JP4473297B2 - レーザ直描装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラスタデータに基づいて変調されたレーザビームをシリンドリカルレンズにより副走査方向に集光させて主走査方向へ偏向させると共に被描画体を副走査方向へ移動させて被描画体へ所望のパターンを描画するレーザ直描装置（ＬＤＩ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｒｅｃｔ Ｉｍａｚｉｎｇ）に関するものである。

レーザ直描装置では回路パターン設計時のＣＡＤデータをベクタデータヘフォーマット変換して輪郭線を算出した後、さらに描画用ラスターデータに変換してレーザ光のＯＮ−ＯＦＦ画素を求め、ＯＮ画素にレーザを照射する。

図７は、従来のレーザ直描装置の構成図である。

レーザ源１は光学ベース１６上に搭載されている。光学ベース１６はベッド１８上のコラム１７上に配置されている。レーザ源１から出力されたレーザビーム５はミラー２、エキスパンダ３を介して音響光学素子（以下、「ＡＯＭ」という。）４に入射する。ＡＯＭ４で変調されたレーザビーム５ａはポリゴンミラー６により偏向されてｆθレンズ７に入射し、ｆθレンズ７を透過したレーザビーム５ａは折り返しミラー８により図の下方に偏向されてシリンドリカルレンズ９に入射する。そして、シリンドリカルレンズ９を透過したレーザビーム５ａは被描画体１０に入射して被描画体１０上のドライフィルムレジスト（以下、「ＤＦＲ」という。）やフォトレジスト等を感光させる。このとき、被描画体１０を搭載したテーブル１２は副走査方向（図中のＹ方向。なお、主走査方向は図中のＸ方向である。）へ等速移動する。リニアモータ１４はテーブル１２を移動させる。一対のガイド１３はテーブル１２を案内する（特許文献１）。

ここで、ｆθレンズ７の前焦点はポリゴンミラー６の反射面上に位置決めされており、ポリゴンミラー６で反射されたレーザビーム５のＸＹ面と平行な成分は平行、ＸＹ面と直角な成分はポリゴンミラー６の反射点を始点とする拡散光である。したがって、レーザビーム５のＸＹ面と平行な成分はｆθレンズ７により集光されるが、シリンドリカルレンズ９はそのまま透過する。一方、レーザビーム５のＸＹ面と直角な成分はｆθレンズ７により平行に変換され、シリンドリカルレンズ９によって集光される。

図８はスタートセンサの位置を示す図であり、（ａ）は図７におけるＸ方向から見た図、（ｂ）は図７におけるＹ方向から見た図である。

シリンドリカルレンズ９の図７における左端側の下方にはミラー１１が配置されており、ミラー１１の反射側にスタートセンサ１５が配置されている。そして、行毎の走査開始位置を揃えるため、主走査方向の１スキャンの描画はミラー１１で反射されたレーザビーム５ａをスタートセンサ１５が検知してから所定時間後に開始される（図示の場合、検出位置と描画開始位置との距離は１０ｍｍである）。

ところで、レーザビームが主走査方向へ走査すると共にテーブル１２（すなわち被描画体１０）が副走査方向へ移動するので、レーザビーム５をＸ方向に走査させると、図９に示すように、照射軌跡（露光軌跡）はＸ方向（主走査方向）に対して角度αだけ時計方向に傾く。この角度αを以下、「走査角度」という。

そこで、従来は、テーブル１２の移動方向を基準にして走査角度αが０になるように照射光学系を配置し、露光軌跡がＹ方向（副走査方向）と直角になるように照射系を配置していた。
特開２００７−９４１２２

感光材料の光に対する感度（以下、単に感度という。）が同一である場合は、走査角度αを一定とすることができる。しかし、ＤＦＲのレジスト感度には値の異なるものがある。例えば、レーザの出力を一定とするとき、レジスト感度が５０ｍＪ／ｃｍ^２の場合は、レーザビームの走査速度（すなわち、ポリゴンミラーの回転数）とテーブルの移動速度を、それぞれレジスト感度が１０ｍＪ／ｃｍ^２の場合の１／５にすればよい。

しかし、ポリゴンミラーの回転数が安定である領域は狭い（例えば、定格回転数〜定格回転数の１／２）ため、走査角度αの可変範囲が小さく、露光できるワークの種類が少なかった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、種々の感度の感光材料を露光することができると共に、ワークの変形に応じて描画位置を修正することができるレーザ直描装置を提供するにある。

上記課題を解決するため、本発明は、ラスタデータに基づいて変調されたレーザビーム
をシリンドリカルレンズにより副走査方向に集光させながら主走査方向へ偏向させると共
に、被描画体を副走査方向へ移動させて被描画体へ所望のパターンを描画するレーザ直描
装置において、環状の一部を切り欠いた中空馬蹄形のボス部を設けた中空ヒンジピンと、シリンドリカルレンズを支持するレンズホルダと、前記レンズホルダに設けられ、前記シリンドリカルレンズの軸線が前記ボス部の中心を通るようにして前記ボス部の外周に嵌合される円形部と、を備え、前記シリンドリカルレンズの軸線を前記被描画体上のレジスト感度が異なるドライフィルムレジストの表面と平行な方向に回転できるようにしておき、前記シリンドリカルレンズの軸線の前記主走査方向に対する角度を変更できるように構成し、前記回転の中心を前記レーザビームの走査開始点に一致させることを特徴とする。

本発明によれば、レジスト感度が異なるドライフィルムレジストを容易に露光することができる。

以下、本発明について説明する。

図１は本発明に係るレーザ直描装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。また、図２は図１におけるＡ部拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。なお、図示の都合上、図２は図１に対して９０度回転させて示してある。また、図３は後述するピン４４近傍の断面図であり、図４は図２におけるＢ−Ｂ断面図である。なお、図７と同じもの又は同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。

ブラケット２３はコラム１７に固定されている。ベースプレート４３はボルト４９によりブラケット２３上に固定されている。中空ヒンジピン３４は環状の一部を切り欠いた中空馬蹄形のボス部３４ａを備え、ベースプレート４３に固定されている。ボス部３４ａの中心は描画開始点に位置決めされている。後述するように、ボス部３４ａに切り欠きを設けたのは、ボス部３４ａがシリンドリカルレンズ９を透過したレーザビーム５ａと干渉することを防止するためである。また、ボス部３４ａの内側半径はレーザビーム５ａがスタートセンサ１５に入射することを妨げない半径（ここでは、１５ｍｍ）である。

シリンドリカルレンズ９はレンズホルダ３５に支持されている。レンズホルダ３５に設けられた円形部３８は、シリンドリカルレンズ９の軸線がボス部３４ａの中心を通るようにしてボス部３４ａの外周に嵌合している。したがって、レンズホルダ３５すなわちシリンドリカルレンズ９をボス部３４ａの中心すなわち描画開始点を中心にして描画開始点の回りに位置決め自在である。レンズホルダ３５には穴３７と３個の穴５０とが形成されている。穴３７はレンズホルダ３５が回転可能な範囲でシリンドリカルレンズ９を透過したレーザビーム５ａに干渉しない大きさに形成されている。

図３に示すように、ピン４４は穴５０を貫通してベースプレート４３に螺合している。サラばね４１はレンズホルダ３５をベースプレート４３に向けて付勢し、レンズホルダ３５がベースプレート４３から浮き上がらないようにしている。なお、サラばね４１の付勢力は小さく、レンズホルダ３５が描画開始点の回りに回転することを妨げない。また、ピン４４の外径は穴５０の直径よりも細径であり、レンズホルダ３５が描画開始点の回りに回転することを許容している。

レンズホルダ３５の一方の側面側にはカムフォロア３３が回転自在に支持されている。ベースプレート４３にはベアリング３９ａと軌道３９ｂとからなる直線案内装置３９が配置されている。軌道３９ｂはホルダ５１に固定され、ベアリング３９ａをＸ方向に案内する。ホルダ５１はボルト５２によりベースプレート４３に固定されている。ベアリング３９ａには、直線カム３２が固定されている。直線カム３２のカムフォロア３３に対向する端面は図２（ａ）において右下がりに形成されている。

直線カム３２はリニアアクチュエータ３１の軸３１ａに接続されている。モータ３０はリニアアクチュエータ３１を駆動し、軸３１ａをＸ方向に移動させる。モータ３０はＬ字形のサポート５５を介してベースプレート４３に固定されている。ボルト５６はサポート５５をベースプレート４３に固定している。

スプリング３６はレンズホルダ３５を図２（ａ）において左方に付勢し、カムフォロア３３を対向する直線カム３２の面３２ａに当接させている。

以上の構成であるから、モータ３０を回転させると、直線カム３２がＸ方向に移動し、直線カム３２に当接するカムフォロア３３のＸ方向の動きに伴ってレンズホルダ３５が描画開始点を中心として回転する（すなわち、走査角度αの値が増減する）。そこで、走査角度αが所望の値になるようにガイド３９を位置決めする。

次に、本発明の動作を説明する。

始めに、走査角度αについて説明する。
ポリゴンミラーの回転数をＮ［ｒｐｍ］、面数をｍとすると、ポリゴンミラーの１面の走査時間ｔｍと偏向角度θの走査時間ｔｓは式１、２で表される。
ｔｍ＝６０／Ｎ／ｍ［ｒｐｍ］ ・・・（式１）
ｔｓ＝ｔｍ×θ／（３６０／ｍ） ・・・（式２）
ポリゴンミラーの偏向角度がθの場合、ｆθレンズ７に入射するレーザの入射角度は２θである。そこで、ｆをｆθレンズ７の焦点距離、Ｖをテーブルの送り速度（露光速度）とすると、走査角度αは、式３で表すことができる。
α＝ｔａｎ^−１（ｔｓ×Ｖ／（２×ｆ×θ）） ・・・（式３）
図５はシリンドリカルレンズの軸線と直角な方向の断面図であり、Ｐはシリンドリカルレンズ９の軸線である。

上記したように、シリンドリカルレンズ９に入射するレーザビーム５ａのシリンドリカルレンズ９の幅方向の成分は平行である。したがって、シリンドリカルレンズ９に垂直に入射するレーザビーム５ａの中心軸が中心軸Ｐを通る場合、レーザビーム５ａは中心軸ＰからＦ（ただし、Ｆはシリンドリカルレンズ９の焦点距離）離れた位置Ｆ０に集光する。ここで、レーザビーム５ａの中心軸を固定した状態でシリンドリカルレンズ９を同図に２点鎖線で示すようにδだけ図の右方に移動させると（すなわち、中心軸Ｐをだけ図の右方に移動させると）、レーザビーム５ａは図中Ｆからδだけ右方のＦ１に集光する。すなわち、レーザビーム５ａの中心軸が同じであっても、シリンドリカルレンズ９の中心軸Ｐの位置をワーク１０の表面と平行にずらすとずらせた距離だけ集光位置が移動する。すなわち、シリンドリカルレンズ９の中心軸Ｐをワークの走行方向に対して角度α傾けると、レーザビーム５ａの集光位置も走行方向に対して角度α傾く。したがって、走査角度をシリンドリカルレンズ９の中心軸Ｐの走査方向に対する角度として設定することができる。

なお、この実施形態ではシリンドリカルレンズ９を描画開始点を中心として回転させるようにしたので、描画開始点がＸ方向にずれることがなく、品質に優れる描画を行うことができる。

図６は、本発明の変型例を示す図である。

レンズホルダ３５はベースプレート４３上に配置され、ヒンジピン４２を中心として回転可能である。

この変型例の場合、ヒンジピン４２の軸線は描画開始点から外れるため、描画開始位置がｔａｎαだけＹ方向にずれる。しかし、走査角度αは予め分かっているので、被描画体１０のテーブル配置位置をｔａｎαだけＹ方向にずらすことにより、ワークの所望の位置に描画することができる。

なお、動作については実質的に同じであるので、重複する説明を省略する。

また、上記においてはＡＯＭによりレーザビームを変調するようにしたが、光源としてレーザダイオードを用い、レーザダイオードを直接ＯＮ／ＯＦＦ制御するようにしたレーザ直描装置にも適用することができる。

本発明に係るレーザ直描装置の構成図である。 図１におけるＡ部拡大図である。 本発明に係るレーザ直描装置の要部断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 シリンドリカルレンズの軸線と直角な方向の断面図である。 本発明の変型例を示す図である。 従来のレーザ直描装置の構成図である。 従来のレーザ直描装置の説明図である。 走査角度の説明図である。

符号の説明

５ａ レーザビーム
９ シリンドリカルレンズ
１０ 被描画体
Ｐ シリンドリカルレンズ９の中心軸

Claims (1)

1. ラスタデータに基づいて変調されたレーザビームをシリンドリカルレンズにより副走査
   方向に集光させながら主走査方向へ偏向させると共に、被描画体を副走査方向へ移動させ
   て被描画体へ所望のパターンを描画するレーザ直描装置において、
   環状の一部を切り欠いた中空馬蹄形のボス部を設けた中空ヒンジピンと、
   シリンドリカルレンズを支持するレンズホルダと、
   前記レンズホルダに設けられ、前記シリンドリカルレンズの軸線が前記ボス部の中心を
   通るようにして前記ボス部の外周に嵌合される円形部と、
   を備え、
   前記シリンドリカルレンズの軸線を前記被描画体上のレジスト感度が異なるドライフィ
   ルムレジストの表面と平行な方向に回転できるようにしておき、
   前記シリンドリカルレンズの軸線の前記主走査方向に対する角度を変更できるように構
   成し、
   前記回転の中心を前記レーザビームの走査開始点に一致させることを特徴とするレーザ
   直描装置。

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