JPH0815839B2 - 光学式光プロッタの精度を向上させる方法及び装置 - Google Patents

光学式光プロッタの精度を向上させる方法及び装置

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JPH0815839B2
JPH0815839B2 JP63285609A JP28560988A JPH0815839B2 JP H0815839 B2 JPH0815839 B2 JP H0815839B2 JP 63285609 A JP63285609 A JP 63285609A JP 28560988 A JP28560988 A JP 28560988A JP H0815839 B2 JPH0815839 B2 JP H0815839B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光学式プロッタ制御システムに関し更に詳細
には光ビーム位置誤差を光学的に補償する光学プロッタ
位置フィードバックシステムに関する。
（従来の技術） 高精度光学プロットシステムは当業界でよく知られて
いる。これらのシステムは、半導体マスク、テレビジョ
ンアレイに使用されそして印刷回路板アートワークをフ
ィルムに感光乳剤上に書込むために印刷回路板（PCB）
に使用される精密光学工具を生み出している。ガーバー
・サイエンティフィック・インスツルメント社（Gerber
Scientific Instrument Company）によって販売されて
いるような典型的な光学プロッタシステムは、磁気テー
プ駆動機構、ハードディスク、コンピュータ、会話型図
形処理端末、画像処理装置、基板を配置するための可動
書込プラテンを有する光学テーブル、及び精密露光装置
から構成される、また、光学プロッタシステムは二次元
媒体キャリッジ、二次元フィードバック干渉計、及びコ
ンピュータを利用した設計（CAD）のデータをPCBアート
ワークに変換するために必要とするようなエレクトロニ
クスを含む。
光学走査及び露光システムは露光ヘッド（OEH）を含
む。光学テーブルは書込プラテン位置を露光ヘッドに関
して連続的に追跡するレーザー干渉計のようなフィード
バック位置モニターを採用する制御器を有する。フィー
ドバック位置モニターの精度は通常プラテン位置決め精
度又は露光ヘッドの精度よりかなり高い。例えば、ガー
バー（Gerber）1434直接作像システムは約762×10-6mm
〜1016×10-6mm（30〜40μインチ）の精度を有し且つガ
ーバー3235直接作像システムは約5080×10-6mm（200μ
インチ）の精度を有する。これに対して、これらのシス
テムと共にしばしば用いられるフィードバック位置モニ
ター（例えばヒューレットパッカード干渉計）は25.4×
10-6mm（１μインチ）より小さい精度をもつことができ
る。それ故、テーブル位置決め機構の性能は機械的構成
部品及びサーボシステムの不正確度によって制限され
る。これらの不正確度は究極的には光学プロッタの全体
性能を制限する。
機械的精度の制限を光学的に補償することによって光
学プロッタシステムの精度を向上させる方法及び装置を
有することは有利である。本発明はそのような方法及び
装置に向けられる。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は光学式光プロッタにおいて機械的構成
部品の精度制限を光学的に補償する方法及び装置を提供
することである。
（課題を解決するための手段） 本発明によれば、像を形成する変位可能な光学テーブ
ル上に入射する光ビームの指令された位置からの変位誤
差を補償する装置は、テーブル表面上の像位置を指示す
る光ビームフィードバックを生ずる手段を含む。制御器
は測定された像位置及び指令された像位置を比較して変
位誤差を決定する。光学式補償器は制御器から信号を受
取って像をテーブル表面に沿って光学的に変位させ、変
位誤差を除去する。
本発明の別の観点によれば、光学テーブルの表面上に
入射する光ビームによって形成される像を位置決めする
光学式光プロッタのシステムは、光ビームを選択的に出
力するアドレス可能な露光ヘッドを含む。フィードバッ
ク装置はテーブル表面上の像の位置を指示する信号を提
供する。光学テーブルを位置指令信号に応じて変位させ
る機構が含まれる。アドレス可能な補償器は受取った制
御信号に応じて像をテーブル表面に沿って光学的に変位
させる。制御器は光ビームフィードバック信号からのテ
ーブル表面上の光ビームの位置を決定し、測定された光
ビーム位置及び指令された光ビーム位置を比較し且つそ
れから光学式補償器の制御信号を発生する。
（実施例） 第１図を参照すると、光学式光プロッタ10の一部分が
簡単化された略図形式で例示されている。光プロッタは
書込プラテン12を含み、該書込プラテンはその上に正確
に配置されたガラス又はフィルム感光乳剤14を受け、そ
れにより感光性媒体（乳剤）は光ビーム16を受けてその
上に像17を形成する。光学テーブルはそれぞれのモータ
18及び29によって実質的に直角な方向（Ｘ、Ｙ）へ変位
可能であり、それらモータは通常の球ねじ（図示せず）
を駆動して書込プラテンをＸ及びＹ方向のそれぞれへ変
位させる。
また、光プロッタは各軸線に対する像の位置を指示す
る（示す）信号を制御器24へ提供する干渉計22を含む。
周知のように、光ビームを発生する手段を含み得る露光
ヘッド26が基板表面上にビームを集束させる対物レンズ
28に対して固定配置されている。露光ヘッド（OEH）は
対物レンズのような通常のものである。フィードバック
干渉計はビーム31を分割するビームスプリッタ32へビー
ム31を与えるレーザー30を含む。各ビームは鏡34、36及
び38のような複数個の鏡へ与えられ、これら鏡は更にビ
ームを光学テーブルの表面へ下方へ向け、そこでビーム
はＸ及びＹ回転鏡40、41によってそれぞれ受取られる。
各測定ビームはそれぞれの変位軸線と整合された正確に
平らな鏡42、43上に入射する。平らな鏡はビームを光路
に沿って反射し、そこで相対的軸線方向変位は干渉計法
によって決定される。
制御器24は光学テーブルの表面上に光ビームの位置を
通常の方法で計算し、且つ信号を露光ヘッド内のシャッ
タ機構へ与えて基板を選択的に露光する。制御器はシャ
ッタ機構への制御信号と関連して位置指令信号をモータ
18及び20へ与えて所望の基板パターンを作る。
加えて第１図の光プロッタは光学式補償装置44をも有
し、該補償装置はＸ及びＹ方向の両方への小さな変位を
光学的に与えて光ビームの指令位置の誤差を補償する。
フィードバック干渉計が書込プラテン位置を高い精度
（例えば各軸線について25.4×10-6mm（１μインチ）よ
り小さい）をもって監視することができるとしても、光
プロッタの精度は通常は実質的に低い。精度の差は10の
係数（上の例では約254×10-6mm（10μインチ））位大
きいことがある。機械的及びサーボ制御システムは通常
は精度の損失の原因となる。
光プロッタの総合正確度を改善するために、光学式補
償装置44がプロットされた像の変位を与えるために光ビ
ーム16の光路中に配置される。詳細に後述するように、
光プロッタ制御システムは光学テーブルの正確な位置を
決定し且つこの位置を指令された位置と比較する。基板
上のビーム16の指令された位置及び測定された位置の間
に誤差が発見されたならば、制御器は像を変位させ且つ
位置の誤差を除く信号を発生する。
第２図は第１図の光プロッタで使用される光学系の一
部分の簡単化した略図である。第１図の露光ヘッド26は
好適な実施例ではビーム16を集光レンズ48へ与える光源
46を有する。光ビームは次に通常のシャッタ機構50を横
切り、該シャッタ機構はアドレスすることができ且つ露
光ヘッド（OEH）からビームを選択的に出力する。ビー
ム16は光学式補償装置44によって受取られ、且つ補償装
置は好ましくはアドレス可能なモータ56によって軸線54
の回りに回転し得る傾動板（鏡）52を含む。好適な実施
例では傾動板はガラス又は同等な光学的に透明な材料を
有する。詳細に後述するように、軸線54の回りの傾動板
52の回転量は光ビームの変位量を決定する。第２図の傾
動板はビーム16を光ビーム及び軸線54の両方に対して直
角な方向へ変位させる。１つだけの傾動板及びモータが
第２図に示されているが、傾動板52から約90度の方向に
向いた第２の傾動板は直交方向への変位を与えるために
必要である。像を変位させる他の手段は移動可能な（可
動）孔平面、及び変位（移動）可能な対物レンズを含
む。傾動板を出た後、光ビームは次に対物レンズ28を横
切り、且つ集光されたビームは基板の表面に当たる。
第３図は第２図の傾動板52の一部分を略図式に示す簡
単化した断面図である。光ビーム16は傾動板の表面へ角
度56で入射し且つビームがそれをスネルの法則に従って
通過する時に屈折される。傾動板の表面58及び60が平行
であると仮定すると、光ビームは次式で与えられる量Ｄ
だけ変位される。
小さい角度については、変位は次のように簡単化され
得る。
好適な実施例では、傾動板は作像レンズ（物共役）の
入力側で作像システム中に配置される。従って、ビーム
の光路は光路62から距離Ｄだけ横方向へ変位され、もし
板表面58、60が零度傾斜（即ち入射するビームに対して
直角）に配置されているならばビームは光路62に沿って
横断する。基板上で、ビームはDMだけ変位される（Ｍは
システム倍率）。第１図の光プロッタにおいて、対物レ
ンズは倍率を縮小する（Ｍ＝0.10）ので、傾動板の影響
は減少される。もし板の傾動範囲が小さく保たれ且つ厚
さがそれに応じて小さいならば、光学収差の影響は最小
限にされる。上に示したように、第１図の光学式補償装
置は独立なＸ及びＹ変位補償を可能にするために90°で
整合された２つの傾動板及び対応するモータを含む。好
適な実施例では、モータは通常の検流計であり且つ対物
レンズは多くの通常の高分解能の対物レンズの１つであ
り得る。
制御器24の一部分が第４図に例示されている。制御器
24は多数のよく知られた構成部品を組入れており、これ
ら構成部品は上述したよく知られた光プロット作用を行
うために光学式光プロッタで使用されており、それ故説
明を簡単にするために図示されない。好ましくは、制御
器は光プロッタ作用の全てのリアルタイム制御に応答し
得る。好適な制御器は対称的に形成されているので、同
じ作用は変位のＸ及びＹ軸線の両方に対して行われる。
Ｘ及びＹ軸線のための構成部品は第４図に示されてお
り、Ｘ軸線の光学式補償と関連する構成部品だけを以下
に説明する。
第４図を参照すると、レーザー干渉計34からのフィー
ドバック信号はライン64に受取られ、アップダウンカウ
ンタ66へ送られ且つ次にバッファレジスタ68へ送られ
る。通常のクロック70はバッファレジスタの内容を周期
的にサンプリングし（ブロック72）且つ比較器74への書
込プラテン位置を指示する信号を発生する。光学テーブ
ルの測定された位置はディジタル位置指令信号76と比較
される。差の信号は通常のディジタル−アナログ変換器
78へ出力される。アナログ位置指令信号はライン80を介
して送られ、ベクトル位置指令信号82を生じる。
これらの位置指令信号は濾波され（フィルタ84）且つ
増幅され（ブロック86）且つ直流モータ88を制御する。
通常の速度計用発電機90は合計される回転フィードバッ
ク信号を供給し且つフィルタ84を有する。第４図に通常
の電力供給源92も図示されている。もし制限外の位置が
選択されたならば、リミット・センサ94はスイッチ（番
号なし）を通ってモータ増幅器への電力を使用禁止にす
る。
更に、位置指令信号は対応する検流計100のための信
号を発生する検流計駆動器98で受取られ、該検流計は傾
動板を回転し、従ってビームを変位させ且つ位置誤差を
排除する。上述したように、各レーザー干渉計は書込プ
ラテン表面上の光ビームの実際の位置をリアルタイムで
連続的に監視する。測定された及び指令されたＸ及びＹ
位置の間の差はそれぞれの検流計を駆動するために適当
なゲインをもつアナログ電圧へ変換される。検流計は制
限された角度の急速応答トルクモータであることは好ま
しい。大きい機械的書込プラテン質量は変位誤差の周波
数帯域を検流計の周波数応答内に制限する。
本発明を好適な実施例に関して上述したが、当業者
は、それへの追加、省略及び取替を本発明の精神及び範
囲内で行なうことが可能であることを容易に理解するで
あろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に従い設けられた補償装置を有する光学
式光プロッタの一部分の簡単化した概略図であり、第２
図は第１図の光プロッタに設けられる光学構成部品の一
部分の簡単化した概略図であり、第３図は第１図の補償
装置による光ビームの変位を示す簡単化した図であり、
第４図は第１図の光プロッタと共に使用される制御器の
動作を部分的に示す簡単化したブロック図である。 10…光学式光プロッタ、12…書込プラテン、14…ガラス
又はフィルム乳剤、16…光ビーム、17…像、18、20、56
…モータ、22…干渉計、24…制御器、26…露光ヘッド、
28…対物レンズ、34、36、38…鏡、40、41…回転鏡、4
2、43…鏡、44…光学式補償装置、50…シャッタ機構、5
2…傾動板、58、60…傾動板の表面。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光学式光プロッタ（10）において、光学的
    露光ヘッド（26）が光ビーム（16）を発生し、像（17）
    を形成する変位可能な光学テーブル（12）に入射する光
    ビーム（16）の指令された位置からの変位誤差を補償す
    る装置であって、該補償装置（44）が、光学テーブル
    （12）の表面（14）上の像（17）の位置を示す信号を供
    給する光ビーム・フィードバック手段（22）と、前記光
    ビーム・フィードバック信号及び位置指令信号を受け、
    測定された像位置を指令された像位置と比較して変位誤
    差を決定し、その変位誤差から光ビーム指令信号を発生
    する制御手段（24）とを含み、前記光ビーム指令信号に
    応答して前記像（17）を前記テーブル表面（14）に沿っ
    て光学的に変位させる光学補償手段（44）を含むことを
    特徴とする装置。
  2. 【請求項２】前記光学補償手段（44）が移動可能な孔平
    面又は変位可能な対物レンズ又は傾動可能な鏡を有する
    請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】前記光ビーム・フィードバック手段がレー
    ザー干渉計（22）を有する請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】前記光学補償手段（44）が近接するそれぞ
    れの直角な軸線の周りに回転し得る第１及び第２の傾動
    鏡（52）を有する請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】光学式光プロッタにおいて、光学テーブル
    （12）の表面（14）上に光ビーム（16）によって形成さ
    れる像（17）の位置決めをするためのシステムであっ
    て、該システムが、アドレス可能なシャッタ（50）を有
    し光ビーム（16）を選択的に提供する光学的露光ヘッド
    （26）と、テーブル表面（14）上の像（17）の位置を示
    す信号を供給する光ビーム・フィードバック手段（22）
    と、前記光学テーブル（12）を位置指令信号に応答して
    変位させる手段（18、20）と、前記光ビーム・フィード
    バック信号を受け、前記位置指令信号を提供して前記光
    学テーブル（12）を変位させるとともに、前記テーブル
    表面上の光学像位置を測定し、指令された像位置を前記
    測定された像位置と比較して変位誤差を決定し、前記変
    位誤差を除くために光ビーム指令信号を提供する制御手
    段（24）とを含み、前記光ビーム指令信号及び前記光学
    的露光ヘッドからの光ビームを受け、前記像（17）を前
    記テーブル表面（14）に沿って光学的に変位させる補償
    手段（44）を含むことを特徴とするシステム。
  6. 【請求項６】前記光学的補償手段（44）が可動孔平面又
    は変位可能な対物レンズ又は傾動可能な鏡を有する請求
    項５記載の装置。
  7. 【請求項７】前記光ビーム・フィードバック手段がレー
    ザー干渉計（22）を有する請求項５記載の装置。
  8. 【請求項８】前記光学補償手段（44）が近接するそれぞ
    れの直角な軸線の周りに回転し得る第１及び第２の傾動
    鏡（52）を有する請求項５記載の装置。
  9. 【請求項９】光学式光プロッタにおいて、光学的露光ヘ
    ッドによって発生され変位可能な光学テーブルに入射す
    る光ビームによって形成される像の指令された位置から
    の変位誤差を補償する方法であって、該方法が、光学テ
    ーブルの表面上の測定された像位置を示す光ビーム・フ
    ィードバック信号を発生し、測定された像位置を指令さ
    れた位置と比較して変位誤差を決定し、光ビームが光学
    的露光ヘッドから与えられた後、像を前記光学テーブル
    の表面に沿って光学的に変位させて変位誤差を除く、ス
    テップから構成される方法。
JP63285609A 1988-01-11 1988-11-11 光学式光プロッタの精度を向上させる方法及び装置 Expired - Lifetime JPH0815839B2 (ja)

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US07/142,725 US4851656A (en) 1988-01-11 1988-01-11 Method and apparatus for enhancing optical photoplotter accuracy
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JPH023399A JPH023399A (ja) 1990-01-08
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