(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンの幾何学的記述を含む１又は数個のデータベースにおいて記述された集積回路（ＩＣ）パターンを、レーザ光の波長において感光性を持つ基板の上に集束レーザ光を用いて書込むことにより露光する方法において、
書込手続の間、固定枠に対して第１の方向(ｙ)に基板を一歩刻みで動かす工程と、
前記固定枠上に取り付けられた少なくとも一のレーザーから前記感光性基板に合焦される少なくとも一のレーザービームを放射する工程と、
ビーム拡大光学システムと集束レンズとが装備された搬送器を、前記第１の方向（ｙ）に実質的に直交する第２の方向（ｘ）に固定枠に対して連続的に移動する工程と、
前記の少なくとも一のレーザービームを拡大し、次いでその少なくとも一のレーザービームを括れが形成されるように第２の方向（ｘ）に平行にコリメートしてから、前記ビーム拡大光学システムへ送る工程であって、前記のレーザービームの拡大は、前記搬送器の機械的ストローク及び前記波長及び前記集束レンズの焦点深さに基づいて所望のビーム径になるように行われるところの工程と、
前記ビーム拡大光学システムと前記集束レンズとによって、前記の少なくとも一のコリメートされたレーザービームを、基板の表面上で前記第１の方向（ｙ）に分散された少なくとも１００個の焦点に拡げ、合焦する工程であって、個々の焦点が少なくとも一のデータベースに含まれる幾何学的データをもとに形成される工程と、を含むことを特徴とする基板の露光方法。
【請求項２】
固定枠に搭載された１又は数個のレーザからのビームをコリメートし、このビームを移動する光学部材に向けてその連続的な動きに平行な方向に発射することを特徴とする請求項１の基板の露光方法。
【請求項３】
制御手段によって、基板の集束レンズに対する位置が検出され、固定枠に対する書込パターンの位置に対して補正がなされることを特徴とする請求項１又は２のいずれかの基板の露光方法。
【請求項４】
基板の位置検出が、(ｘ，ｙ)の２つの方向の動きの少なくとも１つの方向に沿ってなされることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの基板の露光方法。
【請求項５】
基板の位置検出がレーザ干渉計によってなされることを特徴とする請求項４の基板の露光方法。
【請求項６】
レンズが基板の中心に近いときに、少なくとも１つの干渉計の測定腕及び参照腕の長さが等しいことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかの基板の露光方法。
【請求項７】
第２の方向(ｘ)に沿った測定が、第１の方向(ｙ)に対しては静止し、第２の方向(ｘ)へは基板の動きに追随する鏡に対してなされるレーザ干渉によって行われることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの基板の露光方法。
【請求項８】
基板の動き及び／又は集束レンズの動きの直線性からのエラーを記述するデータが較正手続において生成され、書込手続において補正のために用いられることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの基板の露光方法。
【請求項９】
第２の方向(ｘ)に沿った各増分位置における書込のタイミングが、干渉計の信号に同期させられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの基板の露光方法。
【請求項１０】
各増分位置における書込が、干渉計の信号から得られた数えパルスを時間的に補間することによって生成された同期パルスによって開始されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの基板の露光方法。
【請求項１１】
集束レンズが案内レールによって第２の方向(ｘ)に沿って動かされ、基板がステージによって第１の方向(ｙ)に沿って動かされることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかの基板の露光方法。
【請求項１２】
ステージの案内レールに対する位置が、レーザ干渉計によって測定されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかの基板の露光方法。
【請求項１３】
ステージの案内レールに対する位置が、案内レールに沿った２つの位置でレーザ干渉計によって測定されることを特徴とする請求項１２の基板の露光方法。
【請求項１４】
案内レールの端部の支持構造の位置を制御する際に位置の補正を行うことを特徴とする請求項３ないし１３のいずれかの基板の露光方法。
【請求項１５】
レールのステージに対する位置がレールの各端部の近くで測定され、その端部の位置はフィードバックシステムによって制御されることを特徴とする請求項１４の基板の露光方法。
【請求項１６】
位置決めの補正が圧電素子アクチュエーターによって行われることを特徴とする請求項３ないし１５のいずれかの基板の露光方法。
【請求項１７】
ｙ方向の位置エラーが、１つ又は数個のデータベースに記述されたパターンデータを即時に電気的に変位させることによって補正されることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかの基板の露光方法。
【請求項１８】
較正手続の間、案内レールの形状エラーを記述するデータが生成され、書込手続の間、補正のために用いられることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかの基板の露光方法。
【請求項１９】
基板の寸法や形状のエラー及び／又は基板のステージ上の正確な位置を記述する補助的補正データが、書込手続の間、補正のために用いられることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかの基板の露光方法。
【請求項２０】
補正データがレーザ光の反射状態の分析によって生成されることを特徴とする請求項８，１８又は１９のいずれかの基板の露光方法。
【請求項２１】
レーザビームが、放射される前に２．０ｍｍより大きい１／ｅ2直径にまで拡大されることを特徴とする請求項２ないし２０のいずれかの基板の露光方法。
【請求項２２】
拡大焦点領域が、第１の移動方向(ｙ)に対して本質的に平行な方向における音響光学的偏光によって生成されることを特徴とする請求項１ないし２１のいずれかの基板の露光方法。
【請求項２３】
拡大焦点領域が、レーザビームによって照光させられた空間的光変調器の像として生成させられることを特徴とする請求項１ないし２２のいずれかの基板の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、基板を露光するための方法と装置に関し、特に、プリント回路基板や工芸品及び液晶ディスプレイのためのマスクなどのような大きな基板上にレーザスキャニング操作によるリソグラフィ（平板印刷）によってパターンを形成するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
マスクを形成するときには、パターンが、ガラス基板の上のクロムからなる不透明なフィルムの上のフォトレジストに露光される。現像及びエッチング（腐食）工程において、そのような露光された領域のレジストは取り除かれ、保護されなくなったクロムはクロム除去剤によって溶解させられる。この結果、不透明なクロムからなるパターンを持ったガラス板が、液晶ディスプレイのガラス板の上の導体パターンの製造のための光学的仲介媒体又は投影用被覆として用いられる。ガラス板はフォトレジストによって被覆され、光学的なクロムマスクを通して露光される。このようにして、高度に複雑なパターンがマスクの上に書込まれ、そして充分許容できるようなコストでガラス板の上に大量に複製することができる。
【０００３】
大領域のつまり「平坦なパネル」状の液晶ディスプレイは、２つの特異な性質を持っている。つまり、大きな寸法が要求されており、これは現在では４５０×４５０ｍｍであるが、将来的には１０００×１０００ｍｍを超える。また、高度の寸法の正確さが必要とされている。各映像素子に能動トランジスタを有するようないわゆる能動マトリックスディスプレイに対しては、このような複雑さと要求される正確さは非常に高い。５ミクロン程度の小さな寸法の素子にも書込まれる必要があり、許容しうる幾何学的エラーの最大値は１００万分の１のオーダーであり、つまり、５００×５００ｍｍの板において０．５ミクロンが最大エラーである。
【０００４】
この発明のさらなる応用として、直接露光、つまり、マスクを作るという中間工程を経ずに、ディスプレイに用いられるガラス板の上に直接的に露光するものがある。これは主に、原型や少量生産の場合に利点がある。これらに要求されるものは同様であるが、しかしより高い書込速度が必要である。
【０００５】
より小さい寸法の、しかし同様の複雑さと正確さが要求されるようなクロムマスクが半導体（集積回路）の業界で用いられている。これらのパターンは、レーザビームをスキャンするか（米国特許４，４５５，４８５）、又は電子ビームによるかのいずれかによって書込まれる。典型的な露光用のツールは図１に示されており、これは固定された書込用ヘッド２，３の下でｘ方向とｙ方向に動くステージ１を有している。ステージ１の可動範囲は１５０×１５０ｍｍのオーダーである。このステージ１の書込レンズに対する相対的な位置は、レーザ干渉計によって測定され、サーボモータを使って即時に修正される。このパターンは、いわゆるラスタースキャニング、つまり、全表面を覆うような互いに近距離を保って配置された画素からなる規則的な格子を形成することによって書込まれる。データを準備する際に、幾何学的な形状は画素の格子における強度の変化のパターンに変換させられる。最も通常の書込方式、つまりいわゆる「蠅の上に書く」方式においては、ステージ１は機械的に書込ヘッドの下をｘ方向に沿って動く（機械的な動き４）。書込ヘッドにおいては、ビーム５をｙ方向６にスキャンさせるスキャニング（いわゆる副次的スキャニング）の機構２があり、いわゆるストライプ（縞）７が（基板１０の上に）「塗り付けられる」。初期のレーザのスキャナは、この副次的スキャニングの特徴を持たなかった。しかし、今日において要求される速度のため、各機械的ストローク４に対して２５０〜５０００画素の幅を持つようなストライプ７を形成することが必要となっている。１つのストライプ７が終わると、ステージ１は、次のストライプ７への機械的な逐次的動作９を繰り返しつつ移動する。このように、速い連続的機械的動作４が行われ、次に、速い直交する方向の副次的スキャニング６が行われ、次に、遅い、通常は一歩刻みの機械的動作９が副次的スキャニングと同じ方向に行われる。
【０００６】
平坦なパネルのマスクのために必要とされる程度の大きな寸法にまで、典型的なＩＣパターンの発生器のスケールを大きくすることにより、機械が大きくかつ重たくなることになる。必要とされる位置決め精度のために、強固なステージの設計が必要となる。ステージが平坦でない場合、あるいはステージがスキャニングのストロークの終わりのところで曲っているような場合には、許容できない位置エラーが発生する。さらに、機械的振動を抑え、熱的膨張を制御するために、ステージ１のための材料として質量の大きい御影石か又は膨張の少ないセラミックスが選択される。
【０００７】
１つの例として、６００×６００ｍｍの板１０に対する書込装置は、ｘステージ１、ｙステージ１１及び支持枠１２とからなるｘｙステージを持ち、これは１２００×１４００ｍｍの領域を占有する。遅い動作９はｙステージ１１によってなされ、これは、１２００×６００×１５０ｍｍの大きさで２５０ｋｇの重量を持つ御影石の板である。速い機械的な動きはｘステージ１によってなされ、これは６２０×６２０×２５ｍｍで２５ｋｇの重さである。基板１０はそれだけで６ｋｇの重さになり得る。支持構造１２つまりｙステージ１２がその上を移動するような大きな御影石のブロックは、移動する重量の慣性力の大きさに応ずるだけの強度を持つような寸法となる必要があり、機械全体で２０００ｋｇ程度のオーダーとなる。この機械は、床上の空間が非常に高価であるような細かい粒子や粉体のない遮断した環境中で使用されるため、その大きさは製造と輸送の間だけでなく、操業においても重要な経済的パラメーターである。直線的なスケールアップに伴う他の問題は、移動されるべき質量が大きいことからステージのサーボ機構が緩慢になる点である。
【０００８】
請求項１及び請求項２４によって特許を要求する本発明によって解決されるべき問題は、基板の上にパターンを形成する間動かされる素子の重量を減らすことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の方法は、パターンの幾何学的記述を含む１又は数個のデータベースにおいて記述されたパターンを、レーザ光の波長において感光性を持つ基板の上に集束レーザ光を用いて書込むことにより露光する方法において、書込手続の間、固定枠に対して第１の方向に基板を動かす工程と、レーザ光を上記感光性面上に集束させる光学部材を上記第１の方向に実質的に直交する第２の方向に連続的に動かす工程と、感光表面に集束するレーザ光を第１の方向に広げて拡大焦点領域を形成する工程と、及び、集束レーザ光を独立に制御して、第１の方向に沿って拡大焦点領域を横切るように区画された１００以上の増分位置に当てるようにする工程を含むものである。
【００１０】
この発明の装置は、幾何学的データを含む１又は数個のデータベースにおいて記述されたパターンを、レーザ光の波長にまで感光性を持つ基板の上に集束レーザ光を用いて書込むことにより露光するための装置において、固定された支持枠と、上記固定枠上の第１の方向に機械的に移動可能な基板搬送用ステージと、本質的に上記支持枠に固定された案内レールと、第１の方向に直交する第２の方向に連続的に移動しつつ上記案内レールの上を滑り、集束用光学部材を搬送するための搬送器と、１又は数個のレーザ源と、レーザビームエネルギーを搬送器に向けて第２の方向に平行な方向に放射する部材と、集束レーザ光を、拡大焦点領域においてステージの移動方向（第１の方向）に拡大する拡大部材と、拡大焦点領域において第１の方向に区画された１００以上の増分位置で露光を制御する制御手段とを有するものである。
【００１１】
【作用】
このような特徴によって、機械の寸法、重量及び消費電力の減少が保証される。可動部の慣性の減少のため、機械は従来の比較できるシステムより高い機械的速度で操作することができる。可動質量が小さいことはまた、全ての機械的なびびりを減少させ、これによって操業をより静かにし、位置決めのフィードバックシステムの動作を速くする。第２の利点はデザインをモジュール化できることである。ステージ及び支持枠は、案内レール及び搬送器から完全に独立している。異なる書込フォーマットを持つ機械を、同じ搬送器、同じ案内レール及び制御システムによって構築することができる。書込速度を増加させる１つの方法は、１つの支持枠の上に２つの書込ヘッドと２つのレール単位（モジュール）を載せることである。そこで、２つのヘッドを並行して用いるか、又はステージを連続的速度で移動させて２つの書込ヘッドを交互に働かせるかのいずれもが可能である。後者の場合は、レーザ出力と電気的なデータのやり取りの能力は、機械的繰り返しによる妨害を伴わずに、時間に関して１００％利用され、そして、連続的な動作によって慣性力がさらに減少させられる。
【００１２】
特に大きな基板のためのレーザパターン発生器の寸法と重量を減少する方法が示されている。さらに、可動質量はその重要度の順に応じて減少させられる。従来の設計では、６００×６００ｍｍで書込む形式は大きすぎて非実用的でなく、１０００×１０００ｍｍの形式はとても不可能であったのに対し、この発明では大きな寸法にまで範囲を拡大することができる。
【００１３】
好ましい実施例によれば、搬送器は案内レール上の空気ベアリングの上を滑ることができ、搬送器は電動リニアモータによって駆動することもできる。さらなる改良によって、実用上の問題を解決するために位置決めのフィードバックシステムの簡単化を図ることができる。従来のシステムでは、レーザ干渉計によってレンズの上の鏡に対するステージの位置が測定されている。このステージは、干渉計のための長い鏡を持ち、この鏡は波長の何分の一かの長さ範囲において平坦で、ステージの移動範囲に渡って延び、つまり、典型的には、１５０×１５０ｍｍのステージに対して１８０ｍｍの長さを持っている。この干渉計の信号は制御電気機構によって所望の位置と比較され、そして修正信号がサーボモーターに与えられる。この方式が大領域の書込装置に応用されるときは多くの問題が生じる。鏡は製造するのが難しく、制御のループはステージの重量のために速度が遅くなる。さらなる改良は、ステージの集束レンズに対する横方向の位置を測定し、焦点が合わされたレーザ光の位置を、書込過程の間補正することによってなされる。この測定はレーザの干渉の測定によってなされる。
【００１４】
この改良においては、位置決めのフィードバックはステージには適用されていないが、書込ビームの位置については適用されている。小さい変位はスキャニング動作に対してデータを遅らせることにより作り出せる。交互に、そして特定の適用においてはより好適となるが、データはパターンを干渉計のエラー情報に基づいて変位させて改変することができる。
【００１５】
集束レンズの機械的移動によってより大きな変位が作り出される。集束レンズを移動させることは、ビームを同じ距離だけ動かすことと等価であり、その他のことは変りがない。位置決めエラーの補正のために、案内レールの端部を動かして集束レンズを動かすのは特に有利である。
【００１６】
【実施例】
図２はこの発明の実施例を示す。この実施例においては基板１０が載せられるステージ１３は１つの方向９、つまり、遅い方向ｙのみに動く。ストライプを生成し、焦点を合せるための光学的システムを含む書込ヘッドは、本質的に方向ｘに沿った案内レール１６に沿った連続的動作１５内において滑る搬送器１４の上に載せられている。搬送器１４と一緒に動く部分は、図２に色を付けて示されている。レールの遠い側の端部の支持構造は、見やすさを考慮して削除されている。これは高速の機械的動作であり、搬送器１４が従来設計されたシステムのステージトップ１（図１）よりもかなり軽く、よりコンパクトに作ることができるので、慣性エネルギーを重要度に応じて減少させられることができる。光学システム２はストライプを生成し、典型的には、案内レール１６に沿った各ｘ位置に対してｙ方向に数１００の画素が書込まれる。光ビームは、固定された枠体１８の上に搭載されたレーザ１７によって生成され、そして、レーザビーム２０は光学システム１９によって拡大され、コリメートされて案内レール１６と平行な方向に放射され、それによって、搬送器がレールに沿って移動する間その横方向の位置、角度及び断面を変えることなく、レーザビームが搬送器１４のピックアップ２１に当たるようになっている。
【００１７】
図３ａと３ｂは、ビームが搬送器１４に向けて放射される前に拡大される状態を説明している。高品質のレーザビーム２０は、ビームの直径が最小であるようなガウスの括れ６１を持つ。括れ６１においては、ビームの波面６７は平坦であるが、括れ６１から遠ざかるに従って波面６７が湾曲するのが分る。これは、括れのところでは、光源からの見掛けの距離が無限であるのに対し、括れから遠ざかるに従って有限の距離となるからである。この見掛けの光源からの距離は集束レンズ３の後の焦点６２の真の位置に影響する。最終集束レンズ、ストライプ形成光学部材２及びビームピックアップ用光学部材２１を搭載した搬送器１４がレール１６に沿って滑るとき、波面の湾曲が変化し、それによって真の焦点は、移動範囲の遠い側の端部６２においては基板１０の表面よりも下になり、近い側の端部６５ではそれより上になる。湾曲の変化は、括れ６１における波長と直径によって決定され、拡大されてないレーザビームによる場合は実用的な範囲６６は機械的なストローク６３よりも小さい。ビーム拡大装置の後でより広い括れ６８（図３ｂ）が生成されている場合は、波面はどこにおいてもより平坦であり、焦点の変位はより小さく、許容範囲６９は機械的ストローク６３よりも大きい。
【００１８】
ビームの必要な大きさは、機械的なストローク、波長、レンズの焦点深さに依存する。４４２ｎｍ（ナノメータ）の波長において、ストロークが６００ｍｍで焦点深さが±２．５ミクロンの場合、適当な１／ｅ２直径は３．５ｍｍである。このレーザビームのための尺度として共通に使われる１／ｅ２直径は、強度がビームの中心の強度の１／ｅ２（＝１３．５３％）であるような直径である。
【００１９】
この発明のさらなる改良は、位置決めのフィードバックシステムの簡略化である。図４に示す実施例によれば、位置決めのフィードバックはステージ１３には用いられていないが、集束レンズ３の位置決めの制御には用いられている。レンズ３を動かすことは、焦点が合ったレーザビーム５を、それ以外のものは同じとして、同じ距離だけ動かすことと等価である。特に有利なのは、案内レール１６の端部を動かすことによって集束レンズ３を動かすことである。
【００２０】
図４は、機械の上面図であり、ステージ１３の非直線的な動き（誇張されている）と機械的な振動がどのように測定され、どのように補正されるかを示している。ステージ（干渉計の測定腕）上の後方反射鏡４０と案内レール１６（参照腕）に搭載された他の後方反射鏡４１との距離が干渉計４２によって測定される。ステージ１３が新しいストライプのために位置決めされたとき、サーボモーター４４はその位置のエラーが許容範囲内になる迄駆動される。不完全な案内機構４５のために起るステージ１３の残る位置エラー及び角度エラーは、２つの干渉計４２、４３の読み取り値から計算される。これらのエラーは、２つの機構によって補正される。つまり、高速の電気サーボと、より低速の機械的サーボである。小さなエラーは、データの流れを即時に修正するか、又は副次的スキャニングによるデータ形成の場合には副次的スキャンのタイミングに対してデータを遅らせるかのいずれかの方法によって、書込データをストライプに対して電気的に変位させることによって補正される。より大きなエラーは、最終レンズの前で鏡の角度を変えるか、又はレンズ自体を機械的に変位させるかのいずれかによってビームを機械的に変位させることによって補正する。特に利点が多いのは、図４に示す機械的なサーボシステムである。レンズ３の位置は案内レール１６の動きによって影響される。ステージ１３がストライプのための位置へほぼ位置決めされたとき、案内レール１６は、固定枠１８に搭載された２つの剛性の高いばね４７の力に対抗して作用する２つの圧電素子アクチュエーター４６によって正しい位置まで動かされ、正しい角度まで回転させられる。これらのアクチュエーター４６は、干渉計の信号を入力信号として用いるフィードバック回路３４からのアナログ電圧によって制御される。フィードバックがゼロ位置エラーのところに落ち着いた後、案内レールは次のストライプ７のための正しい位置に位置決めされるが、いまだレール１６における振動と非直線性に対する補正が必要である。これは、電気的な変位と、アクチュエーター４６による移動との結合によって行われる。
【００２１】
システムの正確さは２つの因子に依存する。第１は、空気ベアリング２２（図２）の剛性が高いこと及び機械的な遊びがないことである。そして第２に、レール１６が検知できる程度に曲らないことである。搬送器１４にはいかなる力も働かないから、それは、本質的にレール１６の機械的な曲り共鳴性と空気ベアリング２２の剛性によって決定される時定数に基づき、案内レール１６の端部の動きに従う。適切に設計された案内レール１６においては、位置の修正はレール１６の端部に適用すれば充分であり、そして、最終レンズ（集束レンズ３）の動きはレール１６の端部の動きに正確に追随する。
【００２２】
従来のシステムにおいて必要とされていたｙ方向の長い鏡は、定規４９上に搭載されてステージ１３の端面を感知する後方反射鏡によって置き換えられている。定規４９とステージ１３の間の空気ベアリング３３によって、定規４９は端面の平均的な位置に沿って追随させられ、その際端面を小径の鏡の表面仕上の程度まで磨き上げることを必要としない。参照用鏡としては、焦点合せ用光学部材３を含む構造体の上に搭載された後方反射鏡３１が用いられる。干渉計３２は、光学的システム２（図２）に含まれる光学的書込部材にタイミング情報を送り、これによって、集束レンズ３が正しい位置を通過するときにデータが書込まれる。
【００２３】
この実施例の利点は、前と同様に制御システムによって動かされる必要がある負荷が小さいということである。この装置はまた、長い精緻な鏡を必要としないようなより簡単な設計をもたらし、さらに、レールユニットに位置決めのフィードバックを設けることによって発明のモジュール性を増す。ステージの動きの遅さに対する要求は緩和され、特別な目的のための装置用のステージに改変することが簡単になる。
【００２４】
図５ａ，５ｂ，５ｃは、ストライプ７が生成される方法を説明するもので、ここではストライプは少なくとも１００画素の幅を持っている。この発明の１つの要素は、許容できる程度の電力消費と円滑な操作を伴った機械的な高速性を許容するような機械的な機構である。他の要素は、案内レール１６に沿った各位置に対して高速機械軸を横切る方向に隙間を明けてなされた大量の画素の書込である。小さな床占有面積、低い燃料消費、静かな操業、及び高い書込速度という望ましい特性を与えることができるのは、これらの要素の結合である。
【００２５】
図５ａ，５ｂ，５ｃは、ストライプの形成のための基本的な要件を示す。これらの光学的装置は、単一の焦点５０の替りにスポット列５１を、順次又は組合わせて感光性表面の上に生成し、この表面は同時に感光されて、これによって拡大焦点領域５２が形成される。異なる点５０，５３はそれぞれ個々に制御することができる。それらの点は、焦点領域の中の１つの線上か、複数の線上に、又は列を作るように分布させることもできるが、これらは、図２に示す矢印１５に沿った搬送器１４の動きによって引起こされた機械的スキャニング１５の方向に直交する方向に互いに懸隔されている。図５ｂは、図５ａに示す列５４の機械的なスキャニングが、スキャニングの間に図２に示すストライプ７のうちの１つに対応するストライプ５５の中に表面を充填するパターンをいかに形成するかを示している。図５ｂは、機械的なスキャニングの方向５４に沿って、７つの連続した位置のそれぞれにおいて露光された画素を示す。図５ｃにおいては、焦点スポットはパターン５６を露光するように個々に制御される。
【００２６】
振動を発生しないような、また移動する低質量の搬送器１４と両立しうるようなストライプを発生させる方法を見つけることが必要となる。このような振動のないストライプの形成の方法の一つは、音響光学的な副次的スキャニングである。これは、米国特許第４，４５５，４８５号に開示されている。音響光学的な副次的スキャニングは、書込ヘッドのストライプ生成光学部材２によって行われる。ビームが、各ｘ軸上の各位置に対してｙ軸に沿って完全な音響光学的スキャンを行い、そしてその結果として２５０〜１０００が露光される。音響光学的偏光部材は、光学部材２の中の搬送器１４の上に最終焦点合せ光学装置３とともに置かれていることが望ましく、一方、変調器は固定支持枠１８の上の光学部材１９の一部であってもよい。他の好適な書込光学部材はＤＥ４０  ２２  ７３２  Ａ１に記載されている。
【００２７】
コンパクトな動きのない部材によって、ストライプを作り出す方法が、ゼロックス（ｘｅｒｏｘ）社パロアルトリサーチセンター刊行の「多重ビームの音響光学的及び電気光学的変調器」の２頁〜９頁においてＤａｖｉｄ  Ｌ．  Ｈｅｃｈｔによって論議されている。これらの方法のいくつかは、包括的な用語である、空間的光変調器（ＳＬＭ）と名付けられている。１つのＳＬＭは、互いに並行して操作される沢山の素子を持つ光バルブである。各素子の光伝播は他の素子から独立に制御することができる。例は、ＬＣＤセルの列及び文献２に記載されている電気的光学的部材についてのものである。この発明では、ＳＬＭはレーザビームによって照射され、ＳＬＭの像が感光性表面に形成される。ＳＬＭは搬送器の上に搭載されるのが好ましい。
【００２８】
この発明の好ましい実施例は、６００×６００ｍｍまでの大きさのパターンのための書込装置である。支持枠１８は御影石のブロックにより形成され、６００×１２００×１５０ｍｍの寸法を持っている。その上に６２０×６２０×２５ｍｍの寸法を持つステージ１３があり、これは約２５ｋｇの重さである。ステージ１３の上方には、案内レール１６があり、これは７００ｍｍの長さで、中空の１００×１００ｍｍの断面を持っている。支持構造を含む案内レールの重量は１０ｋｇで、その上に１００ｍｍの長さの搬送器１４があり、これは、光学部材２，３，２１を含めて２ｋｇの重量がある。この搬送器１４は剛性の大きい空気ベアリング２２の上をレール１６に沿って滑る。レールの凹部の中には、搬送器１４をレール１６に沿って駆動するためのリニアモーター２３がある。
【００２９】
従来のデザインと比較して、この発明の好ましい実施例は、床のスペースに対する要求を半減させ、移動する質量を１／１０までに減少させる。特に、高速スキャニングは、従来の設計における２５ｋｇの重量のあるステージトップの場合と比べて、２ｋｇの重量の搬送器によって行われる。
【００３０】
ステージ１３は、ボールナットを介してステッピングモーター４４によって駆動され、これによってステージを、その可動範囲９に沿った多くの不連続な、しかし必ずしも正確でない位置に位置決めすることができる。ステージの上では精密な位置決めは存在しないが、しかし、替りにその実際の位置が機械的及び電気的サーボによって測定され補正される。
【００３１】
案内レール１６のそれぞれの支持端部には、レール１６をｙ方向に沿って変位させるための圧電素子アクチュエーター４６が設けられている。このアクチュエーター４６は、干渉計４２，４３及び干渉計によってステージ１３に対するレール１６の位置を感知するためのフィードバック回路３４を含む制御システムからのアナログ電圧によって駆動される。２つのアクチュエーター４６が一緒になって、ステッピングモーター４４の限定された位置決め感度及びステージ１３の非直線的走行に対する補正を行う。それぞれのアクチュエーター４６は、１００ミクロンの移動範囲を持ち、７ｋｇの最大慣性負荷に対して作動し、応答時間は許容範囲内である。
【００３２】
搬送器１４は、案内レール１６に沿って空気ベアリングの上を滑らかに滑る。搬送器１４は電動リニアモーター２３によって駆動され、電気ケーブルと空気供給チューブを除いては、レール１６と搬送器１４の間の物理的なつながりはない。それに働く力は、非接触モーター２３によるものと慣性によるもののみである。
【００３３】
案内レール１６の直線性に関するエラーを補正するために較正をすることができる。機械が組立られた後、試験板に書込を行い、書込エラーを測定する必要がある。このエラーは較正用ファイルに収納され、それに続く書込の間補正値として制御システムに供給される。定規４９がそれに向かって滑るステージ１３の端面の直線性についても、同様の較正が用いられる。
【００３４】
ストライプ７（図２）又は５５（図５ｂ）は、集束レンズ３のすぐ上に搭載されたストライプ生成光学部材２の中の音響光学的偏光器によるｙ方向における音響光学的スキャニングによって形成される。この画素は１×１ミクロンで、各ストライプは５１２ミクロンの幅を持つ。レンズは、ＮＡ＝０，１４の平面場補正がされたレンズで、焦点距離は１２ｍｍである。画素の速度は４千万画素／秒であり、偏光器のスキャニング周波数は５０ｋＨｚである。ｘ方向の細かい位置決めは、各音響光学的スキャンの開始のタイミングに基いている。干渉計３２に連結された干渉計用論理回路が、集束レンズ３が正しい位置に来たときにスキャンの開始のパルスを出力する。上述した機械的サーボは、ｙ方向においては、音響光学的スキャンに沿ってＤＥ４０  ２２  ７３２  Ａ１に記述されたようにデータを動かすデータ遅延の特徴によって補われている。これは、位置決め制御の帯域を１００Ｈｚ以上にまで向上させるような慣性のないフィードフォワード制御システムと等価である。
【００３５】
ストロークからストロークへ移行する間に許容される角度の振れは約１０マイクロラディアンのみであり、ストロークに沿ういかなる焦点のずれの存在も許されない。これは、好ましい実施例においてはいくつかの方法で解決される。最初に搬送器を剛性の高い状態で負荷を設定した空気ベアリング上を走らせる方法があり、これによって搬送器１４の案内レール１６に対する位置が充分に、そして、外部の空気の圧力や温度から独立して確定される。完全とは言えない案内レールに沿って書込エラーを生じる場合がある。しかしながら、このエラーは較正の手順において測定され、補正カーブとして収納され、書込手順において補正用として位置決めフィードバックシステムに対して供給される。焦点を一定に保つために、ビーム成形用光学部材１９によってビームが照射される前に、レーザビーム２０を拡大しコリメートする必要がある。ビームは、少なくとも２．０ｍｍ、好ましくは３．５ｍｍの１／ｅ２直径にまで拡大され、そして、計算によれば、スキャンの間の焦点エラーは０．５ミクロンより小さいことが示されている。
【００３６】
第２の現実上の問題は、ストロークの間において平坦でない基板の上でさえ表面を焦点位置に保つような自動焦点システムを作ることである。実用可能な焦点深さは±２．５ミクロンであり、基板の厚さは１００ミクロン変化することができる。駆動力を持つ焦点システムは従来の技術において知られているが、この発明において用いられた場合には、重量とそしておそらく搬送器に対する振動が加えられることになる。その代りに、空気のクッションによる自動焦点が用いられる。最終レンズは搬送器に固定して搭載されておらず、上下に自由に滑ることができる。空気クッションは、下側に圧縮空気が噴射される平坦な表面であり、レンズの下端に搭載されている。レンズと基板の間の空気の流れによって、レンズはほぼ２０ミクロンだけ基板の表面より上に浮せられる。感光性表面からのレンズの高さは常に一定であり、基板が平坦でない場合でも完全な焦点が保たれている。焦点用レンズの重量は、搬送器でなく、レンズの下の空気クッションを介して基板によって負荷されている。
【００３７】
この発明は、上述した好ましい実施例に限定されるものではない。特に、単一レーザからの多重ビームや、多重レーザ、単一の搬送器の上の多重レンズ、単一ステージの上の多重搬送器を持つ多重のレール等のような多重要素を用いることは、基本的な機能を変えることなしにこの発明を改変するだけの自明なものである。
【００３８】
【発明の効果】
この発明により、機械の寸法、重量及び消費電力の減少が保証される。可動部の慣性の減少のため、機械は従来の比較できるシステムより高い機械的速度で操作することができる。従来の設計では、６００×６００ｍｍで書込む形式は大きすぎて非実用的でなく、１０００×１０００ｍｍの形式はとても不可能であったのに対し、この発明では大きな寸法にまで範囲を拡大することができる。
【００３９】
可動質量が小さいことはまた、全ての機械的なびびりを減少させ、これによって操業をより静かにし、位置決めのフィードバックシステムの動作を速くする。第２の利点はデザインをモジュール化できることである。ステージ及び支持枠は、案内レール及び搬送器から完全に独立している。異なる書込フォーマットを持つ機械を、同じ搬送器、同じ案内レール及び制御システムによって構築することができる。書込速度は、１つの支持枠の上に２つの書込ヘッドと２つのレールモジュールを載せることにより増加させるすることができる。この場合、２つのヘッドを並行して用いるか、又はステージを連続的速度で移動させて２つの書込ヘッドを交互に働かせるかのいずれもが可能であり、後者の場合は、レーザ出力と電気的なデータのやり取りの能力は、機械的繰り返しによる妨害を伴わずに、時間に関して１００％利用され、そして、連続的な動作によって慣性力がさらに減少させられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】周知の装置を示す。
【図２】この発明の装置の１つの実施例を示す。
【図３】図３ａと３ｂは、図２に示す実施例の部分の詳細を示す。
【図４】図２の実施例の他の部分の詳細を示す。
【図５】図５ａ、５ｂ、５ｃは、この発明の装置によって生成されるパターンのストライプの中のスポットの配列を模式的に示す。
【符号の説明】
２  拡張部材
３  集束用光学部材
１０  基板
１３  搬送用ステージ
１４  搬送器
１６  案内レール
１７  レーザ源
１８  支持枠
１９  拡大光学部材
２２  空気ベアリング
２３  電動リニアモーター
４０，４１，４２，４３  測定手段
４６  圧電素子アクチュエーター
４８，４９，５０  付加的測定手段
５２  拡大焦点領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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