JP2007052080A - 描画装置、露光装置、および描画方法 - Google Patents

描画装置、露光装置、および描画方法 Download PDF

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Abstract

【課題】コストアップを招くことなく、振動等の異常発生による画像品質の劣化を抑制することができる描画装置、露光装置、および描画方法を提供する。
【解決手段】感光材料150を支持した移動ステージ152と露光ヘッド166とを相対移動させて記録媒体を露光する露光装置において、移動ステージ152の位置ずれなど感光材料150に異常な露光が行われる異常状態を検出したときに、露光ヘッド166による露光を停止し、移動ステージ152と露光ヘッド166との相対位置を露光ヘッド166による露光を停止した停止位置より露光開始側の位置に戻した後、該停止位置を含む所定範囲内の位置から露光が再開されるように制御する。
【選択図】 図11

Description

本発明は、相対移動可能に配置されたステージ及び描画ヘッドを備え、該描画ヘッドによってステージに支持された記録媒体に描画する描画装置、相対移動可能に配置されたステージ及び空間光変調素子を備えた露光ヘッドを備え、該露光ヘッドによってステージに支持された記録媒体を露光する露光装置、及び描画装置で行われる描画方法に関する。
従来、空間光変調素子で変調された光を結像光学系に通し、この光による像を感光材料上に結像して該感光材料を露光する露光装置が知られている。この種の露光装置は、照射された光を各々制御信号に応じて変調する多数の画素部が2次元状に配列された空間光変調素子と、この空間光変調素子に光を照射する光源と、空間光変調素子により変調された光による像を感光材料上に結像する結像光学系とを備え、プリント配線板やフラットパネルディスプレイの基板等に所定のパターンを記録するために広く用いられている。
この種の露光装置において、上記空間光変調素子として、例えばLCD(液晶表示素子)やDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)等が用られる。なお、DMDは、制御信号に応じて反射面の角度を変化させる多数の矩形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る。
このような露光装置を用いて基板上に所定の配線パターンなどを露光する際には、基板上の所望の位置に所望の配線パターンなどを露光する必要があり、高精度な位置合わせが必要となってくる。
しかしながら、例えば、設置環境から露光装置に伝わる振動等の外乱の影響によって、露光面に対するDMDの相対的な位置が一時的にずれる場合があり、濃度むらや露光位置ずれが生じ、露光画像の品質が劣化することがある。
そこでこの問題を解決するため、DMDの設置された露光ヘッドおよび基板を載置するステージをアクティブ型もしくはパッシブ型の除振装置の上に設置する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−327657号公報
しかしながら、上記従来の方法では、露光装置が大型になり重量が重くなると、除振装置のコストが非常に高くなる、という問題がある。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、コストアップを招くことなく、振動等の異常発生による画像品質の劣化を抑制することができる描画装置、露光装置、および描画方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の描画装置は、相対移動可能に配置されたステージ及び描画ヘッドを備え、前記描画ヘッドによってステージに支持された記録媒体に描画する描画手段と、前記ステージと前記描画ヘッドとを相対移動させる移動手段と、前記ステージと前記描画ヘッドとの相対位置を検出する位置検出手段と、前記記録媒体に異常な描画が行われる異常状態を検出する異常検出手段と、前記異常状態が検出された場合に、前記描画ヘッドによる描画を停止し、前記ステージと前記描画ヘッドとの相対位置を前記描画ヘッドによる描画を停止した停止位置より描画開始側の位置に戻すように前記移動手段を制御した後、前記停止位置を含む所定範囲内の位置から描画が再開されるように前記描画手段を制御する制御手段と、を含んで構成されている。
このように、記録媒体に異常な描画が行われる異常状態が検出された場合には、描画ヘッドによる描画を停止し、ステージと描画ヘッドとの相対位置を描画ヘッドによる描画を停止した停止位置より描画開始側の位置に戻し、その後、該停止位置を含む所定範囲内の位置から描画が再開されるようにしたため、異常状態のまま描画が継続されて画像品質が劣化するような事態を防止できる。また、除振装置等の特別な装置無しで画像品質の劣化を抑制することができるため、コスト削減を図ることができる。
ここで、異常状態は、前記位置検出手段で検出された相対位置が第1の所定値以上の状態、前記位置検出手段で検出された相対位置の変化率が第2の所定値以上の状態、前記描画手段に作用した加速度が第3の所定値以上の状態、及び描画する際の画像データにエラーが生じた状態の少なくとも1つとすることができる。
これにより、振動等によるステージと描画ヘッドとの相対的な位置ずれや、画像データの伝送エラーなどの異常状態を検出することができる。
また、制御手段は、前記ステージと前記描画ヘッドとの相対位置を前記停止位置より描画開始側の位置に戻すように前記移動手段を制御した後、前記停止位置を含む所定範囲内の位置から描画が再開されると共に前記記録媒体に描画されている画像と連続して描画されるように前記描画手段を制御することができる。
このように制御することにより、描画停止位置付近において、描画停止前の描画画像と描画再開後の描画画像とが不連続な状態になることなく、高品質な画像を描画できる。
また、描画ヘッドは、空間光変調素子を備えた露光ヘッドであってもよいし、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであってもよい。
本発明の露光装置は、相対移動可能に配置されたステージ及び空間光変調素子を備えた露光ヘッドを備え、前記露光ヘッドによってステージに支持された記録媒体を露光する露光手段と、前記ステージと前記露光ヘッドとを相対移動させる移動手段と、前記ステージと前記露光ヘッドとの相対位置を検出する位置検出手段と、前記記録媒体に異常な露光が行われる異常状態を検出する異常検出手段と、前記異常状態が検出された場合に、前記露光ヘッドによる露光を停止し、前記ステージと前記露光ヘッドとの相対位置を前記露光ヘッドによる露光を停止した停止位置より露光開始側の位置に戻すように前記移動手段を制御した後、前記停止位置を含む所定範囲内の位置から露光が再開されるように前記露光手段を制御する制御手段と、を含んで構成されている。
このように、記録媒体に異常な描画が行われる異常状態が検出された場合には、露光ヘッドによる露光を停止し、ステージと露光ヘッドとの相対位置を露光ヘッドによる露光を停止した停止位置より露光開始側の位置に戻し、その後、該停止位置を含む所定範囲内の位置から露光が再開されるようにしたため、異常状態のまま露光が継続されて画像品質が劣化するような事態を防止できる。また、除振装置等の特別な装置無しで画像品質の劣化を抑制することができるため、コスト削減を図ることができる。
ここで、異常状態は、前記位置検出手段で検出された相対位置が第1の所定値以上の状態、前記位置検出手段で検出された相対位置の変化率が第2の所定値以上の状態、前記露光手段に作用した加速度が第3の所定値以上の状態、及び露光する際の画像データにエラーが生じた状態の少なくとも1つとすることができる。
これにより、振動等によるステージと露光ヘッドとの相対的な位置ずれや、画像データの伝送エラーなどの異常状態を検出することができる。
また、制御手段は、前記ステージと前記描画ヘッドとの相対位置を前記停止位置より露光開始側の位置に戻すように前記移動手段を制御した後、前記停止位置を含む所定範囲内の位置から露光が再開されると共に前記記録媒体に露光されている画像と連続して露光されるように前記露光手段を制御することができる。
このように制御することにより、露光停止位置付近において、露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像とが不連続な状態になることなく、高品質な画像を露光できる。
本発明の描画方法は、描画ヘッドによってステージに支持された記録媒体に描画する描画方法であって、前記ステージと前記描画ヘッドとを相対移動させるステップと、前記ステージと前記描画ヘッドとの相対位置を検出するステップと、前記記録媒体に異常な描画が行われる異常状態を検出するステップと、前記異常状態が検出された場合に、前記描画ヘッドによる描画を停止し、前記ステージと前記描画ヘッドとの相対位置を前記描画ヘッドによる描画を停止した停止位置より描画開始側の位置に戻すように制御した後、前記停止位置を含む所定範囲内の位置から描画が再開されるように制御するステップと、を含んでいる。
本発明の描画方法も、本発明の描画装置と同様に作用するため、コストアップを招くことなく、振動等の異常発生による画像品質の劣化を抑制することができる。
以上説明したように、本発明の描画装置、露光装置、および描画方法によれば、コストアップを招くことなく、振動等の異常発生による画像品質の劣化を抑制することができる、という優れた効果を奏する。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る露光装置について説明する。
(露光装置の構成)
この露光装置は、図1に示すように、シート状の感光材料150を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ152を備えている。4本の脚部154に支持された厚い板状の設置台156の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた2本のガイド158が設置されている。移動ステージ152は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、ガイド158によって往復移動可能に支持されている。なお、この露光装置には、副走査手段としての移動ステージ152をガイド158に沿って駆動する後述のステージ駆動部15(図9参照)が設けられている。
設置台156の中央部には、移動ステージ152の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート160が設けられている。コ字状のゲート160の端部の各々は、設置台156の両側面に固定されている。このゲート160を挟んで一方の側にはスキャナ162が設けられ、他方の側には感光材料150の先端および後端を検知する複数(例えば2個)のセンサ164が設けられている。スキャナ162およびセンサ164はゲート160に各々取り付けられて、移動ステージ152の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ162およびセンサ164は、これらを制御する図示しない制御部に接続されている。
スキャナ162は、図2および図3(B)に示すように、m行n列(例えば3行5列)の略マトリックス状に配列された複数(例えば14個)の露光ヘッド166を備えている。この例では、感光材料150の幅との関係で、3行目には4個の露光ヘッド166を配置してある。なお、m行目のn列目に配列された個々の露光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド166mnと表記する。
露光ヘッド166による露光エリア168は、副走査方向を短辺とする矩形状である。従って、移動ステージ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、m行目のn列目に配列された個々の露光ヘッドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア168mnと表記する。
また、図3(A)および(B)に示すように、帯状の露光済み領域170が副走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッド166の各々は、配列方向に所定間隔(露光エリアの長辺の自然数倍、本例では2倍)ずらして配置されている。このため、1行目の露光エリア16811と露光エリア16812との間の露光できない部分は、2行目の露光エリア16821と3行目の露光エリア16831とにより露光することができる。
図4および図5に示すように、露光ヘッド16611〜166mnの各々は、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、米国テキサス・インスツルメンツ社製のデジタル・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備えた後述のDMDドライバ13(図9参照)に接続されている。このDMDドライバ13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。また、ミラー駆動制御部では、画像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。
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、このレンズ系67を透過したレーザ光をDMD50に向けて反射するミラー69がこの順に配置されている。レンズ系67は、ファイバアレイ光源66から出射した照明光としてのレーザ光を集光する集光レンズ、集光レンズを通過した光の光路に挿入されたロッド状オプティカルインテグレータ(以下、ロッドインテグレータという)、このロッドインテグレータの前方のミラー69側に配置された結像レンズから構成されている。集光レンズ、ロッドインテグレータおよび結像レンズは、ファイバアレイ光源66から出射したレーザ光を、平行光に近くかつビーム断面内強度が均一化された光束としてDMD50に入射させる。
レンズ系67から出射したレーザ光はミラー69で反射し、TIR(全反射)プリズム(図示省略)を介してDMD50に照射される。
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上に結像する結像光学系51が配置されている。この結像光学系51は、像を拡大投影するための複数の結像レンズを備え、これら複数の結像レンズの間にDMD50の各画素に対応する多数のマイクロレンズが2次元状に配列されたマイクロレンズアレイを挿入して構成することができる。
DMD50は図5に示すように、SRAMセル(メモリセル)60上に、各々画素(ピクセル)を構成する多数(例えば1024個×768個)の微小ミラー(マイクロミラー)62が格子状に配列されてなるミラーデバイスである。各ピクセルにおいて、最上部には支柱に支えられた矩形のマイクロミラー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%以上であり、その配列ピッチは縦方向、横方向とも一例として13.7μmである。また、マイクロミラー62の直下には、ヒンジおよ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に構成されている。
DMD50のSRAMセル60にデジタル信号が書き込まれると、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±12度)の範囲で傾けられる。図6(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6(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。したがって、画像信号に応じて、DMD50の各ピクセルにおけるマイクロミラー62の傾きを、図5に示すように制御することによって、DMD50に入射したレーザ光B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。
なお図5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す。それぞれのマイクロミラー62のオンオフ制御は、DMD50に接続された前記DMDドライバ13によって行われる。また、オフ状態のマイクロミラー62で反射したレーザ光Bが進行する方向には、光吸収体(図示せず)が配置されている。
また、DMD50は、その短辺が副走査方向と所定角度(例えば、0.1°〜5°)を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図7(A)はDMD50を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像(露光ビーム)53の走査軌跡を示し、図7(B)はDMD50を傾斜させた場合の露光ビーム53の走査軌跡を示している。
DMD50には、長手方向にマイクロミラー62が多数個(例えば1024個)配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組(例えば756組)配列されているが、図7(B)に示すように、DMD50を傾斜させることにより、各マイクロミラー62による露光ビーム53の走査軌跡(走査線)のピッチP1が、DMD50を傾斜させない場合の走査線のピッチP2より狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、DMD50の傾斜角は微小であるので、DMD50を傾斜させた場合の走査幅W2と、DMD50を傾斜させない場合の走査幅W1とは略同一である。
また、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上が重ねて露光(多重露光)されることになる。このように、多重露光されることで、露光位置の微少量をコントロールすることができ、高精細な露光を実現することができる。また、主走査方向に配列された複数の露光ヘッドの間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差無くつなぐことができる。
なお、DMD50を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー列を副走査方向と直交する方向に所定間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得ることができる。
ファイバアレイ光源66は図8(A)に示すように、複数(例えば14個)のレーザモジュール64を備えており、各レーザモジュール64には、マルチモード光ファイバ40の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ40の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ40と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ40より小さい光ファイバ31が結合されている。図8(B)に詳しく示すように、光ファイバ31のマルチモード光ファイバ40と反対側の端部は副走査方向と直交する主走査方向に沿って7個並べられ、それが2列に配列されてレーザ出射部68が構成されている。
光ファイバ31の端部で構成されるレーザ出射部68は、図8(B)に示すように、表面が平坦な2枚の支持板65に挟み込まれて固定されている。また、光ファイバ31の光出射端面には、その保護のために、ガラス等の透明な保護板が配置されるのが望ましい。光ファイバ31の光出射端面は、光密度が高いため集塵し易く劣化し易いが、上述のような保護板を配置することにより、端面への塵埃の付着を防止し、また劣化を遅らせることができる。
レーザモジュール64は、合波レーザ光源(ファイバ光源)によって構成されている。この合波レーザ光源は、図示は省略するが、ヒートブロック上に配列固定された複数のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのGaN系半導体レーザと、このGaN系半導体レーザの各々に対応して設けられたコリメータレンズと、1つの集光レンズと、1本のマルチモード光ファイバ40とから構成されている。また、複数のコリメータレンズに代えて、それらのレンズが一体化されてなるコリメータレンズアレイを用いることもできる。
次に図9を参照して、本例の露光装置における電気的な構成について説明する。図9に示されるように露光装置全体を制御する制御部10には、入力画像データに基づいて露光用の2値の画像データ(露光画像データ)を作成する画像データ作成部11、画像データ作成部11で作成された画像データを一時的に記憶する画像バッファ12、画像バッファ12の画像データに基づいてDMD50の駆動を制御するDMDドライバ13、レーザモジュール64の駆動を制御するLDドライバ14、移動ステージ152の移動を制御するステージ駆動部15、移動ステージ152の位置を測定する位置測定部20が接続されている。
位置測定部20は、移動ステージ152の位置および変位量(露光ヘッド166と移動ステージ152の相対位置ずれ量)を求めるために設けられている。図10に示すように、位置測定部20は、X方向についての移動ステージ152の位置を測定するX方向位置測定部42と、Y方向についての移動ステージ152の位置を測定するY方向位置測定部44と、Z方向についての移動ステージ152の位置を測定するZ方向位置測定部46とを備えている。
X方向位置測定部42は、移動ステージ152のその移動方向に延びる側面に設置された側面ミラー26と、側面ミラー26にレーザ光を射出するとともにその反射光を検出して側面ミラー26までの距離を測定するX方向レーザ測長部21とを備えている。
Y方向位置測定部44は、移動ステージ152のその移動方向に直交する方向に延びる側面に設置されたキューブミラー27,28と、キューブミラー27にレーザ光を射出するとともにその反射光を検出してキューブミラー27までの距離を測定する第1のY方向レーザ測長部22と、キューブミラー28にレーザ光を射出するとともにその反射光を検出してキューブミラー28までの距離を測定する第2のY方向レーザ測長部23とを備えている。
Z方向位置測定部46は、移動ステージ152の露光ヘッド166に対向する面であって、その面の感光材料150が吸着されない部分に設置された上面ミラー29,30と、上面ミラー29にレーザ光を射出するとともにその反射光を検出して上面ミラー29までの距離を測定する第1のZ方向レーザ測長部24と、上面ミラー30にレーザ光を射出するとともにその反射光を検出して上面ミラー30までの距離を測定する第2のZ方向レーザ測長部25とを備えている。
なお、図10においては、X方向レーザ測長部21は1つしか設けられていないが、実際には、露光中における移動ステージ152のX方向についての変位量を求めるために十分な数のX方向レーザ測長部21が設けられているものとする。
また、X方向レーザ測長部21を1つだけ設け、側面ミラー26の長さを露光中の変位量を求めるために十分な長さとすることもできる。
また、Z方向の位置を測定するための上面ミラー29、30も、露光中の変位量を求めるために十分な長さとすることができる。
ステージ駆動部15は、Y方向に沿って移動ステージ152を移動させる。この露光装置には、移動ステージ152の移動にともなってパルス信号を出力するリニアエンコーダ(図示省略)が設けられており、リニアエンコーダからのパルス信号に基づいて移動ステージ152の位置情報及び走査速度を検出している。ステージ駆動部15ではリニアエンコーダからのパルス信号に基づいて移動ステージ152を一定速度で移動させることができる。なお、位置測定部20は、予め定められたパルス数毎に位置測定を行い、制御部10に測定結果(位置情報)を出力する。
制御部10は、露光中は、DMDドライバ13及びLDドライバ14に対して、画像データに基づいた露光を行わせるための制御信号をリセットタイミングに応じて出力する。ここで、リセットタイミングとは、DMD50におけるデータを書き換え、DMD50のマイクロミラー62の状態を切り替えるタイミングである。リセットタイミングは、通常は、リニアエンコーダの予め定められたパルス数間隔のタイミングに設定されているが、振動などにより移動ステージ152に位置ずれが生じたときには、位置ずれに応じて適宜調整される(詳細は後述)。移動ステージ152の位置ずれは、上記位置測定部20で測定された位置情報から判断される。
(露光装置の動作)
以下、この露光装置の露光動作について説明する。
図11は、制御部10で実行される露光制御の処理ルーチンを示すフローチャートである。なお、図11に示す制御は、一例として露光装置の電源がオンされると実行される。
ステップ200では、感光材料150が表面に吸着された移動ステージ152を、ステージ駆動部15によりガイド158に沿って上流側から下流側に一定速度で移動させる。
なお、移動ステージ152を移動させる一方で、画像データ作成部11では露光パターンに応じた画像データ(露光画像データ)を作成し、図12に示すように、各露光ヘッド166毎の分割露光画像データに分割して画像バッファ12に記憶しておく。なお、露光画像データ(分割露光画像データ)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。
ステップ202では、位置測定部20によって移動ステージ152のX、Y、Z方向それぞれの位置情報を読み込む。
具体的には、まず、X方向レーザ測長部21から側面ミラー26にレーザ光が射出され、第1のY方向レーザ測長部22と第2のY方向レーザ測長部23からそれぞれキューブミラー27,28にレーザ光が射出され、第1のZ方向レーザ測長部24と第2のZ方向レーザ測長部25からそれぞれ上面ミラー29,30にレーザ光が射出される。
そして、X方向レーザ測長部21から射出されたレーザ光は側面ミラー26により反射され、その反射光がX方向レーザ測長部21により検出されて側面ミラー26までの距離が測定される。また、第1および第2のY方向レーザ測長部22,23から射出されたレーザ光はキューブミラー27,28により反射され、その反射光がそれぞれ第1および第2のY方向レーザ測長部22,23により検出されてキューブミラー27,28までの距離がそれぞれ測定される。同様に、第1および第2のZ方向レーザ測長部24,25から射出されたレーザ光は上面ミラー29,30により反射され、その反射光がそれぞれ第1および第2のZ方向レーザ測長部24,25により検出されて上面ミラー29,30までの距離がそれぞれ測定される。
そして、X方向位置測定部42の測定結果に基づいて移動ステージ152のX方向についての位置情報X1が求められ、Y方向位置測定部44の測定結果に基づいて移動ステージ152のY方向についての位置情報Y1,Y2が求められ、Z方向位置測定部46の測定結果に基づいて移動ステージ152のZ方向についての位置情報Z1,Z2がそれぞれ求められる。
ステップ204では、移動ステージ152が露光開始位置まで移動したか否かを判断する。ここで、露光開始位置とは、露光ヘッド166によって感光材料150に対する露光を実際に開始する位置であり、予め設定されている。露光開始直後は、露光開始位置として予め定められた初期値が設定されているが、位置ずれなどの異常が発生した場合には再設定される(後述)。ステップ204では、検出した位置情報Y1またはY2と予め設定されているY方向の露光開始位置の情報とを比較し、略一致した場合に、現在の移動ステージ152の位置が露光開始位置であると判断する。
ステップ204で、移動ステージ152が露光開始位置まで移動していないと判断した場合には、ステップ202に戻り、移動ステージ152が露光開始位置に移動するまで、ステップ202、204の処理を繰り返す。
また、ステップ204で、移動ステージ152が露光開始位置まで移動したと判断した場合には、ステップ206に移行し、移動ステージ152と露光ヘッド166との相対的な位置ずれ量(変位量)が許容値未満であるか否かを判断する。ここで、このステップ206での処理について具体的に説明する。
まず、位置測定部20により取得した位置情報X1,Y1,Y2,Z1,Z2と、移動ステージ152が理想的に移動した場合の基準となる位置情報(基準位置情報)X0、Y0、Z0との差が予め定められた許容値Xth、Yth、Zth未満であるか否かを判断する。許容値Xth、Yth、ZthはX,Y,Z方向毎に各々異なる値であってもよいし、同じ値であってもよい。更に、Y1とY2との差分をX−Y平面上の回転量θ1として求め、回転量θ1が予め定められた許容値θ1th未満であるか否かを判断する。また、Z1とZ2との差分をX−Z平面上の回転量θ2として求め、回転量θ2が予め定められた許容値θ2th未満であるか否かを判断する。許容値θ1th、θ2thは各々異なる値であってもよいし、同じ値であってもよい。
位置情報X1,Y1,Y2,Z1,Z2と基準位置情報X0、Y0、Z0との差、及び回転量θ1、θ2のうち少なくとも1つでも許容値以上になった場合には、ステップ206で否定判断され、振動等により移動ステージ152に位置ずれが発生したと判断される。
また、位置情報X1,Y1,Y2,Z1,Z2と基準位置情報X0、Y0、Z0との差、及び回転量θ1、θ2が、それぞれの許容値未満になった場合には、ステップ206で肯定判断され、振動等による位置ずれは発生していないと判断される。
ステップ206で、肯定判断した場合には、ステップ208で、露光画像データに基づいて感光材料150を露光する。具体的には、DMDドライバ13のデータ処理部は画像バッファ12に記憶された分割露光画像データを読み出し、各露光ヘッド166毎に対応する分割露光画像データに基づいて制御信号を生成する。そして、DMDドライバ13のミラー駆動制御部は、生成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。
一方、スキャナ162の各露光ヘッド166において、LDドライバ14によりレーザモジュール64を駆動しファイバアレイ光源66からレーザ光を出射する。
ファイバアレイ光源66からDMD50にレーザ光が照射されると、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、結像光学系51により感光材料150上に結像される。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て、感光材料150が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が移動ステージ152と共に一定速度で移動されることにより、各露光ヘッド166毎に帯状の露光済み領域170が形成される(図2参照。)。
なお、DMDドライバ13には制御部10から予め定められたリセットタイミングに応じた制御信号が出力される。この制御信号に応じてDMDドライバ13が動作するため、リセットタイミングに応じてDMD50のオンオフの切り替え動作を行うことができる。
移動ステージ152は、ステージ駆動部15により上流側から下流側に一定速度で移動させる。ステップ210では、上記ステップ202と同様に、位置測定部20によって移動ステージ152のX、Y、Z方向それぞれの位置情報を読み込む。
ステップ212では、移動ステージ152が露光終了位置まで移動したか否かを判断する。なお、露光終了位置とは、露光ヘッド166によって露光を終了するY方向の位置であり、予め設定されている。
ステップ212で、移動ステージ152が露光終了位置まで移動していないと判断した場合には、ステップ206に戻る。
一方、ステップ206で、否定判断した場合(位置情報X1,Y1,Y2,Z1,Z2と基準位置情報X0、Y0、Z0との差分及び回転量θ1、θ2のうち少なくとも1つでも許容値以上になった場合)には、ステップ220に移行する。
ステップ220では、DMDドライバ13に制御信号を出力し、DMD50の全画素をオフさせ、露光を停止させる。このとき、LDドライバ14に制御信号を出力してレーザ光の出射をオフさせ、露光を停止させるようにしてもよい。
ステップ222では、ステップ220での露光停止と略同時に移動ステージ152の移動を停止させる。
ステップ224では、このときの移動ステージ152の位置(露光停止位置)、または露光停止位置より所定量だけ上流側の位置を、予め設定されている位置に代えて、新たな露光開始位置として再設定する。ここで、所定量は、露光再開後の露光画像を、露光停止前に露光された露光画像に対してつなぎ目が目立たず且つ不自然でない程度に重畳して形成することができる範囲以内の量とすることができる。本実施の形態では、多重露光により画像を描画形成しており、つなぎ目部分の少なくとも一部においては、露光停止前の画像と露光停止後の画像とを重ね合わせて所定の多重数とすることができ、また、部分的に所定の多重数を超えて重ね書きしようとする場合でも、所定の多重数に対して一重〜数重程度多い多重数(所定の多重数の2倍よりも少ない多重数)とすることができるため、つなぎ目部分でも高画質の画像を得ることができる。また、露光停止前の画像と露光停止後の画像とで描画位置が異なる部分は、所定の多重数より少ない多重数で描画されることになるため、これによっても画像の向上を図ることができる。
その後、ステップ226で、移動ステージ152を下流側から上流側に移動させ、上記再設定した露光開始位置よりも上流側の位置まで戻す。ここでは、移動ステージ152の停止を指示しても、DMD50のオフ位置(露光停止位置)よりオーバーランして停止する場合があるので、まずオーバーランした分だけ戻して移動ステージ152を露光停止位置まで戻し、更に、上記再設定した露光開始位置から露光を再開する際、DMD50及びレーザモジュール64の立ち上がりに時間がかかることを考慮して、確実に再設定した露光開始位置から露光が再開されるように、移動ステージ152を露光開始位置よりも上流側の位置まで戻すようにしている。
ステップ228では、上記ステップ202と同様に、位置測定部20によって移動ステージ152のY方向の位置情報を読み込む。ステップ230では、現在の移動ステージ152が上記再設定した露光開始位置より所定量だけ上流側の位置まで戻ったか否かをで判断する。ステップ230で、否定判断した場合には、ステップ228に戻り、移動ステージ152を引き続き下流側から上流側に移動させる。また、ステップ230で、肯定判断した場合には、ステップ200に戻り、露光を再開するため、移動ステージ152を上流側から下流側に一定速度で移動させる。
続いて、前述と同様に、ステップ202で、位置測定部20によって移動ステージ152のX、Y、Z方向それぞれの位置情報を読み込み、ステップ204で、移動ステージ152が露光開始位置まで移動したか否かを判断する。ここでいう露光開始位置は、上記ステップ224で再設定された露光開始位置である。
ステップ204で、移動ステージ152が露光開始位置まで移動したと判断した場合には、前述と同様、ステップ206に移行し、移動ステージ152の位置ずれが許容値未満であるか否かを判断する。ステップ206で否定判断した場合には、ステップ220に移行し、上記と同様の処理を繰り返す。
一方、ステップ206で肯定判断した場合には、ステップ208で、露光画像データに基づいて感光材料150を露光する。このとき、通常通りに露光を行うこともできるが、露光停止前に露光された露光画像と不連続な状態で露光されないように、すなわち、既に露光されている露光画像に連続して露光が開始されるように露光ヘッド166の露光を制御するようにしてもよい。以下、この露光制御について詳細に説明する。
X方向の位置ずれが検出された場合には、平行平板を用いてレーザ光の向きを調整し、露光画像がX方向に連続するように露光する。
図13に示すように、各露光ヘッド166毎に、ガラスなどから形成された平行平板180を設ける(図4では図示省略)。なお、平行平板180を結像光学系51の一部として設けてもよい。平行平板180は、露光ヘッド166の光軸に対して直交し、Y方向に平行な軸回りに回転可能に支持されている。そして、平行平板180のX方向についての一方の端部には板バネ181が設けられ、その板バネ181の一端は露光装置の筐体の一部に固定されている。また、板バネ181には歪ゲージ182が設けられ、平行平板180の他方の端部にはピエゾアクチュエータ183が設けられている。
ピエゾアクチュエータ183は、入力された制御信号と歪ゲージ182による出力結果に基づいて図13(B)に示す矢印A方向に伸縮する。ピエゾアクチュエータ183が矢印A方向に伸縮することにより平行平板180が矢印B方向に回動する。これにより、露光ヘッド166から射出されたレーザ光のX方向についての感光材料150上への照射位置を、X方向に沿って移動させることができる。平行平板180の回動角度は、上記X方向の変位量(基準位置情報X0と測定された位置情報X1との差分)に従って設定する。設定に応じた制御信号をピエゾアクチュエータ183に入力することによって、所望の位置に画像を露光することができる。
以下、図14を用いて、露光制御についての具体例を説明する。なお、ここでは、再設定した露光開始位置をDMD50をオフした位置(露光停止位置)として説明する。
図14(A)は、露光停止位置においてX方向の位置ずれを考慮せずにそのまま露光停止位置(上記再設定した露光開始位置)から露光を開始したときの露光状態を示した図である。同図に示すように、露光停止位置において、露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像の位置がずれて、不連続な状態となっている。
図14(B)は、X方向の位置ずれ量(変位量)に応じて上記のように平行平板180を回動させ、レーザ光の方向を変化させて露光した場合の露光状態を示した図である。同図に示すように、露光停止位置において、露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像とが位置ずれせず連続している。
このように、既に露光されている露光画像に連続して露光が再開されるように露光を制御することによって、より良好な露光結果が得られる。なお、前述したように、DMD50などの二次元空間光変調素子では、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上が重ねて露光(多重露光)されるため、振動等により一旦露光を停止してそのまま露光を再開したとしてもそのつなぎ目の位置ずれは現れにくい。従って、画質に対する要求が高くない場合には、図14(A)に示すように位置ずれを考慮せずに露光停止位置からそのまま露光を再開してもよい。
なお、図14(B)では、X方向に位置をずらした状態を露光が終了するまで或いは次に位置ずれが生じるまで、そのまま維持する場合の露光状態を示した図であるが、図14(C)に示すように、位置ずれした状態を位置ずれの無い元の位置までゆるやかに戻すこともできる。この場合には、平行平板180の回動角度が、ゆるやかに戻るように制御信号を生成して、ピエゾアクチュエータ183に入力する。
次に、Y方向の位置ずれが検出された場合の露光制御について説明する。Y方向については、リセットタイミングを調整することによって連続的に画像を露光することができる。前述したように、リセットタイミングは、リニアエンコーダから出力されるパルス信号の予め設定されたパルス数間隔で到来するタイミングであるが、ここでは、Y方向の変位量に応じて、リセットタイミングとして設定されているパルス数を増減させる。これによりY方向について所望の位置に所望の露光画像を露光することができる。Y方向について露光を遅らせる(リセットタイミングを遅らせる)場合にはパルス数を増加させ、露光を早める(リセットタイミングを早める)場合にはパルス数を減らせばよい。
例えば、振動により移動ステージ152の姿勢に傾きが生じて(回転量θ1が許容値を超えて)、露光画像に傾きが発生してしまった場合には、露光を再開するにあたり該傾いた状態の露光画像に連続するように、意図的に傾きをつけて露光を開始する必要がある。従って、上記のようにパルス数を増減して各露光ヘッド166毎にリセットタイミングをずらして露光する。
例えば、図15のS2の一点鎖線で示すような傾きが生じた場合に、露光停止位置における位置ずれを考慮せずにそのまま露光を再開すると、図15のS1の一点鎖線で示すように傾き無しで露光が開始され、露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像とが不連続に形成されてしまうが、図15のS2の一点鎖線で示す位置から露光画像が形成されるように各露光ヘッド166のリセットタイミングをずらせば、露光再開後の露光画像を露光停止前の露光画像に連続させて形成することができる。
なお、露光再開時にリセットタイミングを変更した場合には、該変更したリセットタイミングをゆるやかに元に戻すように制御することが好ましい。
次に、Z方向の位置ずれが検出された場合の露光制御について説明する。Z方向において位置ずれが生じると、露光位置はずれないが、結像位置がずれるため、感光材料150に対するレーザ光のビーム径が変わってしまう。そこで一旦露光を停止し、露光再開時に通常通りにレーザ光を出射して露光してもよいが、露光停止位置付近において露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像とでビーム径が等しくなるように制御してもよい。例えば、各露光ヘッド166の結像光学系51を構成するレンズを移動可能に設け、露光再開時に該レンズを光軸方向に沿って移動させることで、レーザ光の感光材料150に対するビーム径を変更でき、露光停止位置付近において露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像を自然な状態で連続させることができる。
なお、上記X方向、Y方向、Z方向の各々で位置ずれが検出された場合には、X方向、Y方向、Z方向の各々についての露光制御を同時に行うこともできる。これにより、より自然な状態で露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像を連続させることができる。
また、ステップ220で露光開始位置を露光を停止した位置よりも所定量だけ上流側の位置に再設定した場合には、露光再開後の露光画像を露光停止前の露光画像にある程度重畳して形成することができる。これにより、露光停止位置付近において露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像を自然な状態で連続させることができる。
続いて、ステップ210、ステップ212の処理を前述と同様に行う。ステップ212で移動ステージ152が露光終了位置に到達したと判断するまで、上記ステップ200〜212,及びステップ220〜230の処理が繰り返される。
ステップ212で、現在の移動ステージ152の位置が露光終了位置に到達したと判断した場合には、ステップ214に移行し、移動ステージ152を停止させる。
以上説明したように、移動ステージ152と露光ヘッド166との相対位置ずれが検出されたときに、露光ヘッド166による露光を停止し、移動ステージ152と露光ヘッド166との相対位置を露光ヘッド166による露光を停止した停止位置より上流側(露光開始側)の位置に戻し、その後、該停止位置を含む所定範囲内の位置から露光が再開されるようにしたため、除振装置等を設ける場合に比べ、コストアップを抑え、振動等の異常発生による画像品質の劣化を抑制することができる。
また、露光停止後の露光再開時に、既に露光されている画像と連続して露光されるように制御するため、露光停止位置付近において露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像を自然な状態で連続させることができる。
なお、上記実施の形態では、移動ステージ152と露光ヘッド166との相対的な位置ずれ量が許容値以上になったときに、露光ヘッド166による露光を停止し、移動ステージ152を戻して露光を再開する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、移動ステージ152の位置の変化率が所定値以上になったときに、露光ヘッド166による露光を停止し、移動ステージ152を戻して露光を再開するようにしてもよい。また、上記位置測定部20に代えて加速度センサを設け、移動ステージ152の移動中の加速度が所定値以上になったときに露光ヘッド166による露光を停止し、移動ステージ152を戻して露光を再開するようにしてもよい。いずれの場合も、振動等の外乱による画像品質の劣化を抑制することができる。
また、露光画像データにエラーが生じたときに、露光ヘッド166による露光を停止し、移動ステージ152を戻して露光を再開するようにしてもよい。例えば、画像データ作成部11から画像バッファ12を介してDMDドライバ13にデータを出力する際に、受信側でパリティチェックを行うことができるように、送信する信号にパリティビットを付加すれば、伝送された画像データにエラーが生じたか否かを判断することができる。なお、画像データの伝送エラー検出はこれに限定されず、他のチェック方式を適宜用いることができる。
また、上記実施の形態では、一旦露光を停止して、露光を再開する際、露光停止位置付近においてX方向の露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像とが位置ずれなく連続するように、露光ヘッド166に設けた平行平板の回動を制御する(レーザ光の方向を制御する)ようにしたが、これに限定されず、例えば、露光する際の画像データを補正するようにしてもよい。
具体的には、画像データ作成部11は、露光画像データを、X方向の変位量分だけX方向にシフト処理する。シフト処理した露光画像データを、図12に示すように、各露光ヘッド166毎の分割露光画像データに分割し、画像バッファ12に記憶させる。DMDドライバ13のデータ処理部は、各露光ヘッド166毎に対応する分割露光画像データに基づいて制御信号を生成し、DMDドライバ13のミラー駆動制御部は、生成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。
画像データを補正する場合には、後戻りして露光画像データを再作成する必要があり、処理が面倒になる場合もあるが、このような制御によっても、X方向の変位量分だけシフトして露光を再開することができるため、露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像とを自然な状態で連続させることができる。
なお、この場合も、変位量分だけシフトさせた露光をそのまま継続すれば、図14(B)に示すように露光されるが、シフト量をゆるやかに逓減させていけば、図14(C)に示すように露光することができる。
また、上記では分割前の露光画像データをシフト処理したが、露光画像データを露光ヘッド166毎に分割した分割露光画像データをシフト処理するようにしてもよい。
また、Y方向の位置ずれについては、上記実施の形態においては、各露光ヘッド166のリセットタイミングを制御することにより露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像とを自然な状態で連続させるようにしたが、これに限定されず、上記の如く露光の際の画像データを補正するようにしてもよい。このように、Y方向についても、上記と同様に処理できるため、露光停止前の露光画像と露光再開後の露光画像とを自然な状態で連続させることができる。
また、上記実施の形態では、空間光変調素子としてDMDを備えた露光装置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を使用することもできる。
また、上記実施の形態では、いわゆるフラッドベッドタイプの露光装置を例に挙げたが、感光材料が巻きつけられるドラムを有する、いわゆるアウタードラムタイプの露光装置としてもよい。
上記の露光装置は、例えば、プリント配線基板(PWB;Printed Wiring Board)の製造工程におけるドライ・フィルム・レジスト(DFR;Dry Film Resist)の露光、液晶表示装置(LCD)の製造工程におけるカラーフィルタの形成、TFTの製造工程におけるDFRの露光、プラズマ・ディスプレイ・パネル(PDP)の製造工程におけるDFRの露光等の用途に好適に用いることができる。
また、上記実施の形態では、空間光変調素子を備えた露光装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、インクジェット方式などのプリンタにも適用することができる。
本発明の実施の形態の露光装置の外観を示す斜視図である。 露光装置のスキャナの構成を示す斜視図である。 (A)は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図、(B)は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図である。 露光装置の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図である。 デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)の構成を示す部分拡大図である。 (A)および(B)はDMDの動作を説明するための説明図である。 (A)および(B)は、DMDを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置および走査線を比較して示す平面図である。 (A)はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図、(B)はファイバアレイ光源のレーザ出射部における発光点の配列を示す正面図である。 露光装置の電気的構成を示すブロック図である。 位置測定部の構成を示す斜視図である。 制御部で実行される露光制御の処理ルーチンを示すフローチャートである。 分割露光画像データを示す図である。 露光ヘッドに平行平板を設け、平行平板の回動によりレーザ光の向きの制御する場合の説明図である。 X方向についての露光制御の具体例を模式的に示した図である。 Y方向についての露光制御の具体例を模式的に示した図である。
符号の説明
10 制御部
11 画像データ作成部
13 DMDドライバ
14 LDドライバ
15 ステージ駆動部
20 位置測定部
31 光ファイバ
40 マルチモード光ファイバ
50 DMD
64 レーザモジュール
66 ファイバアレイ光源
150 感光材料
152 移動ステージ
166 露光ヘッド
180 平行平板

Claims (8)

  1. 相対移動可能に配置されたステージ及び描画ヘッドを備え、前記描画ヘッドによってステージに支持された記録媒体に描画する描画手段と、
    前記ステージと前記描画ヘッドとを相対移動させる移動手段と、
    前記ステージと前記描画ヘッドとの相対位置を検出する位置検出手段と、
    前記記録媒体に異常な描画が行われる異常状態を検出する異常検出手段と、
    前記異常状態が検出された場合に、前記描画ヘッドによる描画を停止し、前記ステージと前記描画ヘッドとの相対位置を前記描画ヘッドによる描画を停止した停止位置より描画開始側の位置に戻すように前記移動手段を制御した後、前記停止位置を含む所定範囲内の位置から描画が再開されるように前記描画手段を制御する制御手段と、
    を含む描画装置。
  2. 前記異常状態は、前記位置検出手段で検出された相対位置が第1の所定値以上の状態、前記位置検出手段で検出された相対位置の変化率が第2の所定値以上の状態、前記描画手段に作用した加速度が第3の所定値以上の状態、及び描画する際の画像データにエラーが生じた状態の少なくとも1つである請求項1記載の描画装置。
  3. 前記制御手段は、前記ステージと前記描画ヘッドとの相対位置を前記停止位置より描画開始側の位置に戻すように前記移動手段を制御した後、前記停止位置を含む所定範囲内の位置から描画が再開されると共に前記記録媒体に描画されている画像と連続して描画されるように前記描画手段を制御する請求項1または請求項2記載の描画装置。
  4. 前記描画ヘッドは、空間光変調素子を備えた露光ヘッド、または液滴を吐出する液滴吐出ヘッドである請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の描画装置。
  5. 相対移動可能に配置されたステージ及び空間光変調素子を備えた露光ヘッドを備え、前記露光ヘッドによってステージに支持された記録媒体を露光する露光手段と、
    前記ステージと前記露光ヘッドとを相対移動させる移動手段と、
    前記ステージと前記露光ヘッドとの相対位置を検出する位置検出手段と、
    前記記録媒体に異常な露光が行われる異常状態を検出する異常検出手段と、
    前記異常状態が検出された場合に、前記露光ヘッドによる露光を停止し、前記ステージと前記露光ヘッドとの相対位置を前記露光ヘッドによる露光を停止した停止位置より露光開始側の位置に戻すように前記移動手段を制御した後、前記停止位置を含む所定範囲内の位置から露光が再開されるように前記露光手段を制御する制御手段と、
    を含む露光装置。
  6. 前記異常状態は、前記位置検出手段で検出された相対位置が第1の所定値以上の状態、前記位置検出手段で検出された相対位置の変化率が第2の所定値以上の状態、前記露光手段に作用した加速度が第3の所定値以上の状態、及び露光する際の画像データにエラーが生じた状態の少なくとも1つである請求項5記載の露光装置。
  7. 前記制御手段は、前記ステージと前記描画ヘッドとの相対位置を前記停止位置より露光開始側の位置に戻すように前記移動手段を制御した後、前記停止位置を含む所定範囲内の位置から露光が再開されると共に前記記録媒体に露光されている画像と連続して露光されるように前記露光手段を制御する請求項5または請求項6記載の露光装置。
  8. 描画ヘッドによってステージに支持された記録媒体に描画する描画方法であって、
    前記ステージと前記描画ヘッドとを相対移動させるステップと、
    前記ステージと前記描画ヘッドとの相対位置を検出するステップと、
    前記記録媒体に異常な描画が行われる異常状態を検出するステップと、
    前記異常状態が検出された場合に、前記描画ヘッドによる描画を停止し、前記ステージと前記描画ヘッドとの相対位置を前記描画ヘッドによる描画を停止した停止位置より描画開始側の位置に戻すように制御した後、前記停止位置を含む所定範囲内の位置から描画が再開されるように制御するステップと、
    を含む描画方法。
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