JP2013504082A - パターン生成システム - Google Patents

Abstract

パターン生成システムは、光学系（１０６）および回転子（１００）を備えている。光学系（１０６）は、光学スキャナｃ（１０４）にレーザ像を投影するように構成されている。回転子（１００）は、互いに対して第１角度で配置された複数の光学アーム（１０２）を有し、光学スキャナ（１０４）をさらに備えている。レーザ像は、光学スキャナ（１０４）によって回転子（１００）の複数の光学アーム（１０２）の各々に順次反射され、ワーク上にパターンを生成する。

Description

実施形態の例は、パターン生成器、パターン生成システム、ツール、焦点制御システム、ワークおよび／または基板（例えば、パターンまたは像を読み書きする比較的大きくて平坦な基板）を走査する、方法、装置およびシステムに関する。

幾つかの関連技術のパターン生成システムでは、ステージがワークを一方向に進める一方で、ヘッドがワークを垂直方向に走査する。静止したワークおよびｘｙ移動可能な走査ヘッド、または、静止したヘッドおよびｘｙ移動可能なステージを有したパターン生成システムもさらに知られている。

移動可能な走査ヘッドを有したパターン生成システムに関する潜在的な問題は、走査ヘッドが冷却水、ガスおよび／または無線周波数（ＲＦ）ケーブルなどの提供を必要とする場合があるということである。ケーブルの曲がりが、システムの信頼性および／または性能に否定的に影響することもある。同様に、多くの関連技術のパターン生成システムは、比較的重く、嵩張り、および／または、比較的速い動作には適していない。

さらに、すべての動作がｘｙ軸ステージによって行なわれる関連技術パターン生成システムでは、サイズ、重量の問題があり、および／または、比較的速い動作に適していないことがある。

さらに、両方のタイプのパターン生成システムには、比較的大きい慣性および／または比較的高い機械的なオーバーヘッドに関する問題がある場合があり、走査の速度および／または機敏さを制限することがある。

本発明は、ワークを処理する方法およびシステムまたは装置について記述し、このシステムは、複数の回転光学アームと、光学スキャナとを備えている。
本発明の実施形態の例では、システムは、ワークのパターニング（または測定）中に書込み（または読取り）ビームの再合焦を行う焦点系を備えている。この焦点系には、焦点センサおよび／または焦点センサ系からの位置情報および／またはワーク表面構造情報が提供されることが可能である。

本発明の実施形態の例では、回転子系の並進および／または回転（例えば、ｚ軸方向およびｙ軸方向の並進、ならびにｘ軸回転）にそれほど高感度でなくてもよい（例えば、有意に高感度でない）焦点系を提供する。

実施形態の例による焦点モータは、共通の焦点を有した複数のレンズを備えたすべてのシステムまたは実質的にすべてのシステムに適用可能であり、比較的速い投影スワップが使用され、抑制した（例えば、最小の）振動生成が要求される。

幾つかの実施形態の例は、回転パターン生成システムを提供する。
少なくとも１つの実施形態の例は、光学系と回転子とを備えるパターン生成システムまたは他のツールを提供する。この光学系は、光学スキャナ上にレーザ像を投影するように構成されている。この回転子は、互いに対して第１角度で配置された複数の光学アームと、光学スキャナとを備えている。光学スキャナによってレーザ像が回転子の複数の光学アームの各々に順次反射され、ワーク上にパターンを生成する。

少なくとも１つの他の実施形態の例は、パターン生成器または他のツールでの実施のための回転子を提供する。少なくともこの実施形態の例によれば、回転子は、光学スキャナと、互いに対して第１角度で配置された複数の光学アームとを備えている。光学スキャナによってレーザ像が回転子の複数の光学アームの各々に順次反射され、ワーク上にパターンを生成する。

光学スキャナは、プリズムなどの形態をなした角錐形（pyramid）の光学スキャナであ
り得る。
少なくとも幾つかの実施形態の例によれば、複数の光学アームの各々は、ワーク上に或る弓状の長さを有する走査像をプリントすることが可能である。各光学アームは、対応する走査像をプリントすべく順次動作することが可能であり、対応する走査像を各光学アームがプリントする期間が重複しない。

レーザ像は、静止ビームの形態であることが可能であり、静止ビームが光学スキャナの縁部に達したときに、複数の光学アームの各々の間の投影スワップが生じることがある。
光学スキャナおよび複数の光学アームは、一定の速度または実質的に一定の速度で回転することが可能である。光学スキャナおよび複数の光学アームは、同一の速度または実質的に同一の速度で回転することが可能である。

少なくとも幾つかの実施形態の例によれば、パターン生成システムは、ワークの表面構造マップと、複数の光学アーム間の投影スワップ中、投影スワップ後、またはその両方における複数の光学アーム間の焦点長さの変動とのうちの一方または両方にしたがって公称焦点位置を変更するように構成された焦点系をさらに備えることが可能である。

少なくとも１つの実施形態の例によれば、この焦点系は、レーザ像を投影する書込みビームの再合焦を行うように構成された可変鏡をさらに備えることが可能である。ワーク上にパターンを生成すべく可変鏡から反射された光を平面に向けるように構成されたビーム分割器を具備することも可能である。

少なくとも１つの他の実施形態の例では、この焦点系は、ワークの表面構造マップと、複数の光学アーム間の投影スワップ中、投影スワップ後、またはその両方における複数の光学アーム間の焦点長さの変動とのうちの一方または両方にしたがって公称焦点位置を変更するように構成された焦点装置と、該焦点装置を駆動するように構成された焦点モータとを備えることが可能である。

パターン生成システムは、焦点モータに位置情報を提供するように構成された焦点センサまたは焦点センサ系をさらに備えることが可能である。
焦点センサは、ワークを処理する（例えば、撮像または測定する）光学アームの同時走査中に動的に再合焦を行う「リアルタイム」位置情報を提供することが可能である。これに代えて、焦点センサは、ワークの、以前の走査からの位置情報を提供することが可能である。

実施形態の例によるパターン生成システムまたは他のツールの一部を示す図。 実施形態の例による焦点モータの斜視図。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩ’に沿って得られた焦点モータ２００の断面。 実施形態の例による軸線上作用力／反作用力ユニットを示す図。 実施形態の例による軸線外作用力／反作用力ユニットを示す図。 別の実施形態の例による軸線外作用力／反作用力ユニットを示す図。 さらに別の実施形態の例による軸線外作用力／反作用力ユニットを示す図。 再合焦が可変鏡で行なわれる焦点系の実施形態の例を示す図。 再合焦（例えば、動的な再合焦）を行う焦点系に位置情報を提供するように構成された、および／または、ワーク上への書込み／読取りに先立ってワーク表面構造マップを提供するように構成された焦点センサまたはセンサ・アレイの異なる実施および位置を示している。 再合焦（例えば、動的な再合焦）を行う焦点系に位置情報を提供するように構成された、および／または、ワーク上への書込み／読取りに先立ってワーク表面構造マップを提供するように構成された焦点センサまたはセンサ・アレイの異なる実施および位置を示している。

実施形態の例は、以下の図面に関して、より詳細に議論される。
実施形態の例は、ここでは添付図面を参照して、より十分に記述され、幾つかの実施形態の例が示される。それらの図面では、層および領域の厚さは、明瞭さのために誇張されている。図面中の同様の参照符号は、同様の要素を示している。

詳細な実例となる実施形態がここでは示されている。しかし、ここで示される特定の構造的および機能的な詳細は、実施形態の例について記述する目的のための単なる代表例である。しかし、実施形態の例は、多くの代替の形態で具現化されることが可能であり、ここで述べられた実施形態の例だけに限定されるものとして解釈されるべきではない。

しかし、開示される特定の実施形態の例に本発明の範囲を限定する意図がないことは理解されるべきである。これに対して、実施形態の例は、本発明の範囲内にあるすべての改良物、等価物、および代替物を包含すべきである。同様の符号は、図の記述の全体に亘って同様の要素を参照している。

用語「第１」、「第２」などは、様々な要素について記述するためにここでは使用されることがあるが、これらの要素は、これらの用語に限定されるべきでない。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するためだけに使用されている。例えば、実施形態の例の範囲を逸脱することなしに、第１要素を第２要素と名付けることができ、同様に、第２要素を第１要素と名付けることができる。ここで使用される用語「および／または」は、関連する列挙した一または複数のアイテムのすべての組合せを含んでいる。

要素が別の要素に「接続される」または「結合される」ものとして引用される場合、その要素は、別の要素に直接的に接続または結合されることができ、あるいは、介在する要素が存在することがある。対照的に、要素が別の要素に「直接接続される」または「直接結合される」ものとして引用される場合、介在する要素は存在しない。要素間の関係を記述するために使用される他の言葉は、同様に解釈されるべきである（例えば、「の間に」に対して「直接…の間に」、「隣接して」に対して「直接隣接して」などである）。

ここで使用される用語は、特定の実施形態のみについて記述する目的のものであり、限定するようには意図していない。ここで使用される単数「ａ（１つの）」「ａｎ（１つの）」、および「ｔｈｅ（その）」は、文脈が明白的に示していなければ、同様に複数形を含むように意図している。さらに、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む／備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含んでいる／備えている）」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む／具備する」、および／または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含んでいる／具備している）」は、ここで使用される際に、記述した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、一または複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素
、および／またはそれらの群の存在または追加を妨げるものではないと理解される。

さらに、幾つかの代替の実施では、特記した機能／作用が、図に特記した順序以外の順序で生じることがある。例えば、連続して示される２つの図は、実際には、実質的に同時に実行されることがあるか、または、該当する機能／作用に依存して、場合によっては逆の順番で実行されることがある。

少なくとも幾つかの実施形態の例によれば、読取りおよび書込みは、広範な意味で理解されるべきである。例えば、読取りは、比較的大きい基板またはワークの、顕微鏡検査法、検査、計測学、分光学、干渉分光法、光波散乱計測法、および前述のものの一または複数の組合せなどを含むことが可能である。書込みは、フォトレジストを露出すること、光学的加熱、除去によってアニールすること、光学ビームによるその表面への任意の他の変更を生じさせることなど、を含むことが可能である。基板の例は、平面パネルディスプレイ、プリント基板（ＰＣＢ）、パッケージ化用途、光起電力パネルなどにおける基板またはワークを含んでいる。

実施形態の例は、基板上に像を書き込む／パターニングするパターン生成器またはパターン生成システムで実施されることが可能である（例えば、一または複数の像生成変調器を備えたパターン生成器である）。

さらに、実施形態の例は、一または複数の検知器、センサ（例えば、時間遅延積分（ＴＤＩ）センサ）、またはカメラ（例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ））を有した測定および／または検査ツールに関連して使用されることが可能である。

さらに、実施形態の例は、３次元（３Ｄ）基板などの比較的厚い基板上にパターンを書き込むパターン生成器またはパターン生成システムで実施されることも可能であるか、または、比較的厚いワークまたは基板を測定および／または検査するツールとして実施されることも可能である（例えば、約２μｍ〜約１００μｍのフォトレジスト（または、さらに厚いフォトレジストを含む）における３次元（３Ｄ）パターンを測定または検査するツールである）。

本発明は、ワークを処理する方法およびシステムまたは装置について記述し、このシステムは、複数の回転光学アームと、光学スキャナとを備えている。
本発明の実施形態の例では、システムまたは装置は、ワークのパターニング（または測定）中の書込み（または読取り）ビームの再合焦を行う焦点系を備えている。この焦点系には、焦点センサおよび／または焦点センサ系からの位置情報および／またはワーク表面構造情報が提供されることが可能である。

本発明の実施形態の例による焦点モータは、共通の焦点を持つ複数のレンズを備えたすべてのシステムまたは実質的にすべてのシステムに適用可能であり、比較的速い投影スワップが使用され、抑制された（例えば、最小の）振動生成が要求される。

幾つかの実施形態の例は、回転パターン生成システムを提供する。
少なくとも１つの実施形態の例は、光学系と回転子とを備えるパターン生成システムまたは他のツールを提供する。光学系は、光学スキャナ上にレーザ像を投影するように構成されている。この回転子は、互いに対して第１角度で配置された複数の光学アームと、光学スキャナとを備えている。光学スキャナによってレーザ像が回転子の複数の光学アームの各々に順次反射され、ワーク上にパターンを生成する。

少なくとも１つの他の実施形態の例は、パターン生成器または他のツールにおける実施
のための回転子を提供する。少なくともこの実施形態の例によれば、回転子は、光学スキャナと、互いに対して第１角度で配置された複数の光学アームとを備えている。光学スキャナによってレーザ像が回転子の複数の光学アームの各々に順次反射され、ワーク上にパターンを生成する。

光学スキャナは、プリズムなどの形態をなした角錐形の光学スキャナであり得る。
少なくとも幾つかの実施形態の例によれば、複数の光学アームの各々は、ワーク上に或る弓状の長さを有する走査像をプリントすることが可能である。各光学アームは、対応する走査像をプリントすべく順次動作することが可能であり、各光学アームが、対応する走査像をプリントする期間が重複しない。

レーザ像は、静止ビームの形態であることが可能であり、静止ビームが光学スキャナの縁部に達したときに、複数の光学アームの各々の間の投影スワップが生じることが可能である。

光学スキャナおよび複数の光学アームは、一定の速度または実質的に一定の速度で回転することが可能である。光学スキャナおよび複数の光学アームは、同一の速度または実質的に同一の速度で回転することが可能である。

少なくとも幾つかの実施形態の例によれば、パターン生成システムは、複数の光学アーム間の投影スワップ中におよび／またはその投影スワップ後に、ワークの表面構造マップおよび／または複数の光学アーム間の焦点長さの変動にしたがって公称焦点位置を変更するように構成された焦点系をさらに備えることが可能である。

少なくとも１つの実施形態の例によれば、焦点系は、レーザ像を投影する書込みビームの再合焦を行うように構成された可変鏡をさらに備えることが可能である。ワーク上にパターンを生成すべく可変鏡から反射された光を平面に向けるように構成されたビーム分割器を備えることも可能である。

少なくとも１つの他の実施形態の例では、焦点系は、複数の光学アーム間の投影スワップ中におよび／またはその投影スワップ後に、ワークの表面構造マップおよび／または複数の光学アーム間の焦点長さの変動にしたがって公称焦点位置を変更するように構成された焦点装置と、焦点装置を駆動するように構成された焦点モータとを備えることが可能である。

パターン生成システムは、焦点モータに位置情報を提供するように構成された焦点センサまたは焦点センサ系をさらに備えることが可能である。
焦点センサは、ワークを処理する（例えば、撮像または測定する）光学アームの同時走査中に動的に再合焦を行う「リアルタイム」位置情報を提供することが可能である。これに代えて、焦点センサは、ワークの以前の走査からの位置情報を提供することが可能である。

位置情報（例えば、高さ変動）を提供する焦点センサは、ワークの書き込み／測定をするための位置情報を使用して、前記光学アームと同一または異なる光学アームに位置することが可能である。

或る実施形態の例では、焦点センサ系は、ワークを処理する前に測定される、ワーク表面構造マップを提供するように構成されたセンサ・アレイを備えることが可能である。焦点センサ系は、ツールの一方の書込み／測定領域、および／またはローディング領域に位置することが可能である。

焦点モータは、線形光学符号化器を使用して、および／または、焦点センサによって提供される位置情報によって、および／または、ツールによって処理されるべきワークの予め測定された表面構造マップに基づいて、配置されることが可能である。焦点モータは、線形光学符号化器を使用して、および／または、焦点センサによって提供される位置情報によって、および／または、ツールによって処理されるべきワークの測定された表面構造の情報（例えば、表面構造マップ）に基づいて、配置されることが可能である。

焦点モータは、パターン生成システムの運動部分に作用する力を打ち消すように構成された釣り合い錘を備えることが可能である。モータ本体は、熱が釣り合い錘に伝達するように伝熱性接着剤によって釣り合い錘に接着されることが可能であり、その釣り合い錘は冷却フランジとして作用する。

焦点モータは、釣り合い錘に接続されたホースをさらに備えることが可能である。ホースは、吸引によって焦点モータを冷却するように構成されることが可能である。柔軟なホースは、釣り合い錘に接続され、該釣り合い錘に空気を供給するように構成されることが可能である。ダンパー・リングは、釣り合い錘に装着され、該釣り合い錘と焦点モータの作動アセンブリとの間の衝突によって生じる損傷を抑制するように構成されることが可能である。焦点モータのストロークは、様々なワーク厚さに適合することが可能である。焦点モータは、ワークの高さに応じて様々な公称位置において機能することが可能である。

焦点モータは、ストローク端に装着され、焦点モータへの衝突損傷を抑制するように構成された粘性ダンパをさらに備えることが可能である。
少なくとも幾つかの実施形態の例によれば、パターン生成システムは、焦点センサからの位置情報（例えば、ワークの表面構造マップ）に基づいてレーザ像を書き込む書込みビームの焦点位置を変更するように構成された焦点系をさらに備えることが可能である。一例では、焦点系は、書込みビームの再合焦を行うように構成された可変鏡を備えることが可能である。

少なくとも１つの他の実施形態の例は、ワーク上にパターンを生成する方法を提供する。少なくともこの実施形態の例によれば、本方法は、光学系によって、光学スキャナ上にレーザ像投影すること、および、光学スキャナによって、ワーク上にパターンを生成すべき回転子の複数の光学アームの各々にレーザ像を順次反射することを含んでいる。

少なくとも幾つかの実施形態の例によれば、複数の光学アームの各々は、ワーク上に或る弓状の長さを有する走査像をプリントすることが可能である。各光学アームは、対応する走査像をプリントすべく順次動作することが可能であり、複数の光学アームの各々が、対応する走査像をプリントする期間が重複しないことが可能である。レーザ像は、静止ビームの形態であることが可能であり、静止ビームが光学スキャナの対応する縁部に達したときに、複数の光学アームの各々の間の投影スワップが生じる。光学スキャナおよび複数の光学アームは、一定の速度または実質的に一定の速度で回転することが可能である。

少なくとも幾つかの実施形態の例によれば、公称焦点位置は、投影スワップ中におよび／またはその投影スワップ後に、ワークの表面構造マップと、複数の光学アーム間の焦点長さの変動とのうちの少なくとも一方によって変更されることが可能である。

少なくとも幾つかの実施形態の例によれば、焦点モータは、作用力／反作用力が焦点モータの作動部分の運動と平行に加えられるように構成された作用力／反作用力ユニットを備えることが可能である。

作用力／反作用力ユニットは、軸受に包囲された対象物を有する軸線上作用力／反作用力ユニットであり得る。軸受は、焦点モータの駆動力に位置決めされた重心位置を有することが可能である。

代替実施形態の例では、作用力／反作用力ユニットは、焦点モータの駆動力が重心位置にあり、且つ、重心位置が駆動力の方向にあるように構成された軸線外作用力／反作用力ユニットであり得る。

少なくとも１つの実施形態の例によれば、回転パターン生成システムは、共通の光学系を有する複数の光学アームを備えており、走査像は、一度に１つの光学アームを使用して、基板上に投影およびプリントされる（書き込まれる）。静止入射ビームが光学スキャナの縁部に達したときに、回転子の残りの部分と一緒に同一速度（例えば、一定の速度または実質的に一定の速度）で回転して、投影スワップが光学アーム間に生じる。一例では、光学スキャナは、角錐形の光学スキャナ（例えば、プリズムなど）であり得る。投影スワップは、基板上に像を投影およびプリントするために使用される光学アームの変化（つまり、１つの光学アームから別のアームに投影される光の変化）を指す。

一度に１つの光学アームが基板上に像を投影している複数の光学アームを使用する場合に、システムの残りの部分へのインパルス伝達は、投影スワップ中に低減させる必要がある。処理中の（例えば、書き込み中および／または測定中の）基板表面上の高さ変動が光学系の焦点深度よりも大きい可能性が高いので、ダイナミックフォーカスが必要な場合がある。ダイナミックフォーカスは、投影スワップ中の光学アーム間の焦点長さの変動のために、より速く公称焦点位置を変更するためにも必要な場合がある。

焦点センサは、ワークを処理する（例えば、撮像または測定する）光学アームの同時走査中に動的に再合焦を行うための「リアルタイム」位置情報を提供することが可能である。これに代えて、焦点センサは、ワークの以前の走査からの位置情報を提供することが可能である。

位置情報（例えば、高さ変動）を提供する焦点センサは、位置情報を使用してワークの書き込み／測定をするための光学アームと同じ光学アームに配置されてもよく、別の光学アームに配置されてもよい。

或る実施形態の例では、焦点センサ系は、ワークを処理する前に測定されるワーク表面構造マップを提供するように構成されたセンサ・アレイを備えることが可能である。焦点センサ系は、書込み／測定エリア、および／または、ツールのローディング領域のいずれか一方に配置されることが可能である。焦点モータは、線形光学符号化器を使用して、および／または、焦点センサによって提供される位置情報によって、および／または、ツールによって処理されるべきワークの予め測定された表面構造マップに基づいて、配置されることがある。

幾つかの実施形態の例は、回転子の並進および／または回転（例えば、ｚ軸方向およびｙ軸方向の並進、ならびにｘ軸回りの回転）にそれほど高感度でない（例えば、有意に高感度でない）ことがある焦点（または集束）システムを提供する。

焦点調整装置は、例えば、単一軸線方向に並進する９０°ミラーの使用によって操ることが可能である。パターン配置の精度に関する要求は比較的高いので、比較的低いノイズおよび比較的高い剛性が、共振周波数の振幅を低減する（例えば、最小化する）ために要求されることがある。ノイズを抑制すべく、焦点モータは、比較的良好な（例えば、優れた）減衰および剛性特性を有した焼結空気軸受ブッシング上で基本的に摩擦をなしで作動
することが可能である。

焦点（または集束）系は、焦点モータおよび焦点センサを備えることが可能であり、焦点モータに位置情報を提供する。焦点モータは、線形光学符号化器を使用して内部に配置されることが可能である。必要な帯域幅は、投影スワップを行なうのに必要な時間によって設定されることがある。投影スワップ角度は、プリント時間を改善すべく低減される（例えば、最小化される）ことがある。しかし、投影スワップ角度は、基板のサイズ、幾何学的な問題、および／または可能性のあるレーザ効果の変動に対する適応および最適化に依存することもある。

少なくとも１つの実施形態の例によれば、焦点モータは、釣り合い錘質量を有するように設計されることが可能であり、これによって、システムの残りの部分へのインパルス伝達を抑制する（例えば、最小化する）ために作動アセンブリに作用する力を適応させる。伝達される反力は、理論上、約１７００分の１に低減されることが可能である。釣り合い錘質量は、比較的低い剛性を持ったバネによって位置決めされることが可能であり、これによって、釣り合い錘質量を比較的低い共振周波数に到達させ、伝達を抑制および／または最小化する。一例では、釣り合い錘質量は、ステンレス鋼製であり得る。

システムの残りの部分へのインパルス伝達をさらに減少させるために、釣り合い錘質量は、作動アセンブリ（動作部）よりも約３〜約１０倍（例えば、約５倍）大きい質量を有していることがあり、釣り合い錘の動作／伝達力は、同一または実質的に同一倍に低減されることがある。

全体質量は、作動アセンブリの帯域幅を増加させるべく低減される（例えば、最小化される）ことがある。全体質量を低減するには、センサ・スケールが作動アセンブリに装着されることが可能であり、そのハウジング本体が比較的軽量の材料（例えば、アルミニウムなど）からなることが可能である。センサ・スケールは、ｘｙ平面における作動アセンブリの中心に配置されることが可能であり、これによって、望ましくない回転によって生じる位置誤差を最小化する。作用力／反作用力ユニットは、両アセンブリの重心位置に配置されることが可能であり、これによって、振動をもたらす望ましくないトルクを除去する。

図１は、実施形態の例によるパターン生成システムまたは他のツールの一部を示している。図１に示される装置は、上で議論したパターン生成器、パターン生成システム、または他のツールにより実施されることが可能である。しかし、明瞭さのために、図１は、パターン生成システムに関して議論される。

図１を参照して、パターン生成システムは、回転子１００と、焦点（または集束）系１１０と、光学系１０６とを備えている。回転子１００は、互いに対して第１角度で配置された複数の光学アーム１０２を有している。回転子１００は、光学スキャナ１０４をさらに備えている。光学スキャナ１０４は、プリズムなどの形態をなした角錐形の光学スキャナであり得る。図１に示される４つの光学アーム１０２は、約９０°のスワップ角度を持った回転子を構成している（光学アーム同士の間が約９０°離れている）。パターン生成器システムは、例えば、空間光変調器（ＳＬＭ）、グレーティング・ライトバルブ（ＧＬＶ）、または音響光学変調器（ＡＯＭ）などの少なくとも１つの変調器の形態で、光学系１０６の一部としてまたはこの光学系１０６に結合された像生成装置（図示せず）を備えることが可能である。

図１の光学系１０６の下端部で、光学系１０６が光学スキャナ１０４上にレーザ像を投影する。レーザ像が、光学スキャナ１０４によって回転子１００の複数の光学アームの各
々１０２に順次反射され、基板（図示せず）上にパターンを生成する。

図１に示される回転子は、互いに対して９０°で配置された４つの光学アーム１０２を備えているが、実施形態の例による回転子は、互いに対して様々な角度で配置された任意の数の光学アームを備えることが可能である。

少なくとも幾つかの実施形態の例によれば、像は、一度に１つの光学アームで、特定の位置での、或る弓状の長さを有する基板上にプリントされる。この場合、複数の光学アーム１０２の各々は、基板上の或る弓状の長さを有する走査像をプリントする。

レーザ像は、静止したビームの形態であることが可能であり、また、上述したように、この静止した入射ビームが光学スキャナ１０４（回転子１００の残りの部分と一緒に一定またはほぼ一定の速度で回転する）の縁部に達したときに、光学アーム１０２間の投影スワップが起きる。従って、各光学アーム１０２は、対応する走査像をプリントすべく順次動作し、各光学アーム１０２が、対応する走査像をプリントする期間が重複しない。

上述したように、実施形態の例は、様々な理由でダイナミックフォーカスを必要とすることがある。ダイナミックフォーカスは、図１に示される焦点系１１０によって提供されることが可能である。

焦点系１１０は、焦点装置および焦点モータを備えることが可能である。焦点系は、複数の光学アーム１０２間の投影スワップ中または投影スワップ後に、ワークの表面構造マップと、複数の光学アーム１０２間の焦点長さの変動とのうちの少なくとも一方にしたがって公称焦点位置を変更するように構成されることが可能である。焦点モータは、焦点装置を駆動するように構成されることが可能である。構成によっては、焦点系１１０は、図１における光学系１０６のいずれかの端部に配置されることが可能である。像生成装置（図示せず）が光学系１０６の一部でないパターン生成器システムの例では、焦点系１１０は、光学系１０６と像生成器装置との間に位置することが可能である（例えば、図１に示される光学系１０６の上端部である）。

別の実施形態の例では、焦点装置は、焦点センサからの位置情報に基づいてレーザ像を投影する書込みビームの焦点位置を変更するように構成されることが可能である。焦点モータは、焦点装置を駆動するように構成されることが可能である。この例では、焦点系１１０は、図１における光学系１０６のいずれかの端部に再び配置されることが可能である。

実施形態の例による焦点モータは、図２〜図７に関してより詳細に下に記述される。
さらに別の例では、焦点系１１０は、書込みビームの再合焦を行うように構成された可変鏡を備えることが可能である。一例では、可変鏡は、図１における光学系１０６の端部に配置されることが可能である。可変鏡の実施形態の例は、図８に関してより詳細に下に記述される。

図２は、実施形態の例による焦点モータの斜視図である。図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩ’に沿って得られた焦点モータ２００の断面である。
焦点モータ２００は、投影スワップ中および／またはその投影スワップ後に、ワークの表面構造マップと、複数の光学アーム間の焦点長さの変動とのうちの少なくとも一方にしたがって公称焦点位置を変更するように構成された焦点系の一部（またはそのように構成された焦点系それ自体）であり得る。

図２および図３を参照して、焦点モータ２００は、特に、作動アセンブリ３１６および
釣り合い錘質量アセンブリ３０２を備えており、それは比較的良好な（例えば、優れた）減衰および剛性特性を有した４つの焼結空気軸受ブッシング２０２上で基本的にまたは実質的に摩擦なく動作する。釣り合い錘質量アセンブリ３０２は、パターン生成システムの運動部分に作用する力を打ち消すように構成されている。

一例では、焦点センサは、書込みビームの外側の回転光学アーム１０２のまさに端部に配置されることが可能であり、および／または、センサ・アレイは、撮像の前にワークの表面構造マップを測定するためにツールのローディング領域に配置されることが可能である。焦点センサは、焦点モータ２００に位置情報を提供し、焦点モータ２００は、線形光学符号化器３１２を使用して、および／または、焦点センサからの位置情報によって、内部に配置されることが可能である。必要な帯域幅は、投影スワップを行なうのに必要な時間によって設定されることが可能である。上述したように、投影スワップは、１つの光学アームから別のアームへの投影される光の変化を指す。

図９および図１０は、再合焦（例えば、動的な再合焦）を行う焦点系に位置情報を提供するように構成された、および／または、ワーク上の書込み／読取りに先立ってワーク表面構造マップを提供するように構成された、焦点センサの様々な実施および位置を示している。

図９に示されるように、焦点センサ９０２は、複数（例えば、約１０個）の指向性反射センサ９０２２および複数（例えば、約２５個）の拡散反射センサ９０２４を備えることが可能である。焦点センサ９０２は、パターン生成システムにおける、位置決めブリッジ９０４の下に（例えば、ローディング領域内に）、および／または、回転子アームの位置の直前に（例えば、書込み／測定領域内に）、配置される。

図１０を参照して、焦点センサは、位置決めブリッジ１００４（例えば、ローディング領域内）に配置された表面構造センサ１００２であり得る。また、図１０は、焦点センサ１００６が、（例えば、書込み／測定領域内に配置された）一または複数の回転子アーム１００８に取り付けられた実施形態の例を示している。

図９および図１０の実施形態の例は、ローディング領域および書込み／測定領域の両方に配置された焦点センサを示しているが、実施形態の例によれば、焦点センサは、ローディング領域および測定／書込み領域のうちの１箇所にだけ配置されることが可能である。

図２および図３を参照して、少なくとも１つの実施形態の例によれば、システムの残りの部分へのインパルス伝達を低減する（例えば、最小化する）ために、焦点モータ２００は、釣り合い錘質量アセンブリ３０２を備えている。伝達される反力は、理論上、約１７００分の１に低減されることが可能である。

ステンレス鋼製などである釣り合い錘質量３０２は、比較的低い剛性を持ったバネ３１８にしたがって配置されることが可能であり、これによって、釣り合い錘質量アセンブリ３０２が比較的低い共振周波数内に達し、且つ、伝達を抑制する（例えば、最小化する）。

さらにシステムの残りの部分へのインパルス伝達を減少させるために、釣り合い錘質量アセンブリ３０２は、作動アセンブリ３１６の約３〜約１０倍（例えば、約５倍）大きい質量を有することが可能である。この場合、釣り合い錘の動作／伝達力は、同一倍数に低減されることが可能である。全体質量は、作動アセンブリ３１６の帯域幅を改善する（例えば、最大化する）ために低減される（例えば、最小化される）ことが可能である。

一例では、全体質量を低減するために、センサ・スケール３２２は、作動アセンブリ３１６に装着されることが可能であり、そのハウジング本体は、比較的軽量な材料（例えば、アルミニウムなど）からなり得る。センサ・スケール３２２は、作動アセンブリ３１６上のｘｙ平面を中心に配置されることが可能であり、これによって、望ましくない回転によって生じる位置誤差を最小化する。

作用力／反作用力は、釣り合い錘質量アセンブリ３０２および作動アセンブリ３１６の両方の重心位置（ＣＯＧ）に配置されることが可能であり、これによって、振動をもたらす望ましくないトルクを抑制する（例えば、除去する）。作用力／反作用力ユニットの例は、図４〜図７に関してより詳細に議論される。実施形態の例によれば、作用力／反作用力ユニットは、作用力／反作用力が図２に特記した方向に前後に作用するように配置されることが可能である。

依然として図２および図３を参照して、モータ本体３１０は、伝熱性接着剤（または同様の接着剤）を使用することによって、釣り合い錘質量アセンブリ３０２に固着または接着されることが可能であり、これによって、釣り合い錘質量アセンブリ３０２への熱伝達が提供される。釣り合い錘質量アセンブリ３０２は、冷却フランジとして作用することが可能である。作動アセンブリ３１６上に装着されたモータ・コイルは、熱的に分離されることが可能であり、これによって、図３に示されるｘ方向への熱膨張を抑制（例えば、最小化）して実焦点位置のオフセットをもたらし、且つ、図３におけるｙ方向のオフセット（例えば、空気軸受と地面との間）の可能性を低減する（例えば、防止する）。ホース３０８は、より高感度でない釣り合い錘質量アセンブリ３０２に接続されることがあり、これによって、吸引による焦点モータ２００の熱損失の除去をさらに増加させる。

焦点モータ２００は、焦点センサに対して較正されることが可能である。また、焦点モータ２００のストロークは、様々な基板厚さに適合することが可能である。その結果、焦点モータ２００は、基板高さに応じた様々な公称位置において動作することが可能である。ノイズの伝達を抑制する（例えば、最小化する）ために、作動アセンブリの空気供給は、柔軟なホースによって釣り合い錘質量アセンブリ３０２に接続されることが可能である。

位置決めは、比較的（例えば、非常に）重要であり、外部の位置決めツール（図示せず）を使用することによって、および、様々な位置３０４に接着剤を塗布してシステムを同時に固定することによって、達成されることが可能である。作動アセンブリ３１６および釣り合い錘質量アセンブリ３０２のための粘性ダンパ３０６および３１４は、衝突損傷を抑制すべく（例えば、防止すべく）ストローク端に装着されることが可能である。

ダンパー・リング３２０は、釣り合い錘質量アセンブリ３０２および作動アセンブリ３１６が互いに衝突またはぶつかる場合、損傷を抑制すべく（例えば、防止する）釣り合い錘質量アセンブリ３０２に装着されることが可能である。

図４は、実施形態の例による軸線上作用力／反作用力ユニット４００を示している。
図４を参照して、対象物４０２は、空気または他の軸受４０４で包囲されている。軸受４０４は、駆動力に対して位置決めされた重心位置（ＣＯＧ）を有している。軸線上作用力／反作用力ユニット４００は、比較的大きい開口のモータ（例えば、音声コイル）または任意の他の軸線外モータの解決策（例えば、並列モータ）を備え、且つ、ＣＯＧに中心を配置された軸線上釣り合い錘質量４０６を備えてまたはこの質量なしに、利用されることが可能である。対象物４０２の回転は、平面上で動作するアームおよび平坦な旋回空気軸受などの磁石または他の種類の外部の「回転ロック」によって禁じられる。

図５は、実施形態の例による軸線外作用力／反作用力ユニット５００を示している。
図５を参照して、２つ以上の平行軸５０４が、空気軸受または他の軸受５０２を使用する。図５に示される実施形態の例は、釣り合い錘質量を備えたまたはこの質量なしの、且つ、駆動力方向にＣＯＧを備えた、駆動力がＣＯＧにある設計を提供する。対象物５０６は、２つの平行軸５０４の間に配置されるが、軸受５０２の上に位置している。追加の質量５０８が、平行軸５０４の間の中間位置にＣＯＧを得るべく、追加または除去されることが可能である。

図６は、別の実施形態の例による軸線外作用力／反作用力ユニット６００を示している。
図６を参照して、駆動力は、釣り合い錘質量を備えてまたはこの質量なしに、且つ、駆動力方向にＣＯＧを備えて、ＣＯＧに加えられる。軸受（例えば、空気軸受）６０４の異なる構成が、運動学的に決定されたアセンブリを設計すべく使用されることが可能である。軸線外作用力／反作用力ユニットは、追加の質量（図示せず）および対象物６０２を備えることも可能である。

図７は、さらに別の実施形態の例による軸線外作用力／反作用力ユニット７００を示している。
図７を参照して、駆動力は、釣り合い錘質量を備えてまたはこの質量なしに、且つ、駆動力方向にＣＯＧを備えて、ＣＯＧに加えられる。軸受（例えば、空気軸受）７０４，７０６，７０８の異なる構成を使用することによって、運動学的に決定されたアセンブリを設計することが可能である。軸線外作用力／反作用力ユニット７００は、追加の質量（図示せず）および対象物７０２を備えることも可能である。

実施形態の例は、焦点モータではなく可変鏡で再合焦（例えば、動的合焦）が行なわれる方法および装置をさらに提供する。
図８は、再合焦が可変鏡で行なわれる焦点系の実施形態の例を示している。

図８を参照して、再合焦を行う可変鏡８１５は、光ビームを正常な角度で反射させ、入射および出射ビームを分離するビーム分割器（例えば、偏光ビーム分割器）８１６（および恐らく波長板）を備えた構成である。ビーム分割器８１６、可変鏡８１５から反射された光を平面８０２Ｂに向け、像を生成する。

図８では、８０２Ａは、像を生成すべく平面８０２Ｂにその像が投影される対象平面を指す。生成されたビームは、それらビームの経路に応じてレンズ素子８０４Ａ／８０４Ｂを通過する。レンズ素子８０４Ａ／８０４Ｂは、レンズの機能説明を参照し（例えば、近軸または理想的なレンズ）、それは一または複数の物理的なレンズ素子、あるいは、レンズ・アセンブリを備えることが可能である。

ビーム分割器８１６は、例えば、可変鏡８１５を傾け、それによって入射および出射ビームを分離することによって、省略されることが可能である。しかし、これは使用可能な再合焦の範囲を限定することがある。なぜならば、矢状方向および接線方向の光線が、球状鏡面から反射された傾斜光線に対して様々な焦点位置を有するからである。

図８に示される構成では、（非明示の）非点収差が、軸線上にでさえ現れ、傾斜角の二乗に焦点ずれ(defocus)を乗じたものに比例する。
斜めになった（傾斜した）光線は、偏光ビーム分割器８１６および波長板を備えた構成でさえ存在し、それは利用可能な再合焦の範囲を限定する。しかし、この限定は厳格ではない。なぜならば、それが再合焦の量を決定するミラー凹形曲線であり、その領域箇所の角度は、適切な焦点距離および対応する鏡サイズを選択することによって低減されること
が可能である。

幾つかの実施形態の例についての先の記述は、実例および記述を目的として提供されている。それは、本開示を包括または限定するようには意図しない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般に、特定の実施形態に限定されないが、適用可能である場合には、それらは、特に示されるかまたは記述されなくても、置換可能であり、選択された実施形態で使用されることができる。同じことが、多くの方法で変更されることがある。そのような変更は、本開示からの逸脱とは見なすべきでなく、また、そのような修正はすべて、本開示の範囲内に包含されるように意図されている。

Claims (39)

1. 光学スキャナにレーザ像を投影するように構成された光学系と、
   複数の光学アームを有した回転子であって、該光学アームは互いに対して第１角度で配置されており、該回転子は、前記光学スキャナをさらに具備する、前記回転子と、
   を備え、
   前記光学スキャナによって前記レーザ像が前記回転子の前記複数の光学アームの各々の中へ順次反射され、ワーク上にパターンを生成するパターン生成システム。
2. 前記複数の光学アームの各々は、前記ワーク上に或る弓状の長さを有する走査像をプリントする、請求項１記載のパターン生成システム。
3. 各光学アームは、対応する走査像をプリントするように順次動作し、各光学アームが前記対応する走査像をプリントする期間が重複しない、請求項２記載のパターン生成システム。
4. 前記レーザ像は、静止ビームの形態をなし、該静止ビームが前記光学スキャナの縁部に達したときに、前記複数の光学アームの各々の間の投影スワップが生じる、請求項３記載のパターン生成システム。
5. 前記光学スキャナおよび前記複数の光学アームは、一定の速度で回転する、請求項１記載のパターン生成システム。
6. 前記光学スキャナは、回転可能なプリズムの形態をなした角錐形の光学スキャナである、請求項１記載のパターン生成システム。
7. 前記複数の光学アーム間の投影スワップ中および投影スワップ後のいずれか一方において、前記ワークの表面構造マップおよび前記複数の光学アーム間の焦点長さの変動の少なくとも一方にしたがって公称焦点位置を変更するように構成された焦点系をさらに備える、請求項１記載のパターン生成システム。
8. 前記焦点系は、
   前記複数の光学アーム間の投影スワップ中および投影スワップ後のいずれか一方において、前記ワークの表面構造マップおよび前記複数の光学アーム間の焦点長さの変動の少なくとも一方にしたがって公称焦点位置を変更するように構成された焦点装置と、
   該焦点装置を駆動するように構成された焦点モータと、
   を具備する、請求項７記載のパターン生成システム。
9. 前記焦点モータに位置情報を提供するように構成された焦点センサをさらに具備し、
   前記焦点モータは、線形光学符号化器を使用し、且つ、前記焦点センサによって提供された前記位置情報および前記ワークの表面構造の少なくとも一方にしたがって配置される、請求項８記載のパターン生成システム。
10. 前記焦点センサは、前記ワークを処理する光学アームの同時走査中に、ダイナミックフォーカスによる再合焦を行うためのリアルタイム位置情報を提供する、請求項９記載のパターン生成システム。
11. 前記焦点センサは、前記ワークの以前の走査からの位置情報を提供する、請求項９記載のパターン生成システム。
12. 前記焦点センサは、前記位置情報を使用して前記ワークを処理するための光学アームと同じ光学アームまたは別の光学アームに位置する、請求項９記載のパターン生成システム。
13. 前記焦点センサは、ワークの表面構造マップを提供するように構成されたセンサ・アレイを具備する、請求項９記載のパターン生成システム。
14. 前記焦点モータは、前記パターン生成システムの運動部分に作用する力を打ち消すように構成された釣り合い錘を具備する、請求項８記載のパターン生成システム。
15. 前記焦点モータは、熱が釣り合い錘に伝達するように伝熱性接着剤によって前記釣り合い錘に接着されるモータ本体をさらに具備し、前記釣り合い錘が冷却フランジとして作用する、請求項１４記載のパターン生成システム。
16. 前記焦点モータは、前記釣り合い錘に接続されたホースをさらに具備し、該ホースが吸引によって前記焦点モータを冷却するように構成される、請求項１４記載のパターン生成システム。
17. 前記釣り合い錘に接続されるとともに、前記釣り合い錘に空気を供給するように構成された柔軟なホースをさらに備える、請求項１４記載のパターン生成システム。
18. 前記焦点モータは、前記釣り合い錘上に装着され、釣り合い錘と前記焦点モータの作動アセンブリとの間の衝突によって生じる損傷を抑制するように構成されたダンパー・リングをさらに具備する、請求項１４記載のパターン生成システム。
19. 前記焦点モータのストロークは、前記ワークの様々な厚さに適合する、請求項８記載のパターン生成システム。
20. 前記焦点モータは、前記ワークの高さに応じた様々な公称位置において機能する、請求項８記載のパターン生成システム。
21. 前記焦点モータは、ストローク端に装着され、前記焦点モータへの衝突損傷を抑制するように構成された粘性ダンパをさらに具備する、請求項８記載のパターン生成システム。
22. 焦点センサからの位置情報に基づいて前記レーザ像を投影する書込みビームの焦点位置を変更するように構成された焦点系をさらに備える、請求項１記載のパターン生成システム。
23. 前記焦点系は、前記書込みビームの再合焦を行うように構成された可変鏡を具備する、請求項２２記載のパターン生成システム。
24. 前記焦点系は、前記ワーク上にパターンを生成すべく、可変鏡から反射した光を平面に向けるように構成されたビーム分割器をさらに備える、請求項２３記載のパターン生成システム。
25. 前記焦点系は、
    前記焦点センサからの位置情報に基づいて前記レーザ像を投影する前記書込みビームの前記焦点位置を変更するように構成された焦点装置と、
    該焦点装置を駆動するように構成された焦点モータと、
    を具備する、請求項２２記載のパターン生成システム。
26. 前記焦点モータは、作用力／反作用力が前記焦点モータの作動部分の運動と平行に加えられるように構成された作用力／反作用力ユニットを具備する、請求項８記載のパターン生成システム。
27. 前記作用力／反作用力ユニットは、軸線上作用力／反作用力ユニットであり、軸受に包囲された対象物を具備し、前記軸受は、前記焦点モータの駆動力に整合した重心位置を有している、請求項２６記載のパターン生成システム。
28. 前記作用力／反作用力ユニットは、前記焦点モータの駆動力が重心位置にあり、前記軸受けの重心位置が前記駆動力の方向にあるように構成される、請求項２６記載のパターン生成システム。
29. ワーク上にパターンを生成する方法であって、
    光学系によって、光学スキャナ上にレーザ像を投影するステップと、
    前記光学スキャナによって、回転子の複数の光学アームの各々に前記レーザ像を順次反射し、ワーク上にパターンを生成するステップとを含む方法。
30. 前記複数の光学アームの各々は、前記ワーク上に或る弓状の長さを有する走査像をプリントする、請求項２９記載の方法。
31. 各光学アームは、対応する走査像をプリントすべく順次動作し、前記複数の光学アームの各々が前記対応する走査像をプリントする期間が重複しない、請求項３０記載の方法。
32. 前記レーザ像は、静止ビームの形態をなし、該静止ビームが前記光学スキャナの対応する縁部に達したときに、前記複数の光学アームの各々の間の投影スワップが生じる、請求項３１記載の方法。
33. 前記光学スキャナおよび前記複数の光学アームは、一定の速度で回転する、請求項２９記載の方法。
34. 焦点系によって、投影スワップ中および投影スワップ後の少なくとも一方において、前記ワークの表面構造および前記複数の光学アーム間の焦点長さの変動の少なくとも一方にしたがって公称焦点位置を変化させるステップをさらに含む、請求項２９記載の方法。
35. パターン生成器または他のツールの実施のための回転子であって、該回転子が、
    光学スキャナと、
    互いに対して第１角度で配置された複数の光学アームと、を備え、
    前記光学スキャナによってレーザ像が前記回転子の前記複数の光学アームの各々に順次反射され、ワーク上にパターンを生成する、回転子。
36. 前記複数の光学アームの各々は、前記ワーク上に或る弓状の長さを有する走査像をプリントする、請求項３５記載の回転子。
37. 各光学アームは、対応する走査像をプリントすべく順次動作し、前記複数の光学アームの各々が前記対応する走査像をプリントする期間が重複しない、請求項３６記載の回転子。
38. 前記レーザ像は、静止ビームの形態をなし、該静止ビームが前記光学スキャナの対応する縁部に達したときに、前記複数の光学アームの各々の間の投影スワップが生じる、請求
    項３７記載の回転子。
39. 前記光学スキャナおよび前記複数の光学アームは、一定の速度で回転する、請求項３５記載の回転子。

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