(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波が印加されることにより駆動し、入射するレーザビームを回折する音響光学素子を有し、副走査方向に移動する描画面上で前記音響光学素子から射出される回折光を主走査方向に走査させることにより、前記描画面上に載置された被描画体に所定の描画を行うレーザビーム描画装置において、
前記レーザビームを照射する光源と、
前記光源と前記音響光学素子との間に設けられ、前記レーザビームを調光する調光手段と、
描画動作時には前記レーザビームを透光し、非描画動作時には前記レーザビームを遮光するよう前記調光手段を駆動制御するとともに、描画動作中であるか否かを問わず、常に描画動作時の描画データによって生成される変調信号と略同一のデューティ比を備える変調信号によって前記音響光学素子を駆動制御する制御手段と、
を有することを特徴とするレーザビーム描画装置における音響光学素子定常化システム。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザビーム描画装置における音響光学素子定常化システムにおいて、
音響光学素子を強制駆動させる駆動データを記憶する記憶手段をさらに有し、
前記制御手段は、描画動作時には、各走査において所定の描画内容に対応した前記被描画体への露光、非露光が行われるように、所定の描画内容に対応する描画データを前記変調信号に変換して前記音響光学素子を駆動制御し、非描画動作時には、前記記憶手段から読み出した前記駆動データを前記変調信号に変換して前記音響光学素子を駆動制御すること、を特徴とするレーザビーム描画装置における音響光学素子定常化システム。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザビーム描画装置における音響光学素子定常化システムにおいて、
前記制御手段は、描画時に前記描画データを前記記憶手段に記憶させ、非描画時には、前記記憶手段に記憶された前記描画データを前記駆動データとして使用することを特徴とするレーザビーム描画装置における音響光学素子定常化システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のレーザビーム描画装置における音響光学素子定常化システムにおいて、
前記音響光学素子は、描画動作時、複数のレーザビームを変調し、
前記レーザビーム描画装置は、前記音響光学素子から射出される複数の回折光を同時に被描画体上で走査させることにより、描画を行うことを特徴とする、レーザビーム描画装置における音響光学素子定常化システム。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザビーム描画装置における音響光学素子定常化システムにおいて、
前記音響光学素子の温度を検出する温度検出手段をさらに有し、
前記制御手段は、描画動作時には、各走査において所定の描画内容に対応した前記被描画体への露光、非露光が行われるように、所定の描画内容に対応する描画データを前記変調信号に変換して前記音響光学素子を駆動制御し、非描画動作時には、前記温度検出手段により検出される実際の温度が、前記音響光学素子が定常状態であるときの所定温度と一致するように、前記変調信号を自動生成し、前記音響光学素子を駆動制御すること、を特徴とする音響光学素子定常化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザビーム描画装置のレーザビームを変調するために用いられる音響光学素子の定常化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来レーザビーム描画装置では、描画面に２次元の画像を描画するため、光源から照射されるレーザビームを、超音波の印加の有無によって入射光を回折させる音響光学素子（以下、ＡＯＭ（acousto-optic modulator）という）を用いて、描画を行うオン状態と描画を行わないオフ状態とに変調しつつ、ポリゴンミラー等の偏向手段によって偏向させ、描画面上を所定の方向に走査させている。
【０００３】
図１は、レーザビーム描画装置における光変調の様子を表している。まず制御部４は描画内容に対応する描画データに基づいて変調信号を生成する。ドライバ５は、制御部４から送信される変調信号を受信する。そしてドライバ５は、該変調信号に対応してＡＯＭ３に超音波を印加する。ＡＯＭ３に入射するレーザビームは、超音波非印加時には回折せず直進する０次光となってＡＯＭ３から射出される。またレーザビームは、超音波印加時にはＡＯＭ３内で所定の方向に回折する一次回折光となってＡＯＭ３から射出される。従来のレーザビーム描画装置では被描画体上を露光する、つまり描画する描画光として一次回折光を使用している。
【０００４】
なお、本明細書ではＡＯＭの回折作用により発生する光のうち、一次回折光と０次光のみを考慮し、パワーの弱い他の多次回折光については考慮しないものとする。
【０００５】
レーザビームを変調するＡＯＭは、超音波を印加すると発熱する特徴を有する。さらにＡＯＭの温度変化に伴って、一次回折光の回折する方向が所定の方向から変位する現象が発生する（図１中矢印ｐ参照）。該現象を放置していては、光路上、ＡＯＭの下流に位置する偏向手段に対するレーザビームの入射位置が予定された所定位置からずれることになる。つまりレーザビームは、ＡＯＭが温度変化することによって描画面上に載置された被描画体の所定の走査ライン上を走査できなくなる。また、偏向手段に対する入射位置のずれによって、所定のビームスポット形状が得られなくなる。つまり高精度で描画品質の高い描画が行えない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記の事情に鑑み、音響光学素子から射出されるレーザビームが描画面における所定の走査ライン上を走査するように一次回折光の回折方向を安定させる音響光学素子定常化システム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】
このため、請求項１に記載のレーザビーム描画装置における音響光学素子定常化システムは、超音波が印加されることにより駆動し、入射するレーザビームを回折する音響光学素子を有し、副走査方向に移動する描画面上で該音響光学素子から射出される回折光を主走査方向に走査させることにより、描画面上に載置された被描画体に所定の描画を行うレーザビーム描画装置に適用される。該システムは、レーザビームを照射する光源と、光源と音響光学素子との間に設けられ、レーザビームを調光する調光手段と、描画動作時にはレーザビームを透光し、非描画動作時にはレーザビームを遮光するよう調光手段を駆動制御するとともに、被描画体の描画動作中であるか否かを問わず、常に所定の変調信号によって音響光学素子を駆動制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
第１の観点によれば、非描画動作時でもＡＯＭは描画動作時の描画データによって生成される変調信号と略同一のデューティ比を備える変調信号に対応して超音波が印加され、予め温度上昇した状態にあるため、描画動作時は超音波印加によって温度変化しても、一次回折光の回折方向が変化しない定常状態にあるＡＯＭを提供することができる。
【０００９】
第２の観点によれば、上記システムは、音響光学素子を強制駆動させる駆動データを記憶する記憶手段をさらに有する。この場合、制御手段は、描画動作時には、各走査において所定の描画内容に対応した被描画体への露光、非露光が行われるように、所定の描画内容に対応する描画データを変調信号に変換して音響光学素子を駆動制御し、非描画動作時には、記憶手段から読み出した駆動データを変調信号に変換して音響光学素子を駆動制御することができる。
【００１０】
上記駆動データは、描画データとは全く無関係であっても良いが、駆動データを変換して得られる変調信号のデューティ比は、描画データを変換して得られる変調信号のデューティ比と略同一であることが望ましい。非描画動作時も、描画動作時に与えられる変調信号のデューティ比と同じデューティ比を持つ変調信号で駆動制御すれば、ＡＯＭに不必要な負担をかけずにすむ。無駄な温度変化に伴うＡＯＭの寿命の短縮や他の部材への影響を低減することができる。
【００１１】
また、上記音響光学定常化システムは、複数のレーザビームを変調することができる、いわゆるマルチチャンネル式ＡＯＭにも適用することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、本発明にかかるＡＯＭ定常化システムを搭載するレーザビーム描画装置１００について説明する。図２はレーザビーム描画装置１００の概略構成図である。レーザビーム描画装置１００は、光源１、メカニカルシャッタ２、ＡＯＭ３、制御部４、ドライバ５、メモリ６とを備えるＡＯＭ定常化システム５０に加え、ポリゴンミラー７、ｆθレンズ８、描画テーブル９、ミラー１０、光検出器１１とを有している。描画テーブル９上には、被描画体Ｄが載置されている。
【００１３】
なお、本実施形態におけるＡＯＭ３、制御部４、ドライバ５は、上述した従来のレーザビーム描画装置に設けられるものと同一のものであるため、図１と同一の符号を付してある。
【００１４】
従来、被描画体Ｄへの描画動作は、以下のようにして行われる。なお、以下の本文では、説明の便宜上、被描画体Ｄ一枚に所定の描画パターンを描画することを描画動作といい、一走査する間に変調されたレーザビームが被描画体Ｄに入射する（描画する）ことを露光、入射しない（描画しない）ことを非露光という。光源１から照射されるレーザビーム（図２中矢印線）は、シャッタ２を介して、ＡＯＭ３に入射する。光源１は、レーザビーム描画装置１００の電源がオンされるとオフされるまで、レーザビームを照射しつづける状態にあるため、描画動作時以外はシャッタ２によって遮光される構成になっている。シャッタ２は、制御部４によって駆動制御される。
【００１５】
制御部４は、所定の描画内容に対応する描画データが外部入力手段（不図示）によって入力されると、その描画データに基づいて変調信号を生成し、変調信号をドライバ５に送信することにより、ＡＯＭ３を駆動制御する。
【００１６】
ドライバ５およびＡＯＭ３の動作については、従来技術の項で既に述べたので、ここでの説明は省略する（図１参照）。被描画体Ｄを露光する一次回折光は、ポリゴンミラー７に導かれる。
【００１７】
ポリゴンミラー７は、複数の偏向面を有する。ポリゴンミラー７は、図示しないモータの駆動によって、一定方向に回転しており、入射するレーザビーム（一次回折光）を偏向する。
【００１８】
ポリゴンミラー７の各偏向面により偏向されるレーザビームは、ｆθレンズ８を介して、被描画体Ｄ上を主走査方向に走査する。レーザビームが被描画体Ｄ上を走査する間、描画テーブル９が主走査方向に対し垂直な方向（図２紙面に対して垂直な方向）に平行移動することにより、２次元の画像が被描画体Ｄ上に描かれる。
【００１９】
なお、描画領域外に配置されたミラー１０にｆθレンズ８を介して入射したレーザビームは、光検出器１１に受光される。光検出器１１は、受光すると所定の信号を制御部４に送信する。制御部４は、光検出器１１からの信号に基づいて、走査ごとの露光開始位置を特定し、変調信号の送信タイミングを調整している。
【００２０】
このように、従来、ＡＯＭ３は、描画動作時のみ駆動している。ここで、ＡＯＭ３には次に述べるような性質を有する。図３は、特定のＡＯＭ３に超音波を印加しつづけたときの一次回折光の回折方向の変化を表したもので、横軸が超音波印加時間つまりＡＯＭ３の温度変化、縦軸が回折方向の変位（単位：mrad）を示す。図３に示すように、超音波をＡＯＭ３に印加しつづけると発熱に伴い一次回折光の回折方向が変化しつづけ、やがて所定の位置で略安定する。安定した後は、超音波を印加しつづけても温度は平衡であるため、回折方向は変わらない。
【００２１】
以下の本文では、一次回折光の回折方向が変化しつづける状態を過渡状態といい、一次回折光の回折方向が所定位置で略安定した状態を定常状態という。レーザビーム描画装置に搭載されるＡＯＭには、個体差があるが、どのＡＯＭであっても図３に示すような性質を持つ。過渡状態にある時間についても搭載されるＡＯＭごとに個体差はあるものの、およそ被描画体Ｄ一枚を描画する時間に等しい。
【００２２】
一次回折光の回折方向が安定していなければ、被描画体Ｄを高精度で描画することはできない。そのため、ＡＯＭ３は常に所定温度以上、つまり定常状態でなければならない。しかし上記の通り、従来は、実際に描画動作が行われるときにのみＡＯＭ３を駆動させていたため、描画動作中に温度変化が起こり、ＡＯＭ３が定常状態になる前に描画動作が終了してしまう。つまり、一次回折光の回折方向が変化している状態で被描画体Ｄ上を走査するため、描画データどおりの高精細な描画結果が得られない。描画動作終了後は次の描画動作が行われるまでＡＯＭ３は駆動されず自然に冷却されるため、次の被描画体Ｄを描画するときも、やはりＡＯＭ３は過渡状態にあり、温度変化による回折方向の変化が生じてしまう。
【００２３】
そこで、本発明は、レーザビーム描画装置１００の電源がオン状態のときは、描画動作の如何を問わず、制御部４に、ドライバ５を介してＡＯＭ３を駆動制御させることにより、描画動作時のＡＯＭ３を定常状態に維持している。
【００２４】
具体的には、制御部４は、描画動作時には、従来の通り描画データに基づいて変調信号を生成し、該変調信号によってＡＯＭ３を駆動制御する。さらに制御部４は、描画動作をしない時（非描画動作時）にもＡＯＭ３に適度な超音波を印加してＡＯＭ３を過渡状態にならないようにしている。非描画動作時とは、電源をオンしてから最初の被描画体Ｄに対する描画動作を行うまでの間や、描画終了した被描画体Ｄを搬送し次の被描画体Ｄが描画テーブル９に載置されるまでの間等を意味する。
【００２５】
非描画動作時の変調信号を生成するために、本実施形態はＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ６に駆動データを記憶させておく。駆動データとは、描画データとは無関係のデータで、ＡＯＭ３を強制的に駆動させるためのデータである。
【００２６】
単にＡＯＭ３を定常状態に維持するのであれば、駆動データは、常にＡＯＭ３に超音波を印加するデータであれば足りる。しかしＡＯＭ３に超音波を印加しつづけると、過度に発熱して、ＡＯＭ３自身が故障したり、他の部材へ悪影響を及ぼしたりして描画精度を落とす原因になるため適切ではない。一般に、被描画体Ｄに描画される描画パターンは、レーザビーム描画装置１００ごとに大概定まっている。そこで、各レーザビーム描画装置１００で最も頻繁に使用される描画データによって生成される変調信号と略同一のデューティ比を備える変調信号を生成できる駆動データを、レーザビーム描画装置１００出荷時の初期設定においてメモリ６に記憶する。
【００２７】
非描画動作時、制御部４は、メモリ６から読み出した駆動データに基づいて変調信号を生成する。該変調信号をドライバ５に送信することで、非描画動作時であっても、ＡＯＭ３を駆動制御する。上記の通り、該変調信号は、描画時に用いられる変調信号と略同一のデューティ比であるので、過度な負担をかけずＡＯＭ３に適度な超音波を印加し定常状態にすることができる。
【００２８】
図４は、上記した制御部４のＡＯＭ３の駆動制御を表したタイミングチャートである。図４に示すように、レーザビーム描画装置１００の電源がオンの間は（図４（１））、描画動作時は描画データに基づいて生成される変調信号に従って（図４（３））、非描画動作時は駆動データに基づいて生成される変調信号に従って（図４（４））、ＡＯＭ３は常時駆動制御される（図４（５））。
【００２９】
ＡＯＭ３は常時駆動制御されているが、描画動作が実行されるときにのみ（描画データに基づく変調信号によってＡＯＭ３が駆動されるときにのみ）、制御部４の制御によりシャッタ２が開きレーザビームがＡＯＭ３に入射する（図４（２））ため、駆動データに基づき変調制御されるＡＯＭ３にレーザビームが入射することはない。つまり、非描画動作時にＡＯＭ３を駆動しても描画テーブル９上にレーザビームが入射することはない。そのため、搬送または載置途中の被描画体Ｄに不必要な露光がされるおそれはない。
【００３０】
ここで、図４（３）、（４）は、変調信号そのものの波形を示すのではなく、変調信号が制御部４からドライバ５に送信されるタイミングを示している。つまり、図４（３）、（４）中の斜線で囲まれたブロック内にあるとき、描画データ等に基づいて細かく振動する波形を有する変調信号がドライバ５に送信されていることを意味する。同様に、図４（６）も、描画動作が実行されるタイミングを示すものである。つまり、図４（６）の斜線で囲まれたブロック内にあるとき、図４（３）の変調信号に基づいて変調されたレーザビームが被描画体Ｄ上を走査し、露光・非露光を繰り返すことで、所定の描画パターンが得られる。
【００３１】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００３２】
例えば、上記実施形態では単一のレーザビームで描画を行う描画装置について説明したが、光源１から照射されるレーザビームをビームスプリッタ等を用いて互いに平行な複数のビームに分割し、該複数のビームを用いて非描画体Ｄに所定の描画を行う描画装置（マルチビーム描画装置）に搭載されるＡＯＭに対しても適用可能である。
【００３３】
さらに、上記実施形態では、駆動データに基づいて非描画動作時のＡＯＭ３の駆動制御をしているが、駆動データを使用せずにＡＯＭ３の駆動制御をすることも可能である。例えば、上記実施形態においてメモリ６に保存される駆動データの代わりに、前回の描画動作で使用された描画データをメモリ６に保存しておき、その描画データに基づいて、非描画動作時のＡＯＭ３の駆動制御を行っても良い。
【００３４】
また、ＡＯＭ３の温度を検出する温度検出センサを設けて、実際のＡＯＭ３の温度からＡＯＭ３の定常化を図ることもできる。ＡＯＭ３近傍に配設された温度検出センサは、ＡＯＭ３の温度を検出し、制御部４に検出結果を送信する。この変形例では、制御部４は、搭載されているＡＯＭ３が定常状態に安定する温度をデータとして予め備えている。制御部４は、温度検出センサからの検出結果を定常状態に安定する温度にするような変調信号を自動的に生成し、必要に応じてＡＯＭ３に超音波を印加させることにより、非描画動作時のＡＯＭ３の駆動制御を行う。この変形例では、温度検出により、実際にＡＯＭ３が定常状態にあるかどうかを制御部４が判断する。そのため、判断結果をレーザビーム描画装置１００の表示手段に表示して、ユーザが視覚的にＡＯＭ３の定常状態を確認する構成にすることも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
上述のとおり、本発明によれば、非描画動作時にも駆動データに基づく変調信号によって、ＡＯＭを駆動制御し、ＡＯＭを常時定常状態に維持することにより、描画動作時に描画光となる一次回折光のＡＯＭ内での回折方向を常に安定させ、高精細かつ高品質の描画結果を得ることができる。
【００３６】
マルチビーム描画装置では、分割された各ビーム同士の間隔、つまり非描画体Ｄ上に形成される各ビームスポットの間隔がより均等であればあるほど、高精細な描画パターンを描画することができる。従って本発明をマルチビーム描画装置に適用することにより、ＡＯＭから射出される複数の一次回折光の回折方向が常に安定させることができ、より高精細な描画結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡＯＭの動作を表す。
【図２】本発明の実施形態のＡＯＭ定常化システムを搭載するレーザビーム描画装置の概略構成図である。
【図３】ＡＯＭの性質を表すグラフである。
【図４】本発明の実施形態のＡＯＭの駆動制御を表すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１    光源
２    メカニカルシャッタ
３    ＡＯＭ
４    制御部
５    ドライバ
６    メモリ
５０    ＡＯＭ定常化システム
【図１】
0004585684.tif 000002
【図２】
0004585684.tif 000003
【図３】
0004585684.tif 000004
【図４】
0004585684.tif 000005