JP2009109550A

JP2009109550A - 直描露光装置

Info

Publication number: JP2009109550A
Application number: JP2007278784A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nakano; 野幸夫中
Original assignee: Adtec Engineering Co Ltd
Current assignee: Adtec Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2009-05-21
Also published as: CN101419410B; DE102008050547A1; TW200919122A; CN101419410A; KR20090042711A

Abstract

【課題】直描露光装置を提供する。
【解決手段】露光ヘッド部１は複数の露光ヘッド１０、１１、１２、１３を有し、これらは副走査方向ｙに等しいヘッド間隔Ｗで互いにほぼ平行並べられ、露光テーブル５は、露光ヘッド部１の下側を副走査方向ｙに移動可能になっており、載置した基板９０を各露光ヘッド１０、１１、１２、１３の下側に移送し、各露光ヘッド１０、１１、１２、１３により基板９０を順次露光させる。各露光ヘッド１０、１１、１２、１３は、主走査方向ｘに均等なピッチＰで直線上に並べられたＬＥＤ２０のアレイを有し、ＬＥＤ２０は各露光ヘッド１０、１１、１２、１３間で主走査方向ｘにピッチずれ量ｄずらして配設され、副走査方向ｙの同一部分に各露光ヘッド１０、１１、１２、１３により重ねて露光することにより、高位置精度の露光を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、直描露光装置に関する。

直描露光方式には、ポリゴンミラーとＵＶレーザ光源を組み合わせた方式（特許文献１，２）やレーザ光源または高圧水銀灯等のＵＶ光源とＤＭＤ（digital micro mirror device）を組み合わせた方式（特許文献３，４）等がある。
前者は半導体レーザを直接ＯＮ／ＯＦＦするか又は固体レーザとＡＯＭ（acoustic optical modulator）等を組み合わせて擬似的にレーザのＯＮ／ＯＦＦを行いながらポリゴンミラーでレーザを直線上に走査(主走査)し、露光対象を移動(副走査)させることで直接描画を実現する方式である。
後者は光源のＯＮ／ＯＦＦ制御は行わず、光源は面光源としてＤＭＤを照射し、ＤＭＤのマイクロミラーの傾きを制御することで露光対象への光線の到達を制御して直接描画を実現する方式である。ここではＤＭＤの傾き制御が主走査となり、副走査については、前者と同様に露光対象を移動させる。

特表２００４−５２３１０１特開２０００−３３８４３２特許３２４２４８特開２０００−９３６２４

しかし、上記ポリゴンミラーを用いる方式では、主走査の中心部分に良好な描画品質が得られたとしても、中心から遠ざかるにしたがって露光品質が悪化する傾向がある。また、高速に回転するポリゴンミラーがあり、露光幅が広い場合には光学系が非常に大きくなる傾向がある。これは装置の保守性を悪化させ、稼動中のゴミ発生の原因ともなっている。またＤＭＤを用いる方式では、ＤＭＤのマイクロミラーの数が限られているため、１個のＤＭＤで直描可能な範囲は解像度にもよるが数十ｍｍから百ｍｍ程度であるため、露光幅を広げるためにはＤＭＤを搭載した露光ユニットを複数並べるか、露光ユニットを主走査方向に移動させて複数回の副走査を行う必要がある。またＤＭＤは結像のための光学系を有しないため、ＤＭＤと露光対象の間には複数のレンズで構成された光学系を配する必要がある、等の問題があり、また従来の直描露光装置は、いずれの場合も機構が複雑で装置も高価であった。
本発明は上記従来技術の問題を解決することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の直描露光装置は、被露光対象を載置する露光テーブルと、ほぼ平行に一方向に並べて配設された複数の露光ヘッドと、該露光ヘッドに配設され、前記一方向にほぼ直交する他方向に直線状に配列された露光光を出力する発光体と、前記露光ヘッドと露光テーブルの中の１又は２を前記一方向に相対移動させ、該被露光対象の任意位置を前記発光体により露光可能な位置に位置させる移動装置と、を備え、前記移動装置により被露光対象の所定の位置を前記発光体からの露光光により露光する、ことを特徴とする。
また請求項２の発明の直描露光装置においては、被露光対象を載置する露光テーブルと、ほぼ平行に一方向に並べて配設された複数の露光ヘッドと、該露光ヘッドに配設され、前記一方向にほぼ直交する他方向に直線状に所定のピッチＰで配列された露光光を出力する発光体と、前記露光ヘッドと露光テーブルの中の１又は２を前記一方向に相対移動させ、該被露光対象の任意位置を前記発光体により露光可能な位置に位置させる移動装置と、を備え、前記発光体の他方向の位置が露光ヘッド間で所定のピッチずれ量ｄだけずれている、ことを特徴とする。
好適な実施形態においては、前記発光体をオンオフ制御し、前記発光体の点灯タイミングを制御する制御装置を更に備え、前記移動装置は、前記露光ヘッドと露光テーブルの中の１又は２を前記一方向に連続的に相対移動させ、前記露光テーブルに載置され露光ヘッドに対して連続的に相対移動する被露光対象に対して、前記発光体をオンオフ制御し、且つ点灯タイミングを制御しつつ露光光を照射して所定のパターンを該被露光対象に露光する、ように構成される。

本発明による直描露光装置によれば、露光対象物の幅方向（主走査方向ｘ）にＬＥＤ等の発光体の直線状の配列を設け、発光体の個々の点灯制御を行うことで主走査側の描画を行い、主走査方向ｘとほぼ直交した副走査方向ｙ直線上を移動する露光テーブル上に被露光対象物を載せ、この露光テーブルの移動により副走査方向ｙに副走査を行って任意パターンを直描露光することができる。
また本発明による直描露光装置は、主走査方向ｘ側に機械的な動きが無く、露光ヘッドは結像に必要な光学系を有するかまたは不要とし、露光ヘッドと被露光対象物を数ｍｍ以内に接近させることが可能なため、装置を小型化し保守性を向上させることができる。また、露光ヘッドは長尺のものも製作可能であるため、被露光対象物の幅に合わせて製作することで、幅広の被露光対象に対しても少ない部品で装置を構成することが可能である、等の効果がある。
なお発光体であるＬＥＤ等個々の出力プロファイルは発光体を構成する電極等の影響により歪な形状となるが、重ね描きを行うことにより出力プロファイルの影響は打ち消され高品質な描画露光が可能となる。また、複数のヘッドの位置関係についても重ね描きによりその位置精度の影響を抑えることが可能となる。
また通常露光ヘッドは６００ＤＰＩ、１２００ＤＰＩ、２４００ＤＰＩ程度のピッチで製造されＬＥＤ等の発光体のピッチＰに相当する線幅並びにギャップ幅（Ｌ／Ｓ）での描画が可能であるが、これでは十分な位置精度は得られない。
本発明では複数(Ｎ個)の露光ヘッドに主走査方向にずれ量ｄずらしたＬＥＤ等の発光体を配置しており、このずれ量ｄを例えばＬＥＤピッチＰの１／Ｎとし、副走査方向ｙに被露光対象物を移動させながらずれ量Ｐ／ＮずれたＬＥＤの点灯制御によりＮ回照射して直描し、点灯するＬＥＤを描画する位置の近傍のＮ個のＬＥＤを点灯するように制御すれば、被露光対象物上の１点に対し主走査方向ｘ、副走査方向ｙそれぞれにＰ／Ｎずれた照射がＮ^２回重ね描きされる。この動作によって該ピッチＰに相当する線幅並びにギャップ幅で位置精度を該ピッチＰの１／Ｎに向上させることが可能になる。

図１及び図２に本発明の直描露光装置の一実施形態を示す。
この直描露光装置Ａはベース６を有し、このベース６上に、支持体１４を介して露光ヘッド部１が主走査方向ｘに沿って配設され、該露光ヘッド部１の下にプリント配線用の基板９０を載置した露光テーブル５が副走査方向ｙに移動可能に設けられている。
即ち直描露光に必要な主走査は露光ヘッド１のＬＥＤ等の発光体個々の点灯制御によって行い、副走査は露光テーブル５の移動により行うように構成されている。

露光ヘッド部１は複数の露光ヘッド１０、１１、１２、１３を有している。この実施形態では４個の露光ヘッド１０、１１、１２、１３を設けているが、必要に応じて増減可能である。
各露光ヘッド１０、１１、１２、１３は主走査方向ｘに配設されており、また副走査方向ｙに等しいヘッド間隔Ｗで互いにほぼ平行並べられている。
露光テーブル５は、この露光ヘッド部１の下側を副走査方向ｙに移動可能になっており、載置した基板９０を各露光ヘッド１０、１１、１２、１３の下側に移送し、各露光ヘッド１０、１１、１２、１３により基板９０を順次露光させるように構成されている。
なお、露光テーブル５ではなく露光ヘッド部１を移動させるようにすることも可能であるし、露光テーブル５と露光ヘッド部１の両方を移動させるようにすることも可能であり、露光テーブル５と露光ヘッド部１が副走査方向ｙに相対移動すれば良い。

各露光ヘッド１０、１１、１２、１３は、主走査方向ｘに均等なピッチＰで直線上に並べられた発光体であるＬＥＤ２０のアレイを有しており、各ＬＥＤ２０から露光に必要な波長を出力するように構成されている。露光には紫外線光が通常用いられるが、必要に応じて他の波長の光を出力するものであっても良い。また、ＬＥＤ２０ではなく、他の光源であっても良い。
ＬＥＤ２０は各露光ヘッド１０、１１、１２、１３間で主走査方向ｘにピッチずれ量ｄずらして配設されている。このピッチずれ量ｄは、露光ヘッド数Ｎとすると、ｄ＝Ｐ／Ｎであり、主走査方向ｘ、副走査方向ｙにそれぞれｄずれたＮ^２回程度の照射により露光を行う。

前記したように、露光テーブル５は副走査方向ｙに各露光ヘッド１０、１１、１２、１３の下側を相対的に移動し、載置された基板９０を該各露光ヘッド１０、１１、１２、１３の露光光により露光するように構成されている。各露光ヘッド１０、１１、１２、１３のＬＥＤ２０は主走査方向ｘにピッチずれ量ｄだけずらして配置されているため、副走査方向ｙの同一部分に各露光ヘッド１０、１１、１２、１３により重ねて露光することにより、高位置精度の露光が可能である。

図３に露光の状態を示す。露光ヘッド１０で基板９０を露光して図３の（イ）の状態になり、次にピッチずれ量ｄだけずれたＬＥＤ２０を有する露光ヘッド１１により副走査方向ｙの同一位置を露光することにより（ロ）の状態となる。同様に順次露光ヘッド１２、露光ヘッド１３により露光し、（ハ）（ニ）の露光状態となり、この露光を副走査方向ｙにｄずつずらしながら繰り返すことにより（ホ）に示す全体的な露光を得ることができる。実際にパターンを描く場合にはＬＥＤ等の点灯、消灯をパターンに応じて制御し、任意のパターン描画を行う。

なお、通常露光ヘッド１０、１１、１２、１３の数は、必要とする露光の精度、ＬＥＤ等の出力、直描露光時間等に応じて決定すればよい。本実施形態では４個の露光ヘッド１設けているが、通常は１０個程度の露光ヘッド１０、１１、１２、１３を搭載する。

また、ＬＥＤ２０の出力強度は、重ね描きを行うことから１回の点灯で露光に必要なエネルギー密度に比べて数分の１から数十分の１程度のもので良い。

なおこの実施形態では、露光ヘッド１の位置を調整するための露光ヘッド位置調整装置１５を設けており、露光ヘッド部１を上下させることにより、ＬＥＤ２０と基板９０との距離（通常数ｍｍ）を露光ヘッド部１の焦点距離に応じて調整できるようになっている。また、複数の露光ヘッド１を主走査方向ｘ、副走査方向ｙに調整することも可能になっている。
更に露光テーブル５には露光テーブル５の位置を調整するための露光テーブル位置調整装置５１が設けられており、主走査方向ｘの位置調整及び該ｘｙ平面上で回転方向の位置調整が可能になっている。ただし、描画データを回転させることでこの回転方向の調整機構を取り除くことも可能である。

図４にブロック図を示す。
直描露光装置Ａは、制御装置３０により全体を制御されている。制御装置３０はＬＥＤドライバ２１を介して露光ヘッド部１のＬＥＤ２０を個々に制御しており、描画すべきパターンに応じて、ＬＥＤ２０の点灯と非点灯を制御し、所定のパターンを基板９０に描くように構成されている。
描画すべきパターンはパターン記憶装置４０に格納されており、制御装置３０は所定の指令に応じてパターンを読み出すように構成されている。

制御装置３０はまた点灯タイミング補正装置３１と点灯強度補正装置３２を備えており、ＬＥＤ２０の点灯のタイミング補正と点灯強度の補正を行えるように構成されている。
出力検出装置２２は、撮像装置などを用いてＬＥＤ２０の実際の点灯位置と点灯強度を検出し、該検出値を制御装置３０に送るようになっている。制御装置３０は、検出されたＬＥＤ２０の実際の点灯位置に基づいてＬＥＤ２０の位置ズレを検出し、点灯タイミング補正装置３１において該ズレに基づいてＬＥＤ２０の点灯タイミングを補正することにより副走査方向ｙの位置ズレを補正するようになっている。
この点灯タイミング補正装置３１により、ＬＥＤ２０の副走査方向ｙの位置ズレを補正することが可能になり、機械的な誤差を補償することが可能になる。

点灯強度補正装置３２は、更に出力検出装置２２からの点灯強度の検出値に応じて、各ＬＥＤ２０の点灯強度を補正し、均一な出力を得られるようにする。この構成により、ＬＥＤ２０の輝度等のバラツキを補償することが可能になる。
露光ヘッド位置調整装置１５は前記したように露光ヘッド部１の上下位置、主走査方向ｘ位置、副走査方向ｙ位置を調整するためのものであり、同様に制御装置３０により制御されている。

制御装置３０は、また露光テーブル移動装置５０を制御して露光テーブル５の副走査方向ｙの移動を制御している。露光テーブル５は直描露光を開始する直前に加速を完了し、直描露光中は等速で移動するように制御される。実際には移動速度のずれが生じる可能性があるので、制御装置３０は移動量を検出して制御タイミングを補正するように構成されている。
露光テーブル位置調整装置５１は前述したように露光テーブル５の主走査方向ｘの位置調整及び回転方向の位置調整を行うものである。

図５はシミュレーションに用いたＬＥＤ２０の照射プロファイルである。このシミュレーションでは露光ヘッド部１のＬＥＤアレイを１０本用いたことを想定し、ＬＥＤの照射位置のずれはピッチＰの１／１０であると想定している。
図６は照射パターンを示しており縦１００ピクセル×横５０ピクセルの領域のほぼ中央に縦８１ピクセル×横１０ピクセルの縦線を描画するための描画データである。黒は照射するピクセルを示し、白は照射しないピクセルを示す。ピクセルの位置の間隔はピッチＰの１／１０である。
図７は図５の照射プロファイルで図６照射パターンにより照射した場合の蓄積エネルギーを示す。図の高さの２分の１が露光に必要なエネルギーであるとすれば、重ね書きによって図６に相当するパターンが描画されることがわかる。

本実施形態では、更に痩線化装置３３を備えており、この痩線化装置３３について説明する。
本実施形態のような重ね書きによるエネルギー蓄積で直描を行う方式では、Ｌ字型部分の描画や、半径の小さな円弧の描画において描画線が太くなるという問題が発生する。
図８はＬ字型部分を持つパターンを示し、図９はそのシミュレーション結果を示す。痩線化装置３３は、このようなＬ字型部分や半径の小さな円弧部分について、事前に描画データを痩線化させることにより線が太くなることを防止する。
図１０はＬ字型部分の描画を行う場合の補正パターンであり、図１１はそのシミュレーション結果である。
このように痩線化装置３３を用いることにより、Ｌ字型部分や円弧において描画線が太くなるという問題を解決することができる。

本発明の一実施形態を示す概略斜視図。本発明の一実施形態の露光ヘッド部１の詳細説明図。本発明の一実施形態の動作を示す説明図。本発明の一実施形態の機能ブロック図。ＬＥＤの照射プロファイル説明図。描画データの説明図。照射シミュレーションの３Ｄグラフ。Ｌ字型パターンデータの説明図。Ｌ字型照射シミュレーションの等高線グラフ。補正データの説明図。補正照射シミュレーションの等高線グラフ。

符号の説明

１：露光ヘッド部、５：露光テーブル、６：ベース、１０：露光ヘッド、１１：露光ヘッド、１２：露光ヘッド、１３：露光ヘッド、１４：支持体、１５：露光ヘッド位置調整装置、２０：ＬＥＤ、２１：ＬＥＤドライバ、２２：出力検出装置、３０：制御装置、３１：点灯タイミング補正装置、３２：点灯強度補正装置、３３：痩線化装置、４０：パターン記憶装置、５０：露光テーブル移動装置、５１：露光テーブル位置調整装置、９０：基板。

Claims

被露光対象を載置する露光テーブルと、
ほぼ平行に一方向に並べて配設された複数の露光ヘッドと、
該露光ヘッドに配設され、前記一方向にほぼ直交する他方向に直線状に配列された露光光を出力する発光体と、
前記露光ヘッドと露光テーブルの中の１又は２を前記一方向に相対移動させ、該被露光対象の任意位置を前記発光体により露光可能な位置に位置させる移動装置と、を備え、
前記移動装置により被露光対象の所定の位置を前記発光体からの露光光により露光する、
ことを特徴とする直描露光装置。
被露光対象を載置する露光テーブルと、
ほぼ平行に一方向に並べて配設された複数の露光ヘッドと、
該露光ヘッドに配設され、前記一方向にほぼ直交する他方向に直線状に所定のピッチＰで配列された露光光を出力する発光体と、
前記露光ヘッドと露光テーブルの中の１又は２を前記一方向に相対移動させ、該被露光対象の任意位置を前記発光体により露光可能な位置に位置させる移動装置と、を備え、
前記発光体の他方向の位置が露光ヘッド間で所定のピッチずれ量ｄだけずれている、
ことを特徴とする直描露光装置。
前記発光体をオンオフ制御する制御装置を更に備えた、
請求項１又は２の直描露光装置。
前記発光体の点灯タイミングを制御する制御装置を更に備えた、
請求項１又は２又は３の直描露光装置。
前記発光体をオンオフ制御し、前記発光体の点灯タイミングを制御する制御装置を更に備え、
前記移動装置は、前記露光ヘッドと露光テーブルの中の１又は２を前記一方向に連続的に相対移動させ、
前記露光テーブルに載置され露光ヘッドに対して連続的に相対移動する被露光対象に対して、前記発光体をオンオフ制御し、且つ点灯タイミングを制御しつつ露光光を照射して所定のパターンを該被露光対象に露光する、
請求項１又は２の直描露光装置。
前記発光体の出力を制御する制御装置を更に備えた、
請求項１又は２又は３又は４又は５の直描露光装置。
被露光対象に露光すべきパターンを予め補正する補正装置を更に設けた、
請求項１又は２又は３又は４又は５又は６の直描露光装置。