JP2005266779A - Exposure apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、露光装置及び方法に関し、特に、画像情報に応じて空間変調素子等により変調された光ビームで感光材料を露光する露光装置及び方法に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus and method, and more particularly to an exposure apparatus and method for exposing a photosensitive material with a light beam modulated by a spatial modulation element or the like according to image information.
従来から、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)等の空間光変調素子(SLM)を利用し、画像データ(画像情報)に応じて変調された光ビームで画像露光を行う露光装置が種々提案されている。 Conventionally, various exposure apparatuses that use a spatial light modulation element (SLM) such as a digital micromirror device (DMD) to perform image exposure with a light beam modulated according to image data (image information) have been proposed. ing.
例えば、DMDは、制御信号に応じて反射面の角度が変化する多数のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に2次元状に配列されたミラーデバイスであり、このDMDを用いた図18に示される従来のデジタル走査露光方式(マスクレス露光方式)の露光装置300では、レーザ光を照射する光源、光源から照射されたレーザ光をコリメートするレンズ系、レンズ系の略焦点位置に配置されたDMD、DMDで反射されたレーザ光を走査面上に結像するレンズ系、を備えた露光ヘッド(スキャナ)302により、画像データ等に応じて生成した制御信号によりDMDのマイクロミラーの各々をオンオフ制御してレーザ光を変調し、変調されたレーザ光で、ステージ304上にセットされ走査方向に沿って移動される感光材料306に対し画像露光を行っている。
For example, the DMD is a mirror device in which a large number of micromirrors whose reflecting surfaces change in response to a control signal are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate such as silicon. FIG. In the
また、この露光装置300は、感光材料306に対する露光位置ずれ(X,Y方向)を補正するアライメント機能、及び、感光材料306のうねりや厚さ(Z方向)のバラツキに追従して被露光面にレーザ光の焦点を合わせるオートフォーカス機能を備えており、露光ヘッド302よりも感光材料306の移動方向上流側に、感光材料306の位置(X,Y方向)を測定する、詳細には、アライメント用の基準部として感光材料306に設けられたアライメントマークや基準孔等を検出するアライメント用のCCDカメラ308が配設され、露光ヘッド302の上流側近傍に、感光材料306の被露光面との距離(Z方向)を測定するオートフォーカス用の変位センサ310が配設されている。そして露光動作においては、露光前に、CCDカメラ308による感光材料306の位置測定(アライメント基準部の検出)を行い、取得した測定情報に基づいてレーザ光による露光位置ずれの補正制御を行い、このアライメント測定の終了後に、変位センサ310による感光材料306の被露光面との距離測定(フォーカス測定)を行い、取得した測定情報に基づいて、露光ヘッド302のレーザ光出射側に設けたフォーカス機構を用い、あるいは露光ヘッド302を光軸方向に移動調整するなどし、被露光面にレーザ光の焦点を一致させるようオートフォーカス制御を行いながら露光することにより、レーザ光による露光位置及び焦点位置の精度向上を図っている。
In addition, the
また、このような露光ビームのフォーカスを補正する技術としては、従来から、マスク露光方式による露光装置において種々提案されている。例えば、パターンが形成されたマスクを所定の方向に走査するマスクステージと、マスクステージに同期して基板を所定の方向に走査する基板ステージとを有し、マスクのパターンを逐次基板上に露光する走査型の露光装置において、マスクのパターンの像を基板上に投影するための投影光学系と、基板の走査中に、基板のフォーカス情報を複数の計測点で検出する検出手段と、基板の走査中の基板上における露光照野(露光領域)の形状の変化に応じて、検出手段で検出されたフォーカス情報に基づき投影光学系の像面と基板との位置関係を調整する調整手段(Zレベリングステージ)と、を備えることにより、露光動作中に露光領域の形状が変化した場合でも、移動している基板(フォトレジスト等が塗布されたウエハ等)の露光面のフォーカス位置に対する追従性を適当な状態で制御することによって、焦点深度内に基板の露光面を保持することと像劣化の防止とのバランスを取り、最適なオートフォーカス及びオートレベリング制御を行うことができようにした技術がある。さらに、この露光装置では、調整手段は、基板の走査中に、検出手段で検出されたフォーカス情報に基づいて基板上の露光照野内における基板の露光面の近似面を順次求め、投影光学系の像面と基板の露光面の近似面とがほぼ一致するように基板を投影光学系の像面との位置関係を調整するようにしている(例えば、特許文献1参照)。 Various techniques for correcting the focus of the exposure beam have been proposed in exposure apparatuses using a mask exposure method. For example, a mask stage that scans a mask on which a pattern is formed in a predetermined direction and a substrate stage that scans the substrate in a predetermined direction in synchronization with the mask stage, and sequentially exposes the mask pattern onto the substrate. In a scanning exposure apparatus, a projection optical system for projecting an image of a mask pattern onto a substrate, detection means for detecting focus information of the substrate at a plurality of measurement points during scanning of the substrate, and scanning of the substrate Adjusting means (Z leveling) for adjusting the positional relationship between the image plane of the projection optical system and the substrate based on the focus information detected by the detecting means in accordance with a change in the shape of the exposure illumination field (exposure area) on the substrate in the middle Stage), even when the shape of the exposure region changes during the exposure operation, the exposure surface of the moving substrate (wafer coated with a photoresist or the like) is exposed. By controlling the tracking of the locus position in an appropriate state, it is possible to balance the holding of the exposure surface of the substrate within the depth of focus and the prevention of image deterioration, and to perform optimum autofocus and autoleveling control. There is technology that can be done. Further, in this exposure apparatus, the adjustment means sequentially obtains an approximate surface of the exposure surface of the substrate in the exposure illumination field on the substrate based on the focus information detected by the detection means during the scanning of the substrate, and the projection optical system The positional relationship between the substrate and the image plane of the projection optical system is adjusted so that the image plane and the approximate plane of the exposure surface of the substrate substantially coincide (for example, see Patent Document 1).
また、露光ビームに対してマスクを第1方向へ走査移動するのに同期して、投影光学系を通過した露光ビームに対して基板を第2方向へ走査移動することにより、基板を走査露光する投影露光装置において、基板上の部分領域に関するフォーカス位置情報を計測する計測手段と、計測手段により計測されたフォーカス位置情報に基づいて基板の面位置設定を行う面位置設定手段(Zレベリングステージ)とを備え、面位置設定手段は、基板上の部分領域が投影光学系を通過した露光ビームの照射領域に達したときに合焦状態で露光されるよう、部分領域が照射領域に達する前に、計測されたフォーカス位置情報に基づいて基板の面位置を次第に移動することにより、感光基板の露光面を投影光学系の像面に対して高精度に合わせ込むことができるようにした技術がある(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上述した従来のデジタル走査露光方式の露光装置300は、アライメント測定完了位置(図18の306B位置)まで移動した感光材料306と、露光ヘッド302との間に変位センサ310が配置され、アライメント測定の完了後に、変位センサ310によるフォーカス測定を行いつつ露光ヘッド302により画像露光する構成であるため、感光材料306をアライメント測定完了位置から露光開始位置(露光ヘッド302の直下)まで移動させる距離が長くなり、その移動時間によって生産性の低下を招いている。ここで、生産性を上げるためには、フォーカス測定位置(変位センサ310)を露光位置(露光ヘッド302)にできるだけ近づけることが好ましいが、これには物理的限界があり、又、そのためには変位センサ310を含む測定装置の小型化や複雑なレイアウトが必要になる。
However, in the
一方、特許文献1及び2に記載されたマスク露光方式の露光装置では、露光ビームのフォーカスを補正するために、Zレベリングステージを用いて基板側をフォーカス深度方向に移動させているため、ステージ及び装置の構成が複雑になると共に装置全体が大型化する問題がある。
On the other hand, in the mask exposure type exposure apparatus described in
本発明は上記事実を考慮して、露光ビームのフォーカス測定から露光開始までに掛かる時間を短縮して生産性を向上することができる露光装置及び方法を提供することを課題とする。また、その構成を簡素化できると共に装置全体を大型化させることなく実現できる露光装置及び方法を提供することを課題とする。 In view of the above facts, an object of the present invention is to provide an exposure apparatus and method that can improve the productivity by reducing the time taken from the exposure beam focus measurement to the start of exposure. It is another object of the present invention to provide an exposure apparatus and method that can be realized without simplifying the configuration and increasing the size of the entire apparatus.
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、画像情報に応じて変調された光ビームにより感光材料を走査露光する露光手段と、前記露光手段と感光材料とを走査方向に沿った方向へ相対移動させる移動手段と、前記移動手段により前記露光手段と相対移動される感光材料に対し、感光材料に設けられた露光位置の基準部を検出する基準部検出手段と、前記基準部検出手段の近傍に設けられ、感光材料の被露光面との距離を測定する距離測定手段と、前記基準部検出手段による検出情報に基づいて光ビームによる露光位置ずれの補正制御を行い、且つ、前記距離測定手段による測定情報に基づいて光ビームの焦点位置を前記被露光面に一致させるフォーカス制御を行う制御手段と、を有することを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項1に記載の発明では、画像情報に応じて変調された光ビームにより感光材料を走査露光する露光手段と、感光材料とは、移動手段により走査方向に沿った方向へ相対移動される。露光手段と相対移動されるこの感光材料に対し、基準部検出手段は感光材料に設けられた露光位置の基準部を検出する(アライメント測定)。また、基準部検出手段の近傍に設けられた距離測定手段は、基準部検出手段による基準部の検出と同時に、感光材料の被露光面との距離を測定する(フォーカス測定)。そして、制御手段は、基準部検出手段による検出情報に基づいて光ビームによる露光位置ずれの補正制御を行い、且つ、距離測定手段による測定情報に基づいて光ビームの焦点位置を感光材料の被露光面に一致させるフォーカス制御を行うことで、光ビームによる露光位置及び焦点位置の精度向上が図られる。 In the first aspect of the present invention, the exposure means for scanning and exposing the photosensitive material with the light beam modulated in accordance with the image information and the photosensitive material are relatively moved by the moving means in the direction along the scanning direction. For this photosensitive material moved relative to the exposure means, the reference portion detection means detects the reference portion of the exposure position provided on the photosensitive material (alignment measurement). The distance measuring means provided in the vicinity of the reference portion detecting means measures the distance from the exposed surface of the photosensitive material simultaneously with the detection of the reference portion by the reference portion detecting means (focus measurement). The control unit performs correction control of the exposure position deviation by the light beam based on the detection information by the reference unit detection unit, and determines the focal position of the light beam based on the measurement information by the distance measurement unit. By performing the focus control to match the surface, the accuracy of the exposure position and the focal position by the light beam can be improved.
ここで、距離測定手段を基準部検出手段の近傍に設けることにより、距離測定手段による感光材料の被露光面との距離測定は、基準部検出手段による基準部の検出と同時に行うことが可能となる。これにより、従来の構成と比較して、感光材料を基準部検出完了位置(アライメント測定完了位置)から露光開始位置(露光手段の直下)まで移動させる距離を短くすることができ、光ビームのフォーカス測定から露光開始までに掛かる時間を短縮して生産性を向上することができる。 Here, by providing the distance measuring means in the vicinity of the reference portion detecting means, the distance measurement means can measure the distance from the exposed surface of the photosensitive material simultaneously with the detection of the reference portion by the reference portion detecting means. Become. This makes it possible to shorten the distance that the photosensitive material is moved from the reference position detection completion position (alignment measurement completion position) to the exposure start position (directly below the exposure means), as compared with the conventional configuration. Productivity can be improved by shortening the time from measurement to the start of exposure.
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の露光装置において、前記露光手段は、前記光ビームを出射する露光ヘッドと、前記露光ヘッドの光ビーム出射側に配置され、光透過材料によりクサビ状に形成されると共に互いに反転した向きで前記光ビームの光軸に沿って隣接配置された複数のクサビ状光学部材と、前記複数のクサビ状光学部材のうちの少なくとも1つを他のクサビ状光学部材と相対する面に沿って移動可能に支持する移動支持手段と、前記移動支持手段に支持されたクサビ状光学部材を前記相対する面に沿って移動させる駆動手段と、を備えるフォーカス手段と、を有し、前記フォーカス制御では前記制御手段により前記駆動手段を駆動制御することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the exposure apparatus according to the first aspect, the exposure means is disposed on an exposure head that emits the light beam, and on the light beam emission side of the exposure head, and is wedged by a light transmitting material. A plurality of wedge-shaped optical members formed adjacent to each other along the optical axis of the light beam in directions opposite to each other, and at least one of the plurality of wedge-shaped optical members is formed into another wedge shape. Focusing means comprising: moving support means for supporting movement along a surface facing the optical member; and driving means for moving the wedge-shaped optical member supported by the movement support means along the facing surface; In the focus control, the driving unit is driven and controlled by the control unit.
請求項2に記載の発明では、フォーカス制御において制御手段が露光手段に設けられたフォーカス手段の駆動手段を駆動制御すると、フォーカス手段の移動支持手段に支持されたクサビ状光学部材は、他のクサビ状光学部材と相対する面に沿って移動する。ここで、複数のクサビ状光学部材は互いに反転した向きで光ビームの光軸に沿って隣接配置されているため、上記の相対移動により、光ビームが1つのクサビ状光学部材へ入射する入射面と、入射後に複数のクサビ状光学部材を透過して他の1つのクサビ状光学部材から出射する出射面との光ビームの光軸方向における相対距離が変化し、すなわち、光ビームが複数のクサビ状光学部材を透過する透過距離が変化し、光ビームの焦点距離が変更される。 According to the second aspect of the present invention, when the control means drives and controls the drive means of the focus means provided in the exposure means in the focus control, the wedge-shaped optical member supported by the movement support means of the focus means is replaced with another wedge. It moves along the surface facing the optical member. Here, since the plurality of wedge-shaped optical members are arranged adjacent to each other along the optical axis of the light beam in directions reversed to each other, the incident surface on which the light beam is incident on one wedge-shaped optical member by the relative movement described above. And the relative distance in the optical axis direction of the light beam with respect to the exit surface that is transmitted through the plurality of wedge-shaped optical members and exits from the other wedge-shaped optical member after incidence is changed. The transmission distance transmitted through the optical member is changed, and the focal length of the light beam is changed.
このようなフォーカス手段であれば、従来のように感光材料をフォーカス深度方向に移動させるような機構的手段を用いる場合と比較して、その構成を簡素化できると共に装置全体の大型化を抑制できる。 Such a focusing means can simplify the configuration and suppress an increase in the size of the entire apparatus as compared with a case where a mechanical means for moving the photosensitive material in the focus depth direction is used as in the prior art. .
請求項3に記載の発明は、請求項1記載の露光装置において、前記露光手段は、前記光ビームを出射する露光ヘッドを有し、前記フォーカス制御では前記制御手段により前記露光ヘッドを光ビームの光軸方向に移動させるよう駆動制御することを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the exposure apparatus according to the first aspect, the exposure unit includes an exposure head that emits the light beam, and in the focus control, the control unit causes the exposure head to move the light beam. It is characterized by drive control so as to move in the direction of the optical axis.
請求項3に記載の発明では、フォーカス制御において制御手段が露光手段に設けられた露光ヘッドを光ビームの光軸方向に移動させることにより、光ビームの焦点距離が変更される。このような露光ヘッドの移動によっても、光ビームの焦点距離を変更することが可能であり、これによって、例えば高価な光学部材等を用いることなく、露光ヘッドを光ビームの光軸方向に移動させる安価で単純な構成の移動機構等を用い、この移動機構等を制御手段により制御することによりフォーカス制御を実行できる。 According to the third aspect of the present invention, the focal length of the light beam is changed by moving the exposure head provided in the exposure device in the optical axis direction of the light beam in the focus control. The movement of the exposure head can also change the focal length of the light beam, thereby moving the exposure head in the optical axis direction of the light beam without using, for example, an expensive optical member. Focus control can be executed by using a movement mechanism or the like having an inexpensive and simple configuration and controlling the movement mechanism or the like by a control means.
請求項4に記載の発明は、請求項2又は請求項3記載の露光装置において、前記露光手段が複数の前記露光ヘッドを有することを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the exposure apparatus according to the second or third aspect, the exposure means includes a plurality of the exposure heads.
請求項4に記載の発明では、複数の露光ヘッドを有する露光手段であれば、複数の露光ヘッドがそれぞれ出射する光ビームにより、感光材料を露光する際の露光面積を拡大できるため、露光時間を短縮して生産性を向上することができる。
In the invention according to
請求項5に記載の発明は、請求項4記載の露光装置において、前記フォーカス制御は、複数の前記露光ヘッドでそれぞれ行うことを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the exposure apparatus according to the fourth aspect, the focus control is performed by each of the plurality of exposure heads.
請求項5に記載の発明では、複数の露光ヘッドを有する露光手段による感光材料の露光において、複数の露光ヘッドでそれぞれフォーカス制御を行うことにより、各露光ヘッドから出射される各光ビームの焦点位置が、光ビーム毎にそれぞれ感光材料の被露光面に一致するようになる。このように、複数の露光ヘッドの光ビーム毎に、焦点位置の精度が向上することにより、複数の露光ヘッドを用いた場合の高精度な露光を実現することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, in the exposure of the photosensitive material by the exposure means having a plurality of exposure heads, the focus position of each light beam emitted from each exposure head is achieved by performing focus control with each of the plurality of exposure heads. However, each light beam coincides with the exposed surface of the photosensitive material. Thus, by improving the accuracy of the focal position for each light beam of the plurality of exposure heads, high-precision exposure can be realized when using a plurality of exposure heads.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜請求項5の何れか1項記載の露光装置において、前記走査方向と交差する方向に沿って配置された3つ以上の前記距離測定手段を有することを特徴としている。 A sixth aspect of the present invention is the exposure apparatus according to any one of the first to fifth aspects, further comprising three or more distance measuring means arranged along a direction intersecting the scanning direction. It is characterized by that.
請求項6に記載の発明では、3つ以上の距離測定手段を走査方向と交差する方向に沿って配置し、感光材料の被露光面との距離測定箇所を、走査方向と交差する方向で3箇所以上とすることにより、走査方向と交差する方向での感光材料のうねりや反りによる被露光面の凹凸や起伏形状等が測定可能となる。これにより、フォーカス制御では、その被露光面の凹凸や起伏形状等に応じて光ビームの焦点位置を高い精度に合わせられる。また、距離測定手段の数を増やすことで被露光面の形状をより詳細に測定することが可能であり、これによって、光ビームの焦点位置を被露光面に更に高精度に合わせられる。 According to the sixth aspect of the present invention, three or more distance measuring means are arranged along the direction intersecting with the scanning direction, and the distance measuring point with the exposed surface of the photosensitive material is 3 in the direction intersecting with the scanning direction. By setting it to be more than the number of locations, it becomes possible to measure the unevenness or undulation shape of the exposed surface due to the waviness or warpage of the photosensitive material in the direction intersecting the scanning direction. Thereby, in the focus control, the focal position of the light beam can be adjusted with high accuracy in accordance with the unevenness and the undulation shape of the exposed surface. Further, by increasing the number of distance measuring means, it is possible to measure the shape of the exposed surface in more detail, whereby the focal position of the light beam can be adjusted to the exposed surface with higher accuracy.
請求項7に記載の発明は、請求項6記載の露光装置において、前記距離測定手段の数が前記露光ヘッドの数よりも少なくされていることを特徴としている。 According to a seventh aspect of the present invention, in the exposure apparatus according to the sixth aspect, the number of the distance measuring means is smaller than the number of the exposure heads.
請求項7に記載の発明では、露光手段が多数の露光ヘッドを有する場合に、例えば、露光ヘッドの数よりも少なく且つ走査方向と交差する方向に沿って配置された3つ以上の距離測定手段による測定情報に基づいて感光材料の被露光面に対応する近似曲線を求め、露光手段と感光材料との相対移動では光ビームの焦点位置をこの近似曲線に倣わせるようフォーカス制御するなどにより、この露光ヘッドよりも少数の距離測定手段を用いたフォーカス制御によって、各光ビームの焦点位置を感光材料の被露光面に高精度に合わせることが可能である。このように、距離測定手段の数を露光ヘッドの数より少なくした構成でも、各光ビームの焦点位置の精度を向上できるため、露光装置の構成を簡素化することができる。 In the invention according to claim 7, when the exposure means has a large number of exposure heads, for example, three or more distance measurement means arranged along a direction that is smaller than the number of exposure heads and intersects the scanning direction. The approximate curve corresponding to the exposed surface of the photosensitive material is obtained based on the measurement information obtained by the above, and the relative movement between the exposure means and the photosensitive material is controlled so that the focal position of the light beam follows the approximate curve, etc. By focus control using a smaller number of distance measuring means than the exposure head, it is possible to adjust the focal position of each light beam to the exposed surface of the photosensitive material with high accuracy. In this way, even with a configuration in which the number of distance measuring means is smaller than the number of exposure heads, the accuracy of the focal position of each light beam can be improved, so the configuration of the exposure apparatus can be simplified.
請求項8に記載の発明は、請求項1〜請求項7の何れか1項記載の露光装置において、前記制御手段は、前記距離測定手段による測定情報に基づいてマッピングデータを作成すると共にこのマッピングデータに基づいて前記被露光面に対応する近似曲線を求め、前記露光手段と感光材料との相対移動では前記光ビームの焦点位置を前記近似曲線に倣わせるようフォーカス制御することを特徴としている。 According to an eighth aspect of the present invention, in the exposure apparatus according to any one of the first to seventh aspects, the control unit creates mapping data based on the measurement information obtained by the distance measuring unit and performs the mapping. An approximate curve corresponding to the surface to be exposed is obtained based on the data, and focus control is performed so that the focal position of the light beam follows the approximate curve in the relative movement between the exposure unit and the photosensitive material. .
請求項8に記載の発明では、マッピングデータに基づいて求めた被露光面に対応する近似曲線に光ビームの焦点位置を合わせることにより、走査方向と交差する方向に沿って複数の距離測定手段を配置する場合には、その配置数を増やさなくても、光ビームの焦点位置を被露光面に高精度に合わせられるようになる。また、露光手段と感光材料との相対移動では、光ビームの焦点位置を近似曲線に倣わせてフォーカス制御することにより、露光手段と感光材料とが相対移動されることに伴い駆動される、光ビームの焦点距離を調整するためのフォーカス機構、フォーカスレンズ等の動作が滑らかな動きになる。これにより、露光手段の振動が低減され、被露光面に一致させる光ビームの焦点位置精度を更に高めることができる。
In the invention according to
請求項9に記載の発明は、請求項1〜請求項8の何れか1項記載の露光装置において、前記距離測定手段による測定情報が予め設定された閾値を超えた場合に感光材料に対する露光を行わないよう前記露光手段を制御することを特徴としている。 According to a ninth aspect of the present invention, in the exposure apparatus according to any one of the first to eighth aspects, the photosensitive material is exposed when the measurement information by the distance measuring means exceeds a preset threshold value. The exposure means is controlled so as not to perform the operation.
請求項9に記載の発明では、距離測定手段によって測定された感光材料の被露光面との距離の測定情報が、感光材料のうねりや反りによる被露光面の凹凸や起伏形状等が大きい、あるいは感光材料の厚さ寸法誤差が大きいなどにより、予め設定された閾値を超えた場合には、制御手段は感光材料に対する露光を行わないよう露光手段を制御する。これにより、精度不良の感光材料に対する無駄な露光時間が削減されて生産性を向上できる。また、例えば露光手段による感光材料への露光開始前に、被露光面における全露光範囲の距離測定を完了するように構成又は露光動作が制御されている露光装置であれば、露光前に精度不良の感光材料に対する露光動作を中止できるので、感光材料の無駄を削減できる。 In the invention according to claim 9, the measurement information of the distance from the exposed surface of the photosensitive material measured by the distance measuring means has large irregularities or undulations on the exposed surface due to the waviness or warpage of the photosensitive material, or When a preset threshold value is exceeded due to a large thickness error of the photosensitive material, the control unit controls the exposure unit so as not to expose the photosensitive material. Thereby, the useless exposure time with respect to the inaccurate photosensitive material is reduced, and productivity can be improved. In addition, for example, if the exposure apparatus is configured or the exposure operation is controlled so as to complete the distance measurement of the entire exposure range on the exposed surface before the exposure of the photosensitive material by the exposure means, the accuracy is poor before the exposure. Since the exposure operation for the photosensitive material can be stopped, waste of the photosensitive material can be reduced.
請求項10に記載の発明は、画像情報に応じて変調された光ビームを出射する露光手段に対して感光材料を走査方向に沿った方向へ相対移動させることにより、前記光ビームによって前記感光材料を走査露光する露光方法であって、感光材料を前記走査方向に沿った方向へ移動させる移動工程と、前記移動される感光材料に対し、基準部検出手段によって感光材料に設けられた露光位置の基準部を検出する基準部検出工程と、前記移動される感光材料に対し、前記基準部検出手段の近傍に設けた距離測定手段によって感光材料の被露光面との距離を測定する距離測定工程と、前記基準部検出工程及び距離測定工程の完了後に、前記移動される感光材料に対し、前記基準部検出工程による検出情報に基づいて光ビームによる露光位置ずれの補正制御を行い、且つ、前記距離測定工程による測定情報に基づいて光ビームの焦点位置を前記被露光面に一致させるフォーカス制御を行って感光材料を走査露光する露光工程と、を有することを特徴としている。 According to a tenth aspect of the present invention, the photosensitive material is moved relative to an exposure unit that emits a light beam modulated according to image information in a direction along a scanning direction, so that the photosensitive material is used by the light beam. An exposure method in which a photosensitive material is moved in a direction along the scanning direction, and an exposure position provided on the photosensitive material by a reference portion detection unit with respect to the moved photosensitive material. A reference part detecting step for detecting a reference part; and a distance measuring step for measuring the distance of the photosensitive material to be exposed to the exposed surface of the photosensitive material by a distance measuring means provided in the vicinity of the reference part detecting means; After the completion of the reference portion detection step and the distance measurement step, the exposure position deviation correction by the light beam is performed on the moved photosensitive material based on the detection information in the reference portion detection step. And an exposure step of performing scanning exposure of the photosensitive material by performing focus control to make the focal position of the light beam coincide with the surface to be exposed based on measurement information obtained by the distance measurement step. Yes.
請求項10に記載の発明では、請求項1に記載の発明と同じく、距離測定手段を基準部検出手段の近傍に設けることで、距離測定手段による感光材料の被露光面との距離測定が基準部検出手段による基準部の検出と同時に行えるようになり、したがって、光ビームのフォーカス測定から露光開始までに掛かる時間を短縮して生産性を向上することができる。
In the invention of claim 10, as in the invention of
請求項11に記載の発明は、請求項10記載の露光方法において、前記移動工程では前記感光材料を前記走査方向に沿った方向へ往復移動させ、この感光材料の往路移動において前記基準部検出工程及び前記距離測定工程を行い、感光材料の復路移動において前記露光工程を行うことを特徴としている。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the exposure method according to the tenth aspect, in the moving step, the photosensitive material is reciprocated in a direction along the scanning direction, and the reference portion detecting step is performed in the forward movement of the photosensitive material. The distance measurement step is performed, and the exposure step is performed in the return path movement of the photosensitive material.
請求項11に記載の発明では、基準部検出、距離測定、及び、露光といった複数の工程を、感光材料を往復移動させて行うことにより、これらの複数の工程を感光材料を一方向のみに移動させて行う場合に比べ、露光装置全体を小型に構成することができる。また、例えば、感光材料を移動させるための移動手段を有する場合、その移動手段を露光開始前の位置(原点位置)に戻す際の無駄な移動距離が短くされるため、複数の感光材料に対して連続的に露光を行う量産時などに、生産性の向上効果が大きくなる。 In the invention according to claim 11, by performing a plurality of steps such as reference portion detection, distance measurement, and exposure by reciprocating the photosensitive material, the plurality of steps are moved in only one direction. Compared with the case where it carries out, it can comprise the whole exposure apparatus small. Further, for example, in the case of having a moving means for moving the photosensitive material, a useless moving distance when the moving means is returned to the position before the start of exposure (origin position) is shortened. The productivity improvement effect is increased during mass production where continuous exposure is performed.
請求項12に記載の発明は、請求項10又は請求項11記載の露光方法において、前記測定情報が予め設定された閾値を超えた場合には感光材料に対する露光を行わないよう前記露光手段を制御することを特徴としている。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the exposure method according to the tenth or eleventh aspect, the exposure unit is controlled not to expose the photosensitive material when the measurement information exceeds a preset threshold value. It is characterized by doing.
請求項12に記載の発明では、請求項9に記載の発明と同じく、精度不良の感光材料に対する無駄な露光時間が削減されて生産性を向上することができ、また、感光材料の無駄も削減できる。 In the invention of the twelfth aspect, similarly to the invention of the ninth aspect, it is possible to improve the productivity by reducing the useless exposure time for the photosensitive material with poor accuracy, and also reduce the waste of the photosensitive material. it can.
請求項13に記載の発明は、画像情報に応じて変調された光ビームを出射する露光手段に対して感光材料を走査方向に沿った方向へ相対移動させることにより、前記光ビームによって前記感光材料を走査露光する露光方法であって、感光材料を前記走査方向に沿った方向へ移動させる移動工程と、前記移動される感光材料に対し、感光材料の被露光面との距離を測定する距離測定工程と、前記距離測定工程の完了後に、距離測定工程による測定情報が予め設定された閾値を超えた場合には感光材料に対する露光を行わないよう前記露光手段を制御し、且つ、前記測定情報が予め設定された閾値以下の場合には前記移動される感光材料に対し、その測定情報に基づいて前記光ビームの焦点位置を前記被露光面に一致させるフォーカス制御を行って感光材料を走査露光する露光工程と、を有することを特徴としている。 According to a thirteenth aspect of the present invention, the photosensitive material is moved relative to an exposure unit that emits a light beam modulated according to image information in a direction along a scanning direction, so that the photosensitive material is irradiated with the light beam. An exposure method that scans and exposes a photosensitive material in a direction along the scanning direction, and a distance measurement that measures a distance between the moved photosensitive material and an exposed surface of the photosensitive material And after completion of the distance measuring step, the exposure means is controlled not to expose the photosensitive material when the measurement information in the distance measuring step exceeds a preset threshold value, and the measurement information is Focus control is performed on the moved photosensitive material to match the focal position of the light beam with the exposed surface based on the measurement information when the threshold value is less than a preset threshold value. It is characterized by having, an exposure step of scanning exposure of the photosensitive material.
請求項13に記載の発明では、感光材料の被露光面との距離を測定する距離測定工程の完了後に、その距離測定工程による測定情報が予め設定された閾値を超えた場合に感光材料に対する露光を行わないようにすることで、例えば距離測定を行いながら感光材料を露光する場合に比べて、精度不良の感光材料に対する無駄な露光時間が削減されて生産性を向上することができる。 In the invention described in claim 13, after completion of the distance measurement process for measuring the distance from the exposed surface of the photosensitive material, the exposure to the photosensitive material is performed when the measurement information in the distance measurement process exceeds a preset threshold value. By not performing the above, for example, as compared with the case where the photosensitive material is exposed while measuring the distance, the useless exposure time for the photosensitive material with poor accuracy can be reduced, and the productivity can be improved.
請求項14に記載の発明は、請求項13記載の露光方法において、前記移動工程では前記感光材料を前記走査方向に沿った方向へ往復移動させ、この感光材料の往路移動において前記距離測定工程を行い、感光材料の復路移動において前記露光工程を行うことを特徴としている。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the exposure method according to the thirteenth aspect, in the moving step, the photosensitive material is reciprocated in a direction along the scanning direction, and the distance measuring step is performed in the forward movement of the photosensitive material. And the exposure step is performed in the backward movement of the photosensitive material.
請求項14に記載の発明では、距離測定、及び、露光といった複数の工程を、感光材料を往復移動させて行うことにより、これらの複数の工程を感光材料を一方向のみに移動させて行う場合に比べ、装置全体を小型に構成することができる。また、例えば、感光材料を移動させるための移動手段を有する場合、その移動手段を露光開始前の位置(原点位置)に戻す際の無駄な移動距離が短くされるため、複数の感光材料に対して連続的に露光を行う量産時などに、生産性の向上効果が大きくなる。 In the invention described in claim 14, when a plurality of steps such as distance measurement and exposure are performed by reciprocating the photosensitive material, the plurality of steps are performed by moving the photosensitive material only in one direction. Compared to the above, the entire apparatus can be made compact. Further, for example, in the case of having a moving means for moving the photosensitive material, a useless moving distance when the moving means is returned to the position before the start of exposure (origin position) is shortened. The productivity improvement effect is increased during mass production where continuous exposure is performed.
請求項15に記載の発明は、請求項13記載の露光方法において、前記露光工程の開始前に更に、前記移動される感光材料に対し、感光材料に設けられた露光位置の基準部を検出する基準部検出工程を設け、前記露光工程では更に、前記基準部検出工程の完了後に前記移動される感光材料に対し、前記基準部検出工程による検出情報に基づいて前記光ビームによる露光位置ずれの補正制御を行って感光材料を走査露光することを特徴としている。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in the exposure method according to the thirteenth aspect, a reference portion of an exposure position provided in the photosensitive material is further detected with respect to the moved photosensitive material before the start of the exposure step. A reference portion detection step is provided, and the exposure step further corrects the exposure position deviation by the light beam based on detection information of the reference portion detection step for the photosensitive material moved after the reference portion detection step is completed. It is characterized in that the photosensitive material is scanned and exposed by controlling.
請求項15に記載の発明では、基準部検出工程による検出情報に基づいて光ビームによる露光位置ずれの補正制御を行うことにより、光ビームによる露光位置の精度向上が図られる。 According to the fifteenth aspect of the present invention, the accuracy of the exposure position by the light beam can be improved by performing correction control of the exposure position deviation by the light beam based on the detection information by the reference portion detection step.
請求項16に記載の発明は、請求項15記載の露光方法において、前記移動工程では前記感光材料を前記走査方向に沿った方向へ往復移動させ、この感光材料の往路移動において前記距離測定工程及び前記基準部検出工程を行い、感光材料の復路移動において前記露光工程を行うことを特徴としている。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in the exposure method according to the fifteenth aspect, in the moving step, the photosensitive material is reciprocated in a direction along the scanning direction, and the distance measuring step and The reference portion detection step is performed, and the exposure step is performed in the backward movement of the photosensitive material.
請求項16に記載の発明では、請求項11に記載の発明と同じく、距離測定、基準部検出、及び、露光といった複数の工程を、感光材料を往復移動させて行うことにより、露光装置全体を小型に構成することができる。また、感光材料を移動させるための移動手段を露光開始前の位置に戻す際の無駄な移動距離が短くされ、生産性の向上効果が大きくなる。 In the invention of the sixteenth aspect, similar to the invention of the eleventh aspect, by performing a plurality of processes such as distance measurement, reference portion detection, and exposure by reciprocating the photosensitive material, the entire exposure apparatus is made. It can be configured in a small size. Further, the useless moving distance when returning the moving means for moving the photosensitive material to the position before the start of exposure is shortened, and the productivity improvement effect is increased.
本発明の露光装置及び方法は上記構成としたので、露光ビームのフォーカス測定から露光開始までに掛かる時間を短縮して生産性を向上することができる。また、その構成を簡素化できると共に装置全体を大型化させることなく実現できる。 Since the exposure apparatus and method of the present invention are configured as described above, productivity can be improved by shortening the time taken from exposure beam focus measurement to the start of exposure. Further, the configuration can be simplified and the entire apparatus can be realized without increasing the size.
以下、本発明の実施形態に係る露光装置について図面を参照して説明する。 An exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1には本発明の第1の実施形態に係る露光装置が示され、図2〜図7には本実施形態に係る露光装置に適用される露光ヘッド及び空間光変調素子が示されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 7 show an exposure head and a spatial light modulator applied to the exposure apparatus according to the present embodiment. .
図1に示すように、露光装置100は、4本の脚部154に支持された矩形厚板状の設置台156を備えている。設置台156の上面には、長手方向に沿って2本のガイド158が延設されており、これら2本のガイド158上には、矩形平盤状のステージ152が設けられている。ステージ152は、長手方向がガイド158の延設方向を向くよう配置され、ガイド158により設置台156上を往復移動可能に支持されており、図示しない駆動装置に駆動されてガイド158に沿って往復移動する。このステージ152の上面には、感光材料150が図示しない位置決め部により載置位置を決められた状態で吸着され保持される。
As shown in FIG. 1, the
設置台156の中央部よりもステージ152の移動方向の上流側及び下流側には、ゲート160、161が所定の間隔で配置されている。ゲート160、161は、ステージ152の移動経路を跨ぐようコ字状に形成されており、両先端部が設置台156の両側面に固定されている。
ステージ152の移動方向の上流側に配置されたゲート160には、その上流側に向けられた前面の上部(ステージ152の移動経路の上方)に、3台の検出ユニット180がステージ152の移動方向と直交する方向に沿って所定の間隔で固定配置されている。検出ユニット180は、上流側に配置されたCCDカメラ182と下流側に配置された変位センサ184とが一体化されて略箱型とされており、CCDカメラ182のレンズ部186及び変位センサ184のセンサ部188は共に下方へ向けられている。
In the
ステージ152の移動方向の下流側に配置されたゲート161には、その下流側に向けられた後面の上部(ステージ152の移動経路の上方)に、スキャナ162が固定配置されている。この露光ヘッド166と検出ユニット180との間隔は、スキャナ162に設けられた後述する露光ヘッド166による露光開始位置と、検出ユニット180のCCDカメラ182による撮影位置(レンズ部186の光軸中心)との距離が、感光材料150の長手方向の寸法よりも少し長くなるように設定されている。
In the
また、ステージ152の駆動装置、スキャナ162及び検出ユニット180は、これらを制御するコントローラ190に接続されている。このコントローラ190により、後述する露光装置100の露光動作時には、ステージ152は所定の速度で移動するよう制御され、検出ユニット180は所定のタイミングで感光材料150を検出するよう制御され、露光ヘッド166は所定のタイミングで感光材料150を露光するよう制御される。
Further, the driving device of the
スキャナ162は、図2及び図3(B)に示すように、m行n列(例えば、2行4列)の略マトリックス状に配列された複数(例えば、8個)の露光ヘッド166を備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3B, the
露光ヘッド166で露光される領域である露光エリア168は、図2に示すように、短辺が走査方向に沿った矩形状であり、走査方向に対し、所定の傾斜角θで傾斜している。そして、ステージ152の移動に伴い、感光材料150には露光ヘッド166毎に帯状の露光済み領域170が形成される。なお、図1及び図2に示すように、走査方向は、ステージ移動方向とは向きが反対である。
As shown in FIG. 2, the
図3(A)及び(B)に示すように、露光ヘッド166はライン状に配列されている上に、帯状の露光済み領域170のそれぞれが、隣接する露光済み領域170と部分的に重なるように、配列方向に所定間隔(露光エリアの長辺の自然数倍、本実施の形態では1倍)ずらして配置されている。このため、たとえば、1行目の最も左側に位置する画像領域168Aと、画像領域168Aの右隣に位置する画像領域168Cとの間の露光できない部分は、2行目の最も左側に位置する画像領域168Bにより露光される。同様に、画像領域168Bと、画像領域168Bの右隣に位置する画像領域168Dとの間の露光できない部分は、画像領域168Cにより露光される。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the exposure heads 166 are arranged in a line, and each of the strip-shaped exposed
露光ヘッド166A〜166Hの各々は、図4、及び図5(A)、(B)に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)50を備えている。このDMD50は、データ処理部とミラー駆動制御部とを含むスキャナ制御部を備えた前述のコントローラ190に接続されている。このコントローラ190のデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド166毎にDMD50の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。
Each of the exposure heads 166A to 166H is a spatial light modulation element that modulates an incident light beam for each pixel in accordance with image data, as shown in FIG. 4 and FIGS. A digital micromirror device (DMD) 50 is provided. The
また、ミラー駆動制御部では、データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッド166毎にDMD50の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御については後述する。
In addition, the mirror drive control unit controls the angle of the reflection surface of each micromirror of the
DMD50の光入射側には、光ファイバの出射端部(発光点)が露光エリア168の長辺方向と対応する方向に沿って一列に配列されたレーザ出射部を備えたファイバアレイ光源66、ファイバアレイ光源66から出射されたレーザ光を補正してDMD上に集光させるレンズ系67、レンズ系67を透過したレーザ光をDMD50に向けて反射する反射鏡69がこの順に配置されている。
On the light incident side of the
レンズ系67は、ファイバアレイ光源66から出射されたレーザ光を平行光化する1対の組合せレンズ71、平行光化されたレーザ光の光量分布が均一になるように補正する1対の組合せレンズ73、及び光量分布が補正されたレーザ光をDMD上に集光する集光レンズ75で構成されている。組合せレンズ73は、レーザ出射端の配列方向に対しては、レンズの光軸に近い部分は光束を広げ且つ光軸から離れた部分は光束を縮め、且つこの配列方向と直交する方向に対しては光をそのまま通過させる機能を備えており、光量分布が均一となるようにレーザ光を補正する。
The
DMD50は、図6示すように、SRAMセル(メモリセル)60上に、微小ミラー(マイクロミラー)62が支柱により支持されて配置されたものであり、画素(ピクセル)を構成する多数の(例えば、ピッチ13.68μm、1024個×768個)の微小ミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上部に支柱に支えられたマイクロミラー62が設けられており、マイクロミラー62の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー62の反射率は90%以上である。また、マイクロミラー62の直下には、ヒンジ及びヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのCMOSのSRAMセル60が配置されており、全体はモノリシック(一体型)に構成されている。
As shown in FIG. 6, the
DMD50のSRAMセル60に、マイクロミラー60の傾斜状態(変調状態)を示すデジタル信号が書き込まれ、さらにSRAMセル60からマイクロミラー62にデジタル信号が出力されると、支柱に支えられたマイクロミラー62が、対角線を中心としてDMD50が配置された基板側に対して±α度(例えば±10度)の範囲で傾けられる。
When a digital signal indicating the tilt state (modulation state) of the
図7には、DMD50の一部を拡大し、マイクロミラー62が+α度又は−α度に制御されている状態の一例を示しており、図7(A)は、マイクロミラー62がオン状態である+α度に傾いた状態を示し、図7(B)は、マイクロミラー62がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。この図7(A)、(B)に示すように、DMD50の各ピクセルにおけるマイクロミラー62の傾きを画像信号に応じて制御することにより、DMD50に入射された光ビームはそれぞれのマイクロミラー62の傾き方向へ反射される。なお、オフ状態のマイクロミラー62により光ビームが反射される方向には、光吸収体(図示省略)が配置されている。そして、それぞれのマイクロミラー62のオンオフ制御は、コントローラ190からの指令を受けて、上述のデータ処理部及びミラー駆動制御部を含むスキャナ制御部により行われる。
FIG. 7 shows an example of a state in which a part of the
また、DMD50の光反射側には、DMD50で反射されたレーザ光を感光材料150の走査面(被露光面)56上に結像するレンズ系54、58、レンズ系54、58を透過したレーザ光の焦点距離を調整するフォーカス機構59がこの順に配置されている。
Further, on the light reflection side of the
レンズ系54、58は、DMD50と被露光面56とが共役な関係となるように配置されており、本実施形態では、ファイバアレイ光源66から出射されたレーザ光が均一化され、DMD50に入射された後、各画素がこれらのレンズ系54、58によって約5倍に拡大され、集光されるように設定されている。
The
フォーカス機構59は、透明ガラス材料によってクサビ状(台形柱状)に形成された一対のガラス部材(ペアクサビガラス)210、212を備えている。本実施形態では、ガラス部材210、212の屈折率:nがn=1.53とされており、この一対のガラス部材210、212は、互いに反転した向きでレーザ光の光軸に沿って隣接配置されている。
The
詳細には、レーザ光の入射側(DMD50側)に設けられたガラス部材210は、底面が一側方(図5(A)の上方)へ向けられ、底面と平行な頂面が他側方(図5(A)の下方)へ向けられると共に、底面及び頂面に対して直角とされた平面がレーザ光の入射側に配置されて光入射面210Aとされ、光入射面210Aに対して傾斜した傾斜面がレーザ光の出射側に配置されて光出射面210Bとされており、さらに、DMD50側から出射されるレーザ光の光軸に対して光入射面210Aが略直交し、光出射面210Bが傾斜する向きに配置されている。
Specifically, the
また、レーザ光の出射側(被露光面56側)に設けられたガラス部材212は、底面が他側方(図5(A)の下方)へ向けられ、底面と平行な頂面が一側方(図5(A)の上方)へ向けられると共に、底面及び頂面に対して直角とされた平面がレーザ光の出射側に配置されて光出射面212Bとされ、光出射面212Bに対して傾斜した傾斜面がレーザ光の入射側に配置されて光入射面212Aとされており、さらに、DMD50側から出射されるレーザ光の光軸に対して光出射面212Bが略直交し、光入射面212Aが傾斜する向きに配置されている。
Further, the
そしてこの一対のガラス部材210、212は、図5(A)、(B)に示すように、ガラス部材210の光出射面210Bとガラス部材212の光入射面212Aとが僅かな隙間をあけて相対する非接触の状態で、ガラス部材210の光入射面210Aとガラス部材212の光出射面212Bとが平行にされる共に上記のようにレーザ光の光軸に対して略直交している。また本実施形態では、ガラス部材210の光出射面210Bとガラス部材212の光入射面212Aの間隔が0.1mmに設定されている。
Then, as shown in FIGS. 5A and 5B, the pair of
図8には、上記のガラス部材210、212を備えるフォーカス機構59全体の外観図が示されている。
FIG. 8 is an external view of the
フォーカス機構59は、一対のガラス部材210、212の各々を個別に保持するベースホルダ214及びスライドホルダ216を備えており、図8に示す向きでは下側に配置されたベースホルダ214に、上述したレーザ光の出射側に配置されたガラス部材212が保持されており、図8に示す向きでは上側に配置されたスライドホルダ216に、レーザ光の入射側に配置されたガラス部材210が保持されている。
The
ベースホルダ214は、ガラス部材212と略相似形のクサビ状で、上面(傾斜面)214A及び下面214Bに矩形状の開口部218、220が形成され、内部にガラス部材212を収容するための空洞部(収容部)222が設けられた略枠状とされている。
The
空洞部222は、上面214A側の開口部218の大きさで略垂直下方へ所定の深さ寸法だけ掘り込まれた凹状とされており、ガラス部材212を収容した際に、空洞部222を構成する底面及び内周面がガラス部材212の下面(光出射面212B)及び外周面に略隙間なく接触する大きさとされている。
The
下面214B側の開口部220は、上面214A側の開口部218及び空洞部222の開口形状よりも少し小さくされて下面214Bの略中央に配置されている。また、この下面214Bの一側端部(図8では左側端部)には、ベースホルダ214を含むフォーカス機構59全体をスキャナ162のフレーム(図示省略)にネジ止め固定するための固定部224が突設されている。
The opening 220 on the lower surface 214B side is slightly smaller than the opening shapes of the
一方、スライドホルダ216は、ガラス部材210と略相似形のクサビ状で、上面216A及び下面(傾斜面)216Bに矩形状の開口部226、228が形成され、内部にガラス部材210を収容するための空洞部(収容部)230が設けられた略枠状とされている。
On the other hand, the
空洞部230は、上面214A側の開口部226の大きさで略垂直下方へ掘り込まれ下面側の開口部228へ貫通された貫通孔状とされており、ガラス部材210を収容した際に、空洞部230を構成する内周面がガラス部材212の外周面に略隙間なく接触する大きさとされている。
The cavity 230 has a size of the
このスライドホルダ216は、図8に示すように、下面216Bがベースホルダ214の上面214Aに向かい合わせられると共に、下面216Bの傾斜方向がベースホルダ214の上面214Aとは反対向きにされてベースホルダ214上に配置され、ベースホルダ214との間(ベースホルダ214の上面214A及びスライドホルダ216の下面216Bにおける各前後端部)に設けられた一対のガイドレール232(図8では後側のガイドレールの図示を省略している)によって、ベースホルダ214に組み付けられユニット化されている。
As shown in FIG. 8, the
また、ユニット化された状態では、スライドホルダ216の図8における左右方向の長さ寸法はベースホルダ214よりも少し短くされており、スライドホルダ216の図8における前後方向の長さ寸法はベースホルダ214とほぼ同じくされ、それぞれの前端面同士及び後端面同士が略同一面となるよう位置合わせされている。
In the unitized state, the length of the
そして、この一対のガイドレール232により、ベースホルダ214の上面214Aとスライドホルダ216の下面216Bとは所定の間隔を置いて略平行に配置され、スライドホルダ216はベースホルダ214に対し、下面216B及び上面214Aの傾斜方向に沿って略左右方向(図8の矢印S方向)に相対移動可能とされている。さらに、このスライドホルダ216の移動における所定の位置(ガラス部材210、212の組み付け位置)では、図8の平面視方向(矢印L方向)において、スライドホルダ216の空洞部230がベースホルダ214の空洞部222にほぼ重なるようになる。
The pair of
スライドホルダ216の上面214A側の開口部226には、矩形枠板状のガラス部材押さえ板234が嵌め込まれて取り付けられるようになっている。このガラス部材押さえ板234の外形は、開口部226にほぼ隙間なく嵌合する大きさとされている。また、ガラス部材押さえ板234の略中央に形成された矩形状の開口部236は、その大きさがベースホルダ214の下面214B側の開口部220とほぼ同じ大きさとされ、スライドホルダ216を上記の所定の位置に移動させた際に、図8の平面視方向において、開口部220にほぼ重なる位置に配置されている。
A rectangular frame plate-like glass
このユニット化されたベースホルダ214及びスライドホルダ216へのガラス部材210、212及びガラス部材押さえ板234の組み付けは、スライドホルダ216を上記の所定の位置に移動させ、スライドホルダ216の空洞部230をベースホルダ214の空洞部222に位置合わせして、各空洞部222、230にガラス部材212、ガラス部材210、ガラス部材押さえ板234の順に組み付けることにより行う。
Assembling of the
最初に組み付けるガラス部材212は、スライドホルダ216を所定の位置に配置した後、傾斜している光入射面212Aを上側とし所定の向きにしてスライドホルダ216の開口部226及び空洞部230を通し、ベースホルダ214の空洞部222に嵌め込む。ここで、ガラス部材212は、下側に向けられた光出射面212Bが空洞部222を構成する底面に面接すると共に、外周面が空洞部222を構成する内周面に面接して、ベースホルダ214の空洞部222にガタなく収容される。
The
続いてガラス部材210は、傾斜している光出射面210Bを下側とし所定の向きにして開口部226からスライドホルダ216の空洞部230に嵌め込む。ここで、ガラス部材210は、下側に向けられた光出射面210Bがガラス部材212の光入射面212Aに僅かな隙間(0.1mm)をあけて相対すると共に、外周面が空洞部230を構成する内周面に面接して、スライドホルダ216の空洞部230にガタなく収容される。
Subsequently, the
最後に、スライドホルダ216の開口部226に、ガラス部材押さえ板234を所定の向きにして嵌め込み、ガラス部材押さえ板234の下面をガラス部材210の光入射面210Aに面接させた状態で、図示しない固定部材によりスライドホルダ216にネジ止め固定する。
Finally, the glass
以上の組み付けにより、一対のガラス部材210、212は、図8及び図5(A)に示すような隣接状態で、各々が個別にスライドホルダ216、ベースホルダ214に保持されている。またガラス部材210は、スライドホルダ216の移動に伴い、ガラス部材212の光入射面212Aと相対する光出射面210Bの面方向に沿って矢印S方向へ移動する。また、DMD50側からガラス部材210、212へ向けて出射されたレーザ光は、ガラス部材押さえ板234の開口部236を通ってガラス部材210の光入射面210Aへ入射し、ガラス部材210、212を透過すると、ガラス部材212の光出射面212Bからベースホルダ214の下面214B側の開口部220を通って出射される。
With the above assembly, the pair of
なお、このベースホルダ214、スライドホルダ216によるガラス部材210、212の保持では、加工精度のバラツキや温度変化等により、空洞部222、230の内周面とガラス部材210、212の外周面との隙間(密着性)が許容範囲を超えてしまい、ガラス部材210、212にガタが生じる可能性もある。その場合には、例えば、空洞部222、230を構成する内周面の必要部位に板バネや圧縮コイルバネ等の弾性部材を備えるガタ取り機構を設け、この弾性部材の弾性力によりガラス部材210、212を付勢してガタ取りする、あるいは、ベースホルダ214、スライドホルダ216の外周面から空洞部222、230を構成する内周面へ貫通するネジ孔及びこのネジ孔に螺合する押しネジを備えるガタ取り機構を必要部位に設け、この押しネジによりガラス部材210、212を押圧してガタ取りするようにしてもよい。
Note that, when the
図8に示すように、ベースホルダ214の右側面214Cにおける略中央位置には、アクチュエータ取付板238がネジ止め固定されている。ベースホルダ214の右側面214Cは、上面214Aと略直角にされており、この右側面214Cに取り付けられているアクチュエータ取付板238は、ベースホルダ214の上面214Aと略直角の向きで取付部(下部)から上方へ延出され、その上部側の外側面に、スライドホルダ216に移動動力を与える駆動源としてのアクチュエータ240が取り付けられている。
As shown in FIG. 8, an
アクチュエータ240は、駆動軸242の延出方向及び移動方向(矢印D方向)がスライドホルダ216の移動方向(矢印S方向)に合わせられてアクチュエータ取付板238に取り付けられており、駆動軸242の先端部242Aがスライドホルダ216の右側面216Cに連結されている。また、アクチュエータ240はコントローラ190のフォーカス機構制御部に接続され、このフォーカス機構制御部により制御されて作動するようになっている。
The
スライドホルダ216の上面216Aの右前角部には、切り欠き部244が形成されている。この切り欠き部244の底面とベースホルダ214の上面214Aの右前角部とには、一対の支柱246、248が立設されており、一対の支柱246、248には、アクチュエータ240の駆動軸242の駆動力よりもバネ力が小さく設定された引張コイルバネ250が架設されている。この引張コイルバネ250のバネ力によって、ガイドレール232及びアクチュエータ240を介して連結されているスライドホルダ216とベースホルダ214との間には予圧が掛けられている。
A
ここで、コントローラ190のフォーカス機構制御部により制御されてアクチュエータ240が作動し、駆動軸242を矢印D方向に駆動させると、スライドホルダ216及びガラス部材210は一対のガイドレール232にガイドされて矢印S方向へ移動する。また、スライドホルダ216及びガラス部材210は、アクチュエータ240の駆動軸242やガイドレール232に若干の遊び(ガタ分)がある場合でも、引張コイルバネ250によって加えられている予圧により、静止状態ではガタつきなく保持され、また移動では円滑に動作するようになる。
Here, when the
ベースホルダ214の下面214Bにおける右前角部には、矩形状のセンサ取付板252がネジ止め固定されている。センサ取付板252は、ベースホルダ214の下面214Bへの取付部(左側部)から右方へ延出されて突出している右側部が、ベースホルダ214の上面214Aと略平行になるよう取付部に対して屈曲されており、その右側部の上面に、ガラス部材210を保持したスライドホルダ216の基準位置(ホームポジション)を検出するための基準位置センサユニット254が取り付けられている。
A rectangular
基準位置センサユニット254は、直方体形状とされたユニット本体の上部に光センサ258が搭載され、ユニット本体の内部に光センサ258から出力される電気信号(検出信号)を増幅する回路基板(図示省略)が設けられている。光センサ258は、スリット部256の内壁面に投受光素子(図示省略)が設けられ、このスリット部256がスライドホルダ216の移動方向(矢印S方向)と略平行になる向きに配置されている。また、基準位置センサユニット254はコントローラ190のフォーカス機構制御部に接続され、このフォーカス機構制御部により制御されて作動するようになっている。
In the reference
スライドホルダ216の右側面216Cにおける前端部には、基準位置センサユニット254に対応する基準位置検出板260がネジ止め固定されている。基準位置検出板260はL字形とされ、スライドホルダ216の右側面216Cへの取付部(左側部)から略直角に屈曲されて右方へ所定長さ寸法だけ延出された右側部が検出部(光センサ遮光部)とされており、この検出部がスライドホルダ216の移動に伴い光センサ258のスリット部256内を通過又はスリット部256内から離脱可能となる位置に配置されている。
A reference
ここで、スライドホルダ216の移動に伴い、基準位置検出板260の検出部先端が光センサ258のスリット部256内を通過する(スリット部256内に配置される)又はスリット部256内から離脱すると、光センサ258は投受光素子により遮光/非遮光の状態を検出して各状態に応じたHigh/Lowの検出信号を出力する。そして、基準位置センサユニット254は、この検出信号を回路基板により増幅してコントローラ190のフォーカス機構制御部に出力する。
Here, as the
また、コントローラ190のフォーカス機構制御部は、アクチュエータ240を駆動制御してスライドホルダ216を移動させた際に、基準位置センサユニット254から入力された検出信号の出力レベルのHigh/Lowが切り替わる位置を、スライドホルダ216及びガラス部材210の基準位置と認識し、この基準位置の情報をメモリに記憶する。そして、アクチュエータ240の駆動制御では、この基準位置の情報に基づいてアクチュエータ240を駆動制御する制御信号を生成し、また必要に応じて基準位置の情報に補正を加えて制御信号を生成し、アクチュエータ240へ出力する。
In addition, the focus mechanism control unit of the
フォーカス機構59は上記のように構成されており、このフォーカス機構59によるレーザ光の焦点距離の調整では、コントローラ190のフォーカス機構制御部によりアクチュエータ240が駆動制御されると、スライドホルダ216に保持されたガラス部材210は、図9に示すように、図中の二点鎖線で示した基準位置から、図9(A)に示す矢印SA方向、又は、図9(B)に示す矢印SB方向へ移動する。
The
ここで、ガラス部材210が基準位置にある場合のガラス部材210の光入射面210Aとガラス部材212の光出射面212Bとの距離、すなわち互いの間に設けられた僅かな隙間を含むガラス部材210、212のトータルの厚さ寸法をtとすると、厚さ寸法:tは、ガラス部材210が基準位置から矢印SA方向へ所定距離だけ移動した場合にはΔtだけ減少し(−Δt)、ガラス部材210が基準位置から矢印SB方向へ所定距離だけ移動した場合にはΔtだけ増加する(+Δt)。
Here, when the
このように、ガラス部材210、212の厚さ寸法:tが変化すると(±Δt)、レーザ光がガラス部材210、212を透過する透過距離が変化して、レーザ光の焦点距離:FDが変化する(±ΔFD)。なお、図9に示したPSは結像面を表している。
As described above, when the thickness dimension t of the
また、ガラス部材210、212の屈折率:n(本実施形態ではn=1.53)とすると、このガラス部材210、212の厚さ寸法:tの変化量に応じたレーザ光の焦点距離:FDの変化量は、下式によって求められる。
Further, assuming that the refractive index of the
+ΔFD=+Δt−(+Δt)/n
−ΔFD=−Δt−(−Δt)/n
次に、上記のように構成された露光装置100による感光材料150に対する露光動作及び露光動作におけるデータ処理内容について説明する。
+ ΔFD = + Δt − (+ Δt) / n
−ΔFD = −Δt − (− Δt) / n
Next, an exposure operation for the
先ず、露光パターンに応じた画像データがコントローラ190に入力されると、コントローラ内のフレームメモリに一旦記憶される。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を2値(ドットの記録の有無)で表したデータである。
First, when image data corresponding to an exposure pattern is input to the
次に、感光材料150をステージ152にセットし、オペレータがコントローラ190の操作部から露光開始の入力操作を行う。なお、露光装置100により画像露光を行う感光材料150としては、プリント配線基板や液晶表示装置等のパターンを形成(画像露光)する材料としての基板やガラスプレート等の表面に、感光性エポキシ樹脂等のフォトレジストを塗布、又ドライフィルムの場合はラミネートしたものなどが挙げられる。
Next, the
上記の入力操作により、露光装置100の露光動作が開始すると、コントローラ190は駆動装置を制御し、ステージ152が図1に示される原点位置からガイド158に沿って下流側に一定速度で移動開始する。このステージの移動開始に同期して、又は、感光材料150の先端が検出ユニット180のCCDカメラ182の真下に達する少し手前のタイミングで、各検出ユニット180はコントローラ190により制御されて作動する。
When the exposure operation of the
ステージ152の移動に伴い、感光材料150が検出ユニット180の下方を通過する際には(図10の150Aから150Bへ移動)、CCDカメラ182によるアライメント測定と、変位センサ184によるフォーカス測定とが同時に行われる。
When the
先ず、感光材料150が3台のCCDカメラ182の下方を通過する際には、図11(A)に示すように、各CCDカメラ182は感光材料150を撮影し、その撮影した画像データ(撮影データ)をコントローラ190のデータ処理部へ出力する。
First, when the
データ処理部は、入力された撮影データから、アライメント用の基準部として感光材料150に設けられたアライメントマークや基準孔、あるいは感光材料150の縁部や角部等を検出して感光材料150の位置及び被露光面56に対する適正な露光位置を把握する。そして、後述するスキャナ162による画像露光時に、フレームメモリに記憶されている露光パターンの画像データに基づいて生成する制御信号をその適正な露光位置に合わせ込んで画像露光する補正制御(アライメント)を行う。
The data processing unit detects an alignment mark or a reference hole provided in the
また、感光材料150が3台の変位センサ184の下方を通過する際には、各変位センサ184は感光材料150の先端と後端の検出(エッジ検出処理)を含む被露光面56との距離測定を行い(図11(A)参照)、その測定した距離データ(フォーカス測定データ)をコントローラ190のスキャナ制御部へ出力する。
Further, when the
スキャナ制御部は、入力されたフォーカス測定データに基づいて感光材料150の先端及び後端を認識すると共に、感光材料150のうねりや厚さ寸法誤差を把握するための演算処理を実行する。さらに、この処理結果に基づいて、各露光ヘッド166のフォーカス機構59のアクチュエータ240を駆動制御する制御信号を生成してスキャナ162へ出力し、各露光ヘッド166から照射される光ビームの焦点位置を感光材料150の被露光面56に一致させるフォーカス制御を行う。
The scanner control unit recognizes the leading end and the trailing end of the
ここで、上記の演算処理とフォーカス制御の内容について説明する。 Here, the contents of the above arithmetic processing and focus control will be described.
感光材料150の移動方向をY方向とし、移動方向と直交する方向(感光材料150の幅方向)をX方向とすると、Y方向の演算処理は、最初に、変位センサ184によって感光材料150の移動に伴い所定の移動間隔で取得した距離データの平均値を複数求めることを行う。本実施形態では、図12(A)に示すように、感光材料150の移動に伴い距離データの平均値を演算する平均演算間隔は1mmに設定しており、測定間隔は200μmとして5回づつデータ取得し平均化演算を行う。
Assuming that the moving direction of the
コントローラ190のスキャナ制御部は、図12(B)に示すように、測定動作スタート後、感光材料150が測定開始位置からY方向(ステージ移動方向)へ1mm移動する度に算出される移動平均値データ(5回測定の平均値データ)をフレームメモリに順次保存する。この移動平均値データは、測定開始位置から測定終了位置までのデータが保存される。
As shown in FIG. 12B, the scanner control unit of the
また、ノイズデータを除去するため、予め設定された計測範囲を超えたデータは平均化演算処理の対象外として扱い、このデータが所定回数(例えば15回)以上続いた場合はクリアデータ(無効データ)として扱う。例えば、感光材料となるプリント配線板の基板にスルーホールが形成されており、そのスルーホールを検出した場合などはクリアデータとなる。また、感光材料150が測定開始位置に達する前(感光材料150の先端検出前)と測定終了位置を通過した後(感光材料150の後端検出後)も、クリアデータが保存される。ただし、スルーホールのようにその形成位置が事前に把握できるものについては、対応する領域の距離測定を行わないよう予め指定する、あるいは対応する領域のデータをキャンセルすることも可能である。
In addition, in order to remove noise data, data exceeding a preset measurement range is treated as not subject to averaging calculation processing, and clear data (invalid data) if this data continues for a predetermined number of times (for example, 15 times). ). For example, when a through hole is formed in the substrate of a printed wiring board serving as a photosensitive material and the through hole is detected, clear data is obtained. Clear data is also stored before the
続いて、スキャナ制御部は、保存した各移動平均値データを、平均演算間隔の1/2だけ(1mm×1/2=0・5mm)測定開始方向へシフトして、各平均化演算測定区間の中間点のX−Y座標値に対応するZ座標値として設定する。さらにこのZ座標値を、各Y座標値、及び、3台の変位センサ184の設置位置である各X座標値にマッピングして図13に示すようなマッピングデータを作成し、各露光ヘッド166から照射される光ビームの焦点がマッピングデータから求められる近似曲線に倣うように各露光ヘッド166のフォーカス機構59を駆動制御する制御信号を生成する。
Subsequently, the scanner control unit shifts each moving average value data stored in the measurement start direction by 1/2 of the average calculation interval (1 mm × 1/2 = 0.5 mm), and each averaging calculation measurement section. Is set as the Z coordinate value corresponding to the XY coordinate value of the intermediate point. Further, this Z coordinate value is mapped to each Y coordinate value and each X coordinate value that is the installation position of the three
先ず、X方向の近似曲線は以下の演算処理により求める。 First, an approximate curve in the X direction is obtained by the following calculation process.
図14に示すように、特定のY方向位置(移動平均値データをシフトしたY座標値)におけるX方向断面で、感光材料150の中央部が両側端部に対して盛り上がるように反っている場合、3台の変位センサ184がぞれぞれ測定した被露光面−変位センサ間距離から被露光面56の3点の(X,Y,Z)座標値が取得され、この座標値から以下の(1)式にあてはまる曲率半径:Rを導く。
As shown in FIG. 14, in the X direction cross section at a specific Y direction position (Y coordinate value obtained by shifting the moving average value data), the central portion of the
(X−X0)2+(Z−Z0)2=R2・・・(1)
この(1)式から算出されたRによって描かれる曲線(曲率円)が被露光面56のX方向断面における近似曲線になる。
(X-X0) 2+ (Z-Z0) 2 = R2 (1)
A curve (curvature circle) drawn by R calculated from the equation (1) becomes an approximate curve in the X-direction cross section of the exposed
また、Rで描かれる近似曲線の曲率中心(X0,Y0,Z0)から露光ヘッド166の光軸LまでのX方向距離:HX、曲率中心から近似曲線までの露光ヘッド166の光軸位置におけるZ方向距離:Zとすると、R、HX、Zには以下の(2)式の関係が成立する。
Further, the distance in the X direction from the center of curvature (X0, Y0, Z0) of the approximate curve drawn by R to the optical axis L of the exposure head 166: HX, Z at the optical axis position of the
R2=HX2+Z2・・・(2)
この(2)式によって算出されるZから、露光ヘッド166の光軸位置(Xn,Yn)におけるZ座標値(Zn)が得られる。したがって、(Xn,Yn)では、光ビームの焦点が(Zn)に一致するよう露光ヘッド166のフォーカス機構59のアクチュエータ240を駆動制御する制御信号を生成する。
R2 = HX2 + Z2 (2)
A Z coordinate value (Zn) at the optical axis position (Xn, Yn) of the
また、図12(C)に示すように、露光ヘッド166の光軸位置(Xn,Yn)におけるZ座標値(Zn)を、各移動平均値データをシフトした各Y座標値で繋いだ曲線が、Y方向の近似曲線になる。感光材料150がY方向へ移動するのに伴うフォーカス制御は、光ビームの焦点がこの近似曲線に倣うよう、フォーカス機構59のスライドホルダ216に保持されたガラス部材210を滑らかに移動させるようにアクチュエータ240を駆動制御する。以上が演算処理とフォーカス制御の内容である。
Further, as shown in FIG. 12C, there is a curve obtained by connecting the Z coordinate value (Zn) at the optical axis position (Xn, Yn) of the
また、スキャナ制御部は、図13に示したマッピングデータで、Z座標値の最大値と最小値の差が予め設定されている閾値を超えたか否かを判別し、閾値を超えたと判定した場合には、感光材料150のうねり又は厚さ寸法誤差が大きく精度不良であると判断して、コントローラ190によりエラー制御を行う。エラー制御では、感光材料150が精度不良である判断されると、スキャナ162による画像露光には移行せず、露光動作を直ちに中止してステージ152を最上流側にある原点位置に戻す。そして、コントローラ190のモニタには露光動作を中止したことを報知する情報(エラー情報)を表示する。
Further, the scanner control unit determines whether or not the difference between the maximum value and the minimum value of the Z coordinate value exceeds a preset threshold value in the mapping data shown in FIG. 13, and determines that the threshold value is exceeded. In this case, it is determined that the waviness or thickness dimension error of the
感光材料150が検出ユニット180を通過すると(図10の150B位置)、検出ユニット180によるアライメント測定及びフォーカス測定(同時測定)が完了する。さらに、検出ユニット180を通過した感光材料150はステージ152の移動に伴いスキャナ162側へ移動し、露光開始位置に達すると、スキャナ162の各露光ヘッド166は光ビームを照射して感光材料150の被露光面56に対する画像露光を開始する(図11(B)参照)。
When the
ここで、コントローラ内のフレームメモリに記憶された画像データが複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部は、読み出された画像データに基づいて各露光ヘッド166毎に制御信号を生成する。この制御信号には、前述した補正制御(アライメント)により、アライメント測定した感光材料150に対する露光位置ずれの補正が加えられる。そして、ミラー駆動制御部は、生成及び補正された制御信号に基づいて各露光ヘッド166毎にDMD50のマイクロミラーの各々をオンオフ制御する。
Here, the image data stored in the frame memory in the controller is sequentially read for each of a plurality of lines, and the data processing unit generates a control signal for each
ファイバアレイ光源66からDMD50にレーザ光が出射されると、DMD50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は、レンズ系54、58により感光材料150の被露光面56上に結像される。ここで、レーザ光の焦点は、前述したフォーカス機構59を用いて行うフォーカス制御により、その露光位置での被露光面−露光ヘッド(レンズ系)間距離に応じて被露光面56上に合わせられる。
When laser light is emitted from the fiber
このようにして、ファイバアレイ光源66から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされ、感光材料150の被露光面56は、DMD50の使用画素数と略同数の画素単位(露光エリア168)で露光される。また、感光材料150がステージ152と共に下流側へ移動することにより、被露光面56はレーザ光によりステージ移動方向と反対の方向に走査露光される。そして被露光面56には、各露光ヘッド166のレーザ光により走査露光された帯状の露光済み領域170が形成される。この走査露光では、フォーカス制御により走査に同期してレーザ光の焦点が被露光面56の形状に倣い滑らかに追従するよう被露光面56上に合わせられる。
In this manner, the laser light emitted from the fiber
感光材料150がスキャナ162を通過し(図10の150C位置)、スキャナ162による感光材料150の画像露光が完了すると、ステージ152は駆動装置により逆方向へ駆動され、ガイド158に沿って最上流側にある原点に復帰する。以上により、露光装置100による感光材料150に対する露光動作が終了する。
When the
次に、以上説明した本実施形態に係る露光装置100の作用について説明する。
Next, the operation of the
本実施形態に係る露光装置100では、画像データに応じて変調されたレーザ光により感光材料150を走査露光するスキャナ162(各露光ヘッド166)と、感光材料150とは、ステージ152により走査方向に沿った方向へ相対移動する。この感光材料150に対し、検出ユニット180のCCDカメラ182は感光材料150に設けられた露光位置の基準部を検出し(アライメント測定)、CCDカメラ182の近傍に設けられた変位センサ184は、CCDカメラ182による基準部の検出と同時に、感光材料150の被露光面56との距離を測定する(フォーカス測定)。そして、コントローラ190は、CCDカメラ182による検出情報に基づいてレーザ光による露光位置ずれの補正制御を行い、且つ、変位センサ184による測定情報に基づいてレーザ光の焦点位置を感光材料150の被露光面56に一致させるフォーカス制御を行うことで、レーザ光による露光位置及び焦点距離の精度向上が図られる。
In the
また、変位センサ184をCCDカメラ182の近傍に設けていることにより、フォーカス測定は、アライメント測定と同時に行うことが可能となる。これにより、従来の構成と比較して、感光材料150を基準部検出完了位置(アライメント測定完了位置)から露光開始位置(スキャナ162の直下)まで移動させる距離は短くなり、フォーカス測定から露光開始までに掛かる時間が短縮されて生産性が向上する。
Further, since the
また、本実施形態では、フォーカス制御においてコントローラ190がスキャナ162の各露光ヘッド166に設けられたフォーカス機構59のアクチュエータ240を駆動制御すると、フォーカス機構59のスライドホルダ216に支持されたガラス部材210は、ガラス部材212の光入射面212Aと僅かな隙間をあけて相対する光出射面210Bに沿って移動し、この相対移動により、DMD50側から出射されたレーザ光がガラス部材210へ入射する光入射面210Aと、入射後にガラス部材210、212を透過してガラス部材212から出射する光出射面212Bとのレーザ光の光軸方向における相対距離が変化し、すなわち、レーザ光がガラス部材210、212を透過する透過距離が変化し、レーザ光の焦点距離が変更される。
In the present embodiment, when the
このようなフォーカス機構59を用いていることにより、従来のように感光材料をフォーカス深度方向に移動させるような機構的手段を用いる場合と比較して、その構成を簡素化できると共に装置全体の大型化を抑制できる。
By using such a
また、本実施形態では、スキャナ162が複数(8個)の露光ヘッド166を有することにより、複数の露光ヘッド166がそれぞれ出射するレーザ光により、感光材料150の被露光面56を露光する際の露光面積を拡大できるため、露光時間を短縮して生産性を向上することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、複数の露光ヘッド166を有するスキャナ162による感光材料150の露光において、複数の露光ヘッド166でそれぞれフォーカス制御を行うことにより、各露光ヘッド166から出射される各レーザ光の焦点位置が、レーザ光毎にそれぞれ感光材料150の被露光面56に一致するようになる。このように、複数の露光ヘッド166のレーザ光毎に、焦点位置の精度が向上することにより、複数の露光ヘッド166を用いた場合の高精度な露光を実現することができる。
In the present embodiment, in the exposure of the
また、本実施形態では、3台の変位センサ184を走査方向と交差する方向(直交方向)に沿って配置し、感光材料150の被露光面56との距離測定箇所を、走査方向と交差する方向で3箇所としていることにより、走査方向と交差する方向での感光材料150のうねりや反りによる被露光面56の凹凸や起伏形状等が測定可能となる。これにより、フォーカス制御では、その被露光面56の凹凸や起伏形状等に応じてレーザ光の焦点位置を高い精度に合わせられる。
Further, in the present embodiment, three
また、本実施形態では、マッピングデータに基づいて求めた被露光面56に対応する近似曲線にレーザ光の焦点位置を合わせていることにより、走査方向と交差する方向に沿って複数の変位センサ184を配置する場合に、その配置数を増やさなくても(本実施形態の場合は変位センサ184の数(3台)を露光ヘッド166の数(8個)より少なくした構成)、その簡素化した構成によって、レーザ光の焦点位置を被露光面56に高精度に合わせられるようになる。また、スキャナ162と感光材料150との相対移動では、レーザ光の焦点位置を近似曲線に倣わせてフォーカス制御していることにより、スキャナ162と感光材料150とが相対移動されることに伴い駆動される、レーザ光の焦点距離を調整するためのフォーカス機構59に設けられたガラス部材210の動作が滑らかな動きになる。これにより、各露光ヘッド166及びスキャナ162の振動が低減され、被露光面56に一致させるレーザ光の焦点位置精度を更に高めることができる。
In the present embodiment, the plurality of
また、本実施形態では、変位センサ184によって測定された感光材料150の被露光面56との距離の測定データが、感光材料150のうねりや反りによる被露光面56の凹凸や起伏形状等が大きい、あるいは感光材料150の厚さ寸法誤差が大きいなどにより、予め設定された閾値を超えた場合には、コントローラ190のスキャナ制御部は、感光材料150に対する露光を行わないようスキャナ162を制御する。これにより、精度不良の感光材料150に対する無駄な露光時間が削減されて生産性を向上できる。また、本実施形態のように、スキャナ162による感光材料150への露光開始前に、被露光面56における全露光範囲の距離測定を完了するように構成及び露光動作が制御されている露光装置100であれば、露光前に精度不良の感光材料150に対する露光動作が中止されて感光材料150の無駄を削減できる。
Further, in the present embodiment, the measurement data of the distance from the exposed
(第2の実施形態)
図15及び図16には本発明の第2の実施形態に係る露光装置が示されている。なお、本実施形態に係る露光装置200では、第1の実施形態と共通の部分に同一符合を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
15 and 16 show an exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention. Note that in the
図15及び図16に示すように、露光装置200は、第1実施形態の露光装置100よりも設置台202の長手方向寸法が短くされて、2本のガイド204に沿って往復移動するステージ152の移動範囲が狭くされている。またこの露光装置200では、ステージ152の原点位置は、図16に示す設置台202の右側端部に設定されており(感光材料150の原点位置としては図16(A)の150D位置)、本実施形態では、図16の右側及び図15の右奥側を上流側、図16の左側及び図15の左手前側を下流側として説明する。
As shown in FIGS. 15 and 16, in the
設置台202の中央部には、スキャナ162を取り付けたゲート161がステージ152の移動方向の上流側に配置され、このゲート161の下流側近傍に、フォーカス測定用の4台の変位センサ206、及び、アライメント測定用の3台のCCDカメラ208を取り付けたゲート160が配置されている。
A
本実施形態では、変位センサ206及びCCDカメラ208は別体に構成されており、各変位センサ206はゲート160の上流側面の上部に、ステージ152の移動方向と直交する方向に沿って所定の間隔で配置されており、各CCDカメラ208はゲート160の下流側面の上部に、ステージ152の移動方向と直交する方向に沿って所定の間隔で配置されている。また、ゲート160はゲート161に対し、上流側面に取り付けられた各変位センサ206がゲート160の下流側面に接触しない程度に近接配置されている。
In this embodiment, the
次に、上記のように構成された露光装置200による感光材料150に対する露光動作について説明する。なお、露光動作におけるデータ処理の内容については、第1実施形態の露光装置100よりも変位センサが1台多いことで、アライメント測定での取得データ数が増える他は第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
Next, an exposure operation for the
オペレータがコントローラ190から露光開始の入力操作をすると、感光材料150がセットされたステージ152は駆動装置により駆動されて、図16(A)に示すように、原点位置からガイド204に沿って下流側に一定速度で移動開始する。このステージの移動開始に同期して、又は、感光材料150の先端が変位センサ206の真下に達する少し手前のタイミングで、各変位センサ206及び各CCDカメラ208はコントローラ190により制御されて作動する。
When the operator performs an exposure start input operation from the
ステージ152が下流側へ移動するのに伴い、感光材料150が変位センサ206及びCCDカメラ208の下方を通過する際には(図16(A)の150Dから図16(B)の150Eへ移動)、変位センサ206によるフォーカス測定と、CCDカメラ208によるアライメント測定とが同時に行われる。
When the
これらの測定動作は第1実施形態と同様であり、感光材料150が4台の変位センサ206の下方を通過する際には、各変位センサ206は感光材料150の先端と後端の検出を含む被露光面56との距離測定を行い、その測定した距離データをコントローラ190のスキャナ制御部へ出力する。スキャナ制御部は、第1実施形態と同様に、入力されたフォーカス測定データに基づいて感光材料150の先端及び後端を認識すると共に、感光材料150のうねりや厚さ寸法誤差を把握するためのマッピングデータ作成を含む演算処理を実行し、この処理結果に基づいて、各露光ヘッド166のフォーカス機構59のアクチュエータ240を駆動制御する制御信号を生成してスキャナ162へ出力し、スキャナ162による画像露光時に各露光ヘッド166から照射される光ビームの焦点位置を感光材料150の被露光面56に一致させるフォーカス制御を行う。
These measurement operations are the same as those in the first embodiment. When the
また、感光材料150が3台のCCDカメラ208の下方を通過する際には、各CCDカメラ208は感光材料150を撮影し、その撮影した撮影データをコントローラ190のデータ処理部へ出力する。データ処理部は、第1実施形態と同様に、入力された撮影データから、感光材料150に設けられたアライメント用の基準部を検出して感光材料150の位置及び被露光面56に対する適正な露光位置を把握し、スキャナ162による画像露光時に、露光パターンの画像データに基づいて生成する制御信号をその適正な露光位置に合わせ込んで画像露光する補正制御を行う。
Further, when the
またフォーカス測定では、第1実施形態と同様に、スキャナ制御部はフォーカス測定データに基づいて作成したマッピングデータ(図13参照)により、Z座標値の最大値と最小値の差が予め設定されている閾値を超えたか否かを判別する。そして閾値を超えたと判定した場合にはコントローラ190によるエラー制御を行い、このエラー制御も、コントローラ190のモニタにエラー情報を表示すると共に、露光動作を中止してステージ152を下流側から最上流側にある原点位置に戻す動作が行われる。
Further, in the focus measurement, as in the first embodiment, the difference between the maximum value and the minimum value of the Z coordinate value is preset by the scanner control unit based on mapping data created based on the focus measurement data (see FIG. 13). It is determined whether or not a certain threshold is exceeded. If it is determined that the threshold value is exceeded, error control is performed by the
感光材料150が変位センサ206及びCCDカメラ208を通過すると(図16(B)の150E位置)、アライメント測定及びフォーカス測定(同時測定)が完了する。ここで、ステージ152は駆動装置により逆方向へ駆動され、ガイド204に沿って上流側へ移動する。そして感光材料150はステージ152の移動に伴いスキャナ162側へ移動し、露光開始位置に達すると、スキャナ162の各露光ヘッド166は光ビームを照射して感光材料150の被露光面56に対する画像露光を開始する(図16(B)参照)。
When the
この画像露光についても第1実施形態と同様に、補正制御により、アライメント測定した感光材料150に対する露光位置ずれの補正が加えられる。また、各露光ヘッド166から照射されるレーザ光の焦点は、フォーカス制御により、その露光位置での被露光面−露光ヘッド間距離に応じて感光材料150の被露光面56上に合わせられると共に、走査に同期して被露光面56の形状に倣い滑らかに追従するよう被露光面56上に合わせられる。
Similarly to the first embodiment, this image exposure is also corrected for the exposure position deviation with respect to the
感光材料150がスキャナ162を通過すると、スキャナ162による感光材料150の画像露光が完了し、ステージ152は駆動装置によりそのまま上流側へ駆動されて原点に復帰する。以上により、露光装置200による感光材料150に対する露光動作が終了する。
When the
次に、以上説明した本実施形態に係る露光装置200の作用について説明する。
Next, the operation of the
本実施形態に係る露光装置200においても、第1実施形態の露光装置100と同様に、変位センサ206をCCDカメラ208の近傍に設けていることで、フォーカス測定及びアライメント測定の同時測定が可能となる。これにより、感光材料150を基準部検出完了位置(アライメント測定完了位置)から露光開始位置(スキャナ162の直下)まで移動させる距離を短くし、フォーカス測定から露光開始までに掛かる時間を短縮することができて、生産性を向上することができる。また、この露光装置200では、画像露光済みの感光材料150を原点位置に戻す際のステージ152の移動距離が僅かであるため、第1実施形態の露光装置100に比べて、露光動作におけるステージ152のトータルの移動距離が短くされる(約1/2)。したがって、複数の感光材料150に対して連続的に露光を行う量産時などに、生産性の向上効果が大きくなる。
In the
また、本実施形態では第1実施形態と同様に、従来のように感光材料をフォーカス深度方向に移動させるような機構的手段を用いる場合と比較して、フォーカス制御を実現するためのフォーカス機構59の構成を簡素化できると共に装置全体の大型化を抑制できる。
Further, in the present embodiment, as in the first embodiment, a
また、本実施形態では第1実施形態と同様に、複数の露光ヘッド166を有するスキャナ162を用いていることにより、複数の露光ヘッド166がそれぞれ出射するレーザ光により、感光材料150の被露光面56を露光する際の露光面積を拡大し、露光時間を短縮して生産性を向上することができる。
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, by using a
また、本実施形態では、走査方向と交差する方向に沿って配置する変位センサ206を4台とし、感光材料150の被露光面56との距離測定箇所を、走査方向と交差する方向で4箇所としていることにより、第1実施形態の露光装置100よりも、感光材料150の被露光面56の形状をより詳細に測定できる。これにより、レーザ光の焦点位置を被露光面56に更に高精度に合わせられる。また、ここでも、変位センサ206の数(4台)は露光ヘッド166の数(8個)より少なくしていることにより、露光装置200の構成を簡素化することができる。
In the present embodiment, four
また、本実施形態では、フォーカス制御において第1実施形態と同様にマッピングデータに基づいて求めた被露光面56に対応する近似曲線にレーザ光の焦点位置を倣わせるよう制御していることにより、スキャナ162と感光材料150とが相対移動されることに伴い駆動されるフォーカス機構59の動作が滑らかな動きになり、各露光ヘッド166及びスキャナ162の振動が低減されて、被露光面56に一致させるレーザ光の焦点位置精度を更に高めることができる。
In the present embodiment, the focus control is performed so that the focal position of the laser beam follows the approximate curve corresponding to the exposed
また、本実施形態では、露光動作において第1実施形態と同様に、変位センサ206によって測定した感光材料150の被露光面56との距離の測定データに基づいて、精度不良の感光材料150に対する露光を中止するようスキャナ162を制御していることにより、精度不良の感光材料150に対する無駄な露光時間が削減されて生産性を向上できる。また、本実施形態の露光装置200も、スキャナ162による感光材料150への露光開始前に、被露光面56における全露光範囲の距離測定を完了するように露光動作が制御されているため、露光前に精度不良の感光材料150に対する露光動作が中止されて感光材料150の無駄を削減できる。
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, in the exposure operation, based on the measurement data of the distance from the exposed
以上、本発明を上述した第1及び第2の実施形態により詳細に説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。 Although the present invention has been described in detail with reference to the first and second embodiments described above, the present invention is not limited thereto, and various other embodiments are possible within the scope of the present invention. is there.
例えば、上記の実施の形態では、空間変調素子としてDMDを備えた露光ヘッドについて説明したが、空間変調素子としてはDMDの他に、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)タイプの空間変調素子(SLM;Spacial Light Modulator)、電気光学効果により透過光を変調する光学素子(PLZT素子)や液晶光シャッタ(FLC)等を用いることも可能である。 For example, in the above-described embodiment, the exposure head provided with the DMD as the spatial modulation element has been described. However, as the spatial modulation element, for example, a micro electro mechanical systems (MEMS) type spatial modulation element (SLM) in addition to the DMD. A Spatial Light Modulator), an optical element (PLZT element) that modulates transmitted light by an electro-optic effect, a liquid crystal light shutter (FLC), or the like can also be used.
また、フォーカス機構59に設けた一対のガラス部材210、212については、上記の実施の形態ではガラス部材212側を固定しガラス部材210側を移動させる構成としたが、これはガラス部材210側を固定しガラス部材212側を移動させる構成としてもよく、また、ガラス部材210、212を共に移動させる構成としてもよい。さらに、フォーカス機構59に設けるガラス部材の数は、2個に限らず3個以上としてもよい。その場合も、1個のガラス部材を固定して他の複数のガラス部材を移動可能にする、あるいは、全てのガラス部材を移動可能にするなどの構成を採ることができる。
The pair of
また、露光ヘッド166が出射するレーザ光のフォーカス制御については、上記の実施の形態で説明したようなフォーカス機構59を用いる他に、例えば、図17に示すように、コントローラ190により露光ヘッド166をレーザ光の光軸方向(図17の矢印LZ方向)に移動させるよう駆動制御し、露光ヘッド166をレーザ光の光軸方向に移動させることにより、レーザ光の焦点距離を変更することも可能である。これにより、上記の実施の形態で説明したガラス部材210、212等の高価な光学部材及びフォーカス機構59等を用いることなく、例えば、フォーカス移動量が1mmの場合には露光ヘッド166をレーザ光の光軸方向に1mm移動させることでフォーカス調整が可能となるような安価で単純な構成の移動機構等を用い、この移動機構等をコントローラ190により制御することによりフォーカス制御を実行できる。
For the focus control of the laser light emitted from the
56 被露光面
59 フォーカス機構(フォーカス手段)
100 露光装置
150 感光材料
152 ステージ(移動手段)
162 スキャナ(露光手段)
166 露光ヘッド(露光手段/露光ヘッド)
180 検出ユニット
182 CCDカメラ(基準部検出手段)
184 変位センサ(距離測定手段)
190 コントローラ(制御手段)
200 露光装置
206 変位センサ(距離測定手段)
208 CCDカメラ(基準部検出手段)
210 ガラス部材(クサビ状光学部材)
210B 光出射面(相対する面)
212 ガラス部材(クサビ状光学部材)
216 スライドホルダ(移動支持手段)
240 アクチュエータ(駆動手段)
56 Surface to be exposed 59 Focus mechanism (focusing means)
100
162 Scanner (exposure means)
166 Exposure head (exposure means / exposure head)
180
184 Displacement sensor (distance measuring means)
190 Controller (control means)
200
208 CCD camera (reference part detection means)
210 Glass member (wedge-like optical member)
210B Light exit surface (opposite surface)
212 Glass member (wedge-like optical member)
216 Slide holder (moving support means)
240 Actuator (drive means)
Claims (16)
前記露光手段と感光材料とを走査方向に沿った方向へ相対移動させる移動手段と、
前記移動手段により前記露光手段と相対移動される感光材料に対し、感光材料に設けられた露光位置の基準部を検出する基準部検出手段と、
前記基準部検出手段の近傍に設けられ、感光材料の被露光面との距離を測定する距離測定手段と、
前記基準部検出手段による検出情報に基づいて光ビームによる露光位置ずれの補正制御を行い、且つ、前記距離測定手段による測定情報に基づいて光ビームの焦点位置を前記被露光面に一致させるフォーカス制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする露光装置。 Exposure means for scanning and exposing a photosensitive material with a light beam modulated in accordance with image information;
Moving means for relatively moving the exposure means and the photosensitive material in a direction along a scanning direction;
A reference part detecting means for detecting a reference part of an exposure position provided in the photosensitive material with respect to the photosensitive material moved relative to the exposure means by the moving means;
A distance measuring means provided in the vicinity of the reference portion detecting means for measuring the distance from the exposed surface of the photosensitive material;
Focus control for correcting the exposure position deviation by the light beam based on the detection information by the reference portion detection means, and for matching the focal position of the light beam to the exposed surface based on the measurement information by the distance measurement means Control means for performing
An exposure apparatus comprising:
前記光ビームを出射する露光ヘッドと、
前記露光ヘッドの光ビーム出射側に配置され、光透過材料によりクサビ状に形成されると共に互いに反転した向きで前記光ビームの光軸に沿って隣接配置された複数のクサビ状光学部材と、前記複数のクサビ状光学部材のうちの少なくとも1つを他のクサビ状光学部材と相対する面に沿って移動可能に支持する移動支持手段と、前記移動支持手段に支持されたクサビ状光学部材を前記相対する面に沿って移動させる駆動手段と、を備えるフォーカス手段と、
を有し、
前記フォーカス制御では前記制御手段により前記駆動手段を駆動制御することを特徴とする請求項1記載の露光装置。 The exposure means includes
An exposure head for emitting the light beam;
A plurality of wedge-shaped optical members that are arranged on the light beam emission side of the exposure head, are formed in a wedge shape by a light transmitting material, and are arranged adjacent to each other along the optical axis of the light beam in an inverted direction; Moving support means for movably supporting at least one of the plurality of wedge-shaped optical members along a surface facing another wedge-shaped optical member; and the wedge-shaped optical member supported by the movement support means Driving means for moving along opposing surfaces; and focus means comprising:
Have
2. The exposure apparatus according to claim 1, wherein in the focus control, the driving unit is driven and controlled by the control unit.
感光材料を前記走査方向に沿った方向へ移動させる移動工程と、
前記移動される感光材料に対し、基準部検出手段によって感光材料に設けられた露光位置の基準部を検出する基準部検出工程と、
前記移動される感光材料に対し、前記基準部検出手段の近傍に設けた距離測定手段によって感光材料の被露光面との距離を測定する距離測定工程と、
前記基準部検出工程及び距離測定工程の完了後に、前記移動される感光材料に対し、前記基準部検出工程による検出情報に基づいて光ビームによる露光位置ずれの補正制御を行い、且つ、前記距離測定工程による測定情報に基づいて光ビームの焦点位置を前記被露光面に一致させるフォーカス制御を行って感光材料を走査露光する露光工程と、
を有することを特徴とする露光方法。 An exposure method in which the photosensitive material is scanned and exposed by the light beam by relatively moving the photosensitive material in a direction along a scanning direction with respect to an exposure unit that emits a light beam modulated according to image information. ,
A moving step of moving the photosensitive material in a direction along the scanning direction;
A reference part detection step for detecting a reference part of an exposure position provided on the photosensitive material by a reference part detection unit with respect to the moved photosensitive material;
A distance measuring step for measuring the distance of the photosensitive material to be moved by a distance measuring means provided in the vicinity of the reference portion detecting means;
After completion of the reference portion detection step and the distance measurement step, the moving photosensitive material is subjected to exposure position correction correction control by a light beam based on detection information in the reference portion detection step, and the distance measurement is performed. An exposure step of performing scanning exposure of the photosensitive material by performing focus control to match the focal position of the light beam with the exposed surface based on measurement information by the step;
An exposure method comprising:
感光材料を前記走査方向に沿った方向へ移動させる移動工程と、
前記移動される感光材料に対し、感光材料の被露光面との距離を測定する距離測定工程と、
前記距離測定工程の完了後に、距離測定工程による測定情報が予め設定された閾値を超えた場合には感光材料に対する露光を行わないよう前記露光手段を制御し、且つ、前記測定情報が予め設定された閾値以下の場合には前記移動される感光材料に対し、その測定情報に基づいて前記光ビームの焦点位置を前記被露光面に一致させるフォーカス制御を行って感光材料を走査露光する露光工程と、
を有することを特徴とする露光方法。 An exposure method in which the photosensitive material is scanned and exposed by the light beam by relatively moving the photosensitive material in a direction along a scanning direction with respect to an exposure unit that emits a light beam modulated according to image information. ,
A moving step of moving the photosensitive material in a direction along the scanning direction;
A distance measuring step for measuring a distance between the photosensitive material to be moved and an exposed surface of the photosensitive material;
After the distance measurement step is completed, when the measurement information in the distance measurement step exceeds a preset threshold value, the exposure unit is controlled not to expose the photosensitive material, and the measurement information is preset. An exposure step of performing scanning exposure of the photosensitive material by performing focus control to match the focal position of the light beam with the exposed surface based on the measurement information for the moved photosensitive material when the threshold is less than or equal to the threshold value; ,
An exposure method comprising:
前記露光工程では更に、前記基準部検出工程の完了後に前記移動される感光材料に対し、前記基準部検出工程による検出情報に基づいて前記光ビームによる露光位置ずれの補正制御を行って感光材料を走査露光することを特徴とする請求項13記載の露光方法。 Before the start of the exposure step, a reference portion detection step for detecting a reference portion of an exposure position provided in the photosensitive material is further provided for the moved photosensitive material,
In the exposure step, the photosensitive material moved after the completion of the reference portion detection step is subjected to correction control of the exposure position deviation by the light beam based on the detection information in the reference portion detection step, so that the photosensitive material is obtained. The exposure method according to claim 13, wherein scanning exposure is performed.
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