JP6577488B2 - ダイレクトイメージングシステムのキャリブレーション - Google Patents

Description

本発明は、一般に光学系に関する。特に、マルチ光学ビームを用いて被加工物に照射するシステムの調整のための複数の方法及び装置に関する。

ダイレクトイメージング（ＤＩ）システムに関して、走査ビームは、フォトレジストのような露光面上において、一度に１つ以上の画素に対して直接イメージを書き込むために用いられる。当業者に知られているシステムでは、一般的に、当該イメージは、保存されたイメージデータに基づいて走査ビームを変調することによって生成される。当該変調された走査ビームは、露光面（又は、走査線）が走査方向に前進するに従って、ラスターパターン状に走査される。

あるＤＩシステムでは、書込み速度が上昇するのに伴い、マルチビームが用いられる。例えば、ＵＳ特許第７０４６２６６号には、クロス走査方向に並んで面を走査する独立して指定可能な複数のサブビームを有する走査ビームを生成する工程を有する、面上にパターンを書き込むための走査方法が開示されている。各サブビームは、書き込まれる情報を反映するために変調される。またビームは、クロス走査方向に連続走査して、面の全ての書込みエリアが少なくとも二回の走査の間に書き込まれるように重ねられている。

生産アプリケーションの処理量を増加させるために、ＤＩシステムは、マルチビームを用いて同時に書き込むことができる。これらのビームは、１つの光学ヘッド又は一層大きい書込み速度のためにそれぞれが放射線源を有する複数の光学ヘッドによって生成することができる。マルチヘッドＤＩマシンは、特に、故障が１つの光学ヘッドにある場合でさえ修理するまではマシン全体が使用不可能となることを意味するかもしれないため、故障に敏感である。それゆえに、このようなマシンは、故障を検出及び分類し、サービスを促進し、必要なときに部品を交換するためにオンボード診断を有することが望ましい。

以下に示される本発明の実施の形態によれば、照射光学システムの校正のための装置及び複数の方法が提供される。

従って、本発明の実施の形態に関して、被加工物を保持するように構成されているマウントを有する光学装置が提供される。複数の光学ヘッドを有する光学ヘッドアレイは、前記被加工物上にそれぞれの放射のパターンを投影するように構成されている。キャリブレーションアセンブリは、前記それぞれのパターンのイメージを取得するように構成されている。前記キャリブレーションアセンブリが載置されるモーションアセンブリは、前記光学ヘッドアレイと前記マウントとの間における複数の異なる位置に前記キャリブレーションアセンブリを搬送することによって、前記キャリブレーションアセンブリが前記複数の光学ヘッドのそれぞれによって前記複数の異なる位置のそれぞれの位置において投影されるそれぞれの前記パターンを取得し、イメージ化するように構成されている。プロセッサは、前記装置の動作を監視するために、前記キャリブレーションアセンブリによって取得される前記複数の異なる位置における前記複数のイメージを処理するように構成されている。

開示された実施の形態において、前記モーションアセンブリは、前記キャリブレーションアセンブリを、キャリブレーションプロシージャの間、前記複数の異なる位置の間に搬送し、前記キャリブレーションプロシージャ後は前記キャリブレーションアセンブリを前記キャリブレーションアセンブリが前記複数の光学ヘッドのいずれかによって投影される前記パターンを取得不能な停止位置に搬送するように構成されている。

前記複数の光学ヘッドは、互いに平行な複数の列状に配設され、一方で、前記モーションアセンブリは、前記キャリブレーションアセンブリを前記複数の列に対して平行及び垂直な両方向へと移動させるように構成されている。

ある実施の形態において、前記複数の光学ヘッドは、それぞれの光軸方向に沿って前記それぞれのパターンを前記被加工物に向かって投影し、前記キャリブレーションアセンブリは、前記複数の光学ヘッドの前記光軸と非平行なカメラ光軸を有するキャリブレーションカメラと、前記複数の光学ヘッドの前記光軸を遮断する位置に配置され、前記投影されるパターンを前記カメラに向かって偏向するように構成されているリフレクタとを有する。通常、前記複数の光学ヘッドは、前記被加工物上に焦点面を有し、前記キャリブレーションカメラは、イメージセンサを有し、前記リフレクタ及び前記キャリブレーションカメラは、前記イメージセンサが前記複数の光学ヘッドの前記焦点面内に位置するように配置される。

ある実施の形態において、前記複数の光学ヘッドの前記焦点面内において、前記マウントに固定され、前記複数の光学ヘッドによって投影される前記放射に応答する位置合わせ用ターゲットと、前記位置合わせ用ターゲットの位置合わせ用イメージを取得するように配置される位置合わせ用カメラと、をさらに有し、前記複数の光学ヘッドのそれぞれの位置を調整するために、前記プロセッサは、前記位置合わせ用イメージを処理するように構成されている。

開示された実施の形態において、前記キャリブレーションカメラは、前記イメージセンサの面に垂直なカメラ軸を有し、前記リフレクタは、前記カメラ軸に対して傾斜する偏向軸に沿って前記イメージセンサに作用する前記投影されるパターンを偏向するように構成されている。前記モーションアセンブリは、前記偏向軸を横断する方向に前記キャリブレーションカメラを移動することによって、前記キャリブレーションカメラがそれぞれの光学ヘッドによって投影されるパターン前記イメージを複数の横断位置で取得するようにし、前記プロセッサは、前記投影されるパターンの焦点特性を評価するために、前記複数の横断位置において取得した前記複数のイメージを処理するように構成されている。

通常、前記それぞれのパターンは、パターンの画素サイズによって特徴づけられ、前記キャリブレーションアセンブリは、前記パターンの画素サイズよりも大きくないイメージの画素サイズを用いて前記パターンのイメージを形成するように構成されているキャリブレーションカメラを有する。

追加的に、又は、選択的に、前記キャリブレーションアセンブリは、投射される放射の強度を測定するように構成されているパワーメータをさらに有する。

また、本発明の実施の形態に関して、被加工物を保持するように構成されているマウントを有する光学装置が提供される。複数の光学ヘッドを有する光学ヘッドアレイは、前記被加工物上にそれぞれの放射のパターンを投影するように構成されている。消去可能なフォトクロミック素子を有する位置合わせ用ターゲットは、前記マウント上に配置され、前記複数の光学ヘッドにより投射される前記放射に応答するように構成されている。位置合わせ用カメラは、前記位置合わせ用ターゲットのイメージを取得するように配置される。プロセッサは、被加工物に関して、前記複数の光学ヘッドによって投影される前記複数のパターンのそれぞれの位置を調整するために前記イメージを処理するように構成されている。

本発明の実施の形態に関して、被加工物を保持するマウントと、前記被加工物上にそれぞれの放射のパターンを投影する複数の光学ヘッドを有する光学ヘッドアレイとを有する光学装置のキャリブレーション方法がさらに提供される。前記方法は、キャリブレーションアセンブリを用いて前記複数の光学ヘッドによって投影されるそれぞれパターンのイメージを取得する工程を有する。キャリブレーションアセンブリは、前記光学ヘッドアレイと前記マウントとの間における複数の異なる位置に、前記複数の異なる位置のそれぞれの位置において、前記複数の光学ヘッドのそれぞれによって投影されるそれぞれの前記パターンを取得し、イメージ化するように搬送される。前記装置の動作を監視するために、前記キャリブレーションアセンブリによって取得される前記複数の異なる位置における前記複数のイメージは、処理される。

本発明の実施の形態に関して、被加工物を保持するマウントと、前記被加工物上にそれぞれの放射のパターンを投影する複数の光学ヘッドを有する光学ヘッドアレイとを有する光学装置のキャリブレーション方法がさらに提供される。前記方法は、前記マウント上に、消去可能なフォトクロニック素子を有し前記複数の光学ヘッドによって投射される前記放射に応答するように構成されている位置合わせ用ターゲットを載置する工程を有する。位置合わせ用ターゲットのイメージは、取得され、被加工物に関して、前記複数の光学ヘッドによって投影される前記パターンのそれぞれの位置を調整するために処理される。

前記方法は、前記イメージを取得する工程後に、前記フォトクロニック素子を消去及び再利用する工程を有していても良い。

後述する本発明の実施の形態は、上記必要に見合うＤＩマシンのためのオンボードのキャリブレーションアセンブリを提供している。キャリブレーションアセンブリは、複数の光学ヘッドの性能を監視し、また、オンマシンでの複数の光学ヘッドの位置合わせ及び調整を可能にする（適切なイメージサイズ、位置、焦点及び複数の照明特性のために）。キャリブレーションアセンブリは、マシンの調整の間及びフィールドでのサービスのための両方に用いられる。それは、イメージの位置ズレ及び出力低下のような複数の光学ヘッドの小さな故障の自動的な補正を支援し、通常の装置の動作を妨げることが最小になる又は全くないようにマシンの性能を維持する。

本発明の実施の形態にかかるキャリブレーションアセンブリを有するマルチヘッドダイレクトイメージング（ＤＩ）マシンを示す概略図である。 本発明の実施の形態にかかるマルチヘッドＤＩマシンの光学ブリッジを示す概略図である。 上面視における図２の光学ブリッジを示す概略図である。 側面視における図２の光学ブリッジを示す概略図である。 本発明の実施の形態にかかる光学ヘッドとキャリブレーションアセンブリを示す概略図である。 上面視における図５のキャリブレーションアセンブリを示す概略図である。 本発明の実施の形態にかかる、マルチヘッドＤＩマシンのキャリブレーション方法の概略を示すフローチャートである。

本発明は、添付の図面を参照する実施の形態に関する以下の詳細な説明から、より深く理解されるであろう。

本発明のある実施の形態は、被加工物を保持するマウントと、被加工物上にそれぞれの放射のパターンを投影するマルチヘッドＤＩマシンのような光学装置を提供する。それぞれのパターンのイメージを取得するように構成されているキャリブレーションアセンブリは、キャリブレーションアセンブリを複数の光学ヘッドを有する光学ヘッドアレイとマウントとの間における複数の異なる位置に搬送するモーションアセンブリ上に載置されている。それぞれの位置において、キャリブレーションアセンブリは、異なる光学ヘッドによって投影されるそれぞれのパターンを取得し、イメージ化する。プロセッサは、装置の動作を監視するために、これらのイメージを処理する。

一般的に、キャリブレーションプロシージャ後に、モーションアセンブリは、キャリブレーションアセンブリをキャリブレーションアセンブリが複数の光学ヘッドのいずれかによって投影されるパターンを取得不能な停止位置に搬送する。キャリブレーションアセンブリは、光学ヘッドがそれらのイメージを被加工物上に投影している間、当該停止位置にとどまり、それゆえに、通常の装置の動作を妨げることはない。さらに、キャリブレーションアセンブリ及びモーションアセンブリは、装置の操作者又はプロセッサによって自動的に、複数の光学ヘッドの調整及び動作の確認のために、被加工物の処理の間必要なときに作動させられる。

ある実施の形態において、キャリブレーションアセンブリは、複数の光学ヘッドの光軸に対して非平行な（例えば、垂直な）カメラ光軸を有するキャリブレーションカメラを有している。リフレクタは、複数の光学ヘッドの光軸を遮断する位置に配置され、投影される複数のパターンをカメラに向かって偏向する。通常、キャリブレーションカメラは、イメージセンサを有しており、リフレクタ及びキャリブレーションカメラは、イメージセンサが複数の光学ヘッドの焦点面内に位置するように、すなわち、光学ヘッドからの光学距離が光学ヘッドから被加工物までの距離と同じ程度になるように配置される。

リフレクタは、カメラ軸に対して傾斜する偏向軸に沿ってイメージセンサに作用する投影される複数のパターンを偏向するように向きを合わせることも可能である。さらに、モーションアセンブリは、カメラがそれぞれの光学ヘッドからの投影されるパターンの複数のイメージを偏向軸に関して横断する方向に分配される複数の位置で取得するようにカメラを移動する。当該配置は、プロセッサに投影される複数のパターンの複数の焦点特性を評価することを可能とする。言い換えれば、軸に関するカメラの横断する方向の運動により、プロセッサは、３次元に投影される複数のパターンを調査することが可能である。すなわち、焦点面内のパターンの横断する方向の分配及び当該面に垂直な方向である焦点軸に沿った横断する方向からの変異を評価する。

ある実施の形態において、位置合わせ用ターゲットは、複数の光学ヘッドの焦点面内において、マウントに対して固定されている。位置合わせ用ターゲットは、複数の光学ヘッドによって投射される放射に応答し、例えば光学ヘッドからのビームによって放射された際にフォトクロミックに暗色変化する。（フォトクロミック材料は、それらが再利用のために熱することによって簡単に消去することができるために有利である。しかし、選択的に、他の放射応答性ターゲットを使用することも可能である。）複数の光学ヘッドに関して知られている位置に位置する位置合わせ用カメラは、位置合わせ用ターゲットのイメージを取得する。プロセッサは、複数の光学ヘッドによって投影される複数のパターンのそれぞれの位置を調整することによってヘッドの位置及び向きの偏差に対する補正をするために、これらのイメージを処理する。

位置合わせ用ターゲット及びカメラは、上述のように、キャリブレーションアセンブリと独立して又は連携して使用することが可能である。後者の場合に、キャリブレーションカメラと位置合わせ用カメラとは、両方とも、複数の光学ヘッドの焦点面のイメージを取得し、実際の焦点面内に位置するキャリブレーションカメラのイメージセンサを用いており、一方位置合わせ用カメラは、焦点面内に位置する位置合わせ用ターゲットという物体のイメージを取得する。それゆえに、キャリブレーションアセンブリ及び位置合わせ用アセンブリ（ターゲット及びカメラ）は、完璧な配置の正確な画像及び複数の光学ヘッドの性能を与え、迅速な診断及びいかなる偏差の補正も可能とするために連携して動作する。

ここに開示されている実施の形態は、特に、あるタイプ及び構成のＤＩマシンについて言及しているが、これらの実施の形態に基づくキャリブレーション及び位置合わせ用アセンブリは、面上にパターン化された放射を投影することによって動作する他の種類の光学装置にも同様に用いることができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかるキャリブレーションアセンブリを有するマルチヘッドダイレクトイメージング（ＤＩ）マシン２０を示す概略図である。マシン２０は、パターンを図中に示されているＹ軸方向にパネル２２を搬送する移動可能なテーブル２４上に載置されたパネル２２上に書込む。（通常動作では、パネル２２及びテーブル２４は、複数の閉じられるドアによって覆われている。しかし、これらのドアは、パネル及びテーブルを示すために図から省略されている。）例えば、パネル２２は、マシン２０によって露光されるフォトレジストの層によって薄く覆われている絶縁の基板を有していてもよい。言い換えると、この例においてパネル２２は、被加工物であり、一方テーブル２４は、マウントとして被加工物を保持する。

パネル２２に書き込むために、マシン２０は、テーブル２４よりも上に配置される複数の光学ヘッド２６を有する。複数の光学ヘッド２６は、互いに平行な複数の列状に配設されていても良い。例えば、マシン２０では、１２のヘッドがそれぞれ６のヘッドを有する２の千鳥状の列に配設されている。しかし、当該実施の形態の趣旨は、あらゆる適切な幾何的な配置について、より多くの又はより少ない数のヘッドを有する複数の光学ヘッドの他のアレイにも、等しく適用可能である。それぞれの光学ヘッドは、パターンイメージを生成し、パネル２２上に投影する。複数のヘッドは、パターンを生成し適切な投影光学系を作成するために、例えば照明光源としてアドレス指定可能な複数のデジタルマイクロミラーデバイス（複数のＤＭＤ）を有する高強度のライトエミッティングダイオード（複数のＬＥＤ）を有していても良い。選択的に、複数のヘッド２６は、レーザダイオードや紫外線ランプのような、他の種類の光源を有していても良い。しかしながら、複数の光学ヘッドのデザイン及び詳細な機能な本開示の範囲を超える。さらに、本発明の趣旨は、必要な変更を加えて、他の種類の光源及びイメージングマトリクスに対して、適用可能である。

テーブル２４がブリッジ２８の下にパネル２２を搬送するにつれて、複数の光学ヘッド２６によって投影される複数のパターンは、パネルを露光するために連続的に変化する。当該実施の形態において、１２の光学ヘッドは、通常隣のヘッドとの間で少し重複しながら、パネル幅を完全にカバーするため、一回の通過でパネル全体を露光することが可能である。位置合わせ用アセンブリ３０は、パネル２２より上にパネルに形成されたパターンを取得するための１つ以上の位置合わせ用カメラ（図２乃至４に示されている）を有し、光学ヘッド２６によって投影されたパターンがパネルに存在するパターンを用いて調整可能である。また、後述のように、位置合わせ用アセンブリ３０は、複数のヘッド２６の配置を調整するために、テーブル２４上の複数のアライメントターゲットのイメージを取得するために用いても良い。

プロセッサ３４は、ここに示されているキャリブレーションプロシージャのパフォーマンスを含めたマシン２０の動作を制御する。通常、プロセッサ３４は、これらの機能を実行するために、ソフトウェアによってプログラムされた好適なインターフェースを有するマイクロプロセッサを有している。選択的に、これらの制御及び複数のキャリブレーション機能は、オフボードコンピューティング及びコントロールユニット（図示せず）によって、分離して実行されても良い。パワーサプライ３６は、複数の光学ヘッド２６及びマシン２０の他の構成要素に電力を供給する。

ここからは、本発明の実施の形態にかかるＤＩマシン２０の光学ブリッジ２８及び他の複数の構成要素の詳細を概略的に示す図２乃至４を参照する。図２は、外観図であり、一方、図３及び図４は、それぞれ、上面視及び側面視における概略図である。これらは、特に、共にマシン２０のキャリブレーションシステムを構成する位置合わせ用アセンブリ３０及びキャリブレーションアセンブリ３２の位置及び動作を示している。

当該キャリブレーションシステムは、光強度及び照明一様性、パターン生成、焦点並びに他の光学手段のような特徴を含めて、複数の光学ヘッド２６のパフォーマンスを監視する。また、キャリブレーションシステムは、全ての光学ヘッドのプリントエリアの絶対的な及び相対的な位置を監視する。プロセッサ３４は、これらのパフォーマンスの結果を適用する。また、これらの結果は、点検のため及び必要な場合には部品の交換のための、イメージサイズ、位置、焦点及び複数の光特性の調整を含めて、マシン上での複数の光学ヘッド２６の調整を可能とする。さらに、モニタリングの結果は、マシン２０の製造時のアライメントプロセスの複雑さを減少させる点でも有益である。また、キャリブレーションシステムは、複数の光学ヘッドの点検交換時期を予期し経年による複数の光学ヘッドの出力低下を監視するために用いることが可能である。

通常、キャリブレーションアセンブリ３２は、１つ以上のカメラ及び１つ以上のパワーメータを有する（典型的な形状が図５に示されている）。選択的に、アセンブリ３２は、一体型カメラ及びパワーメータ（例えば、ニュージャージーのニュートンのＴｈｏｒｌａｂｓ社製のＢＣ１０６カメラビームプロファイラ）を有していても良い。いずれにせよ、カメラは、複数の光学ヘッド２６のそれぞれによって投影されたパターンの少なくとも一部のイメージを取得する。複数の光学ヘッドを有する光学ヘッドアレイによって投影される複数のパターンの全領域をカバーするために、モーションアセンブリ４４は、通常モータ駆動式であり、ブリッジ２８をＸ軸方向に横断するトラック４６に沿ってキャリブレーションアセンブリ３２を搬送する。複数の光学ヘッド２６が、マシン２０のように、互いに平行な複数の列状に配設された場合には、モーションアセンブリ４４は、また、複数の光学ヘッドによって投影された複数のパターンを取得するために、キャリブレーションアセンブリ３２をＹ軸方向に移動させるように構成されていても良い。選択的に、キャリブレーションアセンブリは、Ｙ軸方向において離れて配置される２（又はそれ以上）のカメラを有する。キャリブレーションアセンブリを使用していないときには、モーションアセンブリは、それを、複数の光学ヘッドのビーム領域から外れたブリッジ２８の一端の“停止位置”に移動させる。

位置合わせ用アセンブリ３０は、テーブル２４上のパネル２２のイメージを取得するための１つ以上のカメラ４０を有する。したがって、位置合わせ用アセンブリ３０は、処理中及び処理前における、正確なパネルの位置を確認するために用いられても良い。当該実施例において、複数のカメラ４０は、トラック４２に配置され、複数のカメラ４０のＸ軸方向の移動は許容されている。プロセッサ３４に機械的な許容差及び複数の光学ヘッド２６の誤整列によるパターンの位置の誤りを検出することを可能とするために、ターゲット４８は、テーブル２４の知られた位置に固定される。複数のターゲット４８は、光によって活性化されるフォトクロミック材料を有する。すなわち、複数のターゲットは、複数の光学ヘッド２６によって照射された場合には暗色を呈する。図３に示されている実施例においては、横２５インチ幅１．５インチに細長く形成された５つのターゲット４８が、テーブル２４を横断して配設され、パネル幅全体に延びている。ターゲット４８は、フォトクロミック高分子層を用いたガラス基板又はセラミック基板を有していても良い（また、プラスチックの保護層がそれを覆っている）。複数のターゲットは、再利用のために、それらを通常約６０度で熱することによって消去可能である。選択的に、当業者に明白な、他のタイプ、形状、サイズ及び配置の複数のターゲットを、これらの目的のために用いることも可能である。

複数のカメラ４０は、複数の光学ヘッド２６によって放射されたビームに応答するターゲット４８の応答を検出し、プロセッサ３４は、隣接する光学ヘッドの相対位置の正確な測定のために、これらの検出結果を利用する。テーブル２４の高精度な動作のために、位置合わせ用ターゲットの位置におけるこれらの測定は、マシン２０を調整し制御するのに十分である。

ここからは、本発明の実施の形態にかかるキャリブレーションアセンブリ３２の詳細を概略的に示す図２乃至４を参照する。図５は、光学ヘッドの複数の特徴を示す概略図である。一方、図６は、上面視におけるキャリブレーションアセンブリの概略図である。

当該実施例において、光学ヘッド２６は、ＤＭＤのようなパターニングエレメント５１によって反射される放射光線を出力するＬＥＤ又は複数のＬＥＤを有するＬＥＤアレイのような放射光源５０を有する。また、当該パターンは、パネル２２の表面の焦点面に対して、光軸５３に沿って、プロジェクションオプティクス５２によって焦点を合わせられる。しかしながら、図５に示されている構成において、モーションアセンブリ４４が、キャリブレーションアセンブリ３２を移動させるため、キャリブレーションアセンブリのリフレクタ５４は、光学ヘッド２６からの光線を遮断し、偏向する。リフレクタ５４は、変更軸に沿って、投影されるパターンのイメージを取得するカメラ５６に向けてビームを偏向する。リフレクタ５４は、典型的に調整される調整可能なマウント６０を保持しているため、偏向軸６８はヘッド２６の光軸５３に対して垂直に交わっている。しかし、選択的に、異なる偏向角度に設定することも可能である。

また、キャリブレーションアセンブリ３２は、入射放射の強度を測定する光学パワーメータ５８を有している。カメラ５６及びパワーメータ５８は、ベース６２上に載置されており、モーションアセンブリ４４によって配置及び調整されるため、光学ヘッド２６からのビームは、所望の通りにカメラ或いはパワーメータに入射される。カメラ５６は、例えば、Ｔｅｌｅｄｙｎｅ ＤＡＬＳＡ社（ウォータールー、オンタリオ）製のＧｅｎｉｅ ＴＳ−Ｍ３５００エリアカメラを有していても良く、一方、パワーメータ５８は、Ｏｐｈｉｒ Ｏｐｔｏｎｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社（イェルサレム、イスラエル）のＰＤ３００パワーセンサを有している。

カメラ５６は、イメージセンサ６６を有し、通常、イメージセンサが光学ヘッドによって投影されるパターンの焦点面内に位置するように配置される。選択的に、カメラ５６は、イメージセンサ上の焦点面のイメージを取得するための対物光学系を有していても良い。カメラ５６のカメラ軸６４は、イメージセンサ６６の面に垂直な軸として規定され、リフレクタ５４に対して傾斜するように方向づけられるため、カメラ軸６４は、投影されるパターンの偏向軸６８に対して傾斜している。一般に、軸６４と６８との傾斜角度は、数度（例えば、２度から３度）である。従って、モーションアセンブリ４４が偏向軸６８を横断するようにＸ軸方向にベース６２を移動させ、軸６８に関してカメラ５６が複数の横断位置において投影されたパターンのイメージを取得するにつれて、それぞれの位置において、イメージセンサ６６に焦点があったパターンが得られるであろう。特に、イメージセンサにＺ軸方向に並んでいる縦縞は、焦点が合うであろう。一方で、縦縞の両端は、焦点が合わないであろう。

このように傾斜センサを用いることは、いくつかの理由のために有用である。異なる横断位置で取得された複数のイメージを処理することによって、プロセッサ３４は、横の（Ｘ及びＹ軸方向）の特性だけでなく、変位（Ｚ軸方向）の複数の焦点特性まで評価することが可能である。言い換えると、プロセッサは、カメラ５６をビーム軸に沿って移動させることなく、全てのパターンの焦点が適切にあっていることを実証すること及び焦点の欠陥がある場合にはそれを検出することが可能である。また、当該傾斜構成は、傾斜及び横断方向の動きが本質的にいかなる小さな誤整列も補償するため、複数の光学ヘッド２６に関してきめ細やかにカメラ５６を整列させるという要求は緩やかとなる。

パターニングエレメント５１は、あるパターンの画素サイズを用いてパターンを形成し、キャリブレーションアセンブリ３２の一部は、欠陥のある照明画素を見つけることが可能である。このために、カメラ５６のイメージセンサ６６のイメージの画素サイズは、パターンの画素サイズ（また、スポットサイズともいう）よりも大きくすべきではない。例えば、仮にパターニングエレメント５１が２０μmのターゲットのパターンの画素サイズを有するＤＭＤを有していた場合には、イメージセンサ６６のイメージの画素サイズが２０μmよりも小さい限り、カメラ５６はＤＭＤの全ての欠陥のある画素を見つけることが可能であろう。選択的に、仮に画素毎の光学ヘッド２６の診断が要求されないならば、カメラはより大きいサイズの画素を有することが可能となる。前掲したように、カメラ５６は、イメージセンサ上に投影されるパターンの倍率を様々に調整可能でありそれゆえに効果的にイメージの画素サイズを変更することができる対物光学系を有していても良い。

図７は、本発明の実施の形態にかかる、マシン２０のキャリブレーション方法の概略を示すフローチャートである。当該方法は、キャリブレーションアセンブリ３２を使用可能な方法を提示するが、本発明の範囲内で他の動作モードも考慮される。特に、以下に開示される方法はＬＥＤ放射線源及び光学ヘッド２６内のＤＭＤベースのパターンジェネレータの動作のテストについて言及している。しかし、当該方法は、他のタイプのキャリブレートマルチヘッドパターンプロジェクションマシンに簡単に適用することができる。当該方法は、必要に応じプロセッサ３４又は他のシステムコントローラの制御下で、自動的に実行されることが可能である。

プロセッサ３４は、初期ステップ７０で、キャリブレーションアセンブリ３２をその最初の位置に移動させるようにモーションアセンブリ４４に命令することによって当該方法を開始する。上で説明したように、各光学ヘッド２６に対して、キャリブレーションアセンブリ３２のカメラ５６は、軸６８に関してＸ軸方向に沿った複数の異なる位置において、複数のイメージを取得する。（また、任意にカメラ５６は、調整の間において、Ｘ軸、及び／又は、Ｙ軸方向に移動させることが可能である。）カメラ５６は、ステップ７０において、最初の光学ヘッドの投影フィールド内の最初の位置に移動させられる。プロセッサ３４は、カメラを起動するステップ７２において、複数のイメージを取得するために、カメラを起動する。

通常、カメラのそれぞれの位置において、プロセッサ３４は、いくつかの異なるテストイメージを生成するテスト下で光学ヘッドに命令するため、投影されるイメージの全ての画素を確認することが可能となる。それぞれのテストイメージにおいて、異なるＤＭＤのミラーのセットが、“ＯＮ”位置にスイッチされ、一方、残りのミラーが“ＯＦＦ”にスイッチされるであろう。プロセッサ３４は、イメージ初期化ステップ７４において、最初のＤＭＤイメージをセットしＬＥＤ放射線源を起動する。カメラ５６は、画像分析ステップ７６において、投影されたイメージを取得し、プロセッサ３４は、当該画像を解析する。一般的に、当該ステップにおいて、プロセッサは、画像中のパターンと実際にＤＭＤが命令されたパターンとが正確に一致すること並びにイメージの焦点特性及び他の複数の特性が制限範囲内にあることを実証する。

イメージを受取り、処理するステップ７６の後に、プロセッサ３４は、最後のイメージ確認ステップ７８において、現在のカメラ位置で、評価すべき他のＤＭＤテストイメージが残っていないかどうかチェックする。もしそうであるならば、プロセッサは、イメージを進めるステップ８０において、次のテストイメージをセットして投影するように、テスト下の光学ヘッドに命令することを続行する。そして、ステップ７６及び７８は、現在の位置において、全てのテストイメージが取得及び評価されるまで繰り返される。

ある位置で、最後のイメージを処理した後に、プロセッサ３４は、放射停止ステップ８１において、ＬＥＤ放射線源を停止する。また、プロセッサは、最後の位置での確認ステップ８２において、現在の光学ヘッドの評価のために必要なカメラの位置の全てにおいてイメージが取得されたかどうかを確認する。もしそうでなければ、プロセッサは、カメラ移動ステップ８４において、モーションアセンブリ４４にキャリブレーションアセンブリ３２を次の位置に移動するように命令する。当該ステップにおいて、例えば、モーションアセンブリは、Ｙ軸に沿ってある所定量キャリブレーションアセンブリを移動しても良い。そして、ステップ７４から８１は、次の位置において、繰り返される。

ある位置において、最後のカメラの位置のすべての要求されたイメージを取得した後に、プロセッサ３４は、最後のヘッド確認ステップ８８において、テストを行った光学ヘッドが評価の必要な最後の１つであるかどうかを確認する。もしそうでなければ、プロセッサ３４は、ヘッドを進めるステップ９０において、次の光学ヘッドの評価のためにモーションアセンブリ４６にキャリブレーションアセンブリ３２を次の光学ヘッドの最初の位置に移動するように命令する。そして、プロセッサは、当該ヘッドを駆動し、キャリブレーション及びモーションアセンブリは、キャリブレーションアセンブリの適用可能な異なる位置の全てにおける全てのテストイメージを確認するためにステップ７４から８８を実行する。

最終的に、ステップ８８において、最後の光学ヘッド２６が評価されたと決定した後に、プロセッサ３４は、データ解析ステップ９２においてカメラ５６を停止し、先のステップにおいて収集されたデータの全てを解析する。一般的に、プロセッサ３４は、基準のセットとテスト結果を比較し、マシン２０のテスト性能が許容範囲内にあるかどうかを決定する。もし、許容範囲内にあるならば、プロセッサは、終了ステップ９６において、テストが正常に完了したことを示すマシン２０の“正常”の記録を作成する。必要ならば、異なる光学ヘッドによって投影されるイメージを調整するのに用いられる複数のキャリブレーションパラメータをアップデートするような複数のシステムのパラメータを更新し、プロセッサは、小さな誤整列又は投影強度の変異の補償を実行する。

これに対して、仮に、比較ステップ９４が、マシン２０の性能測定のいずれかが許容範囲外にあることを示している場合には、プロセッサ３４は、エラー報告ステップ９８において、エラーメッセージを発する。一般的に、当該メッセージは、マシン２０の操作者に対して出され、それから、マシンの動作を中断することができ、調整又は修理が必要であれば何でもすることができる。

上述の実施の形態は、例として引用されたものと理解され、本発明は、上記に特に開示した範囲に限定されるものではないと理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、先の記述から当業者が想到可能な変形及び修正はもちろんであるが、上記した種々の特徴の組合せ及び部分的組合せの両方を含んでいる。

Claims (21)

1. 被加工物を保持するように構成されているマウントと、
   前記被加工物上にそれぞれの放射のパターンを投影するように構成されている複数の光学ヘッドを有する光学ヘッドアレイと、
   前記それぞれのパターンのイメージを取得するように構成されているキャリブレーションアセンブリと、
   前記キャリブレーションアセンブリが載置され、前記光学ヘッドアレイと前記マウントとの間における複数の異なる位置に前記マウントの位置とは無関係に前記キャリブレーションアセンブリを搬送することによって、前記キャリブレーションアセンブリが前記複数の光学ヘッドのそれぞれによって前記複数の異なる位置のそれぞれの位置において投影されるそれぞれの前記パターンを取得し、イメージ化するように構成されているモーションアセンブリと、を有する光学装置であって、
   前記光学装置の動作を監視するために、前記キャリブレーションアセンブリによって取得された前記複数の異なる位置における前記複数のイメージを処理するように構成されているプロセッサと、を有し、
   前記モーションアセンブリは、前記キャリブレーションアセンブリを、キャリブレーションプロシージャの間、前記複数の異なる位置に搬送し、前記キャリブレーションプロシージャ後は前記キャリブレーションアセンブリを前記キャリブレーションアセンブリが前記複数の光学ヘッドのいずれかによって投影される前記パターンを取得不能な停止位置に搬送するように構成されていることを特徴とする光学装置。
2. 前記複数の光学ヘッドは、互いに平行な複数の列状に配設され、
   前記モーションアセンブリは、前記キャリブレーションアセンブリを前記複数の列に対して平行及び垂直な両方向へと移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記複数の光学ヘッドは、それぞれの光軸方向に沿って前記それぞれのパターンを前記被加工物に向かって投影し、
   前記キャリブレーションアセンブリは、前記複数の光学ヘッドの光軸に対して非平行なカメラ光軸を有するキャリブレーションカメラと、前記複数の光学ヘッドの前記光軸を遮断する位置に配置され、前記投影される複数のパターンを前記カメラに向かって偏向するように構成されているリフレクタと、を有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
4. 前記複数の光学ヘッドは、前記被加工物上に焦点面を有し、
   前記キャリブレーションカメラは、イメージセンサを有し、
   前記リフレクタ及び前記キャリブレーションカメラは、前記イメージセンサが前記複数の光学ヘッドの前記焦点面内に位置するように配置されることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
5. 前記複数の光学ヘッドの前記焦点面内において、前記マウントに固定され、前記複数の光学ヘッドによって投射される前記放射に応答する位置合わせ用ターゲットと、
   前記位置合わせ用ターゲットの位置合わせ用イメージを取得するように配置される位置合わせ用カメラと、をさらに有し、
   前記プロセッサは、前記複数の光学ヘッドのそれぞれの位置を調整するために、前記位置合わせ用イメージを処理するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 前記キャリブレーションカメラは、前記イメージセンサの面に垂直なカメラ軸を有し、
   前記リフレクタは、前記カメラ軸に対して傾斜する偏向軸に沿って前記イメージセンサに作用する前記投影される複数のパターンを偏向するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
7. 前記モーションアセンブリは、前記偏向軸を横断する方向に前記キャリブレーションカメラを移動することによって、前記キャリブレーションカメラがそれぞれの光学ヘッドによって投影されるパターンの前記イメージを複数の横断位置で取得するようにし、
   前記プロセッサは、前記投影されるパターンの焦点特性を評価するために、前記複数の横断位置において取得した前記複数のイメージを処理するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
8. 前記それぞれのパターンは、パターンの画素サイズによって特徴づけられ、
   前記キャリブレーションアセンブリは、前記パターンの画素サイズよりも大きくないイメージの画素サイズを用いて前記パターンのイメージを形成するように構成されているキャリブレーションカメラを有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
9. 前記キャリブレーションアセンブリは、投射される放射の強度を測定するように構成されているパワーメータをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
10. 被加工物を保持するように構成されているマウントと、
    前記被加工物上にそれぞれの放射のパターンを投影するように構成されている複数の光学ヘッドを有する光学ヘッドアレイと、
    消去可能なフォトクロミック素子を有し、前記マウント上に配置され、前記複数の光学ヘッドによって投射される前記放射に応答するように構成されている位置合わせ用ターゲットと、
    前記マウントとは離間した位置に配置されるとともに、前記位置合わせ用ターゲットのイメージを取得するように配置されている位置合わせ用カメラと、
    被加工物に関して、前記複数の光学ヘッドによって投影される前記複数のパターンのそれぞれの位置を調整するために前記イメージを処理するように構成されているプロセッサと、を有することを特徴とする光学装置。
11. 被加工物を保持するマウントと、前記被加工物上にそれぞれの放射のパターンを投影する複数の光学ヘッドを有する光学ヘッドアレイとを有する光学装置を用いたキャリブレーション方法であって、
    キャリブレーションアセンブリを用いて、前記複数の光学ヘッドによって投影されるそれぞれのパターンのイメージを取得する工程と、
    前記光学ヘッドアレイと前記マウントとの間における複数の異なる位置に、前記キャリブレーションアセンブリが前記複数の光学ヘッドのそれぞれによって前記複数の異なる位置のそれぞれの位置において投影されるそれぞれの前記パターンを取得し、イメージ化するように、前記マウントの位置とは無関係に前記キャリブレーションアセンブリを搬送する工程と、
    前記光学装置の動作を監視するために、前記キャリブレーションアセンブリによって取得された前記複数の異なる位置における前記複数のイメージを処理する工程と、を有し、
    前記キャリブレーションアセンブリを搬送する工程は、キャリブレーションプロシージャの間、前記複数の異なる位置の間に搬送し、前記キャリブレーションプロシージャ完了後は前記キャリブレーションアセンブリを前記キャリブレーションアセンブリが前記複数の光学ヘッドのいずれかによって投影される前記パターンを遮断しない停止位置に搬送する工程を有することを特徴とする方法。
12. 前記複数の光学ヘッドは、互いに平行な複数の列状に配設され、
    前記キャリブレーションアセンブリを搬送する工程は、前記複数の列内の前記複数の光学ヘッドからの前記複数のイメージを取得するために、前記キャリブレーションアセンブリを前記複数の列に対して平行及び垂直な両方向へと移動する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数の光学ヘッドは、それぞれの光軸方向に沿って前記それぞれのパターンを前記被加工物に向かって投影し、
    前記複数のイメージを取得する工程は、前記複数の光学ヘッドの前記光軸を遮断し、前記投影される複数のパターンを前記複数の光学ヘッドの前記光軸と非平行なカメラ光軸を有するキャリブレーションカメラに向かって偏向するようにリフレクタを配置する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 前記複数の光学ヘッドは、前記被加工物上に焦点面を有し、
    前記キャリブレーションカメラは、イメージセンサを有し、
    前記複数のイメージを取得する工程は、前記イメージセンサが前記複数の光学ヘッドの前記焦点面内に位置するように、前記リフレクタ及びキャリブレーションカメラを配置する工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記複数の光学ヘッドの前記焦点面内において、前記マウントに前記複数の光学ヘッドによって投射される前記放射に応答するように構成されている位置合わせ用ターゲットを固定する工程と、
    前記位置合わせ用ターゲットの位置合わせ用イメージを取得する工程と、
    前記複数の光学ヘッドのそれぞれの位置を調整するために前記位置合わせ用イメージを処理する工程と、をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記キャリブレーションカメラは、前記イメージセンサの面に垂直なカメラ軸を有し、
    前記複数のイメージを取得する工程は、前記カメラ軸に対して傾斜する偏向軸に沿って前記イメージセンサに作用する前記投影されるパターンを偏向するようにリフレクタを配置する工程を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 前記キャリブレーションアセンブリを搬送する工程は、前記キャリブレーションカメラがそれぞれの光学ヘッドからの前記投影されるパターンの前記イメージを複数の横断位置で取得するように前記偏向軸を横断する方向に前記キャリブレーションカメラを移動する工程を有し、
    前記複数のイメージを処理する工程は、前記投影されるパターンの焦点特性を評価するために、前記複数の横断位置において取得した前記複数のイメージを評価する工程を有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記それぞれのパターンは、パターンの画素サイズによって特徴づけられ、
    前記複数のイメージを取得する工程は、前記パターンの画素サイズよりも大きくないイメージの画素サイズを用いて前記複数のパターンのイメージを形成する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
19. キャリブレーションアセンブリ内のパワーメータを用いて、前記投射される放射の強度を測定する工程をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
20. 被加工物を保持するマウントと、前記被加工物上にそれぞれの放射のパターンを投影する複数の光学ヘッドを有する光学ヘッドアレイとを有する光学装置のキャリブレーション方法であって、
    前記マウント上に、消去可能なフォトクロニック素子を有し前記複数の光学ヘッドによって投射される前記放射に応答するように構成されている位置合わせ用ターゲットを載置する工程と、
    前記マウントとは離間した位置に配置された位置合わせ用カメラを用いて前記位置合わせ用ターゲットのイメージを取得する工程と、
    被加工物に関して、前記複数の光学ヘッドによって投影される前記複数のパターンのそれぞれの位置を調整するために前記イメージを処理する工程と、を有することを特徴とする方法。
21. 前記イメージを取得する工程後に、前記フォトクロニック素子を消去及び再利用する工程を有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。

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