JP4201178B2

JP4201178B2 - 画像記録装置

Info

Publication number: JP4201178B2
Application number: JP2003011816A
Authority: JP
Inventors: 浩行城田; 章桑原
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: CN1228690C; TW594435B; KR20040010094A; US6859223B2; KR100572615B1; TW200400422A; CN1461972A; US20030222966A1; JP2004056080A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光材料に画像を記録する画像記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）や液晶シャッタ等の空間光変調器により変調された光ビームを半導体基板やプリント基板あるいはフォトマスク用のガラス基板等（以下、「基板」という。）に形成されたフォトレジスト膜上に照射し、微細なパターンの描画（すなわち、画像の記録）を行う技術が知られている。
【０００３】
特開昭６２−２１２２０号公報では、ＤＭＤの微小ミラー群により空間変調された光ビームを感光材料上に照射しつつ、感光材料を所定の距離だけ送りながらＤＭＤへの信号を制御して微細なパターンを露光する手法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来より１つの空間光変調器のみを用いて画像記録を行う技術が提案されているが、１つの空間光変調器では広範囲に渡るパターンの描画を行うには長時間を要することとなる。描画を高速に行うために複数の空間光変調器を使用することも考えられるが、微細なパターンの場合は単に複数の空間光変調器を配列配置するのみでは各空間光変調器により描画される感光材料上の像を互いにつなぎ合わせることは容易ではない。
【０００５】
すなわち、近年、形成されるパターンの微細化に伴って、基板の微小な変形や基板保持位置の微小なずれ等が描画パターンの精度に与える影響が大きくなってきており、これらの影響により、従来、微細パターンを高速に描画することができなかった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、高速に高精度な微細パターンの画像を記録することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、感光材料に画像情報に基づいて変調された光ビームを照射して画像を記録する画像記録装置であって、それぞれが変調された光ビームを感光材料に向けて出射する複数の光照射部を有する露光ユニットと、複数の光ビームを感光材料に照射しつつ前記感光材料を前記露光ユニットに対して相対的に走査させる走査手段と、前記感光材料の走査方向にほぼ垂直な方向に関して、前記複数の光照射部に対応する複数の照射位置の間隔を変更する照射位置調整手段とを備え、前記複数の光照射部のそれぞれが、光源と、前記光源からの光を空間変調する空間光変調器と、前記空間光変調器からの光ビームを感光材料へと導く光学系とを有し、前記照射位置調整手段が、少なくとも前記空間光変調器を前記露光ユニットに対して移動する機構を有する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像記録装置であって、前記照射位置調整手段が、前記複数の照射位置のそれぞれを独立して移動する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の画像記録装置であって、感光材料の走査方向にほぼ垂直な方向に前記露光ユニットを移動する機構をさらに備える。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の画像記録装置であって、前記複数の光照射部のそれぞれが、ズームレンズを有する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の画像記録装置であって、各光照射部のズームレンズが、他の光照射部のズームレンズから独立して制御可能とされる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の画像記録装置であって、前記走査手段による走査位置を検出する位置検出手段をさらに備え、前記光照射部による光ビームの出射が前記位置検出手段の出力に基づいて制御される。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の画像記録装置であって、前記照射位置調整手段が、各光照射部から出射される光ビームにより感光材料上に形成される前記空間光変調器の投影像を個別に回転する機構を有する。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の画像記録装置であって、前記複数の照射位置のうち少なくとも１つの照射位置からの光を受光する受光手段をさらに備える。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の画像記録装置であって、前記受光手段が、光ビームが照射される感光材料上の少なくとも２箇所からの光を受光し、前記受光手段からの出力に基づいて前記照射位置調整手段が制御される。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項８または９に記載の画像記録装置であって、前記受光手段からの出力に基づいて前記複数の照射位置と前記露光ユニットとの相対的位置関係を確認する手段をさらに備える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一の実施の形態に係る画像記録装置１の概略構成を示す図である。画像記録装置１は、入力される画像情報のデータに基づいて変調された光ビームを感光材料に向けて出射することにより画像を記録する（すなわち、露光によりパターンを描画する。）。画像記録装置１は、フォトレジスト膜が形成された基板９を保持するステージユニット２、ステージユニット２を図１中のＹ方向へと移動するステージ移動機構３１、それぞれが変調された光ビームを基板９に向けて出射する複数の光照射部４０を有する露光ユニット４、露光ユニット４を図１中のＸ方向へと移動する露光ユニット移動機構３２、並びに、ステージ移動機構３１、露光ユニット４および露光ユニット移動機構３２に接続された制御部５を備える。
【００２０】
ステージユニット２は、ステージ支持台２１および基板９を保持するステージ２２を有し、ステージ２２の上面は基板９を吸着するチャックとなっている。ステージ支持台２１とステージ２２との間には図１中のＺ方向を向く軸を中心にステージ２２をわずかな角度回転させるステージ回転機構２２２が設けられ、ステージ回転機構２２２によりステージ２２上の基板９が主面に垂直な軸を中心にわずかな角度回転する。なお、図１に示すステージ支持台２１上の領域２３には、後述する光照射位置補正用マークが設けられる。
【００２１】
ステージ支持台２１はリニアモータであるステージ移動機構３１の移動体側に固定されており、制御部５がステージ移動機構３１を制御することにより、基板９が図１中のＹ方向（主走査方向）に移動する。ステージ移動機構３１には、リニアエンコーダ３１１がさらに取り付けられ、リニアエンコーダ３１１は主走査方向に関するステージユニット２の走査位置（装置に固定された座標に対するステージ２２の位置）を検出し、走査位置を示す位置検出信号が制御部５へと出力される。
【００２２】
露光ユニット４は露光ユニット移動機構３２の移動体側に固定され、露光ユニット移動機構３２により主走査方向にほぼ垂直な副走査方向に（図１中のＸ方向）に移動する。後述する画像記録時には、基板９のＹ方向への移動（すなわち、主走査）が終了する毎に露光ユニット移動機構３２は次の主走査の開始位置へと露光ユニット４を移動する（すなわち、副走査を行う。）。
【００２３】
以上のように、画像記録装置１では露光ユニット４がステージユニット２に対して図１中のＸ方向およびＹ方向へと相対的に移動することが可能とされており、これにより、複数の光照射部４０から光が照射される基板９上の複数の領域が基板９に対してＸ方向およびＹ方向へと走査される。
【００２４】
制御部５は、データ処理部５１、露光制御部５２および走査制御部５３を有し、ＣＡＤ等により生成された画像情報のデータがデータ処理部５１において描画データに変換される。変換された描画データは露光制御部５２および走査制御部５３へと送信される。露光制御部５２は描画データをラスタデータへと変換し、変換されたラスタデータに従って各光照射部４０からの光の出射が制御される。また、走査制御部５３はステージ移動機構３１、露光ユニット移動機構３２、ステージ回転機構２２２、および、後述する光照射部４０内の各種構成を制御する。
【００２５】
制御部５には、基板９上の光が照射される領域の位置や光照射部４０内のＤＭＤの投影像の大きさ等を補正するための補正演算部５４がさらに設けられる。補正演算部５４は露光ユニット４からの信号を受けて演算処理を行い、露光制御部５２および走査制御部５３に向けて露光動作を補正するための信号を出力する。
【００２６】
図２は光照射部４０の内部構造を示す図である。光照射部４０は、光を出射するランプである光源４１、および、格子状に配列された微小ミラー群が設けられたＤＭＤ４２を有し、微小ミラー群により光源４１からの光ビームが反射されることにより空間変調された光ビームが導き出される。
【００２７】
具体的には、超高圧水銀灯（半導体レーザ、ＬＥＤ等であってもよい。）の光源４１から出射された光がミラー４３１およびレンズ４３２により光量調整フィルタ４４へと導かれ、光量調整フィルタ４４において、光ビームが所望の光量に調整される。光量調整フィルタ４４を透過した光ビームはロッドインテグレータ４３３、レンズ４３４およびミラー４３５を介してミラー４３６へと導かれ、ミラー４３６は光ビームを集光させつつＤＭＤ４２へと導く。ＤＭＤ４２へと入射する光ビームは所定の入射角でＤＭＤ４２の微小ミラー群に均一に照射される。以上のように、ミラー４３１、レンズ４３２、ロッドインテグレータ４３３、レンズ４３４、ミラー４３５およびミラー４３６により光源４１からの光をＤＭＤ４２へと導く照明光学系４３ａが構成される。
【００２８】
ＤＭＤ４２の各微小ミラーのうち所定の姿勢にある微小ミラーからの反射光のみにより形成される光ビーム（すなわち、空間変調された光ビーム）はズームレンズ４３７へと入射し、ズームレンズ４３７により倍率が調整されてハーフミラー４３８を介して投影レンズ４３９へと導かれる。そして、投影レンズ４３９からの光ビームは微小ミラー群に対して光学的に共役な基板９上の領域へと照射される。このように、画像記録装置１ではズームレンズ４３７、ハーフミラー４３８および投影レンズ４３９により、各微小ミラーからの光を基板９上の対応する微小な光照射領域へと導く投影光学系４３ｂが構成される。
【００２９】
光照射部４０には撮像部４５がさらに設けられ、ＤＭＤ４２からの光が導かれた基板９上の領域の撮像が、投影レンズ４３９、ハーフミラー４３８およびレンズ４５１を介して行われる。撮像部４５の撮像デバイスは、基板９上の領域の像を電気信号（すなわち、画像データ）に変換し、制御部５へと送信する（図１参照）。
【００３０】
光照射部４０は微小移動機構４６をさらに有し、微小移動機構４６はＤＭＤ４２が取り付けられたＤＭＤ支持板４２１を露光ユニット４（より正確には、露光ユニット４に固定された座標軸）に対して図２中のＸ方向に移動させる。微小移動機構４６は、一端に偏心カム４６２が取り付けられたシャフト４６３を有し、シャフト４６３の他端にはモータ４６４が接続される。モータ４６４が回転するとＤＭＤ支持板４２１の下部に取り付けられたローラ（図示省略）と当接しつつ偏心カム４６２が回転し、ＤＭＤ支持板４２１がガイドレール４６１に沿ってＸ方向へと移動する。
【００３１】
各光照射部４０に微小移動機構４６を設けることにより、露光ユニット４を基準とする各光照射位置（空間変調された光ビームが照射される領域の露光ユニット４に対する中心位置）を主走査方向にほぼ垂直な方向に互いに独立して移動することができ、複数の光照射位置の間隔が任意に変更可能とされる。
【００３２】
また、投影レンズ４３９はモータ、ボールねじおよびガイドレール等を有する投影レンズ移動機構４７に取り付けられ、投影レンズ移動機構４７が駆動されることにより投影レンズ４３９が図２中のＺ方向に移動する。そして、投影レンズ移動機構４７により、基板９上にＤＭＤ４２の像が結像されるように投影レンズ４３９と基板９との間の距離が調整される。
【００３３】
図３はＤＭＤ４２を示す図である。ＤＭＤ４２はシリコン基板４２２の上に多数の微小ミラーが格子状に配列された微小ミラー群４２３を有する空間光変調器であり、各微小ミラーに対応するメモリセルに書き込まれたデータに従って、各微小ミラーが静電界作用により所定の角度だけ傾く。
【００３４】
図１に示す露光制御部５２からＤＭＤ４２にリセットパルスが入力されると、各微小ミラーは対応するメモリセルに書き込まれたデータに従って反射面の対角線を軸として所定の姿勢に一斉に傾く。これにより、ＤＭＤ４２に照射された光ビームは各微小ミラーの傾く方向に応じて反射され、各微小ミラーに対応する微小な光照射領域への光照射のＯＮ／ＯＦＦが行われる。つまり、メモリセルにＯＮを示すデータが書き込まれた微小ミラーがリセットパルスを受信すると、その微小ミラーに入射する光はズームレンズ４３７へと反射され、対応する光照射領域に光が照射される。また、微小ミラーがＯＦＦ状態とされると、微小ミラーは入射した光をズームレンズ４３７とは異なる所定の位置（光遮断板４３７ａ（図２参照））へと反射し、対応する光照射領域に光が導かれない状態とされる。
【００３５】
このようなＤＭＤ４２としては、例えば、微小ミラーが７６８行１０２４列に配列されたものがあり、リセットパルスが入力されるとメモリセルのデータに従って各微小ミラーが（＋１０）度または（−１０）度のいずれかの姿勢に傾く。
【００３６】
図４は画像記録装置１が基板９上のフォトレジスト膜に画像を記録する際の動作の流れを示す図であり、図５は露光ユニット４、ステージ支持台２１の領域２３および基板９を示す平面図である。画像記録が行われる際には、まず、各光照射部４０に対応する光照射位置と露光ユニット４との相対的位置関係の確認が行われる。なお、露光ユニット４とステージ２２との相対的位置関係はステージ移動機構３１のリニアエンコーダ３１１（図１参照）や露光ユニット移動機構３２のエンコーダからの出力に基づいて検出可能であることから、光照射位置と露光ユニット４との位置関係の確認（以下、「光照射位置の確認」という。）は、実質的にステージ２２と光照射位置との位置関係の確認となる。
【００３７】
光照射位置の確認では、各光照射部４０の光照射位置が領域２３に形成された光照射位置補正用マーク２３１と一致するようにステージ２２および露光ユニット４が移動される。続いて、各光照射部４０が光ビームを出射して光照射位置補正用マーク２３１上に所定のパターンを示す像を投影し、光照射位置補正用マーク２３１近傍の画像データが撮像部４５（図２参照）により取得される（ステップＳ１１）。
【００３８】
制御部５の補正演算部５４では、取得された画像データに基づいて光照射位置補正用マーク２３１に対する各光照射位置のＸ方向およびＹ方向のずれ量を算出する（ステップＳ１２）。Ｘ方向のずれ量は露光ユニット４（または、光照射部４０）に対するＤＭＤ４２のずれ量に対応し、Ｙ方向のずれ量は露光ユニット４とステージ２２とが所定の位置関係にあるときのステージ２２と光照射部４０とのずれ量に対応する。
【００３９】
ずれ量が算出されると、制御部５により光照射位置のずれが補正される（または、補正の準備が行われる）（ステップＳ１３）。取得されたＸ方向のずれ量が所定の範囲を超える場合には、各光照射部４０の微小移動機構４６を駆動してずれ量に応じて露光ユニット４に対する光照射位置の補正が行われる。Ｙ方向に関するずれ量が所定の範囲を超える場合には、補正演算部５４から露光制御部５２および走査制御部５３へと補正のための情報が送られる。これにより、画像記録時にＤＭＤ４２へのリセットパルスの送信のタイミングが調整され、ステージ２２に対する光照射位置が実質的に補正される。
【００４０】
図６（ａ）および（ｂ）は光照射位置補正用マーク２３１に対する光照射位置のずれ量を取得する様子を説明するための図である。図６（ａ）および（ｂ）では、光照射位置補正用マーク２３１上に光照射部４０により投影像２３２が投影されている様子を示しており、光照射位置補正用マーク２３１および投影像２３２は互いに異なる一定の間隔にて平行に配列された帯形状の領域（以下、「帯領域」という。）の集合（いわゆる、バーニアパターン）となっている。
【００４１】
光照射位置補正用マーク２３１は図５に示す領域２３において光の反射率が比較的高い材料により形成され、領域２３の他の部分は反射率が比較的低い面となっている。したがって、図２に示す撮像部４５により光照射位置補正用マーク２３１と投影像２３２とが重なる領域を示す像２３３（以下、「検出像」という。）が取得可能となる。
【００４２】
図６（ａ）は光照射位置補正用マーク２３１に対して投影像２３２がずれることなく投影されている様子を示しており、図６（ｂ）は光照射位置補正用マーク２３１に対して投影像２３２がずれている様子を示している。光照射位置補正用マーク２３１の帯領域の間隔と、投影像２３２の帯領域の間隔とは異なることから、図６（ａ）に示すように、光照射位置がずれていない場合には検出像２３３における複数の帯形状の領域うち中央の２つの面積が最も大きくなる。一方、光照射位置がずれている場合には図６（ｂ）に示すように、ずれ量に応じて最も面積が大きい領域の位置が中央からずれる。したがって、検出像２３３中の最も面積が大きい領域の位置に基づいて、光照射位置補正用マーク２３１の帯領域の配列方向に対する光照射位置のずれ量を検出することが可能となる。
【００４３】
なお、実際には配列方向が互いに垂直な２つの光照射位置補正用マーク２３１が領域２３上の各光照射部４０に対応する位置に設けられる。
【００４４】
次に、画像記録装置１はステージ２２に保持された基板９の位置決め（アライメント）を行う。具体的には、特定の光照射部４０においてＤＭＤ４２の全微小ミラーをＯＮの状態とし、ステージ移動機構３１および露光ユニット移動機構３２を制御して図５に示す基板９に予め形成されたアライメントマーク９２に光ビームを照射する。なお、基板９に形成されるアライメントマーク９２は基板９の画像記録面に形成されたパターンや穴等である。
【００４５】
そして、撮像部４５による撮像が行われ（ステップＳ１４）、補正演算部５４がステージ２２に対する光照射部４０の位置および取得された画像データからアライメントマーク９２のステージ２２上の位置を求める（ステップＳ１５）。アライメントマーク９２の位置の検出は４つのアライメントマーク９２のそれぞれに対して行われ（図４において図示省略）、複数のアライメントマーク９２の位置によりステージ２２に対する基板９上の基準位置（例えば、露光開始位置や基板９の中心の位置）および基板９の主走査方向に対する傾きと基板９の主走査方向及び副走査方向に対する伸縮率が算出される。
【００４６】
基板９の傾きが所定の範囲内である場合には、制御部５は基板９上の基準位置が露光ユニット４に対する所定位置に位置するように露光ユニット４の位置をＸ方向に移動し、露光ユニット４に対する基板９の相対位置を補正する。また、基板９が傾いている場合には、ステージ回転機構２２２を制御することにより基板９の傾きを補正し、その後、再度アライメントマーク９２の撮像を行い、基板９の位置決めが行われる（ステップＳ１６）。
【００４７】
光照射位置の補正および基板９の位置決めが終了すると、画像記録装置１は基板９に対して露光によるパターンの描画（すなわち、画像記録）を行う。このとき、光照射位置の露光ユニット４に対するずれ量（Ｙ方向に関するもの）およびアライメントマーク９２の位置の検出結果に基づいて露光制御の補正が行われる（ステップＳ１７）。
【００４８】
画像記録装置１では、露光ユニット４が基板９に対する１回の主走査方向の走査が完了するごとに主走査の方向を反転し、露光ユニット４が副走査方向に移動して次の主走査の開始位置に位置する。これにより、各光照射部４０の光照射位置は基板９に対して図５中の矢印６１に示すように主走査方向および副走査方向へと交互に移動する。そして、制御部５が光照射位置の主走査と各光照射部４０のＤＭＤ４２の制御とを同期させることにより、基板９上にパターンが描画される。
【００４９】
図７は制御部５が光照射位置の主走査とＤＭＤ４２へのリセットパルスの出力とを同期させる動作を説明するための図である。図７では、横軸が時間を示し、縦軸はリニアエンコーダ３１１から制御部５へと送信される位置検出信号７１（正確には、リニアエンコーダ３１１からの信号を分周するこにより生成される。）と制御部５からＤＭＤ４２へと送信されるリセットパルス７２を示している。図７に示すように、制御部５はリニアエンコーダ３１１からの位置検出信号７１のピークを所定の回数だけカウントする毎に、ＤＭＤ４２へリセットパルス７２を出力する。すなわち、光照射部４０による光ビームの出射の制御が位置検出信号７１に基づいて行われ、これにより、画像記録装置１では光照射位置の主走査方向への移動とＤＭＤ４２の駆動とが同期される。
【００５０】
なお、図４のステップＳ１３における光照射位置のＹ方向に関する補正は、位置検出信号７１のピークを光照射部４０毎にシフトする（あるいは、異なるピークにてリセットパルス７２を発生する）ことにより実質的に実現される。
【００５１】
次に、基板９が微小変形している場合にステップＳ１７において行われる露光制御の補正について説明を行う。図８は変形した基板９を例示する図である。基板９は、例えば、先行工程における処理により当初の形状（符号９ａを付した形状）に対して僅かに歪んだ形状となっている。
【００５２】
露光制御の補正に際して、ステップＳ１４における複数のアライメントマーク９２の位置の測定結果に基づいて、１つの光照射部４０の１回の主走査によりパターンが描画される領域（以下、「ストライプ９１」という。）の描画開始位置、描画終了位置および伸縮率が予め求められる。各ストライプ９１の描画時には、求められた描画開始位置、描画終了位置および伸縮率に応じて、画像記録装置１の各構成の制御が行われる。ここで、伸縮率とは描画するパターンの大きさの基準の大きさに対する拡大または縮小の割合であり、Ｘ方向の伸縮率は主走査方向（Ｙ方向）に関して連続的に変化するものとみなされ、Ｙ方向の伸縮率はストライプ９１毎に一定とみなされた上で求められる。
【００５３】
より具体的には、図８に示す基板９において、（＋Ｙ）側および（−Ｙ)側においてＸ方向に互い対向するアライメントマーク９２間の長さＬ１およびＬ２がそれぞれ求められる。求められた長さＬ１，Ｌ２を予め決められたストライプ９１の総数で除することにより描画開始位置および描画終了位置における各ストライプ９１の描画幅Ｌ３およびＬ４が求められる。
【００５４】
ここで、図８に示すように（−Ｘ）側のストライプ９１において（＋Ｙ）側の辺の中央の位置を描画開始点Ｐ１とし、（−Ｙ）側の辺の中央の位置を描画終了点Ｐ２とし、さらに、描画開始点Ｐ１と描画終了点Ｐ２との間の距離がＬ５でありＹ方向の距離がＬ７であり、Ｘ方向の距離がＬ６であるものとする。
【００５５】
制御部５の露光制御部５２および走査制御部５３は、先ず光照射位置がＰ１のＸ座標になるようにΔＸ微小移動機構により位置補正し、次に基板９を主走査方向に移動させつつ対応する光照射部４０の光照射位置が描画開始点Ｐ１において描画を開始するようにリセットパルスを光照射部４０に入力し、その後、位置検出信号に同期してリセットパルスが繰り返し入力される。その際、変形していない場合の描画開始点から描画終了点までの距離に対する実際の距離Ｌ５の割合だけ位置検出信号を生成するための分周比が変更される（あるいは、次のリセットパルスを発生するまでの位置検出信号のピークのカウント数が制御される。）。これにより、Ｙ方向の伸縮率に従った描画が行われる。
【００５６】
また、制御部５は光照射位置が描画開始点Ｐ１から主走査方向（Ｙ方向）へ移動する距離の（Ｌ６／Ｌ７）倍の距離だけ光照射位置を微小移動機構４６によりＸ方向に移動させる。さらに、ズームレンズ４３７の倍率も光照射位置が描画開始点Ｐ１から主走査方向（Ｙ方向）へ移動する距離に対して線形に変化するように、描画開始点Ｐ１における倍率から描画終了点Ｐ２における倍率へと連続的に変更される。なお、描画開始点Ｐ１および描画終了点Ｐ２における倍率は、変形が生じていない場合のストライプのＸ方向の長さに対する長さＬ３およびＬ４の割合によりそれぞれ求められる。
【００５７】
以上の説明では、（−Ｘ）側のストライプ９１に対応した露光制御について述べたが、画像記録装置１では複数の光照射部４０に対して上記補正動作と同様の動作が並行して行われる。これにより、大型基板やパターンの微細化に対応した露光制御が実現される。
【００５８】
また、画像記録装置１では、微小移動機構４６により光照射位置を副走査方向に移動させる距離、ズームレンズ４３７によりＤＭＤ４２の投影像を拡大または縮小する倍率、および、リセットパルスの送信のタイミングが光照射部４０毎に独立して制御可能であるため、変形により各ストライプ９１の形状が異なる場合であっても、複数のストライプ９１に対して適正なパターンの描画を並行して行うことができる。その結果、変形した基板９に対して所望の微細なパターンを高速かつ高精度に描画することができる。
【００５９】
例えば、５００ｍｍ×６００ｍｍの大きさである基板９において、変形による伸縮率がＸ、Ｙ方向共、一様に±０．００５％程度である場合には、基板９の変形量は縦横の方向に関して±２５μｍおよび±３０μｍとなる。ここで、ストライプ９１の総数を８０とすると、１つのストライプ９１当たりの幅の変形量は±０．３１μｍまたは±０．３８μｍとなる。
【００６０】
変形量がこの範囲内であり、かつ、高精度なパターンの描画が要求されない場合は、必ずしもズームレンズの倍率補正、微小移動機構の主走査中の連続移動や後述の傾け補正などの露光補正制御を行う必要はなく、Ｘ方向の伸縮補正は、微小移動機構の位置補正と露光ユニットの送り量の調整で行え、Ｙ方向の伸縮補正は、リセットパルスのタイミング制御で行うことができる。伸縮率が±０．０５％程度に大きい場合や、０．５μｍ以下の精度のパターンの描画が求められる場合には、画像記録装置１は各光照射部４０を独立して制御し、ズームレンズの倍率補正も行い、適正にパターンを伸縮しつつ複数のストライプ９１のパターンを高精度につなぎ合わせて微細なパターンを描画する。
【００６１】
さらに、画像記録装置１は、投影像の倍率を制御するとともに複数の光照射位置間の距離を変更することができるため、描画データを変更することなく、基板９上のパターンを部分的に拡大または縮小して描画することもできる。
【００６２】
また、投影光学系４３ｂによりＤＭＤ４２の像が縮小投影されるため、微小移動機構４６によりＤＭＤ４２を移動させる距離を光照射位置の副走査方向への移動距離よりも大きくすることができ、光照射位置を副走査方向（Ｘ方向）へと移動させる補正制御を容易かつ精度よく行うことができる。
【００６３】
次に、各光照射部４０においてＤＭＤ４２のＸ方向への移動、ズームレンズ４３７の制御およびリセットパルスの生成が独立して行われる様子の具体例について説明する。なお、基板９上にパターンが描画される描画領域が図９に示すように２×３の区分９３に分割されており、３つの光照射部４０が５回の主走査を行うことにより（すなわち、図１０に示すように各光照射部４０が５つのストライプ９１への描画を行うことにより）全領域への描画が行われるものとして説明を行う。図１０中に示す範囲Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３はそれぞれ、（−Ｘ）側、中央、（＋Ｘ）側の光照射部４０が描画を行う範囲を示している。
【００６４】
図１１は、３つの光照射部４０を有する画像記録装置１の構成をブロックにて示す図である。図１１において、各ヘッド駆動制御回路５２１はＣＰＵ５０の制御の下、光照射部４０の微小移動機構４６およびズームレンズ４３７のズーミングを行うズーム機構４３７ｂへの制御信号を個別に生成する。リセットパルス生成回路５２２は、ＣＰＵ５０の制御の下、リニアエンコーダ３１１からの信号に従って各ＤＭＤ４２へのリセットパルスを生成する。図１中の露光制御部５２はＣＰＵ５０、ヘッド駆動制御回路５２１およびリセットパルス生成回路５２２が実現する機能に相当する。走査制御回路５３１はＣＰＵ５０の制御の下、ステージ移動機構３１および露光ユニット移動機構３２への制御信号を生成する。図１中の走査制御部５３は、ＣＰＵ５０および走査制御回路５３１が実現する機能に相当する。
【００６５】
図１中の補正演算部５４は、ＣＰＵ５０および補正用メモリ５０ａに相当し、補正用メモリ５０ａには、後述するように予めＣＰＵ５０による演算等により補正データが求められて記憶されており、描画が行われる際には、補正データが順次ＣＰＵ５０へと送られる。
【００６６】
図１２および図１３は、図９に示す描画領域に描画が行われる際の画像記録装置１の動作の流れを示し、図４中のステップＳ１５〜Ｓ１７に相当する。まず、光照射位置の補正を行い（図４：ステップＳ１１〜Ｓ１３）、図９中に示す各アライメントマーク９２の位置が検出されると（ステップＳ１４）、ＣＰＵ５０の演算により描画領域の区分９３毎にＸ方向およびＹ方向の倍率が求められる（図１２：ステップＳ１５１）。さらに、図１０に示す各ストライプ９１に対して、Ｘ方向およびＹ方向の倍率が求められる（ステップＳ１５２）。
【００６７】
例えば、アライメントマーク９２の測定により、図９中に示す範囲Ｒｘ１，Ｒｘ２において基板９のＸ方向に対する膨張または収縮の倍率がβｘ１，βｘ２であり、範囲Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３において基板９のＹ方向に対する膨張または収縮の倍率がβｙ１，βｙ２，βｙ３であり、基板９がせん断変形していないものとする。この場合、図１０に示す各ストライプ９１に対してＹ方向の倍率として範囲Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３毎に倍率βｙ１，βｙ２，βｙ３が設定される。
【００６８】
一方、範囲Ｈ１の全ストライプ９１は範囲Ｒｘ１に含まれることからＸ方向の倍率がβｘ１とされ、範囲Ｈ３の全ストライプ９１は範囲Ｒｘ２に含まれることからＸ方向の倍率がβｘ２とされる。範囲Ｈ２では、（−Ｘ）側から１番目および２番目のストライプ９１は完全に範囲Ｒｘ１に含まれるためＸ方向の倍率がβｘ１とされ、４番目および５番目のストライプ９１は完全に範囲Ｒｘ２に含まれるためＸ方向の倍率がβｘ２とされる。（−Ｘ）側から３番目のストライプ９１ａに関しては、範囲Ｒｘ１と範囲Ｒｘ２との境界９３１が中央よりも（−Ｘ）側に位置するため、Ｘ方向の倍率がβｘ２とされる。３番目のストライプ９１ａのＸ方向の倍率は境界９３１の位置に基づいて倍率βｘ１，βｘ２を補間して求められることが好ましいが、誤差の影響が小さい場合には上述のように補間することなくβｘ１またはβｘ２とされてよい。
【００６９】
次に、各光照射部４０が各ストライプへの描画を行う際の微小移動機構４６によるＸ方向の光照射位置の補正量が求められる（ステップＳ１５３前半）。図１０に示すように、露光ユニット４の１回のＸ方向への移動量は、描画領域のＸ方向の幅をストライプ数で除算した距離Ｍとされる。これに対し、各ストライプ９１のＸ方向の幅は距離Ｍに倍率を乗算したものとして決定されることから、図１０において（−Ｘ）側からｎ番目のストライプ９１への描画が行われる際には、ｎ番目のストライプ９１の（−Ｘ）側の位置と（−Ｘ）側のアライメントマーク９２から距離Ｍの（ｎ−１）倍の距離との差が微小移動機構４６による補正量として求められる。図１０において符号ＭΔ１２，ＭΔ２１，ＭΔ３１は、それぞれ（−Ｘ）側の光照射部４０による２番目のストライプ９１、中央の光照射部４０による最初のストライプ９１、（＋Ｘ）側の光照射部４０による最初のストライプ９１への描画が行われる際の微小移動機構４６による光照射位置の補正量を示している。
【００７０】
続いて、各ストライプ９１のＹ方向に対する倍率に基づいて各ストライプ９１が描画される際のリセットパルスの生成間隔の補正量が求められる（ステップＳ１５３後半）。図１４（ａ）および（ｂ）は、リセットパルス７２の間隔（すなわち、位置検出信号７１のパルスのカウント数）が補正される様子を例示する図である。図１４（ａ）ではリセットパルス７２が位置検出信号７１の９パルス分の間隔７１ａにて生成され、図１４（ｂ）ではリセットパルス７２が位置検出信号７１の１０パルス分の間隔７１ｂにて生成される様子を示している。例えば、図１０において範囲Ｒｙ１におけるストライプ９１の倍率よりも範囲Ｒｙ２におけるストライプ９１の倍率が１０％程度大きく、範囲Ｒｙ１の描画の際に図１４（ａ）に示すリセットパルス７２が使用される場合、範囲Ｒｙ２の描画の際には図１４（ｂ）に示すリセットパルス７２が使用される。範囲Ｒｙ２の倍率が範囲Ｒｙ１の倍率よりも１０％以下だけ異なる場合には、範囲Ｒｙ２の倍率に応じて図１４（ａ）と図１４（ｂ）に示すリセットパルス７２の生成間隔が混在するようにされる。これにより、Ｙ方向の倍率に応じた描画が実現される。なお、実際にはストライプ９１毎にＹ方向の倍率が正確に求められ、リセットパルスの間隔の補正量はストライプ９１毎に求められ、光照射部４０毎のリセットパルスの生成が独立して行われる。
【００７１】
各ストライプ９１のＸ方向の倍率、微小移動機構４６による光照射位置の補正量およびリセットパルスの間隔の補正量は補正データとして図１１に示す補正用メモリ５０ａに保存される（ステップＳ１５４）。そして、基板９の露光ユニット４に対する初期位置の位置決めが行われることにより、画像記録の準備が整う（ステップＳ１６）。
【００７２】
実際に描画（画像記録）が行われる際には、まず、各光照射部４０の最初のストライプ９１に関する補正データのうち、Ｘ方向の倍率および微小移動機構４６による補正量がＣＰＵ５０へと読み出され（ステップＳ１７１）、倍率に合わせて各ズーム機構４３７ｂが個別に制御されてズームレンズ４３７による倍率が設定され、各微小移動機構４６も補正量だけＤＭＤ４２のＸ方向の位置を補正する（ステップＳ１７２）。
【００７３】
その後、ステージ２２のＹ方向への移動が開始される（ステップＳ１７３）。なお、この時点で光源４１は点灯しており、ＤＭＤ４２の全微小ミラーはＯＦＦの状態となっている。やがて、光ビームが照射される位置が各ストライプ９１の描画開始位置に到達すると（ステップＳ１７４）、ＣＰＵ５０が補正データ中のリセットパルス生成間隔の補正量を順次読み出しながらリセットパルスを生成し、ＤＭＤ４２による描画が行われる（ステップＳ１７５）。
【００７４】
光照射位置が各ストライプ９１の描画終了点に到達すると（ステップＳ１７６）、ＤＭＤ４２の全微小ミラーが再びＯＦＦの状態とされるとともにステージ２２の移動が停止され（ステップＳ１７７）、次のストライプ９１が存在する場合には露光ユニット４全体が所定の距離Ｍだけ（＋Ｘ）方向へと移動する（ステップＳ１７８，Ｓ１７９）。そして、ステップＳ１７１へと戻り、ズームレンズ４３７および微小移動機構４６の制御が行われた後、Ｙ方向の倍率を考慮した描画が行われる（ステップＳ１７１〜Ｓ１７７）。露光ユニット４の（＋Ｘ）方向へのステップ移動および描画が繰り返されて全光照射部４０による全てのストライプ９１への描画が完了すると、画像記録が終了する（ステップＳ１７８）。
【００７５】
以上のように、画像記録装置１では各光照射部４０に他の光照射部４０から独立して制御可能なズームレンズ４３７、微小移動機構４６およびＤＭＤ４２を設けることにより、正確かつ高速な画像記録が実現される。
【００７６】
なお、図１２および図１３に示す動作では、基板９にせん断歪みが生じていないものとして説明したが、基板９がせん断歪みを有する場合であってもズームレンズ４３７および微小移動機構４６の制御をステージ２２のＹ方向の移動に伴って行うことにより、正確な画像記録が実現される。
【００７７】
図１５は光照射部４０の他の例を示す図であり、ハーフミラー４３８付近のみを図示している。図１５に示す光照射部４０では、ハーフミラー４３８とズームレンズ４３７の間に、微小回転機構４６ｂを有した像回転プリズム４６ａが取り付けられている。
【００７８】
ズームレンズ４３７を通過した光ビームは、像回転プリズム４６ａを介して、基板９上にＤＭＤ４２の像を形成するが、微小回転機構４６ｂにより、像回転プリズム４６ａをθ回転させることにより、投影像は、２θ回転する。
【００７９】
前述したアライメントマークによる補正演算（図４中のステップＳ１５）により求められた基板９の傾き角を補正するように像回転したプリズム４６ａを回転させることにより、各光照射部４０から出射される光ビームにより基板９上に形成されるＤＭＤ４２の投影像を個別に回転することが実現され、前述した位置決め（図４中のステップＳ１６）における基板９の回転をせずに、描画することが可能となる。
【００８０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００８１】
画像記録装置１に設けられる空間光変調器はＤＭＤ４２には限定されず、例えば、回折格子型の空間光変調器（いわゆる、ＧＬＶ）や液晶シャッタ等を使用することも可能である。
【００８３】
上記実施の形態における微小移動機構４６は一例にすぎず、例えば、図１６に示すように、モータ４６５、ガイドレール４６６およびボールねじ（図示省略）によりＤＭＤ支持板４２１を移動する微小移動機構４６が構成されてもよい。また、ＤＭＤ支持板４２１はピエゾ素子やリニアモータ等により移動してもよい。
【００８４】
撮像部４５は必ずしもすべての光照射部４０に設けられる必要はなく、基板９上のアライメントマーク９２のステージ２２に対する位置を検出するという目的を実現するためには、少なくとも１つの光照射部４０に撮像部４５が設けられるのみで足りる。この場合、基板９を移動させつつ必要に応じて複数回の撮像が行われることとなる。
【００８５】
また、高速にアライメントマーク９２の位置を検出するという観点からは、少なくとも２つの光照射部４０に撮像部４５を設けて基板９上の少なくとも２箇所からの光が同時に受光されることが好ましい。これにより、制御部５は撮像部４５からの出力に基づいて高速に基板９の位置、主走査方向に対する傾き、あるいは、各ストライプの伸縮率等を求めて微小移動機構４６やプリズム４６ａの微小回転機構等の各種構成を制御することができる。なお、撮像部４５は光照射部４０外に設けられてもよい。
【００８６】
また、撮像部４５に代えて光の強度を検出する光検出素子が設けられてもよい。例えば、光照射部４０が図６（ａ）および（ｂ）における光照射位置補正用マーク２３１に対して、ＤＭＤで形成した帯形状の投影パターン（投影像２３２を構成する帯形状の各投影パターン）を順に投影しつつ光検出素子により反射光の強度が検出されることにより、反射光の強度が最大であった投影パターンの位置に基づいて光照射位置のずれ量を求めることができる。
【００８７】
また、光照射位置補正用マークは上記実施の形態に示す形状以外であってもよい。例えば、図１７（ａ）に示すように十字形状の光照射位置補正用マーク２３１ａが使用されてもよい。この場合、光照射位置補正用マーク２３１ａに対して、図１７（ｂ）に示す投影像２３２ａが光照射部４０により投影され、図１７（ｃ）の検出像２３３ａが撮像部４５により取得される。そして、制御部５の補正演算部５４が検出像２３３ａの重心座標やエッジを求めることにより各光照射部４０の光照射位置のＸ方向およびＹ方向のずれ量が算出される。
【００８８】
ステージユニット２と露光ユニット４との主走査方向および副走査方向への相対移動（すなわち、基板９と光照射位置との相対移動）は、ステージユニット２または露光ユニット４のいずれかのみの移動により行われてもよい。
【００８９】
形状が変形した基板９に対して各ストライプ９１の描画開始位置、描画終了位置および伸縮率を求める手法は上記実施の形態に示したもの限定されず、変形状態をさらに理想的に反映する演算手法が採用されてもよい。
【００９１】
【発明の効果】
請求項１ないし１０の発明では、高速かつ高精度に画像を記録することができ、また、照射位置の移動の制御を容易に行うことができる。
【００９２】
また、請求項４および５の発明では、画像の拡大または縮小を行うことができる。
【００９３】
また、請求項７の発明では、感光材料を回転させずに画像を記録することができる。
【００９４】
また、請求項８ないし１０の発明では、照射位置を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像記録装置の概略構成を示す図である。
【図２】光照射部の内部構成を示す図である。
【図３】ＤＭＤを示す図である。
【図４】画像記録装置の動作の流れを示す図である。
【図５】画像記録装置の動作を説明するための図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は光照射位置補正用マークに対する光照射位置のずれ量を取得する様子を説明するための図である。
【図７】位置検出信号とリセットパルスとを示す図である。
【図８】変形した基板を示す図である。
【図９】描画領域の区分を示す図である。
【図１０】描画領域上のストライプを示す図である。
【図１１】画像記録装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】画像記録装置の動作の流れを示す図である。
【図１３】画像記録装置の動作の流れを示す図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は位置検出信号およびリセットパルスを示す図である。
【図１５】光照射部の他の例を示す図である。
【図１６】微小回転機構を示す図である。
【図１７】（ａ）ないし（ｃ）は光照射位置補正用マークに対する光照射位置のずれ量を取得する様子を説明するための図である。
【符号の説明】
１画像記録装置
４露光ユニット
５制御部
９基板
３１ステージ移動機構
３２露光ユニット移動機構
４０光照射部
４１光源
４２ＤＭＤ
４３ｂ投影光学系
４５撮像部
４６微小移動機構
４６ａ像回転プリズム
４６ｂ微小回転機構
５０ＣＰＵ
５０ａ補正用メモリ
５２露光制御部
５３走査制御部
５４補正演算部
２３１，２３１ａ光照射位置補正用マーク
２３２投影像
３１１リニアエンコーダ
４３７ズームレンズ
４３７ａズーム駆動機構
５２１ヘッド駆動制御回路
５２２リセットパルス生成回路
５３１走査制御回路

Claims

感光材料に画像情報に基づいて変調された光ビームを照射して画像を記録する画像記録装置であって、
それぞれが変調された光ビームを感光材料に向けて出射する複数の光照射部を有する露光ユニットと、
複数の光ビームを感光材料に照射しつつ前記感光材料を前記露光ユニットに対して相対的に走査させる走査手段と、
前記感光材料の走査方向にほぼ垂直な方向に関して、前記複数の光照射部に対応する複数の照射位置の間隔を変更する照射位置調整手段と、
を備え、
前記複数の光照射部のそれぞれが、
光源と、
前記光源からの光を空間変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器からの光ビームを感光材料へと導く光学系と、
を有し、
前記照射位置調整手段が、少なくとも前記空間光変調器を前記露光ユニットに対して移動する機構を有することを特徴とする画像記録装置。
請求項１に記載の画像記録装置であって、
前記照射位置調整手段が、前記複数の照射位置のそれぞれを独立して移動することを特徴とする画像記録装置。
請求項１または２に記載の画像記録装置であって、
感光材料の走査方向にほぼ垂直な方向に前記露光ユニットを移動する機構をさらに備えることを特徴とする画像記録装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像記録装置であって、
前記複数の光照射部のそれぞれが、ズームレンズを有することを特徴とする画像記録装置。
請求項４に記載の画像記録装置であって、
各光照射部のズームレンズが、他の光照射部のズームレンズから独立して制御可能とされることを特徴とする画像記録装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載の画像記録装置であって、
前記走査手段による走査位置を検出する位置検出手段をさらに備え、
前記光照射部による光ビームの出射が前記位置検出手段の出力に基づいて制御されることを特徴とする画像記録装置。
請求項１ないし６のいずれかに記載の画像記録装置であって、
前記照射位置調整手段が、各光照射部から出射される光ビームにより感光材料上に形成される前記空間光変調器の投影像を個別に回転する機構を有することを特徴とする画像記録装置。
請求項１ないし７のいずれかに記載の画像記録装置であって、
前記複数の照射位置のうち少なくとも１つの照射位置からの光を受光する受光手段をさらに備えることを特徴とする画像記録装置。
請求項８に記載の画像記録装置であって、
前記受光手段が、光ビームが照射される感光材料上の少なくとも２箇所からの光を受光し、
前記受光手段からの出力に基づいて前記照射位置調整手段が制御されることを特徴とする画像記録装置。
請求項８または９に記載の画像記録装置であって、
前記受光手段からの出力に基づいて前記複数の照射位置と前記露光ユニットとの相対的位置関係を確認する手段をさらに備えることを特徴とする画像記録装置。