JP5205101B2 - パターン描画装置およびパターン描画方法 - Google Patents
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Description
すなわち、距離測定手段を基準部検出手段の近傍に設けるために、距離測定手段をコンパクトに構成する必要がある。距離測定手段の距離測定精度を高く維持しつつ距離測定手段をコンパクトに構成するには難がある。また、感光材料の往路移動時に基準部検出および距離測定を行い、感光材料の復路移動時に走査露光を行う構成においては、走査露光が感光材料の1回の往復移動で完了する場合にはさほど問題にはならない。しかしながら、描画の高精緻化を図るために感光材料の往復移動を複数回行う場合、つまり被露光領域の走査露光を複数回の往復走査で行う場合には、往路移動時に露光を行っていない分、全体の処理時間が多くなってしまう。
対象物に対してビーム光を照射することにより当該対象物にパターンを描画するパターン描画装置であって、
上記対象物が設置されるステージと、
上記対象物に対し主走査方向へ相対移動しつつ上記対象物にビーム光を照射する露光ヘッドと、
上記対象物に対し主走査方向へ相対移動しつつ上記対象物に光を照射する投光器と、
直線状に配列された複数の画素を有し、上記投光器から照射された光が上記対象物で反射されたときの反射光の光量分布を検出するラインセンサと、
上記露光ヘッド、上記投光器、および上記ラインセンサが一定の位置関係を保った状態でこれらを上記ステージに対し相対的に主走査方向に沿って往復走査させる主走査機構と、
上記露光ヘッド、上記投光器、および上記ラインセンサが一定の位置関係を保った状態でこれらを上記ステージに対し相対的に上記主走査方向と直交する副走査方向に走査させる副走査機構と、
上記ラインセンサにより検出された光量分布のピーク部分の重心位置を算出する重心位置算出部と、
上記ピーク部分の重心位置と上記ラインセンサの上記複数の画素上で予め設定された目標位置との差を算出し、その差に基づいて、上記対象物の表面に上記ビーム光の焦点が合うように上記露光ヘッド内の光学系を移動させる距離を算出する移動距離算出部と、
上記移動距離算出部で算出された距離に基づいて、上記光学系を移動させる移動部とを備え、
上記露光ヘッドが上記対象物上を上記主走査方向に沿って走査露光しているとき、上記ラインセンサは、上記露光ヘッドが走査露光中の走査列の隣にもしくはそれ以上離れて位置する走査列であって後で上記露光ヘッドが走査露光する走査列からの反射光の光量分布を検出し、
上記ラインセンサにより上記光量分布が検出された位置に上記露光ヘッドが到来した時に、上記移動部は上記移動距離算出部によって算出された距離に基づいて上記光学系を移動させ、
上記対象物の表面にビーム光の焦点が一致してビーム光の照射により表面にビーム光の像が形成されることを特徴とする。
本発明によれば、露光ヘッドが対象物上を主走査方向に沿って走査露光しているとき、ラインセンサは、露光ヘッドが走査露光中の走査列の近傍に位置する走査列であって後で露光ヘッドが走査露光する走査列からの反射光の光量分布を検出する。また、ラインセンサにより光量分布が検出された位置に露光ヘッドが到来した時に、移動部は光学系を移動させる。
そのため、焦点制御のための距離測定を、走査露光とは別の時点で行う必要がない。これにより、露光ヘッドは往路走査時および復路走査時の双方において走査露光をすることができる。故に、復路のみで走査露光を行う場合に比べ、全体としての処理時間を大幅に低減することができる。また、走査露光を行う前に補完処理、移動平均等のデータ処理を行うことが可能となり、誤検出を排除しつつ高精度な焦点位置調節が可能となる。また、焦点位置調節を対物レンズの上下移動で行う際に、対物レンズ駆動部の応答遅れを考慮して焦点位置調節を行うことができ、主走査方向に高速に走査露光しても高精度に焦点位置調節を行うことができる。
上記露光ヘッドが上記対象物上を上記主走査方向に沿って走査露光しているとき、上記ラインセンサは、上記露光ヘッドが走査露光中の走査列の隣に位置する走査列であって後で上記露光ヘッドが走査露光する走査列からの反射光の光量分布を検出することが好ましい。
上記重心位置算出部は、上記投光器および上記ラインセンサが上記主走査方向の走査を行っている時に所定の時間間隔で周期的に上記重心位置を算出し、
上記パターン描画装置は、
上記重心位置の算出の各上記時間間隔内で、上記投光器が照射する光の光量を複数段階に変化させる光量調節部をさらに含み、
上記重心位置算出部は、各上記周期において、上記ラインセンサが受光した反射光の光量の最大値が所定範囲に入っている時の光量分布に基づき、上記重心位置を算出することが好ましい。
上記光量調節部は、
上記光量の調節を、上記投光器が光を照射する時間を調節することで行うことが好ましい。
上記光量調節部は、
上記光量の調節を、上記投光器を駆動する電圧を調節することで行うことが好ましい。
対象物に対してビーム光を照射することにより当該対象物にパターンを描画するパターン描画方法であって、
ステージに基板を設置する設置ステップと、
露光ヘッドを上記対象物に対し主走査方向へ相対移動させつつ上記対象物にビーム光を照射する走査露光ステップと、
投光器を上記対象物に対し主走査方向へ相対移動させつつ上記対象物に光を照射する投光ステップと、
直線状に配列された複数の画素を有するラインセンサを用い、上記投光器から照射された光が上記対象物で反射されたときの反射光の光量分布を検出する光量分布検出ステップと、
上記露光ヘッド、上記投光器、および上記ラインセンサが一定の位置関係を保った状態でこれらを上記ステージに対し相対的に主走査方向に沿って往復走査させる主走査ステップと、
上記露光ヘッド、上記投光器、および上記ラインセンサが一定の位置関係を保った状態でこれらを上記ステージに対し相対的に上記主走査方向と直交する副走査方向に走査させる副走査ステップと、
上記ラインセンサにより検出された光量分布のピーク部分の重心位置を算出する重心位置算出ステップと、
上記ピーク部分の重心位置と上記ラインセンサの上記複数の画素上で予め設定された目標位置との差を算出し、その差に基づいて、上記対象物の表面に上記ビーム光の焦点が合うように上記露光ヘッド内の光学系を移動させる距離を算出する移動距離算出ステップと、
上記移動距離算出部で算出された距離に基づいて、上記光学系を移動させる移動ステップとを備え、
上記露光ヘッドが上記対象物上を上記主走査方向に沿って走査露光しているとき、上記ラインセンサは、上記露光ヘッドが走査露光中の走査列の隣にもしくはそれ以上離れて位置する走査列であって後で上記露光ヘッドが走査露光する走査列からの反射光の光量分布を検出し、
上記ラインセンサにより上記光量分布が検出された位置に上記露光ヘッドが到来した時に、上記移動ステップは上記移動距離算出ステップによって算出された距離に基づいて上記光学系を移動させ、
上記対象物の表面にビーム光の焦点が一致してビーム光の照射により表面にビーム光の像が形成されることを特徴とする。
本発明の第1実施形態に係るパターン描画装置について、図面を参照しつつ説明する。図1は、第1実施形態に係るパターン描画装置を示す斜視図である。図2は、第1実施形態に係るパターン描画装置の主要部分を示すブロック図である。図3は、第1実施形態におけるオートフォーカス部を模式的に示す図である。図4は、ラインセンサの受光量を示す図である。図5は、複数の距離検出部、複数の露光ヘッド、および各露光ヘッドの描画範囲の位置関係を示す図である。図6〜8は、距離検出部による検出位置、露光ヘッドによる走査露光位置を時系列的に示す図である。図6の左端から右端、図7の左端から右端、図8の左端から右端にかけて順に時間が経過しているものとする。図5〜8における符号53は距離検出部から照射されるビーム光の像の形状および位置を表し、符号54は露光ヘッドから照射されるビーム光の像の形状および位置を表している。
露光ヘッド5は、レーザ駆動部(図示せず)と、レーザダイオード37(図3参照)と、光変調素子52と、レンズ光学系51と、対物レンズ駆動部23(図2参照)と、移動部6とを含む。光変調素子52は、例えば回折格子型の光変調素子である。回折格子型の光変調素子としては、例えばGLV(Grating Light Valve:グレーチング・ライト・バルブ)(シリコン・ライト・マシーンズ(サニーベール、カリフォルニア)の登録商標)等が知られている。レーザダイオード37は、レーザ駆動部18によって駆動されることでビーム光3(レーザ光)を出力する。そのビーム光3は、光変調素子52により光変調され、描画すべきパターンに応じたビーム光3が生成される。光変調素子52により光変調されたビーム光3は、レンズ光学系51を構成する対物レンズの上下方向の移動によって鉛直方向の焦点位置が調節される。焦点位置が調節されたビーム光3は、基板2上の感光性材料に照射される(図3参照)。
図6〜8に示されるように、ラインセンサ13により受光量分布30が検出された位置に露光ヘッド5が到来した時に、移動部6はレンズ光学系51の対物レンズを移動させる。これにより、感光性材料の表面に焦点が位置するようにビーム光3の焦点位置が調節される。
なお、図5〜8に示される例では、露光ヘッド5が対象物上を主走査方向Yに沿って走査露光しているとき、ラインセンサ13は、露光ヘッド5が走査露光中の走査列10(例えば10a)の隣に位置する走査列であって後で露光ヘッド5が走査露光する走査列10(例えば10b)からの反射光の光量分布を検出する。
ステップS1〜S19の説明でわかるように、1回目の主走査方向Yの走査(+Y方向の走査)時に第1走査列10aにおける距離hの算出が行われる。2回目の主走査方向Yの走査(−Y方向の走査)時に第1走査列10aの露光と第2走査列10bにおける距離hの算出が並列的に行われる。
(1)まず、オートフォーカス動作の開始を示すオートフォーカス信号(AF)が出力される。
(2)オートフォーカス動作の開始と略同時に往路方向(+Y方向)の走査が開始される。
(3)すると、受光量分布30のピーク部分28の重心位置Wを求めるタイミングを示すトリガ信号(TRG)が所定の時間間隔T1で周期的に出力される。
(4)ラインセンサ13は、T1より十分に小さい時間間隔で周期的に反射光16の受光量分布30を出力する。
(5)受光量分布30のデータは、順次、SRAMに書き込まれる。
(6)SRAMに書き込まれた受光量分布30のデータは、順次、読み出される。
(7)読み出された受光量分布30のデータに基づいて、受光量分布30のピーク部分28の重心位置Wが順次算出される。さらに、重心位置Wとに基づいて、感光性材料の表面にビーム光3の焦点が一致するようにレンズ光学系51の対物レンズを上下方向に移動させる距離hが算出される。距離hのデータは順次、SRAMに書き込まれる。距離hのデータは、直後の復路方向の走査時における対物レンズの移動に用いられる。
(8)焦点位置調節のタイミングを示す信号が出力される。最初のタイミングは、トリガ信号(TRG)が出力された時点からT2経過した時である。以後、時間T1毎に焦点位置調節のタイミングを示す信号が出力される。
(9)焦点位置調節のタイミングに同期して、直前の復路方向の走査時に取得された距離hのデータが読み出され、レンズ光学系51の対物レンズが距離h分、上下方向に移動する。
(1)まず、オートフォーカス動作の開始を示すオートフォーカス信号(AF)が出力される。
(2)オートフォーカス動作の開始と略同時に復路方向(−Y方向)の走査が開始される。
(3)すると、受光量分布30のピーク部分28の重心位置Wを求めるタイミングを示すトリガ信号(TRG)が所定の時間間隔T1で周期的に出力される。
(4)ラインセンサ13は、T1より十分に小さい時間間隔で周期的に反射光16の受光量分布30を出力する。
(5)焦点位置調節のタイミングを示す信号が出力される。時間T1毎に焦点位置調節のタイミングを示す信号が出力される。
(6)焦点位置調節のタイミングに同期して、直前の往路方向の走査時に取得された距離hのデータが読み出され、レンズ光学系51の対物レンズが距離h分、上下方向に移動する。
(7)受光量分布30のデータは、順次、SRAMに書き込まれる。最初に書き込まれるのは、トリガ信号(TRG)が出力された時点からT2経過した時である。以後、時間T1毎に書き込まれる。
(8)SRAMに書き込まれた受光量分布30のデータは、順次、読み出される。
(9)読み出された受光量分布30のデータに基づいて、受光量分布30のピーク部分28の重心位置Wが順次算出される。さらに、重心位置Wとに基づいて、感光性材料の表面にビーム光3の焦点が一致するようにレンズ光学系51の対物レンズを上下方向に移動させる距離hを算出する。距離hのデータは順次、SRAMに書き込まれる。距離hのデータは、直後の往路方向の走査時における対物レンズの移動に用いられる。
図11の(7)に示されるように、往路方向の走査露光時には、直前の復路方向の走査時に取得された当該往路方向の走査露光用の距離hのデータをSRAMから読み出し、距離h分、対物レンズを移動させる。また、往路方向の走査露光時には、直後の復路方向の走査露光用の距離hのデータを取得し、SRAMに書き込む。
一方、図12の(9)に示されるように、復路方向の走査露光時には、直前の往路方向の走査時に取得された当該往路方向の走査露光用の距離hのデータをSRAMから読み出し、距離h分、対物レンズを移動させる。また、復路方向の走査露光時には、直後の往路方向の走査露光用の距離hのデータを取得し、SRAMに書き込む。
データの書き込み時と当該データの読み出し時では走査方向が逆なので、書き込み時にはアドレス昇順でデータを書き込み、読み出し時にはアドレス降順でデータを読み出す。
本発明の第2実施形態に係るパターン描画装置について、図面を参照しつつ説明する。
図13は、第2実施形態に係るパターン描画装置の主要部分の構成を示すブロック図である。図14,15は、第2実施形態に係るパターン描画装置の動作を示すタイミングチャートである。なお、第1実施形態と同様の構成については、第1実施形態と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
(1)まず、オートフォーカス動作の開始を示すオートフォーカス信号(AF)が出力される。図示はしないが、オートフォーカス動作の開始と略同時に往路方向の走査が開始される。
(2)すると、受光量分布30のピーク部分28の重心位置Wを求めるタイミングを示すトリガ信号(TRG)が所定の時間間隔T1で周期的に出力される。
(3)ラインセンサ13は、T1より十分に小さい時間間隔で周期的に反射光16の受光量分布30を出力する。
(4)トリガ信号(TRG)が出力されると、ON TIMEカウンタは、初期値(図14に示される例では101)からカウントダウンを開始する。
(5)ON TIMEカウンタのカウントダウンに同期して、投光器12は投光時間を初期値から順次減少させていく。例えば、光量調節部41が、投光器12を駆動させる駆動パルスのパルス幅を順次減少させていく。これにより、投光器12から照射される光11の光量が順次、減少していく。すると、ラインセンサ13が受光する最大の受光量も、ON TIMEカウンタのカウントダウンに同期して、順次減少していく。光量を或る程度まで減少させたら、初期値の大きな値の光量に復帰させる。図14に示される例では、最大の受光量は「所定範囲」の上限値MAXを超える値から下限値MIN未満の値まで、順次、減少していく。最大の受光量が或る程度まで減少したら、最大の受光量は初期の大きな値に復帰している。受光量を順次減少させることにより、「所定の範囲」に入った受光量のデータを取得することができる。
(6)最大受光量が「所定の範囲(上限値と下限値の間)」に入っているかどうかが判定される。
(7)最大受光量が「所定の範囲」に入っているときは、受光量のピーク部分の重心位置を算出するのに適していることを示す信号(PEAK OK)が出力される。一方、最大受光量が「所定の範囲」に入っていないときは、受光量のピーク部分の重心位置を算出するのに適していることを示す信号(PEAK OK)が出力されない。
(8)最大受光量が「所定の範囲」に入っているときの受光量データのうち、いずれか1つの受光量データが選択され、その選択された受光量データがSRAMに書き込まれる。図14に示される例では、最大受光量が「所定の範囲」に入っている受光量データは複数存在し、そのうち、最初に現れた受光量データが選択され、SRAMに書き込まれる。
(9)記憶された受光量データは、読み出される。
(10)読み出された受光量データに基づいて、受光量分布のピーク部分の重心位置Wが算出される。さらに、重心位置Wに基づいて、感光性材料の表面にビーム光3の焦点が合うようにレンズ光学系51の対物レンズを上下方向に移動させる距離hが算出される。距離hのデータは順次、SRAMに書き込まれる。距離hのデータは、直後の復路方向の走査時における対物レンズの移動に用いられる。
この場合、投光器12から照射される光11の光量を最大の光量に復帰させ、復帰後の光量における受光量分布を取得する(6)〜(8)。(9)以降は上記の例と同様である。
2 基板
3 ビーム光
4 ステージ
5 露光ヘッド
6 移動部
7 主走査機構
8 副走査機構
9 移動距離算出部
10 走査列
11 投光器からの光
12 投光器
13 ラインセンサ
14,42 重心位置算出部
15 画素
16 反射光
28 ピーク部分
30 受光量分布
41 光量調節部
M 目標位置
W 重心位置
Claims (5)
- 対象物に対してビーム光を照射することにより当該対象物にパターンを描画するパターン描画装置であって、
前記対象物が設置されるステージと、
前記対象物に対し主走査方向へ相対移動しつつ前記対象物にビーム光を照射する露光ヘッドと、
前記対象物に対し主走査方向へ相対移動しつつ前記対象物に光を照射する投光器と、
直線状に配列された複数の画素を有し、前記投光器から照射された光が前記対象物で反射されたときの反射光の光量分布を検出するラインセンサと、
前記露光ヘッド、前記投光器、および前記ラインセンサが一定の位置関係を保った状態でこれらを前記ステージに対し相対的に主走査方向に沿って往復走査させる主走査機構と、
前記露光ヘッド、前記投光器、および前記ラインセンサが一定の位置関係を保った状態でこれらを前記ステージに対し相対的に前記主走査方向と直交する副走査方向に走査させる副走査機構と、
前記ラインセンサにより検出された光量分布のピーク部分の重心位置を算出する重心位置算出部と、
前記ピーク部分の重心位置と前記ラインセンサの前記複数の画素上で予め設定された目標位置との差を算出し、その差に基づいて、前記対象物の表面に前記ビーム光の焦点が合うように前記露光ヘッド内の光学系を移動させる距離を算出する移動距離算出部と、
前記移動距離算出部で算出された距離に基づいて、前記光学系を移動させる移動部とを備え、
前記露光ヘッドが前記対象物上を前記主走査方向に沿って走査露光しているとき、前記ラインセンサは、前記露光ヘッドが走査露光中の走査列の隣にもしくはそれ以上離れて位置する走査列であって後で前記露光ヘッドが走査露光する走査列からの反射光の光量分布を検出し、
前記ラインセンサにより前記光量分布が検出された位置に前記露光ヘッドが到来した時に、前記移動部は前記移動距離算出部によって算出された距離に基づいて前記光学系を移動させ、
前記対象物の表面にビーム光の焦点が一致してビーム光の照射により表面にビーム光の像が形成されることを特徴とするパターン描画装置。 - 前記重心位置算出部は、前記投光器および前記ラインセンサが前記主走査方向の走査を行っている時に所定の時間間隔で周期的に前記重心位置を算出し、
前記パターン描画装置は、
前記重心位置の算出の各前記時間間隔内で、前記投光器が照射する光の光量を複数段階に変化させる光量調節部をさらに含み、
前記重心位置算出部は、各前記周期において、前記ラインセンサが受光した反射光の光量の最大値が所定範囲に入っている時の光量分布に基づき、前記重心位置を算出することを特徴とする請求項1に記載のパターン描画装置。 - 前記光量調節部は、
前記光量の調節を、前記投光器が光を照射する時間を調節することで行うことを特徴とする請求項2に記載のパターン描画装置。 - 前記光量調節部は、
前記光量の調節を、前記投光器を駆動する電圧を調節することで行うことを特徴とする請求項2に記載のパターン描画装置。 - 対象物に対してビーム光を照射することにより当該対象物にパターンを描画するパターン描画方法であって、
ステージに基板を設置する設置ステップと、
露光ヘッドを前記対象物に対し主走査方向へ相対移動させつつ前記対象物にビーム光を照射する走査露光ステップと、
投光器を前記対象物に対し主走査方向へ相対移動させつつ前記対象物に光を照射する投光ステップと、
直線状に配列された複数の画素を有するラインセンサを用い、前記投光器から照射された光が前記対象物で反射されたときの反射光の光量分布を検出する光量分布検出ステップと、
前記露光ヘッド、前記投光器、および前記ラインセンサが一定の位置関係を保った状態でこれらを前記ステージに対し相対的に主走査方向に沿って往復走査させる主走査ステップと、
前記露光ヘッド、前記投光器、および前記ラインセンサが一定の位置関係を保った状態でこれらを前記ステージに対し相対的に前記主走査方向と直交する副走査方向に走査させる副走査ステップと、
前記ラインセンサにより検出された光量分布のピーク部分の重心位置を算出する重心位置算出ステップと、
前記ピーク部分の重心位置と前記ラインセンサの前記複数の画素上で予め設定された目標位置との差を算出し、その差に基づいて、前記対象物の表面に前記ビーム光の焦点が合うように前記露光ヘッド内の光学系を移動させる距離を算出する移動距離算出ステップと、
前記移動距離算出部で算出された距離に基づいて、前記光学系を移動させる移動ステップとを備え、
前記露光ヘッドが前記対象物上を前記主走査方向に沿って走査露光しているとき、前記ラインセンサは、前記露光ヘッドが走査露光中の走査列の隣にもしくはそれ以上離れて位置する走査列であって後で前記露光ヘッドが走査露光する走査列からの反射光の光量分布を検出し、
前記ラインセンサにより前記光量分布が検出された位置に前記露光ヘッドが到来した時に、前記移動ステップは前記移動距離算出ステップによって算出された距離に基づいて前記光学系を移動させ、
前記対象物の表面にビーム光の焦点が一致してビーム光の照射により表面にビーム光の像が形成されることを特徴とするパターン描画方法。
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