(57)【要約】  基板（３）上にパターニングされた複数の層を動的に整合させる方法は、第一の層を基板上に積層するステップと、第一の層の上に第一のパターン（２０）を印刷するステップと、第一のパターンの上に第二の層を積層するステップと、第二の層の上に第二のパターンを印刷し、その間、第一のパターンを動的に検出して、第二のパターンを第一のパターンに位置合わせするステップを含む。
2009532863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のパターニングされた複数の層を動的に整合させる方法であって、
第一の装置の上に第一のパターンを形成するステップと、
前記第一のパターンの上に第二の層を積層するステップと、
前記第二の層の上に第二のパターンを形成するステップであって、前記第一のパターンを動的に検出して前記第二のパターンを前記第一のパターンに位置合わせしながら形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
第一の層は、前記第一のパターンを形成する前に前記基板上に積層されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記検出は光学的に行われることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記光学検出は、マスクを備えるフォトダイオード、リニアアレイまたはエリアアレイからなる集合から選択されるセンサによって実行されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、
前記フォトダイオードはバイセルまたは四分割セルまたはラテラル効果フォトダイオードであることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法であって、
前記光学検出は、
前記第二の層を照明するステップと、
前記第一のパターンによる反射を検出するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記照明は、コヒーレント光源とインコヒーレント光源からなる集合から選択される光源により実行されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、
前記照明と光学検出は、
コヒーレント光源で前記第二の層を照明するステップと、
前記第一のパターンによる反射光線の偏向を検出するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、
前記照明と光学検出は、
前記第二の層をコヒーレント光源で照明するステップと、
前記第一のパターンによるコヒーレンスの変化を検出するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法であって、
前記照明と光学検出は、
前記第二の層をインコヒーレント光源で照明するステップと、
前記基板と前記第一のパターンの各々の差を検出するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の方法であって、
前記照明と光学検出は、
前記第二の表面をコヒーレント光源で照明するステップと、
射出光線と反射光線の組み合わせにより形成される干渉パターンを検出するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、
前記動的検出のステップは、キャプチャウィンドウ内で実行されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
前記キャプチャウィンドウは事前に決定されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であって、
前記キャプチャウィンドウは、前記第一のパターンによる光学的に検出される形跡を認識することによって検出されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
少なくとも１つのパターンを有する基板の上に、パターニングされた第二の層を動的に整合させる方法であって、
前記少なくとも１つのパターニングされた層の上に第二の層を積層するステップと、
前記第二の層の上に第二のパターンを形成するステップであって、前記少なくとも１つのパターンを動的に検出し、前記少なくとも１つのパターンに前記第二のパターンを位置合わせしながら形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
複数のパターンを有する基板の上にパターニングされた層を動的に整合させる方法であって、
前記基板上に追加の層を積層するステップと、
前記追加の層の上に追加のパターンを形成し、その間、前記複数のパターンの少なくとも１つを動的に検出して、前記追加のパターンを前記既存のパターンの前記少なくとも１つに位置合わせするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記第二のパターンを前記第一の層の上の前記第一のパターンに位置合わせするための請求項１に記載の方法であって、
補正信号に従って光学素子を回転させ、印刷光線と検出光線の両方をシフトさせるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記第二のパターンを前記第一の層の上の前記第一のパターンに位置合わせするための請求項１に記載の方法であって、
マスキングされた光検出器で前記第一のパターンを動的に検出し、その間に前記第二のパターンを形成するステップと、
前記検出された信号からインスキャンおよびクロススキャン誤差を計算するステップと、
前記検出されたインスキャン誤差に基づいて前記第二のパターンの形成のタイミングを調整するステップと、
前記検出されたクロススキャン誤差に基づいて、前記第二のパターンを形成するクロススキャン位置を調整するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記第一のパターンを検出するための請求項１に記載の方法であって、
前記第一の層の特徴をコントローラに送信するステップと、
前記特徴に応答して信号処理のために使用されるアルゴリズムを調整するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項３に記載の方法であって、
光学検出は、欠陥をモニターし、ＸおよびＹ検出補正システムの補正量を調整し、少なくとも１つの追加の照明光源と少なくとも１つの追加の検出器と信号処理ユニットを備える前記第一のパターンに関わる特徴を調整するための工程制御システムを備えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項３に記載の方法であって、
前記光学検出は、
書込み光線の光路から物理的に分離された光路を有する光源で前記第二の層を照明するステップと、
前記第一のパターンによる前記反射光線の偏向を検出するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記光学検出は、
前記検出および書込み光線を検出して、前記反射および書込み光線の間の物理的関係の調整を可能にするステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
基板上にパターニングされた複数の層を動的に整合させる方法であって、
第一の層の上に第一のパターンを形成するステップと、
前記第一のパターンの上に第二の層を積層するステップと、
前記第二の層を照明するステップと、
前記第一のパターンからの反射を動的に検出し、第二のパターンを前記第一のパターンに位置合わせするステップと、
前記第二の層の上に前記第二のパターンを形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、
さらに、層またはパターンの特徴に基づいて検出を最適化するために照明の波長または大きさを調整するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の方法であって、
書込みヘッドが前記第二のパターンを形成し、
書込みヘッドの特徴は前記動的検出に基づいて調整されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、基板上へのパターンの印刷に関し、より詳しくは、パターンを動的に位置合わせしながら、基板上に複数のパターンを印刷することに関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィが電子機器業界に導入されたのは、１９５０年代のことである。最初の集積回路は、フェアチャイルド・セミコンダクタおよびテキサス・インスツルメンツによって１９６０年に製造された。リソグラフィ工程は、バックプレーンとフロントプレーンの両方式による表示体の製造に使用される。過去１０年間、リソグラフィ工程はＤＮＡ試験に必要な核酸構造のパターン化合成(patterned synthesis)等、精密パターニングの新たな分野に応用されてきた。
【０００３】
１９９０年に、Ｍ．リーガー(M. Rieger)他は、直接書込みリソグラフィ、つまりマスクレスリソグラフィの価値について説明した。マスクを不要とすることにより、加工コストの削減、加工歩留まりの改善、基板の大型化が可能になると広く一般に言われている。レーザパターニングと光変調を使って高解像度での選択的パターニングを実現できることも周知である。特許文献１（米国特許第５，５２１，７４８号、サラフ(Sarraf)他）には、レーザまたはレーザダイオードアレイとともに光変調器を用い、レーザからの光が、反射型または透過型のいずれかの光変調素子の行を有する光変調器上に結像されるようにする点が開示されている。光変調器（からの光信号）が感光材料の上に結像され、画像は感光材料上で１行ずつ走査される。制御回路が設けられ、光変調器と、平面形状あるいは円筒形ドラムの周上に巻きつけられた感光材料との間の相対的運動が制御される。
【０００４】
面積ベースのＳＬＭは、１９９５年にモンク(Monk)（「投射型表示体用デジタルマイクロミラーデバイス」(The Digital Micro-mirror Device for Projection Display)）により紹介された。Ｈ．クック(H. Kuck)は、１９９５年５月に、マスクレスリソグラフィシステムで使用するための使用面積に基づく空間光変調器、レーザ、光学機器、高精度運動システムを開示した。クックは、この方式を用いたサブミクロンの構造(feature)を生産する能力を論証したが、これを半導体業界に利用するためには、ＳＬＭを大型化し、精密なエア・ベアリング・モーションシステムを利用する必要があると指摘している。したがって、直接書込みシステムでレーザおよび空間光変調器を利用してマスクを不要にするという概念が明らかに有利であると思われる。
【０００５】
しかしながら、大型基板上でのマスクレスリソグラフィ工程を実際に可能にするためには、まだ対応しなければならない問題がある。レーザパターニングは、基板に熱エネルギーを加える。より大きな線形またはエリアアレイ変調を使えば、問題は大型マスクの製作から大型レンズアレイまたは大型変調アセンブリの製作へと移るだけである。製造コスト全体を削減するためには、適正な数のチャネルでの変調を利用することが必要であろう。タスク時間の要求事項を満たすのに、それぞれ適正な数のチャネルで、平行なアレイを使用する必要があるかもしれない。この用途では、大規模並列モデル、つまり大面積にわたってマスクを使用する工程から考え方を変える必要がある。このように考え方を変えると、時間と空間の問題に直面する。まず、パターニング工程に時間がかかる。フラッシュ露光より長い時間がかかることを考えると、基板とパターニング機構の寸法の安定性の問題、つまりは基板とパターニング用光線の間の寸法の関係をさらに問題として考えなければならない。２つ目の問題は、複数の空間光変調器または印刷ヘッドアセンブリの相互の空間的関係ならびにこれらのアセンブリと基板との空間的関係に関わる。
【０００６】
現在の製造工程は、Ｇｅｎ  ＶＩＩＩサイズのガラス基板上で行われる。業界では、これが基板サイズの限界である、ないしはそれに近いとの点で意見が一致している。このサイズより大きくしようとするならば、柔軟性のある支持体上へのパターニングと、おそらくウェブ（web：ロール材)ベースの工程による製造ついて議論しなければならない。
【０００７】
特許文献２（米国特許第６，２５１，５５０号、Ishikawa）は、面積露光(area exposure)システムを利用するマスクレスリソグラフィシステムを開示している。同発明者は、電子マスクとマイクロミラーデバイスとして使用されるそれぞれのＬＣＤディスプレイについて述べている。これは、マスクを横方向にシフトさせる従来の位置合わせのステップを電子的手段によって行うことができるという点で有利である。従来のようにＸまたはＹへとマスクをシフトさせることは、グローバル・アラインメント・プロセスとして見ることができる。表示体業界がより大型基板と柔軟な支持体上への製造に移行するにつれ、加工中の基板上のパターンとパターニングチャネルの整合における局所的変化を動的に検出し、補償するための手段が必要となる。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，５２１，７４８号
【特許文献２】米国特許第６，２５１，５５０号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
要約すれば、本発明の１つの態様によると、基板上の複数のパターニング層を動的に整合させる方法は、基板上に第一の層を積層するステップと、第一の層の上に第一のパターンを印刷するステップと、第一のパターンの上に第二の層を積層するステップと、第二の層の上に第二のパターンを印刷するステップであって、第一のパターンを動的に検出して第二のパターンを第一のパターンに位置合わせしながら印刷するステップと、を含む。
【００１０】
上記のような本発明の利点としては、複数の印刷ヘッドの調整が可能であり、熱により誘発される基板または印刷ヘッドの歪みによるような寸法変化、輸送中のロール材の跳ね上がりや曲がりによるもののような位置のシフト、あるいはパターニングモーションシステムの構造から生じるアッベ誤差による基板に対する印刷ヘッドの見当ずれに追従することが可能である点が挙げられる。
【００１１】
本発明によれば、書き込まれたスポットの位置の補正が基板画像平面のＸＹ両方の寸法について変更され、これによりって、１つのパターニング層とその後形成される層との整合性が改善される。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、システムは先に形成されたパターニング層に関する情報を利用して、印刷ヘッドと基板パターンの相対的位置を高速で正確に検出することができる。
【００１３】
本発明のまた別の態様によれば、システムは、パターニングのエラーを認識でき、これを使って自動的に補正動作を促すことができる。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、このシステムはレーザ源と、レーザ源からの光を変調する手段と、変調されたレーザ光の位置を２つの寸法で変更し、書き込まれたスポットの位置を変更する手段を利用する。
【００１５】
本発明のその他の態様によれば、このシステムは、高速検出システムを使ってデータを収集し、このデータおよび位置情報と基板コンテンツデータとを使い、システムは位置合わせ（アラインメント）誤差を判断できる。
【００１６】
本発明とその目的および利点は、以下に示す好ましい実施例の詳細な説明を読むことによってより明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、閉ループコントロールシステムであり、形成中の第二のパターンを第一のパターンと位置合わせする機能を果たす。この閉ループシステムは動的に動作し、つまり、パターン形成工程中に、またこの工程の一部として動作することを意味する。その結果、位置合わせのための余分な諸経費が不要となる。
【００１８】
本発明とは、さまざまなパターン形成手段を両立させることができる。好ましい実施例は、図１に示すように、パターニングされた第一の層を有する基板に反応性材料４を被覆する工程である。この第二の被覆層にパターンが形成される。このパターンを形成するための１つの手段は、レーザ・アブレーションによるものである。あるいは、パターンは、次のステップに関わる材料を改変することによっても形成できる。たとえば、ある材料を焼結し、第二の層の焼結されていない成分を洗い流すことができる。あるいは、ある材料を重合し、第二の層の重合されていない成分を洗い流してもよい。
【００１９】
さらに、加法的(additive)パターン形成方法も、本発明と両立できる。パターニングしようとする第二の層を付着させるのではなく、パターンを直接付着させることができる。適当な加法的処理には、インクジェット、グラビア印刷、レーザ熱転写等がある。
【００２０】
最後に、各種のパターン形成方法を考慮する際、減法的技術（subtractive technique）と加法的技術との組み合わせも利用できる。パターニングされた構造をたとえばインクジェットによって配置するのでは、用途上の要求事項が満たされない場合があるため、インクジェットでパターニングし、その後アブレーションによってトリミングしてもよい。
【００２１】
この好ましい実施例の動作は、上記のパターン形成方法のいずれとも利用できる。システムの構成部品を以下に説明し、図１に示す。第二のパターン（図示せず）および第一のパターン２０はどちらも、光のパターン２を基板３に付与するマルチチャネルレーザ印刷ヘッド１を使ったマスクレスリソグラフィ工程によって生成される。基板３は、支持体２１と第一のパターン２０とマルチチャネル印刷ヘッドからのパターニング光の波長または波長範囲に感度のある反応性材料４からなる。
【００２２】
光のパターンは変調器１０から発せられ、変調器１０は変調器駆動電子装置９から駆動信号１８を受信する。変調器駆動電子装置９は画像データパス５と呼ばれる電子装置から画像データ１６を受け取る。
【００２３】
画像データ１６は、第一のパターン２０のそれと整合させて生成されるべき第二のパターンを表す。画像データパス５にはいくつかの機能がある。まず、変調器駆動電子装置９への画像データ１６のゲーティング（ゲートによる制御）を行う。また、いつ、このデータを変調器駆動電子装置９にゲーティングすべきかを判断する役割も果たす。最後に、クロススキャン制御信号２８を計算し、これをクロススキャン補正コントローラ１２に送信する。画像データパス５は、位置合わせ(アラインメント：alignment)検出システム１５によって検出された基板３の現在の領域(current region)１４を監視する。現在の領域１４とは、基板３の上の、まさにこれからパターニングされようとしている領域と定義される。位置合わせ検出システム１５は電気信号を捕捉し、この信号は、マルチチャネルレーザ印刷ヘッド１と基板３が相互に相対的に移動するときの表面の反射率の変化を示す。画像データパス５はまた、運動制御システム７により供給される運動制御システム現在位置２６とペンディング(pending：待ち状態の)画像データ１６を処理する。現在位置は対象領域(region of interest)の指標となり、スプリアスノイズを除去するためのイネーブル信号として使用できる。
【００２４】
対象領域に入ると、基板３の上の構造(feature)の検出によって同期信号がトリガされる。この情報に基づき、画像データパス５は変調器駆動電子装置９へのペンディング画像データ１６のゲーティングを調整する。データのゲーティングの調整は、インスキャン(in-scan)コントロールと呼ばれる。クロススキャンコントロールは、このシステムでは、クロススキャンコントローラ１２によって調整される。画像データパス５は、運動制御システム現在位置２６に関するペンディング画像データ１６と現在領域１４との間の位置ずれ(misalignment)を計算し、クロススキャン方向の位置ずれに対抗するために適用する必要のある補正を表すエラー信号を発生する。画像データパス５は、クロススキャン制御信号２８をクロススキャンコントローラ１２に送信する。
【００２５】
画像データパス５は、画像ファイルの中にあり、プロセス情報８を詳細に示す情報を有する。このプロセス情報８は、位置合わせ検出システムからの出力を解釈する上で非常に重要である。さらに、画像データパスはプロセス情報８を位置合わせ検出システムに送信し、基板３の上の特定の層または複数の層の組み合わせに関する検出工程を最適化するために、照明波長、大きさ、電子回路のゲインその他の調整を促すことができる。プロセス情報８には、基板３にすでに付着されている被覆材料の特徴等の情報や、その時点で位置合わせ検出システム１５の視界内にあると予想される基板３の上の第一のパターン２０に関する情報が含まれる。さらに、プロセス情報８には、複数の第一のパターンを相互に重ね合わせることによって形成される複雑なトポロジーに関する情報が含まれることもある。
【００２６】
変調器１０は、マルチチャネルレーザ印刷ヘッド１から放出される光のパターン２を変更する役割を果たす。当業界ではさまざまな変調手段が知られている。一般に、これらを反射／回折型および透過型に分類することができ、例えばＴＩＲとＤＭＤデバイスがある。いずれの場合も、個々のチャネルの制御は、適当な変調器駆動電子装置を通じて行われる。
【００２７】
上記の比較工程は、空間的に間欠的な工程である。一般に、パターン中には処理に最も役立つ特定の領域群がある。これらはキャプチャウィンドウと呼ばれる。これらの領域は、製造中のデバイスの機能パターンでも、あるいは追加された位置合わせマークでもよい。これらの領域の位置は事前設定できる。事前設定される場合、その位置を特定するデータはプロセス情報８の中に埋め込まれる。画像データパス５が変調駆動ボード９に画像データ１６を伝送すると、画像データパス５はシステムがキャプチャウィンドウに近づいている、あるいはキャプチャウィンドウの中にあることを示すプロセス情報８を認識する。この実施例の場合、画像データパス５はこの情報を使って比較工程をトリガする。あるいは、画像データパス５がプロセス情報８を認識すると、画像データパス５は位置合わせ検出システム１５に信号を送信し、検出工程をトリガする。位置合わせ補正とは、クロススキャンまたはインスキャン方向への位置合わせのシフトを指す。インスキャン補正は、タイミング補正を通じて行われる。この特定の実施例において、クロススキャン補正は、クロススキャン制御信号２８をクロススキャン補正コントローラ１２に送信し、光学素子１３を回転させて、回折のために印刷ヘッドから放出されるパターンがクロススキャン方向に既知の量だけずれるようにすることによって行われる。位置合わせ検出システム１５は、光学素子１３を通じて感知検出光線５８を送信するので、光学素子１３の運動が位置合わせ検出システム１５の感知に影響を与えるようにする点に注意する。また、この特定の実施例において、インスキャン補正は、画像データパス５によるヘッドロードタイミングの変更を通じて行われる。
【００２８】
図２は、位置合わせ検出システム１５の構成部品を示す。これらの構成部品は、第一のパターン２０を有する基板３と、マスク２２と、マスクパターン２３と、光検出器２４である。照明光源と検出用電子装置は図示されていない。基板３がマルチチャネルレーザ印刷ヘッド１を通過するか、あるいはマルチチャネルレーザ印刷ヘッド１が基板３を通過すると、基板３の上のパターンは、基板３の第一のパターン２０がマスクパターン２３にどれだけ適合するかに基づいて、検出器における信号の変調を行う。マスクパターン２３の垂直スリットと斜めスリットを使用することにより、インスキャンおよびクロススキャン両方の位置ずれを検出できる。図３は、クロススキャン誤差がないシステムにおけるセンサ領域６０にマスクパターン２３を有する第一のパターン画像６２を重ね合わせたものを示す。
【００２９】
図４，５は、このクロススキャン誤差がないシステムに関する位置合わせ検出出力信号１１の生成を示し、このシステムは基準システム(nominal case system)とも呼ばれる。図４において、第一のパターン画像６２はマスクパターン６４を完全に横切っており、センサ領域の下に示される波形は、位置合わせ検出信号１１がピーク値まですでに上昇したことを示しており、これは時間Ａとマークされる。図５に示されるように、第一のパターン画像６２とマスクパターン６４の間に相対的運動が起こると、位置合わせ検出出力信号１５に第二のピークが発生し、これは時間Ｂとマークされる。ＡとＢの発生の間の時間量が、クロススキャン誤差を示す。これらの図から、クロススキャン誤差が２つの事象ＡとＢの間の移動距離という点で特徴付けられることが明らかであるはずである。
【００３０】
同様にして、図６，７は、マイナス方向へのクロススキャン誤差を有するシステムに関する位置合わせ検出信号１１の生成を示す。図８，９は、プラス方向へのクロススキャン誤差があるシステムのための位置合わせ検出信号１１の生成を示す。図１０は、マイナス方向、基準型、プラス方向のクロススキャン誤差を有するシステムに関するタイミングの違いを示す。
【００３１】
簡素化した信号処理の詳細を図１１に示す。この図は、画像データパス５により送信されるインスキャンおよびクロススキャン同期入力を示す。第三の入力は、位置合わせ（アラインメント）検出信号１１である。位置合わせ検出信号１５の第一の最大値Ａの位置は、画像データパス５により生成されたインスキャン同期パルスの位置に関して測定される。これらの２つの点の間の位置の差がインスキャン誤差である。インスキャン同期パルスとクロススキャン同期パルスからの位置の差は、位置合わせ検出信号１１の上の第一のパルスから第二のパルスに移動するのに必要な予想時間または距離を示す。これは、同期差分(synch delta)と呼ばれる。図１０に示されるように、クロススキャン誤差が増大するにつれ、位置合わせ検出器の出力上の実際の第二の最大値に到達するのに必要な時間または距離は大きくなる。第一の最大値Ａから第二の最大値Ｂまでの経過時間または距離を捕捉したものは、実際の差分(actual delta)である。クロススキャン誤差信号は、同期差分と実際の差分との差である。本実施例において、レーザ光は８０８ｎｍであり、モジュレータはＴＩＲ透過型(TIR transmissive)デバイスである。
【００３２】
基板３に被覆される材料は、レジストとして機能させるもので、ＩＲに対する感受性を有するレーザアブレーション(laser ablative)レジストである。チャネルサイズは５ミクロンであり、製造可能な露光線の幅とギャップ（間隙）は２ミクロン程度である。ＵＶで動作するシステムであれば、ＵＶ源と回折変調器を利用し、より小さなチャネルサイズおよび構造とすることができる。検出システムは、書込み光線の波長とは異なる波長でレーザ源から生成された検出光線を利用する。
【００３３】
以上、本実施例をマスクレスリソグラフィシステムの一部として説明した。しかしながら、そのとき現在と第一のパターンの間の位置ずれを検出し、これを動的に補償する能力は、パターンの精密位置合わせを必要とする他の多くの領域にも適用できる。
【００３４】
別の実施例において、位置合わせ検出システム１５は、予想される画像領域との画像マッチングを実行する高速画像処理機能付カメラとすることができる。このようなシステムにおいて、検出用照明光は書込み光線のそれと実質的に異なる波長範囲の拡散照明である。高速画像処理機能付カメラは、回転を決定できる点で有利である。
【００３５】
検出システムのための書込み波長およびこれと異なる検出波長を通過させることに伴う光学設計上の問題がある。８０８ｎｍの書込み光およびこれと異なる波長の検出光を伝送する光学システムの設計に伴う光学的な問題への１つの対処方法は、書込み光路の外に検出用サブシステムを設置することである。この方法の欠点は、検出用光路が書込み光路から物理的に変位することである。２つの光路の間には、物理的な実装（設置:mounting）を精密に行う以外に直接的な関連はない。２つの光路を十分に関連付けるためには、２つの光路の間のシフトを定期的に補正する必要があろう。さらに、検出システムは、光学素子による変化を検出し、定常誤差を低減する閉ループシステムの一部としては機能できない。２つのシステムを関連付ける１つの手段は、１つのチャネルまたはマルチチャネルレーザ印刷ヘッドによる追加チャネルをポインタとして使用するものであり、このポインタは検出システムに対し、どこに書込み光線が向けられたかを指示する。検出システムは、ポインタを使って書込みシステムと検出システムの物理的関係を構築する。書込み光線と同じ波長の追加チャネルは、この光線のエネルギーがパターニング閾値より低いかぎり使用できる。あるいは、検出システムを書込みシステムのそれに接続する工程は、基板の画像形成領域以外の領域において行う必要がある。しかしながら、パターニング波長以外の追加チャネルが設けられていれば、カメラとマルチチャネルレーザ印刷ヘッド１とは継続的に関連付けられていてもよい。異なる波長の使用により、パターニングアーチファクトの危険を回避できるが、光学的設計はより複雑となる。
【００３６】
また別の実施例において、小さなスポットに合焦するコヒーレント照明光(coherent illumination)を利用する純粋なエッジ検出方式を用いることができる。このような装置は、オートフォーカスシステムにおいて一般的なものと同様である。このシステムの一例を図１２に示す。デュアルハーフアパーチャ方式を利用する代表的なオートフォーカス検出システムは、反射面の高さに比例するアナログ信号を供給する。このシステムにおいて、レーザ源７６は、ビームスプリッタ７８を通じて基板３の表面に光を送る。基板３の表面から反射された光は、ビームスプリッタ７８を通過し、続いてデュアルウェッジ７６と光学装置７２を通り、４分割(quad)光検出器７０に衝突する。デュアルハーフアパーチャ焦点誤差検出方法は、焦点検出のための二分割光学アパーチャの両方を利用することにより、異なる信号を創出する。二分割光学アパーチャの各々は、片側で高く、片側で低く回折させるデュアルウェッジ(dual wedges :二連くさび）７４を通じて光検出器７０の上側と下側のいずれかのバイセル(bi-cell：２つのセル)に送られる。基板が最良の焦点位置の中に入り、あるいはその位置から出ると、光検出器７０を形成する２つのバイセル上に形成されるスポットは、同じ方向および反対の方向に変化する。各バイセルの２つの相対する側からの信号を合算することで、ハーフアパーチャ方式の信号の２倍の信号が生成される。バイセルのもう一方の２つの相対する側それぞれの合計同士の差をとることにより、すべてのセルからの信号に乗る共通ノイズがすべて取り除かれる。その結果、焦点に関する正確な誤差信号をより密接に表す、より明確な信号が得られる。差信号は一般に、一貫性を持たせるために正規化される。このようなシステムの設計は、米国特許第５，４０６，５４１号（ケイ）に記載されている。このような検出信号は、図１３に示すとおりである。図１２に示されるオートフォーカスシステムのセンサの個々の強度をモニターし、エッジが光を散乱させたことを示す変化が生じていないか確認することもできる。図１４は、エッジを通過したことに反応して生成される信号を示す。本実施例では、小さなスポットが基板上で高さが変化する部分を横切ったときに明瞭なパルスが生成される。これは、エッジ検出システムとして有効に機能する。さらに別の実施例においては、干渉計を使って、干渉計を備えるマルチチャネルレーザ印刷ヘッド１がパターニングされた層の表面に沿って走査される間にトポロジーの変化を検出することができる。このシステムを図１５に示す。このシステムにおいて、可干渉光は、レーザ源２９からパターニングされた層に向けられる。照明光の一部は、ビームスプリッタ３１を通って基板３に衝突する。残りの照明光はミラー３０へと偏向される。ミラー３０と基板３の両方からの反射光は、センサ３２向けられる。センサ３２は、この統合された光エネルギーを受け取り、干渉パターンを作り出す。この干渉パターンは、一般に光検出器またはＣＣＤであるセンサ３２によって検出される。
【００３７】
また別の実施例において、光干渉断層装置（ＯＣＴ）または低コヒーレンス干渉計を一種の干渉計として表面トポロジーの検出に用いる。基本的なシステムの概略を図１６に示す。光干渉断層装置（ＯＣＴ）では、干渉計のための低コヒーレンス光源３４はコヒーレンス長が短い。低コヒーレンス光源としては、たとえばスーパールミネセントダイオード、フェムト秒のオーダーというきわめて短いパルスのレーザ、白色光源がある。このシステムは２つのアームを備え、サンプルアーム５４には基板３が含まれる。第二のアームは参照アーム５６で、これには参照ミラー４０が含まれる。低コヒーレンス光源３４からの光は、コリメートレンズ３６によって平行にされ、ビームスプリッタ３８によって２つのアームに向けられる。反射された光線はビームスプリッタ３８で統合され、ビームリデューサ４４の作用を受け、光検出器５２に衝突する。光検出器５２は基板３の表面トポロジーに直接関係する２つの光線の干渉の結果として変化する信号を検出する。干渉は、参照アームの中のミラー４２が特定の軸位置にあるときにのみ発生する。走査ミラー４６は、対物レンズ４８を通じて基板を走査する。参照アームミラーの位置を慎重に監視すれば、ミラーの軸位置が特定の表面の変化（対象領域内）を示したときに信号を発生することができる。
【００３８】
かすめ入射干渉計もまた、表面トポグラフィの検出に使用できる。図１７は、レーザ源からホログラフィック回折格子６１に衝突し、略等しい強度の２つの光線を作るレーザ光を示している。一次光線は、低い角度でゼロ次光線から分離される。一次光線は、基板３を浅い角度でかすめて通り、光の一部は反射し、回折する。第二のホログラフィック回折格子６３で参照光線と統合する光は、基板３からの起伏パターン(レリーフ・パターン：relief pattern)の画像を含む干渉パターンを形成する。センサ／ビデオカメラ６５がこのパターンを検出できる。
【００３９】
また別の実施例において、本発明は適応制御の分野に適している。パターンはその形成直後に検出できるため、システムは２つの検出器を利用できる。つまり、１つはパターンポイントの位置特定に用い、もう１つは形成されたパターンを点検する。第二の検出システムからのデータを保存し、これを使って、次の検出工程を改善することができる。また、第一のセンサと補正システムにより供給される補正量をより適切に調整するためにも使用できる。さらに、工程間検査にも使用できる。
【００４０】
さらに別の実施例において、画像データパス５によって利用される制御アルゴリズムは、インスキャコントロールとクロススキャンコントロール信号２８の変化率を制限する。このような変化率制限制御アルゴリズムはしばしば、サーボループと呼ばれる。こうした制御信号の変更率制限を使えば、不要なパターニングアーチファクトを防止できる。
【００４１】
他の実施例において、画像データパスにより使用される制御アルゴリズムは、インスキャンクロススキャン制御信号２８の変化率を制限しない。この種の制御は、急激な再同期が好ましい場合に適当である。
【００４２】
また別の実施例において、使用される制御アルゴリズムは、変化率制限型または非制限型のいずれか、あるいはその組み合わせとすることができる。画像データパス５は、プロセス情報８を使って適応制御アルゴリズムを決定する。
【００４３】
さらに別の実施例において、基板はインコヒーレント光源によって照明され、基板の画像を検出器に投射させることができる。基板上の層間に十分なコントラストがあれば、層の形状構造を画像内で区別できる。検出器はエリアアレイ、ラインセンサまたはシングルセンサとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による印刷システムの概略図である。
【図２】位置合わせ検出システムの構成要素を示す概略斜視図である。
【図３】第一のパターン画像とマスクパターンとの重ね合わせを示す図である。
【図４】第一のパターン画像がマスクパターンの垂直部分を横切るときの、基準ケース(nominal case)に関する第一のパターン画像とマスクパターンの重ね合わせを示す図である。
【図５】第一のパターン画像がマスクパターンの斜めの部分を横切るときの、基準ケースに関する第一のパターン画像とマスクパターンの重ね合わせを示す図である。
【図６】第一のパターン画像がマスクパターンの垂直部分を横切るときの、マイナス方向のクロススキャン誤差(negative cross-scan error)のケースに関する第一のパターン画像とマスクパターンの重ね合わせを示す図である。
【図７】第一のパターン画像がマスクパターンの斜めの部分を横切るときの、マイナス方向のクロススキャン誤差のケースに関する第一のパターン画像とマスクパターンの重ね合わせを示す図である。
【図８】第一のパターン画像がマスクパターンの垂直部分を横切るときの、プラス方向のクロススキャン誤差(positive cross-scan error)のケースに関する第一のパターン画像とマスクパターンの重ね合わせを示す図である。
【図９】第一のパターン画像がマスクパターンの斜めの部分を横切るときの、プラス方向のクロススキャン誤差のケースに関する第一のパターン画像とマスクパターンの重ね合わせを示す図である。
【図１０】クロススキャンオフセットの変化に対応する位置合わせ検出出力信号の例を示す図である。
【図１１】簡素化された信号処理の詳細を示す図である。
【図１２】デュアルスプリットハーフアパーチャオートフォーカスシステムのブロック図である。
【図１３】一般的なオートフォーカスフィードバック信号を示す図である。
【図１４】エッジに応答するオートフォーカスフィードバック信号の図である。
【図１５】干渉計のブロック図、つまり概略図である。
【図１６】光干渉断層システムのブロック図、つまり概略図である。
【図１７】かすめ入射干渉計の概略図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  マルチチャネルレーザ印刷ヘッド、２  光のパターン、３  基板、４  反応性材料、５  画像データパス、７  運動制御システム、８  プロセス情報、９  変調器駆動電子装置、１０  変調器、１１  位置合わせ検出出力信号、１２  クロススキャン補正コントローラ、１３  光学素子、１４  当該領域、１５  位置合わせ検出システム、１６  画像データ、１８  駆動信号、２０  第一のパターン、２１  支持体、２２  マスク、２３  マスクパターン、２４  光検出器、２６  運動制御システム現在位置、２８  クロススキャン制御信号、２９  レーザ源、３０  ミラー、３１  ビームスプリッタ、３２  センサ、３４  低コヒーレンス光源、３６  コリメートレンズ、３８  ビームスプリッタ、４０  参照ミラー、４２  軸走査方向、４４  ビームリデューサ、４６  走査ミラー、４８  対物レンズ、５０  光干渉断層装置（ＯＣＴ）プロセッサ、５２  光検出器、５４  サンプルアーム、５６  参照アーム、５８  感知検出光線、６０  センサ領域、６１  第一のホログラフィック回折格子、６２  第一のパターン画像、６３  第二のホログラフィック回折格子、６４  マスクパターン、６５  ビデオカメラ、７０  光検出器、７２  光学装置、７４  デュアルウェッジ、７６  レーザ源、７８  ビームスプリッタ。
【図１】
2009532863.tif 000003
【図２】
2009532863.tif 000004
【図３】
2009532863.tif 000005
【図４】
2009532863.tif 000006
【図５】
2009532863.tif 000007
【図６】
2009532863.tif 000008
【図７】
2009532863.tif 000009
【図８】
2009532863.tif 000010
【図９】
2009532863.tif 000011
【図１０】
2009532863.tif 000012
【図１１】
2009532863.tif 000013
【図１２】
2009532863.tif 000014
【図１３】
2009532863.tif 000015
【図１４】
2009532863.tif 000016
【図１５】
2009532863.tif 000017
【図１６】
2009532863.tif 000018
【図１７】
2009532863.tif 000019
【国際調査報告】
2009532863.tif 000020
2009532863.tif 000021