KR102060289B1 - 패턴 묘화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 피조사체에 투사되는 묘화용 빔을 회전 다면경의 회전에 의해서 반복하여 주사 방향으로 일차원 주사하면서, 상기 피조사체를 상기 주사 방향과 교차한 방향으로 반송시켜, 상기 피조사체 상에 소정의 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 회전 다면경의 회전 중에, 상기 회전 다면경의 복수의 반사면 중 임의의 1개의 제1 반사면에서 반사된 상기 묘화용 빔을 입사시켜, 상기 피조사체 상에 스폿광으로서 집광하여 상기 스폿광을 일차원 주사하기 위한 투사 광학계와, 상기 회전 다면경의 상기 제1 반사면과는 다른 제2 반사면을 향하도록, 상기 묘화용 빔과는 다른 빔을 투사하는 빔 송광계와, 상기 제2 반사면에서의 반사 빔을 소정의 위치에서 수광하여, 상기 제2 반사면이 소정의 각도 위치로 된 것을 나타내는 펄스 모양의 원점 신호를, 상기 회전 다면경의 복수의 반사면마다 발생시키는 빔 수광계와, 상기 원점 신호가 발생하고 나서 상기 제2 반사면이 상기 제1 반사면이 될 때까지의 상기 회전 다면경의 회전 속도에 의해 결정되는 소정 시간을 기준으로 하여, 상기 원점 신호의 발생으로부터 소정의 지연된 타이밍에서 상기 묘화용 빔에 의한 묘화 개시를 지시하는 제어 장치와, 상기 회전 다면경의 회전 방향으로 1면씩 건너 뛴 반사면마다 상기 빔 수광계로부터 발생하는 상기 원점 신호에 응답하여, 상기 묘화용 빔을 상기 회전 다면경을 향하도록 스위칭하는 선택용 광학 소자를 구비한다.

Description

패턴 묘화 장치{PATTERN DRAWING DEVICE}
본 발명은 피조사체(被照射體) 상에 조사되는 빔의 스폿(spot)광을 주사(走査)하는 빔 주사 장치 및 빔 주사 방법과, 스폿광을 주사하여 피조사체에 소정의 패턴을 묘화(描畵)하는 패턴 묘화 장치에 관한 것이다
일본 특개소 61－134724호 공보 및 일본 특개 2001－133710호 공보에 개시되어 있는 것처럼, 1개의 레이저 발진기(레이저빔 광원)로부터의 레이저빔을 하프 미러(half mirror)에 의해서 2개로 분할하고, 분할한 레이저빔의 각각을 2개의 폴리곤 미러(polygon mirror, 회전 다면경(多面鏡))에 입사시킴으로써, 피묘화체 상에서 2개의 레이저빔을 주사시키는 레이저 조사 장치, 레이저 묘화 장치가 알려져 있다. 또, 일본 특개 2001－133710호 공보에는, 2개의 폴리곤 미러에 입사되는 분할된 2개의 레이저빔의 각각은, 묘화 데이터에 응답하여 온/오프하는 AOM(음향 광학 소자)에 의해 변조(變調)되는 것도 개시되어 있다.
그렇지만, 폴리곤 미러에 의한 빔 주사에서는, 폴리곤 미러의 반사면수, 폴리곤 미러 뒤의 광학계(fθ 렌즈 등)의 입사 조건 등에 따라서, 폴리곤 미러의 회전 중에, 입사된 레이저빔을 피묘화체를 향해서 유효하게 반사할 수 없는 기간이 존재하는 경우가 있다. 따라서 종래와 같이, 하프 미러에 의해서 레이저빔을 2분할로 하여 2개의 폴리곤 미러에 입사시켰다고 해도, 피묘화체에 레이저빔을 유효하게 조사할 수 없는 기간, 즉 비묘화 기간이 존재하는 경우가 있어, 광원로부터의 레이저빔을 유효하게 활용할 수 없다.
본 발명은, 피조사체에 투사되는 묘화용 빔을 회전 다면경의 회전에 의해서 반복하여 주사 방향으로 일차원 주사하면서, 상기 피조사체를 상기 주사 방향과 교차한 방향으로 반송시켜, 상기 피조사체 상에 소정의 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 회전 다면경의 회전 중에, 상기 회전 다면경의 복수의 반사면 중 임의의 1개의 제1 반사면에서 반사된 상기 묘화용 빔을 입사시켜, 상기 피조사체 상에 스폿광으로서 집광하여 상기 스폿광을 일차원 주사하기 위한 투사 광학계와, 상기 회전 다면경의 회전 방향에 관하여, n면(n은 1이상의 정수)만큼 상기 제1 반사면의 앞으로 설정되는 제2 반사면을 향하도록, 상기 묘화용 빔과는 다른 빔을 투사하는 빔 송광계와, 상기 제2 반사면에서의 반사 빔을 소정의 위치에서 수광하여, 상기 제2 반사면이 소정의 각도 위치로 된 것을 나타내는 펄스 모양의 원점 신호를, 상기 회전 다면경의 복수의 반사면마다 발생시키는 빔 수광계와, 상기 원점 신호가 발생하고 나서 상기 제2 반사면이 상기 제1 반사면이 될 때까지의 상기 회전 다면경의 회전 속도에 의해 결정되는 소정 시간 Tpx를 기준으로 하여, 상기 원점 신호의 발생으로부터 소정의 지연된 타이밍에서 상기 묘화용 빔에 의한 묘화 개시를 지시하는 제어 장치와, 상기 회전 다면경의 회전 방향으로 1면씩 건너 뛴 반사면마다 상기 빔 수광계로부터 발생하는 상기 원점 신호에 응답하여, 상기 묘화용 빔을 상기 회전 다면경의 1개의 반사면에 대응한 회전 각도분(分)의 시간보다도 짧은 일정 시간의 동안만큼 상기 회전 다면경을 향하도록 스위칭하는 선택용 광학 소자를 구비한다.
도 1은 제1 실시 형태의 기판에 노광 처리를 실시하는 노광 장치를 포함하는 디바이스 제조 시스템의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시하는 묘화 헤드 및 회전 드럼을 지지하는 지지 프레임을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 묘화 헤드의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시하는 광도입 광학계의 상세 구성도이다.
도 5는 도 3에 도시하는 각 주사 유닛에 의해서, 스폿광이 주사되는 묘화 라인을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3에 도시하는 각 주사 유닛의 폴리곤 미러와, 묘화 라인의 주사 방향의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 3에 도시하는 폴리곤 미러의 반사면이 f－θ 렌즈에 입사하도록, 레이저광을 편향(반사)시킬 수 있는 폴리곤 미러의 회전 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 3에 도시하는 광도입 광학계와 복수의 주사 유닛의 광로를 모식화한 도면이다.
도 9는 상기 제1 실시 형태의 변형예에 있어서의 묘화 헤드의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에 나타내는 광도입 광학계의 상세 구성도이다.
도 11은 제2 실시 형태의 묘화 헤드의 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11에 도시하는 광도입 광학계를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12에 도시하는 광도입 광학계와 복수의 주사 유닛의 광로를 모식화한 도면이다.
도 14는 도 13에 도시하는 복수의 주사 유닛의 각 폴리곤 미러의 회전 구동을 위한 제어 회로예를 나타내는 블록도이다.
도 15는 도 14에 도시하는 제어 회로의 동작예를 나타내는 타이밍 차트도이다.
도 16은 도 11~도 13에 도시한 묘화용 광학 소자에 공급되는 묘화 비트열 데이터를 생성하는 회로예를 나타내는 블록도이다.
도 17은 제2 실시 형태의 변형예에 있어서의 광원 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 18은 제3 실시 형태에 의한 묘화 제어용의 제어 유닛의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 19는 도 18의 제어 유닛에 있어서의 패턴 묘화시의 각 부의 신호 상태와 레이저광의 발진 상태를 나타내는 타임 차트를 나타내는 도면이다.
도 20은 도 17의 광원 장치의 제어 회로로 만들어지는 펄스광 발진용의 클록 신호를 나타내는 타임 차트도이다.
도 21은 묘화 배율 보정을 위해서, 도 20의 클록 신호를 보정하는 모습을 설명하는 타임 차트도이다.
도 22는 1개의 묘화 라인(주사 라인)에 있어서의 묘화 배율의 보정법을 설명하는 도면이다.
도 23은 제4 실시 형태의 기판에 노광 처리를 실시하는 노광 장치를 포함하는 디바이스 제조 시스템의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 24는 기판이 감겨진 도 23의 회전 드럼의 상세도이다.
도 25는 스폿광의 묘화 라인 및 기판 상에 형성된 얼라이먼트 마크를 나타내는 도면이다.
도 26은 빔 전환 부재의 구성도이다.
도 27의 도 27A는 선택용 광학 소자에 의한 빔의 광로의 전환을 ＋Z방향측에서 본 도면, 도 27B는 선택용 광학 소자에 의한 빔의 광로의 전환을 -Y방향측에서 본 도면이다.
도 28은 주사 유닛의 광학적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 29는 도 28의 폴리곤 미러의 주변에 마련된 원점(原点) 센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 30은 원점 신호의 발생 타이밍과 묘화 개시 타이밍의 관계를 나타내는 타임 차트이다.
도 31은 원점 신호를 솎아내고 그 발생 타이밍을 소정의 시간만큼 지연시킨 부(副)원점 신호를 생성하기 위한 부원점 생성 회로의 구성도이다.
도 32는 도 31의 부원점 생성 회로에 의해서 생성되는 부원점 신호의 타임 차트를 나타내는 도면이다.
도 33은 노광 장치의 전기적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 34는 원점 신호, 부원점 신호 및 시리얼 데이터가 출력되는 타이밍을 나타내는 타임 차트이다.
도 35는 도 33에 도시하는 묘화 데이터 출력 제어부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 36은 제5 실시 형태의 빔 전환 부재의 구성도이다.
도 37은 도 36의 배치 전환 부재의 위치가 제1 위치로 되었을 때의 광로를 나타내는 도면이다.
도 38은 제5 실시 형태에 있어서의 빔 전환 제어부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 39는 도 38의 논리 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 40은 도 39의 논리 회로의 동작을 설명하는 타이밍 차트를 나타내는 도면이다.
도 41은 제6 실시 형태에 의한 빔 전환 부재의 구성도이다.
도 42는 제6 실시 형태에 있어서의 선택용 광학 소자(음향 광학 변조 소자)의 배치를 90도 회전시키는 경우의 구성을 나타내는 도면이다.
도 43은 변형예 3에 의한 기판의 반송(搬送) 형태와 묘화 라인의 배치 관계를 나타내는 도면이다.
도 44는 변형예 5에 의한 선택용 광학 소자(음향 광학 변조 소자)의 드라이버 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 45는 도 44 중의 드라이버 회로의 변형예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 양태에 따른 패턴 묘화 장치, 패턴 묘화 방법, 빔 주사 장치, 빔 주사 방법, 디바이스 제조 방법, 및 레이저 광원 장치에 대해서, 바람직한 실시 형태를 게재하고, 첨부 도면을 참조하면서 이하, 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명의 양태는, 이들 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 다양한 변경 또는 개량을 더한 것도 포함된다. 즉, 이하에 기재한 구성요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되며, 이하에 기재한 구성요소는 적당히 조합하는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성요소의 다양한 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.
［제1 실시 형태］
도 1은 제1 실시 형태의 기판(피조사체)(FS)에 노광 처리를 실시하는 노광 장치(EX)를 포함하는 디바이스 제조 시스템(10)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 특별히 예고가 없는 한, 중력(重力) 방향을 Z방향으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 도면에 도시하는 화살표에 따라서, X방향, Y방향, 및 Z방향을 설명한다.
디바이스 제조 시스템(10)은, 예를 들면, 전자 디바이스로서의 플렉서블·디스플레이, 플렉서블 배선, 플렉서블·센서 등을 제조하는 제조 라인이 구축된 제조 시스템이다. 이하, 전자 디바이스로서 플렉서블·디스플레이를 전제로 해서 설명한다. 플렉서블·디스플레이로서는, 예를 들면, 유기 EL 디스플레이, 액정 디스플레이등이 있다. 디바이스 제조 시스템(10)은, 가요성(可撓性)의 시트 모양의 기판(시트 기판)(FS)을 롤 모양으로 감은 도시하지 않은 공급 롤로부터 기판(FS)이 송출(送出)되고, 송출된 기판(FS)에 대해서 각종 처리를 연속적으로 실시한 후, 각종 처리 후의 기판(FS)을 도시하지 않은 회수 롤로 권취(卷取)하는, 이른바, 롤·투·롤(Roll To Roll) 방식의 구조를 가진다. 기판(FS)은 기판(FS)의 이동 방향이 길이가 긴 방향(장척(長尺))이 되고, 폭 방향이 길이가 짧은 방향(단척(短尺))이 되는 띠모양의 형상을 가진다. 상기 공급 롤로부터 보내진 기판(FS)은, 차례로, 프로세스 장치(PR1), 노광 장치(패턴 묘화 장치, 빔 주사 장치)(EX), 및 프로세스 장치(PR2)로 각종 처리가 실시되고, 상기 회수 롤로 권취된다.
또한, X방향은, 수평면 내에 있어서, 프로세스 장치(PR1)로부터 노광 장치(EX)를 거쳐 프로세스 장치(PR2)를 향하는 방향(반송 방향)이다. Y방향은 수평면 내에 있어서 X방향에 직교하는 방향이며, 기판(FS)의 폭 방향(단척 방향)이다. Z방향은 X방향과 Y방향에 직교하는 방향(상방향(上方向))이며, 중력이 작용하는 방향과 평행이다.
기판(FS)은, 예를 들면, 수지 필름, 혹은, 스텐레스 강 등의 금속 또는 합금으로 이루어지는 박(箔)(포일(foil)) 등이 이용된다. 수지 필름의 재질로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리염화비닐 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지, 폴리스티렌 수지, 및 초산비닐 수지 중, 적어도 1개 이상을 포함한 것을 이용해도 된다. 또, 기판(FS)의 두께나 강성(剛性)(영률(Young's modulus))은 노광 장치(EX)의 반송로를 통과할 때, 기판(FS)에 좌굴(座屈)에 의한 접힌 자국이나 비가역적인 주름이 생기지 않는 범위이면 된다. 기판(FS)의 모재(母材)로서 두께가 25㎛~200㎛ 정도의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트) 등의 필름은, 바람직한 시트 기판의 전형이다.
기판(FS)은 프로세스 장치(PR1), 노광 장치(EX), 및 프로세스 장치(PR2)로 실시되는 각 처리에 있어서 열을 받는 경우가 있기 때문에, 열팽창 계수가 현저하게 크지 않은 재질의 기판(FS)을 선정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 무기 필러를 수지 필름에 혼합함으로써 열팽창 계수를 억제할 수 있다. 무기 필러는, 예를 들면, 산화 티탄, 산화 아연, 알루미나, 또는 산화 규소 등이라도 된다. 또, 기판(FS)은 플로트법(float法) 등으로 제조된 두께 100㎛ 정도의 극박(極薄) 유리의 단층체(單層體)여도 되고, 이 극박 유리에 상기의 수지 필름, 박 등을 접합시킨 적층체(積層體)여도 된다.
그런데, 기판(FS)의 가요성(flexibility)이란 기판(FS)에 자중(自重) 정도의 힘을 가해도 전단(剪斷)되거나 파단(破斷)되거나 하는 것이 아니라, 그 기판(FS)을 휘게 하는 것이 가능한 성질을 말한다. 또, 자중 정도의 힘에 의해서 굴곡(屈曲)하는 성질도 가요성에 포함된다. 또, 기판(FS)의 재질, 크기, 두께, 기판(FS) 상에 성막(成膜)되는 층 구조, 온도, 습도 등의 환경 등에 따라서, 가요성의 정도는 바뀐다. 어쨌든, 본 제1 실시 형태에 의한 디바이스 제조 시스템(10) 내의 반송로에 마련되는 각종의 반송용 롤러, 회전 드럼 등의 반송 방향 전환용의 부재에 기판(FS)을 올바르게 감은 경우에, 좌굴하여 접힌 자국이 생기거나, 파손(찢어짐이나 균열이 발생)하거나 하지 않고, 기판(FS)을 스무스하게 반송할 수 있으면, 가요성의 범위라고 할 수 있다.
프로세스 장치(PR1)는 노광 장치(EX)로 노광 처리되는 기판(FS)에 대해서 전(前) 공정의 처리를 행한다. 프로세스 장치(PR1)는 전 공정의 처리를 행한 기판(FS)을 노광 장치(EX)를 향해 보낸다. 이 전 공정의 처리에 의해, 노광 장치(EX)로 보내지는 기판(FS)은, 그 표면에 감광성 기능층(광 감응층, 감광층)이 형성된 기판(감광 기판)으로 되어 있다.
이 감광성 기능층은 용액으로서 기판(FS) 상에 도포되어, 건조됨으로써 층(막)이 된다. 감광성 기능층의 전형적인 것은 포토레지스트(photoresist)(액상(液狀) 또는 드라이 필름 모양)이지만, 현상 처리가 불필요한 재료로서, 자외선의 조사를 받은 부분의 친발액성(親撥液性)이 개질(改質)되는 감광성 실란 커플링제(SAM), 혹은 자외선의 조사를 받은 부분에 도금 환원기가 드러나는 감광성 환원제(還元劑) 등이 있다. 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우는, 기판(FS) 상의 자외선으로 노광된 패턴 부분이 발액성에서 친액성으로 개질된다. 그 때문에, 친액성으로 된 부분 위에 도전성 잉크(은이나 동 등의 도전성 나노 입자를 함유하는 잉크)나 반도체 재료를 함유한 액체 등을 선택 도포함으로써, 박막 트랜지스터(TFT) 등을 구성하는 전극, 반도체, 절연, 혹은 접속용의 배선이나 전극이 되는 패턴층을 형성할 수 있다. 감광성 기능층으로서, 감광성 환원제를 이용하는 경우는, 기판 상의 자외선으로 노광된 패턴 부분에 도금 환원기가 드러난다. 그 때문에, 노광 후, 기판(FS)을 즉시 팔라듐(palladium) 이온 등을 포함하는 도금액 중에 일정시간 침지(浸漬)함으로써, 팔라듐에 의한 패턴층이 형성(석출(析出))된다. 이러한 도금 처리는 애디티브(additive)한 프로세스이지만, 그 외, 서브트랙티브(subtractive)한 프로세스로서의 에칭 처리를 전제로 하는 경우, 노광 장치(EX)로 보내지는 기판(FS)은, 모재를 PET나 PEN으로 하고, 그 표면에 알루미늄(Al)이나 동(Cu) 등의 금속성 박막을 전면(全面) 또는 선택적으로 증착하고, 추가로 그 위에 포토레지스트층을 적층한 것이어도 된다.
본 제1 실시 형태에 있어서는, 노광 장치(EX)는 마스크를 이용하지 않는 직묘(直描) 방식의 노광 장치, 이른바 래스터 스캔(raster scan) 방식의 노광 장치이다. 노광 장치(EX)는 프로세스 장치(PR1)로부터 공급된 기판(FS)의 피조사면(감광면)에 대해서, 디스플레이용의 전자 디바이스, 회로 또는 배선 등을 위한 소정의 패턴에 따른 광패턴을 조사한다. 후에 상세하게 설명하지만, 노광 장치(EX)는 기판(FS)을 ＋X방향(부주사의 방향)으로 반송하면서, 노광용의 빔(레이저광, 조사광)(LB)의 스폿광(SP)을, 기판(FS) 상(기판(FS)의 피조사면 상)에서 소정의 주사 방향(Y방향)으로 1차원으로 주사하면서, 스폿광(SP)의 강도를 패턴 데이터(묘화 데이터, 묘화 정보)에 따라 고속으로 변조(온/오프)한다. 이것에 의해, 기판(FS)의 피조사면인 표면(감광면)에, 전자 디바이스, 회로 또는 배선 등의 소정의 패턴에 따른 광패턴이 묘화 노광된다. 즉, 기판(FS)의 부주사와, 스폿광(SP)의 주주사로, 스폿광(SP)이 기판(FS)의 피조사면 상에서 상대적으로 2차원 주사되어, 기판(FS)에 소정의 패턴이 묘화 노광된다. 또, 기판(FS)은 반송 방향(＋X방향)을 따라서 반송되고 있으므로, 노광 장치(EX)에 의해서 패턴이 노광되는 노광 영역(W)은, 기판(FS)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 복수 개 마련되는 것으로 된다(도 5 참조). 이 노광 영역(W)에 전자 디바이스가 형성되므로, 노광 영역(W)은 전자 디바이스 형성 영역이기도 하다. 또한, 전자 디바이스는 복수의 패턴층(패턴이 형성된 층)이 서로 겹쳐짐으로써 구성되므로, 노광 장치(EX)에 의해서 각 층에 대응한 패턴이 노광되도록 해도 된다.
프로세스 장치(PR2)는 노광 장치(EX)로 노광 처리된 기판(FS)에 대한 후(後) 공정의 처리(예를 들면 도금 처리나 현상·에칭 처리 등)를 행한다. 이 후 공정의 처리에 의해, 기판(FS) 상에 디바이스의 패턴층이 형성된다.
상술한 것처럼, 전자 디바이스는 복수의 패턴층이 서로 겹쳐짐으로써 구성되므로, 디바이스 제조 시스템(10)의 적어도 각 처리를 거쳐서, 1개의 패턴층이 생성된다. 그 때문에, 전자 디바이스를 생성하기 위해서, 도 1에 도시하는 것 같은 디바이스 제조 시스템(10)의 각 처리를 적어도 2회는 거치지 않으면 안 된다. 그 때문에, 기판(FS)이 권취된 회수 롤을 공급 롤로 하여 다른 디바이스 제조 시스템(10)에 장착함으로써, 패턴층을 적층할 수 있다. 그러한 동작을 반복하여, 전자 디바이스가 형성된다. 그 때문에, 처리 후의 기판(FS)은 복수의 전자 디바이스(노광 영역(W))가 소정의 간격을 두고 기판(FS)의 장척 방향을 따라서 이어진 상태로 된다. 즉, 기판(FS)은 다면취용(多面取用)의 기판으로 되어 있다.
전자 디바이스가 이어진 상태로 형성된 기판(FS)을 회수한 회수 롤은, 도시하지 않은 다이싱 장치에 장착되어도 된다. 회수 롤이 장착된 다이싱 장치는, 처리 후의 기판(FS)을 전자 디바이스(전자 디바이스 형성 영역(W))마다 분할(다이싱)함으로써, 복수 개의 전자 디바이스로 한다. 기판(FS)의 치수는, 예를 들면, 폭 방향(단척이 되는 방향)의 치수가 10cm~2m 정도이고, 장척 방향(장척이 되는 방향)의 치수가 10m 이상이다. 또한, 기판(FS)의 치수는 상기한 치수로 한정되지 않는다.
다음에, 노광 장치(EX)에 대해 상세하게 설명한다. 노광 장치(EX)는 온조(溫調, 온도조절) 챔버(ECV) 내에 격납되어 있다. 이 온조 챔버(ECV)는 내부를 소정의 온도로 유지함으로써, 내부에 있어서 반송되는 기판(FS)의 온도에 의한 형상 변화를 억제한다. 온조 챔버(ECV)는 패시브 또는 액티브한 방진 유닛(SU1, SU2)을 매개로 하여 제조 공장의 설치면(E)에 배치된다. 방진 유닛(SU1, SU2)은 설치면(E)으로부터의 진동을 저감시킨다. 이 설치면(E)은 공장의 바닥면 자체여도 되고, 수평면을 만들기 위해서 바닥면 상에 설치되는 설치대(페디스탈((pedestal)) 상의 면이어도 좋다. 노광 장치(EX)는 기판 반송 기구(12)와, 광원 장치(펄스 광원 장치, 레이저 광원 장치)(14)와, 묘화 헤드(16)와, 제어 장치(18)를 구비하고 있다.
기판 반송 기구(12)는 프로세스 장치(PR1)로부터 반송되는 기판(FS)을, 노광 장치(EX) 내에서 소정의 속도로 반송한 후, 프로세스 장치(PR2)에 소정의 속도로 송출한다. 이 기판 반송 기구(12)에 의해서, 노광 장치(EX) 내에서 반송되는 기판(FS)의 반송로가 규정된다. 기판 반송 기구(12)는 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(－X방향측)에서부터 순서대로, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC), 구동 롤러(R1), 텐션 조정 롤러(RT1), 회전 드럼(원통 드럼)(DR), 텐션 조정 롤러(RT2), 구동 롤러(R2) 및 구동 롤러(R3)를 가지고 있다.
엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는 프로세스 장치(PR1)로부터 반송되는 기판(FS)의 폭 방향(Y방향으로서 기판(FS)의 단척 방향)에 있어서의 위치를 조정한다. 즉, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는 소정의 텐션이 걸린 상태로 반송되고 있는 기판(FS)의 폭 방향의 단부(端部)(엣지)에 있어서의 위치가, 목표 위치에 대해서 ±십수㎛~수십㎛ 정도의 범위(허용 범위)에 들어가도록, 기판(FS)을 폭 방향으로 이동시켜, 기판(FS)의 폭 방향에 있어서의 위치를 조정한다. 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는 기판(FS)이 걸쳐지는 롤러와, 기판(FS)의 폭 방향의 단부(엣지)의 위치를 검출하는 도시하지 않은 엣지 센서(단부 검출부)를 가지고, 엣지 센서가 검출한 검출 신호에 기초하여, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)의 상기 롤러를 Y방향으로 이동시켜, 기판(FS)의 폭 방향에 있어서의 위치를 조정한다. 구동 롤러(R1)는 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)로부터 반송되는 기판(FS)의 표리(表裏) 양면을 유지하면서 회전하여, 기판(FS)을 회전 드럼(DR)을 향해 반송한다. 또한, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는 회전 드럼(DR)에 감기는 기판(FS)의 장척 방향이, 회전 드럼(DR)의 중심축(회전축)(AXo)에 대해서 항상 직교하도록, 기판(FS)의 폭 방향에 있어서의 위치를 적당히 조정함과 아울러, 기판(FS)의 진행 방향에 있어서의 기울기 오차를 보정하도록, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)의 상기 롤러의 회전축과 Y축의 평행도(平行度)를 적당히 조정해도 된다.
회전 드럼(DR)은 Y방향으로 연장됨과 아울러 중력이 작용하는 방향과 교차한 방향으로 연장된 중심축(AXo)과, 중심축(AXo)으로부터 일정 반경의 원통형의 외주면(外周面)을 가지고, 외주면(원주면(圓周面))을 따라서 기판(FS)의 일부를 장척 방향으로 지지하면서, 중심축(AXo)을 중심으로 회전하여 기판(FS)을 ＋X방향으로 반송한다. 회전 드럼(DR)은 묘화 헤드(16)로부터의 빔(LB)(스폿광(SP))이 투사되는 기판(FS) 상의 노광 영역(부분)을 그 원주면으로 지지한다. 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양측에는, 회전 드럼(DR)이 중심축(AXo) 둘레를 회전하도록 환상(環狀)의 베어링으로 지지된 샤프트(Sft)가 마련되어 있다. 이 샤프트(Sft)는, 제어 장치(18)에 의해서 제어되는 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등으로 구성됨)으로부터의 회전 토크가 주어짐으로써 중심축(AXo) 둘레를 회전한다. 또한, 편의적으로, 중심축(AXo)을 포함하고, YZ 평면과 평행한 평면을 중심면(Poc)이라고 부른다.
구동 롤러(R2, R3)는, 기판(FS)의 반송 방향(＋X방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 배치되어 있고, 노광 후의 기판(FS)에 소정의 늘어짐(여유)을 주고 있다. 구동 롤러(R2, R3)는 구동 롤러(R1)와 마찬가지로, 기판(FS)의 표리 양면을 유지하면서 회전하여, 기판(FS)을 프로세스 장치(PR2)를 향해 반송한다. 구동 롤러(R2, R3)는 회전 드럼(DR)에 대해서 반송 방향의 하류측(＋X방향측)에 마련되어 있고, 이 구동 롤러(R2)은 구동 롤러(R3)에 대해서, 반송 방향의 상류측(－X방향측)에 마련되어 있다. 텐션 조정 롤러(RT1, RT2)는 －Z방향으로 가압되어 있고, 회전 드럼(DR)에 감겨져 지지되고 있는 기판(FS)에, 장척 방향으로 소정의 텐션을 주고 있다. 이것에 의해, 회전 드럼(DR)에 걸리는 기판(FS)에 부여되는 길이가 장척 방향의 텐션을 소정의 범위 내로 안정화시키고 있다. 또한, 제어 장치(18)는 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속기 등으로 구성됨)을 제어함으로써, 구동 롤러(R1~R3)를 회전시킨다.
광원 장치(14)는 광원(펄스 광원)을 가지고, 펄스 모양의 빔(펄스광, 레이저광)(LB)을 사출하는 것이다. 이 빔(LB)은 370nm 이하의 파장 대역에 피크 파장을 가지는 자외선광이고, 빔(LB)의 발진 주파수(발광 주파수)를 Fs라고 한다. 광원 장치(14)가 사출한 빔(LB)은 묘화 헤드(16)에 입사된다. 광원 장치(14)는 제어 장치(18)의 제어에 따라서, 발광 주파수 Fs로 빔(LB)을 발광하여 사출한다. 이 광원 장치(14)의 구성은, 후에 상세하게 설명하지만, 적외 파장 대역의 펄스광을 발생하는 반도체 레이저 소자, 파이버 증폭기, 증폭된 적외 파장 대역의 펄스광을 자외 파장 대역의 펄스광으로 변환하는 파장 변환 소자(고조파 발생 소자) 등으로 구성되고, 발진 주파수 Fs가 수백 MHz이고, 1펄스광의 발광 시간이 피코초 정도인 고휘도 자외선의 펄스광이 얻어지는 파이버 앰프 레이저 광원을 이용해도 된다.
묘화 헤드(16)는 빔(LB)이 각각 입사되는 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))을 구비하고 있다. 묘화 헤드(16)는 기판 반송 기구(12)의 회전 드럼(DR)의 원주면에 의해 지지되어 있는 기판(FS)의 일부분에, 복수의 주사 유닛(묘화 유닛)(U1~U6)에 의해서, 소정의 패턴을 묘화한다. 묘화 헤드(16)는 동일 구성의 복수의 주사 유닛(U1~U6)을 배열한, 이른바 멀티 빔형의 묘화 헤드(16)로 되어 있다. 묘화 헤드(16)는 기판(FS)에 대해서 전자 디바이스용 패턴 노광을 반복하여 행하기 때문에, 패턴이 노광되는 노광 영역(전자 디바이스 형성 영역)(W)은 기판(FS)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 복수 개 마련되어 있다(도 5 참조). 제어 장치(18)는 노광 장치(EX)의 각 부를 제어하여, 각 부에 처리를 실행시킨다. 이 제어 장치(18)는 컴퓨터와, 프로그램이 기억된 기억 매체를 포함하고, 그 컴퓨터가 기억 매체에 기억된 프로그램을 실행함으로써, 본 제1 실시 형태의 제어 장치(18)로서 기능한다.
도 2는 묘화 헤드(16)의 복수의 주사 유닛(묘화 유닛)(Un) 및 회전 드럼(DR)을 지지하는 지지 프레임(장치 칼럼)(30)을 나타내는 도면이다. 지지 프레임(30)은 본체 프레임(32)과, 3점 지지부(34)와, 묘화 헤드 지지부(36)를 가진다. 지지 프레임(30)은 온조 챔버(ECV) 내에 격납되어 있다. 본체 프레임(32)은 회전 드럼(DR)과, 텐션 조정 롤러(RT1(도시하지 않음), RT2)를 환상의 베어링을 매개로 하여 회전 가능하게 지지하고 있다. 3점 지지부(34)는 본체 프레임(32)의 상단에 마련되어, 회전 드럼(DR)의 상방에 마련된 묘화 헤드 지지부(36)를 3점에서 지지한다.
묘화 헤드 지지부(36)는 묘화 헤드(16)의 주사 유닛(Un(U1~U6))을 지지하는 것이다. 묘화 헤드 지지부(36)는 주사 유닛(U1, U3, U5)을 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)에 대해서 반송 방향의 하류측(＋X방향측)이고, 또한 기판(FS)의 폭 방향을 따라서 병렬로 지지한다(도 1 참조). 또, 묘화 헤드 지지부(36)는 주사 유닛(U2, U4, U6)을 중심축(AXo)에 대해서 반송 방향의 상류측(－X방향측)이고, 또한 기판(FS)의 폭 방향(Y방향)을 따라서 병렬로 지지한다(도 1 참조). 또한, 여기서, 1개의 주사 유닛(Un)에 의한 Y방향의 묘화폭(스폿광(SP)의 주사 범위, 묘화 라인(SLn))은, 일례로서 20~50mm 정도로 하면, 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)의 3개와, 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)의 3개의 합계 6개의 주사 유닛(Un)을 Y방향으로 배치함으로써, 묘화 가능한 Y방향의 폭이 120~300mm 정도로 넓어진다.
도 3은 묘화 헤드(16)의 구성을 나타내는 도면이다. 본 제1 실시 형태에서는, 노광 장치(EX)는 2개의 광원 장치(14(14a, 14b))를 구비한다. 묘화 헤드(16)는 복수의 주사 유닛(U1~U6)과, 광원 장치(14a)로부터의 빔(LB)을 복수의 주사 유닛(U1, U3, U5)으로 안내하는 광도입 광학계(빔 전환 부재)(40a)와, 광원 장치(14b)로부터의 빔(LB)을 복수의 주사 유닛(U2, U4, U6)으로 안내하는 광도입 광학계(빔 전환 부재)(40b)를 가진다.
먼저, 도 4를 이용하여, 광도입 광학계(빔 전환 부재)(40a)에 대해 설명한다. 또한, 광도입 광학계(40a, 40b)는 동일한 구성을 가지므로, 여기에서는, 광도입 광학계(40a)에 대해 설명하고, 광도입 광학계(40b)의 설명을 생략한다.
광도입 광학계(40a)는 광원 장치(14(14a))측에서부터, 집광 렌즈(42), 콜리메이트 렌즈(collimating lens)(44), 반사 미러(46), 집광 렌즈(48), 선택용 광학 소자(50), 반사 미러(52), 콜리메이트 렌즈(54), 집광 렌즈(56), 선택용 광학 소자(58), 반사 미러(60), 콜리메이트 렌즈(62), 집광 렌즈(64), 선택용 광학 소자(66), 반사 미러(68) 및 흡수체(70)를 가진다.
집광 렌즈(42) 및 콜리메이트 렌즈(44)는, 광원 장치(14a)로부터 사출된 빔(LB)을 확대하는 것이다. 상세하게는, 먼저, 집광 렌즈(42)는 빔(LB)을 집광 렌즈(42)의 뒤측의 초점 위치에 수렴시키고, 콜리메이트 렌즈(44)는 집광 렌즈(42)에 의해서 수렴된 후에 발산하는 빔(LB)을 소정의 빔 지름(예를 들면, 수mm)의 평행광으로 한다.
반사 미러(46)는 콜리메이트 렌즈(44)에 의해서 평행광으로 된 빔(LB)을 반사시켜 선택용 광학 소자(50)에 조사한다. 집광 렌즈(48)는 선택용 광학 소자(50)에 입사되는 빔(LB)을, 선택용 광학 소자(50) 내에서 빔 웨스트(beam waist)가 되도록 집광(수렴)시킨다. 선택용 광학 소자(50)는 빔(LB)에 대해서 투과성(透過性)을 가지는 것이고, 예를 들면, 음향 광학 변조 소자(AOM：Acousto-Optic Modulator)가 이용된다. AOM은 초음파 신호(고주파 신호)가 인가되면, 입사된 빔(LB)(0차광)을 고주파의 주파수에 따른 회절각(回折角)으로 회절시킨 1차 회절광을 사출빔(빔(LBn))으로 하여 발생시키는 것이다. 또한, 본 제1 실시 형태에서는, 복수의 선택용 광학 소자(50, 58, 66)의 각각으로부터 1차 회절광으로서 사출되어 대응하는 주사 유닛(U1, U3, U5)에 입사되는 빔(LBn)을 LB1, LB3, LB5로 나타내고, 각 선택용 광학 소자(50, 58, 66)는 광원 장치(14(14a))로부터의 빔(LB)의 광로를 편향시키는 기능을 달성하는 것으로서 취급한다. 각 선택용 광학 소자(50, 58, 66)의 구성, 기능, 작용 등은 서로 동일한 것을 이용해도 된다. 선택용 광학 소자(50, 58, 66)는 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)의 온/오프에 따라서, 입사된 빔(LB)을 회절시킨 회절광의 발생을 온/오프한다.
자세하게 설명하면, 선택용 광학 소자(50)는 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 오프인 경우는, 입사된 빔(LB)을 다음 단의 선택용 광학 소자(58)에 조사한다. 한편, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 온인 경우는, 선택용 광학 소자(50)는 입사된 빔(LB)을 회절시켜, 그 1차 회절광인 빔(LB1)을 반사 미러(52)에 조사한다. 반사 미러(52)는 입사된 빔(LB1)을 반사시키고, 주사 유닛(U1)의 콜리메이트 렌즈(100)에 조사한다. 즉, 제어 장치(18)가 선택용 광학 소자(50)를 온 오프로 스위칭(구동)함으로써, 선택용 광학 소자(50)는 빔(LB1)을 주사 유닛(U1)에 입사시킬지 여부를 전환한다.
선택용 광학 소자(50)와 선택용 광학 소자(58)의 사이에는, 선택용 광학 소자(58)에 조사되는 빔(LB)을 평행광으로 되돌리는 콜리메이트 렌즈(54)와, 콜리메이트 렌즈(54)에 의해서 평행광으로 된 빔(LB)을 다시 선택용 광학 소자(58) 내에서 빔 웨스트가 되도록 집광(수렴)시키는 집광 렌즈(56)가, 상기의 순으로 마련되어 있다.
선택용 광학 소자(58)는 선택용 광학 소자(50)와 마찬가지로, 빔(LB)에 대해서 투과성을 가지는 것이고, 예를 들면, 음향 광학 변조 소자(AOM)가 이용된다. 선택용 광학 소자(58)는 제어 장치(18)로부터 보내져 오는 구동 신호(고주파 신호)가 오프인 경우는, 입사된 빔(LB)을 그대로 투과시켜 선택용 광학 소자(66)에 조사하고, 제어 장치(18)로부터 보내져 오는 구동 신호(고주파 신호)가 온인 경우는, 입사된 빔(LB)을 회절시켜, 그 1차 회절광인 빔(LB3)을 반사 미러(60)에 조사한다. 반사 미러(60)는 입사된 빔(LB3)을 반사시키고, 주사 유닛(U3)의 콜리메이트 렌즈(100)에 조사한다. 즉, 제어 장치(18)가 선택용 광학 소자(58)를 온 오프로 스위칭함으로써, 선택용 광학 소자(58)는 빔(LB3)을 주사 유닛(U3)에 입사시킬지 여부를 전환한다.
선택용 광학 소자(58)와 선택용 광학 소자(66)의 사이에는, 선택용 광학 소자(66)에 조사되는 빔(LB)을 평행광으로 되돌리는 콜리메이트 렌즈(62)와, 콜리메이트 렌즈(62)에 의해서 평행광으로 된 빔(LB)을 다시 선택용 광학 소자(66) 내에서 빔 웨스트가 되도록 집광(수렴)시키는 집광 렌즈(64)가, 상기의 순으로 마련되어 있다.
선택용 광학 소자(66)는, 선택용 광학 소자(50)와 마찬가지로, 빔(LB)에 대해서 투과성을 가지는 것이고, 예를 들면, 음향 광학 변조 소자(AOM)가 이용된다. 선택용 광학 소자(66)는 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 오프 상태인 경우는, 입사된 빔(LB)을 흡수체(70)를 향해서 조사하고, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 온 상태인 경우는, 입사된 빔(LB)을 회절시켜, 그 1차 회절광인 빔(LB5)을 반사 미러(68)을 향해서 조사한다. 반사 미러(68)는, 입사된 빔(LB5)을 반사시켜, 주사 유닛(U5)의 콜리메이트 렌즈(100)에 조사한다. 즉, 제어 장치(18)가 선택용 광학 소자(66)를 온 오프로 스위칭함으로써, 선택용 광학 소자(66)는 빔(LB5)을 주사 유닛(U5)에 입사시킬지 여부를 전환한다. 흡수체(70)는 빔(LB)의 외부로의 누설을 억제하기 위한 빔(LB)을 흡수하는 광 트랩(trap)이다.
광도입 광학계(40b)에 대해서는 간단하게 설명하면, 광도입 광학계(40b)의 선택용 광학 소자(50, 58, 66)는 빔(LB)을 주사 유닛(U2, U4, U6)에 입사시킬지 여부를 전환한다. 이 경우, 광도입 광학계(40b)의 반사 미러(52, 60, 68)는 선택용 광학 소자(50, 58, 66)로부터 사출되는 빔(LB2, LB4, LB6)을 반사하여 주사 유닛(U2, U4, U6)의 콜리메이트 렌즈(100)에 조사한다.
또한, 실제의 음향 광학 변조 소자(AOM)는 1차 회절광의 발생 효율이 0차광의 80% 정도이기 때문에, 선택용 광학 소자(50, 58, 66)의 각각에서 편향된 빔((LB1(LB2), LB3(LB4), LB5(LB6))은 원(元) 빔(LB)의 강도보다는 저하되어 있다. 또, 선택용 광학 소자(50, 58, 66) 중 어느 1개가 온 상태일 때, 회절되지 않고 직진하는 0차광이 20% 정도 잔존하지만, 그것은 최종적으로 흡수체(70)에 의해서 흡수된다.
다음에, 도 3에 도시하는 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))에 대해 설명한다. 주사 유닛(Un)은 광원 장치(14(14a, 14b))로부터의 빔(LBn)을 기판(FS)의 피조사면 상에서 스폿광(SP)으로 수렴시키도록 투사하면서, 그 스폿광(SP)을 기판(FS)의 피조사면 상에서 소정의 직선적인 묘화 라인(주사선)(SLn)을 따라서, 회전하는 폴리곤 미러(PM)에 의해서 1차원으로 주사한다. 또한, 주사 유닛(U1)의 묘화 라인(SLn)을 SL1로 나타내고, 마찬가지로 주사 유닛(U2~U6)의 묘화 라인(SLn)을 SL2~SL6로 나타낸다.
도 5는 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서, 스폿광(SP)이 주사되는 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))을 나타내는 도면이다. 도 5에 도시하는 것처럼, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6)) 전부로 노광 영역(W)의 폭 방향의 모두를 커버하도록, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은 주사 영역을 분담하고 있다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은 기판(FS)의 폭 방향으로 분할된 복수의 영역마다 패턴을 묘화할 수 있다. 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 길이는, 원칙적으로 동일하게 한다. 즉, 묘화 라인(SL1~SL6)의 각각을 따라서 주사되는 빔(LBn)의 스폿광(SP)의 주사 거리는, 원칙적으로 동일하게 한다. 또한, 노광 영역(W)의 폭을 길게 하고 싶은 경우는, 묘화 라인(SLn) 자체의 길이를 길게 하던지, Y방향에 설치하는 주사 유닛(Un)의 수를 늘림으로써 대응할 수 있다.
또한, 실제의 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 스폿광(SP)이 피조사면을 실제로 주사 가능한 최대의 길이보다도 약간 짧게 설정된다. 예를 들면, 주주사 방향(Y방향)의 묘화 배율이 초기치(배율 보정 없음)인 경우에 패턴 묘화 가능한 묘화 라인(SLn)의 최대 길이를 30mm로 하면, 스폿광(SP)의 피조사면 상에서의 최대 주사 길이는, 묘화 라인(SLn)의 주사 개시점측과 주사 종료점측의 각각에 0.5mm정도의 여유를 갖게 하여, 31mm 정도로 설정되어 있다. 이와 같이 설정함으로써, 스폿광(SP)의 최대 주사 길이 31mm의 범위 내에서, 30mm의 묘화 라인(SLn)의 위치를 주주사 방향으로 미세 조정하거나, 묘화 배율을 미세 조정하거나 하는 것이 가능해진다. 스폿광(SP)의 최대 주사 길이는 31mm로 한정되는 것이 아니고, 주로 주사 유닛(Un) 내의 폴리곤 미러(회전 폴리곤 미러)(PM)의 뒤에 마련되는 fθ 렌즈(FT)(도 3 참조)의 구경(口徑)에 의해서 정해지며, 31mm 이상이어도 된다.
복수의 묘화 라인(주사 라인)(SL1~SL6)은 중심면(Poc)을 사이에 두고, 회전 드럼(DR)의 원주 방향으로 2열로 배치된다. 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은 중심면(Poc)에 대해서 반송 방향의 하류측(＋X방향측)의 기판(FS) 상에 위치한다. 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)은 중심면(Poc)에 대해서 반송 방향의 상류측(－X방향측)의 기판(FS) 상에 위치한다. 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은 기판(FS)의 폭 방향, 즉, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 따라서 거의 평행하게 되어 있고, 기판(FS)의 폭 방향의 길이보다도 짧다.
묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은 기판(FS)의 폭 방향(주사 방향, Y방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 배치되고, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)도 마찬가지로, 기판(FS)의 폭 방향(주사 방향, Y방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 이때, 묘화 라인(SL2)은 기판(FS)의 폭 방향에 있어서, 묘화 라인(SL1)과 묘화 라인(SL3)의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 묘화 라인(SL3)은 기판(FS)의 폭 방향에 있어서, 묘화 라인(SL2)과 묘화 라인(SL4)의 사이에 배치된다. 묘화 라인(SL4)은 기판(FS)의 폭 방향에 있어서, 묘화 라인(SL3)과 묘화 라인(SL5)의 사이에 배치된다. 묘화 라인(SL5)은 기판(FS)의 폭 방향에 있어서, 묘화 라인(SL4)과 묘화 라인(SL6)의 사이에 배치된다. 즉, 묘화 라인(SL1~SL6)은 기판(FS) 상에 묘화되는 노광 영역(W)의 폭 방향의 모두를 커버하도록 배치된다.
홀수번째의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 각각을 따라서 주사되는 빔(LBn(LB1, LB3, LB5))의 스폿광(SP)의 주사 방향은, 일차원의 방향으로 되어 있고, 동일한 방향으로 되어 있다. 짝수번째의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 각각을 따라서 주사되는 빔(LBn(LB2, LB4, LB6))의 스폿광(SP)의 주사 방향은, 일차원의 방향으로 되어 있고, 동일한 방향으로 되어 있다. 이 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을 따라서 주사되는 빔(LBn)(스폿광(SP))의 주사 방향과, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을 따라서 주사되는 빔(LBn)(스폿광(SP))의 주사 방향은 서로 역방향으로 되어 있다. 상세하게는, 이 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을 따라서 주사되는 빔(LBn)(스폿광(SP))의 주사 방향은 ＋Y방향이고, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을 따라서 주사되는 빔(LBn)(스폿광(SP))의 주사 방향은 -Y방향이다. 이것은 주사 유닛(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)로서, 동일 방향으로 회전하는 폴리곤 미러(PM)를 사용한 것에 의한다. 이것에 의해, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 묘화 개시 위치(묘화 개시점(주사 개시점)의 위치)와, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 묘화 개시 위치는 Y방향에 관해서 인접(또는 일부 중복)한다. 또, 묘화 라인(SL3, SL5)의 묘화 종료 위치(묘화 종료점(주사 종료점)의 위치)와, 묘화 라인(SL2, SL4)의 묘화 종료 위치는 Y방향에 관해서 인접(또는 일부 중복)한다. Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 일부 중복시키도록, 각 묘화 라인(SLn)을 배치하는 경우는, 예를 들면, 각 묘화 라인(SLn)의 길이에 대해서, 묘화 개시 위치, 또는 묘화 종료 위치를 포함하여 Y방향으로 수% 이하의 범위에서 중복시키면 좋다.
또한, 묘화 라인(SLn)의 부주사 방향의 폭은, 스폿광(SP)의 사이즈(직경) φ에 따른 굵기이다. 예를 들면, 스폿광(SP)의 사이즈 φ가 3㎛인 경우는, 묘화 라인(SLn)의 부주사 방향의 폭도 3㎛가 된다. 스폿광(SP)은 소정의 길이(예를 들면, 스폿광(SP)의 사이즈 φ의 절반)만큼 오버랩하도록, 묘화 라인(SLn)을 따라서 투사되어도 좋다. 또, Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SLn)(예를 들면, 묘화 라인(SL1)과 묘화 라인(SL2))끼리를 서로 인접시키는 경우(잇는 경우)도, 소정의 길이(예를 들면, 스폿광(SP)의 사이즈 φ의 절반)만큼 오버랩시키는 것이 좋다.
본 제1 실시 형태의 경우, 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)이 펄스광이기 때문에, 주주사의 동안에 묘화 라인(SLn) 상에 투사되는 스폿광(SP)은, 빔(LB)의 발진 주파수 Fs에 따라서 이산적(離散的)으로 된다. 그 때문에, 빔(LB)의 1펄스광에 의해서 투사되는 스폿광(SP)과 다음의 1펄스광에 의해서 투사되는 스폿광(SP)을, 주주사 방향으로 오버랩시킬 필요가 있다. 그 오버랩의 양은 스폿광(SP)의 사이즈 φ, 스폿광(SP)의 주사 속도 Vs, 빔(LB)의 발진 주파수 Fs에 의해서 설정되지만, 스폿광(SP)의 강도 분포가 가우스(Gauss) 분포로 근사(近似)되는 경우, 스폿광(SP)의 피크 강도의 1/e2(또는 1/2)로 정해지는 실효적인 지름 사이즈 φ에 대해서, φ/2 정도 오버랩시키는 것이 좋다. 따라서 부주사 방향(묘화 라인(SLn)과 직교한 방향)에 관해서도, 묘화 라인(SLn)을 따른 스폿광(SP)의 1회 주사와 다음 주사의 사이에서, 기판(FS)이 스폿광(SP)의 실효적인 사이즈 φ의 거의 1/2 이하의 거리만큼 이동하도록 설정하는 것이 바람직하다. 또, 기판(FS) 상의 감광성 기능층으로의 노광량의 설정은, 빔(LB)(펄스광)의 피크치의 조정으로 가능하지만, 빔(LB)의 강도를 올릴 수 없는 상황에서 노광량을 증대시키고 싶은 경우는, 스폿광(SP)의 주주사 방향의 주사 속도 Vs의 저하, 빔(LB)의 발진 주파수 Fs의 증대, 혹은 기판(FS)의 부주사 방향의 반송 속도의 저하 등 중 어느 하나에 의해서, 스폿광(SP)의 주주사 방향 또는 부주사 방향에 관한 오버랩량을 실효적인 사이즈 φ의 1/2 이상으로 증가시키면 된다.
다음에, 도 3에 도시하는 주사 유닛(Un)의 구성에 대해 설명한다. 또한, 각 주사 유닛(U1~U6)은 동일한 구성을 가지므로, 여기에서는, 주사 유닛(U1)에 대해서만 설명한다. 주사 유닛(U1)은, 도 4에 도시한 반사 미러(52) 뒤의 콜리메이트 렌즈(100), 반사 미러(102), 집광 렌즈(104), 묘화용 광학 소자(106), 콜리메이트 렌즈(108), 반사 미러(110), 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 미러(114), 폴리곤 미러(광주사 부재, 편향 부재)(PM), fθ 렌즈(FT), 실린드리칼 렌즈(CYb) 및 반사 미러(122)를 가진다. 콜리메이트 렌즈(100, 108), 반사 미러(102, 110, 114, 122), 집광 렌즈(104), 실린드리칼 렌즈(CYa, CYb) 및 fθ 렌즈(FT)는, 광학 렌즈계를 구성한다.
반사 미러(102)는 콜리메이트 렌즈(100)로부터 입사된 빔(LB1)을 도 3 중에서 -Z방향으로 반사하여, 묘화용 광변조기로서의 묘화용 광학 소자(106)에 입사시킨다. 집광 렌즈(104)는 묘화용 광학 소자(106)에 입사되는 빔(LB1)(평행 광속(光束))이, 묘화용 광학 소자(106) 내에서 빔 웨스트가 되도록 집광(수렴)시킨다. 묘화용 광학 소자(106)는, 빔(LB1)에 대해서 투과성을 가지는 것이고, 예를 들면, 음향 광학 변조 소자(AOM)가 이용된다. 묘화용 광학 소자(106)는, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 오프 상태일 때, 입사된 빔(LB1)을 도시하지 않은 차폐판 혹은 흡수체에 조사하고, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 온 상태일 때, 입사된 빔(LB1)을 회절시켜, 그 1차 회절광(묘화 빔, 즉, 패턴 데이터에 따라 강도 변조된 빔(LB1))을 반사 미러(110)에 조사한다. 상기 차폐판 및 상기 흡수체는, 빔(LB1)의 외부로의 누설을 억제하기 위한 것이다.
반사 미러(110)와 묘화용 광학 소자(106)의 사이에는, 반사 미러(110)에 입사되는 빔(LB1)을 평행광으로 하는 콜리메이트 렌즈(108)가 마련되어 있다. 반사 미러(110)는 입사된 빔(LB1)을 반사 미러(114)를 향해서 -X방향으로 반사하고, 반사 미러(114)는 입사된 빔(LB1)을 폴리곤 미러(PM)를 향해서 반사한다. 폴리곤 미러(회전 다면경)(PM)는 입사된 빔(LB1)을, X축과 평행한 광축을 가지는 fθ 렌즈(FT)를 향해서 -X방향측으로 반사한다. 폴리곤 미러(PM)는 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 기판(FS)의 피조사면 상에서 주사하기 위해서, 입사된 빔(LB1)을 XY 평면과 평행한 면 내에서 편향(반사)시킨다. 구체적으로는, 폴리곤 미러(PM)는 Z방향으로 연장되는 회전축(AXp)과, 회전축(AXp)의 둘레에 형성된 복수의 반사면(RP)(본 제1 실시 형태에서는 8개의 반사면(RP))을 가진다. 회전축(AXp)을 중심으로 이 폴리곤 미러(PM)를 소정의 회전 방향으로 회전시킴으로써, 반사면(RP)에 조사되는 펄스 모양의 빔(LB1)의 반사각을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 1개의 반사면(RP)에 의해서 빔(LB1)의 반사 방향이 편향되어, 기판(FS)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 주사 방향(기판(FS)의 폭 방향, Y방향)으로 주사할 수 있다. 즉, 폴리곤 미러(PM)는 입사된 빔(LB1)을 편향시키고, 도 5에 도시하는 묘화 라인(주사 라인)(SL1)을 따라서 스폿광(SP)을 주사한다. 또한, 폴리곤 미러(PM)는, 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등으로 구성됨)에 의해서 일정한 속도로 회전한다. 이 회전 구동원은 제어 장치(18)에 의해서 제어된다.
폴리곤 미러(PM)의 하나의 반사면(RP)에 의해서, 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사할 수 있기 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 1회전으로, 기판(FS)의 피조사면 상에 스폿광(SP)이 주사되는 묘화 라인(SL1)의 수는, 최대로 반사면(RP)의 수와 동일한 8개가 된다. 상술한 것처럼, 묘화 라인(SL1)의 실효적인 길이(예를 들면, 30mm)는, 이 폴리곤 미러(PM)에 의해서 스폿광(SP)을 주사할 수 있는 최대 주사 길이(예를 들면, 31mm) 이하의 길이로 설정되어 있고, 초기 설정(설계상)에서는, 최대 주사 길이의 중앙에 묘화 라인(SL1)의 중심점이 설정되어 있다.
또한, 일례로서, 묘화 라인(SL1)의 실효적인 길이를 30mm로 하고, 실효적인 사이즈 φ가 3㎛인 스폿광(SP)을 1.5㎛씩 오버랩시키면서 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 기판(FS)의 피조사면 상에 조사하는 경우는, 1회 주사로 조사되는 스폿광(SP)의 수(광원 장치(14)로부터의 빔(LB)의 펄스수)는, 20000(30mm/1.5㎛)이 된다. 또, 묘화 라인(SL1)에 따른 스폿광(SP)의 주사 시간을 200μsec으로 하면, 이 동안에, 펄스 모양의 스폿광(SP)을 20000회 조사해야 하므로, 광원 장치(14)의 발광 주파수 Fs는 Fs≥20000회/200μsec=100MHz가 된다.
주사 유닛(U1)의 구성의 설명으로 돌아가, 반사 미러(110)와 반사 미러(114)의 사이에 마련된 실린드리칼 렌즈(CYa)는, 주사 방향과 직교하는 Z방향(비주사 방향)에 관해서 빔(LB1)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 상에서 XY면과 평행한 방향으로 연장된 긴 타원 모양(슬릿 모양)으로 집광(수렴)한다. 이 실린드리칼 렌즈(CYa)에 의해서, 반사면(RP)이 Z방향(Z축)에 대해서 기울어 있는 경우(평면 틸트 에러(plane tilt error)가 있는 경우)라도, 그 영향을 억제할 수 있어, 기판(FS) 상에 조사되는 빔(LB1)에 의한 스폿광의 조사 위치가, 기판(FS)의 반송 방향(X방향)으로 어긋나는 것을 억제한다.
폴리곤 미러(PM)에서 반사된 빔(LB1)은, 집광 렌즈를 포함하는 fθ 렌즈(FT)에 조사된다. X축 방향으로 연장되는 광축을 가지는 fθ 렌즈(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 반사된 빔(LB1)을, XY 평면과 평행한 평면에 있어서, X축과 평행하게 되도록 반사 미러(122)에 투사하는 텔레센트릭((telecentric))계의 스캔 렌즈이다. 빔(LB1)의 fθ 렌즈(FT)로의 입사각 θ은, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ/2)에 따라 바뀐다. fθ 렌즈(FT)는 그 입사각 θ에 비례한 기판(FS)의 피조사면 상의 상고(像高) 위치에 빔(LB1)을 투사한다. 초점 거리를 fo라고 하고, 상고 위치를 y라고 하면, fθ 렌즈(FT)는 y=fo·θ의 관계를 가진다. 따라서 이 fθ 렌즈(FT)에 의해서, 빔(LB1)(스폿광(SP))을 Y방향으로 정확하게 등속(等速)으로 주사하는 것이 가능하게 된다. fθ 렌즈(FT)로의 입사각이 0도일 때, fθ 렌즈(FT)에 입사된 빔(LB1)은 fθ 렌즈(FT)의 광축상을 따라 진행한다.
fθ 렌즈(FT)로부터 조사된 빔(LB1)은, 반사 미러(122)를 통해서 기판(FS) 상에 스폿광(SP)이 되어 조사된다. fθ 렌즈(FT)와 반사 미러(122)의 사이에 마련된 실린드리칼 렌즈(CYb)는, 기판(FS) 상에 집광되는 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 직경 수㎛ 정도(예를 들면, 3㎛)의 미소한 원형으로 하는 것이고, 그 모선은 Y방향과 평행하게 되어 있다. 이것에 의해, 기판(FS) 상에는 스폿광(주사 스폿)(SP)에 의한 Y방향으로 연장된 묘화 라인(SL1)(도 5 참조)이 규정된다. 실린드리칼 렌즈(CYb)가 없는 경우, 폴리곤 미러(PM) 앞의 실린드리칼 렌즈(CYa)의 작용에 의해서, 기판(FS) 상에 집광되는 스폿광(SP)은, 주사 방향(Y방향)과 직교한 방향(X방향)으로 신장된 긴 타원형으로 되어 버린다.
이와 같이, 기판(FS)이 X방향으로 반송되고 있는 상태에서, 각 주사 유닛(U1~U6)에 의해서, 빔(LB)의 스폿광(SP)이 주사 방향(Y방향)으로 주사됨으로써, 소정의 패턴이 기판(FS) 상에 묘화된다. 이 각 주사 유닛(U1~U6)은 기판(FS) 상의 다른 영역을 주사하도록 묘화 헤드 지지부(36)에 배치되어 있다. 또한, 기판(FS) 상에서의 스폿광(SP)의 주사 방향의 치수(묘화 라인의 길이)를 Ds, 스폿광(SP)의 기판(FS) 상에서의 주사 속도(상대 주사의 속도)를 Vs라고 했을 때, 빔(LB)의 발진 주파수 Fs는 Fs≥Vs/Ds의 관계를 만족할 필요가 있다. 빔(LB)은 펄스광이기 때문에, 발진 주파수 Fs가, Fs≥Vs/Ds의 관계를 만족하지 않으면, 소정의 간격(간극)을 두고 기판(FS) 상에 빔(LB)의 스폿광(SP)이 조사되어 버리기 때문이다. 발진 주파수 Fs가, Fs≥Vs/Ds의 관계를 만족하면, 스폿광(SP)이 주사 방향에 관해서 서로 겹치도록 기판(FS) 상에 조사할 수 있으므로, 펄스 발진하는 빔이어도, 주사 방향으로 실질적으로 연속한 직선 패턴을 기판(FS) 상에 양호하게 묘화할 수 있다. 또한, 스폿광(SP)의 주사 속도 Vs는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도가 빨라질수록 빨라진다.
도 6은 각 주사 유닛(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)와, 복수의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 주사 방향의 관계를 나타내는 도면이다. 복수의 주사 유닛(U1, U3, U5)과 복수의 주사 유닛(U2, U4, U6)에 있어서는, 반사 미러(114), 폴리곤 미러(PM), 및 fθ 렌즈(FT)가 중심면(Poc)에 대해서 대칭인 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 각 주사 유닛(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)를 동일한 방향(반시계 방향)으로 회전시킴으로써, 각 주사 유닛(U1, U3, U5)은 묘화 개시 위치로부터 묘화 종료 위치를 향하여 -Y방향으로 빔(LB)의 스폿광(SP)을 주사하고, 각 주사 유닛(U2, U4, U6)은 묘화 개시 위치로부터 묘화 종료 위치를 향하여 ＋Y방향으로 빔(LB)의 스폿광(SP)을 주사하게 된다. 또한, 각 주사 유닛(U2, U4, U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 방향을, 각 주사 유닛(U1, U3, U5)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 방향과 역방향으로 함으로써, 각 주사 유닛(U1~U6)의 빔(LB)의 스폿광(SP)의 주사 방향을 동일 방향(＋Y방향 또는 -Y방향)으로 맞추도록 해도 된다.
여기서, 폴리곤 미러(PM)는 회전하고 있기 때문에, 시간의 경과와 함께 반사면(RP)의 각도도 변화한다. 따라서 폴리곤 미러(PM)의 특정의 반사면(RP)에 입사된 빔(LB)을, fθ 렌즈(FT)에 입사시킬 수 있는 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 α는 한정된다.
도 7은 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)이 fθ 렌즈(FT)에 입사되도록, 빔(LBn)을 편향(반사)시킬 수 있는 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 α를 설명하기 위한 도면이다. 이 회전 각도 α는 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)가 1개의 반사면(RP)에 의해서 스폿광(SP)을 기판(FS)의 피조사면 상에서 주사할 수 있는 폴리곤 미러(PM)의 최대 주사 회전 각도 범위이다. 이하, 회전 각도 α를 최대 주사 회전 각도 범위라고 부른다. 폴리곤 미러(PM)가 최대 주사 회전 각도 범위 α만큼 회전하는 기간이 스폿광(SP)의 유효 주사 기간(최대 주사 시간)이 된다. 이 최대 주사 회전 각도 범위 α는 상술한 묘화 라인(SLn)의 최대 주사 길이에 대응하고, 최대 주사 회전 각도 범위 α가 커질수록, 최대 주사 길이는 길어진다. 회전 각도 β는 특정의 하나의 반사면(RP)으로의 빔(LB)의 입사가 개시될 때의 폴리곤 미러(PM)의 각도에서부터, 상기 특정의 반사면(RP)으로의 입사가 종료될 때의 폴리곤 미러(PM)의 각도까지의 회전 각도를 나타내고 있다. 즉, 회전 각도 β는 폴리곤 미러(PM)가, 반사면(RP)의 1면분(面分) 회전하는 각도이다. 회전 각도 β는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 수 Np에 의해서 규정되며, β≒360/Np로 나타낼 수 있다. 따라서 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 상기 특정의 반사면(RP)이, 스폿광(SP)을 기판(FS)의 피조사면 상에서 주사할 수 없는, 즉, 폴리곤 미러(PM)의 상기 특정의 반사면(RP)에서 반사된 반사광이 fθ 렌즈(FT)에 입사될 수 없는 폴리곤 미러(PM)의 비주사 회전 각도 범위 γ은 γ=β-α의 관계식으로 나타내진다. 이 폴리곤 미러(PM)가 비주사 회전 각도 범위 γ만큼 회전하는 기간은 스폿광(SP)의 무효 주사 기간이 된다. 이 비주사 회전 각도 범위 γ에 있어서는, 주사 유닛(Un)은 빔(LBn)을 기판(FS) 상에 조사할 수 없다. 이 회전 각도 α와 비주사 회전 각도 범위 γ는 수식 (1)의 관계를 가진다.
γ=(360도/Np)－α … (1)
(단, N은 폴리곤 미러(PM)가 가지는 반사면(RP)의 수)
본 제1 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)는 8개의 반사면(RP)을 가지므로, N=8이 된다. 따라서, 수식 (1)은 수식 (2)로 나타낼 수 있다.
γ=45도-α … (2)
최대 주사 회전 각도 범위 α는 폴리곤 미러(PM)와 fθ 렌즈(FT)의 거리 등의 조건에 의해서 바뀐다. 예를 들면, 최대 주사 회전 각도 범위 α를 15도라고 하면, 비주사 회전 각도 범위 γ는 30도가 되고, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율은, 도 7에 있어서,α/β=1/3이 된다. 즉, 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)가 비주사 회전 각도 범위 γ(30도)만큼 회전하는 동안에, 폴리곤 미러(PM)에 입사되는 빔(LBn)은 버려지게 된다.
이에, 본 제1 실시 형태에 있어서는, 1개의 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)을 입사시키는 주사 유닛(Un)을 전환하여, 빔(LB)을 3개의 주사 유닛(Un)으로 주기적으로 배분함으로써, 주사 효율의 향상을 도모한다. 즉, 3개의 주사 유닛(Un)의 묘화 기간(스폿광(SP)을 주사하는 주사 기간)을, 서로 어긋나게 함으로써, 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)을 낭비하는 일 없이, 주사 효율의 향상을 도모한다.
또한, 유효 주사 기간(유효 묘화 기간)인 최대 주사 회전 각도 범위 α는 빔(LBn)이 fθ 렌즈(FT)에 입사되어, 스폿광(SP)이 묘화 라인(SLn) 상을 유효하게 주사 가능한 범위이지만, fθ 렌즈(FT)의 앞 측의 초점 거리 등에 따라서는 최대 주사 회전 각도 범위 α도 바뀐다. 상기와 같은 8면의 폴리곤 미러(PM)에서 최대 주사 회전 각도 범위 α가 10도인 경우, 수식 (2)로부터, 비묘화 기간인 비주사 회전 각도 범위 γ는 35도가 되고, 이때의 묘화의 주사 효율은 약 1/4(10/45)가 된다. 반대로, 최대 주사 회전 각도 범위 α가 20도인 경우, 수식 (2)로부터, 비묘화 기간인 비주사 회전 각도 범위 γ는 25도가 되고, 이때의 묘화의 주사 효율은 약 1/2(20/45)이 된다. 또한, 주사 효율이 1/2 이상인 경우는, 빔(LB)을 배분하는 주사 유닛(Un)의 수는 2개여도 된다. 즉, 빔(LB)을 배분할 수 있는 주사 유닛(Un)의 수는 주사 효율에 의해서 제한된다.
도 8은 광도입 광학계(40a)와 복수의 주사 유닛(U1, U3, U5)의 광로를 모식화한 도면이다. 제어 장치(18)로부터 선택용 광학 소자(AOM)(50)에 인가되는 구동 신호(고주파 신호)가 온이고, 선택용 광학 소자(58, 66)에 인가되는 구동 신호가 오프인 경우는, 선택용 광학 소자(50)가 입사된 빔(LB)을 회절시킨다. 이것에 의해, 선택용 광학 소자(50)에서 회절된 1차 회절광인 빔(LB1)은, 반사 미러(52)를 매개로 하여 주사 유닛(U1)으로 입사되며, 주사 유닛(U3, U5)에는 빔(LB)이 입사되지 않는다. 마찬가지로, 제어 장치(18)로부터 선택용 광학 소자(AOM)(58)에 인가되는 구동 신호가 온이고, 선택용 광학 소자(50, 66)에 인가되는 구동 신호가 오프인 경우는, 오프 상태의 선택용 광학 소자(50)를 투과한 빔(LB)이 선택용 광학 소자(58)에 입사되고, 선택용 광학 소자(58)는 입사된 빔(LB)을 회절시킨다. 이것에 의해, 선택용 광학 소자(58)에서 회절된 1차 회절광인 빔(LB3)은, 반사 미러(60)를 매개로 하여 주사 유닛(U3)으로 입사되며, 주사 유닛(U1, U5)에는 빔(LB)이 입사되지 않는다. 또, 제어 장치(18)로부터 선택용 광학 소자(AOM)(66)에 인가되는 구동 신호가 온이고, 선택용 광학 소자(50, 58)에 인가되는 구동 신호가 오프인 경우는, 오프 상태인 선택용 광학 소자(50, 58)를 투과한 빔(LB)이 선택용 광학 소자(66)로 입사되고, 선택용 광학 소자(66)는 입사된 빔(LB)을 회절시킨다. 이것에 의해, 선택용 광학 소자(66)에서 회절된 1차 회절광인 빔(LB5)은, 반사 미러(68)에 의해서 주사 유닛(U5)으로 입사되며, 주사 유닛(U1, U3)에는 빔(LB)이 입사되지 않는다.
이와 같이, 광도입 광학계(40a)의 복수의 선택용 광학 소자(50, 58, 66)를 광원 장치(14a)로부터의 빔(LB)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배치한 것에 의해, 복수의 선택용 광학 소자(50, 58, 66)는, 복수의 주사 유닛(U1, U3, U5) 중 어느 1개의 주사 유닛(Un)에 빔(LBn(LB1, LB3, LB5))을 입사시킬지를 선택하여 전환할 수 있다. 제어 장치(18)는 빔(LB)이 입사되는 주사 유닛(Un)이, 예를 들면, 주사 유닛(U1)→주사 유닛(U3)→주사 유닛(U5)→주사 유닛(U1)과 같은 순서대로 주기적으로 전환하도록, 복수의 선택용 광학 소자(50, 58, 66)를 제어한다. 즉, 복수의 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각에 순서대로 소정의 주사 시간만큼 빔(LBn(LB1, LB3, LB5))이 입사되도록 전환한다.
주사 유닛(U1)의 폴리곤 미러(PM)는, 주사 유닛(U1)에 빔(LB1)이 입사되는 기간에, 입사된 빔(LB1)을 fθ 렌즈(FT)를 향해서 반사할 수 있도록, 그 회전이 제어 장치(18)에 의해서 제어되고 있다. 즉, 주사 유닛(U1)에 빔(LB1)이 입사되는 기간과, 주사 유닛(U1)에 의한 빔(LB1)의 스폿광(SP)의 주사 기간(도 7 중의 최대 주사 회전 각도 범위 α)는 동기하고 있다. 바꾸어 말한다면, 주사 유닛(U1)의 폴리곤 미러(PM)는, 빔(LB1)이 입사되는 기간과 동기시키고, 주사 유닛(U1)에 입사된 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사하도록 빔(LB1)을 편향시킨다. 주사 유닛(U3, U5)의 폴리곤 미러(PM)도 마찬가지로, 주사 유닛(U3, U5)에 빔(LB3, LB5)이 입사되는 기간에, 입사된 빔(LB3, LB5)을 fθ 렌즈(FT)로 반사할 수 있도록, 그 회전이 제어 장치(18)에 의해서 제어되고 있다. 즉, 주사 유닛(U3, U5)에 빔(LB3, LB5)이 입사하는 기간과, 주사 유닛(U3, U5)에 의한 빔(LB3, LB5)의 스폿광(SP)의 주사 기간은 동기하고 있다. 바꾸어 말한다면, 주사 유닛(U3, U5)의 폴리곤 미러(PM)는 빔(LB3, LB5)이 입사되는 기간과 동기시키고, 주사 유닛(U3, U5)에 입사된 빔(LB)의 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL3, SL5)을 따라서 주사하도록 빔(LB3, LB5)을 편향시킨다.
이와 같이, 1개의 광원 장치(14a)로부터의 빔(LB)은, 3개의 주사 유닛(U1, U3, U5) 중 어느 1개의 주사 유닛(Un)에 시분할적으로 공급되기 때문에, 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각의 폴리곤 미러(PM)는, 회전 속도를 일치시키면서, 그 회전 각도 위치가 일정한 각도차를 유지(위상차를 유지)하도록 회전 구동이 제어된다. 그 제어의 구체적인 예에 대해서는, 후술한다.
또, 제어 장치(18)는 각 주사 유닛(U1, U3, U5)으로부터 조사되는 빔(LB1, LB3, LB5)의 스폿광(SP)에 의해서 기판(FS) 상에 묘화되는 패턴을 규정하는 패턴 데이터(묘화 데이터)에 기초하여, 각 주사 유닛(U1, U3, U5)의 묘화용 광학 소자(106)에 공급되는 구동 신호(고주파 신호)의 온 오프를 제어한다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(U1, U3, U5)의 묘화용 광학 소자(106)는, 이 온 오프의 구동 신호에 기초하여, 입사된 빔(LB1, LB3, LB5)을 회절시켜, 스폿광(SP)의 강도를 변조시킬 수 있다. 이 패턴 데이터는, 예를 들면, 묘화 패턴의 1도트(dot)(화소)을 3×3㎛로 하고, 1도트마다 구동 신호를 온(묘화)으로 하는 경우는 「1」, 구동 신호를 오프(비묘화)로 하는 경우는 「0」인 2치(値) 데이터를 비트 맵 데이터로서 생성한 것이고, 각 주사 유닛(Un)마다 메모리(RAM) 내에 일시적으로 기억되어 있다.
주사 유닛(Un)마다 마련되는 패턴 데이터에 대해 추가로 자세하게 설명하면, 패턴 데이터(묘화 데이터)는, 스폿광(SP)의 주사 방향(주주사 방향, Y방향)을 따른 방향을 행(行)방향으로 하고, 기판(FS)의 반송 방향(부주사 방향, X방향)을 따른 방향을 열(列)방향으로 하는 2차원으로 분해된 복수의 화소의 데이터(이하, 화소 데이터)로 구성되어 있는 비트 맵 데이터이다. 이 화소 데이터는 「0」또는 「1」의 1비트의 데이터이다. 「0」의 화소 데이터는 기판(FS)에 조사하는 스폿광(SP)의 강도를 저(低)레벨로 하는 것을 의미하고, 「1」의 화소 데이터는 기판(FS) 상에 조사하는 스폿광(SP)의 강도를 고(高)레벨로 하는 것을 의미한다. 패턴 데이터의 1열분의 화소 데이터는, 1개분의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 대응하는 것이고, 1개의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))을 따라서 기판(FS)에 투사되는 스폿광(SP)의 강도가, 1열분의 화소 데이터에 따라 변조된다. 이 1열분의 화소 데이터를 시리얼 데이터(묘화 정보)(DLn)라고 부른다. 즉, 패턴 데이터는 시리얼 데이터(DLn)가 열방향으로 늘어선 비트 맵 데이터이다. 주사 유닛(U1)의 패턴 데이터의 시리얼 데이터(DLn)를 DL1로 나타내고, 마찬가지로 주사 유닛(U2~U6)의 패턴 데이터의 시리얼 데이터(DLn)를 DL2~DL6으로 나타내는 경우가 있다.
제어 장치(18)는 빔(LBn)이 입사되는 주사 유닛(Un)의 패턴 데이터(「0」, 「1」로 이루어지는 시리얼 데이터(DLn))에 기초하여, 빔(LBn)이 입사되는 주사 유닛(Un)의 묘화용 광학 소자(AOM)(106)에 온 오프의 구동 신호를 입력한다. 묘화용 광학 소자(106)는 온의 구동 신호가 입력되면 입사된 빔(LBn)을 회절시켜 반사 미러(110)에 조사하고, 오프의 구동 신호가 입력되면 입사된 빔(LBn)을 도시하지 않은 상기 차폐판 혹은 상기 흡수체에 조사한다. 그 결과, 빔(LBn)이 입사되는 주사 유닛(Un)은, 온의 구동 신호가 묘화용 광학 소자(106)에 입력되면, 기판(FS) 상에 빔(LBn)의 스폿광(SP)을 조사하고(스폿광(SP)의 강도가 높아짐), 오프의 구동 신호가 묘화용 광학 소자(106)에 입력되면 기판(FS) 상에 빔(LBn)의 스폿광을 조사하지 않는다(스폿광(SP)의 강도가 0이 된다). 따라서 빔(LBn)이 입사되는 주사 유닛(Un)은 묘화 라인(SLn)을 따라서, 패턴 데이터에 기초하는 패턴을 기판(FS) 상에 묘화할 수 있다.
예를 들면, 제어 장치(18)는, 주사 유닛(U3)에 빔(LB3)이 입사되는 경우는, 주사 유닛(U3)의 패턴 데이터에 기초하여, 주사 유닛(U3)의 묘화용 광학 소자(106)를 온 오프로 스위칭(구동)한다. 이것에 의해, 주사 유닛(U3)은 묘화 라인(SL3)을 따라서 패턴 데이터에 기초하는 패턴을 기판(FS) 상에 묘화할 수 있다. 이와 같이 하여, 각 주사 유닛(U1, U3, U5)은 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을 따라서 스폿광(주사 스폿)(SP)의 강도를 변조하여, 패턴 데이터에 기초하는 패턴을 기판(FS) 상에 묘화할 수 있다.
또한, 도 8을 이용하여, 광도입 광학계(40a)와 복수의 주사 유닛(U1, U3, U5)의 동작에 대해 설명했지만, 광도입 광학계(40b)와 복수의 주사 유닛(U2, U4, U6)에 대해서도 마찬가지이다. 간단하게 설명하면, 제어 장치(18)는 광원 장치(14b)로부터의 빔(LBn)이 입사되는 짝수번째 주사 유닛(Un)이, 예를 들면, 주사 유닛(U2)→주사 유닛(U4)→주사 유닛(U6)→주사 유닛(U2)과 같은 순서대로 전환하도록, 복수의 선택용 광학 소자(50, 58, 66)를 제어한다. 즉, 복수의 주사 유닛(U2, U4, U6)의 각각에 순서대로 소정의 주사 시간만큼 빔(LB)이 입사되도록 전환한다. 각 주사 유닛(U2, U4, U6)의 폴리곤 미러(PM)는, 제어 장치(18)에 의한 제어 하에, 빔(LBn)이 입사되는 기간과 동기시키고, 입사된 빔(LBn)의 스폿광(SP)이 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을 따라서 주사하도록 빔(LBn)을 편향시킨다. 또, 제어 장치(18)는 각 주사 유닛(U2, U4, U6)이 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을 따라서 패턴 데이터에 기초하는 패턴을 기판(FS) 상에 묘화할 수 있도록, 빔(LBn(LB2, LB4, LB6))이 입사되는 주사 유닛(Un(U2, U4, U6))의 패턴 데이터(「0」, 「1」로 이루어지는 시리얼 데이터(DLn(DL2, DL4, DL6)))에 기초하여, 그 주사 유닛(Un(U2, U4, U6))의 묘화용 광학 소자(AOM)(106)를 제어한다.
이상과 같이, 상기 제1 실시 형태에서는, 광원 장치(14a(14b))로부터의 빔(LB)의 진행 방향을 따라서, 복수의 선택용 광학 소자(50, 58, 66)를 직렬로 배치했으므로, 이 복수의 선택용 광학 소자(50, 58, 66)에 의해서 빔(LBn)을 복수의 주사 유닛(U1, U3, U5)(주사 유닛(U2, U4, U6)) 중 어느 1개의 주사 유닛(Un)에 시분할로 선택적으로 입사시킬 수 있어, 빔(LB)을 낭비하는 일 없이, 빔(LB)의 이용 효율의 향상을 도모할 수 있다.
또, 복수(여기에서는 3개)의 주사 유닛(Un)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도와 회전 위상을 서로 동기시킴과 아울러, 복수의 선택용 광학 소자(50, 58, 66)에 의해서 각 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)이 입사되는 기간에 동기시켜서, 스폿광(SP)이 기판(FS) 상을 주사하도록 폴리곤 미러(PM)가 빔(LBn)을 편향시키므로, 빔(LB)을 낭비하는 일 없이, 주사 효율의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 선택용 광학 소자(AOM)(50, 58, 66)는 주사 유닛(Un)의 각각의 폴리곤 미러(PM)에 의한 스폿광(SP)의 1회 주사 기간 동안만, 온 상태로 되어 있으면 된다. 예를 들면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면수를 Np, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 Vp를 (rpm)이라고 하면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 1면분의 회전 각도 β에 대응한 시간 Tss는, Tss=60/(Np·Vp)［초］가 된다. 예를 들면, 반사면수 Np가 8, 회전 속도 Vp가 3만인 경우는, 폴리곤 미러(PM)의 1회전은 2밀리초이고, 시간 Tss는 0.25밀리초가 된다. 이것은 주파수로 환산하면 4kHz이고, 자외 대역의 파장의 빔(LB)을 패턴 데이터에 응답하여 수십MHz 정도로 고속으로 변조하기 위한 음향 광학 변조 소자(묘화용 광학 소자(106))에 비하면, 상당히 낮은 응답 주파수의 음향 광학 변조 소자로 괜찮은 것을 의미한다. 그 때문에, 선택용 광학 소자(AOM)(50, 58, 66)는 입사되는 빔(LB)(0차광)에 대해서 편향되는 1차 회절광인 LBn(LB1~LB6)의 회절각이 큰 것을 사용할 수 있다. 따라서 선택용 광학 소자(50, 58, 66)를 스트레이트하게 투과하는 빔(LB)의 진로에 대해서, 편향된 빔(LBn(LB1~LB6))을 주사 유닛(Un)으로 안내하는 반사 미러(52, 60, 68)(도 3, 도 4 참조)의 배치가 용이하게 된다.
［상기 제1 실시 형태의 변형예］
상기 제1 실시 형태는, 이하와 같이 변형해도 된다. 상기 제1 실시 형태에서는, 빔(LB)을 3개의 주사 유닛(Un)에 배분하도록 했지만, 본 변형예에서는, 1개의 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)을 5개의 주사 유닛(Un)에 배분한다.
도 9는 상기 제1 실시 형태의 변형예에 있어서의 묘화 헤드(16)의 구성을 나타내는 도면이다. 본 변형예에서는, 광원 장치(14)는 1개이고, 묘화 헤드(16)는 5개의 주사 유닛(Un)(U1~U5)을 가진다. 또한, 상기 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 마찬가지의 부호를 부여하거나, 도시를 생략하거나 하며, 다른 부분만 설명한다. 또한, 도 9에 있어서, 도 3 중에 도시한 실린드리칼 렌즈(CYb)는 도시를 생략하고 있다.
본 변형예에서는, 광도입 광학계(40a, 40b)를 대신하여, 광도입 광학계(빔 전환 부재)(130)가 이용된다. 광도입 광학계(130)는, 도 10에 도시하는 것처럼, 상술한 도 4에 도시한 집광 렌즈(42), 콜리메이트 렌즈(44), 반사 미러(46), 집광 렌즈(48), 선택용 광학 소자(50), 반사 미러(52), 콜리메이트 렌즈(54), 집광 렌즈(56), 선택용 광학 소자(58), 반사 미러(60), 콜리메이트 렌즈(62), 집광 렌즈(64), 선택용 광학 소자(66), 반사 미러(68), 및 흡수체(70)에 더하여, 추가로, 선택용 광학 소자(132), 반사 미러(134), 콜리메이트 렌즈(136), 집광 렌즈(138), 선택용 광학 소자(140), 반사 미러(142), 콜리메이트 렌즈(144) 및 집광 렌즈(146)를 구비한다.
선택용 광학 소자(132), 콜리메이트 렌즈(136) 및 집광 렌즈(138)는, 집광 렌즈(56)와 선택용 광학 소자(58)의 사이에 상기의 순으로 마련된다. 따라서 본 변형예에서는, 선택용 광학 소자(50)는 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 오프인 경우는, 입사된 빔(LB)을 그대로 투과시켜 선택용 광학 소자(132)에 조사하고, 집광 렌즈(56)는, 선택용 광학 소자(132)에 입사되는 빔(LB)을, 선택용 광학 소자(132) 내에서 빔 웨스트가 되도록 집광시킨다.
선택용 광학 소자(132)는 빔(LB)에 대해서 투과성을 가지는 것이고, 예를 들면, 음향 광학 변조 소자(AOM)가 이용된다. 선택용 광학 소자(132)는 제어 장치(18)로부터의 구동 신호가 오프인 경우는, 입사된 빔(LB)을 그대로 투과시켜 선택용 광학 소자(58)에 조사하고, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 온으로 되면, 입사된 빔(LB)을 회절시킨 1차 회절광인 빔(LB2)을 반사 미러(134)에 조사한다. 반사 미러(134)는 입사된 빔(LB2)을 반사시켜, 주사 유닛(U2)의 콜리메이트 렌즈(100)에 입사시킨다. 즉, 제어 장치(18)가 선택용 광학 소자(132)를 온 오프로 스위칭함으로써, 선택용 광학 소자(132)는 빔(LB2)을 주사 유닛(U2)에 입사시킬지 여부를 전환한다. 콜리메이트 렌즈(136)는 선택용 광학 소자(58)에 조사되는 빔(LB)을 평행광으로 하는 것이고, 집광 렌즈(138)는 콜리메이트 렌즈(136)에 의해서 평행광으로 된 빔(LB)을 선택용 광학 소자(58) 내에서 빔 웨스트가 되도록 집광시킨다.
선택용 광학 소자(140), 콜리메이트 렌즈(144) 및 집광 렌즈(146)는, 집광 렌즈(64)와 선택용 광학 소자(66)의 사이에 상기의 순으로 마련된다. 따라서 본 변형예에서는, 선택용 광학 소자(58)는 제어 장치(18)로부터의 구동 신호가 오프인 경우는, 입사된 빔(LB)을 그대로 투과시켜 선택용 광학 소자(140)에 조사하고, 집광 렌즈(64)는 선택용 광학 소자(140)에 입사되는 빔(LB)을, 선택용 광학 소자(140) 내에서 빔 웨스트가 되도록 집광시킨다.
선택용 광학 소자(140)는 빔(LB)에 대해서 투과성을 가지는 것이고, 예를 들면, 음향 광학 변조 소자(AOM)가 이용된다. 선택용 광학 소자(140)는 제어 장치(18)로부터의 구동 신호가 오프인 경우는, 입사된 빔(LB)을 선택용 광학 소자(66)에 조사하고, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 온으로 되면, 입사된 빔(LB)을 회절시킨 1차 회절광인 빔(LB4)을 반사 미러(142)에 조사한다. 반사 미러(142)는 입사된 빔(LB4)을 반사시키고, 주사 유닛(U4)의 콜리메이트 렌즈(100)에 조사한다. 즉, 제어 장치(18)가 선택용 광학 소자(140)를 온 오프로 스위칭함으로써, 선택용 광학 소자(140)는 빔(LB4)을 주사 유닛(U4)에 입사시킬지 여부를 전환한다. 콜리메이트 렌즈(144)는 선택용 광학 소자(66)에 조사되는 빔(LB)을 평행광으로 하는 것이고, 집광 렌즈(146)는 콜리메이트 렌즈(144)에 의해서 평행광으로 된 빔(LB)을 선택용 광학 소자(66) 내에서 빔 웨스트가 되도록 집광시킨다.
이 복수의 선택용 광학 소자(AOM)(50, 58, 66, 132, 140)를 시리얼(직렬)로 배치함으로써, 복수의 주사 유닛(U1~U5) 중, 어느 1개의 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 입사시킬 수 있다. 제어 장치(18)는 빔(LBn)이 입사되는 주사 유닛(Un)이, 예를 들면, 주사 유닛(U1)→주사 유닛(U2)→주사 유닛(U3)→주사 유닛(U4)→주사 유닛(U5)→주사 유닛(U1)과 같은 순서대로 주기적으로 전환하도록, 복수의 선택용 광학 소자(50, 132, 58, 140, 66)를 제어한다. 즉, 복수의 주사 유닛(U1~U5)의 각각에 순서대로 소정의 주사 시간만큼 빔(LBn)이 입사되도록 전환한다. 또, 각 주사 유닛(U1~U5)의 폴리곤 미러(PM)는, 제어 장치(18)에 의한 제어 하에, 빔(LBn)이 입사되는 기간과 동기시키고, 입사된 빔(LBn)의 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL1~SL5)을 따라서 주사하도록 빔(LBn)을 편향시킨다. 또, 제어 장치(18)는 각 주사 유닛(Un)이 묘화 라인(SLn)을 따라서 패턴 데이터에 기초하는 패턴을 기판(FS) 상에 묘화할 수 있도록, 빔(LBn)이 입사되는 주사 유닛(Un)의 패턴 데이터(「0」, 「1」로 이루어지는 시리얼 데이터(DLn))에 기초하여, 그 주사 유닛(Un)의 묘화용 광학 소자(AOM)(106)를 제어한다.
즉, 본 변형예의 경우, 5개의 주사 유닛(U1~U5)의 각 폴리곤 미러(PM)는, 회전 각도 위치가 일정한 각도분씩 위상이 어긋나도록 동기 회전한다. 또, 본 변형예의 경우, 5개의 주사 유닛(U1~U5)에 빔(레이저광)(LB)을 시분할로 배분하므로, 폴리곤 미러(PM)의 하나의 반사면(RP)에 빔(LBn)이 조사될 수 있는 각도 범위(도 7 중의 회전 각도 β)와, 반사면(RP)에서 반사된 빔(LBn)이 fθ 렌즈(FT)에 입사되는 최대의 편향각(deflection angle)(도 7 중의 각도 2α)이 β≥5α를 만족하도록, fθ 렌즈(FT)의 앞 측 초점 거리나 폴리곤 미러(PM)의 반사면수 Np가 설정된다.
이와 같이, 본 변형예에 있어서도, 빔(LB)을 낭비하는 일 없이, 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)의 이용 효율을 높이고, 주사 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 본 변형예에서는, 1개의 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)을 5개의 주사 유닛(Un)에 배분하도록 했지만, 1개의 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)을 2개의 주사 유닛(Un)에 배분하도록 해도 되고, 4개 또는 6개 이상의 주사 유닛(Un)에 배분하도록 해도 된다. 이 경우는, 배분하는 주사 유닛(Un)의 수를 n개로 하면, 폴리곤 미러(PM)의 하나의 반사면(RP)에 빔(LBn)이 조사될 수 있는 각도 범위(도 7 중의 회전 각도 β)와, 반사면(RP)에서 반사된 빔(LB)이 fθ 렌즈(FT)에 입사되는 최대의 편향각(도 7 중의 각도 2α)이 β≥n×α를 만족하도록, fθ 렌즈(FT)의 앞 측 초점 거리나 폴리곤 미러(PM)의 반사면수 Np가 설정된다. 또, 상기 제1 실시 형태에서 설명한 것처럼, 2개의 광원 장치(14(14a, 14b))로부터의 빔(LB)을 복수의 주사 유닛(Un)에 배분하는 경우도, 3개로 한정하지 않고, 임의의 수의 주사 유닛(Un)에 배분하도록 해도 된다. 예를 들면, 광원 장치(14a)로부터의 빔(LB)을 5개의 주사 유닛(Un)에 배분하고, 광원 장치(14b)로부터의 빔(LB)을 4개의 주사 유닛(Un)에 배분해도 된다.
［제2 실시 형태］
상기 제1 실시 형태에서는, 각 주사 유닛(Un) 내의 폴리곤 미러(PM)의 앞에 묘화용 광학 소자(AOM)(106)를 마련하므로, 사용하는 묘화용 광학 소자(106)의 수가 많아져, 고비용이 된다. 이에, 본 제2 실시 형태에서는, 1개의 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)의 광로 상에 1개의 묘화용 광변조기(AOM)를 마련하고, 그 1개의 묘화용 광변조기를 이용하여 복수의 주사 유닛(Un)으로부터 기판(FS)에 조사시키는 빔(LBn)의 강도를 변조시켜 패턴을 묘화시킨다. 즉, 제2 실시 형태에서는, 높은 응답성이 요구되는 묘화용 광변조기(AOM)를 복수의 주사 유닛(Un)의 앞에 1개만 배치하고, 각 주사 유닛(Un)측에는, 응답성이 낮고 좋은 선택용 광학 소자(AOM)를 배치한다.
도 11은 제2 실시 형태의 묘화 헤드(16)의 구성을 나타내는 도면, 도 12는 도 11에 도시하는 광도입 광학계(40a)를 나타내는 도면이다. 상기 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해 마찬가지의 부호를 부여하고, 다른 부분만 설명한다. 또한, 도 11에 있어서, 도 3 중에 도시한 실린드리칼 렌즈(CYb)는 도시를 생략하고, 광도입 광학계(40a, 40b)는 동일한 구성을 가지므로, 여기에서는, 광도입 광학계(40a)에 대해 설명하고, 광도입 광학계(40b)의 설명을 생략한다. 도 12에 도시하는 것처럼, 광도입 광학계(40a)는 상술한 도 4에 도시한 집광 렌즈(42), 콜리메이트 렌즈(44), 반사 미러(46), 집광 렌즈(48), 선택용 광학 소자(50), 반사 미러(52), 콜리메이트 렌즈(54), 집광 렌즈(56), 선택용 광학 소자(58), 반사 미러(60), 콜리메이트 렌즈(62), 집광 렌즈(64), 선택용 광학 소자(66), 반사 미러(68) 및 흡수체(70)에 더하여, 추가로, 묘화용 광변조기로서의 묘화용 광학 소자(AOM)(150), 콜리메이트 렌즈(152), 집광 렌즈(154) 및 흡수체(156)를 구비한다. 본 제2 실시 형태에 있어서는, 도 11에 도시하는 것처럼, 각 주사 유닛(U1~U6) 내에는, 제1 실시 형태와 같은 묘화용 광학 소자(106)를 가지지 않는다.
묘화용 광학 소자(150), 콜리메이트 렌즈(152) 및 집광 렌즈(154)는, 집광 렌즈(48)와 선택용 광학 소자(50)의 사이에 상기의 순으로 마련되어 있다. 따라서 본 제2 실시 형태에 있어서는, 반사 미러(46)는 콜리메이트 렌즈(44)에 의해서 평행광으로 된 빔(LB)을 반사시켜 묘화용 광학 소자(150)를 향하게 한다. 집광 렌즈(48)는 묘화용 광학 소자(150)에 입사되는 빔(LB)을, 묘화용 광학 소자(150) 내에서 빔 웨스트가 되도록 집광(수렴)시킨다.
묘화용 광학 소자(150)는 빔(LB)에 대해서 투과성을 가지는 것이고, 예를 들면, 음향 광학 변조 소자(AOM)가 이용된다. 묘화용 광학 소자(150)는 선택용 광학 소자(50, 58, 66) 중, 가장 광원 장치(14(14a))측에 위치하는 초단(初段)의 선택용 광학 소자(50)보다도 광원 장치(14(14a))측에 마련되어 있다. 묘화용 광학 소자(150)는 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 오프인 경우는, 입사된 빔(LB)을 흡수체(156)에 조사하고, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 온으로 되면, 입사된 빔(LB)을 회절시킨 1차 회절광인 빔(묘화 빔)(LB)을 초단의 선택용 광학 소자(50)에 조사한다. 콜리메이트 렌즈(152)는 선택용 광학 소자(50)에 조사되는 빔(LB)을 평행광으로 하는 것이고, 집광 렌즈(154)는 콜리메이트 렌즈(152)에 의해서 평행광으로 된 빔(LB)을 선택용 광학 소자(50) 내에서 빔 웨스트가 되도록 집광(수렴)시킨다.
도 11에 도시하는 것처럼, 주사 유닛(U1~U6)은 콜리메이트 렌즈(100), 반사 미러(102), 반사 미러(110), 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 미러(114), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈(FT), 실린드리칼 렌즈(CYb)(도 11에서는 도시를 생략), 및 반사 미러(122)를 가지고, 추가로, 빔 성형 렌즈로서의 제1 성형 렌즈(158a) 및 제2 성형 렌즈(158b)를 가진다. 즉, 본 제2 실시 형태에 있어서는, 제1 실시 형태의 집광 렌즈(104) 및 콜리메이트 렌즈(108)를 대신하여, 제1 성형 렌즈(158a) 및 제2 성형 렌즈(158b)가 주사 유닛(U1~U6)에 마련되어 있다.
도 13은 도 12의 광도입 광학계(40a)와 복수의 주사 유닛(U1, U3, U5)의 광로를 모식화한 도면이다. 제어 장치(18)는 각 주사 유닛(U1, U3, U5)으로부터 조사되는 빔(LB1, LB3, LB5)의 스폿광(SP)에 의해서 기판(FS) 상에 묘화되는 패턴을 규정하는 패턴 데이터(「0」, 「1」로 이루어지는 시리얼 데이터(DL1, DL3, DL6))에 기초하여, 광도입 광학계(40a)의 묘화용 광학 소자(150)에 온 오프의 구동 신호(고주파 신호)를 출력한다. 이것에 의해, 광도입 광학계(40a)의 묘화용 광학 소자(150)는 이 온 오프의 구동 신호에 기초하여, 입사된 빔(LB)을 회절시켜, 스폿광(SP)의 강도를 변조(On/Off)시킬 수 있다.
자세하게 설명하면, 제어 장치(18)는 빔(LBn)이 입사되는 주사 유닛(Un)의 패턴 데이터에 기초하여, 묘화용 광학 소자(150)에 온 오프의 구동 신호를 입력한다. 묘화용 광학 소자(150)는 온의 구동 신호(고주파 신호)가 입력되면, 입사된 빔(LB)을 회절시켜, 선택용 광학 소자(50)에 조사한다(선택용 광학 소자(50)에 입사되는 빔(LB)의 강도가 높아진다). 한편, 묘화용 광학 소자(150)는 오프의 구동 신호(고주파 신호)가 입력되면, 입사된 빔(LB)을 흡수체(156)(도 12)에 조사한다(선택용 광학 소자(50)에 입사되는 빔(LB)의 강도가 0이 된다). 따라서 빔(LBn)이 입사되는 주사 유닛(Un)은, 묘화 라인(SLn)을 따라서, 강도가 변조된 빔(LB)을 기판(FS)에 조사할 수 있어, 패턴 데이터에 기초하는 패턴을 기판(FS) 상에 묘화할 수 있다.
예를 들면, 주사 유닛(U3)에 빔(LB3)이 입사되는 경우는, 제어 장치(18)는 주사 유닛(U3)의 패턴 데이터에 기초하여, 광도입 광학계(40a)의 묘화용 광학 소자(150)를 온 오프로 스위칭한다. 이것에 의해, 주사 유닛(U3)은 묘화 라인(SL3)을 따라서, 강도가 변조된 빔(LB)을 기판(FS)에 조사할 수 있어, 패턴 데이터에 기초하는 패턴을 기판(FS) 상에 묘화할 수 있다. 빔(LBn)이 입사되는 주사 유닛(Un)은, 예를 들면, 주사 유닛(U1)→주사 유닛(U3)→주사 유닛(U5)→주사 유닛(U1)과 같이, 순차 전환된다. 따라서 제어 장치(18)는 마찬가지로 주사 유닛(U1)의 패턴 데이터→주사 유닛(U3)의 패턴 데이터→주사 유닛(U5)의 패턴 데이터→주사 유닛(U1)의 패턴 데이터와 같이, 광도입 광학계(40a)의 묘화용 광학 소자(150)에 보내는 온 오프 신호를 결정하는 패턴 데이터를 순차 전환한다. 그리고 제어 장치(18)는 순차 전환한 패턴 데이터에 기초하여 광도입 광학계(40a)의 묘화용 광학 소자(150)를 제어한다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(U1, U3, U5)은 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을 따라서, 강도가 변조된 빔(LB)을 기판(FS)에 조사함으로써, 패턴 데이터에 따른 패턴을 기판(FS) 상에 묘화할 수 있다.
이상, 제2 실시 형태에 적용되는 제어계의 일부의 구성과 그 동작에 대해서, 도 14~도 16을 참조하여 상술한다. 또한, 이하 설명하는 구성 및 동작은, 제1 실시 형태에도 적용 가능하다. 도 14는 일례로서, 도 11, 도 13 중의 3개의 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각에 마련되는 폴리곤 미러(PM)의 회전 제어계의 블록도이고, 주사 유닛(U1, U3, U5)의 구성은 동일하므로, 동일한 부재에는 동일한 부호를 부여하고 있다. 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각에는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 기판(FS) 상에 생성되는 묘화 라인(주사 라인)(SL1, SL3, SL5)의 주사 개시 타이밍을 광전적(光電的)으로 검지하는 원점 센서(OP1, OP3, OP5)가 마련된다. 원점 센서(OP1, OP3, OP5)는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 광을 투사하고, 그 반사광을 수광하는 광전 검출기이며, 스폿광(SP)이 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 주사 개시점의 직전의 위치에 올 때마다, 펄스 모양의 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5)를 각각 출력한다.
타이밍 계측부(180)는 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5)를 입력하고, 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5)의 각각의 발생 타이밍이 소정의 허용 범위(시간 간격) 내로 되어 있는지 여부를 계측하여, 그 허용 범위로부터의 오차가 생기면, 그것에 따른 편차 정보를 서보 제어 장치(182)에 출력한다. 서보 제어 장치(182)는 각 주사 유닛(U1, U3, U5) 내의 폴리곤 미러(PM)를 회전 구동하는 모터(Mp)의 각 서보 구동 회로부에, 편차 정보에 기초한 지령치를 출력한다. 모터(Mp)의 각 서보 구동 회로부는 모터(Mp)의 회전축에 장착된 인코더(EN)로부터의 업·다운 펄스 신호(이하, 인코더 신호)를 입력받아, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도에 따른 속도 신호를 출력하는 귀환 회로부(FBC)와, 서보 제어 장치(182)로부터의 지령치와 귀환 회로부(FBC)로부터의 속도 신호를 입력받아, 지령치에 따른 회전 속도가 되도록 모터(Mp)를 구동하는 서보 구동 회로(앰프)(SCC)로 구성된다. 또한, 서보 구동 회로부(귀환 회로부(FBC), 서보 구동 회로(SCC)), 타이밍 계측부(180) 및 서보 제어 장치(182)는, 제어 장치(18)의 일부를 구성한다.
본 제2 실시 형태에서는, 3개의 주사 유닛(U1, U3, U5) 내의 각 폴리곤 미러(PM)가, 그 회전 각도 위치에 일정한 위상차를 유지하면서 같은 속도로 회전시킬 필요가 있고, 그것을 실현하기 위해서, 타이밍 계측부(180)는 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5)를 입력하여, 예를 들면, 도 15의 타이밍 차트에 나타내는 것 같은 계측을 행한다.
도 15는 3개의 폴리곤 미러(PM)가, 회전 각도에 관해서 소정의 허용 범위 내의 위상차로 회전하고 있는 경우에 생성되는 각종의 신호 파형을 모식적으로 나타낸다. 각 폴리곤 미러(PM)를 회전시킨 직후는, 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5)의 상대적인 위상차는 제각기 다르지만, 타이밍 계측부(180)는, 예를 들면, 원점 신호(SZ1)를 기준으로 하여, 다른 원점 신호(SZ3, SZ5)가 원점 신호(SZ1)와 동일한 주파수(주기)로 발생하고, 또한 3개의 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5)간의 시간 간격(Ts1, Ts2, Ts3)이 모두 같은 상태를 기준치로 하여, 그에 대한 오차에 따른 보정 정보를 계측한다. 타이밍 계측부(180)는 그 보정 정보를 서보 제어 장치(182)에 출력하고, 그것에 따라 주사 유닛(U3, U5)의 각 모터(Mp)가 서보 제어되어, 3개의 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5)의 발생 타이밍이, 도 15와 같이 Ts1=Ts2=Ts3로 안정되도록 제어된다.
원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5)의 발생 타이밍이 안정되면, 타이밍 계측부(180)는, 상술한 도 11~도 13 중에 도시한 선택용 광학 소자(50, 58, 66)의 각각에, 묘화 인에이블(enable)(On) 신호(SPP1, SPP3, SPP5)를 출력한다. 묘화 인에이블(On) 신호(SPP1, SPP3, SPP5)는, 여기에서는 H레벨인 기간 동안만, 대응하는 선택용 광학 소자(50, 58, 66)에 변조 동작(광의 편향 스위칭 동작)을 행하게 한다. 3개의 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5)가 안정되어 일정한 위상차(여기에서는 원점 신호(SZ1)의 주기의 1/3)로 유지되기 때문에, 묘화 인에이블 신호(SPP1, SPP3, SPP5)의 각 상승(L→H)도 일정한 위상차를 가진다. 이 묘화 인에이블 신호(SPP1, SPP3, SPP5)는, 선택용 광학 소자(50, 58, 66)를 스위칭하기 위한 구동 신호(고주파 신호)에 대응하는 것이다.
묘화 인에이블 신호(SPP1, SPP3, SPP5)의 하강(H→L)의 타이밍은, 각 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 내에서 스폿광을 On/Off하기 위한 클록 신호(CLK)를, 타이밍 계측부(180) 내의 카운터로 계측함으로써 설정된다. 그 클록 신호(CLK)는 묘화용 광학 소자(150)(혹은 도 3 중의 묘화용 광학 소자(106))의 On/Off의 타이밍을 관리하는 것이고, 묘화 라인(SLn(SL1, SL3, SL5))의 길이, 스폿광(SP)의 기판(FS) 상에서의 치수, 스폿광(SP)의 주사 속도 Vs 등에 의해서 정해진다. 예를 들면, 묘화 라인의 길이가 30mm, 스폿광(SP)의 치수(직경)가 6㎛이고, 스폿광(SP)을 주사 방향으로 3㎛씩 오버랩시켜 On/Off시키는 경우, 타이밍 계측부(180) 내의 카운터는, 클록 신호(CLK)를 10000 카운트(30mm/3㎛)하면, 묘화 인에이블 신호(SPP1, SPP3, SPP5)를 하강(H→L)시키면 좋다.
또, 폴리곤 미러(PM)의 반사면을 10면으로 하고, 그 회전 속도를 Vp(rpm)라고 하면, 각 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5)의 주파수는, 10Vp/60(Hz)가 된다. 따라서 시간 간격이 Ts1=Ts2=Ts3으로 안정되었을 경우, 시간 간격 Ts1은 60/(30Vp)초가 된다. 일례로서, 폴리곤 미러(PM)의 기준의 회전 속도 Vp를 8000rpm이라고 하면, 시간 간격 Ts1은 60/(30·8000)초=250μs가 된다.
도 15와 같이, 묘화 인에이블 신호(SPP1, SPP3, SPP5)의 On시간(H레벨의 계속 시간) Toa은, 폴리곤 미러(PM)로부터의 빔(레이저광)(LB)이 기판(FS) 상에 스폿광으로서 투사되는 기간(투사 기간)이지만, 시간 간격 Ts1보다도 짧게 설정할 필요가 있다. 이에, 예를 들면, On 시간 Toa를 200μs라고 설정하면, 그 동안에 10000카운트하기 위한 클록 신호(CLK)의 주파수는, 10000/200=50(MHz)가 된다. 이러한 클록 신호(CLK)에 동기하여, 패턴 데이터(비트 맵상의 「0」또는 「1」)로부터 생성되는 묘화 라인(SLn)에 대응한 묘화 비트열 데이터 또는 시리얼 데이터(DLn)(예를 들면, 10000비트분)(Sdw)가, 묘화용 광학 소자(150)에 출력된다. 또한, 도 3과 같이, 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각에, 묘화용 광학 소자(106)가 마련되는 구성에서는, 묘화 라인(SL1)에 대응한 묘화 비트열 데이터(Sdw) 또는 시리얼 데이터(DL1)는 주사 유닛(U1)의 묘화용 광학 소자(106)에 보내지고, 묘화 라인(SL3)에 대응한 묘화 비트열 데이터(Sdw) 또는 시리얼 데이터(DL3)는 주사 유닛(U3)의 묘화용 광학 소자(106)에 보내지고, 묘화 라인(SL5)에 대응한 묘화 비트열 데이터(Sdw) 또는 시리얼 데이터(DL5)는 주사 유닛(U5)의 묘화용 광학 소자(106)에 보내진다.
본 제2 실시 형태에서는, 3개의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 각각에 대응한 패턴 데이터로부터 생성되는 묘화 비트열 데이터(Sdw) 또는 시리얼 데이터(DLn)가, 묘화 인에이블 신호(SPP1, SPP3, SPP5)(또는 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5))에 동기하여 순서대로 묘화용 광학 소자(150)의 On/Off를 위해서 공급된다.
도 16은 그러한 묘화 비트열 데이터(Sdw)를 생성하는 회로의 일례를 나타내고, 그 회로는 생성 회로(패턴 데이터 생성 회로)(301, 303, 305)와, OR 회로(GT8)를 가진다. 생성 회로(301)는 메모리부(BM1), 카운터부(CN1) 및 게이트부(GT1)를 구비하고, 생성 회로(303)는 메모리부(BM3), 카운터부(CN3) 및 게이트부(GT3)를 구비하고, 생성 회로(305)는 메모리부(BM5), 카운터부(CN5) 및 게이트부(GT5)를 구비한다. 이 생성 회로(301, 303, 305) 및 OR 회로(GT8)는, 제어 장치(18)의 일부를 구성한다.
메모리부(BM1, BM3, BM5)는 각 주사 유닛(U1, U3, U5)이 묘화 노광해야 할 패턴에 대응한 비트 맵 데이터(패턴 데이터)를 일차 기억하는 메모리이다. 카운터부(CN1, CN3, CN5)는 각 메모리부(BM1, BM3, BM5) 내의 비트 맵 데이터(패턴 데이터) 중, 다음에 묘화해야 할 1묘화 라인분의 비트열(예를 들면, 10000비트)을 1비트씩 클록 신호(CLK)에 동기한 시리얼 데이터(DL1, DL3, DL5)로서, 묘화 인에이블 신호(SPP1, SPP3, SPP5)가 On인 기간 중에 출력시키기 위한 카운터이다.
각 메모리부(BM1, BM3, BM5) 내의 맵 데이터는, 도시하지 않은 어드레스 카운터 등에 의해서, 1묘화 라인분의 데이터마다 시프트된다. 그 시프트는, 예를 들면, 메모리부(BM1)이면, 1묘화 라인분의 시리얼 데이터(DL1)를 모두 출력한 후에, 다음에 액티브가 되는 주사 유닛(U3)의 원점 신호(SZ3)가 발생한 타이밍에 행해진다. 마찬가지로, 메모리부(BM3) 내의 맵 데이터의 시프트는, 시리얼 데이터(DL3)를 모두 출력한 후에, 다음에 액티브가 되는 주사 유닛(U5)의 원점 신호(SZ5)가 발생한 타이밍에 행해지고, 메모리부(BM5) 내의 맵 데이터의 시프트는, 시리얼 데이터(DL5)가 모두 출력된 후에, 다음에 액티브가 되는 주사 유닛(U1)의 원점 신호(SZ1)가 발생한 타이밍에 행해진다.
이와 같이 하여 순차 생성되는 각 시리얼 데이터(DL1, DL3, DL5)는, 묘화 인에이블 신호(SPP1, SPP3, SPP5)의 On 기간 중에 열리는 게이트부(GT1, GT3, GT5)를 통해서, 3입력의 OR 회로(GT8)에 인가된다. OR 회로(GT8)는 시리얼 데이터 DL1→DL3→DL5→DL1 …의 순으로 반복하여 합성한 비트 데이터열을 묘화 비트열 데이터(Sdw)로서 묘화용 광학 소자(150)의 On/Off를 위해서 출력한다. 또한, 도 3과 같이, 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각에, 묘화용 광학 소자(106)가 마련되는 구성에서는, 게이트부(GT1)로부터 출력되는 시리얼 데이터(DL1)를 주사 유닛(U1) 내의 묘화용 광학 소자(106)에 보내고, 게이트부(GT3)로부터 출력되는 시리얼 데이터(DL3)를 주사 유닛(U3) 내의 묘화용 광학 소자(106)에 보내고, 게이트부(GT5)로부터 출력되는 시리얼 데이터(DL5)를 주사 유닛(U5) 내의 묘화용 광학 소자(106)에 보내면 된다.
이상과 같이, 묘화용 광학 소자(150)(혹은 106)의 On/Off는, 고속의 클록 신호(CLK)(예를 들면 50MHz)에 응답할 필요가 있지만, 선택용 광학 소자(50, 58, 66)는 묘화 인에이블 신호(SPP1, SPP3, SPP5)(또는 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5))에 동기하고, On/Off를 행하면 좋고, 그 응답 주파수는 앞의 수치예의 경우, 시간 간격 Toa(또는 Ts1)가 200μs였으므로 10kHz 정도로 좋고, 투과율이 높은 염가의 것을 이용할 수 있다. 또한, 타이밍 계측부(180) 내의 카운터로 계수되거나, 도 16 중의 카운터부(CN1, CN3, CN5)로 계수되는 클록 신호(CLK)의 주파수를 Fcc, 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)의 펄스 발진의 기본 주파수를 Fs라고 하면, n를 1이상(바람직하게는 n≥2)의 정수로 하여, n·Fcc=Fs의 관계를 만족하도록 설정하는 것이 좋다.
이상, 도 13을 이용한 광도입 광학계(40a)와 복수의 주사 유닛(U1, U3, U5)의 동작, 및 도 14~도 16을 이용한 각 주사 유닛(U1, U3, U5)에 의한 묘화 타이밍 등에 대해 설명했지만, 광도입 광학계(40b)와 복수의 주사 유닛(U2, U4, U6)에 대해서도 마찬가지이다. 간단하게 설명하면, 빔(LB)이 입사되는 주사 유닛(Un)은, 예를 들면, 주사 유닛(U2)→주사 유닛(U4)→주사 유닛(U6)→주사 유닛(U2)과 같이, 순차 전환된다. 따라서 제어 장치(18)는 마찬가지로 주사 유닛(U2)의 패턴 데이터→주사 유닛(U4)의 패턴 데이터→주사 유닛(U6)의 패턴 데이터→주사 유닛(U2)의 패턴 데이터와 같이, 광도입 광학계(40b)의 묘화용 광학 소자(150)에 보내는 온 오프 신호를 결정하는 패턴 데이터를 순차 전환한다. 그리고 제어 장치(18)는 순차 전환한 패턴 데이터에 기초하여 광도입 광학계(40b)의 묘화용 광학 소자(150)를 제어한다. 또는, 도 16에 도시한 것 같은 회로 구성에서 3개의 묘화 라인분의 패턴 데이터를 합성한 묘화 비트열 데이터(Sdw)를 생성하여 묘화용 광학 소자(150)에 공급한다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(U2, U4, U6)은 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을 따라서, 강도가 변조된 빔(LB)을 기판(FS)에 조사함으로써, 패턴 데이터에 기초하는 패턴을 기판(FS) 상에 묘화할 수 있다.
이상의 상기 제2 실시 형태에서는, 상기 제1 실시 형태의 효과에 더하여, 이하의 효과가 얻어진다. 즉, 광도입 광학계(40a) 내에 1개의 묘화용 광학 소자(150)를 마련하고, 그 묘화용 광학 소자(150)를 초단의 선택용 광학 소자(50)보다 광원 장치(14a)측에 배치하고, 1개의 묘화용 광학 소자(150)로, 복수의 주사 유닛(U1, U3, U5)으로부터 기판(FS)에 조사되는 빔(LB1, LB3, LB5)의 강도를 패턴에 따라 변조시킨다. 마찬가지로, 광도입 광학계(40b) 내에 1개의 묘화용 광학 소자(150)를 마련하고, 그 묘화용 광학 소자(150)를 초단의 선택용 광학 소자(50)보다 광원 장치(14b)측에 배치하고, 1개의 묘화용 광학 소자(150)로, 복수의 주사 유닛(U2, U4, U6)으로부터 기판(FS)에 조사되는 빔(LB2, LB4, LB6)의 강도를 패턴에 따라 변조시킨다. 이것에 의해, 음향 광학 변조 소자의 수를 줄일 수 있어, 코스트가 저렴하게 된다.
또한, 상기 제2 실시 형태에서는, 빔(LB)을 3배분하는 묘화 헤드(16)로 설명했지만, 상기 제1 실시 형태의 변형예에서 설명한 것처럼, 빔(LB)을 5배분하는 묘화 헤드(16)여도 된다(도 9 및 도 10 참조). 또, 도 9 및 도 10의 경우는, 광원 장치(14)는 1개이므로, 묘화용 광학 소자(150)도 1개가 된다.
［제2 실시 형태의 변형예］
상기 제2 실시 형태는, 이하와 같이 변형해도 된다. 상기 제2 실시 형태에서는, 묘화용 광변조기로서 묘화용 광학 소자(150)를 광도입 광학계(40a, 40b)에 마련했지만, 본 변형예에서는, 묘화용 광학 소자(150)를 대신하여, 광원 장치(14(14a, 14b)) 내에 각각 묘화용 광변조기를 마련한다. 또한, 상기 제2 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 마찬가지의 부호를 부여하거나, 도시를 생략하거나, 하고, 다른 부분만 설명한다. 또, 광원 장치(14a, 14b)에 묘화용 광변조기를 마련한 광원 장치를 각각 광원 장치(14A, 14B)라고 부르며, 광원 장치(14A)와 광원 장치(14B)는 동일한 구성을 가지므로, 광원 장치(14A)에 대해서만 설명한다.
도 17은 본 변형예의 광원 장치(펄스 광원 장치, 레이저 광원 장치)(14a)의 구성을 나타내는 도면이다. 파이버 레이저 장치로서의 광원 장치(14A)는 DFB 반도체 레이저 소자(200), DFB 반도체 레이저 소자(202), 편광빔 스플리터(204), 묘화용 광변조기로서의 전기 광학 소자(206), 이 전기 광학 소자(206)의 구동 회로(206a), 편광빔 스플리터(208), 흡수체(210), 여기광원(212), 콤바이너(combiner)(214), 파이버 광증폭기(216), 파장 변환 광학 소자(218), 파장 변환 광학 소자(220), 복수의 렌즈 소자(GL), 및 클록 발생기(222a)를 포함하는 제어 회로(222)를 구비한다.
DFB 반도체 레이저 소자(제1 고체 레이저 소자, 제1 반도체 레이저 광원)(200)는 소정 주파수(발진 주파수, 기본 주파수) Fs로 샤프 혹은 첨예(尖銳)한 펄스 모양의 종광(레이저광)(S1)을 발생하고, DFB 반도체 레이저 소자(제2 고체 레이저 소자, 제2 반도체 레이저 광원)(202)는 소정 주파수 Fs로 완만(시간적으로 브로드)한 펄스 모양의 종광(레이저광)(S2)을 발생한다. DFB 반도체 레이저 소자(200)가 발생하는 종광(S1)의 1펄스와, DFB 반도체 레이저 소자(202)가 발생하는 종광(S2)의 1펄스는, 에너지는 거의 동일하지만, 편광 상태가 서로 다르고, 피크 강도는 종광(S1)이 강하다. 본 변형예에서는, DFB 반도체 레이저 소자(200)가 발생하는 종광(S1)의 편광 상태를 S편광이라고 하고, DFB 반도체 레이저 소자(202)가 발생하는 종광(S2)의 편광 상태를 P편광이라고 하여 설명한다. 이 DFB 반도체 레이저 소자(200, 202)는, 클록 발생기(222a)에서 생성되는 클록 신호(LTC)(소정 주파수 Fs)에 응답하여, 제어 회로(222)의 전기적인 제어에 의해서, 발진 주파수 Fs로 종광(S1, S2)을 발광하도록 제어된다. 이 제어 회로(222)는 제어 장치(18)에 의해서 제어된다.
또한, 이 클록 신호(LTC)는 도 16에 도시한 카운터부(CN1, CN3, CN5)의 각각에 공급되는 클록 신호(CLK)의 베이스가 되는 것이고, 클록 신호(LTC)를 n분주(分周)(n은 2이상의 정수가 바람직함)한 것이 클록 신호(CLK)가 된다. 또, 클록 발생기(222a)는 클록 신호(LTC)의 기본 주파수 Fs를 ±ΔF만큼 조정하는 기능, 즉, 빔(LB)의 펄스 발진의 시간 간격을 미세하게 조정하는 기능도 가진다. 이것에 의해서, 예를 들면, 스폿광(SP)의 주사 속도 Vs가 약간 변동하더라도, 기본 주파수 Fs를 미세 조정함으로써, 묘화 라인을 걸쳐서 묘화되는 패턴의 치수(묘화 배율)를 정밀하게 유지할 수 있다.
편광빔 스플리터(204)는 S편광의 광을 투과하여, P편광의 광을 반사하는 것이고, DFB 반도체 레이저 소자(200)가 발생한 종광(S1)과, DFB 반도체 레이저 소자(202)가 발생한 종광(S2)을, 전기 광학 소자(206)로 안내한다. 상세하게는, 편광빔 스플리터(204)는 DFB 반도체 레이저 소자(200)가 발생한 S편광의 종광(S1)을 투과함으로써 종광(S1)을 전기 광학 소자(206)로 안내하고, DFB 반도체 레이저 소자(202)가 발생한 P편광의 종광(S2)을 반사함으로써 종광(S2)을 전기 광학 소자(206)로 안내한다. DFB 반도체 레이저 소자(200, 202) 및 편광빔 스플리터(204)는, 종광(S1, S2)을 생성하는 레이저 광원부(광원부)(205)를 구성한다.
전기 광학 소자(206)는 종광(S1, S2)에 대해서 투과성을 가지는 것이고, 예를 들면, 전기 광학 변조기(EOM：Electro-Optic Modulator)가 이용된다. EOM은 상술한 도 16에 도시한 묘화 비트열 데이터(Sdw)(또는 시리얼 데이터(DLn))의 On/Off 상태(하이/로우)에 응답하여, 편광빔 스플리터(204)를 통과해 온 종광(S1, S2)의 편광 상태를 구동 회로(206a)에 의해서 전환하는 것이다. DFB 반도체 레이저 소자(200), DFB 반도체 레이저 소자(202)의 각각으로부터의 종광(S1, S2)은 파장 대역이 800nm 이상으로 길기 때문에, 전기 광학 소자(206)로서, 편광 상태의 전환 응답성이 GHz 정도의 것을 사용할 수 있다.
구동 회로(206a)에 입력되는 묘화 비트열 데이터(Sdw)(또는 시리얼 데이터(DLn))의 1비트의 화소 데이터가 Off 상태(로우 「0」)일 때, 전기 광학 소자(206)는 입사된 종광(S1 또는 S2)의 편광 상태를 바꾸지 않고 그대로 편광빔 스플리터(208)로 안내한다. 한편, 구동 회로(206a)에 입력되는 묘화 비트열 데이터(Sdw)(또는 시리얼 데이터(DLn))가 On 상태(하이 「1」)일 때, 전기 광학 소자(206)는 입사된 종광(S1 또는 S2)의 편광 상태를 바꾸어(편광 방향을 90도 바꾸어) 편광빔 스플리터(208)로 안내한다. 이와 같이, 전기 광학 소자(206)를 구동시킴으로써, 전기 광학 소자(206)는 묘화 비트열 데이터(Sdw)(또는 시리얼 데이터(DLn))의 화소 데이터가 On 상태(하이)일 때, S편광의 종광(S1)을 P편광의 종광(S1)으로 변환하고, P편광의 종광(S2)을 S편광의 종광(S2)으로 변환한다.
편광빔 스플리터(208)는 P편광의 광은 투과시켜 렌즈 소자(GL)를 매개로 하여 콤바이너(214)로 안내하고, S편광의 광을 반사시켜 흡수체(210)으로 안내한다. 여기광원(212)은 여기광을 발생하고, 그 발생한 여기광은 광섬유(212a)를 매개로 하여 콤바이너(214)로 안내된다. 콤바이너(214)는 편광빔 스플리터(208)로부터 조사된 종광과 여기광을 합성하여, 파이버 광증폭기(광증폭기)(216)에 출력한다. 파이버 광증폭기(216)는 여기광에 의해서 여기되는 레이저 매질이 도프되어 있다. 따라서 합성된 종광 및 여기광이 전송하는 파이버 광증폭기(216) 내에서는, 여기광에 의해서 레이저 매질이 여기되는 것에 의해 종광이 증폭된다. 파이버 광증폭기(216) 내에 도프되는 레이저 매질로서는, 에르븀(erbium)(Er), 이테르븀(ytterbium)(Yb), 튤륨(thulium)(Tm) 등의 희토류 원소가 이용된다. 이 증폭된 종광은, 파이버 광증폭기(216)의 사출단(216a)으로부터 소정의 발산각(發散角)을 따라서 방사되고, 렌즈 소자(GL)에 의해서 수렴 또는 콜리메이트되어 파장 변환 광학 소자(218)에 입사된다.
파장 변환 광학 소자(제1 파장 변환 광학 소자)(218)는, 제2 고조파 발생(Second Harmonic Generation：SHG)에 의해서, 입사된 종광(파장 λ)을, 파장이 λ의 1/2인 제2 고조파로 변환한다. 파장 변환 광학 소자(218)로서, 의사(疑似) 위상 정합(Quasi Phase Matching：QPM) 결정인 PPLN(Periodically Poled LiNbO3) 결정이 매우 적합하게 이용된다. 또한, PPLT(Periodically Poled LiTaO3) 결정 등을 이용하는 것도 가능하다.
파장 변환 광학 소자(제2 파장 변환 광학 소자)(220)는 파장 변환 광학 소자(218)가 변환한 제2 고조파(파장 λ/2)와, 파장 변환 광학 소자(218)에 의해서 변환되지 않고 잔류(殘留)된 종광(파장 λ)의 합주파 발생(Sum Frequency Generation：SFG)에 의해, 파장이 λ의 1/3인 제3 고조파를 발생한다. 이 제3 고조파가 370nm 이하의 파장 대역에 피크 파장을 가지는 자외선광(빔(LB))이 된다.
이상과 같이, 도 16에 도시한 패턴 데이터 생성 회로로부터 송출되는 묘화 비트열 데이터(Sdw)(또는 DLn)를, 도 17의 전기 광학 소자(206)에 인가하는 구성으로 했을 경우, 묘화 비트열 데이터(Sdw)(또는 DLn)의 1비트의 화소 데이터가 Off 상태(로우 「0」)일 때, 전기 광학 소자(206)는 입사된 종광(S1 또는 S2)의 편광 상태를 바꾸지 않고 그대로 편광빔 스플리터(208)로 안내한다. 그 때문에, 편광빔 스플리터(208)를 투과하는 종광은, DFB 반도체 레이저 소자(202)로부터의 종광(S2)이 된다. 따라서 광원 장치(14A)로부터 최종적으로 출력되는 빔(LB)은, DFB 반도체 레이저 소자(202)로부터의 종광(S2)과 동일한 발진 프로파일(시간 특성)을 가진다. 즉, 이 경우는, 빔(LB)은 펄스의 피크 강도가 낮고, 시간적으로 브로드인 무디어진 특성이 된다. 파이버 광증폭기(216)는 그처럼 피크 강도가 낮은 종광(S2)에 대한 증폭 효율이 낮기 때문에, 광원 장치(14A)로부터 출력되는 빔(LB)은 노광에 필요한 에너지까지 증폭되지 않은 광이 된다. 따라서 이 경우는, 노광이라고 하는 관점에서 보면, 실질적으로 광원 장치(14A)는 빔(LB)을 사출하고 있지 않은 것과 같은 결과가 된다. 즉, 기판(FS)에 조사되는 스폿광(SP)의 강도는 저레벨로 된다. 단, 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))을 따라서 패턴 묘화가 행해지지 않은 기간(비투사 기간, 비노광 기간)에는, 종광(S2) 유래의 자외 대역의 빔(LB)이 약간의 강도라도 계속 방사되므로, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))이 장시간, 기판(FS) 상의 동일한 위치에 있는 상태가 계속되는 경우(예를 들면, 반송계의 트러블에 의한 기판(FS)의 긴급 정지 등)가 생기는 경우는, 광원 장치(14A)의 빔(LB)의 사출창에 가동 셔터를 마련하여, 사출창을 닫도록 하면 좋다.
한편, 도 17의 전기 광학 소자(206)에 인가하는 묘화 비트열 데이터(Sdw)(또는 DLn)의 1비트의 화소 데이터가 On 상태(하이 「1」)일 때, 전기 광학 소자(206)는 입사된 종광(S1 또는 S2)의 편광 상태를 바꾸어 편광빔 스플리터(208)로 안내한다. 그 때문에, 편광빔 스플리터(208)를 투과하는 종광은, DFB 반도체 레이저 소자(200)로부터의 종광(S1)이 된다. 따라서 광원 장치(14A)로부터 출력되는 빔(LB)은, DFB 반도체 레이저 소자(200)로부터의 종광(S1)에 유래하여 생성된 것이 된다. DFB 반도체 레이저 소자(200)로부터의 종광(S1)은 피크 강도가 강하기 때문에, 파이버 광증폭기(216)에 의해서 효율적으로 증폭되고, 광원 장치(14A)로부터 출력되는 빔(LB)은 기판(FS)의 노광에 필요한 에너지를 가진다. 즉, 기판(FS)에 조사되는 스폿광(SP)의 강도가 고레벨로 된다.
이와 같이, 광원 장치(14A) 내에, 묘화용 광변조기로서의 전기 광학 소자(206)를 마련했으므로, 상기 제2 실시 형태에 있어서 묘화용 광학 소자(150)를 제어하는 것과 마찬가지로, 전기 광학 소자(206)를 제어함으로써, 상기 제2 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 빔(LB)이 입사되는 주사 유닛(Un)의 패턴 데이터(혹은 도 15, 도 16 중의 묘화 비트열 데이터(Sdw))에 기초하여, 전기 광학 소자(206)를 온 오프로 스위칭(구동)함으로써, 초단의 선택용 광학 소자(50)에 입사되는 빔(LB)의 강도, 즉, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서 기판(FS) 상에 조사되는 빔(LB)의 스폿광(SP)의 강도를 묘화해야 하는 패턴에 따라 변조시킬 수 있다.
또한, 도 17의 구성에 있어서, DFB 반도체 레이저 소자(202) 및 편광빔 스플리터(204)를 생략하고, DFB 반도체 레이저 소자(200)로부터의 종광(S1)만을, 패턴 데이터(묘화 데이터)에 기초하는 전기 광학 소자(206)의 전환에 의해, 파이버 광증폭기(216)에 버스트파 모양으로 도광하는 것도 생각할 수 있다. 그렇지만, 이 구성을 채용하면, 종광(S1)의 파이버 광증폭기(216)로의 입사 주기성이 묘화해야 하는 패턴에 따라 크게 혼란스러워진다. 즉, 파이버 광증폭기(216)에 DFB 반도체 레이저 소자(202)로부터의 종광(S1)이 입사되지 않는 상태가 계속된 후에, 파이버 광증폭기(216)에 종광(S1)이 입사되면, 입사 직후의 종광(S1)은 통상일 때보다도 큰 증폭율로 증폭되고, 파이버 광증폭기(216)로부터는, 규정 이상의 큰 강도를 가지는 빔이 발생한다고 하는 문제가 있다. 이에, 본 변형예에서는, 바람직한 양태로서, 파이버 광증폭기(216)에 종광(S1)이 입사되지 않는 기간에, DFB 반도체 레이저 소자(202)로부터의 종광(S2)(피크 강도가 낮은 브로드한 펄스광)을 파이버 광증폭기(216)에 입사시킴으로써, 이러한 문제를 해결하고 있다.
또, 전기 광학 소자(206)를 스위칭하도록 했지만, 패턴 데이터(묘화 비트열 데이터(Sdw) 또는 시리얼 데이터(DLn))에 기초하여, DFB 반도체 레이저 소자(200, 202)를 구동하도록 해도 된다. 즉, 제어 회로(222)는 패턴 데이터(묘화 비트열 데이터(Sdw), 또는 DLn)에 기초하여, DFB 반도체 레이저 소자(200, 202)를 제어하여, 소정 주파수 Fs로 펄스 모양으로 발진하는 종광(S1, S2)을 선택적(택일적)으로 발생시킨다. 이 경우는, 편광빔 스플리터(204, 208), 전기 광학 소자(206) 및 흡수체(210)는 불필요해지고, DFB 반도체 레이저 소자(200, 202) 중 어느 한쪽으로부터 선택적으로 펄스 발진되는 종광(S1, S2) 중 한쪽이, 직접 콤바이너(214)에 입사된다. 이때, 제어 회로(222)는 DFB 반도체 레이저 소자(200)로부터의 종광(S1)과, DFB 반도체 레이저 소자(202)로부터의 종광(S2)이 동시에 파이버 광증폭기(216)에 입사되지 않도록, 각 DFB 반도체 레이저 소자(200, 202)의 구동을 제어한다. 즉, 기판(FS)에 각 빔(LBn)의 스폿광(SP)을 조사하는 경우는, 종광(S1)만이 파이버 광증폭기(216)에 입사되도록 DFB 반도체 레이저 소자(200)를 제어한다. 또, 기판(FS)에 빔(LBn)의 스폿광(SP)을 조사하지 않는 (스폿광(SP)의 강도를 매우 낮게 하는) 경우에는, 종광(S2)만이 파이버 광증폭기(216)에 입사되도록 DFB 반도체 레이저 소자(202)를 제어한다. 이와 같이, 기판(FS)에 빔(LBn)을 조사할지 여부는, 패턴 데이터(묘화 비트열 데이터(Sdw)의 H 또는 L)의 화소 데이터(하이/로우)에 기초하여 결정된다. 또, 이 경우의 종광(S1, S2)의 편향 상태는 모두 P편향이라도 된다.
이와 같이, 본 변형예에 있어서도, 음향 광학 변조 소자의 수를 줄일 수 있어, 코스트가 저렴하게 된다.
또한, 본 변형예의 광원 장치(14a, 14b)를, 상기 제1 실시 형태의 광원 장치(14a, 14b)에 이용해도 된다. 이 경우는 광원 장치(14a, 14b)로부터 출력되는 DFB 반도체 레이저 소자(200)로부터의 종광(S1)의 출력 타이밍과, 각 주사 유닛(U1~U6)의 묘화용 광학 소자(106)의 스위칭을, 패턴 데이터(묘화 비트열 데이터(Sdw))에 기초하여 제어해도 된다.
［제3 실시 형태］
다음에, 도 18을 참조하여, 제3 실시 형태에 대해서 설명하지만, 제3 실시 형태에서는, 제2 실시 형태의 변형예에서 설명한 광원 장치(14a(도 17 참조), 14b)를 이용하는 것을 전제로 한다. 단, 제3 실시 형태에 적합하도록, 도 17의 광원 장치(14A)의 제어 회로(222) 내의 클록 발생기(222a)는, 도 18에 도시하는 묘화 제어용의 제어 유닛(제어 회로(500))으로부터의 배율 보정 정보(CMg)에 따라서, 클록 신호(LTC)의 시간 간격을 부분적(이산적)으로 신축하는 기능을 구비한다. 마찬가지로, 광원 장치(14B)의 제어 회로(222) 내의 클록 발생기(222a)도, 배율 보정 정보(CMg)에 따라서, 클록 신호(LTC)의 시간 간격을 부분적(이산적)으로 신축하는 기능을 구비한다. 또한, 광원 장치(14B), 광도입 광학계(40b) 및 주사 유닛(U2, U4, U6)의 동작은, 광원 장치(14A), 광도입 광학계(40a) 및 주사 유닛(U1, U3, U5)의 동작과 같으므로, 광원 장치(14B), 광도입 광학계(40b) 및 주사 유닛(U2, U4, U6)의 동작에 대해서는 설명을 생략한다. 또, 상기 제2 실시 형태의 변형예와 동일한 구성에 대해서는 마찬가지의 부호를 부여하거나, 도시를 생략하거나 하고, 다른 부분만 설명한다.
도 18에 있어서, 1개의 광원 장치(14A)로부터의 빔(레이저광)(LB)은, 상술한 도 12, 도 13의 구성과 마찬가지로, 선택용 광학 소자(50, 58, 66)를 매개로 하여, 각각 3개의 주사 유닛(U1, U3, U5)에 공급된다. 선택용 광학 소자(50, 58, 66)의 각각은, 도 14, 도 15에서 설명한 묘화 인에이블(On) 신호(SPP1, SPP3, SPP5)에 응답하여 택일적으로 빔(LB)을 편향(스위칭)시켜, 주사 유닛(U1, U3, U5) 중 어느 1개에 빔(LB)을 안내한다. 또한, 앞서 설명한 것처럼, 각 묘화 라인을 따라서 패턴 묘화가 행해지지 않은 기간(비투사 기간)에, 종광(S2) 유래의 자외 대역의 빔(LB)이 약간의 강도라도 계속 방사되어, 각 묘화 라인이 장시간에 걸쳐서 기판(FS) 상의 동일한 위치에 조사되는 상황이 생기는 경우를 고려하여, 광원 장치(14a)의 빔(LB)의 사출창에는 가동 셔터(SST)가 마련된다.
도 14에 도시한 것처럼, 각 주사 유닛(U1, U3, U5)의 원점 센서(OP1, OP3, OP5)로부터의 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5)는, 주사 유닛(U1, U3, U5)마다의 패턴 데이터를 생성하는 생성 회로(패턴 데이터 생성 회로)(301, 303, 305)에 공급된다. 생성 회로(301)는, 도 16 중의 게이트부(GT1), 메모리부(BM1), 카운터부(CN1) 등을 포함하고, 카운터부(CN1)는 광원 장치(14a)의 제어 회로(222)(클록 발생기(222a))로부터 출력되는 클록 신호(LTC)를 베이스로 만들어지는 클록 신호(CLK1)를 계수하도록 구성된다.
마찬가지로, 생성 회로(303)는, 도 16 중의 게이트부(GT3), 메모리부(BM3), 카운터부(CN3) 등을 포함하고, 카운터부(CN3)는 클록 신호(LTC)를 베이스로 만들어지는 클록 신호(CLK3)를 계수하도록 구성되고, 생성 회로(305)는 도 16 중의 게이트부(GT5), 메모리부(BM5), 카운터부(CN5) 등을 포함하고, 카운터부(CN5)는 클록 신호(LTC)를 베이스로 만들어지는 클록 신호(CLK5)를 계수하도록 구성된다.
그러한 클록 신호(CLK1, CLK3, CLK5)는, 각 생성 회로(301, 303, 305)와 광원 장치(14A)의 사이의 인터페이스로서 기능하는 제어 회로(500)에 의해서, 클록 신호(LTC)를 1/n(n은 2 이상의 정수) 분주하여 만들어진다. 그 클록 신호(CLK1, CLK3, CLK5)의 각 카운터부(CN1, CN3, CN5)로의 공급은, 묘화 인에이블(On) 신호(SPP1, SPP3, SPP5)(도 15 참조)에 응답하여, 어느 1개로 제한된다. 즉, 묘화 인에이블 신호(SPP1)가 On(하이)일 때는, 클록 신호(LTC)를 1/n 분주한 클록 신호(CLK1)만이 카운터부(CN1)에 공급되고, 묘화 인에이블 신호(SPP3)가 On(하이)일 때는, 클록 신호(LTC)를 1/n 분주한 클록 신호(CLK3)만이 카운터부(CN3)에 공급되고, 묘화 인에이블 신호(SPP5)가 On(하이)일 때는, 클록 신호(LTC)를 1/n 분주한 클록 신호(CLK5)만이 카운터부(CN5)에 공급된다.
이것에 의해서, 각 생성 회로(301, 303, 305)의 각각으로부터 순서대로 출력되는 시리얼 데이터(DL1, DL3, DL5)는 각각 게이트부(GT1, GT3, GT5)를 매개로 하여, 제어 회로(500) 내에 마련된 3입력의 OR 회로(GT8)(도 16 참조)에 의해서 가산되어, 묘화 비트열 데이터(Sdw)로 되어 광원 장치(14A) 내의 전기 광학 소자(206)에 공급된다. 또한, 생성 회로(301, 303, 305) 및 제어 회로(500)는, 제어 장치(18)의 일부를 구성한다.
이상의 구성은, 기본적으로 도 17을 이용하여 설명한 광원 장치(14A)의 이용법과 동일하지만, 본 실시 형태에서는, 3개의 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각의 묘화 라인(주사 라인)(SL1, SL3, SL5)에 의해서 묘화되는 패턴의 스폿 주사 방향(Y방향)의 묘화 배율을, 개별로 미세 조정하는 기능을 마련한다. 그 기능을 위해서, 본 실시 형태에서는, 주사 유닛(U1, U3, U5)마다, 묘화 배율의 보정량에 관한 정보(mg1,mg3,mg5)를 일시적으로 기억하는 메모리부(BM1a, BM3a, BM5a)가 마련된다. 이 메모리부(BM1a, BM3a, BM5a)는, 도 18에서는 독립한 것으로서 도시했지만, 생성 회로(301, 303, 305)의 각각에 마련된 메모리부(BM1, BM3, BM5)의 일부라고 해도 된다. 이 보정량에 관한 정보(mg1,mg3,mg5)도 묘화 정보의 일부를 구성한다.
보정량에 관한 정보(mg1,mg3,mg5)는, 예를 들면, 각 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)에 의해서 묘화되는 패턴의 Y방향의 치수를, 어느 정도의 비율로 신축시킬지에 대한 레이트(ppm)에 대응한 것이다. 일례로서, 각 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)에 의해서 묘화 가능한 Y방향의 영역의 길이를 30mm라고 했을 경우, 그것을 ±200ppm(±6㎛에 상당)만큼 신축시키고 싶은 경우, 정보(mg1,mg3,mg5)에는 ±200과 같은 수치가 설정된다. 또한, 정보(mg1,mg3,mg5)는 레이트가 아니라 직접적인 신축량(±ρ㎛)으로 설정해도 상관없다. 또, 정보(mg1,mg3,mg5)는 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 각각을 따른 1 라인분의 패턴 데이터(시리얼 데이터(DLn))마다 순서대로 다시 설정해도 좋고, 복수 라인분의 패턴 데이터(시리얼 데이터(DLn))의 송출마다 다시 설정해도 좋다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 기판(FS)을 X방향(장척 방향)으로 보내면서, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 각각을 따라서 패턴 묘화가 행해지고 있는 동안에, 동적으로 Y방향의 묘화 배율을 바꾸는 것이 가능해져, 기판(FS)의 변형이나 면 내 왜곡이 판명되는 경우에는, 그것에 기인한 묘화 위치 정밀도의 열화를 억제할 수 있다. 추가로 서로 겹쳐 노광을 할 때에는, 이미 형성된 기초의 패턴의 변형에 대응하여 겹침 정밀도를 큰폭으로 향상시킬 수 있다.
도 19는 도 18에 도시한 묘화 장치 중, 대표하여 주사 유닛(U1)에 의한 표준적인 패턴 묘화시의 각 부의 신호 상태와 빔(LB)의 발진 상태의 타임 차트를 나타내는 도면이다. 도 19에 있어서, 2차원의 매트릭스(Gm)는, 묘화해야 하는 패턴 데이터의 비트 패턴(PP)을 나타내고, 기판(FS) 상에서의 1그리드(1화소(픽셀) 단위)는, 예를 들면 Y방향의 치수 Py를 3㎛, X방향의 치수 Px를 3㎛로 설정된다. 또, 도 19에 있어서, 화살표로 나타내는 SL1－1, SL1－2, SL1－3, …, SL1－6은, 기판(FS)의 X방향의 이동(장척 방향의 부주사)에 따라서, 묘화 라인(SL1)에 의해서 순차 묘화되는 묘화 라인을 나타내고, 각 묘화 라인(SL1－1, SL1－2, SL1－3, …, SSL1－6)의 X방향의 간격은, 예를 들면 1화소 단위의 치수 Px(3㎛)의 1/2로 되도록, 기판(FS)의 반송 속도가 설정된다.
추가로, 기판(FS) 상에 투사되는 스폿광(SP)의 XY방향의 치수(스폿 사이즈 φ)는 1화소 단위와 동일한 정도이거나, 그것보다도 조금 크게 한다. 따라서 스폿광(SP)의 사이즈 φ는 실효적인 직경(가우스 분포의 1/e2의 폭, 또는 피크 강도의 반값 전폭(全幅))으로서, 3~4㎛ 정도로 설정되고, 묘화 라인(SL1)을 따라서 스폿광(SP)을 연속적으로 투사할 때는, 예를 들면 스폿광(SP)의 실효적인 직경의 1/2로 오버랩하도록, 빔(LB)의 발진 주파수 Fs(펄스 시간 간격)와 폴리곤 미러(PM)에 의한 스폿광(SP)의 주사 속도 Vs가 설정되어 있다. 즉, 도 17에 도시하는 광원 장치(14A) 내의 편광빔 스플리터(208)로부터 사출되는 종광을 빔(Lse)(도 18)이라고 하면, 이 종광빔(Lse)은 제어 회로(222)(클록 발생기(222a))로부터 출력되는 클록 신호(LTC)의 각 클록 펄스에 응답하여 도 19와 같이 사출된다.
그 클록 신호(LTC)와, 도 18 중의 생성 회로(301) 내의 카운터부(CN1)에 공급되는 클록 신호(CLK1)는, 1：2의 주파수비로 설정되고, 클록 신호(LTC)가 100MHz인 경우, 도 18 중의 제어 회로(500)의 1/2 분주기에 의해서, 클록 신호(CLK1)는 50MHz로 설정된다. 또한, 클록 신호(LTC)와 클록 신호(CLK1)의 주파수비는 정수배이면 좋고, 예를 들면 클록 신호(CLK1)의 설정 주파수를 1/4인 25MHz로 낮춤과 아울러, 스폿광(SP)의 주사 속도 Vs도 절반으로 낮추도록 설정해도 좋다.
도 19에 도시하는 묘화 비트열 데이터(Sdw)는, 생성 회로(301)로부터 출력되는 시리얼 데이터(DL1)에 상당하고, 여기에서는, 예를 들면 패턴(PP)의 묘화 라인(SL1－2) 상의 패턴에 대응하고 있다. 광원 장치(14a) 내의 전기 광학 소자(206)는 묘화 비트열 데이터(Sdw)에 응답하여 편광 상태를 전환하므로, 종광빔(Lse)은 묘화 비트열 데이터(Sdw)가 On 상태(하이 「1」)인 동안은, 도 17 중의 DFB 반도체 레이저 소자(200)로부터의 종광(S1)에 의해서 생성되고, 묘화 비트열 데이터(Sdw)가 Off 상태(로우 「0」)일 동안은, 도 17 의 DFB 반도체 레이저 소자(202)로부터의 종광(S2)에 의해서 생성된다. 이상의 도 19에 도시한 주사 유닛(U1)의 묘화 노광의 동작은, 다른 주사 유닛(U2~U6)에서도 동일하다.
또한, 광원 장치(14a)의 제어 회로(222) 내에, 묘화 비트열 데이터(Sdw)가 On 상태(하이 「1」)인 동안은, 클록 신호(LTC)에 응답하여 DFB 반도체 레이저 소자(200)로부터 종광(S1)(샤프한 펄스광)를 발생시키고, 묘화 비트열 데이터(Sdw)가 Off 상태(로우 「0」)일 동안은, 클록 신호(LTC)에 응답하여 DFB 반도체 레이저 소자(202)로부터 종광(S2)(브로드한 펄스광)을 발생시키는 구동 회로가 마련되는 경우는, 도 17, 도 18 중에 도시한 전기 광학 소자(206), 도 17 에 도시한 편광빔 스플리터(208), 흡수체(210)는 생략할 수 있다.
이와 같이, 종광빔(Lse)의 각 펄스광은, 도 17에 도시한 클록 발생기(222a)에서 생성되는 클록 신호(LTC)의 각 클록 펄스에 응답하여 출력되므로, 본 실시 형태에서는, 클록 발생기(222a) 내에, 클록 신호(LTC)의 펄스 사이의 시간(주기)을 부분적으로 증감시키기 위한 회로 구성을 마련한다. 그 회로 구성에는, 클록 신호(LTC)의 근원이 되는 기준(표준) 클록 발생기와, 분주 카운터 회로와, 가변 지연 회로 등이 마련된다.
도 20은 클록 발생기(222a) 내의 기준 클록 발생기로부터의 기준 클록 신호(TC0)와, 클록 신호(LTC)의 관계를 나타내는 타임 차트이고, 도 17, 도 18 중에 도시한 배율 보정 정보(CMg)에 기초하는 보정이 행해지지 않은 상태를 나타낸다. 클록 발생기(222a) 내의 가변 지연 회로는, 항상 일정 주파수 Fs(일정한 시간 Td0)로 생성되는 기준 클록 신호(TC0)를, 프리셋값에 따른 지연 시간 DT0만큼 지연시켜, 클록 신호(LTC)로서 출력한다. 따라서 예를 들면, 기준 클록 신호(TC0)가 100MHz(Td0=10nS)이면, 프리셋값(지연 시간 DT0)에 변화가 생기지 않는 한, 클록 신호(LTC)도 100MHz(Td0=10 nS)로 계속하여 생성된다.
이에, 클록 발생기(222a) 내의 분주 카운터 회로에 의해서, 기준 클록 신호(TC0)를 계수하고, 그 계수치가 소정치(Nv)에 이르면, 가변 지연 회로에 설정되는 프리셋값을 일정량만큼 변화시키는 구성으로 한다. 그 모습을, 도 21의 타임 차트에 의해 설명한다. 도 21에 있어서, 기준 클록 신호(TC0)가 분주 카운터 회로에 의해서 Nv까지 카운트 될 때까지, 가변 지연 회로에 설정되는 프리셋값은 지연 시간 DT0이다. 그 후, 기준 클록 신호(TC0)의 하나의 클록 펄스(Kn)에 의해서, 분주 카운터 회로가 Nv까지 계수하면, 가변 지연 회로에 설정되는 프리셋값은, 즉시 지연 시간 DT1로 변경된다. 따라서 기준 클록 신호(TC0)의 클록 펄스(Kn)의 다음에 발생하는 클록 펄스(Kn＋1) 이후의 클록 펄스에 기초하여 생성되는 클록 신호(LTC)의 각 클록 펄스(K＇n＋1 이후)는 일률적으로 지연 시간 DT1로 생성된다.
이것에 의해서, 가변 지연 회로에 설정되는 프리셋값을 일정량 변화시켰을 때만, 즉, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스(K＇n)와 클록 펄스(K＇n＋1)의 사이만큼이 시간 간격 Td1로 변화하고, 그 이후의 클록 신호(LTC)의 클록 펄스의 시간 간격은 Td0가 된다. 도 21에서는, 지연 시간 DT1을 지연 시간 DT0보다도 증가시키고, 클록 신호(LTC)의 2개의 클록 펄스 사이의 시간을 Td0보다도 증가시켰지만, 감소시키는 것도 마찬가지로 가능하다. 또한, 분주 카운터 회로는 기준 클록 신호(TC0)를 Nv까지 카운트하면 영(零) 리셋되어, 다시 Nv까지의 계수를 시작한다.
가변 지연 회로에 설정되는 프리셋값의 초기치를 지연 시간 DT0, 지연 시간의 변화량을 ±ΔDh, 분주 카운터 회로가 영 리셋되는 횟수를 Nz이라고 하고, 분주 카운터 회로가 Nv까지 계수할 때(영 리셋될 때)마다 가변 지연 회로에 순차 설정되는 프리셋값의 지연 시간을 DTm이라고 하면, 지연 시간 DTm은 DTm=DT0＋Nz·(±ΔDh)의 관계로 설정된다. 따라서 도 21과 같이, 영 리셋의 횟수 Nz가 1(m=1)의 사이로 설정되는 지연 시간 DT1은, DTm=DT1=DT0±ΔDh로 되고, 다음의 영 리셋(Nz=2,m=2)이 발생한 후에 설정되는 지연 시간 DT2는 DTm=DT2=DT0＋2·(±ΔDh)로 된다. 따라서 지연 시간의 변화량 ±ΔDh는, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스(K＇n)와 클록 펄스(K＇n＋1) 사이의 시간 Td1의 기준 시간 Td0에서부터의 차분(差分)에 대응한다.
이상과 같이, 클록 신호(LTC)의 특정의 2개의 클록 펄스 사이에서 시간 간격을 변화시키는 동작은, 분주 카운터 회로에 설정되는 소정치(Nv)에 따라서, 1개의 묘화 라인(SL1~SL6)의 전체 길이 중 복수 지점에서 이산적으로 실시된다. 그 모습을, 도 22에 도시한다. 도 22는 묘화 라인(SL1)의 전체 길이에 걸쳐서, 분주 카운터 회로의 계수치가 소정치(Nv)에 이를 때마다 영 리셋되는 복수의 위치를 보정점(CPP)으로서 나타낸 것이다. 그 보정점(CPP)의 각각에서는, 클록 신호(LTC)의 특정의 2개의 클록 펄스 사이만큼이, 시간 Td0에 대해서 ±ΔDh만큼 시간 신축된다.
이에, 기준 클록 신호(TC0)를 100MHz(Td0=10nS), 스폿광(SP)의 주주사 방향의 실효적인 사이즈를 3㎛, 묘화 라인(SL1(SL2~SL6도 마찬가지))의 길이를 30mm로 하고, 빔(LB)의 2개가 연속한 펄스광에 의해서 기판(FS)에 투사되는 스폿광(SP)이 주주사 방향으로 절반 정도(1.5㎛) 오버랩되어 묘화되는 것으로 하면, 묘화 라인(SL1)의 길이에 걸쳐서 생성되는 기준 클록 신호(TC0)의 클록 수는 20000개가 된다. 또, 지연 시간의 변화량 ΔDh는, 기준의 시간 간격 Td0에 대해서 충분히 작은, 예를 들면 2% 정도로 설정되는 것으로 한다. 이 조건 하에서, 묘화 라인(SL1)을 따라서 묘화되는 패턴을, 150ppm만큼 주주사 방향(Y방향)으로 신축시키는 경우, 묘화 라인(SL1)이 길이 30mm의 150ppm는 4.5㎛에 상당한다. 이들 묘화 배율의 레이트 150ppm, 혹은 실제 치수 길이 4.5㎛에 관한 정보는, 도 18 중의 메모리부(BM1a)에 정보(mg1)로서 보존된다.
따라서 클록 신호(LTC)의 20000개의 클록 펄스열 중, 시간 Td0에 대해서 ΔDh만큼 시간 신축시키는 보정점(CPP)(도 22)의 개수는, 4.5㎛/(1.5㎛×2%)=150이 되고, 도 22에 도시한 분주 카운터 회로에 설정되는 최대의 소정치(Nv)는 20000/150으로부터, 약 133이 된다.
또, 지연 시간의 변화량 ΔDh를 5%라고 했을 경우, 보정점(CPP)의 개수는, 4.5㎛/(1.5㎛×5%)=60이 되고, 분주 카운터 회로에 설정되는 최대의 소정치(Nv)는, 20000/60으로부터 약 333이 된다. 이와 같이, 지연 시간의 변화량 ΔDh가 10% 미만으로 작기 때문에, 그 보정점(CPP)에서 묘화해야 하는 패턴이 존재했다고 해도, 그 패턴의 사이즈는 스폿광(SP)의 사이즈보다도 크기 때문에, 보정점(CPP)에서의 스폿광(SP)의 주주사 방향의 약간의 위치 어긋남에 의한 묘화 오차는 무시할 수 있다.
이상과 같은 지연 시간의 변화량 ΔDh, 보정점(CPP)의 개수, 분주 카운터 회로에 의한 소정치(Nv)의 설정 등은, 도 18의 제어 회로(500)로부터 출력되는 배율 보정 정보(CMg)(ppm)에 기초하여, 도 17에 도시한 제어 회로(222) 내에서 연산되고, 클록 발생기(222a) 내의 분주 카운터 회로나 가변 지연 회로 등에 설정된다.
이상의 실시 형태에 의하면, 광원 장치(14A)로부터의 빔(LB)은, 예를 들면 3개의 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각에 시분할로 순서대로 공급할 수 있고, 각 주사 유닛(U1, U3, U5)의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을 따른 묘화 동작을 시리얼로 개별로 행할 수 있기 때문에, 도 18에 도시한 것처럼, 주사 유닛(U1, U3, U5)마다 묘화 배율의 보정량에 관한 정보(mg1,mg3,mg5)를 설정할 수 있다. 그것에 따라서, 기판(FS)의 Y방향의 신축이 똑같지 않고, Y방향으로 분할한 몇 개의 영역마다 신축율이 달라져 있어도, 그것에 대응하도록 각 주사 유닛(Un)에 최적인 묘화 배율의 보정량을 설정할 수 있고, 기판(FS)의 비선형인 변형에도 대응할 수 있다고 하는 이점이 얻어진다.
이상, 피조사체(기판(FS)) 상에 집광되는 스폿광(SP)을 주사하여 패턴을 묘화하는 장치에 접속되어, 스폿광(SP)이 되는 빔(레이저광)(LB)을 사출하는 광원 장치(14A)에는, 도 17, 도 18에 도시하는 것처럼, 소정 주기(Td0)의 클록 펄스(클록 신호(LTC))에 응답하여, 발광 시간이 소정 주기에 대해서 짧고 피크 강도가 높은 샤프한 제1 펄스광(종광(S1))을 발생하는 제1 반도체 레이저 광원(200)과, 클록 펄스에 응답하여, 발광 시간이 소정 주기보다도 짧고, 또한 제1 펄스광(종광(S1))의 발광 시간보다도 길고 피크 강도가 낮은 브로드한 제2 펄스광(종광(S2))을 발생하는 제2 반도체 레이저 광원(202)과, 제1 펄스광(종광(S1)) 혹은 제2 펄스광(종광(S2))이 입사되는 파이버 광증폭기(216)와, 묘화해야 하는 패턴의 정보(묘화 비트열 데이터(Sdw))에 기초하여, 피조사체 상에 스폿광(SP)을 투사하는 묘화시에는, 제1 펄스광(종광(S1))을 파이버 광증폭기에 입사시키고, 피조사체 상에 스폿광(SP)을 투사하지 않는 비묘화시에는, 제2 펄스광(종광(S2))을 파이버 광증폭기(216)에 입사시키도록 전환하는 전환 장치가 마련된다. 그 전환 장치는, 제1 펄스광(종광(S1))과 제2 펄스광(종광(S2)) 중 어느 한쪽을 묘화해야 하는 패턴 정보에 기초하여 선택하는 전기 광학 소자(206), 혹은 제1 펄스광(종광(S1))과 제2 펄스광(종광(S2)) 중 어느 한쪽이 발생하도록, 묘화해야 하는 패턴 정보에 기초하여 제1 반도체 레이저 광원(200)과 제2 반도체 레이저 광원(202)의 구동을 제어하는 회로로 구성된다.
본 제3 실시 형태는, 상기 제1 실시 형태 또는 그 변형예나, 상기 제2 실시 형태에도 적용 가능하다. 즉, 제3 실시 형태에서 설명한, 광원 장치(14A)의 제어 회로(222) 내의 클록 발생기(222a)가, 도 18에 도시하는 묘화 제어용의 제어 유닛(제어 회로(500))로부터의 배율 보정 정보(CMg)에 따라서, 클록 신호(LTC)의 시간 간격을 부분적(이산적)으로 신축하는 기능을, 상기 제1 실시 형태 또는 그 변형예의 광원 장치(14)나, 상기 제2 실시 형태의 광원 장치(14)에 적용 가능하다. 이 경우는, 광원 장치(14)는 DFB 반도체 레이저 소자(202), 편광빔 스플리터(204), 전기 광학 소자(206), 편광빔 스플리터(208) 및 흡수체(210)를 가지지 않아도 되고, 즉, 광원 장치(14)는 DFB 반도체 레이저 소자(200)가 발광한 펄스 모양의 종광(S1)을 파이버 광증폭기(216)로 증폭시켜, 빔(LB)으로서 사출하는 것이 좋다. 이 경우는, 광원 장치(14)는 전기 광학 소자(206)를 가지지 않기 때문에, 생성 회로(301, 303, 305)가 생성한 시리얼 데이터(DL1, DL3, DL5)는, 주사 유닛(Un)의 묘화용 광학 소자(106) 또는 묘화용 광학 소자(150)에 보내진다.
［제4 실시 형태］
도 23은 제4 실시 형태의 기판(피조사체)(FS)에 노광 처리를 실시하는 노광 장치(EX)를 포함하는 디바이스 제조 시스템(10)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 특별히 예고가 없는 한, 상기 제1~ 제3 실시 형태(변형예도 포함함)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하거나, 도시를 생략하거나 하고, 그 다른 부분만을 설명한다.
본 제4 실시 형태에 있어서는, 상기 제1~ 제3 실시 형태(변형예도 포함함)와 마찬가지로, 빔 주사 장치로서의 노광 장치(EX)는, 마스크를 이용하지 않는 직묘 방식의 노광 장치, 이른바 래스터 스캔 방식의 노광 장치이다. 노광 장치(EX)는 상기 제1~제3 실시 형태(변형예도 포함함)에서 설명한 묘화 헤드(16) 대신에, 빔 전환 부재(20) 및 노광 헤드(22)를 구비한다. 또, 노광 장치(EX)는 복수의 얼라이먼트 현미경(AMm(AM1~AM4))도 구비하고 있다. 제1~ 제3 실시 형태(변형예도 포함함)에서는 특별히 설명하지 않았지만, 상기 제1~ 제3 실시 형태의 노광 장치(EX)도 복수의 얼라이먼트 현미경(AMm(AM1~AM4))를 구비하고 있다. 또한, 제4 실시 형태의 노광 장치(EX)에 있어서도, 기판 반송 기구(12), 광원 장치(14') 및 제어 장치(18)를 구비하고 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 본 제4 실시 형태의 광원 장치(14')는 상기 제2 실시 형태의 변형예에서 설명한 광원 장치(14)(광원 장치(14a, 14b))와 동일한 구성(도 17 참조)인 것을 전제로 한다. 이 광원 장치(14')가 사출한 빔(LB)은, 빔 전환 부재(20)를 매개로 하여 노광 헤드(22)에 입사된다.
빔 전환 부재(20)는 노광 헤드(22)를 구성하는 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6)) 중, 스폿광(SP)의 1차원 주사를 행하는 1개의 주사 유닛(Un)에, 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)이 입사되도록, 빔(LB)의 광로를 전환하는 것이다. 이 빔 전환 부재(20)에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.
노광 헤드(22)는 빔(LB)이 각각 입사하는 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))을 구비하고 있다. 노광 헤드(22)는 회전 드럼(DR)의 원주면에 의해 지지되어 있는 기판(FS)의 일부분에, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서 패턴을 묘화한다. 노광 헤드(22)는 동일 구성의 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))을 배열한, 이른바 멀티 빔형의 노광 헤드로 되어 있다. 도 23에 도시하는 것처럼, 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(－X방향측)에 배치되고, 또한 Y방향을 따라서 배치되어 있다. 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)은 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)에 배치되고, 또한 Y방향을 따라서 배치되어 있다. 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)과, 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)은, 중심면(Poc)에 대해서 대칭으로 마련되어 있다. 즉, 제4 실시 형태에 있어서는, 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)과 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)의 배치가, 상기 제1~ 제3 실시 형태(변형예도 포함함)에서 설명한 것과 반대로 되어 있다.
주사 유닛(Un)은 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)을 기판(FS)의 피조사면 상에서 스폿광(SP)으로 수렴시키도록 투사하면서, 그 스폿광(SP)을 기판(FS)의 피조사면 상에서 소정의 직선적인 묘화 라인(주사선)(SLn)을 따라서, 회전하는 폴리곤 미러(PM)(도 28 참조)에 의해서 1차원으로 주사한다.
복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은 소정의 배치 관계로 배치되어 있다. 본 제4 실시 형태에 있어서는, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))이, 도 24, 도 25에 도시하는 것처럼, Y방향(기판(FS)의 폭 방향, 주주사 방향)에 관해서, 서로 분리되는 일 없이, 서로 이어지도록 배치되어 있다. 또한, 제1~ 제3 실시 형태(변형예)에서 기술한 것처럼, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 입사되는 빔(LB)을, 각각 LB1~LB6으로 나타내는 경우가 있다. 이 주사 유닛(Un)에 입사되는 빔(LB)은, 소정의 방향으로 편광된 직선 편광(P편광 또는 S편광)의 빔이며, 본 제4 실시 형태에서는, P편광의 빔으로 한다. 또, 6개의 주사 유닛(U1~U6)의 각각에 입사하는 빔(LB1~LB6)을 빔(LBn)으로 나타내는 경우도 있다.
도 25에 도시하는 것처럼, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6)) 전부(全部)로 노광 영역(W)의 폭 방향의 모두를 커버하도록, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 주사 영역을 분담하고 있다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 기판(FS)의 폭 방향으로 분할된 복수의 영역마다 패턴을 묘화할 수 있다. 예를 들면, 1개의 주사 유닛(Un)에 의한 Y방향의 주사 길이(묘화 라인(SLn)의 길이)를 30~60mm 정도라고 하면, 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)의 3개와, 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)의 3개의 합계 6개의 주사 유닛(Un)을 Y방향으로 배치함으로써, 묘화 가능한 Y방향의 폭이 180~360mm 정도로 넓어진다. 각 묘화 라인(SL1~SL6)의 길이(주사 길이, 주주사 방향의 묘화폭)는, 원칙적으로 동일하게 한다.
또한, 상술한 것처럼, 실제의 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 스폿광(SP)이 피조사면을 실제로 주사 가능한 최대의 길이보다도 약간 짧게 설정된다. 이와 같이 설정함으로써, 스폿광(SP)의 최대 주사 길이(예를 들면, 31mm)의 범위 내에서, 묘화 라인(SLn)(예를 들면, 주사 길이는 30mm)의 위치를 주주사 방향으로 미세 조정하거나, 묘화 배율을 미세 조정하거나 하는 것이 가능해진다. 스폿광(SP)의 최대 주사 길이는, 주로 주사 유닛(Un) 내의 폴리곤 미러(회전 폴리곤 미러)(PM)의 뒤에 마련되는 fθ 렌즈(FT)(도 28 참조)의 구경에 의해서 정해진다.
복수의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 중심면(Poc)을 사이에 두고, 회전 드럼(DR)의 원주 방향으로 2열로 배치된다. 홀수번째의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(－X방향측)의 기판(FS)의 피조사면에 위치한다. 짝수번째의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)의 기판(FS)에 피조사면 상에 위치한다. 묘화 라인(SL1~SL6)은 기판(FS)의 폭 방향, 즉, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)과 거의 병행(竝行)으로 되어 있다.
묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은 기판(FS)의 폭 방향(주사 방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 직선 상에 배치되어 있다. 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)도 마찬가지로, 기판(FS)의 폭 방향(주사 방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 직선 상에 배치되어 있다. 홀수번째의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 각각을 따라서 주사되는 빔(LBn)의 스폿광(SP)의 주사 방향은, 1차원의 방향으로 되어 있고, －Y방향으로 되어 있다. 짝수번째의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 각각을 따라서 주사되는 빔(LBn)의 스폿광(SP)의 주사 방향은, 1차원의 방향으로 되어 있고, ＋Y방향으로 되어 있다.
제4 실시 형태에 있어서는, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은 빔(LBn)의 스폿광(SP)의 주사를, 미리 정해진 순서(소정의 순서)에 따라서 반복하여 행한다. 예를 들면, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)의 순서가, U1→U2→U3→U4→U5→U6로 되어 있는 경우는, 먼저, 주사 유닛(U1)이 스폿광(SP)의 주사를 1회 행한다. 그리고 주사 유닛(U1)의 스폿광(SP)의 주사가 종료되면, 주사 유닛(U2)이 스폿광(SP)의 주사를 1회 행하고, 그 주사가 종료되면, 주사 유닛(U3)이 스폿광(SP)의 주사를 1회 행하는 방식으로, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))이 소정의 순서대로 스폿광(SP)의 주사를 1회씩 행한다. 그리고 주사 유닛(U6)의 스폿광(SP)의 주사가 종료되면, 주사 유닛(U1)의 스폿광(SP)의 주사로 돌아간다. 이와 같이, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 스폿광(SP)의 주사를 소정의 순서대로 반복한다.
각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 적어도 XZ 평면에 있어서, 각 빔(LBn)이 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 향해 진행하도록, 각 빔(LBn)을 기판(FS)을 향해서 조사한다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))으로부터 기판(FS)을 향해 진행하는 빔(LBn)의 광로(빔 중심축)는, XZ 평면에 있어서, 기판(FS)의 피조사면의 법선(法線)과 같은 축(평행)이 된다. 또, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 조사하는 빔(LBn)이, YZ 평면과 평행한 면 내에서는 기판(FS)의 피조사면에 대해서 수직이 되도록, 빔(LBn)을 기판(FS)을 향해서 조사한다. 즉, 피조사면에서의 스폿광(SP)의 주주사 방향에 관해서, 기판(FS)에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))은 텔레센트릭한 상태로 주사된다. 여기서, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서 규정되는 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 각 중점을 통과하여 기판(FS)의 피조사면과 수직인 선(또는 광축이라고도 부름)을, 조사 중심축(Len(Le1~Le6))라고 부른다(도 24 참조).
이 각 조사 중심축(Len(Le1~Le6))은, XZ 평면에 있어서, 묘화 라인(SL1~SL6)과 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각의 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)은, XZ 평면에 있어서 동일한 방향으로 되어 있고, 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)의 각각의 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)은, XZ 평면에 있어서 동일한 방향으로 되어 있다. 또, 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)과 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)은, XZ 평면에 있어서, 중심면(Poc)에 대해서 각도가 ±θ로 되도록 설정되어 있다(도 23 참조).
도 23에 도시한 얼라이먼트 현미경(AMm(AM1~AM4))은, 도 25에 도시하는 것처럼, 기판(FS)에 형성된 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))를 검출하기 위한 것이며, Y방향을 따라서 복수 개(본 제4 실시 형태에서는, 4개) 마련되어 있다. 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))는, 기판(FS)의 피조사면의 노광 영역(W)에 묘화되는 소정의 패턴과, 기판(FS)을 상대적으로 위치 맞춤하기(얼라이먼트하기) 위한 기준 마크이다. 얼라이먼트 현미경(AMm(AM1~AM4))은 회전 드럼(DR)의 원주면에 의해 지지되어 있는 기판(FS) 상에서, 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))를 검출한다. 얼라이먼트 현미경(AMm(AM1~AM4))은, 노광 헤드(22)로부터의 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿광(SP)에 의한 기판(FS) 상의 피조사 영역(묘화 라인(SL1~SL6)으로 둘러싸인 영역)보다도 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(－X방향측)에 마련되어 있다.
얼라이먼트 현미경(AMm(AM1~AM4))은 얼라이먼트용의 조명광을 기판(FS)에 투사하는 광원과, 기판(FS)의 표면의 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))를 포함하는 국소 영역(관찰 영역)의 확대 이미지를 얻는 관찰 광학계(대물 렌즈를 포함함)와, 그 확대 이미지를 기판(FS)이 반송 방향으로 이동하고 있는 동안에 고속 셔터로 촬상하는 CCD, CMOS 등의 촬상 소자를 가진다. 얼라이먼트 현미경(AMm(AM1~AM4))이 촬상한 촬상 신호(화상 데이터)(ig(ig1~ig4))는 제어 장치(18)에 보내진다. 제어 장치(18)는 촬상 신호(ig(ig1~ig4))의 화상 해석과, 촬상한 순간의 회전 드럼(DR)의 회전 위치의 정보(도 24에 도시한 스케일부(SD)를 판독하는 인코더(EN1a, EN1b)에 의한 계측치)에 기초하여, 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치를 검출하여, 기판(FS)의 위치를 고정밀도로 계측한다. 또한, 얼라이먼트용의 조명광은 기판(FS) 상의 감광성 기능층에 대해서 거의 감도를 가지지 않는 파장 대역의 광, 예를 들면, 파장 500~800nm 정도의 광이다.
얼라이먼트 마크(MK1~MK4)는 각 노광 영역(W)의 주위에 마련되어 있다. 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)는 노광 영역(W)의 기판(FS)의 폭 방향의 양측에, 기판(FS)의 장척 방향을 따라서 일정한 간격 DI으로 복수 개 형성되어 있다. 얼라이먼트 마크(MK1)는 기판(FS)의 폭 방향의 -Y방향측에, 얼라이먼트 마크(MK4)는 기판(FS)의 폭 방향의 ＋Y방향측에 각각 형성되어 있다. 이러한 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)는 기판(FS)이 큰 텐션을 받거나, 열프로세스를 받거나 하여 변형되어 있지 않은 상태에서는, 기판(FS)의 장척 방향(X방향)에 관해서 동일 위치가 되도록 배치된다. 추가로, 얼라이먼트 마크(MK2,MK3)는, 얼라이먼트 마크(MK1)와 얼라이먼트 마크(MK4)의 사이로서, 노광 영역(W)의 ＋X방향측과 -X방향측과의 여백부(余白部)에 기판(FS)의 폭 방향(단척 방향)을 따라서 형성되어 있다. 얼라이먼트 마크(MK2,MK3)는 노광 영역(W)과 노광 영역(W)의 사이에 형성되어 있다. 얼라이먼트 마크(MK2)는 기판(FS)의 폭 방향의 -Y방향측에, 얼라이먼트 마크(MK3)는 기판(FS)의 ＋Y방향측에 형성되어 있다.
또한, 기판(FS)의 -Y방향의 측단부(側端部)에 배열되는 얼라이먼트 마크(MK1)와 여백부의 얼라이먼트 마크(MK2)의 Y방향의 간격, 여백부의 얼라이먼트 마크(MK2)와 얼라이먼트 마크(MK3)의 Y방향의 간격, 및 기판(FS)의 ＋Y방향의 측단부에 배열되는 얼라이먼트 마크(MK4)와 여백부의 얼라이먼트 마크(MK3)의 Y방향의 간격은, 모두 동일한 거리로 설정되어 있다. 이들 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))는 제1층인 패턴층의 형성시에 함께 형성되어도 된다. 예를 들면, 제1층의 패턴을 노광할 때, 패턴이 노광되는 노광 영역(W)의 주위에 얼라이먼트 마크용 패턴도 함께 노광해도 된다. 또한, 얼라이먼트 마크(MKm)는 노광 영역(W) 내에 형성되어도 된다. 예를 들면, 노광 영역(W) 내로서, 노광 영역(W)의 윤곽을 따라서 형성되어도 된다. 또, 노광 영역(W) 내에 얼라이먼트 마크(MKm)를 형성하는 경우는, 노광 영역(W) 내에 형성되는 전자 디바이스의 패턴 중의 특정 위치의 패턴 부분, 혹은 특정 형상의 부분을 얼라이먼트 마크(MKm)로서 이용해도 된다.
얼라이먼트 현미경(AM1)은 대물 렌즈에 의한 관찰 영역(검출 영역)(Vw1) 내에 존재하는 얼라이먼트 마크(MK1)를 촬상하도록 배치된다. 마찬가지로, 얼라이먼트 현미경(AM2~AM4)은, 대물 렌즈에 의한 관찰 영역(Vw2~Vw4) 내에 존재하는 얼라이먼트 마크(MK2~MK4)를 촬상하도록 배치된다. 따라서 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1~AM4)은 복수의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)의 위치에 대응하여, 기판(FS)의 -Y방향측에서부터 얼라이먼트 현미경(AM1~AM4)의 순으로 마련되어 있다. 얼라이먼트 현미경(AMm(AM1~AM4))은, X방향에 관해서, 노광 위치(묘화 라인(SL1~SL6))과 얼라이먼트 현미경(AMm)의 관찰 영역(Vw(Vw1~Vw4))의 거리가, 노광 영역(W)의 X방향의 길이보다도 짧아지도록 마련되어 있다. Y방향으로 마련되는 얼라이먼트 현미경(AMm)의 수는, 기판(FS)의 폭 방향으로 형성되는 얼라이먼트 마크(MKm)의 수에 따라 변경 가능하다. 또, 관찰 영역(Vw1~Vw4)의 기판(FS)의 피조사면 상의 크기는, 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)의 크기나 얼라이먼트 정밀도(위치 계측 정밀도)에 따라 설정되지만, 100~500㎛ 각 정도의 크기이다. 또한, 제1~ 제3 실시 형태(변형예도 포함함)에서는 특별히 설명하지 않았지만, 상기 제1~ 제3 실시 형태에서 이용하는 기판(FS)에도 복수의 얼라이먼트 마크(MKm)가 형성되어 있다.
도 24에 도시하는 것처럼, 회전 드럼(DR)의 양단부에는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 원주 방향의 전체에 걸쳐서 환상으로 형성된 눈금을 가지는 스케일부(SD(SDa, SDb))가 마련되어 있다. 이 스케일부(SD(SDa, SDb))는 회전 드럼(DR)의 외주면의 원주 방향으로 일정한 피치(예를 들면, 20㎛)로 오목한 모양 또는 볼록한 모양의 격자선(格子線)을 새겨서 마련한 회절 격자이며, 인크리멘털(incremental)형 스케일로서 구성된다. 이 스케일부(SD(SDa, SDb))는 중심축(AXo) 둘레로 회전 드럼(DR)과 일체로 회전한다. 또, 이 스케일부(SD(SDa, SDb))와 대향하도록, 복수의 인코더(스케일 판독 헤드)(ENn)가 마련되어 있다. 이 인코더(ENn)는 회전 드럼(DR)의 회전 위치를 광학적으로 검출하는 것이다. 회전 드럼(DR)의 -Y방향측의 단부에 마련된 스케일부(SDa)에 대향하여, 3개의 인코더(ENn(EN1a, EN2a, EN3a))가 마련되어 있다. 마찬가지로, 회전 드럼(DR)의 ＋Y방향측의 단부에 마련된 스케일부(SDb)에 대향하여, 3개의 인코더(ENn(EN1b, EN2b, EN3b))가 마련되어 있다. 또한, 제1~ 제3 실시 형태(변형예도 포함함)에서는 특별히 설명하지 않았지만, 상기 제1~ 제3 실시 형태의 회전 드럼(DR)의 양단부에는 스케일부(SD(SDa, SDb))가 마련되고, 그것과 대향하도록 복수의 인코더(ENn(EN1a~EN3a, EN1b~EN3b))가 마련되어 있다.
인코더(ENn(EN1a~EN3a, EN1b~EN3b))는 스케일부(SD(SDa, SDb))를 향해서 계측용 광빔을 투사하고, 그 반사광속(회절광)을 광전 검출함으로써, 펄스 신호인 검출 신호를 제어 장치(18)에 출력한다. 제어 장치(18)는 그 검출 신호(펄스 신호)를 카운터 회로(356a)(도 33 참조)로 카운트함으로써, 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치 및 각도 변화를 서브 미크론의 분해능(分解能)으로 계측할 수 있다. 카운터 회로(356a)는 각 인코더(ENn(EN1a~EN3a, EN1b~EN3b))의 검출 신호를 각각 개별로 카운트한다. 제어 장치(18)는 회전 드럼(DR)의 각도 변화로부터, 기판(FS)의 반송 속도도 계측할 수도 있다. 각 인코더(ENn(EN1a~EN3a, EN1b~EN3b))의 각각의 검출 신호를 개별로 카운트하는 카운터 회로(356a)는, 각 인코더(ENn(EN1a~EN3a, EN1b~EN3b))가 스케일부(SDa, SDb)의 원주 방향의 일부에 형성된 원점 마크(원점 패턴)(ZZ)를 검출하면, 그 인코더(ENn)에 대응하는 카운트값을 0으로 리셋한다.
인코더(EN1a, EN1b)는 설치 방위선(Lx1) 상에 배치되어 있다. 설치 방위선(Lx1)은, XZ 평면에 있어서, 인코더(EN1a, EN1b)의 계측용 광빔의 스케일부(SD(SDa, SDb)) 상으로의 투사 위치(판독 위치)와, 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 또, 설치 방위선(Lx1)은, XZ 평면에 있어서, 각 얼라이먼트 현미경(AMm(AM1~AM4))의 관찰 영역(Vw(Vw1~Vw4))과 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다.
인코더(EN2a, EN2b)는 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(－X방향측)에 마련되어 있고, 또한 인코더(EN1a, EN1b)보다 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)에 마련되어 있다. 인코더(EN2a, EN2b)는 설치 방위선(Lx2) 상에 배치되어 있다. 설치 방위선(Lx2)은, XZ 평면에 있어서, 인코더(EN2a, EN2b)의 계측용 광빔의 스케일부(SD(SDa, SDb)) 상으로의 투사 위치와, 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 이 설치 방위선(Lx2)은, XZ 평면에 있어서, 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)과 동일한 각도 위치로 되어 겹쳐 있다.
인코더(EN3a, EN3b)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)에 마련되어 있다. 인코더(EN3a, EN3b)는 설치 방위선(Lx3) 상에 배치되어 있다. 설치 방위선(Lx3)은, XZ 평면에 있어서, 인코더(EN3a, EN3b)의 계측용 광빔의 스케일부(SD(SDa, SDb)) 상으로의 투사 위치와, 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 이 설치 방위선(Lx3)은, XZ 평면에 있어서, 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)과 동일한 각도 위치로 되어 겹쳐 있다.
이 인코더(EN1a, EN1b)로부터의 검출 신호의 카운트값(회전 각도 위치)과, 인코더(EN2a, EN2b)로부터의 검출 신호의 카운트값(회전 각도 위치)과, 인코더(EN3a, EN3b)로부터의 검출 신호의 카운트값(회전 각도 위치)은, 각 인코더(ENn)가 회전 드럼(DR)의 주회(周回) 방향의 1개 지점에 부설된 원점 마크(ZZ)를 검출한 순간에 제로로 리셋된다. 그 때문에, 인코더(EN1a, EN1b)에 기초하는 카운트값이 제1 값(예를 들면, 100)일 때의, 회전 드럼(DR)에 감겨져 있는 기판(FS)의 설치 방위선(Lx1) 상에 있어서의 위치(얼라이먼트 현미경(AM1~AM4)의 각 관찰 영역(Vw1~Vw4)의 위치)를 제1 위치라고 했을 경우에, 기판(FS) 상의 제1 위치가 설치 방위선(Lx2) 상의 위치(묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 위치)까지 반송되면, 인코더(EN2a, EN2b)에 기초하는 카운트값은 제1 값(예를 들면, 100)이 된다. 마찬가지로, 기판(FS) 상의 제1 위치가 설치 방위선(Lx3) 상의 위치(묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 위치)까지 반송되면, 인코더(EN3a, EN3b)에 기초하는 검출 신호의 카운트값은 제1 값(예를 들면, 100)이 된다.
그런데, 기판(FS)은 회전 드럼(DR)의 양단의 스케일부(SDa, SDb)보다 내측에감겨져 있다. 도 23에서는, 스케일부(SD(SDa, SDb))의 외주면의 중심축(AXo)으로부터의 반경을, 회전 드럼(DR)의 외주면의 중심축(AXo)으로부터의 반경보다 작게 설정했다. 그렇지만, 도 24에 도시하는 것처럼, 스케일부(SD(SDa, SDb))의 외주면을, 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(FS)의 외주면과 동일 면이 되도록 설정해도 된다. 즉, 스케일부(SD(SDa, SDb))의 외주면의 중심축(AXo)으로부터의 반경(거리)과, 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(FS)의 외주면(피조사면)의 중심축(AXo)으로부터의 반경(거리)이 동일하게 되도록 설정해도 된다. 이것에 의해, 인코더(ENn(EN1a, EN1b, EN2a, EN2b, EN3a, EN3b))는 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(FS)의 피조사면과 같은 지름 방향의 위치에서 스케일부(SD(SDa, SDb))를 검출할 수 있어, 인코더(ENn)에 의한 계측 위치와 처리 위치(묘화 라인(SL1~SL6))가 회전 드럼(DR)의 지름 방향에서 다름으로써 생기는 아베(Abbe) 오차를 작게 할 수 있다.
이상으로부터, 얼라이먼트 현미경(AMm(AM1~AM4))에 의해서 검출된 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치(인코더(EN1a, EN1b)에 의한 카운트값)에 기초하여, 제어 장치(18)에 의해서 기판(FS)의 장척 방향(X방향)에 있어서의 노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치가 결정되고, 그때에 인코더(EN1a, EN1b)에 기초하는 카운트값을 제1 값(예를 들면, 100)으로 한다. 이 경우는, 인코더(EN2a, EN2b)에 기초하는 카운트값이 제1 값(예를 들면, 100)이 되면, 기판(FS)의 장척 방향에 있어서의 노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 상에 위치한다. 따라서, 주사 유닛(U1, U3, U5)은 인코더(EN2a, EN2b)의 카운트값에 기초하여, 스폿광(SP)의 주사를 개시할 수 있다. 또, 인코더(EN3a, EN3b)에 기초하는 카운트값이 제1 값(예를 들면, 100)이 되면, 기판(FS)의 장척 방향에 있어서의 노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 상에 위치한다. 따라서 주사 유닛(U2, U4, U6)은 인코더(EN3a, EN3b)의 카운트값에 기초하여, 스폿광(SP)의 주사를 개시할 수 있다. 또한, 제1~제3 실시 형태(변형예도 포함함)에서는 특별히 설명하지 않았지만, 상기 제1~제3 실시 형태의 노광 장치(EX)도 인코더(ENn(EN1a~EN3a, EN1b~EN3b)) 및 스케일부(SD(SDa, SDb))를 구비하고 있다.
도 26은 빔 전환 부재(20)의 구성도이다. 빔 전환 부재(20)는 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))와, 복수의 집광 렌즈(CD1~CD6)와, 복수의 반사 미러(M1~M12)와, 복수의 유닛측 입사 미러(IM1~IM6)와, 복수의 콜리메이트 렌즈(CL1~CL6)와, 흡수체(TR)를 가진다. 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 빔(LB)에 대해서 투과성을 가지는 것이며, 초음파 신호로 구동되는 음향 광학 변조 소자(AOM：Acousto-Optic Modulator)이다. 이들 광학적인 부재(선택용 광학 소자(AOM1~AOM6), 집광 렌즈(CD1~CD6), 반사 미러(M1~M12), 유닛측 입사 미러(IM1~IM6), 콜리메이트 렌즈(CL1~CL6) 및 흡수체(TR))는, 판 모양의 지지 부재(IUB)에 의해서 지지되어 있다. 이 지지 부재(IUB)는 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 상방에서, 이들 광학적인 부재를 하방(－Z방향측)으로부터 지지한다. 따라서 지지 부재(IUB)는 발열원(發熱源)이 되는 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))와 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 사이를 단열(斷熱)하는 기능도 구비하고 있다.
광원 장치(14')로부터 빔(LB)은, 반사 미러(M1~M12)에 의해서 그 광로가 구절(九折) 모양으로 구부러져, 흡수체(TR)까지 안내된다. 이하, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))가 모두 오프 상태(초음파 신호가 인가되고 있지 않은 상태)인 경우에 대해서, 상술한다. 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)(평행 광속)은, Y축과 평행하게 ＋Y방향으로 진행하여 집광 렌즈(CD1)를 통과하여 반사 미러(M1)에 입사된다. 반사 미러(M1)에서 -X방향측으로 반사된 빔(LB)은, 집광 렌즈(CD1)의 초점 위치(빔 웨스트 위치)에 배치된 제1 선택용 광학 소자(AOM1)를 스트레이트하게 투과하여, 콜리메이트 렌즈(CL1)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M2)에 이른다. 반사 미러(M2)에서 ＋Y방향측으로 반사된 빔(LB)은, 집광 렌즈(CD2)를 통과한 후에 반사 미러(M3)에서 ＋X방향측으로 반사된다.
반사 미러(M3)에서 반사된 빔(LB)은, 집광 렌즈(CD2)의 초점 위치(빔 웨스트 위치)에 배치된 제2 선택용 광학 소자(AOM2)를 스트레이트하게 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL2)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M4)에 이른다. 반사 미러(M4)에서 ＋Y방향측으로 반사된 빔(LB)은, 집광 렌즈(CD3)를 통과한 후에 반사 미러(M5)에서 -X방향측으로 반사된다. 반사 미러(M5)에서 -X방향측으로 반사된 빔(LB)은, 집광 렌즈(CD3)의 초점 위치(빔 웨스트 위치)에 배치된 제3 선택용 광학 소자(AOM3)을 스트레이트하게 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL3)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M6)에 이른다. 반사 미러(M6)에서 ＋Y방향측으로 반사된 빔(LB)은, 집광 렌즈(CD4)를 통과한 후에 반사 미러(M7)에서 ＋X방향측으로 반사된다.
반사 미러(M7)에서 반사된 빔(LB)은, 집광 렌즈(CD4)의 초점 위치(빔 웨스트 위치)에 배치된 제4 선택용 광학 소자(AOM4)를 스트레이트하게 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL4)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M8)에 이른다. 반사 미러(M8)에서 ＋Y방향측으로 반사된 빔(LB)은, 집광 렌즈(CD5)를 통과한 후에 반사 미러(M9)에서 -X방향측으로 반사된다. 반사 미러(M9)에서 -X방향측으로 반사된 빔(LB)은, 집광 렌즈(CD5)의 초점 위치(빔 웨스트 위치)에 배치된 제5 선택용 광학 소자(AOM5)를 스트레이트하게 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL5)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M10)에 이른다. 반사 미러(M10)에서 ＋Y방향측으로 반사된 빔(LB)은, 집광 렌즈(CD6)를 통과한 후에 반사 미러(M11)에서 ＋X방향측으로 반사된다. 반사 미러(M11)에서 반사된 빔(LB)은, 집광 렌즈(CD6)의 초점 위치(빔 웨스트 위치)에 배치된 제6 선택용 광학 소자(AOM6)를 스트레이트하게 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL6)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M12)에서 -Y방향측으로 반사된 후, 흡수체(TR)에 이른다. 이 흡수체(TR)는 빔(LB)의 외부로의 누설을 억제하기 위해서 빔(LB)을 흡수하는 광 트랩이다.
이상과 같이, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)는 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)을 순차 투과하도록 배치됨과 아울러, 집광 렌즈(CD1~CD6)와 콜리메이트 렌즈(CL1~CL6)에 의해서, 각 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)의 내부에 빔(LB)의 빔 웨스트가 형성되도록 배치된다. 이것에 의해, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)(음향 광학 변조 소자)에 입사되는 빔(LB)의 지름을 작게 하여, 회절 효율을 높게 함과 아울러 응답성을 높이고 있다.
각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는 초음파 신호(고주파 신호)가 인가되면, 입사된 빔(LB)(0차광)을, 고주파의 주파수에 따른 회절각으로 회절시킨 1차 회절광을 사출빔(빔(LBn))으로서 발생시키는 것이다. 본 제4 실시 형태에서는, 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 각각으로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔(LBn)을 빔(LB1~LB6)이라고 하고, 각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)의 광로를 편향시키는 기능을 달성하는 것으로서 취급한다. 단, 상술한 것처럼, 실제의 음향 광학 변조 소자는 1차 회절광의 발생 효율이 0차광의 80% 정도이기 때문에, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 각각에서 편향된 빔(LB1~LB6)은, 원 빔(LB)의 강도보다는 저하되어 있다. 또, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6)) 중 어느 1개가 온 상태일 때, 회절되지 않고 직진하는 0차광이 20% 정도 잔존하지만, 그것은 최종적으로 흡수체(TR)에 의해서 흡수된다.
또, 선택용 광학 소자(AOMn)는 초음파에 의해서 투과 부재 중의 소정 방향으로 굴절률의 주기적인 조밀(粗密) 변화를 일으키게 하는 회절 격자이기 때문에, 입사빔(LB)이 직선 편광(P편광이나 S편광)인 경우, 그 편광 방향과 회절 격자의 주기 방향은, 1차 회절광의 발생 효율(회절 효율)이 가장 높아지도록 설정된다. 도 26과 같이, 선택용 광학 소자(AOMn)가 입사된 빔(LB)을 Z방향으로 회절 편향시키도록 설치되는 경우, 선택용 광학 소자(AOMn) 내에 생성되는 회절 격자의 주기 방향도 Z방향이므로, 그것과 정합하도록 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)의 편광 방향이 설정(조정)된다.
또한, 도 26에 도시하는 것처럼, 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 각각은, 편향된 빔(LB1~LB6)(1차 회절광)을, 입사하는 빔(LB)에 대해서 -Z방향으로 편향시키도록 설치된다. 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 각각으로부터 편향되어 사출되는 빔(LB1~LB6)은, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 각각으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 마련된 유닛측 입사 미러(IM1~IM6)에 투사되고, 이에 -Z방향으로 조사 중심축(Le1~Le6)과 평행하게(동일 축이) 되도록 반사된다. 유닛측 입사 미러(IM1~IM6)(이하, 간단하게 미러(IM1~IM6)라고도 부름)에서 반사된 빔(LB1~LB6)은, 지지 부재(IUB)에 형성된 개구부(TH1~TH6)의 각각을 통과하여, 조사 중심축(Le1~Le6)을 따르도록 주사 유닛(Un(U1~U6))의 각각에 입사된다.
각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 구성, 기능, 작용 등은 서로 동일한 것을 이용해도 된다. 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)의 온/오프에 따라서, 입사된 빔(LB)을 회절시킨 회절광의 발생을 온/오프한다. 예를 들면, 선택용 광학 소자(AOM1)는 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않고 오프 상태일 때는, 입사된 빔(LB)을 회절시키지 않고 투과시킨다. 따라서 선택용 광학 소자(AOM1)를 투과한 빔(LB)은, 콜리메이트 렌즈(CL1)를 투과하여 반사 미러(M2)에 입사된다. 한편, 선택용 광학 소자(AOM1)는 제어 장치(18)로부터의 구동 신호가 인가되어 온 상태일 때는, 입사된 빔(LB)을 회절시켜 미러(IM1)를 향하게 한다. 즉, 이 구동 신호에 의해서 선택용 광학 소자(AOM1)를 스위칭한다. 미러(IM1)는 선택용 광학 소자(AOM1)에 의해서 회절된 빔(LB1)을 주사 유닛(U1)측으로 반사한다. 미러(IM1)에서 반사된 빔(LB1)은, 지지 부재(IUB)의 개구부(TH1)를 통과하여 조사 중심축(Le1)을 따라서 주사 유닛(U1)에 입사된다. 따라서 미러(IM1)는, 반사된 빔(LB1)의 광축이 조사 중심축(Le1)과 동일 축이 되도록, 입사된 빔(LB1)을 반사한다. 또, 선택용 광학 소자(AOM1)가 온 상태일 때, 선택용 광학 소자(AOM1)를 스트레이트하게 투과하는 빔(LB)의 0차광(입사빔의 20% 정도의 강도)은, 그 뒤의 콜리메이트 렌즈(CL1~CL6), 집광 렌즈(CD2~CD6), 반사 미러(M2~M12) 및 선택용 광학 소자(AOM2~AOM6)를 투과하여 흡수체(TR)에 이른다.
도 27A는 선택용 광학 소자(AOM1)에 의한 빔(LB)의 광로의 전환을 ＋Z방향측에서 본 도면이고, 도 27B는 선택용 광학 소자(AOM1)에 의한 빔(LB)의 광로의 전환을 -Y방향측에서 본 도면이다. 구동 신호가 오프 상태일 때는, 선택용 광학 소자(AOM1)는 입사된 빔(LB)을 회절시키지 않고 그대로 반사 미러(M2)측을 향하여 투과한다. 한편으로, 구동 신호가 온 상태일 때는, 선택용 광학 소자(AOM1)는 입사된 빔(LB)을 -Z방향측으로 회절시킨 빔(LB1)을 발생시키고, 그것을 미러(IM1)를 향하게 한다. 따라서 XY 평면 내에 있어서는, 선택용 광학 소자(AOM1)로부터 사출되는 빔(LB)(0차광) 및 편향된 빔(LB1)(1차 회절광)의 진행 방향을 바꾸지 않고, Z방향에 관해서, 빔(LB1)(1차 회절광)의 진행 방향을 바꾸고 있다. 이와 같이, 제어 장치(18)는 선택용 광학 소자(AOM1)에 인가해야 할 구동 신호(고주파 신호)를 온/오프(하이/로우)로 함으로써, 선택용 광학 소자(AOM1)를 스위칭하여, 빔(LB)이 후속의 선택용 광학 소자(AOM2)를 향할지, 편향된 빔(LB1)이 주사 유닛(U1)을 향할지를 전환한다.
마찬가지로, 선택용 광학 소자(AOM2)는 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 오프 상태일 때는, 입사된 빔(LB)(선택용 광학 소자(AOM1)에서 회절되지 않고 투과해 온 빔(LB))을 회절시키지 않고 콜리메이트 렌즈(CL2)측(반사 미러(M4)측)으로 투과하고, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호가 온 상태일 때는, 입사된 빔(LB)의 회절광인 빔(LB2)을 미러(IM2)를 향하게 한다. 이 미러(IM2)는 선택용 광학 소자(AOM2)에 의해서 회절된 빔(LB2)을 주사 유닛(U2)측으로 반사한다. 미러(IM2)에서 반사된 빔(LB2)은, 지지 부재(IUB)의 개구부(TH2)를 통과하여 조사 중심축(Le2)과 동일 축으로 되어 주사 유닛(U2)에 입사된다. 추가로, 선택용 광학 소자(AOM3~AOM6)는 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 오프 상태일 때는, 입사된 빔(LB)을 회절시키지 않고 콜리메이트 렌즈(CL3~CL6)측(반사 미러(M6,M8,M10,M12)측)으로 투과하고, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호가 온 상태일 때는, 입사된 빔(LB)의 1차 회절광인 빔(LB3~LB6)을 미러(IM3~IM6)를 향하게 한다. 이 미러(IM3~IM6)는 선택용 광학 소자(AOM3~AOM6)에 의해서 회절된 빔(LB3~LB6)을 주사 유닛(U3~U6)측으로 반사한다. 미러(IM3~IM6)에서 반사된 빔(LB3~LB6)은, 조사 중심축(Le3~Le6)과 동일 축이 되어, 지지 부재(IUB)의 개구 부(TH3~TH6)의 각각을 통과하여 주사 유닛(U3~U6)에 입사된다. 이와 같이, 제어 장치(18)는 선택용 광학 소자(AOM2~AOM6)의 각각에 인가해야 할 구동 신호(고주파 신호)를 온/오프(하이/로우)로 함으로써, 선택용 광학 소자(AOM2~AOM6) 중 어느 1개를 스위칭하여, 빔(LB)이 후속의 선택용 광학 소자(AOM3~AOM6) 또는 흡수체(TR)를 향할지, 편향된 빔(LB2~LB6) 중 하나가, 대응하는 주사 유닛(U2~U6)을 향할지를 전환한다.
이상과 같이, 빔 전환 부재(20)는, 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배치된 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))를 구비함으로써, 빔(LB)의 광로를 전환하여 빔(LBn)이 입사되는 주사 유닛(Un)을 1개 선택할 수 있다. 예를 들면, 주사 유닛(U1)에 빔(LB1)을 입사시키고 싶은 경우는, 선택용 광학 소자(AOM1)를 온 상태로 하고, 주사 유닛(U3)에 빔(LB3)을 입사시키고 싶은 경우는, 선택용 광학 소자(AOM3)을 온 상태로 하면 된다. 이 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))에 대응하여 마련되어, 대응하는 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 입사시킬지 여부를 전환하고 있다.
복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은 소정의 순서대로 스폿광(SP)의 주사를 행한다고 하는 동작을 반복하므로, 빔 전환 부재(20)도 이것에 대응하여, 빔(LB1~LB6) 중 어느 1개가 입사되는 주사 유닛(U1~U6)을 전환한다. 예를 들면, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)의 순서가, U1→U2→ … →U6으로 되어 있는 경우는, 빔 전환 부재(20)도, 이것에 대응하여, 빔(LBn)이 입사되는 주사 유닛(Un)을 U1→U2→ … →U6의 순서대로 전환한다.
이상으로부터, 빔 전환 부재(20)의 각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는 주사 유닛(Un(U1~U6))의 각각의 폴리곤 미러(PM)에 의한 스폿광(SP)의 1회 주사 기간 동안만, 온 상태로 되어 있으면 된다. 상세하게는 후술하지만, 폴리곤 미러(PM)의 반사면수를 Np, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 Vp(rpm)라고 하면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 1면분의 회전 각도에 대응한 시간 Tss는, Tss=60/(Np·Vp)〔초〕가 된다. 예를 들면, 반사면수 Np가 8, 회전 속도 Vp가 3만인 경우, 폴리곤 미러(PM)의 1회전은 2밀리초이고, 시간 Tss는 0.25밀리초가 된다. 이것은 주파수로 환산하면 4kHz이며, 자외 대역의 파장의 빔(LB)을 묘화 데이터에 응답하여 수십MHz 정도로 고속으로 변조하기 위한 음향 광학 변조 소자에 비하면, 상당히 낮은 응답 주파수의 음향 광학 변조 소자로 괜찮은 것을 의미한다. 그 때문에, 입사하는 빔(LB)(0차광)에 대해서 편향되는 빔(LB1~LB6)(1차 회절광)의 회절각이 큰 것을 사용할 수 있어, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)를 스트레이트하게 통과하는 빔(LB)의 진로에 대해서, 편향된 빔(LB1~LB6)을 분리하는 미러(IM1~IM6)(도 26, 도 27A, 도 27B)의 배치가 용이하게 된다.
또한, 복수의 주사 유닛(U1~U6)은 소정의 순서대로 스폿광(SP)의 주사를 1회씩 행하는 동작을 반복하기 때문에, 그것에 대응하여, 각 주사 유닛(Un)의 패턴 데이터의 시리얼 데이터(DLn)가, 소정의 순서대로 광원 장치(14')의 구동 회로(206a)에 출력된다. 이 구동 회로(206a)에 순차 출력되는 시리얼 데이터(DLn)를 묘화 비트열 데이터(Sdw)라고 부른다. 예를 들면, 소정의 순서가 U1→U2→ … →U6로 되어 있는 경우는, 먼저, 1열분의 시리얼 데이터(DL1)가 구동 회로(206a)에 출력되고, 이어서 1열분의 시리얼 데이터(DL2)가 구동 회로(206a)에 출력되는 등의 방식으로, 묘화 비트열 데이터(Sdw)를 구성하는 1열분의 시리얼 데이터(DL1~DL6)가 순차 구동 회로(206a)에 출력된다. 그 후, 다음의 열의 시리얼 데이터(DL1~DL6)가 묘화 비트열 데이터(Sdw)로서 순차 구동 회로(206a)에 출력된다. 이 구동 회로(206a)에 묘화 비트열 데이터(Sdw)를 출력하는 구체적인 구성에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.
주사 유닛(Un(U1~U6))의 구성은, 상기 제1~ 제3 실시 형태에서 이용한 것이어도 좋지만, 본 제4 실시 형태에서는, 도 28에 도시하는 것 같은 구성의 주사 유닛(Un)을 이용한다. 또, 이하에 설명하는 주사 유닛(Un)을 상기 제1~ 제3 실시 형태의 주사 유닛으로서 이용해도 좋다.
이하, 도 28을 참조하여 제4 실시 형태에서 이용하는 주사 유닛(Un(U1~U6))의 광학적인 구성에 대해 설명한다. 또한, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은 동일한 구성을 가지는 것이기 때문에, 주사 유닛(U1)에 대해서만 설명하고, 다른 주사 유닛(Un)에 대해서는 그 설명을 생략한다. 또, 도 28에 있어서는, 조사 중심축(Len)(Le1)과 평행한 방향을 Zt 방향으로 하고, Zt 방향과 직교하는 평면상으로서, 기판(FS)이 프로세스 장치(PR1)로부터 노광 장치(EX)를 거쳐 프로세스 장치(PR2)를 향하는 방향을 Xt 방향으로 하고, Zt 방향과 직교하는 평면 상으로서, Xt 방향과 직교하는 방향을 Yt 방향으로 한다. 즉, 도 28의 Xt, Yt, Zt의 3차원 좌표는, 도 23의 X, Y, Z의 3차원 좌표를, Y축을 중심으로 Z축 방향이 조사 중심축(Len)(Le1)과 평행하게 되도록 회전시킨 3차원 좌표이다.
도 28에 도시하는 것처럼, 주사 유닛(U1) 내에는, 빔(LB1)의 입사 위치로부터 기판(FS)의 피조사면까지의 빔(LB1)의 진행 방향을 따라서, 반사 미러(M20), 빔 익스팬더(BE), 반사 미러(M21), 편광빔 스플리터(BS), 반사 미러(M22), 이미지 시프트 광학부재(SR), 필드 어퍼쳐(FA, field aperture), 반사 미러(M23), λ/4 파장판(QW), 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 미러(M24), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈(FT), 반사 미러(M25), 실린드리칼 렌즈(CYb)가 마련된다. 추가로, 주사 유닛(U1) 내에는, 기판(FS)의 피조사면으로부터의 반사광을 편광빔 스플리터(BS)를 매개로 하여 검출하기 위한 광학 렌즈계(G10) 및 광검출기(DTS)가 마련된다.
주사 유닛(U1)에 입사되는 빔(LB1)은 －Zt 방향을 향해서 진행하여, XtYt 평면에 대해서 45° 기울어진 반사 미러(M20)에 입사된다. 이 주사 유닛(U1)에 입사되는 빔(LB1)의 축선은, 조사 중심축(Le1)과 동일 축이 되도록 반사 미러(M20)에 입사된다. 반사 미러(M20)는 빔(LB1)을 주사 유닛(U1)에 입사시키는 입사 광학부재로서 기능하여, 입사된 빔(LB1)을 Xt축과 평행하게 설정되는 광축을 따라 반사 미러(M21)를 향해서 -Xt 방향으로 반사한다. 따라서 Xt축과 평행하게 진행하는 빔(LB1)의 광축은, XtZt 평면과 평행한 면 내에서 조사 중심축(Le1)과 직교한다. 반사 미러(M20)에서 반사된 빔(LB1)은, Xt축과 평행하게 진행하는 빔(LB1)의 광축을 따라서 배치되는 빔 익스팬더(BE)를 투과하여 반사 미러(M21)에 입사된다. 빔 익스팬더(BE)는 투과하는 빔(LB1)의 지름을 확대시킨다. 빔 익스팬더(BE)는 집광 렌즈(Be1)와, 집광 렌즈(Be1)에 의해서 수렴된 후에 발산하는 빔(LB1)을 평행광으로 하는 콜리메이트 렌즈(Be2)를 가진다.
반사 미러(M21)는 YtZt 평면에 대해서 45° 기울어져 배치되어, 입사된 빔(LB1)을 편광빔 스플리터(BS)를 향해서 -Yt 방향으로 반사한다. 편광빔 스플리터(BS)의 편광 분리면은, YtZt 평면에 대해서 45° 기울어져 배치되어, P편광의 빔을 반사하고, P편광과 직교하는 방향으로 편광된 직선 편광(S편광)의 빔을 투과하는 것이다. 주사 유닛(U1)에 입사되는 빔(LB1)은, P편광의 빔이므로, 편광빔 스플리터(BS)는 반사 미러(M21)로부터의 빔(LB1)을 -Xt 방향으로 반사하여 반사 미러(M22)측으로 안내한다.
반사 미러(M22)는 XtYt 평면에 대해서 45° 기울어져 배치되어, 입사된 빔(LB1)을 반사 미러(M22)에서부터 -Zt 방향으로 떨어진 반사 미러(M23)를 향해서 -Zt 방향으로 반사한다. 반사 미러(M22)에서 반사된 빔(LB1)은, Zt축과 평행한 광축을 따라 이미지 시프트 광학부재(SR) 및 필드 어퍼쳐(시야 조리개)(FA)를 통과하여, 반사 미러(M23)에 입사된다. 이미지 시프트 광학부재(SR)는 빔(LB1)의 진행 방향과 직교하는 평면(XtYt 평면) 내에 있어서, 빔(LB1)의 단면 내의 중심 위치를 2차원적으로 조정한다. 이미지 시프트 광학부재(SR)는 Zt축과 평행하게 진행하는 빔(LB1)의 광축을 따라서 배치되는 2매의 석영으로 된 평행 평판(Sr1, Sr2)으로 구성되고, 평행 평판(Sr1)은 Xt축 둘레로 경사 가능하고, 평행 평판(Sr2)은 Yt축 둘레로 경사 가능하다. 이 평행 평판(Sr1, Sr2)이 각각, Xt축, Yt축 둘레에 경사짐으로써, 빔(LB1)의 진행 방향과 직교하는 XtYt 평면에 있어서, 빔(LB1)의 중심 위치를 2차원으로 미소량 시프트시킨다. 이 평행 평판(Sr1, Sr2)은 제어 장치(18)의 제어 하에, 도시하지 않은 액츄에이터(구동부)에 의해서 구동된다.
이미지 시프트 광학부재(SR)를 통과한 빔(LB1)은, 필드 어퍼쳐(FA)의 원형 개구를 투과하여 반사 미러(M23)에 이른다. 필드 어퍼쳐(FA)의 원형 개구는, 빔 익스팬더(BE)에서 확대된 빔(LB1)의 단면 내의 강도 분포의 완만한 부분을 컷하는 조리개이다. 필드 어퍼쳐(FA)의 원형 개구의 구경이 조정 가능한 가변 홍채 조리개로 하면, 스폿광(SP)의 강도(휘도)를 조정할 수 있다.
반사 미러(M23)는 XtYt 평면에 대해서 45° 기울어져 배치되어, 입사된 빔(LB1)을 반사 미러(M23)에서부터 ＋Xt 방향으로 떨어진 반사 미러(M24)를 향해서 ＋Xt 방향으로 반사한다. 반사 미러(M23)에서 반사된 빔(LB1)은, λ/4 파장판(QW) 및 실린드리칼 렌즈(CYa)를 투과하여 반사 미러(M24)에 입사된다. 반사 미러(M24)는 입사된 빔(LB1)을 폴리곤 미러(회전 다면경, 주사용 편향 부재)(PM)를 향해서 반사한다. 폴리곤 미러(PM)는 입사된 빔(LB1)을, Xt축과 평행한 광축(AXf)를 가지는 fθ 렌즈(FT)를 향해서 ＋Xt 방향으로 반사한다. 폴리곤 미러(PM)는 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 기판(FS)의 피조사면 상에서 주사하기 위해서, 입사된 빔(LB1)을 XtYt 평면과 평행한 면 내에서 편향(반사)시킨다. 구체적으로는, 폴리곤 미러(PM)는 Zt축 방향으로 연장되는 회전축(AXp)과, 회전축(AXp)의 둘레에 형성된 복수의 반사면(RP)(본 제4 실시 형태에서는 8개의 반사면(RP))을 가진다. 회전축(AXp)을 중심으로 이 폴리곤 미러(PM)를 소정의 회전 방향으로 회전시킴으로써 반사면(RP)에 조사되는 펄스 모양의 빔(LB1)의 반사각을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 1개의 반사면(RP)에 의해서 빔(LB1)의 반사 방향이 편향되어, 기판(FS)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 주사 방향(기판(FS)의 폭 방향, Yt 방향)을 따라서 주사할 수 있다.
1개의 반사면(RP)에 의해서, 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사할 수 있다. 이 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 1회전으로, 기판(FS)의 피조사면 상에 스폿광(SP)이 주사되는 묘화 라인(SL1)의 수는, 최대로 반사면(RP)의 수와 동일한 8개가 된다. 폴리곤 미러(PM)는 모터 등을 포함하는 폴리곤 구동부(RM)에 의해서 일정한 속도로 회전한다. 폴리곤 구동부(RM)에 의한 폴리곤 미러(PM)의 회전은, 제어 장치(18)에 의해서 제어된다. 상술한 것처럼, 묘화 라인(SL1)의 실효적인 길이(예를 들면 30mm)는 이 폴리곤 미러(PM)에 의해서 스폿광(SP)을 주사할 수 있는 최대 주사 길이(예를 들면 31mm) 이하의 길이로 설정되어 있고, 초기 설정(설계상)에서는, 최대 주사 길이의 중앙에 묘화 라인(SL1)의 중심점(조사 중심축(Le1)가 통과함)이 설정되어 있다.
또한, 일례로서, 묘화 라인(SL1)의 실효적인 길이를 30mm로 하고, 실효적인 사이즈 φ가 3㎛인 스폿광(SP)을 1.5㎛씩 오버랩시키면서 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 기판(FS)의 피조사면 상에 조사하는 경우는, 1회 주사로 조사되는 스폿광(SP)의 수(광원 장치(14')로부터의 빔(LB)의 펄스수)는, 20000(30mm/1.5㎛)이 된다. 또, 묘화 라인(SL1)에 따른 스폿광(SP)의 주사 시간을 200μsec로 하면, 그 동안에, 펄스 모양의 스폿광(SP)을 20000회 조사해야 하므로, 광원 장치(14')의 발광 주파수 Fs는, Fs≥20000회/200μsec=100MHz가 된다.
실린드리칼 렌즈(CYa)는 폴리곤 미러(PM)에 의한 주사 방향(회전 방향)과 직교하는 비주사 방향(Zt 방향)에 관해서, 입사된 빔(LB1)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 상에 슬릿 모양으로 수렴한다. 이 모선이 Yt 방향과 평행하게 되어 있는 실린드리칼 렌즈(CYa)에 의해서, 반사면(RP)이 Zt 방향에 대해서 기울어져 있는 경우(XtYt 평면의 법선에 대한 반사면(RP)의 기울어짐)가 있어도, 그 영향을 억제할 수 있어, 기판(FS)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LB1)의 조사 위치가 Xt 방향으로 어긋하는 것을 억제한다.
Xt축 방향으로 연장되는 광축(AXf)를 가지는 fθ 렌즈(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 반사된 빔(LB1)을, XtYt 평면에 있어서, 광축(AXf)과 평행하게 되도록 반사 미러(M25)에 투사하는 텔레센트릭계의 스캔 렌즈이다. 빔(LB1)의 fθ 렌즈(FT)로의 입사각 θ은, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ/2)에 따라 바뀐다. fθ 렌즈(FT)는 반사 미러(M25) 및 실린드리칼 렌즈(CYb)를 매개로 하여, 그 입사각 θ에 비례한 기판(FS)의 피조사면 상의 상고 위치에 빔(LB1)을 투사한다. 초점 거리를 fo라고 하고, 상고 위치를 y라고 하면, fθ 렌즈(FT)는 y=fo·θ의 관계를 만족하도록 설계되어 있다. 따라서 이 fθ 렌즈(FT)에 의해서, 빔(LB1)(스폿광(SP))을 Yt 방향(Y방향)으로 정확하게 등속으로 주사하는 것이 가능하게 된다. fθ 렌즈(FT)로의 입사각 θ이 0도일 때, fθ 렌즈(FT)에 입사된 빔(LB1)은 광축(AXf) 상을 따라 진행한다.
반사 미러(M25)는 입사된 빔(LB1)을, 실린드리칼 렌즈(CYb)를 매개로 하여 기판(FS)을 향해서 -Zt 방향으로 반사한다. fθ 렌즈(FT) 및 모선이 Yt 방향과 평행하게 되어 있는 실린드리칼 렌즈(CYb)에 의해서, 기판(FS)에 투사되는 빔(LB1)이 기판(FS)의 피조사면 상에서 직경 수㎛ 정도(예를 들면, 3㎛)의 미소한 스폿광(SP)으로 수렴된다. 또, 기판(FS)의 피조사면에 투사되는 스폿광(SP)은, 폴리곤 미러(PM)에 의해서, Yt 방향으로 연장되는 묘화 라인(SL1)에 의해서 1차원 주사된다. 또한, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)과 조사 중심축(Le1)은, 동일한 평면 상에 있고, 그 평면은 XtZt 평면과 평행하다. 따라서 광축(AXf) 상으로 진행한 빔(LB1)은, 반사 미러(M25)에 의해서 -Zt 방향으로 반사되어, 조사 중심축(Le1)과 동일 축으로 되어 기판(FS)에 투사된다. 본 제4 실시 형태에 있어서, 적어도 fθ 렌즈(FT)는 폴리곤 미러(PM)에 의해서 편향된 빔(LB1)을 기판(FS)의 피조사면에 투사하는 투사 광학계로서 기능한다. 또, 적어도 반사 부재(반사 미러(M21~M25)) 및 편광빔 스플리터(BS)는, 반사 미러(M20)로부터 기판(FS)까지의 빔(LB1)의 광로를 꺽어 구부리는 광로 편향 부재로서 기능한다. 이 광로 편향 부재에 의해서, 반사 미러(M20)에 입사되는 빔(LB1)의 입사축과 조사 중심축(Le1)을 거의 동일한 축으로 할 수 있다. XtZt 평면에 관해서, 주사 유닛(U1) 내를 통과하는 빔(LB1)은, 거의 U자 모양 또는 コ자형의 광로를 통과한 후,－Zt 방향으로 진행하여 기판(FS)에 투사된다.
이와 같이, 기판(FS)이 X방향으로 반송되고 있는 상태에서, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서, 빔(LBn)의 스폿광(SP)을 주사 방향(Y방향)으로 일차원으로 주사함으로써, 스폿광(SP)을 기판(FS)의 피조사면에 상대적으로 2차원 주사할 수 있다. 따라서 기판(FS)의 노광 영역(W)에 소정의 패턴을 묘화 노광할 수 있다.
광검출기(DTS)는 입사된 광을 광전 변환하는 광전 변환 소자를 가진다. 회전 드럼(DR)의 표면에는, 미리 정해진 기준 패턴이 형성되어 있다. 이 기준 패턴이 형성된 회전 드럼(DR) 상의 부분은, 빔(LB1)의 파장 대역에 대해서 낮은 반사율(10~50%)의 소재로 구성되고, 기준 패턴이 형성되어 있지 않은 회전 드럼(DR) 상의 다른 부분은, 반사율이 10% 이하인 재료 또는 광을 흡수하는 재료로 구성된다. 그 때문에, 기판(FS)이 감겨져 있지 않은 상태(또는 기판(FS)의 투명부를 통과한 상태)에서, 회전 드럼(DR)의 기준 패턴이 형성된 영역에 주사 유닛(U1)으로부터 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 조사하면, 그 반사광이 실린드리칼 렌즈(CYb), 반사 미러(M25), fθ 렌즈(FT), 폴리곤 미러(PM), 반사 미러(M24), 실린드리칼 렌즈(CYa), λ/4 파장판(QW), 반사 미러(M23), 필드 어퍼쳐(FA), 이미지 시프트 광학부재(SR) 및 반사 미러(M22)를 통과하여 편광빔 스플리터(BS)에 입사된다. 여기서, 편광빔 스플리터(BS)와 기판(FS)의 사이, 구체적으로는, 반사 미러(M23)와 실린드리칼 렌즈(CYa)의 사이에는, λ/4 파장판(QW)이 마련되어 있다. 이것에 의해, 기판(FS)에 조사되는 빔(LB1)은, 이 λ/4 파장판(QW)에 의해서 P편광에서 원(圓)편광으로 변환되고, 기판(FS)으로부터 편광빔 스플리터(BS)에 입사하는 반사광은, 이 λ/4 파장판(QW)에 의해서, 원편광에서 S편광으로 변환된다. 따라서 기판(FS)으로부터의 반사광은 편광빔 스플리터(BS)를 투과하고, 광학 렌즈계(G10)를 통해서 광검출기(DTS)에 입사된다.
이때, 펄스 모양의 빔(LB1)(바람직하게는, 종광(S1)에 유래하는 빔(LB1))이 연속하여 주사 유닛(U1)에 입사되는 상태에서, 회전 드럼(DR)을 회전시켜 주사 유닛(U1)이 스폿광(SP)을 주사함으로써, 회전 드럼(DR)의 외주면에는, 스폿광(SP)이 2차원적으로 조사된다. 따라서 회전 드럼(DR)에 형성된 기준 패턴의 화상을 광검출기(DTS)에 의해서 취득할 수 있다. 구체적으로는, 광검출기(DTS)로부터 출력되는 광전신호의 강도 변화를, 스폿광(SP)의 펄스 발광을 위한 클록 펄스 신호(광원 장치(14') 내에서 만들어짐)에 응답하여, 각 주사 시간마다 디지털 샘플링함으로써 Yt 방향의 1차원의 화상 데이터로서 취득하고, 추가로 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치를 계측하는 인코더(ENn)의 계측치에 응답하여, 부주사 방향의 일정 거리(예를 들면 스폿광(SP)의 사이즈 φ의 1/2)마다 Yt 방향의 1차원의 화상 데이터를 Xt 방향으로 늘어놓음으로써, 회전 드럼(DR)의 표면의 2차원의 화상 정보를 소득한다. 제어 장치(18)는 이 취득한 회전 드럼(DR)의 기준 패턴의 2차원의 화상 정보에 기초하여, 주사 유닛(U1)의 묘화 라인(SL1)의 기울기를 계측한다. 이 묘화 라인(SL1)의 기울기란, 각 주사 유닛(Un(U1~U6)) 간에 있어서의 상대적인 기울기여도 되고, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)에 대한 기울기(절대적인 기울기)여도 된다. 또한, 마찬가지로 하여, 각 묘화 라인(SL2~SL6)의 기울기도 계측할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
주사 유닛(U1)의 폴리곤 미러(PM)의 주변에는, 도 29에 도시하는 것처럼 원점 센서(원점 검출기)(OP1)가 마련되어 있다. 원점 센서(OP1)는 각 반사면(RP)에 의한 스폿광(SP)의 주사 개시를 나타내는 펄스 모양의 원점 신호(SZ)를 출력한다. 원점 센서(OP1)는 폴리곤 미러(PM)의 회전 위치가, 반사면(RP)에 의한 스폿광(SP)의 주사가 개시되기 직전의 소정 위치에 오면, 원점 신호(SZ)를 출력한다. 폴리곤 미러(PM)는 주사 각도 범위 θs에서, 기판(FS)에 투사되는 빔(LB1)을 편향시킬 수 있으므로, 폴리곤 미러(PM)에서 반사된 빔(LB1)의 반사 방향(편향 방향)이 주사 각도 범위 θs 내가 되면, 반사한 빔(LB1)이 fθ 렌즈(FT)에 입사된다. 따라서 원점 센서(OP1)는, 반사면(RP)에서 반사되는 빔(LB1)의 반사 방향이 주사 각도 범위 θs 내에 들어가기 직전의 소정 위치에 폴리곤 미러(PM)의 회전 위치가 오면 원점 신호(SZ)를 출력한다. 또한, 주사 각도 범위 θs와, 도 7에 도시하는 최대 주사 회전 각도 범위 α는, θs=2×α의 관계를 가진다.
폴리곤 미러(PM)는 반사면(RP)을 8개 가지므로, 원점 센서(OP1)는 폴리곤 미러(PM)가 1회전하는 기간에 8회 원점 신호(SZ)를 출력하게 된다. 이 원점 센서(OP1)가 검출한 원점 신호(SZ)는 제어 장치(18)에 보내진다. 원점 센서(OP1)가 원점 신호(SZ)를 출력하고 나서, 스폿광(SP)의 묘화 라인(SL1)을 따른 주사가 개시된다.
원점 센서(OP1)는 이제부터 스폿광(SP)의 주사(빔(LB1)의 편향)를 행하는 반사면(RP)의 이웃의 반사면(RP)(본 제4 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 방향의 1개 앞의 반사면(RP))을 이용하여, 원점 신호(SZ)를 출력한다. 각 반사면(RP)을 구별하기 위해, 편의상, 도 29에 있어서, 현재 빔(LB1)의 편향을 행하고 있는 반사면(RP)을 RPa로 나타내고, 그 외의 반사면(RP)을 반시계 방향 회전(폴리곤 미러(PM)의 회전 방향과는 반대의 방향 회전)으로, RPb~RPh로 나타낸다.
원점 센서(OP1)는 반도체 레이저 등의 비감광성의 파장 대역의 레이저빔(Bga)을 사출하는 광원부(312)와, 광원부(312)로부터의 레이저빔(Bga)을 반사시켜 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPb)에 투사하는 미러(314, 316)를 구비하는 빔 송광계(Opa)를 가진다. 또, 원점 센서(OP1)는 수광부(318)와, 반사면(RPb)에서 반사된 레이저빔(Bga)의 반사광(반사빔(Bgb))을 수광부(318)로 안내하는 미러(320, 322)와, 미러(322)에서 반사된 반사빔(Bgb)을 미소한 스폿광으로 집광하는 렌즈계(324)를 구비하는 빔 수광계(Opb)를 가진다. 수광부(318)는, 렌즈계(324)에 의해서 집광된 반사빔(Bgb)의 스폿광을 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자를 가진다. 여기서, 레이저빔(Bga)이 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP)에 투사되는 위치는, 렌즈계(324)의 동면(瞳面)(초점의 위치)이 되도록 설정되어 있다.
빔 송광계(Opa)와 빔 수광계(Opb)는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 위치가, 반사면(RP)에 의한 스폿광(SP)의 주사가 개시되기 직전의 소정 위치가 되었을 때, 빔 송광계(Opa)가 사출한 레이저빔(Bga)의 반사빔(Bgb)을 빔 수광계(Opb)가 수광할 수 있는 위치에 마련되어 있다. 즉, 빔 송광계(Opa)와 빔 수광계(Opb)는, 반사면(RP)의 각도가 소정의 각도 위치가 되었을 때, 빔 송광계(Opa)가 사출한 레이저빔(Bga)의 반사빔(Bgb)을 수광할 수 있는 위치에 마련되어 있다. 또한, 도 29의 부호 Msf는, 회전축(AXp)과 동일 축에 배치된 폴리곤 구동부(RM)(도 28 참조)의 회전 모터의 샤프트이다
수광부(318) 내의 상기 광전 변환 소자의 수광면의 앞에는, 미소폭의 슬릿 개구를 구비한 차광체가 마련되어 있다(도시 생략). 반사면(RPb)의 각도 위치가, 소정의 각도 범위 내의 사이는, 반사빔(Bgb)이 렌즈계(324)에 입사되고, 반사빔(Bgb)의 스폿광이 수광부(318) 내의 상기 차광체 상을 일정 방향으로 주사한다. 그 주사 중에, 차광체의 슬릿 개구를 투과한 반사빔(Bgb)의 스폿광이 수광부(318)의 상기 광전 변환 소자로 수광되고, 그 수광 신호가 증폭기에서 증폭되어 펄스 모양의 원점 신호(SZ)로서 출력된다.
원점 센서(OP1)는, 상술한 것처럼, 빔(LB1)을 편향하는(스폿광(SP)을 주사하는) 반사면(RPa)으로부터, 회전 방향의 1개 앞의 반사면(RPb)를 이용하여 원점 신호(SZ)를 검출한다. 그 때문에, 서로 이웃하는 반사면(RP)(예를 들면, 반사면(RPa)과 반사면(RPb))끼리가 각각 이루는 각(角) ηj이 설계치(반사면(RP)이 8개인 경우는 135도)에 대해서 오차를 가지고 있으면, 그 오차의 편차에 의해서, 도 30에 도시하는 것처럼, 원점 신호(SZ)의 발생 타이밍이 반사면(RP)마다 달라 버리는 경우가 있다.
도 30에 있어서는, 반사면(RPb)를 이용하여 발생한 원점 신호(SZ)를 SZb라고 한다. 마찬가지로, 반사면(RPc, RPd, RPe, …)을 이용하여 발생한 원점 신호(SZ)를 SZc, SZd, SZe, …라고 한다. 폴리곤 미러(PM)의 서로 이웃하는 반사면(RP)끼리가 이루는 각 ηj이 설계치인 경우는, 각 원점 신호(SZ)(SZb, SZc, SZd, …)의 발생 타이밍의 간격은, 시간 Tpx이 된다. 이 소정의 시간 Tpx는 폴리곤 미러(PM)가 반사면(RP)의 1면분 회전하는데 필요로 하는 시간이다. 그렇지만, 도 30에 있어서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)이 이루는 각 ηj의 오차에 의해서, 반사면(RPc, RPd)을 이용하여 발생한 원점 신호(SZc, SZd)의 타이밍이, 정규의 발생 타이밍에 대해서 어긋나 있다. 또, 원점 신호(SZb, SZc, SZd, SZe, …)가 발생하는 시간 간격 Tp1, Tp2, Tp3, …은, 폴리곤 미러(PM)의 제조 오차에 의해, μ초 오더에서는 일정하지 않다. 도 30에 도시하는 타임 차트에 있어서는, Tp1＜Tpx, Tp2＞Tpx, Tp3＜Tpx로 되어 있다. 또한, 반사면(RP)의 수를 Np, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 Vp라고 하면, Tpx는 Tpx=60/(Np×Vp)［초］로 나타내진다. 예를 들면, Vp가 3만rpm이고, Np가 8이라고 하면, Tpx는 250μ초가 된다.
따라서 폴리곤 미러(PM)의 서로 이웃하는 반사면(RP)끼리가 각각 이루는 각 ηj의 오차에 의해서, 각 반사면(RP(RPa~RPh))에 의해서 묘화되는 스폿광(SP)의 기판(FS)의 피조사면 상의 묘화 라인(SL1)의 묘화 개시점(주사 개시점)의 위치가 주주사 방향으로 흐트러진다. 이것에 의해, 묘화 라인(SL1)의 묘화 종료점의 위치도 주주사 방향으로 흐트러진다. 즉, 각 반사면(RP)에 의해서 묘화되는 스폿광(SP)의 묘화 라인(SL1)의 위치가, 주사 방향(Y방향)을 따라서 시프트되므로, 각 묘화 라인(SLn)의 묘화 개시점 및 묘화 종료점의 위치가 X방향을 따라서 직선적으로 되지 않는다. 이 스폿광(SP)의 묘화 라인(SL1)의 묘화 개시점 및 묘화 종료점의 위치가 주주사 방향으로 흐트러지는 요인은, Tp1, Tp2, Tp3, … =Tpx가 되지 않기 때문이다.
이에, 본 제4 실시 형태에서는, 도 30에 도시하는 타임 차트와 같이, 1개의 펄스 모양의 원점 신호(SZ)가 발생하고 나서 시간 Tpx 후를 묘화 개시점으로 하여, 스폿광(SP)의 묘화를 개시한다. 즉, 제어 장치(18)는 원점 신호(SZ)가 발생하고 나서 시간 Tpx 후에, 빔(LB1)이 주사 유닛(U1)에 입사되도록 빔 전환 부재(20)를 제어함과 아울러, 도 26에 도시한 광원 장치(14')의 구동 회로(206a)에, 이제부터 주사를 행하는 주사 유닛(U1)의 묘화 비트열 데이터(Sdw), 즉, 시리얼 데이터(DL1)를 출력한다. 이것에 의해, 원점 신호(SZ)의 검출에 이용한 반사면(RPb)과 실제로 스폿광(SP)을 주사하는 반사면(RP)을 동일한 반사면으로 할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 제어 장치(18)는 주사 유닛(U1)의 원점 센서(OP1)가 원점 신호(SZb)를 출력하고 나서 시간 Tpx 후에, 빔 전환 부재(20)의 선택용 광학 소자(AOM1)에, 일정시간(온 시간 Ton) 온의 구동 신호를 출력한다. 이 선택용 광학 소자(AOM1)가 온이 되는 일정시간(온 시간 Ton)은, 미리 정해진 시간이며, 폴리곤 미러(PM)의 하나의 반사면(RP)에 의해서 스폿광(SP)이 묘화 라인(SL1)을 따라서 1회 주사되는 기간(주사 기간)을 커버하도록 설정되어 있다. 그리고 제어 장치(18)는, 어느 특정의 열, 예를 들면, 1열째의 시리얼 데이터(DL1)를 광원 장치(14')의 구동 회로(206a)에 출력한다. 이것에 의해, 주사 유닛(U1)이 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 시간 중에는 빔(LB1)이 주사 유닛(U1)에 입사하므로, 주사 유닛(U1)은 어느 특정의 열(예를 들면, 1열째)의 시리얼 데이터(DL1)에 따른 패턴을 묘화할 수 있다. 이와 같이, 주사 유닛(U1)의 원점 센서(OP1)가 원점 신호(SZb)를 출력하고 나서 시간 Tpx 후에 주사 유닛(U1)이 스폿광(SP)의 주사를 행하므로, 원점 신호(SZb)의 검출에 이용한 반사면(RPb)에서, 그 원점 신호(SZb)에 기인한 스폿광(SP)의 주사를 행할 수 있다.
다음에, 제어 장치(18)는 주사 유닛(U1)의 원점 센서(OP1)가 원점 신호(SZd)를 출력하고 나서 시간 Tpx 후에, 빔 전환 부재(20)의 선택용 광학 소자(AOM1)에, 일정시간(온 시간 Ton) 온의 구동 신호를 출력한다. 그리고 제어 장치(18)는 다음의 열, 예를 들면, 2열째의 시리얼 데이터(DL1)를 광원 장치(14')의 구동 회로(206a)에 출력한다. 이것에 의해, 주사 유닛(U1)이 스폿광(SP)의 주사를 행하는데 필요한 시간을 포함하는 시간 중에는 빔(LB1)이 주사 유닛(U1)에 입사하므로, 주사 유닛(U1)은 다음의 열(예를 들면, 2열째)의 시리얼 데이터(DL1)에 따른 패턴을 묘화할 수 있다. 이와 같이, 주사 유닛(U1)의 원점 센서(OP1)가 원점 신호(SZd)를 출력하고 나서, 시간 Tpx 후에 주사 유닛(U1)이 스폿광(SP)의 주사를 행하므로, 원점 신호(SZd)의 검출에 이용한 반사면(RPb)에서, 그 원점 신호(SZd)에 기인한 스폿광(SP)의 주사를 행할 수 있다. 또한, 스폿광(SP)의 주사를, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다 행하는 것이 아니라 1면 건너뛰기로 행하는 경우는, 원점 신호(SZ)를 1개 건너뛰기(1개 거르기)로 사용하여 묘화 처리를 행한다. 그러한 1개 건너뛰기에 의한 묘화 처리의 이유에 대해서는 다음에 자세하게 설명한다.
이와 같이 하여, 주사 유닛(U1)의 원점 센서(OP1)가 원점 신호(SZ)를 출력하고 나서 시간 Tpx 후에, 주사 유닛(U1)이 스폿광(SP)을 주사하도록, 제어 장치(18)는 빔 전환 부재(20)를 제어함과 아울러, 광원 장치(14')의 구동 회로(206a)에 시리얼 데이터(DL1)를 출력한다. 또, 제어 장치(18)는 주사 유닛(U1)에 의한 주사가 개시될 때마다, 출력하는 시리얼 데이터(DL1)의 열을, 1열째, 2열째, 3열째, 4열째, …와 같이 열방향으로 비켜 간다. 또한, 주사 유닛(U1)에 의한 스폿광(SP)의 1회 주사에서부터 다음 주사까지의 동안에, 다른 주사 유닛(Un)(주사 유닛(U2~U6))에 의한 스폿광(SP)의 주사가 순서대로 행해지고 있다. 다른 주사 유닛(Un(U2~U6))에 의한 스폿광(SP)의 주사는, 주사 유닛(U1)의 주사와 마찬가지이다. 또, 원점 센서(OPn(OP1~OP6))는 각 주사 유닛(Un(U1~U6))마다 마련되어 있다.
이상과 같이, 주사 유닛(U1)의 원점 신호(SZb)의 검출에 이용한 반사면(RP)을 이용하여 스폿광(SP)의 주사를 행함으로써, 폴리곤 미러(PM)의 서로 이웃하는 반사면(RP)끼리가 각각 이루는 각 ηj에 오차가 있었을 경우라도, 각 반사면(RP(RPa~RPh))에 의해서 묘화되는 스폿광(SP)의 기판(FS)의 피조사면의 묘화 개시점 및 묘화 종료점의 위치가 주주사 방향으로 흐트러지는 것을 억제할 수 있다.
그러기 위해서는, 폴리곤 미러(PM)가 45도 회전하는 시간 Tpx이,μ초 오더로정확한 것, 즉, 폴리곤 미러(PM)의 속도가 균일하고 정밀하게 등속도로 회전시킬 필요가 있다. 이처럼 정밀하게 등속도로 폴리곤 미러(PM)를 회전시켰을 경우는, 원점 신호(SZ)의 발생에 이용된 반사면(RP)은, 항상, 시간 Tpx 후에는 정확하게 45도만큼 회전하여 빔(LB1)을 fθ 렌즈(FT)를 향해서 반사하는 각도로 되어 있다. 따라서 폴리곤 미러(PM)의 회전 등속성을 높이고, 1회전 중의 속도 불균일도 최대한 저감시키므로, 원점 신호(SZ)의 발생에 이용되는 반사면(RP)의 위치와 빔(LB1)을 편향시켜 스폿광(SP)을 주사하기 위해서 이용되는 반사면(RP)의 위치를 달라지게 할 수 있다. 즉, 원점 신호(SZ)의 발생 타이밍을 시간 Tpx만큼 늦추므로, 결과적으로 스폿광(SP)의 주사를 행하는 반사면(RP)을 이용하여 원점 신호(SZ)를 검출하고 있는 것과 동등의 작용을 가진다. 이것에 의해, 원점 센서(OP1(OPn))의 배치의 자유도가 향상되어, 강성(剛性)이 높고 안정한 구성의 원점 센서를 마련할 수 있다. 또, 원점 센서(OP1(OPn))가 검출 대상으로 하는 반사면(RP)은, 빔(LB1(LBn))을 편향시키는 반사면(RP)의 회전 방향의 1개 앞으로 했지만, 폴리곤 미러(PM)의 회전 방향의 앞이면 되며, 1개 앞으로 한정되지 않는다. 이 경우, 원점 센서(OP)가 검출 대상으로 하는 반사면(RP)을, 빔(LB1(LBn))을 편향시키는 반사면(RP)의 회전 방향의 n(1이상의 정수)만큼 앞으로 하는 경우는, 원점 신호(SZ)가 발생하고 나서 n×시간 Tpx 후로 묘화 개시점을 설정하면 된다.
추가로, 원점 센서(OP1(OPn))에서부터 1개 걸러 발생하는 원점 신호(SZb, SZd, …)의 각각에 대해서, 묘화 개시점을 n×시간 Tpx 후로 설정함으로써, 묘화 라인(SL1)마다 대응한 화소 데이터열의 판독 동작, 데이터 전송(통신) 동작, 혹은 보정 계산 등의 처리 시간에 여유가 생긴다. 그 때문에, 화소 데이터열의 전송 미스, 화소 데이터열의 오류나 부분적인 소실을 확실히 회피할 수 있다.
또한, 이상의 도 29와 같이, 이제부터 스폿광(SP)의 주사(빔(LB1)의 편향)를 행하는 반사면(RP)의 이웃의 반사면(RP)(본 제4 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 방향의 1개 앞의 반사면(RP))을 검출하는 원점 센서(OPn)를 마련하지 않고, 이제부터 스폿광(SP)의 주사(빔(LB1)의 편향)를 행하는 반사면(RP)과 동일한 반사면(RP)을 검출하는 원점 센서를 마련해도 좋다. 그 경우는, 도 30에서 설명한 것처럼, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RPa~RPh)마다 발생하는 원점 신호(펄스 모양)(SZ)의 시간 간격이 흐트러지므로, 각 반사면(RPa~RPh)마다, 그 편차분에 따른 시간적인 오프셋을 가미할 필요가 있다.
여기서, 도 7에서도 설명한 것처럼, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 수 Np가 8개이고, 최대 주사 회전 각도 범위 α를 15도로 했을 경우는, 주사 효율(α/β)은 1/3이 된다. 예를 들면, 주사 유닛(U1)이 스폿광(SP)을 주사하고 나서 다음 주사를 행할 때까지의 동안에, 주사 유닛(U1) 이외의 2개의 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 배분하여, 스폿광(SP)의 주사를 행할 수 있다. 즉, 주사 유닛(U1)의 폴리곤 미러(PM)가 1면분 회전하는 동안에, 주사 유닛(U1)을 포함하는 3개의 주사 유닛(Un)의 각각에, 대응하는 빔(LBn)을 배분하여, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 것이 가능하다.
그렇지만, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율은 1/3이므로, 각 주사 유닛(Un)이 최대 주사 회전 각도 범위 α(15도)로 스폿광(SP)을 주사하는 경우에 있어서는, 주사 유닛(U1)의 폴리곤 미러(PM)가 반사면(RP)의 1면분(β=45도) 회전하는 동안에, 빔(LBn)을 주사 유닛(U1) 이외의 3개 이상의 주사 유닛(Un(U2~U6))에 배분할 수 없다. 즉, 주사 유닛(U1)의 스폿광(SP)의 주사의 개시에서부터 다음의 스폿광(SP)의 주사의 개시까지의 기간에, 빔(LBn)을 주사 유닛(U1) 이외의 3개 이상의 주사 유닛(Un(U2~U6))에 배분할 수 없다. 이에, 주사 유닛(U1)의 스폿광(SP)에 의한 주사의 개시에서부터 다음 주사의 개시까지의 기간에, 다른 5개의 주사 유닛(Un(U2~U6))의 각각에 빔(LBn)을 배분하고, 스폿광(SP)에 의한 주사를 행하게 하려면, 이하의 방법을 생각할 수 있다.
최대 주사 회전 각도 범위 α가 15도인 경우라도, 실제로 스폿광(SP)의 주사가 가능한 폴리곤 미러(PM)의 주사 회전 각도 범위 α'를, 최대 주사 회전 각도 범위 α(α=15도)보다 작게 설정한다. 구체적으로는, 주사 유닛(Un(U1~U6))의 각각의 폴리곤 미러(PM)가 반사면(RP)의 1면분(β=45도) 회전하는 동안에, 빔(LBn)을 배분하고 싶은 주사 유닛(Un)의 수는 6개이므로, 주사 회전 각도 범위 α'를, α'=45/6=7.5도로 한다. 즉, 도 28 중의 fθ 렌즈(FT)에 입사되는 빔(LBn)의 광축(AXf)을 중심으로 한 편차각을 ±7.5도로 제한한다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)가 45도 회전하는 동안(반사면(RP)의 1면분 회전하는 동안)에, 빔(LBn)을 6개의 주사 유닛(Un(U1~U6)) 중 어느 1개에 순서대로 배분하여 입사시킬 수 있어, 주사 유닛(Un(U1~U6))은 스폿광(SP)에 의한 주사를 순서대로 행할 수 있다. 그러나 이 경우라면 실제로 스폿광(SP)의 주사가 가능한 주사 회전 각도 범위 α'가 너무 작아져 버려서, 스폿광(SP)이 주사되는 최대 주사 범위 길이, 즉, 묘화 라인(SLn)의 최대 주사 길이가 너무 짧아진다고 하는 문제가 있다. 그러한 문제를 회피하려면, 스폿광(SP)이 주사되는 최대 주사 길이를 바꾸지 않도록, 초점 거리가 긴 fθ 렌즈(FT)를 준비하고, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에서부터 fθ 렌즈(FT)까지의 거리(작동 거리)를 길게 설정하게 된다. 그 경우, fθ 렌즈(FT)의 대형화, 주사 유닛(Un(U1~U6))의 Xt 방향의 치수의 대형화를 초래함과 아울러, 작동 거리가 긴 것에 의해 빔 주사의 안정성이 저하되는 염려도 있다.
한편으로, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 수를 줄이고, 폴리곤 미러(PM)가 반사면(RP)의 1면분 회전하는 회전 각도 β를 크게 하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우는 묘화 라인(SLn)이 짧아지거나, 주사 유닛(Un(U1~U6))을 대형화하거나 하는 것을 억제하면서, 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)가 반사면(RP)의 1면분(회전 각도 β) 회전하는 동안에, 빔(LBn)을 배분하여 6개의 주사 유닛(Un(U1~U6))이 순서대로 스폿광(SP)을 주사할 수 있다. 예를 들면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 수를 4개로 했을 경우, 즉, 폴리곤 미러(PM)의 형상을 정사각형으로 했을 경우는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)이 1면분 회전하는 회전 각도 β는 90도가 된다. 따라서 주사 유닛(U1)의 폴리곤 미러(PM)가 반사면(RP)의 1면분 회전하는 동안에, 빔(LBn)을 배분하여 6개의 주사 유닛(Un(U1~U6))으로 스폿광(SP)의 주사를 행하는 경우는, 실제로 스폿광(SP)의 주사가 가능한 폴리곤 미러(PM)의 주사 회전 각도 범위 α'가, α'=90/6=15도가 되어, 상기한 최대 주사 회전 각도 범위 α와 같아진다.
그렇지만, 삼각형, 정사각형과 같은 반사면수 Np가 적은 다각형의 폴리곤 미러(PM)를 고속 회전시키면 공기 저항(풍손(風損))이 너무 커져서, 회전 속도, 회전수가 저하(률칙(律則))한다. 예를 들면, 폴리곤 미러(PM)를 수만rpm(rotation per minute)으로 고속 회전시키고 싶은 경우라도, 공기 저항에 의해서 회전 속도가 2~3할 정도 감소하여, 원하는 고속 회전 속도, 고회전수를 얻을 수 없다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 외형의 크기를 크게 하는 방법도 생각할 수 있지만, 폴리곤 미러(PM)의 중량이 너무 커져서, 원하는 고속 회전 속도, 고회전수를 얻을 수 없다. 또한, 폴리곤 미러(PM)의 반사면수 Np를 줄여도 회전시의 풍손을 저감시키는 수법으로서, 폴리곤 미러(PM)의 전체를 진공 환경 내에 설치하거나, 공기보다도 분자량이 작은 기체(헬륨 등)의 환경 내에 설치하는 것도 생각할 수 있다. 그 경우, 폴리곤 미러(PM)의 주위에, 그러한 환경을 만들기 위한 기밀(氣密) 구조체를 마련하는 것으로 되어, 그만큼 주사 유닛(Un(U1~U6))을 대형화하는 것으로 이어진다.
이에, 본 제4 실시 형태에 있어서는, 반사면수 Np가 비교적 많은 다각형, 즉, 원형에 보다 가까운 8각형의 폴리곤 미러(PM)를 이용하면서, 실제로 스폿광(SP)의 주사가 가능한 폴리곤 미러(PM)의 주사 회전 각도 범위 α'를 최대 주사 회전 각도 범위 α(α=15도)로 하고, 스폿광(SP)의 주사(빔(LBn)의 편향)를 행하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)을 1개 걸러 설정한다. 즉, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의한 스폿광(SP)의 주사가, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 1면 거르기(1면 건너뛰기)마다 반복된다. 따라서 주사 유닛(U1)이 스폿광(SP)을 주사하고 나서 다음 주사를 행할 때까지의 동안에, 주사 유닛(U1) 이외의 5개의 주사 유닛(U2~U6)의 각각에 순서대로 빔(LB2~LB6)을 배분하여, 스폿광(SP)의 주사를 행할 수 있다. 즉, 6개의 주사 유닛(Un(U1~U6)) 중 주목하는 1개의 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)가 2면분 회전하는 동안에, 6개의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 각각에 빔(LB1~LB6)을 배분함으로써, 6개의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 모두가 스폿광(SP)의 주사를 행하는 것이 가능해진다. 이 경우, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))이 스폿광(SP)의 주사를 개시하고 나서 다음의 스폿광(SP)의 주사를 개시하기까지, 폴리곤 미러(PM)는 2면분(90도) 회전하게 된다. 이러한 묘화 동작을 행하기 위해서, 6개의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 각각의 폴리곤 미러(PM)는 회전 속도가 동일하게 되도록 동기 제어됨과 아울러, 각 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 각도 위치가 서로 소정의 위상 관계가 되도록 동기 제어된다.
또한, 스폿광(SP)의 주사(빔(LBn)의 편향)를 행하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)을 1면 걸러서 하기 때문에, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)가 1회전하는 동안에, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 각각에 따른 스폿광(SP)의 주사 횟수는 4회가 된다. 그 때문에, 스폿광(SP)의 주사(빔(LBn)의 편향)가, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다 반복되는 경우, 즉, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP)에서 행해지는 경우에 비해, 묘화 라인(SLn)의 수가 절반이 되므로, 기판(FS)의 반송 속도도 절반으로 감속하는 것이 바람직하다. 기판(FS)의 반송 속도를 절반으로 하고 싶지 않은 경우는, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 및 발진 주파수 Fs를 2배로 높이게 된다. 예를 들면, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다 스폿광(SP)의 주사(빔(LBn)의 편향)를 반복할 때의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도가 2만rpm이고, 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)의 발진 주파수 Fs가 200MHz였을 경우, 폴리곤 미러(PM)의 1면 거른 반사면(RP)마다 스폿광(SP)의 주사(빔(LBn)의 편향)를 반복하는 경우는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도는 4만rpm으로, 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)의 발진 주파수 Fs는 400MHz로 설정된다.
여기서, 제어 장치(18)는 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6)) 중, 어느 주사 유닛(Un)이 스폿광(SP)의 주사를 행할지를 원점 신호(SZ)에 기초하여 관리하고 있다. 그렇지만, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 원점 센서(OPn)는 각 반사면(RP)이 소정의 각도 위치가 되면 원점 신호(SZ)를 발생하므로, 이 원점 신호(SZ)를 그대로 이용해 버리면, 제어 장치(18)는 각 주사 유닛(Un(U1~U6))이 연속된 반사면(RP)마다 스폿광(SP)을 주사한다고 판단해 버린다. 따라서 1개의 주사 유닛(Un)이 스폿광(SP)의 주사를 행하고 나서 다음 주사를 행하기까지, 빔(LBn)을 그 이외의 5개의 주사 유닛(Un)에 배분할 수 없다. 그 때문에, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)을 1개 걸러 설정하기 위해서는, 원점 신호(SZ)를 솎아낸 부원점 신호(부원점 펄스 신호)(ZP)를 생성할 필요가 있다. 또, 상술한 것처럼, 스폿광(SP)의 주사(편향)를 행하는 반사면(RP)의 회전 방향의 1개 앞의 반사면(RP)을 이용하여, 원점 신호(SZ)의 검출을 행하기 때문에, 원점 신호(SZ)의 발생 타이밍을 시간 Tpx만큼 지연시킨 부원점 신호(ZP)를 생성할 필요가 있다. 이하, 이 부원점 신호(ZP)를 생성하는 부원점 생성 회로(CA)의 구성에 대해 설명한다.
도 31은 원점 신호(SZ)를 솎아내어 그 발생 타이밍을 시간 Tpx만큼 지연시킨 부원점 신호(ZP)를 생성하기 위한 부원점 생성 회로(CA)의 구성도, 도 32는 도 31의 부원점 생성 회로(CA)에 의해서 생성되는 부원점 신호(ZP)의 타임 차트를 나타내는 도면이다. 이 부원점 생성 회로(CA)는 분주기(330)와 지연 회로(332)를 가진다. 분주기(330)는 원점 신호(SZ)의 발생 타이밍의 주파수를 1/2로 분주하여 원점 신호(SZ')로서 지연 회로(332)에 출력한다. 지연 회로(332)는 보내져 온 원점 신호(SZ')를 시간 Tpx만큼 지연시켜, 부원점 신호(ZP)로서 출력한다. 이 부원점 생성 회로(CA)는 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 원점 센서(OPn)에 대응하여 복수 개로 마련되어 있다.
또한, 주사 유닛(Un)의 원점 센서(OPn)에 대응하는 부원점 생성 회로(CA)를 CAn로 나타내는 경우가 있다. 즉, 주사 유닛(U1)의 원점 센서(OP1)에 대응하는 부원점 생성 회로(CA)를 CA1로 나타내고, 주사 유닛(U2~U6)의 원점 센서(OP2~OP6)에 대응하는 부원점 생성 회로(CA)를 CA2~CA6로 나타내는 경우가 있다. 또, 주사 유닛(Un)의 원점 센서(OPn)로부터 출력되는 원점 신호(SZ)를 SZn으로 나타내는 경우가 있다. 즉, 주사 유닛(U1)의 원점 센서(OP1)로부터 출력되는 원점 신호(SZ)를 SZ1로 나타내고, 주사 유닛(U2~U6)의 원점 센서(OP2~OP6)로부터 출력되는 원점 신호(SZ)를 SZ2~SZ6로 나타내는 경우가 있다. 그리고 원점 신호(SZn)에 기초하여 생성된 원점 신호(SZ'), 부원점 신호(ZP)를 SZn', ZPn으로 나타내는 경우가 있다. 즉, 원점 신호(SZ1)에 기초하여 생성된 원점 신호(SZ'), 부원점 신호(ZP)를 SZ1', ZP1로 나타내고, 마찬가지로 원점 신호(SZ2~SZ6)에 기초하여 생성된 원점 신호(SZ'), 부원점 신호(ZP)를 SZ2'~SZ6', ZP2~ZP6로 나타내는 경우가 있다.
도 33은 노광 장치(EX)의 전기적인 구성을 나타내는 블록도, 도 34는 원점 신호(SZ1~SZ6), 부원점 신호(ZP1~ZP6) 및 시리얼 데이터(DL1~DL6)가 출력되는 타이밍을 나타내는 타임 차트이다. 노광 장치(EX)의 제어 장치(18)는, 회전 제어부(350), 빔 전환 제어부(352), 묘화 데이터 출력 제어부(354) 및 노광 제어부(356)를 구비한다. 또, 노광 장치(EX)는 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 모터 등을 포함하는 폴리곤 구동부(RM)를 구동시키는 모터 구동 회로(Drm1~Drm6)를 구비한다.
회전 제어부(350)는 모터 구동 회로(Drm1~Drm6)를 제어함으로써, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어한다. 회전 제어부(350)는 모터 구동 회로(Drm1~Drm6)를 제어함으로써, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치가 서로 소정의 위상 관계가 되도록, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)를 동기하여 회전시킨다. 상세하게는, 회전 제어부(350)는 복수의 주사 유닛(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(회전수)가 서로 동일하고, 또한 일정한 각도분씩 회전 각도 위치의 위상이 어긋나도록, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어한다. 또한, 도 33 중의 참조 부호 PD1~PD6는, 회전 제어부(350)로부터 모터 구동 회로(Drm1~Drm6)에 출력되는 제어 신호를 나타내고 있다.
본 제4 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 Vp를 3.9만rpm(650rps)으로 한다. 또, 반사면수 Np를 8, 주사 효율(α/β)을 1/3, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 반사면(RP)을 1면 걸러서 설정하고 있으므로, 6개의 폴리곤 미러(PM)간의 회전 각도 위치의 위상차를, 최대 주사 회전 각도 범위 α, 즉, 15도로 한다. 스폿광(SP)의 주사는, U1→U2→ … →U6의 순서대로 행해지는 것으로 한다. 따라서 이 순서대로 6개의 주사 유닛(U1~U6)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치의 위상이 15도씩 어긋난 상태로 등속 회전하도록 회전 제어부(350)에 의해서 동기 제어된다. 이것에 의해, 주사 유닛(U1)과 주사 유닛(U4)의 회전 각도 위치의 위상의 어긋남은, 정확히 1면분의 회전 각도에 대응한 45도가 된다. 그 때문에, 주사 유닛(U1)과 주사 유닛(U4)의 회전 각도 위치의 위상, 즉 원점 신호(SZ1, SZ4)의 발생 타이밍은 일치하고 있어도 좋다. 마찬가지로, 주사 유닛(U2)과 주사 유닛(U5)의 회전 각도 위치 및 주사 유닛(U3)과 주사 유닛(U6)의 회전 각도 위치의 위상의 어긋남은 모두 45도가 되므로, 주사 유닛(U2)과 주사 유닛(U5)의 각각으로부터의 원점 신호(SZ2, SZ5)의 발생 타이밍 및 주사 유닛(U3)과 주사 유닛(U6)의 각각으로부터의 원점 신호(SZ3, SZ6)의 발생 타이밍은 시간축 상에서 일치하고 있어도 된다.
구체적으로는, 회전 제어부(350)는 주사 유닛(U1)과 주사 유닛(U4)의 폴리곤 미러(PM)의 회전, 주사 유닛(U2)과 주사 유닛(U5)의 폴리곤 미러(PM)의 회전, 및 주사 유닛(U3)과 주사 유닛(U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전의 각각이 제1 제어 상태가 되도록, 각 주사 유닛(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 각 모터 구동 회로(Drm1~Drm6)를 매개로 하여 제어한다. 이 제1 제어 상태란, 폴리곤 미러(PM)가 1회전할 때마다 출력되는 주회 펄스 신호의 위상차가 0(영)으로 되어 있는 상태이다. 즉, 주사 유닛(U1)과 주사 유닛(U4)의 폴리곤 미러(PM)가 1회전할 때마다 출력되는 주회 펄스 신호의 위상차가 0(영)이 되도록, 주사 유닛(U1)과 주사 유닛(U4)의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어한다. 마찬가지로, 주사 유닛(U2)과 주사 유닛(U5) 및 주사 유닛(U3)과 주사 유닛(U6)의 폴리곤 미러(PM)가 1회전할 때마다 출력되는 주회 펄스 신호의 위상차가 0(영)이 되도록, 주사 유닛(U2)과 주사 유닛(U5), 및 주사 유닛(U3)과 주사 유닛(U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어한다.
이 주회 펄스 신호는, 도시하지 않은 분주기에 의해서 주사 유닛(Un)의 원점 신호(SZn)가 8회 출력될 때마다 1회 출력되는 신호여도 된다. 또, 주회 펄스 신호는, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 구동부(RM)에 마련된 인코더(도시 생략)로부터 출력되는 신호여도 된다. 주회 펄스 신호를 검출하는 센서를 폴리곤 미러(PM)의 근방에 마련해도 된다. 도 34에 도시하는 예에서는, 주사 유닛(Un)의 원점 신호(SZn)가 8회 출력될 때마다 1회, 주회 펄스 신호가 발생되는 것으로 하고, 그 주회 펄스 신호의 발생에 대응한 원점 신호(SZn)의 일부를 점선으로 나타내고 있다. 또한, 각 원점 신호(SZ1)와 각 원점 신호(SZ4)는, 서로 이웃하는 반사면(RP)(예를 들면, 반사면(RPa)과 반사면(RPb))끼리가 각각 이루는 각 ηj의 오차(도 29 참조)를 고려하지 않으면, 시간축 상에서는 모두 위상이 일치하고 있다. 마찬가지로, 각 원점 신호(SZ2)와 각 원점 신호(SZ5), 및 각 원점 신호(SZ3)와 각 원점 신호(SZ6)는, 서로 이웃하는 반사면(RP)끼리가 각각 이루는 각 ηj의 오차(도 29 참조)를 고려하지 않으면, 시간축 상에서는 모두 위상이 일치하고 있다. 또한, 도 34에 있어서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해서, 서로 이웃하는 반사면(RP)끼리가 각각 이루는 각 ηj의 오차는 없는 것으로 하여 설명한다.
그리고 회전 제어부(350)는, 제1 제어 상태를 유지한 채로, 주사 유닛(U1, U4)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치에 대해서, 주사 유닛(U2, U5)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치의 위상이 15도 어긋나도록, 주사 유닛(U2, U5)의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어한다. 마찬가지로, 회전 제어부(350)는 제1 제어 상태를 유지한 채로, 주사 유닛(U1, U4)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치에 대해서 주사 유닛(U3, U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치의 위상이 30도 어긋나도록, 주사 유닛(U3, U6)의 회전을 제어한다. 이 폴리곤 미러(PM)가 15도 회전하는 시간(빔(LBn)의 최대 주사 시간)을 Ts로 한다.
구체적으로는, 회전 제어부(350)는 주사 유닛(U1, U4)에 의해 얻어진 주회 펄스 신호에 대해서, 주사 유닛(U2, U5)에 의해 얻어지는 주회 펄스 신호가 시간 Ts만큼 늦게 발생하도록, 주사 유닛(U2, U5)의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어한다(도 34 참조). 마찬가지로, 회전 제어부(350)는 주사 유닛(U1, U4)에 의해 얻어진 주회 펄스 신호에 대해서, 주사 유닛(U3, U6)에 의해 얻어지는 주회 펄스 신호가 시간 2×Ts만큼 늦게 발생하도록, 주사 유닛(U3, U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어한다(도 34 참조). 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 Vp를 3.9만rpm(650rps)이라고 하면, 시간 Ts는 Ts=〔1/(Vp×Np)〕×(α/β)=1/(650×8×3)초〔약 64.1μ초〕이다. 이와 같이 하여, 각 주사 유닛(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어함으로써, U1→U2→ … →U6의 순서대로, 각 주사 유닛(U1~U6)이 스폿광(SP)의 주사를 시분할하여 행하는 것이 가능하게 된다.
빔 전환 제어부(352)는 빔 전환 부재(20)의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))를 제어하여, 1개의 주사 유닛(Un)이 주사를 개시하고 나서 다음 주사를 개시하기까지, 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)을 6개의 주사 유닛(Un(U1~U6))에 배분한다. 그 때문에, 빔 전환 제어부(352)는 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 빔(LBn)의 주사(편향)가, 폴리곤 미러(PM)의 1개 거른 반사면(RP)마다 반복되도록, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)에 의해서 빔(LB)으로부터 생성되는 빔(LB1~LB6) 중 어느 1개를 시분할로 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 입사시킨다.
구체적으로 설명하면, 빔 전환 제어부(352)는 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))에 기초하여 부원점 신호(ZPn(ZP1~ZP6))를 생성하는 도 31에 도시한 것 같은 부원점 생성 회로(CAn(CA1~CA6))를 구비한다. 이 부원점 생성 회로(CAn(CA1~CA6))에 의해서 부원점 신호(ZPn(ZP1~ZP6))가 발생하면, 부원점 신호(ZPn(ZP1~ZP6))의 발생에 유래하는 주사 유닛(Un(U1~U6))에 대응하는 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))를, 일정시간(온 시간 Ton) 온으로 한다. 예를 들면, 부원점 신호(ZP1)가 발생하면, 부원점 신호(ZP1)의 발생에 유래하는 주사 유닛(U1)에 대응하는 선택용 광학 소자(AOM1)를 일정시간(온 시간 Ton) 온으로 한다. 이 부원점 신호(ZPn)는 원점 센서(OPn)로부터 출력되는 원점 신호(SZn)에 기초하여 생성된 것이고, 원점 신호(SZn)의 주파수를 1/2로 분주한, 즉, 원점 신호(SZn)를 절반으로 솎아내고, 또한 시간 Tpx만큼 지연시킨 것이다. 이 일정시간(온 시간 Ton)은 부원점 신호(ZPn)가 발생한 시점에서부터 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(Un)으로부터의 부원점 신호(ZPn)가 발생하는 시점까지의 기간, 즉, 폴리곤 미러(PM)가 15도만큼 회전하는데 필요로 하는 시간 Ts에 대응하고 있다. 선택용 광학 소자(AOMn)의 온 시간 Ton이 시간 Ts보다 길게 설정되면, 선택용 광학 소자(AOMn) 중 2개가 동시에 온 상태가 되는 기간이 생겨, 스폿광(SP)에 의한 묘화 동작을 시켜야 할 주사 유닛(Un)에, 빔(LB1~LB6)을 올바르게 도입할 수 없게 된다. 따라서 온 시간 Ton은 Ton≤Ts로 설정된다.
이때, 각 원점 신호(SZ1)와 각 원점 신호(SZ4)는, 서로 이웃하는 반사면(RP)(예를 들면, 반사면(RPa)과 반사면(RPb))끼리가 각각 이루는 각 ηj의 오차를 고려하지 않으면, 시간축 상에서는 모두 동기하고 있고, 부원점 신호(ZP1)와 부원점 신호(ZP4)의 위상이 약 반주기 어긋나도록 설정된다(도 34 참조). 이 부원점 신호(ZP1)와 부원점 신호(ZP4)의 위상의 약 반주기의 어긋남은, 부원점 생성 회로(CAn(CA1~CA6))의 분주기(330)에 의해서 행해진다. 즉, 분주기(330)는 원점 신호(SZ1)를 솎아내는 타이밍과 원점 신호(SZ4)를 솎아내는 타이밍을 거의 반주기 늦춘다.
부원점 신호(ZP2)와 부원점 신호(ZP5)의 관계도 마찬가지로, 분주기(330)에 의해서, 부원점 신호(ZP2)와 부원점 신호(ZP5)의 위상이 약 반주기 어긋나도록 설정된다(도 34 참조). 또, 부원점 신호(ZP3)와 부원점 신호(ZP6)의 관계도 마찬가지로, 분주기(330)에 의해서, 부원점 신호(ZP3)와 부원점 신호(ZP6)의 위상이 약 반주기 어긋나도록 설정된다(도 34 참조).
따라서 도 34에 도시하는 것처럼, 주사 유닛(U1~U6)마다 생성되는 부원점 신호(ZP1~ZP6)의 발생 타이밍은, 시간 Ts씩 어긋난 것이 된다. 본 제4 실시 형태에 있어서는, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)의 순서는, U1→U2→ … →U6로 되어 있으므로, 부원점 신호(ZPn)도, 부원점 신호(ZP1)가 발생하고 나서 시간 Ts 후에 부원점 신호(ZP2)가 발생한다고 하는 상태에서, ZP1→ZP2→ … →ZP6의 순서대로 시간 Ts간격으로 발생한다. 따라서 빔 전환 제어부(352)는 발생한 부원점 신호(ZPn(ZP1~ZP6))에 따라서, 빔 전환 부재(20)의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))를 제어함으로써, U1→U2→ … →U6의 순서대로 주사 유닛(Un)의 각각에, 대응하는 빔(LB1~LB6)을 입사시킬 수 있다. 즉, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)에 의한 빔(LBn)의 주사(편향)가, 폴리곤 미러(PM)의 1면 거른 반사면(RP)마다 반복되도록 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 입사되는 빔(LBn)을 시분할로 전환할 수 있다.
묘화 데이터 출력 제어부(354)는 주사 유닛(Un)에 의해서 스폿광(SP)이 주사되는 1묘화 라인(SLn)의 패턴에 대응하는 1열분의 시리얼 데이터(DLn)를 묘화 비트열 데이터(Sdw)로서 광원 장치(14')의 구동 회로(206a)에 출력한다. 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)의 순서는, U1→U2→ … →U6로 되어 있으므로, 묘화 데이터 출력 제어부(354)는, 1열분의 시리얼 데이터(DLn)가 DL1→DL2→ … →DL6의 순서대로 반복되는 묘화 비트열 데이터(Sdw)를 출력한다.
도 35를 이용하여, 묘화 데이터 출력 제어부(354)의 구성에 대해 상세하게 설명한다. 묘화 데이터 출력 제어부(354)는 주사 유닛(U1~U6)의 각각에 대응한 6개의 생성 회로(360, 362, 364, 366, 368, 370)와, OR 회로(GT8)를 가진다. 생성 회로(360~370)는 마찬가지의 구성을 가지고 있고, 구체적으로는, 생성 회로(360)는 메모리부(BM1), 카운터부(CN1) 및 게이트부(GT1)를 구비하고, 생성 회로(362)는 메모리부(BM2), 카운터부(CN2) 및 게이트부(GT2)를 구비한다. 생성 회로(364)는 메모리부(BM3), 카운터부(CN3) 및 게이트부(GT3)를 구비하고, 생성 회로(366)는 메모리부(BM4), 카운터부(CN4) 및 게이트부(GT4)를 구비한다. 생성 회로(368)는 메모리부(BM5), 카운터부(CN5) 및 게이트부(GT5)를 구비하고, 생성 회로(370)는 메모리부(BM6), 카운터부(CN6) 및 게이트부(GT6)를 구비한다. 이 생성 회로(360~370)의 구성은, 도 16에 도시한 생성 회로(301, 303, 305)와 동일한 구성이어도 된다.
메모리부(BM1~BM6)는 각 주사 유닛(Un(U1~U6))이 묘화 노광해야 할 패턴에 따른 패턴 데이터(비트 맵)를 기억하는 메모리이다. 카운터부(CN1~CN6)는 각 메모리부(BM1~BM6)에 기억된 패턴 데이터 중, 다음에 묘화해야 할 1묘화 라인(SLn)분의 시리얼 데이터(DL1~DL6)를, 1화소씩 클록 신호(CLK)에 동기하여 출력하기 위한 카운터이다. 이 카운터부(CN1~CN6)는, 도 34에 도시하는 것처럼, 빔 전환 제어부(352)의 부원점 생성 회로(CA1~CA6)로부터 부원점 신호(ZP1~ZP6)가 출력되고 나서, 1개의 시리얼 데이터(DL1~DL6)를 출력시킨다.
각 메모리부(BM1~BM6)에 기억된 패턴 데이터는, 도시하지 않은 어드레스 카운터 등에 의해서, 출력되는 시리얼 데이터(DL1~DL6)가 열방향으로 시프트된다. 즉, 도시하지 않은 어드레스 카운터에 의해서 판독하는 열이, 1열째, 2열째, 3열째, …와 같이 시프트된다. 그 시프트는, 예를 들면, 주사 유닛(U1)에 대응하는 메모리부(BM1)이면 시리얼 데이터(DL1)를 모두 출력한 후에, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U2)에 대응한 부원점 신호(ZP2)가 발생한 타이밍에 행해진다. 마찬가지로, 메모리부(BM2)에 기억된 패턴 데이터의 시리얼 데이터(DL2)의 시프트는, 시리얼 데이터(DL2)가 모두 출력된 후에, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U3)에 대응한 부원점 신호(ZP3)가 발생한 타이밍에 행해진다. 마찬가지로, 메모리부(BM3~BM6)에 기억된 패턴 데이터의 시리얼 데이터(DL3~DL6)의 시프트는, 시리얼 데이터(DL3~DL6)를 모두 출력한 후에, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U4~U6, U1)에 대응한 부원점 신호(ZP4~ZP6, ZP1)가 발생한 타이밍에 행해진다. 또한, 스폿광(SP)의 주사는, U1→U2→U3→ … →U6과 같은 순서대로 행해진다.
이와 같이 하여, 순차 출력되는 시리얼 데이터(DL1~DL6)는, 부원점 신호(ZP1~ZP6)가 인가되고 나서 일정시간(온 시간 Ton) 중에 열리는 게이트부(GT1~GT6)를 매개로 하여 6 입력의 OR 회로(GT8)에 인가된다. OR 회로(GT8)는 시리얼 데이터 DL1→DL2→DL3→DL4→DL5→DL6→DL1 …의 순으로 반복하여 합성된 시리얼 데이터(DLn)를 묘화 비트열 데이터(Sdw)로서 광원 장치(14')의 구동 회로(206a)에 출력한다. 이와 같이 하여, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 스폿광(SP)의 주사를 행함과 동시에, 패턴 데이터에 따른 패턴을 묘화 노광할 수 있다.
본 제4 실시 형태에서는, 주사 유닛(Un(U1~U6))마다 패턴 데이터를 준비하고, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 패턴 데이터 중에서, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)의 순서에 따라서 시리얼 데이터(DL1~DL6)를 출력하도록 했다. 그렇지만, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)의 순서는 미리 정해져 있으므로, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 패턴 데이터의 각 시리얼 데이터(DL1~DL6)를 조합한 1개의 패턴 데이터를 준비해도 된다. 즉, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 패턴 데이터의 각 열의 시리얼 데이터(DLn(DL1~DL6))를, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)의 순서에 따라서 배열시킨 1개의 패턴 데이터를 구축하도록 해도 된다. 이 경우는, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 원점 센서(OPn)에 기초하는 부원점 신호(ZPn(ZP1~ZP6))에 따라서, 1개의 패턴 데이터의 시리얼 데이터(DLn)를 1열째에서부터 순서대로 출력하면 된다.
그런데, 도 33에 도시한 노광 제어부(356)는 회전 제어부(350), 빔 전환 제어부(352) 및 묘화 데이터 출력 제어부(354) 등을 제어하는 것이다. 노광 제어부(356)는 얼라이먼트 현미경(AMm(AM1~AM4))이 촬상한 촬상 신호(ig(ig1~ig4))를 해석하여, 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))의 기판(FS) 상의 위치를 검출한다. 그리고 노광 제어부(356)는 검출한 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치에 기초하여, 기판(FS) 상에 있어서의 노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치를 검출(결정)한다. 노광 제어부(356)는 카운터 회로(356a)를 구비하고, 카운터 회로(356a)는, 도 24에 도시한 인코더(EN1a~EN3a, EN1b~EN3b)에 의해서 검출된 검출 신호를 카운트한다. 노광 제어부(356)는 묘화 노광의 개시 위치가 검출되었을 때의 인코더(EN1a, EN1b)에 기초하는 카운트값(마크 검출 위치)과, 인코더(EN2a, EN2b)에 기초하는 카운트값(홀수번째의 묘화 라인(SLn)의 위치)에 기초하여, 기판(FS)의 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 상에 위치하는지 여부를 판단한다. 노광 제어부(356)는 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 상에 위치한다고 판단하면, 묘화 데이터 출력 제어부(354)를 제어하여, 주사 유닛(U1, U3, U5)에 스폿광(SP)의 주사를 개시시킨다. 또한, 회전 제어부(350) 및 빔 전환 제어부(352)는, 노광 제어부(356)의 제어 하에, 주회 펄스 신호 및 부원점 신호(ZPn(ZP1~ZP6))에 기초하여, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전 및 빔 전환 부재(20)에 의한 빔(LBn)의 배분을 제어하고 있는 것으로 한다.
노광 제어부(356)는 묘화 노광의 개시 위치가 검출되었을 때의 인코더(EN1a, EN1b)에 기초하는 카운트값(마크 검출 위치)과, 인코더(EN3a, EN3b)에 기초하는 카운트값(짝수번째의 묘화 라인의 위치)에 기초하여, 기판(FS)의 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 상에 위치하는지 여부를 판단한다. 노광 제어부(356)는, 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 상에 위치한다고 판단하면, 묘화 데이터 출력 제어부(354)를 제어하여, 주사 유닛(U2, U4, U6)에 스폿광(SP)의 주사를 개시시킨다.
상술한 도 25에 도시하는 것처럼, 기판(FS)의 반송 방향(＋X방향)을 따라서, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 각각에 있어서의 묘화 노광이 선행되고, 기판(FS)이 소정 거리만큼 반송되고 나서, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 각각에 있어서의 묘화 노광이 행해진다. 한편으로, 6개의 주사 유닛(U1~U6)의 각 폴리곤 미러(PM)는 서로 일정한 각도 위상을 유지하여 회전 제어되고 있기 때문에, 부원점 신호(ZP1~ZP6)는 도 34와 같이 순차 시간 Ts만큼 위상차를 가지고 계속하여 발생한다. 그 때문에, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)에 있어서의 묘화 노광의 개시 시점에서부터 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)에 있어서의 묘화 노광의 개시 직전까지의 동안도, 부원점 신호(ZP2, ZP4, ZP6)에 의해서 도 35 중의 게이트부(GT2, GT4, GT6)가 열려, 선택용 광학 소자(AOM2, AOM4, AOM6)가 일정시간 Ton만큼 온 상태로 되는 것을 반복하게 된다. 여기서, 도 33의 구성에 있어서, 빔 전환 제어부(352) 내에는, 노광 제어부(356)에 있어서 판단되는 인코더(EN1a, EN1b)의 카운트값, 혹은 인코더(EN2a, EN2b)의 카운트값에 기초하여, 생성되는 부원점 신호(ZP1~ZP6)의 각각을 묘화 데이터 출력 제어부(354)에 보낼지 금지할지를 선택하는 선택 게이트 회로를 마련하는 것이 좋다. 아울러, 주사 유닛(U1~U6)의 각각에 대응한 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)의 각 드라이버 회로(DRVn(DRV1~DRV6))(도 38 참조)에도, 그 선택 게이트 회로를 매개로 하여 부원점 신호(ZP1~ZP6)를 주는 것이 좋다.
여기서, 상술한 것처럼, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)보다 기판(FS)의 반송 방향의 상류측에 위치하기 때문에, 기판(FS)의 노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치는 먼저 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 상까지 도달하고, 그 후 일정한 시간을 두고, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 상에 도달한다. 그 때문에, 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)에 도달할 때까지는, 주사 유닛(U1, U3, U5)만으로 패턴의 묘화 노광을 행하게 된다. 따라서 앞서 설명한 것 같은 부원점 신호(ZP1~ZP6)의 선택 게이트 회로를 빔 전환 제어부(352) 내에 마련하지 않은 경우, 노광 제어부(356)는 광원 장치(14')의 구동 회로(206a)에 출력하는 묘화 비트열 데이터(Sdw) 중, 시리얼 데이터(DL2, DL4, DL6)에 대응하는 부분의 화소 데이터를 모두 「(0)」으로 함으로써, 실질적으로 주사 유닛(U2, U4, U6)에 의한 묘화 노광을 캔슬한다. 캔슬 기간 중에는 메모리부(BM2, BM4, BM6)로부터 출력되는 시리얼 데이터(DL2, DL4, DL6)의 열은, 시프트되지 않고 1열째인 채이다. 그리고 노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 상에 도달하고 나서, 시리얼 데이터(DL2, DL4, DL6)의 출력을 개시하고, 시리얼 데이터(DL2, DL4, DL6)의 열방향으로의 시프트가 행해진다.
또, 마찬가지로 노광 영역(W)의 묘화 노광의 종료 위치는, 먼저 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 상에 도달하고, 그 후 일정한 시간을 두고, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 상에 이른다. 그 때문에, 묘화 노광의 종료 위치가 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)에 도달한 후, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)에 도달할 때까지는, 주사 유닛(U2, U4, U6)만으로 패턴의 묘화 노광을 행하게 된다. 이에, 앞서 설명한 것 같은 부원점 신호(ZP1~ZP6)의 선택 게이트 회로를 빔 전환 제어부(352) 내에 마련하지 않은 경우, 노광 제어부(356)는 광원 장치(14')의 구동 회로(206a)에 출력하는 묘화 비트열 데이터(Sdw) 중, 시리얼 데이터(DL1, DL3, DL5)에 대응하는 부분의 화소 데이터를 모두 「(0)」으로 함으로써, 실질적으로 주사 유닛(U1, U3, U5)에 의한 묘화 노광을 캔슬한다. 또한, 선택 게이트 회로를 마련하지 않은 경우, 묘화 노광이 캔슬 중이더라도, 묘화 노광이 캔슬되고 있는 주사 유닛(U1, U3, U5)에는, 빔(LB1, LB3, LB5)이 도입되도록, 선택용 광학 소자(AOM1, AOM3, AOM5)는 부원점 신호(ZP1, ZP3, ZP5)에 응답하여 선택적으로 일정시간 Ton만큼 온 상태가 되는 것을 반복한다.
이상과 같이 본 제4 실시 형태에서는, 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 1개 거른 반사면(RP)마다, 폴리곤 미러(PM)의 편향(주사)이 반복되도록 빔 전환 제어부(352)가 빔 전환 부재(20)를 제어하여, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 각각에 스폿광(SP)의 1차원 주사를 순서대로 행하게 했다. 이것에 의해, 스폿광(SP)이 주사되는 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 길이를 짧게 하지 않고, 1개의 빔(LB)을 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))에 배분할 수 있어, 유효하게 빔(LB)을 활용할 수 있다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 형상(다각형의 형상)을 원형에 근접시킬 수 있으므로, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도가 저하하는 것을 방지할 수 있어, 폴리곤 미러(PM)를 고속으로 회전시킬 수 있다.
빔 전환 부재(20)는 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)의 진행 방향을 따라서 직렬로 n개 배치되고, 빔(LB)을 회절시켜 편향된 n개의 빔(LBn) 중 어느 1개를 선택하여, 대응하는 주사 유닛(Un)에 도입시키는 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))를 가진다. 따라서 빔(LBn)이 입사해야 할 주사 유닛(Un(U1~U6)) 중 어느 1개를 간단하게 선택할 수 있어, 묘화 노광해야 할 1개의 주사 유닛(Un)에 대해서 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)을 효율적으로 집중시킬 수 있어, 높은 노광량이 얻어진다. 예를 들면, 광원 장치(14')로부터의 사출하는 빔(LB)을 복수의 빔 스플리터를 사용하여 6개로 진폭 분할하고, 분할한 6개의 빔(LBn(LB1~LB6))의 각각을, 묘화 데이터의 시리얼 데이터(DL1~DL6)에 의해서 변조시키는 묘화용의 음향 광학 변조 소자를 매개로 하여 6개의 주사 유닛(U1~U6)으로 안내한 경우, 묘화용의 음향 광학 변조 소자에서의 빔 강도의 감쇠를 20%, 주사 유닛(Un) 내에서의 빔 강도의 감쇠를 30%라고 하면, 1개의 주사 유닛(Un)에 있어서의 스폿광(SP)의 강도는, 원 빔(LB)의 강도를 100%라고 했을 때, 약 9.3%가 된다. 한편, 본 제4 실시 형태와 같이, 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)을 선택용 광학 소자(AOMn)에 의해서 편향시켜, 6개의 주사 유닛(Un) 중 어느 1개에 입사되도록 했을 경우, 선택용 광학 소자(AOMn)에서의 빔 강도의 감쇠를 20%라고 했을 때, 1개의 주사 유닛(Un)에 있어서의 스폿광(SP)의 강도는, 원 빔(LB)의 강도의 약 56%가 된다.
회전 제어부(350)는 회전 속도가 서로 동일하고, 또한 일정한 각도분씩 회전 각도 위치의 위상이 어긋나도록, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어한다. 이것에 의해, 1개의 주사 유닛(Un)에 의한 스폿광(SP)의 1차원 주사에서부터 다음의 1차원 주사가 행해질 때까지의 동안에, 다른 복수의 주사 유닛(Un)에 의한 스폿광(SP)의 1차원 주사를 순서대로 행하게 하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제4 실시 형태에서는, 1개의 빔(LB)을 6개의 주사 유닛(Un)에 배분하는 양태로 설명했지만, 광원 장치(14')로부터의 하나의 빔(LB)을 9개의 주사 유닛(Un)(U1~U9)에 배분하는 것이어도 된다. 이 경우는, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율(α/β)을 1/3로 하면, 폴리곤 미러(PM)가 3개의 반사면(RP)분 회전하는 동안에, 9개의 주사 유닛(U1~U9)에 빔(LBn)을 배분할 수 있으므로, 스폿광(SP)의 주사는 2개 거른 반사면(RP)마다 행해지게 된다. 이것에 의해, 1개의 주사 유닛(Un)에 의한 스폿광(SP)의 주사가 되고 나서 다음의 스폿광(SP)의 주사를 행하기까지, 그 외의 8개의 주사 유닛(Un)에 스폿광(SP)의 주사를 순서대로 행하게 할 수 있다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율을 1/3로 하면, 폴리곤 미러(PM)가 3개의 반사면(RP)분 회전하고, 1개의 빔(LB)을 9개의 주사 유닛(Un)에 배분할 수 있으므로, 부원점 생성 회로(CAn)의 분주기(330)는, 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍의 주파수를 1/3로 분주한다. 이 경우, 주사 유닛(U1, U4, U7)의 주회 펄스 신호는 동기하고 있다(시간축 상에서 동일 위상으로 되어 있다). 마찬가지로, 주사 유닛(U2, U5, U8)의 주회 펄스 신호는 동기하고 있고, 주사 유닛(U3, U6, U9)의 주회 펄스 신호는 동기하고 있다. 그리고 주사 유닛(U2, U5, U8)의 주회 펄스 신호는, 주사 유닛(U1, U4, U7)의 주회 펄스 신호에 대해서 시간 Ts만큼 늦게 발생하고, 주사 유닛(U3, U6, U9)의 주회 펄스 신호는, 주사 유닛(U1, U4, U7)의 주회 펄스 신호에 대해서 2×시간 Ts만큼 늦게 발생한다. 또, 주사 유닛(U1, U4, U7)의 부원점 신호(ZP1, ZP4, ZP7)의 발생 타이밍은, 1주기의 1/3씩 위상이 어긋나 있고, 마찬가지로 주사 유닛(U2, U5, U8)의 부원점 신호(ZP2, ZP5, ZP8)의 발생 타이밍 및 주사 유닛(U3, U6, U9)의 부원점 신호(ZP3, ZP6, ZP9)의 발생 타이밍도, 1주기의 1/3씩 위상이 어긋나 있다. 또한, 시간 Ts는 스폿광(SP)의 주사가 가능한 폴리곤 미러(PM)의 주사 회전 각도 범위 α'만큼 폴리곤 미러(PM)가 회전하는 시간이고, 폴리곤 미러(PM)가 1개의 반사면(RP)분 회전하는 각도 β에 주사 효율을 곱한 값이 주사 회전 각도 범위 α'가 된다.
폴리곤 미러(PM)의 주사 효율을 1/3로, 1개의 빔(LB)을 12개의 주사 유닛(Un(U1~U12))에 배분하는 경우는, 폴리곤 미러(PM)가 4개의 반사면(RP)분 회전하는 동안에, 12개의 주사 유닛(U1~U12)에 빔(LBn)을 배분할 수 있으므로, 스폿광(SP)의 주사는 3개 거른 반사면(RP)마다 행해지게 된다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율을 1/3로 하면, 폴리곤 미러(PM)가 4개의 반사면(RP)분 회전하고, 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)을 직렬로 배치된 12개의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM12))에 택일적으로 편향되는 빔(LBn(LB1~LB12))을, 대응하는 1개의 주사 유닛(Un(U1~U12))에 입사시킬 수 있으므로, 부원점 생성 회로(CAn)의 분주기(330)는 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍의 주파수를 1/4로 분주한다. 이 경우, 주사 유닛(U1, U4, U7, U10)의 주회 펄스 신호는 동기하고 있다(시간축 상에서 동일 위상으로 되어 있다). 마찬가지로, 주사 유닛(U2, U5, U8, U11)의 주회 펄스 신호는 동기하고 있고, 주사 유닛(U3, U6, U9, U12)의 주회 펄스 신호는 동기하고 있다. 그리고 주사 유닛(U2, U5, U8, U11)의 주회 펄스 신호는, 주사 유닛(U1, U4, U7, U10)의 주회 펄스 신호에 대해서 시간 Ts만큼 늦게 발생하고, 주사 유닛(U3, U6, U9, U12)의 주회 펄스 신호는, 주사 유닛(U1, U4, U7, U10)의 주회 펄스 신호에 대해서 2×시간 Ts만큼 늦게 발생한다. 또, 주사 유닛(U1, U4, U7, U10)의 부원점 신호(ZP1, ZP4, ZP7, ZP10)의 발생 타이밍은, 1주기의 1/4씩 위상이 어긋나 있고, 마찬가지로 주사 유닛(U2, U5, U8, U11)의 부원점 신호(ZP2, ZP5, ZP7, ZP11)의 발생 타이밍 및 주사 유닛(U3, U6, U9, U12)의 부원점 신호(ZP3, ZP6, ZP9, ZP12)의 발생 타이밍도, 1주기의 1/4씩 위상이 어긋나 있다.
또, 상기 제4 실시 형태에서는, 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율을 1/3로서 설명했지만, 주사 효율은 1/2이어도 좋고, 1/4이어도 좋다. 주사 효율이 1/2인 경우는, 폴리곤 미러(PM)가 1개의 반사면(RP)분 회전하는 동안에, 2개의 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 배분할 수 있으므로, 1개의 빔(LBn)을 6개의 주사 유닛(Un)에 배분하고 싶은 경우는, 스폿광(SP)의 주사가 폴리곤 미러(PM)의 2개 거른 반사면(RP)마다 행해지게 된다. 즉, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율이 1/2인 경우는, 폴리곤 미러(PM)가 3개의 반사면(RP)분 회전하는 동안에 6개의 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 배분할 수 있다. 이것에 의해, 1개의 주사 유닛(Un)에 의한 스폿광(SP)의 주사가 되고 나서 다음의 스폿광(SP)의 주사를 행하기까지, 그 외의 5개의 주사 유닛(Un)에 스폿광(SP)의 주사를 순서대로 행하게 할 수 있다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율을 1/2로 하면, 폴리곤 미러(PM)가 3개의 반사면(RP)분 회전하고, 1개의 빔(LB)을 6개의 주사 유닛(Un)에 배분할 수 있으므로, 부원점 생성 회로(CAn)의 분주기(330)는, 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍의 주파수를 1/3로 분주한다. 이 경우, 주사 유닛(U1, U3, U5)의 주회 펄스 신호는 동기하고 있다. 마찬가지로, 주사 유닛(U2, U4, U6)의 주회 펄스 신호는 동기하고 있다. 그리고 주사 유닛(U2, U4, U6)의 주회 펄스 신호는, 주사 유닛(U1, U3, U5)의 주회 펄스 신호에 대해서 시간 Ts만큼 늦게 발생한다. 또, 주사 유닛(U1, U3, U5)의 부원점 신호(ZP1, ZP3, ZP5)의 발생 타이밍은, 1주기의 1/3씩 위상이 어긋나 있고, 주사 유닛(U2, U4, U6)의 부원점 신호(ZP2, ZP4, ZP6)의 발생 타이밍도, 1주기의 1/3씩 위상이 어긋나 있다.
폴리곤 미러(PM)의 주사 효율이 1/4인 경우는, 폴리곤 미러(PM)가 1개의 반사면(RP)분 회전하는 동안에, 4개의 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 배분할 수 있으므로, 1개의 빔(LB)을 8개의 주사 유닛(Un)에 배분하고 싶은 경우는, 스폿광(SP)의 주사가 폴리곤 미러(PM)의 1개 거른 반사면(RP)마다 행해지게 된다. 즉, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율이 1/4인 경우는, 폴리곤 미러(PM)가 2개의 반사면(RP)분 회전하는 동안에 8개의 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 배분할 수 있다. 이것에 의해, 1개의 주사 유닛(Un)에 의한 스폿광(SP)의 주사가 되고 나서 다음의 스폿광(SP)의 주사를 행하기까지, 그 외의 7개의 주사 유닛(Un)에 스폿광(SP)의 주사를 순서대로 행하게 할 수 있다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율을 1/4로 하면, 폴리곤 미러(PM)가 2개의 반사면(RP)분 회전하여, 1개의 빔(LB)을 8개의 주사 유닛(Un)에 배분할 수 있으므로, 부원점 생성 회로(CAn)의 분주기(330)는, 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍의 주파수를 1/2로 분주한다. 이 경우, 주사 유닛(U1, U5)의 주회 펄스 신호는 동기하고 있고, 주사 유닛(U2, U6)의 주회 펄스 신호는 동기하고 있다. 마찬가지로, 주사 유닛(U3, U7)의 주회 펄스 신호는 동기하고 있고, 주사 유닛(U4, U8)의 주회 펄스 신호는 동기하고 있다. 그리고 주사 유닛(U2, U6)의 주회 펄스 신호는, 주사 유닛(U1, U5)의 주회 펄스 신호에 대해서 시간 Ts만큼 늦게 발생한다. 주사 유닛(U3, U7)의 주회 펄스 신호는, 주사 유닛(U1, U5)의 주회 펄스 신호에 대해서 2×시간 Ts만큼 늦게 발생하고, 주사 유닛(U4, U8)의 주회 펄스 신호는, 주사 유닛(U1, U5)의 주회 펄스 신호에 대해서 3×시간 Ts만큼 늦게 발생한다. 또, 주사 유닛(U1, U5)의 부원점 신호(ZP1, ZP5)의 발생 타이밍은, 1주기의 1/2씩 위상이 어긋나 있고, 주사 유닛(U2, U6)의 부원점 신호(ZP2, ZP6)의 발생 타이밍도, 1주기의 1/2씩 위상이 어긋나 있다. 마찬가지로, 주사 유닛(U3, U7)의 부원점 신호(ZP3, ZP7)의 발생 타이밍 및 주사 유닛(U4, U8)의 부원점 신호(ZP4, ZP8)도, 각각 1주기의 1/2씩 위상이 어긋나 있다.
또, 상기 제4 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 형상을, 8각형(반사면(RP)이 8개)으로 했지만, 6각형, 7형각이어도 되고, 9각형 이상이어도 된다. 이것에 의해, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율도 바뀐다. 일반적으로, 다각형의 형상의 폴리곤 미러(PM)의 반사면수 Np가 많아질수록, 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP)에 있어서의 주사 효율은 커지고, 반사면수 Np가 적어질수록, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율은 작아진다.
기판(FS) 상에 스폿광(SP)이 투사되어 주사 가능한 폴리곤 미러(PM)의 최대 주사 회전 각도 범위 α는 fθ 렌즈(FT)의 입사화각(入射畵角)(도 29 중의 주사 각도 범위 θs에 상당)으로 정해지므로, 그 입사화각에 대응하여, 최적인 반사면수 Np의 폴리곤 미러(PM)를 선택할 수 있다. 앞의 예와 같이, 입사화각(θs)이 30도 미만인 fθ 렌즈(FT)의 경우, 그 절반인 15도분의 회전으로 반사면(RP)이 바뀌는 24면의 폴리곤 미러(PM) 혹은 30도분의 회전으로 반사면(RP)이 바뀌는 12면의 폴리곤 미러(PM)로 해도 좋다. 이 경우, 24면의 폴리곤 미러(PM)에서는 주사 효율(α/β)이 1/2보다는 크고, 1.0보다도 작은 상태가 되므로, 6개의 주사 유닛(U1~U6)의 각각의 24면의 폴리곤 미러(PM)는 5면 건너뛰기로 스폿광(SP)의 주사를 행하도록 제어된다. 또, 12면의 폴리곤 미러(PM)에서는 주사 효율이 1/3보다도 크고, 1/2 미만의 상태로 되므로, 6개의 주사 유닛(U1~U6)의 각각의 12면의 폴리곤 미러(PM)는 2면 건너뛰기로 스폿광(SP)의 주사를 행하도록 제어된다.
［제5 실시 형태］
상기 제4 실시 형태에 있어서는, 항상 스폿광(SP)의 주사(편향)가 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 1면 거른 면마다 반복되는 것으로 했다. 그러나 제5 실시 형태에 있어서는, 스폿광(SP)의 주사(편향)가, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다 반복되는 제1 상태로 할지, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 1면 거른 면마다 반복되는 제2 상태로 할지를 임의로 전환할 수 있도록 했다. 즉, 주사 유닛(U1)이 스폿광(SP)의 주사를 개시하고 나서 다음 주사를 개시하기까지, 빔(LB)을 3개의 주사 유닛(Un)에 시분할로 배분할지, 6개의 주사 유닛(Un)에 시분할로 배분할지를 전환할 수 있다.
폴리곤 미러(PM)의 주사 효율은 1/3이므로, 스폿광(SP)의 주사를 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다 반복하는 경우는, 예를 들면, 주사 유닛(U1)이 스폿광(SP)을 주사하고 나서 다음 주사를 행할 때까지의 동안에, 주사 유닛(U1) 이외의 2개의 주사 유닛(Un)밖에 빔(LB)을 배분할 수 없다. 따라서 2개의 빔(LB)을 준비하고, 1개째의 빔(LB)을 3개의 주사 유닛(Un)에 시분할로 배분하고, 2개째의 빔(LB)을 나머지의 3개의 주사 유닛(Un)에 시분할로 배분한다. 따라서 스폿광(SP)의 주사가 병행하여 2개의 주사 유닛(Un)에 의해서 행해진다. 광원 장치(14')를 2개 마련함으로써 2개의 빔(LB)을 생성해도 되고, 1개의 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)을 빔 스플리터 등에 의해서 분할함으로써 2개의 빔(LB)을 생성해도 된다. 도 36~도 40에 도시하는 본 제5 실시 형태의 노광 장치(EX)에서는, 2개의 광원 장치(14'(14A', 14B'))를 구비하는 것으로 한다(도 38 참조). 또한, 제5 실시 형태에 있어서는, 상기 제4 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는, 동일한 참조 부호를 부여하고, 다른 부분만을 설명한다.
도 36은 본 제5 실시 형태의 빔 전환 부재(빔 배송 유닛)(20A)의 구성도이다. 빔 전환 부재(20A)는, 도 26의 빔 전환 부재(20)와 마찬가지로 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6)), 복수의 집광 렌즈(CD1~CD6), 복수의 반사 미러(M1~M12), 복수의 미러(IM1~IM6) 및 복수의 콜리메이트 렌즈(CL1~CL6)를 가지고, 그 외에, 반사 미러(M13,M14)와 흡수체(TR1, TR2)를 가진다. 또한, 흡수체(TR1)는 상기 제4 실시 형태에서 도시한 도 26의 흡수체(TR)에 상당하는 것이며, 반사 미러(M12)에서 반사된 빔(LB)을 흡수한다.
선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)는 광학 소자 모듈(제1 광학 소자 모듈)(OM1)을 구성하고, 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)는 광학 소자 모듈(제2 광학 소자 모듈)(OM2)을 구성한다. 이 제1 광학 소자 모듈(OM1)의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)는, 상기 제4 실시 형태에서 설명한 것처럼, 빔(LB)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배열된 상태에 있다. 마찬가지로, 제2 광학 소자 모듈(OM2)의 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)도, 빔(LB)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배치된 상태에 있다. 또한, 제1 광학 소자 모듈(OM1)의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)에 대응하는 주사 유닛(U1~U3)을 제1 주사 모듈이라고 한다. 또, 제2 광학 소자 모듈(OM2)의 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)에 대응하는 주사 유닛(U4~U6)을 제2 주사 모듈이라고 한다. 이 제1 주사 모듈의 주사 유닛(U1~U3) 및 제2 주사 모듈의 주사 유닛(U4~U6)은, 상기 제4 실시 형태에서 설명한 것처럼 소정의 배치 관계로 배치되어 있다.
제5 실시 형태에서는, 반사 미러(M6,M13,M14)는 빔(LB)의 진행 방향에 관해서, 제1 광학 소자 모듈(OM1)과 제2 광학 소자 모듈(OM2)을 병렬로 배치하는 제1 배치 상태와, 제1 광학 소자 모듈(OM1)과 제2 광학 소자 모듈(OM2)을 직렬로 배치하는 제2 배치 상태로 전환하는 배치 전환 부재(가동 부재)(SWE)를 구성한다. 이 배치 전환 부재(SWE)는 반사 미러(M6,M13,M14)를 지지하는 슬라이드 부재(SE)를 가지고, 슬라이드 부재(SE)는 지지 부재(IUB)에 대해서 X방향으로 이동 가능하다. 이 슬라이드 부재(SE)(배치 전환 부재(SWE))의 X방향으로의 이동은, 액츄에이터(AC)(도 38 참조)에 의해서 행해진다. 이 액츄에이터(AC)는 빔 전환 제어부(352)의 구동 제어부(352a)(도 38 참조)의 제어에 의해서 구동한다.
제1 배치 상태일 때는, 제1 광학 소자 모듈(OM1)과 제2 광학 소자 모듈(OM2)의 각각에 2개의 광원 장치(14'(14A', 14B'))로부터의 빔(LB)이 병행하여 입사되는 상태가 되고, 제2 배치 상태일 때는, 1개의 광원 장치(14'(14A'))로부터의 빔(LB)이 제1 광학 소자 모듈(OM1)과 제2 광학 소자 모듈(OM2)에 입사하는 상태가 된다. 즉, 제2 배치 상태일 때는, 제1 광학 소자 모듈(OM1)을 투과한 빔(LB)이 제2 광학 소자 모듈(OM2)에 입사된다. 도 36은 배치 전환 부재(SWE)에 의해서 제1 광학 소자 모듈(OM1)과 제2 광학 소자 모듈(OM2)이 직렬로 배치된 제2 배치 상태로 되어 있을 때의 상태를 나타내고 있다. 즉, 이 제2 배치 상태일 때는, 제1 광학 소자 모듈(OM1) 및 제2 광학 소자 모듈(OM2)의 모든 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)가 빔(LB)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배치된 상태가 되어, 상기 제4 실시 형태에서 도시한 도 26과 동일하다. 따라서 상기 제4 실시 형태와 마찬가지로, 직렬로 배치된 제1 광학 소자 모듈(OM1) 및 제2 광학 소자 모듈(OM2)의 각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))에 의해서, 제1 주사 모듈 및 제2 주사 모듈(U1~U6) 중에서, 어느 1개의 편향된 빔(LBn)이 입사되는 주사 유닛(Un)을 1개 선택할 수 있다. 또한, 도 36일 때의 배치 전환 부재(SWE)의 위치를 제2 위치라고 부른다. 또, 제1 배치 상태일 때, 제1 광학 소자 모듈(OM1(AOM1~AOM3))에 입사되는 빔(LB)을 제1 광원 장치(14A')로부터의 빔(LBa)이라고 부르고, 제1 배치 상태일 때, 제2 광학 소자 모듈(OM2(AOM4~AOM6))에 입사되는 빔을 제2 광원 장치(14B')로부터의 빔(LBb)이라고 부른다.
배치 전환 부재(SWE)가 -X방향측으로 이동하여 제1 위치에 오면, 제1 광학 소자 모듈(OM1)과 제2 광학 소자 모듈(OM2)이, 병렬로 배치된 제1 배치 상태가 된다. 도 37은 배치 전환 부재(SWE)의 위치가 제1 위치로 되었을 때의 빔(LBa, LBb)의 광로를 나타내는 도면이다. 제1 배치 상태일 때는, 제1 광학 소자 모듈(OM1)에 빔(LBa)이 입사되고, 제2 광학 소자 모듈(OM2)에 각각 빔(LBb)이 입사된다. 제1 광학 소자 모듈(OM1) 및 제2 광학 소자 모듈(OM2)의 각각에 입사되는 빔(LB)을 구별하기 위해, 제1 광학 소자 모듈(OM1)에 입사되는 빔(LB)을 LBa로 나타내고, 제2 광학 소자 모듈(OM2)에 직접 입사하는 빔(LB)을 LBb로 나타낸다.
도 37에 도시하는 것처럼, 배치 전환 부재(SWE)가 제1 위치로 이동하면, 반사 미러(M6)의 위치가 -X방향으로 시프트되기 때문에, 반사 미러(M6)에서 반사된 빔(LBa)은, 반사 미러(M7)가 아니라 흡수체(TR2)에 입사된다. 따라서 제1 광학 소자 모듈(OM1)에 입사되는 제1 광원 장치(14A')로부터의 빔(LBa)은, 제1 광학 소자 모듈(OM1)(선택용 광학 소자(AOM1~AOM3))에만 입사되고, 제2 광학 소자 모듈(OM2)에 입사되지 않는다. 즉, 빔(LBa)은 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)만을 투과할 수 있다. 또, 배치 전환 부재(SWE)의 위치가 제1 위치가 되면, 제2 광원 장치(14B')로부터 사출되어 반사 미러(M13)를 향해 ＋Y방향으로 진행하는 빔(LBb)이 반사 미러(M13,M14)에 의해서 반사 미러(M7)로 안내된다. 따라서 빔(LBb)은 제2 광학 소자 모듈(OM2)(선택용 광학 소자(AOM4~AOM6))만을 투과할 수 있다.
따라서 제1 광학 소자 모듈(OM1)은, 직렬로 배치된 3개의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)에 의해서, 제1 주사 모듈을 구성하는 3개의 주사 유닛(U1~U3) 중 하나에, 빔(LBa)으로부터 편향된 빔(LB1~LB3) 중 어느 1개를 입사시킬 수 있다. 또, 제2 광학 소자 모듈(OM2)은 직렬로 배치된 3개의 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)에 의해서, 제2 주사 모듈을 구성하는 3개의 주사 유닛(U4~U6) 중 하나에, 빔(LBb)으로부터 편향된 빔(LB4~LB6) 중 어느 1개를 입사시킬 수 있다. 따라서 병렬로 배치된 제1 광학 소자 모듈(OM1(AOM1~AOM3))과 제2 광학 소자 모듈(OM2(AOM4~AOM6))에 의해서, 제1 주사 모듈(U1~U3)과 제2 주사 모듈(U4~U6) 중에서, 빔(LB)이 입사되는 주사 유닛(Un)을 각각 1개 선택할 수 있다. 이 경우는, 제1 주사 모듈 중 어느 1개의 주사 유닛(Un)과, 제2 주사 모듈 중 어느 1개의 주사 유닛(Un)에 의해서 스폿광(SP)의 묘화 라인(SLn)을 따른 주사에 의한 노광 동작이 병행하여 행해진다.
빔 전환 제어부(352)는 스폿광(SP)의 주사(편향)가, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다 반복되는 제1 상태(제1 묘화 모드)인 경우에는, 액츄에이터(AC)를 제어하여, 배치 전환 부재(SWE)를 제1 위치에 배치시킨다. 또, 빔 전환 제어부(352)는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 1면 거른 면마다 반복되는 제2 상태(제2 묘화 모드)인 경우에는, 액츄에이터(AC)를 제어하여, 배치 전환 부재(SWE)를 제2 위치에 배치시킨다.
도 38은 제5 실시 형태에 있어서의 빔 전환 제어부(352)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 38에 있어서는, 빔 전환 제어부(352)의 제어 대상이 되는 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6) 및 광원 장치(14'(14A', 14B'))도 도시하고 있다. 제1 광학 소자 모듈(OM1)로부터 빔(LBa)이 입사되는 광원 장치(14')를 14A'로 나타내고, 제2 광학 소자 모듈(OM2)에만 직접 빔(LBb)이 입사되는 광원 장치(14')를 14b′로 나타내고 있다.
배치 전환 부재(SWE)가 제2 위치에 있는 경우는, 도 38에 도시하는 것처럼, 광원 장치(14A')로부터의 빔(LBa(LB))이, AOM1→AOM2→AOM3→ … →AOM6의 순으로 선택용 광학 소자(AOMn)를 통과(투과) 가능하고, 선택용 광학 소자(AOM6)를 통과한 빔(LBa)은 흡수체(TR1)에 입사된다. 또, 배치 전환 부재(SWE)가 제1 위치로 이동하면, 광원 장치(14A')로부터 빔(LBa)이, AOM1→AOM2→AOM3의 순으로 선택용 광학 소자(AOMn)를 통과 가능하고, 선택용 광학 소자(AOM3)을 통과한 빔(LBa)은 흡수체(TR2)에 입사된다. 또한, 배치 전환 부재(SWE)가 제1 위치로 이동한 상태에서는, 광원 장치(14B')로부터의 빔(LBb)이, AOM4→AOM5→AOM6의 순으로 선택용 광학 소자(AOMn)를 통과 가능하고, 선택용 광학 소자(AOM6)를 통과한 빔(LB)은 흡수체(TR1)에 입사된다. 또한, 도 38의 배치 전환 부재(SWE)는 개념도이며, 도 36, 도 37에 도시하는 배치 전환 부재(SWE)의 실제의 구성과는 다르다. 도 38에 도시하는 예에서는, 배치 전환 부재(SWE)가 제2 위치에 있고, 다시 말해서, 제1 광학 소자 모듈(OM1)과 제2 광학 소자 모듈(OM2)이 직렬로 배치된 제2 배치 상태에 있고, 선택용 광학 소자(AOM5)가 온 상태인 경우를 나타내고 있다. 이것에 의해, 광원 장치(14A')로부터의 빔(LBa)으로부터 회절에 의해서 편향된 빔(LB5)이 주사 유닛(U5)에 입사하게 된다.
빔 전환 제어부(352)는 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)의 각각을 초음파(고주파) 신호로 구동하는 드라이버 회로(DRVn(DRV1~DRV6))와, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 원점 센서(OPn)로부터의 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))에 따라 부원점 신호(ZPn(ZP1~ZP6))를 생성하는 부원점 생성 회로(CAan(CAa1~CAa6))를 가진다. 드라이버 회로(DRVn(DRV1~DRV6))에는, 부원점 신호(ZPn(ZP1~ZP6))를 받고 나서 일정시간만큼 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)를 온 상태로 하는 온 시간 Ton의 정보가 노광 제어부(356)로부터 보내진다. 드라이버 회로(DRV1)는 부원점 생성 회로(CAa1)로부터 부원점 신호(ZP1)가 보내져 오면, 선택용 광학 소자(AOM1)를 온 시간 Ton만큼 온 상태로 한다. 마찬가지로, 드라이버 회로(DRV2~DRV6)는, 부원점 생성 회로(CAa2~CAa6)로부터 부원점 신호(ZP2~ZP6)가 보내져 오면, 선택용 광학 소자(AOM2~AOM6)를 온 시간 Ton만큼 온 상태로 한다. 노광 제어부(356)는 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 바꾸는 경우는, 그것에 따라 온 시간 Ton의 길이를 변경한다. 또한, 드라이버 회로(DRVn(DRV1~DRV6))는, 앞의 제4 실시 형태에 있어서의 도 33의 빔 전환 제어부(352) 중에도 마찬가지로 마련되어 있다.
부원점 생성 회로(CAan(CAa1~CAa6))는 논리 회로(LCC)와 지연 회로(332)를 가진다. 부원점 생성 회로(CAan(CAa1~CAa6))의 논리 회로(LCC)에는, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 원점 센서(OPn)로부터의 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))가 입력된다. 즉, 부원점 생성 회로(CAa1)의 논리 회로(LCC)에는 원점 신호(SZ1)가 입력되고, 마찬가지로 부원점 생성 회로(CAa2~CAa6)의 논리 회로(LCC)에는 원점 신호(SZ2~SZ6)가 입력된다. 또, 각 부원점 생성 회로(CAan(CAa1~CAa6))의 논리 회로(LCC)에는, 스테이터스 신호(STS)가 입력된다. 이 스테이터스 신호(논리치)(STS)는 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다 반복되는 제1 상태의 경우는 「1」로 설정되고, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 1면 거른 면마다 반복되는 제2 상태의 경우는 「0」으로 설정되어 있다. 이 스테이터스 신호(STS)는 노광 제어부(356)로부터 보내진다.
각 논리 회로(LCC)는, 입력된 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))에 기초하여, 원점 신호(SZn'(SZ1'~SZ6'))를 생성하여, 각 지연 회로(332)에 출력한다. 각 지연 회로(332)는 입력된 원점 신호(SZn'(SZ1'~SZ6'))를 시간 Tpx만큼 지연시켜, 부원점 신호(ZPn(ZP1~ZP6))를 출력한다.
도 39는 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))와 스테이터스 신호(STS)를 입력하는 논리 회로(LCC)의 구성을 나타내는 도면이다. 논리 회로(LCC)는 2 입력의 OR 게이트(LC1), 2 입력의 AND 게이트(LC2) 및 원샷(one-shot) 펄스 발생기(LC3)로 구성된다. 스테이터스 신호(STS)는 OR 게이트(LC1)의 한쪽의 입력 신호로서 인가된다. OR 게이트(LC1)의 출력 신호(논리치)는, AND 게이트(LC2)의 한쪽의 입력 신호로서 인가되고, 원점 신호(SZn)은 AND 게이트(LC2)의 다른 쪽의 입력 신호로서 인가된다. AND 게이트(LC2)의 출력 신호(논리치)는, 원점 신호(SZn')로서 지연 회로(332)에 입력된다. 원샷 펄스 발생기(LC3)는 통상은 논리치 「1」인 신호(SDo)를 출력하지만, 원점 신호(SZn'(SZ1'~SZ6'))가 발생하면, 일정시간 Tdp만큼 논리치 「0」인 신호(SDo)를 출력한다. 즉, 원샷 펄스 발생기(LC3)는 원점 신호(SZn'(SZ1'~SZ6'))가 발생하면, 일정시간 Tdp만큼 신호(SDo)의 논리치를 반전시킨다. 시간 Tdp는 2×Tpx＞Tdp＞Tpx의 관계로 설정되고, 바람직하게는, Tdp≒1.5×Tpx로 설정된다.
도 40은 도 39의 논리 회로(LCC)의 동작을 설명하는 타이밍 차트를 나타내는 도면이다. 도 40의 왼쪽 절반은, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의한 스폿광(SP)의 주사가 면 건너뛰기를 하지 않고 연속된 반사면(RP)마다 행해지는 제1 상태의 경우를 나타내고, 오른쪽 절반은, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의한 스폿광(SP)의 주사가 반사면(RP)을 1면 건너뛰기로 행해지는 제2 상태의 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 40에 있어서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해서, 폴리곤 미러(PM)의 서로 이웃하는 반사면(RP)(예를 들면, 반사면(RPa)과 반사면(RPb))끼리가 각각 이루는 각 ηj에 오차가 없고, 원점 신호(SZn)가 시간 Tpx 간격으로 정확하게 발생하고 있는 것으로 한다.
스폿광(SP)의 주사가 면 건너뛰기를 하지 않고 반사면(RP)마다 행해지는 제1 상태일 때는, 스테이터스 신호(STS)는 「1」이므로, OR 게이트(LC1)의 출력 신호는 신호(SDo)의 상태에 관계없이, 항상 「1」이 되어 있다. 따라서 AND 게이트(LC2)로부터 출력되는 출력 신호(원점 신호(SZn'))는, 원점 신호(SZn)와 동일한 타이밍에 출력된다. 즉, 제1 상태일 때는, 원점 신호(SZn)와 원점 신호(SZn')는 동일하다고 간주할 수 있다. 제1 상태일 때는, 원샷 펄스 발생기(LC3)에 인가되는 원점 신호(SZn')의 시간 간격 Tpx는 시간 Tpd보다 작다. 그 때문에, 원샷 펄스 발생기(LC3)로부터의 신호(SDo)는 「0」인 채가 된다. 또한, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)끼리가 각각 이루는 각 ηj에 오차가 있는 경우라도, 원점 신호(SZn')의 시간 간격은 시간 Tpd보다 작은 것에 변화는 없다.
스폿광(SP)의 주사가 반사면(RP)의 1면 건너뛰기로 행해지는 제2 상태가 되면, 스테이터스 신호(STS)가 「0」으로 전환된다. 그 때문에, OR 게이트(LC1)의 출력 신호는, 신호(SDo)가 「1」일 때만, 「1」이 된다. 신호(SDo)가 「1」인 상태(이 경우는, OR 게이트(LC1)의 출력 신호도 「1」인 상태)에서, 원점 신호(SZn)(편의상, 이 원점 신호(SZn)를 1번째의 원점 신호(SZn)라고 부름)가 인가되면, 그것에 응답하여 AND 게이트(LC2)도 원점 신호(SZn')를 출력한다. 그렇지만, 원점 신호(SZn')가 발생하면, 원샷 펄스 발생기(LC3)로부터의 신호(SDo)는, 시간 Tpd만큼 「0」으로 변화한다. 그 때문에, 시간 Tpd 동안은, OR 게이트(LC1)의 2 입력은 모두 「0」인 신호가 되기 때문에, OR 게이트(LC1)의 출력 신호는 「0」인 채가 된다. 이것에 의해, 시간 Tpd 동안은, AND 게이트(LC2)의 출력 신호도 「0」인 채가 된다. 따라서 시간 Tpd가 경과하기 전에 AND 게이트(LC2)에 2번째의 원점 신호(SZn)가 인가되어도, AND 게이트(LC2)는 원점 신호(SZn')를 출력하지 않는다.
그리고 시간 Tpd가 경과하면, 원샷 펄스 발생기(LC3)로부터의 신호(SDo)가 「1」로 반전하므로, 앞의 1번째의 원점 신호(SZn)의 경우와 마찬가지로, 시간 Tpd 경과 후에 인가되는 3번째의 원점 신호(SZn)에 따른 원점 신호(SZn')가 AND 게이트(LC2)로부터 출력된다. 이러한 동작의 반복에 의해, 논리 회로(LCC)는 시간 Tpx마다 반복하여 발생하는 원점 신호(SZn)를, 2×시간 Tpx마다 반복하여 발생하는 원점 신호(SZn')로 변환하고 있다. 다른 시각에서 보면, 논리 회로(LCC)는 시간 Tpx마다 반복하여 발생하는 원점 신호(SZn)의 펄스를 1개 걸러서 솎아낸 원점 신호(SZn')를 생성하고 있다, 즉, 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍의 주파수를 1/2로 분주하고 있다. 또한, 부원점 생성 회로(CAan)의 논리 회로(LCC)를, 상기 제4 실시 형태에서 설명한 부원점 생성 회로(CAn)의 분주기(330)(도 31)로 치환해도 된다. 분주기(330)로 치환하는 경우는, 분주기(330)는 제2 상태일 때는 원점 신호(SZn)를 1/2로 분주하고, 또 제1 상태일 때는 원점 신호(SZn)를 분주하지 않도록 하면 좋다. 또, 상기 제4 실시 형태의 부원점 생성 회로(CAn)를, 본 제5 실시 형태의 부원점 생성 회로(CAan)로 치환해도 된다. 또한, 제2 상태의 경우는, 부원점 생성 회로(CAa1)의 논리 회로(LCC)로부터 출력되는 원점 신호(SZ1')와, 부원점 생성 회로(CAa4)의 논리 회로(LCC)로부터 출력되는 원점 신호(SZ4')는 반주기 위상이 어긋나 있다. 마찬가지로, 부원점 생성 회로(CAa2, CAa3)의 논리 회로(LCC)로부터 출력되는 원점 신호(SZ2', SZ3')와, 부원점 생성 회로(CAa5, CAa6)의 논리 회로(LCC)로부터 출력되는 원점 신호(SZ5', SZ6')는 반주기 위상이 어긋나 있다.
이와 같이, 빔 전환 제어부(352)의 각 부원점 생성 회로(CAa1~CAa6)의 논리 회로(LCC)에 입력하는 스테이터스 신호(STS)의 값을 반전시키는 것만으로, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다 스폿광(SP)의 주사에 의한 묘화 노광을 반복하는 제1 상태로 할지, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 1면 거른 면마다 스폿광(SP)의 주사에 의한 묘화 노광을 반복하는 제2 상태로 할지를 임의로 전환할 수 있다.
또한, 본 제5 실시 형태에 있어서도, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전 제어는, 상기 제4 실시 형태와 마찬가지이다. 즉, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 원점 센서(OPn)로부터 출력되는 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))가, 도 34에 도시하는 것 같은 관계를 가지도록, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전이 제어되고 있다. 따라서 스폿광(SP)의 주사가 면 건너뛰기를 하지 않고 반사면(RP)마다 행해지는 제1 상태일 때는, 주사 유닛(U1~U3)은 U1→U2→U3의 순서대로 스폿광(SP)의 주사를 반복하여 행할 수 있고, 주사 유닛(U4~U6)은 U4→U5→U6의 순서대로 스폿광(SP)의 주사를 반복하여 행할 수 있다.
이 원샷 펄스 발생기(LC3)에 설정되는 시간 Tpd은, 노광 제어부(356)로부터의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도의 정보에 따라 변경할 수 있는 것이 바람직하다. 또, 1면 건너뛰기에 한정하지 않고, 2면 건너뛰기로 하여 그 스폿광(SP)을 주사하는 경우에도, 도 39와 같은 구성이면, 시간 Tpd를 (n＋1)×Tpx＞Tdp＞n×Tpx의 관계로 설정하는 것만으로 대응할 수 있다. 또한, n은 건너뛰는 반사면(RP)의 수를 나타내고 있다. 예를 들면, n이 2인 경우는, 스폿광(SP)의 주사가 반사면(RP)의 2면 건너뛰기로 행해지는 것을 의미하고, n이 3인 경우는, 스폿광(SP)의 주사가 반사면(RP)의 3면 건너뛰기로 행해지는 것을 의미한다.
다음에, 스폿광(SP)의 주사가 면 건너뛰기를 하지 않고 반사면(RP)마다 행해지는 제1 상태일 때, 묘화 데이터 출력 제어부(354)에 의한, 광원 장치(14A', 14B')의 구동 회로(206a)로의 묘화 비트열 데이터(Sdw)의 출력 제어에 대해 간단하게 설명한다. 제1 상태일 때는, 제1 주사 모듈(주사 유닛(U1~U3))과, 제2 주사 모듈(주사 유닛(U4~U6))에 의해 스폿광(SP)의 주사가 병행하여 행해진다. 그 때문에, 묘화 데이터 출력 제어부(354)는 제1 주사 모듈에 입사되는 빔(LBa)을 사출하는 광원 장치(14A')의 구동 회로(206a)에는, 주사 유닛(U1~U3)의 각각에 대응한 시리얼 데이터(DL1~DL3)를 시계열적으로 합성한 묘화 비트열 데이터(Sdw)를 출력하고, 제2 주사 모듈에 입사하는 빔(LBb)을 사출하는 광원 장치(14B')의 구동 회로(206a)에는, 주사 유닛(U4~U6)의 각각에 대응한 시리얼 데이터(DL4~DL6)를 시계열적으로 합성한 묘화 비트열 데이터(Sdw)를 출력한다.
또, 도 35에 도시한 묘화 데이터 출력 제어부(354)는, 스테이터스 신호(STS)가 「1」, 「0」의 어느 경우도, 대체로 그대로 사용할 수 있다. 스폿광(SP)의 주사가 면 건너뛰기를 하지 않고 반사면(RP)마다 행해지는 제1 상태일 때는, 부원점 신호(ZP1)의 발생 후, 시간 Ts 후에 부원점 신호(ZP2)가 발생하고, 추가로 시간 Ts 후에 부원점 신호(ZP3)가 발생한다. 따라서 카운터부(CN1~CN3)에 의해서, DL1→DL2→DL3의 순으로 시리얼 데이터(DL1~DL3)가 반복하여 출력된다. 부원점 신호(ZP1~ZP3)가 인가되고 나서 일정시간(온 시간 Ton) 중에 열리는 게이트부(GT1~GT3)를 통해서, 이 순차 출력되는 시리얼 데이터(DL1~DL3)는 묘화 비트열 데이터(Sdw)로서 제1 광원 장치(14A')의 구동 회로(206a)에 입력된다. 마찬가지로, 스폿광(SP)의 주사가 면 건너뛰기를 하지 않고 반사면(RP)마다 행해지는 제1 상태일 때는, 부원점 신호(ZP4)의 발생 후, 시간 Ts 후에 부원점 신호(ZP5)가 발생하고, 추가로 시간 Ts 후에 부원점 신호(ZP6)가 발생한다. 따라서 카운터부(CN4~CN6)에 의해서, DL4→DL5→DL6의 순으로 시리얼 데이터(DL4~DL6)가 반복하여 출력된다. 부원점 신호(ZP4~ZP6)가 인가되고 나서 일정시간(온 시간 Ton) 중에 열리는 게이트부(GT4~GT6)를 통해서, 이 순차 출력되는 시리얼 데이터(DL4~DL6)는, 묘화 비트열 데이터(Sdw)로서 제2 광원 장치(14B')의 구동 회로(206a)에 입력된다.
다음에, 제1 상태일 때의 시리얼 데이터(DL1~DL6)의 시프트에 대해 간단하게 설명한다. 시리얼 데이터(DL1)의 열방향의 시프트는, 시리얼 데이터(DL1)를 모두 출력한 후에, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U2)에 대응한 부원점 신호(ZP2)가 발생한 타이밍에 행해진다. 시리얼 데이터(DL2)의 열방향의 시프트는, 시리얼 데이터(DL2)를 모두 출력한 후에, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U3)에 대응한 부원점 신호(ZP3)가 발생한 타이밍에 행해진다. 시리얼 데이터(DL3)의 열방향의 시프트는, 시리얼 데이터(DL3)를 모두 출력한 후에, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U1)에 대응한 부원점 신호(ZP1)가 발생한 타이밍에 행해진다. 또, 시리얼 데이터(DL4)의 열방향의 시프트는, 시리얼 데이터(DL4)를 모두 출력한 후에, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U5)에 대응한 부원점 신호(ZP5)가 발생한 타이밍에 행해진다. 시리얼 데이터(DL5)의 열방향의 시프트는, 시리얼 데이터(DL5)를 모두 출력한 후에, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U6)에 대응한 부원점 신호(ZP6)가 발생한 타이밍에 행해진다. 시리얼 데이터(DL6)의 열방향의 시프트는, 시리얼 데이터(DL6)를 모두 출력한 후에, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U4)에 대응한 부원점 신호(ZP4)가 발생한 타이밍에 행해진다. 또한, 제2 상태일 때의, 묘화 비트열 데이터(Sdw)의 출력 제어는, 제4 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 또, 제1 상태일 때의 묘화 비트열 데이터(Sdw)의 출력 제어는, 상기 제1~ 제3 실시 형태의 제어 원리와 마찬가지이고, 출력하는 시리얼 데이터(DLn)의 순서만 다르다. 즉, DL1→DL3→DL5, DL2→DL4→DL6의 순서대로 시리얼 데이터(DLn)를 각각 출력하는지, DL1→DL2→DL3, DL4→DL5→DL6의 순서대로 시리얼 데이터(DLn)를 각각 출력하는지의 차이이다.
또, 스폿광(SP)의 주사가 반사면(RP)의 1면 건너뛰기로 행해지는 제2 상태의 경우는, 면 건너뛰기를 하지 않고 반사면(RP)마다 행해지는 제1 상태에 비해, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 스폿광(SP)의 주사 개시 간격이 길다. 예를 들면, 반사면(RP)의 1면 건너뛰기로 스폿광(SP)의 주사를 행하는 경우는, 면 건너뛰기를 행하지 않는 경우에 비해, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 스폿광(SP)의 주사 개시 간격이 2배가 된다. 또, 반사면(RP)을 2면 건너뛰기로 행하는 경우는, 면 건너뛰기를 행하지 않는 경우에 비해, 스폿광(SP)의 주사 개시 간격이 3배가 된다. 따라서 제1 상태와 제2 상태에서, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 및 기판(FS)의 반송 속도를 동일하게 해 버리면, 제1 상태와 제2 상태에서는, 노광 결과가 다른 것으로 되어 버린다.
이에, 제1 상태와 제2 상태에서 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 및 기판(FS)의 반송 속도 중 적어도 한쪽을 변경(보정)하고, 제1 상태와 제2 상태에 있어서의 노광 결과를 같은 상태로 하는 제어 모드를, 노광 제어부(356)에 갖게 해도 된다. 예를 들면, 제1 상태일 때의 스폿광(SP)의 주사 개시 간격과 제2 상태일 때의 스폿광(SP)의 주사 개시 간격이 1：2인 경우는, 노광 제어부(356)는 제1 상태일 때의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도와 제2 상태일 때의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도의 비가 1：2가 되도록, 회전 제어부(350)를 제어한다. 구체적으로는, 제1 상태일 때의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 2만rpm으로 하고, 제2 상태일 때의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 4만rpm으로 한다. 아울러, 광원 장치(14'(14A', 14B'))의 빔(LB(LBa, LBb))의 발광 주파수 Fs를, 예를 들면 제1 상태일 때에 200MHz이면, 제2 상태일 때는 400MHz로 설정한다. 이것에 의해, 제1 상태일 때의 부원점 신호(ZPn)의 발생 타이밍의 간격과, 제2 상태일 때의 부원점 신호(ZPn)의 발생 타이밍의 간격을 거의 동일하게 할 수 있다.
또, 예를 들면, 제1 상태일 때의 스폿광(SP)의 주사 개시 간격과 제2 상태일 때의 스폿광(SP)의 주사 개시 간격이 1：2인 경우는, 제1 상태일 때의 기판(FS)의 반송 속도와 제2 상태일 때의 기판(FS)의 반송 속도의 비가, 2：1이 되도록 구동 롤러(R1~R3), 회전 드럼(DR)의 회전 속도를 제어하는 제어 모드를 노광 제어부(356)에 갖게 해도 된다. 이상과 같은, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도나 발광 주파수 Fs(클록 신호(LTC)의 주파수)를 보정하는 제어 모드(주사 보정 모드), 또는 기판(FS)의 반송 속도를 보정하는 제어 모드(반송 보정 모드) 중 어느 한쪽에 의해서, 제1 상태일 때의 기판(FS) 상에 있어서의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 X방향의 간격과, 제2 상태일 때의 기판(FS) 상에 있어서의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 X방향의 간격을, 동일한 간격(예를 들면, 1.5㎛)으로 할 수 있다. 추가로, 제1 상태와 제2 상태에서, 묘화 데이터 출력 제어부(354) 내의 메모리부(BM1~BM6)의 각각에 기억되는 패턴 데이터(비트 맵)는, 아무런 보정할 필요도 없어, 그대로 사용할 수 있다.
또, 상기의 주사 보정 모드와 반송 보정 모드의 양쪽 모두를 사용하여, 제1 상태에서 기판(FS) 상에 묘화되는 패턴과, 제2 상태에서 기판(FS) 상에 묘화되는 패턴을 동등하게 하도록 보정해도 된다. 예를 들면, 제1 상태(폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP)마다의 빔 주사의 경우)에 있어서, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도가 2만rpm, 광원 장치(14'(14A', 14B'))의 빔(LB)의 발광 주파수 Fs가 200MHz, 기판(FS)의 반송 속도가 5mm/초였을 경우, 제2 상태(폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP) 건너뛰기에 의한 빔 주사의 경우)에서는, 기판(FS)의 반송 속도를 절반은 아니라 -25% 감속시킨 3.75mm/초로 설정하고, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도는 1.5배인 3만rpm, 빔(LB)의 발광 주파수 Fs도 1.5배인 300MHz로 설정하도록 해도 된다. 이와 같이, 주사 보정 모드와 반송 보정 모드의 양쪽 모두를 조합하면, 제2 상태의 경우에, 기판(FS)의 반송 속도를 절반까지 저하시킬 필요가 없으므로, 생산성의 극단적인 저하가 억제된다.
또한, 제5 실시 형태에 있어서도, 상기 제4 실시 형태에서 설명한 것처럼, 빔(LBa, LBb)을 배분하는 주사 유닛(Un)의 수는, 임의로 변경해도 된다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율도 임의로 변경해도 된다. 또, 제5 실시 형태에 있어서는, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율이 1/3, 주사 유닛(Un)의 수가 6개로 했으므로, 6개의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))를 2개의 광학 소자 모듈(OM1, OM2)로 나누고, 그것에 대응하여 6개의 주사 유닛(Un(U1~U6))을 2개의 주사 모듈로 나누었다. 그렇지만, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율이 1/M, 주사 유닛(Un) 및 선택용 광학 소자(AOMn)의 수가 Q인 경우는, Q개의 선택용 광학 소자(AOMn)를 Q/M개의 광학 소자 모듈(OM1, OM2, …)로 나누고, Q개의 주사 유닛(Un)을 Q/M개의 주사 모듈로 나누면 된다. 이 경우, 각 광학 소자 모듈(OM1, OM2, …)의 각각에 포함되는 선택용 광학 소자(AOMn)의 수는 같고, 또 Q/M개의 주사 모듈의 각각에 포함되는 주사 유닛(Un)의 수도 같게 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 Q/M은 정수인 것이 바람직하다. 즉, Q는 M의 배수인 것이 바람직하다.
예를 들면, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율이 1/2, 주사 유닛(Un) 및 선택용 광학 소자(AOMn)의 수가 6개인 경우는, 6개의 선택용 광학 소자(AOMn)를 3개의 광학 소자 모듈(OM1, OM2, OM3)로 같게 나누고, 6개의 주사 유닛(Un)을 3개의 주사 모듈로 같게 나누면 된다. 그리고 제1 상태의 경우는, 3개의 광학 소자 모듈(OM1, OM2, OM3)을 병렬로 배치하여, 3개의 광학 소자 모듈(OM1, OM2, OM3)의 각각에 3개의 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)(이 경우, LBa, LBb, LBc)가 병행하여 입사되도록 하고, 제2 상태의 경우는, 3개의 광학 소자 모듈(OM1, OM2, OM3)을 직렬로 배치하여, 1개의 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)이 3개의 광학 소자 모듈(OM1, OM2, OM3)을 시리얼하게 통과하도록 입사시키면 된다.
이상과 같이 본 제5 실시 형태에서는, 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)에 의한 빔(LBn)(스폿광(SP))의 편향(주사)이, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다 반복되는 제1 상태(제1 묘화 모드)와, 폴리곤 미러(PM) 중 적어도 1개 거른 반사면(RP)마다 반복되는 제2 상태(제2 묘화 모드) 중 어느 한쪽으로 전환하도록, 빔 전환 제어부(352)가 빔 전환 부재(20A)를 제어하여, 복수의 주사 유닛(Un)의 각각에 의한 스폿광(SP)의 1차원 주사를 순서대로 행하게 했다. 이것에 의해, 상기 제4 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있음과 아울러, 면 건너뛰기로 스폿광(SP)의 주사를 행할지, 면 건너뛰기를 하지 않고 스폿광(SP)의 주사를 행할지를 전환할 수 있다.
제1 상태의 경우는, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율(α/β)이 1/2 미만으로 되는 경우에, 주사 효율의 역수에 따른 수의 주사 유닛(Un)을 1개의 주사 모듈로서 그룹화하고, 그 그룹화된 주사 모듈의 복수를 이용하여, 각 주사 모듈마다, 그 중 하나의 주사 유닛(Un)이 스폿광(SP)의 1차원 주사를 행한다. 이것에 의해, 복수의 묘화 라인(SLn) 중, 주사 모듈의 수와 동일한 수의 묘화 라인(SLn)을 동시에 스폿광(SP)으로 주사시킬 수 있다. 또, 제2 상태의 경우는, 폴리곤 미러(PM) 중 적어도 1개 거른 반사면(RP)마다 빔 주사를 행하도록 제어되므로, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율(α/β)의 역수에 따른 수보다도 많은 복수의 주사 유닛(Un)이더라도, 빔(LB)을 유효하게 활용하면서, 그 복수의 주사 유닛(Un)의 모두가, 묘화 라인(SLn)을 따라서 스폿광(SP)을 주사시킬 수 있다.
상기의 제1 상태의 경우, 그룹화된 2개의 주사 모듈에는, 광원 장치(14A', 14B')의 각각으로부터의 빔(LBa, LBb)가 병행하여 입사되므로, 빔 전환 부재(20A)내의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)의 각각은, 빔 전환 제어부(352)에 의해서, 그룹화된 주사 모듈 단위로, 빔(LB1~LB6)이 대응하는 주사 유닛(U1~U6)에 시분할로 입사되도록, 온/오프 상태를 스위칭된다.
빔 전환 부재(20A)에 마련된 배치 전환 부재(SWE)는, 제1 광원 장치(14A')로부터의 빔(LBa)을, 6개의 주사 유닛(U1~U6) 중 3개의 주사 유닛(U1~U3)의 각각에 빔(LB1~LB3)으로서 배분하고, 또한 제2 광원 장치(14B')로부터의 빔(LBb)을, 나머지의 3개의 주사 유닛(U4~U6)의 각각에 빔(LB4~LB6)으로서 배분하도록, 빔(LBa)의 광로를 따라서 3개의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)가 직렬로 늘어서 있고, 또한 빔(LBb)의 광로를 따라서 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)가 직렬로 늘어서 있는 제1 배치 상태와, 1개의 광원 장치(14A')로부터의 빔(LBa)을, 6개의 주사 유닛(U1~U6)의 각각에 빔(LB1~LB6)으로서 배분하도록, 빔(LBa)의 광로를 따라서 6개의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)가 직렬로 늘어서 있는 제2 배치 상태를 전환하는 것이다.
이것에 의해, 제1 상태의 경우는, 배치 전환 부재(SWE)에 의해서 제1 배치 상태로 설정함으로써, 각 주사 유닛(U1~U6)의 각각이, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다 스폿광(SP)에 의한 주사를 반복할 수 있음과 아울러, 6개의 주사 유닛(U1~U6) 중 2개의 주사 유닛이 거의 동시에 스폿광(SP)에 의한 주사를 행할 수 있다. 또, 제2 상태의 경우는, 배치 전환 부재(SWE)에 의해서 제2 배치 상태로 설정함으로써, 폴리곤 미러(PM) 중 적어도 1개 거른 반사면(RP)마다의 빔 주사이지만, 6개의 주사 유닛(U1~U6)의 모두로 스폿광(SP)에 의한 주사를 반복할 수 있다.
따라서 본 제5 실시 형태에 의하면, 묘화 장치의 초기 설치시의 셋업에서는, 1개의 광원 장치(14A')를 사용하여, 제2 배치 상태가 되도록 배치 전환 부재(SWE)를 설정하고, 그 후에 기판(FS)의 반송 속도를 올리고 싶은 경우는, 제2 광원 장치(14B')를 증설하여, 제1 배치 상태가 되도록 배치 전환 부재(SWE)를 설정하면 좋고, 하드웨어 상에서는, 광원 장치의 증설, 배치 전환 부재(SWE)의 전환과 같은 간단한 조작으로 묘화 장치를 업 그레이드할 수 있다.
또한, 상기 각 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 빔(LBn)의 편향을 행하는 반사면(RP)에 대해서, 폴리곤 미러(PM)의 회전 방향의 1개 앞의 반사면(RP)을 이용하여, 원점 신호(SZn)의 검출을 행했지만, 빔(LBn)의 편향을 행하는 반사면(RP) 자체를 이용하여 원점 신호(SZn)의 검출을 행하도록 해도 된다. 이 경우는, 원점 신호(SZn) 또는 원점 신호(SZn)로부터 구해지는 원점 신호(SZn')를 시간 Tpx만큼 지연시킬 필요는 없으므로, 원점 신호(SZn), 또는 원점 신호(SZn')를 부원점 신호(ZPn)로 하면 된다.
또, 상기 제 4 및 제5 실시 형태에서는, 광원 장치(14'(14A', 14B'))의 묘화용 광변조기로서의 전기 광학 소자(206)를, 묘화 비트열 데이터(Sdw)를 이용하여 스위칭하도록 했지만, 제2 실시 형태와 같이, 묘화용 광변조기로서 묘화용 광학 소자(AOM)를 이용해도 된다. 이 묘화용 광학 소자(AOM)는 음향 광학 변조 소자(AOM：Acousto-Optic Modulator)이다. 즉, 상기 제4 실시 형태에 있어서는, 광원 장치(14')와 초단(初段)의 선택용 광학 소자(AOM1)의 사이에 묘화용 광학 소자(AOM)를 배치하여, 묘화용 광학 소자(AOM)를 투과한 광원 장치(14')로부터의 빔(LB)이 선택용 광학 소자(AOM1)에 입사되도록 해도 된다. 이 경우는, 묘화용 광학 소자(AOM)는 묘화 비트열 데이터(Sdw)에 따라 스위칭된다. 이 경우라도, 상기 제4 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 상기 제5 실시 형태에 있어서는, 제1 광원 장치(14A')와 제1 광학 소자 모듈(OM1)의 초단의 선택용 광학 소자(AOM1)의 사이와, 제2 광원 장치(14B')와 제2 광학 소자 모듈(OM2)의 초단의 선택용 광학 소자(AOM4)의 사이에, 각각 묘화용 광학 소자(AOM(AOMa, AOMb))가 배치된다. 즉, 묘화용 광학 소자(AOMa)를 투과한 광원 장치(14A')로부터의 빔(LBa)이 선택용 광학 소자(AOM1)에 입사되고, 묘화용 광학 소자(AOMb)를 투과한 광원 장치(14B')로부터의 빔(LBb)이 선택용 광학 소자(AOM4)에 입사된다. 이 경우는, 제1 상태의 경우는, 묘화용 광학 소자(AOMa)는 시리얼 데이터(DL1~DL3)로 구성되는 묘화 비트열 데이터(Sdw)에 따라 스위칭되고, 묘화용 광학 소자(AOMb)는 시리얼 데이터(DL4~DL6)로 구성되는 묘화 비트열 데이터(Sdw)에 따라 스위칭된다. 또, 제2 상태의 경우는, 묘화용 광학 소자(AOMa)만이, 시리얼 데이터(DL1~DL6)로 구성되는 묘화 비트열 데이터(Sdw)에 따라 스위칭된다.
또, 제1 실시 형태와 같이, 묘화용 광변조기로서의 묘화용 광학 소자(AOM)를 주사 유닛(Un)마다 마련해도 된다. 이 경우는, 묘화용 광학 소자(AOM)는 각 주사 유닛(Un)의 반사 미러(M20)(도 28 참조)의 앞에 마련해도 된다. 이 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 묘화용 광학 소자(AOM)는, 각 시리얼 데이터(DLn(DL1~DL6))에 따라 스위칭된다. 예를 들면, 주사 유닛(U3)의 묘화용 광학 소자(AOM)는 시리얼 데이터(DL3)에 따라 스위칭된다.
［제6 실시 형태］
도 41은 제6 실시 형태에 의한 빔 전환 부재(빔 배송 유닛)(20B)의 구성을 나타내고, 여기에서는, 1개의 광원 장치(14')로부터 사출되어 빔 전환 부재(20B)에 입사되는 빔(LBw(LB))이 원편광의 평행 광속으로 되어 있는 것으로 한다. 빔 전환 부재(20B)에는 6개의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6), 2개의 흡수체(TR1, TR2), 6개의 렌즈계(CG1~CG6), 미러(M30,M31,M32), 집광 렌즈(CG0), 그리고 편광빔 스플리터(BS1)와 2개의 묘화용 광학 소자(음향 광학 변조 소자)(AOMa, AOMb)가 마련된다. 또한, 상기 제4 실시 형태 또는 상기 제5 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는, 동일한 참조 부호를 부여하고 있다.
빔 전환 부재(20B)에 입사하는 빔(LBw)은, 집광 렌즈(CG0)를 통해서 편광빔 스플리터(BS1)에 의해서, 직선 P편광의 빔(LBp)과 직선 S편광의 빔(LBs)으로 분리된다. 편광빔 스플리터(BS1)에서 반사된 S편광의 빔(LBs)은, 묘화용 광학 소자(AOMa)에 입사된다. 묘화용 광학 소자(AOMa)에 입사된 빔(LBs)은, 집광 렌즈(CG0)의 집광 작용에 의해서, 묘화용 광학 소자(AOMa) 내에서 빔 웨스트가 되도록 수렴된다. 묘화용 광학 소자(AOMa)에는, 드라이버 회로(DRVn)를 매개로 하여, 도 19에서 도시한 것 같은 묘화 비트열 데이터(Sdw(DLn))가 인가된다. 그 묘화 비트열 데이터(Sdw)는, 여기에서는 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각에 대응한 시리얼 데이터(DL1, DL3, DL5)를 합성한 것으로 되어 있다. 따라서 묘화용 광학 소자(AOMa)는 묘화 비트열 데이터(Sdw(DLn))가 「1」일 때, 온 상태가 되어, 입사된 빔(LBs)의 1차 회절광을, 편향된 묘화 빔(강도 변조된 빔)으로서 미러(M31)를 향해서 사출한다. 미러(M31)에서 반사된 묘화 빔은, 렌즈계(CG1)를 통해서 선택용 광학 소자(AOM1)에 입사된다. 또, 묘화 비트열 데이터(Sdw(DLn))가 「0」일 때에 묘화용 광학 소자(AOMa)로부터 사출되는 0차광(LBs)은, 미러(M31)에서 반사되지만, 후속의 렌즈계(CG1)에 입사되지 않는 각도로 진행한다. 또한, 렌즈계(CG1)는 묘화용 광학 소자(AOMa)로부터 발산되어 사출되는 묘화 빔을 선택용 광학 소자(AOM1)의 회절 부분에서 집광하여 빔 웨스트로 한다.
선택용 광학 소자(AOM1)를 투과한 묘화 빔은, 렌즈계(CG1)와 동일한 렌즈계(CG3)를 매개로 하여 선택용 광학 소자(AOM3)에 입사되고, 선택용 광학 소자(AOM3)을 투과한 묘화 빔은, 렌즈계(CG1)와 동일한 렌즈계(CG5)를 매개로 하여 선택용 광학 소자(AOM5)에 입사된다. 도 41에서는, 3개의 선택용 광학 소자(AOM1, AOM3, AOM5)가 빔 광로를 따라서 직렬로 배치되고, 그 중의 선택용 광학 소자(AOM3)만이 온 상태가 되어, 묘화용 광학 소자(AOMa)에서 강도 변조된 묘화 빔이, 대응하는 주사 유닛(U3)에 빔(LB3)으로서 입사되는 상태를 나타내고 있다. 또한, 렌즈계(CG1, CG3, CG5)는, 도 26이나 도 36 중의 1매의 콜리메이트 렌즈(CL)와 1매의 집광 렌즈(CD)를 조합한 것에 상당한다.
한편, 편광빔 스플리터(BS1)를 투과한 P편광의 빔(LBp)은 미러(M30)에서 반사되어 묘화용 광학 소자(AOMb)에 입사된다. 묘화용 광학 소자(AOMb)에 입사된 빔(LBp)은, 집광 렌즈(CG0)의 집광 작용에 의해서, 묘화용 광학 소자(AOMb) 내에서 빔 웨스트가 되도록 수렴된다. 묘화용 광학 소자(AOMb)에는, 드라이버 회로(DRVn)를 매개로 하여, 도 19에서 도시한 것 같은 묘화 비트열 데이터(Sdw(DLn))가 인가된다. 묘화 비트열 데이터(Sdw)는 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)의 각각에 대응한 시리얼 데이터(DL2, DL4, DL6)를 합성한 것으로 되어 있다. 따라서 묘화용 광학 소자(AOMb)는, 묘화 비트열 데이터(Sdw(DLn))가 「1」일 때, 온 상태가 되어, 입사된 빔(LBp)의 1차 회절광을, 편향된 묘화 빔(강도 변조된 빔)으로서 미러(M32)를 향해서 사출한다. 미러(M32)에서 반사된 묘화 빔은, 렌즈계(CG1)와 동일한 렌즈계(CG2)를 통과하여 선택용 광학 소자(AOM2)에 입사된다. 또, 묘화 비트열 데이터(Sdw(DLn))가 「0」일 때에 묘화용 광학 소자(AOMb)로부터 사출되는 0차광(LBp)은, 미러(M32)에서 반사되지만, 후속의 렌즈계(CG2)에 입사되지 않는 각도로 진행한다. 또한, 렌즈계(CG2)는, 묘화용 광학 소자(AOMb)로부터 발산되어 사출되는 묘화 빔을 선택용 광학 소자(AOM2)의 회절 부분으로 집광하여 빔 웨스트로 한다.
선택용 광학 소자(AOM2)를 투과한 묘화 빔은, 렌즈계(CG1)와 동일한 렌즈계(CG4)를 매개로 하여 선택용 광학 소자(AOM4)에 입사되고, 선택용 광학 소자(AOM4)를 투과한 묘화 빔은, 렌즈계(CG1)와 동일한 렌즈계(CG6)를 매개로 하여 선택용 광학 소자(AOM6)에 입사된다. 도 41에서는, 3개의 선택용 광학 소자(AOM2, AOM4, AOM6)가 빔 광로를 따라서 직렬로 배치되고, 그 중의 선택용 광학 소자(AOM2)만이 온 상태가 되어, 묘화용 광학 소자(AOMb)에서 강도 변조된 묘화 빔이, 대응하는 주사 유닛(U2)에 빔(LB2)으로서 입사되는 상태를 나타내고 있다. 또한, 렌즈계(CG2, CG4, CG6)는, 도 26이나 도 36 중의 1매의 콜리메이트 렌즈(CL)와 1매의 집광 렌즈(CD)를 조합한 것에 상당한다.
이상의 도 41과 같은 빔 전환 부재(빔 배송 유닛)(20B)를 이용하면, 1개의 광원 장치(14')로부터의 빔(LBw)을 편광빔 스플리터(BS1)로 2개로 분할하여, 그 한쪽의 빔(LBs)으로부터 묘화용 광학 소자(AOMa)에 의해서 생성되는 묘화 빔(LB1, LB3, LB5)을, 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5) 중 어느 1개에 순서대로 입사시키고, 편광빔 스플리터(BS1)에서 분할된 다른 쪽의 빔(LBp)으로부터 묘화용 광학 소자(AOMb)에 의해서 생성되는 묘화 빔(LB2, LB4, LB6)을, 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6) 중 어느 1개에 순서대로 입사시킬 수 있다.
이 제6 실시 형태에서는, 광원 장치(14')로부터의 빔(LBw)을 편광빔 스플리터(BS1)로 2개로 분할한 후에, 묘화용 광학 소자(AOMa, AOMb)에서 패턴 데이터에 기초한 빔(LB)의 강도 변조가 행해지기 때문에, 6개의 주사 유닛(U1~U6)의 각각에 의한 스폿광(SP)의 강도는, 편광빔 스플리터(BS1)에서의 감쇠를 -50%, 묘화용 광학 소자(AOMa, AOMb)와 각 선택용 광학 소자(AOMn)에서의 감쇠를 -20%, 각 주사 유닛(U1~U6) 내에서의 감쇠를 -30%로 하면, 원 빔(LBw)의 강도(100%)의 약 22.4%가 된다. 그렇지만, 6개의 주사 유닛(U1~U6)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율이 1/3 이하이고, 1개의 광원 장치(14')로부터의 빔(LBw)을 사용하는 경우는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)을 1면 건너뛰기로 빔 주사하지 않고, 6개의 묘화 라인(SLn)의 각각에서 스폿광(SP)의 주사에 의한 패턴 묘화를 할 수 있다.
〔변형예 1〕
제6 실시 형태와 같이, 홀수번째 선택용 광학 소자(AOM1, AOM3, AOM5)에 입사되는 빔(LBs)과, 짝수번째 선택용 광학 소자(AOM2, AOM4, AOM6)에 입사되는 빔(LBp)의 편광 방향이 직교하고 있는 경우, 홀수번째 선택용 광학 소자(AOMn)와 짝수번째 선택용 광학 소자(AOMn)는, 빔 입사축의 둘레에 상대적으로 90도 회전하여 배치할 필요가 있다. 도 42는, 예를 들면, 홀수번째 선택용 광학 소자(AOM1, AOM3, AOM5) 중 선택용 광학 소자(AOM3)을 짝수번째 선택용 광학 소자(AOMn)에 대해서 90도 회전시켜 배치하는 경우의 구성을 나타낸다. 선택용 광학 소자(AOM3)는 렌즈계(CG3)를 통과한 S편광의 묘화 빔이 입사되므로, 회절 효율이 높은 방향은 XY 평면과 평행한 Y방향이 된다. 즉, 선택용 광학 소자(AOM3) 내에 생성되는 회절 격자의 주기 방향이 Y방향이 되도록, 선택용 광학 소자(AOM3)을 90도 회전하여 배치한다.
이러한 선택용 광학 소자(AOM3)의 배치에 의해, 선택용 광학 소자(AOM3)가 온 상태일 때에 편향되어 사출되는 빔(LB3)은, 0차광의 진행 방향에 대해서, Y방향으로 기울어져 진행한다. 그 때문에, 0차광의 광로로부터 빔(LB3)을 분리하고, 빔(LB3)이 지지 부재(IUB)의 개구부(TH3)를 Z방향으로 통과하도록, 선택용 광학 소자(AOM3)로부터의 빔(LB3)을 XY 평면 내에서 반사시키는 미러(IM3a)와, 미러(IM3a)에서 반사된 빔(LB3)을 개구부(TH3)로 통과하도록 -Z방향으로 반사하는 미러(IM3b)가 마련된다. 다른 홀수번째 선택용 광학 소자(AOM1, AOM5)의 각각에 대해서도, 마찬가지로 미러(IM1a와 IM1b)의 세트, 미러(IM5a와 IM5b)의 세트가 마련된다. 추가로, 도 41의 구성에서는, 묘화용 광학 소자(AOMa, AOMb)에 입사되는 빔(LBs, LBp)의 편광 방향이 직교하고 있기 때문에, 묘화용 광학 소자(AOMa, AOMb)는 빔 입사축의 둘레에 상대적으로 90도 회전시킨 관계로 배치하게 된다.
단, 도 41 중의 편광빔 스플리터(BS1)를 진폭 분할의 빔 스플리터나 하프 미러로 하는 경우는, 빔(LBw)의 편광 방향을 한 방향만(예를 들면 P편광)으로 하면, 묘화용 광학 소자(AOMa, AOMb)의 한쪽, 홀수번째 선택용 광학 소자(AOMn)와 짝수번째 선택용 광학 소자(AOMn) 중 한쪽을, 도 42와 같이 상대적으로 90도 회전시켜 배치할 필요는 없다.
〔변형예 2〕
제6 실시 형태에서는, 6개의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)의 각각에 대응한 주사 유닛(U1~U6)의 모두가, 폴리곤 미러(PM)의 모든 반사면(RP)마다 묘화 라인(SL1~SL6)의 각각을 따른 스폿광(SP)의 주사를 행할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이에, 홀수번째 선택용 광학 소자(AOM1, AOM3, AOM5)를 순서대로 통과해 온 빔(묘화용 광학 소자(AOMa)로 변조된 빔)을 입사하도록, 도 41의 선택용 광학 소자(AOM5)와 흡수체(TR2)의 사이에, 추가로 3개의 선택용 광학 소자(AOM7, AOM9, AOM11)를 직렬로 마련하고, 짝수번째 선택용 광학 소자(AOM2, AOM4, AOM6)를 순서대로 통과해 온 빔(묘화용 광학 소자(AOMb)로 변조된 빔)을 입사하도록, 선택용 광학 소자(AOM6)와 흡수체(TR1)의 사이에, 추가로 3개의 선택용 광학 소자(AOM8, AOM10, AOM12)를 직렬로 마련한다. 그리고 선택용 광학 소자(AOM7~AOM12)의 각각에서 편향(스위칭)된 빔(LB7~LB12)이 도입되는 6개의 주사 유닛(U7~U12)을 증설하여, 합계 12개의 주사 유닛(U1~U12)을 기판(FS)의 폭 방향(Y방향)으로 배치한다. 이것에 의해서, 12개의 묘화 라인(SL1~SL12)의 계속 묘화 노광이 가능해져, Y방향의 최대 노광폭을 2배로 확대할 수 있다.
이 경우, 주사 유닛(U1~U12)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율이 1/3 이하인 경우, 제1 묘화 모듈로서 그룹화되는 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5, U7, U9, U11), 및 제2 묘화 모듈로서 그룹화되는 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6, U8, U10, U12)은, 모두 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 1면 거른 면에 빔(LBn)을 주사한다. 이와 같이 하면, 기판(FS)의 Y방향의 폭이 커졌을 경우에도, 주사 유닛(U7~U12), 선택용 광학 소자(AOM7~AOM12) 등을 추가하는 것만으로, 큰 노광 영역(W)(도 5, 도 25)에 대한 패턴 묘화가 가능해진다. 이와 같이, 6개의 주사 유닛(U7~U12)과 선택용 광학 소자(AOM7~AOM12)를 증설하여, 12개의 주사 유닛(U1~U12)으로 하는 구성은, 앞의 제5 실시 형태(도 36~도 38)에서 설명한 2개의 광원 장치(14A', 14B')를 이용하는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
〔변형예 3〕
도 43은 변형예 3에 의한 기판(FS)의 반송 형태와 주사 유닛(Un)(묘화 라인(SLn))의 배치 관계를 나타내고, 여기에서는, 변형예 2와 같이 12개의 주사 유닛(U1~U12)을 마련하고, 각 주사 유닛(Un)의 묘화 라인(SL1~SL12)을 Y방향으로 이음 묘화 노광할 수 있도록, 회전 드럼(DR) 상에 배치한다. 또, 도 23에 도시한 기판 반송 기구(12)에 있어서의 회전 드럼(DR)이나 각종의 롤러(R1~R3, RT1, RT2) 등의 회전축 방향(Y방향)의 길이를 Hd, 12개의 주사 유닛(Un)에 의한 이음 묘화에 의해서 노광 가능한 Y방향의 최대 묘화폭을 Sh(Sh＜Hd), 노광 가능한 기판(FS0)의 최대 지지폭을 Tf라고 한다. 변형예 3에 있어서의 12개의 묘화 라인(SL1~SL12)의 각각에 대응하는 12개의 주사 유닛(U1~U12)의 각각은, 도 41(제6 실시 형태)과 같이, 1개의 광원 장치(14')로부터의 빔(LBw)을 빔 스플리터나 하프 미러로 2분할하는 방식의 빔 전환 부재(빔 배송 유닛)(20B), 혹은, 도 38(제5 실시 형태)과 같이, 2개의 광원 장치(14A', 14B')의 각각으로부터의 빔(LBa, LBb)을 이용하는 방식의 빔 전환 부재(빔 배송 유닛)(20A)로부터, 대응하는 12개의 빔(LB1~LB12)을 시분할로 입사하도록 구성된다. 따라서 예를 들면 각 묘화 라인(SL1~SL12)의 Y방향의 길이가 50mm인 경우, 최대 묘화폭 Sh는 600mm가 되고, 일례로서 최대 지지폭 Tf이 되는 기판(FS0)의 폭을 650mm, 회전 드럼(DR)의 길이 Hd를 700mm 정도로 할 수 있다.
도 43과 같은 묘화 장치에 의해서, 최대 지지폭 Tf과 같은 폭의 기판(FS0)의 노광을 행하는 경우, 상술한 도 24, 도 25에서 도시한 4개의 얼라이먼트 현미경(AM1~AM4)(관찰 영역(Vw1~Vw4)) 외에, 3개의 얼라이먼트 현미경(AM5~AM7)(관찰 영역(Vw5~Vw7))을 Y방향으로 증설한다. 그 경우, 기판(FS0)의 폭 방향의 양측에 위치하는 얼라이먼트 현미경(AM1)(관찰 영역(Vw1))과 얼라이먼트 현미경(AM7)(관찰 영역(Vw7))은, 기판(FS0)의 양측에, X방향으로 일정 피치로 형성되는 얼라이먼트 마크를 검출한다. 또, 얼라이먼트 현미경(AM4)(관찰 영역(Vw4))은, 최대 지지폭 Tf의 거의 중앙에 위치하도록 배치된다.
또, 앞의 각 실시 형태에서 설명한 것 같은 6개의 주사 유닛(U1~U6)의 각각에 의한 묘화 라인(SL1~SL6)에 의해서 노광 영역(W)에 패턴 묘화가 가능한 기판(FS1)의 경우, 그 폭 Tf1은 회전 드럼(DR)의 최대 지지폭 Tf의 절반 정도이므로, 기판(FS1)은, 예를 들면, 회전 드럼(DR)의 외주면의 -Y방향측에 붙어서 반송된다. 그때, 기판(FS1) 상의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)(도 25)의 각각은, 4개의 얼라이먼트 현미경(AM1~AM4)의 각 관찰 영역(Vw1~Vw4)에 의해서 검출 가능하다. 그리고 기판(FS1)의 노광의 경우는, 6개의 주사 유닛(U1~U6)만을 사용하면 되기 때문에, 주사 유닛(U1~U6)의 각각은, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다의 빔 주사, 또는 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP) 거른 빔 주사 중 어느 쪽의 모드에서도, 각 묘화 라인(SL1~SL6)을 따른 스폿 주사가 가능하다.
예를 들면, 제5 실시 형태와 같이, 2개의 광원 장치(14A', 14B')의 각각으로부터의 빔(LBa, LBb)을 함께 사용하도록 설정되어 있는 경우, 광원 장치(14A')로부터의 빔(LBa)은, 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5, U7, U9, U11)의 각각에 대응한 선택용 광학 소자(AOM1, AOM3, AOM5, AOM7, AOM9, AOM11)를 직렬로 투과하도록, 빔 전환 부재(20A) 내에서 그룹화되고, 광원 장치(14A')로부터의 빔(LBa)은 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6, U8, U10, U12)의 각각에 대응한 선택용 광학 소자(AOM2, AOM4, AOM6, AOM8, AOM10, AOM12)를 직렬로 투과하도록, 빔 전환 부재(20A) 내에서 그룹화된다. 그리고 기판(FS1)의 노광 시에는, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다 출력되는 3개의 원점 신호(SZ1, SZ3, SZ5)에만 기초하여, 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)의 순서대로, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다의 빔 주사가 반복되도록 제어되고, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다 출력되는 3개의 원점 신호(SZ2, SZ4, SZ6)에만 기초하여, 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)의 순서대로, 폴리곤 미러(PM)가 연속된 반사면(RP)마다의 빔 주사가 반복되도록 제어된다.
또한, 최대 지지폭 Tf보다는 작고, 기판(FS1)의 폭 Tf1보다도 큰 폭 Tf2의 기판(FS2)에 대해서 노광을 행하는 경우는, 기판(FS2)을 회전 드럼(DR)의 최대 지지폭 Tf의 중앙 부분에 맞추도록 하여 반송한다. 그 때, 기판(FS2) 상의 노광 영역(W)은, Y방향으로 연접(連接)한 8개의 주사 유닛(U3~U10)의 각각에 의한 묘화 라인(SL3~SL10)에 의해서 묘화되는 것으로 한다. 이러한 경우, 광원 장치(14A')로부터의 빔(LBa)(강도 변조된 빔)이 입사되는 홀수번째의 4개의 선택용 광학 소자(AOM3, AOM5, AOM7, AOM9)가, 시분할로 빔(LB3, LB5, LB7, LB9) 중 어느 1개를 순서대로 생성하고, 광원 장치(14B')로부터의 빔(LBb)(강도 변조된 빔)이 입사되는 짝수번째의 4개의 선택용 광학 소자(AOM4, AOM6, AOM8, AOM10)가, 시분할로 빔(LB4, LB6, LB8, LB10) 중 어느 1개를 순서대로 생성하도록 제어된다. 따라서 적어도 8개의 주사 유닛(U3~U10)의 각각은, 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP) 거른 빔 주사의 모드로 설정된다.
그리고 기판(FS2)의 노광 시에는, 홀수번째 주사 유닛(U3, U5, U7, U9)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP) 걸러 출력되는 4개의 부원점 신호(ZP3, ZP5, ZP7, ZP9)에만 기초하여, 홀수번째 주사 유닛(U3, U5, U7, U9)의 순서대로, 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP) 거른 면마다 빔 주사가 반복되도록 제어되고, 짝수번째 주사 유닛(U4, U6, U8, U10)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP) 걸러 출력되는 4개의 부원점 신호(ZP4, ZP6, ZP8, ZP10)에만 기초하여, 짝수번째 주사 유닛(U4, U6, U8, U10)의 순서대로, 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP) 거른 빔 주사가 반복되도록 제어된다. 또한, 도 43에서는, 기판(FS2) 상의 폭 방향의 양측에 형성되는 얼라이먼트 마크(도 25 중의 얼라이먼트 마크(MK1, MK4)에 상당)가, 얼라이먼트 현미경(AM2, AM6)의 각 관찰 영역(Vw2, Vw6)에서 검출되는 관계로 배치되어 있지만, 노광 영역(W)의 Y방향의 사이즈에 따라서는, 반드시 그러한 관계로 배치할 수 없는 경우도 있다. 그 경우는, 7개의 얼라이먼트 현미경(AM1~AM7) 중 몇 개를 Y방향으로 이동 가능한 구성을 마련하여, 관찰 영역(Vw1~Vw7)의 Y방향의 위치 간격을 조정 가능하게 해 두면 좋다.
이상의 변형예 3에 의하면, 노광해야 할 기판(FS)의 폭이나 노광 영역(W)의 Y방향의 치수에 따라서, 필요한 주사 유닛(Un)만을 사용한 효율적인 노광이 가능해진다. 또, 도 43과 같이 12개의 주사 유닛(U1~U12)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율이 1/3 이하인 경우는, 예를 들면, 각 폴리곤 미러(PM)의 3 반사면(RP) 걸러 빔 주사를 행하도록 하면, 1개의 광원 장치(14')로부터의 빔이더라도, 최대 묘화폭(Sh)에 걸쳐서 양호하게 패턴 묘화가 가능해진다.
또, 9개의 주사 유닛(U1~U9)으로 묘화 장치를 구성하는 경우는, 홀수번째의 5개의 주사 유닛(U1, U3, U5, U7, U9)과, 짝수번째의 4개의 주사 유닛(U2, U4, U6, U8)이 사용된다. 그 때문에, 9개의 주사 유닛(U1~U9)의 모두에 의한 묘화 라인(SL1~SL9)에 의해서 노광 영역(W)에 패턴 묘화할 때는, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율이 1/3 이하인 경우, 예를 들면, 각 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP) 걸러 빔 주사를 행하도록 하면 된다. 단, 이 경우는, 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5, U7, U9)의 각각의 원점 신호(SZn)로부터 생성되는 부원점 신호(ZP1, ZP3, ZP5, ZP7, ZP9)만을, 그 순서대로 참조하는 것을 반복하여, 홀수번째의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5, SL7, SL9)의 각각에서의 스폿 주사를 행하고, 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6, U8)의 각각의 원점 신호(SZn)로부터 생성되는 부원점 신호(ZP2, ZP4, ZP6, ZP8)만을, 그 순서대로 참조하는 것을 반복하여, 짝수번째의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6, SL8)의 각각에서의 스폿 주사를 행하면 된다.
이상, 변형예 3에서는, 묘화 라인(SLn)을 따라서 광원 장치(14')로부터의 빔의 스폿광(SP)을 주사하는 복수의 주사 유닛(Un)을, 각 묘화 라인(SLn)에 의해서 묘화되는 패턴이 기판(FS) 상에서 묘화 라인(SLn)의 방향(주주사 방향)으로 이어지도록 배치하고, 복수의 주사 유닛과 기판(FS)을 주주사 방향과 교차하는 부주사 방향으로 상대 이동시키는 묘화 장치를 이용한 패턴 묘화 방법으로서, 복수의 주사 유닛(Un) 중에서, 기판(FS)의 주주사 방향의 폭, 또는 기판(FS) 상의 패턴 묘화되는 노광 영역의 주주사 방향의 폭, 혹은 그 노광 영역의 위치에 대응한 특정의 주사 유닛을 선정하는 것과, 광원 장치(14')로부터의 빔을 배송하는 빔 배송 유닛을 매개로 하여, 특정의 주사 유닛의 각각으로 묘화해야 하는 패턴 데이터에 기초하여 강도 변조된 빔을 특정의 주사 유닛의 각각에 택일적으로 순차 공급하는 것을 포함하는 패턴 묘화 방법이 제공된다. 이것에 의해, 변형예 3에서는, 기판(FS)의 폭이 바뀌거나, 기판(FS) 상의 노광 영역(W)의 폭이나 위치가 바뀌거나 해도, 기판(FS)의 Y방향의 반송 위치를 적절히 정함으로써, 높은 계속 정밀도를 유지한 정밀한 패턴 묘화가 가능해진다. 또한, 그때, 복수의 주사 유닛의 모든 폴리곤 미러(PM)의 사이에서, 회전 속도나 회전 각도 위상을 동기시키는 것이 아니라, 패턴 묘화에 기여하는 특정의 주사 유닛의 폴리곤 미러(PM)의 사이에만, 회전 속도나 회전 각도 위상을 동기시켜도 된다.
〔변형예 4〕
또한, 9개의 주사 유닛(U1~U9)을 사용하는 묘화 장치의 다른 구성으로서,홀수번째와 짝수번째로 그룹지어 나누는 것이 아니라, 단순하게, 주사 유닛(Un)이 늘어선 순으로 2개의 그룹으로 나눌 수도 있다. 즉, 6개의 주사 유닛(U1~U6)에 의한 제1 주사 모듈과, 3개의 주사 유닛(U7~U9)에 의한 제2 주사 모듈로 나누고, 제1 주사 모듈에 대해서는, 제1 광원 장치(14A')로부터의 빔(LBa)을 공급하고, 제2 주사 모듈에 대해서는, 제2 광원 장치(14B')로부터의 빔(LBb)을 공급하도록 해도 된다. 그 경우, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율(α/β)이 1/4＜(α/β)≤1/3이면, 제1 주사 모듈 내의 6개의 주사 유닛(U1~U6)의 각각은, 앞의 제4 실시 형태(도 33)와 마찬가지로, 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP) 거른 빔 주사에 의해서, 각 묘화 라인(SL1~SL6)을 따른 스폿광(SP)의 주사를 행하게 된다.
이것에 대해서, 제2 주사 모듈 내의 3개의 주사 유닛(U7~U9)의 각각은, 폴리곤 미러(PM)의 모든 반사면(RP)마다 빔 주사할 수 있다. 따라서 3개의 주사 유닛(U7~U9)의 각각이, 그대로 폴리곤 미러(PM)의 모든 반사면(RP)마다 빔 주사를 행해 버리면, 6개의 주사 유닛(U1~U6)의 각각에 의한 각 묘화 라인(SL1~SL6)에 있어서의 스폿광(SP)의 주사가 반복하는 시간 간격 ΔTc1과, 3개의 주사 유닛(U7~U9)의 각각에 의한 각 묘화 라인(SL7~SL9)에 있어서의 스폿광(SP)의 주사가 반복하는 시간 간격 ΔTc2이, ΔTc1=2ΔTc2의 관계가 되어, 묘화 라인(SL1~SL6)에 의해서 기판(FS) 상에 묘화되는 패턴과, 묘화 라인(SL7~SL9)에 의해서 기판(FS) 상에 묘화되는 패턴은 다른 것으로 되어 버려, 양호한 계속 노광을 할 수 없다.
이에, 폴리곤 미러(PM)의 모든 반사면(RP)마다의 빔 주사가 가능한 3개의 주사 유닛(U7~U9)의 각각에 있어서도, 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP) 거른 빔 주사를 행하게 하도록 제어한다. 이러한 제어는, 주사 유닛(U7~U9)의 각각으로부터 발생하는 원점 신호(SZ7~SZ9)를, 도 31의 회로, 또는 도 38 중의 부원점 생성 회로(CAan) 등에 입력하여 부원점 신호(ZP7~ZP9)를 생성하는 것, 그 부원점 신호(ZP7~ZP9)에 응답하여, 대응하는 선택용 광학 소자(AOM7~AOM9)의 각각을 일정시간 Ton만큼 순차 온 상태로 함과 아울러, 묘화 라인(SL7~SL9)의 각각에서 묘화해야 하는 패턴에 대응한 묘화용의 시리얼 데이터(DL7~DL9)의 각각을 제2 광원 장치(14B') 내의 전기 광학 소자(206)의 구동 회로(206a)에 순차 송출함으로써 실현할 수 있다.
〔변형예 5〕
도 44는 변형예 5에 의한 선택용 광학 소자(AOMn)의 드라이버 회로(DRVn)의 구성을 나타낸다. 앞의 각 실시 형태나 변형예에서 설명한 것처럼, 복수의 주사 유닛(Un)의 각각이, 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP) 이상 걸러 빔 주사하는 경우, 광원 장치(14'(14A', 14B'))로부터 사출되는 빔(LB(LBa, LBb))이나, 묘화용 광학 소자(AOMa, AOMb)로부터 사출되는 빔(LBs, LBp)은, 그 광로를 따라서 배치된 복수의 선택용 광학 소자(AOMn)를 투과한다. 도 44에서는, 빔(LB)이, 선택용 광학 소자(AOM1, AOM2)을 투과한 후, 선택용 광학 소자(AOM3)에서 스위칭되어, 주사 유닛(U3)으로 향하는 빔(LB3)이 발생하고 있다. 일반적으로, 선택용 광학 소자(AOMn) 내의 광학 재료는, 자외 파장 대역의 빔(LB)(예를 들면 파장 355nm)에 대해서 비교적 높은 투과율을 가지고 있지만, 수 퍼센트 정도의 감쇠율을 가지고 있다.
개개의 선택용 광학 소자(AOMn)의 투과율을 95%로 했을 경우, 도 44와 같이 선택용 광학 소자(AOM3)가 온 상태가 될 때, 선택용 광학 소자(AOM3)에 입사되는 빔(LB)의 강도는, 2개의 선택용 광학 소자(AOM1, AOM2)에 의한 감쇠를 받으므로, 선택용 광학 소자(AOM1)에 입사되는 원 빔 강도(100%)에 대해서, 약 90%(0.952)가 된다. 추가로, 6개의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)가 늘어서 있는 경우, 마지막 선택용 광학 소자(AOM6)에 입사되는 빔(LB)의 강도는, 5개의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM5)에 의한 감쇠를 받으므로, 원 빔 강도(100%)에 대해서, 약 77%(0.955)가 된다.
이것으로부터, 6개의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)의 각각에 입사되는 빔(LB)의 강도는, 순서대로, 100%, 95%, 90%, 85%, 81%, 77%가 된다. 이것은, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)의 각각에서 편향되어 사출되는 빔(LB1~LB6)의 강도도, 그 비율로 바뀌어 가는 것을 의미한다. 이에, 본 변형예 5에서는, 도 38에서 도시한 복수의 선택용 광학 소자(AOMn)의 각각의 드라이버 회로(DRVn)에 있어서, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)의 구동 조건을 조정하여, 빔(LB1~LB6)의 강도의 변동을 줄이도록 제어한다.
도 44에 있어서, 드라이버 회로(DRV1~DRV6)(DRV5, DRV6는 도시를 생략)는 모두 동일한 구성이므로, 상세한 설명은 드라이버 회로(DRV1)에만 대해 행한다. 상술한 도 38에 도시한 것처럼, 드라이버 회로((DRV1~DRV6)의 각각에는, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)(도 44에서는, AOM5, AOM6의 도시를 생략)의 각각의 온 상태의 온 시간 Ton을 설정하는 정보와 부원점 신호(ZP1~ZP6)가 입력된다. 또, 도 44의 구성에서는, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)의 각각에 초음파를 인가하기 위한 고주파 발신원(400)이 공통으로 마련된다. 드라이버 회로(DRV1)는 고주파 발신원(400)으로부터의 고주파 신호를 받아, 그것을 고전압의 진폭으로 증폭하는 앰프(402)에 전달할지 여부를 고속으로 전환하는 스위칭 소자(401)와, 온 시간 Ton을 설정하는 정보와 부원점 신호(ZP1)에 기초하여 스위칭 소자(401)의 개폐를 제어하는 로직 회로(403)와, 앰프(402)의 증폭율(게인)을 조정하여 선택용 광학 소자(AOM1)에 인가하는 고압의 고주파 신호의 진폭을 조정하는 게인 조정기(404)를 구비한다.
선택용 광학 소자(AOM1)에 인가하는 고압의 고주파 신호의 진폭을 허용 범위 내에서 바꾸면, 선택용 광학 소자(AOM1)의 회절 효율을 미세 조정할 수 있어, 편향되어 사출되는 빔(LB1)(1차 회절광)의 강도를 바꾸는 것이 가능하다. 이에, 본 변형예 5에서는, 광원 장치(14')에 가까운 측의 선택용 광학 소자(AOM1)의 드라이버 회로(DRV1)에서부터, 광원 장치(14')로부터 멀어진 측의 선택용 광학 소자(AOM6)의 드라이버 회로(DRV6)의 순으로, 각 선택용 광학 소자(AOMn)에 인가되는 고압의 고주파 신호의 진폭이 높아지도록, 게인 조정기(404)를 조정한다. 예를 들면, 빔(LB)의 광로의 종단(終端)의 선택용 광학 소자(AOM6)에 인가되는 고압의 고주파 신호의 진폭을 가장 회절 효율이 높아지는 값(Va6)으로 설정하고, 빔(LB)의 광로의 최초의 선택용 광학 소자(AOM1)에 인가되는 고압의 고주파 신호의 진폭을, 허용 범위 내에서 회절 효율이 저하된 상태가 되는 값(Va1)으로 설정한다. 그 사이의 선택용 광학 소자(AOM2~AOM5)에 인가되는 고압의 고주파 신호의 진폭(Va2~Va5)은, Va1＜Va2＜Va3＜Va4＜Va5＜Va6가 되도록 설정된다.
이상의 설정에 의해, 6개의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)의 각각으로부터 사출되는 빔(LB1~LB6)의 강도 불균형을 완화, 혹은 억제하는 것이 가능하다. 이것에 의해서, 각 묘화 라인(SL1~SL6)의 각각에 의해서 묘화되는 패턴의 노광량의 불균형을 억제할 수 있어, 고정밀한 패턴 묘화가 가능해진다. 또한, 각 드라이버 회로((DRV1~DRV6)에 의해서 설정되는 고압의 고주파 신호의 진폭(Va1~Va6)은, 그 순서대로 점차 크게 할 필요는 없고, 예를 들면, Va1=Va2＜Va3=Va4＜Va5=Va6의 관계 여도 좋다. 또, 각 주사 유닛(U1~U6)마다, 스폿광(SP)이 되는 묘화용 빔(LB1~LB6)의 강도를 조정하는 방식은, 변형예 5와 같은 방법 이외에, 각 주사 유닛(U1~U6) 내의 광로 중에, 소정의 투과율을 가지는 감광 필터(ND 필터)를 마련하는 방법이어도 된다.
또한, 도 44의 드라이버 회로(DRVn)에서는, 고주파 발신원(400)으로부터의 고주파 신호를 스위칭 소자(401)에 의해서 앰프(402)에 전달할지 여부를 전환하는 것으로 했다. 그렇지만, 선택용 광학 소자(AOMn)의 온/오프의 전환시의 응답성(시작 특성)을 높이기 위해서, 회절 효율을 실질적으로 제로로 간주할 수 있는 상태, 예를 들면, 1차 회절광의 강도가 온 시의 강도에 대해서 1/1000 이하가 되는 저레벨의 고주파 신호를, 선택용 광학 소자(AOMn)에 항상 계속 인가하고, 온 상태일 때만 적정한 고레벨의 고주파 신호를 선택용 광학 소자(AOMn)에 인가하도록 해도 된다. 도 45는 그러한 드라이버 회로(DRVn)의 구성을 나타내고, 여기에서는 대표하여 드라이버 회로(DRV1)의 구성을 나타내고, 도 44 중의 부재와 동일한 것에는 동일한 부호를 부여하고 있다.
도 45의 구성에서는, 직렬 접속된 2개의 저항(RE1, RE2)을 추가한다. 저항(RE1, RE2)의 직렬 회로는, 스위칭 소자(401)의 앞에서 고주파 발신원(400)에 병렬로 삽입되어, 저항비 RE2/(RE1＋RE2)로 분압된 고주파 발신원(400)으로부터의 고주파 신호가, 상시 앰프(402)에 인가되고 있다. 저항(RE2)을 가변 저항기로 하고, 스위칭 소자(401)가 오프(비도통) 상태일 때, 선택용 광학 소자(AOM1)로부터 사출되는 1차 회절광, 즉, 빔(LB1)의 강도가 충분히 작은 값(예를 들면 본래의 강도의 1/1000 이하)이 되도록, 선택용 광학 소자(AOM1)에 인가되는 고주파 신호의 레벨을 조정한다. 이와 같이, 저항(RE1, RE2)에 의해서, 선택용 광학 소자(AOM1)에 고주파 신호의 바이어스(상승)를 인가함으로써, 응답성을 높일 수 있다. 또한, 이 경우, 스위칭 소자(401)가 오프(비도통) 상태인 동안에도, 매우 약한 강도이지만, 빔(LB1)이 대응하는 주사 유닛(U1)에 입사되므로, 어떠한 트러블에 의해서, 묘화 동작 중에 기판(FS)의 반송 속도가 저감하거나, 정지하거나 하는 경우는, 광원 장치(14'(14A', 14B'))의 출구에 마련한 셔터를 닫거나, 감광 필터를 삽입하거나 한다.
〔변형예 6〕
이상의 각 실시 형태, 각 변형예에서는, 시트 모양의 기판(FS)을 회전 드럼(DR)의 외주면에 밀접(密接)시킨 상태에서, 원통면 모양으로 만곡(灣曲)된 기판(FS)의 표면에, 복수의 주사 유닛(Un)의 각각에 의한 묘화 라인(SLn)을 따라서 패턴 묘화를 행하도록 했다. 그렇지만, 예를 들면, 국제 공개 제 2013/150677호 팜플렛에 개시되어 있는 것처럼, 기판(FS)을 평면 모양으로 지지하면서 장척 방향으로 보내면서 노광 처리하는 구성이어도 된다. 이 경우, 기판(FS)의 표면이 XY 평면과 평행하게 설정되는 것으로 하면, 예를 들면, 도 23, 도 24에 도시한 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)과, 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)의 각 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)이, XZ 평면과 평행한 면 내에서 보았을 때 서로 Z축과 평행하고, 또한 X방향으로 일정한 간격으로 위치하도록 복수의 주사 유닛(U1~U6)을 배치하면 좋다.

Claims (8)

  1. 피조사체에 투사되는 묘화용 빔을 회전 다면경의 회전에 의해서 반복하여 주사 방향으로 일차원 주사하면서, 상기 피조사체를 상기 주사 방향과 교차한 방향으로 반송시켜, 상기 피조사체 상에 소정의 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
    상기 회전 다면경의 회전 중에, 상기 회전 다면경의 복수의 반사면 중 임의의 1개의 제1 반사면에서 반사된 상기 묘화용 빔을 입사시켜, 상기 피조사체 상에 스폿광으로서 집광하여 상기 스폿광을 일차원 주사하기 위한 투사 광학계와,
    상기 회전 다면경의 회전 방향에 관하여, n면(n은 1이상의 정수)만큼 상기 제1 반사면의 앞으로 설정되는 제2 반사면을 향하도록, 상기 묘화용 빔과는 다른 빔을 투사하는 빔 송광계와,
    상기 제2 반사면에서의 반사 빔을 소정의 위치에서 수광하여, 상기 제2 반사면이 소정의 각도 위치로 된 것을 나타내는 펄스 모양의 원점 신호를, 상기 회전 다면경의 복수의 반사면마다 발생시키는 빔 수광계와,
    상기 원점 신호가 발생하고 나서 상기 제2 반사면이 상기 제1 반사면이 될 때까지의 상기 회전 다면경의 회전 속도에 의해 결정되는 소정 시간 Tpx를 기준으로 하여, 상기 원점 신호의 발생으로부터 소정의 지연된 타이밍에서 상기 묘화용 빔에 의한 묘화 개시를 지시하는 제어 장치와,
    상기 회전 다면경의 회전 방향으로 1면씩 건너 뛴 반사면마다 상기 빔 수광계로부터 발생하는 상기 원점 신호에 응답하여, 상기 묘화용 빔을 상기 회전 다면경의 1개의 반사면에 대응한 회전 각도분(分)의 시간보다도 짧은 일정 시간의 동안만큼 상기 회전 다면경을 향하도록 스위칭하는 선택용 광학 소자를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 반사면은, 상기 회전 다면경의 회전 방향에 관하여, 상기 제1 반사면의 이웃으로 설정되어 있는 패턴 묘화 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 회전 다면경의 반사면수를 Np, 상기 회전 다면경의 1분당 회전수를 Vp(rpm)으로 했을 때, 상기 소정 시간 Tpx는 60/(Np×Vp)(초)에 근거하여 설정되는 패턴 묘화 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 묘화용 빔의 파장은, 상기 피조사체에 형성된 광감응층을 감광시키는 자외 파장역으로 설정되고,
    상기 빔 송광계는, 비감광성의 파장역의 빔을 사출하는 광원부를 포함하며,
    상기 빔 수광계는, 상기 제2 반사면에서 반사한 상기 반사 빔을 스폿광으로 집광하는 렌즈계와, 이 집광된 스폿광을 수광하여 상기 원점 신호를 출력하는 광전 변환 소자를 포함하는 패턴 묘화 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 투사 광학계에 의해서 상기 묘화용 빔이 상기 피조사체 상에 스폿광으로서 조사되고, 상기 스폿광이 상기 회전 다면경의 회전에 의해서 상기 피조사체 상에서 주주사 방향으로 소정의 주사 속도로 주사되어 상기 패턴을 묘화하기 위해서,
    상기 묘화용 빔의 상기 스폿광의 실효적인 사이즈보다도 작은 간격으로 상기 스폿광이 상기 주주사 방향으로 오버랩하는 주파수로 상기 묘화용 빔을 펄스 모양으로 발진하는 광원 장치를 더 구비하는 패턴 묘화 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어 장치는, 제1 묘화 모드인 경우에는, 상기 회전 다면경의 연속된 반사면마다 상기 묘화용 빔을 주사하여, 상기 묘화용 빔의 스폿광에 의한 상기 패턴의 묘화를 행하게 하고, 제2 묘화 모드인 경우에는, 상기 회전 다면경의 1면씩 건너 뛴 반사면마다 상기 묘화용 빔을 주사하여 상기 묘화용 빔의 상기 스폿광에 의한 상기 패턴의 묘화를 행하게 하는 패턴 묘화 장치.
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