JP6702487B2 - パターン形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、可撓性のシート基板に対して電子デバイスを形成するための所定の処理を施すパターン形成装置に関する。
下記の特許文献1に開示されているように、回転するドラムの表面にシート状の感光材料(ペーパー)を固定し、ドラムを回転させながらレーザビームで感光材料に画像を書き込む露光装置が知られている。特許文献1の露光装置には、ドラムの回転位置を検出するためのエンコーダがドラムの軸部と同軸に取り付けられ、このエンコーダから出力される基準相、A相、B相の各パルス信号に基づいて、光学ユニットからのレーザビームによる画像の書込みを制御する際、ドラムの表面に巻き付けられる感光材料(ペーパー)の先端位置を検出するセンサからの検出信号を基準にして、A相またはB相のパルス信号をカウントし、感光材料の先端位置にエンコーダからの基準相を設定することが開示されている。このような構成によって、特許文献1の露光装置では、エンコーダの基準相から画像書き込み位置までの送り量の誤差を少なめに抑えて、画像書き込み位置のズレを抑えることで、画質向上を図っている。
エンコーダからの基準相はエンコーダの1回転の原点を表すものであり、特許文献1のように、ドラムに巻き付けられる感光材料(ペーパー)が枚葉である場合は、感光材料(ペーパー)をドラムに固定する度に、感光材料の先端位置とエンコーダからの基準相とを近づいた状態に設定することができる。しかしながら、感光材料がドラムの外周面の全周長よりも長い長尺のシート基板であって、ドラムの回転によってシート基板を長尺方向に連続搬送しながら、指定されたサイズの画像(パターン)をシート基板の長尺方向に沿って次々に露光する場合、エンコーダからの基準相と画像の書き込み(描画)開始位置とを近くに設定すると、シート基板上に露光される画像の各先端部の長尺方向における位置は、ほぼ一定の間隔に制限されてしまう。そのため、指定されたサイズの長尺方向が小さいときは長尺方向に並ぶ画像の間の余白が長すぎてしまう。逆に、指定されたサイズの長尺方向が大きいときは長尺方向に並ぶ画像の間に余白ができなくなる状況が生じ、シート基板上に良好な配列状態で画像(パターン)を露光すること自体が不可能となる。したがって、エンコーダの基準相を基準とした描画制御によって、長尺のシート基板を連続搬送させて次々に画像を露光する場合は、画像の長尺方向のサイズに制限が生じる。
特開平11−202716号公報
本発明の一態様は、可撓性を有する長尺のシート基板上に長尺方向に沿って複数の電子デバイス用パターンを形成するパターン形成装置であって、所定半径の円筒状の外周面を備え、前記シート基板の一部を前記外周面で支持して回転することで前記シート基板を前記長尺方向に移動させる回転ドラムと、前記回転ドラムの外周面で支持された前記シート基板の部分領域に、前記電子デバイス用パターンを形成するために、前記電子デバイス用のパターンを形成するための設計情報に基づいてエネルギービームを投射する処理ユニットと、前記部分領域に形成すべき前記電子デバイス用のパターンを前記長尺方向に複数のブロックに分割したとき、予め想定される前記部分領域の複数の変形形態に応じて、前記ブロック内に露光されるパターンを変形させるための複数の補正データを記憶する補正データ記憶部と、前記シート基板上に形成された複数のマークの配置状態に関する情報を検出するためのマーク検出部と、前記エネルギービームを前記シート基板に投射する際、前記ブロック毎に、前記補正データ記憶部に記憶された前記複数の補正データの中から前記配置状態に関する情報に応じた前記補正データを選択し、選択した前記補正データを用いて前記ブロック内に形成すべき前記パターンが前記設計情報に対応した形状から変形されるように前記処理ユニットを制御する制御ユニットと、を備える。
第1の実施の形態の基板に露光処理を施す露光装置を含むデバイス製造システムの概略構成図である。 基板が巻き付けられた状態の図1に示す回転ドラムを示す斜視図である。 スポット光の描画ラインおよび基板上に形成されたアライメント用のマークを示す図である。 図1に示す露光装置の一部拡大図である。 基板FS上の露光領域に露光されるパターンと設計情報との関係を示す図である。 図4に示す走査ユニットの構成を説明するための図である。 エンコーダカウンタおよび描画用カウンタの構成を示す構成図である。 図1に示す露光装置の電気的な概略構成を示す機能ブロック図である。 回転している回転ドラムによって支持されて搬送される基板と、エンコーダカウンタのカウント値、描画用カウンタのカウント値、および、プリセット信号との関係を示すタイムチャートである。 図10Aは、変形した最初に用いられるブロックの形状の種類の一例を示す図であり、図10Bは、変形した繰り返し用いられるブロックの形状の種類の一例を示す図であり、図10Cは、変形した最後に用いられるブロックの形状の種類の一例を示す図である。 露光領域の長尺方向の長さが回転ドラムの外周より短い場合における、基板と、エンコーダカウンタのカウント値、描画用カウンタのカウント値、および、プリセット信号との関係を示すタイムチャートである。 図7に示したエンコーダ用の各カウンタの構成に補正マップによる補正機能を組み込んだ構成を示す回路ブロック図である。
本発明の態様に係るデバイス形成方法、パターン形成方法、およびこれらの方法を実施するデバイス形成装置、パターン形成装置について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。なお、本発明の態様は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、多様な変更または改良を加えたものも含まれる。つまり、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれ、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
[第1の実施の形態]
図1は、基板(被照射体である対象物)FSに露光処理を施す露光装置EXを含むデバイス製造システム10の第1の実施の形態による概略構成図である。なお、以下の説明においては、特に断わりのない限り、重力方向をZ方向とするXYZ直交座標系を設定し、図に示す矢印にしたがって、X方向、Y方向、およびZ方向を説明する。−Z方向が、重力が働く方向とする。
デバイス製造システム10は、基板FSに所定の処理(露光処理等)を施して、電子デバイスを製造するシステム(基板処理装置)である。デバイス製造システム10は、電子デバイスを製造する製造ラインが構築された製造システムである。電子デバイスとしては、例えば、フレキシブル・ディスプレイ、フィルム状のタッチパネル、液晶表示パネル用のフィルム状のカラーフィルター、フレキシブル配線、フレキシブル・センサー等が挙げられる。本実施の形態では、電子デバイスとしてフレキシブル・ディスプレイを前提として説明する。フレキシブル・ディスプレイとしては、例えば、有機ELディスプレイ、液晶ディスプレイ等がある。デバイス製造システム10は、可撓性のシート状の基板(シート基板)FSをロール状に巻いた図示しない供給ロールから基板FSが送出され、送出された基板FSに対して各種処理を連続的に施した後、各種処理後の基板FSを図示しない回収ロールで巻き取る、いわゆる、ロール・ツー・ロール(Roll To Roll)方式の構造を有する。基板FSは、基板FSの移動方向が長手方向(長尺)となり、幅方向が短手方向(短尺)となる帯状の形状を有する。前記供給ロールから送られた基板FSは、順次、プロセス装置PR1、露光装置EX、および、プロセス装置PR2等で各種処理が施され、前記回収ロールで巻き取られる。
なお、X方向は、水平面内において、プロセス装置PR1から露光装置EXを経てプロセス装置PR2に向かう方向(搬送方向)である。Y方向は、水平面内においてX方向に直交する方向であり、基板FSの幅方向(短尺方向)である。Z方向は、X方向とY方向とに直交する方向(上方向)であり、重力が働く方向と平行である。
基板FSは、例えば、樹脂フィルム、若しくは、ステンレス鋼等の金属または合金からなる箔(フォイル)等が用いられる。樹脂フィルムの材質としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、エチレンビニル共重合体樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、セルロース樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、および、酢酸ビニル樹脂のうち、少なくとも1つ以上を含んだものを用いてもよい。また、基板FSの厚みや剛性(ヤング率)は、デバイス製造システム10内の搬送路を通る際に、基板FSに座屈による折れ目や非可逆的なシワが生じないような範囲であればよい。基板FSの母材として、厚みが25μm〜200μm程度のPET(ポリエチレンテレフタレート)やPEN(ポリエチレンナフタレート)等のフィルムは、好適なシート基板の典型である。
基板FSは、プロセス装置PR1、露光装置EX、および、プロセス装置PR2等で施される各処理において熱を受ける場合があるため、熱膨張係数が顕著に大きくない材質の基板FSを選定することが好ましい。例えば、無機フィラーを樹脂フィルムに混合することによって熱膨張係数を抑えることができる。無機フィラーは、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ、または、酸化ケイ素等でもよい。また、基板FSは、フロート法等で製造された厚さ100μm程度の極薄ガラスの単層体であってもよいし、この極薄ガラスに上記の樹脂フィルム、箔等を貼り合わせた積層体であってもよい。
ところで、基板FSの可撓性(flexibility)とは、基板FSに自重程度の力を加えてもせん断したり破断したりすることはなく、その基板FSを撓めることが可能な性質をいう。また、自重程度の力によって屈曲する性質も可撓性に含まれる。また、基板FSの材質、大きさ、厚さ、基板FS上に成膜される層構造、温度、湿度等の環境等に応じて、可撓性の程度は変わる。いずれにしろ、本実施の形態によるデバイス製造システム10内の搬送路に設けられる各種の搬送用ローラ、回転ドラム等の搬送方向転換用の部材に基板FSを正しく巻き付けた場合に、座屈して折り目がついたり、破損(破れや割れが発生)したりせずに、基板FSを滑らかに搬送できれば、可撓性の範囲といえる。
プロセス装置PR1は、露光装置EXで露光処理される基板FSに対して前工程の処理を行う。プロセス装置PR1は、前記供給ロールから送られてきた基板FSを露光装置EXに向けて所定の速度で搬送しつつ、基板FSに対して前工程の処理を行う。この前工程の処理により、露光装置EXへ送られる基板FSは、その表面に感光性機能層(感光層)が一様または選択的に形成された基板(感光基板)となる。
この感光性機能層は、溶液として基板FS上に塗布され、乾燥することによって層(膜)となる。感光性機能層の典型的なものはフォトレジスト(液状またはドライフィルム状)であるが、現像処理が不要な材料として、紫外線の照射を受けた部分の親撥液性が改質される感光性シランカップリング剤(SAM)、或いは紫外線の照射を受けた部分にメッキ還元基が露呈する感光性還元剤等がある。感光性機能層として感光性シランカップリング剤を用いる場合は、基板FS上の紫外線で露光されたパターン部分が撥液性から親液性に改質される。そのため、親液性となった部分の上に導電性インク(銀や銅等の導電性ナノ粒子を含有するインク)や半導体材料を含有した液体等を選択塗布することで、ディスプレイ用の電子デバイスを構成する回路または配線(例えば、薄膜トランジスタ等を構成するソース電極、ドレイン電極、およびゲート電極や、半導体、絶縁、或いは接続用の配線等)となるパターン層(パターンが形成された層)を形成することができる。感光性機能層として、感光性還元剤を用いる場合は、基板FS上の紫外線で露光されたパターン部分にメッキ還元基が露呈する。そのため、露光後、基板FSを直ちにパラジウムイオン等を含むメッキ液中に一定時間浸漬することで、パラジウムによるパターン層が形成(析出)される。このようなメッキ処理はアディティブ(additive)なプロセスであるが、その他、サブトラクティブ(subtractive)なプロセスとしてのエッチング処理を前提にする場合、露光装置EXへ送られる基板FSは、母材をPETやPENとし、その表面にアルミニウム(Al)や銅(Cu)等の金属性薄膜を全面または選択的に蒸着し、さらにその上にフォトレジスト層を積層したものであってもよい。
露光装置(デバイス形成装置、パターン形成装置)EXは、マスクを用いない直描方式の露光装置、いわゆるラスタースキャン方式の露光装置(ビーム走査装置、パターン描画装置)である。プロセス装置PR1から供給された基板FSの被照射面(感光性機能層の表面、以下、感光面と呼ぶ場合がある)に対して、ディスプレイ用の電子デバイスを構成する回路または配線等を表す所定のパターンに応じた光パターンを照射する。後で詳細に説明するが、露光装置EXは、基板FSを+X方向(副走査の方向)に搬送しながら、露光用のビームLBのスポット光SPを、基板FSの被照射面上で所定の走査方向(主走査方向、Y方向)に1次元に走査(主走査)しつつ、スポット光SPの強度を設計情報(パターンデータ、描画データ、パターン情報)PDnに応じて高速に変調(オン/オフ)する。これにより、基板FSの被照射面に電子デバイスを構成する回路または配線等の所定のパターンに応じた光パターンが描画露光される。つまり、基板FSの副走査と、スポット光SPの主走査とで、スポット光SPが基板FSの被照射面上で相対的に2次元走査されて、基板FSに所定のパターンが描画露光される。本実施の形態において、描画とは、スポット光SPを走査しながら、その強度を変調することを意味するものとする。基板FSは、搬送方向(+X方向)に沿って搬送されているので、露光装置EXによってパターンが露光される露光領域(被処理領域)Wは、基板FSの長尺方向(搬送方向)に沿って所定の隙間(間隔)CLEをあけて複数設けられることになる(図3参照)。この露光領域Wに電子デバイスが形成されるので、露光領域Wは、デバイス形成領域でもある。
プロセス装置PR2は、露光装置EXで露光処理された基板FSに対しての後工程の処理(例えば、導電性インクの塗布、メッキ処理、または、現像・エッチング処理等)を行う。プロセス装置PR2は、露光装置EXから送られてきた基板FSを前記回収ロールに向けて所定の速度で搬送しつつ、基板FSに対して後工程の処理を行う。この後工程の処理により、基板FS上に電子デバイスのパターン層が形成される。
上述したように、デバイス製造システム10の各処理を経て、1つのパターン層が生成される。そのため、複数のパターン層で構成される電子デバイスを生成するために、図1に示すようなデバイス製造システム10の各処理を少なくとも2回は経なければならない。したがって、基板FSが巻き取られた回収ロールを供給ロールとして別のデバイス製造システム10に装着することで、パターン層を積層することができる。処理後の基板FSは、複数の電子デバイスが所定の隙間CLEをあけて基板FSの長尺方向に沿って連なった状態となる。つまり、基板FSは、多面取り用の基板となっている。
基板FSの長尺方向に沿って電子デバイスが連なった状態で形成された基板FSを回収した前記回収ロールは、図示しないダイシング装置に装着されてもよい。前記回収ロールが装着されたダイシング装置は、処理後の基板FSを電子デバイス(デバイス形成領域である露光領域W)毎に分割(ダイシング)する。これにより、複数の枚葉になった電子デバイスが形成される。なお、基板FSの寸法は、例えば、幅方向(短尺となる方向)の寸法が10cm〜2m程度であり、長さ方向(長尺方向)の寸法が10m以上である。なお、基板FSの寸法は、上記した寸法に限定されない。
次に、露光装置EXについて詳しく説明する。露光装置EXは、温調チャンバーECVを有している。この温調チャンバーECVは、内部を所定の温度に保つことで、内部において搬送される基板FSの温度による形状変化を抑制する。温調チャンバーECVは、パッシブまたはアクティブな防振ユニットSU1、SU2を介して製造工場の設置面Eに配置される。防振ユニットSU1、SU2は、設置面Eからの振動を低減する。この設置面Eは、工場の床面自体であってもよいし、水平面を出すために床面上に設置される設置土台(ペデスタル)上の面であってもよい。露光装置EXは、温調チャンバーECV内に、基板搬送機構12と、光源装置(パルス光源装置)14と、露光ヘッド16と、制御装置18と、複数のアライメント顕微鏡ALGm(m=1、2、3、4)と、エンコーダシステムを構成する複数のエンコーダヘッドENja、ENjb(j=1、2、3)とを少なくとも備えている。制御装置18は、露光装置EXの各部を制御するものである。この制御装置18は、コンピュータとプログラムが記録された記録媒体等とを含み、該コンピュータがプログラムを実行することで、本実施の形態の制御装置18として機能する。
基板搬送機構(搬送装置)12は、プロセス装置PR1から搬送される基板FSを、露光装置EX内で所定の速度で搬送した後、プロセス装置PR2に所定の速度で送り出す。この基板搬送機構12によって、露光装置EX内で搬送される基板FSの搬送路が規定される。基板搬送機構12は、基板FSの搬送方向の上流側(−X方向側)から順に、エッジポジションコントローラEPC、駆動ローラ(ニップローラ)R1、テンション調整ローラRT1、回転ドラム(円筒ドラムステージ)DR、テンション調整ローラRT2、および、駆動ローラ(ニップローラ)R2、R3を有している。プロセス装置PR1からの搬送されてきた基板FSは、エッジポジションコントローラEPC内のローラ、駆動ローラR1〜R3、回転ドラムDR、および、テンション調整ローラRT1、RT2に掛け渡されて、プロセス装置PR2に向かって搬送される。
エッジポジションコントローラEPCは、プロセス装置PR1から搬送される基板FSの幅方向(Y方向であって基板FSの短尺方向)における位置を調整する。つまり、エッジポジションコントローラEPCは、所定のテンションが掛けられた状態で搬送されている基板FSの幅方向の端部(エッジ)における位置が、目標位置に対して±十数μm〜数十μm程度の範囲(許容範囲)に収まるように、基板FSの幅方向における位置を調整する。エッジポジションコントローラEPCは、所定のテンションがかけられた状態で基板FSが掛け渡されるローラと、基板FSの幅方向の端部(エッジ)の位置を検出する図示しないエッジセンサ(端部検出部)とを有する。エッジポジションコントローラEPCは、前記エッジセンサが検出した検出信号に基づいて、エッジポジションコントローラEPCの前記ローラをY方向に移動させて、基板FSの幅方向における位置を調整する。駆動ローラR1は、エッジポジションコントローラEPCから搬送される基板FSの表裏両面を保持しながら回転し、基板FSを回転ドラムDRへ向けて搬送する。なお、エッジポジションコントローラEPCは、回転ドラムDRに巻き付く基板FSの長尺方向が、回転ドラムDRの中心軸AXoに対して常に直交するように前記ローラをY方向に移動させて基板FSの幅方向における位置を適宜調整する。エッジポジションコントローラEPCは、基板FSの進行方向における傾き誤差を補正するように、エッジポジションコントローラEPCの前記ローラの回転軸と中心軸AXoとの平行度を適宜調整してもよい。
回転ドラムDRは、Y方向に延びるとともに重力が働く方向(Z方向)と交差した方向に延びた中心軸AXoと、中心軸AXoから所定半径(一定半径)の円筒状の外周面とを有する円筒状のドラムステージである。回転ドラムDRは、この外周面(円周面、円筒面)に倣って基板FSの一部を長尺方向に円筒面状に湾曲させて支持(保持)しつつ、中心軸AXoを中心に回転して基板FSを+X方向に搬送する。回転ドラムDRは、露光ヘッド16からのビームLB(スポット光SP)が投射される基板FS上の領域(部分)をその外周面で支持する。回転ドラムDRは、電子デバイスが形成される面(感光面が形成された側の面)とは反対側の面(裏面)側から長尺方向に基板FSを支持(密着保持)する。回転ドラムDRのY方向の両側には、回転ドラムDRが中心軸AXoの周りを回転するように環状のベアリングで支持されたシャフトSftが設けられている。このシャフトSftは、制御装置18によって制御される図示しない回転駆動源(例えば、モータや減速機構等)からの回転トルクが与えられることで中心軸AXo回りに一定の回転速度で回転する。なお、便宜的に、中心軸AXoを含み、YZ平面と平行な平面を中心面Pocと呼ぶ。
駆動ローラR2、R3は、基板FSの搬送方向(+X方向)に沿って所定の間隔を空けて配置されおり、露光後の基板FSに所定の弛み(あそび)を与えている。駆動ローラR2、R3は、駆動ローラR1と同様に、基板FSの表裏両面を保持しながら回転し、基板FSをプロセス装置PR2へ向けて搬送する。テンション調整ローラRT1、RT2は、−Z方向に付勢されており、回転ドラムDRに巻き付けられて支持されている基板FSに所定のテンションを長尺方向に与えている。これにより、回転ドラムDRにかかる基板FSに付与される長尺方向のテンションを所定の範囲内に安定化させている。制御装置18は、図示しない回転駆動源(例えば、モータや減速機等)を制御することで、駆動ローラR1〜R3を回転させる。なお、駆動ローラR1〜R3の回転軸、および、テンション調整ローラRT1、RT2の回転軸は、原則として回転ドラムDRの中心軸AXoと平行している。
光源装置14は、光源(パルス光源)を有し、パルス状のビーム(パルスビーム、エネルギービーム、レーザ)LBを射出するものである。このビームLBは、370nm以下の波長帯域にピーク波長を有する紫外線光であり、ビーム(パルス光)LBの発光周波数(発振周波数)をFeとする。光源装置14が射出したビームLBは、露光ヘッド16に入射する。光源装置14は、制御装置18の制御にしたがって、発光周波数FeでビームLBを発光して射出する。光源装置14として、赤外波長域のパルス光を発生する半導体レーザ素子、その赤外波長域のパルス光を増幅するファイバー増幅器、増幅された赤外波長域のパルス光を紫外波長域のパルス光に変換する波長変換素子(高調波発生素子)等で構成されるファイバーアンプレーザ光源を用いてもよい。その場合、発振周波数Feが数百MHzで、1パルス光の発光時間がピコ秒程度の高輝度な紫外線のパルス光を得ることができる。なお、光源装置14は、パルス状のビームLBを射出するものとしたが、連続発光のビームLBを射出する光源装置(CWレーザ、高輝度紫外線ランプ等)であってもよい。
露光ヘッド16は、光源装置14からのビームLBがそれぞれ入射する複数の走査ユニットMDn(n=1、2、・・・、6)を備えている。露光ヘッド16は、複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)によって、回転ドラムDRの外周面で支持されている基板FSの一部分にスポット光SPを照射しつつ、そのスポット光SPをY方向に走査する。これにより、基板FSの被照射面上(基板FS上)に所定のパターンを描画することが可能となる。露光ヘッド16は、同一構成の複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)を配列した、いわゆるマルチビーム型の露光ヘッドとなっている。各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は、光源装置14からのビームを用いて基板FS上にパターンを描画する。なお、以下、走査ユニットMDn(MD1〜MD6)に入射する光源装置14からのビームLBをLBn(LB1〜LB6)で表す場合がある。したがって、走査ユニットMD1に入射するビームLBnはLB1で表され、同様に、走査ユニットMD2〜MD6に入射するビームLBnはLB2〜LB6で表される。
図2にも示すように、複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は、所定の配置関係で配置されている。複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は、中心面Pocを挟んで基板FSの搬送方向(X方向)に2列に千鳥配列で配置される。奇数番の走査ユニットMD1、MD3、MD5は、中心面Pocに対して基板FSの搬送方向の上流側(−X方向側)に配置され、且つ、Y方向に沿って所定の間隔をあけて1列に配置されている。偶数番の走査ユニットMD2、MD4、MD6は、中心面Pocに対して基板FSの搬送方向の下流側(+X方向側)に配置され、且つ、Y方向に沿って所定の間隔をあけて1列に配置されている。奇数番の走査ユニットMD1、MD3、MD5と、偶数番の走査ユニットMD2、MD4、MD6とは、中心面Pocに対して対称的に設けられている。
各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は、光源装置14からのビームLBn(LB1〜LB6)を基板FSに向けて投射しつつ、投射したビームLBn(LB1〜LB6)を基板FSの被照射面上でスポット光SPに収斂する。また、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は、その基板FS上で収斂したスポット光SPを、回転するポリゴンミラーPM(図6参照)によって1次元(Y方向)に走査する。各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)の回転したポリゴンミラーPMによって、基板FSの被照射面上でビームLBn(LB1〜LB6)のスポット光SPが主走査方向(Y方向)に1次元に走査され、1ライン分のパターンが描画される直線的な描画ライン(走査線)SLn(SL1〜SL6)が基板FSの被照射面上に規定される。描画ラインSLn(SL1〜SL6)は、基板FS上に照射されたビームLBn(LB1〜LB6)のスポット光SPの走査軌跡を示すものである。走査ユニット(走査モジュール、ビーム走査ユニット)MDnの構成については、後で詳しく説明する。
走査ユニットMD1は、ビームLB1のスポット光SPを描画ラインSL1に沿って主走査方向(Y方向)に走査し、同様に、走査ユニットMD2〜MD6は、ビームLB2〜LB6のスポット光SPを描画ラインSL2〜SL6に沿って主走査方向(Y方向)に走査する。複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)の各々の描画ライン(走査線)SLn(SL1〜SL6)は、図2、図3に示すように、Y方向(基板FSの幅方向、走査方向)に関して互いに分離することなく、継ぎ合わされるように設定されている。この各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)に入射するビームLBn(LB1〜LB6)は、所定の方向に偏光した直線偏光(P偏光またはS偏光)のビームであり、本実施の形態では、P偏光のビームが入射するものとする。
図2、図3に示すように、複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)の全部で露光領域Wの幅方向の全てをカバーするように、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は走査領域を分担している。これにより、複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は、基板FSの幅方向に分割された複数の分割露光領域毎にパターンを描画することになる。例えば、1つの走査ユニットMDnによるY方向の走査幅(描画ラインSLnの長さ)を20〜60mm程度とすると、奇数番の走査ユニットMD1、MD3、MD5の3個と、偶数番の走査ユニットMD2、MD4、MD6の3個との計6個の走査ユニットMDnをY方向に配置することによって、描画可能なY方向の幅を120〜360mm程度に広げている。各描画ラインSLn(SL1〜SL6)の長さ(走査長)は、原則として同一とする。つまり、描画倍率が初期値(倍率補正なし)の場合に、描画ラインSL1〜SL6の各々に沿って走査されるビームLB1〜LB6のスポット光SPの走査距離は同一とする。なお、露光領域Wの幅を広くしたい場合は、描画ラインSLn自体の長さを長くした走査ユニットMDnを用意するか、Y方向に配置する走査ユニットMDnの数を増やすことで対応することができる。
なお、各描画ラインSLn(SL1〜SL6)は、スポット光SPが被照射面上を実際に走査可能な最大の長さ(最大走査長)よりも僅かに短く設定される。例えば、主走査方向(Y方向)の描画倍率が初期値(倍率補正無し)の場合にパターン描画可能な描画ラインSLnの走査長を30mmとすると、スポット光SPの被照射面上での最大走査長は、描画ラインSLnの走査開始点(描画開始点)側と走査終了点(描画終了点)側の各々に0.5mm程度の余裕を持たせて、31mm程度に設定されている。このように設定することによって、スポット光SPの最大走査長31mmの範囲内で、30mmの描画ラインSLnの位置を主走査方向にシフト(微調整)したり、描画倍率を微調整したりすることが可能となる。スポット光SPの最大走査長は31mmに限定されるものではなく、主に走査ユニットMDn内のポリゴンミラーPMの後に設けられるfθレンズFT(図6参照)の口径および位置等によって決まる。
複数の描画ラインSLn(SL1〜SL6)は、中心面Pocを挟んで、回転ドラムDRの周方向に2列に千鳥配列で配置される。奇数番の描画ラインSL1、SL3、SL5は、中心面Pocに対して回転ドラムDRに巻き付けられた基板FSの搬送方向の上流側(−X方向側)の被照射面上に位置する。偶数番の描画ラインSL2、SL4、SL6は、中心面Pocに対して回転ドラムDRに巻き付けられた基板FSの搬送方向の下流側(+X方向側)の被照射面上に位置する。描画ラインSL1〜SL6は、基板FSの幅方向(Y方向)、つまり、回転ドラムDRの中心軸AXoに沿って略平行となっている。
描画ラインSL1、SL3、SL5は、基板FSの幅方向(走査方向)に沿って所定の間隔を空けて直線上に1列に配置されている。描画ラインSL2、SL4、SL6も同様に、基板FSの幅方向(走査方向)に沿って所定の間隔を空けて直線上に1列に配置されている。このとき、描画ラインSL2は、基板FSの幅方向において、描画ラインSL1と描画ラインSL3との間に配置される。同様に、描画ラインSL3は、基板FSの幅方向において、描画ラインSL2と描画ラインSL4との間に配置にされる。描画ラインSL4は、基板FSの幅方向において、描画ラインSL3と描画ラインSL5との間に配置され、描画ラインSL5は、基板FSの幅方向において、描画ラインSL4と描画ラインSL6との間に配置される。
奇数番の描画ラインSL1、SL3、SL5の各々に沿って走査されるビームLB1、LB3、LB5のスポット光SPの走査方向は、一次元の方向となっており、−Y方向となっている。偶数番の描画ラインSL2、SL4、SL6の各々に沿って走査されるビームLB2、LB4、LB6のスポット光SPの走査方向は、一次元の方向となっており、+Y方向となっている。したがって、描画ラインSL1、SL3、SL5に沿って走査されるスポット光SPの走査方向と、描画ラインSL2、SL4、SL6に沿って走査されるスポット光SPの走査方向とは互いに逆方向となっている。これにより、描画ラインSL1、SL3、SL5の描画開始点側の端部と、描画ラインSL2、SL4、SL6の描画開始点側の端部とはY方向に関して隣接または予め決められた長さで重複する。また、描画ラインSL3、SL5の描画終了点側の端部と、描画ラインSL2、SL4の描画終了点側の端部とはY方向に関して互いに隣接または予め決められた長さで重複する。Y方向に隣り合う描画ラインSLnの端部同士を一部重複させる長さ(予め決められた長さ)は、例えば、各描画ラインSLnの長さに対して、描画開始点または描画終了点を含んでY方向に数%以下の範囲であるとよい。なお、描画ラインSLnをY方向に継ぎ合わせるとは、Y方向に隣り合った描画ラインSLnの各々で基板FS上に描画されるパターンのY方向の端部同士がぴったり隣接する状態、または一部(予め決められた長さ)重複する状態を意味する。
本実施の態様の場合、光源装置14からのビームLB(LBn)がパルス光であるため、主走査の間に描画ラインSLn上に投射されるスポット光SPは、ビームLB(LBn)の発振周波数Feに応じて離散的になる。そのため、ビームLB(LBn)の1パルス光によって投射されるスポット光SPと次の1パルス光によって投射されるスポット光SPとを、主走査方向にオーバーラップさせる必要がある。そのオーバーラップの量は、スポット光SPのサイズφ、スポット光SPの走査速度Vs、ビームLB(LBn)の発振周波数Feによって設定されるが、本実施の形態では、φ/2程度とする。したがって、副走査方向(描画ラインSLnと直交した方向)に関しても、描画ラインSLnに沿ったスポット光SPの1回の走査と、次の走査との間で、基板FSがスポット光SPの実効的なサイズφのほぼ1/2以下の距離だけ移動するように設定することが望ましい。また、基板FS上の感光性機能層への露光量の設定は、ビームLB(LBn)のピーク値の調整で可能であるが、ビームLB(LBn)の強度を上げられない状況で露光量を増大させたい場合は、スポット光SPの主走査方向の走査速度Vsの低下、ビームLB(LBn)の発振周波数Feの増大、或いは基板FSの副走査方向の搬送速度Vtの低下等のいずれかによって、スポット光SPの主走査方向または副走査方向に関するオーバーラップ量を実効的なサイズφの1/2以上に増加させればよい。スポット光SPの主走査方向の走査速度Vsは、ポリゴンミラーPMの回転数(回転速度Vp)に比例して速くなる。
この描画ラインSLnの副走査方向の幅(X方向の寸法)は、スポット光SPのサイズ(直径)φに応じた太さである。例えば、スポット光SPのサイズφが3μmの場合は、各描画ラインSLnの副走査方向の幅も3μmとなる。スポット光SPのサイズφの1/2だけオーバーラップさせながら描画ラインSLnに沿ってスポット光SPを投射する場合は、Y方向に隣り合う描画ラインSLn(例えば、描画ラインSL1と描画ラインSL2)同士も、φ/2だけオーバーラップさせるのがよい。なお、スポット光SPの実効的なサイズφは、スポット光SPの強度分布がガウス分布で近似される場合は、スポット光SPのピーク強度の1/e2(または半値全幅である1/2)で決まる。
各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は、少なくともXZ平面において、ビームLBn(LB1〜LB6)が基板FSの被照射面に対して垂直となるように、ビームLBn(LB1〜LB6)を基板FSに向けて照射する。つまり、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は、XZ平面において、回転ドラムDRの中心軸AXoに向かって進むように、すなわち、基板FSの被照射面の法線と平行となるように、ビームLBn(LB1〜LB6)を基板FSに対して照射(投射)する。また、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は、描画ラインSLn(SL1〜SL6)に照射するビームLBn(LB1〜LB6)が、YZ平面と平行な面内では基板FSの被照射面に対して垂直となるように、ビームLBn(LB1〜LB6)を基板FSに向けて照射する。すなわち、被照射面でのスポット光SPの主走査方向に関して、基板FSに投射されるビームLBn(LB1〜LB6)はテレセントリックな状態で走査される。ここで、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)によって規定される所定の描画ラインSLn(SL1〜SL6)の特定点(例えば、中点)を通って基板FSの被照射面と垂直な線(または光軸とも呼ぶ)を、照射中心軸Len(Le1〜Le6)と呼ぶ(図2参照)。したがって、描画ラインSLnの特定点を通るように各走査ユニットMDnから基板FSの被照射面上に投射されるビームLBnは、照射中心軸Lenと同軸となる。
この各照射中心軸Len(Le1〜Le6)は、XZ平面において、描画ラインSLn(SL1〜SL6)と中心軸AXoとを結ぶ線となっている。奇数番の走査ユニットMD1、MD3、MD5の各々の照射中心軸Le1、Le3、Le5は、XZ平面において同じ方向となっている。奇数番の走査ユニットMD2、MD4、MD6の各々の照射中心軸Le2、Le4、Le6は、XZ平面において同じ方向となっている。また、XZ平面において、照射中心軸Le1、Le3、Le5と照射中心軸Le2、Le4、Le6とは、中心面Pocに対しての角度が±θ1となるように設定されている(図1、図2参照)。
図1に示したアライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG4)は、図3に示すように、基板FSの形成された複数のアライメント用のマークMKm(m=1、2、3、4)の位置情報(マーク位置情報)を検出するためのものであり、Y方向に沿って設けられている。マークMKm(MK1〜MK4)は、基板FSの被照射面上の露光領域Wに描画される所定のパターンと、基板FSとを相対的に位置合わせする(アライメントする)ための基準マークである。複数のアライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG4)は、回転ドラムDRの円周面で支持されている基板FS上で、複数のマークMKm(MK1〜MK4)のマーク位置情報を検出するためにマークMKm(MK1〜MK4)を撮像する。アライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG4)は、露光ヘッド16によるスポット光SPの基板FS上の被照射領域(描画ラインSL1〜SL6)よりも基板FSの搬送方向の上流側(−X方向側)に設けられている。
アライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG4)は、アライメント用の照明光を基板FSに投射する光源と、基板FSの表面のマークMKm(MK1〜MK4)を含む観察領域Vwm(Vw1〜Vw4)の拡大像を得る観察光学系(対物レンズを含む)と、その拡大像を基板FSが搬送方向に移動している間に高速シャッターで撮像するCCD、CMOS等の撮像素子とを有する。各アライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG4)が撮像した撮像信号は制御装置18に送られる。制御装置18は、撮像信号の画像を解析することによって、基板FS上のマークMKm(MK1〜MK4)を検出する。そして、制御装置18は、各アライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG4)が撮像した撮像信号の画像解析によって検出したマークMKm(MK1〜MK4)と、その画像をアライメント顕微鏡ALGmが撮像した瞬間の回転ドラムDRの回転位置の情報(後述するエンコーダEN1a、EN1bに基づくカウント値CD1)とに基づいて、基板FS上のマークMKm(MK1〜MK4)のマーク位置情報を高精度に検出する。このマーク位置情報は、基板FSの位置情報を含む。なお、アライメント用の照明光は、基板FS上の感光性機能層に対してほとんど感度を持たない波長域の光、例えば、波長500〜800nm程度の光である。
複数のマークMKm(MK1〜MK4)は、各露光領域Wの周りに設けられている。マークMK1、MK4は、露光領域Wの基板FSの幅方向の両側に、基板FSの長尺方向に沿って一定の間隔Dhで複数形成されている。マークMK1は、基板FSの幅方向の−Y方向側に、マークMK4は、基板FSの幅方向の+Y方向側にそれぞれ形成されている。このようなマークMK1、MK4は、基板FSが大きなテンションを受けたり、熱プロセスを受けたりして変形していない状態では、基板FSの長尺方向(X方向)に関して同一位置になるように配置される。さらに、マークMK2、MK3は、マークMK1とマークMK4の間であって、露光領域Wの+X方向側と−X方向側との隙間(余白部)CLEに基板FSの幅方向(短尺方向)に沿って形成されている。マークMK2は、基板FSの幅方向の−Y方向側に、マークMK3は、基板FSの+Y方向側に形成されている。さらに、基板FSの−Y方向の側端部に配列されるマークMK1と隙間CLEのマークMK2とのY方向の間隔、隙間CLEのマークMK2とマークMK3とのY方向の間隔、および、基板FSの+Y方向の側端部に配列されるマークMK4と隙間CLEのマークMK3とのY方向の間隔は、いずれも同じ距離に設定されている。これらのマークMKm(MK1〜MK4)は、第1層のパターン層の形成の際に一緒に形成されてもよい。例えば、第1層のパターンを露光する際に、パターンが露光される露光領域Wの周りにマークMKm用のパターンも一緒に露光してもよい。なお、マークMKmは、露光領域W内に形成されてもよい。例えば、露光領域W内であって、露光領域Wの輪郭に沿って形成されてもよい。また、露光領域W内に形成される電子デバイスのパターン中の特定位置のパターン部分、或いは特定形状の部分をアライメント用のマークMKmとして利用してもよい。
なお、図3では、露光領域Wが変形していない状態での複数のマークMKm(MK1〜MK4)の配列を示している。したがって、大きなテンションを受けたり、熱プロセスの影響を受けたりして基板FSが変形して露光領域Wが変形した(歪んだ)場合は、複数のマークMKm(MK1〜MK4)の基板FSに対する配列も変形する(歪む)ことになる。このことは、装置内に固定されたアライメント顕微鏡ALG1〜ALG4の各検出位置(静止座標系)を基準とした場合も、複数のマークMKm(MK1〜MK4)の配列状態が変形して(歪んで)観察されることを意味する。
複数のアライメント顕微鏡ALG1〜ALG4は、複数のマークMK1〜MK4の位置に対応して、基板FSの−Y方向側からALG1〜ALG4の順で設けられている。具体的には、アライメント顕微鏡ALG1は、基板FSの幅方向に関して(Y方向に関して)、対物レンズによる観察領域(検出領域)Vw1内にマークMK1が位置するように配置される。同様に、アライメント顕微鏡ALG2〜ALG4は、基板FSの幅方向(Y方向に関して)、対物レンズによる観察領域Vw2〜Vw4内にマークMK2〜MK4が位置するように配置される。複数のアライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG4)は、X方向に関して、露光位置(描画ラインSL1〜SL6)とアライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG4)の観察領域Vwm(Vw1〜Vw4)との距離が、露光領域WのX方向の長さよりも短くなるように設けられている。なお、Y方向に設けられるアライメント顕微鏡ALGmの数は、基板FSの幅方向に形成されるマークMKmの数に応じて変更可能である。また、観察領域Vwmの基板FSの被照射面上の大きさは、マークMKmの大きさやアライメント精度(位置計測精度)に応じて設定されるが、100〜500μm角程度の大きさである。
図1、図2に示すように、回転ドラムDRの両端部には、回転ドラムDRの外周面の周方向の全体に亘って環状に形成された目盛を有するスケール部SDa、SDbが設けられている。このスケール部SDa、SDbは、回転ドラムDRの外周面の周方向に一定のピッチ(例えば、20μm)で凹状または凸状の格子線(目盛)を刻設した回折格子であり、インクリメンタル型スケールとして構成される。このスケール部SDa、SDbは、中心軸AXo回りに回転ドラムDRと一体に回転する。このスケール部SDa、SDbと対向するように、複数のエンコーダヘッド(読取ヘッド部、ヘッド部)ENja(EN1a〜EN3a)、ENjb(EN1b〜EN3b)が設けられている。このエンコーダヘッド(以下、単にエンコーダとも呼ぶ)ENja、ENjbは、回転ドラムDRの回転位置を光学的に検出するものである。回転ドラムDRの−Y方向側の端部に設けられたスケール部SDaに対向して、3つのエンコーダENja(EN1a〜EN3a)が設けられ、回転ドラムDRの+Y方向側の端部に設けられたスケール部SDbに対向して、3つのエンコーダENjb(EN1b〜EN3b)が設けられている。エンコーダEN1a、EN1bは、回転ドラムDRの回転方向(X方向)に関して同一位置に配置されている。同様に、エンコーダEN2a、EN2b、および、エンコーダEN3a、EN3bも回転ドラムDRの回転方向(X方向)に関して同一位置に配置されている。
エンコーダENja、ENjbは、スケール部SDa、SDbに向けて計測用の光ビームを投射し、その反射光束(回折光)を光電検出することにより、スケール部SDa、SDbの周方向の位置変化に応じた検出信号(2相信号)を制御装置18に出力する。制御装置18は、その検出信号を図7に示すエンコーダカウンタECN(ECN1〜ECN3および描画用カウンタSCN(SCN2、SCN3)でカウントすることにより、スケール部SDa、SDbの目盛の移動量、すなわち、回転ドラムDRの回転角度位置および角度変化、或いは基板FSの移動量をサブミクロンの分解能で計測することができる。このエンコーダENja、ENjbの検出信号の周期的な変化は、スケール部SDa、SDbに刻設された目盛のピッチに対応する。そのため、エンコーダカウンタECN1〜ECN3および描画用カウンタSCN2、SCN3は、エンコーダENja、ENjbが読み取ったスケール部SDa、SDbの目盛の移動をカウント(計数)することで、回転ドラムDRの回転角度位置を計測しているともいえる。複数のエンコーダカウンタECN1〜ECN3は、それぞれ複数のエンコーダENja(EN1a〜EN3a)、ENjb(EN1b〜EN3b)からの検出信号をそれぞれ個別にカウント(計数)する。描画用カウンタSCN2、SCN3は、エンコーダEN2a、EN2b、エンコーダEN3a、EN3bからの各検出信号をそれぞれ個別にカウント(計数)する。エンコーダカウンタECN1〜ECN3および描画用カウンタSCN2、SCN2については後で詳しく説明するが、エンコーダカウンタECN1〜ECN3のカウント値(計数値)をCD1〜CD3とし、描画用カウンタSCN2、SCN3のカウント値(計数値)をCW2、CW3とする。なお、このエンコーダENja、ENjbとエンコーダカウンタECNとは回転計測システムを構成する。
エンコーダEN1a、EN1bは、XZ平面に関して、設置方位線Lx1上に配置されている。設置方位線Lx1は、XZ平面に関して、エンコーダEN1a、EN1bの計測用の光ビームのスケール部SDa、SDbへの投射位置(読取位置)と、中心軸AXoとを結ぶ線となっている。また、設置方位線Lx1は、XZ平面において、各アライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG4)の観察領域Vwm(Vw1〜Vw4)と中心軸AXoとを結ぶ線となっている。つまり、各アライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG4)は、XZ平面において、設置方位線Lx1上に配置されている。
エンコーダEN2a、EN2bは、中心面Pocに対して基板FSの搬送方向の上流側に設けられており、且つ、エンコーダEN1a、EN1bより基板FSの搬送方向の下流側に設けられている。エンコーダEN2a、EN2bは、XZ平面に関して、設置方位線Lx2上に配置されている。設置方位線Lx2は、XZ平面に関して、エンコーダEN2a、EN2bの計測用の光ビームのスケール部SDa、SDb上への投射位置(読取位置)と、中心軸AXoとを結ぶ線となっている。この設置方位線Lx2は、XZ平面に関して、照射中心軸Le1、Le3、Le5と同角度位置となって重なっている。
エンコーダEN3a、EN3bは、中心面Pocに対して基板FSの搬送方向の下流側に設けられている。エンコーダEN3a、EN3bは、XZ平面に関して、設置方位線Lx3上に配置されている。設置方位線Lx3は、XZ平面に関して、エンコーダEN3a、EN3bの計測用の光ビームのスケール部SDa、SDb上への投射位置(読取位置)と、中心軸AXoとを結ぶ線となっている。この設置方位線Lx3は、XZ平面に関して、照射中心軸Le2、Le4、Le6と同角度位置となって重なっている。設置方位線Lx2と設置方位線Lx3とは、XZ平面において、中心面Pocに対して角度が±θ1となるように設定されている(図1、図2参照)。
ところで、基板FSは、回転ドラムDRの両端のスケール部SDa、SDbより内側に巻き付けられている。図1では、スケール部SDa、SDbの外周面の中心軸AXoからの半径を、回転ドラムDRの外周面の中心軸AXoからの半径より小さく設定した。しかしながら、図2に示すように、スケール部SDa、SDbの外周面を、回転ドラムDRに巻き付けられた基板FSの外周面と同一面となるように設定してもよい。つまり、スケール部SDa、SDbの外周面の中心軸AXoからの半径(距離)と、回転ドラムDRに巻き付けられた基板FSの外周面(被照射面)の中心軸AXoからの半径(距離)とが同一となるように設定してもよい。これにより、各エンコーダENja(EN1a〜EN3a)、ENjb(EN1b〜EN3b)は、回転ドラムDRに巻き付いた基板FSの被照射面と同じ径方向の位置でスケール部SDa、SDbを検出することができる。したがって、エンコーダENja、ENjbによる計測位置と処理位置(描画ラインSL1〜SL6)とが回転ドラムDRの径方向で異なることで生じるアッベ誤差を小さくすることができる。
ただし、被照射体としての基板FSの厚さは十数μm〜数百μmと大きく異なるため、スケール部SDa、SDbの外周面の半径と、回転ドラムDRに巻き付けられた基板FSの外周面の半径とを常に同一にすることは難しい。そのため、図2に示したスケール部SDa、SDbの場合、その外周面(スケール面)の半径は、回転ドラムDRの外周面の半径と一致するように設定される。さらに、スケール部SDa、SDbを個別の円盤で構成し、その円盤(スケール円盤)を回転ドラムDRのシャフトSftに同軸に取り付けることも可能である。その場合も、アッベ誤差が許容値内に収まる程度に、スケール円盤の外周面(スケール面)の半径と回転ドラムDRの外周面の半径とを揃えておくのがよい。
図4は、露光装置EXの一部拡大図である。露光装置EXは、複数の光導入光学系BDUn(n=1、2、・・・、6)と、本体フレームUBとをさらに備える。複数の光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)は、光源装置14からのビームLB(LBn)を複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)に導く。光導入光学系BDU1は、ビームLB1を走査ユニットMD1に導き、同様に、光導入光学系BDU2〜BDU6は、ビームLB2〜LB6を走査ユニットMD2〜MD6に導く。各光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)は、ビームLBn(LB1〜LB6)の光軸が照射中心軸Len(Le1〜Le6)と同軸となるように、ビームLBn(LB1〜LB6)を対応する走査ユニットMDn(MD1〜MD6)に射出する。つまり、光導入光学系BDU1から走査ユニットMD1に入射するビームLB1は、照射中心軸Le1と同軸となる。同様に、光導入光学系BDU2〜BDU6から走査ユニットMD2〜MD6に入射するビームLB2〜LB6は、照射中心軸Le2〜Le6と同軸となる。なお、光源装置14からのビームLBは、ビームスプリッタ或いはスイッチング用の光偏向器(例えば、音響光学変調器)等の光学部材によって、各光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)に分岐して入射、或いは選択的に入射される。
複数の光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)は、複数の描画用光学素子AOMn(n=1、2、・・・、6)を有する。複数の描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)は、複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)に導くビームLBn(LB1〜LB6)の強度を、基板FS上に描画すべきパターンを画素単位でマトリックス状に分解した2次元のビットマップデータとしての設計情報PDn(PD1〜PD6)に応じて高速に変調(オン/オフ)する。光導入光学系BDU1は、描画用光学素子AOM1を有し、同様に、光導入光学系BDU2〜BDU6は、描画用光学素子AOM2〜AOM6を有する。描画用光学素子(強度変調部)AOMnは、ビームLBに対して透過性を有する音響光学変調器(Acousto-Optic Modulator)である。描画用光学素子AOMnは、超音波信号(高周波信号)を用いることで、入射した光源装置14からのビームLBを高周波の周波数に応じた回折角で回折させて、ビームLBの光路、つまり、進行方向を変えた1次回折ビームとして射出する。描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)は、露光装置EXに設けられたAOM駆動回路50(図8参照)からの駆動信号(高周波信号)のオン/オフにしたがって、入射したビームLBを回折させた1次回折ビーム(ビームLBn)の発生をオン/オフする。
描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)は、制御装置18からの駆動信号(高周波信号)がオフの状態のときは、入射した光源装置14からのビームLBを回折させずに透過することで、光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)内に設けられた図示しない吸収体にビームLBを導く。この吸収体は、レーザ光LBの外部への漏れを抑制するためのレーザ光LBを吸収する光トラップである。したがって、駆動信号がオフの状態のときは、描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)を透過したビーム(0次光、0次ビーム)LBは、走査ユニットMDn(MD1〜MD6)に入射しない。つまり、走査ユニットMDn(MD1〜MD6)内を通るビームLBn(LB1〜LB6)の強度は低レベル(ゼロ)になる。このことは、基板FSの被照射面上で見ると、被照射面上に照射されるビームLBn(LB1〜LB6)のスポット光SPの強度が低レベル(ゼロ)に変調されていることを意味する。
一方、描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)は、AOM駆動回路50からの駆動信号(高周波信号)がオンの状態のときは、入射したビームLBを回折させた1次回折光を発生し、1次回折光であるビームLBn(LB1〜LB6)を走査ユニットMDn(MD1〜MD6)に導く。したがって、駆動信号がオンの状態のときは、走査ユニットMDn(MD1〜MD6)内を通るビームLBn(LB1〜LB6)の強度が高レベルになる。このことは、基板FSの被照射面上で見ると、被照射面上に照射されるビームLBn(LB1〜LB6)のスポット光SPの強度が高レベルに変調されていることを意味する。このように、オン/オフの駆動信号を描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)に印加することで、描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)をオン/オフにスイッチングすることができる。この走査ユニットMDn(MD1〜MD6)と描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)は、電子デバイスを形成するための処理(描画処理)を基板FSに施す処理ユニット、処理装置を構成する。
このAOM駆動回路50は、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)によって描画されるパターンに応じた設計情報PDn(PD1〜PD6)に基づいて、各描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)に印加する駆動信号(高周波信号)をオン/オフする。設計情報PDn(PD1〜PD6)は、走査ユニットMDn(MD1〜MD6)毎に設けられている。設計情報PDn(PD1〜PD6)は、制御装置18の設計情報記憶部36(図8参照)に記憶されており、制御装置18からAOM駆動回路50に供給される。
ここで、設計情報PDn(PD1〜PD6)について簡単に説明すると、設計情報PDn(PD1〜PD6)は、各走査ユニットMDnによって描画されるパターンを、スポット光SPのサイズφに応じて設定される寸法の画素によって分割し、複数の画素の各々を前記パターンに応じた論理情報(画素データ)で表したものである。つまり、設計情報PDn(PD1〜PD6)は、スポット光SPの走査方向(主走査方向、Y方向)に沿った方向を行方向とし、基板FSの搬送方向(副走査方向、X方向)に沿った方向を列方向とするように2次元に分解された複数の画素の論理情報で構成されているビットマップデータである。この画素の論理情報は、「0」または「1」の1ビットのデータである。「0」の論理情報は、基板FS上に照射するスポット光SPの強度を低レベルにすることを意味し、「1」の論理情報は、基板FS上に照射するスポット光SPの強度を高レベルにすることを意味する。したがって、AOM駆動回路50は、画素の論理情報が「0」のときは、描画用光学素子AOMnに印加する駆動信号(高周波信号)をオフの状態にし、画素の論理情報が「1」のときは、描画用光学素子AOMnに印加する駆動信号(高周波信号)をオンの状態にする。
設計情報PDn(PD1〜PD6)の1列分の画素は、1本分の描画ラインSLnに対応するものであり、1本の描画ラインSLnに沿って基板FSの被照射面に投射されるスポット光SPの強度が、1列分の画素の各論理情報に応じて変調される。すなわち、描画ラインSLnとは、1列分の画素の論理情報によってスポット光SPが強度変調されて走査される、つまり、描画される走査線のことをいう。この1列分の画素の論理情報をシリアルデータDLnとも呼ぶ。そのため、設計情報PDnは、1列目のシリアルデータDLn、2列目のシリアルデータDLn、・・・、等の複数のシリアルデータDLnが列方向に並んだビットマップデータとなる。走査ユニットMD1に対応する設計情報PD1のシリアルデータDLnをDL1とし、同様に、走査ユニットMD2〜MD6に対応する設計情報PD2〜PD6のシリアルデータDLnをDL2〜DL6とする。シリアルデータDLn(DL1〜DL6)に基づく描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)の駆動を開始することで、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)による描画ラインSLn(SL1〜SL6)に沿ったスポット光SPの描画が開始される。つまり、シリアルデータDLn(DL1〜DL6)に基づいて描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)を駆動している期間中に、走査ユニットMDn(MD1〜MD6)による描画ラインSLn(SL1〜SL6)に沿ったスポット光SPの走査およびその強度変調が行われることになる。
1列分の画素の数(シリアルデータDLnの画素の数)は、被照射面上での画素の寸法と描画ラインSLnの長さとに応じて決まり、1画素の寸法はスポット光SPのサイズφによって決まる。具体的には、1画素の寸法は、スポット光SPのサイズφと同程度、或いはそれ以上に設定される。スポット光SPの実効的なサイズφが3μmの場合は、1画素の寸法は3μm角程度、或いはそれ以上に設定される。例えば、1画素の寸法を3μmにし、サイズφが3μmのスポット光SPをサイズφの1/2程度だけオーバーラップさせる場合は、主走査方向および副走査方向に関して、それぞれパルス発光した2個のスポット光SPが1画素に対応する。したがって、設計情報PDn(PD1〜PD6)の1列分の画素の数は、描画ラインSLnに沿って投射されるスポット光SPの数(パルス数)の1/2倍となる。なお、より微細なパターンを描画するためには、スポット光SPの実効的なサイズφをより小さくして、1画素の寸法を小さく設定すればよい。
図5は、露光領域Wに露光されるパターンと設計情報PDn(PD1〜PD6)との関係を示す図である。本実施の形態では、露光領域Wに露光されるパターンを基板FSの長尺方向に沿って複数のブロックBに分割する。つまり、複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)の各々によってパターンが露光される露光領域(部分領域)を、基板FSの長尺方向に沿って複数のブロックBに分割する。具体的には、パターン(露光領域)を、基板FSの長尺方向に沿って、1つのブロックBa、複数のブロックBb、1つのブロックBcに分割する。このブロックBaおよびブロックBc内のパターンは、繰り返し用いられることがないパターンに対応するブロック(第2ブロック)Bであり、ブロックBb内のパターンは、繰り返し用いられるパターンに対応するブロック(第1ブロック)Bである。そして、ブロックBaのパターン(第2のパターン)に対応する部分設計情報(第2部分設計情報)と、ブロックBbのパターン(第1のパターン)に対応する部分設計情報(第1部分設計情報)と、ブロックBcのパターン(第3のパターン)に対応する部分設計情報(第3部分設計情報)との3つの部分設計情報を設計情報PDn(PD1〜PD6)として設計情報記憶部36に格納している。製造したい電子デバイスがマトリクスに配置された複数の薄膜トランジスタ(TFT)および画素等から構成されるディスプレイ等の場合は、露光領域Wに露光するパターンの一部分は、同一の単位パターンが繰り返されたものになる。したがって、設計情報PDnは、繰り返し同一の単位パターンが露光される領域(ブロックBb)に関しては、ブロックBbに対応する部分設計情報(第1部分設計情報)を1つ有していればよい。ブロックBbに対応する部分設計情報は繰り返し使用される。このようにすることで、設計情報PDn(PD1〜PD6)のデータ量を抑えることができる。
図4の説明に戻り、本体フレームUBは、複数の光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)と複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)を保持する。本体フレームUBは、複数の光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)を保持する第1フレームUb1と、複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)を保持する第2フレームUb2とを有する。第1フレームUb1は、第2フレームUb2によって保持された複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)の上方(+Z方向側)で、複数の光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)を保持する。第1フレームUb1は、複数の光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)を下方(−Z方向)側から支持する。奇数番の光導入光学系BDU1、BDU3、BDU5は、第1フレームUb1によって、奇数番の走査ユニットMD1、MD3、MD5の位置に対応した配置位置で支持されている。つまり、奇数番の光導入光学系BDU1、BDU3、BDU5は、中心面Pocに対して基板FSの搬送方向の上流側(−X方向側)で、Y方向に沿って所定の間隔をあけて1列に配置される。偶数番の光導入光学系BDU2、BDU4、BDU6は、第1フレームUb1によって、偶数番の走査ユニットMD2、MD4、MD6の位置に対応した配置位置で支持されている。つまり、偶数番の光導入光学系BDU2、BDU4、BDU6は、中心面Pocに対して基板FSの搬送方向の下流側(−X方向側)で、Y方向に沿って所定の間隔をあけて1列に配置される。
第1フレームUb1には、複数の光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)に対応して複数の開口部Hsn(Hs1〜Hs6)が設けられている。この複数の開口部Hsn(Hs1〜Hs6)によって、複数の光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)から射出されるビームLBn(LB1〜LB6)が第1フレームUb1によって遮られることなく、対応する走査ユニットMDn(MD1〜MD6)に入射する。つまり、光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)から射出されるビームLBn(LB1〜LB6)は、開口部Hsn(Hs1〜Hs6)を通って、対応する走査ユニットMDn(MD1〜MD6)に入射する。なお、第1フレームUb1は、複数の光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)を、上方(+Z方向)側から支持してもよく、側方(X方向側)側から支持してもよい。
第2フレームUb2は、複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)の各々が照射中心軸Len(Le1〜Le6)回りに微少回動(回転)できるように、複数の走査ユニットMDn(MD1〜MD6)を回動可能に保持する。各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)が照射中心軸Len(Le1〜Le6)回りに回動することによって、走査ユニットMDn(MD1〜MD6)が回動した場合であっても、走査ユニットMDn(MD1〜MD6)に入射するビームLBn(LB1〜LB6)と走査ユニットMDn(MD1〜MD6)内の光学的な部材との位置関係が変わることがない。つまり、ビームLBnが各走査ユニットMDnに入射するXY面内での位置と、各走査ユニットMDnに対応した描画ラインSLnのXY面内での中心位置との相対的な位置関係は変わらない。したがって、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)が回動した場合であっても、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は、ビームLBn(LB1〜LB6)のスポット光SPを基板FSに投射しつつ、スポット光SPを規定された各描画ラインSLn(SL1〜SL6)に沿って走査することができる。この各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)の回動によって、各描画ラインSLn(SL1〜SL6)が、基板FSの被照射面上で照射中心軸Len(Le1〜Le6)回りに回転する。これにより、各描画ラインSLn(SL1〜SL6)は、Y軸に対して傾くことになる。なお、この各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)の照射中心軸Len回りの回動は、制御装置18の制御の下、露光装置EXに設けられたアクチュエータ52(図8参照)によって行われる。
なお、走査ユニットMDnの照射中心軸Lenと、走査ユニットMDnが実際に回動する軸(回動中心軸)とが完全に一致しなくても、所定の許容範囲内で同軸であればよい。この所定の許容範囲は、例えば、走査ユニットMDnを所定の角度θsmだけ回動させたときの実際の描画ラインSLnの描画開始点(または描画終了点)と、照射中心軸Lenと回動中心軸とが完全に一致すると仮定して走査ユニットMDnを所定の角度θsmだけ回動させたときの設計上の描画ラインSLnの描画開始点(または描画終了点)との差分量が、スポット光SPの主走査方向に関して、所定の距離(例えば、スポット光SPのサイズφの直径)以内となるように設定されている。また、走査ユニットMDnに実際に入射するビームLBnの光軸が、走査ユニットMDnの回動中心軸と完全に一致しなくても、前記した所定の許容範囲内で同軸であればよい。
図6は、走査ユニットMDnの構成を説明するための図である。各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は、同一の構成を有することから、走査ユニットMD1を例に挙げて説明する。また、図6においては、XtYtZt直交座標系を用いて説明する。Zt方向は、照射中心軸Le1と平行する方向である。そして、Xt方向は、Zt方向と直交する平面上にあって、基板FSがプロセス装置PR1から露光装置EXを経てプロセス装置PR2に向かう方向であり、Yt方向は、Zt方向と直交する平面上にあって、Xt方向と直交する方向とする。つまり、XtYtZt直交座標系は、図1および図4のXYZ直交座標系を、Y軸を中心にZ軸が照射中心軸Le1と平行となるように回転させた3次元座標系である。
図6に示すように、走査ユニットMD1内には、ビームLB1の入射位置から基板FSの被照射面までのビームLB1の進行方向に沿って、反射ミラーM10、ビームエキスパンダーBE、反射ミラーM11、偏光ビームスプリッタBS、反射ミラーM12、像シフト光学部材(平行平板)SR、偏向調整光学部材(プリズム)DP、フィールドアパーチャFA、反射ミラーM13、λ/4波長板QW、シリンドリカルレンズCYa、反射ミラーM14、ポリゴンミラーPM、fθレンズFT、反射ミラーM15、シリンドリカルレンズCYbが設けられる。さらに、走査ユニットMD1内には、基板FSの被照射面または回転ドラムDRからの反射光を偏光ビームスプリッタBSを介して検出するための光学レンズG10および光検出器DTが設けられる。
走査ユニットMD1に入射するビームLB1は、−Zt方向に向けて進み、XtYt平面に対して45度傾いた反射ミラーM10に入射する。走査ユニットMD1に入射するビームLB1は、その光軸が照射中心軸Le1と同軸となるように反射ミラーM10に入射する。反射ミラーM10は、ビームLB1を受けて走査ユニットMD1内に入射させる入射光学部材として機能する。反射ミラーM10は、入射したビームLB1をXt軸と平行に設定される光軸AXaに沿って、反射ミラーM10から−Xt方向に離れた反射ミラーM11に向けて−Xt方向に反射する。したがって、光軸AXaは、XtZt平面と平行な面内で照射中心軸Le1と直交する。反射ミラーM10で反射したビームLB1は、光軸AXaに沿って配置されるビームエキスパンダーBEを透過して反射ミラーM11に入射する。ビームエキスパンダーBEは、透過するビームLB1の径を拡大させる。ビームエキスパンダーBEは、集光レンズBe1と、集光レンズBe1によって収斂された後に発散するビームLB1を平行光にするコリメートレンズBe2とを有する。
反射ミラーM11は、YtZt平面に対して45度傾いて配置され、入射したビームLB1を、反射ミラーM11から−Yt方向に離れて配置された偏光ビームスプリッタBSに向けて−Yt方向に反射する。偏光ビームスプリッタBSの偏光分離面は、YtZt平面に対して45度傾いて配置されている。偏光ビームスプリッタBSは、P偏光のビームを反射し、P偏光と直交する方向に偏光した直線偏光(S偏光)のビームを透過する。走査ユニットMD1に入射するビームLB1は、P偏光のビームなので、偏光ビームスプリッタBSは、反射ミラーM11からのビームLB1を−Xt方向に反射して反射ミラーM12に導く。
反射ミラーM12は、XtYt平面に対して45度傾いて配置され、入射したビームLB1を、Zt軸と平行な光軸AXcに沿って、反射ミラーM12から−Zt方向に離れて配置された反射ミラーM13に向けて−Zt方向に反射する。反射ミラーM12で反射されたビームLB1は、光軸AXcに沿って配置される像シフト光学部材SR、偏向調整光学部材DP、および、フィールドアパーチャ(視野絞り)FAを通過して、反射ミラーM13に入射する。像シフト光学部材SRは、ビームLB1の進行方向(光軸AXc)と直交する平面(XtYt平面)内において、ビームLB1の断面内の中心位置を2次元的に調整する。像シフト光学部材SRは、光軸AXcに沿って配置される2枚の石英の平行平板Sr1、Sr2で構成され、平行平板Sr1は、Xt軸回りに傾斜可能(回転可能)であり、平行平板Sr2は、Yt軸回りに傾斜可能(回転可能)である。この2枚の平行平板Sr1、Sr2がそれぞれ、Xt軸、Yt軸回りに傾斜することで、ビームLB1の進行方向と直交するXtYt平面において、ビームLB1の断面内の中心位置を2次元に微小量シフトする。平行平板Sr1、Sr2は、制御装置18の制御の下、図示しないアクチュエータ(駆動部)によって駆動する。
偏向調整光学部材DPは、反射ミラーM12で反射されて像シフト光学部材SRを通ってきたビームLB1の光軸AXcに対する傾きを微調整するものである。偏向調整光学部材DPは、光軸AXcに沿って配置される2つの楔状のプリズムDp1、Dp2で構成される。プリズムDp1、Dp2の各々は独立して光軸AXcを中心に360度回転可能に設けられている。2つのプリズムDp1、Dp2の回転角度位置を調整することによって、反射ミラーM13に到達するビームLB1の軸線を光軸AXcと平行状態にし、または、基板FSの被照射面に到達するビームLB1の軸線を照射中心軸Le1と平行状態にする。なお、2つのプリズムDp1、Dp2によって平行調整された後のビームLB1の中心位置は、ビームLB1の断面と平行な面内で2次元にシフトしている場合があるが、そのシフトは、像シフト光学部材SRによって元に戻すことができる。このプリズムDp1、Dp2は、制御装置18の制御の下、図示しないアクチュエータ(駆動部)によって駆動する。
像シフト光学部材SRと偏向調整光学部材DPとを通ったビームLB1は、フィールドアパーチャFAの円形開口を透過して反射ミラーM13に達する。フィールドアパーチャFAの円形開口は、ビームエキスパンダーBEで拡大されたビームLB1の断面内の強度分布の裾野部分をカットする絞りである。フィールドアパーチャFAを、円形開口の口径を調整可能な可変虹彩絞りにすると、スポット光SPの強度(輝度)を調整することができる。
反射ミラーM13は、XtYt平面に対して45度傾いて配置され、入射したビームLB1を、反射ミラーM13から+Xt方向に離れて配置された反射ミラーM14に向けて+Xt方向に反射する。反射ミラーM13で反射したビームLB1は、λ/4波長板QWおよびシリンドリカルレンズCYaを透過した後反射ミラーM14に入射する。反射ミラーM14は、入射したビームLB1をポリゴンミラー(走査用偏向部材)PMに向けて反射する。ポリゴンミラーPMは、入射したビームLB1を、ポリゴンミラーPMから+Xt方向側に離れて配置されたfθレンズFTに向けて+Xt方向側に反射する。ポリゴンミラーPMは、ビームLB1のスポット光SPを基板FSの被照射面上で走査するために、入射したビームLB1をXtYt平面と平行な面内で1次元に偏向(反射)する。具体的には、ポリゴンミラーPMは、Zt方向に延びる回転軸AXpと、回転軸AXpの周りに形成された複数の反射面RP(本実施の形態では8つの反射面RP)とを有する回転多面鏡である。回転軸AXpを中心にこのポリゴンミラーPMを所定の回転方向に回転させることで反射面RPに照射されるパルス状のビームLB1の反射角を連続的に変化させることができる。
これにより、1つの反射面RPによってビームLB1の反射方向(偏向方向)が連続的に変化し、基板FSの被照射面上に照射されるビームLB1のスポット光SPを描画ラインSL1に沿って主走査方向(基板FSの幅方向、Y方向)に1次元に走査することができる。つまり、1つの反射面RPによって、発振周波数Feで発振するパルス状のビームLB1のスポット光SPを1本の描画ラインSL1に沿って走査することができる。したがって、ポリゴンミラーPMの1回転で、基板FSの被照射面上の描画ラインSL1に沿ったスポット光SPの走査回数は、反射面RPの数と同じ8回となる。ポリゴンミラーPMは、制御装置18の制御の下、デジタルモータ等を含むポリゴン駆動部RMによって一定の速度(回転数)で回転する。
母線がYt方向と平行となっているシリンドリカルレンズCYaは、ポリゴンミラーPMによる走査方向(回転方向)と直交する非走査方向(Zt方向)に関して、入射したビームLB1をポリゴンミラーPMの反射面RP上で収斂する。これにより、ポリゴンミラーPMの反射面RP上で収斂するビームLB1は、Yt方向が長手方向、Zt方向が短手方向となるスリット状となる。このシリンドリカルレンズCYaと、後述のシリンドリカルレンズCYbとによって、反射面RPがZt方向に対して傾いている場合(XtYt平面の法線に対する反射面RPの傾き)があっても、その影響を抑制することができる。例えば、基板FSの被照射面上に照射されるビームLB1の照射位置(描画ラインSL1)が、ポリゴンミラーPMの反射面RP毎の僅かな傾き誤差によってXt方向にずれることを抑制することができる。
Xt軸方向に延びる光軸AXfを有するfθレンズFTは、ポリゴンミラーPMによって反射されたビームLB1を、XtYt平面において、光軸AXfと平行となるように反射ミラーM15に投射するテレセントリック系のスキャンレンズである。ビームLB1のfθレンズFTへの入射角(光軸AXfに対するビームLB1の入射角)θは、ポリゴンミラーPMの回転角(θ/2)に応じて変わる。fθレンズFTは、反射ミラーM15およびシリンドリカルレンズCYbを介して、その入射角θに比例した基板FSの被照射面上の像高位置にビームLB1を投射する。焦点距離をfoとし、像高位置をyとすると、fθレンズFTは、y=fo・θ、の関係(歪曲収差)を満たすように設計されている。したがって、このfθレンズFTによって、ビームLB1をYt方向(Y方向)に正確に等速で走査することが可能になる。fθレンズFTへの入射角θが0度のときに、fθレンズFTに入射したビームLB1は、光軸AXf上に沿って進む。
反射ミラーM15は、入射したビームLB1を、シリンドリカルレンズCYbを介して基板FSに向けて−Zt方向に反射する。fθレンズFTおよび母線がYt方向と平行となっているシリンドリカルレンズCYbによって、基板FSに投射されるビームLB1が基板FSの被照射面上で直径数μm程度(例えば、3μm)の微小なスポット光SPに収斂される。また、基板FSの被照射面上に投射されるスポット光SPは、回転しているポリゴンミラーPMによって、Yt(Y)方向に延びる描画ラインSL1に沿って1次元走査される。なお、fθレンズFTの光軸AXfと照射中心軸Le1とは、同一の平面上にあり、その平面はXtZt平面と平行である。したがって、光軸AXf上に進んだビームLB1は、反射ミラーM15によって−Zt方向に反射し、照射中心軸Le1と同軸になって基板FSに投射される。本実施の形態において、少なくともfθレンズFTは、ポリゴンミラーPMによって偏向されたビームLB1を基板FSの被照射面に投射する投射光学系として機能する。また、少なくとも反射部材(反射ミラーM11〜M15)および偏光ビームスプリッタBSは、反射ミラーM10から基板FSまでのビームLB1の光路を折り曲げる光路偏向部材として機能する。この光路偏向部材によって、反射ミラーM10に入射するビームLB1の入射軸と照射中心軸Le1とを略同軸にすることができる。XtZt平面に関して、走査ユニットMD1内を通るビームLB1は、略U字状またはコ字状の光路を通った後、−Zt方向に進んで基板FSに投射される。
このように、基板FSが副走査方向(+X方向)に副走査(搬送)されている状態で、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)によって、ビームLBn(LB1〜LB6)のスポット光SPを主走査方向(Y方向)に一次元に主走査することで、スポット光SPを基板FSの被照射面に相対的に2次元走査することができる。したがって、基板FSの露光領域Wに所定のパターンを描画露光することができる。なお、描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)を、光導入光学系BDUn(BDU1〜BDU6)に設けるようにしたが、走査ユニットMDn(MD1〜MD6)内に設けるようにしてもよい。この場合は、走査ユニットMDn(MD1〜MD6)内の反射ミラーM10と反射ミラーM14との間に描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)を設けるとよい。
なお、一例として、実効的なサイズφが3μmのスポット光SPの1/2ずつ、つまり、1.5(=3×1/2)μmずつ、オーバーラップさせながらスポット光SPを描画ラインSLn(SL1〜SL6)に沿って基板FSの被照射面上に照射する場合は、パルス状のスポット光SPは、1.5μmの間隔で照射される。そして、描画ラインSLn(SL1〜SL6)の実効的な長さを30mmとすると、1回の走査で照射されるスポット光SPの数は、20000(=30〔mm〕/1.5〔μm〕)個となる。また、基板FSの副走査方向の送り速度(搬送速度)Vtを2.419mm/secとし、副走査方向についてもスポット光SPの走査が1.5μmの間隔で行われるものとすると、描画ラインSLnに沿った1回の走査開始(描画開始)時点と次の走査開始時点との時間差Tpxは、約620μsec(≒1.5〔μm〕/2.419〔mm/sec〕)となる。この時間差Tpxは、8反射面RPのポリゴンミラーPMが1面分の角度β(β=45度=360度/8)だけ回転する時間である。この場合、ポリゴンミラーPMの1回転の時間が、約4.96msec(=8×620〔μsec〕)となるように設定される必要があるので、ポリゴンミラーPMの回転速度Vpは、毎秒約201.613回転(=1/4.96〔msec〕)、すなわち、約12096.8rpmに設定される。
ポリゴンミラーPMが1反射面RP分の角度β回転する間に、実際にスポット光SPの走査を行うことができる回転角度範囲をα(α<β)とすると、1反射面RP分の走査効率は、α/β、で表すことができる。本実施の形態では、ポリゴンミラーPMは8つの反射面RPを有する正八角形の形状を有するので角度βは45度となり、走査効率は、α/45度で表される。この実走査に寄与する回転角度範囲αとは、fθレンズFTがポリゴンミラーPMの反射面で反射したビームLB1を入射して基板FSに向けて投射することができるポリゴンミラーPMの回転角度範囲である。つまり、反射ミラーM14から照射されるビームLB1をfθレンズFTに向けて反射するポリゴンミラーPMの反射面(以下、偏向反射面と呼ぶ場合がある)RPが、回転角度範囲(所定角度範囲)α内で回転している場合に、偏向反射面RPで反射したビームLBがfθレンズFTに入射されて、基板FSに投射される。この回転角度範囲αは、fθレンズFTの焦点距離、口径、および、位置等によっておおよそ決まってしまう。回転角度範囲αが大きい程、描画ラインSLnの最大走査長は長くなる。
本実施の形態では、実走査に寄与する回転角度範囲αを15度とするので、走査効率は1/3(=15度/45度)となる。そのため、描画ラインSLnの最大走査長(例えば、31mm)分だけスポット光SPを走査するのに必要な時間Tsは、Ts=Tpx×走査効率、となり、先の数値例の場合は、時間Ts、約206.666・・・μsec(=620〔μsec〕/3)、となる。本実施の形態における描画ラインSLn(SL1〜SL6)の実効的な走査長を30mmとするので、この描画ラインSLnに沿ったスポット光SPの1走査の走査時間Tspは、約200μsec(≒206.666・・・〔μsec〕×30〔mm〕/31〔mm〕)、となる。したがって、この走査時間Tspの間に、20000のスポット光SP(パルス光)を照射する必要があるので、光源装置14からのビームLBの発光周波数(発振周波数)Feは、Fe≒20000回/200μsec=100MHzとなる。なお、ポリゴンミラーPMの1反射面RPで反射したビームLB1が有効にfθレンズFTに入射する最大入射角度は、回転角度範囲αの2倍である30度(fθレンズFTの光軸AXfを中心として±15度)となる。
図6に示す光検出器DTは、入射した光を光電変換する光電変換素子を有する。回転ドラムDRの表面には、例えば、国際公開第2014/034161号パンフレットに開示されているように、予め決められた基準パターンが形成されている。この基準パターンが形成された回転ドラムDR上の部分は、ビームLB1の波長域に対して低めの反射率(10〜50%)の素材で構成されている。そして、基準パターンが形成されていない回転ドラムDR上の他の部分は、ビームLB1の波長域に対して反射率が10%以下の材料または光を吸収する材料で構成される。そのため、基板FSが巻き付けられていない状態(または基板FSの透明部を通した状態)で、回転ドラムDRの基準パターンが形成された領域に走査ユニットMD1からビームLB1のスポット光SPを照射すると、その反射光が、シリンドリカルレンズCYb、反射ミラーM15、fθレンズFT、ポリゴンミラーPM、反射ミラーM14、シリンドリカルレンズCYa、λ/4波長板QW、反射ミラーM13、フィールドアパーチャFA、偏向調整光学部材DP、像シフト光学部材SR、および、反射ミラーM12を通過して偏光ビームスプリッタBSに入射する。ここで、偏光ビームスプリッタBSと基板FSとの間、具体的には、反射ミラーM13とシリンドリカルレンズCYaとの間には、λ/4波長板QWが設けられている。これにより、基板FSに照射されるビームLB1は、このλ/4波長板QWによってP偏光から円偏光のビームLB1に変換され、基板FSから偏光ビームスプリッタBSに入射する反射光は、このλ/4波長板QWによって、円偏光からS偏光に変換される。したがって、基板FSからの反射光は偏光ビームスプリッタBSを透過し、光学レンズG10を介して光検出器DTに入射する。
このとき、光導入光学系BDU1の描画用光学素子AOM1をオンにし続けた状態で、つまり、パルス状のビームLB1が連続して走査ユニットMD1に入射する状態で、回転ドラムDRを回転して走査ユニットMD1がスポット光SPを主走査することで、回転ドラムDRの外周面には、スポット光SPが2次元的に照射される。したがって、回転ドラムDRに形成された基準パターンの画像を光検出器DTによって取得することができる。具体的には、制御装置18は、光検出器DTから出力される光電信号の強度変化を、スポット光SPのパルス発光のためのクロックパルス信号(光源装置14内で作られる発振周波数Feのクロックパルス信号CK)に応答してデジタルサンプリングすることでYt方向の1次元の画像データを取得する。制御装置18は、スポット光SPの走査毎にこの1次元の画像データを取得する。さらに、制御装置18の制御によって、描画ラインSL1が配置される設置方位線Lx2における回転ドラムDRの回転角度位置を計測するエンコーダEN2a、EN2bに基づくカウント値CD2に応答して、副走査方向の一定距離(例えばスポット光SPのサイズφの1/2)毎にYt方向の1次元の画像データをXt方向に並べて取得することにより、回転ドラムDRの表面の2次元の画像情報を生成することができる。制御装置18は、この取得した回転ドラムDRの基準パターンの2次元の画像情報に基づいて、走査ユニットMD1の描画ラインSL1の傾きを計測する。この描画ラインSL1の傾きとは、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)間における相対的な傾きであってもよく、回転ドラムDRの中心軸AXoに対する傾き(絶対的な傾き)であってもよい。なお、同様にして、各描画ラインSL2〜SL6の傾きも計測することができることはいうまでもない。
図6の参照符号OP1は、パルス状の原点信号SZを発生する原点センサである。原点センサOP1は、ポリゴンミラーPMの各反射面RPによるスポット光SPの走査開始可能タイミングを示すパルス状の原点信号SZ1を発生する。原点センサOP1は、ポリゴンミラーPMの回転位置が、反射面RPによるスポット光SPの走査が開始可能な所定位置にくると原点信号SZ1を発生する。原点センサOP1は、反射ミラーM14から照射されるビームLB1をfθレンズFTに向けて反射する偏向反射面RPを用いて原点信号SZ1を発生する。したがって、原点センサOP1は、これからスポット光SPの走査を行う偏向反射面RPの回転角度位置がXtYt平面と平行な面内で所定の回転角度位置になったときに原点信号SZ1を発生する。具体的にこの所定の回転角度位置とは、スポット光SPの走査を行う偏向反射面RPの回転角度位置が回転角度範囲(所定角度範囲)αに入るタイミングにおける偏向反射面RPの回転角度位置のことである。したがって、原点センサOP1は、回転しているポリゴンミラーPMの偏向反射面RPが回転角度範囲αに入るタイミングで原点信号SZ1を発生する。ポリゴンミラーPMは、8つの反射面RPを有するので、ポリゴンミラーPMが1回転する期間で、原点センサOP1は8回原点信号SZ1を出力することになる。
原点センサOP1は、基板FSの感光性機能層に対して非感光性の波長域の計測光(レーザビーム)を偏向反射面RPとなる反射面RPに対して射出するビーム送光系opaと、反射面RPで反射した計測光の反射光を受光して原点信号SZ1を発生するビーム受光系opbとを有する。ビーム送光系opaは、図示しないが、計測光を射出する光源と、光源が発光した計測光を反射面RPに投射する光学部材(反射ミラーやレンズ等)とを有する。ビーム受光系opbは、図示しないが、反射光を受光して電気信号に変換する光電変換素子を含む受光部と、反射面RPで反射した反射光を前記受光部に導く光学部材(反射ミラーやレンズ等)を有する。ビーム送光系opaとビーム受光系opbとは、ポリゴンミラーPMの回転位置が、反射面RPによるスポット光SPの走査が開始可能な所定位置にきたときに、ビーム送光系opaが射出した計測光の反射光をビーム受光系opbが受光することができる位置に設けられている。
制御装置18は、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)に設けられた原点センサOPn(OP1〜OP6)が発生した原点信号SZn(SZ1〜SZ6)に基づいて、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)によるスポット光SPの走査(描画)開始タイミングを決定している。具体的には、制御装置18は、原点センサOPn(OP1〜OP6)が原点信号SZn(SZ1〜SZ6)を発生したタイミングから所定の遅延時間(オフセット時間)Tdn(Td1〜Td6)経過した後に、シリアルデータDLn(DL1〜DL6)に基づく描画用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)の駆動を開始する。これにより、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)によるスポット光SPの描画(スポット光SPの走査およびその強度変調)が原点信号SZn(SZ1〜SZ6)の発生から遅延時間Tdn(Td1〜Td6)経過後に開始される。例えば、原点信号SZ1が発生したタイミングから遅延時間Td1経過後にシリアルデータDL1に基づいて制御装置18が描画用光学素子AOM1の駆動を開始することで、走査ユニットMD1は、描画ラインSL1に沿ったスポット光SPの描画を開始する。
制御装置18は、原点信号SZn(SZ1〜SZ6)が発生してから、走査ユニットMDn(MD1〜MD6)によるスポット光SPの描画を開始するまでの遅延時間Tdn(Td1〜Td6)を変えることによって、描画ラインSLn(SLn1〜SL6)の基板FS上における位置を主走査方向(Y方向)にシフトすることができる。例えば、遅延時間Tdn(Td1〜Td6)を短くすると描画ラインSLn(SL1〜SL6)は、主走査方向と反対側の方向にシフトし、遅延時間Tdn(Td1〜Td6)を長くすると描画ラインSLn(SL1〜SL6)は、主走査方向側にシフトする。制御装置18は、例えば、長さが30mmの描画ラインSLn(SL1〜SL6)の中心位置が、31mmの最大走査長の中心位置となるように遅延時間Tdn(Td1〜Td6)を決定するが、描画ラインSLn(SL1〜SL6)をシフトする場合は、シフト量に応じて遅延時間Tdn(Td1〜Td6)を決定する。制御装置18は、例えば、アライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG)による撮像信号と、エンコーダEN1a、EN1bに基づくカウント値CD1とに基づいて検出した基板FS上におけるマークMKm(MK1〜MK4)のマーク位置情報を用いて、描画ラインSL1をシフトするか否か、シフトする場合はそのシフト量も決定する。例えば、検出したマークMKm(MK1〜MK4)の位置に基づいて、露光領域Wの形状が変形している(歪んでいる)場合は、その露光領域Wに形状に応じて、描画露光するパターンも変形させる必要がある。そのため、描画ラインSL1を照射中心軸Le1回りに回転させたり、描画ラインSL1を主走査方向にシフトさせたりする。
図7は、エンコーダカウンタECN1〜ECN3および描画用カウンタSCN2、SCN3の構成を示す構成図であり、先に概略を説明したように、エンコーダカウンタECN1〜ECN3がカウントしたカウント値CD1〜CD3、および、描画用カウンタSCN2、SCN3がカウントしたカウント値CW2、CW3は、制御装置18に出力される。エンコーダカウンタECN1〜ECN3は、互いに同一の構成、機能を有し、描画用カウンタSCN2、SCN3も、互いに同一の構成、機能を有する。
エンコーダカウンタECN1は、エンコーダEN1a、EN1bが検出した検出信号の各々を個別にカウントする。エンコーダENja、ENjbの各々は、スケール部SDa、SDbの周方向の一部に形成された図2に示す原点マーク(原点パターン)ZZを検出する原点検出センサ部(Z相センサ)を含んでいる。図2では、原点マーク(原点パターン)ZZを模式的にスケール部SDa、SDbの側面部に示したが、実際は、スケール部SDa、SDbの目盛(格子)が形成されるスケール面の周方向の1ヶ所に併設されている。エンコーダカウンタECN1は、エンコーダEN1a、EN1bが、原点マーク(原点パターン)ZZを検出すると、Z相センサからの原点パルス信号(Z相信号)Zssに応答して、エンコーダEN1a、EN1bに対応するカウント値を初期値(例えば、0)にリセットする。エンコーダカウンタECN1は、エンコーダEN1aの検出信号(2相信号)に基づくカウント値と、エンコーダEN1bの検出信号(2相信号)に基づくカウント値の一方、または、両者の平均値をカウント値CD1として制御装置18に出力する。したがって、エンコーダカウンタECN1は、回転ドラムDRの回転に応じてカウント値CD1をインクリメントしていき、回転ドラムDRの1回転毎(原点マークZZがエンコーダEN1a、EN1bを通過した瞬間)にカウント値CD1を初期値(例えば、0)にリセットするカウンタ回路である。このカウント値CD1は、設置方位線Lx1から見た回転ドラムDRの回転角度位置を示し、原点マークZZの回転角度位置を所定位置(例えば、0度)とした回転角度位置を示している。なお、回転ドラムDRの製造誤差等によって回転ドラムDRが中心軸AXoに対して偏心して回転している場合を除き、原則として、エンコーダEN1aに基づくカウント値とエンコーダEN1bに基づくカウント値とは互いに同一となる。
エンコーダカウンタ(第1計数部)ECN2は、エンコーダEN2a、EN2bが検出した検出信号の各々を個別にカウントする。エンコーダカウンタECN2は、エンコーダEN2a、EN2bが、スケール部SDa、SDbの周方向の一部に形成された原点マークZZをZ相センサで検出すると、Z相信号Zssに応答して、エンコーダEN2a、EN2bに対応するカウント値を初期値(例えば、0)にリセットする。エンコーダカウンタECN2は、エンコーダEN2aの検出信号(2相信号)に基づくカウント値と、エンコーダEN2bの検出信号(2相信号)に基づくカウント値の一方、または、両者の平均値をカウント値CD2として制御装置18に出力する。したがって、エンコーダカウンタECN2は、回転ドラムDRの回転に応じてカウント値CD2をインクリメントしていき、回転ドラムDRの1回転毎にカウント値CD2を初期値(例えば、0)にリセットするカウンタ回路である。エンコーダカウンタECN2は、カウント値CD2を描画用カウンタSCN2にも出力する。このカウント値CD2は、設置方位線Lx2から見た回転ドラムDRの回転角度位置を示し、原点マークZZの回転角度位置を所定位置(例えば、0度)とした回転角度位置を示している。なお、回転ドラムDRの製造誤差等によって回転ドラムDRが中心軸AXoに対して偏心して回転している場合を除き、原則として、エンコーダEN2aに基づくカウント値とエンコーダEN2bに基づくカウント値とは互いに同一となる。
同様に、エンコーダカウンタ(第1計数部)ECN3は、エンコーダEN3a、EN3bが検出した検出信号の各々を個別にカウントする。エンコーダカウンタECN3は、エンコーダEN3a、EN3bが、スケール部SDa、SDbの原点マークZZをZ相センサで検出すると、Z相信号Zssに応答して、エンコーダEN3a、EN3bに対応するカウント値を初期値(例えば、0)にリセットする。エンコーダカウンタECN3は、エンコーダEN3aの検出信号(2相信号)に基づくカウント値と、エンコーダEN3bの検出信号(2相信号)に基づくカウント値の一方、または、両者の平均値をカウント値CD3として制御装置18に出力する。したがって、エンコーダカウンタECN3は、回転ドラムDRの回転に応じてカウント値CD3をインクリメントしていき、回転ドラムDRの1回転毎にカウント値CD3を初期値(例えば、0)にリセットするカウンタ回路である。エンコーダカウンタECN3は、カウント値CD3を描画用カウンタSCN3にも出力する。このカウント値CD3は、設置方位線Lx3から見た回転ドラムDRの回転角度位置を示し、原点マークZZの回転角度位置を所定位置(例えば、0度)とした回転角度位置を示している。なお、回転ドラムDRの製造誤差等によって回転ドラムDRが中心軸AXoに対して偏心して回転している場合を除き、原則として、エンコーダEN3aに基づくカウント値とエンコーダEN3bに基づくカウント値とは互いに同一となる。
以上のように、エンコーダカウンタECN1〜ECN3の各々は、Z相信号Zssに応答してゼロリセットされるが、これはスケール部SDa(SDb)の偏心誤差や目盛のピッチ誤差等を補正する補正マップが、スケール部SDa(SDb)の1回転分に対応して作成されることにも依存する。基板FSの移動方向の位置を高精度に求め、パターン露光時の位置決め精度を低下させないための機構部の制御の際には、補正マップで補正された計数値(移動位置、移動量)に基づいて、各種の制御タイミングを決めるのが好ましい。
なお、本実施の形態では、回転ドラムDRの外周(1周)の全周長は、露光領域Wの長尺方向における長さより短いものとする。したがって、エンコーダカウンタECN1〜ECN3における、回転ドラムDRの1回転分に相当するカウント範囲(第1の計数範囲)は、露光領域Wの長尺方向の長さに対応するカウント範囲より小さくなる。制御装置18は、エンコーダカウンタECN1〜ECN3のカウント値CD1〜CD3を用いて、基板FSの搬送速度(回転ドラムDRの回転速度)Vtを計測するとともに、回転ドラムDRの回転を制御する。
描画用カウンタ(第2計数部)SCN2は、エンコーダEN2a、EN2bからの検出信号の各々を個別にカウントする。描画用カウンタSCN2は、エンコーダEN2aの検出信号に基づくカウント値と、エンコーダEN2bの検出信号に基づくカウント値の一方、または、両者の平均値をカウント値CW2として制御装置18に出力する。つまり、描画用カウンタSCN2は、回転ドラムDRの回転に応じてカウント値CW2をインクリメントしていく。描画用カウンタSCN2は、制御装置18からプリセット信号Rs2が送られてくると、その時点までに計数されていたカウント値CW2を、エンコーダカウンタECN2で計数されているカウント値CD2に書き換える。すなわち、描画用カウンタSCN2にカウント値CD2(所定値)をプリセットする。
描画用カウンタ(第2計数部)SCN3も、同様にエンコーダEN3a、EN3bが検出した検出信号の各々を個別にカウントする。描画用カウンタSCN3は、エンコーダEN3aの検出信号に基づくカウント値と、エンコーダEN3bの検出信号に基づくカウント値の一方、または、両方の平均値をカウント値CW3として制御装置18に出力する。つまり、描画用カウンタSCN3は、回転ドラムDRの回転に応じてカウント値CW3をインクリメントしていく。描画用カウンタSCN3は、制御装置18からプリセット信号Rs3が送られてくると、その時点までに計数されていたカウント値CW3を、エンコーダカウンタECN3で計数されているカウント値CD3に書き換える。すなわち、描画用カウンタSCN3にカウント値CD3(所定値)をプリセットする。
描画用カウンタSCN2、SCN3がカウントするカウント範囲(第2の計数範囲)は、エンコーダカウンタECN2、ECN3がカウントするカウント範囲(第1の計数範囲)より大きく、露光領域Wの長尺方向の長さに対応するカウント範囲(第3の計数範囲)よりも大きくなるように設定される。具体的には、描画用カウンタSCN2、SCN3がカウントするカウント範囲(第2の計数範囲)は、少なくとも、露光領域Wの長尺方向の長さ分に対応した目盛(スケール部SDa、SDbの目盛)のカウント範囲(第3の計数範囲)と、エンコーダカウンタECN2、ECN3がスケール部SDa、SDbの1周分の目盛をカウントするカウント範囲(第1の計数範囲)との和以上の範囲となる。そのため描画用カウンタSCN2、SCN3は、エンコーダカウンタECN2、ECN3よりも十分大きなカウント範囲に対応するように、計数ビット数が設定されている。
図8は、露光装置EXの電気的な概略構成を示す機能ブロック図である。制御装置18は、マーク位置検出部30、露光開始/終了位置決定部32、露光制御部34、設計情報記憶部(記憶部)36、補正データ記憶部(記憶部)38を備える。なお、基板FSが歪んだ状態で回転ドラムDRに搬送された場合や、基板FSの搬送状態が歪んでいない場合であっても、デバイス製造システム10の製造過程において熱処理を受けたりすることで、露光領域Wが歪む場合もあるが、以下の説明では、断わりの無い限り、露光領域Wは変形していない(歪んでいない)ものとして説明する。露光領域Wが変形していない(歪んでいない)状態においては、露光領域Wは、図3、図5に示すように矩形状となる。なお、以下の説明では、まずエンコーダカウンタECN2(ECN3)のカウント値CD2(CD3)に基づいて、描画データを読み出してパターン描画を行う場合を説明する。
マーク位置検出部30は、複数のアライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG4)が撮像した撮像信号の画像を解析するとともに、アライメント顕微鏡ALGm(ALG1〜ALG4)が画像を撮像した瞬間のカウント値CD1とに基づいて、基板FS上のマークMK1〜MK4のマーク位置情報(マークMK1〜MK4の配置状態に関する情報)を高精度に検出する。マーク位置検出部30は、検出したマーク位置情報(カウント値CD1を含む)を露光開始/終了位置決定部32および露光制御部34に出力する。
露光開始/終了位置決定部32は、マーク位置検出部30が検出したマークMK1〜MK4のマーク位置情報に基づいて、基板FSの長尺方向における露光領域Wの描画露光の開始位置と終了位置とを決定する。具体的には、露光開始/終了位置決定部32は、マーク位置検出部30が検出したマーク位置情報に基づいて、設置方位線Lx1上に、基板FSの長尺方向における露光領域Wの描画露光の開始位置が到達したか否かを判断し、到達したと判断した場合はそのときのエンコーダカウンタECN1のカウント値CD1を開始位置SPDとして決定する。また、露光開始/終了位置決定部32は、マーク位置検出部30が検出したマーク位置情報に基づいて、設置方位線Lx1上に、基板FSの長尺方向における露光領域Wの描画露光の終了位置が到達したか否かを判断し、到達したと判断した場合はそのときのエンコーダカウンタECN1のカウント値CD1を終了位置EPDとして決定する。なお、基板FSの長尺方向における露光領域Wおよび隙間CLEの長さは予め決められている。
露光開始/終了位置決定部32は、エンコーダカウンタECN2のカウント値CD2が開始位置SPDと同じ値になると、露光領域Wの描画露光の開始位置が設置方位線Lx2(描画ラインSL1、SL3、SL5)上に到達したと判断し、走査ユニットMD1、MD3、MD5によるパターンの描画露光を開始させる開始信号SS135を露光制御部34に出力する。また、露光開始/終了位置決定部32は、エンコーダカウンタECN3のカウント値CD3が開始位置SPDと同じ値になると、露光領域Wの描画露光の開始位置が設置方位線Lx3(描画ラインSL2、SL4、SL5)上に位置したと判断し、走査ユニットMD2、MD4、MD6によるパターンの描画露光を開始させる開始信号SS246を露光制御部34に出力する。
露光開始/終了位置決定部32は、エンコーダカウンタECN2のカウント値CD2が終了位置EPDと同じ値になると、露光領域Wの描画露光の終了位置が設置方位線Lx2上に到達したと判断し、走査ユニットMD1、MD3、MD5によるパターンの描画露光を終了させる終了信号ES135を露光制御部34に出力する。また、露光開始/終了位置決定部32は、エンコーダカウンタECN3のカウント値CD3が終了位置EPDと同じ値になると、露光領域Wの描画露光の終了位置が設置方位線Lx3上に到達したと判断し、走査ユニットMD2、MD4、MD6によるパターンの描画露光を終了させる終了信号ES246を露光制御部34に出力する。
露光制御部(制御ユニット)34は、終了信号ES135、ES246を受信してから、一定時間経過後にプリセット信号Rs2、Rs3を描画用カウンタSCN2、SCN3に出力する。この一定時間は、露光制御部34が、終了信号ES135、ES246を受信してから、次の開始信号SS135、SS246を受信するまでの時間より短い。具体的には、露光制御部34は、終了信号ES135、ES246を受信してから、エンコーダカウンタECN2、ECN3のカウント値CD2、CD3が所定の値だけインクリメントされると、プリセット信号Rs2、Rs3を描画用カウンタSCN2、SCN3に出力する。
このようにすることで、露光制御部34は、露光領域Wの描画露光の終了位置が設置方位線Lx2上を通過してから、次の露光領域Wの描画露光の開始位置が設置方位線Lx2上を通過するまでの間にプリセット信号Rs2を出力することができる。つまり、露光領域Wと露光領域Wとの隙間CLEが設置方位線Lx2上にあるときにプリセット信号Rs2が出力される。同様に、露光制御部34は、露光領域Wの描画露光の終了位置が設置方位線Lx3上を通過してから、次の露光領域Wの描画露光の開始位置が設置方位線Lx3を通過するまでの間にプリセット信号Rs3を出力することができる。つまり、露光領域Wと露光領域Wとの隙間CLEが設置方位線Lx3上にあるときにプリセット信号Rs3が出力される。
図9は、回転している回転ドラムDRによって支持されて搬送される基板FSと、カウント値CD2、カウント値CW2、および、プリセット信号Rs2との関係を示すタイムチャートである。基板FSには、長尺方向に沿って所定の隙間(間隔)CLEをあけて複数の露光領域Wが配置されている。この複数の露光領域Wを区別するため、便宜上、図9の一番左の露光領域Wから右側に向かって、各露光領域Wを、W1、W2、W3、・・・、で表している。図9においては、基板FSは右から左へ搬送されているものとする。上述したように、エンコーダカウンタECN2は、エンコーダEN2a、EN2bの検出信号に基づいてカウント値CD2をインクリメントしていき、原点マークZZが検出されるとそのカウント値CD2を初期値(図9ではゼロ)にリセットする。回転ドラムDRの外周(1周)の長さより基板FSの露光領域Wの長尺方向の長さは長いので、図9に示すように、露光領域Wの露光動作の途中でカウント値CD2が0にリセットされる状態がある。したがって、後で詳細に説明するが、露光制御部34が、カウント値CD2に応じた列のシリアルデータDL1、DL3、DL5を、描画用光学素子AOM1、AOM3、AOM5に出力してしまうと、正しい順番でシリアルデータDL1、DL3、DL5を出力することができない。或いは、エンコーダカウンタECN2がゼロリセットされた後のゼロからのカウント値CD2に、ソフトウェア上で(CPUの演算処理によって)一定値を加算(または減算)しつつ、露光動作中は描画テータを記憶する設計情報記憶部36内のメモリ部のアドレスカウント値が継続するようにした場合は、そのソフトウェア上の加算(または減算)による遅延が生じる可能性があり、やはり正しくシリアルデータDL1、DL3、DL5を送出できないこともある。そのため、走査ユニットMD1、MD3、MD5によって描画露光されるパターンは所望するパターンとはならない。すなわち、エンコーダカウンタECN2(ECN3)がゼロリセットされた付近で描画されるパターンが乱れたり、副走査方向に関してパターンの線幅や寸法が乱れたりする。
そこで、本実施の形態では、エンコーダカウンタECN2(ECN3)とは別に設けた描画用カウンタSCN2(SCN3)のカウント値CW2(CW3)を描画データのアクセス(設計情報記憶部36内のメモリ部のアドレス指定)に利用する。上述したように、この描画用カウンタSCN2で計数可能なカウント範囲は、少なくとも露光領域Wの長尺方向の長さより、回転ドラムDRの外周(1周)分だけ長い長さに対応する範囲である。そして、描画用カウンタSCN2は、露光領域Wと露光領域Wとの隙間CLEが設置方位線Lx2上に到達したタイミングで露光制御部34から送られてくるプリセット信号Rs2を受信すると、そのときにエンコーダカウンタECN2から出力されたカウント値CD2にプリセットする構成になっている。したがって、図9に示すように、設置方位線Lx2(描画ラインSL1、SL3、SL5)の位置に露光領域W1と露光領域W2との隙間CLEがもたらされたときに、プリセット信号Rs2が描画用カウンタSCN2に送られ、描画用カウンタSCN2は、そのときのエンコーダカウンタECN2のカウント値CD2(Cn1)を読み込んで、カウント値CW2としてプリセットする。そして、描画用カウンタSCN2は、エンコーダEN2a、EN2bの検出信号(2相信号)に基づいてカウント値CW2をインクリメントしていく。その後、設置方位線Lx2の位置に露光領域W2と露光領域W3との隙間CLEが到達すると、プリセット信号Rs2が描画用カウンタSCN2に送られ、描画用カウンタSCN2は、そのときのエンコーダカウンタECN2のカウント値CD2(Cn2)を読み込んで、カウント値CW2としてプリセットする。
以上のように、描画用カウンタSCN2のカウント値CW2は、描画ラインSL1、SL3、SL5が露光領域W内に位置する状態ではリセットされることなく、描画ラインSL1、SL3、SL5が露光領域Wから外れた状態でカウント値CW2のリセットが行われる。つまり、描画用カウンタSCN2は、露光領域Wの途中でカウント値CW2をリセットすることなく、1つの露光領域Wの全範囲でスケール部SDa、SDbの目盛をカウントすることができる。したがって、露光制御部34がこの描画用カウンタSCN2のカウント値CW2を用いて、描画用光学素子AOM1、AOM3、AOM5に出力するシリアルデータDL1、DL3、DL5の列を、設計情報記憶部36内のメモリ部から一定の番地毎の連続したアドレス順に遅延なくアクセスすることができ、取りこぼすことなく正しい順番でシリアルデータDL1、DL3、DL5を出力することができる。
なお、回転している回転ドラムDRによって支持され搬送される基板FSと、カウント値CD3、カウント値CW3、および、プリセット信号Rs3の関係については、図9に示すものと同様なので説明を割愛する。
また、露光制御部(制御ユニット)34は、開始信号SS135を受け取ってから終了信号ES135を受け取るまでの期間において、走査ユニットMD1、MD3、MD5にパターンの描画を行わせる。露光制御部34は、描画用光学素子AOM1、AOM3、AOM5を駆動するAOM駆動回路50に、設計情報(描画データ)PD1、PD3、PD5の各列のシリアルデータDL1、DL3、DL5を出力することで、走査ユニットMD1、MD3、MD5にパターンの描画を行わせる。同様に、露光制御部34は、開始信号SS246を受け取ってから終了信号ES246を受け取るまでの期間において、走査ユニットMD2、MD4、MD6にパターンの描画を行わせる。露光制御部34は、描画用光学素子AOM2、AOM4、AOM6を駆動するAOM駆動回路50に、設計情報(描画データ)PD2、PD4、PD6の各列のシリアルデータDL2、DL4、DL6を出力することで、走査ユニットMD2、MD4、MD6にパターンの描画を行わせる。
具体的には、露光制御部34は、描画用カウンタSCN2のカウント値CW2に基づいて、出力するシリアルデータDL1、DL3、DL5の列を設計情報PD1、PD3、PD5の中から選択する。そして、露光制御部34は、原点センサOP1が原点信号SZ1を発生してから遅延時間Td1経過後に、設計情報記憶部36から選択した列のシリアルデータDL1の画素の論理情報を1行目の画素から順次読み出してAOM駆動回路50に出力する。同様に、露光制御部34は、原点センサOP3、OP5が原点信号SZ3、SZ5を発生してから遅延時間Td3、Td5経過後に、設計情報記憶部36から選択した列のシリアルデータDL3、DL5の画素の論理情報を1行目の画素から順次読み出してAOM駆動回路50に出力する。
同様にして、露光制御部34は、描画用カウンタSCN3のカウント値CW3に基づいて、出力するシリアルデータDL2、DL4、DL6の列を設計情報PD2、PD4、PD6の中から選択する。そして、露光制御部34は、原点センサOP2が原点信号SZ2を発生してから遅延時間Td2経過後に、設計情報記憶部36から選択した列のシリアルデータDL2の画素の論理情報を1行目の画素から順次読み出してAOM駆動回路50に出力する。同様に、露光制御部34は、原点センサOP4、OP6が原点信号SZ4、SZ6を発生してから遅延時間Td4、Td6経過後に、設計情報記憶部36から選択した列のシリアルデータDL4、DL6の画素の論理情報を1行目の画素から順次読み出してAOM駆動回路50に出力する。この遅延時間Tdn(Td1〜Td6)は、原則として、走査ラインSLn(SL1〜SL6)の中心位置が、最大走査長の中心位置となるように設定される時間であり、設計情報記憶部36に記憶されている。
例えば、露光制御部34のカウント値CW2、CW3に基づくシリアルデータDLnの列の選択としては、例えば、開始信号SS135、SS246を受け取ったときのカウント値CW2、CW3を1列目とし、1列目のカウント値CW2、CW3を基準に、各列のカウント値CW2、CW3を割り当ててもよい。また、プリセットされたときのカウント値CW2、CW3を基準に、各列のカウント値CW2、CW3を割り当ててもよい。設計情報PDnのうち、ブロックBbに対応する部分設計情報は、ブロックBbの数分だけ繰り返し使用されるので、それも考慮して読み出す列を選択する。つまり、原則として、カウント値CW2、CW3が大きくなる程、選択するシリアルデータDLnの列も後方の列に向かって順次シフトしていくが、ブロックBbに対応する部分設計情報を繰り返し使用する場合は、ブロックBbに対応する部分設計情報の最後の列のシリアルデータDnを選択して出力した後は、再び該部分設計情報の最初の列のシリアルデータDLnを選択して出力することになる。このような動作を繰り返して、ブロックBbに対応する部分設計情報を繰り返し使用する。つまり、露光制御部34が、カウント値CW2、CW3に応じて、ブロックBaに対応する部分設計情報を選択して使用した後、ブロックBbに対応する部分設計情報を、ブロックBbの数分だけ選択して使用し、最後に、ブロックBcに対応する部分設計情報を選択して使用する。
なお、サイズφが3μmのスポット光SPを主走査方向に1.5μmずつオーバーラップさせながら基板FSに照射する場合は、副走査方向(基板FSの搬送方向)に関しても1.5μmずつオーバーラップさせることが好ましい。したがって、この場合は、各列に対応するカウント値CW2、CW3は、回転ドラムDR(基板FS)の1.5μmの移動分に対応したカウント値ずつずれていることになる。また、サイズφが3μmのスポット光SPを1.5μmずつオーバーラップさせる場合であって、画素の寸法を3μmとすると、主走査方向に関して1画素当り2つのスポット光SPが対応することになる。したがって、露光制御部34は、出力するシリアルデータDLnの複数の画素の論理情報を、ビームLB(スポット光SP)の発光周期(1/発振周波数Fe)の2倍の周期間隔でAOM駆動回路50に順次出力する。つまり、露光制御部34は、光源装置14内で作られる発振周波数Feのクロックパルス信号CKを1/2倍に分周したクロックパルス信号CPに応じて画素の論理情報を出力していく。
AOM駆動回路50は、描画用光学素子AOM1に出力する駆動信号を、順次送られてくるシリアルデータDL1の各画素の論理情報に応じてオン/オフにする。同様にして、AOM駆動回路50は、描画用光学素子AOM2〜AOM6に出力する駆動信号を、順次送られてくるシリアルデータDL2〜DL6の各画素の論理情報に応じてオン/オフにする。これにより、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)は、描画ラインSLn(SL1〜SL6)に沿った描画(スポット光SPの走査および強度変調)を行うことができる。
このように、露光制御部34は、描画用カウンタSCN2、SCN3のカウント値CW2、CW3に基づいて、基板FSの長尺方向におけるビームLBnのスポット光SPの投射位置を制御することができる。また、露光制御部34は、設計情報PDnに基づいて、主走査方向におけるビームLBのスポット光SPの投射位置を制御することができる。
補正データ記憶部38は、露光領域Wが変形しているときに使用されるものである。以下、露光領域Wが変形しているものとして説明する。補正データ記憶部38は、予め想定される露光領域Wの変形に応じて、ブロックBa、ブロックBb、および、ブロックBc内のパターンを補正する複数の補正データを記憶している。補正データは、繰り返し用いられることがない最初に用いられるブロックBaおよび最後に用いられるブロックBc内のパターンを補正する複数の補正データ(第2補正データ)と、繰り返し用いられるブロックBb内のパターンを補正する複数の補正データ(第1補正データ)とから構成される。この補正データは、走査ユニットMDn(MD1〜MD6)毎に設けることが望ましいが、それには限られない。補正データは、補正設計情報RPDn(RPD1〜RPD6)と、調整情報PAn(PA1〜PA6)とを少なくとも含む。補正データ記憶部38は、補正設計情報RPDnを記憶した補正設計情報記憶部38aと、調整情報PAnを記憶した調整情報記憶部38bとを少なくとも有する。
補正設計情報記憶部38aは、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)毎に補正設計情報RPDn(RPD1〜RPD6)を記憶している。補正設計情報記憶部38aは、予め想定される露光領域Wの変形に応じて、ブロック(第2ブロック)Ba、ブロック(第1ブロック)Bb、および、ブロック(第2ブロック)Bc内のパターンに対応する設計情報である部分設計情報を補正した補正設計情報RPDnを複数記憶している。具体的には、補正設計情報記憶部38aは、予め想定されるブロックBa、ブロックBb、および、ブロックBcの変形に応じた補正設計情報RPDnを複数記憶している。図10Aは、変形したブロックBaの形状の種類の一例を示す図であり、図10Bは、変形したブロックBbの形状の種類の一例を示す図であり、図10Cは、変形したブロックBcの形状の種類の一例を示す図である。補正設計情報記憶部38aは、図10A〜図10CのようにブロックBa、ブロックBb、および、ブロックBcの変形に応じた複数の補正設計情報RPDnを記憶している。この補正設計情報RPDnは、複数列のシリアルデータDLnによって構成される。
調整情報記憶部38bは、各走査ユニットMDn(MD1〜MD6)毎に調整情報PAn(PA1〜PA6)を記憶している。調整情報記憶部38bは、予め想定される露光領域Wの変形に応じて、ブロックBa、ブロックBb、ブロックBc内のパターンに対応する補正設計情報RPDnに基づくビームLBnのスポット光SPの投射位置を調整する調整情報PAnを複数記憶している。具体的には、調整情報記憶部38bは、予め想定される図10A〜図10CのようなブロックBa、ブロックBb、および、ブロックBcの変形に応じた複数の調整情報PAnを記憶している。この調整情報PAnは、描画ラインSLnのシフト量に対応した遅延時間Tdn´(Td1´〜Td6´)および描画ラインSLnを照射中心軸Lenを中心に回転させる回転量(回転角)を示す情報(回転量情報)を含む。この調整情報PAnは、ビームLBnのスポット光SPが各列のシリアルデータDLnによって描画される各々の描画ラインSLnにおける遅延時間Tdn´および回転量情報を記憶している。なお、調整情報PAnは、描画ラインSLnの倍率を規定する倍率情報も含んでもよい。
露光制御部34は、マーク位置検出部30が検出した基板FS上のマーク位置情報に基づいて、これから露光するブロックBの形状が変形している(歪んでいる)と判断した場合は、マーク位置情報に基づいて、該ブロックBの変形に対応する補正設計情報RPDn(RPD1〜RPD6)および調整情報PAn(PA1〜PA6)を選択する。このとき、露光制御部34は、既に露光した前回のブロックBの形状と継ぎ合わせることができる形状のブロックBに対応する補正設計情報RPDnを選択する。つまり、既に露光を行った前回のブロック(第1のブロック)Bと、この前回のブロックBに隣接して新たに露光を行うブロック(第2のブロック)Bとの継ぎ部分の形状(変形形態)が類似する補正設計情報RPDnおよび調整情報PAnを選択する。例えば、既に露光した前回のブロックBがブロックBa1(図10A参照)の場合は、継ぎ部分の形状(変形形態)がブロックBa1と類似するブロックBb1(図10B参照)に対応する補正設計情報RPDnおよび調整情報PAn(PA1〜PA6)を選択する。また、既に露光した前回のブロックBがブロックBb4(図10B参照)の場合であって、次に露光するブロックがブロックBcの場合は、継ぎ部分の形状(変形形態)がブロックBb4と類似するブロックBc3(図10C参照)に対応する補正設計情報RPDnおよび調整情報PAn(PA1〜PA6)を選択する。
露光制御部34は、該選択した補正設計情報RPDn(RPD1〜RPD6)の各列のシリアルデータDLn(DL1〜DL6)を、選択した調整情報PAn(PA1〜PA6)の遅延時間Tdn´(Td1´〜Td6´)を用いてAOM駆動回路50に出力する。具体的には、露光制御部34は、描画用カウンタSCN2、SCN3のカウント値CW2、CW3に基づいて、選択した補正設計情報RPDnの中から出力するシリアルデータDLnの列を選択するとともに、選択した調整情報PAnの中から、出力するシリアルデータDLnの列に対応する遅延時間Tdn´を選択する。そして、露光制御部34は、原点センサOPnが原点信号SZn(SZ1〜SZ6)を発生してから選択した遅延時間Tdn´経過後に、選択した列のシリアルデータDLnを出力する。また、露光制御部34は、シリアルデータDLnの出力動作と並行して、選択した調整情報PAnの中から、出力するシリアルデータDLnの列に対応する回転量情報を選択する。露光制御部34は、選択した回転量情報に基づいてアクチュエータ52を駆動制御する。これにより、アクチュエータ52は、回転量情報に応じた回転量(回転角)で、描画ラインSLn(走査ユニットMDn)を照射中心軸Len回りに回転させる。この調整情報PAnに含まれる遅延時間Tdn´に基づくシリアルデータDLnの出力タイミングの調整、および、調整情報PAnに含まれる回転量情報に基づく描画ラインSLnの回転によって、補正設計情報RPDnに基づくビームLBnのスポット光SPの投射位置が調整される。これにより、変形したブロックBの形状に応じて、該ブロックBに露光するパターンを補正することができる。
露光制御部34は、デバイス製造システム10全体のトラブル、または、露光装置EX内のトラブルで、基板FSの搬送を一時停止し、描画露光を中断する場合であっても、分割されたブロックB内のパターンを露光中の場合は、現在露光しているブロックBのパターンの描画露光が終了してから、基板FSの搬送および描画露光を中断する。その後、露光を再開する場合は、制御装置18は、基板FSを逆方向(−X方向)に搬送したのち、再び順方向(+X方向)に搬送することで、アライメント顕微鏡ALGmにマークMKmを撮像させる。そして、その撮像した画像とそのときのエンコーダカウンタECN1のカウント値CD1とに基づいて、マーク位置検出部30がマーク位置情報を検出する。露光制御部34は、検出されたマーク位置情報に基づいて、描画露光を最後に行ったブロックBの終端位置を特定し、該特定した位置から再び次のブロックBのパターンを開始する。
このように、露光領域Wに露光するパターンをブロックB単位で露光するようにすると、何らかのトラブルで装置を停止させて露光を中断する必要性が生じた際は、露光中のブロックBのパターンが露光完了した時点で露光を中断させることができる。そのため、装置を再稼働させて露光動作を再開する場合は、既に露光を行ったブロックBのパターンと継ぎ合うように次のブロックBのパターンを露光すればよい。
なお、調整情報PAnが倍率情報も含む場合は、露光制御部34は、描画倍率に応じて光源装置14が発光するビームLBの発光周波数Feを変えてもよい。つまり、描画ラインSLnを縮小させたい場合は発光周波数Feを高くし、描画ラインSLnを伸長させたい場合は発光周波数Feが低くすればよい。また、露光制御部34は、ビームLB(スポット光SP)の発光間隔を原則として一定とし、倍率情報に応じて描画ラインSLn上に複数の変更点を離散的に設定し、スポット光SPが変更点を通過するときだけ、ビームLB(スポット光SP)の発光間隔を変えてもよい。つまり、描画ラインSLnを縮小させた場合は、変更点を通過するときだけビームLBの発光間隔を短くし、描画ラインSLnを伸長させたい場合は、変更点を通過するときだけビームLBの発光間隔を長くすればよい。
なお、補正設計情報RPDnと調整情報PAnとを用いて、ブロックB内に露光されるパターンを補正するようにしたが、どちらか一方を用いてパターンを補正してもよい。例えば、調整情報PAnをのみを用いる場合は、設計情報PDnに基づくビームLBnのスポット光SPの投射位置が、調整情報PAnによって調整されて、ブロックB内に露光されるパターンが補正される。逆に、補正設計情報RPDnのみを用いる場合は、補正設計情報RPDnに基づく投射位置にビームLBnのスポット光SPを投射することで、ブロックB内に露光するパターンが補正される。補正設計情報RPDnのみを用いる場合であっても、露光制御部34は、検出したマークMKmのマーク位置情報に基づいて補正設計情報RPDnに基づく投射位置を調整する調整情報を算出し、算出した調整情報を用いて投射位置を調整してもよい。この場合も、算出する調整情報としては、描画ラインSLnを回転させる回転量情報、原点信号SZnの発生タイミングからシリアルデータDLnを出力するまでの遅延時間Tdn、倍率情報等が挙げられる。
また、露光制御部34は、補正設計情報RPDnおよび調整情報PAnを用いる場合、または、調整情報PAnのみを用いる場合であっても、検出したマークMKmのマーク位置情報に基づいて調整情報記憶部38bに記憶されている調整情報PAnを補正し、補正した調整情報PAnを用いて、設計情報PDnまたは補正設計情報RPDnに基づく投射位置を調整してもよい。
以上のように、露光制御部34は、基板FS上の1つの露光領域Wに対して処理ユニット(描画用光学素子AOMnおよび走査ユニットMDn)が処理を開始する前に、エンコーダカウンタECN2、ECN3のカウント値CD2、CD3を描画用カウンタSCN2、SCN3にプリセットするとともに、プリセットされた後の描画用カウンタSCN2、SCN3のカウント値CW2、CW3に基づいて、処理ユニットによる処理を制御する。これにより、描画用カウンタSCN2、SCN3は、処理ユニットによる露光領域Wへの処理中に、カウント値CD2、CD3をリセットまたはプリセットすることなく、1つの露光領域Wの全範囲で目盛をカウントすることが可能となる。その結果、処理ユニットは、電子デバイスを形成するための処理を適切に行うことができる。
処理ユニットは、基板FSの露光領域Wに、電子デバイス用のパターンを形成するためにビームLBn(スポット光SP)を投射し、露光制御部34は、描画用カウンタSCN2、SCN3のカウント値CW2、CW3に基づいて、基板FSの長尺方向におけるビームLBn(スポット光SP)の投射位置を制御する。これにより、所望するパターンを適切に露光することができる。
露光装置EXは、ビームLBn(スポット光SP)の主走査方向を行方向とし、基板FSの移動方向を列として、マトリックス状に2次元に分解された複数の画素の単位の論理情報で構成されるパターンの設計情報を記憶する設計情報記憶部36を備える。処理ユニットは、ビームLBn(スポット光SP)を基板FSの幅方向に沿って1次元に繰り返し走査する走査ユニットMDnと、スポット光SPの強度を設計情報に基づいて変調させる描画用光学素子AOMnとを有する。露光制御部34は、描画用カウンタSCN2、SCN3のカウント値CW2、CW3に応じた設計情報PDn(RPDn)の列を選択し、選択した列に含まれる複数の画素の各々に対して記憶された論理情報が描画用光学素子AOMnに送出されるように設計情報記憶部36を制御する。これにより、所望するパターンを適切に描画露光することができる。
第2の計数範囲は、少なくとも、1つの露光領域Wの長尺方向の長さに対応した目盛の移動量で計数される第3の計数範囲と、第1の計数範囲との和以上に設定されている。これにより、描画用カウンタSCN2、SCN3は、処理ユニットによる露光領域Wへの処理中(露光動作中)に、カウント値CW2、CW3をリセットまたはプリセットすることなく、1つの露光領域Wの全範囲で目盛を確実にカウントアップし続けることができる。その結果、処理ユニットは、電子デバイスを適切に形成するための処理を確実に行うことができる。
露光装置EXは、露光領域Wに形成すべき電子デバイス用のパターンを長尺方向に複数のブロックBに分割したとき、予め複数想定される露光領域Wの複数の変形形態に応じて、ブロックB内に露光されるパターンを変形させるための複数の補正データを記憶する補正データ記憶部38と、基板FS上に形成された複数のマークMKmの配置状態に関する情報を検出するためのマーク検出部(アライメント顕微鏡ALGm、エンコーダEN1a、EN1b、および、マーク位置検出部30)とを備える。露光制御部34は、処理ユニットが電子デバイス用のパターンを基板FSに露光する際、ブロックB毎に、補正データ記憶部38に記憶された複数の補正データの中から、配置状態に関する情報に基づいて補正データを選択し、選択した補正データを用いてブロックB内に露光されるパターンが変形するように処理ユニットを制御する。これにより、露光領域Wが変形した場合であっても、それに合わせて露光するパターンを精度よく補正することができる。
補正データは、予め予想される露光領域Wの変形形態に応じて、ブロックB内のパターンに対応する設計情報に基づくビームLBn(スポット光SP)の投射位置を調整する調整情報PAnを含む。露光制御部34は、ブロックB内のパターンに対応する設計情報PDnに基づく投射位置を、調整情報PAnを用いて調整してビームLBn(スポット光SP)を投射することで、ブロックB内に露光されるパターンを変形させる。これにより、決め細やかにビームLBn(スポット光SP)の投射位置を調整することができ、露光領域Wが変形した場合であっても、それに合わせて露光するパターンを精度よく補正することができる。
補正データは、予め予想される露光領域Wの変形形態に応じて、ブロックB内のパターンに対応する設計情報PDnを補正した補正設計情報RPDnを含む。露光制御部34は、補正設計情報RPDnに基づく投射位置にビームLBn(スポット光SP)を投射することで、ブロックB内に露光されるパターンを変形させる。このように、露光領域Wの変形に応じた補正設計情報RPDnを用いるので、露光領域Wが変形した場合であっても、それに合わせて露光するパターンを精度よく補正することができる。
補正データは、予め予想される露光領域Wの変形形態に応じて、ブロックB内のパターンに対応する設計情報PDnを補正した補正設計情報RPDnと、補正設計情報RPDnに基づくビームLBn(スポット光SP)の投射位置を調整する調整情報PAnとを含む。露光制御部34は、補正設計情報RPDnに基づく投射位置を、調整情報PAnを用いて調整してビームLBn(スポット光SP)を投射することで、ブロックB内に露光されるパターンを変形させる。これにより、露光領域Wが変形した場合であっても、それに合わせて露光するパターンを高精度に補正することができる。
露光制御部34は、補正設計情報RPDnに基づく投射位置を、配置状態に関する情報、または、調整情報PAnおよび配置状態に関する情報を用いて調整してビームLBn(スポット光)を投射することで、ブロックB内に露光されるパターンを変形させる。これにより、露光領域Wが変形した場合であっても、それに合わせて露光するパターンを高精度に補正することができる。
露光制御部34は、基板FSの移動方向において、既に露光を行った第1のブロックBと隣接する第2のブロックBに露光を行う際には、複数の補正データの中から、第1のブロックBと第2のブロックBとの継ぎ部分での変形形態が類似する補正データを選択する。したがって、ブロックB単位で露光を行っても、ブロックB同士を継ぐことができ、露光領域Wが変形した場合であっても、それに合わせて露光するパターンを精度よく補正することができる。
複数のブロックBは、繰り返し用いられる複数の第1ブロックBと、繰り返し用いられることがない第2ブロックBとを有し、設計情報PDnは、第1ブロックBに第1のパターンを露光するための第1部分設計情報と、第2ブロックBに第2のパターンを露光するための第2部分設計情報とから構成される。これにより、設計情報PDnのデータ量を抑えることができる。複数の補正データは、予め複数想定される露光領域Wの複数の変形形態に応じて、第1ブロックB内の第1のパターンを変形させるための複数の第1補正データと、第2ブロックB内の第2のパターン変形させるための複数の第2補正データとから構成される。これにより、ブロックB毎に露光するパターンを補正することができる。
なお、上記実施の形態では、回転ドラムDRの外周(1周)の長さより基板FSの露光領域Wの長尺方向の長さは長いものとして説明したが、露光領域Wの長さは、回転ドラムDRの外周の長さより短くてもよい。図11は、露光領域Wの長尺方向の長さが回転ドラムDRの外周より短い場合における、基板FSと、カウント値CD2、カウント値CW2、および、プリセット信号Rs2との関係を示すタイムチャートである。図11の例では、露光領域Wは、基板FSの幅方向に2つ配置されているものとし、基板FSは、右から左へ搬送されているものとする。また、回転ドラムDRの外周(1周)の長さが、1つの露光領域Wの長尺方向の長さより長く、2つの露光領域Wの長尺方向の長さと、2つの露光領域Wの間にある隙間CLEの長尺方向の長さとを加算した長さよりも短いものとする。
上述したようにエンコーダカウンタECN2は、エンコーダEN2a、EN2bの検出信号に基づいてカウント値CD2をインクリメントしていき、原点マークZZが検出されるとそのカウント値CD2を初期値(図11ではゼロ)にリセットする。回転ドラムDRの外周(1周)の長さより基板FSの露光領域Wの長尺方向の長さは短いので、図11に示すように、エンコーダカウンタECN2は、少なくとも1つの露光領域Wの長尺方向の長さに対応する目盛分をカウントすることはできるが、露光領域Wの途中でカウント値CD2をゼロにリセットする状況は生じる。描画用カウンタSCN2のカウント範囲は、少なくとも露光領域Wの長尺方向の長さより、回転ドラムDRの外周(1周)分だけ長い長さに対応する範囲である。そのため、描画用カウンタSCN2は、少なくとも1つ目の露光領域Wと2つ目の露光領域Wに亘って、スケール部SDa、SDbの目盛をカウントすることができる。なお、基板FSと、カウント値CD3、カウント値CW3、および、プリセット信号Rs3の関係については、図9に示すものと同様なので説明を割愛する。
したがって、露光制御部34は、長尺方向に沿って連続する2つの露光領域Wが設置方位線Lx2上の位置を通過する度に、プリセット信号Rs2を描画用カウンタSCN2に出力する。つまり、露光制御部34は、終了信号ES135を2回受信する度に、プリセット信号Rs2を出力する。同様に、露光制御部34は、長尺方向に沿って連続する2つの露光領域Wが設置方位線Lx3を通過する度に、プリセット信号Rs3を描画用カウンタSCN3に出力する。つまり、露光制御部34は、終了信号ES246を2回受信する度に、プリセット信号Rs3を出力する。このプリセット信号Rs2、Rs3の出力タイミングは、上述したように終了信号ES135、ES246を受信してから一定時間経過後である。
要は、露光制御部34は、露光領域Wが設置方位線Lx2、Lx3上に位置する状態で、描画用カウンタSCN2、SCN3がリセット(またはプリセット)されることがないように、隙間CLEが設置方位線Lx2、Lx3上に位置するタイミングでプリセット信号Rs2、Rs3を描画用カウンタSCN2、SCN3に出力すればよい。
また、上記実施の形態においては、ラスタースキャン方式のものを採用したが、ラスタースキャン方式に限られない。要は、露光領域Wの変形に応じて露光するパターンを補正することができるものであればよく、マスクを用いた露光装置Exであってもよい。例えば、図1に示す露光ヘッド16(走査ユニットMD1〜MD6)に代えて、特開2015−145971号公報に開示されているような回転ドラムDRの回転と同期して回転する円筒マスクDMと、円筒マスクDMに形成されているパターンの像を投影倍率が等倍(×1)のマルチレンズ方式の投影光学系PL(PL1〜PL6)とを採用してもよい。
[変形例]
上記実施の形態は、以下のように変形してもよい。
(変形例1)上記の実施の形態では、描画用カウンタSCN2、SCN3がプリセット信号Rs2、Rs3に応答して、その時点でのカウント値CW2、CW3を、エンコーダカウンタECN2、ECN3のカウント値CD2、CD3にプリセット(更新)するとしたが、プリセット信号Rs2、Rs3に応答して、その時点でのカウント値CW2、CW3を所定値(例えば、一定値であるゼロ)にプリセットし、露光領域Wに対する描画が開始される時点からエンコーダEN2、EN3の各々の検出信号(2相信号)に基づいたスケール部SDa、SDbの目盛の移動量をカウントし始めてもよい。すなわち、例えば、図9に示したタイムチャートで、基板FS上の各隙間CLEの位置(または各露光領域Wnの描画開始位置)が設置方位線Lx2、または設置方位線Lx3の位置に一致した時点から、描画用カウンタSCN2、SCN3のカウント値CW2、CW3を所定値(例えば、一定値であるゼロ)からインクリメントするようにしてもよい。
(変形例2)エンコーダEN1〜EN3の各々の検出信号(2相信号)に基づいて、スケール部SDa、SDbの目盛の移動量をカウントするエンコーダカウンタECN1〜ECN3は、スケール部SDa(SDb)の偏心誤差や目盛のピッチ誤差等を含んだ計数値となるため、実際は、補正マップによる計数値の補正が行われる。図12は、図7に示したエンコーダEN2用の各カウンタの構成に補正マップによる補正機能を組み込んだ構成を示す回路ブロック図である。図12のように、エンコーダカウンタECN2で生成されるカウント値CD2は、補正マップ回路CMPで補正されてカウント値CD2’として、制御装置18に出力される。そして、補正された後のカウント値CD2’が、描画用カウンタSCN2にプリセット値として印加される。したがって、描画用カウンタSCN2には、制御装置18からのプリセット信号Rs2に応答して、その時点でのカウント値CD2’がプリセットされ、描画用カウンタSCN2は、プリセットされたカウント値を初期値としてインクリメントを開始する。なお、先の図7では、描画用カウンタSCN2も、エンコーダEN2からの検出信号(2相信号)に基づいて、目盛の移動量をデジタルカウントするとしたが、図12のように、描画用カウンタSCN2を、補正マップ回路CMPから出力されるカウント値CD2’の最下位ビットLSBの変化(「0」、「1」)をインクリメントするように構成してもよい。このようにすると、描画用カウンタSCN2で計数されるカウント値CW2も、スケール部SDa(SDb)の偏心誤差や目盛のピッチ誤差等を除去したものとなり、基板FSの移動位置を精密に反映したものとなる。
10…デバイス製造システム 12…基板搬送機構
14…光源装置 16…露光ヘッド
18…制御装置 30…マーク位置検出部
32…露光開始/終了位置決定部 34…露光制御部
36…設計情報記憶部 38…補正データ記憶部
38a…補正設計情報記憶部 38b…調整情報記憶部
50…AOM駆動回路 52…アクチュエータ
ALGm(ALG1〜ALG4)…アライメント顕微鏡
AOMn(AOM1〜AOM6)…描画用光学素子
AXo…中心軸 AXp…回転軸
BDUn(BDU1〜BDU6)…光導入光学系
CYa、CYb…シリンドリカルレンズ DR…回転ドラム
ECN(ECN1〜ECN3)…エンコーダカウンタ
ENja(EN1a〜EN3a)、ENjb(EN1b〜EN3b)…エンコーダ
EX…露光装置 FS…基板
FT…fθレンズ LB、LBn(LB1〜LB6)…ビーム
Len(Le1〜Le6)…照射中心軸 Lx1〜Lx3…設置方位線
MDn(MD1〜MD6)…走査ユニット MKm(MK1〜MK4)…マーク
OPn(OP1〜OP6)…原点センサ PM…ポリゴンミラー
RP…反射面
SCN(SCN2、SCN3)…描画用カウンタ
SDa、SDb…スケール部 SLn(SL1〜SL6)…描画ライン
SP…スポット光 SZn(SZ1〜SZ6)…原点信号
UB…本体フレーム W…露光領域

Claims (7)

  1. 可撓性を有する長尺のシート基板上に長尺方向に沿って複数の電子デバイス用パターンを形成するパターン形成装置であって、
    所定半径の円筒状の外周面を備え、前記シート基板の一部を前記外周面で支持して回転することで前記シート基板を前記長尺方向に移動させる回転ドラムと、
    前記回転ドラムの外周面で支持された前記シート基板の部分領域に、前記電子デバイス用パターンを形成するために、前記電子デバイス用のパターンを形成するための設計情報に基づいてエネルギービームを投射する処理ユニットと、
    前記部分領域に形成すべき前記電子デバイス用のパターンを前記長尺方向に複数のブロックに分割したとき、予め想定される前記部分領域の複数の変形形態に応じて、前記ブロック内に露光されるパターンを変形させるための複数の補正データを記憶する補正データ記憶部と、
    前記シート基板上に形成された複数のマークの配置状態に関する情報を検出するためのマーク検出部と、
    前記エネルギービームを前記シート基板に投射する際、前記ブロック毎に、前記補正データ記憶部に記憶された前記複数の補正データの中から前記配置状態に関する情報に応じた前記補正データを選択し、選択した前記補正データを用いて前記ブロック内に形成すべき前記パターンが前記設計情報に対応した形状から変形されるように前記処理ユニットを制御する制御ユニットと、
    を備える、パターン形成装置。
  2. 請求項1に記載のパターン形成装置であって、
    前記補正データは、予め予想される前記部分領域の変形形態に応じて、前記ブロック内の前記パターンに対応する前記設計情報に基づく前記エネルギービームの投射位置を調整する調整情報を含み、
    前記制御ユニットは、前記ブロック内の前記パターンに対応する前記設計情報に基づく前記投射位置を、前記調整情報を用いて調整して前記エネルギービームを投射することで、前記ブロック内に形成すべき前記パターンを変形させる、パターン形成装置。
  3. 請求項1に記載のパターン形成装置であって、
    前記補正データは、予め予想される前記部分領域の変形形態に応じて、前記ブロック内の前記パターンに対応する前記設計情報を補正した補正設計情報を含み、
    前記制御ユニットは、前記補正設計情報に基づいて前記エネルギービームの投射位置を調整することで、前記ブロック内に形成すべき前記パターンを変形させる、パターン形成装置。
  4. 請求項1に記載のパターン形成装置であって、
    前記補正データは、前記ブロック内の前記パターンに対応する前記設計情報を、予め予想される前記部分領域の変形形態に応じて補正した補正設計情報と、前記補正設計情報に基づく前記エネルギービームの投射位置を調整する調整情報とを含み、
    前記制御ユニットは、前記補正設計情報に基づく前記投射位置を、前記調整情報を用いて調整して前記エネルギービームを投射することで、前記ブロック内に形成すべき前記パターンを変形させる、パターン形成装置。
  5. 請求項3または4に記載のパターン形成装置であって、
    前記制御ユニットは、前記補正設計情報に基づく前記投射位置を、前記配置状態に関する情報のみ、または前記調整情報と前記配置状態に関する情報とを用いて調整して前記エネルギービームを投射することで、前記ブロック内に形成すべき前記パターンを変形させる、パターン形成装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のパターン形成装置であって、
    前記制御ユニットは、前記シート基板の移動方向において、既にパターン形成された第1の前記ブロックと隣接する第2の前記ブロックにパターンを形成する際には、前記複数の補正データの中から、前記第1のブロックと前記第2のブロックとの継ぎ部分での変形形態が類似する前記補正データを選択する、パターン形成装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のパターン形成装置であって、
    前記複数のブロックは、繰り返し形成される第1のパターンに対応する複数の第1ブロックと、繰り返し形成されることがない第2のパターンに対応する第2ブロックとを有し、
    前記設計情報は、前記第1ブロックに前記第1のパターンを形成するための第1部分設計情報と、前記第2ブロックに前記第2のパターンを形成するための第2部分設計情報とを含み、
    前記複数の補正データは、予め想定される前記部分領域の複数の変形形態に応じて、前記第1ブロック内の前記第1のパターンを変形させるための複数の第1補正データと、前記第2ブロック内の前記第2のパターンを変形させるための複数の第2補正データとを含む、パターン形成装置。
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