JP2001162863A - 解像度可変の光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 解像度を変えるために光源、光偏向手段、制
御回路を別々に備えることなく、装置をコンパクトに
し、しかも任意の解像度で描画することのできる光走査
装置及びそれを用いた露光装置を提供することを目的と
する。 【解決手段】 本発明の光走査装置は、一つのレーザビ
ームを射出する光源と、前記レーザビームを複数のビー
ムに分割するビーム分割手段と、描画データに基づいて
複数のレーザビームをそれぞれ変調する光変調器と、前
記変調されたビームを感光材上で主走査方向に偏向させ
るための走査光学系とを備え、前記光源と前記ビーム分
割手段との間に、ビーム径を拡張するビーム拡張手段
と、ビーム径を拡張されたビームのビーム径を絞る為の
絞り板と、前記絞り板を動作させる絞り板制御手段とが
備えられており、この絞り板制御手段によって、前記絞
り板を動作させてビーム径を変更し、描画解像度を変更
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板の直
接描画、フォトマスクの作成等を行うレーザ描画装置又
はレーザプリンタ等のＯＡ機器に用いられ、描画データ
に基づいて変調したビームを主走査方向に偏向させて、
感光材に対して描画を行う光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、描画データに基づいて変調し
たビームを主走査方向に偏向させる光走査装置を備えた
装置として、例えば、プリント基板、フォトマスクフィ
ルム等の感光材に対してパターンを描画するために、レ
ーザ光源から射出されたビームを、回路パターンに対応
したラスタデータに応じて変調し、ポリゴンミラー等の
光偏向手段を介して露光面で走査させ、感光材に回路パ
ターンに対応した画像を露光する露光装置が知られてい
る。また、上記の露光装置において、走査方向の露光範
囲を広くし、かつ、装置を小型・軽量化する為に、ポリ
ゴンミラー、ｆθレンズ、コンデンサレンズ等により構
成される走査光学系を複数備え、走査線上の走査範囲を
各走査光学系毎に分割して露光するようにした分割露光
装置も従来より知られている。

【０００３】以上のような露光装置において、１つの感
光材を部分的に異なる解像度で描画し、或いは感光材の
種類に応じて異なる解像度で描画することが要求される
場合がある。例えば、１つの感光材上で、高解像度での
描画が必要でない文字等と、高解像度が必要となる精細
な回路パターン等を、異なる解像度で描画したい場合で
ある。このような要求に対応するために、従来の露光装
置では、ビーム径の異なる２つの光源を備え、それぞれ
のビームを別々の光偏向手段に入射させて偏向させ、そ
れぞれの偏向されたビームを同一の走査線上に集光させ
て走査させることにより、２種類の解像度での描画を実
現していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように２つの光源を備えて解像度を可変とした装置にお
いては、２つのビームを同一の走査線上に集光しなけれ
ばならない為、光源、レンズ等を精密に調整する必要が
あり、環境温度変化或いは経過時変化によってこれらの
相互位置関係に狂いが生じるという問題があった。ま
た、光源が２つである為、光源の出力の調整、ビームの
ＯＮ／ＯＦＦ変調を別々にコントロールする必要があ
り、制御回路が複雑となりコストアップとなるという問
題もあった。また、解像度の種類をさらに増やすために
は、さらに別の光源と別の光偏向手段が必要となり、そ
れに従って、装置が複雑でかつ大きくなるため、実現が
困難であった。

【０００５】本発明は、解像度を変えるために光源、光
偏向手段、制御回路を別々に備えることなく、装置をコ
ンパクトにし、しかも任意の解像度で描画することので
きる解像度可変の光走査装置及びそれを用いた露光装置
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光走査
装置は、一つのレーザビームを射出する光源と、描画デ
ータに基づいてレーザビームを変調する光変調器と、前
記変調されたビームを感光材上で主走査方向に偏向させ
るための走査光学系とを備え、前記光源と光変調器との
間に、ビーム径を拡張するビーム拡張手段と、前記ビー
ム径を拡張されたビームのビーム径を絞る為の絞り板と
を備え、また、前記絞り板を動作させる絞り板制御手段
が備えられおり、この絞り板制御手段によって、前記絞
り板を動作させてビーム径を変更し、描画解像度を変更
する。

【０００７】また、請求項２に記載の光走査装置は、一
つのレーザビームを射出する光源と、前記レーザビーム
を複数のビームに分割するビーム分割手段と、描画デー
タに基づいて複数のレーザビームをそれぞれ変調する光
変調器と、前記変調されたビームを感光材上で主走査方
向に偏向させるための走査光学系とを備え、前記光源と
前記ビーム分割手段との間に、ビーム径を拡張するビー
ム拡張手段と、ビーム径を拡張されたビームのビーム径
を絞る為の絞り板と、前記絞り板を動作させる絞り板制
御手段とが備えられており、この絞り板制御手段によっ
て、前記絞り板を動作させてビーム径を変更し、描画解
像度を変更する。

【０００８】また、請求項７に記載の露光装置は、一つ
のレーザビームを射出する光源と、描画データに基づい
てレーザビームを変調する光変調器と、前記変調された
ビームを感光材上で主走査方向に偏向させるための走査
光学系とを備え、前記光源と光変調器との間には、ビー
ム径を拡張するビーム拡張手段と、前記ビーム径を拡張
されたビームのビーム径を絞る為の絞り板と、前記絞り
板を動作させる絞り板制御手段とを備え、さらに、副走
査方向に移動可能な一軸テーブルと、一軸テーブル上に
取り付けられ上下方向に移動可能な移動ステージとを備
え、前記絞り板制御手段が、前記絞り板を動作させてビ
ーム径を変更することにより、前記移動ステージ上に載
置される感光材を、異なる解像度で描画する。

【０００９】また、請求項８に記載の露光装置は、一つ
のレーザビームを射出する光源と、前記レーザビームを
複数のビームに分割するビーム分割手段と、描画データ
に基づいて複数のレーザビームをそれぞれ変調する光変
調器と、前記変調されたビームを感光材上で主走査方向
に偏向させるための走査光学系とを備え、前記光源と前
記ビーム分割手段との間に、ビーム径を拡張するビーム
拡張手段と、ビーム径を拡張されたビームのビーム径を
絞る為の絞り板と、前記絞り板を動作させる絞り板制御
手段とを備え、さらに、副走査方向に移動可能な一軸テ
ーブルと、前記一軸テーブル上に取り付けられ上下方向
に移動可能な移動ステージとを備え、前記絞り板制御手
段が、前記絞り板を動作させてビーム径を変更すること
により、前記移動ステージ上に載置される感光材を、異
なる解像度で描画する。

【００１０】なお、請求項１、請求項２、請求項７、及
び請求項８に記載の光走査装置或いは露光装置に備えら
れる絞り板は、段階的に或いは連続的にサイズが変化す
る開口部を有し、絞り板制御手段が、絞り板を平行移動
させるか、或いは回転させることにより、ビームの経路
上にサイズの異なる開口部を配置し、開口部を通過する
ビームのビーム径を変更させる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の光走査装置を表し
ている。また、図２は、図１の絞り板５２周辺を拡大し
た図である。なお、図１の光走査装置は、２つの走査光
学系を備え、それぞれの走査光学系毎に走査範囲を分割
して露光することができるタイプの光走査装置として構
成されている。図１において、光源２から発せられた１
つのレーザビームは、反射鏡４，５で反射され、ビーム
エキスパンダレンズ５０，５１で構成されるビームエキ
スパンダでビーム径が拡大されると共に平行光とされ、
拡大及び平行光とされたビームがビーム分割手段である
ビームスプリッタ６に入射し、ビームスプリッタ６で反
射したビームは、一方の走査光学系に導かれ、ビームス
プリッタ６を透過したビームは、もう一方の走査光学系
に導かれる。なお、光源２は、レーザドライバ６８、レ
ーザ／ＡＯＭコントローラ６２を介して制御マイコン６
０と接続されており、レーザ／ＡＯＭコントローラ６２
は、制御マイコン６０からの信号を受信すると、レーザ
ビームの出力等を指示する信号をレーザドライバ６８に
送信し、光源２を制御する。

【００１２】ビームエキスパンダレンズ５１とビームス
プリッタ６との間には絞り板５２が備えられる。絞り板
５２には複数の径の異なる開口が設けられており、絞り
板５２の位置を図２に示す矢印Ａ方向で移動させ、径の
異なる開口にビームを通すことにより、絞り板５２通過
後のビーム径が変更される。すなわち、ビームスプリッ
タ６には、ビーム径を変更された後のビームが入射する
ように構成されているので、図１のように２つの走査光
学系を備る光走査装置であっても、レーザ光源及び絞り
板は一組備えていれば、解像度を変更した描画が実現で
きる。

【００１３】図２に示すように絞り板５２は、絞り板制
御手段であるアクチュエータ５３に接続されており、ア
クチュエータ５３によって図２の矢印Ａの方向に移動制
御される。アクチュエータ５３は、図１のようにアクチ
ュエータドライバ６９、アクチュエータコントローラ７
０を介して制御マイコン６０に接続されており、制御マ
イコン６０からの指示によってアクチュエータ５３が作
動し、絞り板５２の位置が定められる。

【００１４】図１に示すように、ビームスプリッタ６で
２つに分割されたビームは、例えば音響光学素子より成
る光変調器３４に導かれる。光変調器３４は、制御マイ
コン６０がレーザ／ＡＯＭコントローラ６２、ＡＯＭド
ライバ６７を介して制御可能に構成されている。制御マ
イコン６０は、描画データが存在する場合にはビームを
ＯＮに、描画データが存在しない空白部分についてはビ
ームをＯＦＦするように光変調器３４を変調制御する。

【００１５】光変調器３４によって変調されたビーム
は、反射鏡３６、３７で反射され、ピエゾスキャナ３８
上に取り付けられた反射鏡３９に導かれる。ピエゾスキ
ャナ３８は、ピエゾドライバ６６、ピエゾ／ＡＯＭコン
トローラ６１を介して制御マイコン６０と接続される。
制御マイコン６０はピエゾスキャナ３８を制御して、反
射鏡３９を傾斜させる。それによって、反射鏡３９での
ビームの反射角が変化し、露光面上で走査される走査線
４９の位置が副走査方向に移動する。この場合、図示は
していないが、ビームの位置を検出するＰＳＤ（Ｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ）を、
ビーム偏向手段通過後（すなわち、非球面鏡４８で反射
された後）のビーム経路中であって、感光材の露光範囲
に影響を与えない位置に備え付けて、ＰＳＤによって走
査線の位置を検出させ、さらに、制御マイコン６０とＰ
ＳＤを接続してＰＳＤの検出した位置データを制御マイ
コン６０が読み取り可能に構成することで、制御マイコ
ン６０によって、ＰＳＤの検出した走査線の位置データ
に基づいて、走査線の副走査方向へのずれ量を求めるこ
とが可能となる。また、求められたずれ量に応じて、そ
のずれを打ち消すように、制御マイコン６０が、ピエゾ
スキャナ３８にフィードバックをかけることで、走査線
の副走査方向のずれを補正することが可能である。

【００１６】反射鏡３９で反射されたビームは、さらに
反射鏡４１で反射され、モータ４５により回転駆動され
るホログラムディスク４４に入射する。さらに、ホログ
ラムディスク４４に入射するビームは、ホログラムディ
スク４４の回転に伴って偏向され、ビームベンダ４６で
反射され、ビームを集光する非球面鏡４７、４８で反射
され、走査線４９の位置を走査する。なお、モータ４５
は、モータコントローラ６３，モータドライバ６５を介
して制御マイコン６０に接続されており、制御マイコン
６０が指示する回転数で回転駆動される。また、モータ
４５の回転速度を示す信号が、モータ４５からエンコー
ダドライバ６４を介してモータコントローラ６３にフィ
ードバックされており、モータコントローラ６３は、モ
ータ４５の回転数が常に制御マイコン６０の指示した値
となるようにモータドライバ６５へ送る信号を制御す
る。

【００１７】図３は、図１の光走査装置を用いた露光装
置の外観を表す正面図であり、図４はその側面図であ
る。図３の露光装置にはその上部に図１で示した光走査
装置が搭載されている。光走査装置によって走査される
ビームは、感光材９が載置される露光面に集光される。
露光装置１は、感光材９が載置される移動ステージ１０
が図の上下方向（図４のＺ方向）に移動可能に構成され
ており、感光材９の種類に応じて、ビームが感光材の露
光面上に適正に集光するように調節することができる。
また、移動ステージ１０は一軸テーブル１２上に固定さ
れており、一軸テーブル１２が、図４に示すサーボモー
タ１３によって、レーザビームの走査方向と直交する副
走査方向（図４のＸ方向）に移動するように構成されて
いる。

【００１８】露光装置１で２種類の解像度で描画を行う
場合には、所望の第１の解像度となる開口部をビームが
通過するように、制御マイコン６０がアクチュエータ５
３を制御して絞り板５２を移動させる。次に、一軸テー
ブル１２が描画開始位置に移動する。そして、ビームの
変調及び走査が開始されると共に、一軸テーブル１２が
副走査方向に移動して、感光材の第１の解像度で描画す
べき部分全てについて描画が行われる。さらに、第２の
解像度で描画を行う場合、制御マイコン６０がアクチュ
エータ５３を制御し、第２の解像度となる開口部をビー
ムが通過するように、絞り板５２を移動させる。次に、
一軸テーブル１２が描画開始位置まで移動する。そし
て、ビームの変調及び走査が開始されると共に、一軸テ
ーブル１２が副走査方向に移動して、感光材の第２の解
像度で描画すべき部分全てについて描画が行われる。

【００１９】図１のような光走査装置において、走査線
上のビームの集光径は、一般に次式で表される。 ｄ＝２．４４・λ・ｆ／Ｄ （但し、ｄは集光径、Ｄはレーザビーム径、ｆは集光鏡
の焦点距離、λはレーザ光の波長である。） ここで、レーザ光の波長λ＝５３２ｎｍ、集光鏡の焦点
距離ｆ＝２００ｍｍ、絞り板５２で作ることのできるビ
ーム径の一つをＤ_１＝２０ｍｍとすると、集光径は０．
０１３ｍｍとなり、これは約２０００ＤＰＩに相当す
る。また、絞り板５２で作ることのできる別のビーム径
をＤ_２＝５ｍｍとすると、集光径は０．０５２ｍｍとな
り、これは約４９０ＤＰＩに相当する。従って、絞り板
５２によってビーム径を、２０ｍｍと５ｍｍで切り替え
て描画することで、一つの感光材に対して、約２０００
ＤＰＩと約４９０ＤＰＩの２種類の解像度で描画するこ
とができる。

【００２０】図１で示した絞り板５２は、長方形の形状
でその長手方向に径の異なる円形の開口部がくり抜かれ
て形成された物であるが、絞り板は、ビーム径を変える
ことのできるものであれば、これに限定されるものでは
ない。図５には、絞り板の他の例が示されている。絞り
板は、図５の絞り板８２のように、長方形の長手方向に
沿って段階的に大きさが変化する１つの開口部を有する
ものであってもよく、段階的に変化する代わりに連続的
に変化するテーパー状の開口部を有するものであっても
よい。また、くり抜かれた開口を有するものでなく、平
行平面ガラス上に必要部分のみ光が透過するようにコー
ティングした物であっても良い。絞り板８１は、平行平
面ガラスより成り、複数の円形の透過部分以外の部分
（図の灰色部分）にコーティングを行い不透過領域とし
たものである。同様に、絞り板８３も、平行平面ガラス
により成り、階段状の透過部分以外の部分（図の灰色部
分）にコーティングを行い、不透過領域としたものであ
る。

【００２１】さらに、図６は絞り板の他の例を示してい
る。図６に示すように絞り板の形状は円形であって、そ
の同心円上に開口部分を有する物であっても良い。この
ように、絞り板が円形である場合には、図１のようにア
クチュエータで絞り板を平行移動させる代わりに、モー
タによって絞り板を回転制御して、絞り板を通過するビ
ームのビーム径を変更させる。絞り板８４は、その同心
円上に径の異なる円形の開口部を複数備えて構成されて
いる。また、絞り板８５は平行平面ガラスより成り、円
形の透過部分以外の部分（図の灰色部分）がコーティン
グされ、不透過領域となっている。絞り板８６は、その
同心円上に大きさが段階的に変化する１つの開口部を備
えて構成されている。また、絞り板８７は平行平面ガラ
スより成り、大きさが段階的に変化する透過部分以外の
部分（図の灰色部分）がコーティングされ、不透過領域
となっている。

【００２２】以上で説明した、本発明の光走査装置及び
露光装置は、２つの走査光学系を有するものであった
が、図１から一つの走査光学系を削除することで、走査
光学系が１つの場合の光走査装置が実現される。また、
図１の光走査装置の走査光学系に並列に走査光学系を追
加することで、３以上の数の走査光学系を有する光走査
装置が実現される。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビーム径の異なるレーザ光源を複数備えることなく、一
つの光源によって、任意の解像度で描画を行うことが可
能である。したがって、複数の光源を備えて複数の解像
度を実現する従来の装置と比較すると、装置を小型・軽
量化することができ、また、光源の出力の調整、ビーム
のＯＮ／ＯＦＦ変調を別々にコントロールする必要がな
く制御が簡潔になる。

【００２４】さらに、走査光学系を複数備える分割露光
装置を構成する場合にも、本発明においては、ビームス
プリッタの前でビーム径を変える為、各走査光学系毎に
光源及びその制御回路を備える必要はなく、光源、絞り
板及び制御回路は一組で良い。従って、この場合にも装
置を小型・軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光走査装置を示すブロック図である。

【図２】図１の絞り板付近の拡大図である。

【図３】図１の光走査装置を搭載した分割露光装置の正
面図である。

【図４】図３の分割露光装置の側面図である。

【図５】長方形の絞り板の例を示す図である。

【図６】円盤状の絞り板の例を示す図である。

【符号の説明】

１ 分割露光装置 ２ レーザ光源 ３ レーザビーム ４ 反射鏡 ５ 反射鏡 ６ ビームスプリッタ ７ 走査ユニット ８ 反射鏡 ９ 感光材 １０ 移動ステージ １１ 基台 １２ 一軸テーブル １３ サーボモータ ３４ 光変調器 ３８ 光偏光器 ３９ 反射鏡 ４４ ホログラムディスク ４５ モータ ４６ ベンダー ４７，４８ 非球面鏡 ５０，５１ ビームエキスパンダレンズ ５２ 絞り板 ５３ アクチュエータ ６０ 制御マイコン ６１ ピエゾ／ＡＯＭコントローラ ６２ レーザ／ＡＯＭコントローラ ６３ モータコントローラ ６４ エンコーダドライバ ６５ モータドライバ ６６ ピエゾドライバ ６７ ＡＯＭドライバ ６８ レーザドライバ ６９ アクチュエータドライバ ７０ アクチュエータコントローラ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一つのレーザビームを射出する光源と、 描画データに基づいてレーザビームを変調する光変調器
   と、 前記変調されたビームを感光材上で主走査方向に偏向さ
   せるための走査光学系とを備え、 前記光源と光変調器との間に、 ビーム径を拡張するビーム拡張手段と、 前記ビーム径を拡張されたビームのビーム径を絞る為の
   絞り板と、 前記絞り板を動作させる絞り板制御手段とを備え、 前記絞り板制御手段により、前記絞り板を動作させてビ
   ーム径を変更し、描画解像度を変更すること、 を特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 一つのレーザビームを射出する光源と、 前記レーザビームを複数のビームに分割するビーム分割
   手段と、 描画データに基づいて複数のレーザビームをそれぞれ変
   調する光変調器と、 前記変調されたビームを感光材上で主走査方向に偏向さ
   せるための走査光学系とを備え、 前記光源と前記ビーム分割手段との間に、 ビーム径を拡張するビーム拡張手段と、 前記ビーム径を拡張されたビームのビーム径を絞る為の
   絞り板と、 前記絞り板を動作させる絞り板制御手段とを備え、 前記絞り板制御手段により、前記絞り板を動作させてビ
   ーム径を変更し、描画解像度を変更すること、 を特徴とする光走査装置。
3. 【請求項３】 前記絞り板は、段階的にサイズが変更す
   る開口部を有すること、 を特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 前記絞り板は、連続的にサイズが変化す
   る開口部を有すること、 を特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
5. 【請求項５】 前記絞り板制御手段が、前記絞り板を平
   行移動させ、ビームの経路上にサイズの異なる開口部を
   配置し、ビーム径を変更すること、 を特徴とする請求項３又は４に記載の光走査装置。
6. 【請求項６】 前記絞り板制御手段が、前記絞り板を回
   転させ、ビームの経路上にサイズの異なる開口部を配置
   し、ビーム径を変更すること、 を特徴とする請求項３又は４に記載の光走査装置。
7. 【請求項７】 一つのレーザビームを射出する光源と、 描画データに基づいてレーザビームを変調する光変調器
   と、 前記変調されたビームを感光材上で主走査方向に偏向さ
   せるための走査光学系とを備え、 前記光源と前記光変調器との間に、 ビーム径を拡張するビーム拡張手段と、 前記ビーム径を拡張されたビームのビーム径を絞る為の
   絞り板と、 前記絞り板を動作させる絞り板制御手段とを備え、 さらに、副走査方向に移動可能な一軸テーブルと、 前記一軸テーブル上に取り付けられ、上下方向に移動可
   能な移動ステージとを備え、 前記絞り板制御手段が、前記絞り板を動作させてビーム
   径を変更することにより、前記移動ステージ上に載置さ
   れる感光材を、異なる解像度で描画すること、 を特徴とする露光装置。
8. 【請求項８】 一つのレーザビームを射出する光源と、 前記レーザビームを複数のビームに分割するビーム分割
   手段と、 描画データに基づいて複数のレーザビームをそれぞれ変
   調する光変調器と、 前記変調されたビームを感光材上で主走査方向に偏向さ
   せるための走査光学系とを備え、 前記光源と前記ビーム分割手段との間に、 ビーム径を拡張するビーム拡張手段と、 前記ビーム径を拡張されたビームのビーム径を絞る為の
   絞り板と、 前記絞り板を動作させる絞り板制御手段とを備え、 さらに、副走査方向に移動可能な一軸テーブルと、 前記一軸テーブル上に取り付けられ、上下方向に移動可
   能な移動ステージとを備え、 前記絞り板制御手段が、前記絞り板を動作させてビーム
   径を変更することにより、前記移動ステージ上に載置さ
   れる感光材を、異なる解像度で描画すること、 を特徴とする露光装置。
9. 【請求項９】 前記絞り板は、段階的にサイズが変更す
   る開口部を有すること、 を特徴とする請求項７又は８に記載の露光装置。
10. 【請求項１０】 前記絞り板は、連続的にサイズが変化
    する開口部を有すること、 を特徴とする請求項７又は８に記載の露光装置。
11. 【請求項１１】 前記絞り板制御手段が、前記絞り板を
    平行移動させ、ビームの経路上にサイズの異なる開口部
    を配置し、ビーム径を変更すること、 を特徴とする請求項９又は１０に記載の露光装置。
12. 【請求項１２】 前記絞り板制御手段が、前記絞り板を
    回転させ、ビームの経路上にサイズの異なる開口部を配
    置し、ビーム径を変更すること、 を特徴とする請求項９又は１０に記載の露光装置。