JP2006308997A - Exposure device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、露光ヘッドに設置された空間光変調素子等の複数の画素を画像データ（パターンデータ）に基づいて選択的に変調する手段から出射された各ビームを、レンズアレイ等の光学素子により１画素毎に集光させて照射することにより、所定のパターンで露光する露光装置に関する。 According to the present invention, each beam emitted from a means for selectively modulating a plurality of pixels such as a spatial light modulator installed in an exposure head based on image data (pattern data) is transmitted by an optical element such as a lens array. The present invention relates to an exposure apparatus that performs exposure with a predetermined pattern by condensing and irradiating each pixel.
近年、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）といった空間光変調素子等をパターンジェネレータとして利用して、画像データに応じて変調された光ビームにより、被露光部材上に画像露光を行うマルチビーム露光装置の開発が進められている。 In recent years, a multi-beam exposure apparatus that uses a spatial light modulator such as a digital micromirror device (DMD) as a pattern generator to perform image exposure on a member to be exposed with a light beam modulated according to image data Development is underway.
このＤＭＤは、例えば制御信号に応じて反射面の角度が変化する多数のマイクロミラーをシリコン等の半導体基板上に２次元的に配列したミラーデバイスであり、各メモリセルに蓄えた電荷による静電気力でマイクロミラーの反射面の角度を変化させるよう構成されている。 This DMD is a mirror device in which a large number of micromirrors whose reflecting surfaces change in response to a control signal, for example, are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate such as silicon, and the electrostatic force generated by charges stored in each memory cell. Thus, the angle of the reflection surface of the micromirror is changed.
従来のＤＭＤを用いたマルチビーム露光装置では、例えば、レーザビームを出射する光源から出射されたレーザビームをレンズ系でコリメートし、このレンズ系の略焦点位置に配置されたＤＭＤの複数のマイクロミラーでそれぞれレーザビームを反射して複数のビーム出射口から各ビームを出射する露光ヘッドを用い、さらに露光ヘッドのビーム出射口から出射された各ビームを１画素毎に１つのレンズで集光させるマイクロレンズアレイ等の光学素子を持つレンズ系により感光材料（被露光部材）の露光面上にスポット径を小さくして結像し、解像度の高い画像露光を行う。 In a conventional multi-beam exposure apparatus using a DMD, for example, a laser beam emitted from a light source that emits a laser beam is collimated by a lens system, and a plurality of DMD micromirrors arranged at a substantially focal position of the lens system. Using an exposure head that reflects each laser beam and emits each beam from a plurality of beam exit ports, and further collects each beam emitted from the beam exit port of the exposure head with one lens per pixel. A lens system having an optical element such as a lens array forms an image with a reduced spot diameter on the exposure surface of the photosensitive material (exposed member), and performs image exposure with high resolution.
このような露光装置では、画像データ等に応じて生成した制御信号に基づいてＤＭＤのマイクロミラーの各々を制御装置でオンオフ（ｏｎ／ｏｆｆ）制御してレーザビームを変調（偏向）し、変調されたレーザビームを露光面（記録面）上に照射して露光する。 In such an exposure apparatus, each of the DMD micromirrors is controlled on / off by the control apparatus on the basis of a control signal generated in accordance with image data or the like to modulate (deflect) the laser beam. The exposed laser beam is irradiated onto the exposure surface (recording surface) for exposure.
この露光装置は、記録面に感光材料（フォトレジスト等）を配置し、マルチビーム露光装置の複数の露光ヘッドからそれぞれ感光材料上にレーザビームが照射されて結像されたビームスポットの位置を感光材料に対して相対的に移動させながら、各々のＤＭＤを画像データに応じて変調することにより、感光材料上にパターン露光する処理を実行可能に構成されている。 In this exposure apparatus, a photosensitive material (photoresist, etc.) is disposed on the recording surface, and a laser beam is irradiated onto each photosensitive material from a plurality of exposure heads of the multi-beam exposure apparatus to sense the position of the imaged beam spot. While moving relative to the material, each DMD is modulated in accordance with the image data, so that a pattern exposure process can be performed on the photosensitive material.
このような露光装置では、例えば基板上に高精度に回路パターンを露光する処理に利用する場合に、露光ヘッドの照明光学系や結像光学系に用いられるレンズがディストーションと呼ばれる固有の歪み特性を有しているため、ＤＭＤの全マイクロミラーにより構成された反射面と、露光面上における投影像とが正確な相似の関係にならず、露光面上の投影像がディストーションにより変形して位置ずれを生じ設計された回路パターンに厳密に一致しない場合がある。 In such an exposure apparatus, for example, when used in a process of exposing a circuit pattern on a substrate with high accuracy, a lens used in an illumination optical system or an imaging optical system of an exposure head has a unique distortion characteristic called distortion. Therefore, the reflection surface composed of all DMD micromirrors and the projected image on the exposure surface do not have an exact similar relationship, and the projected image on the exposure surface is deformed by distortion and misaligned. May occur and does not exactly match the designed circuit pattern.
そこで従来の露光装置では、ディストーションを補正する手段が提案されている。このディストーションを補正する手段では、露光ユニットによって描画面上に投影される全面露光領域の所定位置に原点を設定し、所定のマイクロミラーによる光学像の相対位置（露光点）を描画前に専用の機器により測定し、この実測値を露光点座標データとしてシステムコントロール回路のＲＯＭに予め格納している。描画する際には、この実測値が露光点座標データとして露光点座標データメモリに出力される。 Therefore, in the conventional exposure apparatus, means for correcting the distortion has been proposed. In the means for correcting the distortion, the origin is set at a predetermined position of the entire exposure area projected on the drawing surface by the exposure unit, and the relative position (exposure point) of the optical image by the predetermined micromirror is set before the drawing. The measured value is measured by a device, and this measured value is stored in advance in the ROM of the system control circuit as exposure point coordinate data. When drawing, this measured value is output as exposure point coordinate data to the exposure point coordinate data memory.
これにより露光データメモリには、実質的にディストーション補正された回路パターンのビットデータが保持されることになる。よって、各マイクロミラーに与えられる露光データはディストーションが考慮された値であるので、露光ユニットの光学要素がディストーションを有していたとしても、高精度に回路パターンを描画できるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。 As a result, the bit data of the circuit pattern substantially corrected for distortion is held in the exposure data memory. Therefore, since the exposure data given to each micromirror is a value in which distortion is taken into account, even if the optical element of the exposure unit has distortion, a circuit pattern can be drawn with high accuracy (for example, , See Patent Document 1).
また、このマルチビーム露光装置では、ディストーションを補正するため、露光ユニットによって描画面上に投影される、所定のマイクロミラーによる光学像の相対位置（露光点）を測定する手段として、従来提案されている、受光素子の前面にガラススリットを配置したセンサーヘッド部をレーザ光に対し上下左右に変位させつつ受光信号を光電変換し、ビーム径、ビーム形状及び又はビーム光量を測定するレーザビーム測定装置を利用することが考えられる。 This multi-beam exposure apparatus has been conventionally proposed as a means for measuring the relative position (exposure point) of an optical image projected by a predetermined micromirror on a drawing surface to correct distortion. A laser beam measuring device that photoelectrically converts a received light signal while displacing a sensor head portion having a glass slit in front of the light receiving element vertically and horizontally with respect to the laser beam, and measures a beam diameter, a beam shape, and a beam light amount. It can be used.
この従来提案されているレーザビーム測定装置のセンサーヘッド部では、ビーム位置検出のためのスリットとビーム径およびビーム光量測定のための開口部とを組み合わせてマスターパターンを構成する。 In the sensor head portion of the conventionally proposed laser beam measuring apparatus, a master pattern is configured by combining a slit for detecting a beam position and an opening for measuring a beam diameter and a beam light amount.
このビーム位置検出のためのスリットは、スリット幅を最小測定ビーム径とほぼ同等で、非平行なハの字型に配置された２本のスリットで構成している（例えば、特許文献２参照。）。 The slit for detecting the beam position is composed of two slits arranged in a non-parallel C-shape with the slit width being substantially equal to the minimum measurement beam diameter (see, for example, Patent Document 2). ).
このマルチビーム露光装置では、上述した従来提案されているレーザビーム測定装置によって、露光ユニットのＤＭＤにおける所定のマイクロミラーに反射されて描画面上に投影された露光点であるビームスポットを測定する場合、このビームスポットの光量が低いため、ビーム位置検出のためのスリット幅を測定対象となるビームスポット径以下に形成すると、前面にガラススリットを配置したセンサーヘッド部をビームスポットに対し上下左右に変位させつつ受光信号を光電変換して測定したビーム光量値に対して、ノイズの量が大きくなり（Ｓ／Ｎ比が悪くなる）測定誤差が許容範囲を超えてしまい、高精度な描画を行うことができなくなる虞がある。
本発明は、上述した事実に鑑み、複数の画素を選択的に変調する手段側から出射された各ビームによって描画するときの描画の歪みを補正するため、描画の歪み量を高い精度で検出可能な手段を備えた露光装置を新たに提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned facts, the present invention corrects drawing distortion when drawing with each beam emitted from the means for selectively modulating a plurality of pixels, so that the amount of drawing distortion can be detected with high accuracy. An object of the present invention is to newly provide an exposure apparatus having such means.
本発明の請求項１に記載の露光装置は、被露光部材を載置して移動する移動ステージと、移動ステージに載置した被露光部材上に露光エリアが設定される、複数の画素を選択的に変調する手段を有する露光ヘッドと、移動ステージに、露光エリアに対応して取り付けられたスリット板と、スリット板に、相互に所定の角度をなすように配置され、露光ヘッドで一つの画素を点灯したときの光ビームを一方の側から透過させて十分な光量が他方の側に配置した光検知手段に入射されるように、露光面上に実際に照射されるビームスポット径よりも十分に幅広に形成された、第１スリット部及び第２スリット部の組みと、移動ステージの移動位置を検出するよう、移動ステージに取り付けられた移動ステージ位置検出手段と、露光ヘッドの被測定画素を点灯した状態で移動ステージを移動操作することにより、被測定画素からの光ビームが第１スリット部又は第２スリット部を透過して光検知手段で検出されたときの出力信号の推移に対応した移動ステージの移動位置との関係を求め、光検知手段が検出した最大値に対する所定の閾値を算出し、この閾値に対応した第１の位置と第２の位置とをそれぞれ移動ステージ位置検出手段の検出値から求め、第１の位置と第２の位置との中央の位置を算出して露光点位置情報として特定し、この特定された露光点位置情報と複数の画素を選択的に変調する手段における被測定画素の位置情報とから、これらの相対的な位置のずれを求め、描画の歪みを補正する処理を行う制御装置と、を有することを特徴とする。
An exposure apparatus according to
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の露光装置において、制御装置が、露光ヘッドの被測定画素を点灯した状態で移動ステージを移動操作することにより、被測定画素からの光ビームが第１スリット部又は第２スリット部を透過して光検知手段で検出されたときの出力信号の推移に対応した移動ステージの移動位置との関係を求め、光検知手段が検出した最大値の半値を算出し、この半値に対応した第１の位置と第２の位置とをそれぞれ移動ステージ位置検出手段の検出値から求め、第１の位置と第２の位置との中央の位置を算出して露光点位置情報として特定し、この特定された露光点位置情報と複数の画素を選択的に変調する手段における被測定画素の位置情報とから、これらの相対的な位置のずれを求め、描画の歪みを補正する処理を行うことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the exposure apparatus according to the first aspect, the control device moves the moving stage in a state where the measured pixel of the exposure head is turned on, whereby the light beam from the measured pixel is obtained. Is obtained through the first slit portion or the second slit portion and detected by the light detection means, and the relationship with the movement position of the moving stage corresponding to the transition of the output signal is obtained, and the maximum value detected by the light detection means is obtained. A half value is calculated, a first position and a second position corresponding to the half value are obtained from detection values of the moving stage position detecting means, and a center position between the first position and the second position is calculated. The exposure point position information is specified, and the relative position shift is obtained from the specified exposure point position information and the position information of the pixel under measurement in the means for selectively modulating a plurality of pixels, and drawing is performed. Correct distortion And performing a physical.
前述のように構成することにより、検出用スリットのスリット幅をビームスポット径以上に形成することにより、ビームスポットに照射されるビームの光量を全面的に利用して、光検知手段が受光する光量を可能な限り大きくして、Ｓ／Ｎ比を良好にし、露光点位置情報を正確に検出できる。 By configuring as described above, by forming the slit width of the detection slit to be equal to or larger than the beam spot diameter, the light amount received by the light detection means is fully utilized by using the light amount of the beam irradiated to the beam spot. Can be made as large as possible to improve the S / N ratio, and the exposure point position information can be accurately detected.
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の露光装置において、制御装置が、光検知手段の出力が半値となったときの第１の位置と第２の位置とを、それぞれ光検知手段が検出した所定複数のサンプリング値の移動平均をとって求めることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the exposure apparatus according to the first or second aspect, the control device determines the first position and the second position when the output of the light detection means becomes half value. The moving average of predetermined sampling values detected by the light detection means is obtained, respectively.
上述のように構成することにより、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用、効果に加えて、ノイズ成分を除去してより正確な露光点位置情報を求めることができる。
By configuring as described above, in addition to the operation and effect of the invention described in
請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の露光装置において、制御装置が、光検知手段の出力が半値となったときの第１の位置と第２の位置とを、それぞれ光検知手段が検出した所定複数のサンプリング値の移動平均をとって求める際に、移動ステージのある位置における移動平均値に、移動ステージを移動したときに新たに加わるサンプリング値を加算すると共に新たに引かれるサンプリング値を減算することにより、新たな移動平均値を求めることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the exposure apparatus according to the first or second aspect, the control device determines the first position and the second position when the output of the light detection means becomes half value. In addition, when obtaining a moving average of a plurality of predetermined sampling values detected by the respective light detection means, a sampling value newly added when the moving stage is moved is added to the moving average value at a certain position of the moving stage. A new moving average value is obtained by subtracting the newly subtracted sampling value.
上述のように構成することにより、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用、効果に加えて、制御装置が、移動平均の演算処理を求めるための演算処理の回数を大幅に削減し、迅速に新たな移動平均を求めることができるから、安定した高速処理が可能となり、位置検出精度を向上できる。
By configuring as described above, in addition to the operation and effect of the invention according to
本発明に係る露光装置によれば、描画の歪み量を高い精度で検出できるので、複数の画素を選択的に変調する手段側から出射されたビームにより露光する際に、この高精度で検出した描画の歪み量に対応して適切に補正し、より高精度な描画を行って高品質の露光画像を得られるという効果がある。 According to the exposure apparatus of the present invention, since the amount of drawing distortion can be detected with high accuracy, it is detected with high accuracy when exposure is performed with a beam emitted from the means for selectively modulating a plurality of pixels. There is an effect that a high-quality exposure image can be obtained by performing appropriate correction according to the amount of distortion of drawing and performing drawing with higher accuracy.
本発明の露光装置に関する実施の形態について、図１乃至図１６を参照しながら説明する。
［画像形成装置の構成］
図１に示すように、本発明の実施の形態に係るマルチビーム露光装置として構成された画像形成装置１０は、いわゆるフラットベッド型に構成したものであり、４本の脚部材１２Ａに支持された基台１２と、この基台１２上に設けられた図中Ｙ方向に移動し、例えばプリント基板（ＰＣＢ）、カラーの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）といったガラス基板の表面に感光材料を形成したもの等である感光材料を載置固定して移動する移動ステージ１４と、紫外波長領域を含む、一方向に延在したマルチビームをレーザ光として射出する光源ユニット１６と、このマルチビームを、所望の画像データに基づきマルチビームの位置に応じて空間変調し、マルチビームの波長領域に感度を有する感光材料に、この変調されたマルチビームを露光ビームとして照射する露光ヘッドユニット１８と、移動ステージ１４の移動に伴って露光ヘッドユニット１８に供給する変調信号を画像データから生成する制御ユニット２０とを主に有して構成される。
Embodiments relating to the exposure apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
[Configuration of Image Forming Apparatus]
As shown in FIG. 1, an
この画像形成装置１０では、移動ステージ１４の上方に感光材料を露光するための露光ヘッドユニット１８を配置する。この露光ヘッドユニット１８には、複数の露光ヘッド２６を設置する。各露光ヘッド２６には、光源ユニット１６からそれぞれ引き出されたバンドル状光ファイバ２８を接続する。
In the
この画像形成装置１０には、基台１２を跨ぐように門型フレーム２２を設け、その両面にそれぞれ一対の位置検出センサ２４を取り付ける。この位置検出センサ２４は、移動ステージ１４の通過を検知したときの検出信号を制御ユニット２０に供給する。
The
この画像形成装置１０では、基台１２の上面に、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド３０を設置する。この２本のガイド３０上には、移動ステージ１４を往復移動可能に装着する。この移動ステージ１４は、図示しないリニアモータによって、例えば、１０００ｍｍの移動量を４０ｍｍ／秒といった比較的低速の一定速度で移動されるよう構成する。
In this
この画像形成装置１０では、固定された露光ヘッドユニット１８に対して、移動ステージ１４に載置された被露光部材である感光材料（基板）１１を移動しながら、走査露光する。
In the
図２に示すように、露光ヘッドユニット１８の内部にはｍ行ｎ列（例えば、２行４列）の略マトリックス状に配列された複数（例えば、８個）の露光ヘッド２６を設置する。
As shown in FIG. 2, a plurality of (for example, eight) exposure heads 26 arranged in a substantially matrix of m rows and n columns (for example, 2 rows and 4 columns) are installed inside the
露光ヘッド２６による露光エリア３２は、例えば走査方向を短辺とする矩形状に構成する。この場合、感光材料１１には、その走査露光の移動動作に伴って露光ヘッド２６毎に帯状の露光済み領域３４が形成される。
The
また、図２に示すように、帯状の露光済み領域３４が走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッド２６の各々は、配列方向に所定間隔（露光エリアの長辺の自然数倍）ずらして配置されている。このため、例えば第１行目の露光エリア３２と第２行目の露光エリア３２との間の露光できない部分は、第２行目の露光エリア３２により露光する。
Further, as shown in FIG. 2, each of the exposure heads 26 in each row arranged in a line is arranged at a predetermined interval (in the arrangement direction) so that the strip-shaped exposed
図４に示すように、各露光ヘッド２６は、それぞれ入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）３６を備えている。このＤＭＤ３６は、データ処理手段とミラー駆動制御手段を備えた制御ユニット（制御手段）２０に接続されている。
As shown in FIG. 4, each
この制御ユニット２０のデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド２６毎にＤＭＤ３６の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。また、ＤＭＤコントローラとしてのミラー駆動制御手段では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッド２６毎にＤＭＤ３６における各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、この反射面の角度の制御に付いては後述する。
The data processing unit of the
各露光ヘッド２６におけるＤＭＤ３６の光入射側には、図１に示すように、紫外波長領域を含む一方向に延在したマルチビームをレーザ光として射出する照明装置である光源ユニット１６からそれぞれ引き出されたバンドル状光ファイバ２８が接続される。
As shown in FIG. 1, each
光源ユニット１６は、図示しないがその内部に、複数の半導体レーザチップから射出されたレーザ光を合波して光ファイバに入力する合波モジュールが複数個設置されている。各合波モジュールから延びる光ファイバは、合波したレーザ光を伝搬する合波光ファイバであって、複数の光ファイバが１つに束ねられてバンドル状の光ファイバ２８として形成される。
Although not shown, the
図４に示すように、各露光ヘッド２６におけるＤＭＤ３６の光入射側には、バンドル状光ファイバ２８の接続端部から出射されたレーザ光をＤＭＤ３６に向けて反射するミラー４２が配置されている。
As shown in FIG. 4, a
ＤＭＤ３６は、図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）４４上に、微小ミラー（マイクロミラー）４６が支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば、６００個×８００個）の微小ミラーを格子状に配列したミラーデバイスとして構成されている。各ピクセルには、最上部に支柱に支えられたマイクロミラー４６が設けられており、マイクロミラー４６の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。
As shown in FIG. 6, the
また、マイクロミラー４６の直下には、図示しないヒンジ及びヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル４４が配置されており、全体はモノリシック（一体型）に構成されている。
A silicon gate
ＤＭＤ３６のＳＲＡＭセル４４にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー４６が、対角線を中心としてＤＭＤ３６が配置された基板側に対して±ａ度（例えば±１０度）の範囲で傾けられる。図７（Ａ）は、マイクロミラー４６がオン状態である＋ａ度に傾いた状態を示し、図７（Ｂ）は、マイクロミラー４６がオフ状態である−ａ度に傾いた状態を示す。従って、画像信号に応じて、ＤＭＤ３６の各ピクセルにおけるマイクロミラー４６の傾きを、図６に示すように制御することによって、ＤＭＤ３６に入射された光はそれぞれのマイクロミラー４６の傾き方向へ反射される。
When a digital signal is written to the
なお、図６には、ＤＭＤ３６の一部を拡大し、マイクロミラー４６が＋ａ度又は−ａ度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー４６のオンオフ（ｏｎ／ｏｆｆ）制御は、ＤＭＤ３６に接続された制御ユニット２０によって行われるもので、オン状態のマイクロミラー４６により反射された光は露光状態に変調され、ＤＭＤ３６の光出射側に設けられた投影光学系（図４参照）へ入射する。またオフ状態のマイクロミラー４６により反射された光は非露光状態に変調され、光吸収体（図示省略）に入射する。
FIG. 6 shows an example of a state in which a part of the
また、ＤＭＤ３６は、その短辺方向が走査方向と所定角度（例えば、０．１°〜０．５°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図５（Ａ）はＤＭＤ３６を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（露光ビーム）４８の走査軌跡を示し、図５（Ｂ）はＤＭＤ３６を傾斜させた場合の露光ビーム４８の走査軌跡を示している。
Further, it is preferable that the
ＤＭＤ３６には、長手方向（行方向）に沿ってマイクロミラー４６が多数個（例えば、８００個）配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組（例えば、６００組）配列されているが、図５（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ３６を傾斜させることにより、各マイクロミラー４６による露光ビーム４８の走査軌跡（走査線）のピッチＰ２が、ＤＭＤ３６を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ１より狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、ＤＭＤ３６の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ３６を傾斜させた場合の走査幅Ｗ２と、ＤＭＤ３６を傾斜させない場合の走査幅Ｗ１とは略同一である。
In the
また、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上における略同一の位置（ドット）が重ねて露光（多重露光）されることになる。このように、多重露光されることで、露光位置の微少量をコントロールすることができ、高精細な露光を実現することができる。また、走査方向に配列された複数の露光ヘッド間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差無くつなぐことができる。 Further, substantially the same position (dot) on the same scanning line is overlapped and exposed (multiple exposure) by different micromirror rows. In this way, by performing multiple exposure, it is possible to control a minute amount of the exposure position and to realize high-definition exposure. Further, the joints between the plurality of exposure heads arranged in the scanning direction can be connected without any step by controlling a very small amount of exposure position.
なお、ＤＭＤ３６を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー列を走査方向と直交する方向に所定間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得ることができる。
Note that the same effect can be obtained by arranging the micromirror rows in a staggered manner at a predetermined interval in the direction orthogonal to the scanning direction instead of inclining the
次に、露光ヘッド２６におけるＤＭＤ３６の光反射側に設けられる投影光学系（結像光学系）について説明する。図４に示すように、各露光ヘッド２６におけるＤＭＤ３６の光反射側に設けられる投影光学系は、ＤＭＤ３６の光反射側の露光面にある感光材料１１上に光源像を投影するため、ＤＭＤ３６の側から感光材料１１へ向って順に、レンズ系５０，５２、マイクロレンズアレイ５４、対物レンズ系５６，５８の各露光用の光学部材を配置して構成する。
Next, a projection optical system (imaging optical system) provided on the light reflection side of the
ここで、レンズ系５０，５２は拡大光学系として構成されており、ＤＭＤ３６により反射される光線束の断面積を拡大することで、感光材料１１上のＤＭＤ３６により反射された光線束による露光エリア３２（図２に図示）の面積を所要の大きさに拡大している。
Here, the
図４に示すように、マイクロレンズアレイ５４は、光源ユニット１６から各光ファイバ２８を通じて照射されたレーザ光を反射するＤＭＤ３６の各マイクロミラー４６に１対１で対応する複数のマイクロレンズ６０が一体的に成形されたものであり、各マイクロレンズ６０は、それぞれレンズ系５０，５２を透過した各レーザビームの光軸上にそれぞれ配置されている。
As shown in FIG. 4, in the
このマイクロレンズアレイ５４は、矩形平板状に形成され、各マイクロレンズ６０を形成した部分には、それぞれアパーチャ６２を一体的に配置する。このアパーチャ６２は、各マイクロレンズ６０に１対１で対応して配置された開口絞りとして構成する。
The
図４に示すように、対物レンズ系５６，５８は、例えば、等倍光学系として構成されている。また感光材料１１は、対物レンズ系５６，５８の後方焦点位置に配置される。なお、投影光学系における各レンズ系５０，５２，対物レンズ系５６，５８は、図４においてそれぞれ１枚のレンズとして示されているが、複数枚のレンズ（例えば、凸レンズと凹レンズ）を組み合せたものであっても良い。
As shown in FIG. 4, the
上述のように構成された画像形成装置１０では、露光ヘッド２６の投影光学系における各レンズ系５０，５２や対物レンズ系５６，５８等が有するディストーションや、露光ヘッド２６で露光処理する際に温度や振動といった要因で経時変化する描画の歪み量を、適宜検出するための描画の歪み量検出手段を設ける。
In the
この描画の歪み量検出手段の一部として図３及び図８に示すように、この画像形成装置１０には、その移動ステージ１４の搬送方向上流側に、照射されたビーム位置を検出するためのビーム位置検出手段を配置する。
As shown in FIG. 3 and FIG. 8 as a part of the drawing distortion amount detection means, the
このビーム位置検出手段は、移動ステージ１４における搬送方向（走査方向）に沿って上流側の端縁部に一体的に取り付けたスリット板７０と、このスリット板７０の裏側に、各スリット毎に対応して設置した光検知手段（ディテクタ）としてのフォトセンサ７２とを有する。
This beam position detecting means corresponds to each slit on the
このスリット板７０は、移動ステージ１４の幅方向全長の長さを持つ矩形長板状の石英ガラス板に遮光用の薄いクロム膜（クロムマスク、エマルジョンマスク）を形成し、このクロム膜の所定複数位置に、それぞれレーザビーム（光ビーム）を通過（透過）させるようＸ軸方向に向かって直角に開く「く」の字型部分のクロム膜をエッチング加工（例えばクロム膜にマスクしてスリットをパターニングし、エッチング液でクロム膜のスリット部分を溶出させる加工）により除去して形成した検出用スリット７４を穿設する。
This
このように構成したスリット板７０は、石英ガラス製のため、温度変化によりる誤差を生じにくく、また遮光用の薄いクロム膜を利用することにより、ビーム位置を高精度で検出できる。
Since the
図８、図１１（Ａ）及び図１５に示すように、「く」の字型の検出用スリット７４は、その搬送方向上流側に位置する所定長さを持つ直線状の第１スリット部７４ａと搬送方向下流側に位置する所定長さを持つ直線状の第２スリット部７４ｂとをそれぞれの一端部で直角に接続した形状の一組にして形成する。すなわち、第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとは互いに直交するとともに、Ｙ軸（走行方向）に対して第１スリット部７４ａは１３５度、第２スリット部７４ｂは４５度の角度を有するように構成する。なお、本実施の形態では、走査方向をＹ軸にとり、これに直交する方向（露光ヘッド２６の配列方向）をＸ軸にとる。
As shown in FIG. 8, FIG. 11 (A) and FIG. 15, the "<"-shaped detection slit 74 is a linear
なお、第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとは、相互に所定の角度をなすように配置するものであれば良く、両者が交差する構成以外に、別々に離れて配置される構成であっても良い。
In addition, the 1st slit
また、このマルチビーム露光装置では、ビーム位置検出手段により検出する対象となるビームスポットＢＳの光量が低くても、Ｓ／Ｎ比を良好にして高精度の測定を可能とするため、検出用スリット７４における第１スリット部７４ａと第２スリット部７４ｂとのスリット幅を、ガウスビームのビームスポットＢＳ径よりも、フォトセンサ７２が光量を十分に得られるだけ幅広に形成する。要するに、検出用スリット７４における第１スリット部７４ａと第２スリット部７４ｂとのスリット幅を、ガウスビームのビームスポットＢＳ径以上に形成する。
Further, in this multi-beam exposure apparatus, even if the light amount of the beam spot BS to be detected by the beam position detecting means is low, the S / N ratio is improved and high-accuracy measurement is possible. The slit width of the
このように検出用スリット７４のスリット幅をビームスポットＢＳ径よりも、フォトセンサ７２が光量を十分に得られるだけ幅広に形成した場合には、ビームスポットＢＳに照射されるビームの光量を全面的に利用できるから、フォトセンサ７２が受光する光量を可能な限り大きくして、Ｓ／Ｎ比を良好にできる。 In this way, when the slit width of the detection slit 74 is formed wider than the beam spot BS diameter so that the photosensor 72 can obtain a sufficient amount of light, the amount of light of the beam irradiated to the beam spot BS is reduced over the entire surface. Therefore, the amount of light received by the photosensor 72 can be increased as much as possible to improve the S / N ratio.
ここで、一般的に定義されているように、ガウスビームとは、ビームに垂直な断面の強度が中心対称なガウス分布の形をとるものをいう。 Here, as generally defined, a Gaussian beam refers to a Gaussian distribution in which the intensity of a cross section perpendicular to the beam is centrally symmetric.
また、ガウスビームにおけるビームスポット径とは、強度が中心軸上の強度の１／ｅ2（約１３．５％）に低下する周縁部の径をいう。 Further, the beam spot diameter in the Gaussian beam refers to the diameter of the peripheral portion where the intensity is reduced to 1 / e 2 (about 13.5%) of the intensity on the central axis.
なお、検出用スリット７４における第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとは、走査方向に対して４５度の角度を成すように形成したものを図示したが、これら第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとを、露光ヘッド２６の画素配列に対して傾斜すると同時に、走査方向、即ちステージ移動方向に対して傾斜する状態（お互いが平行でないように配置した状態）とできれば、走査方向に対する角度を任意に設定し、又はハの字状に構成しても良い。
In addition, although the 1st slit
各検出用スリット７４直下の各所定位置には、それぞれ露光ヘッド２６からの光を検出するフォトセンサ７２（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ又はフォトディテクタ等でも良い）を配置する。
Photosensors 72 (which may be CCDs, CMOSs, photodetectors, or the like) that detect light from the
また、この画像形成装置１０に設けるビーム位置検出手段では、移動ステージ１４の搬送方向に沿った一方の側部に、移動ステージ１４の位置を検出するための移動ステージ位置検出手段であるリニヤエンコーダ７６を配置する。
Further, in the beam position detecting means provided in the
このリニヤエンコーダ７６は、一般に市販されているリニヤエンコーダを利用できる。このリニヤエンコーダ７６は、移動ステージ１４における搬送方向（走査方向）に沿った側部に一体的に取り付けた、光を透過する微細なスリット状の目盛りを等間隔で平面部分に形成した目盛り板７８と、この目盛り板７８を挟むように、基台１２に設けた図示しない固定フレームに固着された投光器８０及び受光器８２とを有する。
As the
このリニヤエンコーダ７６は、投光器８０から測定用のビームを出射し、目盛り板７８の微細なスリット状の目盛りを透過した測定用のビームを裏側に配置された受光器８２で検出し、その検出信号を制御ユニット２０へ送信するように構成する。
The
このリニヤエンコーダ７６では、初期位置にある移動ステージ１４を移動操作したときに、移動ステージ１４と一体に移動する目盛り板７８によって投光器８０から出射された測定用のビームが断続的に遮断されて受光器８２へ入射される。
In this
よって、この画像形成装置１０では、受光器８２で受光した回数を制御ユニット２０がカウントすることにより、移動ステージ１４の移動位置を制御ユニット２０が認識可能に構成する。
Therefore, the
この画像形成装置１０では、制御手段である制御ユニット２０に、歪み量検出手段の一部となる電気系の構成を設ける。
In the
この制御ユニット２０は使用者が指令を入力するためのスイッチ類を有する指示入力手段を持つと共に、図示しないが、歪み量演算手段の一部を兼ねる制御装置としてのＣＰＵ及びメモリを有する。この制御装置は、ＤＭＤ３６における各々のマイクロミラー４６を駆動制御可能に構成されている。
The
また、この制御装置は、リニヤエンコーダ７６の受光器８２の出力信号を受信し、各フォトセンサ７２からの出力信号を受信し、移動ステージ１４の位置とフォトセンサ７２からの出力状態とを関連付けた情報に基づき、画像データに対して歪み補正処理を行って、適切な制御信号を生成してＤＭＤ３６を制御すると共に、感光材料１１が載置された移動ステージ１４を走査方向に駆動制御する。
Further, this control device receives the output signal of the
さらに、制御装置は、画像形成装置１０で露光処理する際に必要となる光源ユニット１６といった画像形成装置１０の露光処理動作全般に係わる各種装置の制御を行う。
Further, the control device controls various devices related to the overall exposure processing operation of the
次に、この画像形成装置１０に設けた描画の歪み量検出手段において、検出用スリット７４とリニヤエンコーダ７６とを利用してビーム位置を検出する手段について説明する。
Next, a means for detecting the beam position using the detection slit 74 and the
まず、この画像形成装置１０において、被測定画素である一つの特定画素Ｚ１を点灯したときの露光面上に実際に照射された位置を、検出用スリット７４とリニヤエンコーダ７６とを利用して特定するときの手段について説明する。
First, in the
この場合に制御装置は、移動ステージ１４を移動操作してスリット板７０の所定露光ヘッド２６用の所定検出用スリット７４を露光ヘッドユニット１８の下方に位置させる。
In this case, the control device moves the moving
次に制御装置は、所定のＤＭＤ３６における特定画素Ｚ１だけをオン状態（点灯状態）とするよう制御する。
Next, the control device performs control so that only the specific pixel Z1 in the
さらに制御装置は、移動ステージ１４を移動制御することにより、図１１（Ａ）に実線で示すように、検出用スリット７４が露光エリア３２上の所要位置（例えば原点とすべき位置）となるように移動させる。このとき、制御装置は、第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとの交点を（Ｘ０，Ｙ０）と認識し、メモリに記憶する。なお図１２（Ａ）では、Ｙ軸から反時計方向に回転する方向を正の角とする。
Further, the control device controls the movement of the moving
次に、図１１（Ａ）に示すように、制御装置は、移動ステージ１４を移動制御することにより、検出用スリット７４をＹ軸に沿って図１１（Ａ）に向かって右方へ移動を開始させる。
Next, as shown in FIG. 11A, the control device controls the movement of the moving
そして、制御装置は、図１１（Ａ）に向かって右方の想像線で示した位置を通過する際に図１１（Ｂ）に例示するように点灯している特定画素Ｚ１からの光が第１スリット部７４ａを透過してフォトセンサ７２で検出されたときの出力信号の推移と、移動ステージ１４の移動位置との関係から特定画素Ｚ１の位置情報を演算処理し、このときの第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとの交点を（Ｘ０，Ｙ１１）として認識し、メモリに記憶する。
Then, when the control device passes the position indicated by the imaginary line on the right side in FIG. 11A, the light from the specific pixel Z1 that is lit as illustrated in FIG. The position information of the specific pixel Z1 is calculated from the relationship between the transition of the output signal when passing through the one
このビーム位置検出手段では、検出用スリット７４のスリット幅を、ビームスポットＢＳ径よりも十分に幅広に形成しているので、図１５に示すように、フォトセンサ７２の検出値が最大の位置が、ある範囲に渡って広がってしまうので、フォトセンサ７２の検出値が最大となったときの位置を、特定画素Ｚ１の位置とすることができない。
In this beam position detection means, the slit width of the detection slit 74 is formed to be sufficiently wider than the beam spot BS diameter, so that the position where the detection value of the
そこで、制御装置は、フォトセンサ７２が検出した最大値の半分の値である半値を算出する。そしてこの制御装置は、移動ステージ１４を連続的に移動しながらフォトセンサ７２の出力が半値となったときの２箇所の位置（移動ステージ１４の移動位置）を、それぞれリニヤエンコーダ７６の検出値から求める。
Therefore, the control device calculates a half value that is a half value of the maximum value detected by the
次に、制御装置は、フォトセンサ７２の出力が半値となったときの第１の位置と、第２の位置との中央の位置を算出する。そして制御装置は、この算出した中央の位置を、特定画素Ｚ１の位置情報（第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとの交点を（Ｘ０，Ｙ１１））としてメモリに記憶する。これにより、ビームスポットＢＳの中心位置を特定画素Ｚ１の位置として求めることができる。
Next, the control device calculates a central position between the first position and the second position when the output of the
さらに、この制御装置では、フォトセンサ７２が検出した最大値に対する所定の閾値を算出し、この閾値に対応した第１の位置と、第２の位置との中央の位置を算出し、この算出した中央の位置を、特定画素Ｚ１の位置情報（第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとの交点を（Ｘ０，Ｙ１１））としてメモリに記憶するようにしても良い。
Further, in this control device, a predetermined threshold value for the maximum value detected by the
このように制御装置が所定の閾値に対応する第１の位置と第２の位置との中央の位置を特定画素Ｚ１の位置とする場合には、この閾値をビームスポットの変形した形状等に対応するよう適宜設定することにより、このビームスポットが露光面上を露光する位置をより正確に求めることができる。すなわち、フォトセンサ７２が検出した最大値（ピーク）に対する閾値を求めることは、ビームの積分光量を求めることに相当し、ビームスポットの形状が変形したビームに対しても、このビームで露光して描かれた位置をより正確に求めることができる。
As described above, when the control device sets the position of the center between the first position and the second position corresponding to the predetermined threshold as the position of the specific pixel Z1, the threshold corresponds to the deformed shape of the beam spot. By appropriately setting so as to do so, the position where the beam spot exposes the exposure surface can be obtained more accurately. That is, obtaining the threshold value for the maximum value (peak) detected by the
また、この制御装置では、フォトセンサ７２の出力が半値となったときの２箇所の位置（移動ステージ１４の移動位置）を、いわゆる移動平均（いわゆるフィルタ処理）をとってより正確に求めることが望ましい。これにより制御装置では、ノイズ成分を除去して、より正確な特定画素Ｚ１の位置情報を得ることができる。
Further, in this control device, the two positions (the movement position of the moving stage 14) when the output of the
この制御装置では、リニヤエンコーダ７６で検出した所定数Ｎの各位置情報に対応したフォトセンサ７２の各出力値であるサンプリング値を、全て加算してから、所定数Ｎで割り算することにより、リニヤエンコーダ７６で検出した所定数Ｎの範囲における中央位置の移動平均を求めることにより、誤差を少なくする。
In this control apparatus, all the sampling values, which are output values of the photosensor 72 corresponding to each of the predetermined number N of position information detected by the
この制御装置では、例えば図１６に示すように、リニヤエンコーダ７６で検出した３個の各位置情報に対応したフォトセンサ７２の各出力値であるサンプリング値ＳＤを、全て加算してから、所定数３で割り算することにより、リニヤエンコーダ７６で検出した中央位置の移動平均ＳＤＡを求めることにより、誤差を少なくする。
In this control device, for example, as shown in FIG. 16, all the sampling values SD, which are output values of the photosensor 72 corresponding to each of the three pieces of position information detected by the
さらに、この制御装置では、リニヤエンコーダ７６で検出した所定多数Ｎの範囲における中央位置の移動平均をより早く求めるため、次のような移動平均演算処理を行うことが望ましい。
Further, in this control apparatus, in order to obtain the moving average of the center position within the predetermined number N detected by the
この移動平均演算処理では、リニヤエンコーダ７６で検出した所定多数Ｎの範囲における所定中央位置の移動平均を求め、その値を記憶する。
In this moving average calculation process, a moving average of a predetermined center position in a range of a predetermined number N detected by the
次に、所定中央位置から一つ送られた位置における移動平均を求める際に、記憶しておいた所定中央位置の移動平均値に、所定多数Ｎを掛け算してから、リニヤエンコーダ７６で次に検出された位置に対応する新たなフォトセンサ７２のサンプリング値を加算し、さらに、リニヤエンコーダ７６で検出された所定多数Ｎの範囲から外れることとなったフォトセンサ７２のサンプリング値を引き算してもとめた値を、所定多数Ｎで割り算して、新たな移動平均を求める。すなわち、この制御装置では、移動ステージ１４の位置の計算時に移動平均処理を行うことになる。
Next, when calculating a moving average at a position sent by one from the predetermined center position, the stored average value of the predetermined center position is multiplied by a predetermined number N, and then the
制御装置は、上述のような移動平均演算処理を行うことにより、演算処理の回数を大幅に削減し、迅速に新たな移動平均を求める安定した高速処理が可能で、位置検出精度を向上できる。 By performing the moving average calculation process as described above, the control device can significantly reduce the number of calculation processes, perform stable high-speed processing to quickly find a new moving average, and improve position detection accuracy.
次に、制御装置は、移動ステージ１４を移動操作し、検出用スリット７４をＹ軸に沿って図１１（Ａ）に向かって左方へ移動を開始させる。そして、制御装置は、図１１（Ａ）に向かって左方の想像線で示した位置で、図１１（Ｂ）に例示するように点灯している特定画素Ｚ１からの光が第１スリット部７４ａを透過してフォトセンサ７２で検出されたときの出力信号の推移と、移動ステージ１４の移動位置との関係から、前述した図１５で説明したのと同じ手法で特定画素Ｚ１の位置情報を演算処理し、このときの第１スリット部７４ａと、第２スリット部７４ｂとの交点を（Ｘ０，Ｙ１２）として認識し、メモリに記憶する。
Next, the control device moves the moving
次に、制御装置は、メモリに記憶した、座標（Ｘ０，Ｙ１１）と（Ｘ０，Ｙ１２）とを読み出して、特定画素Ｚ１の座標を求め、実際の位置を特定するため下記式で演算を行う。ここで、特定画素Ｚ１の座標を（Ｘ１，Ｙ１）とすると、Ｘ１＝Ｘ０＋（Ｙ１１−Ｙ１２）／２で表され、Ｙ１＝（Ｙ１１＋Ｙ１２）／２で表される。 Next, the control device reads out the coordinates (X0, Y11) and (X0, Y12) stored in the memory, obtains the coordinates of the specific pixel Z1, and performs an operation according to the following formula to identify the actual position. . Here, if the coordinates of the specific pixel Z1 are (X1, Y1), X1 = X0 + (Y11−Y12) / 2 and Y1 = (Y11 + Y12) / 2.
なお、上述のように第１スリット部７４ａと交差する第２スリット部７４ｂを有する検出用スリット７４と、フォトセンサ７２とを組み合わせて用いる場合には、フォトセンサ７２が、第１スリット部７４ａ又は第２スリット部７４ｂを通過する所定範囲の光だけを検出することになる。よって、フォトセンサ７２は、第１スリット部７４ａ又は第２スリット部７４ｂに対応する狭い範囲だけの光量を検出する微細で特別な構成とすること無く、市販の廉価なもの等を利用できる。
As described above, when the detection slit 74 having the
次に、この画像形成装置１０において、一つの露光ヘッド２６によって露光面上に像を投影可能な露光エリア（全面露光領域）３２の描画の歪み量を検出するための手段について説明する。
Next, a description will be given of means for detecting a drawing distortion amount in an exposure area (entire exposure area) 32 in which an image can be projected onto an exposure surface by one
全面露光領域としての露光エリア３２の歪み量を検出するため、この画像形成装置１０では、図３に示すように、一つの露光エリア３２に対して複数、本実施の形態では５個の検出用スリット７４が同時に位置検出するよう構成する。
In order to detect the amount of distortion in the
このため、一つの露光ヘッド２６による露光エリア３２内には、測定対象となる露光エリア内で平均的に分散して点在する複数の被測定画素を設定する。本実施の形態では、被測定画素を５組み設定する。これら複数の被測定画素は、露光エリア３２の中心に対して対象位置に設定する。図８に示す露光エリア３２では、その長手方向中央位置に配置した一組（ここでは被測定画素３個で一組）の被測定画素Ｚｃ１、Ｚｃ２、Ｚｃ３に対して、左右対称に２組づつの被測定画素Ｚａ１、Ｚａ２、Ｚａ３、Ｚｂ１、Ｚｂ２、Ｚｂ３のペアと、Ｚｄ１、Ｚｄ２、Ｚｄ３、Ｚｅ１、Ｚｅ２、Ｚｅ３ペアとを設定する。
For this reason, in the
また図８に示すように、スリット板７０には、各被測定画素の組みを検出可能にそれぞれ対応する位置に、５個の検出用スリット７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄ及び７４Ｅを配置する。
As shown in FIG. 8, the
さらに、予めスリット板７０に形成した５個の検出用スリット７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄ及び７４Ｅ間の加工誤差を調整するときの演算を容易にするため、第１スリット部７４ａと第２スリット部７４ｂとの交点の相対的座標位置の関係を求める。例えば図９に示すスリット板７０では、第１の検出用スリット７４Ａの座標（Ｘ１、Ｙ１）を基準とすると、第２の検出用スリット７４Ｂの座標が（Ｘ１＋ｌ１、Ｙ１）、第３の検出用スリット７４Ｃの座標が（Ｘ１＋ｌ１＋ｌ２、Ｙ１）、第４の検出用スリット７４Ｄの座標が（Ｘ１＋ｌ１＋ｌ２＋ｌ３、Ｙ１＋ｍ１）、第５の検出用スリット７４Ｅ（Ｘ１＋ｌ１＋ｌ２＋ｌ３＋ｌ４、Ｙ１）となる。
Further, the
次に前述した条件を基にして、制御装置が露光エリア３２の歪み量を検出する場合には、制御装置がＤＭＤ３６を制御して、所定一群の被測定画素（Ｚａ１、Ｚａ２、Ｚａ３、Ｚｂ１、Ｚｂ２、Ｚｂ３、Ｚｃ１、Ｚｃ２、Ｚｃ３、Ｚｄ１、Ｚｄ２、Ｚｄ３、Ｚｅ１、Ｚｅ２、Ｚｅ３）をオン状態としてスリット板７０を設置した移動ステージ１４を各露光ヘッド２６の直下で移動させることにより、これら被測定画素の各々に対して、それぞれ対応する検出用スリット７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄ及び７４Ｅを利用して座標を求める。その際、所定一群の被測定画素は個々にオン状態としても良く、また全てをオン状態として検出しても良い。
Next, when the control device detects the amount of distortion in the
次に、制御装置は、ＤＭＤ３６における各被測定画素に対応した所定マイクロミラー４６の反射面の位置情報と、検出用スリット７４とリニヤエンコーダ７６とを利用して検出された所定マイクロミラー４６から露光面（露光エリア３２）に投射された所定光ビームの露光点位置情報とから、これらの相対的な位置ずれをそれぞれ演算することにより、図１０に例示するような露光エリア３２内における描画の歪み量（歪み状態）を求める。
Next, the control device performs exposure from the
図１２には、１ヘッド内における描画の歪みと補正方法、画像への影響を示す。 FIG. 12 shows the drawing distortion in one head, the correction method, and the effect on the image.
図１２（ａ）に示すように、光学系や感光材料に歪みのない状態であれば、ＤＭＤ３６に入力される画像データは図１２（ｂ）のように特に補正されず、そのまま感光材料１１上に出力されることで図１２（ａ）のように理想的な画像が描画される。
As shown in FIG. 12A, if there is no distortion in the optical system and the photosensitive material, the image data input to the
しかし出射されたビームにより露光処理する際に温度や振動といった要因で変化する描画の歪みを１ヘッド内の画像において生じるような場合には、露光エリア３２に露光された画像９９は（補正しない画像をそのままＤＭＤ３６に入力すれば）図１２（ｃ）のように変形してしまい、このため補正が必要となる。
However, in the case where the drawing distortion that changes due to factors such as temperature and vibration is generated in the image in one head during the exposure process by the emitted beam, the
そこで図１２（ｆ）のように、ＤＭＤ３６に入力される画像データを補正し、感光材料１１上に出力される画像そのものを位置ズレ検出手段で検出した位置情報から、歪み量演算手段により描画の歪み量を求め、この検出した描画の歪み量に対応して適切に補正すれば、最終的に歪みのない正しい画像９９’が得られる。
Therefore, as shown in FIG. 12 (f), the image data input to the
この画像形成装置１０では、前述のような描画の歪み量検出手段で検出した描画の歪み量（歪み状態）に基づいて、この画像形成装置１０に適用可能な画像データ又は露光点座標データ等に対する補正処理（例えば従来のディストーションを補正するときの、実測値（歪み量から演算された値）を露光点座標データとして利用する補正の手段）を施して適切な修正を行い、ＤＭＤ３６を制御して、高精度で描画パターンを露光処理し、感光材料上にパターン露光する処理の品質を向上する。
In this
なお、前述した画像形成装置１０では、スリット板７０に複数の検出用スリット７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄ及び７４Ｅを形成し、各々に対応してフォトセンサ７２を設けたものについて説明したが、単一の検出用スリット７４と単一のフォトセンサ７２とを組み合わせたものを、移動ステージ１４に対してＸ軸方向に移動して各被測定画素の組み毎に位置検出を行うように構成しても良い。
In the
この場合には、単一の検出用スリット７４と単一のフォトセンサ７２とを組み合わせたもののＸ軸方向に対する移動位置情報と、被測定画素を点灯したときの露光面上に実際に照射された露光点位置情報とを演算して、描画の歪み量（歪み状態）を求める。
［画像形成装置の動作］
次に、上述のように構成した画像形成装置１０の動作について説明する。
In this case, the movement position information with respect to the X-axis direction of the combination of the single detection slit 74 and the
[Operation of Image Forming Apparatus]
Next, the operation of the
この画像形成装置１０に設けるファイバアレイ光源である光源ユニット１６は、図示しないが、レーザ発光素子の各々から発散光状態で出射した紫外線等のレーザビームをコリメータレンズによって平行光化して集光レンズによって集光し、マルチモード光ファイバのコアの入射端面から入射させて光ファイバ内を伝搬させ、レーザ出射部で１本のレーザビームに合波させてマルチモード光ファイバの出射端部に結合させた光ファイバ２８から出射する。
A
この画像形成装置１０では、露光パターンに応じた画像データが、ＤＭＤ３６に接続された制御ユニット２０に入力され、制御ユニット２０内のメモリに一旦記憶される。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を２値（ドットの記録の有無）で表したデータである。この画像データは、制御装置により、前述した描画の歪み量検出手段で検出した描画の歪み量（歪み状態）に基づいて、適切に補正される。
In the
感光材料１１を表面に吸着した移動ステージ１４は、図示しない駆動装置により、ガイド３０に沿って搬送方向上流側から下流側に一定速度で移動される。移動ステージ１４が門型フレーム２２の下を通過する際に、門型フレーム２２に取り付けられた位置検出センサ２４により感光材料１１の先端が検出されると、メモリに記憶された描画の歪み量検出手段で検出した描画の歪み量に基づいて補正済みの画像データが複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部としての制御装置で読み出された画像データに基づいて各露光ヘッド２６毎に制御信号が生成される。なお、制御装置で読み出された未補正の画像データに基づいて各露光ヘッド２６毎に制御信号を生成する際に、前述した描画の歪み量検出手段で検出した描画の歪み量（歪み状態）に基づいて補正する処理を行うようにしても良い。そして、この生成された制御信号に基づいて各露光ヘッド２６毎に空間光変調素子（ＤＭＤ）３６のマイクロミラーの各々がオンオフ制御する。
The moving
光源ユニット１６から空間光変調素子（ＤＭＤ）３６にレーザ光が照射されると、ＤＭＤ３６のマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光は、適正に補正された描画のための露光位置に結像される。このようにして、光源ユニット１６から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料１１が露光処理される。
When the spatial light modulator (DMD) 36 is irradiated with laser light from the
また、感光材料１１が移動ステージ１４と共に一定速度で移動されることにより、感光材料１１が露光ヘッドユニット１８によりステージ移動方向と反対の方向に走査され、各露光ヘッド２６毎に帯状の露光済み領域３４（図２に図示）が形成される。
Further, when the
露光ヘッドユニット１８による感光材料１１の走査が終了し、位置検出センサ２４で感光材料１１の後端が検出されると、移動ステージ１４は、図示しない駆動装置により、ガイド３０に沿って搬送方向最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド３０に沿って搬送方向上流側から下流側に一定速度で移動される。
When the scanning of the
また、本実施の形態に係る画像形成装置１０では、露光ヘッド２６に用いる空間光変調素子としてＤＭＤを用いたが、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ；Ｓｐｅｃｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子をＤＭＤに代えて用いることができる。
In the
なお、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、ＭＥＭＳタイプの空間光変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間光変調素子を意味している。 Note that MEMS is a general term for a micro system that integrates micro-sized sensors, actuators, and control circuits based on a micro-machining technology based on an IC manufacturing process. A MEMS-type spatial light modulator is an electrostatic force. It means a spatial light modulator driven by electromechanical operation using
また、本実施形態に係る画像形成装置１０では、露光ヘッド２６に用いる空間光変調素子（ＤＭＤ）１４を、複数の画素を選択的にｏｎ／ｏｆｆする手段（複数の画素を選択的に変調する手段）に置き換えて構成しても良い。この複数の画素を選択的にｏｎ／ｏｆｆする手段は、例えば、各画素に対応したレーザビームを選択的にｏｎ／ｏｆｆして出射可能にしたレーザ光源で構成し、または、各微小レーザ発光面を各画素に対応して配置することにより面発光レーザ素子を形成し、各微小レーザ発光面を選択的にｏｎ／ｏｆｆして発光可能にしたレーザ光源で構成することができる。
Further, in the
ところで、径時的な原因などでスリット板７０が走査方向と直交する方向に対して図１３（ａ）のように角度θで傾いているような場合には、露光エリア３２に露光された画像９９はスリット板７０の傾きによって歪みを誤検出し、実線のように（補正しない画像をそのままＤＭＤ３６に入力すれば）変形してしまう。
By the way, when the
そこでスリット板７０と走査方向と直交する方向に平行な直線との角度θもしくは、露光ヘッド２６とスリット板７０の角度θｓｃａｌｅを測定し、傾きを校正する必要がある。
Therefore, it is necessary to calibrate the inclination by measuring the angle θ between the
図１４には、スリット板と露光ヘッドの角度測定方法を示す。 FIG. 14 shows a method for measuring the angle between the slit plate and the exposure head.
図１４に示すように、各露光ヘッド２６は画素ごとに露光のオンオフが可能となっている。
As shown in FIG. 14, each
すなわち、それぞれ入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）３６を備えている。露光ヘッド２６から出射されたレーザ光がＤＭＤ３６に照射されると、ＤＭＤ３６のマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光は、レンズ系により感光材料１１の露光面上に結像される。レーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料１１がＤＭＤ３６の使用画素数と略同数の画素単位（露光エリア）で露光される。
That is, a digital micromirror device (DMD) 36 is provided as a spatial light modulation element that modulates each incident light beam for each pixel in accordance with image data. When the laser beam emitted from the
露光ビーム位置の検出手段として、レーザビームによる露光位置を検出する検出用スリット７４を備えるスリット板７０が設けられ、且つ一個の露光ヘッドユニット１８に対して少なくとも２個の検出用スリット７４が設けられている。
As a means for detecting the exposure beam position, a
まず図１４のヘッド１において画素１−ａ、１−ｂ、１−ｃを順次点灯する。このうち走査方向（Ｙ方向）にて一直線上に並んだ１−ａ、１−ｂのヘッド１上における画素位置（座標）を前述した手段で求めることで、走査方向に対するヘッド１の角度であるθｈｅａｄ が算出できる。次に同一の行（ヘッド１上）上の画素１−ｂ、１−ｃのヘッド１上における画素位置（座標）を前述した手段で求めることで、ヘッド１に対するスリット板７０の角度であるθｓｃａｌｅ が算出できる。
First, the pixels 1-a, 1-b, and 1-c are sequentially turned on in the
最後に上記２つの角度すなわちθｈｅａｄ とθｓｃａｌｅ が等しくなるようにスリット板７０の角度を角度調整装置９５で調整する。
Finally, the
上記の調整により走査方向（Ｙ方向）に対してスリット板７０を正しく垂直方向に角度合わせできるので、複数の露光ヘッド２６内の画素位置を正確な座標系で測定できるようになり、正確に露光画像の歪み補正をした露光を実現できるようになる。
As a result of the adjustment described above, the
すなわち、ヘッド１と走査方向の角度、ヘッド１とスリット板７０の角度は検出可能であるため、この２つから走査方向とスリット板７０の角度を検出・校正することができる。
That is, since the angle between the
上記の構成とすることにより、画像形成装置１０内にある座標基準となるスリット板７０を自身で高精度に位置補正することができる。これにより画像形成装置１０内で径時変化があった時、たとえば移動ステージ１４の走査方向が変化したり、あるいはスリット板７０の取付角度が走査方向に対して変化した場合などに走査方向を測定するための高精度な測定装置を必要とせず、装置内の機能だけで校正可能なので、画像形成装置１０全体の径時信頼性が向上する。
With the above configuration, the position of the
また、機械的にスリット板７０の角度を校正する方法の他に、図１３（ｂ）のように、ＤＭＤ３６に入力される画像データを検出された角度θに応じて補正し、感光材料１１上に出力される画像そのものを適切に補正すれば、スリット板７０の傾きにより誤検出された歪みのない正しい画像９９が得られる。
In addition to the method of mechanically calibrating the angle of the
なお、本発明の露光装置は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、その他種々の構成をとり得ることは勿論である。 The exposure apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various other configurations can be employed without departing from the gist of the present invention.
１０ 画像形成装置
１１ 感光材料
１２ 基台
１４ 移動ステージ
１８ 露光ヘッドユニット
２０ 制御ユニット
２４ 位置検出センサ
２６ 露光ヘッド
３２ 露光エリア
４６ マイクロミラー
７０ スリット板
７２ フォトセンサ
７４ 検出用スリット
７４ａ スリット部
７４ｂ スリット部
７６ リニヤエンコーダ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記移動ステージに載置した被露光部材上に露光エリアが設定される、複数の画素を選択的に変調する手段を有する露光ヘッドと、
前記移動ステージに、露光エリアに対応して取り付けられたスリット板と、
前記スリット板に、相互に所定の角度をなすように配置され、前記露光ヘッドで一つの画素を点灯したときの光ビームを一方の側から透過させて十分な光量が他方の側に配置した光検知手段に入射されるように、露光面上に実際に照射されるビームスポット径以上の幅広に形成された、第１スリット部及び第２スリット部の組みと、
前記移動ステージの移動位置を検出するよう、前記移動ステージに取り付けられた移動ステージ位置検出手段と、
前記露光ヘッドの被測定画素を点灯した状態で前記移動ステージを移動操作することにより、被測定画素からの光ビームが前記第１スリット部又は第２スリット部を透過して前記光検知手段で検出されたときの出力信号の推移に対応した前記移動ステージの移動位置との関係を求め、前記光検知手段が検出した最大値に対する所定の閾値を算出し、この閾値に対応した第１の位置と第２の位置とをそれぞれ移動ステージ位置検出手段の検出値から求め、第１の位置と第２の位置との中央の位置を算出して露光点位置情報として特定し、この特定された露光点位置情報と前記複数の画素を選択的に変調する手段における被測定画素の位置情報とから、これらの相対的な位置のずれを求め、描画の歪みを補正する処理を行う制御装置と、
を有することを特徴とする露光装置。 A moving stage for placing and moving the exposed member;
An exposure head having means for selectively modulating a plurality of pixels, in which an exposure area is set on an exposed member placed on the moving stage;
A slit plate attached to the moving stage corresponding to the exposure area;
Light that is arranged on the slit plate so as to form a predetermined angle with each other, and transmits a light beam when one pixel is turned on by the exposure head from one side and a sufficient amount of light is arranged on the other side. A set of a first slit portion and a second slit portion formed so as to be wider than the beam spot diameter actually irradiated on the exposure surface so as to be incident on the detection means;
A moving stage position detecting means attached to the moving stage so as to detect the moving position of the moving stage;
By moving the moving stage while the pixel to be measured of the exposure head is turned on, the light beam from the pixel to be measured passes through the first slit portion or the second slit portion and is detected by the light detection means. A relationship with the movement position of the moving stage corresponding to the transition of the output signal at the time, and a predetermined threshold value for the maximum value detected by the light detection means is calculated, and the first position corresponding to the threshold value is calculated. The second position is obtained from the detection value of the moving stage position detecting means, the center position between the first position and the second position is calculated and specified as exposure point position information, and the specified exposure point is determined. A control device that performs a process of obtaining a relative position shift from the position information and the position information of the pixel under measurement in the means for selectively modulating the plurality of pixels, and correcting the distortion of the drawing;
An exposure apparatus comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005133410A JP2006308997A (en) | 2005-04-28 | 2005-04-28 | Exposure device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005133410A JP2006308997A (en) | 2005-04-28 | 2005-04-28 | Exposure device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006308997A true JP2006308997A (en) | 2006-11-09 |
Family
ID=37475938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005133410A Pending JP2006308997A (en) | 2005-04-28 | 2005-04-28 | Exposure device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006308997A (en) |
-
2005
- 2005-04-28 JP JP2005133410A patent/JP2006308997A/en active Pending
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