(57)【要約】【課題】感光媒体種によらず、それぞれの感光媒体との間の相対的な位置情報を正しく得ることができる位置制御装置および位置制御方法を提供する。【解決手段】光路上に１／４波長板６を配置し、レーザダイオード３から出射させたｓ偏光レーザビームＬＢ１を円偏光レーザビームＬＢ２へと変換して感光媒体ＰＳへ入射させる。レーザダイオード３の発光時間制御を併用することで、クロムマスクの場合にｓ偏光だと生じる干渉による光量変動を、ｐ偏光成分の寄与によって低減することができ、安定した位置制御が可能となる。【選択図】　　　　図１
2004020600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
前記光を対象物の表面に斜め入射させることによって対象物から生ずる反射光を検出する検出手段と、
前記光源と前記検出手段とを保持する保持手段と、
前記保持手段を前記対象物の表面における略法線方向に移動させる移動手段と、
を備え、
前記検出手段における反射光の検出結果に応じて、前記対象物に対する前記保持手段の相対的な位置を制御する装置であって、
前記対象物へと入射する入射光が、少なくとも前記入射光の入射平面と平行な偏光成分を含むことを特徴とする位置制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置制御装置であって、
前記入射光が、円偏光として入射することを特徴とする位置制御装置。
【請求項３】
光を発する光源と、
前記光を対象物の表面に斜め入射させることによって対象物から生ずる反射光を検出する検出手段と、
前記光源と前記検出手段とを保持する保持手段と、
前記保持手段を前記対象物の表面における略法線方向に移動させる移動手段と、
を備え、
前記検出手段における反射光の検出結果に応じて、前記対象物に対する前記保持手段の相対的な位置を制御する装置であって、
前記光源と前記対象物との間の前記光の光路上に１／４波長板を備えることを特徴とする位置制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の位置制御装置であって、
前記光源から発せられる光が直線偏光であり、
前記直線偏光の振動方向が、前記１／４波長板の光学軸に対して４５°をなすように、前記直線偏光を入射させることを特徴とする位置制御装置。
【請求項５】
光を発する光源と、
前記光を対象物の表面に斜め入射させることによって対象物から生ずる反射光を検出する検出手段と、
前記光源と前記検出手段とを保持する保持手段と、
前記保持手段を前記対象物の表面における略法線方向に移動させる移動手段と、
を備え、
前記検出手段における反射光の検出結果に応じて、前記対象物に対する前記保持手段の相対的な位置を制御する装置であって、
前記光源と前記対象物との間の前記光の光路上に１／２波長板を挿脱可能に備えることを特徴とする位置制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の位置制御装置であって、
前記光源から発せられる光が直線偏光であり、
前記直線偏光の振動方向が、前記１／２波長板を前記光路上に挿入した場合に前記１／２波長板の光学軸に対して４５°をなすように、前記直線偏光を入射させることを特徴とする位置制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の位置制御装置であって、
前記１／２波長板を経た光の偏光面が、前記光が前記対象物へと入射する際の入射平面と平行となるように、前記光を前記光源から発することを特徴とする位置制御装置。
【請求項８】
請求項６に記載の位置制御装置であって、
前記１／２波長板を経た光の偏光面が前記対象物への前記入射平面と垂直となるように、前記光を前記光源から発することを特徴とする位置制御装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の位置制御装置であって、
前記光源の発光条件を制御する発光制御手段を備え、
前記検出手段において検出される前記反射光の光量に応じて、前記光源の発光条件を制御することを特徴とする位置制御装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の位置制御装置を備え、
前記位置制御装置における制御によって定まる前記対象物の表面位置に、光ビームを集束させつつ走査することを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１１】
光源から光を発する工程と、
前記光を対象物の表面に斜め入射させることによって対象物から生ずる反射光を検出する検出工程と、
前記光源と前記検出手段とを保持する保持手段を前記対象物の表面における略法線方向に移動させる移動工程と、
を備えることにより前記対象物に対する前記保持手段の相対的な位置を制御する方法であって、
前記対象物へと入射する入射光が、少なくとも前記入射光の入射平面と平行な偏光成分を含むことを特徴とする位置制御方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の位置制御方法であって、
前記入射光が円偏光として入射することを特徴とする位置制御方法。
【請求項１３】
光源から光を発する工程と、
前記光を対象物の表面に斜め入射させることによって対象物から生ずる反射光を検出する検出工程と、
前記光源と前記検出手段とを保持する保持手段を前記対象物の表面における略法線方向に移動させる移動工程と、
を備えることにより前記対象物に対する前記保持手段の相対的な位置を制御する方法であって、
前記光源から発せられる光が直線偏光であり、
前記直線偏光の振動方向が、前記光源と前記対象物との間の前記光の光路上に備わる１／４波長板の光学軸に対して４５°をなすように、前記直線偏光を入射させることを特徴とする位置制御方法。
【請求項１４】
光源から光を発する工程と、
前記光を対象物の表面に斜め入射させることによって対象物から生ずる反射光を検出する検出工程と、
前記光源と前記検出手段とを保持する保持手段を前記対象物の表面における略法線方向に移動させる移動工程と、
を備えることにより前記対象物に対する前記保持手段の相対的な位置を制御する方法であって、
前記光源から発せられる光が直線偏光であり、
１／２波長板を前記光源と前記対象物との間の前記光の光路上に挿脱する工程を備え、
前記直線偏光の振動方向が、前記１／２波長板を前記光路上に挿入した場合に前記１／２波長板の光学軸に対して４５°をなすように、前記直線偏光を入射させることを特徴とする位置制御方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の位置制御方法であって、
前記１／２波長板を経た光の偏光面が、前記光が前記対象物へと入射する際の入射平面と平行となるように、前記光を前記光源から発することを特徴とする位置制御方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の位置制御方法であって、
前記１／２波長板を経た光の偏光面が、前記光が前記対象物へと入射する際の入射平面と垂直となるように、前記光を前記光源から発することを特徴とする位置制御方法。
【請求項１７】
請求項１１ないし請求項１６のいずれかに記載の位置制御方法であって、
前記光源の発光条件を制御する発光制御工程を備え、
前記検出工程において検出される前記反射光の光量に応じて、前記光源の発光条件を制御することを特徴とする位置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザービームを感材上にて走査することにより描画するレーザプロッタの描画ヘッドに用いられる、いわゆる三角測定法を用いた位置制御装置および位置制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザプロッタは、感光媒体にレーザ光を用いて露光を行うことにより、プリント基板やリードフレーム用のマスク等の所定のパターンを描画する描画装置である。レーザプロッタにおいては、出射するレーザ光の焦点位置に感光媒体の表面が位置する必要がある一方、感光媒体表面には一般に凹凸があるので、レーザプロッタには、レーザ光を走査しつつ感光媒体表面に照射する際に、レーザ光の焦点位置を常に感光媒体表面に保つためのオートフォーカス機構が備わっている。
【０００３】
オートフォーカス機構としては、例えば、特開平９−３１８８６９号公報に開示されているように、感光媒体に入射させたレーザ光の反射光をＣＣＤ（電荷結合素子）やＰＳＤ（位置敏感検出器）などを用いたセンサで検出して、その検出結果によって焦点位置を制御する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−３１８８６９号公報に開示されている技術を用いる場合、感光媒体がガラス基板に銀塩タイプの感光剤を塗布したエマルジョンマスクであれば、レーザ光を、入射平面と垂直な方向に振動方向を有する偏光であるｓ偏光として感光媒体に入射させることが望ましい。ｓ偏光は、入射面に平行な方向に振動方向を有する偏光であるｐ偏光に比べ高い反射率を有するので、レーザ光を効率よく検出できることがその理由である。なお、本明細書において、入射平面とは、感光媒体表面の法線とレーザ光（レーザビーム）の入射方向とを含む平面のことをさすものとする。
【０００５】
一方、ガラス基板にＣｒ膜およびＣｒＯ膜を形成した上にレジストを塗布したクロムマスクにおいては、ｓ偏光を入射させると、レジスト表面からの反射光と、レジストとＣｒＯとの界面とで生じる反射光とが所定の条件を満たすときに干渉し、本来のレジスト表面からの反射光を正しく検出することができない。これにより、感光媒体の位置情報を正しく得ることができなくなる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、感光媒体種によらず、それぞれの感光媒体との間の相対的な位置情報を正しく得ることができる位置制御装置および位置制御方法、さらには当該位置制御装置を組み込んだ光ビーム走査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、光を発する光源と、前記光を対象物の表面に斜め入射させることによって対象物から生ずる反射光を検出する検出手段と、前記光源と前記検出手段とを保持する保持手段と、前記保持手段を前記対象物の表面における略法線方向に移動させる移動手段と、を備え、前記検出手段における反射光の検出結果に応じて、前記対象物に対する前記保持手段の相対的な位置を制御する装置であって、前記対象物へと入射する入射光が、少なくとも前記入射光の入射平面と平行な偏光成分を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の位置制御装置であって、前記入射光が、円偏光として入射することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３の発明は、光を発する光源と、前記光を対象物の表面に斜め入射させることによって対象物から生ずる反射光を検出する検出手段と、前記光源と前記検出手段とを保持する保持手段と、前記保持手段を前記対象物の表面における略法線方向に移動させる移動手段と、を備え、前記検出手段における反射光の検出結果に応じて、前記対象物に対する前記保持手段の相対的な位置を制御する装置であって、前記光源と前記対象物との間の前記光の光路上に１／４波長板を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の位置制御装置であって、前記光源から発せられる光が直線偏光であり、前記直線偏光の振動方向が、前記１／４波長板の光学軸に対して４５°をなすように、前記直線偏光を入射させることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５の発明は、光を発する光源と、前記光を対象物の表面に斜め入射させることによって対象物から生ずる反射光を検出する検出手段と、前記光源と前記検出手段とを保持する保持手段と、前記保持手段を前記対象物の表面における略法線方向に移動させる移動手段と、を備え、前記検出手段における反射光の検出結果に応じて、前記対象物に対する前記保持手段の相対的な位置を制御する装置であって、前記光源と前記対象物との間の前記光の光路上に１／２波長板を挿脱可能に備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の位置制御装置であって、前記光源から発せられる光が直線偏光であり、前記直線偏光の振動方向が、前記１／２波長板を前記光路上に挿入した場合に前記１／２波長板の光学軸に対して４５°をなすように、前記直線偏光を入射させることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７の発明は、請求項６に記載の位置制御装置であって、前記１／２波長板を経た光の偏光面が、前記光が前記対象物へと入射する際の入射平面と平行となるように、前記光を前記光源から発することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８の発明は、請求項６に記載の位置制御装置であって、前記１／２波長板を経た光の偏光面が前記対象物への前記入射平面と垂直となるように、前記光を前記光源から発することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の位置制御装置であって、前記光源の発光条件を制御する発光制御手段を備え、前記検出手段において検出される前記反射光の光量に応じて、前記光源の発光条件を制御することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の位置制御装置を備え、前記位置制御装置における制御によって定まる前記対象物の表面位置に、光ビームを集束させつつ走査することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１１の発明は、光源から光を発する工程と、前記光を対象物の表面に斜め入射させることによって対象物から生ずる反射光を検出する検出工程と、前記光源と前記検出手段とを保持する保持手段を前記対象物の表面における略法線方向に移動させる移動工程と、を備えることにより前記対象物に対する前記保持手段の相対的な位置を制御する方法であって、前記対象物へと入射する入射光が、少なくとも前記入射光の入射平面と平行な偏光成分を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１２の発明は、請求項１１に記載の位置制御方法であって、前記入射光が円偏光として入射することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１３の発明は、光源から光を発する工程と、前記光を対象物の表面に斜め入射させることによって対象物から生ずる反射光を検出する検出工程と、前記光源と前記検出手段とを保持する保持手段を前記対象物の表面における略法線方向に移動させる移動工程と、を備えることにより前記対象物に対する前記保持手段の相対的な位置を制御する方法であって、前記光源から発せられる光が直線偏光であり、前記直線偏光の振動方向が、前記光源と前記対象物との間の前記光の光路上に備わる１／４波長板の光学軸に対して４５°をなすように、前記直線偏光を入射させることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１４の発明は、光源から光を発する工程と、前記光を対象物の表面に斜め入射させることによって対象物から生ずる反射光を検出する検出工程と、前記光源と前記検出手段とを保持する保持手段を前記対象物の表面における略法線方向に移動させる移動工程と、を備えることにより前記対象物に対する前記保持手段の相対的な位置を制御する方法であって、前記光源から発せられる光が直線偏光であり、１／２波長板を前記光源と前記対象物との間の前記光の光路上に挿脱する工程を備え、前記直線偏光の振動方向が、前記１／２波長板を前記光路上に挿入した場合に前記１／２波長板の光学軸に対して４５°をなすように、前記直線偏光を入射させることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１５の発明は、請求項１４に記載の位置制御方法であって、前記１／２波長板を経た光の偏光面が、前記光が前記対象物へと入射する際の入射平面と平行となるように、前記光を前記光源から発することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１６の発明は、請求項１４に記載の位置制御方法であって、前記１／２波長板を経た光の偏光面が、前記光が前記対象物へと入射する際の入射平面と垂直となるように、前記光を前記光源から発することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１７の発明は、請求項１１ないし請求項１６のいずれかに記載の位置制御方法であって、前記光源の発光条件を制御する発光制御工程を備え、前記検出工程において検出される前記反射光の光量に応じて、前記光源の発光条件を制御することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
＜装置構成および動作の概要＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る描画装置１００の構成を示す図である。描画装置１００は、感光媒体にレーザ光を用いて露光を行うことにより、プリント基板やリードフレーム用のマスク等の所定のパターンを描画する光ビーム走査装置、いわゆるレーザプロッタである。描画装置１００は、描画ヘッド１と、ＣＣＤ／ＬＤコントローラ１０と、メインコントローラ１５とを主として備えている。なお、図１には、水平面をｘｙ面、鉛直方向をｚ軸とする三次元座標系を付している。
【００２５】
描画ヘッド１は、光学系２と、レーザダイオード３と、一次元ＣＣＤイメージセンサ４とを主として備える。光学系２は、描画ヘッド１に入射した描画用レーザビームＬＢを、ベースＢＳ上に水平保持された感光媒体ＰＳ上に集光するための対物レンズ５を有する。感光媒体ＰＳは、ガラス乾板に感光剤の膜を形成したものであり、透光性を有している。描画装置１００においては、図示しない走査駆動手段の作用により、描画用レーザビームＬＢと感光媒体ＰＳとを相対的に水平移動させつつ、所定のタイミングで描画用レーザビームＬＢを感光媒体ＰＳに照射することにより、感光媒体ＰＳ上への所定のパターンの描画が実行される。
【００２６】
レーザダイオード３およびＣＣＤイメージセンサ４は、光学系２の焦点を感光媒体ＰＳの表面に自動的に合わせるための位置制御に用いられる。レーザダイオード３は、直線偏光であるレーザビームＬＢ１をベースＢＳ上に支持された感光媒体ＰＳの方向へと出射する。なお、レーザダイオード３には、これを駆動するためのレーザダイオード駆動回路（以下、ＬＤ駆動回路と呼ぶ）３１が付随している。
【００２７】
ＣＣＤイメージセンサ４は、レーザビームＬＢ１と同一面内に、すなわち、後述するレーザビームＬＢ２の感光媒体ＰＳへの入射平面内に、多数の画素が直線状に配列されたフォトダイオードＰＤを備え、感光媒体ＰＳからのレーザビームＬＢ１の反射光ＲＢをそれぞれのフォトダイオードＰＤで受光する。本実施の形態における位置制御は、フォトダイオードＰＤが反射光を受光する受光位置、およびその受光強度に基づいて行われる。換言すれば、位置ＣＣＤイメージセンサ４からの出力信号の波形に基づいて行われる。なお、本実施の形態では、レーザダイオード３が光源に相当し、ＣＣＤイメージセンサ４が検出手段に相当し、描画ヘッド１が保持手段に相当する。
【００２８】
また、レーザビームＬＢ１が感光媒体ＰＳに達するまでの光路上には、１／４波長板６が配置されている。１／４波長板６は、例えば、水晶や雲母などからなる板状の素子である。図２は、本実施の形態における１／４波長板６の作用を模式的に示す図である。図２に示すように、１／４波長板６は、直線偏光であるレーザビームＬＢ１が垂直に入射するように、すなわち、図２におけるＸＹ平面と平行な向きに、かつ、入射するレーザビームＬＢ１の偏光ベクトルＥ１０が１／４波長板６の光学軸ＡＸ１およびＡＸ２のそれぞれと４５°をなすように配置されている。このような位置関係を保ってレーザビームＬＢ１が１／４波長板６に入射することにより、光学軸ＡＸ１と平行な第１偏光成分ベクトルＥ１１と、これと１／４波長分だけ位相がずれた、光学軸ＡＸ２と平行な第２偏光成分ベクトルＥ１２とを有する、円偏光のレーザビームＬＢ２が得られ、このレーザビームＬＢ２が感光媒体ＰＳの表面の法線方向から傾いた方向に、斜めに照射されることとなる。
【００２９】
描画ヘッド１は、ボールねじ８を介してサーボモータ７の回転軸に固定されている。それにより、描画ヘッド１は、矢印ＡＲ１に示すようにｚ軸方向（鉛直方向）に移動可能となっている。サーボモータ７はサーボドライバ９により駆動される。初期状態では、描画ヘッド１はｚ軸原点ｚ０に位置する。本実施の形態では、サーボモータ７が移動手段に相当する。
【００３０】
ＣＣＤ／ＬＤコントローラ１０は、ＣＣＤイメージセンサ制御部（以下、ＣＣＤ制御部と呼ぶ）１１と、レーザダイオード制御部（以下、ＬＤ制御部と呼ぶ）１２と、アナログ・デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と呼ぶ）１３と、第１メモリ１４と、タイミング制御部２０とを主として備える。一方、メインコントローラ１５は、ＣＰＵ１６と、モータコントローラ１７と、転送制御部１８とを含む。
【００３１】
ＣＣＤ制御部１１は、ＣＣＤイメージセンサ４の出力タイミングを制御する。ＬＤ制御部１２は、レーザダイオード３の点灯タイミングおよび光量を制御する。Ａ／Ｄ変換器１３は、ＣＣＤイメージセンサ４の出力信号（アナログ信号）を出力データ（デジタルデータ）に変換する。第１メモリ１４は、Ａ／Ｄ変換器１３により得られた出力データを記憶する。タイミング制御部２０は、基準パルス信号ＲＰを発生し、ＣＣＤ制御部１１、ＬＤ制御部１２、Ａ／Ｄ変換器１３および第１メモリ１４のタイミング制御を行う。本実施の形態では、ＬＤ制御部１２が発光制御手段を構成する。
【００３２】
タイミング制御部２０が基準パルス信号ＲＰを発すると、ＬＤ制御部１２は、これに応答して、レーザダイオード３の発光時間を制御するパルス幅制御信号ＰＣと、レーザダイオード３の駆動電圧を制御する駆動電圧制御信号ＶＣとを発生させ、ＬＤ駆動回路３１に与える。ＬＤ駆動回路３１は、パルス幅制御信号ＰＣと、駆動電圧制御信号ＶＣとに応答して、所定の時間間隔で所定の駆動電圧にてレーザダイオード３を駆動するための、ＬＤ駆動信号ＤＲを発生する。
【００３３】
一方、ＣＣＤ制御部１１においては、基準パルス信号ＲＰに応答して、ＣＣＤイメージセンサ４のフォトダイオードに蓄積された電荷が、出力信号（以下、ＣＣＤ出力信号と呼ぶ）ＣＡとして順次読み出される。読み出されたＣＣＤ出力信号ＣＡは、Ａ／Ｄ変換器１３においてデジタル信号に変換され、出力データ（以下、ＣＣＤ出力データと呼ぶ）ＣＤとして第１メモリ１４に与えられる。第１メモリ１４に記憶されたＣＣＤ出力データＣＤは、メインコントローラ１５の第２メモリ１９に転送される。
【００３４】
ＣＰＵ１６は、モータコントローラ１７および転送制御部１８を制御するとともに、種々の演算処理を行う。モータコントローラ１７は、ＣＰＵ１６からの指令に従ってサーボドライバ９を制御する。転送制御部１８は、第２メモリ１９を含み、ＣＰＵ１６からの指令に従ってＣＣＤ／ＬＤコントローラ１０との間でデータの転送を制御する。第２メモリ１９には第１メモリ１４から転送された出力データが記憶される。
【００３５】
＜描画ヘッドの位置制御＞
描画用レーザビームＬＢにおける描画の精度を維持するには、その焦点がぼやけることなく感光媒体ＰＳの表面に描画用レーザビームＬＢを収束させる必要があり、描画ヘッド１と感光媒体ＰＳとの距離を、略一定に保たねばならない。その目的のために、本実施の形態に係る描画装置１００は、描画用レーザビームＬＢを走査しつつ照射する際、感光媒体ＰＳからの反射光ＲＢの受光位置をＣＣＤイメージセンサ４にて検出して、その変動に基づいて感光媒体ＰＳとレーザダイオード３との鉛直方向の相対位置（距離）Ｌを一定範囲内に保つ制御を行う。なお、詳細については、特開平９−３１８８６９号公報に開示されているため、ここでは、概略のみ説明する。
【００３６】
図３は、相対位置Ｌと受光位置Ｐとの関係を模式的に示す図である。描画装置１００においては、描画ヘッド１の対物レンズ５の焦点距離と、相対位置Ｌとが略一致するときの、ＣＣＤイメージセンサ４における感光媒体ＰＳからの反射光の入射画素位置が、目標焦点位置Ｐ０としてあらかじめ設定される。この目標焦点位置Ｐ０に対応するＣＣＤ出力信号ＣＡの波形ピークをＰＫ０、このときの相対位置Ｌの値をＬ０とする。
【００３７】
感光媒体ＰＳの膜厚が不均一であるなどの要因で、相対位置ＬがＬ０と異なる値Ｌ１やＬ２などをとると、ＣＣＤイメージセンサ４においては、反射光ＲＢが目標焦点位置Ｐ０とは異なる位置Ｐ１やＰ２などをピーク位置とする波形ピークＰＫ１やＰＫ２が検出されることとなる。なお、波形ピークのピーク位置としては、例えば波形ピークの重心位置が用いられる。
【００３８】
このように、目標焦点位置Ｐ０からずれた位置にピークが検出されると、ＣＰＵ１６は、目標焦点位置Ｐ０と位置Ｐ１あるいはＰ２との偏差を解消するために必要な、描画ヘッド１の移動距離を算出する。そして、算出された移動距離に相当するパルス数を算出し、これをモータコントローラ１７に与える。モータコントローラ１７がこれに従いサーボドライバ９を制御することでサーボモータ７が駆動され、ピーク位置が目標焦点位置Ｐ０に近づく方向へと描画ヘッド１を移動させる。
【００３９】
これを、描画用レーザビームＬＢによる走査を行うたびに実行することで、感光媒体ＰＳ上に常に焦点位置を維持しつつ、描画を実行することができる。
【００４０】
＜偏光を利用した受光量の制御＞
感光媒体ＰＳが均一な表面状態を有していれば、相対位置Ｌが略一定であるかぎり、ＣＣＤイメージセンサ４における反射光ＲＢの受光量も略一定となるが、実際には、光学的な干渉に起因する局所的な受光量の変動が生じる場合がある。反射光ＲＢの受光量によってピークの有無が判断されるため、大幅な受光量の変動は、正確な位置制御の妨げとなる。従って、受光量の変動を抑制する必要がある。
【００４１】
本実施の形態の場合、感光媒体ＰＳへ入射させるレーザビームＬＢ２は、円偏光であり、入射面に垂直な偏光成分たるｓ偏光と、平行な偏光成分たるｐ偏光とに分解される。それぞれの偏光によって反射挙動が異なるので、ＣＣＤイメージセンサ４における受光量については、これらの偏光成分ごとの寄与を考慮する必要がある。
【００４２】
図４は、感光媒体ＰＳの例としてのエマルジョンマスクとクロムマスクのそれぞれの構造と、ｓ偏光あるいはｐ偏光のレーザビームが入射した場合の反射の様子を模式的に示す図である。
【００４３】
図４（ａ）は、エマルジョンマスクにｓ偏光ＬＢｓが入射した場合、図４（ｂ）はｐ偏光ＬＢｐが入射した場合を示している。エマルジョンマスクは、ガラスＧＬの表面に銀塩タイプの感光剤たるエマルジョン層ＥＭが塗布形成されている。エマルジョン層ＥＭはガラスＧＬとほぼ同じ屈折率（いずれも１．５２程度）を有するので、入射角および屈折率（直接的には屈折角）から反射率を導く方程式であるフレネルの方程式によりエマルジョン層ＥＭとガラスＧＬとの界面で反射はほとんど生じないことから、ｓ偏光ＬＢｓが入射した場合で、エマルジョン表面からの反射光Ｅｓ１とエマルジョン層ＥＭとＧＬとの界面における反射光Ｅｓ２との干渉は、ほとんど生じない。また、ｐ偏光ＬＢｐについても同様である。
【００４４】
また、フレネルの方程式により、ｐ偏光の反射率は入射角によらずｓ偏光に比べ小さく、特に入射角として実用的に設定可能な角度範囲においては、ｓ偏光の場合数十％程度であるのに対しｐ偏光の場合は１％程度以下と、その差が著しい。従って、ｐ偏光Ｌｂｐが入射しても、表面での反射光Ｅｐ１、さらにはエマルジョン層ＥＭとガラスＧＬとの界面での反射光Ｅｐ２はいずれもほとんど得られないことになる。
【００４５】
よって、両方の偏光成分が合成された円偏光がエマルジョンマスクに入射した場合、本来は、ｓ偏光のエマルジョン表面からの反射光Ｅｓ１とｐ偏光のエマルジョン表面からの反射光Ｅｐ１の反射光量の総和が、ＣＣＤイメージセンサ４にて受光される受光量の総和となるが、実際に受光されるのは、ほとんどがｓ偏光成分であるといえる。
【００４６】
一方、図４（ｃ）は、クロムマスクにｓ偏光ＬＢｓが入射した場合、図４（ｄ）はｐ偏光ＬＢｐが入射した場合を示している。クロムマスクは、ガラスＧＬ上に（金属）クロム膜ＣＲ、酸化クロム膜ＣＲＯ、およびレジスト膜ＲＥがこの順に形成されたものである。
【００４７】
クロムマスクの場合、ｓ偏光ＬＢｓが入射すると、レジスト膜ＲＥの表面で反射光Ｃｓ１として一部が反射される。レジスト膜ＲＥと酸化クロム膜ＣＲＯとの界面、および酸化クロム膜ＣＲＯとクロム膜ＣＲとの界面にてそれぞれ反射光Ｃｓ２、Ｃｓ３として反射される。ただし、レジスト膜ＲＥと酸化クロム膜ＣＲＯとの屈折率はほぼ同じ（１．５４程度）であるので、光学的には両者は一の媒質とみなすことができ、反射光Ｃｓ２はほとんど得られない。よって、ｓ偏光の場合、レジスト膜ＲＥ等の膜厚が干渉条件に合致すると、反射光Ｃｓ１と反射光Ｃｓ３との干渉が生じ、光量が局所的に変動することとなる。これは、従来技術における問題点に相当する。
【００４８】
一方、ｐ偏光ＬＢｐがクロムマスクに入射する場合、酸化クロム膜ＣＲＯとクロム膜ＣＲとの界面からの反射光Ｃｐ３は得られるが、レジスト膜ＲＥの表面からの反射光Ｃｐ１は小さい。従って、干渉は生じるものの、表面からの反射光Ｃｐ１の光量が小さいので、その影響は小さい。
【００４９】
図５は、同一の入射強度にてレーザビームが入射した場合の、クロムマスクにおけるレジスト膜厚（酸化クロム膜厚を含む）に対する反射強度の変動を模式的に示す図である。反射光が上述したような挙動を示すことから、ｓ偏光ＬＢｓのみが入射する場合、試料表面に膜厚の不均一な箇所があると、ＣＣＤイメージセンサ４における受光量が、曲線Ｗｓに示すように最大強度と最小強度との間で光量が大きく変動することとなる。
【００５０】
これに対し、ｐ偏光のみが入射する場合は、曲線Ｗｐに示すように、反射強度はｓ偏光の平均強度に比べ小さいものの、その変動も小さいので、膜厚の不均一による受光量の影響が小さいといえる。
【００５１】
本実施形態の場合、円偏光をクロムマスクに入射させるので、ｓ偏光とｐ偏光のそれぞれの場合の寄与が平均化される。従って、曲線Ｗｃに示すような挙動を示すこととなり、干渉の影響が低減できる。すなわち、平均強度はｓ偏光よりも低いものの、光量変動をｓ偏光の場合よりも抑制することが可能となる。平均強度は、レーザダイオード３の駆動電圧を調整することで所望の強度への調整が可能であり、光量変動は、後述するように発光時間の制御でさらなる抑制が可能である。すなわち、レーザダイオード３の発光条件を制御することで、円偏光であっても、より安定な位置制御が可能となる。また、反射光Ｃｐ３は厳密には最表面からの反射光ではないので、その受光位置は厳密には最表面の位置には対応してはいないが、レジストの膜厚は数μｍ程度であり、このずれは、描画用レーザビームＬＢによる描画に影響を与えるものでない。
【００５２】
また、エマルジョンマスクの場合は円偏光であってもｐ偏光の影響は小さいので、円偏光を入射させてもｓ偏光のみの場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００５３】
従って、本実施の形態においては、円偏光を用いることにより、エマルジョンマスクの場合であっても、クロムマスクの場合であっても、適切な位置調整が可能である。
【００５４】
＜発光時間の制御＞
前述したように、クロムマスクについては、円偏光を入射することで干渉の影響は低減されるが、本実施の形態においては、レーザダイオード３の発光時間を制御することで、受光量の変動をより低減している。以下に、これを説明する。
【００５５】
図６は、本実施の形態に係る発光時間の制御を説明するための図である。ここで、図６（ａ）は、クロムマスクを用いた場合の、レーザビームＬＢ２の照射位置ｘに対する表面位置ｚの変動を、鉛直上向きを正として模式的に示している。ここで、表面位置ｚ２は、干渉条件に当てはめると強め合う干渉位置に相当し、表面位置ｚ４は、弱め合う干渉位置に相当するものとする。図６（ｂ）は、ＣＣＤイメージセンサ４における受光量Ｉの変動を模式的に示している。さらに図６（ｃ）は、レーザダイオード３の発光時間Δτを模式的に示している。
【００５６】
上述したように、レーザダイオード３は、ＬＤ駆動回路３１が発生するＬＤ駆動信号ＤＲにより定められる発光時間Δτ（通常は、数μ秒〜数百μ秒程度）にて、断続的に発光するが、図６（ｃ）においては図示の都合上、発光時間Δτの変化を連続的に示している。また、ＣＣＤイメージセンサ４における受光量Ｉは、ＣＣＤ出力信号ＣＡが出力されるたびごと（例えば数ミリ秒間隔）の、発光時間Δτとレーザビームの単位時間あたりの強度との積の総和として与えられるが、これも図６（ｂ）においては連続的に示している。
【００５７】
本実施の形態では、描画用レーザビームＬＢが描画を実行するに先立って、各地点でまず描画ヘッド１と感光媒体ＰＳであるクロムマスクとの位置が確認される。まず、レーザビームＬＢ２が、位置ｘ０から位置ｘ１へと達するまでの間、一定の表面位置ｚ１が保たれていたとする。この間のレーザダイオード３の発光時間をΔτ１とする。この間は、ＣＣＤイメージセンサ４における反射光の受光位置に変動はなく、受光量Ｉも一定値Ｉ１に保たれる。
【００５８】
位置ｘ１を過ぎたときに表面位置ｚがｚ２に変化したとすると、ＣＣＤイメージセンサ４における受光位置がシフトするので、本来ならば、描画ヘッド１は、一定の受光量Ｉ１を保つように、かつ、このシフトを解消するように、すなわち、レーザダイオード３とマスク表面との相対位置を一定に保つように移動する。しかしながら、表面位置ｚ２においては反射光に強め合う干渉が生じるので、発光時間ΔτがΔτ１のままであると、反射光の受光量Ｉは過大な値Ｉ２となる。すると、ＣＰＵ１６は、描画ヘッド１が表面位置に近づいたと誤認識してしまい、本来とは逆に描画ヘッド１をマスク表面から遠ざけようとしてしまうことになる。
【００５９】
本実施の形態では、これを回避するために、急激な光量変化を検知した場合、これに応じてレーザダイオード３の発光時間Δτを調整することで、光量変化を抑制する。すなわち、位置ｘ１を過ぎた地点で、受光量がＩ１からＩ２へと変動しようとすると、発光時間ΔτをΔτ１からΔτ２へと短縮する。これにより、受光量Ｉは、発光時間ΔτがΔτ１のままであるときの値Ｉ２から、許容光量誤差範囲ΔＩ内に収まる値Ｉ３へと抑制される。ここで、許容光量誤差範囲ΔＩは、描画用レーザビームＬＢの描画精度に応じて定まる値であり、受光量のばらつきが、この範囲内に収まっていれば、描画用レーザビームＬＢによる描画精度は影響を受けないという範囲である。すなわち、発光時間Δτを短くすることで、受光量Ｉの増加を抑制し、干渉の影響を低減して、描画精度を確保している。
【００６０】
位置ｘ２を過ぎて、表面位置ｚが位置ｚ２から干渉の影響を受けない位置ｚ３となったときは、その位置変動に合わせて、受光量Ｉ３を保つように描画ヘッド１の位置が制御され、描画が実行される。
【００６１】
さらに、位置ｘ３を過ぎて、干渉により反射光を弱め合う表面位置ｚ４に達したときは、先ほどとは反対に、発光時間Δτを増加させることで、受光量Ｉの減少を抑制し、許容光量誤差範囲ΔＩに収まる受光量Ｉ４を保ちつつ、描画を実行することとなる。この場合も、表面位置ｚ２の場合と同様に、干渉の影響を低減することで、描画精度が確保されている。
【００６２】
本実施の形態では、これらを繰り返すことで、受光量への干渉の影響を低減し、円偏光を利用した位置制御の精度を向上させている。
【００６３】
＜第２の実施の形態＞
上述したように、エマルジョンマスクに対しては、ｓ偏光の方が位置制御には適しているのに対し、クロムマスクに対しては、強度の問題を別にすれば、ｐ偏光の方が適している。従って、感光媒体の種別によって、これらの偏光を切り替えることで、それぞれに適した位置制御を実行できる態様であってもよい。本実施の形態ではこれを説明する。
【００６４】
図７は、本実施の形態に係る描画装置２００の構成を示す図である。本実施の形態に係る描画装置２００の主要部は、第１の実施の形態に係る描画装置１００とほぼ同一であり、同一の構成およびを有する要素については、以下においてその説明を省略する。
【００６５】
本実施の形態においては、第１の実施の形態における１／４波長板６に代わり、光源からレーザビームＬＢ３が感光媒体ＰＳに達するまでの光路上には、１／２波長板２０６が当該光路上から矢印ＡＲ２に示すように挿脱可能に配置されている。この挿脱は、描画装置２００の使用者が手動で行う態様でもよいし、描画装置２００が感光媒体の種別を検知し、その結果に応じて挿脱を制御する態様であってもよい。１／２波長板２０６は、例えば、水晶や雲母などからなる板状の素子である。図８は、本実施の形態における１／２波長板２０６の作用を模式的に示す図である。図８に示すように、光路上に配置される場合、１／２波長板２０６は、直線偏光であるレーザビームＬＢ３が垂直に入射するように、すなわち、図８におけるＸＹ平面と平行な向きに、かつ、入射するレーザビームＬＢ３の偏光ベクトルＥ２０が、１／２波長板２０６の光学軸ＡＸ３およびＡＸ４のそれぞれと４５°をなすように、さらには、偏光ベクトルＥ２０の振動方向が、図７におけるＺ軸と一致する方向となるように配置される。図７における入射面との関係からみれば、レーザビームＬＢ３はｓ偏光として１／２波長板２０６に入射することとなる。
【００６６】
このような位置関係を保ってレーザビームＬＢ３が１／２波長板２０６に入射することにより、偏光ベクトルＥ２０と直交した、偏光ベクトルＥ２１を有するレーザビームＬＢ４が得られる。図７における入射面との関係からみれば、レーザビームＬＢ４はｐ偏光として感光媒体ＰＳへと照射されることとなる。
【００６７】
１／２波長板２０６が光路上に配置されないときは、感光媒体ＰＳに対し、レーザビームＬＢ３がそのままｓ偏光として入射することとなる。
【００６８】
このような態様をとることにより、感光媒体ＰＳがクロムマスクである場合は、１／２波長板２０６を光路上に配置して、ｐ偏光を入射させることができ、感光媒体ＰＳがエマルジョンマスクである場合は、１／２波長板２０６を光路上に配置しないことによりｓ偏光を入射させることができる。それぞれの際、必要とする受光量の調整は、レーザダイオード３の駆動電圧を調整することで可能である。
【００６９】
以上、説明したように、本実施の形態においては、偏光の向きを切り替えることで、異なる感光媒体種に対しても、それぞれに適した条件で、所定の精度を維持した描画を実行することができる。
【００７０】
＜変形例＞
これまで説明したように、クロムマスクに対しては、ｐ偏光を有するレーザビームを用いて位置制御を行うことが望ましい。従って、クロムマスクのみを用いる描画装置であれば、はじめからｐ偏光をレーザダイオード３から出射できる態様であってもよい。このようにすることで、装置構成が単純化される。
【００７１】
第１の実施の形態における１／４波長板６に代わり、偏光解消板を配置する態様であってもよい。ｓ偏光として偏光解消板に入射するレーザビームは、偏光解消板を通過後、無偏光として感光媒体ＰＳに照射されるので、ｓ偏光、ｐ偏光を共に含むこととなり、第１の実施形態と同様、異なる感光媒体種に対応可能となる。
【００７２】
第１の実施の形態においては、１／４波長板６を通過後に円偏光が得られる態様であったが、楕円偏光となるよう、１／４波長板６が配置される態様であってもよい。この場合、１／４波長板６の光学軸の向きを適宜設定することにより、通過後のｓ偏光成分とｐ偏光成分とを、所望の比率で与えることができる。
【００７３】
光路上に波長板を配置しない状態で、レーザダイオードから発せられる直線偏光の偏光ベクトルの向きが、入射面と４５°の角度をなすように、感光媒体ＰＳへとレーザビームを入射させる態様であってもよい。この場合、ｓ偏光成分、ｐ偏光成分とを均等に含むようにレーザビームを入射させることができる。
【００７４】
第２の実施の形態においては、１／２波長板２０６を光路上に配置することで、ｓ偏光からｐ偏光への偏光方向の回転を行っていたが、これに代わり、レーザダイオード３からｐ偏光を発光し、１／２波長板２０６を配置することで、ｐ偏光からｓ偏光への偏光方向の回転を実現する態様であってもよい。
【００７５】
ＣＣＤイメージセンサ４を用いる代わりに、ＰＳＤにより反射光の受光位置を検出する態様であってもよい。
【００７６】
本発明に係る位置制御装置は、描画装置に限らず対象物に対する相対的な位置を制御することが必要な種々の装置またはシステムに適用することがてきる。
【００７７】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１ないし請求項１７の発明によれば、異なる感光媒体に対しても、それぞれに適した条件で、その相対位置の制御が可能となる。
【００７８】
また、請求項２、請求項４、請求項７、請求項８、請求項１２、請求項１５、および請求項１６の発明によれば、対象物の入射面に平行な偏光成分を含む光を利用して位置制御を行うことができるので、入射面に垂直な偏光成分を含む光を利用する場合に干渉の影響がある場合でも、この影響を低減し、位置制御の精度を維持することができる。
【００７９】
また、請求項２、請求項４、および請求項１２の発明によれば、円偏光を利用して位置制御を行うので、直線偏光のみの場合に生じる干渉の影響を低減でき、位置制御の精度を維持することができる。
【００８０】
また、請求項３、請求項４、および請求項１３の発明によれば、光源から発せられる光が直線偏光であっても、対象物への入射光は、入射面に平行な偏光成分とを含む光と、入射面に垂直な偏光成分とを含む光であるので、いずれかの偏光成分に起因する干渉の影響がある場合でも、この影響を低減し、位置制御の精度を維持することができる。
【００８１】
また、請求項５ないし請求項８、および請求項１４ないし請求項１６の発明によれば、対象物に応じて波長板を適宜に挿脱することにより、当該対象物に適した偏光成分を含有する光を照射して位置制御を行うことができる。
【００８２】
また、請求項９および請求項１７の発明によれば、光の干渉などに起因する、光源と対象物との相対位置に無関係な光量変動を抑制し、位置制御の精度を保つことができる。
【００８３】
また、請求項１０の発明によれば、光ビームの収束位置を精度よく制御することができるので、ビーム径を安定させつつ対象物の表面を走査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る描画装置１００の構成を示す図である。
【図２】１／４波長板６の作用を模式的に示す図である。
【図３】相対位置Ｌと受光位置Ｐとの関係を模式的に示す図である。
【図４】エマルジョンマスクとクロムマスクのそれぞれの構造と、ｓ偏光あるいはｐ偏光のレーザビームが入射した場合の反射の様子を模式的に示す図である。
【図５】同一の入射強度にてレーザビームが入射した場合の、クロムマスクにおけるレジスト膜厚に対する反射強度の変動を模式的に示す図である。
【図６】発光時間の制御を説明するための図である。
【図７】描画装置２００の構成を示す図である。
【図８】１／２波長板２０６の作用を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１　描画ヘッド
２　光学系
３　レーザダイオード
４　ＣＣＤイメージセンサ
５　対物レンズ
６　１／４波長板
１００、２００　描画装置
２０６　１／２波長板
ＡＸ１〜ＡＸ４　光学軸
ＣＲ　クロム
ＣＲＯ　酸化クロム膜
ＥＭ　エマルジョン層
ＧＬ　ガラス
Ｌ　相対位置
ＬＢ　描画用レーザビーム
ＬＢ１〜ＬＢ４　レーザビーム
Ｐ０　目標焦点位置
ＰＳ　感光媒体
ＲＢ　反射光
ＲＥ　レジスト膜
【図１】
2004020600.tif 000003
【図２】
2004020600.tif 000004
【図３】
2004020600.tif 000005
【図４】
2004020600.tif 000006
【図５】
2004020600.tif 000007
【図６】
2004020600.tif 000008
【図７】
2004020600.tif 000009
【図８】
2004020600.tif 000010