(57)【要約】      （修正有）【課題】タイミング・ジェネレータを有するマルチ・ビーム・ブラシを使用する走査システム及び方法を提供する。【解決手段】走査ビームの広い間隔は、ビームの断面内の明るい方向又は暗い方向を走査方向と反対にして、変調器がビームを投入又は遮断することを可能にする。ブラシ内のビーム装置が、画像領域を均一に露光するための均一なインデクシング・ステップ・サイズを可能にする。タイミング・ジェネレータは、ピクセル周期値のソースと、ピクセルに対してピクセル周期値を選択するための選択回路と、ピクセルに対して選択されたピクセル周期値から第１の値をロードし、第１の値により示される期間をカウントし、周期の終了をマークする信号をアサートするカウンタを有する。【選択図】図２
2004230899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のビームソースと、 少なくとも１つの前記ビームは対応する走査線に沿って不均一な速度で動くような、像面内の走査線の走査方向に沿って前記ビームを掃引する走査光学系と、各走査線が一連の均一な寸法のピクセルに分割され、前記複数のビームの強度を別々に制御するよう配置された変調器であって、前記変調器は各ピクセルに対して強度を制御する、前記複数のビームの強度を別々に制御するよう配置された変調器と、走査線内のピクセルの境界を示すために、前記変調器に第１の信号を供給するように結合されたタイミング・ジェネレータであって、 ピクセル周期値ソースと、 各ピクセルに対してピクセル周期値の１つを選択するように結合された選択回路と、前記選択回路に結合されたカウンタであって、各ピクセルに対して、前記カウンタは、前記ピクセルに対して選択された前記ピクセル周期値から第１の値をロードし、前記第１の値により示された時間の周期をカウントし、前記周期の終了をマークする第２の信号をアサートし、前記第１の信号は前記第２の信号から導出される前記選択回路に結合されたカウンタを有するタイミング・ジェネレータを有する走査システム。
【請求項２】
前記タイミング・ジェネレータは、前記第２の信号を受信し前記第１の信号を生成するように結合された遅延計算器をさらに有し、前記遅延計算器は前記ピクセル周期値からの第２の値に依存する継続時間を有するプログラマブル・ディレイにより前記第１の信号のアサーションを前記第２の信号のアサーションに対して遅延させる請求項１記載の走査システム。
【請求項３】
前記プログラマブル・ディレイの前記継続時間は、前記カウンタをカウントさせるカウンタ・クロック信号の周期の小数部である請求項２記載の走査システム。
【請求項４】
前記遅延計算器は、現在のピクセルに対する前記ピクセル周期値からの前記第２の値により示された遅延と、前のピクセルに対して使用された遅延の和が、前記カウンタをカウントさせるクロック信号の１周期より大きい場合に、前記カウンタ・クロック信号の１周期だけ前記第２の信号のアサーションを遅延させるように、前記カウンタに信号を送る請求項３記載の走査システム。
【請求項５】
前記遅延計算器は、 前記第２の信号のアサーションと前記第１の信号のアサーションの間に前記プログラマブル・ディレイを与えるプログラマブル・ディレイ回路と、前記プログラマブル・ディレイに対する前記継続時間を選択するために、前記プログラマブル・ディレイ回路に結合された論理を有する請求項２記載の走査システム。
【請求項６】
前記遅延計算器内の前記論理は、 前記プログラマブル・ディレイに対する前記継続時間を選択するように結合された出力ポートを有する加算器と、 前記加算器の前記出力ポートに結合された書き込みポートと、前記加算器の入力ポートに結合された読み取りポートを有するレジスタを有する請求項５記載の走査システム。
【請求項７】
前記加算器は前記カウンタに結合され、前記加算器は前記カウンタに前記第２の信号のアサーションを遅延させるキャリービットを有する請求項６記載の走査システム。
【請求項８】
前記加算器は、前記ピクセル周期値から値を受信する第２の入力ポートを有する請求項６記載の走査システム。
【請求項９】
前記タイミング・ジェネレータは、 前記第２の信号を受信し、前記第１の信号を生成するように結合された遅延計算器であって、前記遅延計算器は、前記カウンタをカウントさせるカウンタ・クロック信号の周期の小数部である継続時間を有する前記プログラマブル・ディレイによって、前記第２の信号のアサーションに対して前記第１の信号のアサーションを遅延させる遅延計算器と、前記プログラマブル・ディレイに対する前記継続時間を選択するために、前記プログラマブル・ディレイ回路に結合された論理をさらに有し、前記論理は、前記ピクセル周期値から値を受信する第１の入力ポートと前記プログラマブル・ディレイに対する前記継続時間を選択するために結合された出力ポートを有する加算器であって、前記加算器は前記カウンタに結合されており、前記加算器は、前記現在のピクセルに対する前記ピクセル周期値により示された遅延と前のピクセルに対して使用された遅延の和が前記カウンタ・クロック信号の１周期より大きい場合に、前記カウンタが前記第２の信号のアサーションを前記カウンタ・クロック信号の１周期遅延させるキャリービットを有する加算器と、前記加算器の前記出力ポートに結合された入力ポートと、前記加算器の第２の入力ポートに結合された出力ポートを有するレジスタを有する請求項１記載の走査システム。
【請求項１０】
前記ソースは、複数の記憶位置を有し、各記憶位置は複数の前記ピクセル周期値の１つを蓄積する請求項１記載の走査システム。
【請求項１１】
前記選択回路は、マルチプレクサを有する請求項１０記載の走査システム。
【請求項１２】
前記タイミング・ジェネレータは、前記マルチプレクサに結合されたルックアップ・テーブルをさらに有し、前記ルックアップ・テーブルは前記ピクセルに対応する選択値を含み、各ピクセルに対して、前記マルチプレクサが前記ピクセルに対してどのピクセル周期値を選択するかを制御する選択値を前記ルックアップ・テーブルが前記マルチプレクサに供給する請求項１１記載の走査システム。
【請求項１３】
前記タイミング・ジェネレータは、前記ルックアップ・テーブルにインデックスを供給するために結合されたピクセル・カウンタをさらに有し、前記ピクセル・カウンタはピクセルの境界を示す前記変調器への第１の信号に応じて前記インデックスを増加させる請求項１２記載の走査システム。
【請求項１４】
前記ソースは記憶位置と前記記憶位置に結合された加算器を有し、前記記憶位置は走査線内のピクセル境界の発生の間の最低周期を示すピクセル周期値を蓄積し、前記加算器は前記記憶位置内の前記ピクセル周期値から第２のピクセル周期値を生成する請求項１記載の走査システム。
【請求項１５】
前記ソースおよび組み合わされた選択回路は、ルックアップ・テーブルを構成する請求項１記載の走査システム。
【請求項１６】
前記タイミング・ジェネレータは、前記ルックアップ・テーブルにインデックスを供給するために結合されたピクセル・カウンタをさらに有し、前記ピクセル・カウンタはピクセルの境界を示す前記変調器への前記信号に応じて前記インデックスを増加させる請求項１５記載の走査システム。
【請求項１７】
走査レンズがｆ−ｓｉｎ（θ）レンズである請求項１記載の走査システム。
【請求項１８】
前記走査方向に沿った走査ブラシの１回の掃引が等間隔に配置された走査線の第１のセットと等間隔に配置された走査線の第２のセットを形成するように、間隔からの前記ビームがブラシを走査し、前記第１のセット内の走査線の間の間隔とは異なる間隔によって、走査線の第１のセットは走査線の前記第２のセットから分離されている請求項１記載の走査システム。
【請求項１９】
前記像面内に被加工物を保持し、前記走査ブラシの掃引の間に前記被加工物を均一な距離だけ移動させ、前記均一な距離は前記ブラシの複数回の掃引が前記被加工物の目標領域内の均一に配置された走査線を露光するようなステージをさらに有する請求項１８記載の走査システム。
【請求項２０】
複数のビームのソースと、 少なくとも１つの前記ビームは対応する走査線に沿って不均一な速度で移動する、像面内の走査線の走査方向に沿って前記ビームを掃引する走査光学系と、前記複数のビームの強度を別々に制御するために配置された変調器であって、各走査線は一連の均一な寸法のピクセルに分割され、前記変調器は各ピクセルに対して強度を制御する、前記複数のビームの強度を別々に制御するために配置された変調器と、走査線内の前記ピクセルの境界を示すために前記変調器に第１の信号を供給するために結合されたタイミング・ジェネレータを有し、前記タイミング・ジェネレータは、前記走査線内の前記ピクセルに対応するピクセル周期値を含むルックアップ・テーブルと、 前記ルックアップ・テーブルにインデックスを生成する第１のカウンタであって、前記第１のカウンタは、境界を示す前記変調器への前記信号に応じて前記インデックスを変化させ、前記ルックアップ・テーブルが出力する前記インデックスに応じて前記インデックスに対応するピクセル周期値を変化させる、前記ルックアップ・テーブルにインデックスを生成する第１のカウンタと、各ピクセルに対して、前記カウンタは、前記ルックアップ・テーブルからの前記ピクセル周期値から第１の値をロードし、前記第１の値により示された時間の周期をカウントし、前記周期の終了をマークする第２の信号をアサートし、前記第１の信号は前記第２の信号から導出されている、前記ルックアップ・テーブルに結合された第２のカウンタを有する走査システム。
【請求項２１】
前記タイミング・ジェネレータは、前記第２の信号を受信し、前記第１の信号を生成するために結合された遅延計算器をさらに有し、前記遅延計算器は、前記ピクセル周期値からの第２の値に依存する継続時間を有するプログラマブル・ディレイによって、前記第１の信号のアサーションを前記第２の信号のアサーションに対して遅延させる請求項２０記載の走査システム。
【請求項２２】
走査レンズが、ｆ−ｓｉｎθレンズである請求項２０記載の走査のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【本発明の技術分野】
【０００２】
本発明はプリンティング・システムおよびプリンティング方法に関し、特に横方向に広い間隔を有する複数の走査ビームを使用するシステムおよび方法に関する。
【関連技術の説明】
【０００３】
スキャナを含むプリンティング・システムは、紙へのテキストの印刷、集積回路の製造におけるホトレジストのパターン形成、および、投影形光露光装置用のマスクあるいはレチクルの作成を含むさまざまな応用に適している。集積回路に適用するためには、プリンティング・システムは通常サブミクロン精度を必要とする。図１Ａは、走査を使用する精密プリンティング・システム１００の基本的アーキテクチャーを示す。システム１００は、レーザー等の光源１１０と、１つ以上の入力ビーム１３５の強度を制御する音響光学変調器１２０と、入力ビーム１３５の位置、形状、および視準を制御するプレ・スキャン光学系１３０と、走査ビーム１４５を走査方向に沿って掃引するポリゴン・ミラー等の走査素子１４０と、走査ビーム１４５を像面１６０に合焦させるポスト・スキャン光学系１５０を有する。走査ビーム１４５の走査は、像面１６０の画像領域にパターンを露光する走査線を形成する。走査ビーム１４５が露光するパターンを選択するために、音響光学変調器１２０は入力ビーム１３５の強度を変調する。
【０００４】
従来の音響光学変調器は、石英ガラス等の材料のブロックを有し、その中を入力ビームが伝搬する。入力ビームの強度を投入し、遮断し、あるいは変更するために、トランスデューサは、ブロック内の入力ビームの経路と交差する音波を発生する。音波は、ブロックの光学的性質を局所的に変化させ、入力ビームの一部を偏向させる。通常、ビームは、光学トレイン・ブロック (optical train block) の中で、ビームの偏向していない部分を後に停止させる。
【０００５】
従来の音響光学変調器を有する精密スキャナに対する懸念は、入力ビームを変調する音波の伝搬に対する走査方向の向きである。伝搬方向および走査方向が同一線上でなければ、ビームの投入および遮断は、エッジの鮮鋭度を減少させ、あるいは照明されているパターン内に不要なスキューあるいは方向性バイアスを作り出す恐れがある。図１Ｂは、（システム光学系１３０および１５０を通したコンボリューションの後に）走査方向１７２に垂直である方向１７８に音波が入力ビームを偏向させたときに、形成される走査線の照明された領域１７０を示す。偏向方向１７８は、音響光学変調器内の音波の伝搬方向に通常対応している。音響光学変調器１２０が入力ビーム１３５を投入すると、ビームの断面１７４は方向１７８に膨張する。したがって、入力ビームが断面１７５のような完全に照明された断面を有するまで、領域１７０の初めに照明された部分は狭く、１つのエッジの方を向いている。同様に、音響光学変調器１２０が入力ビーム１３５を遮断すると、入力ビームの１つのエッジがまず暗くなり、ビームの収縮する断面１７６は、照明された領域１７０を反対のエッジに向かって後退させる。これは、複数の走査線により形成された照明された領域のエッジにおける鮮鋭度を減少させ、長方形の照明された領域をゆがめ、走査方向に４５度のパターン・ラインの厚さと走査方向に１３５度のパターン・ラインの厚さを異ならせる。しかし、ビーム強度の独立した制御と狭い走査ブラシを備えるために、音響光学変調器内の音波は走査方向に対して通常斜めに伝搬する。
【０００６】
図１Ｃに示すように、音響光学変調器１２０内のビーム１３２、１３４、１３６および１３８の間の間隔１３３は、音波１２２、１２４、１２６および１２８に対して各ビーム１３２、１３４、１３６および１３８を独立に変調するために、十分でなければならない。通常、間隔１３３はビームの直径以上でなければならない。走査線の間のギャップをもたらす間隔を避けるために、走査方向１７２は、走査方向１７２に沿って見たときに、ビーム１３２、１３４、１３６および１３８が重なり合うように選択される。ビームが重なり合うことの利点は、走査ブラシの狭い幅１８０である。狭いブラシは、従来のｆ−θ走査レンズに共通の走査線の撓み (bow) を減少させる。（走査線の撓みは、走査レンズの光軸から離れている走査線の曲率である）さらに、走査方向１７２に沿って重なり合っているビームを走査することは、ギャップの介在なしに走査線の帯を形成し、画像領域をカバーするための走査線のインデクシングを単純化する。上述のように、図１Ｃの構成の欠点は、画像内のエッジにおける鮮鋭度、長方形の領域のスキュー、および４５度／１３５度線の厚さバイアスが減少することである。
【０００７】
図１Ｄに示すように、走査方向１７２は、音響光学変調器１２０内の音波１２２、１２４、１２６および１２８の伝搬方向と同じでもよく、あるいは反対方向でもよい。この構成を使用して、ビームの独立した変調のために必要とされる間隔１３３は、走査線の間の間隔を制御する。これは、図１Ｃのブラシより広い走査ブラシを作り、広い走査ブラシは従来のｆ−θ走査レンズによる走査線の撓みを増加させ、集積回路に応用するために要求される精度の実現を困難にする。他の形式の走査レンズは走査線の撓みを減少させるが、通常は走査ビームを不均一な速度で動かし、したがって画像を歪ませる恐れがある。
【０００８】
高速の走査のために同時走査ビーム(simultaneous scan beam) を使用するが、走査線の撓みと画像のゆがみの発生を防止し、さらにスキュー、ぼやけたエッジ、および走査方向に対して斜めに伝搬する音波を有する音響光学変調器と組み合わされた方向性バイアスの発生を防止する、システムおよび方法が求められる。
【概要】
【０００９】
本発明によれば、マルチ・ビーム・スキャナは、広い走査ブラシ、走査ビーム内のピクセルの強度を制御する変調器、不均一な走査ビーム速度を犠牲にして走査線の撓みを最小限度に抑える光学系、およびピクセル速度の不均一性を補償する可変周期を有するピクセル・クロック信号を生成するタイミング・ジェネレータを有する。走査ビームの広い間隔は、ビームの断面内の明るくされた方向、あるいは暗くされた方向を走査方向と反対にして、変調器がビームを投入、あるいは遮断することを可能にする。これは、エッジ鮮鋭度を改善し、長方形の領域内のスキューを避け、線の厚さにおける方向性バイアスを避けるために、明るくされた方向を走査方向と反対にすることを可能にする。
【００１０】
ブラシ内のビームの新規な装置が、画像領域を均一に露光するための均一なインデクシング・ステップ・サイズを可能にする。特に、ビームの数ｂならびに距離ｎおよびｍが、ｍのｎに対する比率がｂのｂと共通因数を持たない整数ｑに対する比率と等しいようであれば、距離ｎだけ離れて配置されたｂ本のビームを有するブラシは、距離ｍだけ繰り返された走査およびインデクシングの後に、画像領域を均一にカバーする。１つの実施態様において、離間ブラシは、距離ｎだけ離れて均一に間隔を置いて配置されたｂ本のビームを有する上半分と、距離ｎだけ離れて均一に間隔を置いて配置されたｂ本のビームを有する下半分を有する。上半分と下半分の間の距離は、１．５＊ｎである。この離間ブラシおよび均一なインデクシング距離ｍを使用して、上半分は均一に間隔を置いた走査線を形成し、下半分は上半分が形成する走査線に隣接する走査線の中間に走査線を形成する。走査ブシュの他の実施態様は、２つ以上の間隔により分離された等しい間隔を置いたビームの３つ以上の部分を有する。
【００１１】
１つの実施態様において、タイミング・ジェネレータは、ピクセル周期値のソースとカウンタを有する。カウンタは、ピクセルに対して選択されたピクセル周期値の第１の部分をロードし、第１の部分により示される期間をカウントし、周期の終了をマークする信号をアサートする。付加的な遅延計算回路は、カウンタへのクロック信号の周期より短い時間の間、カウンタからの信号を遅延させることができる。ピクセル周期値の第２の部分は遅延を制御する。カウントのための時間と遅延の組み合わせは、完全なピクセル周期を形成する。ピクセル周期に対するピクセル・クロックに対してパルスをアサートした後に、ソースは、次のピクセル周期に対してカウントおよび遅延を制御する次のピクセル周期値を供給する。
【００１２】
別の実施態様においては、ピクセル周期値のソースは、１組のレジスタ、１つのレジスタおよび一連の加算器、あるいはルックアップ・テーブルを有する。１つの実施態様において、ピクセル周期値のソースは、ルックアップ・テーブル、スタート・インデックス・レジスタ、およびアドレスをスタート・インデックス・カウンタから初めにロードし、ルックアップ・テーブルに供給するピクセル・カウンタを有する。１組のレジスタあるいは１つのレジスタおよび一連の加算器がピクセル周期値を供給する場合、ルックアップ・テーブルからの選択信号にしたがって、マルチプレクサはピクセル周期値を選択する。ルックアップ・テーブルは、ピクセルによりインデックスされ、各ピクセルに対して適切なピクセル周期値を選択する。ピクセル・カウンタは、タイミング・ジェネレータがピクセルの境界をマークする都度、ピクセル・インデックスを増加させ、変化したピクセル・インデックスに応じて、タイミング・ジェネレータは次のピクセル周期値を選択する。
【好適な実施例の詳細な説明】
【００１３】
本発明の１つの態様によれば、精密プリンティング・システムは、スキャナおよび個々のビームの間に間隔を有する広い走査ブラシで構成された複数の走査ビームを使用している。音響光学変調器すなわちプリンティング・システムのデフレクタは、走査方向に沿って配置された音波を使用して、個々の走査ビームの強度を制御する。したがって、音響光学変調器がビームを投入あるいは遮断するにつれて、走査ビームの断面の連続した部分は、走査線の伝搬方向に沿って、明るくなり、あるいは暗くなる。プリンティング・システムは、走査ブラシの幅に起因する走査線の撓みを減少させるｆ−ｓｉｎθ走査レンズ等の走査レンズと、走査ビームの速度の変化を補償するために可変の周期を有するピクセル・クロック信号を生成するタイミング・ジェネレータを使用している。
【００１４】
図２は、本発明の実施例による走査を使用する精密プリンティング・システム２００を示す。システム２００のプレ・スキャン部分は、ビーム源２１０、音響光学変調器（ＡＯＭ）２２０、およびプレ・スキャン光学系２３０を有する。ビーム源２１０は、ブラシを形成するために１つの線に沿って間隔を置いて配置された複数の入力ビーム２１９を形成する。ＡＯＭ２２０は、各入力ビーム２１９の強度を独立に変調し、変調された走査ビーム２２９をプレ・スキャン光学系２３０に導く。本発明の１つの態様によれば、ＡＯＭ２２０がビーム２２９を投入すると、各ビーム２２９がビーム線２２９に垂直の方向に明るくなるように、ＡＯＭ２２０内の音波は配置されている。プレ・スキャン光学系２３０は、走査素子の動きの結果として生ずる走査方向がビーム２２９の明るくされた方向と反対になるように、変調された入力ビーム２２９の線を走査素子２４０に導く。プレ・スキャン光学系２３０は、明るくされる方向と走査方向を整列させるために必要ならば、Ｋミラーあるいはドーブ・プリズム等の、ブラシの線を回転させるブラシ回転光学系を任意選択で有する。
【００１５】
走査素子２４０は、複数の走査ビーム２４９をポスト・スキャン光学系２５０に導く。走査素子２４０は、走査の間に一定の角速度で回転する回転ポリゴン・ミラーであることが望ましい。あるいは、振動する鏡あるいは回転するホログラフィック素子を使用することもできる。ポスト・スキャン光学系２５０は、走査ビームが被加工物の表面上の走査線に沿って掃引するにつれて、走査ビームを合焦させる。ポスト・スキャン光学系２５０は、走査レンズ２５２および縮小レンズ２５８を有する。システム２００の代表的な実施例において、走査レンズ２５２はｆ−ｓｉｎθレンズであり、広い走査ブラシに対して走査線の撓みを減少させる。Ｆ−ｓｉｎθレンズは、当該技術分野において公知である。 Shirota の米国特許明細書第５，０１８，８０７号、および Sasada の米国特許明細書第５，２３５，４３８号は、ｆ−ｓｉｎθレンズの実施例を説明しており、その全体は参考文献として本明細書に含まれる。レンズ２５２はｆ−ｓｉｎθレンズであり、また走査素子２４０は均一な速度で回転しているので、被加工物上に走査線を形成する走査ビームは、画像面内で不均一な速度で移動する。以下にさらに説明するように、走査ビームの変調を被加工物上の走査ビームの位置と同期させるために、タイミング・ジェネレータ２２６が不均一なピクセル・クロック信号を供給する。
【００１６】
縮小レンズ２５８は、走査線の寸法と間隔、ならびに被加工物の上に形成される画像のために必要とされる結果として生ずる画像の大きさを縮小させる。代表的な実施例に対しては、被加工物はマスク、レチクル、未処理のウェーハ、あるいはホトレジストの層で塗布された部分的に処理済みのウェーハである。干渉計２６２およびアライメント装置２６４に接続された精密ステージ装置２６０は、各走査線の後のアライメントおよびインデクシングのために、必要に応じて被加工物を位置決めし、移動させる。アライメント装置２６４は、縮小レンズ２５８を介して見た被加工物上のアライメント・マークの位置を識別し、したがって走査線に対する被加工物の位置と向きを判定する。干渉計２６２は、インデクシングのために被加工物の動きをモニタする。
【００１７】
ビーム源２１０は、光源２１１、ビーム整形素子２１２および２１４、ビーム操縦装置２１３、ビームスプリッター２１５およびブラシ光学系（あるいは円筒状拡大光学器械）２１６を有する。光源２１１は、実行されるプリンティングに対して適切な電力および波長のコヒーレントなビームを生成するレーザーであることが望ましい。本発明の代表的な実施例において、光源２１１は、約０．１ワット以上の電力を有する遠紫外光の単色ビームを発生するレーザーである。たとえば、 Coherent 社から入手できる 「Sabre Fred」 装置は、２４４ナノメートルあるいは２５７ナノメートルにおいて０．５ワットのビームを送出する。この遠紫外線レーザーは、オゾンの形成とＢＢＯ複像結晶の劣化を防止するために、酸素および湿気のない共振空洞を有する。システム２００の他の部分に適切な構成部品を有するこのようなレーザーは、毎平方センチメートル当たり最高２００ミリジュールの露光ドーズにおいて、多重パス・プリンティングを使用して、２０ナノメートルの均一性と２０マイクロメートル未満の配置精度で、３６０ナノメートルの最小フィーチャー・サイズを実現することができる。光学系および被加工物のための環境は、摂氏±０．０５度に制御された温度に維持された清浄な環境である。必要な場合には、高純度窒素は適切なパージガスである。
【００１８】
ビーム準備光学系２１２およびビーム操縦装置２１３は、ＡＯＭ２２０に対してビームを複数の入力ビーム２１９に分割するビームスプリッター２１５へ光源２１１からビームを導く。代表的な実施例において、ビームスプリッター２１５および円筒状拡大光学器械 (telescope) ２１６は、中心間隔４０４．８マイクロメートルで直線に沿って、３２本の入力ビーム２１９を形成する。中心の２本のビームは、さらに２０２．４マイクロメートル分離されており、合計の間隔は６０７．２マイクロメートル（標準的な間隔の１．５倍）となる。入力ビーム２１９の間の間隔は、ＡＯＭ２２０が各ビームの強度を独立に変調するために十分である。
【００１９】
ＡＯＭ２２０は、１つの表面に接着されたニオブ酸リチウムのパターン層 (patterned layer) を有する石英ガラス等の材料のブロックである。ニオブ酸リチウム層に重なる導電層内に、リソグラフィで定められた接点に、印加された電気的信号が、複数の音波を作り出す。各音波は、ブロック内の対応する入力ビームの経路を介して伝搬し、対応する入力ビームを偏向させ、回折されたビームを選択するアパーチャーに到達する強度を制御する。ラスタライザー２２４は、音波を作り出す信号を生成し、その結果として変調されたビーム２２９の強度を制御する。特に、ラスタライザー２２４は、各走査線をピクセルに分割し、各ピクセルが所望の強度を有するように、必要に応じて信号を生成する。タイミングについては、走査線の初めを識別するために、ファセット検出装置２４２が走査素子２４０の向きを検出し、走査線内の各ピクセルの初めを識別するために、タイミング・ジェネレータ２２６がピクセル・クロック信号を生成する。走査ビームが均一な速度で走査するシステムにおいては、ピクセル・クロック信号は均一な周期的信号である。代表的な実施例において、ピクセル・クロック信号は、対応する走査線の走査速度の変化にしたがって変化する周期を有する。不均一な走査速度に適したタイミング・ジェネレータを以下に説明する。
【００２０】
個々のビーム強度を制御する別々な音波に対して最大の空間を与えるために、音波は入力ビーム２２９の線に垂直な方向に沿って伝搬する。音波の伝搬方向は、ＡＯＭ２２０がビームを投入するにつれて、照明されるビーム２２９の連続した部分の方向と同一である。この方向は、本明細書において、明るくされた方向 ( brightening direction) と時には呼ばれる。本発明の１つの態様によれば、システム２００の像面における走査ビームに対する明るくされた方向は、走査方向の反対である。これは、ぼやけ、スキュー、および上述した線の厚さのバイアスを防止するが、走査方向に垂直の方向に沿った走査ビームの間の間隔を残す。したがって、走査ビームは、相互に分離された複数の走査線の同時照明のための「ブラシ」を形成する。
【００２１】
図３は、代表的なブラシ構成、Ｓ０からＳ６の７回の走査の間の走査ビームの相対位置、およびＳ０からＳ６の走査に対する累積露出を示す。代表的なブラシ構成は、３２のビームＢ０からＢ３１を有する。図３において、ビームＢ０からＢ３１の寸法と、ビームＢ０からＢ３１の間の間隔は、任意の「グリッド・ユニット」で示されている。たとえば、走査ビームＢ０からＢ３１のそれぞれは約２グリッド・ユニットの半径を有し、隣接するビーム間の中心から中心への間隔は６グリッド・ユニットである（９グリッド・ユニット離れている中心のビームＢ１５およびＢ１６を除く）。ビームの実際の間隔と寸法は、システム２００の光学的性質により変化する。ＡＯＭ２２０において、Ｂ０からＢ３２のビーム（すなわち、ビーム２１９）の間隔は４０４．８マイクロメートルあるいは６０７．２マイクロメートルであるが、システム２００のＡＯＭ２２０と像面の間の縮小は約１／４００であり、したがって像面における間隔は約１マイクロメートルである。
【００２２】
図３の走査ブラシの交互配置された走査は、画像領域をカバーする。中心のビームＢ１５とＢ１６の間で５０％広い間隔を有する代表的なブラシを使用すると、各走査の後のインデクシングのための一定の移動は、画像領域ＩＡの均一な被写域 (coverage) に対して走査ビームを交互配置する。たとえば、図３におけるインデクシングは、走査されている物体に対して走査ブラシを３２グリッド・ユニット移動させる。システム２００において、精密ステージ２６０が走査されている物体を走査線方向に垂直に移動させるとき、インデクシングが行なわれる。ステージ２６０が物体を移動させる距離は、像面内で３２グリッド・ユニットと等価である。走査Ｓ０からＳ６の後に、画像領域ＩＡ内の累積露出ＡＣＣは、１グリッド・ユニットの均一な中心から中心への間隔を有する走査線を有する。１グリッド・ユニットの中心から中心への間隔は、より平滑なイメージングのために走査線を重なり合わせる。走査Ｓ６の後に走査を追加することは、均一な露出ＩＡの領域を拡大する。
【００２３】
図３に示す飛び越し走査は一般化することができる。具体的にいうと、ｎユニット離れた中心を有するｂ個の均一に間隔を置いたビームを有するブラシが、各走査の間にｍユニットずつインクリメントして繰り返して走査されると、走査パラメタが数式１を満たせば、均一な被写域（すなわち、均一に間隔を置いた走査線）が実現される。
【数１】
2004230899.tif 000003
【００２４】
数式１において、パラメタｑは、ビームの数ｂと共通な因数を持たない整数である。交互配置された走査は、図３に示すような離間ブラシ (diastemal brush) にも使用することができる。特に、独立して数式１を満たす均一に間隔を置いた２つの両半分を有するビームと、両半分の間のｍの１．５倍の間隔 (diastema) は、上半分が、下半分が形成した走査線の間の走査線を正確に形成する均一に間隔を置いた走査線を書き込む。図３に示す走査に対しては、半分毎のビームｂの数は１６である。ビームの間のユニットｎの数は６である。均一な被写域に必要とされる走査の数ＮＳは６であり、走査の間のオフセットｍは３２である。所望の被写領域ＩＡ内の走査の結果として、走査線は１ユニット離れて均一に間隔を置いて配置される。次に、所望の被写域、あるいは走査線の重なり合いをもたらすように、ビームの半径を選択することができる。
【００２５】
別の離間走査ブラシ (diastemal scan brush) は、均一に間隔を置いて配置されたビームの３つ以上の部分を有し、部分の対の間の間隔は部分の中のビームの間隔とは異なる。たとえば、離間走査ブラシは、１ユニット離れて均一に間隔を置いて配置されたビームを有する３つの部分を有することができ、部分の間に１と３分の１ユニットの間隔を置いた２つの間隔は、均一な走査被写域を提供することができる。複数の間隔を有する他の多くの離間走査ブラシが実現可能である。
【００２６】
図２に戻って、ラスタライザー２２４は、均一の寸法のピクセルの長方形の配列を含む画像を形成するために、個々のビームの強度を制御する。ピクセルの長方形の配列を形成するために、本好適実施例における走査レンズ２５２は、走査レンズ２５２を通過するときに大幅に軸から離れている走査ビームに対しても、直線の走査線を形成するｆ−ｓｉｎθ走査レンズである。ｆ−ｓｉｎθ走査レンズを使用すると、走査位置は多角形の角度には線形に関係せず、走査線に沿った走査速度の非線形性を修正するために、タイミング・ジェネレータ２２６が、各走査線にわたってピクセルの間のタイミングを僅かに変化させる。さらに、ｆ−ｓｉｎθ走査レンズは、走査レンズ２５２の光軸を通過する走査面からのビームのオフセットによって、異なるビームが異なる走査位置を有するようにする。代表的な実施例において、約１２度の完全な半フィールドの欠陥に対して、これは中心のビームと端のビームの間で１３ナノメートルの遅れとなる。要求があれば、各ビームに対する異なる遅れを補償するために、タイミング・ジェネレータ２２６は、別のビームに対して別のタイミング信号を生成することができる。しかし、代表的な実施例のタイミング・ジェネレータ２２６は、すべてのビームに対して単一のピクセル・クロック信号を生成する。
【００２７】
図４は、図２のシステムのタイミング・ジェネレータ２２６として使用するのに適したタイミング・ジェネレータ４００のブロック図である。タイミング・ジェネレータ４００は、スタート・インデックス・レジスタ４３０、ピクセル・カウンタ４４０、ルックアップ・テーブル４５０、カウンタ４６０、および遅延計算器４７０を有する。スタート・インデックス・レジスタ４３０およびピクセル・カウンタ４４０は、次のピクセルの開始時における走査ビームの位置に対応する信号ＩＮＤＥＸをルックアップ・テーブル４５０に供給する。次にルックアップ・テーブル４５０は、１つのピクセルの開始（たとえば、信号ＰＩＸＥＬＣＬＫの１つの立ち上がり区間）と、次のピクセルの開始（たとえば、信号ＰＩＸＥＬＣＬＫの次の立ち上がり区間）の間の周期を制御するピクセル周期値を、カウンタ４６０および遅延計算器４７０に供給する。
【００２８】
ルックアップ・テーブル４５０内のピクセル・クロック周期値は、走査光学系により投射される走査ビームの動きにおける系統的な走査方向の非線形性を修正するために、互いに異なっている。特に、表は数式１を近似的に満たすピクセル周期Ｔｉを表すピクセル周期値を含んでいる。
【００２９】
【数２】
2004230899.tif 000004
【００３０】
ここで、ｆはｆ−ｓｉｎθ走査レンズの焦点距離であり、ωは走査に対する一定の角振動数であり、ＸＮはインデックス値Ｎに対応するピクセルの位置である。ピクセル周期値は、零度の角度に対応する零インデックスについて対称である。
【００３１】
代表的な実施例において、ルックアップ・テーブル４５０は、１つの走査線に必要とされるよりも多くのピクセルに対するピクセル周期値を含んでいる。これは、精密ステージ２６０が走査方向に導入する位置誤差の修正を可能にする。特に、被加工物上の走査線の開始における走査ビームの角度は被加工物の位置に依存し、正しいピクセル周期はピクセルの角位置 (angular position) によって選択される。走査線に対してステージ位置内の誤差を判定した後に、スタート・インデックス・レジスタ４３０は、露光された走査線における第１のピクセル位置に対するピクセル周期値に対応するインデックスをロードされる。レジスタ４３０からのインデックス値は、走査線の始点のピクセルに対してピクセル・カウンタ４４０を初期化するために使用される。ピクセル・カウンタ４４０は、ルックアップ・テーブル４５０のアドレスを示す信号ＩＮＤＥＸを生成し、カウンタ４６０および遅延計算器４７０に対して正しいピクセル周期値を選択する。
【００３２】
ピクセル周期値は、クロック信号ＣＬＫの完全な周期(full period) の数と、信号ＣＬＫの周期の小数部(fraction) を示す。代表的な実施例において、信号ＣＬＫは２ナノ秒の周期を有し、ピクセル周期値は完全な周期の５ビットのカウントと小数部を示す３ビットの値を含む８ビットの値である。１つのピクセルに対する周期を生成するために、カウンタ４６０はピクセル周期値をロードし、次に最終カウント (terminal count) に到達するまでクロック信号ＣＬＫによってカウントする。次にカウンタ４６０は、最終カウント信号 (terminal count signal) を遅延計算器４７０に対してアサートにする。遅延計算器４７０は、アサートにするピクセル・クロック信号ＰＩＸＥＬＣＬＫを信号ＣＬＫの周期の小数部だけ遅延させる。小数部はピクセル周期値の小数部と、信号ＰＩＸＥＬＣＬＫの最後のアサーションに使用された小数部の遅延 (fractional delay) の組み合わせである。組み合わせの結果は、現在のピクセルに対する小数部の遅延である小数部の部分を有する。遅延計算器４７０がクロック信号ＣＬＫの１周期より大きい遅延を計算すると、遅延計算器４７０は信号カウンタ４６０に信号ＷＡＩＴを送り、最終カウントを変化させるか、あるいは、最終カウント信号をアサートする前にカウンタ４６０をそのプログラムされた値より１カウントだけ長く待たせる。遅延計算器４７０は、最終カウント信号を受信し、信号ＣＬＫの周期の小数部だけ待った後に、信号ＰＩＸＥＬＣＬＫをアサートする。この方法で、タイミング・ジェネレータ４００は、クロック信号ＣＬＫの１周期よりも細かい分解能を有するピクセル周期を生成する。
【００３３】
図４の実施例において、遅延計算器４７０は、現在および前の小数部に対するレジスタ４７２および４７６、加算器４７４およびプログラマブル・ディレイ４７８を有する。ピクセルの開始時に（たとえば、信号ＰＩＸＥＬＣＬＫのアサーション）、レジスタ４７２および４７６は、ピクセル周期値からの小数部と、加算器４７４からの前に判定された小数部をそれぞれ記録する。同時に、カウンタ４６０は、ピクセル周期値から完全な周期の数を記録し、計数を開始する。ピクセル周期に対する小数部の遅延を判定するために、加算器４７４はレジスタ４７２および４７６から小数部を加算する。結果として生ずる和が信号ＣＬＫの１周期より大きければ、加算器４７４はキャリービットを信号ＷＡＩＴとしてアサートし、またカウンタ４６０からの最終カウント信号のアサーションを１クロック・サイクルだけ遅延させるために、加算器４７４からの小数部は遅延の量を制御する。具体的な１実施例において、加算器４７４がプログラマブル・ディレイ４７８に加える出力信号が８つの遅延の１つを選択するように、加算器４７４は３ビットの幅を有する。プログラマブル・ディレイは２ナノ秒のクロック・サイクルの１つ未満にまたがっているから、各遅延インクリメントは２ナノ秒／８すなわち約０．２５０ナノ秒である。あるいは、プログラマブル・ディレイのより細い分割を可能にするために、加算器４７４は３ビット以上の幅とすることもできる。
【００３４】
信号ＰＩＸＥＬＣＬＫのアサーションはピクセルの開始をマークし、カウンタ４６０および遅延計算器４７０に現在のピクセル周期値を記録させ、ピクセル・カウンタ４４０にルックアップ・テーブル４５０からの次のピクセル周期値を増加させ選択させる。生成されたピクセル・クロック周期の数が走査線のピクセルの数に等しいとき、走査線は完全である。次の走査線に対する被加工物の位置決めによるスタート・インデックス・レジスタ４３０内の値のアップデートをして、次の走査線に対してプロセスは次に再開される。
【００３５】
図５および図６は、タイミング・ジェネレータ２２６の別の実施例のブロック図である。図５は、走査線内のピクセルの開始をマークするピクセル・クロック信号ＰＩＸＥＬＣＬＫを生成するタイミング・ジェネレータ５００を示す。タイミング・ジェネレータ５００については、１つのピクセルの開始と次のピクセルの開始の間の周期は、Ｎが２以上である異なるＮ回の１つである。ジェネレータ５００は、異なる周期に対応するピクセル周期値を蓄積するＮ個のディジタル蓄積素子５１０（たとえば、Ｎ個のレジスタ、あるいは読み出し専用メモリ・セル）を有する。蓄積素子５１０は、ルックアップ・テーブル５５０に結合された選択端子を有するマルチプレクサ５３０の入力に結合されている。ルックアップ・テーブル５５０はｉビットの選択値を含んでおり、ここでｉは２ｉがＮ以上である整数である。選択値はピクセルと一致しており、各選択値はＮ個のピクセル周期値のいずれが対応するピクセルに対する周期に対応しているかを識別する。
【００３６】
上述のように、ピクセル・カウンタ４４０は、被加工物に対する位置決め誤差にしたがって各走査線の開始の前に初期化されており、信号ＰＩＸＥＬＣＬＫがアサートされる都度ピクセル・カウントを増加させる。カウンタ４４０からのピクセル・カウントは、ルックアップ・テーブル５５０にアドレス信号を供給する。ルックアップ・テーブル５５０は、ピクセル・カウントに対応する選択値をマルチプレクサ５３０に出力する。選択値に応じて、マルチプレクサ５３０は、蓄積素子５１０からピクセル周期値の１つを選択し、選択された周期値の１つ以上の最上位のビットをカウンタ４６０に加え、ピクセル周期値の１つ以上の最下位のビットを遅延計算器４７０に加える。ピクセルの開始をマークするために信号ＰＩＸＥＬＣＬＫがアサートされると、カウンタ４６０は、マルチプレクサ５３０からピクセル周期値の一部をロードし、クロック信号ＣＬＫにより判定された速度でロードされた値の増加を開始する。カウントが最終カウントに到達すると、カウンタ４６０は遅延計算器４７０に対して最終カウント信号をアサートする。遅延計算器４７０は、クロック信号ＣＬＫの周期の小数部である遅延の後に、信号ＰＩＸＥＬＣＬＫをアサートする。小数部は、前のピクセルおよび現在のピクセル周期値の最下位のビットに対する遅延により判定される。
【００３７】
図６は、蓄積素子６１０および１組の加算器６２０がマルチプレクサ５３０に周期値を供給するタイミング・ジェネレータ６００のブロック図である。特に、蓄積素子６１０は連続したピクセルの開始の間の最低周期を表すカウントを蓄積する。様々なピクセルと組み合わされたピクセル周期値を生成するために、加算器６２０は最低周期にオフセットを加算する。マルチプレクサ５３０は、蓄積素子６１０および加算器６２０の１つからピクセル周期値を選択し、選択されたピクセル周期値をカウンタ４６０および遅延４７０に加える。他の点では、タイミング・ジェネレータ６００は、図５のタイミング・ジェネレータ５００と同じ方法で動作する。
【００３８】
各走査線は隣の走査線とは僅かに異なる速度で走査するので、タイミング・ジェネレータ２２６は、ジェネレータ４００、５００、および６００等の複数のタイミング回路を有することができる。このような各タイミング回路は、１つ以上の走査線に対してピクセル・クロック信号を供給する。本発明の代表的な実施例は、同時に形成される走査線のすべてに対して、１つのタイミング回路および単一のピクセル・クロック信号を使用する。
【００３９】
特定の実施例を参照して本発明を説明したが、本説明は本発明の応用例を提供するのみであり、本発明を限定するものではない。たとえば、図６の加算器６２０のタイミング回路６００は、ピクセル周期値の範囲を生成するために、最低ピクセル周期値にオフセットを加算するが、代わりに、ピクセル値の範囲は、さまざまな演算回路あるいは論理回路を使用して、最小、最大、あるいは中間のピクセル周期カウントから生成することができる。次の特許請求の範囲により定められるように、開示した実施例の特徴の様々な他の改造および組み合わせが、本発明の範囲内にある。
［変形例２３］  距離ｎだけ均一に間隔を置いて配置されたｂ個の走査線を１回の掃引で形成する第１の複数のビームを有する走査ブラシのソースと、像面内の走査線の走査方向に沿って前記走査ブラシを掃引する走査光学系と、 前記走査ブラシに対して距離ｍだけ物体を移動させるインデクシング・システムであって、距離ｍ、距離ｎおよび数ｂは、ｍ／ｎ＝ｂ／ｑを満足させ、ｑはｂと共通の因数を持たない整数であるインデクシング・システムを有する走査システム。
［変形例２４］  前記第１の複数のビームの強度を別々に制御するよう配置された変調器をさらに有し、前記変調器は前記走査方向と反対の明るくされた方向を各ビームに持たせる変形例２３記載の走査システム。
［変形例２５］  前記距離ｍは、前記走査方向に垂直である変形例２３記載の走査システム。
［変形例２６］  前記ソースからの前記走査ブラシは、前記距離ｎだけ均一に間隔を置いて配置された走査線を１回の掃引で形成する第２の複数のビームをさらに有し、前記第２の複数のビームが前記掃引で形成する前記走査線は、前記第１の複数のビームが前記掃引で形成する前記走査線から、前記距離ｎとは異なる間隔によって分離されている変形例２３記載の走査システム。
［変形例２７］  距離ｎだけ均一に間隔を置いて配置されたｂ個の走査線を１回の掃引で形成する第１の複数のビームを含む走査ブラシを形成することと、物体の上の１組の走査線を露光するために、物体に沿って走査ブラシを走査することと、 距離ｍ、距離ｎおよび数ｂが、 ｍ／ｎ＝ｂ／ｑを満足させ、ｑはｂと共通の因数を持たない整数である、距離ｍだけ前記走査ブラシに対して前記物体を移動させることと、前記物体上の領域上に均一に間隔を置いた走査線を露光するために、前記走査と前記移動をＮＳ回繰り返すことを含み、前記領域内の前記均一に間隔を置いて配置された走査線は前記距離ｎに満たない距離だけ間隔を置いているプリンティング方法。
［変形例２８］  前記走査ブラシの形成は、前記距離ｎだけ均一に間隔をおいて配置された走査線を１回の掃引で形成する第２の複数のビームを形成することをさらに含み、前記第２の複数のビームによって前記掃引で形成された前記走査線は、前記第１の複数のビームによって前記掃引で形成された前記走査線から前記距離ｎとは異なる間隔によって分離されている変形例２７記載の方法。
［変形例２９］  前記領域内の前記均一に間隔をおいて配置された走査線は、前記第１の複数のビームによって形成された走査線と、前記第２の複数のビームによって形成された走査線を含む変形例２８記載の方法。
［変形例３０］  前記間隔は前記距離ｎの１．５倍である変形例２８記載の方法。
［変形例３１］  前記物体上に前記走査線を形成する走査光学系にｆ−ｓｉｎ（θ）レンズを使用することをさらに含む変形例２７記載の方法。
［変形例３２］  前記走査線を構成する均一な寸法のピクセルの露出を制御するために、各ビームの強度を独立に変調することをさらに含む変形例２７記載の方法。
［変形例３３］  前記物体に沿って前記走査ブラシを掃引するために、一定の角速度で走査素子を回転させることと、前記ピクセル・クロック信号の周期は、不均一であり、前記物体における前記ビームの不均一な速度を補償する前記ピクセルの境界を識別するピクセル・クロック信号を生成することをさらに含む変形例３２記載の方法。
［変形例３４］  前記物体上に前記走査線を形成する走査光学系にｆ−ｓｉｎ（θ）レンズを使用することをさらに含む変形例３３記載の方法。
［変形例３５]  前記領域内の前記均一に間隔を置いて配置された走査線のそれぞれは、各走査線が隣接する走査線と重なり合うような厚さを有する変形例２７記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】従来技術によるプリンティング・システムを示す。
【図１Ｂ】投入され次に遮断される走査ビームの断面と、結果として生ずる照明された領域の形状の間の関係を示す。
【図１Ｃ】音響光学変調器内の走査方向の別の向きを示す。
【図１Ｄ】音響光学変調器内の走査方向の別の向きを示す。
【図２】本発明の実施例による精密プリンティング・システムのブロック図である。
【図３】本発明の実施例による交互配置された走査プロセスを示す。
【図４】図２に示すようなプリンティング・システムのためのタイミング・ジェネレータのブロック図である。
【図５】図２に示すようなプリンティング・システムのためのタイミング・ジェネレータのブロック図である。
【図６】図２に示すようなプリンティング・システムのためのタイミング・ジェネレータのブロック図である。異なる図における同一の参照記号は、同様あるいは同一の項目を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１００ プリンティング・システム２００ プリンティング・システム ４００ ジェネレータ ５００ジェネレータ ６００ ジェネレータ
【図１Ａ】
2004230899.tif 000005
【図１Ｂ】
2004230899.tif 000006
【図１Ｃ】
2004230899.tif 000007
【図１Ｄ】
2004230899.tif 000008
【図２】
2004230899.tif 000009
【図３】
2004230899.tif 000010
【図４】
2004230899.tif 000011
【図５】
2004230899.tif 000012
【図６】
2004230899.tif 000013