形態における加工装置で行なわれる加工処理について説明する。図７は、本実施の形態における加工装置で行なわれる露光処理の流れを示すフローチャートである。図７を参照して、露光処理は、まず、入力部６から加工形状が入力される（ステップＳ０１）。ここでは、図３に示した目的とする加工形状が入力される。目的とする加工形状は、ノズルプレートの位置ｘごとの加工量である。入力は、デジタルデータを入力してもよいし、近似した関数を入力するようにしてもよい。
【００７６】
次に、Ｘ線マスク３２の形状が入力される（ステップＳ０２）。ここで言うＸ線マスク３２の形状とは、Ｘ線マスク３２が有する透過口の形状をいう。Ｘ線マスク３２の形状は、位置ｘごとのＸ線の透過率である。入力は、デジタルデータを入力してもよいし、近似した関数を入力するようにしてもよい。
【００７７】
そして、図４に示した露光量と加工量との関係に基づいて、ステップＳ０１で入力された加工形状を位置ｘごとの有効露光量分布に変換する。これにより、図５に示した位置ｘごとの露光量を表わす有効露光量分布を表す関数ｈ（ｘ）が求められる。また、このように加工量を露光量に変換することで、コンボリューションの前提となる線形性が成立していない系を線形性が成立する系に変換することができる。従って、非線形の問題が解決され、正しい結果を得ることができる。
【００７８】
なお、実際の演算では、フーリエ変換の結果は複素数で扱うこととなるが、ここでは説明を簡単にするため、実数部のみの結果で説明する。また、簡単な関数については、フーリエ変換を解析的に求めるようにしてもよい。
【００７９】
次に、ステップＳ０２で入力されたＸ線マスク３２の形状（位置ｘごとの透過率）から、図６に示したＸ線マスク３２のＸ線の透過率分布を表す関数ｍａｓｋ（ｘ）が求められる。
【００８０】
ここで、透過口と照射領域について説明する。照射領域とは、Ｘ線マスク３２の透過口を透過したＸ線が加工材料２０のレジスト（ＰＭＭＡ）に照射される領域をいう。この照射領域は、Ｘ線の直進性から、Ｘ線マスク３２の透過口の形状と同じとなる。また、照射領域における露光量分布は、線量モニタ１０によりモニタされるＳＲ光源１から照射されるＳＲ光のＸ線の強度Ｉと透過口におけるＸ線の透過率Ｔとから求められる。
【００８１】
次に、ステップＳ０３で求めた有効露光量分布を表す関数ｈ（ｘ）がフーリエ変換されて関数Ｈ（ｕ）が求められる（ステップＳ０５）。そして、ステップＳ０４で求められたＸ線マスク３２のＸ線の透過率分布を表す関数ｍａｓｋ（ｘ）がフーリエ変換されて関数ＭＡＳＫ（ｕ）が求められる（ステップＳ０６）。
【００８２】
フーリエ変換は、高速フーリエ変換（以下「ＦＦＴ」という）が用いられる。ＦＦＴは、有効露光量分布を表わす関数ｈ（ｘ）をサンプリングおよび量子化したデジタルデータを処理することにより行なわれる。また、ＦＦＴは、データ数が２のべき乗でなければならない。本実施の形態においては、１０２４点にサンプリングすることによりデジタル化している。以下、フーリエ変換を行なう場合には、すべてこのＦＦＴを用いることとする。
【００８３】
図８は、図５に示した有効露光量分布を表わす関数ｈ（ｘ）をフーリエ変換した結果得られる関数Ｈ（ｕ）を示す図である。横軸は位置ｘから定まる距離の逆数を示す周波数であり、縦軸は露光量を示す。
【００８４】
図９は、図６に示したＸ線マスク３２のＸ線の透過率分布を表わす関数ｍａｓｋ（ｘ）をフーリエ変換した結果得られる関数ＭＡＳＫ（ｕ）を示す図である。横軸は位置ｘから定まる距離の逆数を示す周波数であり、縦軸は透過率を示す。
【００８５】
図７に戻って、次に、関数ＭＡＳＫ（ｕ）に所定のしきい値Ｋ以下の値が含まれるか否かが判断される（ステップＳ０７）。
【００８６】
ＭＡＳＫ（ｕ）がしきい値Ｋ以下の周波数ｕについては、ステップＳ０８の処理が行なわれ、そうでない周波数ｕについては、ステップＳ０９の処理が行なわれる。
【００８７】
ステップＳ０８では、関数ＭＯＶＥ（ｕ）に「０」が設定される。ステップＳ０９では、次式（５）に従って関数ＭＯＶＥ（ｕ）が求められる。
【００８８】
ＭＯＶＥ（ｕ）＝Ｈ（ｕ）／ＭＡＳＫ（ｕ） … （５）
ステップＳ０７〜ステップＳ０９の処理は、ステップＳ０９で（５）式を演算するにあたって、分母となるＭＡＳＫ（ｕ）が「０」や微小な値をとることによって、関数ＭＯＶＥ（ｕ）が発散してしまうのを防ぐためである。なお、このように関数ＭＯＶＥ（ｕ）が発散してしまうのを防止するためには、ここで説明した技術の他に多くの公知の技術が知られており、それらを適用してもよい。
【００８９】
そして、ステップＳ０８またはステップＳ０９で求められた関数ＭＯＶＥ（ｕ）から高周波成分の除去が行なわれる（ステップＳ１０）。高周波成分の除去は、公知のローパスフィルタを用いることにより行なわれる。関数ＭＯＶＥ（ｕ）に含まれる高周波成分は、後で説明するフーリエ逆変換の結果得られるマスク移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）に含まれる露光量変化の極端に激しい部分である。この露光量変化の極端に激しい部分は、実質的にはマスク移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）から取除くようにしても、加工される形状に与える影響が少ない。
【００９０】
また、取除く高周波成分は、加工する形状に応じて定められる。加工する形状に応じた高周波成分をフィルタリング処理することで、滑らかなマスク移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）を求めることができる。
【００９１】
次に、高周波成分が除去された関数ＭＯＶＥ（ｕ）がフーリエ逆変換されて目的とする移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）が求められる（ステップＳ１１）。
【００９２】
そして、移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）にマイナスの値が含まれるか否かが判断される（ステップＳ１２）。マイナスの値が含まれる場合にはステップＳ１３が実行され、含まれない場合にはステップＳ１４に進む。
【００９３】
ステップＳ１３では、移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）の補正が行なわれる。加工形状または、Ｘ線マスク３２の透過口の形状によっては、求められる移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）に負の値が含まれる場合がある。移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）は、位置ごとの露光量を示すため、露光量がマイナスになることはあり得ない。移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）の全体に対して、マイナスとなる露光量の絶対値をプラスする。このように補正することで、補正された移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）が負の値を含む不具合が是正される。なお、予め定められた所定の値を移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）にプラスするようにしてもよい。
【００９４】
図１０は、移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）を示す図である。横軸は位置を示し、縦軸は露光量を示す。横軸の位置ｘは、図６に示したＸ線マスク３２のＸ線の透過率分布において、透過率が高い部分の中心点の位置を示す。換言すれば、位置ｘは、Ｘ線マスク３２の透過口の中心となる位置を示す。従って、ＳＲ光源１が照射するＳＲ光のＸ線強度が一定の場合には、移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）は、Ｘ線マスク３２の透過口の中心が、加工材料２０のレジスト（ＰＭＭＡ）の位置ｘに対応する位置で停止する時間を示す関数ともいえる。また、Ｘ線強度に比較的長期的な変動（減衰等）が存在するような場合でも、Ｘ線強度を線量モニタ１０で随時モニタし、この強度にしたがってＸ線マスク３２を停止させる時間を求めれば、Ｘ線強度が一定の場合と同一の露光量を加工材料２０の照射領域に与えることができる。
【００９５】
図７に戻って、求められた移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）に従って、Ｘ線マスク３２が露光用ステージ３により移動される（ステップＳ１４）。これにより、加工材料２０のレジストが有効露光分布となるように露光され、目的とする加工形状に加工される。
【００９６】
上述した露光処理は、メインコントローラ５で行なわれ、メインコントローラ５では、求められた移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）に従って、ステージコントローラ４に指令を送信する。ステージコントローラ４では、受信した指令に従って、露光用ステージ３を移動させる。
【００９７】
図１１は、図１０に示した移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）に従ってＸ線マスク３２を移動させて加工材料２０のレジスト（ＰＭＭＡ）を露光した結果をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。図３に示した目的とする加工形状と比較し、ほぼ同じ形状に加工されている。また、図１１に示す形状には、演算における誤差等の原因で生じた微小な凹凸が含まれているが、加工材料２０のレジスト全体を軽くエッチングすることにより、インクの飛翔に影響を及ぼすことのない程度にまで凹凸を取除くことができる。
【００９８】
もし、Ｘ線マスク３２の透過口が加工形状の寸法に比べて無視できるくらい小さいならば、目的とする加工形状通りにＸ線マスク３２を移動させれば目的とする加工形状に加工することができる。しかし、通常は、Ｘ線マスク３２の透過部は加工形状に比べて無視できない大きさなので、本発明の手法で正しい移動パターンを求めない限り、形状にはＸ線マスク３２の透過口の影響により、１種のボケが生じて、加工形状に目的とする形状とは異なる歪が生じてしまう。図１２は、図３に示した目的とする加工形状に従ってＸ線マスク３２を移動させて加工材料２０のレジスト（ＰＭＭＡ）を露光した結果をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。Ｘ線マスク３２の透過口がある大きさを持つことにより生じるボケが生じている。具体的には、本来は垂直であるべきノズルの側壁がテーパ状になっており、目的とする加工形状とは異なった歪んだ形状になっている。
【００９９】
インクジェットプリンタのヘッドに用いられるノズルには、インクが真っ直ぐに飛翔すること、および、インクの飛翔方向が正確であることが求められる。現在では、プリント速度の高速化のために多くのノズルが用いられているため、インクの飛翔方向が多数のノズル間で均一であることが極めて重要となっている。インクの飛翔方向を真っ直ぐにするためには、ノズルの断面形状にスレート部分を設けることが有効である。図１１に示した加工形状では、このスレート部分が加工されているが、図１２に示した加工形状ではスレート部分がテーパ状になってしまい飛翔方向の均一性を図ることができない。
【０１００】
また、図１２に示した加工形状では、ノズルの開口部分に相当する上の辺の幅が、図３に示した目的とする加工形状の寸法よりも小さくなってしまっている。ノズルの開口部の寸法は、インクの吐出体積に影響し、プリント画像の濃度、画質など全般にわたって大きな影響を与えることになる。従って、ノズルの開口部分が、目的とする加工形状の寸法よりも小さくなるのは好ましくない。
【０１０１】
次に、マスク移動機構３３におけるＸ線マスク３２の移動について説明する。これまでの説明を簡単にするために１次元における移動について説明したが、実際には２次元の移動が行なわれ、２次元の直交座標で表わしたマスク移動関数ｍｏｖｅ（ｘ，ｙ）に従って、２次元の走査露光が行なわれる。
【０１０２】
［Ｘ線マスク３２の停止と移動を繰返し行なう走査方法］
図１３は、２次元の走査による露光を説明するための第１の図である。図１３（Ａ）は、加工材料２０のレジスト（ＰＭＭＡ）を照射領域１００が走査する軌跡１０５を示す図であり、図１３（Ｂ）は照射領域１００の形状を示す図である。図１３を参照して、加工形状の２次元平面１０３と照射領域１００の形状は、ともに四角形である。照射領域１００の走査は、走査軌跡１０５に沿った直線移動である。
【０１０３】
図１４は、本実施の形態における加工装置で行なわれる走査処理の流れを示す第１の図である。図１４を参照して、走査処理は、まず、Ｘ線マスク３２を初期位置に移動させる（ステップＳ１１）。これにより、図１３中において、照射領域１００が加工形状の２次元平面１０３中で左上の位置に移動する。
【０１０４】
そして、照射領域１００の位置（ｘ、ｙ）における露光量が移動関数ｍｏｖｅ（ｘ，ｙ）と等しくなったか否かが判断される。位置（ｘ、ｙ）における露光は、露光量が移動関数ｍｏｖｅ（ｘ，ｙ）と等しくなるまで行なわれ、等しくなった時点で、ステップＳ１３に進む。
【０１０５】
露光量は、ＳＲ光源１が放射するＸ線強度が一定の場合には、露光量は露光時間を計時することにより求められる。Ｘ線強度に比較的長期的な変動（減衰等）が存在する場合には、線量モニタ１０でモニタされたＸ線強度がフィードバックされることにより求められる。具体的には、線量モニタ１０でモニタされたＸ線強度ＩとＸ線マスク３２の透過口の透過率Ｔとから求められるＸ線強度に基づき、照射領域１００の露光量が検出される。そして、検出された露光量を積算した値が移動関数ｍｏｖｅ（ｘ，ｙ）と等しくなるまで、位置（ｘ，ｙ）で照射領域１００を停止させる。
【０１０６】
なお、加工直前に線量モニタ１０でＸ線強度を測定し、測定した結果とＳＲ光源１が放射するＸ線の減衰特性とから、経時的に変化するＸ線の強度を予測し、予測したＸ線強度に基づき照射領域１００の露光量を求めてもよい。
【０１０７】
ステップＳ１３では、Ｘ方向の走査が終了したか否かが判断される。Ｘ方向の走査が終了した場合には、ステップＳ１５に進み、そうでない場合はステップＳ１４に進む。
【０１０８】
ステップＳ１４では、Ｘ方向に１単位の距離だけ高速でＸ線マスク３２を移動させる。Ｘ方向の１単位の距離は、本実施の形態における加工装置では、照射領域１００のＸ方向の長さの１／２としている。移動する速さは、加工材料２０のレジスト（ＰＭＭＡ）の露光に実質上影響しない速さである。この速さは、図４に示した露光量と加工量との関係から定めることができる。たとえば、露光量が０〜０．０５［Ａ・ｍｉｎ］の場合の加工量は０［μｍ］であるので、これに相当する速さで移動させることにより、全く露光されていない部分については露光に影響を与えない速さとなる。
【０１０９】
ステップＳ１５では、Ｙ方向の走査が終了したか否かが判断される。Ｙ方向の走査が終了した場合には露光処理を終了し、そうでない場合はステップＳ１６に進む。
【０１１０】
ステップＳ１６では、Ｙ方向に１単位の距離だけ高速でＸ線マスク３２を移動させる。Ｙ方向の１単位の距離は、本実施の形態における加工装置では、照射領域１００のＹ方向の長さの１／２としている。移動する速さは、加工材料２０のレジスト（ＰＭＭＡ）の露光に実質上影響しない速さである。
【０１１１】
ここで、ステップＳ１４とステップＳ１６で行なわれるＸ線マスク３２の移動について詳細に説明する。なお、Ｘ線マスク３２の移動と照射領域の移動とは同意である。図１５は照射領域の移動を説明するための図である。図１５（Ａ）はＸ方向の移動を、図１５（Ｂ）はＹ方向の移動を説明するための図である。図１５（Ａ）を参照して、照射領域１００Ａは、Ｘ方向の１単位の距離の移動により、照射領域１００のＸ方向の長さの１／２だけ移動して照射領域１００Ｂの位置となる。照射領域１００Ａと照射領域１００Ｂとは、それぞれ半分が重なっている。
【０１１２】
Ｙ方向の移動は、Ｘ方向の移動と同様に、図１５（Ｂ）を参照して、照射領域１００Ｃは、Ｙ方向の１単位の距離の移動により、照射領域１００のＹ方向の長さの１／２だけ移動して照射領域１００Ｄの位置となる。照射領域１００Ｃと照射領域１００Ｄとは、それぞれ半分が重なっている。
【０１１３】
このように照射領域が重なるように加工形状の２次元平面が分割され、分割された照射領域それぞれにおける露光時間が移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）により定められる。ただし、加工形状の２次元平面を分割する間隔、換言すれば、Ｘ方向およびＹ方向へ移動する１単位の距離に基づいて、それぞれの照射領域における露光時間は補正される。
【０１１４】
本実施の形態においては、Ｘ方向またはＹ方向へ移動する１単位の距離を照射領域のＸ方向またはＹ方向の長さの１／２としたが、これに限定されることなく、これより長くしても良いし、短くしても良い。たとえば、照射領域の重なる部分を小さくして照射領域が接する程度まで１単位の距離を長くすることができる。逆に、１単位の距離を、露光用ステージ３でＸ線マスク３２を移動可能な最小の距離にすることができる。
【０１１５】
１単位の距離を長くすることにより、照射領域を移動させる回数が減少するので、加工時間を短くすることができる。一方、１単位の距離を短くすることにより加工精度が向上する。このように、加工時間と加工精度とはトレードオフの関係となるので、加工形状や加工時間の制約などの状況に応じて、１単位の距離を定めるのが望ましい。さらに、加工精度を重視するのであれば、照射領域が移動と停止を繰り返し行う走査よりは、次に説明する照射領域を連続的に移動させるのが望ましい。
【０１１６】
移動機構３４は露光中、ステージコントローラ４からの指令に基づき、サンプルホルダ３１をＸ方向に１［ｍｍ／ｓ］の速度で往復移動させる。これにより、ＳＲ光源１が放射するＳＲ光のＸ線の強度分布が均一となっていない場合であっても、ＳＲ光源１が放射するＳＲ光のＸ線が照射される範囲全体をＸ線マスク３２の透過口が移動するので、照射領域１００における強度分布が均一となるように補正することができる。
【０１１７】
このように、Ｘ線マスク３２が加工材料２０に対して停止する状態と直線移動する状態とを繰り返すことにより、移動関数ｍｏｖｅ（ｘ，ｙ）に応じてＸ線マスク３２を移動させることができる。
【０１１８】
［Ｘ線マスク３２を露光時間に反比例する速さで移動させる走査方法］
図１６は、２次元の走査による露光を説明するための第２の図である。図１６（Ａ）は、加工材料２０のレジスト（ＰＭＭＡ）を照射領域１１０が走査する軌跡１５０を示す図であり、図１６（Ｂ）は照射領域１１０の形状を示す図である。図１６を参照して、加工形状の２次元平面１０３が円形であり、照射領域１１０も円形である。
【０１１９】
加工形状の２次元平面１０３が回転対称の場合には、移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）を極座標形式で表現することにより、ステージコントローラ４による移動機構３３の制御を容易にすることができる。マスク移動機構３３は、Ｘ線マスク３２を、照射領域１１０の軌跡１５０が円を描くように移動させるとともに、移動する速さを極座標で求めた移動関数ｍｏｖｅ（ｘ，ｙ）に従って制御する。移動する速さは、位置（ｘ、ｙ）における速さが、移動関数ｍｏｖｅ（ｘ，ｙ）を線量モニタ１０で計測されたＸ線強度で除算して求まる露光時間に反比例する速さである。そして、半径方向に直線移動した後、回転半径を変化させて次の軌跡における走査が行なわれる。
【０１２０】
マスク移動機構３３でＸ線マスク３２を回転移動させるためには、ＸＹ２方向に位相の異なった正弦波を与えるようにする。これにより、マスク移動機構３３でＸ線マスク３２を加工材料２０のレジスト（ＰＭＭＡ）に対して相対的に回転するように移動させることができる。
【０１２１】
図１７は、本実施の形態における加工装置で行なわれる走査処理の流れを示す第２の図である。図１７を参照して、走査処理は、まず、Ｘ線マスク３２を初期位置に移動させる（ステップＳ２１）。これにより、図１６において示されるように照射領域１１０が加工形状の２次元平面１０３中で最も外側の位置に移動する。
【０１２２】
次に、シャッタ９が開かれ、露光が開始される（ステップＳ２２）。そして、Ｘ線マスク３２が移動関数ｍｏｖｅ（ｘ，ｙ）に従った速さで移動される（ステップＳ２３）。移動する速さは、移動関数ｍｏｖｅ（ｘ，ｙ）を線量モニタ１０で計測されたＸ線強度で除算して求まる露光時間に反比例した速さである。露光時間が多い場合には遅くし、露光時間が少ない場合には速くする。このように移動する速さを制御することで、目的とする加工形状に応じた露光量で加工材料２０のレジストを露光するように照射領域１１０を移動させることができる。
【０１２３】
１回の円移動による走査が終了したか否かが判断され（ステップＳ２４）、終了するまでステップＳ２３の処理が行なわれる。終了した場合には、シャッタ９が閉じられる（ステップＳ２５）。これにより、加工材料２０のレジストへの露光が中断される。
【０１２４】
そして、全ての走査が終了したか否かが判断され（ステップＳ２６）、終了した場合には走査処理を終了する。終了していない場合には、半径方向に１単位だけＸ線マスク３２を移動させる（ステップＳ２７）。１単位の距離は、照射領域１１０の直径に該当する。これにより、照射領域１１０が半径方向に重ならないように露光することができる。なお、照射領域１１０が半径方向に重なるように露光しても良い。この場合には、１単位の距離は、照射領域１１０の直径よりも短くなるとともに、重なり量に応じて露光時間が補正される。これは、上述した停止と移動を繰り返し行う操作の場合と同じである。
【０１２５】
そして、次の走査を行なうために、ステップＳ２２に戻って、上述の処理が繰返し行なわれる。
【０１２６】
このように、Ｘ線マスク３２の移動する速さを極座標変換された移動関数ｍｏｖｅ（ｘ，ｙ）の露光量に反比例する速さで加工材料２０に対して円を描くように移動させることにより、移動関数ｍｏｖｅ（ｘ，ｙ）に応じてＸ線マスク３２を移動させることができる。
【０１２７】
［露光量を分割して複数回の走査を行なう走査方法］
次に、露光量を分割して複数回の走査を行なう走査方法について説明する。図１０に示した移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）において、０〜Ａ、Ａ〜Ｂ、Ｂ〜Ｃ、Ｃ〜Ｄ、Ｄ〜Ｅ、Ｅ〜Ｆ、Ｆ〜Ｇ、Ｇ〜Ｈ、Ｈ〜Ｉの９つのレベルに露光量を分割する。そして、分割された露光量のレベルごとに走査をおこなう。
【０１２８】
具体的には、露光量がＡとなるまで、露光量がＡ以上の値をとるすべての位置について露光を行なう。露光量がＡに満たない位置については、その位置に対する露光量まで露光を行なう。
【０１２９】
次に、露光量がＢとなるまで露光量がＡを超えるすべての位置について露光を行なう。露光量がＢに満たない位置については、その位置に対応する露光量になるまで露光を行なう。この走査を、９つに分割した露光量のレベルすべてについて行なう。
【０１３０】
このように、複数回の走査に分割して露光することにより、１回の走査で露光する場合に比べて位置や露光時間の誤差を複数回に分散させることになり、誤差が平均化される。その結果、加工精度が向上する。
【０１３１】
なお、位置ごとの露光量を所定の分割数で分割するようにしても、同様の効果を得ることができる。また、所定時間の露光を繰返し行なうようにしてもよい。この場合、位置ごとに積算された露光量が移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）となるまで、位置ごとに露光される。さらに、露光量で分割するのではなく、露光時間で分割することによっても同様の走査を行なうことができる。
【０１３２】
また、露光量を分割して複数回の走査を行なう走査方法は、上述したＸ線マスク３２の停止と移動を繰返し行なう走査方法と、Ｘ線マスク３２を露光時間に反比例する速さで移動させる走査方法の２つの方法に対して用いることができる。
【０１３３】
以上説明した加工材料２０のレジスト（ＰＭＭＡ）を露光し、化学的処理を施して加工した基板をベースに電気鋳造することで、金属製の部品を得ることができる。さらに、製造された金属製の部品を型として、樹脂をモールドすることで、必要な形状の部品を大量に得ることができる。これらの製造プロセスについては、従来のＬＩＧＡ法と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１３４】
なお、本実施の形態における加工装置は、フーリエ変換した空間周波数面において演算を行なうようにしたが、フーリエ変換を行なうことなく、空間面においてデコンボリューションを行なうことが可能な種々の手法を用いることによっても、マスク移動関数を求めることができる。
【０１３５】
また、本実施の形態による加工装置では、レジストとしてＰＭＭＡを用いた例について説明したが、ＰＭＭＡの代わりにテフロン（polytetrafluoroethylene）を用いることができる。テフロンを用いる場合には、ＳＲ光のＸ線による直接加工（直接除去）が可能となる。従って、現像処理は不要である。
【０１３６】
以上説明したように本実施の形態における加工装置においては、目的とする加工形状と、Ｘ線マスク３２の透過口の形状とがわかれば、簡単な演算でＸ線マスク３２を移動させるための移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）を求めることができる。
【０１３７】
なお、本実施の形態においては、Ｘ線マスク３２を移動させるようにしたが、Ｘ線マスク３２を固定して加工材料２０を移動させるようにしてもよいし、Ｘ線マスク３２と加工材料２０とをともに移動させるようにしてもよい。
【０１３８】
また、本実施の形態においては、単一のノズルを加工する例を示したが、多数のノズルが配列されたインクジェットノズル列に対しても、Ｘ線マスクおよび加工形状を表した関数をノズルピッチの周期関数として扱うことにより適用することができる。
【０１３９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における加工装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態における加工装置の露光用ステージ３の側面図である。
【図３】目的形状を示す図である。
【図４】レジストにＰＭＭＡを用いた場合の露光量と加工量との関係を示す図である。
【図５】図３に示した目的形状の加工量を有効露光量に変換した有効露光量分布を示す図である。
【図６】Ｘ線マスク３２のＸ線の透過率分布を示す図である。
【図７】本実施の形態における加工装置で行なわれる露光処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】図５に示した有効露光量分布を表わす関数ｈ（ｘ）をフーリエ変換した結果得られる関数Ｈ（ｕ）を示す図である。
【図９】図６に示したＸ線マスク３２のＸ線の透過率分布を表わす関数ｍａｓｋ（ｘ）をフーリエ変換した結果得られる関数ＭＡＳＫ（ｕ）を示す図である。
【図１０】移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）を示す図である。
【図１１】図１０に示した移動関数ｍｏｖｅ（ｘ）に従ってＸ線マスク３２を移動させて行なうレジスト（ＰＭＭＡ）の露光をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図１２】図３に示した目的形状に従ってＸ線マスク３２を移動させて行なうレジスト（ＰＭＭＡ）の露光をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図１３】２次元の走査による露光を説明するための第１の図である。
【図１４】本実施の形態における加工装置で行なわれる走査処理の流れを示す第１の図である。
【図１５】照射領域の移動を説明するための図である。
【図１６】２次元の走査による露光を説明するための第２の図である。
【図１７】本実施の形態における加工装置で行なわれる走査処理の流れを示す第２の図である。
【符号の説明】
１ＳＲ光源、２露光用チャンバ、３露光用ステージ、４ステージコントローラ、５メインコントローラ、６入力部、７記憶部、８表示部、３１サンプルホルダ、３２Ｘ線マスク、３３マスク移動機構、３４往復移動機構。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a processing apparatus and a processing method for a material using ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, and in particular, by irradiating the material with light having a wavelength shorter than ultraviolet light or ultraviolet light to remove the material, or the material The present invention relates to a processing apparatus and a processing method for finely processing a three-dimensionally shaped part by changing the physical or chemical properties.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a demand for a method for processing a microfabricated part represented by a structural part of a micromachine with high accuracy. As a fine processing method, photolithography used for manufacturing a semiconductor integrated circuit is known. The microfabrication technique used for manufacturing this semiconductor integrated circuit is a technique for arranging components mainly by laminating thin layers on a two-dimensional plane. The thickness of layers that can be stacked using this technique is on the order of a few microns. For this reason, it cannot be used for manufacturing a part having a three-dimensional structure that requires processing in the order of several tens to several hundreds of microns in the depth direction.
[0003]
A LIGA method using X-rays with synchrotron radiation is known as a fine processing method capable of processing in the depth direction on the order of several tens to several hundreds of microns. The LIGA method is a technique developed in Germany, and is an abbreviation for Lithographie (lithography), Galvanoformung (electrodeposition molding), and Abformung (molding) in German. The LIGA method is a technology that uses the high straightness and energy of X-rays.
[0004]
In the LIGA method, a resist made of polymethyl methacrylate (hereinafter referred to as PMMA) is applied to the surface of a substrate with a thickness of several hundred microns, and the molecular chains of the resist are cut by irradiating with X-rays. This is developed to remove the resist in the exposed area. Using the remaining resist as a mold, a metal structure is produced by electroforming. Furthermore, a plastic or the like can be formed using this metal structure as a mold. As a result, it is possible to produce high-precision microfabricated parts in large quantities.
[0005]
In the LIGA method, when a material is exposed, a mask having a transmission part that transmits X-rays is used in order to limit an irradiation region of X-rays irradiated to the resist. Since X-rays have high straightness, the X-ray irradiation area irradiated on the resist matches the shape of the transmission part. Therefore, a mask having a transmissive portion having a shape that matches the processed shape has been used.
[0006]
Thus, in the LIGA method, a three-dimensional structure having the same cross-sectional shape perpendicular to the X-ray incident direction and a thickness of several hundred microns can be manufactured.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional LIGA method uses a mask having a transmissive portion having a shape that matches the processed shape, it is possible to produce a three-dimensional structure in which the shape of the cross section perpendicular to the X-ray incident direction varies depending on the depth. There wasn't. To solve this problem, an X-ray mask having a transmissive portion smaller than the processed shape is used to move the X-ray mask relative to the resist so that the resist is distributed with an exposure amount distribution corresponding to the processed shape. It is conceivable to expose.
[0008]
However, since the shape of the transmission part of the X-ray mask does not match the shape of the cross section perpendicular to the incident direction of the X-ray, and the processing amount in the depth direction of the resist varies depending on the position, the target three-dimensional It was difficult to determine a pattern for moving the X-ray mask so as to obtain an exposure distribution according to the processed shape. For this reason, it has been difficult to produce a three-dimensional structure in which the shape of the cross section perpendicular to the X-ray incident direction differs depending on the depth.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and one of its purposes is to provide a processing apparatus or a processing method capable of easily processing a material into a desired three-dimensional shape. It is.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In accordance with one aspect of the present invention to achieve the above objectives, the material is irradiated with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to remove the material or to change the physical or chemical properties of the material. A light source that emits ultraviolet light or light having a wavelength shorter than that of ultraviolet light, a mask having a predetermined-shaped transmission port that transmits light emitted from the light source, and the mask and the material relative to each other. A moving means for moving the mask, the moving means is controlled to move the mask and the material relatively, and the transmitted light transmitted through the transmission port irradiates one of a plurality of irradiation positions on the surface of the material, A movement control means for irradiating a region of the material that needs to be processed by irradiating the moved next irradiation position, and transmitted light at each of the plurality of irradiation positions and each of the plurality of irradiation positions. Input means for inputting a processing shape composed of a processing amount processed by irradiation, storage means for storing the relationship between the exposure amount of irradiation light irradiated on the material and the processing amount, and stored in the storage means In accordance with the relationship between the exposure amount and the processing amount, the processing shape input by the input means is used to obtain the processing amount by effectively transmitting the irradiated light at each of the plurality of irradiation positions. Conversion means for converting the effective exposure amount, which is a quantity, into an effective exposure amount distribution that is a distribution for each of the plurality of irradiation positions, and a plurality of irradiation positions of the irradiation exposure amount at which the transmitted light is effectively irradiated at each of the plurality of irradiation positions A movement pattern that defines the movement trajectory for moving the irradiation position on the surface of the material and the effective exposure amount at each of the plurality of irradiation positions to be irradiated while moving so that each distribution becomes an effective exposure amount distribution. The effective exposure amount And The center of the mask's transmission opening is At each of multiple irradiation positions Occurs at a moment that exists momentarily And a movement control unit that moves the mask and the material relative to each other by controlling the movement unit according to the calculated movement pattern.
[0011]
According to this invention, according to the relationship between the exposure amount and the processing amount stored in the storage unit, the processed shape input by the input unit is effectively applied to the transmitted light irradiated at each of the plurality of irradiation positions. An effective exposure amount that is an exposure amount required to obtain a processing amount is converted into an effective exposure amount distribution that is a distribution for each of a plurality of irradiation positions. Thereby, the effective exposure amount distribution, the intensity distribution of the transmitted light irradiated to the irradiation position, and the movement pattern become linear. And the effective exposure distribution and The center of the mask's transmission opening is At each of multiple irradiation positions Occurs at a moment that exists momentarily Based on the exposure amount, the irradiation position on the surface of the material is such that the distribution of the irradiation exposure amount at which the transmitted light is effectively irradiated at each of the plurality of irradiation positions is an effective exposure amount distribution. A movement pattern is calculated that defines a movement locus to be moved and an effective exposure amount at each of a plurality of irradiation positions to be irradiated while moving. The movement control means controls the movement means according to the calculated movement pattern to move the irradiation position and the material relatively. Therefore, since the material is exposed with the effective exposure amount distribution, it is possible to provide a processing apparatus capable of easily processing the material into a desired three-dimensional shape.
[0012]
Preferably, the apparatus further comprises a measuring means for measuring the intensity of light emitted from the light source, and moves control The means is based on the intensity measured by the measuring means. position And a detecting means for detecting the exposure amount.
[0013]
According to this invention, based on the intensity measured by the measuring means, irradiation position Because the amount of exposure is detected, the irradiation is performed according to the change in the intensity of light emitted from the light source. position Can be moved on the surface of the material. As a result, the material can be accurately processed into a desired three-dimensional shape even when the intensity of light emitted from the light source varies, such as attenuation.
[0014]
Preferably, the calculation means includes an effective exposure amount distribution and The distribution of light transmittance at each of a plurality of transmission positions where light passes through the mask. trout Transparent A Fourier transform means for Fourier transforming the excess rate distribution, and a Fourier transform of the Fourier-transformed effective exposure distribution. Transparent And a Fourier inverse transform means for inversely transforming the result of division by the excess rate distribution.
[0015]
According to the present invention, the effective exposure amount distribution and the mass Transparent The overexposure distribution is Fourier transformed, and the Fourier-transformed effective exposure distribution is Fourier transformed. Transparent The result obtained by dividing by the excess distribution is Fourier-transformed. This irradiates on the surface of the material position It is possible to more easily obtain a movement pattern for moving the.
[0016]
More preferably, the Fourier-transformed effective dose distribution is converted into a Fourier-transformed mass. Transparent A removal means for removing high frequency components from the result of division by the excess rate distribution is further provided.
[0017]
According to the present invention, the Fourier-transformed effective exposure amount distribution is converted into a Fourier-transformed mass. Transparent High frequency components are removed from the result of division by the excess rate distribution. The high-frequency component to be removed corresponds to a portion where the change in exposure amount after inverse Fourier transform is extremely severe, and even if this portion is removed, the processed shape is hardly affected. For this reason, a smooth movement pattern can be calculated | required by removing a high frequency component.
[0018]
More preferably, the inverse Fourier transform means is a square. Transparent The result of Fourier transform of the excess rate distribution Minute near 0 Predetermined threshold below If a value is included, it is predetermined. Place Constant value "0" Using the inverse Fourier transform.
[0019]
According to the present invention, when the result of Fourier transform of the transmittance distribution of the mask includes a small value not more than a predetermined threshold value near 0, it is determined in advance. Place Constant value "0" Fourier transform is performed using. As a result, a movement pattern with further reduced errors can be obtained.
[0020]
More preferably, the inverse Fourier transform means adds a value equal to or greater than the absolute value of the negative value to the entire result of the inverse Fourier transform when the result of the inverse Fourier transform includes a negative value. .
[0021]
According to the present invention, when a negative value is included in the result of the inverse Fourier transform, a value equal to or larger than the absolute value of the negative value is added to the entire result of the inverse Fourier transform. As a result, the movement pattern can be obtained more accurately.
[0022]
More preferably, the movement locus for the material at the irradiation position includes at least one It is characterized by including the movement locus | trajectory which moves so that a part may draw a straight line.
[0023]
According to the present invention, the movement trajectory for the material at the irradiation position includes at least one It includes a movement trajectory that moves the part to draw a straight line. Therefore, the movement pattern can be obtained more accurately, and the processing accuracy can be improved.
[0024]
More preferably, Light Shoot position Trajectory for various materials Is Move it so that at least part of it draws a circle Includes movement trajectory It is characterized by that.
[0025]
According to this invention, Light Shoot position Trajectory for various materials Is Move it so that at least part of it draws a circle Includes movement trajectory . Therefore, the movement pattern can be obtained more accurately, and the processing accuracy can be improved.
[0026]
More preferably, the movement pattern Contains effective exposure Multiple splits Effectiveness Exposure amount In Split and Move pattern Divided Multiple divided effective exposures Multiple split movement patterns Divided into It is characterized by that.
[0027]
According to the present invention, the moving means divides the moving pattern into a plurality of divided moving patterns by the exposure amount, and moves each of the divided divided moving patterns. As a result, the processed portion of the material is exposed by the number of divided movement patterns divided. Therefore, the control error of the moving means is dispersed a plurality of times, and the error is averaged. As a result, processing accuracy can be improved.
[0028]
More preferably, move control Means irradiation position In the state of moving the material, it is moved at a speed that does not affect the removal of the material or the change in the physical or chemical properties of the material. It is characterized by that.
[0029]
According to this invention, irradiation position In the state of moving the material, it is moved at a speed that does not affect the removal of the material or the change in the physical or chemical properties of the material. . Thereby, control of a moving means becomes easy.
[0030]
More preferably, Transfer Movement control Means Multiple moving patterns Irradiation Valid at each position At a rate inversely proportional to exposure The irradiation position It is made to move.
[0031]
According to this invention, Transfer Movement control Means Multiple moving patterns Irradiation Valid at each position At a rate inversely proportional to exposure The irradiation position Move. Thereby, processing with higher accuracy can be performed.
[0032]
More preferably, it further comprises a blocking means for blocking light from the light source, and the blocking means blocks when the material is not exposed.
[0033]
According to the present invention, since light from the light source is blocked when the material is not exposed, it is possible to prevent the material from being exposed when the material is not exposed. Furthermore, irradiation on the surface of the material by the moving means position Can be easily moved.
[0034]
According to another aspect of the present invention, processing is performed by irradiating the material with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to remove the material, or changing the physical or chemical properties of the material. A method comprising: irradiating an irradiation region having a predetermined shape with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light; relatively moving the irradiation region and the material; and controlling the moving step to irradiate the irradiation region. The operation of irradiating the next irradiated region after the irradiation light irradiating the material by irradiating one of the plurality of irradiation regions on the surface of the material with the step of irradiating and irradiating the material relatively Control step of irradiating a region of the material that needs to be processed by repeating, and processing by irradiation of irradiation light in each of the plurality of irradiation regions and each of the plurality of irradiation regions In accordance with the relation between the exposure amount and the processing amount of the irradiation light, the input processing shape is changed to the irradiation light irradiated in each of the plurality of irradiation regions in accordance with the step for inputting the processing shape composed of the processing amount to be processed. A step of converting the effective exposure amount, which is an exposure amount required to obtain a processing amount by effectively working, into an effective exposure amount distribution that is a distribution for each of the plurality of irradiation regions, and irradiation in each of the plurality of irradiation regions The movement trajectory for moving the irradiation area on the surface of the material and the plurality of pieces to be irradiated while moving so that the distribution for each of the plurality of irradiation areas of the irradiation exposure amount to which light is effectively irradiated becomes the effective exposure amount distribution. The movement pattern that determines the effective exposure amount in each of the irradiation areas of The center of the mask's transmission opening is At each of multiple irradiation positions Occurs at a moment that exists momentarily And a step of calculating based on the exposure amount, and the movement control step moves the irradiation region and the material relatively by controlling the step of moving according to the calculated movement pattern.
[0035]
According to the present invention, according to the relationship between the exposure amount of the irradiation light irradiated to the material and the processing amount, the input processing shape effectively acts on the irradiation light irradiated in each of the plurality of irradiation regions. Is converted into an effective exposure amount distribution which is a distribution for each of a plurality of irradiation areas. And the effective exposure distribution and The center of the mask's transmission opening is At each of multiple irradiation positions Occurs at a moment that exists momentarily Based on the exposure amount, the irradiation area on the surface of the material is set such that the distribution of the irradiation exposure amount for each of the plurality of irradiation regions is the effective exposure amount distribution. A movement pattern is calculated that defines the locus of movement to be moved and the effective exposure amount in each of a plurality of irradiation areas to be irradiated while moving. And a movement control step controls the step to move according to the calculated movement pattern, and moves an irradiation field and material relatively. Therefore, since the material is exposed with an effective exposure amount distribution, it is possible to provide a processing method that can be easily processed into a desired three-dimensional shape.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a processing apparatus according to one embodiment of the present invention will be described. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding members, and description thereof will not be repeated.
[0037]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a processing apparatus in the present embodiment. Referring to FIG. 1, the processing apparatus includes a main controller 5 for controlling the entire apparatus, an input unit 6, a storage unit 7, a display unit 8, and a stage controller 4 connected to the main controller 5, respectively. An exposure stage 3 connected to the stage controller 4 and capable of moving the processing material in nanometer order, and a synchrotron radiation light source (hereinafter referred to as “SR light”) for irradiating the processing material with synchrotron radiation (hereinafter referred to as “SR light”). 1) and a dose monitor 10.
[0038]
The input unit 6 is an input device for inputting necessary instructions and information by the operator of the processing apparatus. The storage unit 7 stores a program executed by the main controller 5 and variables necessary for executing the program. The display unit 8 displays information necessary for the operator.
[0039]
The main controller 5, the input unit 6, the storage unit 7, and the display unit 8 can be configured by a personal computer. In this case, a central processing unit (CPU) of the personal computer corresponds to the main controller 5, a keyboard or a mouse corresponds to the input unit 6, a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), and a hard disk. The display unit 8 corresponds to the storage unit 7, and the display and printer correspond to the display unit 8.
[0040]
By filtering the SR light emitted from the SR light source 1 with a beryllium filter, a polyimide filter, or the like, X-rays having a predetermined wavelength can be extracted and incident on the exposure chamber 2.
[0041]
The X-rays of SR light emitted from the SR light source 1 are blocked by the shutter 9 when the shutter 9 is closed, and do not enter the exposure chamber 2. When the shutter 9 is open, SR light X-rays enter the exposure chamber 2. Opening and closing of the shutter 9 is controlled by the main controller 5.
[0042]
The dose monitor 10 monitors the X-ray intensity of the SR light emitted from the SR light source 1 as needed. The monitored X-ray intensity is sent to the main controller 5.
[0043]
The exposure stage 3 is provided in the exposure chamber 2 and its drive is controlled by the stage controller 4. The stage controller 4 applies a driving voltage to the exposure stage 3 in accordance with a command from the main controller 5.
[0044]
FIG. 2 is a side view of the exposure stage 3. Referring to FIG. 2, the exposure stage 3 includes a sample holder 31 for holding the processing material 20, an X-ray mask 32 having a transmission port having a predetermined shape for transmitting X-rays, and an X-ray. A mask moving mechanism 33 for moving the mask 32 in the horizontal biaxial direction with respect to the processing material 20, and a reciprocating mechanism for moving the sample holder 31, the mask moving mechanism 33, and the X-ray mask 32 in the horizontal uniaxial direction. 34.
[0045]
The X-ray mask 32 has a circular transmission port that transmits X-rays of the SR light irradiated by the SR light source 1. The size of the transmission port is smaller than the area of the cross section perpendicular to the direction in which the processed X-rays are incident. The processing material 20 is obtained by applying PMMA with a thickness of several hundred microns on a substrate.
[0046]
The mask moving mechanism 33 is an XY stage capable of nanometer-order position control. The mask moving mechanism 33 uses a piezoelectric element (PZT) as an actuator, and moves the X-ray mask 32 in a direction indicated by an arrow X in the drawing and a direction Y perpendicular to the drawing.
[0047]
The mask moving mechanism 33 has a sensor for detecting the position of the X-ray mask 32. The output of the sensor is fed back to a signal for driving the piezoelectric element. As the mask moving mechanism 33, a Model P-731.10 type stage manufactured by Physik Instrumente can be used.
[0048]
The sample holder 31 holds the processing material 20 and the mask moving mechanism 33. The reciprocating mechanism 34 reciprocates the sample holder 31 at a speed of 1 [mm / s] along the direction of the arrow X in the drawing. The X-rays of SR light are irradiated on the X-ray mask 32, but the X-rays of SR light irradiated from the SR light source 1 have a gentle distribution in intensity. Therefore, the sample holder 31 is moved by the reciprocating mechanism 34 so that the transmission port of the X-ray mask 32 passes through the entire range irradiated with X-rays. Thereby, the intensity distribution of the X-rays transmitted through the transmission port of the X-ray mask 32 is corrected uniformly.
[0049]
In order to perform correction more reliably, the reciprocating mechanism 34 not only reciprocates the sample holder 31 in the direction X, but also reciprocates along a direction Y (hereinafter referred to as “direction Y”) orthogonal to the drawing. You may do it.
[0050]
A drive voltage for driving the piezoelectric element of the mask moving mechanism 33 is applied from the stage controller 4. Further, the output of the sensor for detecting the position of the X-ray mask 32 is transmitted to the stage controller 4. Therefore, the stage controller 4 performs control to feed back the sensor output to a signal for driving the piezoelectric element.
[0051]
Next, processing of the nozzle plate used in the ink discharge portion of the ink jet printer using the processing apparatus shown in FIG. 1 will be described. In recent years, inkjet printers are required to have high speed and high image quality. For this reason, it is necessary to increase the density of nozzles for ejecting ink, and a fine processing technique is required for the processing. For this reason, it is suitable for processing by the processing apparatus in the present embodiment.
[0052]
Note that actual processing is performed by irradiating a two-dimensional region with X-rays, but here, in order to simplify the description, description will be made in one dimension unless otherwise specified.
[0053]
FIG. 3 is a diagram showing a target machining shape. Referring to FIG. 3, the horizontal axis indicates the position, and the vertical axis indicates the machining amount, and the machining shape is specified by the position and the machining amount. The machining shape shown here includes portions 43 and 45 parallel to the X-ray traveling direction (direction parallel to the vertical axis) and an oblique portion 47.
[0054]
Here, the relationship between the exposure amount of the resist and the processing amount will be described. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the exposure amount and the processing amount when PMMA is used for the resist. The relationship between the exposure amount and the processing amount shown in FIG. 4 is a value obtained by measuring a series of samples exposed by changing the exposure amount under the same conditions prior to processing. The processing amount here is a value obtained by measuring the amount removed by developing the exposed PMMA. Development was carried out at 40 ° C. for 120 minutes using a developer and a stop solution having the following composition.
[0055]
(1) The developer used is a GG developer, and the composition is 2- (2-Butoxvethoxy) ethanol 60 [vol%], morpholine 20 [vol%], 2-Aminoethanol 5 [vol%], water Is 15 [vol%].
[0056]
(2) The composition of the stop solution is 80 [vol%] for 2- (2-Butoxvethoxy) ethanol and 20 [vol%] for water.
[0057]
As is apparent with reference to FIG. 4, the exposure amount and the processing amount are not in a linear relationship. Therefore, if the exposure is performed by moving the X-ray mask 32 in accordance with the processing shape, the target processing shape cannot be processed. For this reason, it is necessary to convert the processing amount into the exposure amount.
[0058]
The relationship between the exposure amount and the processing amount shown in FIG. 4 is stored in the storage unit 7 of the processing apparatus. The storage unit 7 may store all of the measurement values as digital data, or may store the measurement values by approximating a function. The relationship between the exposure amount and the processing amount may be input immediately before processing, or may be stored in advance in the database of the storage unit 7 and selected by an instruction from the input unit 6. Good.
[0059]
According to the relationship between the exposure amount and the processing amount shown in FIG. 4, the target shape shown in FIG. 3 is converted into an effective exposure amount for each position. Here, the effective exposure amount refers to an exposure amount necessary for actual processing. FIG. 5 is a diagram showing an effective exposure amount distribution obtained by converting the processing amount of the target processing shape shown in FIG. 3 into an effective exposure amount.
[0060]
As a method of converting the processing amount of the target processing shape into an effective exposure amount, in this embodiment, the storage unit 7 stores a lookup table in which the relationship between the exposure amount and the processing amount shown in FIG. The processing amount is converted into an effective exposure amount by referring to the lookup table. In this conversion, when the relationship between the exposure amount and the processing amount shown in FIG. 4 is approximated by a function, the processing amount may be converted into an effective exposure amount by obtaining an inverse function of the function.
[0061]
Referring to FIG. 5, the exposure amount necessary for exposure for each position is represented as an effective exposure amount. Here, the effective exposure amount for each position shown in FIG. 5 can be expressed by a function h (x) of the position x.
[0062]
The intensity of the X-ray transmitted through the transmission port of the X-ray mask 32 is the intensity of the X-ray emitted from the SR light source 1 by I [W · m ^-2 ], It is IT when the transmittance of the transmission port of the X-ray mask 32 is T. In the present embodiment, the X-ray intensity I of the SR light emitted from the SR light source 1 is monitored by the dose monitor 10. The transmittance T of the transmission port of the X-ray mask 32 is constant over the entire transmission port. The intensity IT of the X-ray is grasped at any time by the main controller 5. Further, the X-ray intensity is measured with the dose monitor 10 immediately before the processing, and the X-ray intensity that changes with time is predicted from the measurement result and the attenuation characteristic of the X-ray emitted from the SR light source 1. good.
[0063]
Further, the exposure amount E of the irradiation area where the X-ray transmitted through the transmission port of the X-ray mask 32 irradiates the resist of the processing material 20 is expressed by the following equation (1), where time is t.
[0064]
E = ∫ITdt (1)
Since the transmittance T of the transmission port is constant over the entire transmission port, the exposure amount E of the irradiation region is determined by the X-ray intensity I and the exposure time.
[0065]
FIG. 6 is a diagram showing the X-ray transmittance distribution of the X-ray mask 32. Referring to FIG. 6, the transmittance increases corresponding to the shape of the transmission port of X-ray mask 32, and the same transmittance is obtained for the entire transmission port. Therefore, it can be said that the X-ray transmittance distribution of the X-ray mask represents the shape of the transmission port.
[0066]
In addition, since X-rays have a property of high rectilinearity, the shape of the irradiation region in which the processing material 20 is irradiated with X-rays transmitted through the transmission port is the same as the transmission port of the X-ray mask 32.
[0067]
The X-ray transmittance distribution of the X-ray mask 32 can be expressed by a function mask (x) of the position x. Here, the movement of the X-ray mask 32 is expressed by a function move (x) of the position x. The function move (x) is a function representing an exposure amount instantaneously generated at the position x due to the movement of the X-ray mask 32. In other words, the function move (x) is a function representing the time during which the center of the transmission port of the X-ray mask 32 exists instantaneously at the position x. The function h (x) of the effective exposure amount distribution shown in FIG. 5 is expressed by the following equation (2) as a convolution of the function mask (x) and the function move (x).
[0068]
h (x) = ∫move (a) mask (x−a) da (2)
Here, x and a are variables representing positions.
[0069]
Now, the target machining shape is determined as a function h (x) as shown in FIG. Further, the X-ray transmittance distribution of the X-ray mask 32 is determined as the function mask (x) shown in FIG. Therefore, the function move (x) representing the movement of the X-ray mask 32 can be obtained from the equation (2).
[0070]
However, this can derive move (x) on condition that the relationship between the exposure amount and the processing amount is linear, and is a problem generally called deconvolution. Various solutions are known, but cannot be obtained by simple calculations.
[0071]
For this reason, in the processing apparatus in the present embodiment, the function move (x) is obtained by performing Fourier transform on the equation (2). A result of Fourier transform of the equation (2) is shown in the following equation (3).
[0072]
H (u) = MOVE (u) · MASK (u) (3)
Here, the function obtained by Fourier transforming each function is shown in capital letters. The variable u is a frequency having a dimension of the reciprocal of the length, and is generally called a spatial frequency.
[0073]
Therefore, the function representing the movement of the mask move (x) Is obtained by converting the expression (3) into the following expression (4) to obtain MOVE (u), and inversely transforming the obtained MOVE (u).
[0074]
MOVE (u) = H (u) / MASK (u) (4)
That is, a function MA (U) obtained by Fourier transforming a function H (u) obtained by Fourier transform of a function h (x) representing an effective exposure dose distribution and a function mask (x) of an X-ray transmittance distribution of the X-ray mask 32. By dividing this by inverse Fourier transform, a mask movement function move (x) that realizes an effective exposure amount distribution can be obtained.
[0075]
Next, a processing process performed by the processing apparatus in the present embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart showing the flow of exposure processing performed by the processing apparatus in the present embodiment. Referring to FIG. 7, in the exposure process, first, a machining shape is input from input unit 6 (step S01). Here, the target machining shape shown in FIG. 3 is input. The target processing shape is the processing amount for each position x of the nozzle plate. As input, digital data may be input, or an approximate function may be input.
[0076]
Next, the shape of the X-ray mask 32 is input (step S02). The shape of the X-ray mask 32 here refers to the shape of the transmission port of the X-ray mask 32. The shape of the X-ray mask 32 is the X-ray transmittance for each position x. As input, digital data may be input, or an approximate function may be input.
[0077]
Then, based on the relationship between the exposure amount and the processing amount shown in FIG. 4, the processing shape input in step S01 is converted into an effective exposure amount distribution for each position x. As a result, a function h (x) representing the effective exposure amount distribution representing the exposure amount at each position x shown in FIG. 5 is obtained. In addition, by converting the processing amount into the exposure amount in this way, a system in which the linearity that is the premise of convolution is not established can be converted into a system in which the linearity is established. Therefore, the nonlinear problem can be solved and a correct result can be obtained.
[0078]
In the actual calculation, the result of the Fourier transform is handled as a complex number, but here, in order to simplify the explanation, only the result of the real part will be explained. For simple functions, the Fourier transform may be obtained analytically.
[0079]
Next, a function mask (x) representing the X-ray transmittance distribution of the X-ray mask 32 shown in FIG. 6 is obtained from the shape (transmittance at each position x) of the X-ray mask 32 input in step S02. It is done.
[0080]
Here, the transmission port and the irradiation area will be described. The irradiation region refers to a region where the resist (PMMA) of the processing material 20 is irradiated with X-rays transmitted through the transmission port of the X-ray mask 32. This irradiation region is the same as the shape of the transmission port of the X-ray mask 32 because of the straightness of X-rays. The exposure dose distribution in the irradiation region is obtained from the X-ray intensity I of the SR light irradiated from the SR light source 1 monitored by the dose monitor 10 and the X-ray transmittance T at the transmission port.
[0081]
Next, the function h (x) representing the effective exposure distribution obtained in step S03 is Fourier transformed to obtain a function H (u) (step S05). Then, the function mask (x) representing the X-ray transmittance distribution of the X-ray mask 32 obtained in step S04 is Fourier transformed to obtain the function MASK (u) (step S06).
[0082]
As the Fourier transform, fast Fourier transform (hereinafter referred to as “FFT”) is used. FFT is performed by processing digital data obtained by sampling and quantizing a function h (x) representing an effective exposure distribution. The FFT must be a power of 2 in the number of data. In this embodiment, digitization is performed by sampling to 1024 points. Hereinafter, this FFT is used for all Fourier transforms.
[0083]
FIG. 8 is a diagram showing a function H (u) obtained as a result of Fourier transform of the function h (x) representing the effective exposure distribution shown in FIG. The horizontal axis represents the frequency indicating the reciprocal of the distance determined from the position x, and the vertical axis represents the exposure amount.
[0084]
FIG. 9 is a diagram showing a function MASK (u) obtained as a result of Fourier transform of the function mask (x) representing the X-ray transmittance distribution of the X-ray mask 32 shown in FIG. The horizontal axis represents the frequency indicating the reciprocal of the distance determined from the position x, and the vertical axis represents the transmittance.
[0085]
Returning to FIG. 7, it is next determined whether or not the function MASK (u) includes a value equal to or smaller than a predetermined threshold value K (step S07).
[0086]
For frequency u with MASK (u) equal to or less than threshold value K, the process of step S08 is performed, and for frequency u that is not so, the process of step S09 is performed.
[0087]
In step S08, “0” is set in the function MOVE (u). In step S09, the function MOVE (u) is obtained according to the following equation (5).
[0088]
MOVE (u) = H (u) / MASK (u) (5)
In the processing from step S07 to step S09, when the expression (5) is calculated in step S09, the function MOVE (u) diverges when MASK (u) serving as the denominator takes “0” or a minute value. This is to prevent it from falling. In addition, in order to prevent the function MOVE (u) from diverging in this way, many known techniques are known in addition to the technique described here, and they may be applied.
[0089]
Then, the high frequency component is removed from the function MOVE (u) obtained in step S08 or step S09 (step S10). The removal of the high frequency component is performed by using a known low-pass filter. The high frequency component included in the function MOVE (u) is an extremely intense part of the exposure amount change included in the mask movement function move (x) obtained as a result of the inverse Fourier transform described later. Even if the portion where the exposure amount change is extremely drastic is removed from the mask movement function move (x), the influence on the processed shape is small.
[0090]
Further, the high-frequency component to be removed is determined according to the shape to be processed. A smooth mask movement function move (x) can be obtained by filtering a high-frequency component corresponding to the shape to be processed.
[0091]
Next, the function MOVE (u) from which the high-frequency component has been removed is subjected to inverse Fourier transform to obtain a target movement function move (x) (step S11).
[0092]
Then, it is determined whether or not the transfer function move (x) includes a negative value (step S12). If a negative value is included, step S13 is executed. If not, the process proceeds to step S14.
[0093]
In step S13, the movement function move (x) is corrected. Depending on the processed shape or the shape of the transmission port of the X-ray mask 32, the obtained transfer function move (x) may include a negative value. Since the movement function move (x) indicates the exposure amount at each position, the exposure amount cannot be negative. The absolute value of the exposure amount that is negative is added to the entire movement function move (x). By correcting in this way, a problem that the corrected movement function move (x) includes a negative value is corrected. It should be noted that a predetermined value determined in advance may be added to the movement function move (x).
[0094]
FIG. 10 is a diagram illustrating the transfer function move (x). The horizontal axis indicates the position, and the vertical axis indicates the exposure amount. The position x on the horizontal axis indicates the position of the center point of the portion with high transmittance in the X-ray transmittance distribution of the X-ray mask 32 shown in FIG. In other words, the position x indicates a position that is the center of the transmission port of the X-ray mask 32. Accordingly, when the X-ray intensity of the SR light irradiated by the SR light source 1 is constant, the movement function move (x) is such that the center of the transmission port of the X-ray mask 32 is the position of the resist (PMMA) of the processing material 20. It can also be said to be a function indicating the time for stopping at a position corresponding to x. Even when there is a relatively long-term fluctuation (such as attenuation) in the X-ray intensity, the X-ray intensity is monitored by the dose monitor 10 at any time, and the time for stopping the X-ray mask 32 according to this intensity can be obtained. For example, the same exposure amount as that when the X-ray intensity is constant can be given to the irradiation region of the processing material 20.
[0095]
Returning to FIG. 7, the X-ray mask 32 is moved by the exposure stage 3 in accordance with the obtained movement function move (x) (step S14). Thereby, the resist of the processing material 20 is exposed so as to have an effective exposure distribution, and is processed into a target processing shape.
[0096]
The above-described exposure processing is performed by the main controller 5, and the main controller 5 transmits a command to the stage controller 4 according to the obtained movement function move (x). The stage controller 4 moves the exposure stage 3 in accordance with the received command.
[0097]
FIG. 11 is a diagram illustrating a result of obtaining, by simulation, a result of exposing the resist (PMMA) of the processing material 20 by moving the X-ray mask 32 according to the transfer function move (x) illustrated in FIG. Compared with the target processing shape shown in FIG. 3, it is processed into substantially the same shape. Further, although the shape shown in FIG. 11 includes minute irregularities caused by an error or the like in calculation, it affects the flying of ink by lightly etching the entire resist of the processing material 20. Unevenness can be removed to the extent that there is no.
[0098]
If the transmission port of the X-ray mask 32 is negligibly small compared to the size of the processed shape, the X-ray mask 32 can be processed into the target processed shape by moving the X-ray mask 32 according to the target processed shape. it can. However, since the transmission part of the X-ray mask 32 is usually a size that cannot be ignored compared to the processed shape, the shape is affected by the transmission port of the X-ray mask 32 unless a correct movement pattern is obtained by the method of the present invention. One type of blur occurs, and a distortion different from the target shape occurs in the processed shape. FIG. 12 is a diagram illustrating a result of obtaining a result of exposing the resist (PMMA) of the processing material 20 by moving the X-ray mask 32 in accordance with the target processing shape illustrated in FIG. 3. Blur caused by a certain size of the transmission opening of the X-ray mask 32 is generated. Specifically, the side wall of the nozzle, which should be vertical, is tapered, and has a distorted shape different from the intended processing shape.
[0099]
Nozzles used in the heads of ink jet printers are required to have an ink flying straight and an ink flying direction accurate. At present, since many nozzles are used to increase the printing speed, it is extremely important that the ink flying direction is uniform among a number of nozzles. In order to make the flying direction of the ink straight, it is effective to provide a slate portion in the cross-sectional shape of the nozzle. In the processed shape shown in FIG. 11, this slate portion is processed, but in the processed shape shown in FIG. 12, the slate portion becomes tapered, and uniformity in the flight direction cannot be achieved.
[0100]
Further, in the processed shape shown in FIG. 12, the width of the upper side corresponding to the opening portion of the nozzle is smaller than the dimension of the target processed shape shown in FIG. The size of the opening of the nozzle affects the ink ejection volume, and greatly affects the overall density and image quality of the printed image. Therefore, it is not preferable that the opening portion of the nozzle be smaller than the dimension of the target processing shape.
[0101]
Next, the movement of the X-ray mask 32 in the mask moving mechanism 33 will be described. In order to simplify the description so far, one-dimensional movement has been described. Actually, however, two-dimensional movement is performed, and in accordance with the mask movement function move (x, y) represented by two-dimensional orthogonal coordinates, two-dimensional movement is performed. Dimensional scanning exposure is performed.
[0102]
[Scanning Method for Repeated Stop and Movement of X-Ray Mask 32]
FIG. 13 is a first diagram for explaining exposure by two-dimensional scanning. FIG. 13A is a diagram illustrating a trajectory 105 that the irradiation region 100 scans the resist (PMMA) of the processing material 20, and FIG. 13B is a diagram illustrating the shape of the irradiation region 100. Referring to FIG. 13, the two-dimensional plane 103 of the processed shape and the shape of the irradiation region 100 are both square. The scanning of the irradiation region 100 is a linear movement along the scanning locus 105.
[0103]
FIG. 14 is a first diagram illustrating a flow of scanning processing performed by the processing apparatus according to the present embodiment. Referring to FIG. 14, in the scanning process, first, the X-ray mask 32 is moved to the initial position (step S11). Thereby, in FIG. 13, the irradiation region 100 moves to the upper left position in the two-dimensional plane 103 of the processed shape.
[0104]
Then, it is determined whether or not the exposure amount at the position (x, y) of the irradiation region 100 is equal to the movement function move (x, y). The exposure at the position (x, y) is performed until the exposure amount becomes equal to the movement function move (x, y). When the exposure amount becomes equal, the process proceeds to step S13.
[0105]
When the X-ray intensity emitted from the SR light source 1 is constant, the exposure amount can be obtained by measuring the exposure time. If there is a relatively long-term fluctuation (such as attenuation) in the X-ray intensity, the X-ray intensity monitored by the dose monitor 10 is obtained by feeding back. Specifically, the exposure amount of the irradiation region 100 is detected based on the X-ray intensity obtained from the X-ray intensity I monitored by the dose monitor 10 and the transmittance T of the transmission port of the X-ray mask 32. Then, the irradiation region 100 is stopped at the position (x, y) until the value obtained by integrating the detected exposure amounts becomes equal to the movement function move (x, y).
[0106]
Note that the X-ray intensity is measured by the dose monitor 10 immediately before the processing, and the X-ray intensity changing with time is predicted from the measurement result and the attenuation characteristics of the X-rays emitted from the SR light source 1, and the predicted X The exposure amount of the irradiation region 100 may be obtained based on the line intensity.
[0107]
In step S13, it is determined whether scanning in the X direction has been completed. If scanning in the X direction is completed, the process proceeds to step S15, and if not, the process proceeds to step S14.
[0108]
In step S14, the X-ray mask 32 is moved at a high speed by a distance of one unit in the X direction. The distance of one unit in the X direction is ½ of the length of the irradiation region 100 in the X direction in the processing apparatus according to the present embodiment. The moving speed is a speed that does not substantially affect the exposure of the resist (PMMA) of the processing material 20. This speed is FIG. It can be determined from the relationship between the exposure amount and the processing amount shown in FIG. For example, since the processing amount when the exposure amount is 0 to 0.05 [A · min] is 0 [μm], the portion that is not exposed at all is exposed by moving at an equivalent speed. It does not affect the speed.
[0109]
In step S15, it is determined whether scanning in the Y direction has been completed. When the scanning in the Y direction is finished, the exposure process is finished. Otherwise, the process proceeds to step S16.
[0110]
In step S16, the X-ray mask 32 is moved at a high speed by a distance of one unit in the Y direction. The unit distance in the Y direction is ½ of the length of the irradiation region 100 in the Y direction in the processing apparatus according to the present embodiment. The moving speed is a speed that does not substantially affect the exposure of the resist (PMMA) of the processing material 20.
[0111]
Here, the movement of the X-ray mask 32 performed in step S14 and step S16 will be described in detail. Note that the movement of the X-ray mask 32 and the movement of the irradiation area are the same. FIG. 15 is a diagram for explaining the movement of the irradiation region. FIG. 15A is a diagram for explaining movement in the X direction, and FIG. 15B is a diagram for explaining movement in the Y direction. Referring to FIG. 15A, irradiation region 100A is moved by half the length of irradiation region 100 in the X direction and moved to the position of irradiation region 100B by the movement of one unit distance in the X direction. . Half of the irradiation region 100A and the irradiation region 100B overlap each other.
[0112]
The movement in the Y direction is the same as the movement in the X direction, and referring to FIG. 15B, the irradiation region 100C has a length in the Y direction of the irradiation region 100 by moving one unit distance in the Y direction. It moves by ½ and becomes the position of the irradiation region 100D. Half of the irradiation region 100C and the irradiation region 100D overlap each other.
[0113]
In this way, the two-dimensional plane of the processed shape is divided so that the irradiation areas overlap, and the exposure time in each of the divided irradiation areas is determined by the movement function move (x). However, the exposure time in each irradiation region is corrected based on an interval for dividing the two-dimensional plane of the processed shape, in other words, one unit of distance moving in the X direction and the Y direction.
[0114]
In this embodiment, the distance of one unit that moves in the X direction or the Y direction is set to ½ the length of the irradiation region in the X direction or the Y direction. It may be shortened or shortened. For example, the distance of one unit can be increased to the extent that the overlapping area of the irradiation areas is reduced and the irradiation areas are in contact with each other. Conversely, the distance of one unit can be set to the minimum distance at which the X-ray mask 32 can be moved by the exposure stage 3.
[0115]
By increasing the distance of one unit, the number of times of moving the irradiation region is reduced, so that the processing time can be shortened. On the other hand, the machining accuracy is improved by shortening the distance of one unit. Thus, since the machining time and the machining accuracy are in a trade-off relationship, it is desirable to determine the distance of one unit according to the situation such as the machining shape and machining time constraints. Furthermore, if the processing accuracy is important, it is desirable to move the irradiation region described below continuously rather than scanning in which the irradiation region repeatedly moves and stops.
[0116]
The moving mechanism 34 reciprocates the sample holder 31 in the X direction at a speed of 1 [mm / s] based on a command from the stage controller 4 during exposure. As a result, even if the X-ray intensity distribution of the SR light emitted from the SR light source 1 is not uniform, the entire range irradiated with the X-rays of the SR light emitted from the SR light source 1 is covered with the X-ray mask. Since the thirty-two transmission openings move, the intensity distribution in the irradiation region 100 can be corrected to be uniform.
[0117]
As described above, the X-ray mask 32 can be moved according to the movement function move (x, y) by repeating the state in which the X-ray mask 32 stops with respect to the processing material 20 and the state in which the X-ray mask 32 moves linearly. .
[0118]
[Scanning Method for Moving X-Ray Mask 32 at a Speed Inversely Proportional to Exposure Time]
FIG. 16 is a second diagram for explaining exposure by two-dimensional scanning. FIG. 16A is a diagram illustrating a trajectory 150 that the irradiation region 110 scans the resist (PMMA) of the processing material 20, and FIG. 16B is a diagram illustrating the shape of the irradiation region 110. With reference to FIG. 16, the processed two-dimensional plane 103 is circular, and the irradiation region 110 is also circular.
[0119]
When the processing shape of the two-dimensional plane 103 is rotationally symmetric, the movement function 33 can be easily controlled by the stage controller 4 by expressing the movement function move (x) in a polar coordinate format. The mask moving mechanism 33 moves the X-ray mask 32 so that the locus 150 of the irradiation area 110 draws a circle, and controls the moving speed according to a moving function move (x, y) obtained by polar coordinates. The moving speed is such that the speed at the position (x, y) is inversely proportional to the exposure time obtained by dividing the moving function move (x, y) by the X-ray intensity measured by the dose monitor 10. . Then, after linear movement in the radial direction, the rotation radius is changed and scanning in the next locus is performed.
[0120]
In order to rotationally move the X-ray mask 32 by the mask moving mechanism 33, sine waves having different phases are provided in the XY2 directions. Accordingly, the X-ray mask 32 can be moved by the mask moving mechanism 33 so as to rotate relative to the resist (PMMA) of the processing material 20.
[0121]
FIG. 17 is a second diagram illustrating the flow of the scanning process performed by the processing apparatus according to the present embodiment. Referring to FIG. 17, in the scanning process, first, X-ray mask 32 is moved to the initial position (step S21). Thereby, as shown in FIG. 16, the irradiation area 110 moves to the outermost position in the two-dimensional plane 103 of the processed shape.
[0122]
Next, the shutter 9 is opened and exposure is started (step S22). Then, the X-ray mask 32 is moved at a speed according to the movement function move (x, y) (step S23). The moving speed is a speed that is inversely proportional to the exposure time obtained by dividing the moving function move (x, y) by the X-ray intensity measured by the dose monitor 10. If the exposure time is large, the speed is slow, and if the exposure time is short, the speed is fast. By controlling the moving speed in this manner, the irradiation region 110 can be moved so that the resist of the processing material 20 is exposed with an exposure amount corresponding to the target processing shape.
[0123]
It is determined whether or not the scanning by one circle movement is completed (step S24), and the process of step S23 is performed until the scanning is completed. If completed, the shutter 9 is closed (step S25). Thereby, the exposure of the processing material 20 to the resist is interrupted.
[0124]
Then, it is determined whether or not all scanning has been completed (step S26), and when the scanning has been completed, the scanning process is terminated. If not completed, the X-ray mask 32 is moved by one unit in the radial direction (step S27). One unit of distance corresponds to the diameter of the irradiation region 110. Thereby, it can expose so that the irradiation area | region 110 may not overlap in a radial direction. In addition, you may expose so that the irradiation area | region 110 may overlap in a radial direction. In this case, the distance of one unit is shorter than the diameter of the irradiation region 110, and the exposure time is corrected according to the amount of overlap. This is the same as the above-described operation of repeatedly performing the stop and move.
[0125]
Then, in order to perform the next scan, the process returns to step S22 and the above-described processing is repeated.
[0126]
In this way, by moving the moving speed of the X-ray mask 32 so as to draw a circle with respect to the work material 20 at a speed inversely proportional to the exposure amount of the movement function move (x, y) subjected to polar coordinate conversion. The X-ray mask 32 can be moved according to the transfer function move (x, y).
[0127]
[Scanning Method for Dividing Exposure Amount and Performing Multiple Scans]
Next, a scanning method in which the exposure amount is divided and scanning is performed a plurality of times will be described. In the transfer function move (x) shown in FIG. 10, 0 to A, A to B, B to C, C to D, D to E, E to F, F to G, G to H, and H to I 9 Divide the exposure into one level. Then, scanning is performed for each level of the divided exposure amount.
[0128]
Specifically, exposure is performed for all positions where the exposure amount takes a value equal to or greater than A until the exposure amount reaches A. For positions where the exposure amount is less than A, exposure is performed up to the exposure amount for that position.
[0129]
Next, exposure is performed for all positions where the exposure amount exceeds A until the exposure amount reaches B. For positions where the exposure amount is less than B, exposure is performed until the exposure amount corresponding to that position is reached. This scanning is performed for all exposure levels divided into nine.
[0130]
As described above, by performing exposure by dividing into a plurality of scans, errors in position and exposure time are dispersed a plurality of times as compared with the case of performing exposure in one scan, and the errors are averaged. . As a result, processing accuracy is improved.
[0131]
The same effect can be obtained even when the exposure amount at each position is divided by a predetermined number of divisions. Further, the exposure for a predetermined time may be repeated. In this case, exposure is performed for each position until the exposure amount integrated for each position becomes the movement function move (x). Further, the same scanning can be performed not by dividing by exposure amount but by dividing by exposure time.
[0132]
The scanning method in which the exposure amount is divided and a plurality of times of scanning is performed includes the above-described scanning method in which the X-ray mask 32 is repeatedly stopped and moved, and the X-ray mask 32 is moved at a speed inversely proportional to the exposure time. It can be used for two scanning methods.
[0133]
A metal part can be obtained by exposing the resist (PMMA) of the processing material 20 described above and electrocasting the processed substrate with a chemical treatment as a base. Furthermore, by molding the resin using the manufactured metal part as a mold, a large number of parts having a necessary shape can be obtained. Since these manufacturing processes are the same as those of the conventional LIGA method, description thereof is omitted here.
[0134]
In addition, although the processing apparatus in this Embodiment performed the calculation in the spatial frequency surface which carried out the Fourier transformation, it uses various methods which can perform a deconvolution in a spatial surface, without performing a Fourier transformation. The mask transfer function can also be obtained by.
[0135]
In the processing apparatus according to the present embodiment, an example in which PMMA is used as a resist has been described. However, Teflon (polytetrafluoroethylene) can be used instead of PMMA. When using Teflon, direct processing (direct removal) of SR light by X-rays is possible. Therefore, development processing is not necessary.
[0136]
As described above, in the processing apparatus according to the present embodiment, if the target processing shape and the shape of the transmission port of the X-ray mask 32 are known, the movement for moving the X-ray mask 32 with a simple calculation is performed. The function move (x) can be obtained.
[0137]
In the present embodiment, the X-ray mask 32 is moved, but the X-ray mask 32 may be fixed and the processing material 20 may be moved, or the X-ray mask 32 and the processing material 20 may be moved. May be moved together.
[0138]
In this embodiment, an example in which a single nozzle is processed has been described. However, an X-ray mask and a function representing a processing shape are also expressed as a nozzle pitch for an inkjet nozzle array in which a large number of nozzles are arranged. It can be applied by treating it as a periodic function.
[0139]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a processing apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a side view of exposure stage 3 of the processing apparatus in the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a target shape.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an exposure amount and a processing amount when PMMA is used as a resist.
FIG. 5 is a diagram showing an effective exposure amount distribution obtained by converting the processing amount of the target shape shown in FIG. 3 into an effective exposure amount.
6 is a diagram showing an X-ray transmittance distribution of the X-ray mask 32. FIG.
FIG. 7 is a flowchart showing a flow of exposure processing performed by the processing apparatus in the present embodiment.
8 is a diagram showing a function H (u) obtained as a result of Fourier transform of the function h (x) representing the effective exposure amount distribution shown in FIG.
9 is a diagram showing a function MASK (u) obtained as a result of Fourier transform of a function mask (x) representing an X-ray transmittance distribution of the X-ray mask 32 shown in FIG. 6;
FIG. 10 is a diagram illustrating a transfer function move (x).
FIG. 11 is a diagram showing a result obtained by simulating exposure of a resist (PMMA) performed by moving an X-ray mask 32 according to the movement function move (x) shown in FIG. 10;
12 is a diagram showing a result of obtaining, by simulation, exposure of a resist (PMMA) performed by moving an X-ray mask 32 according to the target shape shown in FIG.
FIG. 13 is a first diagram for explaining exposure by two-dimensional scanning.
FIG. 14 is a first diagram illustrating a flow of scanning processing performed by the processing apparatus according to the present embodiment.
FIG. 15 is a diagram for explaining movement of an irradiation region.
FIG. 16 is a second diagram for explaining exposure by two-dimensional scanning.
FIG. 17 is a second diagram illustrating a flow of scanning processing performed by the processing apparatus according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1 SR light source, 2 exposure chamber, 3 exposure stage, 4 stage controller, 5 main controller, 6 input unit, 7 storage unit, 8 display unit, 31 sample holder, 32 X-ray mask, 33 mask moving mechanism, 34 reciprocation Moving mechanism.

Claims

A processing apparatus for processing by irradiating the material with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to remove the material, or changing the physical or chemical properties of the material,
A light source that emits ultraviolet light or light having a shorter wavelength than ultraviolet light;
A mask having a transmission port of a predetermined shape that transmits light emitted from the light source;
Moving means for relatively moving the mask and the material;
The moving means is controlled to move the mask and the material relatively, and the transmitted light transmitted through the transmission port irradiates one of a plurality of irradiation positions on the surface of the material, and then moved. A movement control means for irradiating a region of the material that needs to be processed by repeating the operation of irradiating the next irradiation position;
Input means for inputting a machining shape composed of each of the plurality of irradiation positions and a processing amount to be processed by irradiation of the transmitted light at each of the plurality of irradiation positions;
Storage means for storing a relationship between an exposure amount of irradiation light irradiated on the material and the processing amount;
In accordance with the relationship between the exposure amount and the processing amount stored in the storage unit, the processed shape input by the input unit is effectively applied by the transmitted light irradiated at each of the plurality of irradiation positions. Conversion means for converting an effective exposure amount that is an exposure amount required to obtain a processing amount into an effective exposure amount distribution that is a distribution for each of the plurality of irradiation positions;
The irradiation position on the surface of the material so that the distribution of the irradiation exposure amount at which the transmitted light is effectively irradiated at each of the plurality of irradiation positions is the effective exposure amount distribution. A movement pattern that defines a movement trajectory to be moved and an effective exposure amount at each of the plurality of irradiation positions to be irradiated while moving, and the effective exposure distribution and the center of the transmission aperture of the mask are the plurality of irradiation A calculation means for calculating based on the amount of exposure that occurs at a time instantly present at each of the positions;
The said movement control means controls the said movement means according to the calculated said movement pattern, and is a processing apparatus which moves the said mask and the said material relatively.

Further comprising measuring means for measuring the intensity of light emitted from the light source,
The processing apparatus according to claim 1, wherein the movement control unit includes a detection unit that detects an exposure amount at the irradiation position based on the intensity measured by the measurement unit.

The calculation means includes a Fourier transform means for Fourier transforming the effective exposure distribution and a mask transmittance distribution which is a light transmittance distribution at each of a plurality of transmission positions where the light passes through the mask;
3. The processing according to claim 1, further comprising: Fourier inverse transform means for performing Fourier inverse transform on a result obtained by dividing the effective exposure distribution after Fourier transform by the mask transmittance distribution subjected to Fourier transform. apparatus.

The processing apparatus according to claim 3, further comprising removing means for removing a high-frequency component from a result obtained by dividing the Fourier-transformed effective exposure amount distribution by the Fourier-transformed mask transmittance distribution.

The Fourier inverse transforming means uses a predetermined predetermined value “0” when the result of Fourier transforming the mask transmittance distribution includes a small value less than a predetermined threshold value near 0. The processing apparatus according to claim 3, wherein the processing device is converted.

The inverse Fourier transform means, when a negative value is included in the result of the inverse Fourier transform, adds a value equal to or greater than the absolute value of the negative value to the entire result of the inverse Fourier transform, The processing apparatus in any one of Claims 3-5.

Wherein the movement locus for the material of the irradiation position, characterized in that it comprises a movement locus of moving so that at least part draws a straight line, the processing apparatus according to any one of claims 1 to 6.

The processing apparatus according to claim 1, wherein the movement trajectory of the irradiation position with respect to the material includes a movement trajectory that moves at least partly in a circle.

The effective exposure amount included in the movement pattern is divided into a plurality of divided effective exposure amounts, and the movement pattern is divided into a plurality of divided movement patterns for each of the divided plurality of divided effective exposure amounts. The processing apparatus in any one of Claims 1-8.

The movement control means repeatedly controls the irradiation position in a stationary state and a moving state on the surface of the material, and in the moving state, the material is removed or the material is physically or chemically moved. The processing apparatus according to claim 1, wherein the processing apparatus is moved at a speed that does not affect the change in properties.

The said movement control means moves the said irradiation position at the speed inversely proportional to the effective exposure amount in each of these irradiation positions which the said movement pattern contains. Processing equipment.

Further comprising a blocking means for blocking light from the light source,
The processing device according to claim 1, wherein the blocking unit blocks the material when it is not exposed.

A processing method of processing by irradiating the material with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to remove the material, or changing the physical or chemical properties of the material,
Irradiating ultraviolet rays or light having a wavelength shorter than ultraviolet rays to an irradiation region having a predetermined shape;
Relatively moving the irradiation region and the material;
The moving step is controlled to relatively move the irradiation region and the material, and the irradiation light irradiated to the material by the irradiating step has one of a plurality of irradiation regions on the surface of the material. After the irradiation, a movement control step of irradiating the region of the material that needs to be processed by repeating the operation of irradiating the moved next irradiation region,
A step for inputting a machining shape comprising each of the plurality of irradiation regions and a processing amount to be processed by irradiation of the irradiation light in each of the plurality of irradiation regions;
According to the relationship between the exposure amount of the irradiation light and the processing amount, the input processing shape is obtained in each of the plurality of irradiation regions by the irradiation light to be effectively applied to obtain the processing amount. Converting an effective exposure amount that is an exposure amount required for the effective exposure amount distribution that is a distribution for each of the plurality of irradiation regions;
The irradiation area on the surface of the material is set such that the distribution of the irradiation exposure amount that is effectively irradiated with the irradiation light in each of the plurality of irradiation areas is the effective exposure amount distribution. A movement pattern that defines a movement trajectory to be moved and an effective exposure amount in each of the plurality of irradiation areas to be irradiated while moving, the effective exposure distribution and the center of the transmission port of the mask are the plurality of irradiations Calculating based on the amount of exposure that occurs at a time instantly present at each of the positions,
The movement control step controls the step of moving according to the calculated movement pattern to move the irradiation region and the material relatively.