JP4472403B2 - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

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Description

本発明は、露光処理において記録ステージの移動によって発生するピッチング振動による画像の歪みを補正する露光装置及び露光方法に関するものである。
従来、記録媒体、例えば、プリント配線板(以下、「PWB」という。)やフラット・パネル・ディスプレイ(以下、「FPD」という。)の基板に所定のパターンを記録する装置として、マスクを用いた面露光装置が広く用いられてきた。
しかしながら、PWBやFPDに記録されるパターン(配線パターン)は、部品実装の高密度化に伴って高精細化が進み、マスクの伸縮に伴う記録位置ずれの問題が顕在化している。例えば、多層プリント配線板の場合、基板に設けられたスルーホール等の穴と、各層のパターンとの位置合わせが高精度に行えないため、パターンを高精細化することができないことが問題となっている。
このような問題を解消するための技術として、マスクを使用せずに記録ヘッドから光ビームを照射して記録媒体に直接パターンを記録するレーザ走査型の露光装置が知られている。このレーザ走査型の露光装置では、記録媒体を載置した記録ステージを移動させながら、所定のタイミングで直線状に配列した複数の記録ヘッドから光ビームを照射して露光を行うことで、記録媒体上にパターンを描画することができる。
しかし、上記レーザ走査型の露光装置では、記録媒体を載置した記録ステージをパターン描画のために移動させると、移動によって記録ステージにピッチング振動が発生して記録ステージに位置ずれが生じ、記録媒体に描画されるパターンに歪みが生じるという問題がある。このピッチング振動とは、前記記録ステージの垂直方向への円弧状の振り子振動を言い、記録ステージ面を傾斜させてしまうため、記録ステージ上方から照射される光ビームの光路長が変化し、この変化分が記録ステージ面の走査ピッチのずれとなる。このピッチング振動は、露光装置の製作精度に依存して発生し、記録ステージの移動に伴い再現性が高いため記録ステージの位置ずれに関するデータ事前に作成することが可能である。
そこで、特許文献1には、移動による記録ステージの挙動を事前に記録ステージの両側に設けた2台のカメラで記録して位置ずれ量データを作成し、記録媒体へのパターン描画時には、事前に作成した位置ずれ量データに基づいて記録ステージを移動させる挙動を修正して光ビームを照射し、記録媒体上にパターン描画するレーザ走査型の露光装置が開示されている。
特開2000−321025公報
しかしながら、前記記録ステージが移動すると、記録ステージにはヨーイング動作(記録ステージの移動方向への動作)に起因して、各位置に微妙に異なるピッチング振動が発生する。このため、記録ヘッドでは記録媒体へパターン描画を行う際に光ビームを照射する適切なタイミングがそれぞれの位置毎にわずかに異なっている。よって、より精密にパターン描画するには、より多くの位置で挙動を記録し、各記録ヘッドの位置での位置ずれを求めて補正を行う必要があるが、挙動を記録するカメラの台数を多くすると製造コストが増加する。
本発明は上記事実を考慮し、記録ヘッドの位置毎に記録ステージの移動によって発生するピッチング振動による位置ずれを補正し、記録媒体に描画される画像の歪みを低減させることができる露光装置及び露光方法を得ることが目的である。
請求項1に記載の発明は、光ビームを照射する照射部が一方向に沿って設けられ、当該一方向の領域を同時に露光する記録ヘッドから光ビームを照射しつつ、当該記録ヘッドと記録媒体が載置された記録ステージとを一方向に対する交差方向に相対的に移動させて前記記録媒体へ所定の画像を露光する露光装置であって、前記記録ステージの移動に伴って発生するピッチング振動による前記交差方向の位置ずれ検出手段と、前記位置ずれ検出手段により検出された位置ずれ量データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記位置ずれ量データに基づき、前記記録ヘッドから前記光ビームを照射するタイミングを補正する補正手段と、前記補正手段により補正された前記タイミングに基づき、前記記録媒体への露光を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
また、請求項に記載の発明は、光ビームを照射する照射部が一方向に沿って設けられ、当該一方向の領域を同時に露光する記録ヘッドから光ビームを照射しつつ、当該記録ヘッドと記録媒体が載置された記録ステージとを一方向に対する交差方向に相対的に移動させて前記記録媒体へ所定の画像を露光する露光方法であって、前記記録ステージの移動に伴って発生する前記交差方向の位置ずれ量を検出し、前記位置ずれ量データを記憶し、記憶された前記位置ずれ量データに基づき、前記記録ヘッドから前記光ビームを照射するタイミングを補正し、補正された前記タイミングに基づき、前記記録媒体への露光を制御することを特徴とする。
請求項1及び請求項に記載の発明によれば、光ビームを照射する照射部が一方向に沿って設けられ、当該一方向の領域を同時に露光する記録ヘッドから光ビームを照射しつつ、当該記録ヘッドと記録媒体が載置された記録ステージとを一方向に対する交差方向に相対的に移動させて記録媒体へ所定の画像が露光される。
このとき、移動に伴って記録ステージにはピッチング振動が発生するため、位置ずれ検出手段は、振動によって生じる記録ステージの交差方向の位置ずれを検出して記憶手段に位置ずれ量データを記憶させる。タイミング補正手段では、記憶手段に記憶された位置ずれ量データに基づき、前記記録ヘッドから前記光ビームを照射するタイミングを補正して、所定の画像が露光される位置を変化させる。露光制御手段では、補正されたタイミングに基づいて記録媒体への露光を制御し、ピッチング振動によって生じた記録ステージの位置ずれを修正し、描画される画像の歪みを補正する。
このように、描画される画像の歪みを補正することができるため、記録媒体に描画する画像を精細にすることができる。
請求項2に記載の発明は、一方向に沿って直線状に配列され、当該一方向の領域を同時に露光する複数の記録ヘッドから光ビームを照射しつつ、当該複数の記録ヘッドと記録媒体が載置された記録ステージとを一方向に対する交差方向に相対的に移動させて前記記録媒体へ所定の画像を露光する露光装置であって、前記記録ステージの移動に伴って発生する前記交差方向の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、前記位置ずれ検出手段により検出された位置ずれ量データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記位置ずれ量データに基づき、前記記録ヘッド毎に前記光ビームを照射するタイミングをそれぞれ補正する補正手段と、前記補正手段により補正された前記タイミングに基づき、前記記録媒体への露光を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
また、請求項10に記載の発明は、一方向に沿って直線状に配列され、当該一方向の領域を同時に露光する複数の記録ヘッドから光ビームを照射しつつ、当該複数の記録ヘッドと記録媒体が載置された記録ステージとを一方向に対する交差方向に相対的に移動させて前記記録媒体へ所定の画像を露光する露光方法であって、前記記録ステージの移動に伴って発生する前記交差方向の位置ずれを検出し、検出された位置ずれ量データを記憶し、記憶された前記位置ずれ量データに基づき、前記記録ヘッド毎に前記光ビームを照射するタイミングをそれぞれ補正し、補正された前記タイミングに基づき、前記記録媒体への露光を制御することを特徴とする。
請求項2及び請求項10に記載の発明によれば、記録ヘッドは一方向に沿って直線状に複数配列されており、記録ステージは記録ヘッドが配列された一方向に対する交差方向へ相対的に移動して複数の記録ヘッドによる露光が行われる。この移動により記録ステージにはピッチング振動が発生して交差方向への位置ずれが発生する。そこで、位置ずれ検出手段は交差方向の位置ずれを検出して位置ずれ量データを記憶手段へ記憶させる。補正手段は記憶手段に記憶されている位置ずれ量データに基づき記録ヘッド毎に光ビームを照射するタイミングを補正し、記録ヘッドから画像が露光される位置を変化させる。このため、制御手段により露光された画像は記録ヘッドの位置毎にピッチング振動による位置ずれが補正され、記録媒体に描画される画像の歪みを低減させることができる。
このように、描画される画像の歪みを補正することができるため、記録媒体に描画する画像を精細にすることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2記載の発明において、前記記録ステージ上に、前記交差方向に沿って一定の間隔のマーキングが1列あるいは複数列なされ、前記位置ずれ検出手段が、前記記録ステージ上の前記マーキングの列を所定のタイミング毎に撮像する少なくとも一個の撮像手段と、前記撮像手段を前記一方向へ移動させて前記マーキングの各列をそれぞれ撮像可能とさせる第1の移動手段と、前記撮像手段により撮像された画像内での前記マーキングの位置に基づき前記記録ステージのピッチング振動による前記位置ずれを検出する第1の検出手段と、で構成されていることを特徴とする。
請求項3に記載の発明によれば、記録ステージには、交差方向に沿って一定の間隔に毎にマーキングが1列あるいは複数列なされている。撮像手段は所定のタイミング毎に移動している記録ステージ上のマーキングを撮像するため、第1の検出手段は撮像されたマーキングの画像内での位置から記録ステージの位置ずれを検出できる。また、第1の移動手段は一方向へ移動させることができるため、1個の撮像手段によってマーキングの各列をそれぞれ撮像させることができ、露光装置のコストアップを少なく抑えることができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1又は請求項2記載の発明において、前記位置ずれ検出手段が、前記記録ステージに対して前記交差方向に配置され、前記記録ステージとの距離を所定のタイミング毎に測長するレーザ測長器と、前記レーザ測長器を前記一方向へ前記距離が測長可能な範囲内で移動させる第2の移動手段と、前記レーザ測長器により測長された前記記録ステージとの前記距離が前記所定のタイミング毎に変化する間隔に基づき前記記録ステージのピッチング振動による前記位置ずれを検出する第2の検出手段と、で構成されていることを特徴とする。
請求項4に記載の発明によれば、レーザ測長器は、交差方向に配置されており、記録ステージが移動する距離を所定のタイミング毎に測定することができる。ここで、記録ステージにピッチング振動による位置ずれが無い場合、レーザ測長器により所定のタイミング毎に測長される記録ステージとの距離は一定の間隔で変化する。よって、第2の検出手段では、所定のタイミング毎にレーザ測長器によって測定された記録ステージとの距離が変化する間隔から記録ステージの位置ずれを検出できる。また、第2の移動手段はレーザ測長器を記録ステージに対して一方向へ移動させることができるため、複数の位置で位置ずれを検出することができる。また、レーザ測長器を用いることで記録ステージにマーキングを行う必要も無くなる。
請求項5に記載の発明は、請求項1又は請求項2記載の発明において、前記位置ずれ検出手段が、前記記録媒体へ所定の位置データ取得用パターンを露光する位置パターン露光手段と、前記位置パターン露光手段により露光された前記位置データ取得用パターンより求まる前記位置ずれ量データを前記記憶手段へ登録する登録手段と、で構成されていることを特徴とする。
請求項5に記載の発明によれば、位置パターン露光手段は、所定の位置データ取得用パターンを露光するため、露光されたパターンの間隔等を計測して求められる位置ずれから位置ずれ量データを求めることができる。登録手段は、求められた位置ずれ量データを記憶手段へ登録できるため、露光時には記憶手段に登録された位置ずれ量データに基づきピッチング振動による位置ずれが補正され、記録媒体に描画される画像の歪みを低減させることができる。
請求項6に記載の発明は、請求項3記載の発明において、マーキングされたチャートを前記記録ステージ上へ載置することにより前記記録ステージ上に前記マーキングがされることを特徴とする。
請求項6に記載の発明によれば、マーキングされたチャートを載置することで記録ステージ上へマーキングをおこなうことができるため、マーキングの位置を適宜変更できる。また、マーキングが不要な場合は取り外すこともできる。
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至請求項6の何れか1項記載の発明において、前記位置ずれ検出手段が、全ての記録ヘッドそれぞれに対応する位置での前記位置ずれを検出することを特徴とする。
請求項7に記載の発明によれば、位置ずれ検出手段は複数の位置での位置ずれを検出できるため、全ての記録ヘッドそれぞれと対応する位置での位置ずれ量データを検出することにより、補正手段による各記録ヘッドの補正を最適にさせることができる。
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至請求項7の何れか1項記載の発明において、パルス信号を出力するパルス出力手段と、前記パルス出力手段から出力されるパルス信号のパルス数を所定数カウントする毎に光ビームを照射するタイミングを生成する生成手段とをさらに備え、前記補正手段が、前記所定数を増減させることで前記タイミングを補正することを特徴とする。
以上説明した如く本発明では、記録ステージのピッチング振動によって生じる記録ステージの位置ずれを複数の位置で検出し、検出された位置ずれ量データに応じて記録ヘッドの位置毎に光ビームの照射されるタイミングが補正されるため、記録ステージの移動によって発生するピッチング振動による位置ずれが補正され、記録媒体に描画される画像の歪みを低減させることができるという優れた効果を有する。
(第1の実施の形態)
図1(A)及び図2には、第1の実施の形態に係るフラッドベッドタイプの露光装置10が示されている。
露光装置10は、棒状の角パイプを枠状に組み付けて構成された矩形状の枠体12に各部が収容されて構成されている。なお、枠体12には、図示しないパネルが張り付けられることで、内外を遮断している。
枠体12は、背高の筐体部12Aと、この筐体部12Aの一側面から突出するように設けられたステージ部12Bと、で構成されている。
ステージ部12Bは、その上面が筐体部12Aよりも低位とされ、作業者がこのステージ部12Bの前に立ったときに、ほぼ腰高の位置となっている。
ステージ部12Bの上面には、開閉蓋14が設けられている。開閉蓋14の筐体部12A側の一辺には、図示しない蝶番が取付けられており、この一辺を中心として、開閉動作が可能となっている。
開閉蓋14を開放した状態のステージ部12Bの上面には、記録ステージとしての露光ステージ16が露出可能となっている。
露光ステージ16は、定盤18の長手方向に沿って配設された一対の摺動レール20を介して支持され、露光ステージ16下部に設けたリニアモータ26(図2参照)の駆動力によって、図1(A)のy方向へ摺動可能となっている。また、露光ステージ16に対向するように露光ステージ16の上方には記録ヘッドとしての露光ヘッドユニット28が配設されている。さらに、図1(A)及び図2では図示を省略したが、露光ステージ16下部にはリニアエンコーダ27(図7参照)を設けており、露光ステージ16の移動に伴いパルス信号が出力され、パルス信号により露光ステージ16の摺動レール20に沿った位置情報及び走査速度が検出可能となっている。なお、第1の実施の形態のリニアエンコーダ27は、露光ステージ16が所定量(例えば、0.1μm)移動する毎にパルスを出力するようになっている。また、第1の実施の形態では調整分解能を上げるため、0.1μmピッチのパルスを2逓倍し、0.05μmピッチのパルスを出力する。
露光ステージ16の上面には、記録媒体22が位置決めされるようになっており、露光ステージ16には、記録媒体22を吸着し、記録媒体22の厚みに関わらず露光ヘッドユニット28を露光面から200mm程度の高さに保つ機構が設けられている。なお、この高さ調節機構は、露光ステージ16側に設けてもよいし、露光ヘッドユニット28側に設けてもよい。
また、露光ステージ16上面の記録媒体22の一方の脇には、y方向に沿って所定間隔(第1の実施の形態では、50mm間隔)毎にマーキング24がなされている(図1(A)の露光ステージ16上のマーキング24は精細であるため、y方向に沿った破線として描き、図1(B)にマーキング24の拡大図を示す)。
露光ステージ16における定盤18上での移動軌跡(図1(A)のy方向)のほぼ中間位置には、露光ヘッドユニット28が配設されている。
露光ヘッドユニット28は、前記定盤18の幅方向両端部の外側にそれぞれ立設された一対の支柱30に掛け渡されるように架設されている。すなわち、露光ヘッドユニット28と定盤18との間を前記露光ステージ16が通過するゲートが形成される構成である。
露光ヘッドユニット28は、複数のヘッドアッセンブリ28Aが前記定盤18の幅方向に沿って配列されて構成されており、前記露光ステージ16を往復移動させながら、所定のタイミングでそれぞれのヘッドアッセンブリ28Aから照射される複数の光ビーム(詳細後述)を前記露光ステージ16上の記録媒体22へ照射することで、感光材料を露光することができるようになっている。
図3(B)に示される如く、露光ヘッドユニット28を構成するヘッドアッセンブリ28Aは、m行n列(例えば、2行5列)の略マトリックス状に配列されており、これら複数のヘッドアッセンブリ28Aが前記露光ステージ16の移動方向(以下走査方向という)と直交する方向に配列される。第1の実施の形態では、記録媒体22の幅との関係で、2行で合計10個のヘッドアッセンブリ28Aとした。
ここで、1つのヘッドアッセンブリ28Aによる露光エリア28Bは、走査方向を短辺とする矩形状で、且つ、走査方向に対して所定の傾斜角で傾斜しており、露光ステージ16の移動に伴い、記録媒体22にはヘッドアッセンブリ28A毎に帯状の露光済み領域が形成される(図3(A)参照)。
図1(A)に示される如く、前記筐体部12A内には、前記定盤18上の露光ステージ16の移動を妨げない別の場所に光源ユニット31が配設されている。この光源ユニット31には複数のレーザー(半導体レーザー)を収容しており、このレーザーから出射する光を光ファイバー(図示省略)を介して、それぞれのヘッドアッセンブリ28Aへ案内している。
それぞれのヘッドアッセンブリ28Aは、前記光ファイバーによって案内され、入射された光ビームを空間光変調素子である図示しないデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)によって、ドット単位で制御し、記録媒体22に対してドットパターンを露光する。第1の実施の形態では、前記複数のドットパターンを用いて1画素の濃度を表現するようになっている。
図4に示される如く、前述した帯状の露光済み領域28B(1つのヘッドアッセンブリ28A)は、二次元配列(例えば4×5)された20個のドットによって形成される。
また、前記二次元配列のドットパターンは、走査方向に対して傾斜されていることで、走査方向に並ぶ各ドットが、走査方向と交差する方向に並ぶドット間を通過するようになっており、実質的なドット間ピッチを狭めることができ、高解像度化を図ることができる。
ここで、ステージ部12B(図1(A)参照)において、前記露光ステージ16上に位置決めされた記録媒体22への露光処理は、前記露光ステージ16に記録媒体22を載置し、定盤18上の摺動レール20に沿って奥側へ移動するとき(往路)ではなく、一旦、定盤18の奥側端部へ到達して、前記ステージ部12Bへ戻るとき(復路)に実行される。
すなわち、往路走行は、露光ステージ16上の記録媒体22の位置情報を得るための移動であり、この位置情報を得るためのユニットとして、定盤18上には、アライメントユニット32(図2参照)が配設されている。
アライメントユニット32は、前記露光ヘッドユニット28に沿って往路方向奥側の中央部に配置されており、往路走行時に前記露光ステージ16上の記録媒体22へ光を照射し、その反射光を撮影し、記録媒体22上のマークをする。
露光ステージ16と、記録媒体22とは、作業者が記録媒体22を載置することで、その相対位置関係が決まるため、若干のずれが生じることがある。前記撮影されたマークによって前記ずれが認識され、露光ステージ16と既知の相対関係となっている前記露光ヘッドユニット28による露光開始時期に補正をかけ、記録媒体22と画像との相対位置を所望の位置としている。
ところで、露光ステージ16には、移動に伴ってピッチング振動が発生して露光ステージ16に位置ずれが生じるため、露光ステージ16上の記録媒体22に露光される画像に歪みが生じてしまう。このピッチング振動とは、露光装置10の露光ステージ16及び摺動レール20等の製作精度に依存して発生してしまい、製作精度上、完全に無くすことは難しい。
しかし、ピッチング振動は露光ステージ16の移動(位置)に伴う再現性が高いため予めピッチング振動による位置ずれを検出して補正を行うことにより、記録媒体22に露光される画像の歪みを補正することができる。そこで、露光ステージ16の移動により発生するピッチング振動による露光ステージ16の位置ずれを検出する撮像手段として1台のCCDカメラ34が設けられている。このCCDカメラ34は、露光ヘッドユニット28の往路方向手前側に配置され、第1の移動手段として内臓されたリニアモータにより露光ヘッドユニット28の幅方向(図1のx方向)に設けられたレール35に沿って任意の位置に移動可能となっており、露光ステージ16上のマーキング24を撮像することができる。このCCDカメラ34により撮像されたマーキング画像には、撮像したマーキング24の位置を判別可能な基準が設けられており(第1の実施の形態では、図5に示すようにy方向の中央を基準(0)とする。)、画像内でのマーキング24の所定の位置(例えば、重心)と基準との位置ずれを検出することができる。
すなわち、第1の実施の形態ではCCDカメラ34により予めマーキング24を撮像してピッチングによって生じた位置ずれを検出して補正量を記憶し、記録媒体22への露光時に記憶した補正量に基づき露光タイミングの修正を行うことで記録媒体22に露光される画像の歪みを補正している。
なお、第1の実施の形態では、図6(A)に示すように露光ステージ16の一端側にマーキング24を1列設けているが、マーキング24を複数列、例えば、図6(B)に示すように両側部にそれぞれマーキング24を設けた場合、CCDカメラ34をレール35沿って移動させることによりそれぞれの位置でピッチング振動による位置ずれを検出することができる。また、CCDカメラ34により撮像する際に、図6(C)又は(D)に示すようなマーキングされたチャート(ガラス基板等)を露光ステージ16上に載置することにより位置ずれを検出するようにしてもよい。このように、CCDカメラ34がレール35沿って移動できるためヘッドアッセンブリ28Aの位置毎にピッチング振動による位置ずれを検出することもできる。
図7には、第1の実施の形態における露光装置10において、露光ステージ16のピッチング振動による位置ずれの検出及び露光を行う制御のための機能ブロック図が示されている。
撮像制御部100は、リニアエンコーダ27、CCDカメラ34及び画像記憶メモリ102と接続されている。撮像制御部100は、CCDカメラ34によりマーキング24を撮像する制御を行っている。撮像制御部100は、露光ステージ16の移動によって検出されるリニアエンコーダ27からのパルスを1,000,000パルス分カウントして撮像タイミングを求め、求めた撮像タイミング毎にCCDカメラ34によって露光ステージ16上のマーキング24を撮像し、撮像したマーキング画像をCCDカメラ34の図1のX方向の位置と共に画像記憶メモリ102に記憶させる。なお、前記1,000,000パルスは、第1の実施の形態に適用されるリニアエンコーダ27が0.1μm移動する毎に2逓倍信号が2パルス出力されることから、マーキング24の間隔が50mmであるため、50mm/0.05μm(=1,000,000)とすることで、マーキング24の間隔に応じた撮像が可能となる。
画像記憶メモリ102は、撮像制御部100及び位置ずれ検出部104と接続されている。画像記憶メモリ102は、撮像制御部100で撮像されたマーキング画像を記憶しており、記憶しているマーキング画像は位置ずれ検出部104により読み出される。
位置ずれ検出部104は、画像記憶メモリ102及びパルス補正数記憶メモリ106と接続されている。位置ずれ検出部104は、図5に示されるように撮像制御部100により撮像されたマーキング画像内でのマーキング24の基準(0)に対する位置から位置ずれ量を検出する。また、検出された位置ずれ量が1回前の撮像で検出された位置ずれ量からどれだけずれが増減したかを検出し、前回から今回(50mm間隔)の間に生じたずれを補正するために必要なリニアエンコーダ27による2逓倍のパルス数を演算する。すなわち、図8に示すように、例えば、50mmの位置にあるマーキング24を撮像した場合に+4.5μmの位置ずれが検出され、100mmの位置で+5.3μmの位置ずれが検出された場合に、前回から今回の撮像の間(50〜100mm区間)に5.3μm−4.5μm=0.8μmずれが大きくなっていることになる。リニアエンコーダ27では0.05μm移動する毎に2逓倍されたパルスが検出されるため、発生した0.8μmのずれを補正するには、0.8μm/0.05μm=16パルス分を減らす補正を行うことにより、50〜100mm区間の間に生じたずれを補正することができる。この補正に必要なパルス補正数をCCDカメラ34の図1のX方向の位置と共にパルス補正数記憶メモリ106へ記憶させる。
パルス補正数記憶メモリ106は、位置ずれ検出部104及びリセットタイミング演算部122と接続されている。パルス補正数記憶メモリ106は、位置ずれ検出部104により検出された各区間のパルス補正数が撮像されたX方向の位置と共に図9に示されるテーブルとして記憶されている(図9は、マーキング24が0及び278mmに設けられた場合を例としている)。
データ入力部112は、ドットパターン変換部114と接続されている。データ入力部112には、記録媒体22上に露光される画像が入力される。入力された画像データはドットパターン変換部114へ送出される。
ドットパターン変換部114は、データ入力部112及び露光制御部116と接続されている。ドットパターン変換部114は、データ入力部112より送出された画像データを各ヘッドアッセンブリ28Aのデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)を制御するドット毎のデータ(ドットパターンデータ)に変換し、露光制御部116へ送出する。
露光制御部116は、リセットタイミング演算部122、ドットパターン変換部114、各ヘッドアッセンブリ28A及び各光源ユニット31と接続されている。露光制御部116は、ドットパターン変換部114により送出されたドットパターンデータに基づき、後述するリセットタイミング演算部122によるリセットタイミング毎に複数のヘッドアッセンブリ28AのDMDドライバ130を制御してDMD132をオン/オフさせ、光源ユニット31の光源ドライバ136へ点灯信号を送出してLD138を点灯させて、記録媒体22上への画像露光処理を行う。
リセットタイミング演算部122は、リニアエンコーダ27、パルス補正数記憶メモリ106及び露光制御部116と接続されている。リセットタイミング演算部122は、露光ステージ16の移動によって検出されるリニアエンコーダ27からのパルスを40パルス分ずつカウントしてリセットタイミングとする。このリセットタイミングはヘッドアッセンブリ28Aから光ビームが照射されるタイミングとなっている。さらに、リセットタイミング演算部122は、パルス補正数記憶メモリ106に記憶されているテーブルに基づき、各ヘッドアッセンブリ28AのX方向の位置に応じてパルス補正数の補間処理を行ってヘッドアッセンブリ28A毎にリセットタイミングである40パルス分のパルス数を増減させる補正を行い。補正されたリセットタイミングを露光制御部116へ送出される。すなわち、リセットタイミングは、図10(A)に示すように、2.0μm移動する毎に1回出力されており、マーキング24の間隔(50mm)毎に25,000回出力される。補正により、例えば、50〜100mm区間に16パルス分(0.8μm)を減らす場合は25,000回の内16回でリセットタイミングのパルス数を39パルス(図10(B)の期間t3)とすることにより、0.05μmずつ減らす補正をすることができ、増やす場合はパルス数を41パルス(図10(B)の期間t4)とすることにより0.05μmずつ増やす補正をすることができる。なお、パルス数を減らす16回の間隔は、25,000回中で均等間隔としてもよく、間隔を適宜変更してもよい。また、露光ステージ16上にマーキング24が1列しかないため、パルス補正数記憶メモリ106のテーブルに1列分のデータしかない場合、リセットタイミング演算部122では補間処理が行われず、全ヘッドアッセンブリ28Aで1列分のデータによる補正が行われる。
以下に第1の実施の形態の作用を説明する。
(パルス補正数データ作成の流れ)
露光装置10では、CCDカメラ34が露光ステージ16のマーキング24を撮像可能な位置へレール35に沿って移動し、露光ステージ16を移動させながらマーキング24を撮像してパルス補正数データの作成処理が行われる。なお、露光ステージ16にマーキング24が複数列ある場合、パルス補正数データの作成処理が各列毎に複数回行われて各マーキング24の位置(CCDカメラ34のX方向の位置)毎にパルス補正数が求められ、パルス補正数記憶メモリ106へ記憶される。
以下、図11(A)にパルス補正数データの作成に関する制御の流れを示す。
ステップ150では、露光ステージ16がリニアモータ26(図2参照)の駆動力により、定盤18の摺動レール20に沿ってステージ部12Bから筐体部12Aの奥側へ一定速度で移動され(往路移動)、往路端に至るとステップ152へ移行する。
ステップ152では、露光ステージ16が往路端に到達したため、移動する方向を折り返してステージ部12B方向へ一定速度で移動させ(復路移動)、ステップ154へ移行する。ここで、露光ステージ16には移動に伴ってピッチング振動による位置ずれが発生する。
ステップ154では、露光ステージ16の移動によって発生するリニアエンコーダ27からのパルスを検出し、1,000,000パルス分をカウントしてCCDカメラ34による撮像タイミングを求め、50mm間隔にマーキングされたマーキング24を撮像してステップ156へ移行する。
ステップ156では、撮像された画像内のマーキング24の位置から位置ずれ量を求め、ステップ158へ移行する。
ステップ158では、今回撮像された位置での位置ずれ量から前回撮像された位置での位置ずれ量を引いて、前回から今回撮像された区間でのずれを求め、ずれを補正するために必要なパルス補正数を求めてパルス補正数記憶メモリ106へ記憶させてステップ160へ移行する。
ステップ160では、露光ステージ16の復路の移動が完了したかを判定する。往路の移動が完了すると判定が肯定されてエンドへ移行する。一方、往路の移動が完了していないとステップ160の判定が否定されてステップ154へ移行して次のマーキングの撮像へ移行する。
このパルス補正数データ作成処理によりパルス補正数記憶メモリ106には、パルス補正数のテーブルが記憶される。
(露光処理の流れ)
次に、パルス補正数に基づき補正が行われる露光処理について説明する。
記録媒体22(図1(A)参照)を表面に吸着した露光ステージ16は、リニアモータ26(図2参照)の駆動力により、定盤18の摺動レール20に沿ってステージ部12Bから筐体部12Aの奥側へ一定速度で移動される(往路移動)。ここで露光ステージ16がアライメントユニット32を通過する際に、記録媒体22に予め付与されたマークを検出する。このマークは、予め記憶されたマークと照合され、その位置関係に基づいて露光ヘッドユニット28による露光開始時期が補正される。
露光ステージ16が往路端まで至ると、折り返してステージ部12B方向へ一定速度で戻ってくる(復路移動)。この復路移動中に露光ヘッドユニット28を通過すると前記補正された露光開始時期で露光処理が開始される。
露光ヘッドユニット28では、露光処理が開始されると、リセットタイミング演算部122(図7参照)によって露光ステージ16の移動に伴って検出されるリニアエンコーダ27のパルスからリセットタイミングが演算され、演算されたリセットタイミングに基づいて、DMDにレーザ光が照射され、DMD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が光学系を介して記録媒体22(図1(A)参照)へと案内され、この記録媒体22上に結像される。
ここで、露光ステージ16が移動すると、露光ステージ16には移動によってピッチング振動が発生して表面に吸着した記録媒体22も共に振動するため露光ヘッドユニット28から光ビームが結像される位置にずれが発生する。しかし、露光ヘッドユニット28の各ヘッドアッセンブリ28Aの位置に応じてリセットタイミングが補正されているため、記録媒体22に露光される画像の歪みを低減させることができる。
以下、図11(B)のフローチャートに従い、撮像処理、位置ずれ検出処理及び露光処理制御の流れについて説明する。
露光装置10は、作業者により画像データが入力され、処理開始の制御が行われることでフローチャートに示す処理がスタートする。
ステップ200では、入力された画像データを露光ヘッドユニット28の各ヘッドアッセンブリ28Aから露光を行うためのドットパターンデータに変換し、ステップ202へ移行する。
ステップ202では、露光ステージ16を一定速度で往路方向(図2のy軸、手前側から奥側)へ移動させて、アライメントユニット32による露光開始時期の補正が行われる。露光ステージ16が往路端まで至るとステップ204へ移行する。
ステップ204では、露光ステージ16を一定速度で復路方向(図2のy軸、奥側から手前側)へ移動させ、ステップ202により補正された露光開始時期となると、露光処理を開始し、ステップ206へ移行する
ステップ206では、リセットタイミング演算部122(図7参照)が露光ステージ16の移動によって発生するリニアエンコーダ27を検出し、パルス数から露光ステージ16の搬送方向の位置を求め、パルス補正数記憶メモリ106から該当する区間のパルス補正数を読み込み、ステップ208へ移行する
ステップ208では、リセットタイミング演算部122が読み込んだパルス補正数に基づき補間処理を行って各ヘッドアッセンブリ28Aの位置に応じたパルス補正数を求める。また、リセットタイミング演算部122では、リニアエンコーダ27から発生するパルスを40パルス分をカウントしてリセットタイミングを求めるが、ヘッドアッセンブリ28A毎にパルス補正数に応じて補正したパルス数のリセットタイミングを出力してステップ210へ移行する。
ここで、補正が無い場合は、図10(A)に示すようにリセットタイミングをリニアエンコーダの40パルス分毎のタイミングとしており、補正がある場合は、図10(B)に示すようにパルス数を増減させることで0.05μm単位の補正が可能となる。図8に示す各区間でのずれの増減が±0.025μm以内であれば補正は行わないが、位置ずれ量が+0.025μmより大きい又は−0.025μmより小さい場合は必要数分だけパルス数の補正を行う。これにより、図8の補正結果に示すように各区間でずれが±0.025μm以内となるように補正される。
ステップ210では、ドットパターンデータに基づき補正されたリセットタイミングで前述の露光処理が実行されステップ212へ移行する。
ステップ212では、全てのドットパターンデータの露光処理が終了したかを判別する。全ドットパターンデータの露光処理が終了していると、ステップ212は肯定判定となり記録媒体22に画像が露光されたため、エンドとなる。
一方、まだ全てのドットパターンデータの露光処理が行われていないと、ステップ212は否定判定となり、ステップ206へ移行して、露光処理を実行する。
以上説明したように第1の実施の形態では、1台のCCDカメラ34を移動可能としたことにより露光ステージ16に発生するピッチング振動による位置ずれ量を複数の位置で検出でき、検出した位置ずれ量に基づきヘッドアッセンブリ28A毎にリセットタイミングを補正することにより記録媒体に描画される画像に歪みを低減させることができる。
さらに、1台のCCDカメラ34で複数の位置でのピッチング振動による位置ずれ量を検出できるため、製造コストのアップ分を少なく抑えることができる。
また、画像が描画される位置を変更して補正するため、位置ずれを補正するのに露光ステージ16を移動させる挙動を変更する必要が無い。
なお、第1の実施の形態では画像記憶メモリ102にパルス補正数に関するテーブルを記憶したが、マーキング24の間隔(50mm)毎に求まる位置ずれ量を記憶し、露光処理時にパルス補正数を求めてもよい。
また、第1の実施の形態では露光ステージ16上のマーキング24を撮像することにより位置ずれ量を検出したが、図12に示すように露光ステージ16に対して垂直に測長部40を設けレーザ測長器42を用いて露光ステージ16の測長部40との距離(図12の距離t6)を撮像タイミング毎に測定して、撮像タイミング毎の距離が変化する間隔に基づき露光ステージ16のピッチング振動による位置ずれ量を検出してもよい。第1の実施の形態の場合、レーザ測長器42を位置ずれ検出部104(図7参照)と接続し、位置ずれ検出部104において撮像タイミング毎に測長される露光ステージ16の測長部40との距離が変化する間隔を50mm(撮像タイミング毎に露光ステージ16は1,000,000パルス×0.05μm(=50mm)移動するため)と比較することで位置ずれ量を検出できる。また、露光ステージ16上に複数の測長部40を設け、レーザ測長器42を図12のX方向へ移動可能とするレール及びモータ等を第2の移動手段として設けると、複数の位置での位置ずれ量を検出することも可能となる。このように、レーザ測長器42を用いて位置ずれ量を検出すると、露光ステージ16にマーキング24を行う必要が無くなる。
さらに、第1の実施の形態では、予めマーキング24の撮像を行って画像記憶メモリ102にパルス補正数に関するテーブルを作成したが、露光処理の露光ステージ16の移動時にリアルタイムでマーキング24の撮像を行って、ピッチング振動による位置ずれ量を検出してもよい。この場合、位置ずれ検出部104は、撮像された画像から検出された位置ずれ量を0.05μm(パルスの2逓倍)で割った整数分のパルス数をリセットタイミング演算部122へ直接送り、リセットタイミング演算部122は、マーキング24の次の撮像までに送られたパルス数分のリセットタイミングの補正を行うようにすればよい。すなわち、リセットタイミング演算部122は露光処理に撮像により検出された位置ずれ量が無くなるように常に補正を行うこととなる。このリアルタイムの補正はレーザ測長器42を用いても位置ずれ量を検出した場合も同様に行うことができる。リアルタイムで補正を行うことにより、露光処理毎に発生するピッチング振動による位置ずれ量のわずかな違いも補正することができる。
第1の実施の形態では、リセットタイミングをリニアエンコーダ27のパルスをカウントして調整しているが、リニアエンコーダ27とは非同期のクロック信号をカウントすることによりリセットタイミングを生成することも可能である。この場合、非常に高速なクロック信号を出力する素子又は回路を用いれば、クロック信号のカウント数を調整することによりリセットタイミングを細かく調整できる。
(第2の実施の形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施の形態の特徴は、露光装置10が位置データ取得用パターン画像を露光し、露光されたパターン画像を測長してピッチング振動による位置ずれ量を検出し、パルス補正数記憶メモリ106へパルス補正数に関するテーブルを登録する点にある。
第2実施の形態の露光装置10は、CCDカメラ34及びレール35が設けられておらず、他は第1実施の形態の図1、図2と同様の構成であるため説明を省略する。
図13には、第2の実施の形態の機能ブロック図が示されている。なお、同一符号の個所は第1の実施の形態の図7と同様であるため説明を省略し、異なる部分についてのみ説明をする。
パターン入力部140はドットパターン変換部114と接続されている。パターン入力部140はピッチング振動による位置ずれ量を検出するため位置データ取得用パターン画像の露光が指示されると、図6(D)に示すように複数列のマーキング24をパターン画像としてドットパターン変換部114へ送出する。ここで、このパターン画像のマーキング24の列方向の間隔を、例えば、50mm間隔とする。このパターン画像の送出により、露光装置10では記録媒体22上への画像露光処理を行うが、露光ステージ16の移動によってピッチング振動が発生するため、実際に露光される画像には位置ずれが発生する。第2の実施の形態では記録媒体22に露光されたパターン画像のマーキング24の列方向の間隔を作業者等によって測定し、50mmと比較することにより位置ずれ量を求め、マーキング24の各列の各区間でのパルス補正数を求める。
パルス補正数登録部142はパルス補正数記憶メモリ106と接続されている。パルス補正数登録部142は求められたパルス補正数の登録を行い、パルス補正数記憶メモリ106にパルス補正数を記憶させることができる。これにより、パルス補正数記憶メモリ106にはパルス補正数のテーブルが記憶される。
第2の実施の形態の露光装置10では、パルス補正数登録部142によって登録されたパルス補正数によって第1の実施の形態と同様の露光処理が行われてピッチング振動による位置ずれが補正される。このため、露光装置10にはピッチング振動を検出するためにCCDカメラ等を設ける必要がない。
以下に第2の実施の形態の作用を説明する。
図14には位置データ取得用パターン画像の露光及びパルス補正数の取得に関するフローが示されている。
ステップ250では、位置データ取得用パターン画像の露光が指示されると図6(D)に示すパターン画像がドットパターンデータに変換され、ステップ252へ移行する。
ステップ252では、露光ステージ16を一定速度で往路方向(図2のy軸、手前側から奥側)へ移動させて、アライメントユニット32による露光開始時期の補正が行われる。露光ステージ16が往路端まで至るとステップ254へ移行する。
ステップ254では、露光ステージ16を一定速度で復路方向(図2のy軸、奥側から手前側)へ移動され、補正された露光開始時期となると、ドットパターンデータの露光処理が開始され記録媒体22へパターン画像が露光され、ステップ256へ移行する
ステップ256では、露光されたパターン画像の各列毎にマーキング24から位置ずれ量を測定し、区間毎のパルス補正数を求めてステップ258へ移行する。
ステップ258では、マーキング24の各列の各区間のパルス補正数の登録が行われ、パルス補正数記憶メモリ106にパルス補正数が記憶され、エンドへ移行する。
パルス補正数記憶メモリ106には、パルス補正数のテーブルが記憶されているため、露光処理ではピッチング振動による位置ずれを補正することができる。
このように、第2の実施の形態によれば、位置データ取得用パターン画像としてマーキング24を露光することによりピッチング振動による位置ずれ量を検出することができる。また、マーキング24を複数列設けることにより、各列で位置ずれ量が検出でき、マーキング24を露光する列の位置(X方向の位置)を変えることにより、露光ステージ16上の任意の位置で位置ずれ量を検出することもできる。
第1の実施の形態に係る露光装置の概略を示す斜視図である。 第1の実施の形態に係る露光装置の概略略を示す側面図である。 (A)露光ヘッドユニットによる露光領域を示す平面図、(B)はヘッドアッセンブリの配列パターンを示す平面図である。 単一のヘッドアッセンブリにおけるドットパターンの配列状態を示す平面図である。 第1の実施の形態に係るCCDカメラ34により撮像されたマーキング画像を示す図である。 マーキング24のパターンを示す図である。 第1の実施の形態に係るピッチング振動による位置ずれの検出及び露光を行う制御のための機能ブロック図である。 第1の実施の形態に係る露光ステージ16に発生するピッチング振動による位置ずれ量を示す図である。 パルス補正数のテーブルを示す図である。 リセットタイミングを示すの波形図である。 第1の実施の形態に係る位置ずれ量検出処理及び補正数データ作成の流れを示すフローチャートである。 レーザ測長器により露光ステージのピッチング振動による位置ずれ量の検出を示す図である。 第2の実施の形態に係るピッチング振動による位置ずれの検出及び露光を行う制御のための機能ブロック図である。 第2の実施の形態に係る位置データ取得用パターン画像の露光及びパルス補正数の取得に関するフローチャートである。
符号の説明
10 露光装置
12 枠体
12A 筐体部
12B ステージ部
14 開閉蓋
16 露光ステージ(記録ステージ)
18 定盤
22 記録媒体
22P プリント配線基板
24 マーキング
26 リニアモータ
27 リニアエンコーダ
28 露光ヘッドユニット
28A ヘッドアッセンブリ(記録ヘッド)
28B 露光エリア
31 光源ユニット
32 アライメントユニット
34 CCDカメラ(撮像手段)
35 レール
40 測長部
42 レーザ測長器
100 撮像制御部
102 画像記憶メモリ
104 位置ずれ検出部(位置ずれ検出手段、第1の検出手段、第2の検出手段)
106 パルス補正数記憶メモリ(記憶手段)
112 データ入力部
114 ドットパターン変換部
116 露光制御部(制御手段)
122 リセットタイミング演算部(補正手段)
130 DMDドライバ
132 DMD
136 光源ドライバ
138 LD
138 LD
140 パターン入力部(位置パターン露光手段)
142 パルス補正数登録部(登録手段)

Claims (10)

  1. 光ビームを照射する照射部が一方向に沿って設けられ、当該一方向の領域を同時に露光する記録ヘッドから光ビームを照射しつつ、当該記録ヘッドと記録媒体が載置された記録ステージとを一方向に対する交差方向に相対的に移動させて前記記録媒体へ所定の画像を露光する露光装置であって、
    前記記録ステージの移動に伴って発生する前記交差方向の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
    前記位置ずれ検出手段により検出された位置ずれ量データを記憶する記憶手段と、
    前記記憶手段に記憶された前記位置ずれ量データに基づき、前記記録ヘッドから前記光ビームを照射するタイミングを補正する補正手段と、
    前記補正手段により補正された前記タイミングに基づき、前記記録媒体への露光を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする露光装置。
  2. 一方向に沿って直線状に配列され、当該一方向の領域を同時に露光する複数の記録ヘッドから光ビームを照射しつつ、当該複数の記録ヘッドと記録媒体が載置された記録ステージとを一方向に対する交差方向に相対的に移動させて前記記録媒体へ所定の画像を露光する露光装置であって、
    前記記録ステージの移動に伴って発生する前記交差方向の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
    前記位置ずれ検出手段により検出された位置ずれ量データを記憶する記憶手段と、
    前記記憶手段に記憶された前記位置ずれ量データに基づき、前記記録ヘッド毎に前記光ビームを照射するタイミングをそれぞれ補正する補正手段と、
    前記補正手段により補正された前記タイミングに基づき、前記記録媒体への露光を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする露光装置。
  3. 前記記録ステージ上に、前記交差方向に沿って一定の間隔のマーキングが1列あるいは複数列なされ、
    前記位置ずれ検出手段が、前記記録ステージ上の前記マーキングの列を所定のタイミング毎に撮像する少なくとも一個の撮像手段と、
    前記撮像手段を前記一方向へ移動させて前記マーキングの各列をそれぞれ撮像可能とさせる第1の移動手段と、
    前記撮像手段により撮像された画像内での前記マーキングの位置に基づき前記記録ステージのピッチング振動による前記位置ずれを検出する第1の検出手段と、
    で構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の露光装置。
  4. 前記位置ずれ検出手段が、前記記録ステージに対して前記交差方向に配置され、前記記録ステージとの距離を所定のタイミング毎に測長するレーザ測長器と、
    前記レーザ測長器を前記一方向へ前記距離が測長可能な範囲内で移動させる第2の移動手段と、
    前記レーザ測長器により測長された前記記録ステージとの前記距離が前記所定のタイミング毎に変化する間隔に基づき前記記録ステージのピッチング振動による前記位置ずれを検出する第2の検出手段と、
    で構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の露光装置。
  5. 前記位置ずれ検出手段が、前記記録媒体へ所定の位置データ取得用パターンを露光する位置パターン露光手段と、
    前記位置パターン露光手段により露光された前記位置データ取得用パターンより求まる前記位置ずれ量データを前記記憶手段へ登録する登録手段と、
    で構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の露光装置。
  6. マーキングされたチャートを前記記録ステージ上へ載置することにより前記記録ステージ上に前記マーキングがされることを特徴とする請求項3記載の露光装置。
  7. 前記位置ずれ検出手段が、全ての記録ヘッドそれぞれに対応する位置での前記位置ずれを検出することを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項記載の露光装置。
  8. パルス信号を出力するパルス出力手段と、
    前記パルス出力手段から出力されるパルス信号のパルス数を所定数カウントする毎に光ビームを照射するタイミングを生成する生成手段とをさらに備え、
    前記補正手段は、前記所定数を増減させることで前記タイミングを補正することを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項記載の露光装置。
  9. 光ビームを照射する照射部が一方向に沿って設けられ、当該一方向の領域を同時に露光する記録ヘッドから光ビームを照射しつつ、当該記録ヘッドと記録媒体が載置された記録ステージとを一方向に対する交差方向に相対的に移動させて前記記録媒体へ所定の画像を露光する露光方法であって、
    前記記録ステージの移動に伴って発生する前記交差方向の位置ずれ量を検出し、
    前記位置ずれ量データを記憶し、
    記憶された前記位置ずれ量データに基づき、前記記録ヘッドから前記光ビームを照射するタイミングを補正し、
    補正された前記タイミングに基づき、前記記録媒体への露光を制御する、
    ことを特徴とする露光方法。
  10. 一方向に沿って直線状に配列され、当該一方向の領域を同時に露光する複数の記録ヘッドから光ビームを照射しつつ、当該複数の記録ヘッドと記録媒体が載置された記録ステージとを一方向に対する交差方向に相対的に移動させて前記記録媒体へ所定の画像を露光する露光方法であって、
    前記記録ステージの移動に伴って発生する前記交差方向の位置ずれを検出し、
    検出された位置ずれ量データを記憶し、
    記憶された前記位置ずれ量データに基づき、前記記録ヘッド毎に前記光ビームを照射するタイミングをそれぞれ補正し、
    補正された前記タイミングに基づき、前記記録媒体への露光を制御する、
    ことを特徴とする露光方法。
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