JP3356105B2 - 光学スキャナの位置補正方法及び光学スキャナ補正装置 - Google Patents

光学スキャナの位置補正方法及び光学スキャナ補正装置

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JP3356105B2
JP3356105B2 JP08668099A JP8668099A JP3356105B2 JP 3356105 B2 JP3356105 B2 JP 3356105B2 JP 08668099 A JP08668099 A JP 08668099A JP 8668099 A JP8668099 A JP 8668099A JP 3356105 B2 JP3356105 B2 JP 3356105B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザなどのレー
ザビーム光を、例えば、対象物に照射して加工し、又
は、照射/加工による対象物の画像を得る際の光学スキ
ャナの位置補正方法及び光学スキャナ補正装置に関し、
特に、位置決め駆動や外部からの振動の影響による微小
の位置変化量(以下、「微動量」とも記載する。)を光
学スキャナにフィードバックして、ステージ上の対象物
に対するレーザビーム光の照射位置を補正するための光
学スキャナの位置補正方法及び光学スキャナ補正装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、レーザなどのレーザビーム光を、
例えば、対象物に照射して加工し、又は、照射/加工に
よる対象物の画像を得る際に光学スキャナの位置を補正
することが行われている。図6は従来の光学スキャナで
のスキャン変位動作を説明するためのブロック図であ
る。図6において、ステージ1における駆動部13をC
PU3が制御してステージ1を移動させる。この際、ス
テージ1上に配置された対象物14を光学スキャナ12
のレーザビーム光11のスキャンニング位置に停止させ
る。また、CPU3が光学スキャナ位置設定回路6に光
学スキャナ12の位置データを送出する。
【0003】光学スキャナ位置設定回路6は、光学スキ
ャナドライブ回路8に位置信号を出力する。光学スキャ
ナドライブ回路8が、入力される位置信号に基づいて光
学スキャナ駆動機構9での光学スキャナ12のスキャン
変位を駆動(適宜、単に「光学スキャナ12の駆動」と
記載する)している。これによってレーザビーム光11
が対象物14上にスキャンして照射される。
【0004】この場合、停止しているステージ1上の対
象物14に対して光学スキャナ12でレーザビーム光1
1をスキャンニングする場合、対象物14上のレーザビ
ーム光11の位置決めは、光スキャナ12での位置決め
精度とステージ1の駆動部13での駆動及びCPU3の
制御での位置決め精度とに依存する。
【0005】したがって、光スキャナ12の位置決めを
高精度に行っても、外部からの振動や駆動部13におけ
るサーボモータなどの位置制御によって、ステージ1で
微動が生じた場合は、その微動量だけ対象物14上に照
射されるレーザビーム光11の照射位置がずれてしま
う。この結果、レーザビーム光11で対象物14を加工
する場合は、その対象物14の加工位置が微動量だけず
れることになる。また、レーザビーム光11の照射/反
射を通じて対象物14の画像を得る場合、微動量だけ検
出位置がずれるため、この画像に基づいて、例えば、ミ
クロン(μm)単位の微細加工を行う場合のように、特
に高精度な位置決めが必要な場合は大きな問題となる。
【0006】この種のレーザビーム光の位置決め制御に
かかる多種の提案が行われている。例えば、特開平5−
80525号「描画装置」公報例では、ステージの移動
誤差などに起因するレーザビーム光スポットの位置ズレ
を、より高精度で補正して高精度の描画を可能にしてい
る。また、特開平5−132266号「レーザ加工装
置」公報例では、レーザビーム光を用いてレーザ加工を
行う際に、被加工物上での照射位置を高速走査できるよ
うにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように上記従来例
では、外部からの振動や駆動部13におけるサーボモー
タなどの位置制御によって、ステージ1で微動が生じた
場合は、その微動量だけ対象物14上に照射されるレー
ザビーム光11の照射位置がずれてしまい、特に、微細
加工などのように高精度な位置決めが必要な場合は、所
定の高精度が得られないという欠点があった。
【0008】本発明は、このような従来の技術における
課題を解決するものであり、位置決め駆動や外部から加
わった振動によるステージの微小な位置変化量を光学ス
キャナにフィードバックして、ステージ上の対象物に対
するレーザビーム光の放射を同一位置に高精度に制御で
きるようになり、例えば、ミクロン単位の微細加工など
のように高精度な位置決めが必要な場合に所定の高精度
が確実に得られる光学スキャナの位置補正方法及び光学
スキャナ補正装置の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明の光学スキャナの位置補正方法は、光学スキ
ャナによりスキャンされたレーザビーム光が照射される
対象物を搭載したステージの微小な位置変化量を、当該
光学スキャナへフィードバックして、当該レーザビーム
光のスキャン変位を補正する、光学スキャナの位置補正
方法であって、ステージの設定位置を示す設定データを
設定しておき、ステージの位置を検出して検出データを
生成し、検出データと設定データとを比較して、当該ス
テージの位置変化量を求め、位置変化量を、光学スキャ
ナによるスキャン変位の分解能に対応したゲインに調整
して変位データを生成し、変位データと光学スキャナの
位置信号とから、スキャン変位を補正した駆動信号を生
成し、光学スキャンを駆動する方法としてある。
【0010】また、本発明の光学スキャナ位置補正装置
は、光学スキャナによりスキャンされたレーザビーム光
が照射される対象物を搭載したステージの微小な位置変
化量を、当該光学スキャナへフィードバックして、当該
レーザビーム光のスキャン変位を補正する、光学スキャ
ナの位置補正装置であって、ステージの位置を検出して
検出データを生成する高精度位置検出手段と、ステージ
の設定位置示す設定データと前記検出データとを比較し
て、当該ステージの位置変化量を求めるとともに、当該
位置変化量を前記光学スキャナによるスキャン変位の分
解能に対応したゲインに調整して変位データを生成し、
当該変位データと光学スキャナの位置信号とから、スキ
ャン変位を補正した駆動信号を生成する補正手段とを備
える構成としてある。
【0011】前記高精度位置検出手段として、干渉計測
定長システム又はリニアスケールを含む位置検出装置を
用いる構成としてある。
【0012】前記補正手段として、前記ステージの設定
位置を示す設定データを設定する設定手段と、ステージ
の設定位置示す設定データと検出データとを比較して、
当該ステージの位置変化量を得る微動取得手段と、位置
変化量を光学スキャナでのスキャン変位の分解能に対応
したゲインに調整して、変位データを出力するゲイン調
整手段と、変位データと光学スキャナの位置信号とか
ら、スキャン変位を補正した駆動信号を生成する駆動信
号生成手段とを備える構成としてある。
【0013】前記ゲイン調整手段として、可変増幅器、
アッテネータを含むゲイン調整器を用いる構成としてあ
る。
【0014】前記補正手段として、光学スキャナでのス
キャン変位における位置を設定し、かつ、前記光学スキ
ャナでのスキャン変位の駆動制御を行うためのCPU
と、CPUの制御でステージの設定位置が設定されるス
テージ位置設定回路と、検出データと設定データとか
ら、ステージの位置変化量を出力する比較器と、CPU
の制御で設定された光学スキャナの位置信号を出力する
光学スキャナ位置設定回路と、比較器から出力された位
置変化量を、光学スキャナでのスキャン変位の分解能に
ゲインを調整して出力するゲイン調整回路と、ゲイン調
整回路からの信号と光学スキャナ位置設定回路からの位
置信号とを加算して駆動信号を出力する加算器と、駆動
信号に基づいて光学スキャナへ出力する光学スキャナド
ライブ回路とを備える構成としてある。
【0015】前記ステージに加わった振動による微動と
して、少なくとも位置決め駆動及び外部からの振動の影
響による微小の位置変化とする構成としてある。また、
前記光学スキャナを、ガルバノメータにミラーを取り付
けてレーザビーム光をスキャンするスキャナとする構成
としてある。
【0016】このような本発明の光学スキャナの位置補
正方法及び光学スキャナ補正装置は、ステージを高精度
で検出した位置と設定したステージの位置とを比較して
ステージの微動量を得るとともに、この得られた微動量
を光学スキャナでのスキャン変位の分解能に対応したゲ
インに調整する。さらに、ゲイン調整したステージの微
動量と光学スキャナの位置信号からステージの微動量を
補正した光学スキャナを駆動するための信号を生成して
いる。
【0017】この結果、位置決め駆動や外部から加わっ
た振動による微小な位置変化量を光学スキャナにフィー
ドバックして、ステージ上の対象物に対するレーザビー
ム光の放射を同一位置に高精度に制御できるようにな
り、特に、ミクロン単位の微細加工などのように高精度
な位置決めが必要な場合に所定の高精度が確実に得られ
るようになる。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、本発明の光学スキャナの位
置補正方法及び光学スキャナ補正装置の実施の形態を図
面を参照して詳細に説明する。なお、以下の文及び図に
あって前記した図6と同一の構成要素には同一の符号を
付した。
【0019】図1は本発明の光学スキャナの位置補正方
法及び光学スキャナ補正装置の実施形態における構成を
示すブロック図であり、図2は図1の要部構成を模式的
に示す図である。図1及び図2において、この光学スキ
ャナ補正装置は、例えば、X,Y軸上で移動するステー
ジ1と、光学スキャナ12のスキャン(例えば、往復)
変位における位置を光学スキャナ位置設定回路6に設定
し、かつ、駆動部13を駆動して光学スキャナ12のス
キャン変位を制御するためのCPU3と、このCPU3
の制御で高精度位置検出手段としての干渉計測長システ
ム15からのデータと比較でいるように換算されたステ
ージ1の設定位置を示す設定データが設定されるステー
ジ位置設定回路4とを備えている。
【0020】また、この光学スキャナ補正装置は、干渉
計測長システム15で検出したステージ1の検出データ
とCPU3がステージ位置設定回路4に設定した設定デ
ータとからステージ1の微動量ΔPを出力する比較器5
と、光学スキャナ12の位置信号を出力する光学スキャ
ナ位置設定回路6と、ゲイン調整回路10からの変位デ
ータ信号と光学スキャナ位置設定回路6からの位置信号
との加算信号(補正された駆動信号)を光学スキャナド
ライブ回路8に出力する加算器7とを備えている。
【0021】さらに、この光学スキャナ補正装置は、加
算器7からの加算信号に基づいて光学スキャナ12を駆
動するための駆動信号を出力する光学スキャナドライブ
回路8と、光学スキャナ12でのスキャン変位の駆動を
行う光学スキャナ駆動機構9と、比較器5からのデータ
に対して光学スキャナ12のスキャン変位の分解能にゲ
インを調整して加算器7へ出力するゲイン調整回路10
と、ガルバノメータにミラーを取り付けたレーザビーム
光11をスキャンする光学スキャナ12とを備えてい
る。
【0022】また、この光学スキャナ補正装置は、ステ
ージ1を、例えば、X,Y軸上で移動させるための駆動
を行う駆動部13と、ステージ1上に配置され、レーザ
ビーム光11が照射される対象物14と、高精度による
位置検出を行ってステージ1の移動を光学スキャナ12
のスキャンニング方向と同一軸(以後、X軸と記載す
る)とする干渉計測長システム(高精度位置検出器)1
5と備えている。
【0023】なお、干渉計測長システム(高精度位置検
出器)15は、この干渉計によるもの以外に、例えば、
ステージ1の変位の相対位置を検出するリニアスケール
などの高精度位置検出器を用いても良い。このリニアス
ケールとしては、ステージ1の変位に伴う磁気極性の変
化信号(例えば、サイン信号及びコサイン信号)から相
対位置を検出するリニアスケールなどが周知である。
【0024】次に、この実施形態の動作について説明す
る。まず、概略の動作について説明する。図1及び図2
において、CPU3は、ステージ位置設定回路4に干渉
計測長システム15のデータに換算したステージ1の位
置を示す設定データ[X1]を設定しておく。そして、
干渉計測長システム15は、ステージ1の位置を高精度
に検出して、検出データの[L1]を生成する。外部の
振動やステージの位置決め駆動による微動量をΔLとす
ると、これらのデータ間には、次式(1)が成立する。
【0025】 L1−X1=ΔL …(1)
【0026】この微動量ΔLは比較器5で生成される。
また、ゲイン調整回路10は比較器5からのデータを、
光学スキャナ12のスキャン変位の分解能に対応したゲ
インに調整して変位データを生成し、この変位データの
信号(微動量ΔP)を加算器7へ出力する。加算器7に
は、ゲイン調整回路10からのステージ1の微動量ΔP
と光学スキャナ位置設定回路6からの光学スキャナ12
の位置信号Sとが入力される。加算器7では、ステージ
1の微動量ΔLを補正した光学スキャナ位置Pを次式
(2)に基づいて算出する。
【0027】 S+ΔP=P …(2)
【0028】この生成した光学スキャナ位置信号Pに基
づいて、光学スキャナドライブ回路8が光学スキャナ1
2でのスキャン変位に対する駆動を行う。
【0029】この動作を詳細に説明する。図2におい
て、ステージ1上に配置された対象物14に光学スキャ
ナ12がスキャンしたレーザビーム光11を照射(スキ
ャンニング)する。ステージ1及びステージ1上の対象
物14に対するそれぞれの破線は、外部の振動や駆動部
13の位置決め制御によって微動ΔlだけX軸方向に対
する変位が生じた状態を示している。この図2では、ス
テージ1で微動が生じた場合、光学スキャナ12による
レーザビーム光11の照射位置が対象物14の外になっ
ている。
【0030】CPU3が駆動部13を制御してステージ
1を位置P1に移動させる。干渉計測長システム15
は、ステージ1が微動している位置L1を検出し、この
検出信号を比較器5に出力する。なお、比較器5への検
出信号は、後段の比較器5などの構成がアナログ処理の
場合は、D/A変換器を設けて、アナログ信号に変換し
て出力する。
【0031】CPU3は、予め測定した干渉計測長シス
テム15とステージ1の位置関係に基づいて計算を行
う。すなわち、干渉計測長システム15での測定位置に
換算した値をX1としてステージ位置設定回路4に設定
する。このステージ位置設定回路4が設定値X1を出力
する。ステージ位置設定回路4の出力信号は、後段の処
理形態(デジタル処理又はアナログ処理)に対応して、
例えば、D/A変換を行う。この後段でも同様に処理形
態に対応してD/A変換を行う。
【0032】比較器5は、干渉計測長システム15の出
力信号L1とステージ位置設定回路4の出力である設定
値X1とを比較して、この比較差に対応するステージ1
の微動量ΔLを出力する。なお、比較器5は、干渉計測
長システム15の出力信号がデジタル信号の場合はデジ
タル処理で比較演算を行い、また、干渉計測長システム
15の出力信号がアナログ信号の場合はアナログ処理で
比較値を得る。この比較演算は、前記した(数1)によ
る「L1−X1=ΔL」で実行する。
【0033】次に、CPU3は、光学スキャナ位置設定
回路6に光学スキャナ12の移動位置を設定する制御を
実行する。光学スキャナ位置設定回路6は、図示しない
メモリを内蔵しており、このメモリに光学スキャナ12
でのスキャン変位における移動位置に対応する波形デー
タが設定される。この波形データに基づいて光学スキャ
ナ位置設定回路6が、光学スキャナ12でのスキャン変
位に対応する信号を連続的に出力する。
【0034】図3は光学スキャナ位置設定回路6での設
定波形による光学スキャナ12に対するドライブ信号S
を示す図である。図3において、この光学スキャナ12
でのスキャン変位に対応するドライブ信号Sは、ゼロク
ロスの鋸歯状波(上側に凸となるように屈曲した、山形
の波形)であり、X軸と同じ右方向を「+」、また、左
方向を「−」としている。
【0035】予め微動量ΔLの分解能と光学スキャナ位
置設定の分解能とを調べ、ゲイン調整回路10におい
て、微動量ΔLの分解能が光学スキャナ位置設定の分解
能と同一になるようにゲインを設定し、この出力信号Δ
Pを送出する。この設定処理を行う構成としては、可変
増幅器、アッテネータを用いる例が周知である。ゲイン
調整回路10が、デジタル処理の場合、次式(3)によ
る演算を行う。
【0036】 ΔL×α=ΔP …(3) α:ゲイン定数
【0037】図4はゲイン調整回路10でのゲイン調整
に対応する出力信号ΔPの時間的変化を示す図である。
図4において、出力信号ΔPはゼロクロスする波形であ
り、図中のx軸の右方向を「+」、左方向を「−」とし
ている。
【0038】加算器7は、ステージ1の微動量ΔLを示
したゲイン調整回路10の出力信号ΔPと光学スキャナ
位置設定回路6の出力信号Sとが入力され、ステージ1
の微動を補正した信号Pを光学スキャナドライブ回路8
に出力する。この補正は(数2)で示した「ΔP+S=
P」によって演算する。なお、この光学スキャナドライ
ブ回路8の出力信号は、入力信号がデジタル信号の場合
はデジタル信号で出力し、又は、D/A変換によるアナ
ログ信号を出力し、入力信号がアナログ信号の場合はア
ナログ信号で出力する。
【0039】図5は加算器7からのステージ1の微動量
を補正した信号Pの時間的変化を示す図である。図5で
は、図中のx軸の右方向を「+」、左方向を「−」とし
て、ステージ1の微動量を示したゲイン調整回路10の
出力信号ΔPと光学スキャナ位置設定回路6の出力信号
Sとからステージ1の微動量を補正した信号Pの時間的
変化を示している。
【0040】光学スキャナドライブ回路8は、加算器7
からのステージ1の微動量を補正した信号Pを、光学ス
キャナ12でのスキャン変位を駆動するための信号に変
換して光学スキャナ駆動機構9に送出し、この光学スキ
ャナ駆動機構9が光学スキャナ12での駆動(スキャン
変位)を行う。なお、光学スキャナドライブ回路8は、
入力信号がデジタル信号の場合はD/A変換したアナロ
グ信号を光学スキャナ機構9に供給する。
【0041】光学スキャナ駆動機構9は、レーザビーム
光11を、ステージ1の微動をキャンセルするように補
正した信号Pで対象物14に対してスキャンニングによ
る照射を行う。
【0042】このように、この実施形態では、駆動部1
3での位置決め駆動や外部から加わった振動による微小
な位置変化量を、光学スキャナ12にフィードバックし
て、ステージ1上の対象物14に対するレーザビーム光
11を同一位置に高精度に制御できるようになる。
【0043】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光学スキャナの位置補正方法及び光学スキャナ補正装
置によれば、ステージを高精度で検出した位置と設定し
たステージの位置とを比較してステージの位置変化量を
得る。この得られた位置変化量を光学スキャナでのスキ
ャン変位の分解能に対応したゲインに調整し、このゲイ
ン調整したステージの微動量と光学スキャナの位置信号
から、光学スキャナでのスキャン変位を補正した駆動信
号を生成する。
【0044】この結果、位置決め駆動や外部から加わっ
た振動による微小な位置変化量を光学スキャナにフィー
ドバックして、ステージ上の対象物に対するレーザビー
ム光の照射位置を補正することができる。特に、ミクロ
ン単位の微細加工などのように高精度な位置決めが必要
な場合に所定の高精度が確実に得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学スキャナの位置補正方法及び光学
スキャナ補正装置の実施形態における構成を示すブロッ
ク図である。
【図2】図1における要部構成を模式的に示し、補正動
作を説明するための図である。
【図3】図1中の光学スキャナ位置設定回路での設定波
形によるドライブ信号を示す図である。
【図4】図1中のはゲイン調整回路でのゲイン調整に対
応する出力信号の時間的変化を示す図である。
【図5】図1中の加算器からのステージの微動量を補正
した信号の時間的変化を示す図である。
【図6】従来の光学スキャナにおけるスキャン変位を行
うための構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 ステージ 3 CPU 4 ステージ位置設定回路 5 比較器 6 光学スキャナ位置設定回路 7 加算器 8 光学スキャナドライブ回路 9 光学スキャナ駆動機構 10 ゲイン調整回路 11 レーザビーム光 12 光学スキャナ 13 駆動部 14 対象物 15 干渉計測長システム

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学スキャナによりスキャンされたレー
    ザビーム光が照射される対象物を搭載したステージの微
    小な位置変化量を、当該光学スキャナへフィードバック
    して、当該レーザビーム光のスキャン変位を補正する、
    光学スキャナの位置補正方法であって、 前記ステージの設定位置を示す設定データを設定してお
    き、 前記ステージの位置を検出して検出データを生成し、 前記検出データと前記設定データとを比較して、当該ス
    テージの位置変化量を求め、 前記位置変化量を、前記光学スキャナによるスキャン変
    位の分解能に対応したゲインに調整して変位データを生
    成し、 前記変位データと光学スキャナの位置信号とから、前記
    スキャン変位を補正した駆動信号を生成し、前記光学ス
    キャンを駆動することを特徴とする光学スキャンの位置
    補正方法。
  2. 【請求項2】 光学スキャナによりスキャンされたレー
    ザビーム光が照射される対象物を搭載したステージの微
    小な位置変化量を、当該光学スキャナへフィードバック
    して、当該レーザビーム光のスキャン変位を補正する、
    光学スキャナの位置補正装置であって、 前記ステージの位置を検出して検出データを生成する高
    精度位置検出手段と、 前記ステージの設定位置示す設定データと前記検出デー
    タとを比較して、当該ステージの位置変化量を求めると
    ともに、当該位置変化量を前記光学スキャナによるスキ
    ャン変位の分解能に対応したゲインに調整して変位デー
    タを生成し、当該変位データと光学スキャナの位置信号
    とから、前記スキャン変位を補正した駆動信号を生成す
    る補正手段と、 を備えることを特徴とする光学スキャナ補正装置。
  3. 【請求項3】 前記高精度位置検出手段として、 干渉計測定長システム又はリニアスケールを含む位置検
    出装置を用いることを特徴とする請求項2記載の光学ス
    キャナ補正装置。
  4. 【請求項4】 前記補正手段として、 前記ステージの設定位置を示す設定データを設定する設
    定手段と、 前記ステージの設定位置示す設定データと前記検出デー
    タとを比較して、当該ステージの位置変化量を得る微動
    取得手段と、 前記位置変化量を光学スキャナでのスキャン変位の分解
    能に対応したゲインに調整して、変位データを出力する
    ゲイン調整手段と、 前記変位データと光学スキャナの位置信号とから、前記
    スキャン変位を補正した駆動信号を生成する駆動信号生
    成手段と、 を備えることを特徴とする請求項2又は3記載の光学ス
    キャナ補正装置。
  5. 【請求項5】 前記ゲイン調整手段として、 可変増幅器、アッテネータを含むゲイン調整器を用いる
    ことを特徴とする請求項3記載の光学スキャナ補正装
    置。
  6. 【請求項6】 前記補正手段として、 光学スキャナでのスキャン変位における位置を設定し、
    かつ、前記光学スキャナでのスキャン変位の駆動制御を
    行うためのCPUと、 前記CPUの制御で前記設定位置が設定されるステージ
    位置設定回路と、 前記検出データと前記設定データとから、前記ステージ
    の位置変化量を出力する比較器と、 前記CPUの制御で設定された光学スキャナの位置信号
    を出力する光学スキャナ位置設定回路と、 前記比較器から出力された位置変化量を、光学スキャナ
    でのスキャン変位の分解能にゲインを調整して出力する
    ゲイン調整回路と、 前記ゲイン調整回路からの信号と前記光学スキャナ位置
    設定回路からの位置信号とを加算して駆動信号を出力す
    る加算器と、 前記駆動信号に基づいて光学スキャナへ出力する光学ス
    キャナドライブ回路と、 を備えることを特徴とする請求項2記載の光学スキャナ
    補正装置。
  7. 【請求項7】 前記ステージの位置変化が、 少なくとも位置決め駆動及び外部からの振動の影響によ
    る微小の位置変化によるものであることを特徴とする請
    求項2記載の光学スキャナ補正装置。
  8. 【請求項8】 前記光学スキャナが、 ガルバノメータにミラーを取り付けてレーザビーム光を
    スキャンするスキャナであることを特徴とする請求項2
    記載の光学スキャナ補正装置。
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