JP7013066B2 - キャリブレーションシステム及び描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板にパターンを描画する露光用の光ビームをキャリブレーションするキャリブレーションシステム及び描画装置に関する。

近年、自動車や航空機等の輸送機において使用される電子機器の数は増加の一途を辿っている。これに伴い、電子機器への電源供給や信号の送受信に用いられるワイヤーハーネスの数も増加している。その一方で、輸送機においては軽量化や省スペース化が要請されており、ワイヤーハーネスの増加に伴う重量増やスペース増が問題になっている。

このような問題から、輸送機で用いられるワイヤーハーネスを、長尺のシート状をなすフレキシブルプリント回路基板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）により代替することも検討されている。

長尺のシート状の基板に対するパターン形成技術として、例えば特許文献１には、長尺のシート状の基板を支持する支持面を有し、基板の長尺方向と交差する幅方向に関する支持面上の複数位置に基準マークが設けられた支持部材と、該支持部材で支持された基板を長尺方向に移動させる搬送装置と、支持面で支持された基板または支持面にビームのスポット光を投射しつつ、基板の幅方向の寸法よりも狭い範囲で走査し、該走査で得られる描画ラインに沿って所定のパターンが描画可能な複数の描画ユニットを含み、該複数の描画ユニットの各描画ラインによって基板上に描画されるパターン同士が基板の長尺方向への移動に伴って基板の幅方向に継ぎ合わされるように、複数の描画ユニットを基板の幅方向に配置した描画装置を備える基板処理装置が開示されている。

また、非特許文献１には、ロールトゥロール（Roll To Roll）方式でフィルム搬送を停止することなく連続的に搬送しながら処理を行うために、アライメント計測、重ね合わせ露光、ワーク交換を並列に行う技術が開示されている。

国際公開第２０１５／１５２２１７号

鬼頭義昭、他、「ロールトゥロール方式高精度ダイレクトウェブ露光装置の開発」、映像情報メディア学会誌、第７１巻、第１０号、第Ｊ２３０～Ｊ２３５頁（２０１７）、一般社団法人映像情報メディア学会、２０１７年９月８日採録

ところで、自動車や航空機など高度な安全性が要求される機器においては、機器を構成する１つひとつの部品について高い信頼性を担保するため、トレーサビリティが必要とされている。そのため、パターン形成された基板に関しては、当該基板へのパターン形成工程において、露光用のビームの照射位置精度等を確認するためのキャリブレーションを定期的に行い、キャリブレーションデータを保存しておかなくてはならない。

キャリブレーションに関し、特許文献１には、回転ドラムの外周面に形成された基準パターンに描画ビームを照射し、この描画ビームの反射光に基づいて、描画ビームによる描画ラインの配置状態又は相互の配置誤差に対応する調整情報（キャリブレーション情報）を求める技術が開示されている。特許文献１においては、キャリブレーションを行う際に、回転ドラムの外周面に形成された基準パターンにビームを照射する必要があるため、基板がセットされていない状態でキャリブレーションを行うか、又は、ビームが透過できる程度に透光性のある基板をセットし直さなくてはならない（引用文献１の段落０１４７参照）。

しかしながら、例えば自動車において使用されるワイヤーハーネスをＦＰＣで代替するためには、数ｍ（例えば６ｍ以上）の連続した配線パターンを基板に形成する必要がある。このように、長尺の基板に連続的なパターンを形成する場合、キャリブレーションを行うたびに、基板を取り外したり、キャリブレーション用の基板をセットし直したりすることは、非常に手間がかかると共に、位置合わせの精度が低下するおそれもあるため、非現実的である。つまり、特許文献１に開示された技術では、長尺の基板に連続的なパターンを形成する場合に、随時キャリブレーションを行うことが非常に困難である。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、長尺のシート状の基板に対して連続的にパターンを形成する場合に、基板に照射される露光用のビームのキャリブレーションを随時行うことができるキャリブレーションシステム及び描画装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様であるキャリブレーションシステムは、長尺のシート状をなし、円筒状をなす搬送ドラムの外周面の一部に支持されて長手方向に搬送される基板の露光面に向け、露光用のビームを照射する少なくとも１つの露光ヘッドを備える描画装置においてキャリブレーションを行うキャリブレーションシステムであって、前記露光ヘッドから出射して前記露光面に入射する前記ビームの光路に対して挿抜可能に設けられ、該光路に挿入されているときに前記ビームの少なくとも一部を該光路とは異なる方向に導く光学系と、前記光学系を前記光路に対して挿抜する移動機構と、前記光学系が前記光路に挿入されているときに前記光学系により導かれた前記ビームの少なくとも一部を受光する受光面を有し、該受光面に入射した前記ビームの少なくとも一部の該受光面における照射位置及び照射強度を検出して検出信号を出力する光センサと、を備えるものである。

上記キャリブレーションシステムにおいて、前記光学系が前記光路から抜去されているときの前記露光面と、前記光学系が前記光路に挿入されているときの前記受光面とが共役であっても良い。

上記キャリブレーションシステムにおいて、前記光学系が前記光路から抜去されているときの前記露光ヘッドから前記露光面までの前記ビームの光路長と、前記光学系が前記光路に挿入されているときの前記露光ヘッドから前記受光面までの前記ビームの光路長とが等しくても良い。

上記キャリブレーションシステムにおいて、前記光学系及び前記光センサは、互いの相対的な位置が固定されたユニットとして設けられ、前記移動機構は、前記ユニットを前記光路に対して挿抜しても良い。

上記キャリブレーションシステムにおいて、前記光センサの位置は固定されており、前記光学系により前記光路とは異なる方向に導かれた前記ビームの少なくとも一部を前記光センサの前記受光面の方向にさらに導く第２の光学系と、前記第２の光学系により導かれた前記ビームの少なくとも一部を前記受光面に結像させる第３の光学系と、をさらに備えても良い。

上記キャリブレーションシステムにおいて、前記光センサから出力された検出信号に基づき、前記露光ヘッドから出射した前記ビームの少なくとも一部の前記受光面における照射位置及び照射強度を表すデータを生成する制御部と、前記照射位置及び照射強度を表すデータをキャリブレーションデータとして記憶する記憶部と、をさらに備えても良い。

上記キャリブレーションシステムにおいて、前記記憶部は、前記露光面における前記ビームの所定の照射位置及び照射強度に対応する前記受光面における基準照射位置及び基準照射強度を表す基準データをさらに記憶し、前記制御部は、前記キャリブレーションデータ及び前記基準データに基づき、前記受光面に入射したビームの照射位置及び照射強度が所定の基準値の範囲に収まるか否かを判定する判定部を有しても良い。

上記キャリブレーションシステムにおいて、前記制御部は、前記判定部による判定結果に基づき、前記受光面に入射したビームの照射位置及び照射強度の少なくともいずれかが前記基準値の範囲に収まらない場合、前記露光ヘッドから出射するビームの照射位置及び照射強度の少なくともいずれかを補正するための補正値データを生成し、前記記憶部は、前記補正値データをさらに記憶しても良い。

上記キャリブレーションシステムにおいて、前記露光ヘッドは、レーザ光を出力する光源と、前記レーザ光をビーム状に成形することによりビームを生成するビーム成形光学系と、前記ビーム成形光学系により生成された前記ビームを走査するポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーを回転させる駆動部と、を有し、前記制御部は、前記補正値データに基づいて、前記光源の出力と、前記駆動部の動作との少なくともいずれかを制御することにより、前記露光ヘッドから出射する前記ビームの照射強度と照射位置との少なくともいずれかを補正しても良い。

上記キャリブレーションシステムは、前記露光ヘッドと前記搬送ドラムとの間隔を調整する調整機構をさらに備え、前記制御部は、前記光センサから出力された前記ビームの照射位置を表す検出信号に基づいて、前記受光面における前記ビームの径を取得し、該ビームの径に基づいて前記調整機構を制御しても良い。

本発明の別の態様である描画装置は、円筒状をなす搬送ドラムであって、長尺のシート状をなす基板を外周面の一部において支持すると共に、円筒の中心軸回りに回転することにより前記基板を搬送する搬送ドラムと、前記基板の露光面に向けて露光用のビームを出射する少なくとも１つの露光ヘッドと、前記少なくとも１つの露光ヘッドのキャリブレーションを行う少なくとも１つのキャリブレーションシステムと、を備え、前記キャリブレーションシステムは、前記露光ヘッドから出射して前記露光面に入射する前記ビームの光路に対して挿抜可能に設けられ、該光路に挿入されているときに前記ビームの少なくとも一部を該光路とは異なる方向に導く光学系と、前記光学系を前記光路に対して挿抜する移動機構と、前記光学系が前記光路に挿入されているときに前記光学系により導かれた前記ビームの少なくとも一部を受光する受光面を有し、該受光面に入射した前記ビームの少なくとも一部の該受光面における照射位置及び照射強度を検出して検出信号を出力する光センサと、を有するものである。

本発明によれば、キャリブレーション時に、露光ヘッドから出射して基板に入射するビームの光路に光学系を挿入することにより、該ビームを該光路とは異なる方向に導き、光センサの受光面に入射させるので、搬送ドラムに基板をセットしたままの状態でキャリブレーションを行うことができる。従って、長尺のシート状の基板に対して連続的にパターンを形成する場合であっても、随時キャリブレーションを行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るキャリブレーションシステムを含む描画装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示す描画装置の平面図である。 露光ヘッドの内部の概略構成を示す模式図である。 図１に示す露光ヘッドを基板側から見た模式図である。 パターンが形成された基板を例示する模式図である。 図１に示すキャリブレーションユニット近傍を拡大して示す模式図である。 図６に示すセンサユニットを受光面の側から見た模式図である。 図１に示す制御装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す描画装置のキャリブレーション時における動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るキャリブレーションシステムを含む描画装置の概略構成を示す模式図である。 図１０に示すキャリブレーションユニット近傍を拡大して示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態に係るキャリブレーションシステム及び描画装置について、図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

以下の説明において参照する図面は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示しているに過ぎない。即ち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るキャリブレーションシステムを含む描画装置の概略構成を示す模式図である。図２は、同描画装置の平面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る描画装置１は、長尺のシート状をなす基板２を搬送する搬送システム３と、基板２に露光用のビームＬを照射することによりパターンを形成する描画ユニット４と、搬送システム３及び描画ユニット４の動作を制御する制御装置５とを備える。以下においては、基板２の搬送方向をｘ方向、基板２の幅方向をｙ方向、鉛直方向をｚ方向（下向きが正）とする。

本実施形態においては、フレキシブルプリント回路基板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）を処理対象の基板２としている。ＦＰＣは、ポリイミド等の絶縁性を有する樹脂製のベースフィルムに銅等の金属箔を貼り合わせた、可撓性を有する回路基板である。基板２は、例えば数ｍ～数十ｍの帯状に成形されたＦＰＣであり、巻出しリール３１にロール状に巻かれた状態から巻き出され、搬送システム３により搬送されつつ描画ユニット４によりパターンが形成された後、巻取りリール３２に巻き取られる。このように、帯状のワークをロールから巻き出し、所定の処理を施した後でロールに巻き取る搬送方式は、ロールトゥロール（Roll to Roll）方式とも呼ばれる。

搬送システム３には、巻出しリール３１を回転可能に支持する回転軸３１ａと、巻き取りリール３２を回転可能に支持する回転軸３２ａと、搬送ドラム３３と、搬送ドラム３３の上流側（図１においては左側）及び下流側（図１においては右側）にそれぞれ設けられたテンションプーリ３４、３５と、複数の案内ローラ３６、３７とが設けられている。

搬送ドラム３３は、全体として円筒形状を有し、駆動源から供給される回転駆動力により回転する回転軸３３ａに支持されている。搬送ドラム３３は、外周面３３ｂの略上半分の領域において基板２を支持すると共に、自身が回転することにより基板２を搬送する。また、搬送ドラム３３には、搬送ドラム３３の回転量を測定するエンコーダ３３ｃが設けられている。

２つのテンションプーリ３４、３５の各々は、上下方向に移動可能な回転軸３４ａ、３５ａに回転可能に支持され、搬送ドラム３３よりも下方に設置されている。各回転軸３４ａ、３５ａは、当該回転軸３４ａ、３５ａを下方に向けて付勢するテンション調整機構が連結されている。このテンション調整機構により回転軸３４ａ、３５ａを介してテンションプーリ３４、３５を下方に付勢することにより、搬送ドラム３３に巻き掛けられた基板２を、所定のテンションがかかった状態で搬送することができる。

各案内ローラ３６は、回転軸３６ａに回転可能に支持されており、巻出しリール３１から巻き出された基板２を上流側のテンションプーリ３４に案内する。各案内ローラ３７は、回転軸３７ａに回転可能に支持されており、パターン形成処理がなされた基板２を下流側のテンションプーリ３５から巻き取りリール３２に案内する。

なお、搬送システム３の構成としては、ロールトゥロール方式で基板２を搬送し、且つ、搬送ドラム３３の外周面３３ｂに支持された基板２に対してパターン形成処理を施すことができれば、図１及び図２に示す構成に限定されない。また、巻出しリール３１から基板２が巻き出された後、搬送ドラム３３に至るまでの間、又は、搬送ドラム３３から基板２が搬出された後、巻取りリール３２に巻き取られるまでの間に、さらに別の処理を行うユニット（前処理ユニット、後処理ユニット等）を設けても良い。なお、搬送システム３には、通常、基板搬送時の蛇行を防ぐため、基板２の端部位置を検出し、巻出し装置又は巻取り装置を微動させるエッジ・ポジション・コントロール（Edge Position Control：ＥＰＣ）装置が設けられる。

描画ユニット４には、基板２に向けて露光用のビームＬを出射する複数の露光ヘッド４１と、ビームＬのキャリブレーション時に使用されるキャリブレーションユニット４３及び移動機構４４とが設けられている。本実施形態においては、キャリブレーションユニット４３及び移動機構４４、並びに後述する制御装置５が、キャリブレーションシステムを構成する。

露光ヘッド４１は、搬送ドラム３３に支持された基板２にビームＬを照射することにより、回路や配線等のパターンを基板２に直接描画する。図３は、露光ヘッドの内部の概略構成を示す模式図である。

図３に示すように、露光ヘッド４１の内部には、レーザ光を出力するレーザ光源４１１と、ビーム成形光学系４１２と、反射ミラー４１３と、ポリゴンミラー４１４と、結像光学系４１５とが設けられている。このうち、ポリゴンミラー４１４には、該ポリゴンミラー４１４を回転軸４１４ａ回りに回転させる駆動装置が設けられている。

ビーム成形光学系４１２は、コリメータレンズ、シリンドリカルレンズ、光量調整用のフィルタ、偏光フィルタ等の光学素子を含み、レーザ光源４１１から出力されたレーザ光をスポット状のビーム形状を有するビームＬに成形する。反射ミラー４１３は、ビーム成形光学系４１２により成形されたビームＬを、ポリゴンミラー４１４の方向に反射する。ポリゴンミラー４１４は、回転軸４１４ａ回りに回転し、反射ミラー４１３の方向から入射したビームＬを、回転軸４１４ａと直交する面内において複数の方向に反射する。結像光学系４１５は、ｆθレンズ又はテレセントリックｆθレンズ等の光学素子を含み、ポリゴンミラー４１４により反射されたビームＬを、搬送ドラム３３の外周面に支持された基板２の露光面Ｐ１に結像させる。このような露光ヘッド４１においては、ポリゴンミラー４１４の回転を制御することにより、露光ヘッド４１から出射するビームＬを、所定の走査範囲ＳＲにおいて一次元的に走査することができる。

なお、露光ヘッド４１の構成は、露光面Ｐ１においてビームＬを結像させると共に１次元的に走査することができれば、図３に例示する構成に限定されない。例えば、ポリゴンミラー４１４と結像光学系４１５との間に反射ミラーを配置することにより、ビームＬの出射方向を変化させても良い。

図４は、描画ユニット４に設けられた複数の露光ヘッド４１を基板２側から見た平面図である。図４においては４つの露光ヘッド４１を示しているが、露光ヘッド４１の数はこれに限定されない。露光ヘッド４１の数は、１つ以上であれば良く、基板２の幅や、露光ヘッド４１の走査範囲ＳＲ（図３参照）及びビームの出力等に応じて適宜設定することができる。

各露光ヘッド４１は、描画ユニット４内に設けられた支持機構に、調整ステージ４２を介して取り付けられている。調整ステージ４２は、露光ヘッド４１のｘ方向及びｙ方向における位置と、鉛直方向に対する角度を手動で微調整するために設けられている。これらの露光ヘッド４１は、ビーム出射口４１ａから出射するビームＬの走査範囲ＳＲが、基板２の幅方向（ｙ方向）において隣り合う領域を走査するビームＬとの間で、端部同士が僅かに重なり合うか、或いは、隙間なく隣接するように配置されている。これにより、基板２の幅方向を、複数のビームＬにより隙間なく走査することが可能となる。また、各露光ヘッド４１の搬送ドラム３３からの距離は、ビームＬの焦点が基板２の露光面に合うように調整されている。

図５は、描画ユニット４によりパターンが形成された基板２を例示する模式図である。図４に示す各露光ヘッド４１から出射したビームＬを基板２の幅方向に走査しつつ、搬送ドラム３３により基板２を搬送することで、基板２に２次元的な露光パターンが形成される。このように、ビームＬにより直接描画を行いながら基板２を搬送することにより、図５に示すように、長尺の基板２に対して連続的な露光パターン２１を形成することができる。

描画ユニット４においては、基板２に対し、各露光ヘッド４１による露光領域を予め設定することができる。そこで、各露光ヘッド４１の露光領域内に、個々の製品やパターンを識別する識別記号（ＩＤ）２２ａ～２２ｄを描画しても良い。識別記号２２ａ～２２ｄを、ロット番号、描画装置番号、露光ヘッド番号、露光日付及び時刻等のデータと紐付けて管理することにより、高度なトレーサビリティを確保することができる。

図６は、図１に示すキャリブレーションユニット４３近傍を拡大して示す模式図であり、キャリブレーション時における配置を示している。
移動機構４４は、露光ヘッド４１から出射して基板２の露光面に入射するビームＬの光路ＬＰに対してキャリブレーションユニット４３を挿抜する。移動機構４４は、例えば１軸アクチュエータであり、キャリブレーションの開始時に、キャリブレーションユニット４３を光路ＬＰに挿入し（図６参照）、キャリブレーションが終了すると、キャリブレーションユニット４３を該光路ＬＰから抜去する（図１参照）。このようなキャリブレーションユニット４３及び移動機構４４は、各露光ヘッド４１に対して１つずつ設けられている。

なお、移動機構４４の構成は、キャリブレーションユニット４３を高精度に移動させることができれば特に限定されない。また、図１及び図６においては、キャリブレーションユニット４３をビームＬの照射位置における基板２の搬送方向（搬送ドラム３３の外周面の接線方向）に沿って移動させているが、移動方向はこれに限定されない。例えば、キャリブレーションユニット４３を、基板２の幅方向（ｙ方向）に沿って移動させても良い。

キャリブレーションユニット４３には、反射ミラー４３１及びセンサユニット４３２が設けられている。反射ミラー４３１とセンサユニット４３２との相対的な位置は固定されている。反射ミラー４３１は、キャリブレーションユニット４３が光路ＬＰに挿入されているときに光路ＬＰ上に配置され、ビームＬを該光路ＬＰとは異なる方向に導く光学系である。

センサユニット４３２は、２次元の受光面を有し、反射ミラー４３１によって反射されたビームＬが該受光面に入射可能となる位置に設けられている。キャリブレーション時に光路ＬＰに配置される反射ミラー４３１の位置から基板２の露光面までの光路長と、このときの反射ミラー４３１の位置からセンサユニット４３２の受光面までの光路長とは等しく、センサユニット４３２の受光面と、ビームＬによって露光される基板２の露光面とは、共役の関係となっている。つまり、反射ミラー４３１が光路ＬＰに挿入されているときのセンサユニット４３２の受光面においては、反射ミラー４３１が光路ＬＰに挿入されていないときの基板２の露光面におけるビームＬの像と同じ像が得られる。

図７は、センサユニット４３２を受光面の側から見た模式図である。図７に示すように、センサユニット４３２は、センサ基板４３３と、センサ基板４３３上に実装された光センサである位置検出素子（ＰＳＤ）４３４及び光強度検出素子４３６とを有する。センサ基板４３３には、位置検出素子４３４及び光強度検出素子４３６から出力された信号を処理するための回路が形成されている。

位置検出素子４３４は、ビームＬを受光する２次元の受光面４３５を有し、該受光面４３５に入射したビームＬの照射位置を表す検出信号を出力する。図７に示すように、本実施形態においては、センサ基板４３３に２つの位置検出素子４３４が配置されている。これらの位置検出素子４３４の位置は、各位置検出素子４３４の中心線が走査範囲ＳＲの端部のラインと重なるように設定されている。このように、１つのセンサユニット４３２に対して２つの位置検出素子４３４を設けることにより、ビームＬの照射位置の僅かなずれを検出することが可能となる。

光強度検出素子４３６は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）であり、受光面に入射したビームＬの照射強度を表す検出信号を出力する。
なお、受光面に入射したビームＬの位置及び強度を高精度に検出することができれば、位置検出素子と光強度検出素子とを１種類の光センサで兼用しても良い。その場合、当該光センサを位置検出素子４３４の位置（２箇所）に配置することが好ましい。

図８は、制御装置５の概略構成を示すブロック図である。制御装置５は、描画装置１の各部の動作を統括的に制御する装置であり、外部インタフェース５１と、記憶部５２と、制御部５３とを備える。

外部インタフェース５１は、各種外部機器を当該制御装置５に接続するためのインタフェースである。制御装置５に接続される外部機器としては、例えば、露光ヘッド４１、エンコーダ３３ｃ、搬送システム３を駆動する基板搬送駆動装置６１、キャリブレーションユニット４３の移動機構４４を駆動するキャリブレーション用駆動装置６２、キーボードやマウスなどの入力デバイス６３、液晶モニタ等の表示デバイス６４、パターンデータ等を当該制御装置５に読み込むためのデータ読込装置６５等が挙げられる。

記憶部５２は、ディスクドライブやＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリなどのコンピュータ読取可能な記憶媒体を用いて構成される。記憶部５２は、オペレーティングシステムプログラムやドライバプログラムの他、当該制御装置５に所定の動作を実行させるためのプログラムや、該プログラムの実行中に使用される各種データ及び設定情報等を記憶する。

詳細には、記憶部５２は、プログラム記憶部５２１と、パターンデータ記憶部５２２と、基準データ記憶部５２３と、キャリブレーションデータ記憶部５２４と、補正データ記憶部５２５とを含む。プログラム記憶部５２１は、上述した各種プログラムを記憶する。パターンデータ記憶部５２２は、描画ユニット４に描画させるパターンを表すデータを記憶する。基準データ記憶部５２３は、ビームＬの照射位置及び照射強度の基準データ（基準値）を記憶する。ここで、基準データとは、基板２の露光面におけるビームＬの所定の照射位置に対応する位置検出素子４３４の受光面４３５における照射位置（以下、基準照射位置ともいう）、及び、基板２の露光面におけるビームＬの所定の照射強度に対応する光強度検出素子４３６における照射強度（以下、基準照射強度ともいう）を表すデータである。キャリブレーションデータ記憶部５２４は、基板２を露光するビームＬのキャリブレーションデータ、言い換えると、位置検出素子４３４の受光面４３５におけるビームＬの照射位置及び光強度検出素子４３６に入射したビームＬの照射強度を表すデータを記憶する。補正データ記憶部５２５は、キャリブレーションデータに基づいて露光ヘッド４１を調整するための補正データを記憶する。

制御部５３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェアを用いて構成され、プログラム記憶部５２１に記憶されているプログラムを読み込むことにより、制御装置５及び描画装置１の各部へのデータ転送や指示を行い、描画装置１の動作を統括的に制御して基板２へのパターン形成処理を実行させる。また、制御部５３は、プログラム記憶部５２１に記憶されたキャリブレーションプログラムを読み込むことにより、露光ヘッド４１のキャリブレーションを定期的に行ってキャリブレーションデータを記憶すると共に、キャリブレーションデータに基づいて露光ヘッド４１の調整を行う。

詳細には、制御部５３が上記プログラムを実行することにより実現される機能部には、描画制御部５３１と、キャリブレーション制御部５３２と、判定部５３３と、補正部５３４とが含まれる。

描画制御部５３１は、パターンデータ記憶部５２２からパターンデータを読み出し、各露光ヘッド４１によるビームＬの出力及び走査並びに搬送システム３による基板２の搬送速度等の制御データを生成し、露光ヘッド４１及び基板搬送駆動装置６１に出力する。これにより、搬送システム３によって基板２が所定の速度で搬送されると共に、各露光ヘッド４１から出射したビームＬが基板２の所定の露光領域に照射され、幅方向に走査される。このようにして、基板２に２次元的なパターンが連続的に形成される。

キャリブレーション制御部５３２は、露光ヘッド４１から出射するビームＬをキャリブレーションするための制御を行うと共に、位置検出素子４３４の受光面４３５におけるビームＬの照射位置及び光強度検出素子４３６における照射強度の測定値（キャリブレーション値）を表すデータ（キャリブレーションデータ）を生成する。

判定部５３３は、キャリブレーションデータ及び基準データ記憶部５２３に記憶された基準データに基づき、キャリブレーション値が基準値内に収まっているか否かを判定する。

補正部５３４は、キャリブレーション値が基準値内に収まっていない場合に、ビームＬの照射位置及び照射強度を補正するための補正データを生成し、該補正データに基づいて各部を制御する。
なお、このような制御装置５は、１つのハードウェアにより構成しても良いし、複数のハードウェアを組み合わせて構成しても良い。

次に、本発明の第１の実施形態に係るキャリブレーション方法について説明する。図９は、描画装置１のキャリブレーション時における動作を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１０において、制御装置５は各露光ヘッド４１に対し、基板２へのビームＬの照射を停止させる。

続くステップＳ１１において、制御装置５は搬送システム３に対し、基板２の搬送を停止させる。
続くステップＳ１２において、制御装置５はキャリブレーション用駆動装置６２に対し、移動機構４４を駆動してキャリブレーションユニット４３を光路ＬＰに挿入させるよう制御する（図６参照）。

続くステップＳ１３において、制御装置５は、各露光ヘッド４１からビームＬを出射させる。露光ヘッド４１から出射したビームＬは、キャリブレーションユニット４３に設けられた反射ミラー４３１により反射され、センサユニット４３２に設けられた位置検出素子４３４及び光強度検出素子４３６に入射する。これにより、各位置検出素子４３４は、ビームＬの受光面４３５における照射位置を表す検出信号を出力し、光強度検出素子４３６は、ビームＬの照射強度を表す検出信号を出力する。

続くステップＳ１４において、制御装置５のキャリブレーション制御部５３２は、位置検出素子４３４及び光強度検出素子４３６から出力された検出信号に基づき、受光面４３５に入射したビームＬの照射位置及び照射強度の測定値を表すデータ（キャリブレーションデータ）を生成し、キャリブレーションデータ記憶部５２４に保存する。

続くステップＳ１５において、判定部５３３は、ステップＳ１４において生成されたキャリブレーションデータを、基準データ記憶部５２３に記憶された基準データと対比し、各露光ヘッド４１から出射されたビームＬの照射位置及び照射強度が基準値内であるか否かを判定する。詳細には、判定部５３３は、ビームＬの基準照射位置に対する照射位置の測定値の差分（Δｘ，Δｙ）を算出すると共に、基準照射強度に対する照射強度の測定値の差分を算出する。そして、照射位置の差分（Δｘ，Δｙ）及び照射強度の差分が所定の閾値以下であるか否かを判定する。

ビームＬの照射位置及び照射強度が基準値内である場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、動作はステップＳ１７に移行する。
他方、ビームＬの照射位置及び照射強度が基準値を超える場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、補正部５３４は、各露光ヘッド４１の位置及びビームＬの出力値を補正するための補正データを生成し、補正データ記憶部５２５に保存する（ステップＳ１６）。この際、補正部５３４は、補正データを表示デバイス６４に表示させても良い。詳細には、補正部５３４は、差分Δｘに基づいて、搬送ドラム３３に設けられたエンコーダ３３ｃの信号（図６のΔθ参照）を用いて設定される描画開始ポイントを調整するため、出力開始位置のパラメータ（ビームＬの出力を開始する際のθの値）を補正する。また、補正部５３４は、差分Δｙに基づいて、ポリゴンミラー４１４（図３参照）を介して出射するビームＬの基準となる描画開始ポイントを調整するため、出力開始位置のパラメータ（ビームＬの出力を開始する際のポリゴンミラーの初期位置）を補正する。さらに、補正部５３４は、照射強度に関し、描画制御部５３１において使用される各露光ヘッド４１の出力パラメータを補正する。

続くステップＳ１７において、制御装置５はキャリブレーション用駆動装置６２に対し、移動機構４４を駆動してキャリブレーションユニット４３を光路ＬＰから抜去させるよう制御する（図１参照）。これにより、描画装置１におけるキャリブレーション動作は終了する。キャリブレーションの終了後、描画動作を再開すると、ステップＳ１６において補正されたパラメータに基づいて各部が動作し、補正された状態のビームの照射位置及び照射強度で基板２への描画を行うことができる。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、搬送ドラム３３により基板２を搬送しつつ、各露光ヘッド４１から出射したビームＬを基板２に直接照射しながらビームＬを幅方向に走査するので、基板２に２次元的な露光パターンを切れ目なく連続的に形成することができる。従って、数ｍ～数十ｍに及ぶ長尺の基板に対しても、効率良く連続パターンを形成することができ、スループットを向上させることが可能となる。

また、本発明の第１の実施形態によれば、各露光ヘッド４１の露光領域に、当該露光ヘッド４１で識別記号を描画しておくことにより、パターン又は配線レベルで高度なトレーサビリティを確保することができる。

また、本発明の第１の実施形態によれば、各露光ヘッド４１に光源が設けられているので、十分な照射強度でパターン形成を行うことが可能となる。

また、本発明の第１の実施形態によれば、キャリブレーション時に、露光ヘッド４１から出射するビームＬの光路ＬＰにキャリブレーションユニット４３を挿入することにより、搬送ドラム３３に基板２をセットしたままの状態で、高精度なキャリブレーションを行うことができる。従って、長尺の基板２に対して連続的なパターンを形成する場合であっても、随時キャリブレーションを行うことが可能となる。

ここで、上記第１の実施形態においては、キャリブレーションにおいて取得された測定値が基準値の範囲に収まるか否かを判定し、収まらない場合には、補正を行うための各種処理を実行した。しかしながら、キャリブレーションを行い、単にキャリブレーションデータを保存しておくだけでも良い。また、キャリブレーションにおいて取得された測定値の判定結果や判定結果に基づく補正データを保存しておくだけでも良い。

また、上記第１の実施形態においては、露光ヘッド４１の位置及び傾きを調整ステージ４２により手動で微調整することとしたが、調整ステージ４２の代わりに電気的に制御可能な調整ステージを設け、キャリブレーションの結果に基づいて露光ヘッド４１の位置及び傾きを自動調整することとしても良い。

（第１の変形例）
上記第１の実施形態においては、位置検出素子４３４から出力された検出信号に基づいて、ビームＬの照射位置のずれを検出することとしたが、焦点のずれを検出することとしても良い。詳細には、位置検出素子４３４から出力された検出信号に基づいて、受光面４３５におけるビームＬの照射範囲を抽出することにより、ビームＬのスポット径を取得することができる。そして、取得したスポット径と、基準データ記憶部５２３に予め記憶された基準となるスポット径とを比較することにより、焦点のずれを検出する。

この場合、各露光ヘッド４１と搬送ドラム３３との間隔を調整する調整機構を設け、検出された焦点のずれに基づいて上記間隔を調整しても良い。それにより、ビームＬを位置検出素子４３４の受光面４３５、即ち、基板２の露光面に精度良く合焦させることができる。

また、位置検出素子４３４から出力された検出信号に基づいて、受光面４３５におけるビームＬの照射範囲を抽出し、受光面４３５におけるビームＬのスポット形状を取得しても良い。この場合、取得したスポット形状に基づいて、露光ヘッド４１の傾き（即ち、基板２の露光面とビームＬとのなす角度）を補正することができる。

（第２の変形例）
上記第１の実施形態においては、キャリブレーションユニット４３に反射ミラー４３１に設けたが、反射ミラー４３１の代わりにビームスプリッタ（ハーフミラー）を用い、露光ヘッド４１から出射したビームＬの一部のみを反射してセンサユニット４３２に導くこととしても良い。ここで、位置検出素子４３４及び光強度検出素子４３６など、センサユニット４３２に設けられる光センサの種類によっては、ビームＬの過剰なパワーのため、光センサが損傷されてしまうおそれも考えられる。そこで、ビームスプリッタでビームＬの一部のみを反射することにより、減光されたビームを光センサに入射させることができる。この場合、基準データ記憶部５２３には、照射強度の基準データとして、ビームスプリッタの反射率を考慮して設定された値を記憶させても良い。

（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係るキャリブレーションシステムを含む描画装置の概略構成を示す模式図である。図１０に示すように、本実施形態に係る描画装置１Ａは、図１に示す描画ユニット４の代わりに描画ユニット４Ａを備える。描画ユニット４Ａには、基板２に向けて露光用のビームＬを出射する複数の露光ヘッド４１と、ビームＬのキャリブレーション時に使用されるミラーユニット４６、移動機構４７、反射ミラー４６２、及びキャリブレーションユニット４８とが設けられている。本実施形態においては、これらのミラーユニット４６、移動機構４７、反射ミラー４６２、及びキャリブレーションユニット４８、並びに上述した制御装置５が、キャリブレーションシステムを構成する。キャリブレーションシステム以外の描画装置１Ａの各部の構成は、上記第１の実施形態と同様である。なお、本実施形態においても、上述した第１の変形例と同様に、各露光ヘッド４１と基板２との間隔を変化させることにより、ビームＬの焦点を調整する機構をさらに設けても良い。

図１１は、図１０に示すキャリブレーションユニット４８近傍を拡大して示す模式図であり、キャリブレーション時における配置を示している。
移動機構４７は、例えば１軸アクチュエータであり、キャリブレーションの開始時に、ミラーユニット４６をビームＬの光路ＬＰに挿入し（図１１参照）、キャリブレーションが終了すると、ミラーユニット４６を該光路ＬＰから抜去する（図１０参照）。なお、移動機構４７の構成は、ミラーユニット４６を高精度に移動させることができれば特に限定されない。また、ミラーユニット４６を移動させる方向は、ビームＬの照射位置における基板２の搬送方向（搬送ドラム３３の外周面の接線方向）に限定されず、例えば、基板２の幅方向（ｙ方向）に沿ってミラーユニット４６を移動させても良い。

ミラーユニット４６には、反射ミラー４６１が設けられている。反射ミラー４６１は、ミラーユニット４６が光路ＬＰに挿入されているときに光路ＬＰ上に配置され、ビームＬを該光路ＬＰとは異なる方向に導く光学系である。なお、上記第２の変形例と同様に、反射ミラー４６１の代わりにビームスプリッタ（ハーフミラー）を設けても良い。

反射ミラー４６２及びキャリブレーションユニット４８は、描画ユニット４Ａ内の所定の位置に設置されている。反射ミラー４６２は、光路ＬＰ上に挿入された反射ミラー４６１により反射されたビームＬをさらに反射し、キャリブレーションユニット４８の方向に導く第２の光学系である。なお、図１１においては、１つの反射ミラー４６２によって第２の光学系を構成しているが、複数のミラー等を用いて第２の光学系を構成しても良い。また、上記第２の変形例と同様に、反射ミラー４６２の代わりにビームスプリッタを用いることにより、キャリブレーションユニット４８に入射させるビームＬを減光しても良い。

キャリブレーションユニット４８には、結像光学系４８１及びセンサユニット４８２が設けられている。このうち、センサユニット４８２の構成は、第１の実施形態において説明したセンサユニット４３２の構成と同様である（図７参照）。

結像光学系４８１は、反射ミラー４６２により反射されたビームＬを、位置検出素子及び光強度検出素子などセンサユニット４８２に設けられた光センサの受光面に結像させる第３の光学系である。センサユニット４８２に設けられた光センサの受光面と、ビームＬによって露光される基板２の露光面とは、共役の関係になっており、ミラーユニット４６が光路ＬＰに挿入されているときのセンサユニット４８２の受光面においては、ミラーユニット４６が光路ＬＰに挿入されていないときの基板２の露光面におけるビームＬの像と同じ像が得られる。なお、図１１には、結像光学系４８１として複数の光学素子が図示されているが、１つのレンズによって第３の光学系を構成しても良い。

このようなミラーユニット４６、移動機構４７、反射ミラー４６２、及びキャリブレーションユニット４８は、各露光ヘッド４１に対して１つずつ設けられている。

本実施形態に係る描画装置１Ａのキャリブレーション時における動作は、全体として上記第１の実施形態と同様である（図９参照）。ただし、図９のステップＳ１２においては、ミラーユニット４６が光路ＬＰに挿入され、ステップＳ１７においては、ミラーユニット４６が光路ＬＰから抜去される。

以上説明した本発明は、上記第１及び第２の実施形態並びに変形例に限定されるものではなく、上記第１及び第２の実施形態並びに変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、上記第１及び第２の実施形態並びに変形例に示した全構成要素からいくつかの構成要素を除外して形成しても良いし、上記第１及び第２の実施形態並びに変形例に示した構成要素を適宜組み合わせて形成しても良い。

１，１Ａ…描画装置、２…基板、３…搬送システム、４，４Ａ…描画ユニット、５…制御装置、２１…露光パターン、２２ａ～２２ｄ…識別記号、３１，３２…リール、３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａ，４１４ａ…回転軸、３３…搬送ドラム、３３ｃ…エンコーダ、３３ｂ…外周面、３４，３５…テンションプーリ、３６，３７…案内ローラ、４１…露光ヘッド、４１ａ…ビーム出射口、４２…調整ステージ、４３，４８…キャリブレーションユニット、４４，４７…移動機構、４６…ミラーユニット、５１…外部インタフェース、５２…記憶部、５３…制御部、６１…基板搬送駆動装置、６２…キャリブレーション用駆動装置、６３…入力デバイス、６４…表示デバイス、６５…データ読込装置、４１１…レーザ光源、４１２…ビーム成形光学系、４１３，４３１，４６１，４６２…反射ミラー、４１４…ポリゴンミラー、４１５，４８１…結像光学系、４３２，４８２…センサユニット、４３３…センサ基板、４３４…位置検出素子、４３５…受光面、４３６…光強度検出素子、５２１…プログラム記憶部、５２２…パターンデータ記憶部、５２３…基準データ記憶部、５２４…キャリブレーションデータ記憶部、５２５…補正データ記憶部、５３１…描画制御部、５３２…キャリブレーション制御部、５３３…判定部、５３４…補正部

Claims (11)

1. 長尺のシート状をなし、円筒状をなす搬送ドラムの外周面の一部に支持されて長手方向に搬送される基板の露光面に向け、露光用のビームを照射する少なくとも１つの露光ヘッドを備える描画装置においてキャリブレーションを行うキャリブレーションシステムであって、
   前記露光ヘッドから出射して前記露光面に入射する前記ビームの光路に対して挿抜可能に設けられ、該光路に挿入されているときに前記ビームの少なくとも一部を該光路とは異なる方向に導く光学系と、
   前記光学系を前記光路に対して挿抜する移動機構と、
   前記光学系が前記光路に挿入されているときに前記光学系により導かれた前記ビームの少なくとも一部を受光する受光面を有し、該受光面に入射した前記ビームの少なくとも一部の該受光面における照射位置及び照射強度を検出して検出信号を出力する光センサと、
   前記光センサから出力された検出信号に基づき、前記露光ヘッドから出射した前記ビームの少なくとも一部の前記受光面における照射位置及び照射強度を表すデータを生成する制御部と、
   前記照射位置及び照射強度を表すデータをキャリブレーションデータとして記憶する記憶部と、
   をキャリブレーションシステム。
2. 前記記憶部は、前記露光面における前記ビームの所定の照射位置及び照射強度に対応する前記受光面における基準照射位置及び基準照射強度を表す基準データをさらに記憶し、
   前記制御部は、前記キャリブレーションデータ及び前記基準データに基づき、前記受光面に入射したビームの照射位置及び照射強度が所定の基準値の範囲に収まるか否かを判定する判定部を有する、
   請求項１に記載のキャリブレーションシステム。
3. 前記制御部は、前記判定部による判定結果に基づき、前記受光面に入射したビームの照射位置及び照射強度の少なくともいずれかが前記基準値の範囲に収まらない場合、前記露光ヘッドから出射するビームの照射位置及び照射強度の少なくともいずれかを補正するための補正値データを生成し、
   前記記憶部は、前記補正値データをさらに記憶する、
   請求項２に記載のキャリブレーションシステム。
4. 前記露光ヘッドは、
   レーザ光を出力する光源と、
   前記レーザ光をビーム状に成形することによりビームを生成するビーム成形光学系と、
   前記ビーム成形光学系により生成された前記ビームを走査するポリゴンミラーと、
   前記ポリゴンミラーを回転させる駆動部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記補正値データに基づいて、前記光源の出力と、前記駆動部の動作との少なくともいずれかを制御することにより、前記露光ヘッドから出射する前記ビームの照射強度と照射位置との少なくともいずれかを補正する、
   請求項３に記載のキャリブレーションシステム。
5. 前記露光ヘッドと前記搬送ドラムとの間隔を調整する調整機構をさらに備え、
   前記制御部は、前記光センサから出力された前記ビームの照射位置を表す検出信号に基づいて、前記受光面における前記ビームの径を取得し、該ビームの径に基づいて前記調整機構を制御する、請求項１～４のいずれか１項に記載のキャリブレーションシステム。
6. 前記光学系が前記光路から抜去されているときの前記露光面と、前記光学系が前記光路に挿入されているときの前記受光面とが共役である、請求項１～５のいずれか１項に記載のキャリブレーションシステム。
7. 前記光学系が前記光路から抜去されているときの前記露光ヘッドから前記露光面までの前記ビームの光路長と、前記光学系が前記光路に挿入されているときの前記露光ヘッドから前記受光面までの前記ビームの光路長とが等しい、請求項１～５のいずれか１項に記載のキャリブレーションシステム。
8. 前記光学系及び前記光センサは、互いの相対的な位置が固定されたユニットとして設けられ、
   前記移動機構は、前記ユニットを前記光路に対して挿抜する、請求項１～７のいずれか１項に記載のキャリブレーションシステム。
9. 前記光センサの位置は固定されており、
   前記光学系により前記光路とは異なる方向に導かれた前記ビームの少なくとも一部を前記光センサの前記受光面の方向にさらに導く第２の光学系と、
   前記第２の光学系により導かれた前記ビームの少なくとも一部を前記受光面に結像させる第３の光学系と、
   をさらに備える、請求項１～６のいずれか１項に記載のキャリブレーションシステム。
10. 長尺のシート状をなし、円筒状をなす搬送ドラムの外周面の一部に支持されて長手方向に搬送される基板の露光面に向け、露光用のビームを照射する少なくとも１つの露光ヘッドを備える描画装置においてキャリブレーションを行うキャリブレーションシステムであって、
    前記露光ヘッドから出射して前記露光面に入射する前記ビームの光路に対して挿抜可能に設けられ、該光路に挿入されているときに前記ビームの少なくとも一部を該光路とは異なる方向に導く光学系と、
    前記光学系を前記光路に対して挿抜する移動機構と、
    前記光学系が前記光路に挿入されているときに前記光学系により導かれた前記ビームの少なくとも一部を受光する受光面を有し、該受光面に入射した前記ビームの少なくとも一部の該受光面における照射位置及び照射強度を検出して検出信号を出力する光センサと、
    を備え、
    前記光センサの位置は固定されており、
    前記光学系により前記光路とは異なる方向に導かれた前記ビームの少なくとも一部を前記光センサの前記受光面の方向にさらに導く第２の光学系と、
    前記第２の光学系により導かれた前記ビームの少なくとも一部を前記受光面に結像させる第３の光学系と、
    をさらに備えるキャリブレーションシステム。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載のキャリブレーションシステムと、
    円筒状をなし、前記基板を外周面の一部において支持すると共に、円筒の中心軸回りに回転することにより前記基板を搬送する搬送ドラムと、
    前記基板の露光面に向けて露光用のビームを出射する少なくとも１つの露光ヘッドと、
    を備える描画装置。
    

Images