JP2002169118A - レーザビーム描画装置における音響光学素子定常化システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 音響光学素子から射出されるレーザビームが
描画面における所定の走査ライン上を走査するように一
次回折光の回折方向を安定させる音響光学素子定常化シ
ステムを提供すること。 【解決手段】 レーザビーム描画装置における音響光学
素子定常化システムは、超音波が印加されることにより
駆動し、入射するレーザビームを回折する音響光学素子
を有し、副走査方向に移動する描画面上で該音響光学素
子から射出される回折光を主走査方向に走査させること
により、描画面上に載置された被描画体に所定の描画を
行うレーザビーム描画装置に適用される。該システム
は、レーザビームを照射する光源と、光源と音響光学素
子との間に設けられ、レーザビームを調光する調光手段
と、描画動作時にはレーザビームを透光し、非描画動作
時にはレーザビームを遮光するよう調光手段を駆動制御
するとともに、被描画体の描画動作中であるか否かを問
わず、常に所定の変調信号によって音響光学素子を駆動
制御する制御手段とを有する構成にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザビーム描
画装置のレーザビームを変調するために用いられる音響
光学素子の定常化に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来レーザビーム描画装置では、描画面
に２次元の画像を描画するため、光源から照射されるレ
ーザビームを、超音波の印加の有無によって入射光を回
折させる音響光学素子（以下、ＡＯＭ（acousto-optic
modulator）という）を用いて、描画を行うオン状態と
描画を行わないオフ状態とに変調しつつ、ポリゴンミラ
ー等の偏向手段によって偏向させ、描画面上を所定の方
向に走査させている。

【０００３】図１は、レーザビーム描画装置における光
変調の様子を表している。まず制御部４は描画内容に対
応する描画データに基づいて変調信号を生成する。ドラ
イバ５は、制御部４から送信される変調信号を受信す
る。そしてドライバ５は、該変調信号に対応してＡＯＭ
３に超音波を印加する。ＡＯＭ３に入射するレーザビー
ムは、超音波非印加時には回折せず直進する０次光とな
ってＡＯＭ３から射出される。またレーザビームは、超
音波印加時にはＡＯＭ３内で所定の方向に回折する一次
回折光となってＡＯＭ３から射出される。従来のレーザ
ビーム描画装置では被描画体上を露光する、つまり描画
する描画光として一次回折光を使用している。

【０００４】なお、本明細書ではＡＯＭの回折作用によ
り発生する光のうち、一次回折光と０次光のみを考慮
し、パワーの弱い他の多次回折光については考慮しない
ものとする。

【０００５】レーザビームを変調するＡＯＭは、超音波
を印加すると発熱する特徴を有する。さらにＡＯＭの温
度変化に伴って、一次回折光の回折する方向が所定の方
向から変位する現象が発生する（図１中矢印ｐ参照）。
該現象を放置していては、光路上、ＡＯＭの下流に位置
する偏向手段に対するレーザビームの入射位置が予定さ
れた所定位置からずれることになる。つまりレーザビー
ムは、ＡＯＭが温度変化することによって描画面上に載
置された被描画体の所定の走査ライン上を走査できなく
なる。また、偏向手段に対する入射位置のずれによっ
て、所定のビームスポット形状が得られなくなる。つま
り高精度で描画品質の高い描画が行えない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は上記の
事情に鑑み、音響光学素子から射出されるレーザビーム
が描画面における所定の走査ライン上を走査するように
一次回折光の回折方向を安定させる音響光学素子定常化
システムを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載のレーザビーム描画装置における音響光学素子定常化
システムは、超音波が印加されることにより駆動し、入
射するレーザビームを回折する音響光学素子を有し、副
走査方向に移動する描画面上で該音響光学素子から射出
される回折光を主走査方向に走査させることにより、描
画面上に載置された被描画体に所定の描画を行うレーザ
ビーム描画装置に適用される。該システムは、レーザビ
ームを照射する光源と、光源と音響光学素子との間に設
けられ、レーザビームを調光する調光手段と、描画動作
時にはレーザビームを透光し、非描画動作時にはレーザ
ビームを遮光するよう調光手段を駆動制御するととも
に、被描画体の描画動作中であるか否かを問わず、常に
所定の変調信号によって音響光学素子を駆動制御する制
御手段とを有することを特徴とする。

【０００８】請求項１に記載の発明によれば、非描画動
作時でもＡＯＭは所定の変調信号に対応して超音波が印
加され、予め温度上昇した状態にあるため、描画動作時
は超音波印加によって温度変化しても、一次回折光の回
折方向が変化しない定常状態にあるＡＯＭを提供するこ
とができる。

【０００９】請求項２に記載の発明によれば、上記シス
テムは、音響光学素子を強制駆動させる駆動データを記
憶する記憶手段をさらに有する。この場合、制御手段
は、描画動作時には、各走査において所定の描画内容に
対応した被描画体への露光、非露光が行われるように、
所定の描画内容に対応する描画データを変調信号に変換
して音響光学素子を駆動制御し、非描画動作時には、記
憶手段から読み出した駆動データを変調信号に変換して
音響光学素子を駆動制御することができる。

【００１０】上記駆動データは、描画データとは全く無
関係であっても良いが、駆動データを変換して得られる
変調信号のデューティ比は、描画データを変換して得ら
れる変調信号のデューティ比と略同一であることが望ま
しい（請求項３）。非描画動作時も、描画動作時に与え
られる変調信号のデューティ比と同じデューティ比を持
つ変調信号で駆動制御すれば、ＡＯＭに不必要な負担を
かけずにすむ。無駄な温度変化に伴うＡＯＭの寿命の短
縮や他の部材への影響を低減することができる。

【００１１】請求項５に記載の発明によれば、上記音響
光学定常化システムは、複数のレーザビームを変調する
ことができる、いわゆるマルチチャンネル式ＡＯＭにも
適用することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】まず、本発明にかかるＡＯＭ定常
化システムを搭載するレーザビーム描画装置１００につ
いて説明する。図２はレーザビーム描画装置１００の概
略構成図である。レーザビーム描画装置１００は、光源
１、メカニカルシャッタ２、ＡＯＭ３、制御部４、ドラ
イバ５、メモリ６とを備えるＡＯＭ定常化システム５０
に加え、ポリゴンミラー７、ｆθレンズ８、描画テーブ
ル９、ミラー１０、光検出器１１とを有している。描画
テーブル９上には、被描画体Ｄが載置されている。

【００１３】なお、本実施形態におけるＡＯＭ３、制御
部４、ドライバ５は、上述した従来のレーザビーム描画
装置に設けられるものと同一のものであるため、図１と
同一の符号を付してある。

【００１４】従来、被描画体Ｄへの描画動作は、以下の
ようにして行われる。なお、以下の本文では、説明の便
宜上、被描画体Ｄ一枚に所定の描画パターンを描画する
ことを描画動作といい、一走査する間に変調されたレー
ザビームが被描画体Ｄに入射する（描画する）ことを露
光、入射しない（描画しない）ことを非露光という。光
源１から照射されるレーザビーム（図２中矢印線）は、
シャッタ２を介して、ＡＯＭ３に入射する。光源１は、
レーザビーム描画装置１００の電源がオンされるとオフ
されるまで、レーザビームを照射しつづける状態にある
ため、描画動作時以外はシャッタ２によって遮光される
構成になっている。シャッタ２は、制御部４によって駆
動制御される。

【００１５】制御部４は、所定の描画内容に対応する描
画データが外部入力手段（不図示）によって入力される
と、その描画データに基づいて変調信号を生成し、変調
信号をドライバ５に送信することにより、ＡＯＭ３を駆
動制御する。

【００１６】ドライバ５およびＡＯＭ３の動作について
は、従来技術の項で既に述べたので、ここでの説明は省
略する（図１参照）。被描画体Ｄを露光する一次回折光
は、ポリゴンミラー７に導かれる。

【００１７】ポリゴンミラー７は、複数の偏向面を有す
る。ポリゴンミラー７は、図示しないモータの駆動によ
って、一定方向に回転しており、入射するレーザビーム
（一次回折光）を偏向する。

【００１８】ポリゴンミラー７の各偏向面により偏向さ
れるレーザビームは、ｆθレンズ８を介して、被描画体
Ｄ上を主走査方向に走査する。レーザビームが被描画体
Ｄ上を走査する間、描画テーブル９が主走査方向に対し
垂直な方向（図２紙面に対して垂直な方向）に平行移動
することにより、２次元の画像が被描画体Ｄ上に描かれ
る。

【００１９】なお、描画領域外に配置されたミラー１０
にｆθレンズ８を介して入射したレーザビームは、光検
出器１１に受光される。光検出器１１は、受光すると所
定の信号を制御部４に送信する。制御部４は、光検出器
１１からの信号に基づいて、走査ごとの露光開始位置を
特定し、変調信号の送信タイミングを調整している。

【００２０】このように、従来、ＡＯＭ３は、描画動作
時のみ駆動している。ここで、ＡＯＭ３には次に述べる
ような性質を有する。図３は、特定のＡＯＭ３に超音波
を印加しつづけたときの一次回折光の回折方向の変化を
表したもので、横軸が超音波印加時間つまりＡＯＭ３の
温度変化、縦軸が回折方向の変位（単位：mrad）を示
す。図３に示すように、超音波をＡＯＭ３に印加しつづ
けると発熱に伴い一次回折光の回折方向が変化しつづ
け、やがて所定の位置で略安定する。安定した後は、超
音波を印加しつづけても温度は平衡であるため、回折方
向は変わらない。

【００２１】以下の本文では、一次回折光の回折方向が
変化しつづける状態を過渡状態といい、一次回折光の回
折方向が所定位置で略安定した状態を定常状態という。
レーザビーム描画装置に搭載されるＡＯＭには、個体差
があるが、どのＡＯＭであっても図３に示すような性質
を持つ。過渡状態にある時間についても搭載されるＡＯ
Ｍごとに個体差はあるものの、およそ被描画体Ｄ一枚を
描画する時間に等しい。

【００２２】一次回折光の回折方向が安定していなけれ
ば、被描画体Ｄを高精度で描画することはできない。そ
のため、ＡＯＭ３は常に所定温度以上、つまり定常状態
でなければならない。しかし上記の通り、従来は、実際
に描画動作が行われるときにのみＡＯＭ３を駆動させて
いたため、描画動作中に温度変化が起こり、ＡＯＭ３が
定常状態になる前に描画動作が終了してしまう。つま
り、一次回折光の回折方向が変化している状態で被描画
体Ｄ上を走査するため、描画データどおりの高精細な描
画結果が得られない。描画動作終了後は次の描画動作が
行われるまでＡＯＭ３は駆動されず自然に冷却されるた
め、次の被描画体Ｄを描画するときも、やはりＡＯＭ３
は過渡状態にあり、温度変化による回折方向の変化が生
じてしまう。

【００２３】そこで、本発明は、レーザビーム描画装置
１００の電源がオン状態のときは、描画動作の如何を問
わず、制御部４に、ドライバ５を介してＡＯＭ３を駆動
制御させることにより、描画動作時のＡＯＭ３を定常状
態に維持している。

【００２４】具体的には、制御部４は、描画動作時に
は、従来の通り描画データに基づいて変調信号を生成
し、該変調信号によってＡＯＭ３を駆動制御する。さら
に制御部４は、描画動作をしない時（非描画動作時）に
もＡＯＭ３に適度な超音波を印加してＡＯＭ３を過渡状
態にならないようにしている。非描画動作時とは、電源
をオンしてから最初の被描画体Ｄに対する描画動作を行
うまでの間や、描画終了した被描画体Ｄを搬送し次の被
描画体Ｄが描画テーブル９に載置されるまでの間等を意
味する。

【００２５】非描画動作時の変調信号を生成するため
に、本実施形態はＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ６に
駆動データを記憶させておく。駆動データとは、描画デ
ータとは無関係のデータで、ＡＯＭ３を強制的に駆動さ
せるためのデータである。

【００２６】単にＡＯＭ３を定常状態に維持するのであ
れば、駆動データは、常にＡＯＭ３に超音波を印加する
データであれば足りる。しかしＡＯＭ３に超音波を印加
しつづけると、過度に発熱して、ＡＯＭ３自身が故障し
たり、他の部材へ悪影響を及ぼしたりして描画精度を落
とす原因になるため適切ではない。一般に、被描画体Ｄ
に描画される描画パターンは、レーザビーム描画装置１
００ごとに大概定まっている。そこで、各レーザビーム
描画装置１００で最も頻繁に使用される描画データによ
って生成される変調信号と略同一のデューティ比を備え
る変調信号を生成できる駆動データを、レーザビーム描
画装置１００出荷時の初期設定においてメモリ６に記憶
する。

【００２７】非描画動作時、制御部４は、メモリ６から
読み出した駆動データに基づいて変調信号を生成する。
該変調信号をドライバ５に送信することで、非描画動作
時であっても、ＡＯＭ３を駆動制御する。上記の通り、
該変調信号は、描画時に用いられる変調信号と略同一の
デューティ比であるので、過度な負担をかけずＡＯＭ３
に適度な超音波を印加し定常状態にすることができる。

【００２８】図４は、上記した制御部４のＡＯＭ３の駆
動制御を表したタイミングチャートである。図４に示す
ように、レーザビーム描画装置１００の電源がオンの間
は（図４（１））、描画動作時は描画データに基づいて
生成される変調信号に従って（図４（３））、非描画動
作時は駆動データに基づいて生成される変調信号に従っ
て（図４（４））、ＡＯＭ３は常時駆動制御される（図
４（５））。

【００２９】ＡＯＭ３は常時駆動制御されているが、描
画動作が実行されるときにのみ（描画データに基づく変
調信号によってＡＯＭ３が駆動されるときにのみ）、制
御部４の制御によりシャッタ２が開きレーザビームがＡ
ＯＭ３に入射する（図４（２））ため、駆動データに基
づき変調制御されるＡＯＭ３にレーザビームが入射する
ことはない。つまり、非描画動作時にＡＯＭ３を駆動し
ても描画テーブル９上にレーザビームが入射することは
ない。そのため、搬送または載置途中の被描画体Ｄに不
必要な露光がされるおそれはない。

【００３０】ここで、図４（３）、（４）は、変調信号
そのものの波形を示すのではなく、変調信号が制御部４
からドライバ５に送信されるタイミングを示している。
つまり、図４（３）、（４）中の斜線で囲まれたブロッ
ク内にあるとき、描画データ等に基づいて細かく振動す
る波形を有する変調信号がドライバ５に送信されている
ことを意味する。同様に、図４（６）も、描画動作が実
行されるタイミングを示すものである。つまり、図４
（６）の斜線で囲まれたブロック内にあるとき、図４
（３）の変調信号に基づいて変調されたレーザビームが
被描画体Ｄ上を走査し、露光・非露光を繰り返すこと
で、所定の描画パターンが得られる。

【００３１】以上が本発明の実施形態である。本発明は
これらの実施形態に限定されるものではなく趣旨を逸脱
しない範囲で様々な変形が可能である。

【００３２】例えば、上記実施形態では単一のレーザビ
ームで描画を行う描画装置について説明したが、光源１
から照射されるレーザビームをビームスプリッタ等を用
いて互いに平行な複数のビームに分割し、該複数のビー
ムを用いて非描画体Ｄに所定の描画を行う描画装置（マ
ルチビーム描画装置）に搭載されるＡＯＭに対しても適
用可能である。

【００３３】さらに、上記実施形態では、駆動データに
基づいて非描画動作時のＡＯＭ３の駆動制御をしている
が、駆動データを使用せずにＡＯＭ３の駆動制御をする
ことも可能である。例えば、上記実施形態においてメモ
リ６に保存される駆動データの代わりに、前回の描画動
作で使用された描画データをメモリ６に保存しておき、
その描画データに基づいて、非描画動作時のＡＯＭ３の
駆動制御を行っても良い。

【００３４】また、ＡＯＭ３の温度を検出する温度検出
センサを設けて、実際のＡＯＭ３の温度からＡＯＭ３の
定常化を図ることもできる。ＡＯＭ３近傍に配設された
温度検出センサは、ＡＯＭ３の温度を検出し、制御部４
に検出結果を送信する。この変形例では、制御部４は、
搭載されているＡＯＭ３が定常状態に安定する温度をデ
ータとして予め備えている。制御部４は、温度検出セン
サからの検出結果を定常状態に安定する温度にするよう
な変調信号を自動的に生成し、必要に応じてＡＯＭ３に
超音波を印加させることにより、非描画動作時のＡＯＭ
３の駆動制御を行う。この変形例では、温度検出によ
り、実際にＡＯＭ３が定常状態にあるかどうかを制御部
４が判断する。そのため、判断結果をレーザビーム描画
装置１００の表示手段に表示して、ユーザが視覚的にＡ
ＯＭ３の定常状態を確認する構成にすることも可能であ
る。

【００３５】

【発明の効果】上述のとおり、本発明によれば、非描画
動作時にも駆動データに基づく変調信号によって、ＡＯ
Ｍを駆動制御し、ＡＯＭを常時定常状態に維持すること
により、描画動作時に描画光となる一次回折光のＡＯＭ
内での回折方向を常に安定させ、高精細かつ高品質の描
画結果を得ることができる。

【００３６】マルチビーム描画装置では、分割された各
ビーム同士の間隔、つまり非描画体Ｄ上に形成される各
ビームスポットの間隔がより均等であればあるほど、高
精細な描画パターンを描画することができる。従って本
発明をマルチビーム描画装置に適用することにより、Ａ
ＯＭから射出される複数の一次回折光の回折方向が常に
安定させることができ、より高精細な描画結果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＡＯＭの動作を表す。

【図２】本発明の実施形態のＡＯＭ定常化システムを搭
載するレーザビーム描画装置の概略構成図である。

【図３】ＡＯＭの性質を表すグラフである。

【図４】本発明の実施形態のＡＯＭの駆動制御を表すタ
イミングチャートである。

【符号の説明】

１ 光源 ２ メカニカルシャッタ ３ ＡＯＭ ４ 制御部 ５ ドライバ ６ メモリ ５０ ＡＯＭ定常化システム

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波が印加されることにより駆動し、
   入射するレーザビームを回折する音響光学素子を有し、
   副走査方向に移動する描画面上で前記音響光学素子から
   射出される回折光を主走査方向に走査させることによ
   り、前記描画面上に載置された被描画体に所定の描画を
   行うレーザビーム描画装置において、 前記レーザビームを照射する光源と、 前記光源と前記音響光学素子との間に設けられ、前記レ
   ーザビームを調光する調光手段と、 描画動作時には前記レーザビームを透光し、非描画動作
   時には前記レーザビームを遮光するよう前記調光手段を
   駆動制御するとともに、描画動作中であるか否かを問わ
   ず、常に所定の変調信号によって前記音響光学素子を駆
   動制御する制御手段と、を有することを特徴とするレー
   ザビーム描画装置における音響光学素子定常化システ
   ム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザビーム描画装置
   における音響光学素子定常化システムにおいて、 音響光学素子を強制駆動させる駆動データを記憶する記
   憶手段をさらに有し、 前記制御手段は、描画動作時には、各走査において所定
   の描画内容に対応した前記被描画体への露光、非露光が
   行われるように、所定の描画内容に対応する描画データ
   を変調信号に変換して前記音響光学素子を駆動制御し、
   非描画動作時には、前記記憶手段から読み出した前記駆
   動データを変調信号に変換して前記音響光学素子を駆動
   制御すること、を特徴とするレーザビーム描画装置にお
   ける音響光学素子定常化システム。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のレーザビーム描画装置
   における音響光学素子定常化システムにおいて、 前記駆動データを変換して得られる変調信号のデューテ
   ィ比は、前記描画データを変換して得られる変調信号の
   デューティ比と略等しいことを特徴とするレーザビーム
   描画装置における音響光学素子定常化システム。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のレーザビーム描画装置
   における音響光学素子定常化システムにおいて、 前記制御手段は、描画時に前記描画データを前記記憶手
   段に記憶させ、非描画時には、前記記憶手段に記憶され
   た前記描画データを前記駆動データとして使用すること
   を特徴とするレーザビーム描画装置における音響光学素
   子定常化システム。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
   のレーザビーム描画装置における音響光学素子定常化シ
   ステムにおいて、 前記音響光学素子は、描画動作時、複数のレーザビーム
   を変調し、 前記レーザビーム描画装置は、前記音響光学素子から射
   出される複数の回折光を同時に被描画体上で走査させる
   ことにより、描画を行うことを特徴とする、レーザビー
   ム描画装置における音響光学素子定常化システム。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のレーザビーム描画装置
   における音響光学素子定常化システムにおいて、 前記音響光学素子の温度を検出する温度検出手段をさら
   に有し、 前記制御手段は、描画動作時には、各走査において所定
   の描画内容に対応した前記被描画体への露光、非露光が
   行われるように、所定の描画内容に対応する描画データ
   を変調信号に変換して前記音響光学素子を駆動制御し、
   被描画動作時には、前記温度検出手段により検出される
   実際の温度が、前記音響光学素子が定常状態であるとき
   の所定温度と一致するように、変調信号を自動生成し、
   前記音響光学素子を駆動制御すること、を特徴とする音
   響光学素子定常化システム。