JPS62201414A

JPS62201414A - レ−ザ描画装置

Info

Publication number: JPS62201414A
Application number: JP61043759A
Authority: JP
Inventors: Shoji Tanaka; 田中　勝爾
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-09-05
Also published as: JPH0561613B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、レーザビームを用いて試料上に所望パターン
を描画するレーザ描画装置に係わり、特にＰＣＢ基板等
の直接描画に適したレーザ描画装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、Ｐ　ＣＢ　（Ｐｒｉｎｔ　Ｃ１ｒｃｕｉｔ　Ｂｏ
ａｒｄ　）等の試料に直接的にパターンを描画するもの
として、レーザビームを利用したレーザ描画装置が開発
されている。この装置は、試料を一方向に連続移動しな
がら、この移動方向と直交する方向にレーザビームを走
査し、ビームの０Ｎ−ＯＦＦを制御することにより、所
謂ラスクスキャン方式でパターンを描画するものである
。そして、大面積の試料であっても比較的短時間で描画
できると云う特徴を有している。

このようなレーザ描画装置において採用されているビー
ムの補正制御方式には、大別して２通りある。第１の方
式は、描画ビームとは別に基準ビームを用い、この基準
ビームで描画ビームの走査方向と平行に配置したミラー
スケールを照射する。

ここで、ミラースケールは反射部と非反射部とが交互に
配置された一種のリニアスケールであり、これにより反
射された基準ビームをフォトセンサで検知する。そして
、フォトセンサで検出された信号を直接に又は細分化し
、これをブランキング用の同期信号として用いるもので
ある。第２の方式は、特開昭５７−１５０８１７号公報
にあるように、描画ビームの各走査位置における偏向補
正量を予めメモリにストアし、実際の描画時にその補正
量を読出してビームの走査方向及びその走査方向と直交
する方向に対し描画ビームの偏向補正を行うものである
。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような聞届
があった。即ち、第１の方式では、光学系歪みやポリゴ
ンミラーの回転ムラに起因する誤差要因を除去すること
はできるが、ステージのヨーイングに伴う誤差は補正さ
れない。さらに、補正のための光学系を備えなければな
らず、このためスプリッタ、ターニングミラー、精密リ
ニアスケール、Ｆθレンズ及び集光用光ファイバ等の多
くの部品を要し、これらの取付けや光路調整等に高度な
熟練技術を要する。また、第２の方式では、ポリゴンミ
ラーの回転ムラやステージのヨーイング等による誤差を
防止することはできず、描画精度の低下を招いた。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、試料ステージのヨーイング等に起因す
るビーム照射位置のずれを補正することができ、描画精
度の向上をはかり得るレーザ描画装置を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、試料ステージの位置をリアルタイムで
検出し、この検出情報に基づいてレーザビームを偏向す
ることにより、試料ステージの位置ずれを補正すること
にある。

即ち本発明は、試料ステージ上に配置された試料にレー
ザビームを照射して該試料上に所望パターンを描画する
レーザ描画装置において、前記試料ステージを一方向（
Ｙ方向）に連続移動する手段と、レーザ発振器からのレ
ーザビームを反射し該反射ビームを前記試料上に照射す
るポリゴンミラーと、このポリゴンミラーを回転せしめ
上記反射ビームを前記試料ステージの移動方向と略直交
する方向（Ｘ方向）に走査する手段と、描画すべきデー
タに応じて前記ポリゴンミラー上に照射されるビームを
ブランキングする手段と、前記試料ステージの位置を検
出する手段と、この検出手段により得られた試料ステー
ジの検出位置と本来あるべき設定位置との差分を求め、
この差分に応じて前記ビームを偏向する手段とを設ける
ようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わるレーザ描画装置の基
本、構成を示す図である。図中一点鎖線の右側が描画装
置本体であり、左側がその制御部である。

描画装置本体は、レーザビームを放射するＡｒレーザ（
レーザ発振器）１１、ビームの光路を変える反射鏡１２
ａ、〜、１２ｄ、ビームをブランキングする音響光学変
調器（以下ＡＯＭと略記する）１３、ビームを試料２０
上でＸ方向に微小偏向する音響光学偏向器（以下ＡＯＤ
と略記する）　１４、ビームを反射して試料２０上でＸ
方向に走査するポリゴンミラー１５、Ｆθレンズ１６、
シリンドリカルレンズ１７、対物ミラー１８及び試料２
０を載置する試料ステージ１９等から構成されている。

反射ミラー１２ｂには、該ミラー１２ｂの設置角度を可
変する第１のピエゾ素子（以下ＰＺと略記する）２１が
取付けられており、このＰＺ２１に印加する電圧により
、ビームの経路が試料２０上でＹ方向に微小偏向される
。ポリゴンミラー１５は、第１のモータ２２により回転
駆動されるが、ポリゴンミラー１５の回転軸には該ミラ
ー１５の回転量を検出するロータリーエンコーダ２３が
設けられている。対物ミラー１８には、試料２０上に照
射されるビームが集束するようにミラー１８の設置位置
を移動する第２のモータ２４及びミラー１８の設置角度
を微小可変する第２のＰＺ２５が設けられている。試料
ステージ１９は、第３のモータ２６によりＹ方向に連続
移動されるものであり、試料ステージ１９の下面側には
、該ステージ１９のＹ方向位置を検出する磁気スケール
用のセンサ（以下ＭＳＳと略記する）２７が設けられて
いる。試料ステージ１９のＹ方向に平行な一側面には、
ステージ１９のＸ方向のヨーイングを検出するためのギ
ャップセンサ（以下ＧＳと略記する）２８が設けられて
いる。また、試料ステージ１９には後述する如き基準マ
ーク及び受光素子等からなるピッチセンサ２９が設けら
れている。

一方、制御部は、基本的にはＣＰＵ４１、磁気テープ装
置４２、磁気ディスク装置４３、描画パターン処理回路
４４、走査制御回路４５、補正制御回路４６、駆動制御
回路４７及び各種ドライバ（以下ＤＲＶと略記する）　
４８ａ、〜、４８ｄ等から構成されている。描画制御回
路４４は、ダイレクトメモリアクセス回路（ＤＭＡ）、
　　ビット変換器及びブランキング信号発生器等からな
るもので、ＣＰＵ４１から与えられる描画データ及び走
査制御回路４５から与えられるシフトクロック等に基づ
いてブランキング信号を発生する。そして、描画制御回
路４４で作られたブランキング信号に試づいてＤ　ＲＶ
　４８ａにより前記ＡＯＭ１３が駆動される。走査制御
回路４５はエンコーダ２３からのパルス信号に基づいて
シフトクロックを発生すると共に、描画パターン処理回
路４４及び補正制御回路４６に所定の制御指令を送出す
る。

補正制御回路４６は、各種偏向走査及び偏向補正を行う
もので、各種センサ２７．〜，２９の検出信号に基づい
てＤ　ＲＶ　４８ｂ、４８ｃに補正量を出力する。そし
て、ＤＲＶ４８ｂｌ：：より前記Ａ　ＯＤ　１４が駆動
サレ、。

ＤＲＶ４８ｃｌ；：より前記Ｐ　Ｚ　２１，２５が駆動
サレル。

また、駆動制御回路４７は各種モータを駆動制御するも
のであり、この回路４７の信号を入力したＤ　ＲＶ　４
８ｄにより前記モータ２２，２４．２８が駆動されるも
のとなっている。

次に、レーザ描画装置本体とその制御部の具体的な構造
及び作用について、更に詳しく説明する。

第２図は描画装置本体の概略構成を示す斜視図である。

なお、第２図の構成は第１図と一部異なっているが、こ
れは第２図の装置が試料２０の表裏両面に描画すること
を想定した例であるからであり、下側の光学系を除去す
れば第１図と実質的に同一のものである。Ｙ方向に移動
可能な試料ステ−ジ１９上には、ＰＣＢ等の試料２０が
載置されている。試料ステージ１９は、第３図に側断面
図を第４図に平面図を示す如く、矩形状の板体に試料２
０より小径の窓ＩＱａを形成したもので、その上面にガ
ラス板３１ａ、３１ｂで試料２０を挟み込んで試料２０
を固定保持するものとなっている。なお、上側のガラス
板３１ａはクランプ３２に固定され、クランプ３２と共
に回動するものとなっている。試料ステージ１９は、ナ
ツト３３及びこのナツト３３に螺合するボールネジ３４
を介してモータ２６に接続されている。そして、モータ
２Ｂの回転により、試料ステージ１９はＹ方向に連続移
動されるものとなっている。

一方、レーザ発振器１１から放射されたレーザビームは
、反射ミラー１２ａで反射されたのちビームブランキン
グのためのＡＯＭ１３に照射される。

ＡＯＭ１３を通過したレーザビームは、Ａ　ＯＤ　１４
を通過する際に偏向されて反射ミラーＬ２ｂに照射され
る。反射ミラーｔｚｂには図示しないが前記ＰＺ２１が
接続されており、ミラー１２ｂで反射したビームはビー
ムを上下に切換えるためのＡ　ＯＤ　３５に照射される
。ここで、第２図の装置は試料２０の上下両面に描画す
ることを想定した例であり、前記反射ミラー１２ｂの代
りにＡ　ＯＤ　３５を用いたものである。Ａ　ＯＤ　３
５により、例えば上方向に切換えられたビームは、反射
ミラーＬ２ｄにより反射され、ポリゴンミラー１５に照
射される。ポリゴンミラー１５で反射されたレーザビー
ムは、Ｆθレンズ１Ｂ及び図示しないシリンドリカルレ
ンズを通り、さらに対物ミラー１８で反射されて、前記
試料２０の上面に照射結像されるものとなっている。ま
た、ＡＯＤ３５にて下側に切換えられたレーザビームは
、上記と同様に反射ミラー１２ｄ’、　ポリゴンミラー
１５′。

Ｆθレンズ１Ｂ’を介して試料２０の下面に照射結像さ
れるものとなっている。

ポリゴンミラー１５は、高精度に鏡面仕上げされた例え
ば８面の反射面を有するもので、空気軸受３６により支
承された回転軸３７の上下にそれぞれ固定されている。

ここで、ポリゴンミラー１５は回転軸３７に確実に固定
される必要があり、望ましくはポリゴンミラー１５を回
転軸３７と一体に形成すればよい。回転軸３７はパルス
モータ２２に直結して接続されている。従って、モータ
２２の回転により、ポリゴンミラー１５は所定の回転数
で回転する。この回転により、前記試料２０上に照射さ
れるレーザビームは、ステージ１９の移動方向（Ｙ方向
）と直交するＸ方向に走査されるものとなっている。ま
た、モータ２２の下部には、後述する如く該モータ２２
の回転角度、即ちポリゴンミラー１５の回転角度を検出
するロータリーエンコーダ２３が設けられている。

第５図は制御部の要部構成、特に走査制御回路４５及び
補正制御回路４Ｂを示すブロック図である。

走査制御回路４５は、モード指定部（以下ＭＯＤと略記
する）５１．描画開始位置ＤＳＰがセットされるレジス
タ５２．アドレスユニットＡＵがセットされるレジスタ
５３１代数演算ユニット（以下ＡＬＵと略記する）５４
．ラッチ回路５５．Ｙ位置カウンタユニット５６．Ｘ位
置カウンタユニット５７゜位相ロック回路（以下ＰＬＬ
と略記する）５８７分周回路５９及びアンドゲート８１
，６２等から構成される。前記第１図の試料ステージ１
９のＹ方向に関する移動に関して、ＭＳＳ２７からＹ位
置カウンタユニット５６に対し、１ミクロンの移動量毎
に１パルスで実際の移動量が入力され、そこで計数され
る。

３８は試料ステージ１９の原点位置信号を発する磁気ス
イッチであり、このスイッチ３８からの原点信号は前記
Ｙ位置カウンタユニット５Ｂの内容をクリアするように
なっている。ラッチ回路５５は、Ｙ位置カウンタユニッ
ト５Ｂの内容がその最小単位量変化する毎に、その後の
値を保持する。ＡＬＵ５４は、バス５０からそれぞれレ
ジスタ５２．５３に対し指令され、これらのレジスタ５
２．５３から与えられる値Ｂ（描画の際のＹ方向スター
ト位置）及び描画のスキャンピッチ（１アドレスユニツ
ト）Ｃを入力し、ＢとＣの累積値ΣＣとの和（Ｂ＋ΣＣ
）を求め、この和（Ｂ＋ΣＣ）とラッチ回路の値Ａとを
比較する。この比較出力ΔＹ ΔＹ−（Ｂ＋ΣＣ）　−Ａはライン８０ａを介してＤ／Ａ変換器（以下ＤＡＣと略
記する）　８１に与えられ、このＤ　Ａ　Ｃ８１の出力
は増幅器８２を経て前記ＰＺ２１に与えられる。これに
より、レーザビームのＹ方向位置を補正するようになっ
ている。この操作をフローチャートで示したのが第６図
である。ここで、Ｄは最大補正量であり、ΔＹがこの補
正ｍＤより大きいときは、試料ステージ１９が移動して
ΔＹがＤ以下になるのを待つことになる。

つまり、レーザビームの１スキヤン毎に描画開始位置の
設定値が試料ステージ１９の実際のＹ方向位置と比較さ
れ、これらの差に応じて前記ＰＺ２１により反射ミラー
１２ｂの設置角度が可変され、上記差分だけビームがＹ
方向に偏向されることになる。このため、試料ステージ
１９に移動速度の変化やＹ方向のヨーイング等があって
も、ビーム照射位置のずれは未然に防止されることにな
る。

ポリゴンミラー１５と一体になって回転するエンコーダ
２３は、第７図（ａ）（ｂ）に示す如く構成されている
。即ち、前記回転軸３７と一体になって回転する円板体
６４にポリゴンミラー１５のフェース面を検知するため
の窓部６５及び回転角度検出用の窓部６Ｂが形成され、
それぞれの窓部６５，８Ｂに対向して光センサ６７；８
８が設けられている。ここで、窓部６５はポリゴンミラ
ー１５のフェース面に対応して一定ピッチ（４５度間隔
）で８個設けられている。但し、第１のフェースを特定
するために、窓部６５の１個は２つの開口から形成され
ている。また、窓部６Ｂは一定ピッチで８０００個、つ
まり１つのフェースに対して１０００個設けられている
。従って、円板体６４の部材をクロム、窓部６５，８Ｂ
の部材をガラスとしておけば、円板体Ｂ４の内部に光源
を配置することにより、光センサ８７，８８ではポリゴ
ンミラー１５のフェース面及び回転角度に対応したパル
ス信号が出力されることになる。

エンコーダ２３からは、第８図に示す如くポリゴンミラ
ー１５の各反射面に対応して出力されるエンコーダフェ
ースパルスＥＦＰとエンコーダパルスＥＣＰがミラー１
５の回転と同期して発せられ、描画方向のＸ位置カウン
タユニット５７に入力されている。このＸ位置カウンタ
ユニット５７は、第８図に示すポリゴンミラー１５のフ
ェースを特定するフェースカウンタＦＡＣＥ　ＣＴＲと
各フェース信号発生後の３２個のエンコーダパルスＥＣ
Ｐを経たのち、６４０個のエンコーダパルスＥＣＰが与
えられている間出力をゲート６１へ与える計数部を有す
る。また、Ｘ位置カウンタユニット５７からの信号Ｐは
エンコーダフェースパルスＥＦＰ到来毎に前記ＡＬＵ５
４に対し比較指令を行う。また、ＡＬＵ５４からゲート
６１に対しレディ信号Ｑが入力されている。この信号Ｑ
はＡＬＵ５４での演算結果（ΔＹ）が出力されている間
、即ちＹ方向の補正がなされていると云うことを示す条
件信号である。ゲート６１の出力は第８図に示すＤＲＡ
Ｗ　Ｘ　（描画範囲を特定する信号）として、前記描画
パターン処理回路４４に与えられる。この描画パターン
処理回路４４では、上記信号ＤＲＡＷ　Ｘの到着回数を
計数し、試料ステージ１９上におけるＹ方向の描画範囲
を確認するために用いる。

エンコーダパルスＥＣＰはＰ　Ｌ　Ｌ　５８に与えられ
、ここで逓倍される。逓倍の値はＭ　ＯＤ　５１からの
指示により選択されるようになっており、本例では画素
の大きさが１．０．５Ａ−Ｕ（アドレス二二ット）に応
じてそれぞれ１２８倍、２５６倍とされている。

分周器５９でＰＬＬ５８の出力パルスの周波数をｌ／４
に分周する。従って、エンコーダパルスＥＣＰはＰＬＬ
５８及び分周器５９により、最終的に１２８／４−３２
逓倍されることになる。分周器５９の出力はゲート６２
に入力され、信号ＤＲＡＷ　Ｘの存在下でシフトクロッ
ク信号ＳＣＫとして描画パターン処理装置４４に入力さ
れる。そして、このシフトクロックＳＣＫが、レーザビ
ームの試料ステージ１９上への照射・非照射を指令する
ブランキング信号を発生させるためのタイミング信号と
して用いられる。

ここで、ＰＬＬ回路５８及び分周器５９を用いたのは、
エンコーダパルスＥＣＰの分解能がその製作上、ブラン
キング信号を直接発生させる程細かくできないため、エ
ンコーダパルスＥＣＰの逓倍を行い、且つその際各シフ
トクロックパルスＳＣＫが相続くエンコーダパルスＥＣ
Ｐ間でその位相が大きくずれるのを防ぐために位相をロ
ックする機能を利用しているのである。いずれにしても
このシフトクロック信号ＳＣＫは、エンコーダ２３の回
転にムラ（ワウフラッタ等）があってもそれに応じたタ
イミングで発生されるので、その回転ムラに基づくＸ方
向の描画位置におけるブランキング信号のずれを防ぐこ
とが可能である。

このようにエンコーダパルスＥＣＰに基づいてビームブ
ランキングのタイミングを制御しているので、ポリゴン
ミラー１５の回転ムラ等に起因する描画精度の低下を防
止することが可能となる。即ち、従来のように基準クロ
ック信号に基づいてビームブランキングのタイミングを
制御するのでは、ポリゴンミラー１５の回転数が一定の
場合問題ないが、ポリゴンミラー１５の回転数が僅かで
も変わると試料２０上のビーム照射位置が大きくずれる
ことになる。例えば、ポリゴンミラー１５の回転数が減
少した場合、試料２０上に照射されるビームは実際の位
置よりも遅れてブランキング制御されることになり、描
画パターンが正規のパターンよりも伸長したものとなる
。逆に、ポリゴンミラー１５の回転数が増大した場合、
試料２０上に照射されるビームは実際の位置よりも速く
ブランキング制御されることになり、描画パターンが正
規のパターンよりも縮小したものとなる。これらの描画
パターンの伸長或いは縮小は、各スキャン毎に同一であ
れば問題ないが、上記回転ムラは一部のスキャン時にお
いて発生するものであるから、描画精度の著しい低下と
なる。これに対し本実施例では、エンコータ２３のエン
コーダパルスＥＣＰ、つまりポリゴンミラー１５の回転
に同期した信号によりシフトクロックＳＣＫを作成し、
このシフトクロックＳＣＫに基づいてビームブランキン
グを制御して、いるので、ポリゴンミラー１５の回転数
が変化しても、試料２０上に照射されるビームは正規の
位置でブランキング制御されることになり、これにより
ポリゴンミラー１５の回転ムラに起因する描画精度の低
下が未然に防止されることになる。

補正制御回路４Ｂは、フェースポジションアドレスＦＰ
Ａがセットされるレジスタフ１１選択指令回路７２．コ
ーダ７３．基準マーク信号発生器７４．セレクタ７５．
メモリ７Ｂ、ＡＮＤゲート７７．７８及びＯＲゲート７
９等から構成されている。エンコーダ２３からのエンコ
ーダパルスＥＣＰ及びエンコーダフェースパルスＥＦＰ
はコーグ７３に入力されており、該コーグ７３からはラ
イン８０ｂにおいてポリゴンミラー１５の各フェースの
番号とそのフェース上での位置を表わす信号ＦＰＡ’を
逐次与える。一方、レジスタ７１に与えられるＦＰＡは
Ｉ１０バス５０に現われるフェース番号と同フェース上
での位置とを表わす指令値であり、基準マーク信号発生
器７４に入力されている。

基準マーク信号発生器７４は、前記ＣＰＵ４１からライ
ン８０ｃを介して指定されたフェース番号及び同フェー
ス上での位置ＦＰＡを受入れ、そのＦＰＡにコーグ７３
の出力ＦＰＡ’が一致したときＡＮＤゲート７７に対し
ライン８０ｄを介して出力を与える。ＡＮＤゲート７７
はＣＰＵ４１から後述する校正出力ＣＡＬが与えられて
いる条件下で、基準マーク信号発生器７４からの出力を
通過させる。そして、基準マーク信号発生器７４の出力
がＯＲゲート７９を経て、校正時のブランキング信号Ｂ
Ｌとなる。このブランキング信号ＢＬは、増幅器８３を
経て前記ＡＯＭ１３に与えられ、このＡＯＭ１３により
レーザビームの試料ステージ１９上への照射・非照射が
制御される。なお、正規の描画時のブランキング信号は
、描画パターン処理回路４４からゲート７８．７９を介
して送られる。

一方、基準マーク信号発生器７４からは、ライン８０ｅ
を介してライン８０ｄへの出力より少し遅れてサンプル
ホールド用のタイミング信号が、サンプルホールド回路
（以下ＳＨと略記する）８４に与えられる。この５Ｈ８
４は、前記ＣＡＬ信号の条件のもとで与えられるブラン
キング信号（ＥＣＰパルス２ビット分）によって与えら
れるレーザビームが後述する基準マークを通過し、そこ
に配置された受光素子（ＰＤ）９３で受光され、その出
力が積分器８５で積分された値を前記タイミング信号で
ホールドする。そして、５Ｈ８４でホールドされた値は
Ａ／Ｄ変換器（以下ＡＤＣと略記する）８６でデジタル
量に変換され、ＣＰＵ４１からのリード信号Ｒに応答し
てう・イン８０１’からＣＰＵ４１に送られる。

同時に、このリード信号Ｒにより積分器８５を構成する
コンデンサに蓄えられた電荷を放電させるよう指令する
ようになっている。

さらに、コーグ７３からはマークタイミングパルスＭＴ
Ｐが基準マーク信号発生器７４に与えられている。この
信号ＭＴＰは、コーダ７３内のカウンタの計数状態が遷
移状態を脱した後発せられるものであり、前述したライ
ン８０ｂとライン８０ｃ上のデータの比較（一致してい
るか否か）を指令するものである。セレクタ７５は、コ
ーグ７３又はＣＰＵ４１から与えられるフェース番号或
いは同フェース上での位置を表わす信号ＦＰＡを選択指
令部７２からの信号に応じて選択するものである。メモ
リ７Ｂは、セレクタ７５の出力をそのアドレス端子ＡＤ
Ｒ９で受け、またそのデータ入力端子ＤＩＮにはＩ１０
バス５０を介してＣＰＵ４１から与えられる値ΔＸＦＰ
が入力されるようになっている。

メモリ７Ｂの出力側のライン８０ｇはＤ　Ａ　Ｃ８７に
与えられ、信号加算部８Ｂを介して前記Ａ　ＯＤ　１４
に与えられる。従って、Ａ　ＯＤ　１４はメモリ７Ｂか
ら出力される値と試料ステージ１９のＸ方向の揺ぎ（Ｙ
方向移動中）を測定するＧ　Ｓ　２８の検出出力ΔＸ　
ｙａｗとの和を補正値ΔＸとして出力、即ちレーザビー
ムをΔＸだけ偏向させるよう作用する。ここで、Ｇ　Ｓ
　２８は試料ステージ１９のＸ方向のヨーイングを測定
するものであり、Ｇ５２ｇの出力に基づいてＡ　ＯＤ　
１４によりビーム照射位置がＸ方向に補正されるので、
試料ステージ１９のＸ方向のヨーイングに起因するビー
ム照射位置のずれを未然に防止することが可能となる。

次に、ピッチセンサ２９及びこれを用いた光学系型の補
正方法（校正方法）について説明する。

第９図（ａ）〜（Ｃ）はピッチセンサの構造を説明する
ための図である。ピッチセンサ２９は基準マーク部と受
光素子とで形成されている。即ち、第９図（ａ）に示す
如く試料ステージ１９上にＸ方向に沿って配置された薄
板体９■に一定間隔で４０個の微小スリット（基準マー
ク）９２が設けられている。そして、これらのスリット
９２に対向するように、試料ステージ１９の裏面側には
第９図（ｂ）に同図（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面を示す如く
複数のフォトダイオード（以下ＰＤと略記する）９３が
配置されている。

なお、図示はしないが、試料ステージ１９には薄板体９
１よりも小径の開口が設けられており、薄板体９１はこ
の開口を閉塞するように取着されている。

また、複数のＰＤ９３を用いる代りに、スリット９２の
下側部分にそれぞれ光ファイバーの一端を配置し、該フ
ァイバーの他端を光結合して単一のＰＤ９３に光を導く
ようにしてもよい。ここで、スリット９２の間隔は、前
記エンコーダパルスＥＣＰに対して、第９図（Ｃ）に示
す如くエンコーダパルスＥ　ＣＰ　１６個に対応するも
のとなっている。なお、上記薄板体９１は必ずしも一体
のものでなくともよく、複数個の分割部分からなり各分
割部分の相互位置（Ｘ方向）を調節して取付けるように
しておけば、各スリット間隔をより精度良く設定できる
。

まず、ＣＰＵ４１からゲート７７に校正出力ＣＡＬを与
えておく。ＣＰＵ４１からライン８０ｃを介して基準マ
ーク信号発生器７４に基準マーク位置に対応するミラー
位置（フェース番号と同フェース上での位置）ＦＰＡが
与えられ、その位置に実際のエンコーダフェースパルス
ＥＦＰ及びエンコーダパルスＥＣＰが到来したとき基準
マーク信号発生器７４によりブランキング信号（ここで
は、ビームをＯＮするアンブランキング信号）を２ビツ
トの間発生させ、対応する基準マーク付近をレーザビー
ムにて照射しＰＤ９３にて受光させる。その際、ＣＰＵ
４１からはライン８０ｈを介してレーザビームをＸ方向
にΔＸＦＰだけ偏向させる指令が与えられる。第１Ｏ図
には１つの基準マーク位置のスリット９２（３ビツト分
開口している）に対し同じポリゴンミラー１５のフェー
ス番号に関して、八Ｘ　５　。

ΔＸ　、〜、Δｘ２０の如く少しずつ異なる数１０個の
ΔＸＦＰをＣＰＵ４１から逐次与え、スリット中心を測
定するプロセスを示す。同図のスリット端Ｓ１＋３２の
間に介在する出力波形部分（斜線部）が実際のＰＤ９３
の出力であって、これらはその都度積分されＣＰＵ側へ
ライン８０ｆを介して読取られる。

第１１図はＣＰＵ４１の中で読取られたセンサデータか
ら第１０図のスリット９２の中央位置に対応するΔＸＦ
Ｐの値を算出する様子を説明する図であって、第１１図
で横軸はΔＸＦＰの値を示し、縦軸は読取られた各ΔＸ
Ｆ、に対応する積分値を示す。プロットした波形は台形
を示し、その上底部分は第１０図のΔＸ　　〜、ΔＸ１
３に対応している。第１１図でス１０″ リット９２の中央に対応するΔＸＦＰの値は次のステッ
プで判定する。まず、台形の高さの最大値の１７２に対
応する斜線α、β上の点位置Ｐ　　、Ｐβα を求め、同点Ｐ　　、ＰβのΔＸＦＰの値をΔＸｏ。

α ΔＸ　とする。次いで、（Δχ　＋Δｘ）／２ｅ　　　　　　　　　ｔを計算する。この値が、測定対象としている基準マーク
の中央位置にレーザビームを照射するための補正量であ
る。そして、この補正量は各マーク（４０個）全てに亙
って測定され、且つ算出される。

また、ＣＰＵ４Ｌでは各マーク間の位置における補正量
をも直線補間演算によって求めるようにしている。これ
により、Ｘ方向での６４０個の描画位置（ＥＣＰ換算）
における各補正データが、ＣＰＵ４１からアドレス指定
されながらメモリ７Ｂに送られるようになっている。

以下、この測定の操作を下記に示す第１表乃至第３表を
参照して説明する。

第１表に示すΔＸＦＰテーブルを自動的に埋めるのが校
正動作である。ポリゴンミラー１５の各フェース（ＦＯ
ｒ　　Ｆｌ　＋　〜、Ｆ７）毎に試料ステージ１９上（
基準はエンコーダ）での位置（Ｐ、Ｐｌ。

〜、Ｐ　　　）に対して、Ａ　ＯＤ　１４に制御値を与
えて位置修正すべき量ΔＸＦＰを決定することになる。

この第１表のうち、○印を付けたＰ　　、Ｐ０１６”　
′ Ｐ　　は試料ステージ１９上のピッチセンサ２９を用い
て自動測定する位置であり、中間のＰ、Ｐ２゜〜、Ｐ　
　　Ｐ　　　〜、Ｐ　　、Ｐ　　　・・・は直線補間１
５’　　　　１７°　　　　　　　３１　　　　３３”
演算で求める。このΔＸＦＰテーブルは補正制御回路４
Ｇにあるメモリ７６と同じであり、校正動作中はＣＰＵ
４Ｌの主メモリにある。校正動作が完了するとΔＸｐｌ
）の内容は磁気ディスク装置４２に保存される。描画時
には、磁気ディスク装置４２に保存されているΔＸＦＰ
を補正制御回路４Ｂのメモリ７６に格納する。

第２表のＤＦｎテーブルは、ＣＰＵ４１の主メモリに一
時的に持つもので、ピッチセンサ２９の第１７−りを用
いて測定された測定値を埋めるテーブルである。Ａ　Ｏ
Ｄ　１４に制御値を与えΔＸｏなるビーム位置変位を、
ビームが第１マーク通過時に与えた時にＰＤ９３から得
る出力がＦＯ＋　　Ｆ２＋　〜。

Ｆｌに対してそれぞれ　Ｄ　　　、ＤＯ，８１，０” Ｄ　　であったとする。次に、ΔＸｉなるビーム７．０変位を与えて同様にＤ　　　、Ｄ　　　、〜”７．１ｏ
、ｔ　　　　　　ｉ、ｉを求める。ΔＸ　に対応するＤ　　　、Ｄｎ　　　　　
　　Ｏ，ｎ　　　ｌ・ｎ　Ｉ　　ＩＤ　　まで求まると
、前記第１０図及び第１１図に示７、ｎした方法で第１マークの中間位置をアドレスし得るＡＯ
Ｄ補正値を計算で求め、その解がΔＸｏ、。。

ΔＸ　　、〜、ΔＸ　　となる。これで、第１表１．０
　　　　　７，０のΔＸ　テーブルのＰ　に対応したΔＸＦＰが埋めＦＰ
　　　　　　　　　　　Ｏられる。

第３表は、第２表と同様の目的のものであるが、第２マ
ーク以降（Ｐ　−１６，３２，〜、　８４０　）で用い
る。第３表は第２マークの例であるが、ＡＯＤ出力に関
しては第１マークで求めた解を流用し、これを中心に少
ない範囲の変化量ΔＸ、〜ΔＸ、をＩ　　　　　　　　
　Ｊ与えている。即ち、第１マークと第２マーク間では、光
学系歪みによる位置誤差は僅かであるため、このように
すれば短時間に必要なデータだけを採集できる。第３マ
ークの場合は、第２マークでの結果を用いる。第１表に
戻って、上記のプロセスを経ると、ΔＸ　テーブルのｐ
、ｐｌＧ、〜。

ＦＰ　　　　　　　　　　　ＯＰ　　は埋められる。最後に直線補間演算をして空欄を
埋め、磁気ディスク装置４２に保存すれば自動校正は完
了する。

以下、この校正操作を第１２図及び第１３図のフローチ
ャートを参照して、更に詳しく説明する。まず、第１２
図のフローチャートに示す如くフェースポジションアド
レスＦＰＡから各フェース毎のＰＱを選択して基準マー
ク発生器７４に出力する（第１ステツプ）。ＣＰＵ４１
の主メモリのＦＯｒ〜、Ｆ７のｐ（ｐ）アドレスにΔｘ
ｏをう０　　　　０．０イトする（第２ステツプ）。ポリゴンミラー１５の１回
転におけるＰＤ９３の検出出力をリードし、ＤＦｎテー
ブルのΔＸｏ欄を埋める　（第３ステツプ）。次いで、
第２及び第３ステツプに戻り、上記メモリのＦ。、〜、
Ｆ７のＰ（Ｐ）アト００、ルスにΔＸ１をライトし、ポリゴンミラー１５の１回転に
おけるＰＤ９３の検出出力をリードしＤＦｎテーブルの
Δｘ１欄を埋める。これを繰返して、ＤＦｎテーブルの
ΔＸ　ｎ欄まで埋める。次いで、解ΔＸ　　、ΔＸ　　
、〜、ΔＸ　　を求め、ＸＦＰＯ，０１，０７，０テーブルのＰｏ欄を埋める（第４ステツプ）。

ここまでで、ＸＦＰテーブルのＰｏ欄の埋込みが完了す
る。次いで、第１ステツプに戻り、前記フェースポジシ
ョンアドレスＦＰＡから各フェース毎のＰＩ３を選択し
て基準マーク発生器７４に出力する。そして、上記した
第２及び第３ステツプを繰返して第４ステツプで解ΔＸ
　　、ΔＸＯ，１６１，１８°　′ ΔＸ７，１Ｂを求めＸＦＰテーブルのＰ２Ｏ欄を埋める
。

これらの操作を順次繰返して、ＸＦＰテーブルのＰ　　
欄まで埋める。

なお、上記のフローチャートでは第２マーク以降も第１
マークと同一の方法で行ったが、実際には第２マーク以
降は第１３図のフローチャートに示す如く前の解を利用
する。即ち、１つ前のマークにおける補正量ΔＸに基づ
いてΔＸの範囲をΔＸ１〜Δｘｊ　（ｉ＜ｊ）に設定し
、ΔＸの数を少なくする。第１ステツプは先と同様であ
り、第２ステツプにおいて、第２マークでは、ＣＰＵ４
１の主メモリのＦｏ、〜、Ｆ７のＰ１Ｂアドレスに下記
に示す如くΔＸ＋＋ΔＸをライトする。

Δχ　　＋ΔＸ　　　　　→　　（Ｆ　　　　　’）ｔ
　　　　　　　　ｏ、ｏ　　　　　　　　　　　ｏ、ｔ
ｅΔＸ　、　＋ΔＸ　　　　　→　　　（Ｆ　　　　　
）１　　　　　　１．０　　　　　　　　　　１．１Ｂ
Δχ　　＋ΔＸ　　　　　→　　（Ｆ　　　　）１　　
　　　　７．０　　　　　　　　　　７，１Ｂ次いで、
第３ステツプにおいて、ポリゴンミラー１５の１回転に
おけるＰ、Ｄ９３の検出出力をリードし、ＤＰｎテーブ
ルのΔＸ、＋ΔＸ欄を埋める。次いで、上記第２及び第
３のステップを繰返してＤＦｎテーブルのΔＸｊ＋ΔＸ
欄まで埋める。次いで、第４ステツプで先と同様にして
ＸＦＰテーブルのＰ１ｏ欄を埋める。

次いで、ｉ、ｊを再設定（第５ステツプ）したのち、第
１ステツプに戻り、上述した操作を繰返すことにより、
Ｘ　テーブルのＰ　　欄まで埋めＦＰ　　　　　　　６
４０る。この場合、第２マーク以降ではΔＸの数が少なくな
るので、マーク中心位置検出時間が第１２図のフローチ
ャートに示した操作の場合よりも大幅に短くなる。

このようにポリゴミラ−１５の回転角度に対する実際の
ビーム照射位置と本来あるべき照射位置との差を求め、
この差分（補正量ΔＸ）をメモリ７Ｂに記憶しておき、
実際の描画時にポリゴンミラー１５の回転角度に応じて
Ａ　ＯＤ　１４によりビームのＸ方向偏向位置ずれを補
正しているので、光学系の歪みに起因するビーム照射位
置のずれを未然に防止することが可能となる。つまり、
ポリゴンミラー１５の製作誤差やＦθレンズ１６の製作
誤差等に起因する再現性のある光学歪みの誤差補正が可
能となる。なお、ポリゴンミラー１５の各フェース面の
加工精度が極めて良好で、各フェース面におけるＰ　、
〜、Ｐ　　のそれぞれに対応する補正量ΔＸが略等しい
場合、１つのフェース面に対して上述の校正操作を行い
、全てのフェース面における補正量を同じにしてもよい
。

かくして本実施例によれば、試料２０を載置した試料ス
テージ１９をＹ方向に連続移動しながら、ボリボンミラ
−１５の回転によりレーザビームを試料２０上でＸ方向
に走査すると共に、描画すべきパターンデータに応じて
ビームをブランキング制御することにより、試料２０上
に所望パターンを描画することができる。そしてこの場
合、ビームのブランキングのタイミングを制御する手段
としてポリゴンミラー１５の回転速度に同期したエンコ
ーダパルスＥＣＰから作成したシフトクロックＳＣＫを
用いているので、ビームのブランキングがポリゴンミラ
ー１５の回転に同期して行われることになる。

このため、ポリゴンミラー１５の回転速度が変化しても
、試料２０上でビームがブランキングされる位置が可変
する等の不都合はない。従って、ポリゴンミラー１５の
回転ムラに起因するビーム照射位置のＸ方向ずれを防止
することができ、描画精度の向上をはかり得る。しかも
、光学系歪みに関する補正データを、前述した手法（ピ
ッチセンサ２９へのビーム走査、各マーク位置における
補正量ΔＸの算出及び直線補間演算等）により求め、こ
れを予めメモリ７６に記憶させておき、実際の描画時に
Ａ　ＯＤ　１４にてこれを補正しているので、光学系の
歪みに起因するビーム照射位置のずれを確実に防止する
ことができる。また、試料ステージ１９のヨーイングに
関しては、ＭＳＳ２７により試料ステージ１９のＹ方向
位置を測定し、ビームの１スキヤン毎にこのｎ１定位置
と本来あるべき位置との差を求め、この差分に応じてＰ
Ｚ２１により反射ミラー１２ｂの設置角度を可変してビ
ームの照射位置をＹ方向に補正している。このため、試
料ステージ１９のＹ方向に関するヨーイングに起因して
ビーム照射位置にＹ方向のずれを生じることはない。さ
らに、試料ステージ１９のＸ方向のヨーイングに関して
は、Ｇ　Ｓ　２ｇにより試料ステージ１９のＸ方向のず
れを検出し、この検出値に応じて前記Ａ　ＯＤ　１４に
よりビームをＸ方向に偏向している。このため、試料ス
テージ１９にＸ方向のヨーイングがあっても、ビーム照
射位置のＸ方向のずれが生じるのを未然に防止すること
ができる。

上記した理由から本実施例によれば、ポリゴンミラー１
５の回転ムラ、光学系歪み及び試料ステージ１９のヨー
イング等に対するビーム照射位置のずれを未然に防止す
ることができ、描画精度の著しい向上をはかり得る。ま
た、光学系の歪みを補正するために従来のように描画ビ
ームとは別の基準ビームを用いる必要もないので、光学
系の構成が複雑化するような不都合もなく、極めて実用
的である。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記レーザビームのＸ方向位置ずれ補正を
行う手段としてはＡＯＤに限るものではなく、ポリゴン
ミラーの回転速度に対し十分に応答性が速く、レーザビ
ームをＸ方向に偏向し得るものであればよい。さらに、
レーザビームのＹ方向位置ずれ補正を行う手段としては
反射ミラー及びピエゾ素子の組合わせに限るものではな
く、レーザビームを安定してＹ方向に偏向し得るもので
あればよい。また、実施例ではエンコーダパルスＥＣＰ
を逓倍してシフトクロックＳＣＫを作成したが、この逓
倍数は描画すべきパターンの最小寸法（アドレスユニッ
トの大きさ等）に応じて適宜変更可能である。さらに、
エンコーダパルスＥＣＰの分解能をブランキング信号を
直接発生できる程細かくできる場合、上記の逓倍処理は
必ずしも必要なく、エンコーダパルスＥＣＰを直接ブラ
ンキング信号として用いてもよい。

また、実施例では試料ステージの１回の移動により描画
すべき面の全面を描画するようにしたが、描画すべき領
域を複数のフレームに分割し、フレーム毎に描画するよ
うにしてもよい。つまり、１回の試料ステージのＹ方向
連続移動により１フレームを描画し、次いで試料ステー
ジをＸ方向にビーム走査幅分だけステップ移動した後、
再び試料ステージをＹ方向に連続移動しながら次のフレ
ームを描画する、所謂ハイブリッドラスクスキャン方式
であってもよい。この場合、ポリゴンミラーによるビー
ム走査幅を短くできるので、ポリゴンミラーによるビー
ム走査幅を実施例と同様にすればより大きな（フレーム
数倍）の試料の直接描画が可能となる。

また、Ｘ方向位置ずれ検出器はギヤップセンサに限るも
のではなく、試料ステージのＸ方向の位置ずれをリアル
タイムで検出し得るものであればよい。さらに、Ｙ方向
位置検出器は磁気スケール用のセンサに限るものではな
く、試料ステージのＹ方向立置を高精度に検出できるも
の、例えばレーザ干渉計であってもよい。また、描画す
べき試料はＰＣＢ基板に限るものではなく、ディスプレ
イ装置のパネル等、比較的大きな面に直接パターンを描
画する必要のあるものに適用することが可能である。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。

［発明の効果〕以上詳述したように本発明によれば、試料ステージの位
置を検出し、この検出情報に基づきレーザビームを微小
偏向して試料ステージの位置ずれを補正しているので、
試料ステージのヨーイング等に起因するビーム照射位置
のずれを未然に防止することができ、描画精度の向上を
はかり得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるレーザ描画装置の基
本構成を示す図、第２図は同実施例における描画装置本
体の概略構成を示す斜視図、第３図は試料ステージの構
造を示す側断面図、第４図は試料ステージの構造を示す
平面図、第５図は同実施例における制御部の要部構成を
示すブロック図、第６図はステージヨーイングの補正動
作を示すフローチャート、第７図はロータリーエンコー
ダの具体的構成を示す模式図、第８図はエンコーダの出
力パルス及びこれに基づくシフトクロック等の作成方法
を説明するための信号波形図、第９図はピッチセンサの
具体的構成を示す模式図、第１θ図及び第１１図はそれ
ぞれ基準マークの中心位置測定方法を説明するための模
式図、第１２図及び第１３図はそれぞれ光学系歪みの補
正量を求めるための動作を示すフローチャートである。１１・・・レーザ発振器、１２ａ、〜、１２ｄ・・・反
射ミラー、１３・・・音響光学変調器（ＡＯＭ）　、１
４・・・音響光学偏向器（ＡＯＤ）　、１５・・・ポリ
ゴンミラー、１９・・・試料ステージ、２０・・・試料
、２１．２５・・・ピエゾ素子（Ｐ　Ｚ）２２．２４．
２８・・・モータ、２３・・・ロータリーエンコーダ、
２７・・・マグネスケール用のセンサ（ＭＳＳ）、２８
・・・ギャップセンサ（ＧＳ）、２９・・・ピッチセン
サ、４１・・・ＣＰＵ、４４・・・描画パターン処理回
路、４５・・・走査制御回路、４６・・・補正制御回路
、４７・・・駆動制御回路。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第３図第４図第６図（ａ）（ｂ）第７図（ａ）（ｂ）（Ｃ）第９図第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料ステージ上に配置された試料にレーザビーム
を照射して該試料上に所望パターンを描画するレーザ描
画装置において、前記試料ステージを一方向（Ｙ方向）
に連続移動する手段と、レーザ発振器からのレーザビー
ムを反射し該反射ビームを前記試料上に照射するポリゴ
ンミラーと、このポリゴンミラーを回転せしめ上記反射
ビームを前記試料ステージの移動方向と略直交する方向
（Ｘ方向）に走査する手段と、描画すべきデータに応じ
て前記ポリゴンミラー上に照射されるビームをブランキ
ングする手段と、前記試料ステージの位置を検出する手
段と、この検出手段により得られた試料ステージの検出
位置と本来あるべき設定位置との差分を求め、この差分
に応じて前記ビームを偏向する手段とを具備してなるこ
とを特徴とするレーザ描画装置。
（２）前記試料ステージの位置を検出する手段は該ステ
ージのＸ方向位置ずれ量を検出するＸ方向位置検出器で
あり、前記レーザビームを偏向する手段は上記検出され
た試料ステージのＸ方向位置ずれ量に応じてビームを試
料上でＸ方向に微小偏向し、前記試料ステージのＸ方向
位置ずれを補正することである特許請求の範囲第１項記
載のレーザ描画装置。
（３）前記Ｘ方向位置検出器は、前記試料ステージのＹ
方向と平行な側面との間隔を測定するギャップセンサで
あることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のレー
ザ描画装置。
（４）前記試料ステージのＸ方向位置ずれを補正する手
段は、前記ポリゴンミラーに照射されるビームの光路中
に音響光学偏向器を設け、この偏向器に上記ずれ量に応
じた信号を印加することである特許請求の範囲第２項記
載のレーザ描画装置。
（５）前記試料ステージの位置を検出する手段は該ステ
ージのＹ方向位置を検出するＹ方向位置検出器であり、
前記レーザビームを偏向する手段は該ビームの１走査毎
に上記検出器による試料ステージの検出位置と設定位置
との差を求め、この差に応じてビームを試料上でＹ方向
に微小偏向し、前記ステージのＹ方向位置ずれを補正す
ることである特許請求の範囲第１項記載のレーザ描画装
置。
（６）前記Ｙ方向位置検出器は、磁気スケール用のセン
サであることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
レーザ描画装置。
（７）前記試料ステージのＹ方向位置ずれを補正する手
段は、前記ポリゴンミラーに照射されるビームの光路中
に反射ミラー及びこのミラーの設置角度を可変するピエ
ゾ素子を設け、このピエゾ素子に上記ずれ量に応じた信
号を印加することである特許請求の範囲第５項記載のレ
ーザ描画装置。