JP4188712B2 - 露光装置及び露光装置の調整方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間変調されたビームで感光材料等における被露光面を露光する露光ヘッドを有する露光装置、及び、露光装置の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶やＤＭＤ等の２次元空間光変調素子を使用して、画像データに応じて変調された光ビームで画像を露光する画像露光装置が種々提案されており、例えば、露光する画像の解像度を高めるために、２次元空間変調素子（２次元ＳＬＭ）を走査線に対し傾けて露光することが行われている（例えば、特許文献１参照）。このメリットは、１次元ＳＬＭを同様に傾けた場合、一回に露光できる走査幅が小さくなってしまうが、２次元ＳＬＭの場合は、走査幅が小さくならないという点である。
【０００３】
しかし、２次元ＳＬＭの像を被露光面上に結像して露光する場合、個々の画素のスポットの重なりが大きくなり、画像品質があまり良くならない。
【０００４】
この対策として、液晶のように開口率が小さい２次元ＳＬＭを用いるのであれば、画素スポットの重なりが小さくなるため画像品質は良くなるが、開口率が小さいため光利用効率が悪いという難点がある。
【０００５】
また、光利用効率を向上させた開口率の大きな２次元ＳＬＭを用いる対策をとった場合、２次元ＳＬＭを傾けて解像度を高めても、２次元ＳＬＭの１つの画素のスポットの径が解像度に比べ大きいため、画像品質があまり良くならないという難点がある。
【０００６】
そこで、（１）２次元ＳＬＭを主走査方向に対して傾けて配置し、２次元ＳＬＭと被露光面との間に、２次元ＳＬＭの画素数と略同一の数及び配列のマイクロレンズアレイを２次元ＳＬＭに密接し配置することにより、２次元ＳＬＭの個々の画素のスポット径を所望のサイズに縮小して露光する露光装置（例えば特許文献１参照）や、（２）２次元ＳＬＭとマイクロレンズアレイを密接出来ない場合、２次元ＳＬＭとマイクロレンズアレイを最適な間隔に配置して、２次元ＳＬＭの個々の画素のスポット径を所望のサイズに縮小して露光する露光装置（例えば特許文献２参照）が提案されている。
【０００７】
いずれにしても、上記のような２次元ＳＬＭを主走査方向に対して微小に傾けて露光する露光装置では、その傾ける角度（傾斜角度）が非常に重要であり、この角度がずれると画質などに多大の影響を及ぼす。また、１つの露光ヘッドでは、大きなサイズを露光することが不可能なため、露光ヘッドを複数使用して露光する露光装置では、各露光ヘッドの走査線に対する角度やピント位置などがずれてしまうと、さらに画像品質に重大な影響を及ぼしてしまう。
【０００８】
このため、上記の傾斜角度を適切な角度にすることにより画質を更に向上させることが望まれている。
【０００９】
【特許文献１】
ＵＳ６２８８８３０
【特許文献２】
ＷＯ９８４７０４２
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事実を考慮して、主走査方向に対する２次元空間変調素子の傾斜角度を好ましい角度にした露光装置、及び、露光装置の調整方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、主走査方向に対して傾斜した２次元空間変調素子を有する露光ヘッドを１個以上備えた露光装置において、前記露光ヘッドによって露光される被露光面上のビームのプロファイルを測定し測定されたビームのプロファイルから前記被露光面上のビーム重心位置を算出してビーム位置とするビーム位置の測定手段と、前記測定手段による測定結果に基づいて、主走査方向に対する前記２次元空間変調素子の傾斜角度を補正する傾斜角度補正手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
２次元空間変調素子は、例えばＤＭＤや液晶素子などである。傾斜角度補正手段は、傾斜角度を高精度で補正できるように、精密な構成にされていることが好ましい。傾斜角度補正手段は、露光ヘッド自体の傾斜角度を補正するように露光ヘッドの外側に取り付けられていてもよいし、露光ヘッド内に取り付けられて２次元空間変調素子の回動角度を補正するものであってもよい。
【００１３】
なお、本明細書では、副走査方向とは被露光面の移動する方向であり、主走査方向とは、被露光面に沿った方向であって副走査方向と直交する方向である。
【００１４】
請求項１に記載の発明により、被露光面を走査するビームに対する２次元空間変調素子の傾斜角度を好ましい角度にした露光装置が実現される。また、露光装置の製造における組立て調整を簡便にすることができる。更に、定期的に露光ヘッドのビーム位置を測定して位置補正することにより、経時変化による画質劣化などの問題を解決することができる。
【００１５】
また、測定手段が、測定されたビームのプロファイルから被露光面上のビーム重心位置を算出してビーム位置とするので、これにより、簡便な測定装置で被露光面上のビーム位置を容易に求めることができる。
【００１６】
なお、測定手段で測定されたビームのプロファイルに基づいて、ビーム位置の更なる補正、光量調整などの画像補正を行うようにしてもよい。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記ビームのピント位置を測定するピント位置測定手段が前記測定手段に更に設けられ、前記ピント位置測定手段による測定結果に基づいて、前記露光ヘッドのピント位置を補正することを特徴とする。
【００１８】
これにより、露光装置の製造における組立て調整を更に簡便にすることができる。また、定期的に露光ヘッドのピント位置（集光位置、焦点位置）を測定して位置補正することにより、経時変化による画質劣化などの問題を更に解決し易くすることができる。
【００１９】
ピント位置測定手段を設けた測定手段が、露光面に沿って移動可能なステージと、このステージに配置されたＣＣＤカメラと、を有していてもよい。これにより、ステージの移動位置、ＣＣＤカメラで受光したビームプロファイル等に基づいて、各露光ヘッドのビーム位置、ピント位置を精度良く測定することができる。また、ＣＣＤカメラで受光しているので、ビームがＣＷ（連続）光でなくても測定することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、前記２次元空間変調素子がＤＭＤであることを特徴とする。
【００２１】
これにより、ＬＣＤ（液晶素子）のようにＵＶ光で劣化することがないので、露光装置の光源からＵＶ光が出射される場合であっても、ビーム位置及びピント位置を適切に補正することができる。従って、ＵＶ光に対して感度を有する感光材料に良好な露光を行うことができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、主走査方向に対して傾斜した２次元空間変調素子を有する露光ヘッドを１個以上備えた露光装置の調整方法であって、前記露光ヘッドによって露光される被露光面上のビームのプロファイルを測定し測定されたビームのプロファイルから前記被露光面上のビーム重心位置を算出してビーム位置とし、測定結果に基づいて主走査方向に対する前記２次元空間変調素子の傾斜角度を調整することを特徴とする。
【００２３】
これにより、被露光面を走査するビームに対する２次元空間変調素子の傾斜角度を好ましい角度にして露光することができる。また、露光装置の製造における組立て調整を簡便にすることができる。更に、定期的に露光ヘッドのビーム位置を測定して位置補正することにより、経時変化による画質劣化などの問題を解決することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。本発明の一実施形態に係る露光装置１４２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ステージ１５２を備えている。４本の脚部１５４に支持された肉厚板状の設置台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。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１４２には、ステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆動装置が設けられている。
【００２６】
設置台１５６の中央部には、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。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の先端及び後端を検知する複数（例えば、２個）の検知センサ１６４が設けられている。スキャナ１６２及び検知センサ１６４はゲート１６０に各々取り付けられて、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及び検知センサ１６４は、これらを制御する図示しないコントローラに接続されている。
【００２７】
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、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を配置した。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１６６_mnと表記する。
【００２８】
露光ヘッド１６６による露光エリア１６８は、副走査方向Ｖを短辺とする矩形状である。従って、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、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１６８_mnと表記する。
【００２９】
また、図３（Ａ）及び（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、本実施形態では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。
【００３０】
図４に示すように、露光ヘッド１６６₁₁〜１６６_mn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ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）１７４を備えている。
【００３１】
図４（Ａ）は、主走査方向Ｕに対してＤＭＤ１７４を傾斜させない場合の各画素部の実像（ビームスポットＢＳ）の走査軌跡を示し、図４（Ｂ）は、主走査方向Ｕに対してＤＭＤ１７４を傾斜させた場合のビームスポットＢＳの走査軌跡を示している。ＤＭＤ１７４は、その辺方向が主走査方向Ｕと所定角度θ（例えば、０．１°〜１°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。
【００３２】
ＤＭＤ１７４には、長手方向（行方向）に沿って画素部が多数個（例えば、８００個）配列された画素列が、短手方向に多数組（例えば、６００組）配列されているが、図４（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ１７４を傾斜させることにより、各画素部から出射されたビームスポットＢＳの走査軌跡（走査線）のピッチＰ₂が、ＤＭＤ１７４を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ₁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、ＤＭＤ１７４の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ１７４を傾斜させた場合の走査幅Ｗ₂と、ＤＭＤ１７４を傾斜させない場合の走査幅Ｗ₁とは略同一である。
【００３３】
また、異なる画素列により同じ走査線上における略同一の位置（ドット）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Ｕに沿って配列された複数の露光ヘッド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。
【００３４】
更に、各露光ヘッド１６６_mnには、主走査方向Ｕに対するＤＭＤ１７４の傾斜角度を補正できる傾斜角度補正機構１７６がそれぞれ設けられている。傾斜角度補正機構１７６は、微小な角度補正ができるように超精密機構にされている。
【００３５】
また、図５に示すように、露光装置１４２には、各露光ヘッド１６６_mnからのビームを受光するＣＣＤカメラ１８０と、ＣＣＤカメラ１８０を保持し、Ｘ−Ｙ方向にスライド移動可能なＸＹステージ１８２と、ＸＹステージ１８２を支えてＺ方向に移動可能なＺステージ１８４と、が設けられている。ＸＹステージ１８２及びＺステージ１８４の移動機構は、サブミクロンオーダで移動可能なように超精密機構にされている。
【００３６】
更に、露光装置１４２には、ＣＣＤカメラ１８０から受信した受光情報に基づいて、露光ヘッド１６６_mnのピント位置調整機構（図示せず）及び傾斜角度補正機構１７６に指令を送信し、露光ヘッド１６６_mnのピント位置、及び、上記の傾斜角度を制御する図示しないコントローラが設けられている。このコントローラは、ＸＹステージ１８２及びＺステージ１８４の移動も制御している。
【００３７】
以下、露光装置１４２でビーム位置補正、ピント位置補正を行う作用について説明する。
【００３８】
コントローラは、まず、基準となるビームをＣＣＤカメラ１８０で測定するために、ＸＹステージ１８２の移動すべき位置を指令する。この位置にＸＹステージ１８２が移動し、ＣＣＤカメラ１８０にビームが入射すると、このビームのビームプロファイルが計測される。コントローラは、このビームプロファイルに基づいてビームの重心位置をビーム位置として算出する。
【００３９】
更に、コントローラは、このビームと隣り合うビームのビーム位置を同様にして求めると共に、隣り合う２本のビームの重心位置間隔をＸＹステージ１８２の移動量に基づいて算出する。そして、この重心位置間隔が適切な値になるように傾斜角度補正機構１７６により傾斜角度を補正する。
【００４０】
また、コントローラは、Ｚステージ１８４を上下方向に移動させて、ＣＣＤカメラ１８０に入射されたビームのピント位置（焦点位置）を求める。そして、ピント位置が感光材料１５０の被露光面（表面）と同一の高さ面（以下、この面を記録面相当面という）になるように、ピント位置調整機構に指令を出してピント位置を補正する。
【００４１】
傾斜角度の補正、及び、ピント位置の補正では、ビーム径が小さい場合、ＣＣＤカメラ１８０に対物レンズ等を取付けてビームを拡大して測定することにより、測定精度を上げることができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態では、各露光ヘッド１６６_mnから出射したビームをＣＣＤカメラ１８０で受光してビーム位置及びピント位置を測定しているので、ビームがＣＷ光（連続光）、パルス光の何れであっても正しく測定することができ、ビーム位置補正、ピント位置補正を適切に行うことができる。また、ＸＹステージ１８２及びＺステージ１８４の移動機構が超精密機構にされているので、高精度に測定することができる。
【００４３】
なお、感光材料１５０にテストパターンを露光し、露光された感光材料１５０からビーム位置やピント位置を算出し、算出結果に基づいてビーム位置やピント位置を補正してもよい。これにより、露光装置にＸＹステージ１８２、Ｚステージ１８４、ＣＣＤカメラ１８０等の測定機器を設けなくても済むので、露光装置の構成を簡素にできると共に装置コストを大幅に低減させることができる。また、記録面相当面にアパーチャを設け、この面内でアパーチャを移動させながらアパーチャを通過したビームのパワーを測定し、このパワーが最大になるようにビーム位置やピント位置を補正してもよい。これにより、ＣＣＤカメラに代えて簡素なパワーメータを設けることができ、露光装置の構成を簡素にできると共に装置コストを低減させることができる。
【００４４】
以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、被露光面を走査するビームに対する２次元空間変調素子の傾斜角度を好ましい角度にして露光することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る露光装置の外観を示す斜視図である。
【図２】 本発明の一実施形態に係る露光装置のスキャナの構成を示す斜視図である。
【図３】 （Ａ）は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図であり、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す平面図である。
【図４】 （Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置した場合とで、ＤＭＤに入射されるビームの位置及びＤＭＤから出射した走査線を比較して示す模式図である。
【図５】 図１の矢視５−５の側面図である。
【符号の説明】
１４２ 露光装置
１６６ 露光ヘッド
１７４ ＤＭＤ
１７６ 傾斜角度補正機構（傾斜角度補正手段）
１８０ ＣＣＤカメラ（測定手段、ピント位置測定手段）
１８２ ＸＹステージ（測定手段）
１８４ Ｚステージ（ピント位置測定手段）
Ｕ 主走査方向

Claims (4)

1. 主走査方向に対して傾斜した２次元空間変調素子を有する露光ヘッドを１個以上備えた露光装置において、
   前記露光ヘッドによって露光される被露光面上のビームのプロファイルを測定し測定されたビームのプロファイルから前記被露光面上のビーム重心位置を算出してビーム位置とするビーム位置の測定手段と、
   前記測定手段による測定結果に基づいて、主走査方向に対する前記２次元空間変調素子の傾斜角度を補正する傾斜角度補正手段と、を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記ビームのピント位置を測定するピント位置測定手段が前記測定手段に更に設けられ、
   前記ピント位置測定手段による測定結果に基づいて、前記露光ヘッドのピント位置を補正することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記２次元空間変調素子がＤＭＤであることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 主走査方向に対して傾斜した２次元空間変調素子を有する露光ヘッドを１個以上備えた露光装置の調整方法であって、
   前記露光ヘッドによって露光される被露光面上のビームのプロファイルを測定し測定されたビームのプロファイルから前記被露光面上のビーム重心位置を算出してビーム位置とし、測定結果に基づいて主走査方向に対する前記２次元空間変調素子の傾斜角度を調整することを特徴とする露光装置の調整方法。

Images