(57)【要約】回転ポリゴンミラー（１６）を使用し、十分に補正された走査スポット（３０）でテレセントリック走査を達成するための補正システム（ＢＭＳ；２２）を有するポストオブジェクティブ走査装置（１）に、補正システムの最適な使用および高放射効率を得るためミラーファセット・トラッキング手段（４２）が備えられる。ファセット・トラッキング手段は、追加のビーム偏向器（４２）を有するアクティブ手段、又はファセット・トラッキングミラー（５４）を有するアクティブ手段とすることができる。
2006523325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインに沿って面を走査する光学走査装置であって、
前記光学走査装置は、
少なくとも１つの一次放射ビームを供給する放射源ユニットと、
前記一次放射ビームを走査されるべき前記面上のスポットに合焦する光学システムと、
前記一次放射ビームを可変の偏向角で偏向し、それによって走査ビームを得る複数のミラーファセットを有する回転可能なポリゴンミラーと、を有し、
前記走査ビームを前記走査されるべき面上の位置に向けるために、前記光学システムは、
前記放射源ユニットと前記ポリゴンミラーとの間の前記走査ビームの放射経路に配される主結像系と、
前記ポリゴンミラーと前記走査されるべき面との間の前記走査ビームの放射経路に配される補正システムと、を有し、
前記光学走査装置は、前記一次放射ビームが瞬間的に照射されるファセットの実質的に中央に前記一次放射ビームの主光線が連続的に向けられるように、合焦された一次放射ビームを前記ポリゴンミラーの回転に同期して偏向するファセット・トラッキング手段を有する、光学走査装置。
【請求項２】
前記ファセット・トラッキング手段は走査ビームのための偏向点を作るように動作することができ、前記偏向点は、前記ポリゴンミラーの回転の中心と前記一次ビームが瞬間的に入射する前記ミラーファセットとの間に位置する、請求項１に記載の光学走査装置。
【請求項３】
前記ファセット・トラッキング手段はアクティブトラッキング手段であり、前記アクティブトラッキング手段は、前記放射源と前記主結像系との間の前記放射経路に配されるビーム偏向器により構成される、請求項１又は２に記載の光学走査装置。
【請求項４】
前記ビーム偏向器により作られる偏向を広げるため、前記ビーム偏向器と前記主結像系との間に追加のレンズが配される、請求項３に記載の光学走査装置。
【請求項５】
前記ビーム偏向器は、検流計ミラーを有する、請求項３又は４に記載の光学走査装置。
【請求項６】
前記ビーム偏向器は、圧電偏向器を有する、請求項３又は４に記載の光学走査装置。
【請求項７】
前記ビーム偏向器は、音響光学偏向器を有する、請求項３又は４に記載の光学走査装置。
【請求項８】
前記ビーム偏向器は、電気光学偏向器を有する、請求項３又は４に記載の光学走査装置。
【請求項９】
前記ファセット・トラッキング手段は、ファセット・トラッキングミラーを有するパッシブ手段であり、前記ファセット・トラッキングミラーは、前記一次ビームが前記主結像系に案内される前に、前記ミラーファセットにおける１回目の反射を介して前記一次ビームを受け取り、前記一次ビームを前記ミラーファセットでの２回目の反射のために前記ミラーファセットに反射し、前記一次ビームを前記走査ビームの前記偏向角よりも実質的に小さい角度で偏向する、請求項１又は２に記載の光学走査装置。
【請求項１０】
前記ファセット・トラッキングミラーは、凹面ミラーである、請求項９に記載の光学走査装置。
【請求項１１】
前記凹面ミラーの湾曲の中心は、前記ポリゴンミラーの回転軸の近くに位置する、請求項１０に記載の光学走査装置。
【請求項１２】
物体の少なくとも表面層のパターンを処理する機器であって、前記機器は、放射ビームで前記物体の表面を走査する装置と、前記パターンに従って前記放射ビームの強度を変調する手段とを有し、
前記装置は、請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載の走査装置である、機器。
【請求項１３】
物体のディテールを点により取得する機器であって、前記機器は、放射ビームで前記物体を走査する装置と、物体からの放射を電気信号に変換する放射感知検出システムとを有し、
前記装置は、請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載の走査装置である、機器。
【請求項１４】
前記放射感知検出システムおよび前記走査装置は、前記物体に対して同じ側に配される、請求項１３に記載の機器。
【請求項１５】
前記放射感知検出システムは前記走査装置の放射源の位置に配され、前記放射源は前記物体に対して前記走査装置から離れた側に配される、請求項１３に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラインに沿って面を走査する光学走査装置に関する。上記光学走査装置は、少なくとも１つの一次放射ビームを供給する放射源ユニットと、上記一次放射ビームを走査されるべき上記面上のスポットに合焦する光学システムと、上記一次放射ビームを可変の偏向角で偏向し、それによって走査ビームを得る複数のミラーファセットを有する回転可能なポリゴンミラーと、を有し、上記走査ビームを上記走査されるべき面上の位置に向けるために、上記光学システムは、上記放射源ユニットと上記ポリゴンミラーとの間の上記走査ビームの放射経路に配される主結像系と、上記ポリゴンミラーと上記走査されるべき面との間の上記走査ビームの放射経路に配される補正システムと、を有する。
【背景技術】
【０００２】
一次放射ビームは、全ビーム経路のうちの、放射源からファセット上の入射部まで延在する部分に沿って進むビームを意味すると理解され、この入射部は一次ビームを走査ビームに変換する。したがって、一次放射ビームは走査ビームと同じ放射から形成されるが、この走査ビームより先に存在する。放射源ユニットは、単一放射源を有することができ、又はいわゆる「マルチスポット走査」を可能とする多数のビームを供給する多数の斯かる放射源を有することができる。
【０００３】
このタイプの走査装置はＵＳ−Ａ５，０１３，１０８号に記載されており、これは本出願の出願人の名称で出願されたものである。その出願の内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００４】
大部分の走査装置は、偏向システムによる偏向の後にビームを合焦する機能を有する走査レンズを使用するプリオブジェクティブ・スキャナである。プリオブジェクティブ・システムは、フィールドフラッタニング（field flattening）も可能であり、オプションとしてビームにテレセントリック性を与え、これは、異なる画像点を形成するビーム部分の全てが画像面に対し同じ角度（通常は垂直）の主光線を有する。
【０００５】
ＵＳＡ５，０１３，１０８号に記載されている走査装置は、対照的に、図１に示すようなポストオブジェクトスキャナである。このタイプの走査装置は、偏光システム１０２の前に位置する比較的簡単なスポット形成／合焦メインレンズ１００を使用する。このポストオブジェクティブ走査装置は、偏向システム１０２の後ろに位置する反射型光学補正システム１０４を有する。走査されるべき面は符号２４によって示されている。ＵＳ−Ａ５，０１３，１０８号に記載されたフィールド補正システム１０４は高性能のシステムであり、このシステムはフラット画像フィールドとテレセントリック性とを提供するだけでなく、コマ収差および球面収差のような走査スポットでの収差を補正する。この補正システムは、バナナミラーシステム（ＢＭＳ）と呼ばれ、２つのシリンドリカルミラーの組、即ち、第１の凸面と第１の凸面よりも大きい倍率を有する第２の凹面との組、好ましくは、凸の双曲面シリンドリカルミラーと凹の放物面シリンドリカルミラーとの組、からなる。
【０００６】
このバナナミラーシステムの補正機能は、このシステムに入射する走査ビームが、このビームの偏向点、即ち偏向装置からのビームのヒンジング点が理想的な位置に存在するという条件を満たす場合、最適な方法で使用することができる。斯かる理想走査ビームは、検流計ミラータイプの偏向器によって実現することができるだろう。しかし、斯かる偏向器は、ピュアデューティサイクル（pure duty cycle）を示す。ミラーは、走査期間の間、前方向に移動して最初の走査を実現した後、デッド期間の間、後方向に移動して次の走査が実行される前に初期の位置に戻らなければならない。このデューティサイクルは、走査期間と、この走査期間とデッド期間との和との比として規定される。
【０００７】
デューティサイクルに関して、理想的な偏向システムは連続的に回転するポリゴンミラーであろう。しかし、バナナミラーシステムの補正機能を使うことを可能にするため、ポリゴンのミラー即ちファセットをたくさん詰め込まなければならない。ファセットをたくさん詰め込むことは、ミラーポリゴンに入射する一次ビームの断面積がファセットのサイズよりもかなり大きい（例えば二倍）ことを意味することがわかる。常に一つのファセットからの放射のみが使用されて走査スポットを形成するので、たくさん詰め込まれたファセットを有するミラーポリゴンを使用する走査システムは、不十分な放射効率、即ち、一次ビーム放射の一部しか使用されずに走査スポットを形成するという別の問題を引き起こす。更に、一次ビームがファセットの縁によって切り捨てられるので、エッジで回折効果が生じ、これは、走査スポットの質に影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、冒頭のパラグラフに定められているようなポストオブジェクティブ走査装置であって、最大放射効率を示し、収差を十分に補正し、高い分解能を有するポストオブジェクティブ走査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による走査装置は、上記一次放射ビームが瞬間的に照射されるファセットの実質的に中央に上記一次放射ビームの主光線が連続的に向けられるように、合焦された一次放射ビームを上記ポリゴンミラーの回転に同期して偏向するファセット・トラッキング手段を有することを特徴とする。
【００１０】
バナナミラーシステムを有するポストオブジェクティブ走査装置に合焦されたビームのファセット・トラッキングを導入することによって、走査ビームのための固定偏向点が作られ、これは、バナナミラーシステムの補正機能とテレセントリック機能とを最適に使用することを可能にする。一次ビームが合焦されたビームであり、ビーム照射されたファセットが埋め尽くされていないので、走査装置は高い放射効率を示す。
【００１１】
ポリゴンミラーファセットのトラッキングを有する走査装置それ自体は既知であることに注意されたい。しかし、ファセットトラッキングを有する既知の装置は、ファセットトラッキングが平行ビームによって実行されるプレオブジェクティブスキャナであり、平行ビームは、走査ビームを変更するために瞬間的に使用されるファセットを直線的に動く。
【００１２】
本発明は、バナナミラーシステムを有する走査装置で使用されることが意図される最初の例であるが、本発明は、必要な収差補正とテレセントリックとを達成することができる他のタイプの補正装置を有するポストオブジェクティブスキャナで使用することもできる。
【００１３】
好ましくは、走査装置は、上記ファセット・トラッキング手段が走査ビームのための偏向点を作るように動作することができ、上記偏向点は、上記ポリゴンミラーの回転の中心と上記一次ビームが瞬間的に入射する上記ミラーファセットとの間に位置することを更に特徴とする。
【００１４】
この偏向点は理想偏向点と呼ばれ、理想はバナナミラーに対する理想を意味し、この偏向点から放射を受け取る場合、最適に機能する。
【００１５】
本発明は、幾つかの実施形態で実施することができ、これは２つのメイン実施形態に分類することができる。第１のメイン実施形態は、上記ファセット・トラッキング手段がアクティブトラッキング手段であり、上記アクティブトラッキング手段は、上記放射源と上記主結像系との間の上記放射経路に配されるビーム偏向器により構成されることを特徴とする。
【００１６】
このビーム偏向器は、走査ビームのための仮想偏向点が作られるように、ポリゴンミラーの回転に同期して駆動され、この偏向点はポリゴンミラー内に位置し、固定されるものである。
【００１７】
このメイン実施形態は、上記ビーム偏向器により作られる偏向を広げるため、上記ビーム偏向器と上記主結像系との間に追加のレンズが配されることを更に特徴とする。
【００１８】
この追加のレンズは、偏向拡大レンズ、又はトラッキング拡大レンズと呼ぶことができ、ビーム偏向器により提供される偏向量を拡大すると同時に放射源の放射放出スポットの像を小さくする倍率を有する。これによって、ビーム偏向器に要求される偏向量を低減し、この偏向器に入射する一次ビームの断面積を大きくすることが可能となる。これらの２つの効果は、ビーム偏向器の性能の向上させることに寄与する。
【００１９】
メイン実施形態のサブ実施形態は、使用するビーム偏向器のタイプが互いに異なる。ビーム偏向器は、検流計ミラー、圧電偏向器、音響光学偏向器、偏向器として使用される音響光学変調器、又は電気光学偏向器を有することができる。これらの偏向器は当業者に周知であり、これらの偏向器のポストオブジェクティブ走査装置での応用例は、新規である。２つの偏向器は、移動部分が無く、高周波数で駆動することができる。
【００２０】
走査装置の第２のメイン実施形態は、上記ファセット・トラッキング手段が、ファセット・トラッキングミラーを有するパッシブ手段であり、上記ファセット・トラッキングミラーは、上記ミラーファセットにおける１回目の反射を介して上記一次ビームを受け取り、上記一次ビームを当該ファセットでの２回目の反射のために上記ミラーファセットに反射し、上記一次ビームを上記走査ビームの上記偏向角よりも実質的に小さい角度で偏向することを特徴とする。
【００２１】
走査ビームを偏向するために瞬間的に使用されるミラーファセットは、一次ビームを偏向するためにも使用され、このため、特別なビーム偏向器およびその駆動回路は、もはや必要ではない。ファセット・トラッキングおよびビーム走査に対して、同じファセットが使用されるので、ポリゴンミラーでの不規則な変化は、走査移動の質および走査スポットの質に影響しない。
【００２２】
第２の実施形態は、上記ファセット・トラッキングミラーが凹面ミラーであることを更に特徴とすることができる。
【００２３】
好ましくは、この実施形態は、上記凹面ミラーの湾曲の中心が上記ポリゴンミラーの回転軸の近くに位置することを更に特徴とする。
【００２４】
湾曲の中心を回転軸上ではなく回転軸の近くに配することによって、ファセットトラッキングミラーにおける反射を中間にしてミラーファセットにおいて１回目の反射と２回目の反射をする一次ビームは、動くファセットによって小さな偏向角で偏向する。この偏向はミニ偏向（mini deflection）とよぶことができ、走査ビームの偏向よりもかなり小さいが、要求されるファセットトラッキングには十分なものである。
【００２５】
本発明は複数のアプリケーションで使用することができ、２つの主なグループ又はタイプの機器に分けることができる。
【００２６】
第１の機器は、物体の少なくとも表面層のパターンを処理する機器であり、上記機器は、放射ビームで上記物体の表面を走査する装置と、上記パターンに従って上記放射ビームの強度を変調する手段とを有する。
【００２７】
物体の少なくとも表面層のパターンを処理することには、幾つかの処理を含み、物体を加工する、その物体に放射によってパターンを書き込む、又はマスクレス・リソグラフィ工程の一部としてその物体又は基板上のレジスト層にパターンを書き込むレーザなどである。本発明による斯かる機器は、装置が、本明細書に記載されている上記の走査装置であることを特徴とする。
【００２８】
第２の機器は、物体のディテールを点により取得する機器であって、上記機器は、放射ビームで上記物体を走査する装置と、物体からの放射を電気信号に変換する放射感知検出システムとを有する。
【００２９】
ディテールを点により取得するとは、幅広く解釈されるべきである。ディテールを点により取得することには、プリント回路基板等を製造している間の物体の検査（この場合、ディテールは、例えば、はんだパッドである）、又は中間製品又は最終製品の検査が含まれる。ディテールを点により取得することには、写真又は図面などの物体を点走査してその物体に記憶される画像情報を取得することも含み、この場合、ディテールは画像エレメント（画素）である。本発明による斯かる機器は、装置が、本明細書に記載されている上記の走査装置であることを特徴とする。
【００３０】
この機器は反射型又は透過型とすることができる。
【００３１】
第１のタイプの機器は、上記放射感知検出システムおよび上記走査装置が、上記物体に対して同じ側に配されることを特徴とする。
【００３２】
第２のタイプの機器は、上記放射感知検出システムが上記走査装置の放射源の位置に配され、上記放射源が上記物体に対して上記走査装置から離れた側に配されることを特徴とする。
【００３３】
本発明のこれらおよび他の態様は、限定的ではない例によって、以下に記載される実施形態から明らかであり、それら実施形態を基準にして説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１は、ＵＳＡ５，０１３，０１８号に記載されているような、ポストオブジェクティブ走査装置１の概略図を示す。この装置は、一次放射ビームＰＢを供給する放射源１０（例えば、レーザ）を有する。このビームは主結像系１２を通過し、この主結像系１２は、補正システム２２と協働して、走査されるべき面２８の面に放射源の放射窓の像を作り、この面に走査スポット３０を形成する。結像系は、ここでは、一つ以上のレンズ素子を有するレンズ系であるが（例えば、非球面レンズ）、ミラー系であってもよい。放射源と主結像系との間には、ビーム成形素子などの他の光学素子１４を配することができる。結像系からの一次ビームは反射ポリゴン１６に入射する。この反射ポリゴン１６は軸１８を中心に回転し、複数のミラー又は反射ファセット２０を有する。一次ビームＰＢが瞬間的に照射されるポリゴンのファセットは、面２８に向けてそのビームを反射する。ポリゴン１６が回転すると、ビームが照射されたファセットは、走査スポット３０が面２８を横切って移動するように、図１の図面の面内で反射ビームを偏向する。ポリゴンファセットによって反射されるビームは、以下では、走査ビームＳＢと呼ばれる。
【００３５】
ポリゴン１６と面２８との間に、光学補正システム２２が配されている。このシステムは、２つの曲面ミラー２４および２６を有する。ミラー２４は凸であり、母線がポリゴン１６の回転軸に平行、したがって図１の図面の面に対して垂直である双曲面−シリンドリカル形状を有する。ミラー２６は凹であり、放物面−シリンドリカル形状を有する。補正システム２２のミラーの形状により、この系はバナナミラーシステム（ＢＭＳ）と呼ばれている。
【００３６】
主結像系１２は像点３２に放射源１０の像を作り、この像点３２は走査されるべき面の下に位置する。ミラー２４は、このミラーが像点３２’に像点３２の像を新たに作るように走査ビームＳＢの収束を弱める。この像点３２’は像点３２よりもミラー２４から離れて位置する。ミラー２６は、走査ビームを面２８に合焦し、像点３２’を像点３２”、即ち走査スポット３０に新たに作り、このスポットは最小のサイズを有する。ミラー２４および２６の形および位置は、回転ポリゴンによって発生する曲線走査ラインが直線に変換され、走査装置が像側でテレセントリックであり、走査スポットが最小の収差を示すように、選択される。
【００３７】
ポストオブジェクティブ走査装置に関するより多くの情報は、ＵＳＡ５，０１３，１０８号、およびSPIE Vol. 3787 “Optical Scanning: Design and Application” 1999, pages 138-148の中の本発明の発明者による論文「Principles of the Ideal scanner Model - an analytical theory of the banana mirror system」で見つけることができる。この論文に記載されているように、単純なシリンドリカルレンズをバナナミラーシステムと面２８との間に配して、走査ライン、即ち走査スポットによって描かれるライン、のぶれの補正をすることができる。このぶれはポリゴンミラー１６の不完全さのために生じる場合がある。
【００３８】
図１は、ミラーポリゴンの回転軸が一次ビームＰＢの主光線および主結像系の軸に対して対称に配されているスキャナ設計を示す。この設計は、本明細書に記載されている実施形態に好適である。しかし、本発明は、ＵＳＡ５，０１３，０１８号の図１に示されるように設計される走査装置に使用することもできる。
【００３９】
バナナミラーシステムの利点は、バナナミラーシステムから見て、決められた固定の位置に存在する点で偏向される走査ビームを用いることでしか得られない。斯かる理想偏向点ＩＤは、走査ビームを発生するために検流計ミラーシステムが使用されるときに得られる。しかし、ミラーポリゴン偏向器は走査速度および解像度についてより良好な性能を示すので、斯かるミラーポリゴンをバナナミラーと協働して使用することが好ましい。瞬間的に使用されるファセットが一次ビームによって埋め尽くされる場合、合理的結果を得ることができる。複数のファセットを埋め尽くすことは、走査用に一次ビームの放射の一部しか使用されず、ファセットの縁における放射の回折が走査スポットの質に影響を及ぼすという不利な点を有する。
【００４０】
本発明によれば、瞬間的に使用されたファセットの位置における一次ビームの断面が、そのファセットよりも小さい、即ち埋め尽くしておらず、一次ビームの主光線がいつでもファセットの中心を向くように一次ビームがポリゴンの回転に同期して偏向する場合、これらの不利な点は生じない。言い換えると、一次ビームはファセットに追従するようにアレンジされ、これはファセット・トラッキングと呼ばれる。このようにして、走査ビームのための理想的且つ固定偏向点が作られる。
【００４１】
図２は、本発明による走査装置の第１の実施形態の、走査の移動面内における断面を概略的に示す。この図は、本発明に関連する要素のみを示す。走査装置は一次ビームＰＢを供給する放射源（好ましくはレーザ）を有する。一次ビームの経路に、主レンズ系又は対物レンズ系１２が配され、これはビームを点４０の仮想スポットに合焦する。主レンズ系の後ろには、回転ポリゴンミラー１６が配されており、その回転軸は符号１８によって示されている。ポリゴンミラーは、例えば１２と２４との間に、複数の反射ファセット２０ａ、２０ｂ、２０ｃ等を有し、そのうちの幾つかのみが図１に示されており、ポリゴンミラーにおけるビームの反射後に、仮想点４０の像が図１の点３２に作られる。
【００４２】
図２の瞬間的に照射されたファセット、即ち、ファセット２０ｂは、入射ビームを反射し、このビームを所定の走査角度で偏向し、このためポリゴンミラーからのビームが走査ビームＳＢである。このビームは、バナナミラーシステム（ＢＭＳ）２２を通過し、主結像系およびＢＭＳによって、走査されるべき面２８上の走査スポット３０に合焦される。
【００４３】
走査面に垂直な面において、ビームは走査されるべき面２８に合焦され、又はパッシブ型ぶれ（passive wobble）を低減する場合には、反射ポリゴンの反射ファセット２０に若しくは反射ファセットの近くに合焦される。後者の場合、バナナミラーシステムと面２８との間に配される細長いシリンドリカルミラーが、ファセットからの発散ビームを面２８に合焦する。
追加のビーム偏向子４２は、放射源１０の後ろに配されて一次ビームを小さな偏向角αＴに偏向し、したがってアクティブファセット・トラッキングを提供する。偏向した一次ビームは、ビーム偏向器４２内に位置する偏向点４４を有する。この最も狭いビーム狭窄点、もっと一般的にはポリゴンミラーから見て最も狭い一次ビーム構造の最初の点は、一次スポットと呼ばれる。
【００４４】
ビーム偏向器は、音響光学偏向器（ＡＯＤ）、駆動信号の周波数を変調することによって偏向モードで使用することができる音響光学変調器（ＡＯＭ）、検流計ミラー偏向器、ピエゾミラー偏向器、又は電気光学偏向器（ＥＯＤ）とすることができる。これらのタイプの装置は、高速で駆動することができ、一般的に最大偏向角は制限されている。しかし、小さい偏向角αＴしか必要とされなければ、これらのタイプの偏光器は本アプリケーションに適している。
【００４５】
一次ビームＰＢの偏向は、反射ポリゴン１６の回転と協働して制御され、このため、ポリゴン１６が回転するとき、ビーム偏向器４２は、一次ビームがほぼファセット２０ａ−ｃの中央に確実に維持される偏向を提供する。一次ビーム偏向とポリゴン回転との同期は、ポリゴンミラーに回転センサを備え、このセンサの出力信号をビーム偏向器４２の駆動回路に結合することによって、実現できる。これらの手段は図２に示されていないが、必要な同期を実現するやり方は当業者にとって明らかである。
アクティブファセット・トラッキングの結果、ポリゴン１６によって偏向されファセット２０ｂで反射した走査ビームは、ポリゴン１６の回転軸１８とファセット２０ａ−ｃとの間の中間付近の一次ビームの光軸上に仮想偏向点４６を有する。この偏向点はＢＭＳ２２から見た理想偏向点ＩＤであり、これは、図１の点３２がこの理想偏向点を中心に回転するであろうことを意味する。その位置はポリゴン１６の回転軸１８からの距離ｄで表現でき、この距離は以下の式で与えられる。
【数１】
2006523325.tif 000003
ここで、Ｅは仮想焦点４０から回転軸１８までの距離、Ｄｐはポリゴン１６の内接円の直径であり、ｄおよびｅはＤｐと同じ面内で測定された大きさである。
【００４６】
ファセット・トラッキングによって走査ビームに理想偏向点を与えることにより、走査プロセスの間はいつでもバナナミラーシステムによってこのビームの最適補正が可能になる。ファセット・トラッキングが無ければ、ビームを横切って進むどのファセットに対しても、バナナミラーシステムに最適なファセット反射の位置は１つしかないであろう。
【００４７】
収束ビームで埋め尽くされないファセットのファセット・トラッキングは、埋め尽くされないファセットシステムの通常の不利な点（低デューティサイクル、走査されるべき面におけるテレセントリック性が無い、およびバナナミラーシステムによる不十分な補正）を解消する。埋め尽くされないファセットのシステムでは、ファセットに入射するビームは固定であり、走査方向にファセットより小さい断面を有するので、最初のファセットでの最初の走査の後、ビームの全幅を反射する次のファセットを待たなければならない。隣接する２つのファセットの間のファセットエッジは、新しい走査を開始する前に通り過ぎなければならず、これはデューティサイクルの損失を引き起こす。
【００４８】
斯かるデューティサイクル損失は埋め尽くされるファセットのシステムでは生じない。その理由は、待ち時間がない又はほとんどないように、次のファセットが前のファセットの走査の終了時に既に埋められるからである。平行ビームが使用されるプレオブジェクティブシステム、又は合焦されるが埋め尽くす一次ビームが使用されるポストオブジェクティブシステム等の、ファセットを埋め尽くすシステムは、放射効率が低い。さらに、ファセットエッジにおける放射の回折は、走査スポットの質に影響を及ぼす。これらの不利なことは、収束ビームによるファセット・トラッキングを有する装置では生じない。その収束により、走査ビームは装置の解像度が高くなるように大きいビーム開口を有することができる。これは、本発明の走査装置の付加的な利点であり、ファセットを埋め尽くさないシステムの利点とファセットを埋め尽くすシステムの利点とを組み合わせるものである。
【００４９】
ビーム偏向器４２の移動振幅は、ファセット２０ａ−ｃの中心に一次ビームを維持するのに十分な角度で確実に一次ビームが偏向されるように選択される。その結果として、ビーム偏向器４６の選択は、ポリゴン１６の位置と構成とに依存する。
【００５０】
アクティブファセット・トラッキングを有する走査システムのデューティサイクルは、ビーム偏向器４２の戻り時間によって決定され、高くすることができる。
【００５１】
既知の走査装置では、ファセット・トラッキングは平行ビームによって実行され、このビームはファセットに対して直線的に移動するが、新しい装置では、ファセット・トラッキングのために、収束され又は合焦されたビームが使用され、このビームはファセットに対して偏向される。走査面内において、即ち図２の図面の面内において、ビームはポストオブジェクティブ仮想目標点４０に仮想的に合焦される。走査面に対して垂直な面内において、ビームを、走査されるべき面に、又はポリゴンミラー１６において合焦することができる。後者は、バナナミラーシステムと面２８との間のシリンドリカルレンズによるパッシブ型ぶれ補正が使用される場合のケースである。
【００５２】
図３は、アクティブファセット・トラッキングを有する走査装置の改良実施形態を概略的に示す。この図には、この実施形態を図２の実施形態と区別する特徴のみが示されている。図３の装置では、拡大トラッキングレンズと呼ばれる追加のレンズ即ち追加の系４６が、ビーム偏向器４２と主結像系１２との間に配されている。レンズ４６はビーム偏向器４２からのビームをこのレンズと主結像系１２との間の位置に合焦する、即ち、図２のビーム偏向器内の最初の一次スポットの像をこの場所における新しいスポットに再び作る。この新しいスポット４４は、本明細書に与えられた上記の一次スポットの定義に従えば、図３の装置の一次スポットである。一次スポット４４と共役のビーム偏向器４２のスポット４４’は、プレ一次スポットと呼ぶことができる。
【００５３】
拡大トラッキングレンズ２８は、ビーム偏向器４２によって与えられる偏向量を拡大する。このレンズは、主レンズ１２と協働して、図２の装置のように、一次ビームをポリゴンミラーの後ろの仮想照準点４０に合焦するように動作する。照準点４０は、偏向点４４又は（ビーム偏向器４２の中の）偏向点４４’と共役である。
【００５４】
拡大トラッキングレンズ４６は、ビーム偏向器に要求される偏向量を実質的に減少させることを可能とし、図２の装置のポリゴン１６の位置において同じ偏向量を達成する。この減少量は十分の一とすることができる。これは、本明細書に言及された上記のビーム偏向器が小さい偏向角において有する良好な特性を使用することを可能にする。ビーム偏向器４２に要求されるトラッキング角度偏向の振幅は、１／Ｍに減少する。Ｍは、拡大トラッキングレンズ（ＭＴＬ）４６によってスポット４４の像がスポット４４’上に作られるときの線形倍率である。したがって、Ｍはスポット４４’からＭＴＬ２８までの距離とＭＴＬ２８からスポット４４までの距離との比である。言い換えると、ＭＴＬ４６はスポット４４’からスポット４４に向けて線形倍率を１／Ｍにし、結果として、ＭＴＬ４６はこの方向に角倍率をＭ倍にする。結果として、スポット４４’はスポット４４よりもＭ倍であり、点スポット４４’における最大トラッキング角αＴはスポット４４において必要なトラッキング角の１／Ｍである。したがって、図３の実施形態で必要な追加の偏向器４２による偏向量は、図２の実施形態で必要な偏向量の１／Ｍである。
【００５５】
スポット４４’において必要なトラッキング角が小さくなるという利点とは別に、ＭＴＬ２８は、追加の偏向器４２の面におけるビームサイズを大きくするという付加的な利点を提供する。これは、汚染感度を低減し、光パワー密度が高いという問題を緩和する。また、ＡＯＤ、ＡＯＭ又は一部のタイプのＥＯＤの回折効率は、それらがビーム偏向器４２として使用される場合、スポットサイズが大きくなるにつれて高くなる。この理由は、ビーム広がりが小さいからである。ＭＴＬ２８とともに適切なＭの値を選択することによって、スポット４４’における追加の偏向器、即ちトラッキング偏向器のスポットサイズと最大トラッキング角とに対して、システムを最適動作条件に調節できる。一例として、スポット４４における最大偏向角が３３ｍｒａｄである場合、この角度はスポット４４’において３．３ｍｒａｄであり、一方、スポット４４が３０μｍである場合、スポット４４’は３００μｍである。
【００５６】
図４および図５は、それぞれアクティブファセット・トラッキングの原理、および斯かるファセット・トラッキングが備えられる走査装置を示す。図４は、走査方向の面で切った断面図を示し、この走査方向は、先の図と同じように矢印ＳＤで表される。図５はポリゴン回転方向の面で切った断面図を示し、この回転方向は、先の図と同じように矢印ＲＤによって示され、この面は走査方向に対して垂直である。
【００５７】
パッシブファセット・トラッキングは、ビーム偏向器と、アクティブファセット・トラッキングのポリゴンミラーの回転と同期をとってこの偏向器を駆動する手段とを必要としない。パッシブファセット・トラッキングにおいて、任意に、図３のレンズ２８等の拡大トラッキングレンズを使用することができる。
【００５８】
図５に示すように、放射源（図示せず。好ましくはレーザ）からのビームＢは、ミラー５０によって、ファセット・トラッキングシステムに結合されている。このミラーは、ビームをポリゴンミラー１６のファセット２０ｂに反射する。このファセットはビームをビーム（Ｂ”）として折り畳みミラー５２に反射し、このミラー５２は、ビームＢ’を、凹面ミラー、シリンドリカルミラー、又は球面ミラー５４に向け、このミラー５４はファセット・トラッキングミラーと呼ぶことができる。このミラーは、ビームＢ’を反射して、ミラー５２を介して回転ポリゴンのファセットに戻す。次いで、ファセットはビームを点Ａに向けてビームＢ”として外側に反射し、このビームは、ポリゴンの回転によって、偏向角αＴで偏向する。
【００５９】
パッシブファセット・トラッキングシステムでは、一次スポットは、アクティブファセット・トラッキングシステムの場合よりも光軸に沿う異なる位置に先に存在するスポット即ち中間スポットの後に存在する。ミラー５０を介してスキャナに入射するビームは、ポリゴンファセットでの１回目の反射、および折畳みミラー５２での１回目の反射の後、ファセット・トラッキングミラー５４におけるスポットＳＰ１又はミラー５４の近くのスポットＳＰ１に合焦される。折畳みミラー５２における２回目の反射、およびポリゴンファセットにおける２回目の反射の後、ビームは仮想スポットＳＰ２上にスポットＳＰ１の像を作る。スポットＳＰ２およびＳＰ１は、ミラーポリゴン１６および折畳みミラー５２に対して、互いに鏡像である。
【００６０】
これは、まさに、入射ビームＢが瞬間的に照射されるファセットに、ファセット・トラッキングミラー５４の湾曲の中心Ｍが位置するときのケースであろう。この場合、ファセットによる２回目の反射の後、ビームＢ’の偏向は無視できるだろう。図４および図５に示すように、中心Ｍに小さいオフセットを与えることによって（即ち、中心Ｍがファセットから小さい距離ｓ離れたポリゴンの中に位置する）、小さい偏向移動が外に向かうビームＢ”に与えられる。ミニスキャンとも呼ばれるこの周期的な偏向の振幅αＴは、オフセットｓによって決定される。このようにして、ビームＢ”は、ファセット・トラッキングに適したものになる。このビームは、点５６、即ちスポットＳＰ２の位置、において仮想的にその偏向／回転点を有するが、実際は、偏向／回転は回転ポリゴン１６で生じる。また、ポリゴンファセットでの２回目の反射がスポットＳＰ２上にスポットＳＰ１の鏡像を生じさせるので、ビームＢ”の焦点は、点５６に位置する。図２および図３の記述で使用された用語に関して、拡大トラッキングレンズが使用されているかどうかによって、スポットＳＰ２をプレ一次スポット１０’又は一次スポット１０と呼ぶことができ、ビームＢ”は走査装置の主結像系へと案内される。
【００６１】
図４を参照すると、ファセット・トラッキングミラー５４の湾曲の中心が点Ｍに位置し、このミラーの湾曲の半径がＲである場合、ポリゴン１６の回転軸１８とファセット・トラッキングの仮想焦点５６との間の距離ｄ１は以下の式で与えられる。
【数２】
2006523325.tif 000004
ここで、Ｄｐは回転ポリゴン１６による径であり、ｓは、ファセット２０がシステムの光軸に垂直であるときのそのファセット２０とＭとの間の小さい距離である。
【００６２】
小さな偏向振幅を示し点Ａに向けられるビームＢ”は折畳みミラー６０、６２、および６４によって主結像系１２に案内され、点Ａ’上から、ファセット・トラッキング一次ビームＰＢを形成する。任意に、および図３に示される状況と同じく、拡大トラッキングレンズ（図５には示されていない）を、点ＡとＡ’との間の放射経路に配することができる。その結果として、図４および図５の仮想焦点５６は、図２の点４４又は図３の点４４’と等価である。本実施形態では２つのレンズダブレット７６６および６８を有する主結像系１２を通過した後、一次ビームＰＢはミラー５８によって回転ポリゴンミラー１６に偏向し、このミラー１６は図２および図３を基準にして記載された方法で一次ビームを走査ビームＳＢに変換する。走査ビームはバナナミラーシステム２２を通過し、走査されるべき面２８上に、良質の走査スポット３０を形成する。
【００６３】
入射ビーム（特にビームＢ’）はファセット・トラッキングミラー５４の近くに合焦されるとき、ファセット・トラッキングミラー５４は回転ポリゴン１６から遠くないので、回転ポリゴン１６における１回目の反射と２回目の反射のビームの断面は、依然として小さい。さらに、拡大トラッキングレンズ４６が適用される場合、スポットＳＰ２のサイズ、又はスポットＳＰ１のサイズは、Ｍ倍に大きくすることができ、ビーム広がりは１／Ｍ倍に小さくなり、仮想偏向点５６から主結像系１２を介して回転ポリゴンまでの途中の一次ビームの断面が大きくなるのを抑えるのに役立つ。
【００６４】
したがって、パッシブファセット・トラッキングを有する走査装置では、同じファセットにおいて３つの反射が使用される。初めの２つの反射によって、バナナミラーシステムに入射するビームの理想的な偏向点が作られ、３つめの反射は走査ビームを走査されるべき面で移動させるために使用される。
【００６５】
パッシブファセット・トラッキングを有する走査装置は、以下の利点を示す。
−  一次ビームの断面を小さく保つことができるので、デューティサイクルが低い。
−  ファセット・トラッキング用に、制御電子回路もアクティブ偏向エレメントも必要としない。
−  ポリゴンミラーの欠点（例えば、ポリゴンのファセットの不完全な角度分布）は自動的に補償される。この理由は、同じファセットが使用されて、一次ビームが偏向され、走査動作が実行されるからである。
−  トラッキング機能は、ファセット・トラッキングミラーを移動することによって簡単に調整することができる。
本明細書に記載された上記の実施形態では、本発明を理解し、バナナミラーシステムが備えられるポストオブジェクティブ走査装置の機能を理解するのに本質的な要素のみを示した。走査装置は、ビーム整形およびビームガイドのための他のエレメントを有することができる。例えば、１つのレーザ又はレーザアレイを有する放射源１０とビーム偏向器４２（図２および図３）又はミラー５０（図５）との間に光学エレメントを配して、小さなスポット又は小さなスポットのアレイを得るようにレーザ源又はレーザ源アレイを合焦し又は像を作ることができる。
【００６６】
本明細書に記載されている上記の実施形態は、全てＵＳ５，０１３，０１８号に記載されているバナナミラーシステムを利用している。これらの実施形態の興味深い主な特徴は、ポリゴン面からビームが軸を外れて反射するときの望ましくない光学的効果を低減するために、回転反射ポリゴンと協働して照射ビームを偏向するために使用されるファセット・トラッキングシステムに関する。
【００６７】
しかし、バナナミラーシステムの使用は本発明にとって必須ではない。その理由は、回転反射ポリゴンからの最後の反射の後に別の光学機構を使用することができ、この別の光学機構は必要なテレセントリックをつくることができるからである。
【００６８】
ファセット・トラッキングを有するポストオブジェクティブ走査システムは異なる用途に使用することができ、これは２つのグループ、即ち、面処理と面検査とに分割することができる。面処理は、レーザ印刷などの、走査された面２８上に情報を書き込むこと、又は例えば面材料のレーザ除去によって面に必要なパターンを設けることが含まれる。後者の場合、ハイパワーレーザビームが使用されるので、光学的システムは、好ましくはレンズの代わりにミラーのみを有する。面処理は、リソグラフィ工程により基板の少なくとも１つの層に装置の特徴を形成する目的で、基板面上のレジスト層にパターンを書き込むことも含まれる。この技術は、直接描画、又はマスクレスリソグラフィとして知られている。面処理において、走査ビームは、形成されるべきパターンに従って強度が変調されるべきである。これは、放射源によって供給される放射を変調することによって実現することができる。必要な放射パワーがあまり高くない場合（例えば、レーザー印刷）、本明細書に記載された上記の電子的に駆動されるビーム偏向器４２によって変調は実行できる。
【００６９】
面検査は、製造プロセスの間のプリント回路基板などの部品の点検、又は完成した製品の品質の点検が含まれ、写真又は図面を見ること、読むことも含まれる。面点検は、反射又は透過に関して実行することができる。反射面の点検に対して、面上の連続する位置は、本明細書に記載された上記の走査装置によって生じる走査スポットが照射され、この位置におけるディテールにより変調される反射した放射は、１つ以上の放射感知検出器エレメントを有する検出システムによって取り込まれる。放射を電気信号に変換する斯かる検出システムは、図１に示されており、符号７０によって示されている。この検出システムは、走査ビームをぼかさないように配される。
【００７０】
透過の検査に対して、検査されるべき物体（例えば、ネガ（photographic negative））は、走査装置から離れた物体側に配される放射源によって照射される。オブジェクトを通過した放射は、情報ディテールによって変調されるように、散乱し、物体のディテールにより一部は吸収され、および／又は一部は反射される。走査装置は、放射感度検出システムで逆方向に使用され、図２−図５の放射源の位置に配されている。ポリゴンミラーの瞬間的な角位置は、オブジェクトのどの点状の部分が検出システムによって瞬間的に見えるかを決定する。この点からの放射は、バナナミラーシステム２２と、ポリゴンミラー１６と、主結像系１２とを介して検出システムに案内され、この検出システムは、オブジェクトの連続する点からの放射の変化する強度を、物体から読み出される情報を表す電気信号に変換する。主結像系と検出システムとの間の放射経路において、物体からの放射ビームは、アクティブファセット・トラッキングの場合は追加のビーム偏向器４２にぶつかり、パッシブファセット・トラッキングの場合はファセット・トラッキングミラー５４および他のミラーにぶつかる。
【００７１】
このようにして、物体の各点は高精度且つ高解像度で検出システム上に像が作られ、したがって、走査装置の解像度は最大である。
【００７２】
放射感知検出システムは、物体の単一点からの放射をいつも検出する単一の検出素子（例えば、フォトダイオード）、又は物体上の、検出素子に対応する数の点からの放射を同時に検出する検出素子のアレイ（例えば、ＣＣＤセンサ）を有することができる。
【００７３】
上記のファセット・トラッキングスキームの結果として、主レンズ１２により合焦され次いでポリゴン１６のファセット２０ａ−ｃのうちの１つから走査ビームとして反射するトラッキングされたビームは、瞬間的に照射されたファセットの面とポリゴンの回転軸との間の点（point）において偏向されると考えられる。この点（point）は、完全テレセントリック性と、高放射効率と、無視できる画像収差と、高デューティサイクルとを達成するバナナミラーシステムを有するポストオブジェクティブ走査装置の理想的な偏向点である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】バナナミラーシステムが備えられる従来のポストオブジェクティブ走査装置の概略図を示す。
【図２】本発明によるアクティブファセット・トラッキングの第１実施形態が備えらる装置の概略図を示す。
【図３】アクティブファセット・トラッキングの第２の実施形態の概略図を示す。
【図４】本発明によるパッシブファセット・トラッキングの実施形態の概略部分図を示す。
【図５】本発明によるパッシブファセット・トラッキングが備えられるポストオブジェクティブ走査装置の概略図を示す。
【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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【国際調査報告】
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