JP2022533136A

JP2022533136A - 画像を用いて材料を露光するためのシステムおよび方法

Info

Publication number: JP2022533136A
Application number: JP2021568279A
Authority: JP
Inventors: エンドレカークホーン，; トロンドヨルゲンセン，; ヨンダーエ，
Original assignee: ヴィジテックアーエス
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2022-07-21
Also published as: TW202102948A; US20220242047A1; CN113892060B; NO20190617A1; EP3969963C0; KR20220009433A; EP3969963A1; EP3969963B1; TWI834873B; CN113892060A; WO2020229137A1

Abstract

画像を用いて材料を露光するためのシステムであって、該システムは、露光テーブル（１２）と、該露光テーブル（１２）の上方に配置された電子光プロジェクタ（１３）とを備え、該電子光プロジェクタ（１３）は、該露光テーブル（１２）に配置された材料に向かって画像を投影するように適合され、該電子光プロジェクタおよび該露光テーブルは、互いに対して移動させられるように構成され、該電子光プロジェクタ（１３）は、プロジェクタ制御ユニットに接続されており、該プロジェクタ制御ユニットは、画像データによって表現された一連の露光されるべき画像を提供することと、該露光されるべき画像のエッジ区域上に静止画像パターンを重ね合わせ、一連の組み合わされた画像をもたらすこととを行うように構成され、該電子光プロジェクタ（１３）は、該組み合わされた画像を該材料上に順次露光するように構成されている、システム。

Description

本発明は、３Ｄオブジェクトを構築するための層ごとの材料の固化のために、または一層のみが重合もしくは露光される２Ｄ直接描画リソグラフィのために光重合性材料（および他の材料）を露光するためのデバイスを用いるとき、隣接した露光ストライプにおける望ましくない不連続な影響を排除するためのプロセスに関連する。典型的な使用は、ＰＣＢ、タッチパネル、太陽電池、ケミカルミーリングおよびその他の製造に関連するリソグラフィのために用いられる２Ｄ直接リソグラフィ機械における使用の他、３Ｄプリンタ、ラピッドプロトタイピング機械、ラピッドマニュファクチャリング機械およびこれらに類似の層ごとの構築プロセス設備における使用であろう。

（背景）
２つの隣接した露光ストライプが近くに置かれると、重合された材料は、露光ストライプの位置付け、および各ストライプの出力に左右される。露光ストライプの位置付けが互いに対してｘおよびｙ方向にうまく（すなわち画像ピクセルと同じグリッド上に）整列させられており、露光ストライプの出力が同一である場合、結果は、最適であるだろう。そして、隣接した露光ストライプは、互いの近くに（「背中合わせに」）置かれるか、または画像ピクセルグリッドに一致する重複域を伴って置かれることができる。重複域が適用される場合、重複域内の画像データは、過度な露光を避けるために画像データセットのうちの１つに対して除去されなければならない。

しかしながら、画像ストライプ長さに直交した、画像についての出力分布があるばらつきを有する場合、または各露光ストライプに関する画像位置付けがピクセルグリッド上にない場合、重合された材料は、不連続な領域または露光されていない領域などの望ましくない特性を有するだろう。

第ＷＯ２０１６／１２４６３４号（特許文献１）は、３Ｄオブジェクトを構築するための層ごとの材料の固化のために光重合性材料を露光する方法を記載している。露光されるべき画像を少なくとも１ピクセルの内部距離を伴う多数の部分画像に分割し、光プロジェクタを用いて部分画像を光重合性材料上に順次露光することによって、露光は、実施される。

第ＥＰ３０４０７７８号（特許文献２）は、画像領域上の均一な輝度を光プロジェクタから提供する方法を記載している。この書類は、隣接した露光ストライプのエッジ部分における露光結果に対する影響を低減させることについての問題を解決せず、露光結果に対する影響は、画像部分の差、および／または２つの隣接した露光ストライプに対する輝度均一性の差によって引き起こされる。

国際公開第２０１６／１２４６３４号欧州特許第３０４０７７８号明細書

（発明の概要）
本発明の目的は、３Ｄオブジェクトを構築するために感光または光重合性材料を層ごとに露光するためのシステムおよび方法、または２Ｄ直接描画リソグラフィのためのシステムおよび方法を提供することであり、本発明のシステムおよび方法は、上に記載の従来技術の望ましくない影響を低減させ、または排除する。

従って、本発明の目的は、画像部分の差、および／または２つの隣接した露光ストライプに対する輝度均一性の差によって引き起こされる隣接した露光ストライプのエッジ部分における露光結果に対する影響を低減させることが可能なシステムおよび方法を提供することである。

本発明のシステムおよび方法は、露光された画像における輝度均一性に関する要件を緩和し、機械内の画像位置を制御する機構に関する許容誤差も緩和するだろう。輝度一様性および画像位置付け機構の両方が高価な機械部品を必要とするので、このようなパラメータの許容誤差が緩和されると、費用対効果の高い機械を提供することは、より容易である。

本発明の目的は、特許請求の範囲の特徴を用いて達成される。

一実施形態では、画像を用いて材料を露光するためのシステムは、露光テーブルと、露光テーブルの上方に配置された電子光プロジェクタとを備えている。電子光プロジェクタは、露光テーブルに配置された材料に向かって画像を投影するように適合され、電子光プロジェクタおよび露光テーブルは、互いに対して移動させられるように構成され、電子光プロジェクタは、プロジェクタ制御ユニットに接続されている。プロジェクタ制御ユニットは、一連の露光されるべき画像を提供することであって、画像は、画像データによって表現されている、ことと、露光されるべき画像のエッジ区域上に静止画像パターンを重ね合わせ、一連の組み合わされた画像をもたらすこととを行うように構成されている。

プロジェクタ制御ユニットは、露光されるべき画像上への静止画像パターンの重ね合わせを制御するようにも構成され得る。

電子光プロジェクタは、組み合わされた画像を材料上に順次露光するように構成されている。

このシステムは、隣接した画像間の重複域における良い均一性を提供する、材料における結果的な露光を提供する。

一実施形態では、露光されるべき画像は、例えばＣＡＤ（コンピュータ支援設計）データファイル上に格納されたＣＡＤ画像データの形式におけるものである。そして、静止画像パターンは、画像領域の各側でイメージデータファイルによって与えられたデータパターン上に重ね合わせられる。

電子光プロジェクタによって露光されるべき材料は、例えば感光または光重合性材料である。後者の場合、システムは、先に記載されたように３Ｄプリンティングのために用いられ得る。

一実施形態では、電子光プロジェクタは、露光テーブルに対する電子光プロジェクタの移動を制御するための同期信号を電子光プロジェクタに提供するモーターコントローラに接続されている。この移動は、プロジェクタが画像シーケンス内の次の画像を設定することを可能にする。

一実施形態では、重ね合わせられるパターンは、画像データが順次提示されている間、固定されている。これは、露光されるべき材料上に投影される画像が露光領域全体にわたって変化し、完全なピクチャ／オブジェクトを形成することを意味している。しかしながら、重ね合わせられるパターンの機能は、隣接したストライプ間の推移を平滑化することであり、固定され得、すなわち、重ね合わせられるパターンのイメージデータは、シーケンス内の各画像に関して同じものである。

一実施形態では、露光ストライプの一方の側上の重ね合わせられるパターンは、隣接した露光ストライプの他の側に対して補完的である。

重ね合わせられるパターンは、全投影画像幅と、１投影画像ピクセルとの間の幅を有し得る。ほとんどの実施形態では、幅は、投影される画像全体より細い。重ね合わせられるパターンの長さは、例えば１つの投影される画像における行の数に対応していることができ、すなわちシーケンス内の各画像と同じ長さを有することができる。

重ね合わせられるパターンは、例えばのこぎり歯の形状もしくは段付のこぎり歯の形状または任意の他の好適な形状などの異なる形状を有することができる。

上の記載に対応して、一実施形態では、画像を用いて材料を露光する方法は、
一連の露光されるべき画像を提供することと、
露光されるべき画像のエッジ区域上に静止画像パターンを重ね合わせ、一連の組み合わされた画像をもたらすことと、
組み合わされた画像を光プロジェクタを用いて材料上に順次露光することと
を含む。

（詳細な説明）
ここで、本発明は、付属の図面の参照を伴ってより詳細に記載される。

図１は、３Ｄプリンタ／ラピッドマニュファクチャリング機械または２Ｄリソグラフィ機械における光重合性材料の層の固化のためのシステムを図示している。

図２は、本発明に従ったシステムによって実施される露光プロセスを図示している。

図３は、光プロジェクタからの露光画像についての輝度均一性が理想的であり、隣接した露光ストライプの位置付けが理想的である露光中の理想的な状況を図示している。

図４は、輝度均一性が出力の不連続性を隣接した露光ストライプ間に引き起こす露光中の理想的でない状況を図示している。

図５は、システムの一実施形態の使用による重複域の露光後の結果的な出力分布を図示している。

図６は、システムの一実施形態の使用によるｘおよびｙにおいて片寄りを有する重複域の露光後の結果的な画像分布を図示している。

図７は、光プロジェクタによって材料上に露光されたＣＡＤ画像および重ね合わせられるパターンの例を図示している。

図８は、露光されるべき画像の両側上の重ね合わせられるパターンの一例を図示している。

図９は、露光されるべき画像の両側上の重ね合わせられるパターンの別の例を図示している。

図１０は、どのようにＣＡＤ画像が画像プロジェクタからの２つの露光ストライプを用いて感光材料に露光されるかの例を図示している。

図１１は、露光されていない領域を露光ストライプ間のエッジ上に引き起こす２つの隣接した画像の露光の例を図示している。

図１２は、露光されていない領域を露光ストライプ間のエッジ上に引き起こす２つの隣接した画像の露光の別の例を図示している。

図１では、３Ｄオブジェクトを構築するために感光または光重合性材料１１を層ごとに露光するための、または２Ｄ直接描画リソグラフィのためのシステム１０が、図示されている。

システムは、露光テーブル１２と、露光テーブル１２の上方に配置された電子光プロジェクタ１３とを備えている。電子光プロジェクタ１３は、露光テーブル１２に向かって光１４を発射することができ、従って、露光テーブル１２上に配置された任意の媒体１１上に光１４を発射することができ、それによって、媒体上に画像を投影することができる。媒体１１は、例えば感光または光重合性材料である。同期信号１５が、プロジェクタが画像シーケンス内の次の画像を設定することを可能にするモーターコントローラによって提供されている間、電子光プロジェクタ１３は、露光される材料１１に対して移動する。

電子光プロジェクタは、スペースモジュレータ（例えばＤＬＰ／ＬＣＤ／ＬＣＯＳまたは同様の光／出力プロジェクタ）を備え、スペースモジュレータは、３Ｄプリンタ／ラピッドマニュファクチャリング機械または２Ｄリソグラフィ機械（直接描画露光機械）における光重合性材料の層の固化のための硬化光源／出力源としての機能を果たす。図２に図示されているように、プロセスは、投影される画像が露光される材料に対して運動するように実行され、それによって、隣接したデータの露光ストライプを生み出す。露光ストライプ２１、２２は、わずかに重複し、従って、重複域２３を提供する。

複数の露光ストライプが必要とされるとき、画像についての出力分布（輝度一様性）は、モーションシステム内で用いられるプロジェクタに関する重要なパラメータである。図３は、出力および画像位置付けが正しく整列させられており、従って、均一な組み合わされた露光された画像３０を提供する理想的な状況を図示している。

輝度一様性がある許容誤差内にない場合、露光される材料の感度に依存して、これは、１つのプロジェクタが用いられる場合、または複数のプロジェクタが用いられる場合のいずれにおいても、隣接した露光ストライプと比較すると非常に顕著であるだろう。これは、隣接したストライプ間のエッジ上の露光された材料の重合結果において不連続な段差４１を提供するだろう。図４は、この状況を図示している。

露光された材料に対するプロジェクタ（単数または複数）の機械的整列の許容誤差が、投影されるピクセルサイズの何分の一かではない場合にも、露光ストライプ間にｘおよびｙ方向の両方の画像の片寄りが存在するだろう。これは、隣接した露光ストライプが重複している場合、露光ストライプ間のエッジ上に、露光されていない領域または過度に露光された領域を引き起こすだろう。このような状況の例が、図１１および図１２に図示されている。

モーションシステム内で動作中の露光が機械上のｙ方向およびｘ方向の両方に移動することによって画像より広い領域を覆うとき、プロセスは、出力差を不鮮明にし、露光ストライプ間の画像の片寄りの差は、露光ストライプ間の共有域全体にわたって不鮮明にされる。これは、エッジブレンディング領域と呼ばれ得る。この不鮮明化は、露光ストライプ間の出力またはピクセルエッジのいずれの差も、不連続な性質ではなく連続的な性質を有することを確実にするだろう。図５および図６は、この状況を図示している。図中の例は、２つの露光ストライプ５１、５２を示しており、第二のストライプ５２の投影される画像は、第一のストライプ５１の投影される画像に対してｘおよびｙ方向の両方に片寄っている。従って、重複域５３内の画像は、２つの画像ストライプのエッジブレンディングであり、重複域における出力分布は、不鮮明にされる。図５では、２つの露光ストライプ５１、５２を表現した出力曲線５４、５５が、図示されている。このように、結果的な重複域の出力曲線５３は、滑らかかつ連続な曲線である。この連続な性質は、露光結果の品質を改良するだろう。プロセスは、複数の光プロジェクタが同じシステム内で一軸（ｙ軸）のみ、または二軸（ｘおよびｙ軸）について用いられ、隣接した露光ストライプを生み出すときも用いられることができる。

図７は、電子光プロジェクタによって材料上に露光された画像の例を図示している。画像は、例えば、静止画像パターン７１を伴うＣＡＤ（コンピュータ支援設計）画像データ７２の形式におけるものであり得、静止画像パターン７１は、画像領域の各側でＣＡＤファイルによって与えられたデータパターン上に重ね合わせられている。静止画像パターン７１の幅は、具体的な用途の要件に依存して、変動させられ得る。極端な場合、パターンの幅は、画像または露光ストライプと同じ幅であることができ、一方、最小幅は、１画像ピクセルである。典型的に、パターン幅は、このような用途における使用のための機械設備に関する一般的な許容誤差と同じ、すなわち２０～２００μｍであるだろう。

露光される材料が置かれたテーブルの相対動作と同期されたプロジェクタ画像全体にわたってＣＡＤファイルデータパターンがスクロールしているとき、重ね合わせられるパターンは、ピクセル単位で、ＣＡＤファイルによって与えられたデータパターンとの論理「ＡＮＤ」演算を受けている。

画像領域の両側７１は、隣接した露光ストライプ間に意図的な重複域を構成する。重複域内に含まれる画像の部分は、重ね合わせられる画像パターンを含む。ＣＡＤファイルによって与えられたデータパターンは、重複域内の隣接した露光ストライプ上で同一であり、従って、重複域内の第一の露光ストライプの右側は、重複域内の第二の露光ストライプの左側と同一である。隣接した画像ストライプ間の重複したＣＡＤデータは、図１０にも記載されている。

図８および図９は、重ね合わせられるパターンの可能な形状の２つの例を示している。図は、第一の露光ストライプの右側および第二の露光ストライプの左側の両方の区域を図示している。図８および図９に記載されているように、各側の重ね合わせられるパターンは、補完的な形状をしている。これは、重複域における均一な出力分布を確実にする。

露光ストライプ間の領域において最良の露光結果を得るために、重ね合わせられるパターンは、露光される重合された材料の性質に依存して、カスタマイズされることができる。図７～９に示されているように、パターンは、画像ストライプ長さ全体にわたって繰り返され得る。

２つの隣接した露光ストライプ間の画像重複域内の重ね合わせられるパターンは、所望のエッジブレンディングの範囲に依存して、ストライプ長さに直交したサイズ（重複域の幅）において変動させられ得る。

露光ストライプの方向に沿った重ね合わせられるパターン長さは、１画像（１ＤＭＤ高さ）における行の数によって制限される。図７の例では、数は、１０８０（ＨＤ）または１６００（ＷＱＸＧＡ）であるが、２１６０（４ｋ）などの他の画像解像度も、用いられることができる。

露光中、ＣＡＤファイルによって与えられたデータパターンが露光された材料とプロジェクタとの間の相対移動に従ってスクロールしている／順次露光されている間、重ね合わせられるパターンは、固定され得る。

重ね合わせられるパターンは、プロジェクタに接続されるかまたはこれに備えられ得るプロジェクタ制御ユニットによって事前プログラムされるかまたは重ね合わせられ得る。一実施形態では、制御システムは、プロジェクタを制御する外部ＰＣ内でプログラムされ得る。

本発明に従ったシステムを用いることによって露光された結果は、隣接した露光ストライプ間の連続的な出力推移と、隣接した露光ストライプ間の連続的な位置推移とを提供する。

上の記載に対応して、一実施形態では、画像を用いて材料を露光する方法は、
一連の露光されるべき画像を提供することと、
露光されるべき画像のエッジ区域上に静止画像パターンを重ね合わせ、一連の組み合わされた画像をもたらすことと、
組み合わされた画像を光プロジェクタを用いて材料上に順次露光することと
を含む。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
画像を用いて材料を露光するためのシステムであって、該システムは、露光テーブル（１２）と、該露光テーブル（１２）の上方に配置された電子光プロジェクタ（１３）とを備え、該電子光プロジェクタ（１３）は、該露光テーブル（１２）に配置された材料に向かって画像を投影するように適合され、該電子光プロジェクタおよび該露光テーブルは、互いに対して移動させられるように構成され、該電子光プロジェクタ（１３）は、プロジェクタ制御ユニットに接続されており、該プロジェクタ制御ユニットは、
画像データによって表現された一連の露光されるべき画像を提供することと、
該露光されるべき画像のエッジ区域上に静止画像パターンを重ね合わせ、一連の組み合わされた画像をもたらすことと
を行うように構成され、該電子光プロジェクタ（１３）は、該組み合わされた画像を該材料上に順次露光するように構成されている、システム。
（項目２）
前記露光されるべき画像は、静止画像パターン（７１）を伴うＣＡＤ（コンピュータ支援設計）画像データ（７２）の形式におけるものであり、静止画像パターン（７１）は、前記画像領域の各側でＣＡＤファイルによって与えられた前記データパターン上に重ね合わせられている、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記材料（１１）は、感光または光重合性材料である、項目１に記載のシステム。
（項目４）
前記電子光プロジェクタ（１３）は、モーターコントローラに接続されており、該モーターコントローラは、該プロジェクタが画像シーケンス内の次の画像を設定することを可能にするために、前記露光テーブルに対する前記電子光プロジェクタの移動を制御するための同期信号（１５）を該電子光プロジェクタに提供する、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記重ね合わせられるパターンは、前記画像データが順次提示されている間、固定されている、項目１に記載のシステム。
（項目６）
露光ストライプの一方の側上の前記重ね合わせられるパターンは、該隣接した露光ストライプの他の側に対して補完的である、項目１に記載のシステム。
（項目７）
前記プロジェクタ制御ユニットは、前記露光されるべき画像上への前記静止画像パターンの重ね合わせを制御するように構成されている、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記重ね合わせられるパターンは、全投影画像幅と、１投影画像ピクセルとの間の幅を有する、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記重ね合わせられるパターンは、１つの投影される画像における行の数に対応する長さを有する、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
前記重ね合わせられるパターンは、のこぎり歯の形状をしている、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
前記重ね合わせられるパターンは、段付のこぎり歯の形状をしている、項目１０に記載のシステム。
（項目１２）
画像を用いて材料を露光する方法であって、該方法は、
一連の露光されるべき画像を提供することと、
該露光されるべき画像のエッジ区域上に静止画像パターンを重ね合わせ、一連の組み合わされた画像をもたらすことと、
該組み合わされた画像を光プロジェクタを用いて該材料上に順次露光することと
を含む、方法。
（項目１３）
前記露光されるべき画像は、静止画像パターン（７１）を伴うＣＡＤ（コンピュータ支援設計）画像データ（７２）の形式におけるものであり、該静止画像パターン（７１）は、前記画像領域の各側でＣＡＤファイルによって与えられた前記データパターン上に重ね合わせられる、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記露光テーブルに対する前記電子光プロジェクタの移動を制御するための同期信号（１５）を該電子光プロジェクタに提供することによって、該プロジェクタが画像シーケンス内の次の画像を設定することを可能にすることを含む、項目１２に記載の方法。
（項目１５）
前記一連の露光されるべき画像を制御すること、項目１２に記載の方法。

Claims

画像を用いて材料を露光するためのシステムであって、該システムは、露光テーブル（１２）と、該露光テーブル（１２）の上方に配置された電子光プロジェクタ（１３）とを備え、該電子光プロジェクタ（１３）は、該露光テーブル（１２）に配置された材料に向かって画像を投影するように適合され、該電子光プロジェクタおよび該露光テーブルは、互いに対して移動させられるように構成され、該電子光プロジェクタ（１３）は、プロジェクタ制御ユニットに接続されており、該プロジェクタ制御ユニットは、
画像データによって表現された一連の露光されるべき画像を提供することと、
該露光されるべき画像のエッジ区域上に静止画像パターンを重ね合わせ、一連の組み合わされた画像をもたらすことと
を行うように構成され、該電子光プロジェクタ（１３）は、該組み合わされた画像を該材料上に順次露光するように構成されている、システム。
前記露光されるべき画像は、静止画像パターン（７１）を伴うＣＡＤ（コンピュータ支援設計）画像データ（７２）の形式におけるものであり、静止画像パターン（７１）は、前記画像領域の各側でＣＡＤファイルによって与えられた前記データパターン上に重ね合わせられている、請求項１に記載のシステム。
前記材料（１１）は、感光または光重合性材料である、請求項１に記載のシステム。
前記電子光プロジェクタ（１３）は、モーターコントローラに接続されており、該モーターコントローラは、該プロジェクタが画像シーケンス内の次の画像を設定することを可能にするために、前記露光テーブルに対する前記電子光プロジェクタの移動を制御するための同期信号（１５）を該電子光プロジェクタに提供する、請求項１に記載のシステム。
前記重ね合わせられるパターンは、前記画像データが順次提示されている間、固定されている、請求項１に記載のシステム。
露光ストライプの一方の側上の前記重ね合わせられるパターンは、該隣接した露光ストライプの他の側に対して補完的である、請求項１に記載のシステム。
前記プロジェクタ制御ユニットは、前記露光されるべき画像上への前記静止画像パターンの重ね合わせを制御するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記重ね合わせられるパターンは、全投影画像幅と、１投影画像ピクセルとの間の幅を有する、請求項１に記載のシステム。
前記重ね合わせられるパターンは、１つの投影される画像における行の数に対応する長さを有する、請求項１に記載のシステム。
前記重ね合わせられるパターンは、のこぎり歯の形状をしている、請求項１に記載のシステム。
前記重ね合わせられるパターンは、段付のこぎり歯の形状をしている、請求項１０に記載のシステム。
画像を用いて材料を露光する方法であって、該方法は、
一連の露光されるべき画像を提供することと、
該露光されるべき画像のエッジ区域上に静止画像パターンを重ね合わせ、一連の組み合わされた画像をもたらすことと、
該組み合わされた画像を光プロジェクタを用いて該材料上に順次露光することと
を含む、方法。
前記露光されるべき画像は、静止画像パターン（７１）を伴うＣＡＤ（コンピュータ支援設計）画像データ（７２）の形式におけるものであり、該静止画像パターン（７１）は、前記画像領域の各側でＣＡＤファイルによって与えられた前記データパターン上に重ね合わせられる、請求項１２に記載の方法。
前記露光テーブルに対する前記電子光プロジェクタの移動を制御するための同期信号（１５）を該電子光プロジェクタに提供することによって、該プロジェクタが画像シーケンス内の次の画像を設定することを可能にすることを含む、請求項１２に記載の方法。
前記一連の露光されるべき画像を制御すること、請求項１２に記載の方法。