JP2001509614A - 高効率レーザパターンジェネレータ - Google Patents

高効率レーザパターンジェネレータ

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JP2001509614A
JP2001509614A JP2000502447A JP2000502447A JP2001509614A JP 2001509614 A JP2001509614 A JP 2001509614A JP 2000502447 A JP2000502447 A JP 2000502447A JP 2000502447 A JP2000502447 A JP 2000502447A JP 2001509614 A JP2001509614 A JP 2001509614A
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mirror
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optical relay
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エム タムキン ジョン
ピー． ドナヒュー ジョーゼフ
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エテック システムズ インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 レーザスキャナは光リレーを有しており、この光リレーによって、付加的な作動距離を生じさせる位置にあるスキャンレンズからの像がリフォームされる。光リレーには主として、紫外線光に対しアクロマチックなフォーカシングを生じさせる反射性のエレメントが含まれている。光リレーの１つの実施形態によれば約１の倍率をもち、１つのコンフィグレーションにおいて球面ミラーが用いられており、そこにおいて像の歪みや収差が相殺される。また、第２の光リレーによれば、放物面ミラーや楕円ミラーなど非球面ミラーを用いて像サイズの低減が行われる。さらに付加的なレンズによって、第２の光リレー中に取り込まれる歪みや収差が相殺される。付加的な作動距離によって、ビームスプリッタ、シュブロン補正およびオートフォーカス光学系などの光学機器を、光リレーの光路中に挿入できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 従来の技術 発明の分野 本発明は、精密レーザによる直接結像およびマスク作成のためのレーザスキャ
ニングシステムおよびレーザパターンジェネレータに関する。
【０００２】 関連技術の説明 ホトリソグラフィにおいてラスタスキャンシステムは、パターニングされた感
光層をカバーする一連のスキャンラインに対し１つまたは複数のレーザビームの
走査を行う光学機器である。典型的なスキャニングシステムは、光ビーム源とし
て用いられる１つまたは複数の変調されたレーザと、角度をつけてビームを走査
する機械的な装置または他の装置と、スキャンされたビームを一組のスキャンラ
インに変換するスキャン光学系と、スキャンラインを所望の像平面に整合させる
光学素子から成る。ラスタスキャナが所定の領域を照射するか否かは、領域を通
ってビームがスキャンされるときのレーザビーム強度の変調に依存する。そして
照射領域選択におけるレーザスキャナの精密さは、レーザビームの変調精度、レ
ーザビーム焦点の鮮鋭度、パターニングされた層をレーザビームが移動する精度
、ならびにレーザビームの変調と動きとの同期に依存する。
【０００３】 レーザダイレクトイメージング装置（laser direct imager LDI）は、レチク ルベースの大面積露光装置に取って代わる可能性のあるレーザスキャニングシス
テムの一種を成すものである。典型的なＬＤＩの用途のためには紫外線感応性の
ホトレジストの露光が必要とされ、さらに１つのピクセルの１０分の１までのピ
クセル配置精度を伴う２５〜２μｍの範囲のピクセルサイズが要求される。この
ような精密イメージングの用途に用いられるスキャン光学系は、回折限界の高解
像力（低いｆ／＃またはそれよりも小さいスポットサイズ）、スキャンラインに
沿った歪みの補正、多数のスキャンラインの適応にふさわしいイメージフィール
ド、ならびにテレセントリックイメージングが必要とされる。これに加え、紫外
線のダイレクトイメージングのために、システムは良好な放射効率をもたなけれ
ばならない。このためには、システムの伝達効率が高くなければならない。レー
ザから有効な１つのＵＶスペクトルラインよりも多くのスペクトルラインをシス
テムが利用できるならば、パワーの伝達を付加的に高めることができる。
【０００４】 スキャナにおけるスキャン光学系の付加的な要求は、材料を扱う装置のあそび
と補助光学機器の適応のための最後の光学素子から媒体までの適切な作動距離で
ある。典型的な補助光学機器は、スキャンビームの動きとスキャンビーム強度と
の同期合わせに用いられる光センサと、パターン化されている機器の動きまたは
インデクシングのためスキャンラインの像を作り直したり動かしたりする補正光
学素子である。
【０００５】 関連技術として、半導体マイクロリソグラフィのための既存のＵＶマスク作成
技術、プリント配線板のパターンジェネレータおよびグラフィックアートアプリ
ケーションのために用いられる慣用のレーザスキャナを挙げることができる。た
とえばアメリカ合衆国特許 Ser.No. 4,796,038 によれば、レチクル作成のため の既知のパターンジェネレータが開示されている。しかしこのようなシステムに
関して多くの制限を挙げることができる。まず第１に、アメリカ合衆国特許 Ser
.No. 4,796,038 に記載されているシステムは、超高速書き込み時間を必要とし ないレチクルを作成するものである。レーザダイレクトイメージング装置によれ
ば、基板に像を描く時間が最も重要であって、それというのも結像時間は、製造
サイクル時間にそのまま影響を及ぼすからである。それゆえＬＤＩシステムのた
めには、レチクル作成のためのシステムにおいては得られない高い放射効率が必
要である。以下では、既知のシステムに対する改善を示す決定的なシステムの特
徴について説明する。
【０００６】 発明の概要 本発明によればレーザダイレクトイメージングシステムは、連続波レーザ、多
重ビームへビームを分割するためのシステム、多重ビームのための変調システム
、ならびにビームがｆ−Θスキャンレンズへの入射前にビームを調節する光学系
、ｆ−Θスキャンレンズ、ならびにスキャンラインを最終焦点面へ再結像させる
光リレーを有している。レーザダイレクトイメージングのためにシステムは高い
放射効率を有しており、紫外線多波長のビームを用いている。したがって光学系
は紫外線波長に対して収束されている。しかもこのシステムは、高い透過効率の
ために主として反射性のアーキテクチャを有している。
【０００７】 アクティブビームステアリング（ＡＢＳ）装置によって、ビームスプリッタア
センブリ入射前にレーザビームの絶対位置が安定化される。ＡＢＳはビーム角度
と位置を安定化するものであり、これをスタンドアローンで用いてもよいし、あ
るいは媒体感度のために付加的なレーザパワーが必要とされるならば第２のレー
ザに適応させるため第２のＡＢＳとともに用いることもできる。単一ＡＢＳシス
テムまたは縦続接続されたＡＢＳシステムにより、ビーム直径の２０分の１内で
ビーム平行が維持され、ビーム発散角度の２０分の１内で配向されている。
【０００８】 ビームスプリッタのもつアーキテクチャによれば、アセンブリにおいてコンポ
ーネントを簡単に置き換えたり移動させることができるようになり、これによっ
て１つまたは２つのレーザを使用して１，２，３，または８個の別個のビームが
供給されるようになる。これに加えてこのアセンブリは角度誤差に対し不感であ
って、その理由は各チャネルが偶数個の９０゜の反射の結果だからである。
【０００９】 主として反射性の光学系は、音響光学変調器へのテレセントリック入射ビーム
を圧縮する。融解石英／フッ化カルシウムダブレットと共働して反射系により、
回転対称入射ビームを必要とするどのようなスキャンレンズでの利用にも適した
視準された出射光からなる付加的なビームが供給される。
【００１０】 結像に使用されないレーザにより発せられた変調されていないスペクトル線を
使用して、光学的に共軸の基準タイミングビームが形成される。
【００１１】 上述の出射光学系は、ドーブプリズムなどビーム回転ディバイスを通過させな
ければならない。しかしながら本発明のアクロマチックな特性ゆえに、ドーブプ
リズムによって許容できない光学的な収差が入り込んでしまう。システムは、ド
ーブプリズムと同じ光学条件を作り出す３ミラー反射アセンブリを使用している
。また、例示したシステムによればスキャンライン長が増大する。従来のパター
ン生成システムは、１つのスキャンラインにおいて約４０００個のピクセルを使
用する。短いスキャンライン長のためには、長いスキャンライン長の場合よりも
いっそう速いポリゴン速度とステージ速度が必要とされる。本発明の実施形態に
よれば、スキャンラインごとに１５０００個のピクセルが結像され、このためス
テージとポリゴンの速度が制約されているときにいっそう高速な結像時間を得る
ことができる。
【００１２】 絶対的なピクセル配置精度は、このような多くのピクセルをもつスキャンライ
ンにとりわけ関係する。従来のシステムは、結像面に対し同焦点の精密タイミン
ググレーティングないし回折格子を利用してこの問題を扱っていた。変調されて
いないビームはグレーティングを横切って通り過ぎ、検出器上で収集される。こ
の基準信号により、１次ビームに対し同焦点であれば、グレーティングの空間的
精度に対しロックされた基準クロックが生成される。実施形態では、基準光信号
を導入し取り出し結像させるただ１つの方法を採用している。
【００１３】 システムには、アクロマチックでありカタディオプトリックなリレーが設けら
れている。このリレーによりスキャン光学系からの像がリフォームされ、ビーム
位置誤差補正／オートフォーカス光学系および光リレーからビームロケーション
検出器へ光の一部分を配向するビームスプリッタを含む光学機器を挿入するため
の付加的な作動スペースが得られる。この光リレーによれば、設計基準つまり作
動距離の制約が緩和される点で、スキャンレンズ設計に利点がもたらされる。あ
とでいくつかの特有な実施形態について説明するように、異なる倍率のリレーを
用いることでスキャンラインの倍率を変えることができる。本発明の１つの観点
によれば光リレーは主として反射性のエレメントを有しており、これによって高
い透過効率と、ホトリソグラフィプロセスに適したアクロマチックなフォーカシ
ングが得られる。
【００１４】 本発明の１つの実施形態による光リレーによれば１つのコンフィグレーション
において、像の歪みや球面収差を相殺する球面ミラーを用いることでほぼ均一な
倍率が得られる。殊に光リレーの１つの実施形態によれば、第１の凹球面ミラー
と、この第１の凹球面ミラーからの光路中に配置された凸球面ミラーと、この凸
球面ミラーからの光路中に配置された第２の凹球面ミラーが設けられている。収
差を相殺するため、第１の凹球面ミラーと第２の凹球面ミラーは同じ曲率半径を
有しており、他方、凸面ミラーの曲率半径は凹面ミラーの曲率半径の約半分であ
る。
【００１５】 本発明の別の実施形態の光リレーによれば、厚いメニスカスレンズと共働させ
て非球面ミラーが用いられており、これによって像のサイズが低減される。像の
サイズを低減させる光リレーの１つの実施形態によれば、凹面放物面ミラーと、
第１の凹面ミラーからの光路中に配置された凸面ミラーと、この凸面ミラーから
の光路中に配置された凹面楕円ミラーが設けられている。また、凸面ミラーに隣
接させて取り付けることのできる付加的なレンズによって、光リレー内の他の場
所で入り込む可能性のある像の歪みや収差が補正される。異なる倍率やリレー系
に関する他の有用な特性を生じさせるため、非球面ミラーのその他の形状を使用
してもよい。
【００１６】 １つの実例として本発明の第３の実施形態による光リレーによれば、３ミラー
コンフィグレーションにおける高次の非球面が用いられ、これによって２：１の
拡大された像サイズが得られるようになる。
【００１７】 スキャン光学系により形成される像における湾曲を補償する必要がある一方、
テレセントリシティを維持しなければならない場合には、光リレーの実施形態に
おいて反射性のフィールド平坦化素子（field flattener）を用いることができ る。
【００１８】 それぞれ異なる図中において同じ参照符号を使用している場合には、同様のま
たは同一の部材を表す。
【００１９】 有利な実施形態の詳しい説明 図示されている１つの実施形態によるスキャナ１００は、レーザ光源１１０、
アクティブビーム安定化（ＡＢＳ）装置１２０、ビーム調整および変調装置１３
０、スキャン光学系１５０、光リレー１８０、ならびに素材を担持するためのス
テージ１９０を有している。レーザ光源１１０は、多波長光の視準されたビーム
１１５を発生する。１つの実施形態によればレーザ１１０は連続波レーザであっ
て、ビーム１１５は３５１ｎｍ，３６４ｎｍおよび３８０ｎｍで発生する１次ス
ペクトル線をもつ。アクティブビームステアリング装置１２０はビーム１１５を
受光し、位置安定化ビーム１２５をマルチチャネル変調器１３０に向けて発生す
る。択一的な実施形態において、より多くの照射を与えるためレーザ光源１１０
は２つのレーザを有しており、この場合、両方のレーザからのビームを安定化さ
せるため２つのＡＢＳシステムが必要とされる。
【００２０】 安定化ビーム１２５はマルチチャネル変調器サブシステム１３０へ入射し、こ
の場合、ビームスプリッタアセンブリによってビーム１２５が多重のテレセント
リックな等しいパワーのビームに分けられる。図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃ、図２Ｄ
には、１つまたは２つの安定化入射ビーム１２５から２，４または８個のテレセ
ントリックビームを供給するためのビームスプリッタコンフィグレーションの基
本コンポーネントが示されている。コンフィグレーション２１０，２２０，２３
０により、１つの入射ビームから２つ、４つおよび８つのビームがそれぞれ供給
される。また、コンフィグレーション２４０により、２つの入射ビーム１２５Ａ
，１２５Ｂから８つのビームが供給される。各コンフィグレーション２１０，２
２０，２３０，２４０において、各ビームは２つの９０゜反射のまとまりを受け
る。
【００２１】 図３Ａを参照すると、コンフィグレーション２３０からの出射ビーム２３５は
、３球面ミラー無限焦点光学系３１０を用いファクタ１１で圧縮される。ミラー
系３１０は、コンパクトなレイアウトを作るための２つのフラットなフォールデ
ィングミラー（folding mirror）３１３，３１５と、ビーム圧縮のための３つの
球面ミラー３１２，３１４，３１６を有している。ダイクロイックビームスプリ
ッタ３２０は、光学系３１０による圧縮されたビームから分離されたビームのス
ペクトル特性を決定し、圧縮されたビームを音響光学変調器（ＡＯＭ）へ向けて
反射する。この実施例によればダイクロイックビームスプリッタ３２０は、３５
０〜３６４ｎｍの波長でＡＯＭへ向けて光を反射する。共同出願人による懸案中
のアメリカ合衆国特許出願 "ACOUSTO-OPTIC MODULATOR ARRAY WITH REDUCED RF
CROSSTALK", Atty. Docket No. P-4296-US （１９９７年７月８日出願）には、 本発明の実施形態のための変調器について述べられている。レーザビームの変調
によって個々のサブビーム（チャネル）の強度が変化し、典型的には各サブビー
ムがオンオフされるが、スキャンされる像の強度プロフィルを形成するために強
度のグレイスケールコントロールを採用することもできる。
【００２２】 ダイクロイックビームスプリッタ３２０は、ビームの各々から３８０ｎｍの光
を透過させる。３８０ｎｍの光はＡＯＭ３３０のまわりで折れ曲がり、そこにお
いてビームストップ３２５により１つのチャネルを除いてすべてのチャネルが阻
止される。第１のチャネル（ビーム１）はダイクロイックビームスプリッタ３３
５において、変調されたレーザ光と共軸で結合される。ＡＯＭ３３０の像は、第
２の３球面ミラー反射系３４０によりファクタ６で再び圧縮される。この時点で
ゼロ次ビームが阻止され、ＡＯＭ３３０からの１次ビームは存続し伸張されて、
融解石英／フッ化カルシウムダブレット３５０により視準される。その後、ビー
ムは、図３Ｂに示されている反射ミラー構造体によって折り曲げられ、これはマ
ルチチャネルを回転させるために用いられる。
【００２３】 再び図１を参照するとスキャン光学系１５０はさらに、アナモフィック前置ポ
リゴンビーム光学系１５２と、回転ポリゴンミラー１５４と、カタディオプトリ
ックスキャンレンズ素子１５６を有している。スキャン方向に沿って像を移動さ
せるため、ポリゴンミラー１５４は１つの軸を中心に回転し、これにより変調器
１３０からのビームの入射角と反射角が変化する。スキャンレンズ１５６はビー
ム束をフォーカシングして、個々のサブビーム間の分離を低減し、各サブビーム
をしっかりとフォーカシングする。この実施形態によればスキャンレンズ１５６
により、スキャン方向とクロススキャン方向との間のアナモフィック倍率が得ら
れ、実際上、ベアリング支持ポリゴンミラー１５４におけるエラーが低減される
。共同出願人による懸案中のアメリカ合衆国特許出願 attorney docket No. P-4
295 "Anamorphic, Catadioptric Scan Lens for Laser Scanner" （これを本発
明の参考文献とする）全体には、スキャンレンズ１５６の動作について説明され
ている。
【００２４】 本発明の１つの観点によれば、光学スキャンシステム１００は光リレー１８０
を有する。光リレー１８０はスキャン光学系１５０により形成された像を改善し
、所定のスキャンレンズ性能要求における制約を低減させるために用いることが
でき、これによりスキャン光学系１５０によって他の領域においていっそう良好
な性能を達成できるようになる。既述の実施形態によれば、スキャン光学系１５
０の作動距離（最後のレンズ素子から焦点面までの距離）を小さくすることがで
きる（すなわち素材とシステム内で要求される他の光学素子の間隙のためには不
十分である）。このように制約を変えることで、スキャン光学系１５０を複雑に
したり伝達効率を減少させたりすることなく、テレセントリシティ（telecentri
city）、増大されたｆ＃（低減されたスポットサイズ）ならびに差分歪み（diff
erential distortion）要求を満たすことができる。
【００２５】 作動距離は、優勢的に反射を行うリレーを使用することにより重大な透過損失
なく回復される。ステージ作動距離要求、光学センサのためのビームスプリッタ
、タイミングシステムおよび／または像補正光学素子を適合させるために、作動
距離を増大させる必要がある。共同出願人による懸案中のアメリカ合衆国特許出
願 attorney docket No. M-4291 "Chevron Error Correction for Bi-direction
al Raster Scaning"（１９９７年７月８日出願、これを本発明の参考文献とする
）全体には、光リレー１８０の光路中に挿入することのできる像補正光学系につ
いて述べられている。作動距離の増大に加えて、リレー１８０はスポットサイズ
とスキャンラインの長さをスケーリングし、システム性能要求を整合する。以下
で、リレーに関する３つの実施形態について説明する。特に注目すべきことは、
ビームスプリッタの実装とシステムタイミングを作るために用いられるセンサで
ある。
【００２６】 図４Ａおよび図４Ｂには、光リレー４００の実施形態が示されている。光リレ
ー４００は約１の倍率をもっており、この点で１：１光リレーと呼ばれることも
ある。光リレー４００の対象物体は、スキャンレンズにより形成される像である
。したがって対象物体はスキャニング中、移動する。図４Ｂには、１つのライン
４０５上における個々の物体位置４０１，４０２，４０３から現れる光線が示さ
れている。
【００２７】 光リレー４００は、フィールド平坦化素子（レンズ）４１０と、第１の凹球面
ミラー４２０と、凸球面ミラー４３０と、第２の凹球面ミラー４４０を有してい
る。フィールド平坦化素子４１０は、スキャンレンズが像を形成するライン４０
５に沿って存在する可能性のある像面湾曲を補償する。フィールド平坦化素子１
２０からの発散光線は、凹球面レンズ２２０の表面４２２に入射し、このレンズ
はそれらの光線を凸球面ミラー４３０の表面４３２に向けて反射する。凸面ミラ
ー４３０へ入射して集束する光線は表面４３２から反射した後、発散する。凹面
ミラー４４０の表面４４２によって、凸面ミラー４３０からの発散光線がイメー
ジライン４５０にフォーカシングされる。ライン４０５上の位置４０１，４０２
，４０３における対象物体により、ライン４５０上の位置４５１，４５２，４３
５にそれぞれ像が生じる。
【００２８】 ライン４０５に対し相対的なイメージライン４５０の位置は、ミラー４２０，
４３０，４４０の半径と位置に依存する。本発明の１つの実施形態によれば、凹
面ミラー４２０と４４０は同じ曲率半径を有しており、ミラー４３０はミラー４
２０または４４０の半径の約半分の半径を有する。この実施形態の場合、球面ミ
ラー４２０，４３０，４４０からの球面収差は互いに相殺される。他の重要なパ
ラメータには、それぞれライン４０５および４５０からミラー４２０および４４
０により規定される角度と、ミラー４２０と４４０がミラー４３０の頂点で成す
角度が含まれる。これらの角度によって、スキャンフィールドのサイズと光リレ
ー４００の明るさ（ｆナンバー）がコントロールされる。
【００２９】 図５には、スキャナ５００における光リレー４００の適用事例が描かれている
。図５に示されているように、ライン４０５はそのラインで像を形成するスキャ
ンレンズの光学素子５０５に比較的近く、したがって光学機器を挿入するために
素子５０５とライン４０５との間に十分な作動距離がない。このため、ライン４
５０上で像を再形成するために光リレー４００が採用される。フィールド平坦化
素子４１２０は、発散光をライン４０５からフォールディングミラー５１０，５
１５へ配向する。フォールディングミラー５１０，５１５はスキャナ５００の利
用可能なジオメトリーに従って位置決めされ、フィールド平坦化素子４１０から
凹面ミラー４２０へ光を配向する。凹面４２０から光は凸面ミラー４３０へ送ら
れ、さらに凹面ミラー４４０へ送られ、このミラーにより光がフォーカシングさ
れる。
【００３０】 ミラー４４０からイメージライン４５０までの距離は、光学素子５０５とライ
ン４０５の間の距離よりもかなり大きい。これによって、ビームスプリッタ、シ
ュブロン（chevron）補正プリズム５６０およびオートフォーカス光学系を、素 子４４０と最終像平面４５０の間において光リレー４００の光路中に挿入できる
ようになる。図５には、これらの素子を系に加えることの影響が描かれている。
【００３１】 図６には、シュブロンプリズム５６０が示されている。シュブロンプリズム５
６０において、入射ビーム６０５がプリズム６１０に入射する。１次書き込みビ
ーム（３５０〜３６４ｎｍ光）が表面６１１から反射し、これは３８０ｎｍの波
長をもつ変調されていない光タイミング信号を透過させる。このタイミング信号
は、プリズム６１０の底部６１２から反射して出る。入射表面６１１から反射光
線が（全反射により）反射し、表面６１３から出射する。光束は、タイミンググ
レーティング（timing grating）５７０において（グレーティングラインに対し
平行に）傾斜した線焦点を成す。このプリズムフォールド技術（prism fold tec
hnique）は２つの利点をもつ。まず第１に、パッケージサイズが維持される。第
２に、グレーティングないし回折格子上の線焦点により、クロムオングラス上の
欠陥や小さい粉塵粒子の影響がなくなり、これによりいっそうロバストなタイミ
ングシステムが得られる。タイミンググレーティングに加えて、このタイミング
システムはスキャンスタート検出器を利用し、これはビームスプリッタ６４０の
出射光の一方を受け取る。
【００３２】 シュブロン補正系およびシュブロンセンサ系は、０．５％の透過率の最終フォ
ールドミラー（final fold mirror）６３０、拡大ＵＶ対物レンズ、ならびに位 置を検知し同焦点だが拡大された像平面にビームをフォーカシングするためのＣ
ＣＤカメラ５８０を有している。
【００３３】 光リレー１８０も、イメージサイズを低減していっそう高い解像度のスキャン
ビームを供給することができる。図７には、１よりも小さい倍率をもち、イメー
ジサイズを低減する光リレー７００が示されている。光リレー７００はフィール
ド平坦化素子（レンズ）７１０、第１の非球面凹面ミラー７２０、凸面ミラー７
３０、第２の非球面凹面ミラー７５０、およびメニスカスレンズ７５０を有して
いる。フィールド平坦化素子７１０は、ライン４０５上に像を形成するスキャン
レンズによる歪み誤差および像面湾曲を平衡させる。ライン７０５はフィールド
平坦化素子７１０のエッジ付近に位置しており、これによってフィールド平坦化
素子７１０、凸面ミラー７３０およびレンズ７５０が共通の光軸をもつことがで
きるようになる。
【００３４】 フィールド平坦化素子７１０からの光は非球面凹面ミラー７２０の表面７２２
に入射し、本発明の１つの実施形態によればこのミラーは放物面７２２を有して
いる。ミラー７２０は、リレー７００のためのスポットサイズを規定する直径を
もつミラー７３０へ光を配向する。表面７２２から反射した後は収束性である光
線は凸面ミラー７３０からの反射後、発散している。非球面凹面ミラー７４０と
レンズ７５０は、凸面ミラー７３０により反射した光をフォーカシングする。こ
の実施形態の場合、ミラー７４０は楕円形の表面７４２を有しており、レンズ７
５０は光リレー７００で生じる像の歪みや収差を補正する。像の誤差や歪みを補
正するために必要とされる固有の非球面は、リレーレンズの倍率に依存すること
になる。
【００３５】 図８には拡大を行う光リレー８００が示されており、これは高い透過効率のた
めに完全に反射性である。光リレー８００は、スキャンレンズの像８０５から光
を受け取る第１の凹面非球面ミラー８１０と、凸球面ミラー８２０と、最終像８
３５をフォーカシングする第２の凹面非球面ミラー８３０を有している。像面湾
曲に対して必要とされる補正を行うため、非球面ミラー８１０および８３０は高
次の非球面性とすることができ、１つの実施形態によればたとえば５次の非球面
性とすることができる。付録には、図８の１：２倍率の光リレーに関する "Code
V" レンズの表面パラメータ処方リストが挙げられている。
【００３６】 さらに付録には、図４Ａおよび図４Ｂの１：１リレーと２．５：１縮小光リレ
ーに関する "Code V" レンズの表面パラメータ処方リストも挙げられている。
【００３７】 これまで個々の実施形態に基づき本発明について説明してきたが、その説明は
本発明の用途の実例にすぎず、それらに限定されるものではない。開示された実
施形態の構成の様々な追加や組み合わせも、特許請求の範囲で規定された本発明
の枠内である。
【００３８】
【外１】
【００３９】
【外２】
【００４０】
【外３】
【００４１】
【外４】
【００４２】
【外５】
【００４３】
【外６】
【００４４】
【外７】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による１つの実施形態によるレーザスキャナのブロック図である。
【図２】 図２のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、図１のスキャナにおいて使用できる４つの別個のマ
ルチチャネルビームスプリッタを示す図である。
【図３Ａ】 図１のレーザスキャナのためのマルチチャネル変調器光学系を示す図である。
【図３Ｂ】 本発明の１つの実施形態におけるドーブプリズムの代わりに用いられるミラー
アセンブリを示す図である。
【図４Ａ】 本発明の実施形態による１：１光リレーの側面図である。
【図４Ｂ】 本発明の実施形態による１：１光リレーを斜視図として表したレイトレーシン
グダイアグラムである。
【図５】 スキャン光学系と最終像との間に付加的に作動距離を与えるため、完全なスキ
ャナシステム内に図４Ａのリレーを組み込んだ本発明の１つの実施形態を示す図
である。
【図６】 タイミンググレーティングをもち、変調されていないビームを同焦点の像平面
へ配向する光学系の詳細図である。
【図７】 図１によるスキャナで使用できるリレーの実施形態を示す図である。
【図８】 図１によるスキャナで使用できるリレーの実施形態を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＣＮ，Ｉ Ｌ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ，ＲＵ，ＳＧ (72)発明者 ジョーゼフ ピー． ドナヒュー アメリカ合衆国 アリゾナ オロ ヴァレ ー エヌ． ポムグラネート ドライヴ 10909

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザダイレクトイメージングシステムにおいて、 ビームを発生する多波長レーザと、 アクティブビーム安定化装置と、 ビームをサブビームへ分割する手段と、 サブビームの直径をテレセントリックに低減する反射器と、 マルチチャネルビーム変調装置と、 タイミング信号を発生するために用いられる種々のＵＶスペクトルラインの１
    つのサブビームを分割し再結合するビームスプリッタと、 前記サブビームを視準するカタディオプトリック光学系と、 前記サブビームを回転させる反射器と、 テレセントリックスキャンレンズと、 無限焦点リレーと、 変調されていない光タイミング信号を抽出する手段が設けられており、 リレーシステム内にシュブロン補正光学系が組み入れられていることを特徴と
    する、 レーザダイレクトイメージングシステム。
  2. 【請求項２】 前記ビームスプリッタは多重ビームスプリッタコンフィグレ
    ーションから成り、コンポーネントの同じサブセットを用いて２，４または８個
    のビームが発せられ、２ｘＮの９０゜の反射のまとまりから各サブビームを生じ
    させ、ここでＮは任意の数である、請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記タイミング信号は、第１に、変調装置のすぐ前でビーム
    スプリッタの前面から出射した３５０〜３６４ｎｍの反射光により発せられ、他
    方、３８０ｎｍおよびそれ以上は通過させ、第２に、透過ビームのうち１つのビ
    ームを除いてすべてのビームが阻止され、第３に、結果として生じたタイミング
    ビームを、同一の第２のビームスプリッタを用いて変調装置の直後の書き込みビ
    ームと共軸で結合される、請求項１記載のシステム。
  4. 【請求項４】 反射光学素子は補正素子として設けられている、請求項１記
    載のリレー。
  5. 【請求項５】 ホトリソグラフィスキャンレンズからストリップイメージフ
    ィールドをリフォームするために用いられる反射光リレーにおいて、 回折が制限され（シュトレール比＞７５％）、 テレセントリックでフラットなフィールド像平面が維持され、 多重ビームシステムのための所要許容範囲内で差分歪みを最小化する、 というパラメータの補正を維持することを特徴とする、 反射光リレー。
  6. 【請求項６】 光リレーにおいて対象物体から像の側へ向かう順序で、 フィールド平坦化素子と、 該フィールド平坦化素子からの光路中に配置された第１の凹面ミラーと、 該第１の凹面ミラーからの光路中に配置された凸面ミラーと、 該凸面ミラーからの光路中に第２の凹面ミラーが設けられていることを特徴と
    する、 光リレー。
  7. 【請求項７】 第１の凹面ミラーと第２の凹面ミラーの各々は凹球面をもち
    、 第１の凹球面ミラーの曲率半径は第２の凹球面ミラーの曲率半径と等しい、 請求項６記載の光リレー。
  8. 【請求項８】 凸面ミラーは、第１の凹面ミラーの曲率の約半分である曲率
    半径をもつ球面を有する、請求項７記載の光リレー。
  9. 【請求項９】 光リレーは約１の倍率をもつ、請求項８記載の光リレー。
  10. 【請求項１０】 第１および第２の凹面ミラーの各々は球面をもち、 第２の凹面ミラーからの光路中にレンズが設けられており、該レンズにより他
    の場所で発生した歪みまたは収差が補正される、請求項６記載の光リレー。
  11. 【請求項１１】 前記第１の凹面ミラーの非球面は放物線状の断面をもち、
    前記第２の凹面ミラーの非球面は楕円形の断面をもつ、請求項１０記載の光リレ
    ー。
  12. 【請求項１２】 １よりも小さい倍率をもつ、請求項１１記載の光リレー。
  13. 【請求項１３】 レーザスキャナにおいて、 空間的に変調されたレーザビームのビーム源と、 空間的に変調されたレーザビームの像を形成するスキャン光学素子が設けられ
    ており、前記像は第１のラインに沿って移動する位置をもち、 対象物体から像の側へ向かう順序で、前記第１のライン上に位置する像から光
    を受け取るように位置決めされたフィールド平坦化素子と、フィールド平坦化素
    子からの光路中に配置された第１の凹面ミラーと、該第１の凹面ミラーからの光
    路中に配置された凸面ミラーと、該凸面ミラーからの光路中に配置された第２の
    凹面ミラーが設けられており、該第２の凹面ミラーにより、第２のラインに沿っ
    て移動する位置をもつ像が形成されることを特徴とする、 レーザスキャナ。
  14. 【請求項１４】 第１および第２の凹面ミラーの各々は凹球面をもち、前記
    第１の凹球面ミラーの曲率半径は、前記第２の凹球面ミラーの曲率半径と同じで
    ある、請求項１３記載のレーザスキャナ。
  15. 【請求項１５】 前記凸面ミラーは、前記第１の凹面ミラーの曲率半径の約
    半分である曲率半径をもつ球面を有する、請求項１４記載のレーザスキャナ。
  16. 【請求項１６】 光リレーは約１の倍率をもつ、請求項１５記載のレーザス
    キャナ。
  17. 【請求項１７】 第１および第２の凹面ミラーの各々は非球面であり、第２
    の凹面ミラーから反射した光の光路にレンズが設けられており、該レンズにより
    光リレー内の他の場所で発生した歪みまたは収差が補正される、請求項１３記載
    のレーザスキャナ。
  18. 【請求項１８】 第１の凹面ミラーの非球面は放物線状の断面をもち、第２
    の凹面ミラーの非球面は楕円形の断面をもつ、請求項１７記載のレーザスキャナ
    。
  19. 【請求項１９】 前記光リレーは１よりも小さい倍率をもつ、請求項１８記
    載のレーザスキャナ。
  20. 【請求項２０】 レーザスキャナにおいて、 空間的に変調されたレーザビームのビーム源と、 空間的に変調されたレーザビームの第１の像を形成するスキャン光学系が設け
    られており、該第１の像は第１のラインに沿って移動する位置をもち、 ビームロケーション検出器と、 第２のラインに沿って移動する位置をもつ第２の像を前記第１の像から形成す
    る光リレーと、 該光リレーの光路中に配置されたビームスプリッタが設けられており、 該ビームスプリッタにより、ビームロケーション検出器のために光リレーから
    の光の一部分が分離されることを特徴とする、 レーザスキャナ。
  21. 【請求項２１】 前記光リレーの光路中に配置されたシュブロン補正光学系
    が設けられている、請求項２０記載のスキャナ。
  22. 【請求項２２】 前記光リレーは約１の倍率をもつ、請求項２０記載のスキ
    ャナ。
  23. 【請求項２３】 前記光リレーは１よりも小さい倍率をもつ、請求項２０記
    載のスキャナ。
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