专利名称：图形写入装置和图形写入方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在感光材料上记录图像的图形写入装置。
背景技术：
传统上众所周知的是一种用于用由诸如DMD(digital micromirrordevice，数字微发射镜设备)的一个空间光调制器或者液晶开关调制的光束辐射在半导体衬底、印制电路板、用于光掩模的玻璃衬底等(在下文中，被称为“衬底”)上形成的感光耐蚀膜以写入精细图形(即记录图像)的技术。
日本专利申请公报62-21220公开了一种通过用由DMD的一组微发射镜空间调制的光束辐射感光材料、同时仅仅在设定距离处馈送感光材料并且控制用于DMD的信号来曝光得到精细图形的方法。
尽管传统上提出了一种仅仅使用一个空间光调制器的用于图形写入的技术，但是在仅仅使用一个空间光调制器时写一个图形需要花费很长时间。为了高速写入，考虑使用多个空间光调制器，而是在写入精细图形的情况中，如果使用多个简单配置的空间光调制器，则它不易于在感光材料上通过空间光调制器联合写入图像。
换句话说，近来，随着要形成图形的精细化，衬底的微观形变、衬底夹持位置的微观偏差等极大地影响了写入图形的精度，并且由于这样有害的作用，传统上已经不可能以高速写入精细图形。
发明内容
本发明的一个目的是以高速写入高精度的精细图形，并且本发明用于提供一个用于通过用基于图像数据调制的光辐射感光材料写入一个图形的图形写入装置。
依据本发明，图形写入装置包含辐射单元，其包括多个用于用多条光束辐射感光材料的辐射部件，其中每条光束都是被调制的；扫描机构，用于在用多条光束辐射感光材料的同时相对于辐射单元扫描该感光材料；以及辐射位置控制机构，用于沿几乎与感光材料的扫描方向垂直的方向改变对应于多个辐射部件的多个辐射位置的间隔。
通过改变多个辐射位置的间隔，借此以高速用高精度记录图像就是可能的了。
更可取地，辐射位置控制机构相互独立地移动多个辐射位置。
依据本发明的一个方案，图形写入装置还包含一个用于沿几乎与感光材料的扫描方向垂直的方向移动辐射单元的机构。
依据本发明的另一个方案，在图形写入装置中，多个辐射部件中的每一个都包含变焦透镜，而且该变焦透镜能够和其它那些辐射部件独立地被控制。
因此放大和缩小图形是可能的。
依据本发明的还有另一个方案，在图形写入装置中，多个辐射部件中的每一个都包含一个光源、一个用于空间调制来自光源的光的空间光调制器、和一个用于引导来自空间光调制器的光束到感光材料的光学系统。此外，辐射位置控制机构包含用于相对于辐射单元移动至少空间光调制器的机构。
依据本发明还有另一个方案，在该图形写入装置中，辐射位置控制机构包含用于单独旋转用从多个辐射部件中每一个发出的光束在感光材料上形成的空间光调制器的投射图像的机构。
因此不旋转感光材料而记录一幅图像是可能的。
依据本发明的另一方案，图形写入装置还包含一个感光器，用于从多个辐射位置中的至少一个接收光，而且感光器从在用光束辐射的感光材料上的至少两个位置接收光，并且基于感光器的输出控制辐射位置控制机构。
更可取地是，还基于感光器的输出检查在多个辐射位置和辐射单元之间的位置关系。
通过结合本发明的下列详细描述及其附图，本发明的这些及其它目的、特征、方面和优点将变得更为清楚。
图1是显示图形写入装置的整体结构的示意图；图2是显示辐射部件的内部结构的示意图；图3是显示DMD的示意图；图4是显示了图形写入装置的操作流程的流程图；图5是显示了用来说明图形写入装置的操作的结构的示意图；图6A和6B是用来说明从辐射位置校正标记中获得辐射位置的偏差量的示意图；图7是显示位置检测信号和复位脉冲的示意图；图8是显示变形衬底的示意图；图9是显示写入区域的部分的示意图；图10是显示了在写入区域上的条纹的示意图；图11是显示了图形写入装置的构造的框图；图12和13是显示了图形写入装置的操作流程的流程图；图14A和14B每个都是显示了位置检测信号和复位脉冲的示意图；图15是显示了辐射部件的另一个示例结构的示意图；图16是显示了一微发射镜机构的结构的示意图；以及图17A到17C是用来说明从辐射位置校正标记中获得辐射位置的偏差量的示意图。
具体实施例方式
图1是一个显示了依据本发明最佳实施例的图形写入装置1的整体结构的示意图。图形写入装置1通过用基于输入图像的数据调制的光束辐射感光材料来记录图像(换句话说，通过曝光写入图形)。图形写入装置1包含用于夹持在其上形成感光耐蚀膜的衬底9的平台单元2，用于沿图1中的Y方向移动平台单元2的平台移动机构31，具有多个每个都用于发射调制光束到衬底9的辐射部件40的辐射单元4，用于沿图1中的X方向移动辐射单元4的辐射单元移动机构32，以及连接到平台移动机构31、辐射单元4和辐射单元移动机构32的控制部件5。
平台单元2具有平台支撑装配台21和用于夹持衬底9的平台22，而且平台22的上表面是用于衬底9的空间。在平台支撑装配台21和平台22之间，提供了平台旋转机构222，以围绕沿图1中Z方向的轴把平台22旋转非常小的角度，通过它，在平台22上的衬底9被围绕垂直于它的主要表面的轴旋转一小角度。如图1所示，在平台支撑装配台21上的区域23上，提供了稍后讨论的辐射位置校正标记。
平台支撑装配台21被固定到平台移动机构31的一个移动部件上，其中该移动部件是一个线性电动机，而且控制部件5控制平台移动机构31以沿图1中的Y方向(主扫描方向)移动衬底9。线性编码器311被进一步连接到平台移动机构31，以检测平台单元2沿主扫描方向的一个扫描位置(平台22相对于固定到图形写入装置1上的坐标的位置)，并且输出一个指示扫描位置的位置检测信号到控制部件5。
辐射单元4被固定到辐射单元移动机构32的一个移动部件上，并且由辐射单元移动机构32沿几乎与主扫描方向垂直的辅助扫描方向(图1中的X方向)移动。在稍后讨论的图形写入中，每当完成了沿Y方向(即主扫描方向)移动衬底9时，辐射单元移动机构32移动辐射单元4到下一个主扫描的起点(换句话说，执行辅助扫描)。
因此，在图形写入装置1中，能够相对于平台单元2沿图1中的X和Y方向移动辐射单元4，并且因此相对于衬底9沿X和Y方向扫描在衬底9上用来自多个辐射部件40的光辐射的多个区域。
控制部件5具有数据处理部件51、辐射控制部件52和扫描控制部件53，而且由CAD等产生的图像数据在数据处理部件51中被转变为写入数据。被转换的写入数据被传输到辐射控制部件52和扫描控制部件53。辐射控制部件52把写入数据转换成为光栅数据，并且依据光栅数据控制从每个辐射部件40发射光。扫描控制部件53控制平台移动机构31、辐射单元移动机构32、平台旋转机构222和稍后描述的在辐射部件40中的各个组成元件。
控制部件5还具有校正操作部件54，用于校正在衬底9上的辐射区域位置、在辐射部件40中的DMD的投射图像的大小等。从辐射单元4中接收信号的校正操作部件54执行算术运算，并且输出用于校正辐射的信号到辐射控制部件52和扫描控制部件53。
图2是显示了辐射部件40的内部结构的示意图。辐射部件40具有光源41和DMD42，其中光源41是盏用于发射光的灯，而且DMD42具有一组沿晶格排列的微发射镜，而且该组微发射镜反射来自光源41的光束以输出空间调制的光束。
特别地，从光源41发出的光由发射镜431和透镜432引导到灯光控制滤波器44，其中光源41是超高压水银灯(可以使用半导体激光器、LED等)，而且在光控滤波器44中光束被控制以具有预定数量的光(光强)。通过光控滤波器44的光束通过一个杆集成器433、透镜434和发射镜435引导到发射镜436，在那儿光束被凝聚并且被引导到DMD42。进入DMD42的光束被均匀地以预定入射角发射到DMD42的该组微发射镜上。因此，发射镜431、透镜432、杆集成器433、透镜434、发射镜435和发射镜436构成了一个照明光学系统43a，其把来自光源41的光引导到DMD42。
仅仅由来自在DMD42中的某些在一个预定位置的微发射镜的反射光束成分形成的光束(即，被空间调制的光束)进入变焦透镜437，并且通过半透明反射镜438被引导到投影透镜439，使它的缩小(或者放大)率由变焦透镜437控制。然后，来自投影透镜439的光束被发射到在衬底9上的区域，该区域相对于该组微反射镜是光学共轭的。因此，在图形写入装置1中，变焦透镜437、半透明反射镜438和投影透镜439构成了投影光学系统43b，其引导来自微放射镜的光到在衬底9上的相应微观区域。
辐射部件40还具有图像检取部件45，而且在衬底9上、来自DMD42的光被引导的区域中的图像检取通过投影透镜439、半透明反射镜438和透镜451来实现。图像检取部件45中的图像检取设备把在衬底9上的区域中的图像转换成为一个电信号(即，图像数据)，并且把该电信号传输到控制部件5(参见图1)。
辐射部件40还具有微移动机构46，而且微移动机构46相对于辐射单元4(更确切地说，相对于固定在辐射单元4上的坐标)沿图2中的X方向移动在其上连接了DMD42的DMD支撑板421。微移动机构46具有一个轴463，其一端连接到偏心凸轮462，而另一端连接到马达464。当马达464旋转时，在偏心凸轮462旋转的同时与附着于DMD支撑板421的较低部分的滚子(未显示)相接触，而且借此沿在X方向中的导轨461移动DMD支撑板421。
通过在辐射部件40中提供相应的微移动机构46，相对于辐射单元4的相应辐射位置(用空间调制的光束相对于辐射单元4辐射的相应区域中的相应中心位置)能够沿几乎与主扫描方向垂直的方向相互独立地移动，并且借此能够任意地改变多个辐射位置的间隔。
投影透镜439附着于具有马达、滚珠丝杠、导轨等的投影透镜移动机构47，而且通过驱动投影透镜移动机构47沿图2中的Z方向移动投影透镜439。然后，利用投影透镜移动机构47，在投影透镜439和衬底9之间的距离被这样控制以便在衬底9上形成DMD42的图像。
图3是显示DMD42的示意图。DMD42是具有一组微反射镜423的空间光调制器，其中大量微反射镜按晶格排列在硅衬底422上，而且每个微反射镜在静态电场的作用下依据写入在对应于微反射镜的存储器单元中的数据倾斜一个预定角度。
当从图1中的辐射控制部件52输入一个复位脉冲到DMD42时，微反射镜中的每一个都同时依据写入到对应于微反射镜的存储器单元中的数据相对于一个反射面对角线的轴倾斜到一个预定位置(或者方位)。被发射到DMD42的光束依据微反射镜倾斜的方向被反射，以在光发射到对应于微反射镜的微观辐射区域的ON和OFF之间进行切换。换句话说，当对应于向其中写入表示ON数据的存储器单元的一个微反射镜接收复位脉冲时，进入微反射镜的光被反射到变焦透镜437上，并且被发射到相应的辐射区域上。当微反射镜进入OFF状态时，微反射镜反射一个入射光到一个不同于变焦透镜437的预定位置(光线切断板437a，参见图2)，以防止光被引导到相应的辐射区域。
由于例如使用的这个DMD42是其中微反射镜以768行1024列的矩阵排列的设备，而且当向其输入一个复位脉冲时，所以每个微反射镜依据在相应存储器单元中的数据倾斜到(+10)度或者(-10)度的位置。
图4是显示图形写入装置1的、用于在衬底9上的一个感光耐蚀膜上记录一幅图像的操作流程的流程图，而图5是显示辐射单元4、在平台支撑装配台21上的区域23和衬底9的平面图。在图形写入中，首先，检查在对应于每个辐射部件40的辐射位置和辐射单元4之间的的位置关系。由于能够基于来自平台移动机构31的线性编码器311(参见图1)和辐射单元移动机构32的编码器的输出检测在辐射单元4和平台22之间的位置关系，所以在辐射位置和辐射单元4之间的位置关系的检查(在下文中，称为“辐射位置的检查”)实质上是在平台22和辐射位置之间的位置关系的检查。
在检查辐射位置过程中，平台22和辐射单元4被移动以便使辐射部件40的辐射位置可以与辐射位置校正标记231重合。随后，辐射部件40发出光束以在辐射位置校正标记231上投影预定图形，并且由图像检取部件45(参见图2)获得在辐射位置校正标记231附近的图像数据(步骤S11)。
在控制部件5的校正操作部件54中，基于所获得的图像数据计算每个辐射位置沿X和Y方向相对于辐射位置校正标记231的偏差量(步骤S12)。沿X方向的偏差量对应于DMD42相对于辐射单元4(或者辐射部件40)的偏差量，而沿Y方向的偏差量对应于在辐射单元4和平台22具有一预定位置关系的情况下在平台22和辐射部件40之间的偏差量。
计算偏差量时，控制部件5校正每个辐射位置的偏差量(或者准备校正)(步骤S13)。当所获得的沿X方向的偏差量超过预定范围时，驱动每个辐射部件40中的微移动机构46以依据偏差量校正相对于辐射单元4的辐射位置。当沿Y方向的偏差量超过预定范围时，校正操作部件54传输用于校正的信息到辐射控制部件52和扫描控制部件53。借此在图形写入中控制传输复位脉冲到DMD42的时序，而且实质上校正了相对于平台22的辐射位置。
图6A和6B是用来说明获得辐射位置相对于辐射位置校正标记231的偏差量的示意图。图6A和6B每个都显示了其中投影图像232被辐射部件40投射到辐射位置校正标记231上的状态。辐射位置校正标记231和投影图像232每个都是一组以恒定间隔(所谓的游标图形)并行排列的长条状区域(在下文中，称为“长条区域”)，而且相应的间隔是彼此不同的。
辐射位置校正标记231由其光反射率在如图5所示的区域23中比较高的材料构成，区域23的其它部分是一个其反射率相对低的表面。因此，能够由图2中的图像检取部件45获得表示其中辐射位置校正标记231和投影图像232彼此相互重叠的区域的图像233(在下文中，称为“所检测到的图像”)。
图6A显示了一种其中投影图像232被投射而不偏离辐射位置校正标记231的状态，而图6B显示了一种其中投影图像232偏离辐射位置校正标记231的状态。由于辐射位置校正标记231的长条区域的间隔与投影图像232的长条区域的间隔彼此不同，如图6A所示，所以当辐射位置没有偏离时，所检测的图像233的多个长条状区域的中心两个都具有最大的面积。另一方面，当辐射位置偏离时，如图6B所示，依据偏差量，在所检测的图像233中具有最大面积的一个区域偏离中心位置。因此，基于在所检测的图像233中具有最大面积的一个区域的位置，有可能检测到辐射位置沿辐射位置校正标记231的长条区域的排列方向的偏差量。
实际上，在区域23上对应于每个辐射部件40的位置处提供其长条区域排列方向相互垂直的两个辐射位置校正标记231。
接下来，图形写入装置1执行在平台22上夹持的衬底9的对齐和定位。特别地，图形写入装置1打开在指定的辐射部件40中的DMD42中的所有微反射镜，并且控制平台移动机构31和辐射单元移动机构32以发出光束到如图5所示、在衬底9上预先形成的一个对齐标记92。对齐标记92是在衬底9的一个记录表面上形成的的图形、孔等。
然后，图像检取部件45执行图像检取(步骤S14)，而且校正操作部件54从指定的辐射部件40相对于平台22的位置和所获得的图像数据中获得在平台22上对齐标记92的位置(步骤S15)。为四个对齐标记92(在图4中未显示)，并且从多个对齐标记92的位置、在衬底9上相对于平台22的基础位置(例如，辐射开始位置或者衬底9的中心位置)、衬底9相对于主扫描方向的斜度、和衬底9沿主扫描方向和辅助扫描方向的膨胀或者收缩率中，执行对齐标记92的位置检测。
当衬底9的斜度属于预定范围之内时，控制部件5沿X方向移动辐射单元4的位置以便使在衬底9上的基础位置可以位于相对于辐射单元4的一个预定位置处，以校正衬底9相对于辐射单元4的相对位置。当衬底9倾斜时，控制部件5控制平台旋转机构222以校正衬底9的斜度，然后再次执行对齐标记92的图像检取以确定衬底9的位置(步骤S16)。
当完成辐射位置的校正和衬底9的定位时，图形写入装置1用辐射执行在衬底9上写入一个图形(记录一幅图像)。在那时，基于辐射位置相对于辐射单元4的偏差量(即沿Y方向的偏差)和对齐标记92的位置检测结果，执行辐射控制的校正(步骤S17)。
在图形写入装置1中，每当完成沿主扫描方向的衬底9的一次扫描时，辐射单元4使主扫描方向反转，并且沿辅助扫描方向移动辐射单元4以使其位于下一次主扫描的开始位置处。利用这个操作，如图5中的箭头61所指示的那样，沿主扫描方向和辅助扫描方向相对于衬底9交替地移动辐射部件40的辐射位置。此外，控制部件5使辐射位置的主扫描和在每个辐射部件40中的DMD42的控制同步，以在衬底9上写入一个图形。
图7是一个用来说明控制部件5的、用于使辐射位置的主扫描和到DMD42的复位脉冲输出同步的操作的示意图。在图7中，横轴表示时间，而纵轴表示从线性编码器311中传送到控制部件5的位置检测信号71(确切地说，通过倍减来自线性编码器311的脉冲信号而产生的一个信号)和从控制部件5中传送到DMD42的一个复位脉冲72。如图7所示，每当控制部件5计数来自线性编码器311的位置检测信号71的峰值预定次数时，控制部件5输出复位脉冲72到DMD42，换句话说，基于位置检测信号71实现来自辐射部件40的光束的辐射控制，借此使辐射位置沿主扫描方向的移动和在图形写入装置1中的DMDs42驱动同步。
通过移动起点实质上实现在图4的步骤S13中的沿Y方向辐射位置校正，以通过倍减位置检测信号71的脉冲来为每个辐射部件40产生一个复位脉冲(或者产生不同峰值的复位脉冲72)。
接下来，就在步骤S17中的辐射控制的校正进行讨论，该步骤S17在衬底9被微观变形时执行。图8是显示变形衬底9的示意图。衬底9在例如先前步骤的处理中从原始形状(由参考符号9a表示)中发生了非常细微的变形。
在辐射控制的校正中，基于在步骤S14中多个对齐标记92的位置的测量结果，预先获得了这样一个区域(在下文中称为＂条纹＂91)的一个写入开始位置、一个写入结束位置、和膨胀或者收缩率，在该区域中由一个辐射部件40的一次主要扫描写入一个图形。在写每个条纹91过程中，依据所获得的写入开始位置、写入结束位置、和膨胀或者收缩率，控制图形写入装置1的构成元件。扩展或者收缩率是指要被写入的图形的尺寸扩展或者缩小到参考尺寸的比率，而且沿X方向的扩展或者收缩率被认为是沿主扫描方向(Y方向)连续改变的，而沿Y方向的扩展或者收缩率被认为是就每一条纹91来说是恒定的而且已获得了。
更具体地说，相对于图8中的衬底9，获得在(+Y)端和(-Y)端上沿X方向相对的对齐标记92之间的长度L1和L2。通过把所获得的长度L1和L2除以预先确定的条纹91的总数，分别获得在写入开始位置和写入结束位置处每一条纹91的写入宽度L3和L4。
如图8所示，假定在(-X)端、在条纹91的(+Y)端上一边的中心位置是写入开始位置P1，在它的(-Y)端上一边的中心位置是写入结束位置P2，在写入开始位置P1和写入结束位置P2之间的距离是L5，沿Y方向的距离是L7，而沿X方向的距离是L6。
在控制部件5中的辐射控制部件52和扫描控制部件53首先通过使用一个AX微移动机构执行位置校正，以便使辐射位置可以是位置P1的X坐标，接下来输入复位脉冲到相应的辐射部件40，以便使辐射部件40的辐射位置可以在写入开始位置P1处开始写入，同时沿主扫描方向移动衬底9，然后与位置检测信号同步重复地输入复位脉冲。在那时，在没有变形(或者直到产生下一个复位脉冲为止、位置检测信号峰值的计数值被控制)的情况下，由实际距离L5与在写入开始位置和写入结束位置之间的距离的比值来改变用于产生位置检测信号的分频比。利用这个操作，依据沿Y方向的膨胀或者收缩率执行写入。
控制部件5通过使用微移动机构46沿X方向把辐射位置移动一个距离，只要是沿主扫描方向(Y方向)从写入开始位置P1移动辐射位置该距离，该距离就是(L6/L7)的倍数。变焦透镜437的放大率(包含缩小率)从写入开始位置P1处到写入结束位置P2处连续地变化，以便相对于从写入开始位置P1沿主扫描方向(Y方向)移动辐射位置的距离线性地变化。在没有变形的情况下，分别从长度L3和L4与沿X方向的条纹长度的比率中获得在写入开始位置P1和写入结束位置P2处的放大率。
虽然以上已经讨论了相对于条纹91在(-X)侧上的辐射控制，则并行地为在图形写入装置1中的多个辐射部件40执行与以上相同的校正操作。这实现了辐射控制，其对一个大尺寸的衬底或者图形精细化做出响应。
在图形写入装置1中，由于由微移动机构46沿辅助扫描方向移动辐射位置的距离、由变焦透镜437放大或者缩小DMD42的投影图像的比率(换句话说，在辐射区域的大小中的变化)和复位脉冲的传播时序，能够独立地与扫描同步为每个辐射部件40控制，所以即使由于变形而使条纹91具有不同的形状，也有可能为多个条纹91实现图形的适当写入。因此，有可能以高速用高精度为一个变形了的衬底9写入一个期望的精细图形。
当由于变形而使具有500mm×600mm大小的衬底9沿X和Y方向具有大约±0.005％的均匀膨胀或者收缩率时，例如沿水平和垂直方向衬底的变形量分别是±25um和±30um。假定在此条纹91的总数是80，在一个条纹91的宽度中的变形量是±0.31um或者±0.38um。
当变形量属于这个范围而且不需要具有高精度的图形写入时，并不总是必须执行变焦透镜的放大率校正、在主扫描期间由微移动机构进行连续移动、也不是诸如稍后讨论的斜度校正的辐射校正控制，沿X方向的放大或者缩小校正能够通过微移动机构的位置校正和在辐射单元的移动量中的控制来实现，而且沿Y方向的放大或者缩小校正能够通过控制复位脉冲的时序来实现。当膨胀或者收缩率大到大约±0.05％的程度或者需要具有0.5um或者更少的高精度的图形写入时，图形写入装置1彼此互相独立地控制辐射部件40，并且执行变焦透镜的放大率校正，借此用高精度加入多个条纹91的同时适当地扩大或者缩小图形，以实现一精细图形的写入。
由于图形写入装置1能够控制投影图像的放大和缩小，并且改变在多个辐射位置之间的距离，因此有可能实现在衬底9上写入一个被部分地放大或者缩小的图形而不改变写入数据。
由于被缩小的DMD42的图像通过投影光学系统43b投影，所以能够使由微移动机构46移动DMD42的距离比辐射位置沿辅助扫描方向移动的距离大，由此容易地执行用于沿辅助扫描方向(X方向)用高精度移动辐射位置的校正控制是可能的。
接下来，将就其中在每个辐射部件40中彼此相互独立地执行DMD42的移动、变焦透镜437的控制、和复位脉冲的产生的一种特定情况进行讨论。在这个讨论中，假定在衬底9上、在其中写入一图形的一个写入区域被分成如图9所示的2×3的部分93，而且三个辐射部件40每个都执行5次主扫描(换句话说，每个辐射部件40在如图10所示的五个条纹91上执行写入)，以在整个区域上实现写入。图10中的区域H1、H2和H3分别表示其中辐射部件40在(-X)边上、在中心处、和在(+X)边上执行写入的区域。
图11是显示具有三个辐射部件40的图形写入装置1的构造的框图。在图11中，每个头驱动控制电路521单独地产生一个将被传输到微移动机构46和放大机构437b、用于在CPU50的控制下放大在辐射部件40中的变焦透镜437的控制信号。复位脉冲产生电路522在CPU50的控制下依据来自线性编码器311的一个信号产生将被传输到每个DMD42的复位脉冲。图1中的辐射控制部件52对应于一个由CPU50、头驱动控制电路521和复位脉冲产生电路522实现的功能。扫描控制电路531在CPU50的控制下产生一个将被传输到平台移动机构31和辐射单元移动机构32的控制信号。图1中的扫描控制部件53对应于一个由CPU50和扫描控制电路531实现的功能。
图1中的校正操作部件54对应于CPU50和校正存储器50a，而且校正数据通过CPU50等的算术运算预先获得，如稍后讨论的那样，并被保存在校正存储器50a中，而且当执行写入时，从校正存储器50a中连续地传输校正数据到CPU50。
图12和13是显示了图形写入装置1的、用于在图9的写入区域上执行写入的操作流程的流程图，并且这个流程对应于图4中的步骤S15到S17。首先，辐射位置被校正(图4中的步骤S11到S13)，并且当检测到对齐标记92的位置(步骤S14)时，通过CPU50的算术运算为每个部分93获得沿X和Y方向的膨胀或者收缩率(在下文中，称为“膨胀率”)(图12中的步骤S151)。此外，为图10中的每个条纹91获得沿X和Y方向的膨胀率(步骤S152)。
假定，例如，在图9的区域Rx1和Rx2中衬底9沿X方向的膨胀率分别是βx1和βx2，在区域Ry1、Ry2和Ry3中衬底9沿Y方向的膨胀率分别是βy1、βy2和βy3，而且衬底9没有剪切变形。在这种情况下，为图10中的每个条纹91分别确定比率βy1、βy2和βy3作为相对于区域Ry1、Ry2和Ry3沿Y方向的膨胀率。
另一方面，由于在区域H1中的所有条纹91都被包含在区域Rx1中，所以沿X方向条纹的膨胀率是βx1，而且由于在区域H3中的所有条纹91都被包含在区域Rx2中，所以沿X方向条纹的膨胀率是βx2。在区域H2中，由于距(-X)边的第一和第二个条纹91被完全地包括在区域Rx1中，所以沿X方向的膨胀率是βx1，而且由于距(-X)边的第四和第五个条纹91被完全地包括在区域Rx2中，所以沿X方向的膨胀率是βx2。就距(-X)边的第三个条纹91a来说，由于在区域Rx1和Rx2之间的边界931从中心接近于(-X)边，所以沿X方向的膨胀率是βx2。尽管最好是通过基于边界931的位置将比率βx1和βx2进行插值来获得第三条纹91a沿X方向的膨胀率，但是如果误差影响很小，则可以把膨胀率确定为βx1或者βx2而不必进行上述插值。
接下来，在由辐射部件40在条纹上进行写入的过程中由微移动机构46获得辐射位置沿X方向的校正数量。(步骤S153的上半部分)。如图10所示，辐射单元4沿X方向的一次移动量是通过把写入区域沿X方向的宽度除以条纹91的数目而获得的距离M。与这相反，由于每个条纹91沿X方向的宽度是通过把距离M乘以膨胀率而确定的，所以当在图10中距(-X)边的第n个条纹91上执行写入时，只要由微移动机构46把距离M获得作为校正量，在(-X)边上的第n个条纹91的位置和在(-X)边上远离对齐标记的一个位置之间的差值就是该距离，它是(n-1)的倍数。在图10中，参考符号MA12、MA21和MA31分别表示在由在(-X)边上的辐射部件40在第二个条纹91上、由中心辐射部件40在第一个条纹91上、和由在(+X)边上的辐射部件40在第一个条纹91上进行写入的过程中由微移动机构46进行的辐射位置校正量。
随后基于条纹91沿Y方向的膨胀率，在在条纹91上进行写入的过程中获得用于产生复位脉冲的间隔的校正量(步骤S153的下半部分)。图14A和14B是显示了复位脉冲72的间隔(换句话说，位置检测信号71的计数值)校正的示意图。图14A显示了一种其中在位置检测信号71的九个脉冲的间隔71a处产生复位脉冲72的状态，而图14B显示了一种其中在位置检测信号71的十个脉冲的间隔71b处产生复位脉冲72的状态。例如，在图10中，当在区域Ry2中的条纹91的膨胀率比在区域Ry1中的条纹91的膨胀率大大约10％、并且图14A中的复位脉冲72被用于区域Ry1的写入时，图14B中的复位脉冲72被用于区域Ry2的写入。当在区域Ry2中的条纹91的膨胀率与在区域Ry1中的条纹91的膨胀率的不同没有超过10％时，依据在区域Ry2中的条纹91的膨胀率把图14A和14B中用于产生复位脉冲72的间隔进行混合。这依据沿Y方向的膨胀率实现了写入。实际上，为每个条纹91准确地获得沿Y方向的膨胀率，为每个条纹91获得复位脉冲的间隔校正量，并且彼此相互独立地为辐射部件40产生相应的复位脉冲。
每个条纹沿X方向的膨胀率、由微移动机构46进行的每个辐射位置的校正量、和复位脉冲的间隔校正量作为校正数据被保存在图11的校正存储器50a中(步骤S154)。然后，确定衬底9相对于辐射单元4的初始位置，利用它完成图形写入的准备(步骤S16)。
当实际上执行写入(图像记录)时，首先，读出在有关每个辐射部件40的第一个条纹91的校正数据当中沿X方向的膨胀率、和由微移动机构46进行的校正量，依据膨胀率单独地控制每个放大机构437b以设置变焦透镜437的放大率，并且改变对应于辐射部件40的辐射区域的大小。每个微移动机构46沿X方向以校正量大小来校正DMD42的位置(步骤S172)。
在那之后，开始沿Y方向移动平台22(步骤S173)。在这时，光源41是导通(ON)的，并且DMD42的所有微反射镜都处于断开(OFF)状态。然后，当将要被光束辐射的位置到达每个条纹91的写入开始位置(步骤S174)时，CPU50产生复位脉冲，同时连续地在校正数据中读取用于产生复位脉冲的间隔校正量，并且由此由DMD42执行写入(步骤S175)。
当辐射位置到达每个条纹91的写入结束位置(步骤S176)时，DMD42的所有微反射镜被关闭，而且停止移动平台22(步骤S177)，并且如果有下一个条纹91，则沿(+X)方向把整个辐射单元4移动预定距离M(步骤S178和S179)。然后，回到步骤S171，在控制变焦透镜437和微移动机构46之后，考虑到沿Y方向的膨胀率执行写入(步骤步骤S171到SI77)。重复步骤沿(+X)方向移动辐射单元4和写入，当完成了由所有辐射部件40在所有条纹91上的写入时，就完成了图形写入(步骤S178)。
因此，在图形写入装置1中，由于每个辐射部件40具有能够从其它辐射部件40独立控制的变焦透镜437、微移动机构46和DMD42，所以有可能以高速用高精度实现图形写入。
尽管已经在图12和13的操作中就在衬底9中没有剪切变形的情况进行了讨论，但是即使衬底具有剪切变形，也有可能依据平台22沿Y方向的移动通过控制变焦透镜437和微移动机构46用高精度实现图形写入。
图15是显示辐射部件40的另一个结构示例的示意图，而且这幅图仅仅显示了半透明反射镜438的邻近区域。在图15的辐射部件40中，在半透明反射镜438和变焦透镜437之间提供了具有微旋转机构46b的转像棱镜46a。
通过变焦透镜437的光束经过转像棱镜46a，并且在衬底9上形成DMD42的一幅图像，并且在这种情况下，通过用微旋转机构46b把转像棱镜46a旋转θ，把投影图像旋转2θ。
通过这样旋转具有图像的棱镜46a以用上述讨论的对齐标记校正通过校正操作获得的衬底9的倾斜角(图4中的步骤S15)，在衬底9上用从每个辐射部件40发出的光束形成的DMD42的投影图像被单独地旋转，并且由此能够在上述讨论的位置中执行写入而不必旋转衬底9(图4中的步骤S16)。
尽管以上已经讨论了本发明的最佳实施例，但是本发明不局限于以上讨论的最佳实施例，而是允许各种变化。
在图形写入装置1中提供的空间光调制器不局限于DMD42，而是可以使用例如衍射光栅类型的空间光调制器(所谓的GLV)、液晶开关等。此外，利用把多个发光元件、诸如发光二极管或者半导体激光器用作光源的方案，通过与扫描同步控制发光元件的ON/OFF，可以执行图形写入。
将要从辐射部件40发出到衬底9的光束应当被空间调制(换句话说，应当是一组被调制的微观光束)是不必要的，并且图形写入装置1可以具有许多辐射部件40，其中每个辐射部件40发出一个能够被ON/OFF控制的微观光束。
在上述最佳实施例中的微移动机构46仅仅是一个例子，并且如图16所示，例如，微移动机构46可以具有一个其中马达465、导轨466和滚珠丝杠(未显示)用来移动DMD支撑板421的构造。做为选择，DMD支撑板421可以由一个压电元件、一个线性电动机等移动。
不是必须在每个辐射部件40中提供图像检取部件45，但是为了检测对齐标记92在衬底9上相对于平台22的位置，只得在至少一个辐射部件40中提供图像检取部件45。在这种情况下，根据需要，在移动衬底9的同时，执行多个图像检取。
从以高速检测对齐标记92的位置的角度来看，最好是应当在至少两个辐射部件40中提供图像检取部件45，并且应当同时从衬底9上的至少两点接收光。控制部件5能够由此基于来自图像检取部件45的输出获得衬底9的位置、它沿主扫描方向的斜度、每个条纹的膨胀或者收缩率等，以控制组成元件诸如微移动机构46、棱镜46a和微旋转机构。可以在辐射部件40外提供图像检取部件45。
可以提供一个用于检测光强的光电检测器元件来代替图像检取部件45。例如，由于在辐射部件40连续地投影由DMD形成在图6A和6B的辐射位置校正标记231上的长条状投影图形(构成投影图像232的长条状投影图形)的同时，由光电检测器元件检测反射光强，所以有可能基于其反射光强最大的投影图形的位置获得辐射位置的偏差量。
除了在上述最佳实施例中所显示的形状之外，辐射位置校正标记可以具有任何形状。例如，可以使用如图17A所示的十字形的辐射位置校正标记231a。在这种情况下，在图17B中显示的投影图像由辐射部件40投影在辐射位置校正标记231a上，并且由图像检取部件45获得如图17C中所示的一幅检测到的图像233a。然后，控制部件5中的校正操作部件54获得所检测到的图像233a的重心坐标或者边缘，以计算每个辐射部件的辐射位置和沿X和Y方向的偏差量。
平台单元2和辐射单元4沿主扫描方向和辅助扫描方向的相对移动(换句话说，衬底9和辐射位置的相对移动)可以通过移动平台单元2或者辐射单元4来实现。
获得写入开始位置、写入结束位置和每个条纹91相对于变形了的衬底9的膨胀或者收缩率的方法不局限于以上在最佳实施例中讨论的那种方法，但是可以使用更理想地反映了变形的操作方法。
辐射位置沿X方向(辅助扫描方向)的精细调整可以通过其它方法来实现。例如，精细调整能够通过稍微地沿X方向移动投影透镜439和变焦透镜437来实现。
虽然已经显示和详细描述了本发明，但是上述的说明在所有方面中都是说明性的而非限制性的。因此应明白，能够产生许多的修改和变化而没有背离本发明的范围。
权利要求
1.一种图形写入装置，通过用基于图像数据调制的光辐射感光材料而写入图形，包含一个辐射单元，其包括多个用于用多条光束辐射感光材料的辐射部件，其中每条光束是被调制的；一个扫描机构，用于在用所述多条光束辐射所述感光材料的同时相对于所述辐射单元扫描所述感光材料；以及一个辐射位置控制机构，用于沿几乎与所述感光材料的扫描方向垂直的方向改变对应于所述多个辐射部件的多个辐射位置的间隔。
2.如权利要求1所述的图形写入装置，其特征在于所述辐射位置控制机构相互独立地移动所述多个辐射位置。
3.如权利要求1所述的图形写入装置，还包含用于沿几乎与所述感光材料的所述扫描方向垂直的方向移动所述辐射单元的机构。
4.如权利要求1所述的图形写入装置，其特征在于所述多个辐射部件中的每一个都包含一个变焦透镜。
5.如权利要求4所述的图形写入装置，其特征在于所述多个辐射部件中每一个的所述变焦透镜分和其它那些辐射部件独立地被控制。
6.如权利要求1所述的图形写入装置，还包含位置传感器，用于检测所述扫描机构的扫描位置，其中从所述多个辐射部件发出的所述多条光束是基于所述位置传感器的输出进行控制的。
7.如权利要求1所述的图形写入装置，其特征在于所述多个辐射部件中的每一个包含一个光源；一个空间光调制器，用于空间地调制来自所述光源的光；以及一个光学系统，用于从所述空间光调制器引导一个光束到所述感光材料。
8.如权利要求7所述的图形写入装置，其特征在于所述辐射位置控制机构包含用于相对于所述辐射单元移动至少所述空间光调制器的机构。
9.如权利要求7所述的图形写入装置，其特征在于所述空间光调制器是数字微反射镜设备。
10.如权利要求7所述的图形写入装置，其特征在于所述辐射位置控制机构包含一个用于单独地旋转用从所述多个辐射部件中每一个发出的光束在所述感光材料上形成的、所述空间光调制器的一个投影图像的机构。
11.如权利要求1所述的图形写入装置，还包含一个感光器，用于从所述多个辐射位置中的至少一个接收光。
12.如权利要求11所述的图形写入装置，其特征在于所述感光器从在用光束辐射的所述感光材料上的至少两个位置接收光；以及基于所述感光器的输出控制所述辐射位置控制机构。
13.如权利要求11所述的图形写入装置，其特征在于基于所述感光器的所述输出检查在所述多个辐射位置和所述辐射单元之间的位置关系。
14.一种图形写入方法，通过用基于图像数据调制的光辐射感光材料而写入图形，沿几乎与感光材料的扫描方向垂直的方向改变从多个辐射部件发出的多个光束的多个辐射位置的间隔，辐射单元包含所述多个辐射部件，所述多个光束每个都是被调制的；以及在用所述多个光束辐射所述感光材料的同时相对于所述多个辐射部件扫描所述感光材料。
15.如权利要求14所述的图形写入方法，其特征在于在改变所述多个辐射位置的间隔的所述步骤中彼此相互独立地移动所述多个辐射位置。
16.如权利要求14所述的图形写入方法，还包含步骤沿几乎与所述感光材料的所述扫描方向垂直的方向移动所述辐射单元。
17.如权利要求14所述的图形写入方法，其特征在于在扫描所述感光材料的所述步骤中改变对应于所述多个辐射部件中每一个的辐射区域的大小。
18.如权利要求17所述的图形写入方法，其特征在于独立地改变对应于所述多个辐射部件中每一个的辐射区域的大小。
19.如权利要求14所述的图形写入方法，还包含步骤从在用光束辐射的所述感光材料上的至少两个位置接收光；以及基于从所述至少两个位置接收光的结果获得所述多个辐射位置的偏差量。
20.如权利要求19所述的图形写入方法，其特征在于在所述多个辐射位置和所述辐射单元之间的位置关系基于接收光的所述结果。
全文摘要
图像记录装置(1)具有用于夹持衬底(9)的平台单元(2)，具有多个辐射部件(40)的辐射单元(4)，和用于相对地移动的平台单元(2)和辐射单元(4)的机构。辐射部件(40)具有DMD，其具有一组用于调制反射光束的微反射镜，和一个微移动机构，用于相对于辐射单元(4)沿X方向移动的DMD，由此微观地沿X方向移动辐射部件(40)的辐射位置。辐射部件(40)还具有一个变焦透镜，由此在衬底(9)上放大和缩小DMD的一幅图像。通过平行地和独立地控制多个辐射部件(40)，图像记录装置(1)能够以高速写入精细图形。
文档编号H01L21/02GK1461972SQ0313146
公开日2003年12月17日 申请日期2003年5月15日 优先权日2002年5月30日
发明者城田浩行, 桑原章 申请人:大日本网目版制造株式会社