JP2007017763A - 画像位置計測装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子の歪みに起因する画像の歪みを抑制でき、ワークに付与されている基準マークの位置計測精度の向上が図れる画像位置計測装置と、それを備えた露光装置の提供を課題とする。
【解決手段】 ワーク６０に形成された基準マークＭを撮影する撮影手段３８を備えた画像位置計測装置３０、５０において、１次元に配列された撮像素子３８Ａで撮影手段３８を構成し、基準マークＭを走査方向に分割して撮影する。そして、この画像位置計測装置３０、５０を備えた露光装置１０とする。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、ワークに形成された基準マークを撮影する撮影手段を備えた画像位置計測装置と、その画像位置計測装置を備え、それにより計測された基準マークの位置情報を基に、ワークに形成する画像の位置を調整する露光装置に関する。

従来から、例えばワークとしてのプリント配線基板（以下、単に「基板」又は「感光材料」という場合がある）等に配線パターンを形成するレーザー露光装置が知られている。このレーザー露光装置には、画像露光の対象となるプリント配線基板を載置する露光ステージが備えられ、その露光ステージを所定の搬送経路に沿って移動させるようになっている。

具体的に説明すると、プリント配線基板が載置された露光ステージは、所定の速度で副走査方向へ移動し、所定の読取位置において、そのプリント配線基板の例えばコーナー部に設けられた位置合わせ孔（以下、「アライメントマーク」又は「基準マーク」という）がＣＣＤカメラによって撮影される。そして、その撮影によって得られたプリント配線基板の位置に合わせて、描画座標系中の描画対象領域を座標変換することにより、画像データに対するアライメント処理が実行される。

アライメント処理の実行後、露光ステージ上のプリント配線基板は、所定の露光位置において、画像データに基づいて変調され、ポリゴンミラーにより主走査方向へ偏向されたレーザービームによって、その上面に形成された感光性塗膜が走査、露光処理される。これにより、プリント配線基板上における所定の領域（描画領域）に、画像データに基づく（配線パターンに対応する）画像（潜像）が形成される。

なお、画像（潜像）が形成されたプリント配線基板は、露光ステージが初期位置に復帰移動した後、露光ステージから取り出され、プリント配線基板が取り除かれた露光ステージは、次のプリント配線基板を露光する工程に移行するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

このように、プリント配線基板を搬送しながらレーザービームを変調・照射することにより、その基板上に画像を形成するレーザー露光装置では、プリント配線基板の描画領域に対する露光位置を正確に合わせるため、露光位置の基準となるアライメントマークを撮影し、その位置（基準位置データ）の測定結果に基づいて、露光位置を適正位置に合わせるようにしている。すなわち、露光ステージ上の基板の位置及び基板自体の変形を測定し、それに合わせて画像を露光する位置を補正するようにしている。
特開２０００−３３８４３２号公報

しかしながら、撮影に用いるレンズには歪みが存在し、ＣＣＤカメラ等の撮像素子にも、画素ピッチの誤差や、素子自体に歪みが存在する。これらの歪みは微小であるが、要求されるアライメントマークの位置計測精度が高い場合には、アライメントマークの撮影精度に与える影響を無視できなくなる問題がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、撮像素子やレンズの歪みに起因する画像の歪みを抑制でき、ワークに付与されている基準マークの位置計測精度の向上が図れる画像位置計測装置と、それを備えた露光装置を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の画像位置計測装置は、ワークに形成された基準マークの位置を計測するための撮影手段を備えた画像位置計測装置であって、前記撮影手段が、前記基準マークを走査方向に分割して撮影する構成とされていることを特徴としている。

そして、請求項２に記載の画像位置計測装置は、請求項１に記載の画像位置計測装置において、前記撮影手段が、１次元に配列された撮像素子で構成されていることを特徴としている。

請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、１次元に配列された撮像素子により、基準マークを走査方向に分割して撮影できるので、撮像素子の歪みに起因する画像の歪みを抑制することができる。したがって、ワークに付与されている基準マークの位置計測精度を向上させることができる。

また、請求項３に記載の画像位置計測装置は、請求項２に記載の画像位置計測装置において、前記撮像素子の歪みを補正する補正手段を備えていることを特徴としている。

そして、請求項４に記載の画像位置計測装置は、請求項３に記載の画像位置計測装置において、前記補正手段が、前記撮影素子の歪みによる撮影画像の歪みを予め測定し、これを基に撮影画像データを補正することを特徴としている。

請求項３及び請求項４に記載の発明によれば、撮像素子の歪みを補正した撮影画像データが得られるので、基準マークの撮影精度（位置計測精度）を向上させることができる。また、その歪み補正データが１次元で済むため、撮影画像データの補正が容易にできる。

また、請求項５に記載の画像位置計測装置は、請求項３又は請求項４に記載の画像位置計測装置において、前記撮影手段が、レンズを、光軸を中心に回動及び固定できる機構を備えていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、撮像素子が１次元で、レンズの使用領域が狭いため、レンズの歪みが最小となる領域を選択して使用することが容易にできる。したがって、レンズの歪みに起因する画像の歪みを抑制することができる。また、一般にレンズの倍率を上げると歪みが増えるが、レンズの倍率を上げても歪みの影響を最小にできる領域を選択できるため、比較的低価格なレンズを使用することが可能となる。よって、コストの面でもメリットがある。

また、請求項６に記載の画像位置計測装置は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の画像位置計測装置において、前記ワークが載置可能とされ、所定の搬送路に沿って移動可能とされたステージを有し、該ステージを移動させつつ、ワークに形成された前記基準マークを撮影することを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、ワークに対する処理効率の向上が図れる。したがって、生産性を高められる。

また、本発明に係る請求項７に記載の露光装置は、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の画像位置計測装置と、前記画像位置計測装置によって撮影された前記基準マークの位置情報に基づいて補正された画像データを前記ワークに露光する露光手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項７に記載の発明によれば、ワークに対する露光処理が正確に実行できる。

以上、何れにしても本発明によれば、撮像素子やレンズの歪みに起因する画像の歪みを抑制でき、ワークに付与されている基準マークの位置計測精度の向上が図れる画像位置計測装置と、それを備えた露光装置を提供することができる。

以下、本発明の最良な実施の形態を図面に示す実施例を基に詳細に説明する。図１は本発明に係る露光装置の概略斜視図であり、図２は露光装置の概略側面図、図３は露光装置の概略平面図である。なお、図３において、矢印Ｗを幅方向、矢印Ｄを移動方向又は走査方向とする。また、図２において、矢印ＤＡを往路方向、矢印ＤＢを復路方向とする。

［露光装置の構成］
図１乃至図３で示すように、露光装置１０は、棒状の角パイプを枠状に組み付けて構成された矩形状の枠体１２に各部が収容されて構成されており、その枠体１２には、図示しないパネルが張り付けられている。これにより、露光装置１０は外部と遮断される構成である。

枠体１２は、背高の筐体部１２Ａと、この筐体部１２Ａの一側面から突出するように設けられたステージ部１２Ｂと、で構成されている。ステージ部１２Ｂは、その上面が筐体部１２Ａよりも低位とされ、オペレーターがステージ部１２Ｂの前に立ったときに、略腰高の位置になる構成とされている。

ステージ部１２Ｂの上面には、開閉蓋１４が設けられている。開閉蓋１４の筐体部１２Ａ側の一辺には、図示しない蝶番が取り付けられており、この一辺を中心として、開閉動作可能とされている。そして、開閉蓋１４を開放した状態のステージ部１２Ｂの上面には、露光ステージ２０（図４参照）が露出可能になっている。

また、ステージ部１２Ｂから筐体部１２Ａまで、露光ステージ２０の移動軌跡の基準となる定盤１８が延設されている。この定盤１８は、筐体部１２Ａを構成する角パイプに対して強固に固定された架台１６に支持されている。なお、定盤１８の長手方向（移動方向）一端部は、ステージ部１２Ｂまで至っており、この位置に露光ステージ２０が位置している状態で、オペレーターは露光ステージ２０上に感光材料６０を載置、あるいは取り出すことが可能となっている。

また、定盤１８の上面には、その長手方向に沿って互いに平行とされた一対の摺動レール２２が配設されており、露光ステージ２０の下面に取り付けられた断面視略「コ」字状の脚部２０Ａ（図４参照）が、その摺動レール２２に摺動可能に支持されている。したがって、露光ステージ２０は、この摺動レール２２に支持されることで、ほとんど摩擦抵抗なく（ベアリング等を介している場合は、そのベアリングの転がり抵抗のみで）走査方向へ摺動可能となっている。

また、定盤１８の上面で、一対の摺動レール２２の間には、リニアモーター部２４が配設されている。リニアモーター部２４は、ステッピングモーターの駆動力を応用した直線型の駆動源であり、定盤１８の長手方向に沿って設けられた棒状のステータ部（磁石部）２４Ａ（図２参照）と、露光ステージ２０の下面側に設けられ、ステータ部２４Ａとは所定の間隔を持って配置されたコイル部２４Ｂと、で構成されている。

したがって、露光ステージ２０は、コイル部２４Ｂへの通電によって発生する磁界とステータ部２４Ａの磁界との磁力作用により駆動力を得て、摺動レール２２に沿って定盤１８上を、その長手方向（走査方向）に移動する構成である。なお、その原理はステッピングモーターと同様であるため、露光ステージ２０は、定速性、位置決め精度、並びに始動時、停止時のトルク変動等、電気的な制御により、精度の高い駆動制御が可能となっている。

また、リニアモーター部２４には、図示しないリニアエンコーダーが付設されている。このリニアエンコーダーは、露光ステージ２０と共にコイル部２４Ｂがステータ部２４Ａに対して走査方向へ相対移動する際に、その往復移動方向に対応する極性のパルス信号を、移動量に比例するパルス数だけパルスカウンターへ出力する構成になっている。

露光ステージ２０の上面には、露光対象物となる矩形平板状の感光材料６０が、図示しない位置決め手段により所定の位置に位置決めされた状態で載置される。露光ステージ２０は、その載置面に複数の溝（図示省略）が設けられており、感光材料６０が所定位置に位置決めされた状態で載置された後、バキュームポンプ等によって溝内が負圧とされることにより、感光材料６０を吸着保持できる構成になっている。

感光材料６０には、その露光面上の描画領域における露光位置の基準を示すアライメントマーク（基準マーク）Ｍが複数個設けられている。このアライメントマークＭは、例えば図３で示すように、円形の貫通孔によって構成され、感光材料６０のコーナー部近傍にそれぞれ１個ずつ計４個配設されている。

露光ステージ２０における定盤１８上での移動軌跡の略中間位置には、露光ヘッドユニット２８（図５参照）が配設されている。露光ヘッドユニット２８は、定盤１８の幅方向両端部の外側にそれぞれ立設された一対の支柱２６に架け渡されるように設けられており、露光ヘッドユニット２８と定盤１８との間を露光ステージ２０が通過可能となる構成とされている。

露光ヘッドユニット２８は、複数のヘッドアッセンブリ２８Ａが定盤１８の幅方向に沿って配列されて構成されており、露光ステージ２０を定速度で移動させながら、所定のタイミングで、それぞれのヘッドアッセンブリ２８Ａから複数の光ビームを露光ステージ２０上の感光材料６０へ照射することで、その感光材料６０の露光面（描画領域）を露光できるようになっている。

露光ヘッドユニット２８を構成するヘッドアッセンブリ２８Ａは、図６（Ｂ）で示すように、ｍ行ｎ列（例えば２行５列）の略マトリックス状に配列されており、これら複数のヘッドアッセンブリ２８Ａが露光ステージ２０の移動方向（走査方向）と直交する方向（幅方向）に配列されている。ここでは、感光材料６０の幅との関係で、２行５列で合計１０個のヘッドアッセンブリ２８Ａとしている。

更に、１つのヘッドアッセンブリ２８Ａによる露光エリア２８Ｂは、走査方向を短辺とする矩形状とされ、かつ、その走査方向に対して所定の傾斜角度で傾斜しており、露光ステージ２０の移動に伴い、感光材料６０には、ヘッドアッセンブリ２８Ａ毎に帯状の露光済み領域２８Ｃが形成されるようになっている（図６（Ａ）参照）。

一方、図１で示すように、筐体部１２Ａ内には、定盤１８上の露光ステージ２０の移動を妨げない別の場所に、光源ユニット４８が配設されている。この光源ユニット４８は複数のレーザー（半導体レーザー）を収容しており、このレーザーから出射する光を、光ファイバー（図示省略）を介して、それぞれのヘッドアッセンブリ２８Ａへ案内するようになっている。

各ヘッドアッセンブリ２８Ａは、光ファイバーによって案内され、入射された光ビームを空間光変調素子である図示しないデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）によって、ドット単位で制御し、感光材料６０に対してドットパターンを露光するようになっている。ここでは、複数のドットパターンを用いて１画素の濃度を表現するようになっている。

また、図７で示すように、露光エリア２８Ｂ（１つのヘッドアッセンブリ２８Ａ）は、２次元配列（例えば４×５）された２０個のドットによって形成されている。そして、２次元配列のドットパターンは、走査方向に対して傾斜されていることで、走査方向に並ぶ各ドットが、走査方向と交差する方向に並ぶドット間を通過するようになっており、実質的なドット間ピッチを狭めることができるようになっている。これにより、高解像度化が図れる構成である。

なお、上記のように、ヘッドアッセンブリ２８Ａの傾斜は、露光装置１０の標準解像度の設定によっては、同一走査線上に複数のドットパターンが重複する場合がある。このような場合には、何れか一方のドットパターン（例えば図７で斜線としたドットパターン）に対応するＤＭＤを常にオフ状態にして、不使用のドットパターンを設ければよい。

ここで、露光ステージ２０上に位置決め載置された感光材料６０への露光処理は、露光ステージ２０に感光材料６０を載置し、定盤１８上の摺動レール２２に沿って奥側へ移動するとき（往路）ではなく、一旦、定盤１８の奥側（筐体部１２Ａ側）端部へ到達して、ステージ部１２Ｂへ戻るとき（復路）に実行される。

すなわち、露光ステージ２０の往路走行は、露光ステージ２０上の感光材料６０の位置情報を得るための移動であり、この位置情報を得るためのユニットとして、定盤１８上には、図８で示すようなアライメントユニット３０（画像位置計測装置）が配設されている。アライメントユニット３０は、露光ヘッドユニット２８よりも往路方向奥側に配設されており、定盤１８の幅方向両端部の外側にそれぞれ立設された一対の支柱２６に架設されている。

このアライメントユニット３０は、一対の支柱２６に両端が固定されるベース部３２と、このベース部３２の走査方向における片面（露光ヘッドユニット２８に対向する面）に対し、定盤１８の幅方向へ移動可能に設けられる複数（例えば４台）のカメラ部３８と、で構成されている。カメラ部３８は、ベース部３２に沿って配設された互いに平行な一対のレール部３４に、カメラベース４０を介して摺動可能に取り付けられており、それぞれ独立して移動可能となっている。

更に、カメラ部３８は、カメラ本体３８Ａ（撮像素子）の下面にレンズ部３８Ｂが設けられ、レンズ部３８Ｂの突出先端部には、リング状のストロボ光源（ＬＥＤストロボ光源）３８Ｃが取り付けられている。レンズ部３８Ｂは、レンズ光軸が略垂直になるように、下方へ向けて配置されており、ストロボ光源３８Ｃからの光が、露光ステージ２０上の感光材料６０へ照射され、その反射光を、レンズ部３８Ｂを介してカメラ本体３８Ａに入力させることで、感光材料６０上のアライメントマークＭを撮影できる構成になっている。

カメラベース４０は、それぞれボールねじ機構部３６の駆動によって、定盤１８の幅方向へ移動可能となっており、露光ステージ２０の移動と、ボールねじ機構部３６の駆動力による定盤１８の幅方向への移動とによって、感光材料６０の所望の位置にレンズ部３８Ｂの光軸を配置することが可能となっている。

ここで、カメラ本体３８Ａ（撮像素子）は、図９で示すように、１次元（ｘ方向のみ）に配列されたリニアイメージセンサー（ラインＣＣＤ）とされている。このような構成にすると、図１０で示すように、アライメントマークＭを撮影する際には、走査方向（矢印Ｄ方向）に複数列に分割して撮影することになるため、画素ピッチの誤差や、素子自体の歪みを抑制して撮影することができる。

また、この歪みを更に抑制するために、カメラ本体３８Ａには、歪み補正手段７０が設けられている。歪み補正手段７０としては、例えば図１１で示すように、歪み更正用の基準チャート７２（点線で示す）を撮影し、視野内における画像の歪み（補正ベクトルＨ）を測定して補正することが考えられる。

すなわち、この基準チャート７２は、例えばガラスなどの精度が狂わない（経時的に寸法変化しない）材質で構成され、画素（ドット）単位で、実際の撮影画像（実線で示す）との相対位置関係が判るように、クロムメッキパターンＫが複数形成されて構成されている。

したがって、この測定結果に基づいて、補正ベクトルＨ（補正方向と補正量）を算出し、その補正ベクトルＨから導出される歪み補正データを固定値として保持すれば、アライメントマークＭを撮影したときに、撮影画像データの画素単位での補正が自動的に実行可能となる。

特に、リニアイメージセンサー（ラインＣＣＤ）の場合、カメラ本体３８Ａ及びレンズ部３８Ｂの歪みの影響（補正ベクトルＨ）は、走査方向（ｙ方向）においては影響が小さいため、一方向（ｘ方向）の影響（ライン状）に対して補正を行う構成としてもよい。このような構成とすることで、撮影画像データを容易に補正することができる。

なお、図１２（Ａ）は、図１１で示すクロムメッキパターンＫ上（ｘ方向）における歪み量（補正量）Ｈｘをグラフで示したものである。また、補正ベクトルＨを視野内におけるｘ座標の関数ｆとして保持して補正する構成にしてもよい。すなわち、補正ベクトルＨの補正量Ｈｘを、Ｈｘ＝ｆ（ｘ）、（ｆ：ｘの関数）とし、アライメントマークＭを撮影したときに、その関数ｆにより、自動的に補正される構成にしてもよい。

また、更に走査方向（ｙ方向）における歪みに対して補正を行ってもよい。図１２（Ｂ）は、図１１で示すクロムメッキパターンＫ上（ｙ方向）における歪み量（補正量）Ｈｙをグラフで示したものである。また、補正ベクトルＨを視野内におけるｘ座標の関数ｆとして保持して補正する構成にしてもよい。すなわち、補正ベクトルＨの補正量Ｈｙを、Ｈｙ＝ｆ（ｘ）、（ｆ：ｘの関数）とし、アライメントマークＭを撮影したときに、その関数ｆにより、自動的に補正される構成にしてもよい。

更に、レンズ部３８Ｂにも歪み補正手段７０が設けられている。この歪み補正手段７０は、レンズ部３８Ｂが、光軸を中心として回動（正逆方向へ回転）可能及び任意の位置で固定可能に構成される。すなわち、例えば図１３で示すように、レンズ部３８Ｂの上部に光軸と同軸になるように軸支された従動ギア７６を固着し、その従動ギア７６に噛合する駆動ギア７８を備えたステッピングモーター８０を配設する。

このような構成にすれば、ステッピングモーター８０の正逆方向への回転により、駆動ギア７８を介して従動ギア７６を正逆方向へ回転させることができるので、レンズ部３８Ｂを正逆方向へ回転させることができる。つまり、カメラ本体３８Ａはリニアイメージセンサー（ラインＣＣＤ）になっているため、レンズ部３８Ｂにおけるレンズの使用領域が狭い。したがって、その回動（正逆方向への回転）により、レンズ部３８Ｂにおいて、歪みが最小となる部位を容易に選択することができる。

例えば、図１４で示すように、ｘ方向における歪み量Ｈｘを表す曲線α、β、γが、それぞれ図９で示す部位α、β、γに対応しているとすると、歪み量（補正量）Ｈｘの値が最も小さくなるγの部位を選択して、アライメントマークＭを撮影することが可能となる。よって、アライメントマークＭの撮影精度（位置計測精度）を向上させることができる。また、これにより、レンズの倍率を上げても、歪みの影響が最小となる領域を容易に選択できるため、比較的低価格なレンズを使用できるメリットもある。

何れにしても、露光ステージ２０と感光材料６０とは、オペレーターが感光材料６０を露光ステージ２０に載置することで、その相対位置関係が決まるため、若干のずれが生じることがある。そのため、カメラ部３８によってアライメントマークＭを撮影することが必要となる。

これにより、露光ステージ２０に載置された感光材料６０の位置ずれが認識され、露光ステージ２０と既知の相対関係となっている露光ヘッドユニット２８による露光タイミングに補正をかけることにより、感光材料６０と画像データとの相対位置（露光開始位置）を最適化できる構成である。

なお、図４で示すように、露光ステージ２０上面の往路方向奥側の端部には、カメラ部３８の位置を検出し、その位置を基準としてアライメント処理を行う、カメラ更正用の基準スケールＳが配設されている。この基準スケールＳは、例えばガラスなどの精度が狂わない（経時的に寸法変化しない）材質で構成され、その上面には複数のマークが一定間隔で配置されている。このマークをカメラ部３８で撮影することにより、カメラ部３８の露光ステージ２０上面に対する位置が正確に判り、感光材料６０がずれて露光ステージ２０上に載置された場合でも、カメラ部３８でのアライメントマークＭの撮影（測定）が可能となる構成である。

また、露光ステージ２０を移動させるリニアモーター部２４、ヘッドアッセンブリ２８Ａ、カメラ部３８等は、これらを制御するコントローラー部５０に接続されている。このコントローラー部５０により、露光ステージ２０は所定の速度で移動するように制御され、カメラ部３８は所定のタイミングで感光材料６０のアライメントマークＭを撮影するように制御され、ヘッドアッセンブリ２８Ａは所定のタイミングで感光材料６０を露光するように制御される。

なお、このコントローラー部５０により、カメラ本体３８Ａやレンズ部３８Ｂの歪みが補正される。つまり、このコントローラー部５０は歪み補正手段７０を備えた画像位置計測装置としても機能する。また、リニアイメージセンサー（ラインＣＣＤ）であるカメラ本体３８ＡでアライメントマークＭを分割撮影している間、ストロボ光源３８Ｃは、感光材料６０（アライメントマークＭ）に対して光を照射し続ける。

ここで更に、感光材料６０に付与されたアライメントマークＭを検出し、感光材料６０と露光ヘッドユニット２８との相対位置関係を把握する方法について説明する。コントローラー部５０におけるカメラ動作制御部では、露光ステージ動作制御信号が入力されると、カメラ部３８に対して起動信号を送出する。この起動信号によりカメラ部３８は起動して撮影待機状態になる。

また、コントローラー部５０におけるトリガー信号生成部では、リニアエンコーダーの出力パルスをカウントするパルスカウンターが所定のカウント値を取ると（例えば、往路移動する露光ステージ２０に搬送された感光材料６０のアライメントマークＭがカメラ部３８の撮影画角内に入った位置に対応するパルス数をカウントした際には）、トリガー信号を生成してカメラ動作制御部及びストロボ発光制御部へ送出する。

このトリガー信号の入力タイミングで、カメラ動作制御部ではカメラ部３８に対してタイミング信号を送出し、カメラ部３８は撮影を行う。また、ストロボ発光制御部ではストロボ光源３８Ｃに対してタイミング信号を送出し、ストロボ光源３８Ｃはカメラ部３８の撮影動作に連動して発光するようになっている。このように、露光ステージ２０の動作タイミング（移動動作）と、カメラ部３８による撮影タイミング及びストロボ光源３８Ｃの発光タイミングとは同期が取られている。

また、露光ステージ動作制御信号とともに、感光材料６０のサイズデータが幅方向位置設定部に入力され、この幅方向位置設定部により、ボールねじ機構部３６の動作が制御され、カメラ部３８の定盤１８に対する幅方向位置が調整される。これにより、アライメントマークＭが、カメラ部３８の視野から外れ難くなる構成であり、露光ステージ２０の往路移動中に、アライメントマークＭがカメラ部３８によって撮影可能となる構成である。

カメラ部３８によって撮影されたデータは、撮影データ解析部へ送出され、撮影データの解析が行われる。基本的には、撮影された画像データはアナログデータ（光電変換直後は、光量が電圧に変換される）であるため、このアナログデータをデジタル画像データに変換し、デジタル画像データが位置データと共に数値（濃度値）管理される。

撮影データ解析部で解析されたデジタル画像データは、マーク抽出部へ送出されて、そのアライメントマークＭが抽出され、マーク照合部へ送出される。なお、デジタル画像データに対応付けられた位置データは、露光位置補正係数演算部へ送出される。そして、マーク照合部では、抽出したアライメントマークＭの画像データと、予めマークデータメモリーに記憶されたマークデータとを照合し、一致／不一致を示す信号を露光位置補正係数演算部へ送出する。

露光位置補正係数演算部では、照合の結果、一致していると判別されたマークデータに対応する位置データと、本来の（設計上の）アライメントマークＭの位置データとの誤差を認識し、露光位置（露光ステージ２０の移動方向における露光開始位置、並びに露光ステージ２０の幅方向におけるドットのシフト位置）の補正係数を演算し、露光制御系へ送出する。そして、この補正係数に基づいて、感光材料６０上に記録する画像の位置が適正位置になるように、露光ヘッドユニット２８の各ヘッドアッセンブリ２８Ａによる画像記録（露光）開始時期等を補正する。

つまり、入力された各アライメントマークＭの画像データ（基準位置データ）から判明する画像内におけるアライメントマークＭの位置及びアライメントマークＭ間のピッチ等と、そのアライメントマークＭを撮影したときの露光ステージ２０の位置及びカメラ部３８の位置から、演算処理によって、露光ステージ２０上における感光材料６０の位置ずれ、移動方向に対する傾き、寸法精度誤差等を把握し、感光材料６０の露光面（描画領域）に対する適正な露光位置を算出する。

また、露光パターンに応じた画像データは、コントローラー部５０内のメモリーに一旦記憶されている。したがって、各ヘッドアッセンブリ２８Ａによる画像露光時には、そのメモリー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が、適正な露光位置に合わせ込んで画像露光されるように、補正制御（アライメント）される。なお、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。

また、図２で示すように、定盤１８における露光ヘッドユニット２８を含む奥側は、筐体部１２Ａ内の空間に対して更に隔離されるように、チャンバー４２が設けられている。すなわち、このチャンバー４２内には、露光ヘッドユニット２８とアライメントユニット３０が配設され、定盤１８がチャンバー４２内からステージ部１２Ｂへ延設されており、露光ステージ２０のみが、チャンバー４２内外へ移動する構造とされている。

チャンバー４２の天井部には、送風ダクト４４の一端部が取り付けられており、送風ダクト４４の他端部は、送風機４６のエアー排出口に取り付けられている。したがって、送風機４６が作動すると、エアーが送風ダクト４４を介してチャンバー４２内へ送り込まれる構成である。

チャンバー４２内にエアーが送り込まれると、チャンバー４２内は正圧となり、露光ステージ２０の移動空間を通って、ステージ部１２Ｂへと流動する。この流動により、最も塵埃を回避するべき、露光ヘッドユニット２８周辺及びアライメントユニット３０周辺の塵埃を排出することができ、かつ開閉蓋１４の開放時（感光材料６０の露光ステージ２０上への着脱時）であっても、圧力差によって新たな塵埃の侵入を防止することができる。

また、露光ヘッドユニット２８における露光ステージ２０の往路方向手前側、即ちステージ部１２Ｂに近い側には、定盤１８の幅方向に亘って、除電装置（イオナイザー）５２が配設されている。除電装置５２は、中空パイプ状の吹出部５２Ａと、この吹出部５２Ａへイオン化されたエアーを供給するイオン発生部５２Ｂと、で構成されており、定盤１８に向けて、イオン化されたエアーを吹き出す構成になっている。

感光材料６０は、そのベースの材質により静電気を帯び、電荷が帯電することで、塵埃を引き寄せる性質がある。静電気によって引き寄せられて付着している塵埃は、エアーの流動のみでは払拭しきれないため、除電装置５２によって払拭する。具体的には、イオン発生部５２Ｂにおいて、アース電極と放電電極との間でコロナ放電が発生することでイオンを生成し、このイオンを送風源によって吹出部５２Ａへ案内して吹き出し、静電気によって帯電している塵埃と異極のイオンによる中和を行い、除電する。

これにより、感光材料６０が載置された露光ステージ２０が定盤１８上を移動するときに、感光材料６０の表面が除電され、静電気によって付着している塵埃を除去できるとともに、エアーブローにより、露光ステージ２０の上方空間に浮遊する塵埃を除去することが可能となる。

［露光装置の作用］
次に、以上のような露光装置１０の作用について説明する。なお、露光装置１０により画像露光を行う感光材料６０としては、プリント配線基板や液晶表示素子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、又は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。

図１５には、露光開始時期補正ルーチンを示すフローチャートが示されている。まず、感光材料６０が露光ステージ２０上（載置面）に載置される。そして、バキュームポンプ等により、溝内を負圧にし、感光材料６０をその載置面に吸着保持する。その後、ステップ１００にて、露光開始指示があったか否かが判断され、肯定判定されると、ステップ１０２へ移行して、カメラ部３８を起動させるように指示する。なお、ステップ１００で否定判定の場合は、このルーチンは終了する。

ステップ１０２にてカメラ部３８の起動を指示すると、次いで、ステップ１０４へ移行して、感光材料６０のサイズデータが入力されたか否かが判断される。このステップ１０４で肯定判定されると、ステップ１０６へ移行して、入力したサイズデータに基づいて、カメラ部３８の定盤１８に対する幅方向位置を、ボールねじ機構部３６を駆動制御して調整する。

ステップ１０８では、調整が完了したか否かが判断され、肯定判定されると、ステップ１１０へ移行して、感光材料６０を載置面に吸着保持した露光ステージ２０の往路移動を開始する。すなわち、露光ステージ２０を、リニアモーター部２４の駆動力により、定盤１８の摺動レール２２に沿ってステージ部１２Ｂから筐体部１２Ａの奥側へ向かって定速度で移動させる。

なお、露光ステージ２０の往路移動中、ステップ１１２では、リニアモーター部２４に設けられたリニアエンコーダーの出力パルスをパルスカウンターがカウントすることによって、露光ステージ２０の位置を認識し（リニアモーター部２４の駆動パルスでも判別可能）、ステップ１１４において、撮影タイミングか否かが判断される。

すなわち、露光ステージ２０の移動方向先端がカメラ部３８の真下を通過する直前の位置であるか否かが判断され、肯定判定されると、ステップ１１６へ移行して撮影を開始する。これにより、感光材料６０に予め付与されているアライメントマークＭがカメラ部３８によって撮影される。

つまり、アライメントマークＭが所定の撮影位置に至ったタイミングで、カメラ部３８のストロボ光源３８Ｃを発光させる。そして、感光材料６０へ照射したストロボ光の感光材料６０上面での反射光を、レンズ部３８Ｂを介してカメラ本体３８Ａに入力させることにより、そのアライメントマークＭを撮影する。

そして、次のステップ１１８において、露光ステージ２０の位置を確認し、ステップ１２０において、撮影終了タイミングであるか否かが判断される。すなわち、露光ステージ２０の移動方向後端がアライメントユニット３０の真下を通過し終えたか否かを判断し、肯定判定されると、ステップ１２２へ移行して撮影を終了する。

なお、アライメントマークＭの撮影時、カメラ本体３８Ａ（撮像素子）は、図９で示すように、１次元のリニアイメージセンサー（ラインＣＣＤ）とされているので、アライメントマークＭは、図１０で示すように、走査方向（矢印Ｄ方向）に複数列に分割されて撮影される。したがって、カメラ本体３８Ａにおける歪みの影響が抑制される。

また、カメラ本体３８Ａの歪みに起因する撮影画像の歪みは、図１１、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）で示すように、一方向に対してのみ（ｘ方向のみ）であるため、歪み補正手段７０により容易に補正ができる。すなわち、基準チャート７２を撮影することによって得られた１次元の補正ベクトルＨｘ、Ｈｙ（歪み補正データ）を固定値として保持することにより、撮影画像データを容易に補正することができる。

また更に、図１３で示すように、レンズ部３８Ｂが回動可能及び固定可能になっていると、その歪み量が最小となる部位を容易に選択することができるので、レンズ部３８Ｂにおける歪みの影響を抑制できる。したがって、アライメントマークＭの撮影精度（位置計測精度）を向上させることができる。

なお、一般にはレンズの倍率を上げると歪みが増えるが、上記のような構成にしたことにより、レンズの倍率を上げても、歪みの影響が最小になる領域を容易に選択することができるため、比較的低価格なレンズを使用することが可能となる。よって、コストの面でもメリットがある。

こうして、アライメントマークＭをカメラ部３８で撮影したら、ステップ１２４にて、撮影したデータを解析し、次いで、ステップ１２６へ移行してアライメントマークＭに相当する画像データを抽出する。そして、次のステップ１２８では、マークデータメモリーから基準データを読出し、ステップ１３０において、撮影し、かつ抽出したマーク画像データと、予め記憶されている基準データとを照合する。

その後、次のステップ１３２では、照合結果に基づいて露光位置補正係数を演算し、ステップ１３４へ移行して、露光制御系へ演算した補正係数データを送出する。これにより、露光ヘッドユニット２８における各ヘッドアッセンブリ２８Ａによる露光開始時期等が補正され、感光材料６０上に記録する画像位置が適正な位置になる。

なお、感光材料６０に付与されているアライメントマークＭは、露光ステージ２０が所定の速度で移動しながら検出される。したがって、本来のアライメントマークＭが円形とした場合でも、露光ステージ２０を移動させながら撮影すると、撮影画像は撮影時のシャッタースピード等にもよるが、略長円形となる。

そのため、マークデータメモリーに記憶するマークデータは、カメラ部３８の撮影環境（シャッタースピード、露光ステージ２０の移動速度等）を加味した画像（長円形画像）となっている。すなわち、本来の円形状ではなく、撮影環境下で実際に露光ステージ２０を移動しながら撮影した画像に対応したマークデータを記憶することで、照合の適正化を図っている。

こうして、画像記録位置補正（露光開始時期補正）を終えると、感光材料６０を載置面に吸着保持した露光ステージ２０の復路移動が開始される。すなわち、露光ステージ２０を、リニアモーター部２４の駆動力により、定盤１８の摺動レール２２に沿って筐体部１２Ａからステージ部１２Ｂ側へ向かって定速度で移動させる。

なお、露光ステージ２０の復路移動中、リニアモーター部２４に設けられたリニアエンコーダーの出力パルスをパルスカウンターがカウントすることによって、露光ステージ２０の位置を認識している（リニアモーター部２４の駆動パルスでも判別可能）。

そして、露光ステージ２０は、露光ヘッドユニット２８を通過するが、このとき、露光ヘッドユニット２８では、補正された露光開始時期に基づいて、ＤＭＤにレーザー光が照射され、ＤＭＤのマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザー光が光学系を介して感光材料６０へと案内され、感光材料６０上（露光面）に結像される。

つまり、コントローラー部５０のメモリー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、読み出された画像データに基づいて各ヘッドアッセンブリ２８Ａ毎に制御信号が生成される。この制御信号には、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６０に対する露光位置ずれの補正が加えられており、感光材料６０がＤＭＤの使用画素数と略同数の画素単位で露光される。

こうして、感光材料６０が露光ステージ２０と共に定速度で移動することにより、露光ステージ２０の移動方向と反対の方向に、各ヘッドアッセンブリ２８Ａ毎に帯状の露光済み領域２８Ｃが形成される（図６（Ａ）参照）。そして、感光材料６０に対する露光処理が完了し、露光ステージ２０が初期位置へ復帰移動すると、感光材料６０は、露光ステージ２０による吸着状態が解除されて、図示しない機外の搬送コンベアへ搬送され、次工程へ搬送される。

以上、説明したように、この露光装置１０では、カメラ本体３８Ａ（撮像素子）が、１次元に配列されたリニアイメージセンサー（ラインＣＣＤ）とされ、アライメントマークＭを走査方向に分割して撮影する構成とされているので、カメラ本体３８Ａにおける歪みの影響を抑制することができ、アライメントマークＭの撮影精度（位置計測精度）を向上させることができる。したがって、感光材料６０の描画領域（露光面）に対する露光処理が正確に実行できる。

また、本実施例では、感光材料６０上に記録する画像位置を補正するためのアライメントマークＭの読み取りが、露光ステージ２０（感光材料６０）を移動させつつ行われるので、処理効率（生産性）を向上させることができる。更に、本実施例では、露光ステージ２０を往復移動させる構成にしているので、露光ヘッドユニット２８とアライメントユニット３０とを接近配置することができ、露光装置１０自体のコンパクト化が図れる（設置スペースの省スペース化が図れる）。

また、本実施例では、空間光変調素子としてＤＭＤを用い、点灯時間を一定にしてオン／オフすることで、ドットパターンを生成するようにしたが、オン時間比（デューティー）制御によるパルス幅変調を行ってもよい。また、１回の点灯時間を極めて短時間として、点灯回数によってドットパターンを生成してもよい。

更に、本実施例では、空間光変調素子としてＤＭＤを備えた露光ヘッドユニット２８について説明したが、このような反射型空間光変調素子の他に、透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用することもできる。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ；Special Light Modulator）や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッター（ＦＬＣ）等の液晶シャッターアレイなど、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子を用いることもできる。

なお、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサー、アクチュエーター、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、ＭＥＭＳタイプの空間光変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間光変調素子を意味している。更に、Grating Light Valve（ＧＬＶ）を複数並べて２次元状に構成したものを用いることもできる。これらの反射型空間光変調素子（ＧＬＶ）や透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用する構成では、上記したレーザーの他にランプ等も光源として使用可能である。

また、光源としては、合波レーザー光源を複数備えたファイバーアレイ光源、１個の発光点を有する単一の半導体レーザーから入射されたレーザー光を出射する１本の光ファイバーを備えたファイバー光源をアレイ化したファイバーアレイ光源、複数の発光点が２次元状に配列された光源（例えばＬＤアレイ、有機ＥＬアレイ）等が適用可能である。

また、このような露光装置には、露光により直接情報が記録されるフォトンモード感光材料、露光により発生した熱で情報が記録されるヒートモード感光材料の何れも使用することができる。フォトンモード感光材料を使用する場合、レーザー装置にはＧａＮ系半導体レーザー、波長変換固体レーザー等が使用され、ヒートモード感光材料を使用する場合、レーザー装置にはＡｌＧａＡｓ系半導体レーザー（赤外レーザー）、固体レーザー等が使用される。

露光装置を示す概略斜視図 露光装置を示す概略側面図 露光装置を示す概略平面図 露光ステージを示す概略斜視図 露光ヘッドユニットを示す概略斜視図 （Ａ）露光ヘッドユニットによる露光領域を示す概略平面図、（Ｂ）ヘッドアッセンブリの配列パターンを示す概略平面図 単一のヘッドアッセンブリにおけるドットパターンの配列状態を示す概略平面図 アライメントユニットを示す概略斜視図 リニアイメージセンサーとレンズを示す概略平面図 アライメントマークをリニアイメージセンサーで撮影する様子を示す説明図 リニアイメージセンサーでの撮影画像と基準チャートを示す概略平面図 撮影画像と基準チャートから導出される補正量を示すグラフ カメラ部の構成を示す概略斜視図 撮影画像と基準チャートから導出される補正量を示すグラフ 露光開始時期補正ルーチンを示す制御フローチャート

符号の説明

１０ 露光装置
２０ 露光ステージ（ステージ）
２８ 露光ヘッドユニット（露光手段）
３０ アライメントユニット（画像位置計測装置）
３８ カメラ部（撮影手段）
３８Ａ カメラ本体（撮像素子）
３８Ｂ レンズ部（レンズ）
５０ コントローラー部（画像位置計測装置）
６０ 感光材料（ワーク）
７０ 歪み補正手段（補正手段）

Claims (7)

1. ワークに形成された基準マークの位置を計測するための撮影手段を備えた画像位置計測装置であって、
   前記撮影手段は、前記基準マークを走査方向に分割して撮影する構成とされていることを特徴とする画像位置計測装置。
2. 前記撮影手段は、１次元に配列された撮像素子で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像位置計測装置。
3. 前記撮像素子の歪みを補正する補正手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の画像位置計測装置。
4. 前記補正手段は、前記撮影素子の歪みによる撮影画像の歪みを予め測定し、これを基に撮影画像データを補正することを特徴とする請求項３に記載の画像位置計測装置。
5. 前記撮影手段は、レンズを、光軸を中心に回動及び固定できる機構を備えていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の画像位置計測装置。
6. 前記ワークが載置可能とされ、所定の搬送路に沿って移動可能とされたステージを有し、該ステージを移動させつつ、ワークに形成された前記基準マークを撮影することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の画像位置計測装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の画像位置計測装置と、
   前記画像位置計測装置によって撮影された前記基準マークの位置情報に基づいて補正された画像データを前記ワークに露光する露光手段と、
   を備えたことを特徴とする露光装置。

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