(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＤを光源とするレーザ直接描画装置であっても、安価な必要光量が２０〜１００ｍＪ／ｃｍ２のＤＦＲを描画することができる描画方法および描画装置を提供する。【解決手段】列方向と行方向に整列させたレーザビームを主走査方向へ偏向させながら被描画体を副走査方向へ移動させ、ラスタデータに基づき変調されたレーザビームをシリンドリカルレンズを用いて副走査方向に集光させて被描画体に所望のパターンを描画するレーザ直接描画装置において、行方向のレーザビームの光軸の数を正の整数であるｑとｓの積であるｐにすると共に、描画箇所の光量を設定する設定手段と、シリンドリカルレンズを行列面内で回転させる回転手段と、を設け、設定手段に設定された光量に応じてシリンドリカルレンズの位置を定め、行方向にｓ行ずつずらしながらレーザビームを被描画体へ照射することにより、描画箇所の光量が１重露光の場合のｑ倍であるｑ重露光する。【選択図】図１
2009244616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
列方向と行方向に整列させたレーザビームの光軸を前記列方向と同方向の主走査方向へ偏向させながら被描画体を前記行方向と同方向の副走査方向へ移動させ、ラスタデータに基づき変調された前記レーザビームを前記被描画体へ照射することにより前記被描画体に所望のパターンを描画するレーザ直接描画方法において、
前記行方向のレーザビームの光軸の数を正の整数であるｑとｓの積であるｐとしておき、行方向にｓ行ずつずらしながら前記レーザビームを前記被描画体へ照射することにより、描画箇所の光量が１重露光の場合のｑ倍であるｑ重露光することを特徴とするレーザ直接描画方法。
【請求項２】
列方向と行方向に整列させたレーザビームの光軸を前記列方向と同方向の主走査方向へ偏向させながら被描画体を前記行方向と同方向の副走査方向へ移動させ、ラスタデータに基づき変調された前記レーザビームをシリンドリカルレンズを用いて前記副走査方向に集光させて前記被描画体へ照射することにより前記被描画体に所望のパターンを描画するレーザ直接描画装置において、
前記行方向のレーザビームの光軸の数を正の整数であるｑとｓの積であるｐにすると共に、描画箇所の光量を設定する設定手段と、前記シリンドリカルレンズを前記行列面内で回転させる回転手段と、を設け、
前記設定手段に設定された光量に応じて前記シリンドリカルレンズの位置を定め、
行方向にｓ行ずつずらしながら前記レーザビームを前記被描画体へ照射することにより、描画箇所の光量が１重露光の場合のｑ倍であるｑ重露光する
ことを特徴とするレーザ直接描画装置。
【請求項３】
前記シリンドリカルレンズの回転の中心を前記レーザビームの走査開始点に一致させることを特徴とする請求項２に記載のレーザ直接描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被描画体に対してレーザビームの光軸を主走査方向へ偏向させながら被描画体を副走査方向へ移動させると共にレーザビームをラスタデータに基いて変調（ＯＮ／ＯＦＦ）することにより所望のパターンを描画するレーザ直接描画方法およびレーザ直接描画装置（ＬＤＩ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｉｍａｚｉｎｇ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ直接描画装置は回路パターン設計時の設計データ（ＣＡＤデータ）をベクタデータヘフォーマット変換し、輪郭線と画素単位の各々の交点からレーザビームのＯＮ／ＯＦＦ画素を求めて描画用のラスターデータに変換し、求めたラスターデータに基づいてレーザビームを照射することにより被描画体上に所望のパターンを描画する。
【０００３】
以下、複数のレーザダイオード（以下、「ＬＤ」という。）を光源とするレーザビームを用いて描画する従来のレーザ直接描画装置について説明する。
【０００４】
図８は従来のレーザ直接描画装置の斜視図、図９は光源系の概略図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は縮小されたレーザビームの拡大図である。
【０００５】
図９（ｂ）に示すように、光源である複数個のＬＤ１は平行四辺形アレイ状に配置されている。図示の場合、図の上下方向（行方向）には間隔Ｐｙで１６行、図の左右方向（列方向）には間隔Ｐｘで８列が配置されている。また、上下方向の各ＬＤ１は互いにＰｘ／１６だけずらせて配置されている。
【０００６】
図８に示すように、各ＬＤ１から出射されたレーザビーム４はコリメートレンズ２を透過後、図示を省略するレンズにより縮小され、プリズム３により行方向の間隔がＰｙ／１６に縮小されたレーザビーム束４になる。レーザビーム束４は、コーナーミラー５ａ、５ｂで反射された後、結像レンズ６により縮小され、コーナーミラー５ｃを経てポリゴンミラー７に入射し、ポリゴンミラー７の回転により偏向および走査されてｆθレンズ８に入射する。ポリゴンミラー７による走査方向が主走査方向（図のＸ方向）である。そして、ｆθレンズ８を透過したレーザビーム束４は、折り返しミラー９で下方へ向けられ、シリンドリカルレンズ１０を透過して被描画体１１上のＤＦＲまたはフォトレジスト等の感光体上へ定められたＤＰＩ（Ｄｏｔ  Ｐｅｒ  Ｉｎｃｈ。４０００ＤＰＩでは６．３５μｍ）ピッチで入射し（図９（ｃ）参照）、感光体を描画する（露光させる）。また、このとき、被描画体１１を搭載したテーブル１２はリニアモータ１３およびリニアガイド１４により副走査方向（図のＹ方向）に等速移動される。（特許文献１）。
【０００７】
ここで、ｆθレンズ８の前焦点はポリゴンミラー７の反射面上に位置決めされており、ポリゴンミラー７で反射されたレーザビーム４のＸＹ面と平行な成分は平行、ＸＹ面と直角な成分はポリゴンミラー７の反射点を始点とする拡散光である。したがって、レーザビーム４のＸＹ面と平行な成分はｆθレンズ８により集光されるが、シリンドリカルレンズ１０はそのまま透過する。一方、レーザビーム４のＸＹ面と直角な成分はｆθレンズ８により平行に変換され、シリンドリカルレンズ１０によって集光される。
【０００８】
図１０は、スタートセンサの配置を示す図であり、（ａ）は図８におけるＸ方向から見た図、（ｂ）は図８におけるＹ方向から見た図である。
【０００９】
同図に示すように、図８におけるシリンドリカルレンズ１０の左側の下方には反射ミラー１５とスタートセンサ１６とが配置されている。そして、行毎の走査開始位置を揃えるため、主走査方向の１スキャンの描画はミラー１５で反射されたレーザビーム４をスタートセンサ１６が検知してから所定時間後に開始される（図示の場合、検出位置と描画開始位置との距離は１０ｍｍである）。
【００１０】
図１１は、４行×４列の平行四辺形アレイ状に配置されたＬＤ１から出射したレーザビームがポリゴンミラー７の一面で偏向されて点Ｋ１〜Ｋ４からなる縦線ｋを被描画体上に描画する手順を説明する図である。ここで、各列のＬＤ１の間隔は２ｅであり、隣接する上下の列のＬＤは間隔ｅだけずれている。すなわち、第２列目のＬＤｂ１〜ＬＤｂ４（なお、同図においては、１行目のＬＤをＬＤａ、２行目のＬＤをＬＤｂ、３行目のＬＤをＬＤｃ、４行目のＬＤをＬＤｄで表し、さらに列方向の左側から右側に向けて１〜４を付して区別してある。）は第１列目のＬＤａ１〜ＬＤａ４の中間に配置されている。
【００１１】
いま、レーザビームが速度ｅ／ｔで図の右方向に移動するとし、被描画体の移動速度を無視する。
【００１２】
時刻Ｔ＝０においてＬＤｄ４と縦線ｋの距離がｅであるとすると(同図ａ)、時刻Ｔ＝ｅにおいてＬＤｄ４の光軸が点Ｋ４に重なるので、同図に斜線を付して示すＬＤｄ４をオンする(同図ｂ)。また、時刻Ｔ＝２ｅにおいてＬＤｃ４の光軸が点Ｋ３に重なるので、ＬＤｃ４をオンする(同図ｃ)。また、時刻Ｔ＝３ｅにおいてＬＤｂ４の光軸が点Ｋ２に、ＬＤｄ３の光軸が点Ｋ４に、それぞれ重なるので、ＬＤｂ４とＬＤｄ３をオンする(同図ｄ)。以下、同様にして、時刻Ｔ＝１０ｅにおいてＬＤａ１の光軸が点Ｋ１に重なるので、ＬＤａ１をオンする(同図ｋ)。すなわち、点Ｋ１〜Ｋ４はそれぞれ４回レーザビームが照射される。なお、被描画体に入射するレーザビーム４の直径は例えば、０．０２５ｍｍであるので、４０００ＤＰＩで描画された直線ｋは幅０．０２５ｍｍの直線になる。
【００１３】
図１２は図１１におけるスキャン（Ｎｏ１スキャン）と共に被描画体を副走査方向へ移動させた場合を示している。なお、Ｎｏ２〜Ｎｏ４スキャンにおける各ＬＤ１の光軸は、直径を変えて示す（順次小さくして表す）円の中心である。同図に示すように、Ｎｏ１〜Ｎｏ４スキャンにより、点Ｋ１〜Ｋ１６からなる直線ｋを描画することができる。なお、図９に示す光源系の場合、点Ｋ１〜Ｋ１６はそれぞれ８回レーザビームが照射される。
【００１４】
ここで、図８におけるＬＤ１の出力ｗが０．０６ワット、光学系の効率ηが５０％、ポリゴンミラーは面数が１０面で、回転数Ｒが５０００ｒｐｍ、また、ｆθレンズの焦点距離ｆが３５０ｍｍであるとき、４０００ＤＰＩとする場合に１ｃｍ２エリアヘ照射される全光量Ｅは式１により求められる。
【００１５】
Ｅ＝Ｗ×ｔ＝１０．３１ｍＪ／ｃｍ２  ・・・(式１)                                なお、Ｗは１ｃｍ２当たりの入力エネルギ、ｔは照射時間であり、それぞれ式２，３により求められる。                                                                  Ｗ＝ｗ×η×スポット数＝ｗ×η×（１ｃｍ／０．００６３５ｍｍ）２×８（列）        ＝５９５，２０１．２（ｗ／ｃｍ２）  ・・・(式２)                              ｔ＝ｔａｎ−１（６．３５×１０−３／２／３５０）／３０，０００°                      ＝１７．３２５×１０−９（秒）  ・・・(式３)
すなわち、ＤＦＲ感度１０ｍＪ／ｃｍ２相当のＤＦＲを露光することができる。
【特許文献１】特開２００７−９４１２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、現在市販されているＤＦＲは光量として２０〜１００ｍＪ／ｃｍ２が必要であるものがほとんどであり、必要光量が１０ｍＪ／ｃｍ２のＤＦＲは高価である。
【００１７】
本発明の目的は、ＬＤを光源とするレーザ直接描画装置であっても、安価な必要光量が２０〜１００ｍＪ／ｃｍ２のＤＦＲを描画することができるレーザ直接描画方法およびレーザ直接描画装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明の第1の手段は、列方向と行方向に整列させたレーザビームの光軸を前記列方向と同方向の主走査方向へ偏向させながら被描画体を前記行方向と同方向の副走査方向へ移動させ、ラスタデータに基づき変調された前記レーザビームを前記被描画体へ照射することにより前記被描画体に所望のパターンを描画するレーザ直接描画方法において、前記行方向のレーザビームの光軸の数を正の整数であるｑとｓの積であるｐとしておき、行方向にｓ行ずつずらしながら前記レーザビームを前記被描画体へ照射することにより、描画箇所の光量が１重露光の場合のｑ倍であるｑ重露光することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第２の手段は、列方向と行方向に整列させたレーザビームの光軸を前記列方向と同方向の主走査方向へ偏向させながら被描画体を前記行方向と同方向の副走査方向へ移動させ、ラスタデータに基づき変調された前記レーザビームをシリンドリカルレンズを用いて前記副走査方向に集光させて前記被描画体へ照射することにより前記被描画体に所望のパターンを描画するレーザ直接描画装置において、前記行方向のレーザビームの光軸の数を正の整数であるｑとｓの積であるｐにすると共に、描画箇所の光量を設定する設定手段と、前記シリンドリカルレンズを前記行列面内で回転させる回転手段と、を設け、前記設定手段に設定された光量に応じて前記シリンドリカルレンズの位置を定め、行方向にｓ行ずつずらしながら前記レーザビームを前記被描画体へ照射することにより、描画箇所の光量が１重露光の場合のｑ倍であるｑ重露光することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
出力が小さいＬＤを光源とするレーザ直接描画装置であっても、必要光量が２０〜１００ｍＪ／ｃｍ２の被描画体を描画できるので、描画できる被描画体の種類を増すことができる。また、安価なＤＦＲを使用できるので、製品のトータルコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明について説明する。
【００２２】
図１は本発明の要旨を説明する図であり、（ａ）は第１の例を、（ｂ）は第２の例を、それぞれ示している。なお、上記図１１の場合と同様に、各列のＬＤの間隔は２ｅであり、隣接する上下の列のＬＤは間隔ｅだけずれている。また、図１２の場合と同様に、Ｎｏ１〜Ｎｏ４スキャンにおける各LDの光軸は、直径を順次小さくして表す円の中心である。
【００２３】
いま、４行×４列の平行四辺形アレイ状に配置されたＬＤ１に対して被描画体の移動速度を１／２にしたとする。この場合、同図（ａ）に示すように、点Ｋ３、Ｋ４は第１スキャンと第２スキャンによりレーザビームが８回照射される。すなわち、点Ｋ３、Ｋ４には上記図１１の場合（１重露光）に比べて２倍の光量が供給される（２重露光）。点Ｋ５以降の点に関しても点Ｋ３、Ｋ４と同様に、レーザビームが８回照射される。すなわち、上記図１１の場合に比べて２倍の光量が供給される。
【００２４】
また、同図（ｂ）に示すように、被描画体の移動速度を１／４にしたとすると、点Ｋ４以降の点に関してはレーザビームが１６回照射される。すなわち、上記図１１の場合に比べて４倍の光量が供給される（４重露光）。
【００２５】
そして、ＬＤ１の配置が図９に示すように８列×１６行の場合、副走査方向送り速度を１／８、１／１６とすることにより８重露光、１６重露光を行うことができる。
【００２６】
実際の露光においては、被描画体に供給する光量（すなわち、露光の重ね数）が先に決まり、その結果に応じて被描画体の移動速度すなわちテーブルの送り速度を決めなければならない。以下、テーブルの送り速度ｖの演算手順を説明する。なお、ポリゴンミラーは面数Ｍが１０面で、回転数Ｒが５０００ｒｐｍ、ｆθレンズの焦点距離ｆが３５０ｍｍであり、４０００ＤＰＩで描画するとする。
【００２７】
図２は走査角度αの説明図、図３はシリンドリカルレンズ１０の平面図である。
【００２８】
ポリゴンミラー１面の回転時間ｔｍは１．２×１０−３（秒）である。ポリゴンミラーの１面が回転する間に１６行描画（１重露光）するとすると、このときのテーブルの移動距離は０．１０１６ｍｍであるので（０．００６３５×１６行）、Ｎ重露光時は、ｖ／Ｎ＝８４．６７／Ｎ（ｍｍ／秒）になる。
【００２９】
このとき、走査角度αは、被描画体への露光巾（主走査方向スキャン長）をＬｍｍ、ポリゴンミラーの露光有効角度をφ、ポリゴンミラー１面の回転角度をＰｍとすると、φ＝ｔａｎ−１（Ｌ／２／ｆ）（゜）、Ｐｍ＝３６０／Ｍ（゜）であるので、走査角度αは式４で求められる。そこで、図３に示すように、シリンドリカルレンズ１０をＸ軸に関して角度αだけ回転させて配置する（図示の場合、右上がりに配置する。）。                  α＝ｔａｎ−１［（ｔｍ×φ／Ｐｍ×ｖ）／Ｌ］（゜）・・・(式４)
なお、シリンドリカルレンズ１０は以下のように保持されている。すなわち、シリンドリカルレンズ１０はレンズホルダ３５に支持されている。レンズホルダ３５に設けられた円形部３８は、シリンドリカルレンズ１０の軸線がボス３４ａの中心を通るようにしてボス３４ａの外周に嵌合している。ボス３４ａは環状の一部を切り欠いた中空馬蹄形であり、中心は描画開始点に位置決めされている。ボス３４ａに切り欠きを設けたのは、ボス３４ａがシリンドリカルレンズ１０を透過したレーザビーム４と干渉することを防止するためである。また、ボス３４ａの内側半径はレーザビーム４がスタートセンサ１５に入射することを妨げない半径（ここでは、１５ｍｍ）である。したがって、レンズホルダ３５すなわちシリンドリカルレンズ１０をボス３４ａの中心すなわち描画開始点を中心にして描画開始点の回りに位置決め自在である。レンズホルダ３５には穴３７が形成されており、レンズホルダ３５が回転可能な範囲でシリンドリカルレンズ１０を透過したレーザビーム４がレンズホルダ３５に干渉しない大きさに形成されている。そして、図示を省略する駆動装置により、走査角度αを精度良く設定できるようになっている。
【００３０】
図４はシリンドリカルレンズの軸線と直角な方向の断面図であり、Ｐはシリンドリカルレンズ１０の軸線である。
【００３１】
上記したように、シリンドリカルレンズ１０に入射するレーザビーム４のシリンドリカルレンズ１０の幅方向の成分は平行である。したがって、シリンドリカルレンズ１０に垂直に入射するレーザビーム４の中心軸が中心軸Ｐを通る場合、レーザビーム４は中心軸ＰからＦ（ただし、Ｆはシリンドリカルレンズ１０の焦点距離）離れた位置に集光する。ここで、レーザビーム４の中心軸を固定した状態でシリンドリカルレンズ１０を同図に２点鎖線で示すようにδだけ図の右方に移動させると（すなわち、中心軸Ｐをだけ図の右方に移動させると）、レーザビーム４は図中Ｆからδだけ右方のＦ０に集光する。すなわち、レーザビーム４の中心軸が同じであっても、シリンドリカルレンズ１０の中心軸Ｐの位置をずらすと、ずらせた距離だけ集光位置が移動する。すなわち、シリンドリカルレンズ１０の中心軸Ｐをワークの走行方向に対して角度α傾けると、レーザビーム４の集光位置も走行方向に対して角度α傾く。したがって、走査角度αはシリンドリカルレンズ１０の中心軸Ｐの走査方向に対する角度として設定できる。
【００３２】
この実施形態の場合、レーザビームを８列×１６行に配置しているので、1重だけでなく、２重、４重、８重、１６重の露光が可能である。すなわち、単位面積当たりの光量を、１０ｍＪ、２０ｍＪ、４０ｍＪ、８０ｍＪ、１６０ｍＪにすることができる。
【００３３】
一般に、行方向のレーザビームの光軸の数ｐを正の整数であるｑとｓの積（ｐ＝ｑｓ）にした場合、行方向にｓ行ずつずらしながらレーザビームを被描画体へ照射することにより、描画箇所の光量を１重露光の場合のｑ倍であるｑ重露光をすることができる。
【００３４】
図５は露光開始位置の説明図であり、（ａ）は１重露光の場合、（ｂ）は２重露光の場合、（ｃ）は４重露光の場合をそれぞれ示している。また、図６は露光開始位置の説明図である。
【００３５】
図５に示すように、２重露光時には、行方向に１重となる個所が発生し、４重露光時には１重、２重となる個所が発生する。そして、ＬＤ１を８列×１６行配列した場合の１６重露光では、１６重露光されるまでのＹ方向の距離が９５．２５μｍ（６．３５μｍ×１５）となって無視できない長さになる。また、露光の重ね数Ｎによって所望の重ね数となる開始位置が副走査方向に異なる。そこで、図６に示すように、副走査方向の露光開始位置を定めておき、スキャンする場合は、その位置よりも上部のＬＤをＯＦＦしておき、その位置よりも下部のＬＤを描画データに対応してＯＮ／ＯＦＦするよう描画データを割り付けておけば、重ね露光においても副走査方向の露光結果を均一にすることができる。
【００３６】
したがって、例えば、重ね数Ｎを設定する設定手段と、シリンドリカルレンズの傾き角αを変更するためのシリンドリカルレンズ回転位置決め手段と、描画データをＮ重露光用に書き換える演算手段とを設けておき、重ね数Ｎが設定された場合は、設定された重ね数Ｎに基づいてテーブルの送り速度ｖ、シリンドリカルレンズの傾き角αの設定、および描画データのＮ重露光用への書き換えを自動で行うように制御装置を構成しておくと、露光作業がさらに容易になる。
【００３７】
図７はＤＦＲの波長−吸収率特性例を示す図である。例えば、光源として水銀ランプを使用する場合、水銀ランプの光には波長が３６５ｎｍのｉ線と、波長が４０５ｎｍのｈ線とが含まれており、ｉ線とｈ線のいずれもが露光に関与する。したがって、必要光量が水銀ランプを基準にして示されている場合、１波長のＬＤでは照射エネルギの数値どおりに露光できるとは言えない。しかし、効率が６０％であるとしても、１６重露光を行えば９６ｍＪ≒１００ｍＪのＤＦＲを露光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の要旨を説明する図である。
【図２】走査角度αの説明図である。
【図３】シリンドリカルレンズの平面図である。
【図４】シリンドリカルレンズの軸線と直角な方向の断面図である。
【図５】露光開始位置の説明図である。
【図６】露光開始位置の説明図である。
【図７】ＤＦＲの波長−吸収率特性例を示す図である。
【図８】従来のレーザ直接描画装置の斜視図である。
【図９】光源系の概略図である。
【図１０】スタートセンサの配置を示す図である。
【図１１】４行×４列に配置した場合の描画手順を説明する図である。
【図１２】描画結果の説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
４  レーザビーム
１０  シリンドリカルレンズ
１１  被描画体
【図１】
2009244616.tif 000003
【図２】
2009244616.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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