KR102372800B1 - 빔 주사 장치 및 패턴 묘화 장치 - Google Patents

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Abstract

반사면의 각도가 바뀌는 폴리곤 미러(PM)에 의해서 편향된 빔(LBn)을 기판(P)에 투사하는 주사 유닛(Un)은, 폴리곤 미러(PM)에서 처음 반사된 제1 반사 빔(LBn)을 반사하여 폴리곤 미러(PM)를 향하는 제2 반사 빔(LBn)을 생성함과 아울러, 폴리곤 미러(PM)의 편향 방향과 교차한 비편향 방향에 관해서 제2 반사 빔(LBn)을 수렴시키는 재반사 광학계(CY2,M10)와, 제2 반사 빔(LBn)이 폴리곤 미러(PM)에서 재차 반사된 제3 반사 빔(LBn)을 입사받아, 기판(P)을 향해서 사출하는 주사용 광학계(FT, CY3)를 구비한다.

Description

빔 주사 장치 및 패턴 묘화 장치{BEAM SCANNING DEVICE AND PATTERN RENDERING APPARATUS}
본 발명은 대상물의 피조사면상에 조사되는 빔의 스팟광을 주사하는 빔 주사 장치, 및 그러한 빔 주사 장치를 이용하여 소정의 패턴을 묘화(描畵) 노광하는 패턴 묘화 장치에 관한 것이다.
종래부터, 사무용 고속 프린터로서, 레이저 빔의 스팟광을 감광 드럼 등의 피조사체(대상물)에 투사하고, 또한 스팟광을 회전 다면경에 의해서 1차원 방향으로 주(主)주사하면서, 피조사체를 주주사선 방향과 직교한 부(副)주사 방향으로 이동시켜, 피조사체상에 소망하는 패턴이나 화상(문자, 도형, 사진 등)을 묘화하기 위해서, 예를 들면, 하기에 나타내는 일본 특개 소61－7818호 공보와 같은 광 주사 장치를 이용하는 것이 알려져 있다.
이 일본 특개 소61－7818호 공보에는, 회전축을 중심으로 회전하는 편향 반사면을 가지는 회전 다면경(多面鏡)과, 능선이 회전축과 직교하도록 편향 반사면에 대향된 2개의 보정용 평면경을 마련하고, 회전 다면경의 편향 반사면으로의 입사광 빔을 보정용 평면경과의 사이에서 한 번 왕복시켜 주사면으로 주사광 빔으로서 안내함으로써, 편향 반사면의 면기울어짐 등에 의한 주사선의 왜곡을 광학적으로 수정하는 것이 개시되어 있다. 일본 특개 소61－7818호 공보에서는, 회전축을 포함하며 2개의 보정용 평면경의 능선에 직교하는 평면으로의 주사광 빔의 투영 이미지와, 회전축과 직교하는 평면이 이루는 각도(사출(射出) 각도)가 5°~15°가 되도록, 2개의 보정용 평면경의 배치와 입사광 빔의 입사각을 설정한다고 하고 있다.
일본 특개 소61－7818호 공보의 제2 도(혹은 제8 도 내지 제10 도)에 도시되어 있는 것처럼, 회전 다면경의 편향 반사면에 처음 입사되는 광빔과, 2개의 보정용 평면경에서 반사되어 회전 다면경의 편향 반사면에 2회째로 입사되는 광빔을, 회전축의 방향에 있어서 편향 반사면상의 같은 위치로 하는 경우, 2개의 보정용 평면경이 이루는 각도(협각(狹角) β)는 90°미만의 예각이 된다. 그 경우, 회전축과 평행한 면에 대해서 회전 다면경의 편향 반사면이 기울면, 2개의 보정용 평면경에서 반사되어 회전 다면경의 편향 반사면으로 되돌아오는 광빔은, 회전 다면경의 편향 반사면에 처음 입사되는 광빔의 위치에 대해서, 회전축의 방향으로 크게 변위하게 된다. 그 때문에, 그 변위에 대응하도록, 회전 다면경의 편향 반사면의 회전축 방향의 치수를 확보해 둘 필요가 있다. 그것에 의해서, 회전 다면경의 경량화에 제한이 생겨, 회전 다면경의 회전 속도의 상한이 규율되게 된다.
본 발명의 제1 양태는, 반사면의 각도가 바뀌는 가동 반사 부재에 의해서 편향된 빔을 피조사체에 투사하는 빔 주사 장치로서, 상기 가동 반사 부재에서 처음 반사된 제1 반사 빔을 반사하여 상기 가동 반사 부재를 향하는 제2 반사 빔을 생성함과 아울러, 상기 가동 반사 부재에 의한 상기 빔의 편향 방향과 교차한 비편향 방향에 관해서(이하, '~에 관해서'는 '~으로'와 동일한 의미를 가질 수 있다) 상기 제2 반사 빔을 수렴시키는 제1 광학 부재를 구비하는 재반사 광학계와, 상기 제2 반사 빔이 상기 가동 반사 부재에서 재차 반사된 제3 반사 빔을 입사받아, 상기 피조사체를 향해서 사출하는 주사용 광학계를 구비한다.
본 발명의 제2 양태는, 서로 반사면의 방향이 상이한 복수의 반사면을 가지는 가동 반사 부재에 의해서 편향된 빔을 피조사체에 투사하는 빔 주사 장치로서, 상기 가동 반사 부재의 제1 반사면에서 반사된 제1 반사 빔을 입사받아, 상기 가동 반사 부재의 상기 제1 반사면과는 상이한 제2 반사면을 향해 진행하는 제2 반사 빔을 생성하는 재반사 광학계와, 상기 가동 반사 부재의 상기 제2 반사면에서 반사되는 제3 반사 빔을 입사받아, 상기 피조사체에 투사하는 주사용 광학계를 구비한다.
본 발명의 제3 양태는, 패턴 묘화 장치로서, 기판을 소정의 방향으로 이동시킨 상태로, 본 발명의 제1 양태 또는 제2 양태의 상기 빔 주사 장치를 이용하여, 상기 빔을 상기 피조사체인 상기 기판상에 투사하고, 또한 상기 빔을 상기 소정의 방향과 교차하는 주사 방향으로 주사시킴으로써 상기 기판상에 패턴을 묘화한다.
도 1은 제1 실시 형태의 기판에 노광 처리를 실시하는 노광 장치를 포함하는 디바이스 제조 시스템의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시하는 회전 드럼에 기판이 감긴 상태를 나타내는 상세도이다.
도 3은 기판상에서 주사되는 스팟광의 묘화 라인 및 기판상에 형성된 얼라이먼트용 마크를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시하는 빔 전환부의 개략 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시하는 선택용 광학 소자 및 입사 미러 주위의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시하는 주사 유닛의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시하는 주사 유닛을 ＋Y방향에서 보았을 때의 도면이다.
도 8은 도 6에 도시하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면에서 2회 반사되었을 때의 빔의 반사 각도에 대해 설명한다.
도 9는 1회의 주사에 필요한 폴리곤 미러의 회전 각도를 설명하는 도면이다.
도 10은 도 1에 도시하는 노광 장치의 전기적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 제1 실시 형태의 변형예 1에 있어서의 주사 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 제1 실시 형태의 변형예 2에 있어서의, 빔을 폴리곤 미러의 반사면에 2회 반사시키기 위한 구성도이다.
도 13의 (A)는 제2 실시 형태의 주사 유닛의 구성을 -Y방향에서 보았을 때의 도면, 도 13의 (B)는 제2 실시 형태의 주사 유닛의 구성을 ＋Z방향에서 보았을 때의 도면이다.
도 14는 제2 실시 형태의 변형예 1에 있어서의 주사 유닛의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 15는 제3 실시 형태에 있어서의, 묘화용 빔을 폴리곤 미러에 2회 반사시키기 위한 구성도이다.
도 16은 제3 실시 형태의 변형예 1에 있어서의, 빔을 폴리곤 미러에 2회 반사시키기 위한 구성도이다.
도 17은 제1 ~ 제3 실시 형태의 변형예에 있어서의 주사 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 양태에 따른 빔 주사 장치 및 패턴 묘화 장치에 대해서, 바람직한 실시 형태를 들어, 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 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되고, 이하에 기재한 구성 요소는 적당히 조합하는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소의 다양한 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.
［제1 실시 형태］
도 1은 제1 실시 형태의 기판(피조사체)(P)에 노광 처리를 실시하는 노광 장치(EX)를 포함하는 디바이스 제조 시스템(10)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 특별한 언급이 없는 한, 중력 방향을 Z방향으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 도면에 나타내는 화살표에 따라서, X방향, Y방향, 및 Z방향을 설명한다.
디바이스 제조 시스템(10)은 기판(P)에 소정의 처리(노광 처리 등)를 실시하여, 전자 디바이스를 제조하는 시스템(기판 처리 장치)이다. 디바이스 제조 시스템(10)은, 예를 들면, 전자 디바이스로서의 플렉서블·디스플레이, 필름 모양의 터치 패널, 액정 표시 패널용의 필름 모양의 칼라 필터, 플렉서블 배선, 또는 플렉서블·센서 등을 제조하는 제조 라인이 구축된 제조 시스템이다. 이하, 전자 디바이스로서 플렉서블·디스플레이를 전제로 하여 설명한다. 플렉서블·디스플레이로서는, 예를 들면, 유기 EL 디스플레이, 액정 디스플레이 등이 있다. 디바이스 제조 시스템(10)은 플렉서블(가요성)의 시트 모양의 기판(시트 기판)(P)을 롤 모양으로 감은 도시하지 않은 공급 롤로부터 기판(P)이 송출(送出)되고, 송출된 기판(P)에 대해서 각종 처리를 연속적으로 실시한 후, 각종 처리 후의 기판(P)을 도시하지 않은 회수 롤에서 권취(卷取)하는, 이른바, 롤·투·롤(Roll To Roll) 방식의 구조를 가진다. 그 때문에, 각종 처리 후의 기판(P)은, 복수의 디바이스가 기판(P)의 반송 방향으로 이어진 상태로 되어 있고, 다면 모따기용 기판으로 되어 있다. 상기 공급 롤로부터 보내진 기판(P)은, 차례로, 프로세스 장치 PR1, 노광 장치(EX), 및 프로세스 장치 PR2로 각종 처리가 실시되고, 상기 회수 롤에서 권취된다. 기판(P)은 기판(P)의 이동 방향(반송 방향)이 긴 길이 방향(장척(長尺))이 되고, 폭 방향이 짧은 길이 방향(단척(短尺))이 되는 띠 모양의 형상을 가진다.
본 실시 형태에서는, X방향은 Z방향과 직교하는 수평면 내에 있어서, 기판(P)이 공급 롤로부터 회수 롤을 향하는 방향으로, 기판(P)의 장척 방향(길이 방향)이다. Y방향은 Z방향과 직교하는 수평면 내에 있어서 X방향에 직교하는 방향으로, 기판(P)의 폭 방향(단척 방향)이다. 또한, －Z방향을 중력이 작용하는 방향(중력 방향)으로 하고, 기판(P)의 반송 방향을 ＋X방향으로 한다.
기판(P)은, 예를 들면, 수지 필름, 혹은, 스텐레스강 등의 금속 또는 합금으로 이루어지는 박(箔)(포일) 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 수지, 폴리스티렌 수지, 및 아세트산 비닐 수지 중, 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 이용해도 된다. 또, 기판(P)의 두께나 강성(영률(Young's modulus))은, 디바이스 제조 시스템(10)의 반송로를 통과할 때, 기판(P)에 좌굴(坐屈)에 의한 접힌 곳이나 비가역적인 주름이 생기지 않는 범위이면 된다. 기판(P)의 모재(母材)로서, 두께가 10μm~200μm 이하인 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트) 등의 필름은, 적합한 시트 기판의 전형이다.
기판(P)은 디바이스 제조 시스템(10) 내에서 실시되는 각 처리에 있어서 열을 받는 경우가 있기 때문에, 열팽창 계수가 현저하게 크지 않은 재질의 기판(P)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 등이어도 된다. 또, 기판(P)은 플로트법 등으로 제조된 두께 100μm 정도, 혹은 35μm 정도의 극박 유리의 단층체여도 되고, 이 극박 유리에 상기의 수지 필름, 박 등을 첩합(貼合)한 적층체여도 된다.
그런데, 기판(P)의 가요성(flexibility)이란, 기판(P)에 자중(自重) 정도의 힘을 가해도 전단(專斷)되거나 파단(破斷)되거나 하지 않고, 그 기판(P)을 휘게 하는 것이 가능한 성질을 말한다. 또, 자중 정도의 힘에 의해서 굴곡(屈曲)되는 성질도 가요성에 포함된다. 또, 기판(P)의 재질, 크기, 두께, 기판(P)상에 성막(成膜)되는 층 구조, 온도, 또는 습도 등의 환경 등에 따라서, 가요성의 정도는 바뀐다. 어찌되었든, 본 실시 형태에 의한 디바이스 제조 시스템(10) 내의 반송로에 마련되는 각종의 반송용 롤러, 회전 드럼 등의 반송 방향 전환용 부재에 기판(P)을 올바르게 감은 경우에, 좌굴하여 접힌 곳이 생기거나, 파손(破損)(찢어짐이나 벌어짐이 발생)되거나 하지 않고, 기판(P)을 스무스하게 반송할 수 있으면, 가요성의 범위라고 할 수 있다.
프로세스 장치(처리 장치) PR1은, 공급 롤로부터 보내져 온 기판(P)을 노광 장치(EX)를 향해서 소정의 속도로 장척 방향을 따른 반송 방향(＋X방향)으로 반송하면서, 노광 장치(EX)로 보내지는 기판(P)에 대해서 전(前) 공정의 처리를 행한다. 그 전 공정의 처리에 의해, 노광 장치(EX)로 보내지는 기판(P)은, 그 표면에 감광성 기능층(광 감응층)이 형성된 기판(감광 기판)으로 되어 있다.
이 감광성 기능층은, 용액으로서 기판(P)상에 도포되고, 건조됨으로써 층(막)이 된다. 감광성 기능층의 전형적인 것은 포토레지스트(액상(液狀) 또는 드라이 필름 모양)이지만, 현상 처리가 불필요한 재료로서, 자외선의 조사를 받은 부분의 친발액성이 개질(改質)되는 감광성 실란 커플링제(SAM), 혹은 자외선의 조사를 받은 부분에 도금 환원기가 노출되는 감광성 환원제 등이 있다. 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우는, 기판(P)상의 자외선으로 노광된 패턴 부분이 발액성에서 친액성으로 개질된다. 그 때문에, 친액성으로 된 부분 위에 도전성 잉크(은이나 동 등의 도전성 나노 입자를 함유하는 잉크) 또는 반도체 재료를 함유한 액체 등을 선택 도포함으로써, 박막 트랜지스터(TFT) 등을 구성하는 전극, 반도체, 절연, 혹은 접속용의 배선이 되는 패턴층을 형성할 수 있다. 감광성 기능층으로서 감광성 환원제를 이용하는 경우는, 기판(P)상의 자외선으로 노광된 패턴 부분에 도금 환원기가 노출된다. 그 때문에, 노광 후, 기판(P)을 즉시 팔라듐(palladium) 이온 등을 포함하는 도금액 중에 일정 시간 침지(浸漬)시킴으로써, 팔라듐에 의한 패턴층이 형성(석출)된다. 이러한 도금 처리는 애디티브(additive)한 프로세스이지만, 그 외, 서브트랙티브(subtractive)한 프로세스로서의 에칭 처리를 전제로 해도 된다. 그 경우는, 노광 장치(EX)로 보내지는 기판(P)은, 모재를 PET나 PEN로 하고, 그 표면에 알루미늄(Al)이나 동(Cu) 등의 금속성 박막을 전면(全面)에 또는 선택적으로 증착하고, 추가로 그 위에 포토레지스트층을 적층한 것이어도 된다.
노광 장치(처리 장치)(EX)는 프로세스 장치 PR1로부터 반송되어 온 기판(P)을 프로세스 장치 PR2를 향해서 소정의 속도로 반송 방향(＋X방향)으로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 노광 처리를 행하는 처리 장치이다. 노광 장치(EX)는 기판(P)의 표면(감광성 기능층의 표면, 즉, 감광면)에, 전자 디바이스용의 패턴(예를 들면, 전자 디바이스를 구성하는 TFT의 전극이나 배선 등의 패턴)에 따른 광 패턴을 조사한다. 이것에 의해, 감광성 기능층에 상기 패턴에 대응한 잠상(潛像)(개질부)이 형성된다.
본 실시 형태에 있어서는, 노광 장치(EX)는 마스크를 이용하지 않는 직묘(直描) 방식의 노광 장치, 이른바 래스터 스캔 방식의 노광 장치(패턴 묘화 장치)이다. 노광 장치(EX)는 기판(P)을 ＋X방향(소정의 방향, 부주사 방향)으로 반송하면서, 노광용 펄스 모양의 빔 LB(펄스 빔)의 스팟광 SP를, 기판(P)의 피조사면(감광면) 상에서 소정의 주사 방향(Y방향)으로 1차원으로 주사(주주사)하면서, 스팟광 SP의 강도를 패턴 데이터(묘화 데이터, 패턴 정보)에 따라 고속으로 변조(온/오프)한다. 이것에 의해, 기판(P)의 피조사면에 전자 디바이스, 회로 또는 배선 등의 소정의 패턴에 따른 광 패턴이 묘화 노광된다. 즉, 기판(P)의 부주사와, 스팟광 SP의 주주사로, 스팟광 SP가 기판(P)의 피조사면(감광성 기능층의 표면)상에서 상대적으로 2차원 주사되어, 기판(P)의 피조사면에 소정의 패턴이 묘화 노광된다. 또, 기판(P)은 반송 방향(＋X방향)을 따라서 반송되고 있으므로, 노광 장치(EX)에 의해서 패턴이 노광되는 노광 영역 W는 기판(P)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 복수 개 마련되게 된다(도 3 참조). 이 노광 영역 W에 전자 디바이스가 형성되므로, 노광 영역 W는 디바이스 형성 영역이기도 하다.
프로세스 장치(처리 장치) PR2는, 노광 장치(EX)로부터 보내져 온 기판(P)을 회수 롤을 향해서 소정의 속도로 장척 방향을 따른 반송 방향(＋X방향)으로 반송하면서, 노광 장치(EX)에서 노광 처리된 기판(P)에 대한 후 공정의 처리(예를 들면, 도금 처리 또는 현상·에칭 처리 등)를 행한다. 이 후 공정의 처리에 의해, 기판(P)상에 디바이스의 패턴층이 형성된다.
다음에, 노광 장치(EX)에 대해 보다 자세하게 설명한다. 노광 장치(EX)는 온조(溫調) 챔버(ECV) 내에 격납되어 있다. 이 온조 챔버(ECV)는 내부를 소정의 온도, 소정의 습도로 유지함으로써, 내부에서 반송되는 기판(P)의 온도에 의한 형상 변화를 억제함과 아울러, 기판(P)의 흡습성이나 반송에 따라서 발생하는 정전기의 대전(帶電) 등을 억제한다. 온조 챔버(ECV)는 패시브 또는 액티브한 방진(防振) 유닛 SU1, SU2를 통해서 제조 공장의 설치면(E)에 배치된다. 방진 유닛 SU1, SU2는 설치면(E)으로부터의 진동을 저감시킨다. 이 설치면(E)은 공장의 바닥면 자체여도 되고, 수평면을 만들기 위해서 바닥면상에 전용으로 설치되는 설치 받침대(페데스탈(pedestal))상의 면이어도 된다. 노광 장치(EX)는 기판 반송 기구(12)와, 광원 장치(14)와, 빔 전환부(BDU)와, 묘화 헤드(16)와, 제어 장치(18), 복수의 얼라이먼트 현미경 AMm(또한, m=1, 2, 3, 4)과, 복수의 인코더 헤드 ENja, ENjb(또한, j=1, 2, 3)를 적어도 구비하고 있다. 제어 장치(18)는 노광 장치(EX)의 각 부를 제어하는 것이다. 이 제어 장치(18)는 컴퓨터와 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 포함하고, 그 컴퓨터가 프로그램을 실행함으로써, 본 실시 형태의 제어 장치(18)로서 기능한다.
기판 반송 기구(12)는 디바이스 제조 시스템(10)의 기판 반송 장치의 일부를 구성하는 것으로, 프로세스 장치 PR1로부터 반송되는 기판(P)을, 노광 장치(EX) 내에서 소정의 속도로 반송한 후, 프로세스 장치 PR2에 소정의 속도로 송출한다. 기판 반송 기구(12)는 기판(P)의 반송 방향의 상류측(－X방향측)으로부터 차례로, 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 R3을 가지고 있다. 기판(P)이 기판 반송 기구(12)의 엣지 포지션 컨트롤러(EPC), 구동 롤러 R1~R3, 텐션 조정 롤러 RT1, RT2, 및 회전 드럼(원통 드럼)(DR)에 걸려 건네짐으로써, 노광 장치(EX) 내에서 반송되는 기판(P)의 반송로가 규정된다.
엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는 프로세스 장치 PR1로부터 반송되는 기판(P)의 폭 방향(Y방향으로서 기판(P)의 단척 방향)에 있어서의 위치를 조정한다. 즉, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는 소정의 텐션이 걸린 상태로 반송되고 있는 기판(P)의 폭 방향의 단부(端部, 엣지)에 있어서의 위치가, 목표 위치에 대해서 ±십수μm~수십μm 정도의 범위(허용 범위)에 들어가도록, 기판(P)을 폭 방향으로 이동시켜, 기판(P)의 폭 방향에 있어서의 위치를 조정한다. 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는 소정의 텐션이 걸린 상태로 기판(P)이 걸려 건네지는 롤러와, 기판(P)의 폭 방향의 단부(엣지)의 위치를 검출하는 도시하지 않은 엣지 센서(단부 검출부)를 가진다. 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는 상기 엣지 센서가 검출한 검출 신호에 기초하여, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)의 상기 롤러를 Y방향으로 이동시켜, 기판(P)의 폭 방향에 있어서의 위치를 조정한다. 구동 롤러(닙 롤러) R1은 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)로부터 반송되는 기판(P)의 표리(表裏) 양면을 유지하면서 회전하여, 기판(P)을 회전 드럼(DR)을 향해 반송한다. 또한, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는 회전 드럼(DR)에 감기는 기판(P)의 장척 방향이, 회전 드럼(DR)의 중심축 AXo에 대해서 항상 직교하도록, 기판(P)의 폭 방향에 있어서의 위치를 적당히 조정함과 아울러, 기판(P)의 진행 방향에 있어서의 기울기 오차를 보정하도록, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)의 상기 롤러의 회전축과 Y축과의 평행도(平行度)를 적당히 조정해도 된다.
회전 드럼(DR)은 중력이 작용하는 Z방향과 교차한 Y방향으로 연장된 중심축 AXo와, 중심축 AXo로부터 일정 반경(半徑)의 원통 모양의 외주면(外周面)을 가진다. 회전 드럼(DR)은 이 외주면(원주면)을 따라서 기판(P)의 일부를 장척 방향으로 원통면 모양으로 만곡(灣曲)시켜 지지(유지)하면서, 중심축 AXo를 중심으로 회전하여 기판(P)을 ＋X방향으로 반송한다. 회전 드럼(DR)은 묘화 헤드(16)로부터의 빔 LB(스팟광 SP)가 투사되는 기판(P)상의 영역(부분)을 그 외주면에서 지지한다. 회전 드럼(DR)은 전자 디바이스가 형성되는 면(감광면이 형성된 측의 면)과는 반대측의 면(이면(裏面))측으로부터 기판(P)을 지지(밀착 유지)한다. 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양측에는, 회전 드럼(DR)이 중심축 AXo의 둘레를 회전하도록 링 모양의 베어링으로 지지된 샤프트(Sft)가 마련되어 있다. 회전 드럼(DR)은 제어 장치(18)에 의해서 제어되는 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등)으로부터의 회전 토크가 샤프트(Sft)에 주어짐으로써 중심축 AXo 둘레를 일정한 회전 속도로 회전한다. 또한, 편의적으로 중심축 AXo를 포함하며, YZ평면과 평행한 평면을 중심면 Poc라고 부른다.
구동 롤러(닙 롤러) R2, R3은 기판(P)의 반송 방향(＋X방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 배치되어 있고, 노광 후의 기판(P)에 소정의 느슨함(여유)을 주고 있다. 구동 롤러 R2, R3은 구동 롤러 R1과 마찬가지로, 기판(P)의 표리 양면을 유지하면서 회전하여, 기판(P)을 프로세스 장치 PR2를 향하여 반송한다. 텐션 조정 롤러 RT1, RT2는 －Z방향으로 가압되어 있고, 회전 드럼(DR)에 감겨 지지되고 있는 기판(P)에 장척 방향으로 소정의 텐션을 주고 있다. 이것에 의해, 회전 드럼(DR)에 걸리는 기판(P)에 부여되는 장척 방향의 텐션을 소정의 범위 내로 안정화시키고 있다. 제어 장치(18)는 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등)을 제어함으로써, 구동 롤러 R1~R3을 회전시킨다. 또한, 구동 롤러 R1~R3의 회전축, 및 텐션 조정 롤러 RT1, RT2의 회전축은, 회전 드럼(DR)의 중심축 AXo와 평행하고 있다.
광원 장치(14)는 펄스 모양의 빔(펄스 빔, 펄스광, 레이저) LB를 발생시켜 사출한다. 이 빔 LB는 370nm 이하의 파장 대역에 피크 파장을 가지는 자외선 광으로, 빔 LB의 발광 주파수(발진 주파수, 소정 주파수)를 Fa라고 한다. 광원 장치(14)가 사출한 빔 LB는, 빔 전환부(BDU)를 통해서 묘화 헤드(16)에 입사된다. 광원 장치(14)는, 제어 장치(18)의 제어에 따라서, 발광 주파수 Fa로 빔 LB를 발광하여 사출한다. 이 광원 장치(14)는 적외 파장 대역의 펄스광을 발생시키는 반도체 레이저 소자, 섬유 증폭기, 및 증폭된 적외 파장 대역의 펄스광을 자외 파장 대역의 펄스광으로 변환하는 파장 변환 소자(고조파 발생 소자) 등으로 구성되어도 된다. 이와 같이 광원 장치(14)를 구성함으로써, 발진 주파수 Fa가 수백 MHz로, 1펄스광의 발광 시간이 피코초 정도의 고휘도의 자외선의 펄스광이 얻어진다. 또한, 광원 장치(14)가 사출하는 빔 LB를 평행 광속의 광으로 한다. 본 제1 실시 형태에서는, 광원 장치(14)로서, 일본 특개 2015－210437호 공보(도 17 참조)에 제시하는 것 같은 광원 장치를 채용한다. 또, 광원 장치(14)가 사출하는 빔 LB는 직선 편광인 P편광으로 한다.
빔 전환부(BDU)는 묘화 헤드(16)를 구성하는 복수의 주사 유닛 Un(또한, n=1, 2,···, 6) 중 어느 1개의 주사 유닛 Un에, 빔 LB를 입사시킴과 아울러, 빔 LB가 입사되는 주사 유닛 Un을 전환한다. 또, 빔 전환부(BDU)는 빔 LB가 입사되는 주사 유닛 Un을 주사 유닛 U1~U6 중에서 순번대로 전환한다. 즉, 빔 LB(LBn)를 시분할로 각 주사 유닛 Un으로 배분한다. 예를 들면, 빔 전환부(BDU)는 빔 LB가 입사되는 주사 유닛 Un을, U1→U2→U3→U4→U5→U6의 순번으로 전환한다. 또한, 빔 전환부(BDU)를 통해서 주사 유닛 Un에 입사되는 광원 장치(14)로부터의 빔 LB를 LBn으로 나타내는 경우가 있다. 그리고, 주사 유닛 U1에 입사되는 빔 LBn을 LB1로 나타내고, 마찬가지로 주사 유닛 U2~U6에 입사되는 빔 LBn을 LB2~LB6로 나타내는 경우가 있다.
빔 전환부(BDU)는 스팟광 SP의 주사를 행하는 주사 유닛 Un에 빔 LB가 입사되도록, 빔 LBn이 입사하는 주사 유닛 Un을 전환한다. 또한, 스팟광 SP의 주사를 행하는 주사 유닛 Un은, U1→U2→U3→U4→U5→U6의 순번으로 전환하는 것으로 한다.
묘화 헤드(16)는 동일 구성의 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)을 배열한, 이른바 멀티 스캔형 묘화 헤드로 되어 있다. 묘화 헤드(16)는 회전 드럼(DR)의 외주면(원주면)에서 지지되고 있는 기판(P)의 일부분에, 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)에 의해서 패턴을 묘화한다. 각 주사 유닛 Un(U1~U6)은 빔 전환부(BDU)로부터의 빔 LBn을 기판(P)상(기판(P)의 피조사면상)에 투사하면서, 기판(P)상에서 빔 LBn을 집광(수렴)한다. 이것에 의해, 기판(P)상에 투사되는 빔 LBn(LB1~LB6)은 스팟광 SP가 된다. 또, 각 주사 유닛 Un(U1~U6)은 폴리곤 미러(PM)를 가지고, 회전한 폴리곤 미러(PM)를 이용하여, 기판(P)상에 투사되는 빔 LBn(LB1~LB6)의 스팟광 SP를 주주사 방향(Y방향)으로 주사한다. 이 스팟광 SP의 주사에 의해서, 기판(P)상에, 1라인분의 패턴이 묘화되는 직선적인 묘화 라인(주사 라인) SLn(또한, n=1, 2,···, 6)이 규정된다. 즉, 묘화 라인 SLn은 빔 LBn의 스팟광 SP의 기판(P)상에 있어서의 주사 궤적을 나타내는 것이다.
주사 유닛 U1은 스팟광 SP를 묘화 라인 SL1을 따라서 주사하고, 마찬가지로 주사 유닛 U2~U6은 스팟광 SP를 묘화 라인 SL2~SL6을 따라서 주사한다. 도 2, 도 3에 도시하는 것처럼, 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)의 묘화 라인 SLn(SL1~SL6)은 중심면 Poc(도 1, 도 3 참조)를 사이에 두고, 회전 드럼(DR)의 원주 방향으로 2열로 지그재그 배열로 배치된다. 홀수번의 묘화 라인 SL1, SL3, SL5는, 중심면 Poc에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(－X방향측)의 기판(P)의 피조사면상에 위치하고, 또한 Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 짝수번의 묘화 라인 SL2, SL4, SL6은 중심면 Poc에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)의 기판(P)의 피조사면상에 위치하고, 또한 Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다.
그 때문에, 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)도, 중심면 Poc를 사이에 두고 기판(P)의 반송 방향으로 2열로 지그재그 배열로 배치된다(도 2 참조). 즉, 홀수번의 주사 유닛 U1, U3, U5는, 중심면 Poc에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(－X방향측)이고, 또한 Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 짝수번의 주사 유닛 U2, U4, U6은, 중심면 Poc에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)이고, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 홀수번의 주사 유닛 U1, U3, U5와, 짝수번의 주사 유닛 U2, U4, U6은, XZ평면에서 볼 때, 중심면 Poc에 대해서 대칭으로 마련되어 있다.
X방향에 관해서는, 홀수번의 묘화 라인 SL1, SL3, SL5와 짝수번의 묘화 라인 SL2, SL4, SL6이 서로 이격되어 있지만, Y방향(기판(P)의 폭 방향, 주주사 방향)에 관해서는 서로 분리되는 일 없이 맞이어지도록 설정되어 있다. 묘화 라인 SL1~SL6은, 기판(P)의 폭 방향(Y방향), 즉, 회전 드럼(DR)의 중심축 AXo와 거의 병행으로 되어 있다. 또한, 묘화 라인 SLn을 Y방향으로 맞잇는 것은, 묘화 라인 SLn의 각각으로 묘화되는 패턴의 단부끼리를 Y방향에 관해서 인접 또는 일부 중복시키는 것을 의미한다. 묘화 라인 SLn의 각각으로 묘화되는 패턴의 단부끼리를 중복시키는 경우는, 예를 들면, 각 묘화 라인 SLn의 길이에 대해서, 묘화 개시점, 또는 묘화 종료점을 포함하여 Y방향으로 수% 이하의 범위로 중복시키면 좋다.
이와 같이, 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6) 전부(全部)로 노광 영역 W의 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(P)의 폭 방향으로 분할된 복수의 영역(묘화 범위)마다 패턴을 묘화할 수 있다. 예를 들면, 1개의 주사 유닛 Un에 의한 Y방향의 주사 길이(묘화 라인 SLn의 길이)를 20~60mm 정도로 하면, 홀수번의 주사 유닛 U1, U3, U5의 3개와, 짝수번의 주사 유닛 U2, U4, U6의 3개의 합계 6개의 주사 유닛 Un을 Y방향으로 배치함으로써, 묘화 가능한 Y방향의 폭을 120~360mm 정도까지 넓히고 있다. 각 묘화 라인 SLn(SL1~SL6)의 길이(묘화 범위의 길이)는, 원칙적으로 동일하게 한다. 즉, 묘화 라인 SL1~SL6의 각각을 따라서 주사되는 빔 LBn의 스팟광 SP의 주사 거리는, 원칙적으로 동일하게 한다.
본 실시 형태의 경우, 광원 장치(14)로부터의 빔 LB가 펄스광이기 때문에, 주주사의 동안에 묘화 라인 SLn상에 투사되는 스팟광 SP는, 빔 LB의 발진 주파수 Fa(예를 들면, 100mHz)에 따라서 이산적으로 된다. 그 때문에, 빔 LB의 1펄스광에 의해서 투사되는 스팟광 SP와 다음의 1펄스광에 의해서 투사되는 스팟광 SP를, 주주사 방향으로 오버랩시킬 필요가 있다. 그 오버랩의 양은, 스팟광 SP의 사이즈 φ, 스팟광 SP의 주사 속도(주주사의 속도) Vs, 및 빔 LB의 발진 주파수 Fa에 의해서 설정된다. 스팟광 SP의 실효적인 사이즈 φ는, 스팟광 SP의 강도 분포가 가우스스(Gauss) 분포로 근사되는 경우, 스팟광 SP의 피크 강도의 1/e2(또는 1/2)로 정해진다. 본 실시 형태에서는, 실효적인 사이즈(치수) φ에 대해서, φ×1/2 정도 스팟광 SP가 오버랩되도록, 스팟광 SP의 주사 속도 Vs 및 발진 주파수 Fa가 설정된다. 따라서, 스팟광 SP의 주주사 방향을 따른 투사 간격은, φ／2가 된다. 그 때문에, 부주사 방향(묘화 라인 SLn과 직교한 방향)에 관해서도, 묘화 라인 SLn에 따른 스팟광 SP의 1회의 주사와, 다음 주사의 사이에서, 기판(P)이 스팟광 SP의 실효적인 사이즈 φ의 거의 1/2의 거리만큼 원주 방향으로 이동하도록, 회전 드럼(DR)의 회전 속도를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인 SLn을 주주사 방향으로 잇는 경우도, φ／2만큼 오버랩시키는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 스팟광 SP의 사이즈(치수) φ를 3μm로 한다.
각 주사 유닛 Un(U1~U6)은 적어도 XZ평면에 있어서, 각 빔 LBn이 회전 드럼(DR)의 중심축 AXo를 향해 진행하도록, 각 빔 LBn을 기판(P)을 향해서 투사한다. 이것에 의해, 각 주사 유닛 Un(U1~U6)으로부터 기판(P)을 향해 진행하는 빔 LBn의 광로(빔 중심축)는, XZ평면에 있어서, 기판(P)의 피조사면의 법선과 평행하게 된다. 이때, 홀수번의 주사 유닛 U1, U3, U5로부터 기판(P)을 향해서 투사되는 빔 LB1, LB3, LB5의 광축(중심축)은, XZ평면에 있어서 같은 방향으로 되어 있고, 후술하는 방위선 Lx2(도 1 참조)와 겹친다. 또, 짝수번의 주사 유닛 U2, U4, U6으로부터 기판(P)을 향해서 투사되는 빔 LB2, LB4, LB6의 광축(중심축)은, XZ평면에 있어서 같은 방향으로 되어 있고, 후술하는 방위선 Lx3(도 1 참조)과 겹친다. 이 방위선 Lx2와 방위선 Lx3은, XZ평면에 있어서, 중심면 Poc에 대해서 각도가 ±θ1이 되도록 설정되어 있다(도 1 참조). 즉, XZ평면에 관해서, 홀수번의 주사 유닛 U1, U3, U5로부터 기판(P)을 향해 투사되는 빔 LB의 진행 방향과, 짝수번의 주사 유닛 U2, U4, U6으로부터 기판(P)을 향해 투사되는 빔의 진행 방향은, 중심면 Poc에 대해서 대칭으로 되어 있다. 또, 각 주사 유닛 Un(U1~U6)은 묘화 라인 SLn(SL1~SL6)에 조사되는 빔 LBn이, YZ평면과 평행한 면 내에서는 기판(P)의 피조사면에 대해서 수직이 되도록, 빔 LBn을 기판(P)을 향해서 조사한다. 즉, 피조사면에서의 스팟광 SP의 주주사 방향에 관해서, 기판(P)에 투사되는 빔 LBn(LB1~LB6)은 텔레센트릭한 상태로 주사된다.
도 1에 도시한 복수의 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)은, 도 3에 도시하는 기판(P)에 형성된 복수의 얼라이먼트용 마크 MKm(MK1~MK4)를 검출하기 위한 것으로, Y방향을 따라서 복수 개(본 제1 실시 형태에서는, 4개) 마련되어 있다. 복수의 마크 MKm(MK1~MK4)은 기판(P)의 피조사면상의 노광 영역 W에 묘화되는 소정의 패턴과 기판(P)을 상대적으로 위치 맞춤(얼라이먼트)하기 위한 기준 마크이다. 복수의 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)은 회전 드럼(DR)의 외주면(원주면)에서 지지되고 있는 기판(P)상에서, 복수의 마크 MKm(MK1~MK4)를 검출한다. 복수의 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)은, 묘화 헤드(16)로부터의 빔 LBn(LB1~LB6)의 스팟광 SP에 의한 기판(P)상의 피조사 영역(묘화 라인 SL1~SL6으로 둘러싸인 영역)보다도 기판(P)의 반송 방향의 상류측(－X방향측)에 마련되어 있다.
얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)은 얼라이먼트용 조명광을 기판(P)에 투사하는 광원과, 기판(P)의 표면의 마크 MKm를 포함하는 국소 영역(관찰 영역) Vwm(Vw1~Vw4)의 확대 이미지를 얻는 관찰 광학계(대물 렌즈를 포함함)와, 그 확대 이미지를 기판(P)이 반송 방향으로 이동하고 있는 동안에, 기판(P)의 반송 속도 Vt에 따른 고속 셔터로 촬상하는 CCD, CMOS 등의 촬상 소자를 가진다. 복수의 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)의 각각이 촬상한 촬상 신호(화상 데이터)는 제어 장치(18)에 보내진다. 제어 장치(18)는 이 보내져 온 복수의 촬상 신호의 화상 해석을 행함으로써, 기판(P)상의 마크 MKm(MK1~MK4)의 위치(마크 위치 정보)를 검출한다. 또한, 얼라이먼트용 조명광은, 기판(P)상의 감광성 기능층에 대해서 거의 감도를 가지지 않는 파장 대역의 광, 예를 들면, 파장 500~800nm 정도의 광이다.
복수의 마크 MK1~MK4는 각 노광 영역 W의 주위에 마련되어 있다. 마크 MK1, MK4는, 노광 영역 W의 기판(P)의 폭 방향의 양측에, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 일정한 간격 Dh로 복수 개 형성되어 있다. 마크 MK1은 기판(P)의 폭 방향의 -Y방향측에, 마크 MK4는 기판(P)의 폭 방향의 ＋Y방향측에 각각 형성되어 있다. 이러한 마크 MK1, MK4는 기판(P)이 큰 텐션을 받거나, 열프로세스를 받거나 하여 변형되어 있지 않은 상태에서는, 기판(P)의 장척 방향(X방향)에 관해서 동일 위치가 되도록 배치된다. 또한, 마크 MK2, MK3은 마크 MK1과 마크 MK4의 사이로서, 노광 영역 W의 ＋X방향측과 -X방향측의 여백부에 기판(P)의 폭 방향(단척 방향)을 따라서 형성되어 있다. 마크 MK2는 기판(P)의 폭 방향의 -Y방향측에, 마크 MK3은 기판(P)의 ＋Y방향측에 형성되어 있다.
또한, 기판(P)의 -Y방향측의 단부에 배열되는 마크 MK1과 여백부의 마크 MK2의 Y방향의 간격, 여백부의 마크 MK2와 마크 MK3의 Y방향의 간격, 및 기판(P)의 ＋Y방향측의 단부에 배열되는 마크 MK4와 여백부의 마크 MK3의 Y방향의 간격은, 모두 같은 거리로 설정되어 있다. 이들 마크 MKm(MK1~MK4)은 제1 층의 패턴층의 형성시에 함께 형성되어도 된다. 예를 들면, 제1 층의 패턴을 노광할 때, 패턴이 노광되는 노광 영역 W의 주위에 마크 MKm용 패턴도 함께 노광해도 된다. 또한, 마크 MKm은 노광 영역 W 내에 형성되어도 된다. 예를 들면, 노광 영역 W 내로서, 노광 영역 W의 윤곽을 따라 형성되어도 된다. 또, 노광 영역 W 내에 형성되는 전자 디바이스의 패턴 중의 특정 위치의 패턴 부분, 혹은 특정 형상의 부분을 마크 MKm으로서 이용해도 된다.
얼라이먼트 현미경 AM1은, 도 3에 도시하는 것처럼, 대물 렌즈에 의한 관찰 영역(검출 영역) Vw1 내에 존재하는 마크 MK1을 촬상하도록 배치된다. 마찬가지로, 얼라이먼트 현미경 AM2~AM4는 대물 렌즈에 의한 관찰 영역 Vw2~Vw4 내에 존재하는 마크 MK2~MK4를 촬상하도록 배치된다. 따라서, 복수의 얼라이먼트 현미경 AM1~AM4는 복수의 마크 MK1~MK4의 위치에 대응하여, 기판(P)의 -Y방향측으로부터 AM1~AM4의 순서로 기판(P)의 폭 방향을 따라서 마련되어 있다.
복수의 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)은, X방향에 관해서, 노광 위치(묘화 라인 SL1~SL6)와 관찰 영역 Vwm(Vw1~Vw4)의 거리가, 노광 영역 W의 X방향의 길이 보다도 짧아지도록 마련되어 있다. 또한, Y방향에 마련되는 얼라이먼트 현미경 AMm의 수는, 기판(P)의 폭 방향으로 형성되는 마크 MKm의 수에 따라 변경 가능하다. 또, 각 관찰 영역 Vwm(Vw1~Vw4)의 기판(P)의 피조사면상의 크기는, 마크 MK1~MK4의 크기나 얼라이먼트 정밀도(위치 계측 정밀도)에 따라 설정되지만, 100~500μm각(角) 정도의 크기이다.
또한, 본 제1 실시 형태에서는, X방향에 관해서, 홀수번의 주사 유닛 U1, U3, U5의 묘화 라인 SL1, SL3, SL5와, 짝수번의 주사 유닛 U2, U4, U6의 묘화 라인 SL2, SL4, SL6의 기판(P)상에 있어서의 위치를 근접시켰으므로, 묘화 라인 SL1, SL3, SL5의 상류측에 복수의 얼라이먼트 현미경 AM(AM1~AM4)을 배치했다. 그렇지만, 홀수번의 주사 유닛 U1, U3, U5의 묘화 라인 SL1, SL3, SL5와, 짝수번의 주사 유닛 U2, U4, U6의 묘화 라인 SL2, SL4, SL6의 기판(P)상에 있어서의 위치가 원주 방향으로 소정 거리 이상 떨어지는 경우는, X방향(기판(P)의 반송 방향)을 따라서 배치된, 홀수번의 주사 유닛 U1, U3, U5와 짝수번의 주사 유닛 U2, U4, U6에 대응하여, 복수의 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)을 각각 마련해도 된다. 즉, X방향에 관해서, 홀수번의 묘화 라인 SL1, SL3, SL5의 상류측의 동일 위치에 복수의 얼라이먼트 현미경 AM(AM1~AM4)을 Y방향을 따라서 1열로 마련함과 아울러, X방향에 관해서, 짝수번의 묘화 라인 SL1, SL3, SL5의 하류측으로서, 묘화 라인 SL2, SL4, SL6의 상류측의 동일 위치에 복수의 얼라이먼트 현미경 AM(AM1~AM4)을 Y방향을 따라서 1열로 마련한다.
도 2에 도시하는 것처럼, 회전 드럼(DR)의 양단부에는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 원주 방향의 전체에 걸쳐 링 모양으로 형성된 눈금을 가지는 스케일부 SDa, SDb가 마련되어 있다. 이 스케일부 SDa, SDb는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 원주 방향으로 일정한 피치(예를 들면, 20μm)로 오목한 모양 또는 볼록한 모양의 격자선(눈금)을 각설(刻設)한 회절 격자이며, 인크리멘탈형 스케일로서 구성된다. 이 스케일부 SDa, SDb는 중심축 AXo 둘레로 회전 드럼(DR)과 일체로 회전한다. 스케일부 SDa, SDb를 판독하는 스케일 판독 헤드로서의 복수의 인코더 헤드 EN1a~EN3a, EN1b~EN3b는, 이 스케일부 SDa, SDb와 대향하도록 마련되어 있다(도 1, 도 2 참조).
인코더 헤드 ENja, ENjb는 스케일부 SDa, SDb의 각각에 계측용 빔을 투사하여 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치를 광학적으로 검출하는 것이다. 회전 드럼(DR)의 -Y방향측의 단부에 마련된 스케일부 SDa에 대향하여, 3개의 인코더 헤드 ENja(EN1a, EN2a, EN3a)가 마련되어 있다. 마찬가지로, 회전 드럼(DR)의 ＋Y방향측의 단부에 마련된 스케일부 SDb에 대향하여, 3개의 인코더 헤드 ENjb(EN1b, EN2b, EN3b)가 마련되어 있다.
인코더 헤드 EN1a, EN1b는, 중심면 Poc에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(－X방향측)에 마련되어 있고, 방위선 Lx1상에 배치되어 있다(도 1, 도 2 참조). 방위선 Lx1은 XZ평면에 있어서, 인코더 헤드 EN1a, EN1b의 계측용 광빔의 스케일부 SDa, SDb상으로의 투사 위치(판독 위치)와, 중심축 AXo를 잇는 선으로 되어 있다. 또, 방위선 Lx1은, XZ평면에 있어서, 각 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)의 관찰 영역 Vwm(Vw1~Vw4)과 중심축 AXo를 잇는 선으로 되어 있다. 즉, 복수의 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)도 방위선 Lx1상에 배치되어 있다.
인코더 헤드 EN2a, EN2b는, 중심면 Poc에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(－X방향측)에 마련되어 있고, 또한 인코더 헤드 EN1a, EN1b보다 기판(P)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)에 마련되어 있다. 인코더 헤드 EN2a, EN2b는 방위선 Lx2상에 배치되어 있다(도 1, 도 2 참조). 방위선 Lx2는 XZ평면에 있어서, 인코더 헤드 EN2a, EN2b의 계측용 광빔의 스케일부 SDa, SDb상으로의 투사 위치(판독 위치)와, 중심축 AXo를 잇는 선으로 되어 있다.
인코더 헤드 EN3a, EN3b는, 중심면 Poc에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)에 마련되어 있고, 방위선 Lx3상에 배치되어 있다(도 1, 도 2 참조). 방위선 Lx3은, XZ평면에 있어서, 인코더 헤드 EN3a, EN3b의 계측용 광빔의 스케일부 SDa, SDb상으로의 투사 위치(판독 위치)와, 중심축 AXo를 잇는 선으로 되어 있다.
또한, 짝수번의 주사 유닛 U2, U4, U6에 대응하여, 복수의 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)을 Y방향을 따라서 1열로 배치하는 경우는, 복수의 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)이 설치되는 방위선 Lx4상에 인코더 헤드 EN4a, EN4b를 별도 마련한다. 이 경우, 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4) 및 인코더 헤드 EN4a, EN4b는, 홀수번의 주사 유닛 U1, U3, U5와 짝수번의 주사 유닛 U2, U4, U6의 사이에 설치된다. 또한, 방위선 Lx4는 중심축 AXo를 통과하는 선인 것은 말할 필요도 없다.
각 인코더 헤드 ENja(EN1a~EN3a), ENjb(EN1b~EN3b)는, 스케일부 SDa, SDb를 향해서 계측용 광빔을 투사하고, 그 반사 광속(회절광)을 광전 검출함으로써, 펄스 신호인 검출 신호(2상(相) 신호)를 제어 장치(18)에 출력한다. 제어 장치(18)는 각 인코더 헤드 ENja(EN1a~EN3a)의 검출 신호(2상 신호)를 내삽(內揷) 처리하여 스케일부 SDa, SDb의 격자의 이동량을 디지털 카운터로 계수함으로써, 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치 및 각도 변화를 서브 미크론의 분해능으로 계측한다. 이 회전 드럼(DR)의 각도 변화, 즉 디지털 카운터로 계수되는 펄스 신호의 주파수(또는 주기)로부터, 기판(P)의 반송 속도 Vt도 계측할 수 있다.
인코더 헤드 EN1a, EN1b의 각각으로부터의 검출 신호(2상 신호)에 기초하는 디지털 계수치의 어느 한쪽 혹은 그 평균치는, 방위선 Lx1상에서 본 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치로서 이용된다. 마찬가지로, 인코더 헤드 EN2a, EN2b의 각각에 기초하는 디지털 계수치의 어느 한쪽 혹은 평균치는, 방위선 Lx2에서 본 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치로서 이용되고, 인코더 헤드 EN3a, EN3b의 각각에 기초하는 디지털 계수치의 어느 한쪽 혹은 평균치는, 방위선 Lx3에서 본 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치로서 이용된다. 또한, 회전 드럼(DR)의 제조 오차 등에 의해서 회전 드럼(DR)이 중심축 AXo에 대해서 편심(偏心)하여 회전하고 있는 경우를 제외하고, 원칙적으로, 인코더 헤드 EN1a, EN1b의 각각에 기초하는 디지털 계수치는 동일하다고 한다. 마찬가지로 하여, 인코더 헤드 EN2a, EN2b의 각각에 기초하는 디지털 계수치도 동일하다고 하고, 인코더 헤드 EN3a, EN3b의 각각에 기초하는 디지털 계수치도 동일하다고 한다.
이 복수의 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4), 스케일부 SDa, SDb, 및 복수의 인코더 헤드 ENja(EN1a~EN3a), ENjb(EN1b~EN3b)로 구성되는 얼라이먼트계를 이용함으로써, 기판(P)의 반송 상태(왜곡되어 있는지 여부), 노광 영역 W의 위치, 묘화 라인 SL1~SL6의 기판(P)상에 있어서의 위치 등을 고정밀도로 파악할 수 있다. 이와 같이, 복수의 인코더 헤드 ENja(EN1a~EN3a), ENjb(EN1b~EN3b)를, 원통면을 따라서 링 모양으로 형성된 스케일부 SDa, SDb의 주위에 배치하는 구성에 대해서는, 예를 들면, 국제 공개 제2013/146184호 팜플렛에 개시되어 있다.
다음에, 도 4를 이용하여 빔 전환부(BDU)의 구성을 간단하게 설명한다. 빔 전환부(BDU)는, 예를 들면, 국제 공개 제2015/166910호 팜플렛에 상세하게 설명되어 있는 것처럼, 복수의 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6)과, 복수의 반사 미러 M1~M3과, 복수의 입사 미러 IMn(IM1~IM6)과, 흡수체(TR)를 가진다. 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6)는 빔 LB에 대해서 투과성을 가지는 것이며, 초음파 신호로 구동되는 음향 광학 변조 소자(AOM：Acousto-Optic Modulator)이다. 이 복수의 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6) 및 복수의 입사 미러 IMn(IM1~IM6)은, 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)에 대응해서 마련되어 있다. 예를 들면, 선택용 광학 소자 AOM1 및 입사 미러 IM1은, 주사 유닛 U1에 대응해서 마련되고, 마찬가지로 선택용 광학 소자 AOM2~AOM6 및 입사 미러 IM2~IM6은, 각각 주사 유닛 U2~U6에 대응해서 마련되어 있다.
광원 장치(14)로부터 빔 LB는 반사 미러 M1~M3에 의해서 그 광로가 굽어져서, 흡수체(TR)까지 안내된다. 이하, 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6)이 모두 오프 상태(초음파 신호가 인가되고 있지 않는 상태)인 경우로, 상술한다.
광원 장치(14)로부터의 빔 LB는 X축과 평행하게 ＋X방향으로 진행하여 반사 미러 M1에 입사된다. 반사 미러 M1에서 ＋Y방향으로 반사된 빔 LB는, 선택용 광학 소자 AOM1, AOM3, AOM5를 상기의 순서로 스트레이트하게 투과한 후, 반사 미러 M2에 도달한다. 반사 미러 M2에서 ＋X방향으로 반사된 빔 LB는, 반사 미러 M3에 입사된다. 반사 미러 M3에서 -Y방향으로 반사된 빔 LB는, 선택용 광학 소자 AOM2, AOM4, AOM6을 상기의 순서로 스트레이트하게 투과한 후, 흡수체(TR)로 안내된다. 이 흡수체(TR)는 빔 LB의 외부로의 누설을 억제하기 위해서 빔 LB를 흡수하는 광 트랩이다.
각 선택용 광학 소자 AOMn은, 초음파 신호(고주파 신호)가 인가되면, 입사된 빔(0차광) LB를, 고주파의 주파수에 따른 회절각으로 회절시킨 1차 회절광을 사출 빔(빔 LBn)으로서 발생시키는 것이다. 따라서, 선택용 광학 소자 AOM1로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB1이 되고, 마찬가지로 선택용 광학 소자 AOM2~AOM6으로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB2~LB6이 된다. 이와 같이, 각 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6)는, 광원 장치(14)로부터의 빔 LB의 광로를 편향하는 기능을 달성한다. 다만, 실제의 음향 광학 변조 소자는, 1차 회절광의 발생 효율이 0차광의 80% 정도이기 때문에, 각 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6)의 각각에서 편향된 빔 LBn(LB1~LB6)은, 원래 빔 LB의 강도보다 저하되어 있다. 또, 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6) 중 어느 하나가 온 상태일 때, 회절되지 않고 직진하는 0차광이 20% 정도 잔존하지만, 그것은 최종적으로 흡수체(TR)에 의해서 흡수된다.
선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6)에 의해서 편향된 1차 회절광인 빔 LBn(LB1~LB6)은 대응하는 입사 미러 IMn(IM1~IM6)에 투사된다. 입사 미러 IMn(IM1~IM6)은 입사된 빔 LBn(LB1~LB6)를 대응하는 주사 유닛 Un(U1~U6)로 안내하는 도광 부재이다. 예를 들면, 선택용 광학 소자 AOM1에 의해서 편향된 빔 LB1은, 입사 미러 IM1에 입사된 후, 주사 유닛 U1로 안내된다.
각 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6)의 구성, 기능, 작용 등은 서로 동일한 것을 이용해도 된다. 복수의 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6)은 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)의 온/오프에 따라서, 입사된 빔 LB를 회절시킨 회절광의 발생을 온/오프시킨다. 예를 들면, 선택용 광학 소자 AOM1은 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않아 오프 상태일 때는, 입사된 광원 장치(14)로부터의 빔 LB를 회절시키지 않고 투과시킨다. 따라서, 선택용 광학 소자 AOM1을 투과한 빔 LB는, 선택용 광학 소자 AOM3에 입사된다. 한편, 선택용 광학 소자 AOM1은, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되어 온 상태일 때는, 입사된 빔 LB를 회절시켜 입사 미러 IM1을 향하게 한다. 즉, 이 구동 신호에 의해서 선택용 광학 소자 AOM1이 온으로 스위칭된다. 이와 같이 하여, 복수의 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6) 중, 어느 하나를 온으로 스위칭함으로써, 빔 LBn을 어느 1개의 주사 유닛 Un으로 안내할 수 있고, 또한 빔 LBn이 입사되는 주사 유닛 Un을 전환할 수 있다. 본 제1 실시 형태에서는, 빔 LBn이 입사되는 주사 유닛 Un을 U1→U2→U3→U4→U5→U6의 순번으로 전환하므로, 온으로 스위칭하는 선택용 광학 소자 AOMm을, AOM1→AOM2→AOM3→AOM4→AOM5→AOM6의 순번으로 전환하면 된다. 또한, 도 4에 도시하는 예에서는, 선택용 광학 소자 AOM6을 온으로 스위칭하여, 빔 LB6을 주사 유닛 U6에 입사시킨 상태를 도시하고 있다.
도 5는 선택용 광학 소자 AOMn 및 입사 미러 IMn 주위의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 원칙적으로 선택용 광학 소자 AOMn 및 입사 미러 IMn 주위의 구성은 서로 동일한 것으로부터, 선택용 광학 소자 AOM1 및 입사 미러 IM1 주위의 구성에 대해서만 설명한다.
선택용 광학 소자 AOM1에는, 예를 들면 1mm 정도의 미소한 직경(제1 지름)을 가지는 평행 광속의 빔 LB가 입사된다. 고주파 신호(초음파 신호)인 구동 신호가 입력되고 있지 않는 상태시(구동 신호가 오프)에서는, 선택용 광학 소자 AOM1은 입사된 빔 LB를 회절시키지 않고 그대로 투과시킨다. 투과된 빔 LB는 그 광로상에 마련된 집광 렌즈 G1 및 콜리메이트 렌즈 G2a를 투과하여, 후단의 선택용 광학 소자 AOM3에 입사된다. 이때 선택용 광학 소자 AOM1을 통과하여 집광 렌즈 G1 및 콜리메이트 렌즈 G2a를 통과하는 빔 LB의 광축(중심축)을 AXa라고 한다. 집광 렌즈 G1는 선택용 광학 소자 AOM1을 투과한 빔 LB를, 집광 렌즈 G1과 콜리메이트 렌즈 G2a의 사이에 위치하는 후측(後側) 초점에서 집광한다. 콜리메이트 렌즈 G2a는 집광 렌즈 G1에 의해서 집광된 후, 발산된 빔 LB를 평행 광속으로 한다. 콜리메이트 렌즈 G2a에 의해서 평행 광속으로 된 빔 LB의 직경은, 제1 지름이 된다. 집광 렌즈 G1의 후측 초점과 콜리메이트 렌즈 G2a의 전측(前側) 초점은, 소정의 허용 범위 내에서 일치하고 있다. 이 집광 렌즈 G1과 콜리메이트 렌즈 G2a는, 등배(等倍)의 릴레이 렌즈계를 구성한다. 또, 집광 렌즈 G1의 전측 초점과 선택용 광학 소자 AOM1에 의한 편향 위치는 소정의 허용 범위 내에서 일치하고 있다. 도 5에서는, 집광 렌즈 G1의 전측 초점의 거리를 fa로 나타내고, 후측 초점의 거리를 fb로 나타내고 있다.
한편, 고주파 신호인 구동 신호가 입력되고 있는 상태시에서는, 선택용 광학 소자 AOM1은, 입사된 빔 LB를 고주파 신호의 주파수에 따른 회절각으로 편향시킨 빔 LB1(1차 회절광)을 발생시킨다. 고주파 신호의 주파수에 따른 회절각으로 -Z방향으로 편향된 빔 LB1은, 집광 렌즈 G1을 투과하여, 집광 렌즈 G1의 후측 초점의 위치, 또는 그 근방의 위치에 마련된 입사 미러(빔을 -Z방향으로 낙사(落射)시키므로 낙사 미러라고도 부름) IM1에 입사된다. 집광 렌즈 G1는 －Z방향으로 편향된 빔 LB1의 광축(중심축) AXb가 빔 LB의 광축 AXa와 평행하게 되도록 빔 LB1을 굴곡시키고, 또한 빔 LB1을 입사 미러 IM1의 반사면상, 또는 그 근방에서 집광(수렴)되게 한다. 선택용 광학 소자 AOM1을 투과한 빔 LB에 대해서 -Z방향측에 마련된 입사 미러 IM1에 의해서 -Z방향으로 반사된 빔 LB1은, 콜리메이트 렌즈 G2b를 통해서 주사 유닛 U6에 입사된다. 콜리메이트 렌즈 G2b는 집광 렌즈 G1에 의해서 집광된 후, 발산된 빔 LB1을 제1 지름과 같은 직경의 평행 광속으로 한다. 집광 렌즈 G1의 후측 초점과 콜리메이트 렌즈 G2b의 전측 초점은, 소정의 허용 범위 내에서 일치하고 있다. 이 집광 렌즈 G1과 콜리메이트 렌즈 G2b는, 등배의 릴레이 렌즈계를 구성한다.
다음에, 주사 유닛(빔 주사 장치) Un의 구성에 대해서, 도 6, 도 7을 이용하여 설명한다. 각 주사 유닛 Un(U1~U6)은 동일 구성으로 되어 있기 때문에, 주사 유닛 U1에 대해서만 간단하게 설명한다. 도 6은 주사 유닛 U1의 구성을 나타내는 사시도, 도 7은 도 6에 도시하는 주사 유닛 U1을 ＋Y방향에서 보았을 때의 도면이다. 주사 유닛 U1은 실린드리칼 렌즈 CY1, 편광 빔 스플리터 PBS, λ/4 파장판 QP, 폴리곤 미러(가동 반사 부재)(PM), 실린드리칼 렌즈 CY2, 반사 미러 M10, fθ 렌즈 FT, 반사 미러 M11, 및 실린드리칼 렌즈 CY3을 구비한다.
도 5에 도시한 입사 미러(도광 부재) IM1에서 -Z방향으로 반사된 평행 광속의 빔 LB1은, 도시하지 않은 빔 익스팬더 광학계에 의해서 제1 지름(예를 들면 1mm 정도) 보다도 확대된 소정의 직경(예를 들면 수mm)의 평행 광속으로 변환된 후, Z축과 평행한 광축 AX1을 따라서 주사 유닛 U1에 입사된다. 주사 유닛 U1에 입사된 빔 LB1(이하, 입사 빔 LB1a라고 부르는 경우가 있음)은, 광축 AX1상에 마련된 Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈(제2 광학 부재) CY1을 통과하여 편광 빔 스플리터 PBS에 입사된다. 편광 빔 스플리터 PBS의 편광 분리면 Qs는, XY평면에 대해서 45도 기울어 있고, P편광의 광을 투과하고, P편광과 직교하는 방향으로 편광된 직선 편광(S편광)의 광을 반사하는 것이다. 광원 장치(14)가 사출하는 빔 LB는 P편광이므로, 실린드리칼 렌즈 CY1을 통해서 편광 빔 스플리터 PBS에 입사된 광은, 광축 AX1을 따라서, 편광 빔 스플리터 PBS를 투과하고, 편광 빔 스플리터 PBS의 -Z방향측에 마련된 λ/4 파장판 QP를 투과한 후, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP로 안내된다. 또한, 이 편광 빔 스플리터 PBS 및 λ/4 파장판 QP는 광 분할 부재를 구성한다.
폴리곤 미러(PM)는 회전축 AXp와, 회전축 AXp의 주위에 회전축 AXp와 평행하게 형성된 복수의 반사면 RP(본 제1 실시 형태에서는 반사면 RP의 수 Np를 8로 함)를 가지는 회전 다면경이다. 폴리곤 미러(PM)는 편광 빔 스플리터 PBS로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP에 입사된 입사 빔 LB1a가, 폴리곤 미러(PM)의 -X방향측의 위치에 마련된 반사 미러 M10을 향해서 반사되도록, 회전축 AXp와 직교하는 평면이 XY평면에 대해서 45도 기울도록 배치되어 있다. 폴리곤 미러(PM)는 빔 LB1의 스팟광 SP를 기판(P)의 피조사면상에서 주사하기 위해서 회전축 AXp를 중심으로 회전한다. 회전축 AXp를 중심으로 이 폴리곤 미러(PM)를 소정의 회전 방향으로 회전시킴으로써 반사면 RP에 조사되는 펄스 모양의 빔 LB1a의 반사각을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 1개의 반사면 RP에 의해서 빔 LB1이 편향되어, 기판(P)의 피조사면상에 조사되는 빔 LB1의 스팟광 SP를 주주사 방향(기판(P)의 폭 방향, Y방향)을 따라서 주사할 수 있다. 이 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 1회전으로, 기판(P)의 피조사면상에서 묘화 라인 SL1을 따라서 스팟광 SP가 주사되는 횟수는, 최대로 반사면 RP의 수와 같은 8회가 된다. 또한, 폴리곤 미러(PM)는 제어 장치(18)의 제어하에, 회전 구동원(예를 들면, 모터 등) RM1(도 10 참조)에 의해서 일정한 속도로 회전한다.
폴리곤 미러(PM)는 X축과 평행하게 설정된 광축 AX2를 포함하는 XY평면과 평행한 면 내에서, 편광 빔 스플리터 PBS로부터 입사된 입사빔 LB1a를 편향시킴과 아울러, 광축 AX2를 중심으로 Y방향으로 편향시킨다. 이 입사 빔 LB1a가 편광되는 평면(XY평면과 평행한 평면) 상에 실린드리칼 렌즈 CY1의 Y방향으로 연장되는 모선이 위치한다. 이 광축 AX2는 광축 AX1과 직교하고, 또한 광축 AX1, AX2, 및 회전축 AXp를 포함하는 평면은, XZ평면과 평행하다.
Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈(제2 광학 부재) CY1은, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(회전 방향, 편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향 또는 회전축 AXp의 방향)에 관해서, 입사된 빔 LB1을 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP상에서 수렴시킨다. 즉, 실린드리칼 렌즈 CY1은, 빔 LB1을 반사면 RP상에서 Y방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 수렴시킨다. 또한, Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈 CY1은, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)에 관해서는, 입사된 입사빔 LB1a를 수렴시키는 일 없이 평행광으로서 투과시킨다.
폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP에 의해서 -X방향측으로 반사된 입사 빔 LB1a의 반사광(이하, 제1 반사 빔 LB1b라고 부르는 경우가 있음)은, 실린드리칼 렌즈(제1 광학 부재) CY2를 통과하여 반사 미러 M10에 입사된다. 반사면 RP에서 반사된 제1 반사 빔 LB1b는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향과 직교하는 비주사 방향(Z방향)에 관해서, 발산하면서 실린드리칼 렌즈 CY2에 입사되지만, Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈 CY2에 의해서 평행광으로 된다. 따라서, 반사 미러 M10에 입사되는 제1 반사 빔 LB1b는, 실린드리칼 렌즈 CY1에 입사되는 입사 빔 LB1a와 거의 같은 지름의 평행 광속이 된다. 또한, 실린드리칼 렌즈 CY1의 후측 초점과 실린드리칼 렌즈 CY2의 전측 초점은, 입사 빔 LB1a가 입사하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP상에서 소정의 허용 범위 내에서 일치하고 있다.
반사 미러 M10은 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP에 의해서 처음 반사된 제1 반사 빔 LB1b를 다시 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP를 향해서 반사한다. 반사 미러 M10에서 반사된 제1 반사 빔 LB1b의 반사광(이하, 제2 반사 빔 LB1c라고 부르는 경우가 있음)은, 처음 입사 빔 LB1a를 반사한 반사면 RP에 입사된다. 이하, 설명을 알기 쉽게 하기 위해서, 편광 빔 스플리터 PBS를 투과한 입사 빔 LB1a가 입사하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP를 RPa로 표현하다. 따라서, 제1 반사 빔 LB1b를 반사 미러 M10을 향해서 반사한 반사면 RP와, 반사 미러 M10에서 반사된 제2 반사 빔 LB1c가 입사되는 반사면 RP는, 모두 반사면 RPa가 된다. 반사 미러 M10에서 반사된 제2 반사 빔 LB1c는, 실린드리칼 렌즈 CY2를 통과하여 반사면 RPa에 입사된다. 따라서, 반사면 RPa에 재차 입사하는 제2 반사 빔 LB1c는, 이 실린드리칼 렌즈 CY2에 의해서, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향 또는 회전축 AXp의 방향)에 관해서, 반사면 RPa상에서 수렴한다. 즉, 실린드리칼 렌즈 CY2는, 제2 반사 빔 LB1c를 반사면 RPa상에서 Y방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 수렴시킨다. 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향 또는 회전축 AXp의 방향)에 관해서, 실린드리칼 렌즈 CY1에 의한 반사면 RPa상의 수렴 위치와, 실린드리칼 렌즈 CY2에 의한 반사면 RPa상의 수렴 위치는 같은 위치로 설정되어 있다. 즉, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향 또는 회전축 AXp의 방향)에 관해서는, 반사면 RPa에 처음 입사되는 입사 빔 LB1a의 위치와 재차(2회째) 입사되는 제2 반사 빔 LB1c의 위치는 거의 같은 위치로 설정되어 있다. 이것에 의해, 폴리곤 미러(PM)의 두께(회전축 AXp 방향의 길이)를 얇게 할 수 있다. 또, 모선이 Y방향과 평행하게 되어 있는 실린드리칼 렌즈 CY1, CY2와, 후술하는 실린드리칼 렌즈 CY3에 의해서, 반사면 RPa가 회전축 AXp의 방향에 대해서 기울어 있는 경우가 있더라도, 그 영향을 억제할 수 있다. 예를 들면, 기판(P)의 피조사면상에 조사되는 빔 LB1에 의한 스팟광 SP(묘화 라인 SL1)의 조사 위치가, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면 RP 마다의 근소한 기울기 오차에 의해서 X방향으로 시프트되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 반사 미러 M10 및 실린드리칼 렌즈 CY2는, 재반사 광학계를 구성한다.
폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa는, 반사 미러 M10에서 반사된 제2 반사 빔 LB1c를 ＋Z방향측을 향하여 반사한다. 폴리곤 미러(PM)는 Z축과 평행한 광축 AX1을 포함하고, YZ평면과 평행한 면 내에서 반사 미러 M10으로부터 입사된 제2 반사 빔 LB1c를 편향시킨다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 재차 반사된 제2 반사 빔 LB1c의 반사광(이하, 제3 반사 빔 LB1d라고 부르는 경우가 있음)은, 편광 빔 스플리터 PBS에 재차 입사된다. 여기서, 폴리곤 미러(PM)와 편광 빔 스플리터 PBS의 사이에는, λ/4 파장판 QP가 마련되어 있기 때문에, 편광 빔 스플리터 PBS를 투과하여 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 입사되는 빔 LB1a는, P편광에서 원(圓)편광의 광으로 변환된다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 반사되어 편광 빔 스플리터 PBS에 재차 입사되는 빔 LB1d는, 원편광에서 S편광의 광으로 변환된다. 따라서, 제3 반사 빔 LB1d는 XY평면에 대해서 45도 기운 편광 빔 스플리터 PBS의 편광 분리면 Qs에 의해서 ＋X방향측으로 반사된다.
편광 분리면 Qs에서 ＋X방향측으로 반사된 제3 반사 빔 LB1d는, X축과 평행한 광축 AXf를 가지는 fθ 렌즈 FT에 입사된다. fθ 렌즈 FT는 폴리곤 미러(PM)에 의해서 반사된 제3 반사 빔 LB1d를, 광축 AXf를 포함하고, XY평면과 평행한 면 내에 있어서, 광축 AXf와 평행하게 되도록 반사 미러 M11(최종적으로는 기판(P))에 투사하는 텔레센트릭계의 스캔 렌즈이다. fθ 렌즈 FT는 광축 AXf를 중심으로 반사 미러 M11(최종적으로는 기판(P))에 투사되는 제3 반사 빔 LB1d를 Y방향으로 주사한다. 빔 LB1의 fθ 렌즈 FT로의 입사각 θ는, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ/4)에 따라 바뀐다. fθ 렌즈 FT는 반사 미러 M11 및 실린드리칼 렌즈 CY3을 통해서, 그 입사각 θ에 비례한 기판(P)의 피조사면상의 상고(像高) 위치에 빔 LB1(LB1d)을 투사한다. 초점 거리를 fo라고 하고, 상고 위치를 y라고 하면, fθ 렌즈 FT는 y=fo×θ의 관계(왜곡 수차)를 만족하도록 설계되어 있다. 따라서, 이 fθ 렌즈 FT에 의해서, 빔 LB1을 Y방향으로 정확하게 등속으로 주사하는 것이 가능하게 된다. 광축 AX1, AX2, AXf를 포함하는 평면은, XZ평면과 평행하고, fθ 렌즈 FT로의 입사각 θ가 0도일 때, fθ 렌즈 FT에 입사된 빔 LB1(LB1d)의 주(主)광선은, 광축 AXf상을 따라서 진행한다.
또한, 본 제1 실시 형태에서는, 빔 LB1을 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 2회 반사시키고 있으므로, fθ 렌즈 FT로의 빔 LB1의 입사각 θ는 폴리곤 미러(PM)의 회전각의 4배로 되어 있다. 그러나, 빔 LB1을 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 1회밖에 반사시키지 않는 경우는, fθ 렌즈 FT로의 빔 LB1의 입사각 θ는 폴리곤 미러(PM)의 회전각의 2배가 된다. 따라서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 2회 빔 LB1을 반사시킴으로써, 스팟광 SP의 주사 속도를 2배로 할 수 있다. 이것은, 도 8을 이용하여 다음에 상세하게 설명한다.
반사 미러 M10에서 반사되어 폴리곤 미러(PM)에 입사되는 제2 반사 빔 LB1c는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향)에 관해서, 실린드리칼 렌즈 CY2에 의해서, 반사면 RPa상에서 수렴되어 있다. 그 때문에, 반사면 RPa에서 반사되어 fθ 렌즈 FT를 향하는 제3 반사 빔 LB1d는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향)에 관해서, 발산하면서 fθ 렌즈 FT에 입사된다. 한편으로, 반사 미러 M10에서 반사되어 폴리곤 미러(PM)에 입사되는 제2 반사 빔 LB1c는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)에 관해서 평행광으로 되어 있다. 그 때문에, 반사면 RPa에서 반사되어 fθ 렌즈 FT를 향하는 제3 반사 빔 LB1d는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)에 관해서, 평행 광속으로 되어 있다.
fθ 렌즈 FT는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향)에 관해서, 발산하면서 입사된 제3 반사 빔 LB1d를 거의 평행광으로 한다. fθ 렌즈 FT는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)에 관해서, 입사된 평행광의 제3 반사 빔 LB1d를 기판(P)상에서 수렴시킨다. 따라서, fθ 렌즈 FT의 전측 초점은, 빔 LB(LB1a, LB1c)가 입사되는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa상에 위치하고, 후측 초점은 기판(P)상에 위치한다. fθ 렌즈 FT를 투과한 빔 LB1d는, 반사 미러 M11에 의해서 절곡(折曲)된 후, Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈(제3 광학 부재) CY3을 통과하여 기판(P)에 도달한다. 반사 미러 M11은, XZ평면에 관해서, 제3 반사 빔 LB1d의 광축이 방위선 Lx2와 겹쳐서 진행하도록, 제3 반사 빔 LB1d를 기판(P)을 향해서 반사한다. 실린드리칼 렌즈 CY3은, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향)에 관해서, fθ 렌즈 FT를 투과한 평행광의 제3 반사 빔 LB1d를 기판(P)상에서 수렴시킨다. 따라서, 기판(P)에 투사되는 빔 LB1은 fθ 렌즈 FT와 실린드리칼 렌즈 CY3에 의해서 기판(P)상에서 스팟광 SP로 수렴된다. 또한, 실린드리칼 렌즈 CY3의 후측 초점은, 기판(P)상에 위치한다. 이 fθ 렌즈 FT 및 실린드리칼 렌즈 CY3은, 주사용 광학계를 구성한다.
또한, 도 7에서는, 반사 미러 M11에 의해서 -Z방향으로 반사되는 빔 LB1d의 주광선(또는 fθ 렌즈 FT의 광축 AXf)이, XZ평면과 평행한 면 내에서 Z축에 대해 각도 θ1만큼 기울도록, 반사 미러 M11과 실린드리칼 렌즈 CY3가 배치된다. 그 각도 θ1은, 도 1 중에 도시한 방위선 Lx2(또는 Lx3)의 중심면 Poc로부터의 기울기 각도 ±θ1에 대응하고 있다. 그 때문에, 반사 미러 M11의 반사면(평면)은, XY평면에 대해서 각도(45°－θ/2)가 되도록 기울여서 배치된다. 그렇지만, 도 6, 도 7의 주사 유닛 Un(U1~U6)의 각각을, 도시의 상태로부터 XY평면에 대해서 전체적으로 각도 θ1만큼 기울이는 경우는, 반사 미러 M11의 반사면은, fθ 렌즈 FT로부터의 빔 LB1d의 주광선을, XZ면 내에서 90°로 반사하도록, 광축 AXf와 45°로 교차하도록 배치된다.
다음에, 도 8은 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 2회 반사되었을 때의 빔 LB1의 반사 각도에 대해 설명한다. 또한, 도 8에 있어서는, 빔 LB1의 광로를 알기 쉽게 하기 위해서 모식적으로 나타내고 있기 때문에, 폴리곤 미러(PM), 편광 빔 스플리터 PBS, 실린드리칼 렌즈 CY2, 및 반사 미러 M10의 배치는, 도 7, 도 8에 도시한 것과 약간 상이하다.
도 8에 있어서는, 입사 빔 LB1a가 입사되는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa의 기준면 Po에 대한 각도 변화량을 Δθ라고 한다. 이 기준면 Po는 폴리곤 미러(PM)의 회전축 AXp를 포함하고, Y방향으로 연장되는 면과 평행한 면으로 한다. 또한, 반사면 RPa의 기준면 Po에 대한 각도 변화량 Δθ가 0도인 경우는, 광축 AX1을 따라서 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 입사된 입사빔 LB1a는, 광축 AX2를 따라서 반사 미러 M10에 입사된다. 따라서, 이 경우는, 반사 미러 M10에서 반사된 제2 반사 빔 LB1c는 광축 AX2를 따라서 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 입사되고, 그곳에서 반사된 제3 반사 빔 LB1d는 광축 AX1을 따라서 편광 빔 스플리터 PBS로 진행하고, 그 후, fθ 렌즈 FT의 광축 AXf상을 통과하게 된다. 또한, 빔 LB1의 광로상에서 보면, 광축 AX1, AX2, AXf는 동축(同軸)상이 된다.
실린드리칼 렌즈 CY1 및 편광 빔 스플리터 PBS를 투과하여 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 입사된 입사빔 LB1a의 제1 반사 빔 LB1b는, 각도 변화량 Δθ에 따른 각도로 반사 미러 M10 측으로 반사된다. 이때, XY평면에 관해서, 반사면 RPa로부터 반사 미러 M10을 향하는 제1 반사 빔 LB1b의 광축 AX2에 대한 입사 각도의 변화량은 2×Δθ가 된다. 반사 미러 M10에서 반사된 제2 반사 빔 LB1c는, 다시 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 입사된 후, 편광 빔 스플리터 PBS를 통해서 fθ 렌즈 FT로 안내된다. 이때, 제3 반사 빔 LB1d는 각도 변화량 Δθ에 따른 각도로 재차 반사되어 fθ 렌즈 FT에 입사된다. 따라서, XY평면에 관해서, 제3 반사 빔 LB1d의 fθ 렌즈 FT의 광축 AXf에 대한 입사 각도의 변화량은 4×Δθ가 된다. 이와 같이, 빔 LB1a를 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 1회째 반사시켰을 때의 제1 반사 빔 LB1b의 편향각은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa의 각도 변화량 Δθ의 2배가 되고, 반사면 RP에서 2회째 반사되는 제3 반사 빔 LB1d의 편향각(fθ 렌즈 FT로의 입사각)은, 반사면 RPa의 각도 변화량 Δθ의 4배가 된다. 따라서, 빔 LB1(LB1d)의 스팟광 SP가 주사되는 묘화 라인 SL1의 주사 길이를 일정하게 했을 경우는, 반사면 RPa에서 1회 반사시켜 주사하는 경우에 비해, 반사면 RPa에서 2회 반사시켜 주사하면, 실효적인 주사에 필요한 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도를 절반으로 할 수 있다.
도 9는 1회의 주사에 필요한 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도를 설명하는 도면이다. 도 9에 도시하는 각도 θm은 폴리곤 미러(PM)가 1 반사면 RP분 회전하는 각도이다. 본 제1 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)는 8개의 반사면 RP를 가지는 회전 다면경이기 때문에, 각도 θm은 45도(=360도/8)가 된다. 폴리곤 미러(PM)가 각도 θm 회전하는 동안 중, 실제로 스팟광 SP의 주사에 기여하는 각도 θw는, 각도 θm보다 작다. 그리고, 묘화 라인 SL1의 주사 길이를 일정하게 했을 경우에, 반사면 RPa에서 1회 반사시켜 스팟광 SP를 주사하는 경우의 각도 θw를 θw1이라고 하고, 반사면 RPa에서 2회 반사시켜 스팟광 SP를 주사하는 경우의 각도 θw를 θw2라고 한다. 여기서, 각도 θw1은 반사면 RPa에서 1회 반사된 빔(LB1a)을 fθ 렌즈 FT1을 통과하는 것이 가능한 각도 범위로 한다.
상술한 것처럼, 반사면 RPa에서 1회 반사시켰을 경우는 fθ 렌즈 FT로의 입사 각도가 반사면 RPa의 각도 변화량 Δθ의 2배가 되고, 반사면 RPa에서 2회 반사시키면 fθ 렌즈 FT로의 입사 각도의 변화(편향각)가 반사면 RPa의 각도 변화량 Δθ의 4배가 되기 때문에, 각도 θw1, θw2는 θw2=1/2×θw1이 된다. 따라서, 각도 θw1을 예를 들면 15도로 하면, 반사면 RPa에서 1회 반사시켜 스팟광 SP를 주사하는 경우의 반사면 RPa의 주사 효율 α1은, α1= θw1/θm=15도/45도=1/3이 되고, 반사면 RPa에서 2회 반사시켜 스팟광 SP를 주사하는 경우의 반사면 RPa의 주사 효율 α2는 α2= θw2/θm=7.5도/45도=1/6이 된다.
따라서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa가 1 반사면 RP분 회전하는 동안에, 선택용 광학 소자 AOM1~AOM6을 순번대로 1개씩 온으로 스위칭함으로써, 빔 LBn이 입사되는 주사 유닛 Un을, 예를 들면, U1→U2→U3→U4→U5→U6의 순번으로 전환할 수 있다. 즉, 실주사에 기여하는 회전 각도 θw2는 7.5도이므로, 폴리곤 미러(PM)가 1개의 반사면 RP분만큼 회전하는 각도(45°) 중, 실주사에 기여하지 않는 회전각이 37.5도나 있고, 이 기간은, 주사 유닛 U1의 폴리곤 미러(PM)에 빔 LBn을 입사시키는 일이 없어, 쓸모없게 된다. 따라서, 이 쓸모없는 기간에 다른 주사 유닛 U2~U6에 빔 LBn을 선택적으로 스위칭하여 시분할로 입사시킴으로써, 빔 LBn을 유효 활용할 수 있다. 또한, 각 주사 유닛 Un(U1~U6)은 스팟광 SP의 주사를 개시하고 나서 다음 주사를 개시하기까지, 폴리곤 미러(PM)는 45도 회전하고 있다.
여기서, 복수의 주사 유닛 Un이, 예를 들면, U1→U2→U3→U4→U5→U6의 순번으로 스팟광 SP를 주사하기 위해서는, 각 주사 유닛 Un(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)가, 동기하여 회전하고 있을 필요가 있고, 또한 그 회전 각도 위치가 소정의 위상 관계로 되어 있을 필요가 있다. 또, 빔 전환부(BDU)의 복수의 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6) 중, 어느 하나를 온으로 스위칭하여, 주사 유닛 Un이 스팟광 SP를 주사할 수 있는 기간에 빔 LBn을 그 주사 유닛 Un에 입사시킬 필요가 있다. 그것을 실현하기 위해서, 도 1 중에 도시한 제어 장치(18) 내에 마련되는 제어 회로계의 개략적인 구성을, 도 10을 이용하여 이하 설명한다.
먼저, 처음에 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 제어에 대해 설명한다. 각 주사 유닛 Un(U1~U6)에는 원점 센서 OPn(OP1~OP6)이 마련되어 있다. 각 원점 센서 OPn(OP1~OP6)은 주사 유닛 Un(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP의 회전 위치가, 반사면 RP에 의한 스팟광 SP의 주사가 개시 가능한 소정 위치에 오면 펄스 모양의 원점 신호 SZn(SZ1~SZ6)을 발생시킨다. 바꾸어 말한다면, 각 원점 센서 OPn(OP1~OP6)은, 지금부터 스팟광 SP의 주사를 행하는 반사면 RP의 각도가 소정의 각도 위치가 되었을 때 원점 신호 SZn(SZ1~SZ6)을 발생시킨다. 폴리곤 미러(PM)는 8개의 반사면 RP를 가지므로, 원점 센서 OPn(OP1~OP6)은, 주사 유닛 Un(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)가 1회전하는 기간에서, 8회의 원점 신호 SZn(SZ1~SZ6)을 출력하게 된다. 이 각 원점 센서 OPn(OP1~OP6)이 발생시킨 원점 신호 SZn(SZ1~SZ6)은 제어 장치(18)의 폴리곤 구동 제어부(20)에 보내진다. 원점 센서 OPn은 기판(P)의 감광성 기능층에 대해서 비감광이 되는 파장 대역의 레이저 빔 Bga를 반사면 RP에 대해서 사출하는 빔 송광계(opa)와, 반사면 RP에서 반사된 레이저 빔 Bga(연속 발광)의 반사 빔 Bgb를 수광하여 원점 신호 SZ1을 발생시키는 빔 수광계(opb)를 가진다.
각 주사 유닛 Un(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)는 모터 등을 포함하는 회전 구동원 RMn(RM1~RM6)에 의한 구동에 의해서, 회전축 AXp를 중심으로 회전한다. 폴리곤 구동 제어부(20)는 각 주사 유닛 Un(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)를 회전시키는 회전 구동원 RMn(RM1~RM6)을 제어함으로써, 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어한다. 폴리곤 구동 제어부(20)는 원점 신호 SZn(SZ1~SZ6)에 기초하여, 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치가 소정의 위상 관계가 되도록, 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)를 동기 회전시킨다. 즉, 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(회전수)가 서로 동일하고, 또한 일정한 각도분씩 회전 각도 위치의 위상이 시프트하도록, 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어한다.
스팟광 SP의 실주사에 기여하는 각도 θw2는, 본 실시 형태에서는 7.5도이므로, 폴리곤 구동 제어부(20)는 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치가 7.5도씩 시프트된 상태로 등속 회전하도록, 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 동기 제어한다. 본 제1 실시 형태에서는, 빔 LBn이 입사하는 주사 유닛 Un의 순번, 즉, 스팟광 SP의 주사를 행하는 주사 유닛 Un의 순번은, U1→U2→U3→U4→U5→U6으로 하므로, 이 순번으로, 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치가 7.5도씩 시프트되도록 제어한다.
구체적으로는, 폴리곤 구동 제어부(20)는 주사 유닛 U1의 원점 센서 OP1로부터의 원점 신호 SZ1을 기준으로 하여, 주사 유닛 U2의 원점 센서 OP2로부터의 원점 신호 SZ2가 시간 Ts만큼 지연되어 발생하도록, 주사 유닛 U2의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 동기 제어한다. 이 시간 Ts는, 폴리곤 미러(PM)가 7.5도만큼 회전하는데 필요로 하는 시간이다. 또, 폴리곤 구동 제어부(20)는 원점 신호 SZ1을 기준으로 하여, 주사 유닛 U3의 원점 센서 OP3으로부터의 원점 신호 SZ3이 2×시간 Ts만큼 지연되어 발생하도록, 주사 유닛 U3의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 동기 제어한다. 마찬가지로 하여, 원점 신호 SZ1을 기준으로 하여, 원점 신호 SZ4, SZ5, SZ6의 각각이, 3×시간 Ts, 4×시간 Ts, 5×시간 Ts만큼 지연되어 발생하도록, 주사 유닛 U4~U6의 각 폴리곤 미러(PM)의 회전을 동기 제어한다. 또한, 폴리곤 구동 제어부(20)는 취득한 원점 신호 SZ1~Z6을, 도 10에 도시하는 AOM 구동 제어부(22)에 출력한다.
다음에, 복수의 선택용 광학 소자 AOMn(AOMn~AOM6)을 온으로 스위칭하는 타이밍에 대해 설명한다. 도 10에 도시하는 AOM 구동 제어부(빔 전환 구동 제어부)(22)는 빔 전환부(BDU)의 복수의 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6)을 제어하여, 1개의 주사 유닛 Un이 스팟광 SP의 주사를 개시하고 나서 다음 주사를 개시하기까지, 광원 장치(14)로부터의 빔 LB(LBn)를, 6개의 주사 유닛 Un(U1~U6)으로 시분할로 순번대로 배분한다.
구체적으로는, AOM 구동 제어부(22)는 원점 신호 SZn(SZ1~SZ6)이 발생하면, 원점 신호 SZn이 발생하고 나서 일정 시간(온 시간 Ton)만큼, 원점 신호 SZn(SZ1~SZ6)을 발생시킨 주사 유닛 Un(U1~U6)에 대응하는 선택용 광학 소자 AOMn(AOM1~AOM6)에 구동 신호(고주파 신호) HFn(HF1~HF6)를 인가한다. 이것에 의해, 구동 신호(고주파 신호) HFn이 인가된 선택용 광학 소자 AOMn은, 온 시간 Ton만큼 온 상태로 되어, 대응하는 주사 유닛 Un에 빔 LBn을 입사시킬 수 있다. 또, 원점 신호 SZn를 발생시킨 주사 유닛 Un에 빔 LBn을 입사시키므로, 스팟광 SP의 주사를 행할 수 있는 주사 유닛 Un에 빔 LBn을 입사시킬 수 있다. 또한, 이 온 시간 Ton은, 폴리곤 미러(PM)가 7.5도 회전하는 시간 Ts 이하의 시간이다.
6개의 주사 유닛 U1~U6에서 발생하는 원점 신호 SZ1~SZ6은, 시간 Ts 간격으로, SZ1→SZ2→SZ3→SZ4→SZ5→SZ6의 순서로 발생한다. 그 때문에, 복수의 선택용 광학 소자 AOM1~AOM6에는, 구동 신호(고주파 신호) HFn이 시간 Ts간격으로, HF1→HF2→HF3→HF4→HF5→HF6의 순번으로 인가된다. 따라서, 광원 장치(14)로부터의 빔 LBn이 입사되는 1개의 주사 유닛 Un을 시간 Ts 간격으로, U1→U2→U3→U4→U5→U6의 순번으로 전환할 수 있어, 복수의 주사 유닛 Un(U1~U6)은 이 순번으로 스팟광 SP의 주사를 행할 수 있다.
광원 장치(14)는 제어 회로(14a)를 가진다. 제어 회로(14a)는 발진 주파수 Fa로 클록 신호 LTC를 발생시키고, 이 클록 신호 LTC에 응답하여 종광(種光)을 발광하도록 광원 장치(14)의 도시하지 않은 반도체 레이저 소자를 제어한다. 이 반도체 레이저 소자가 발광한 적외 대역의 종광은, 섬유 증폭기에 의해서 증폭되고, 파장 변환 소자에 의해서 증폭된 적외 파장 대역의 펄스광이 자외 파장 대역의 펄스광으로 변환된다. 이 변환된 자외 파장 대역의 펄스광이 빔 LB로서 광원 장치(14)로부터 출력되게 된다. 또, 광원 장치(14)가 사출하는 빔 LB는, 그 빔 LB(LBn)에 입사되는 주사 유닛 Un에 의해서 묘화되는 1라인(1 묘화 라인 SLn)분의 패턴에 따라서, 그 강도가 고레벨과 저레벨로 변조된 빔 LBn으로 되어 있다. 예를 들면, 빔 LBn이 주사 유닛 U1에 입사되는 기간에 있어서는, 광원 장치(14)로부터 사출되는 빔 LB의 강도가, 주사 유닛 U1에 의해서 묘화되는 1 묘화 라인 SL1분의 패턴에 따라 강도 변조되어 있다. 이러한 광원 장치(14)의 구성은, 상술한 것처럼, 일본 특개 2015－210437호 공보에 개시되어 있다. 이 제어 회로(14a)가 발생시킨 클록 신호 LTC는, 제어 장치(18) 내에 마련되는 폴리곤 구동 제어부(20), AOM 구동 제어부(22), 및 컨트롤러(24)에 출력된다. 폴리곤 구동 제어부(20), AOM 구동 제어부(22), 및 컨트롤러(24)는, 클록 신호 LTC에 따라서 동작한다. 또한, 컨트롤러(24)는 폴리곤 구동 제어부(20), AOM 구동 제어부(22), 및 광원 장치(14)를 제어하는 통괄 제어부로서 기능한다. 폴리곤 구동 제어부(20)는 취득한 원점 신호 SZn(SZ1~SZ6)을 컨트롤러(24)로 출력하고, 컨트롤러(24)는 원점 신호 SZn(SZ1~SZ6)을 이용하여, 지금부터 스팟광 SP의 주사를 행하는 주사 유닛 Un(U1~U6)을 관리한다. 그리고, 컨트롤러(24)는 지금부터 스팟광 SP의 주사를 행하는 주사 유닛 Un이 묘화하는 1라인분 (스팟광 SP의 1회 주사분)의 패턴 정보를 광원 장치(14)에 출력한다. 광원 장치(14)는 이 패턴 정보에 기초하여 사출하는 빔 LB의 강도를, 클록 신호 LTC의 주기에 따른 시간 분해능으로 고속으로 변조한다.
이와 같이, 빔 LBn을 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 2회 반사시켜 편광된 빔 LBn의 스팟광 SP를 기판(P)상에 투사하므로, 스팟광 SP의 주사 속도를 빠르게 할 수 있다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP의 주사 효율을 낮춰, 즉, 실주사에 기여하는 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도를 작게 할 수 있으므로, 폴리곤 미러(PM)가 1 반사면 RP분 회전하는 동안에, 빔 LBn을 보다 많은 주사 유닛 Un으로 시분할로 배분할 수 있다. 또, 실린드리칼 렌즈 CY1, CY2를 이용하여, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향 또는 회전축 AXp의 방향)에 관해서, 반사면 RPa에 처음 입사되는 빔 LB1과 재차(2회째) 입사되는 빔 LB1의 위치는 같은 위치로 설정했다. 이것에 의해, 폴리곤 미러(PM)의 두께(회전축 AXp 방향의 길이)를 얇게 할 수 있다. 따라서, 폴리곤 미러(PM)를 경량화할 수 있어, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도가 향상된다.
또, 도 9에서 설명한 것처럼, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 빔 LBn(LB1d)을 주사할 때의 편향각(회전 각도) θw2가 절반으로 되기 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면 RPa에서의 주사 효율 α1도 절반인 1/6이 된다고 했지만, 주사 효율 α1이 1/3인 채여도 괜찮은 경우는, 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면 RP에 대응한 각도 θm을 절반으로 할 수 있으므로, 폴리곤 미러(PM)로서 16 반사면 RP의 것을 사용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 도 6, 도 7에 도시한 반사 미러 M10의 반사면을, YZ평면과 평행한 평면으로서 설명했지만, 곡율 반경이 큰 오목 구면(球面) 모양, 또는 오목 원통면(圓筒面) 모양의 곡면으로 해도 된다. 반사 미러 M10의 반사면을 곡면으로 함으로써, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP와 회전축 AXp가 어긋나 있음으로써 생길 수 있는 반사 빔 LB1b의 Z방향의 미소한 위치 변화에 의한 영향(묘화 라인 SLn의 왜곡 등)을 보정, 혹은 완화시킬 수 있다.
［제1 실시 형태의 변형예］
상기 제1 실시 형태는, 이하와 같이 변형 가능하다.
(변형예 1) 도 11은 변형예 1에 있어서의 주사 유닛 U1a의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 상기 제1 실시 형태와 같은 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여한다. 또, 본 변형예 1에서도, 도 11의 주사 유닛 U1a와 같은 구성인 6개의 주사 유닛 Una(U1a~U6a)가, 도 2에 도시하는 것 같은 배치로 마련된다. 복수의 주사 유닛 Una(U1a~U6a)는, 동일 구성으로 되어 있기 때문에, 주사 유닛 U1a를 예로 들어 설명한다. 주사 유닛 U1a는 반사 미러 M12, 실린드리칼 렌즈 CY1, 편광 빔 스플리터 PBS, λ/4 파장판 QP, 폴리곤 미러(PM), 실린드리칼 렌즈 CY2, 반사 미러 M10, fθ 렌즈 FT, 및 실린드리칼 렌즈 CY3을 구비한다. 또한, 편광 빔 스플리터 PBS 및 λ/4 파장판 QP는, 광 분할 부재를 구성하고, 실린드리칼 렌즈 CY1 및 반사 미러 M10은 재반사 광학계를 구성한다. 또, fθ 렌즈 FT 및 실린드리칼 렌즈 CY3은 주사용 광학계를 구성한다.
도 5에 도시한 입사 미러(도광 부재로서의 낙사 미러) IM1에서 -Z방향으로 반사되고, 소정의 직경으로 확대된 평행 광속의 빔 LB1은, Z축과 평행한 광축 AX1을 따라서 주사 유닛 U1a에 입사된다. 주사 유닛 U1a에 입사된 빔 LB1(이하, 입사 빔 LB1a라고 부르는 경우가 있음)은, 광축 AX1상에 45°로 마련된 반사 미러 M12에 의해서, X축과 평행한 광축 AX3을 따라서 -X방향으로 반사된다. 반사 미러 M12에서 -X방향으로 반사된 입사 빔 LB1a는, 광축 AX3상에 마련된 Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈 CY1, 편광 빔 스플리터 PBS, 및 λ/4 파장판 QP를 통해서 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 입사된다. 또한, 상기 제1 실시 형태에서 설명했지만, 빔 LB1은 P편광의 광이고, 편광 빔 스플리터 PBS는 P편광의 광을 투과시키고, S편광의 광을 반사하는 것임을 굳이 부언해 둔다.
폴리곤 미러(PM)는 반사 미러 M12로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 입사된 입사빔 LB1a가, 폴리곤 미러(PM)의 ＋X방향측의 위치이고, 또한 편광 빔 스플리터 PBS의 ＋Z방향측의 위치에 마련된 반사 미러 M10을 향해서 반사되도록, 폴리곤 미러(PM)의 회전축 AXp와 직교하는 평면이 XY평면에 대해서, 45°미만의 근소한 각도만큼 기울도록 배치되어 있다. 폴리곤 미러(PM)는 광축 AX4를 포함하고, 또한 XY평면에 대해서 기운 평면 내에서, 반사면 RPa에서 반사된 입사 빔 LB1a의 반사광(이하, 제1 반사 빔 LB1b)을 편향시킨다. 이 제1 반사 빔 LB1b가 편광되는 평면상에 실린드리칼 렌즈 CY2의 Y방향으로 연장되는 모선이 위치한다. 광축 AX1, AX3, AX4, 및 회전축 AXp를 포함하는 평면은, XZ평면과 평행하게 되어 있다.
Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈 CY1은, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(회전 방향, 편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향 또는 회전축 AXp의 방향)에 관해서, 입사된 입사빔 LB1a를 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa상에서 수렴시킨다. 즉, 실린드리칼 렌즈 CY1은, 입사 빔 LB1a를 반사면 RPa상에서 Y방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 수렴시킨다.
폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 의해서 반사된 제1 반사 빔 LB1b는, 실린드리칼 렌즈 CY2를 통과하여 반사 미러 M10에 입사된다. 반사면 RPa에서 반사된 제1 반사 빔 LB1b는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향과 직교하는 비주사 방향(Z방향)에 관해서, 발산하면서 실린드리칼 렌즈 CY2에 입사되지만, Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈 CY2에 의해서 평행광으로 된다. 따라서, 반사 미러 M10에 입사되는 제1 반사 빔 LB1b는 실린드리칼 렌즈 CY1에 입사되는 입사 빔 LB1a와 거의 같은 지름의 평행 광속이 된다. 또한, 실린드리칼 렌즈 CY1의 후측 초점과 실린드리칼 렌즈 CY2의 전측 초점은, 반사면 RPa상에서 소정의 허용 범위 내에서 일치하고 있다.
반사 미러 M10은 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 의해서 처음 반사된 제1 반사 빔 LB1b를 다시 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa를 향해서 반사한다. 반사 미러 M10에서 반사된 제1 반사 빔 LB1b의 반사광(이하, 제2 반사 빔 LB1c라고 부르는 경우가 있음)은, 실린드리칼 렌즈 CY2를 통과하여 반사면 RPa에 입사된다. 따라서, 이 실린드리칼 렌즈 CY2에 의해서 반사면 RPa에 입사하는 제2 반사 빔 LB1c는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향 또는 회전축 AXp의 방향)에 관해서, 반사면 RPa상에서 수렴된다. 즉, 실린드리칼 렌즈 CY2는 제2 반사 빔 LB1c를 반사면 RPa상에서 Y방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 수렴시킨다. 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향 또는 회전축 AXp의 방향)에 관해서, 실린드리칼 렌즈 CY1에 의한 반사면 RPa상의 수렴 위치와, 실린드리칼 렌즈 CY2에 의한 반사면 RPa상의 수렴 위치는 거의 같은 위치로 설정되어 있다. 이것에 의해, 폴리곤 미러(PM)의 두께(회전축 AXp 방향의 길이)를 얇게 할 수 있다.
폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa는, 반사 미러 M10에서 반사된 제2 반사 빔 LB1c를 ＋X방향측을 향하여 반사한다. 이 반사면 RPa에 의해서 재차 반사된 빔 LB1(제2 반사 빔 LB1c)의 반사광을, 제3 반사 빔 LB1d라고 부르는 경우가 있다. 폴리곤 미러(PM)는 X축과 평행한 광축 AX3을 포함하여, XY평면과 평행한 면 내에서 제3 반사 빔 LB1d를 편향시킴과 아울러, 광축 AX3을 중심으로 Y방향으로 편향시킨다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 재차 반사된 제3 반사 빔 LB1d는, 편광 빔 스플리터 PBS에 입사된다. 폴리곤 미러(PM)와 편광 빔 스플리터 PBS의 사이에는, λ/4 파장판 QP가 마련되어 있기 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP에서 재차 반사되어 편광 빔 스플리터 PBS에 입사되는 제3 반사 빔 LB1d는, 편광 빔 스플리터 PBS의 편광 분리면 Qs에 의해서 기판(P)을 향해서 -Z방향측으로 반사된다. 편광 분리면 Qs는 XZ평면에 관해서, 빔 LB1d의 광축이, 방위선 Lx2 및 fθ 렌즈 FT의 광축 AXf와 겹쳐 진행하도록, 빔 LB1d를 fθ 렌즈 FT를 향해서 반사한다.
fθ 렌즈 FT는 폴리곤 미러(PM)에 의해서 반사된 빔 LB1d의 주광선을, 광축 AXf를 포함하는 XZ평면과 직교하는 평면 내에 있어서, 광축 AXf와 평행하게 되도록 기판(P)에 투사하는 텔레센트릭계의 스캔 렌즈이다. fθ 렌즈 FT는 광축 AXf를 중심으로 기판(P)에 투사하는 빔 LB1d를 Y방향으로 주사한다. 빔 LB1d의 fθ 렌즈 FT로의 입사각 θ는, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ/4)에 따라 바뀐다. fθ 렌즈 FT는 실린드리칼 렌즈 CY3을 통해서, 그 입사각 θ에 비례한 기판(P)의 피조사면상의 상고 위치에 빔 LB1d를 투사한다. 또, fθ 렌즈 FT와 실린드리칼 렌즈 CY3에 의해서, 기판(P)에 투사되는 빔 LB1d가 기판(P)상에서 스팟광 SP로 수렴된다. 광축 AX1, AX3, AX4, AXf를 포함하는 평면은, XZ평면과 평행이고, fθ 렌즈 FT로의 입사각 θ가 0도일 때, fθ 렌즈 FT에 입사된 빔 LB1d는, 광축 AXf상을 따라서 진행한다. 또한, fθ 렌즈 FT의 전측 초점은, 빔 LB가 입사되는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa상에 위치하고, 후측 초점은 기판(P)상에 위치한다. 또, 실린드리칼 렌즈 CY3의 후측 초점은, 기판(P)상에 위치한다. 본 변형예 1에서도, 상기 제1 실시 형태와 동등한 작용, 효과를 달성할 수 있다. 또한, 본 변형예에서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 입사되는 빔 LB1a나 빔 LB1c의 입사 각도를, 도 6, 도 7의 경우(입사 각도는 45°)에 비해 작게 하고 있다. 그 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP와 회전축 AXp가 어긋나 있음으로써 생길 수 있는 반사 빔 LB1b, LB1d의 Z방향의 미소한 위치 변화에 의한 영향(묘화 라인 SLn의 왜곡의 정도)을, 도 6, 도 7의 경우에 비해 줄일 수 있다.
(변형예 2) 도 12는 변형예 2에 있어서의, 빔 LBn을 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 2회 반사시키기 위한 구성도이다. 또한, 상기 제1 실시 형태와 같은 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여한다. 도시하지 않은 Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈에 의해서, 폴리곤 미러(PM)에 입사되는 빔 LB1a는 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향)에 관해서, 반사면 RPa상에서 수렴되어 있는 것으로 한다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 반사된 빔 LB1b는, 릴레이 렌즈계 G20을 통해서 반사 미러 M20에 입사된다. 반사 미러 M20은 입사된 빔 LB1b를 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa를 향해서 반사한다. 반사 미러 M20에서 반사된 빔 LB1b의 반사 빔 LB1c는, 다시 릴레이 렌즈계 G20을 통과하여 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 입사된다. 이 릴레이 렌즈계 G20에 의해서, 반사면 RPa와 반사 미러 M20은 공역 관계로 되어 있다. 따라서, 반사 미러 M20에 입사되는 빔 LB1b는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향)에 관해서, 반사 미러 M20의 반사면상에서 Z방향으로 수렴된다. 또, 반사 미러 M20으로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 입사되는 빔 LB1c도, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향)에 관해서, 반사면 RPa상에서 Z방향으로 수렴된다. 그리고, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 재차 입사된 빔 LB1c는, fθ 렌즈 FT를 향해서 빔 LB1d가 되어 반사된다. 또한, 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향과 직교하는 Z방향에 관해서, 반사면 RPa에 처음 입사되는 빔 LB1a의 수렴 위치와, 반사면 RPa에 재차 입사되는 빔 LB1c의 수렴 위치는 거의 일치하고 있다. 본 변형예 2에서도, 상기 제1 실시 형태와 동등한 효과를 달성할 수 있다. 또한, 릴레이 렌즈계 G20으로서 단(短)초점 거리의 것을 사용함으로써, 폴리곤 미러(PM)로부터 반사 미러 M20까지의 광로 길이를 짧게 하거나, 렌즈의 구경(口徑)을 작게 하거나 할 수 있다.
［제2 실시 형태］
다음에, 제2 실시 형태의 주사 유닛 U1b에 대해 설명한다. 도 13의 (A)는 제2 실시 형태의 주사 유닛 U1b의 구성을 -Y방향에서 보았을 때의 도면, 도 13의 (B)는 제2 실시 형태의 주사 유닛 U1b의 구성을 ＋Z방향에서 보았을 때의 도면이다. 또한, 상기 제1 실시 형태와 같은 구성에 대해서는, 같은 부호를 부여한다. 또, 주사 유닛 Unb(U1b~U6b)는 동일 구성을 가지므로 주사 유닛 U1b만을 예로 들어 설명한다. 또한, 본 제2 실시 형태에서는, 기판(P)은 XY평면과 평행하게 ＋X방향으로 반송되고 있는 것으로 한다. 주사 유닛 U1b는, Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈 CYa~CYd, 편광 빔 스플리터 PBS1, PBS2, λ/4 파장판 QP1, QP2, fθ 렌즈 FT1, 결상 렌즈 FT2, 폴리곤 미러(PM), 및 반사 미러 M30을 구비한다. 또한, 편광 빔 스플리터 PBS1, PBS2 및 λ/4 파장판 QP1, QP2는, 광 분할 부재를 구성하고, fθ 렌즈 FT1 및 실린드리칼 렌즈(제3 광학 부재) CYd는, 주사용 광학계를 구성한다. 또, 실린드리칼 렌즈(제1 광학 부재) CYb, CYc 및 반사 미러 M30은, 재반사 광학계를 구성한다.
도 5에서 도시한 입사 미러(도광 부재) IM1에서 -Z방향으로 반사된 평행 광속의 빔 LB1은, Z축과 평행한 광축 AX1을 따라서 주사 유닛 U1b에 입사된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 주사 유닛 U1b에 입사되는 빔 LB1(이하, 입사 빔 LB1a라고 부르는 경우가 있음)은, 도시하지 않은 집광 렌즈에 의해서 면 p1상에서 원형의 스팟에 집광된 후에 주사 유닛 U1b에 입사하기 때문에, 발산하면서 주사 유닛 U1b에 입사된다. 주사 유닛 U1b에 입사된 입사빔 LB1a는, 광축 AX1을 따라서 마련된 Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈(제2 광학 부재) CYa를 투과하여 편광 빔 스플리터 PBS1에 입사된다. 편광 빔 스플리터 PBS1의 편광 분리면 Qs는, XY평면에 대해서 45도 기울어 있고, P편광의 광을 반사하고, S편광의 광을 투과시킨다. 따라서, 실린드리칼 렌즈 CYa를 통과하여 편광 빔 스플리터 PBS1에 입사된 입사빔 LB1a(P편광의 광)는, 편광 빔 스플리터 PBS1의 편광 분리면 Qs에 의해서 -X방향측으로 반사된다. 편광 빔 스플리터 PBS1의 편광 분리면 Qs에서 -X방향으로 반사된 입사 빔 LB1a는, 편광 빔 스플리터 PBS1의 -X방향에 마련된, λ/4 파장판 QP1과 fθ 렌즈 FT1을 통해서 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 입사된다. fθ 렌즈 FT1의 광축 AXf1은 X축과 평행하고, 폴리곤 미러(PM)의 회전축 AXp는, Z축과 평행하게 설정된다. 이 광축 AXf1과 회전축 AXp를 포함하는 평면은, XZ평면과 평행하다. 이때, 입사 빔 LB1a는 fθ 렌즈 FT1의 사출측으로부터 fθ 렌즈 FT1에 입사된다. 또한, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP는, fθ 렌즈 FT1의 입사동(入射瞳)의 위치(전측 초점의 위치)에 배치된다.
여기서, 실린드리칼 렌즈 CYa는 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(회전 방향, 편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향)에 관해서는, 발산하면서 입사된 입사빔 LB1a를 평행광으로 한다(도 13의 (A) 참조). 또, 실린드리칼 렌즈 CYa는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(회전 방향, 편향 방향)에 관해서는, 발산하면서 입사된 입사빔 LB1a를 그대로 투과시킨다(도 13의 (B) 참조). 또한, 실린드리칼 렌즈 CYa의 전측 초점은, 면 p1상에 설정되어 있는 것으로 한다. fθ 렌즈 FT1은 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(회전 방향, 편향 방향)과 직교하는 비주사 방향에 관해서는, 실린드리칼 렌즈 CYa에 의해서 평행광으로 된 입사 빔 LB1a를 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 수렴시킨다(도 13의 (A) 참조). 또, fθ 렌즈 FT1은 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(회전 방향, 편향 방향)인 XY평면 내에서는, 발산하면서 입사된 빔 LB1a를 평행광으로 한다(도 13의 (B) 참조). 이것에 의해, 반사면 RPa에 투사되는 입사 빔 LB1a는, 반사면 RP상에서 Y방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 수렴된다(도 13의 (A), 도 13의 (B) 참조).
또한, XZ평면에 있어서는, 편광 빔 스플리터 PBS1로부터 fθ 렌즈 FT1을 통해서 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa를 향해 진행하는 입사 빔 LB1a는, fθ 렌즈 FT1의 광축 AXf1의 ＋Z방향측의 위치를 통과하여 반사면 RPa에 입사되고, 또한 반사면 RPa상에서 수렴되는 위치는, fθ 렌즈 FT1의 광축 AXf1과 거의 일치한다(도 13의 (A) 참조). 또, XY평면에 있어서는, 편광 빔 스플리터 PBS1로부터 fθ 렌즈 FT1을 통해서 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa를 향해 진행하는 입사 빔 LB1a는, fθ 렌즈 FT1의 광축 AXf1과 겹쳐 반사면 RPa에 입사된다(도 13의 (B) 참조). 여기서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa는 fθ 렌즈 FT1의 동공 위치(전측 초점의 위치)에 설정되고, fθ 렌즈 FT1의 후측 초점은, 도 13의 (A), 도 13의 (B) 중의 편광 빔 스플리터 PBS1로부터 ＋X방향으로 이격된 면 p2의 위치에 설정된다. 면 p2는 면 p1과 광학적으로 공역인 관계로 설정됨과 아울러, 최종적으로는 기판(P)의 표면과도 공역인 관계로 설정된다.
폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa는, 입사된 입사빔 LB1a를 fθ 렌즈 FT1을 향해서 ＋X방향측으로 반사한다. 폴리곤 미러(PM)의 회전에 의해서, 입사된 입사빔 LB1a는 Y방향으로 편향된다. 반사면 RPa에서 반사된 입사 빔 LB1a의 반사광(이하, 제1 반사 빔 LB1b라고 부름)은, 회전한 폴리곤 미러(PM)에 의해서, XY평면에 관해서는, 광축 AXf1을 중심으로 Y방향으로 편향된다. 반사면 RPa에서 반사된 제1 반사 빔 LB1b는, XZ평면에 관해서는, fθ 렌즈 FT1의 광축 AXf1의 -Z방향측을 통과하여 fθ 렌즈 FT1에 입사된다.
반사면 RPa로부터 fθ 렌즈 FT를 향하는 제1 반사 빔 LB1b는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향에 관해서는, 발산하면서 fθ 렌즈 FT1에 입사되지만, fθ 렌즈 FT1에 의해서 평행광이 된다(도 13의 (A) 참조). 또, 반사면 RPa로부터 fθ 렌즈 FT를 향하는 제1 반사 빔 LB1b는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)을 포함하는 XY면 내에서는, 평행광으로서 fθ 렌즈 FT1에 입사되지만, fθ 렌즈 FT1에 의해서 면 p2상에서 원형의 스팟으로서 수렴된다(도 13의 (B) 참조).
fθ 렌즈 FT1을 투과한 제1 반사 빔 LB1b는, λ/4 파장판 QP2를 투과하여 편광 빔 스플리터 PBS2에 입사된다. 이 λ/4 파장판 QP2 및 편광 빔 스플리터 PBS2는, 차광판 DO를 통해서 λ/4 파장판 QP1 및 편광 빔 스플리터 PBS1의 -Z방향측에 배치되어 있다. 이 차광판 DO는 fθ 렌즈 FT1의 광축 AXf1을 포함하고, XY평면과 평행한 평면상에 마련되어 있다. 편광 빔 스플리터 PBS1의 편광 분리면 Qs는, XY평면에 대해서 45도 기울어 있고, P편광의 광을 반사하고, S편광의 광을 투과시킨다. 여기서, 폴리곤 미러(PM)에 처음 입사되는 입사 빔 LB1a는, λ/4 파장판 QP1에 의해서 P편광에서 원편광의 광으로 변환되고, 폴리곤 미러(PM)에서 처음 반사된 제1 반사 빔 LB1b는, λ/4 파장판 QP2에 의해서 원편광에서 S편광의 광으로 변환된다. 따라서, 편광 빔 스플리터 PBS2에 입사되는 제1 반사 빔 LB1b는, 편광 빔 스플리터 PBS2를 그대로 투과한다.
편광 빔 스플리터 PBS2를 투과하여 -X방향측으로 진행하는 제1 반사 빔 LB1b는, 편광 빔 스플리터 PBS2의 ＋X방향측에 배치된 실린드리칼 렌즈(제1 광학 부재) CYb와 결상 렌즈 FT2를 통과하여 반사 미러 M30에 입사된다. 후측 초점이 면 p2상에 설정된 실린드리칼 렌즈 CYb는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향)에 관해서는, fθ 렌즈 FT1 및 편광 빔 스플리터 PBS2를 투과한 평행광의 제1 반사 빔 LB1b를 면 p2상에서 수렴시킨다(도 13의 (A) 참조). 이 면 p2는 fθ 렌즈 FT1의 후측 초점의 위치이기도 하기 때문에, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)에 관해서도, fθ 렌즈 FT1 및 편광 빔 스플리터 PBS2를 투과한 제1 반사 빔 LB1b가 면 p2상에서 수렴된다(도 13의 (B) 참조). 이 면 p1과 면 p2는 공역 관계로 되어 있다. 또한, 반사 미러 M30은 수차 보정을 위해서, 결상 렌즈 FT2의 후측 초점의 위치, 즉 동공 위치에 오목 구면 반사경으로서 배치되지만, 원리적으로는 평면 반사경이어도 된다. 또한, 결상 렌즈 FT2와 반사 미러 M30을 조합한 시스템은, 면 p2측에서 텔레센트릭한 결상 특성을 가지는 등배의 릴레이 광학계로서 기능하고, 빔 LB1b의 수렴에 의해서 면 p2에 집광되는 스팟광을, 면 p2상의 상이한 위치에 다시 빔 LB1c의 수렴된 스팟광으로서 결상한다.
따라서, 결상 렌즈 FT2를 통해서 반사 미러 M30을 향하는 제1 반사 빔 LB1b는, 발산된 상태로 결상 렌즈 FT2에 입사하지만, 결상 렌즈 FT2에 의해서 평행 광속으로 된 후, 반사 미러 M30에 입사된다. 또한, 결상 렌즈 FT2의 광축 AXf2와 fθ 렌즈 FT1의 광축 AXf1은 동축상에 설정되어 있다. 결상 렌즈 FT2에 입사하는 제1 반사 빔 LB1b는, XZ평면에 관해서, 광축 AXf2의 -Z방향측을 통과하여 결상 렌즈 FT2에 입사되고, 반사 미러 M30상에서 제1 반사 빔 LB1b의 중심축이 광축 AXf2와 일치한다(도 13의 (A) 참조). 이 결상 렌즈 FT2의 후측 초점(동공면)의 위치는, 면 p2상에 설정되어 있다.
반사 미러 M30에서 -X방향측으로 반사된 제1 반사 빔 LB1b의 반사광(이하, 제2 반사 빔 LB1c라고 부름)은, 결상 렌즈 FT2 및 실린드리칼 렌즈(제1 광학 부재) CYc를 통과하여 편광 빔 스플리터 PBS1에 다시 입사된다. 제2 반사 빔 LB1c는 광축 AXf2의 ＋Z방향측을 통과하여 결상 렌즈 FT2에 입사된다. 결상 렌즈 FT2는 반사 미러 M30에서 반사된 평행 광속의 제2 반사 빔 LB1c를 면 p2상에서 원형의 스팟에 수렴시킨다. 면 p2에서 수렴된 제2 반사 빔 LB1c는, Y축과 평행한 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈 CYc에 발산하면서 입사된 후, 편광 빔 스플리터 PBS1에 입사된다. 편광 빔 스플리터 PBS1에 입사된 제2 반사 빔 LB1c는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(Z방향)에 관해서는, 실린드리칼 렌즈 CYc에 의해서 평행광으로 되고, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)에 관해서는, 그대로 발산하면서 편광 빔 스플리터 PBS1에 입사된다. 편광 빔 스플리터 PBS1에 입사되는 제2 반사 빔 LB1c는, S편광의 광으로 되어 있으므로, 그대로 편광 빔 스플리터 PBS1을 투과한다. 편광 빔 스플리터 PBS1을 투과한 제2 반사 빔 LB1c는, λ/4 파장판 QP1 및 fθ 렌즈 FT1을 통과하여 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 재차 입사된다. 제2 반사 빔 LB1c는 fθ 렌즈 FT1의 사출측으로부터 fθ 렌즈 FT1에 입사된다.
fθ 렌즈 FT1은 입사된 제2 반사 빔 LB1c를 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP(RPa) 상에서, Y방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 수렴시킨다. 이때, 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향(편향 방향)과 직교하는 Z방향에 관해서, 제2 반사 빔 LB1c의 반사면 RPa상의 입사 위치와 입사 빔 LB1a의 반사면 RPa상의 입사 위치는 일치하고 있다. 반사면 RPa에서 다시 반사된 제2 반사 빔 LB1c의 반사광(이하, 제3 반사 빔 LB1d라고 부름)은 fθ 렌즈 FT1 및 λ/4 파장판 QP2를 통과하여 편광 빔 스플리터 PBS2에 입사된다. 여기서, 폴리곤 미러(PM)에 재차 입사되는 제2 반사 빔 LB1c는 λ/4 파장판 QP1에 의해서 S편광에서 원편광의 광으로 변환되고, 폴리곤 미러(PM)에서 재차 반사된 제3 반사 빔 LB1d는, λ/4 파장판 QP2에 의해서 원편광으로부터 P편광의 광으로 변환된다. 따라서, 편광 빔 스플리터 PBS2에 입사되는 제3 반사 빔 LB1d는, 편광 빔 스플리터 PBS2의 편광 분리면 Qs에서 -Z방향으로 반사되어 기판(P)에 투사된다. 편광 분리면 Qs에서 -Z방향으로 반사된 제3 반사 빔 LB1d는, 실린드리칼 렌즈(제3 광학 부재) CYd를 통과하여 기판(P)에 투사된다. 주사 유닛 U1b로부터 기판(P)을 향해서 투사되는 빔 LB1(제3 반사 빔 LB1d)은, 기판(P)의 법선을 따라서 투사된다.
여기서, fθ 렌즈 FT1은 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향(편향 방향)에 관해서는, 반사면 RPa에서 반사되어 입사된 평행광의 제3 반사 빔 LB1d를 기판(P)상에서 수렴시킨다. 또, fθ 렌즈 FT1은 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향(편향 방향)과 직교하는 방향에 관해서는, 반사면 RPa에서 반사되어 발산하면서 입사되는 제3 반사 빔 LB1d를 평행광으로 하지만, 실린드리칼 렌즈 CYd에 의해서, 기판(P)상에 수렴시킨다. 이것에 의해, 기판(P)에 투사되는 빔 LB1(제3 반사 빔 LB1d)은, 스팟광 SP가 되어 기판(P)에 투사된다. 이와 같이, 면 p1, 면 p2, 및 기판(P)은 서로 공역 관계로 되어 있다.
여기서, 도 13의 (A)에 도시하는 것처럼, 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향(편향 방향)과는 직교하는 방향에 관해서는(XZ평면에 관해서는), 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa로부터 반사 미러 M10을 향하는 제1 반사 빔 LB1b의 광로, 형상과, 반사 미러 M30으로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa을 향하는 제2 반사 빔 LB1c의 광로, 형상은, 광축 AXf1(AXf2)을 포함하여, XY평면과 평행한 평면에 대해서 대칭이 된다. 또, 편광 빔 스플리터 PBS1로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에 처음 향하는 입사 빔 LB1a의 광로, 형상과, 편광 빔 스플리터 PBS1로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa를 다시 향하는 제2 반사 빔 LB1c의 광로, 형상은, 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향(편향 방향)과는 직교하는 방향에 관해서(XZ평면에 관해서) 동일하게 된다. 또한, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa로부터 편광 빔 스플리터 PBS2를 향하는 제1 반사 빔 LB1b의 광로, 형상과, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa로부터 편광 빔 스플리터 PBS2를 향하는 제3 반사 빔 LB1d의 광로, 형상은, 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향(편향 방향)과는 직교하는 방향에 관해서(XZ평면에 관해서) 동일하게 된다.
한편으로, 도 13의 (B)에 도시하는 것처럼, 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향(편향 방향)에 관해서는(XY평면에 관해서는), 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa의 각도에 따라서, 제1 반사 빔 LB1b ~ 제3 반사 빔 LB1d의 광로가 상이하다. 여기서, 반사면 RPa의 YZ평면에 대한 각도를 Δθ라고 한다. 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향(편향 방향)에 관해서(XY평면에 관해서), fθ 렌즈 FT1의 광축 AXf1(입사 빔 LB1a의 중심축)에 대한, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 반사되어 fθ 렌즈 FT1에 입사되는 제1 반사 빔 LB1b의 중심축(주광선)의 각도(절대치)는 2×Δθ가 된다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향(편향 방향)에 관해서(XY평면에 관해서), fθ 렌즈 FT1의 광축 AXf1(입사 빔 LB1a의 중심축)에 대한, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP에 재차 입사되는 제2 반사 빔 LB1c의 중심축(주광선)의 각도(절대치)는 2×Δθ가 된다. 이 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향(편향 방향)에 관해서(XY평면에 관해서), 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 반사되어 fθ 렌즈 FT1에 입사되는 제1 반사 빔 LB1b의 중심축(주광선)이나 수렴 발산 상태와, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP에 재차 입사되는 제2 반사 빔 LB1c의 중심축(주광선)이나 수렴 발산 상태는, 광축 AXf1(입사 빔 LB1a의 중심축)에 대해서 대칭이 된다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향(편향 방향)에 관해서(XY평면에 관해서), fθ 렌즈 FT1의 광축 AXf1(입사 빔 LB1a의 중심축)에 대한, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 반사되어 fθ 렌즈 FT1에 입사되는 제3 반사 빔 LB1d의 광축(중심축)의 각도(절대치)는 4×Δθ가 된다.
따라서, 상기 제2 실시 형태에서도, 상기 제1 실시 형태와 동등한 효과를 달성할 수 있다. 도 13의 (A), 도 13의 (B)에 도시한 결상 렌즈 FT2와 반사 미러 M30을 조합한 시스템은, 앞의 도 12에서 도시한 릴레이 렌즈계 G20과 같은 텔레센트릭한 등배의 릴레이 광학계이며, 결상 렌즈 FT2로서 단초점 거리의 것을 이용함으로써, 면 p2로부터 반사 미러 M30까지의 구성을 컴팩트하게 할 수 있다.
［제2 실시 형태의 변형예］
상기 제2 실시 형태는, 이하와 같이 변형 가능하다.
(변형예 1) 상기 제2 실시 형태의 주사 유닛 Unb의 경우는, 주사 유닛 Unb는, fθ 렌즈 FT1 및 결상 렌즈 FT2의 광축 AXf1, AXf2 방향으로 길어져 버린다. 따라서, 도 14에 도시하는 것처럼, 상기 제1 실시 형태에서 설명한 회전 드럼(DR)에 의해서 기판(P)을 만곡시켜 지지하면서, 상기 제2 실시 형태에 나타내는 주사 유닛 Unb를, 기판(P)의 반송 방향을 따라서 복수 개 배치하는 경우는, 기판(P)의 반송 방향(X방향)을 따라서 배치되는 복수의 주사 유닛 Unb의 홀수번과 짝수번으로, X방향(회전 드럼(DR)의 원주 방향)으로 이격하여 배치할 필요가 있다. 이것에 의해, 반송 방향을 따라서 배치된 복수의 주사 유닛 Unb의 묘화 라인 SLn(스팟광 SP의 투사 위치) 간의 거리가 길어져 버린다. 그 때문에, 기판(P)의 반송 방향에 관해서, 복수의 주사 유닛 Unb의 상류측의 1개의 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)을 마련한 것 만으로는, 얼라이먼트 정밀도가 저하되어 버리는 경우가 있다. 이에, 본 변형예 1에서는, 도 14에 도시하는 것처럼, 기판(P)의 반송 방향을 따라서 마련된 홀수번의 주사 유닛 Unb와 짝수번의 주사 유닛 Unb의 각각의 위치에 대해서, 기판(P)의 반송 방향의 상류측에, 복수의 얼라이먼트 현미경 AMm(AM1~AM4)을 마련하면 된다.
(변형예 2) 상기 제2 실시 형태에서는, 1개의 주사 유닛 Unb에 1개의 빔 LB1a를 입사시키도록 했지만, 1개의 주사 유닛 Unb의 실린드리칼 렌즈 CYa에 2개의 빔 LBn(LB1a)을 Y방향으로 조금 거리를 두고 입사시키도록 해도 된다. 이 경우는, 실린드리칼 렌즈 CYa에 입사되는 2개의 빔 LB1a의 각 중심축은, 광축 AX1과 평행하고, 또한 광축 AX1을 포함하는 YZ평면과 평행한 평면상에 위치한다. 이것에 의해, 2개의 스팟광 SP에 의해서 주사되기 때문에, 보다 고속으로 패턴을 묘화할 수 있다. 또, 2개의 스팟광 SP의 주사 영역이 분담되도록 2개의 빔 LB1a를 주사 유닛 Unb에 입사시킴으로써, 폴리곤 미러(PM)의 실주사에 기여하는 회전 각도를 추가로 절반으로 할 수도 있다.
［제3 실시 형태］
상기 제1 및 제2 실시 형태(변형예도 포함함)에 있어서는, 1회째 빔 LBn(LB1a)을 반사하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP와, 2회째 빔 LBn(LB1c)을 반사하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP가 동일하게 되도록, 빔 LBn을 폴리곤 미러(PM)에 입사시켰다. 그렇지만, 본 제3 실시 형태에서는, 1회째 빔 LBn을 반사하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP와, 2회째 빔 LBn을 반사하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP가 상이하도록, 재반사 광학 부재의 구성을 변경한다.
도 15는 제3 실시 형태에 있어서의, 묘화용 빔 LBn을 폴리곤 미러(PM)에 2회 반사시키기 위한 구성도이다. 또한, 상기 제1, 제2 실시 형태와 같은 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여한다. 본 실시 형태에서는, 1회째 빔 LBn을 반사하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP와, 2회째 빔 LBn을 반사하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP가 상이하도록, 재반사 광학 부재를 구성한다.
도 15에 있어서, 도시하지 않은 Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈에 의해서, 폴리곤 미러(PM)에 입사되는 빔 LB1a는 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(회전축 AXp의 방향)에 관해서, 반사면 RPa상에서 수렴되어 있는 것으로 한다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 반사된 빔 LB1b는, 릴레이 렌즈계 G30을 통과하여 반사 미러 M50에 입사되어, 반사 미러 M50에서 반사된 후, 반사 미러 M51에 입사된다. 이 릴레이 렌즈계 G30에 의해서 반사면 RPa와 반사 미러 M51은 공역 관계로 되어 있다. 따라서, 반사 미러 M51에 입사되는 빔 LB1b는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(회전축 AXp의 방향)에 관해서, 반사 미러 M51의 반사면상에서 수렴된다. 또, 반사 미러 M51에서 반사된 빔 LB1c는, 반사 미러 M52에서 반사된 후, 릴레이 렌즈계 G31을 통과하여 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP에 입사된다. 빔 LB1c가 릴레이 렌즈계 G31을 통과하여 입사되는 반사면 RP는, 반사면 RPa와는 상이한 반사면 RP(이하, RPb)이다. 릴레이 렌즈계 G31에 의해서, 반사 미러 M51과 반사면 RPb는 공역 관계로 되어 있다. 따라서, 반사면 RPb에 입사되는 빔 LB1c는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(회전축 AXp의 방향)에 관해서, 반사면 RPb상에서 수렴된다. 그리고, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPb에서 반사된 빔 LB1d는, fθ 렌즈 FT를 향해서 반사된다. 또한, 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향과 직교하는 방향에 관해서, 반사면 RPa상에서 빔 LBn이 수렴되는 위치(회전축 AXp가 연장되는 방향의 위치)와 반사면 RPb상에서 빔 LBn이 수렴되는 위치(회전축 AXp가 연장되는 방향의 위치)는 일치하고 있다.
이상의 본 실시 형태에서는, 도 15 중의 릴레이 렌즈계 G30, G31과 반사 미러 M50, M51, M52에 의해서 재반사 광학계가 구성되고, 상기 제1 실시 형태와 동등한 작용, 효과가 달성된다.
(변형예 1) 도 16은 제3 실시 형태(도 15)의 변형예 1에 있어서의, 빔 LBn을 폴리곤 미러(PM)에 2회 반사시키기 위한 구성도이다. 또한, 상기 제3 실시 형태와 같은 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여한다. 본 변형예 1에서는, 1회째 빔 LBn을 반사하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP와, 2회째 빔 LBn을 반사하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RP가 상이하도록, 빔 LBn을 폴리곤 미러(PM)에 입사시키는 재반사 광학계의 구성이 도 15의 구성과 상이하다.
도시하지 않은 Y방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈에 의해서, 폴리곤 미러(PM)에 입사되는 빔 LB1a는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(회전축 AXp의 방향)에 관해서, 반사면 RPa상에서 수렴되어 있는 것으로 한다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPa에서 반사된 빔 LB1b는, 렌즈계 G50a를 통과한 후, 반사 미러 M60에 입사된다. 반사 미러 M60에서 반사된 빔 LB1b는 반사 미러 M61에 입사된다. 반사 미러 M61에서 반사된 빔 LB1c는, 렌즈계 G50b를 통과하여 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPb에 입사된다. 이 반사면 RPb는 반사면 RPa와는 상이한 반사면 RP이다. 이 렌즈계 G50a, G50b는 광로 중의 중간 위치(반사 미러 M60, M61의 사이)에 동공면 ep가 형성되는 릴레이 렌즈계 G50을 구성하고, 이 릴레이 렌즈계 G50에 의해서, 반사면 RPa, RPb는 서로 공역 관계로 되어 있다. 따라서, 반사면 RPb에 입사되는 빔 LB1c는 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(편향 방향)과 직교하는 비주사 방향(회전축 AXp의 방향)에 관해서, 반사면 RPb상에서 수렴된다. 그리고, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 RPb에서 반사된 빔 LBn는 fθ 렌즈 FT를 향해서 반사된다. 또한, 폴리곤 미러(PM)의 주사 방향과 직교하는 방향에 관해서, 반사면 RPa상에서 빔 LB1a가 수렴되는 위치(회전축 AXp가 연장되는 방향의 위치)와, 반사면 RPb상에서 빔 LBn이 수렴되는 위치(회전축 AXp가 연장되는 방향의 위치)는 일치하고 있다. 본 변형예 1에서도, 상기 제1 실시 형태와 동등한 효과를 달성할 수 있다.
［제1 ~ 제3 실시 형태의 변형예］
상기 각 실시 형태에서는, 가동 반사 부재로서 폴리곤 미러(PM)를 이용했지만, 갈바노 미러 등의 요동(搖動) 반사 부재를 이용하여 빔 LBn을 편향시켜도 된다. 또, 갈바노 미러(GM)를 이용했을 경우는, 도 17에 도시하는 것 같은 주사 유닛 U1d로 해도 된다. 또한, 상기 제1 ~ 제3 실시 형태와 같은 구성에 대해서는, 같은 부호를 부여한다. 또, 주사 유닛 Und(U1d~U6d)는 동일 구성을 가지므로 주사 유닛 U1d만을 예로 들어 설명한다.
fθ 렌즈 FT의 광축 AXf는 직교 좌표계 XYZ의 X축과 평행하게 배치되고, 갈바노 미러(가동 반사 부재, 요동 반사 부재)(GM)의 회전(진동) 중심축 Cg는, Z축과 평행하게 배치된다. 갈바노 미러(GM)의 제1 반사면 m10과 제2 반사면 m11은, Z축과 평행함과 아울러, 회전 중심축 Cg 둘레의 진동의 중립 위치(편차 각도가 0도)에서는 fθ 렌즈 FT의 광축 AXf에 대해서 XY면 내에서 45도의 각도가 되도록 설정되어 있다. 이 갈바노 미러(GM)는 소정의 편차 각도 ±θg의 범위에서 진동(요동)한다. 제1 반사면 m10을, 예를 들면, 갈바노 미러(GM)의 표면으로 했을 경우는, 제2 반사면 m11은, 갈바노 미러(GM)의 이면이 된다.
주사 유닛 U1d에 입사된 빔 LB1(이하, 입사 빔 LB1a)은 반사 미러 등에 의해서 그 광로가 절곡된 후, －Y방향으로 진행하여, 갈바노 미러(GM)의 제1 반사면 m10에 입사된다. 갈바노 미러(GM)의 제1 반사면 m10에서 반사된 입사 빔 LB1a의 반사광(이하, 제1 반사 빔 LB1b)은, 반사 미러 MRa,MRb에서 반사되어 다시 갈바노 미러(GM)에 입사된다. 이때, 반사 미러 MRa,MRb에서 반사된 제1 반사 빔 LB1b의 반사광(이하, 제2 반사 빔 LB1c)은 갈바노 미러(GM)의 제2 반사면 m11에 입사된다. 제2 반사면 m11에서 반사된 제2 반사 빔 LB1c의 반사광(이하, 제3 반사 빔 LB1d)은, fθ 렌즈 FT를 통과하여 스팟광 SP로서 기판(P)에 투사된다.
또한, 갈바노 미러(GM)를 이용한 빔 주사 유닛에서는, 반사면의 면기울어짐을 보정하기 위한 실린드리칼 렌즈를 마련하지 않지만, 면기울어짐 보정이 필요한 경우는, 주사 방향과 직교하는 방향에 관해서, 입사 빔 LB1a와 제2 반사 빔 LB1c의 각각을, 제1 반사면 m10 위와 제2 반사면 m11 위에서 수렴시키는 실린드리칼 렌즈를 포함하는 광학계를 빔 LB의 광로상에 마련하면 된다. 그 경우, fθ 렌즈 FT와 기판(P)의 사이에는, 갈바노 미러(GM)의 주사 방향과 직교하는 방향에 관해서, 제3 반사 빔 LB1d를 기판(P)상에서 수렴시키는 실린드리칼 렌즈가 마련된다. 도 17에 도시하는 구성에 의해, 갈바노 미러(GM)를 이용했을 경우더라도, 입사 빔 LB1a를 편향시키는 제1 반사면 m10과, 제2 반사 빔 LB1c를 편향시키는 제2 반사면 m11을 상이하게 할 수 있다. 또, 갈바노 미러(GM)의 편차 각도는 ±θg이므로, 광축 AXf를 중심으로 ±4θg의 범위에서 편향된 제3 반사 빔 LB1d가 fθ 렌즈 FT에 입사된다. 따라서, 본 변형예에서도, 상기 제1 실시 형태와 동등한 효과를 달성할 수 있다. 갈바노 미러(GM)는 편차각의 범위의 양단에서는, 선형성이 나쁘기 때문에, 통상은, 진동의 진폭각의 중앙 위치를 포함하는 선형성이 좋은 좁은 편차각 범위에서 빔 주사를 행하고 있지만, 도 17과 같이, 반사 미러 MRa,MRb에 의한 재반사 광학 부재를 마련함으로써, 넓은 각도 범위에서 선형성이 좋은 빔 주사가 가능해진다.

Claims (12)

  1. 반사면의 각도가 바뀌는 가동 반사 부재에 의해서 편향된 광원 장치로부터의 빔을 피조사체에 투사하는 빔 주사 장치로서,
    상기 가동 반사 부재에서 처음 반사된 제1 반사 빔을 반사하여 상기 가동 반사 부재를 향하는 제2 반사 빔을 생성함과 아울러, 상기 가동 반사 부재에 의한 상기 제1 반사 빔의 편향 방향과 직교한 비편향 방향으로 상기 제2 반사 빔을 수렴시키는 제1 광학 부재를 구비하는 재반사 광학계와,
    상기 제2 반사 빔이 상기 가동 반사 부재에서 재차 반사된 제3 반사 빔을 상기 피조사체를 향해서 사출하는 주사용 광학계와,
    상기 가동 반사 부재와 상기 주사용 광학계 사이의 광로에 배치되어, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 처음에 상기 가동 반사 부재에 입사되도록 안내함과 아울러, 상기 가동 반사 부재에서 재차 반사된 상기 제3 반사 빔을 상기 주사용 광학계에 입사되도록 안내하는 광 분할 부재
    를 구비하는 빔 주사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가동 반사 부재는 다수의 반사면을 가지는 회전 다면경이고,
    상기 회전 다면경의 반사면에 처음 입사되는 상기 빔을 상기 비편향 방향으로 수렴시키는 제2 광학 부재를 추가로 구비하고,
    상기 주사용 광학계는 상기 회전 다면경의 반사면에서 재차 반사된 상기 제3 반사 빔을 입사받는 fθ 렌즈계와, 상기 fθ 렌즈계로부터 상기 피조사체를 향하는 상기 제3 반사 빔을 상기 비편향 방향으로 수렴시키는 제3 광학 부재를 가지는 빔 주사 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광 분할 부재는 상기 광원 장치로부터의 상기 빔이 입사되는 측에 배치된 편광 빔 스플리터와, 상기 회전 다면경과 상기 편광 빔 스플리터 사이의 광로에 배치된 파장판을 포함하고,
    상기 회전 다면경의 반사면에 처음 입사되는 상기 빔을 직선 편광으로 하는 빔 주사 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는 상기 회전 다면경의 반사면에 전측 초점이 위치하도록 마련된 실린드리칼 렌즈이고,
    상기 재반사 광학계는 추가로 상기 실린드리칼 렌즈의 후측에 배치되는 반사 미러를 포함하는, 빔 주사 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 광학 부재는 상기 회전 다면경의 반사면에 후측 초점이 위치하도록 마련된 실린드리칼 렌즈인 빔 주사 장치.
  6. 회전축의 둘레로 회전하는 회전 다면경의 복수의 반사면의 각각에 광원 장치로부터의 빔을 조사하고, 상기 반사면의 각각에서 편향된 빔을 주사용 광학계를 통해 피조사체에 투사하여 1차원 주사하는 빔 주사 장치로서,
    상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 입사받아, 상기 회전 다면경의 반사면상에서 회전 방향과 직교한 비편향 방향으로 수렴시켜 조사하는 제1 실린드리칼 렌즈와,
    상기 회전 다면경의 반사면에서 처음 반사된 제1 반사 빔을 반사하여 상기 회전 다면경의 반사면을 향하는 제2 반사 빔을 생성함과 아울러, 상기 제2 반사 빔을 상기 회전 다면경의 반사면상에서 상기 비편향 방향으로 수렴시키는 제2 실린드리칼 렌즈를 포함하는 재반사 광학계와,
    상기 회전 다면경과 상기 주사용 광학계 사이의 광로에 배치되어, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 처음에 상기 회전 다면경의 반사면에 입사되도록 안내함과 아울러 상기 제2 반사 빔이 상기 회전 다면경의 반사면에서 재차 반사된 제3 반사 빔을 상기 주사용 광학계에 입사되도록 안내하는 광 분할 부재
    를 구비하는 빔 주사 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 재반사 광학계는 추가로 상기 제2 실린드리칼 렌즈의 후측에 배치되는 반사 미러를 포함하고,
    상기 제2 실린드리칼 렌즈의 전측 초점은 상기 회전 다면경의 반사면 위치로 설정되는, 빔 주사 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 광 분할 부재는 상기 광원 장치로부터의 상기 빔이 입사되는 측에 배치된 편광 빔 스플리터와, 상기 회전 다면경과 상기 편광 빔 스플리터 사이의 광로에 배치된 파장판을 포함하고, 상기 회전 다면경의 반사면에 처음 입사되는 상기 빔을 직선 편광으로 한, 빔 주사 장치.
  9. 기판을 소정의 방향으로 이동시킨 상태에서, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 빔 주사 장치를 이용하여, 상기 주사용 광학계로부터의 상기 제3 반사 빔을 상기 피조사체인 상기 기판상에 투사하고, 또한 상기 제3 반사 빔을 상기 비편향 방향과 교차하는 주(主)주사 방향으로 주사시킴으로써 상기 기판상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판의 이동 방향 및 상기 주주사 방향의 적어도 1개의 방향을 따라서 상기 빔 주사 장치가 복수 개 배치되어 있는 패턴 묘화 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판에 형성된 소정의 마크를 검출하기 위한 얼라이먼트계를 구비하고,
    상기 얼라이먼트계는 상기 기판의 이동 방향을 따라서 배치된 복수의 상기 빔 주사 장치의 위치에 대응하여 각각 마련되어 있는 패턴 묘화 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판은 가요성의 장척(長尺)의 시트 기판이고,
    상기 시트 기판의 장척 방향과 교차하는 폭 방향으로 연장된 중심축과, 상기 중심축으로부터 일정 반경의 원통 모양의 외주면을 가지는 회전 드럼을 추가로 구비하고,
    상기 회전 드럼은 상기 외주면을 따라서 상기 시트 기판의 일부를 상기 장척 방향으로 만곡시켜 지지하면서, 상기 중심축을 중심으로 회전하여 상기 시트 기판을 상기 장척 방향으로 이동시키고,
    상기 빔 주사 장치는 상기 회전 드럼으로 지지되어 있는 상기 시트 기판상에 상기 주사용 광학계로부터의 상기 제3 반사 빔을 투사하는 패턴 묘화 장치.
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