JP2005121959A - 両面露光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 基板の表裏に描画される回路パターンの位置合わせ精度を向上しつつ、露光工程に要する時間を短縮する。
【解決手段】 両面露光装置10は、被描画体上面16Uを第1走査光源ユニット12により、被描画体下面16Dを第2走査光源ユニット13により同時に露光させる。そして、第1及び第2走査光源ユニット12、13から照射されるレーザ光の照射位置を、第1CCDカメラ47と第2CCDカメラ49とによりそれぞれ同時に撮影することにより、被描画体上面16U上の露光点P1と、被描画体下面16D上の露光点P2の位置を確認する。露光点P1及びP2の位置に基づいて、必要に応じて第1及び第2反射鏡36、38を制御してレーザ光の光路を調整し、露光点P1及びP2の位置を最適化する。両面露光装置による露光は、被描画体16を反転させることなく両面同時に進行するために、短時間で行われる。
【選択図】 図2

Description

本発明は、基板の表裏に回路パターンを作画する露光装置に関する。
通常、プリント基板は、絶縁材料の板の表裏に銅等の導電材料により回路パターンを作成してある内層板を、積層させることにより製作される。回路パターンを形成するため、例えば直接描画法においては、銅張積層板にフォトレジストを塗布、あるいはラミネートし、その表面においてパターンに相当する部分にレーザ光を照射して硬化させ、後処理において、硬化した部分以外が除去される。
複数の回路パターンが重ね合わせられる、いわゆる多層基板等においては、異なる層に作画される回路パターン同士を正確に対応させることが重要であり、このためには高い位置合わせ精度が必要とされる。このため、従来、対応させる基板のそれぞれに位置決めマークを描画するか、または位置決め用の穴を空け、それらをカメラ等で撮影し、これらの基板の相対的な位置データにより、回路パターンが所定の位置に描画されるように制御される(例えば特許文献1)。
特開平11−95452号公報(段落[0003])
基板の両面に回路パターンを形成する場合、基板を裏返す工程が必要になるため、表面と裏面でそれぞれ基板の位置決めマーク等を計測する必要があり、また、基準となる基板の位置決め用のマークは、表裏それぞれで異なり、また穴では表裏で見え方が異なる場合があり誤差が積算されてしまうといった問題がある。さらに、基板の裏返し工程により、露光工程全体に要する時間が長くなるといった問題もある。
そこで本発明は、基板の表裏に描画される回路パターンの位置合わせ精度の向上と、露光工程に要する時間の短縮を目的とする。
本発明の両面露光装置は、板状、フィルム状、帯状など少なくとも2つの面を有する形態である被描画体の2つの面に対して露光を行う。この両面露光装置は、被描画体を所定の位置に保持する被描画体保持ユニットと、被描画体の2つの面に設けられた露光領域に光を照射するための光源と、光源から照射された光を主走査方向に走査させる光走査ユニットと、光走査ユニットにより走査された光が、被描画体に照射される位置を確認する光路確認手段と、被描画体への光の照射位置を調整する光路調整手段とを備え、被描画体の2つの面の副走査方向の照射位置を一致させて同時に露光することが可能である。
前記被描画体保持ユニットが、露光領域を露出しつつ、光源から照射された光の光路に対して、被描画体の全面が垂直になるように被描画体を保持することが好ましい。
両面露光装置には、例えば被描画体保持ユニットが複数設けられる。この場合、これらの被描画体保持ユニットの全てが独立に相対移動することにより、被描画体を一定の張力で保持することが好ましい。そして、被描画体保持ユニットは、所定の方向(副走査方向)に沿って往復動自在であることが好ましい。
また、被描画体保持ユニットは、被描画体の両端部に接する複数の保持部材を有することが好ましく、さらにこの場合、保持部材の位置は、被描画体の大きさに応じて調整可能であることが望ましい。例えば、保持部材はロボットハンドにより構成される。
被描画体保持ユニットは、被描画体を保持する張力を一定に保つための張力調整機構をさらに有することが好ましい。張力調整機構としては、例えばバネが用いられる。
両面露光装置は、感光性などの表面特性を損なうことなく被描画体を保持しつつ、被描画体を被描画体保持ユニットに供給するための被描画体供給ユニットをさらに有していることが好ましい。被描画体供給ユニットは、被描画体表面に接する複数の、あるいは1つの接触部材を含んでいることが好ましく、この場合、接触部材の位置は、被描画体の大きさに応じて調整可能であることが望ましい。接触部材は、例えば多孔質素材から成形された吸着板であって、吸着板の内部を減圧することにより被描画体を保持する。この吸着板の内部は、部分的に減圧するために分室構造であっても良い。
両面露光装置は、光源を移動させる光源移動ユニットをさらに有していて、多数の変調素子により形成された光源と光源移動ユニットとを含む投影光源ユニットが、走査光を被描画体に照射することが望ましい。
両面露光装置は、被描画体の2つの面に設けられた露光領域における副走査方向の光の照射位置が、光路確認手段により同時に確認されることがより望ましい。光路確認手段としては、例えば、被描画体の両面の露光領域における照射位置を同時に撮影するCCDカメラが用いられる。この場合、露光位置のずれを測定するためのスケールと共に露光位置を撮影し、検出された露光位置をチャート上に表示することが好ましい。
被描画体は、例えば帯状であって、この場合、被描画体をロール状に巻き取るローラ部材を両面露光装置がさらに有していることが好ましい。そして、この被描画体を、被描画体保持ユニットにより一定の張力で保持しつつローラ部材により巻き取りながら、被描画体両面の露光領域に光を照射することが好ましい。
本発明の両面露光装置による、表裏の面に同時に回路パターンを露光する描画においては、被描画体の反転時に生じうる位置ずれを抑制できる。さらに、両面の照射位置を同時に直接確認するため、従来の位置決めマークによる間接的な位置補正よりも精度の高い位置合わせが可能となる。また、表裏の露光を同時に進められるため、露光工程に要する時間が大幅に短縮される。
以上のように本発明によれば、両面露光装置を用いて、描画における表裏の位置合わせ精度の向上と、露光工程に要する時間の短縮を実現できる。
以下、本発明の第1の実施形態を、図面を参照して説明する。図1は、両面露光装置の一部を概略的に示す斜視図である。
両面露光装置10は、第1走査光源ユニット12、第2走査光源ユニット13、レールガイド14、光路調整ユニット(図示せず)、及び被描画体供給ユニット(図示せず)を含む。そして、第1及び第2走査光源ユニット12、13から放射されたレーザ光LBは、光路調整ユニットにより光路調整される。一方、プリント基板である被描画体16は、その両面に露光される領域(以下露光領域という)を備えており、レーザ光LBを同時に2方向から照射される。
レールガイド14の上面14Uには、第2走査光源ユニット13から照射されるレーザ光LBを通過させるために、その中央領域に穴14Hが設けられている。また、レールガイド上面14Uには、被描画体16の両端を固定するための第1被描画体保持ユニット18及び第2被描画体保持ユニット20が設置される。さらに、これらの第1及び第2被描画体保持ユニット18、20が、副走査方向(レールガイド上面14Uの長手方向)に移動するための第1〜第4ガイドレール22〜25が設けられている。
第1及び第2被描画体保持ユニット18、20は、図示しない駆動手段(例えば、モータ)によって、想像線で示す被描画体固定位置と、実線で示す露光位置の間を往復自在に移動する。第1及び第2被描画体保持ユニット18、20が、被描画体固定位置において被描画体供給ユニットから被描画体16を受取ると、被描画体16表面の露光領域を露出させながら、被描画体16の全面が照射されるレーザ光LBの光路に対して垂直になるように保持しつつ、露光位置に向かって移動し、一定速度で移動しながら露光処理が行われ、露光が終了すると再び被描画体固定位置に戻る。なお、第1走査光源ユニット12、第2走査光源ユニット13、レールガイド14、及び被描画体供給ユニットの動作は、描画制御部30によって制御される。
図2は、両面露光装置の側面図である。
第1及び第2被描画体保持ユニット18、20は、レールガイド14の第1〜第4ガイドレール22〜25に沿って独立に相対移動可能であり、これにより被描画体16を適当な張力によって保持しながら運ぶことができる。
第1走査光源ユニット12は、光源11からのレーザ光を、副走査方向に直交する主走査方向に走査する走査光に変換するための光走査ユニットであり、レーザ光を変調するための変調素子である第1音響光学素子42、レーザ光を主走査方向に走査させるための第1ポリゴンミラー26、及び第1fθレンズ32を備えている。同様に第2走査光源ユニット13は、第2音響光学素子44、第2ポリゴンミラー28、及び第2fθレンズ34を備えている。
光源11から照射されるレーザ光LBは、ビームスピリッタ27によって2つのレーザ光LB1とLB2とに分割され、レーザ光LB1はさらにビームベンダ29によって光路を変更される。レーザ光LB1は第1音響光学素子42に入射し、変調された後に、第1ポリゴンミラー26に照射される。そして、レーザ光LB1は第1fθレンズ32を経て、光路調整ユニットである第1反射鏡36によって反射され、被描画体16の上面16Uに照射される。一方、レーザ光LB2は、第2音響光学素子44によって変調されて第2ポリゴンミラー28に照射され、第2fθレンズ34を経て光路調整ユニットである第2反射鏡38によって反射され、被描画体の下面16Dに照射される。こうして両面の露光が同時に進行し、さらに被描画体の反転工程が不要となるため、露光は短時間で行われる。
第1及び第2走査光源ユニット12、13によって走査されるレーザ光LB1、LB2の照射範囲は、被描画体上面16U、被描画体下面16Dに限られず、第1ガイドレール22からレールガイド上面14Uの端部(図2の被描画体16より紙面奥側)にかけても及ぶ。そして、第1ガイドレール22と、レールガイド上面14Uの第1ガイドレール22側の端部との間の領域には、保持された被描画体16よりもわずかに高い位置に第1ハーフプリズム37、被描画体16よりもわずかに低い位置に第2ハーフプリズム39が設けられている。また、第1ハーフプリズム37と第2ハーフプリズム39との間には、光を透過しない仕切り板(図示せず)が、被描画体16と平行で、且つ同じ高さになるように設けられている。第1及び第2走査光源ユニット12、13からのレーザ光LB1、LB2の一部は、それぞれ第1及び第2ハーフプリズム37、39に入射し、それぞれ仕切り板に達する。これらの仕切り板に達した入射光の一部は、仕切り板上で入射方向に対して垂直に反射され、それぞれ第1及び第2ハーフプリズム37、39を再び経由して、レーザ光LB1’、LB2’として副走査方向に折り返される。
レーザ光LB1’及びLB2’は、第1CCDカメラ47、及び第2CCDカメラ49にそれぞれ入射する。第1及び第2CCDカメラ47、49は、第1及び第2ハーフプリズム37、39とそれぞれほぼ同じ高さにあり、光学系の光軸が副走査方向に平行となるように配置されている。
第1及び第2CCDカメラ47、49はレーザ光LB1’及びLB2’を、それぞれ同時に撮影する。これらのレーザ光LB1’及びLB2’は、主走査方向に走査されるレーザ光LB1及びLB2の一部を、副走査方向に折り返したものであるため、レーザ光LB1’及びLB2’のビーム位置を同時に測定、比較することにより、レーザ光LB1及びLB2の、副走査方向のビーム位置が一致しているか否かが判断される。そして、第1及び第2CCDカメラ47、49によって確認されたレーザ光LB1とレーザ光LB2とのビーム位置の位置関係は、露光点P1とP2の位置関係と一致するため、被描画体上面16Uと被描画体下面16Dとにおける副走査方向の照射位置(露光点P1、P2)が一致しているか否か、も判断される。
副走査方向のビーム位置測定結果により、露光点P1、P2の位置が所定の許容範囲を越えてずれており、露光点P1、P2の位置を変更する必要があると判断されると、描画制御部30により制御される第1及び第2反射鏡36、38が、光路を変更する。この光路変更後に、第1及び第2CCDカメラ47、49によりレーザ光LB1’及びLB2’のビーム位置を再測定することにより、露光位置の最適化が確かめられる。このように両面露光においては、被描画体上面16Uと被描画体下面16Dの副走査方向の照射位置(露光点P1、P2)が略同一となるため、位置決めマーク等は不要であり、位置合わせ精度が高まる。
図3は、被描画体供給ユニット50による両面露光装置10への被描画体16の供給動作を示す側面図である。
被描画体供給ユニット50は、被描画体16を第1及び第2被描画体保持ユニット18、20へ供給する。被描画体供給ユニット50は、被描画体16に接する第1接触部材52と第2接触部材54とを有する。ここでは、第1及び第2接触部材52、54は、多孔質素材から成形された吸着板であって、被描画体供給ユニット50内の減圧ポンプ(図示せず)によって減圧されることにより、被描画体16を吸着して保持する。被描画体16の表面の感光性等の表面特性を保護するため、第1及び第2接触部材52、54の接触面は滑らかになっている。第2接触部材54の位置は被描画体16の大きさによって調節可能であり、描画制御部30の指示に基づいて、位置可変機構部56によって、調整される。また、第1及び第2接触部材52、54の内部は、部分的な減圧を可能にするため分室構造となっており、基板の大きさや重量に応じて減圧度が調整される。
第1被描画体保持ユニット18と第2被描画体保持ユニット20とは、被描画体16の露光領域に含まれない端部を保持するために、第1保持部材58と第2保持部材60とをそれぞれ有する。第1及び第2保持部材58、60は、ここでは開閉自在なロボットハンドによって構成されていて、描画制御部30の指示に基づいて、被描画体16を受取る際に自動的に開かれ、被描画体16を保持するためにやはり自動的に閉じられる。
図4は、両面露光装置10の平面図である。
レールガイド上面14Uには、第1リニアモータ62及び第2リニアモータ64が設けられ、さらに第1リニアモータ62に沿って第1ガイドレール22及び第2ガイドレール23が、第2リニアモータ64に沿って第3ガイドレール24及び第4ガイドレール25が設けられている。第1及び第2被描画体保持ユニット18、20は、第1及び第2リニアモータ62、64により、レールガイド14上を移動する。なお、先述のように、第1ガイドレール22からレールガイド上面14Uの端部との間の領域には、保持された被描画体16よりもわずかに高い位置に第1ハーフプリズム37と、第1CCDカメラ47とが設けられている。なお、第2ハーフプリズム39(図示せず)と、第2CCDカメラ49(図示せず)とは、それぞれ第1ハーフプリズム37と、第1CCDカメラ47との直下に設けられている。
被描画体16の輪郭を形成する辺のうち、第1及び第2保持部材58、60によって保持される2辺は、いずれも第1及び第2保持部材58、60間に生じる張力によって、その全長に渡って均等に保持される。すなわち、被描画体16は、主走査方向(第1及び第2保持部材58、60に平行な方向)全域に渡って、副走査方向に働く張力が均等になるように安定して保持されるため、露光のための移動は、被描画体16が安定した状態で行われ、描画される回路パターンの位置合わせ精度が良好となる。
第2被描画体保持ユニット20は、第1ガイドレール22及び第2ガイドレール23に接しながら第2保持部材60を支える第1レール係合部材80と、第3ガイドレール24及び第4ガイドレール25に接しながら第2保持部材60を支える第2レール係合部材81とを含む。そして、第2被描画体保持ユニット20の上面の両端付近には、凹部が設けられており、それぞれの凹部に、被描画体16を保持するための張力を調整する第1及び第2張力保持機構46、48が設けられている。先述のように、第1及び第2被描画体保持ユニット18、20のそれぞれが独立に相対移動可能であるために、被描画体16は適当な張力によって保持されるが、第1及び第2張力保持機構46、48により、更なる張力の微調整が可能となる。第1張力保持機構46には、第1及び第2バネ66、67が、第2張力保持機構48には、第3及び第4バネ68、69が、それぞれ設けられている。
図5は、第1張力保持機構46の拡大図である。
第1張力保持機構46は、第1及び第2バネ66、67の他に、ガイドピン82と、ガイドピン82を保持するための第1保持部材84及び第2保持部材86を含む。そして、第1保持部材84と第1レール係合部材80とは、第1固定具88及び第2固定具90により、一体的に固定されている。
図6は、図5のVI―VI線に沿った第1張力保持装置46の断面図である。
ガイドピン82の先端部82Tは、第2被描画体保持ユニット20を貫通して、第1レール係合部材80に埋設されており、ガイドピン82と第1レール係合部材80とは固定されている。従って、第1レール係合部材80、ガイドピン82、及び第1保持部材84は、互いに固定されていて、これらの位置関係は一定である。一方、第2保持部材86は、第1及び第2バネ66、67によってのみ第2被描画体保持ユニット20と連結されていて、第1及び第2バネ66、67の収縮、伸長に伴って、凹部底面20U上を相対的に摺動可能である。また、第2被描体保持ユニット20と第1レール係合部材80との間には、ガイドピン82とは独立に設けられた部材92が配置されているため、第2被描体保持ユニット20と第1レール係合部材80とは直接、接触してはいない。このため、第2被描体保持ユニット20は、第1レール係合部材80上を副走査方向に移動可能である。
第1被描画体保持ユニット18が被描画体16を保持しつつ、矢印Aが示す副走査方向の正の方向に第2被描体保持ユニット20よりも速く移動することにより、必要以上に張力が大きくなると、この副走査方向の正の方向に働く張力は、被描画体16を介して第2被描画体保持ユニット20に伝わる。この結果、第2被描画体保持ユニット20において、ガイドピン82、第1及び第2バネ66、67を副走査方向の正の方向に押圧する力が生じるが、ガイドピン82は第1レール係合部材80及び第1保持部材84と一体化されているため移動しない。従って、第2被描体保持ユニット20は、第1及び第2バネ66、67を押圧しながら、第1レール係合部材80上を副走査方向の正の方向に移動する。
その結果、第1及び第2バネ66、67が収縮する。この収縮により、矢印Bの示す、副走査方向の負の方向に第2被描画体保持ユニット20を押圧する力が付勢され、先に生じた過剰な張力が相殺される。こうして被描画体16を保持する張力は一定に保たれる。なお、第2張力保持装置48は、第1張力保持装置46と同様の構成である。また、先述のように、第1及び第2被描画体保持ユニット18、20のそれぞれが独立に相対移動可能であって、これらの移動が制御されることから、被描画体16は適当な張力によって保持されるが、第1及び第2張力保持機構46、48によって更なる微調整が可能となる。
図7は、第2の実施形態における両面露光装置10の側面図である。
本実施形態においては、帯状の被描画体16をロール状に巻き取るための第1ローラ部材70及び第2ローラ部材72が設けられている。本実施形態における第1及び第2被描画体保持ユニット18、20は、フィルム状の被描画体16を挟んで副走査方向に張力を保持するため、被描画体16は、ここでも適当な張力によって保持されながら露光される。なお、本実施形態は、第1及び第2ローラ部材70、72が設けられ、被描画体供給ユニット50が設けられていない点のみが、第1の実施形態との相違点である。
図8は、第3の実施形態における両面露光装置10の側面図である。
本実施形態においては、DMD等、マトリクス状に多数配置された変調素子により画像を形成する投影光学系を用いた第1光源71と第2光源74とが設けられている。そして、第1光源71と、第1光源71を主走査方向に移動させる第1モータ76とにより、第1投影光源ユニット94が形成される。同様に、第2光源74と第2モータ78とにより、第2投影光源ユニット96が形成される。このように、投影光源が用いられる場合、光源移動ユニットのモータが回転することにより、照明光が、変調素子によって変調されながら主走査方向に沿って走査され、被描画体16が露光される。また、投影光源である第1及び第2光源71、74として、LED等が用いられても良い。なお、本実施形態においては、投影光源ユニットの構成のみが第1の実施形態との相違点である。
第1の実施形態における両面露光装置の一部を概略的に示す斜視図である。 両面露光装置の側面図である。 被描画体供給ユニットの側面図である。 両面露光装置の平面図である。 第1張力保持機構の拡大図である。 図5のVI―VI線に沿った第1張力保持装置の断面図である。 第2の実施形態における両面露光装置の側面図である。 第3の実施形態における両面露光装置の側面図である。
符号の説明
10 両面露光装置
11 光源
12 第1走査光源ユニット
13 第2走査光源ユニット
14 レールガイド
16 被描画体
18 第1被描画体保持ユニット
20 第2被描画体保持ユニット
36 第1反射鏡(光路調整ユニット・光路調整手段)
37 第1ハーフプリズム(光路確認手段)
38 第2反射鏡(光路調整ユニット・光路調整手段)
39 第2ハーフプリズム(光路確認手段)
46 第1張力保持機構(張力調整機構)
47 第1CCDカメラ(光路確認手段)
48 第2張力保持機構(張力調整機構)
49 第2CCDカメラ(光路確認手段)
50 被描画体供給ユニット
52 第1接触部材
54 第2接触部材
58 第1保持部材(ロボットバンド)
60 第2保持部材(ロボットバンド)
71 第1光源
74 第2光源
76 第1モータ(光源移動ユニット)
78 第2モータ(光源移動ユニット)
94 第1投影光源ユニット
96 第2投影光源ユニット

Claims (17)

  1. 少なくとも2つの面を有する被描画体を、所定の位置に保持する被描画体保持ユニットと、
    前記被描画体の2つの面に設けられた露光領域に光を照射するための光源と、
    前記光源から照射された光を主走査方向に走査させる光走査ユニットと、
    前記光走査ユニットにより走査された光が、前記被描画体に照射される位置を確認する光路確認手段と、
    前記被描画体への光の照射位置を調整する光路調整手段と
    を備え、前記被描画体の2つの面の副走査方向の照射位置を一致させて同時に露光することが可能であることを特徴とする両面露光装置。
  2. 前記被描画体保持ユニットが、前記露光領域を露出しつつ、前記光源から照射される光の光路に対して前記被描画体の全面が垂直になるように前記被描画体を保持することを特徴とする請求項1に記載の両面露光装置。
  3. 前記被描画体保持ユニットが複数設けられ、前記被描画体保持ユニットの全てが独立に相対移動して、前記被描画体を一定の張力で保持することを特徴とする請求項2に記載の両面露光装置。
  4. 前記被描画体保持ユニットが、前記副走査方向に沿って往復動自在であることを特徴とする請求項2に記載の両面露光装置。
  5. 前記被描画体保持ユニットが、前記被描画体の両端部に接する複数の保持部材を有することを特徴とする請求項2に記載の両面露光装置。
  6. 前記保持部材の位置が、前記被描画体の大きさに応じて調整可能であることを特徴とする請求項5に記載の両面露光装置。
  7. 前記保持部材が、ロボットハンドにより構成されることを特徴とする請求項5に記載の両面露光装置。
  8. 前記被描画体保持ユニットが、前記被描画体を保持する張力を一定に保つための張力調整機構をさらに有することを特徴とする請求項2に記載の両面露光装置。
  9. 前記被描画体表面を保持しつつ、前記被描画体を前記被描画体保持ユニットに供給する被描画体供給ユニットをさらに有することを特徴とする請求項1に記載の両面露光装置。
  10. 前記被描画体供給ユニットが、前記被描画体表面に接する接触部材を有することを特徴とする請求項9に記載の両面露光装置。
  11. 前記接触部材の位置が、前記被描画体の大きさに応じて調整可能であることを特徴とする請求項10に記載の両面露光装置。
  12. 前記接触部材が、多孔質素材から成形された吸着板であり、前記吸着板の内部を減圧することにより前記被描画体を保持することを特徴とする請求項10に記載の両面露光装置。
  13. 前記吸着板の内部を部分的に減圧するため、前記吸着板が分室構造であることを特徴とする請求項12に記載の両面露光装置。
  14. 前記光源を移動させる光源移動ユニットをさらに有し、
    前記光源が多数の変調素子により形成され、前記光源と前記光源移動ユニットとを含む投影光源ユニットが、走査光を照射することを特徴とする請求項1に記載の両面露光装置。
  15. 前記光路確認手段により、前記被描画体の2つの面に設けられた前記露光領域における副走査方向の光の照射位置が同時に確認されることを特徴とする請求項1に記載の両面露光装置。
  16. 前記被描画体が帯状であって、前記被描画体をロール状に巻き取るローラ部材をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の両面露光装置。
  17. 前記被描画体を、前記被描画体保持ユニットにより一定の張力で保持しつつ前記ローラ部材により巻き取りながら、前記露光領域に光を照射することを特徴とする請求項16に記載の両面露光装置。




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