KR102387648B1

KR102387648B1 - 노광 장치

Info

Publication number: KR102387648B1
Application number: KR1020227009103A
Authority: KR
Inventors: 마사키 가토; 게이 나라; 도모나리 스즈키; 도모유키 와타나베; 요시아키 기토; 마사카즈 호리
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2022-04-18
Also published as: JP2019023763A; JP6677287B2; TWI677766B; JPWO2015152217A1; JP6597601B2; CN106164779A; KR102377751B1; TW201539154A; KR20170002374A; TWI712867B; TW201905606A; KR20220038831A; CN107748486B; WO2015152217A1; JP2020166243A; JP6849119B2; CN106164779B; TWI640835B; CN110083018A; CN107748486A

Abstract

기판의 장척 방향과 직교하는 폭 방향으로 연장하는 중심선으로부터 일정 반경을 가지는 외주면의 적어도 일부에 의해 기판을 지지하고, 중심선의 둘레로 회전하여 기판을 장척 방향으로 반송하는 회전 드럼과, 제1 묘화 빔을, 회전 드럼의 외주면의 둘레 방향을 따른 제1 설치 방위로부터 회전 드럼에 의해 지지된 기판 상에 투사하고, 회전 드럼의 중심선의 방향으로 연장된 영역에서 패턴을 묘화하는 제1 묘화 유닛과, 제1 설치 방위에 대해서 기판의 반송 방향의 상류측이고, 회전 드럼의 외주면의 둘레 방향을 따른 제2 설치 방위에 설정되는 검출 위치에서, 장척 방향을 따라 소정의 간격으로 기판 상에 형성된 복수의 마크를 검출하는 얼라이먼트 현미경과, 중심선이 연장되는 방향으로부터 볼 때, 둘레 방향에 관하여 제1 설치 방위와 제2 설치 방위 각각과 동일한 방위에 배치되고, 각각 중심선의 방향에 관한 회전 드럼의 변위를 검지하는 제1 변위계 및 제2 변위계를 구비하고, 얼라이먼트 현미경에 의해 검출되는 마크의 위치와, 제1 및 제2 변위계에 의해 검출된 변위의 정보에 근거하여 상기 패턴의 묘화 위치를 조정한다.

Description

노광 장치{EXPOSURE DEVICE}

본 발명은, 기판 처리 장치(노광 장치)에 관한 것이다.

종래, 기판 처리 장치(노광 장치)로서, 시트 모양의 매체(기판) 상(上)의 소정 위치에 묘화(描畵)를 행하는 제조 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 특허 문헌 1에 기재된 제조 장치는, 폭방향으로 신축하기 쉬운 가요성(可撓性)의 장척(長尺)의 시트 기판에 대해서, 얼라이먼트 마크를 검출함으로써 시트 기판의 신축을 계측하고, 신축에 따라 묘화 위치(가공 위치)를 보정하고 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2010-91990호 공보

특허 문헌 1의 제조 장치에서는, 기판을 반송 방향으로 반송하면서, 공간 변조 소자(DMD：Digital　Micro　mirror　Device)를 스위칭함으로써 노광(露光)을 행하고, 복수의 묘화 유닛에 의해 기판에 패턴을 묘화한다. 특허 문헌 1의 제조 장치에서는, 기판의 폭 방향으로 인접하는 패턴끼리를, 복수의 묘화 유닛에 의해서 이음 노광하고 있지만, 이음 노광의 오차를 억제하기 위해, 테스트 노광과 현상(現像)을 행하여 생성되는 이음부에서의 패턴의 위치 오차의 계측 결과를 피드백하고 있다. 그렇지만, 그러한 테스트 노광, 현상, 계측 등의 작업을 포함하는 피드백 공정은, 그 빈도에도 관계되지만, 제조 라인을 일시적으로 멈추게 되어, 제품의 생산성을 저하시킴과 아울러, 기판의 낭비가 발생할 가능성이 있다.

본 발명의 형태는, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 복수의 묘화 유닛을 사용하여, 기판의 폭방향으로 패턴을 서로 이어서 노광(묘화)한 경우에서도, 패턴끼리의 이음 오차를 저감하고, 기판에 큰 면적의 패턴을 고정밀도로 안정되게 묘화하는 기판 처리 장치(노광 장치)를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 형태에 따르면, 가요성을 가지는 장척(長尺)의 기판을 장척 방향으로 이동시키면서, 상기 기판 상에 묘화(描畵) 빔을 투사하여 패턴을 묘화하는 노광 장치로서, 상기 기판의 상기 장척 방향과 직교하는 폭 방향으로 연장하는 중심선으로부터 일정 반경을 가지는 외주면의 적어도 일부에 의해 상기 기판을 지지하고, 상기 중심선의 둘레로 회전하여 상기 기판을 상기 장척 방향으로 반송하는 회전 드럼과, 제1 묘화 빔을, 상기 회전 드럼의 외주면의 둘레 방향을 따른 제1 설치 방위로부터 상기 회전 드럼에 의해 지지된 상기 기판 상에 투사하고, 상기 회전 드럼의 상기 중심선의 방향으로 연장된 영역에서 상기 패턴을 묘화하는 제1 묘화 유닛과, 상기 제1 설치 방위에 대해서 상기 기판의 반송 방향의 상류측이고, 상기 회전 드럼의 외주면의 상기 둘레 방향을 따른 제2 설치 방위에 설정되는 검출 위치에서, 상기 장척 방향을 따라 소정의 간격으로 상기 기판 상에 형성된 복수의 마크를 검출하는 얼라이먼트 현미경과, 상기 중심선이 연장되는 방향으로부터 볼 때, 상기 둘레 방향에 관하여 상기 제1 설치 방위와 상기 제2 설치 방위 각각과 동일한 방위에 배치되고, 각각 상기 중심선의 방향에 관한 상기 회전 드럼의 변위를 검지하는 제1 변위계 및 제2 변위계를 구비하고, 상기 얼라이먼트 현미경에 의해 검출되는 상기 마크의 위치와, 상기 제1 및 제2 변위계에 의해 검출된 상기 변위의 정보에 근거하여 상기 패턴의 묘화 위치를 조정하는 노광 장치가 제공된다.

본 발명의 형태에 의하면, 복수의 묘화 유닛을 이용하여 기판의 폭방향으로 패턴을 이음 노광할 때의 이음 오차를 저감하고, 복수의 묘화 유닛에 의한 묘화를 기판에 대해서 바람직하게 행할 수 있는 기판 처리 장치(노광 장치)를 제공할 수 있다.

도 1은, 제1 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 도 1의 노광 장치의 주요부의 배치를 나타내는 사시도이다.
도 3은, 기판 상에서의 얼라이먼트 현미경과 묘화(描畵) 라인과의 배치 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 1의 노광 장치의 회전 드럼 및 묘화 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 1의 노광 장치의 주요부의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 6은, 도 1의 노광 장치의 분기(分岐) 광학계의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 7은, 도 1의 노광 장치의 복수의 주사기(走査器)의 배치 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은, 주사기의 반사면의 틸트(tilt)에 의한 묘화 라인의 어긋남을 해소하기 위한 광학 구성을 설명하는 도면이다.
도 9는, 기판 상에서의 얼라이먼트 현미경과 묘화 라인과 엔코더 헤드와의 배치 관계를 나타내는 사시도이다.
도 10은, 도 1의 노광 장치의 회전 드럼의 표면 구조를 나타내는 사시도이다.
도 11은, 기판 상에서의 묘화 라인과 묘화 패턴과의 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
도 12는, 빔 스폿과 묘화 라인과의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 13은, 기판 상에서 얻어지는 2펄스분(分)의 빔 스폿의 중첩량에 의한 강도 분포의 변화를 시뮬레이션한 그래프이다.
도 14는, 제1 실시 형태의 노광 장치의 조정 방법에 관한 플로우차트이다.
도 15는, 회전 드럼의 기준 패턴과, 묘화 라인과의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 16은, 회전 드럼의 기준 패턴으로부터의 반사광을 명시야(明視野)로 수광(受光)하는 광전(光電) 센서로부터 출력되는 신호를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 17은, 회전 드럼의 기준 패턴으로부터의 반사광을 암시야(暗視野)로 수광하는 광전 센서를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 18은, 회전 드럼의 기준 패턴으로부터의 반사광을 암시야로 수광하는 광전 센서로부터 출력되는 신호를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 19는, 회전 드럼의 기준 패턴끼리의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 20은, 복수의 묘화 라인의 상대적인 위치 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 21은, 기판의 단위시간당 이동 거리와, 이동 거리 내에 포함되는 묘화 라인의 갯수와의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 22는, 펄스 광원의 시스템 클럭(clock)과 동기(同期)한 펄스광을 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 23은, 각 실시 형태의 디바이스 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태(실시 형태)에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 실시 형태에 기재한 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 이하에 기재한 구성요소에는, 당업자가 용이하게 생각 할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 게다가, 이하에 기재한 구성요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성요소의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.

[제1 실시 형태]　

도 1은, 제1 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 제1 실시 형태의 기판 처리 장치는, 기판(P)에 노광 처리를 실시하는 노광 장치(EX)이며, 노광 장치(EX)는, 노광후의 기판(P)에 각종 처리를 실시하여 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 시스템(1)에 조립되어 있다. 먼저, 디바이스 제조 시스템(1)에 대해 설명한다.

＜디바이스 제조 시스템＞

디바이스 제조 시스템(1)은, 디바이스로서의 플렉시블·디스플레이를 제조하는 라인(플렉시블·디스플레이 제조 라인)이다. 플렉시블·디스플레이로서는, 예를 들면 유기 EL디스플레이 등이 있다. 이 디바이스 제조 시스템(1)은, 가요성(可撓性)(플렉시블)인 장척(長尺)의 기판(P)을 롤 모양으로 권회(卷回)한 도시하지 않은 공급용 롤로부터, 상기 기판(P)이 송출되고, 송출되어진 기판(P)에 대해서 각종 처리를 연속적으로 실시한 후, 처리 후의 기판(P)을 가요성의 디바이스로서 도시하지 않은 회수용 롤에 권취하는, 이른바 롤·투·롤(Roll　to　Roll) 방식으로 되어 있다. 제1 실시 형태의 디바이스 제조 시스템(1)에서는, 필름 모양의 시트인 기판(P)이 공급용 롤로부터 송출되고, 공급용 롤로부터 송출되어진 기판(P)이, 차례로, 프로세스 장치(U1), 노광 장치(EX), 프로세스 장치(U2)를 거쳐, 회수용 롤에 권취될 때까지의 예를 나타내고 있다. 여기서, 디바이스 제조 시스템(1)의 처리 대상이 되는 기판(P)에 대해 설명한다.

기판(P)은, 예를 들면, 수지(樹脂) 필름, 스테인리스강 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 수지, 폴리스티렌 수지, 초산비닐수지 중 하나 또는 둘 이상을 포함하고 있다.

기판(P)은, 예를 들면, 기판(P)에 실시되는 각종 처리에서 받은 열에 의한 변형량을 실질적으로 무시할 수 있도록, 열팽창 계수가 현저하게 크지 않은 것을 선정하는 것이 바람직하다. 열팽창 계수는, 예를 들면, 무기 필러를 수지 필름에 혼합하는 것에 의해서, 프로세스 온도 등에 따른 문턱값 보다도 작게 설정되어 있어도 괜찮다. 무기 필러는, 예를 들면, 산화 티탄, 산화 아연, 알루미나, 산화 규소 등이라도 좋다. 또, 기판(P)은, 플로트법(float法) 등에 의해 제조된 두께 100㎛ 정도의 매우 얇은 유리의 단층체라도 좋고, 이 매우 얇은 유리에 상기의 수지 필름, 박 등을 접합시킨 적층체라도 좋다.

이와 같이 구성된 기판(P)은, 롤 모양으로 권회됨으로써 공급용 롤이 되고, 이 공급용 롤이, 디바이스 제조 시스템(1)에 장착된다. 공급용 롤이 장착된 디바이스 제조 시스템(1)은, 디바이스를 제조하기 위한 각종의 처리를, 공급용 롤로부터 장척 방향으로 송출되는 기판(P)에 대해서 반복하여 실행한다. 이 때문에, 처리 후의 기판(P) 상에는, 복수의 전자(電子) 디바이스(표시 패널, 프린트 기판 등)용의 패턴이 장척 방향으로 일정한 간격으로 이어진 상태로 형성된다. 즉, 공급용 롤로부터 송출되는 기판(P)은, 다면취용(多面取用)의 기판으로 되어 있다. 또, 기판(P)은, 미리 소정의 전(前)처리에 의해서, 그 표면을 개질(改質)하여 활성화한 것, 혹은, 표면에 정밀 패터닝을 위한 미세한 격벽(隔璧) 구조(임프린트법(imprint法)에 의해 형성한 요철 구조)를 형성한 것이라도 좋다.

처리 후의 기판(P)은, 롤 모양으로 권회됨으로써 회수용 롤로서 회수된다. 회수용 롤은, 도시하지 않은 다이싱(dicing) 장치에 장착된다. 회수용 롤이 장착된 다이싱 장치는, 처리 후의 기판(P)을, 디바이스마다 분할(다이싱)함으로써, 복수개의 디바이스로 한다. 기판(P)의 치수는, 예를 들면, 폭방향(단척(短尺)이 되는 방향)의 치수가 10cm~2m 정도이며, 길이 방향(장척이 되는 방향)의 치수가 10m 이상이다. 또, 기판(P)의 치수는, 상기한 치수로 한정되지 않는다.

이어서, 도 1을 참조하여, 디바이스 제조 시스템(1)에 대해 설명한다. 디바이스 제조 시스템(1)은, 프로세스 장치(U1)와, 노광 장치(EX)와, 프로세스 장치(U2)를 구비한다. 또, 도 1에서는, X방향, Y방향 및 Z방향이 직교하는 직교 좌표계로 되어 있다. X방향은, 수평면내에서, 프로세스 장치(U1)로부터 노광 장치(EX)를 거쳐 프로세스 장치(U2)로 향하는 방향이다. Y방향은, 수평면내에서 X방향에 직교하는 방향이며, 기판(P)의 폭방향으로 되어 있다. Z방향은, X방향과 Y방향에 직교하는 방향(연직 방향)이며, XY면은 노광 장치(EX)가 설치되는 제조 라인의 설치면(E)과 평행으로 한다.

프로세스 장치(U1)는, 노광 장치(EX)에서 노광 처리되는 기판(P)에 대해서 전(前)공정의 처리(전(前)처리)를 행한다. 프로세스 장치(U1)는, 전처리를 행한 기판(P)을 노광 장치(EX)로 향하여 보낸다. 이 때, 노광 장치(EX)로 보내어지는 기판(P)은, 그 표면에 감광성 기능층(광 감응층(感應層))이 형성된 기판(감광 기판)(P)으로 되어 있다.

여기서, 감광성 기능층은, 용액(溶液)으로 하여 기판(P) 상에 도포되고, 건조하는 것에 의해서 층(막)이 된다. 감광성 기능층의 전형적인 것은 포토레지스트이지만, 현상(現像) 처리 불필요한 재료로서, 자외선의 조사(照射)를 받는 부분의 친발액성(親撥液性)이 개질(改質)되는 감광성 실란 커플링재(SAM), 혹은 자외선의 조사를 받는 부분에 도금 환원기가 드러나는 감광성 환원재 등이 있다. 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링재를 이용하는 경우는, 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분이 발액성으로부터 친액성으로 개질되기 때문에, 친액성이 된 부분 위에 도전성(導電性) 잉크(은이나 동 등의 도전성 나노 입자를 함유하는 잉크)를 선택 도포하고, 패턴층을 형성한다. 감광성 기능층으로서, 감광성 환원재를 이용하는 경우는, 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분에 도금 환원기가 드러나기 때문에, 노광 후, 기판(P)을 즉시 팔라듐(palladium) 이온 등을 포함하는 도금액 중에 일정시간 침지함으로써, 팔라듐에 의한 패턴층이 형성(석출)된다.

노광 장치(EX)는, 프로세스 장치(U1)로부터 공급된 기판(P)에 대해서, 예를 들면 디스플레이 패널용의 각종 회로 또는 각종 배선 등의 패턴을 묘화하고 있다. 상세는 후술하지만, 이 노광 장치(EX)는, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)의 각각으로부터 기판(P)을 향해서 투사되는 빔(LB)(이하, '묘화 빔(LB)'이라고도 함)의 각각을 소정의 주사(走査) 방향으로 주사함으로써 얻어지는 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)에 의해서, 기판(P)에 소정의 패턴을 노광한다.

프로세스 장치(U2)는, 노광 장치(EX)에서 노광 처리된 기판(P)을 받아 들이고, 기판(P)에 대해서 후(後)공정의 처리(후처리)를 행한다. 프로세스 장치(U2)는, 기판(P)의 감광성 기능층이 포토레지스트인 경우는, 기판(P)의 유리 전이(轉移) 온도 이하에서의 포스트베이크(postbake) 처리, 현상 처리, 세정 처리, 건조 처리 등을 행한다. 게다가, 기판(P)의 감광성 기능층이 감광성 도금 환원재인 경우, 프로세스 장치(U2)는 무전해(無電解) 도금 처리, 세정 처리, 건조 처리 등을 행한다. 게다가, 기판(P)의 감광성 기능층이 감광성 실란 커플링재인 경우, 프로세스 장치(U2)는 기판(P) 상의 친액성이 된 부분으로의 액상(液狀) 잉크의 선택적인 도포 처리, 건조 처리 등을 행한다. 이러한 프로세스 장치(U2)를 거치는 것에 의해서, 기판(P) 상에 디바이스의 패턴층이 형성된다.

＜노광 장치(기판 처리 장치)＞

이어서, 도 1 내지 도 10을 참조하여, 노광 장치(EX)에 대해 설명한다. 도 2는, 도 1의 노광 장치의 주요부의 배치를 나타내는 사시도이다. 도 3은, 기판 상에서의 얼라이먼트 현미경과 묘화 라인과의 배치 관계를 나타내는 도면이다. 도 4는, 도 1의 노광 장치의 회전 드럼 및 묘화 장치(묘화 유닛)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 5는, 도 1의 노광 장치의 주요부의 배치를 나타내는 평면도이다. 도 6은, 도 1의 노광 장치의 분기(分岐) 광학계의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 7은, 도 1의 노광 장치의 복수의 묘화 유닛 내의 주사기(走査器)의 배치 관계를 나타내는 도면이다. 도 8은, 주사기의 반사면의 틸트(tilt)에 의한 묘화 라인의 어긋남을 해소하기 위한 광학 구성을 설명하는 도면이다. 도 9는, 기판 상에서의 얼라이먼트 현미경과 묘화 라인과 엔코더 헤드와의 배치 관계를 나타내는 사시도이다. 도 10은, 도 1의 노광 장치의 회전 드럼의 표면 구조의 일례를 나타내는 사시도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 노광 장치(EX)는, 마스크를 이용하지 않은 노광 장치, 이른바 마스크리스(maskless) 방식의 묘화 노광 장치이며, 본 실시 형태에서는, 기판(P)을 반송 방향(장척 방향)으로 일정한 속도로 연속 반송하면서, 묘화 빔(LB)의 스폿 광을 소정의 주사 방향(기판(P)의 폭방향)으로 고속 주사함으로써, 기판(P)의 표면에 묘화를 행하여, 기판(P) 상에 소정의 패턴을 형성하는 래스터 스캔(raster scan) 방식의 직묘(直描) 노광 장치이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 노광 장치(EX)는, 묘화 장치(11)와, 기판 반송 기구(12)와, 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)과, 제어부(16)를 구비하고 있다. 묘화 장치(11)는, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)을 구비하고 있다. 그리고, 묘화 장치(11)는, 기판 반송 기구(12)의 일부에서도 있는 원통 모양의 회전 드럼(DR)의 외주면의 상부에 밀착 지지된 상태로 반송되는 기판(P)의 일부분에, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 의해서, 소정의 패턴을 묘화한다. 기판 반송 기구(12)는, 전(前)공정의 프로세스 장치(U1)로부터 반송되는 기판(P)을, 후(後)공정의 프로세스 장치(U2)에 소정의 속도로 반송하고 있다. 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)은, 기판(P) 상에 묘화해야 할 패턴과 기판(P)을 상대적으로 위치 맞춤(얼라이먼트)하기 위해서, 기판(P)에 미리 형성된 얼라이먼트 마크 등을 검출한다. 컴퓨터, 마이크로컴퓨터, CPU, FPGA 등을 포함하는 제어부(16)는, 노광 장치(EX)의 각 부를 제어하고, 각 부에 처리를 실행시킨다. 제어부(16)는, 디바이스 제조 시스템(1)을 제어하는 상위(上位)의 제어장치의 일부 또는 전부라도 괜찮다. 또, 제어부(16)는, 상위의 제어장치에 의해 제어된다. 상위의 제어장치는, 예를 들면 제조 라인을 관리하는 호스트 컴퓨터 등의 다른 장치라도 좋다.

또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 노광 장치(EX)는, 묘화 장치(11) 및 기판 반송 기구(12)의 적어도 일부(회전 드럼(DR) 등)를 지지하는 장치 프레임(13)을 구비하며, 그 장치 프레임(13)에는, 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치나 회전 속도, 회전축 방향의 변위 등을 검출하는 회전 빔 스폿 광 위치 검출 기구(도 4 및 도 9에 나타내는 엔코더 헤드 등),와 도 1(또는 도 3, 도 9)에 나타내는 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2) 등이 장착된다. 게다가, 노광 장치(EX) 내에는, 묘화 빔(LB)으로서의 자외(紫外) 레이저광(펄스광)을 사출(射出)하는 광원 장치(CNT)가, 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이 마련되어 있다. 이 노광 장치(EX)는, 광원 장치(CNT)로부터 사출된 묘화 빔(LB)을, 묘화 장치(11)를 구성하는 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)의 각각에 거의 균등인 광량(光量)(조도(照度))으로 분배한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 노광 장치(EX)는, 온조(溫調, 온도조절) 챔버(EVC) 내에 격납되어 있다. 온조 챔버(EVC)는, 패시브(passive) 또는 액티브(active)한 방진(防振) 유닛(SU1, SU2)을 매개로 하여 제조 공장의 설치면(바닥면)(E)에 설치된다. 방진 유닛(SU1, SU2)은, 설치면(E) 상에 마련되어 있고, 설치면(E)으로부터의 진동을 저감한다. 온조 챔버(EVC)는, 내부를 소정의 온도로 유지함으로써, 내부에서 반송되는 기판(P)의 온도에 의한 형상 변화를 억제하고 있다.

노광 장치(EX)의 기판 반송 기구(12)는, 기판(P)의 반송 방향의 상류측으로부터 순서대로, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC), 구동 롤러(DR4), 텐션 조정 롤러(RT1), 회전 드럼(원통 드럼)(DR), 텐션 조정 롤러(RT2), 구동 롤러(DR6), 및 구동 롤러(DR7)를 가지고 있다.

엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 프로세스 장치(U1)로부터 반송되는 기판(P)의 폭방향(Y방향)에서의 위치를 조정한다. 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 프로세스 장치(U1)로부터 보내어지는 기판(P)의 폭방향의 단부(엣지) 위치가, 목표 위치에 대해서 ±십수㎛~수십㎛ 정도의 범위에 들어가도록, 기판(P)을 폭방향으로 미동(微動)시켜, 기판(P)의 폭방향에서의 위치를 수정한다.

닙(nip) 방식의 구동 롤러(DR4)는, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)로부터 반송되는 기판(P)의 표리(表裏) 양면을 사이에 끼워 지지하면서 회전하여, 기판(P)을 반송 방향의 하류측으로 송출함으로써, 기판(P)을 회전 드럼(DR)으로 향하여 반송한다. 회전 드럼(DR)은, 기판(P) 상에서 패턴 노광되는 부분을, Y방향으로 연장되는 회전 중심선(회전축)(AX2)으로부터 일정 반경의 원통 모양의 외주면에 밀착시켜 지지하면서, 회전 중심선(AX2)의 둘레로 회전함으로써, 기판(P)을 장척 방향으로 반송한다.

이러한 회전 드럼(DR)을 회전 중심선(AX2)의 둘레로 회전시키기 위해서, 회전 드럼(DR)의 양측에는 회전 중심선(AX2)과 동축(同軸)의 샤프트부(Sf2)가 마련되며, 샤프트부(Sf2)는 도 2에 나타내는 바와 같이 장치 프레임(13)에 베어링을 매개로 하여 축지지된다. 이 샤프트부(Sf2)에는, 도시하지 않은 구동원(모터나 감속 기어 기구 등)으로부터의 회전 토크가 부여된다. 또, 회전 중심선(AX2)을 포함하여 YZ면과 평행한 면을, 중심면(p3)으로 한다.

2조(組)의 텐션 조정 롤러(RT1, RT2)는, 회전 드럼(DR)에 감겨져 지지되는 기판(P)에, 소정의 텐션을 부여하고 있다. 2조의 닙식의 구동 롤러(DR6, DR7)는, 기판(P)의 반송 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있고, 노광후의 기판(P)에 소정의 늘어짐(여유)(DL)을 부여하고 있다. 구동 롤러(DR6)는, 반송되는 기판(P)의 상류측을 사이에 끼워 지지하여 회전하고, 구동 롤러(DR7)는, 반송되는 기판(P)의 하류측을 사이에 끼워 지지하여 회전함으로써, 기판(P)을 프로세스 장치(U2)로 향하여 반송한다. 이 때, 기판(P)은, 늘어짐(DL)이 부여되어 있기 때문에, 구동 롤러(DR6) 보다도 반송 방향의 하류측에서 발생하는 기판(P)의 반송 속도의 변동을 흡수할 수 있어, 반송 속도의 변동에 의한 기판(P)으로의 노광 처리의 영향을 절연 할 수 있다.

따라서, 기판 반송 기구(12)는, 프로세스 장치(U1)로부터 반송되어 온 기판(P)을, 엣지 포지션 롤러(EPC)에 의해서 폭방향에서의 위치를 조정한다. 기판 반송 기구(12)는, 폭방향의 위치가 조정된 기판(P)을, 구동 롤러(DR4)에 의해 텐션 조정 롤러(RT1)로 반송하고, 텐션 조정 롤러(RT1)를 통과한 기판(P)을, 회전 드럼(DR)으로 반송한다. 기판 반송 기구(12)는, 회전 드럼(DR)을 회전시킴으로써, 회전 드럼(DR)에 지지되는 기판(P)을, 텐션 조정 롤러(RT2)로 향하여 반송한다. 기판 반송 기구(12)는, 텐션 조정 롤러(RT2)로 반송된 기판(P)을, 구동 롤러(DR6)로 반송하고, 구동 롤러(DR6)로 반송된 기판(P)을, 구동 롤러(DR7)로 반송한다. 그리고, 기판 반송 기구(12)는, 구동 롤러(DR6) 및 구동 롤러(DR7)에 의해, 기판(P)에 늘어짐(DL)을 부여하면서, 기판(P)을 프로세스 장치(U2)로 향하여 반송한다.

다시 도 2를 참조하여, 노광 장치(EX)의 장치 프레임(13)에 대해 설명한다. 도 2에서는, X방향, Y방향 및 Z방향이 직교하는 직교 좌표계로 되어 있고, 도 1과 동일한 직교 좌표계로 되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 장치 프레임(13)은, Z방향의 하부측으로부터 순서대로, 본체 프레임(21)과, 지지 기구인 3점 시트(22)와, 제1 광학 정반(定盤)(23)과, 이동 기구(24)와, 제2 광학 정반(25)을 가지고 있다. 본체 프레임(21)은, 방진 유닛(SU1, SU2)을 매개로 하여 설치면(E) 상에 설치되는 부분이다. 본체 프레임(21)은, 회전 드럼(DR) 및 텐션 조정 롤러(RT1(미도시), RT2)를 회전 가능하게 축지지(지지)하고 있다. 제1 광학 정반(23)은, 회전 드럼(DR)의 연직 방향의 상부측에 마련되며, 3점 시트(22)를 매개로 하여 본체 프레임(21)에 설치되어 있다. 3점 시트(22)는, 제1 광학 정반(23)을 3개의 지지점에 의해 지지하고 있으며, 각 지지점에서의 Z방향의 위치(높이 위치)를 조정 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 3점 시트(22)는, 수평면에 대한 제1 광학 정반(23)의 반면(盤面)의 기울기를 소정의 기울기로 조정할 수 있다. 또, 장치 프레임(13)의 조립시에, 본체 프레임(21)과 3점 시트(22)와의 사이는, XY면내에서, X방향 및 Y방향으로 위치 조정 가능하게 되어 있다. 한편으로, 장치 프레임(13)의 조립후에, 본체 프레임(21)과 3점 시트(22)와의 사이는 XY면내에서는 고정된 상태(리지드(rigid)한 상태)가 된다.

제2 광학 정반(25)은, 제1 광학 정반(23)의 연직 방향의 상부측에 마련되며, 이동 기구(24)를 매개로 하여 제1 광학 정반(23)에 설치되어 있다. 제2 광학 정반(25)은, 그 반면(盤面)이 제1 광학 정반(23)의 반면(盤面)과 평행하게 되어 있다. 제2 광학 정반(25)에는, 묘화 장치(11)의 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)이 설치된다. 이동 기구(24)는, 제1 광학 정반(23) 및 제2 광학 정반(25)의 각각의 반면(盤面)을 평행하게 유지한 상태에서, 연직 방향으로 연장되는 소정의 회전축(I)을 중심으로, 제1 광학 정반(23)에 대해서 제2 광학 정반(25)을 정밀하게 미소(微小) 회전시킬 수 있다. 그 회전 범위는, 예를 들면 기준 위치에 대해서 ±수백밀리 라디안(radian) 정도이며, 1~수밀리 라디안의 분해능으로 각도 설정을 할 수 있는 구조로 되어 있다. 또, 이동 기구(24)는, 제1 광학 정반(23) 및 제2 광학 정반(25)의 각각의 반면(盤面)을 평행하게 유지한 상태에서, 제1 광학 정반(23)에 대해서 제2 광학 정반(25)을 X방향 및 Y방향 중 적어도 일방으로 정밀하게 미소하게 시프트 이동시키는 기구도 구비하며, 회전축(I)을 기준 위치로부터 X방향 또는 Y방향으로 ㎛오더(order)의 분해능으로 미소 변위시킬 수 있다. 이 회전축(I)은, 기준 위치에서, 중심면(p3) 내에서 연직 방향으로 연장됨과 아울러, 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(P)의 표면(원주면을 따라 만곡한 묘화면(描畵面)) 내의 소정점(所定点)(기판(P)의 폭방향의 중점(中点))을 통과하고 있다(도 3 참조). 이러한 이동 기구(24)에 의해서, 제1 광학 정반(23)에 대해서 제2 광학 정반(25)을 회전 또는 시프트 이동시킴으로써, 회전 드럼(DR), 혹은 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(P)에 대한 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)의 위치를 일체적으로 조정할 수 있다.

이어서, 도 5를 참조하여, 광원 장치(CNT)에 대해 설명한다. 광원 장치(CNT)는, 장치 프레임(13)의 본체 프레임(21) 상에 설치되어 있다. 광원 장치(CNT)는, 기판(P)에 투사되는 묘화 빔(LB)으로서의 레이저광을 사출한다. 광원 장치(CNT)는, 기판(P) 상의 감광성 기능층의 노광에 적절한 소정의 파장역의 광으로서, 광 활성 작용이 강한 자외역의 광을 사출하는 광원을 가진다. 광원으로서는, 예를 들면, YAG의 제3 고조파 레이저광(파장 355nm)이고, 연속 발진, 또는 수KHz~수백MHz 정도로 펄스 발진(發振)하는 레이저 광원을 이용할 수 있다.

광원 장치(CNT)는, 레이저광 발생부(CU1) 및 파장 변환부(CU2)를 구비하고 있다. 레이저광 발생부(CU1)는, 레이저 광원(OSC), 파이버 앰프(fiber amplifier)(FB1, FB2)를 구비하고 있다. 레이저광 발생부(CU1)는, 기본파(基本波) 레이저광(Ls)을 출사한다. 파이버 앰프(FB1, FB2)는, 기본파 레이저광(Ls)을 광 파이버에 의해 증폭한다. 레이저광 발생부(CU1)는, 증폭된 기본파 레이저광(Lr)을 파장 변환부(CU2)에 입사시킨다. 파장 변환부(CU2)에는, 파장 변환 광학 소자, 다이클로익 미러나 편광빔 스플리터, 프리즘 등이 마련되며, 이들 광(파장) 선택 부품을 이용하는 것에 의해서 제3 고조파 레이저인 파장 355nm의 레이저광(묘화 빔(LB))을 취출하고 있다. 그 때, 종광(種光)을 발생시키는 레이저 광원(OSC)을 시스템 클럭 등과 동기(同期)하여 펄스 점등시키는 것에 의해서, 광원 장치(CNT)는, 파장 355nm의 묘화 빔(LB)을 수KHz~수백MHz 정도의 펄스광으로서 발생시킨다. 또, 이런 종류의 파이버 앰프를 이용한 경우, 레이저 광원(OSC)의 펄스 구동의 형태에 의해, 최종적으로 출력되는 레이저광(Lr나 LB)의 1펄스의 발광 시간을 피코초(pico秒) 오더로 할 수 있다.

또, 광원으로서는, 예를 들면, 자외역의 휘선(g선, h선, i선 등)을 가지는 수은 램프 등의 램프 광원, 파장 450nm 이하의 자외역에 발진 피크를 가지는 레이저 다이오드, 발광 다이오드(LED) 등의 고체 광원, 또는 원자외광(DUV 광)을 발진하는 KrF 엑시머 레이저광(파장 248nm), ArF 엑시머 레이저광(파장 193nm), XeCl 엑시머 레이저(파장 308nm) 등의 기체 레이저 광원을 이용할 수 있다.

여기서, 광원 장치(CNT)로부터 사출된 묘화 빔(LB)은, 후술하는 바와 같이, 각 묘화 유닛(UW1~UW5) 내에 마련되는 편광빔 스플리터(PBS)를 매개로 하여 기판(P)에 투사된다. 일반적으로, 편광빔 스플리터(PBS)는, S편광의 직선 편광이 되는 광속(光束)을 반사하고, P편광의 직선 편광이 되는 광속을 투과한다. 이 때문에, 광원 장치(CNT)에서는, 편광빔 스플리터(PBS)에 입사하는 묘화 빔(LB)이 직선 편광(S편광)의 광속이 되는 레이저광을 사출하는 것이 바람직하다. 또, 레이저광은, 에너지 밀도가 높기 때문에, 기판(P)에 투사되는 광속의 조도를 적절히 확보할 수 있다.

다음으로, 노광 장치(EX)의 묘화 장치(11)에 대해서, 도 3도 참조하여 설명한다. 묘화 장치(11)는, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)을 이용한, 이른바 멀티 빔형의 묘화 장치(11)로 되어 있다. 이 묘화 장치(11)는, 광원 장치(CNT)로부터 사출된 묘화 빔(LB)을 복수로 분기시키고, 분기시킨 복수의 묘화 빔(LB)을, 도 3과 같은 기판(P) 상의 복수(제1 실시 형태에서는 예를 들면 5개)의 묘화 라인(LL1~LL5)을 따라서 각각 미소한 스폿 광(수㎛ 지름)으로 집광하여 주사시키고 있다. 그리고, 묘화 장치(11)는, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 각각에 의해서 기판(P) 상에 묘화되는 패턴끼리를, 기판(P)의 폭방향으로 서로 잇고 있다. 먼저, 도 3을 참조하여, 묘화 장치(11)에 의해 복수의 묘화 빔(LB)을 주사함으로써 기판(P) 상에 형성되는 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)(스폿 광의 주사 궤적)에 대해 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)은, 중심면(p3)을 사이에 두고 회전 드럼(DR)의 주방향(周方向, 둘레 방향)으로 2열로 배치된다. 회전 방향의 상류측의 기판(P) 상에는, 홀수번째의 제1 묘화 라인(LL1), 제3 묘화 라인(LL3) 및 제5 묘화 라인(LL5)이, Y축과 평행하게 배치된다. 회전 방향의 하류측의 기판(P) 상에는, 짝수번째의 제2 묘화 라인(LL2) 및 제4 묘화 라인(LL4)이 Y축과 평행하게 배치된다.

각 묘화 라인(LL1~LL5)은, 기판(P)의 폭방향(Y방향), 즉 회전 드럼(DR)의 회전 중심선(AX2)을 따라서 거의 평행하게 형성되어 있고, 폭방향에서의 기판(P)의 길이 보다도 짧게 되어 있다. 보다 정확하게는, 각 묘화 라인(LL1~LL5)은, 기판 반송 기구(12)에 의해 기준 속도로 기판(P)을 반송했을 때에, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)에 의해 얻어지는 패턴의 이음 오차가 최소가 되도록, 회전 드럼(DR)의 회전 중심선(AX2)이 연장되는 방향(축방향 또는 폭방향)에 대해, 소정의 각도분(分)만큼 경사져도 괜찮다.

홀수번째의 제1 묘화 라인(LL1), 제3 묘화 라인(LL3) 및 제5 묘화 라인(LL5)은, 회전 드럼(DR)의 중심선(AX2) 방향으로, 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 또, 짝수번째의 제2 묘화 라인(LL2) 및 제4 묘화 라인(LL4)은, 회전 드럼(DR)의 중심선(AX2) 방향으로, 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 이 때, 제2 묘화 라인(LL2)은, 중심선(AX2) 방향에서, 제1 묘화 라인(LL1)과 제3 묘화 라인(LL3)과의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 제3 묘화 라인(LL3)은, 중심선(AX2) 방향에서, 제2 묘화 라인(LL2)과 제4 묘화 라인(LL4)과의 사이에 배치된다. 제4 묘화 라인(LL4)은, 중심선(AX2) 방향에서, 제3 묘화 라인(LL3)과 제5 묘화 라인(LL5)과의 사이에 배치된다. 그리고, 제1 ~ 제5 묘화 라인(LL1~LL5)은, 기판(P) 상에 묘화되는 노광 영역(A7)의 폭방향(축방향)의 전체 폭을 커버하도록, 배치되어 있다.

홀수번째의 제1 묘화 라인(LL1), 제3 묘화 라인(LL3) 및 제5 묘화 라인(LL5)을 따라서 주사되는 묘화 빔(LB)의 스폿 광의 주사 방향은, 1차원의 방향으로 되어 있고, 동일한 방향으로 되어 있다. 또, 짝수번째의 제2 묘화 라인(LL2) 및 제4 묘화 라인(LL4)을 따라서 주사되는 묘화 빔(LB)의 스폿 광의 주사 방향은, 1차원의 방향으로 되어 있고, 동일한 방향으로 되어 있다. 이 때, 홀수번째의 묘화 라인(LL1, LL3, LL5)을 따라서 주사되는 묘화 빔(LB)의 스폿 광의 주사 방향(＋Y방향)과, 짝수번째의 묘화 라인(LL2, LL4)을 따라서 주사되는 묘화 빔(LB)의 스폿 광의 주사 방향(-Y방향)은, 도 3 중의 화살표로 나타내는 바와 같이 반대 방향으로 되어 있다. 이것은, 묘화 유닛(UW1~UW5)의 각각을 동일 구성으로 하고, 홀수번째의 묘화 유닛과 짝수번째의 묘화 유닛을 XY면내에서 180° 회전시켜 마주보게 배치함과 아울러, 각 묘화 유닛(UW1~UW5)에 마련되는 빔 주사기(走査器)로서의 회전 폴리곤(polygon) 미러를 동일 방향으로 회전시켰기 때문이다. 이 때문에, 기판(P)의 반송 방향으로부터 보아, 홀수번째의 묘화 라인(LL3, LL5)의 묘화 개시 위치와, 짝수번째의 묘화 라인(LL2, LL4)의 묘화 개시 위치는, Y방향에 관해서 스폿 광의 지름 치수 이하의 오차로 인접(혹은 일치)하고, 마찬가지로, 홀수번째의 묘화 라인(LL1, LL3)의 묘화 종료 위치와, 짝수번째의 묘화 라인(LL2, LL4)의 묘화 종료 위치는, Y방향에 관해서 스폿 광의 지름 치수 이하의 오차로 인접(혹은 일치)하고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 홀수번째의 묘화 라인(LL1, LL3, LL5)의 각각은, 기판(P) 상에서 회전 드럼(DR)의 회전 중심선(AX2)과 거의 평행하게 되도록, 기판(P)의 폭방향으로 일렬로 배치되어 있다. 그리고 짝수번째의 묘화 라인(LL2, LL4)의 각각은, 기판(P) 상에서 회전 드럼(DR)의 회전 중심선(AX2)과 거의 평행하게 되도록, 기판(P)의 폭방향으로 일렬로 배치되어 있다.

다음으로, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 묘화 장치(11)에 대해 설명한다. 묘화 장치(11)는, 상기한 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)과, 광원 장치(CNT)로부터의 묘화 빔(LB)을 분기하여 묘화 유닛(UW1~UW5)으로 안내하는 분기 광학계(SL)와, 캘리브레이션(callibration)을 행하기 위한 캘리브레이션 검출계(檢出系)(31)를 가진다.

분기 광학계(SL)는, 광원 장치(CNT)로부터 사출된 묘화 빔(LB)을 복수로 분기하고, 분기한 복수의 묘화 빔(LB)을 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)으로 향하여 각각 안내하고 있다. 분기 광학계(SL)는, 광원 장치(CNT)로부터 사출된 묘화 빔(LB)을 2개로 분기하는 제1 광학계(41)와, 제1 광학계(41)에 의해 분기된 일방의 묘화 빔(LB)이 입사하는 제2 광학계(42)와, 제1 광학계(41)에 의해 분기된 타방의 묘화 빔(LB)이 입사하는 제3 광학계(43)를 가진다. 또, 분기 광학계(SL)의 제1 광학계(41)에는, 묘화 빔(LB)의 진행축과 직교하는 면내에서 묘화 빔(LB)을 2차원적으로 옆으로 시프트시키는 빔 시프터 기구(44)가 마련되며, 분기 광학계(SL)의 제3 광학계(43)에는, 묘화 빔(LB)을 2차원적으로 옆으로 시프트시키는 빔 시프터 기구(45)가 마련되어 있다. 분기 광학계(SL)는, 광원 장치(CNT)측의 일부가 본체 프레임(21)에 설치되는 한편으로, 묘화 유닛(UW1~UW5)측의 다른 일부가 제2 광학 정반(25)에 설치되어 있다.

제1 광학계(41)는, 1/2 파장판(51)과, 편광 미러(편광빔 스플리터)(52)와, 빔 디퓨저(diffuser)(53)와, 제1 반사 미러(54)와, 제1 릴레이 렌즈(55)와, 제2 릴레이 렌즈(56)와, 빔 시프터 기구(44)와, 제2 반사 미러(57)와, 제3 반사 미러(58)와, 제4 반사 미러(59)와, 제1 빔 스플리터(60)를 가진다. 또, 도 4, 도 5에서는 그들 각 부재의 배치 관계를 알기 어렵기 때문에, 도 6의 사시도도 참조하여 설명한다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 광원 장치(CNT)로부터 ＋X방향으로 사출된 묘화 빔(LB)은, 1/2 파장판(波長板)(51)에 입사한다. 1/2 파장판(51)은, 묘화 빔(LB)의 입사면내에서 회전 가능하게 되어 있다. 1/2 파장판(51)에 입사한 묘화 빔(LB)은, 그 편광 방향이, 1/2 파장판(51)의 회전 위치(각도)에 따른 소정의 편광 방향이 된다. 1/2 파장판(51)을 통과한 묘화 빔(LB)은, 편광 미러(52)에 입사한다. 편광 미러(52)는, 묘화 빔(LB)에 포함되는 소정의 편광 방향의 광 성분을 투과하는 한편으로, 그것 이외의 편광 방향의 광 성분을 ＋Y방향으로 반사한다. 이 때문에, 편광 미러(52)에서 반사되는 묘화 빔(LB)의 강도는, 1/2 파장판(51) 및 편광 미러(52)의 협동에 의해서, 1/2 파장판(51)의 회전 위치에 따라 조정할 수 있다.

편광 미러(52)를 투과한 묘화 빔(LB)의 일부(불필요한 광 성분)는, 빔 디퓨저(광 트랩(trap))(53)에 조사된다. 빔 디퓨저(53)는, 입사하여 온 묘화 빔(LB)의 일부의 광 성분을 흡수하여, 그 광 성분이 외부로 누설되는 것을 억제하고 있다. 게다가, 묘화 빔(LB)이 통과하는 각종 광학계의 조정 작업시에, 레이저 파워가 최대인 상태에서는 파워가 너무 강해서 위험하기 때문에, 빔 디퓨저(53)가 묘화 빔(LB)의 많은 광 성분을 흡수하도록, 1/2 파장판(51)의 회전 위치(각도)를 바꾸어, 묘화 유닛(UW1~UW5)을 향하는 묘화 빔(LB)의 파워를 큰 폭으로 감쇠시키기 위해서도 사용된다.

편광 미러(52)에서 ＋Y방향으로 반사된 묘화 빔(LB)은, 제1 반사 미러(54)에 의해 ＋X방향으로 반사되고, 제1 릴레이 렌즈(55) 및 제2 릴레이 렌즈(56)를 매개로 하여 빔 시프터 기구(44)에 입사하여, 제2 반사 미러(57)에 이른다.

제1 릴레이 렌즈(55)는, 광원 장치(CNT)로부터의 묘화 빔(LB)(거의 평행 광속)을 수렴하여 빔 웨이스트(beam waist)를 형성하고, 제2 릴레이 렌즈(56)는 수렴 후에 발산하는 묘화 빔(LB)을 다시 평행 광속으로 한다.

빔 시프터 기구(44)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 묘화 빔(LB)의 진행 방향(＋X방향)을 따라서 배치되는 2매의 평행 평면판(석영)을 포함하며, 그 평행 평면판의 일방은 Y축과 평행한 축 둘레로 경사 가능하게 마련되고, 타방의 평행 평면판은 Z축과 평행한 축 둘레로 경사 가능하게 마련된다. 각 평행 평면판의 경사 각도에 따라서, 묘화 빔(LB)은 ZY면내에서 옆으로 시프트하여 빔 시프터 기구(44)로부터 사출된다.

그 후, 묘화 빔(LB)은, 제2 반사 미러(57)에 의해 -Y방향으로 반사되어, 제3 반사 미러(58)에 이르고, 제3 반사 미러(58)에 의해 -Z방향으로 반사되어, 제4 반사 미러(59)에 이른다. 제4 반사 미러(59)에 의해서 묘화 빔(LB)은, ＋Y방향으로 반사되어, 제1 빔 스플리터(60)에 입사한다. 제1 빔 스플리터(60)는, 묘화 빔(LB)의 일부의 광량 성분을 -X방향으로 반사하여 제2 광학계(42)로 안내함과 아울러, 묘화 빔(LB)의 나머지의 광량 성분을 제3 광학계(43)로 안내한다. 본 실시 형태의 경우, 제2 광학계(42)로 안내되는 묘화 빔(LB)은, 그 곳에서 3개의 묘화 유닛(UW1, UW3, UW5)으로 분배되고, 제3 광학계(43)로 안내되는 묘화 빔(LB)은, 그 곳에서 2개의 묘화 유닛(UW2, UW4)으로 분배된다. 그 때문에, 제1 빔 스플리터(60)는, 광 분할면에서의 반사율과 투과율의 비(比)를 3：2(반사율 60%, 투과율 40%)로 하는 것이 바람직하지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 1：1이라도 상관없다.

여기서, 제3 반사 미러(58)와 제4 반사 미러(59)는, 이동 기구(24)의 회전축(I) 상에서 소정의 간격을 두고 마련되어 있다. 즉, 제3 반사 미러(58)에서 반사하여 제4 반사 미러(59)를 향하는 묘화 빔(LB)(평행 광속)의 중심선이, 회전축(I)과 일치하도록(동축이 되도록) 설정된다.

또, 제3 반사 미러(58)를 포함하는 광원 장치(CNT)까지의 구성(도 4의 Z방향의 상부측에서 2점 쇄선에 의해 둘러싸인 부분)은, 본체 프레임(21)측에 설치되는 한편으로, 제4 반사 미러(59)를 포함하는 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)까지의 구성(도 4의 Z방향의 하부측에서 2점 쇄선에 의해 둘러싸인 부분)은, 제2 광학 정반(25)측에 설치된다. 이 때문에, 이동 기구(24)에 의해 제1 광학 정반(23)과 제2 광학 정반(25)이 상대 회전해도, 회전축(I)과 동축으로 묘화 빔(LB)이 통과하도록 제3 반사 미러(58)와 제4 반사 미러(59)가 마련되어 있기 때문에, 제4 반사 미러(59)로부터 제1 빔 스플리터(60)에 이르는 묘화 빔(LB)의 광로는 변경되지는 않는다. 따라서, 이동 기구(24)에 의해 제1 광학 정반(23)에 대해서 제2 광학 정반(25)이 회전해도, 본체 프레임(21)측에 설치된 광원 장치(CNT)로부터 사출되는 묘화 빔(LB)을, 제2 광학 정반(25)측에 설치된 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)으로 바람직하게 안정적으로 안내하는 것이 가능해진다.

제2 광학계(42)는, 제1 광학계(41)의 제1 빔 스플리터(60)에서 분기된 일방의 묘화 빔(LB)을, 후술하는 홀수번째의 묘화 유닛(UW1, UW3, UW5)으로 향하여 분기하여 안내하고 있다. 제2 광학계(42)는, 제5 반사 미러(61)와, 제2 빔 스플리터(62)와, 제3 빔 스플리터(63)와, 제6 반사 미러(64)를 가진다.

제1 광학계(41)의 제1 빔 스플리터(60)에서 -X방향으로 반사된 묘화 빔(LB)은, 제5 반사 미러(61)에 의해 -Y방향으로 반사되어, 제2 빔 스플리터(62)에 입사한다. 제2 빔 스플리터(62)에 입사한 묘화 빔(LB)은, 그 일부가 -Z방향으로 반사되어, 홀수번째 중 1개의 묘화 유닛(UW5)으로 안내된다(도 5 참조). 제2 빔 스플리터(62)를 투과한 묘화 빔(LB)은, 제3 빔 스플리터(63)에 입사한다. 제3 빔 스플리터(63)에 입사한 묘화 빔(LB)은, 그 일부가 -Z방향으로 반사되어, 홀수번째 중 1개의 묘화 유닛(UW3)으로 안내된다(도 5 참조). 그리고 제3 빔 스플리터(63)를 투과한 묘화 빔(LB)의 일부는, 제6 반사 미러(64)에 의해 -Z방향으로 반사되어, 홀수번째 중 1개의 묘화 유닛(UW1)으로 안내된다(도 5 참조). 또, 제2 광학계(42)에서, 홀수번째의 묘화 유닛(UW1, UW3, UW5)에 조사되는 묘화 빔(LB)은, -Z방향에 대해서 약간 경사지게 되어 있다.

또, 묘화 빔(LB)의 파워를 유효 이용하기 위해, 제2 빔 스플리터(62)의 반사율과 투과율의 비를 1：2, 제3 빔 스플리터(63)의 반사율과 투과율의 비를 1：1에 근접시키는 것이 좋다.

한편, 제3 광학계(43)는, 제1 광학계(41)의 제1 빔 스플리터(60)에서 분기된 타방의 묘화 빔(LB)을, 후술하는 짝수번째의 묘화 유닛(UW2, UW4)으로 향하여 분기하여 안내하고 있다. 제3 광학계(43)는, 제7 반사 미러(71)와, 빔 시프터 기구(45)와, 제8 반사 미러(72)와, 제4 빔 스플리터(73)와, 제9 반사 미러(74)를 가진다.

제1 광학계(41)의 제1 빔 스플리터(60)에서 ＋Y방향으로 투과한 묘화 빔(LB)은, 제7 반사 미러(71)에 의해 ＋X방향으로 반사되어, 빔 시프터 기구(45)를 투과하여 제8 반사 미러(72)에 입사한다. 빔 시프터 기구(45)는, 빔 시프터 기구(44)와 동일한 경사 가능한 2매의 평행 평면판(석영)으로 구성되고, 제8 반사 미러(72)를 향해서 ＋X방향으로 진행하는 묘화 빔(LB)을 ZY면내에서 옆으로 시프트시킨다.

제8 반사 미러(72)에 의해 -Y방향으로 반사된 묘화 빔(LB)은, 제4 빔 스플리터(73)에 입사한다. 제4 빔 스플리터(73)에 조사된 묘화 빔(LB)은, 그 일부가 -Z방향으로 반사되어, 짝수번째 중 1개의 묘화 유닛(UW4)으로 안내된다(도 5 참조). 제4 빔 스플리터(73)를 투과한 묘화 빔(LB)은, 제9 반사 미러(74)에 의해 -Z방향으로 반사되어, 짝수번째 중 1개의 묘화 유닛(UW2)으로 안내된다. 또, 제3 광학계(43)에 서도, 짝수번째의 묘화 유닛(UW2, UW4)에 조사되는 묘화 빔(LB)은, -Z방향에 대해서 약간 경사지게 되어 있다.

이와 같이, 분기 광학계(SL)에서는, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)으로 향하여, 광원 장치(CNT)로부터의 묘화 빔(LB)을 복수로 분기시키고 있다. 이 때, 제1 빔 스플리터(60), 제2 빔 스플리터(62), 제3 빔 스플리터(63) 및 제4 빔 스플리터(73)는, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 조사되는 묘화 빔(LB)의 빔 강도가 동일 강도가 되도록, 그 반사율(투과율)을, 묘화 빔(LB)의 분기수(分岐數)에 따라 적절한 반사율로 하고 있다.

그런데, 빔 시프터 기구(44)는, 제2 릴레이 렌즈(56)와 제2 반사 미러(57)와의 사이에 배치되어 있다. 빔 시프터 기구(44)는, 기판(P) 상에 형성되는 묘화 라인(LL1~LL5)의 모든 위치를, 기판(P)의 묘화면내에서 ㎛오더로 미세 조정할 수 있다.

또, 빔 시프터 기구(45)는, 기판(P) 상에 형성되는 묘화 라인(LL1~LL5) 중, 짝수번째의 제2 묘화 라인(LL2) 및 제4 묘화 라인(LL4)을, 기판(P)의 묘화면내에서㎛오더로 미세 조정할 수 있다.

게다가, 도 4, 도 5 및 도 7을 참조하여, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 대해 설명한다. 도 4(및 도 1)에 나타내는 바와 같이, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)은, 중심면(p3)을 사이에 두고 회전 드럼(DR)의 주방향으로 2열로 배치된다. 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)은, 중심면(p3)을 사이에 두고, 제1, 제3, 제5 묘화 라인(LL1, LL3, LL5)이 배치되는 측(도 5의 -X방향측)에, 제1 묘화 유닛(UW1), 제3 묘화 유닛(UW3) 및 제5 묘화 유닛(UW5)이 배치된다. 제1 묘화 유닛(UW1), 제3 묘화 유닛(UW3) 및 제5 묘화 유닛(UW5)은, Y방향으로 소정의 간격을 두고 배치된다. 또, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)은, 중심면(p3)을 사이에 두고, 제2, 제4 묘화 라인(LL2, LL4)이 배치되는 측(도 5의 ＋X방향측)에, 제2 묘화 유닛(UW2) 및 제4 묘화 유닛(UW4)이 배치된다. 제2 묘화 유닛(UW2) 및 제4 묘화 유닛(UW4)은, Y방향으로 소정의 간격을 두고 배치된다. 이 때, 앞의 도 2, 또는 도 5에 나타내는 바와 같이, 제2 묘화 유닛(UW2)은, Y방향에서, 제1 묘화 유닛(UW1)과 제3 묘화 유닛(UW3)과의 사이에 위치하고 있다. 마찬가지로, 제3 묘화 유닛(UW3)은, Y방향에서, 제2 묘화 유닛(UW2)과 제4 묘화 유닛(UW4)과의 사이에 위치하고 있다. 제4 묘화 유닛(UW4)은, Y방향에서, 제3 묘화 유닛(UW3)과 제5 묘화 유닛(UW5)과의 사이에 위치하고 있다. 또, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 묘화 유닛(UW1), 제3 묘화 유닛(UW3) 및 제5 묘화 유닛(UW5)과, 제2 묘화 유닛(UW2) 및 제4 묘화 유닛(UW4)은, Y방향으로부터 보아 중심면(p3)을 중심으로 대칭으로 배치되어 있다.

다음으로, 도 4를 참조하여, 각 묘화 유닛(UW1~UW5) 내의 광학계의 구성에 대해 설명한다. 또, 각 묘화 유닛(UW1~UW5)은, 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 제1 묘화 유닛(UW1)(이하, 간단히 '묘화 유닛(UW1)'이라고 함)을 예로 설명한다.

도 4에 나타내는 묘화 유닛(UW1)은, 묘화 라인(LL1)(제1 묘화 라인(LL1))을 따라서 묘화 빔(LB)의 스폿 광을 주사하도록 , 광 편향기(81)와, 편광빔 스플리터(PBS)와, 1/4 파장판(82)과, 주사기(走査器)(83)와, 절곡 미러(84)와, f-θ 렌즈계(85)와, 실린드리칼 렌즈(86)를 포함하는 Y배율 보정용 광학 부재(렌즈군)(86B)를 구비한다. 또, 편향 빔 스플리터(PBS)에 인접하여, 캘리브레이션 검출계(31)가 마련되어 있다.

광 편향기(81)는, 예를 들면, 음향 광학 소자(AOM：Acousto　Optic　Modulator)이 이용되어 있다. AOM은, 내부에 초음파(고주파 신호)에 의해서 회절 격자를 생성하는지 아닌지에 의해서, 입사한 묘화 빔의 1차 회절광을 소정의 회절 각 방향으로 발생시키는 ON 상태와, 1차 회절광을 발생시키지 않은 OFF 상태로 스위칭하는 광 스위칭 소자이다.

도 1에 나타낸 제어부(16)는, 광 편향기(81)를 ON/OFF로 스위칭함으로써, 묘화 빔(LB)의 기판(P)으로의 투사/비(非)투사를 고속으로 바꾼다. 구체적으로, 광 편향기(81)에는, 분기 광학계(SL)에서 분배된 묘화 빔(LB) 중 1개가, 릴레이 렌즈(91)을 매개로 하여, -Z방향에 대해서 약간 경사져 조사된다. 광 편향기(81)가, OFF로 스위칭되면, 묘화 빔(LB)이 경사진 상태로 직진하고, 광 편향기(81)를 통과한 곳에 마련되는 차광판(92)에 의해 차광된다. 한편으로, 광 편향기(81)가, ON으로 스위칭되면, 묘화 빔(LB)(1차 회절광)이 -Z방향으로 편향되어, 광 편향기(81)를 통과하고, 광 편향기(81)의 Z방향 상에 마련되는 편광빔 스플리터(PBS)에 조사된다. 이 때문에, 광 편향기(81)가 ON으로 스위칭되면, 묘화 빔(LB)의 스폿 광이 기판(P)에 투사되고, 광 편향기(81)가 OFF로 스위칭되면, 묘화 빔(LB)의 스폿 광은 기판(P)에 투사되지 않는다.

또, AOM은, 릴레이 렌즈(91)에 의해서 수렴되는 묘화 빔(LB)의 빔 웨이스트의 위치에 배치되므로, 광 편향기(81)로부터 사출하는 묘화 빔(LB)(1차 회절광)은 발산한다. 그 때문에, 광 편향기(81)의 뒤에, 발산하는 묘화 빔(LB)을 평행 광속으로 되돌리는 릴레이 렌즈(93)가 마련된다.

편광빔 스플리터(PBS)는, 광 편향기(81)로부터 릴레이 렌즈(93)를 매개로 하여 조사된 묘화 빔(LB)을 반사한다. 편광빔 스플리터(PBS)를 사출한 묘화 빔(LB)은, 1/4 파장판(82), 주사기(83)(회전 폴리곤 미러), 절곡 미러(84), f-θ 렌즈계(85), Y배율 보정용 광학 부재(86B), 및 실린드리칼 렌즈(86)의 순서대로 진행되어, 기판(P) 상에 주사 스폿 광으로서 집광된다.

한편으로, 편광빔 스플리터(PBS)는, 편광빔 스플리터(PBS)와 주사기(83)와의 사이에 마련되는 1/4 파장판(82)과 협동하여, 기판(P) 또는 그 아래의 회전 드럼(DR)의 외주면에 투사된 묘화 빔(LB)의 반사광이, Y배율 보정용 광학 부재(86B), 실린드리칼 렌즈(86), f-θ 렌즈계(85), 절곡 미러(84), 주사기(83)의 순서대로 역진(逆進)하여 오기 때문에, 그 반사광을 투과시킬 수 있다. 즉, 광 편향기(81)로부터 편광빔 스플리터(PBS)에 조사되는 묘화 빔(LB)은, S편광의 직선 편광이 되는 레이저광이고, 편광빔 스플리터(PBS)에 의해 반사된다. 또, 편광빔 스플리터(PBS)에 의해 반사된 묘화 빔(LB)은, 1/4 파장판(82), 주사기(83), 절곡 미러(84), f-θ 렌즈계(85), Y배율 보정용 광학 부재(86B), 실린드리칼 렌즈(86)를 통과하여 기판(P)에 조사되고, 기판(P) 상에 집광되는 묘화 빔(LB)의 스폿 광은 원편광(圓偏光)으로 되어 있다. 기판(P)(또는 회전 드럼(DR)의 외주면)으로부터의 반사광은, 묘화 빔(LB)의 송광로(送光路)를 역진하고, 1/4 파장판(82)을 다시 통과함으로써, P편광의 직선 편광이 되는 레이저광이 된다. 이 때문에, 기판(P)(또는 회전 드럼(DR))으로부터 편광빔 스플리터(PBS)에 이르는 반사광은, 편광빔 스플리터(PBS)를 투과하여, 릴레이 렌즈(94)를 매개로 하여 캘리브레이션 검출계(31)의 광전 센서(31Cs)에 조사된다.

이와 같이, 편광빔 스플리터(PBS)는, 주사기(83)를 포함하는 주사 광학계와, 캘리브레이션 검출계(31)와의 사이에 배치되는 광 스플리터이다. 캘리브레이션 검출계(31)는, 묘화 빔(LB)의 기판(P)으로의 송광(送光) 광학계의 많은 일부를 공용하기 때문에, 용이하고 컴팩트한 광학계가 된다.

도 4 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 주사기(83)는, 반사 미러(96)와, 회전 폴리곤 미러(회전 다면경(多面鏡))(97)와, 원점 검출기(98)를 가진다. 1/4 파장판(82)을 통과한 묘화 빔(LB)(평행 광속)은, 실린드리칼 렌즈(95)를 매개로 하여 반사 미러(96)에 의해 XY면내에서 반사되어, 회전 폴리곤 미러(97)에 조사된다. 회전 폴리곤 미러(97)는, Z방향으로 연장되는 회전축(97a)과, 회전축(97a) 둘레로 형성되는 복수의 반사면(97b)을 포함하여 구성되어 있다. 회전 폴리곤 미러(97)는, 회전축(97a)을 중심으로 소정의 회전 방향으로 회전시킴으로써, 반사면(97b)에 조사되는 묘화 빔(LB)(광 편향기(81)에서 강도 변조된 빔)의 반사각을 XY면내에서 연속적으로 변화시키고, 이것에 의해, 반사한 묘화 빔(LB)이, 절곡 미러(84), f-θ 렌즈계(85), 제2 실린드리칼 렌즈(86)(및 Y배율 보정용 광학 부재(86B))에 의해서 스폿 광에 집광되고, 기판(P) 상의 묘화 라인(LL1)(마찬가지로 LL2~LL5)을 따라서 주사한다. 원점 검출기(98)는, 기판(P)의 묘화 라인(LL1)(마찬가지로 LL2~LL5)을 따라서 주사하는 묘화 빔(LB)의 원점을 검출하고 있다. 원점 검출기(98)는, 각 반사면(97b)에서 반사하는 묘화 빔(LB)을 사이에 두고, 반사 미러(96)의 반대측에 배치되어 있다.

도 7에서는, 설명을 간단하게 하기 위해, 원점 검출기(98)는 광전 검출기만을 도시했지만, 실제는, 묘화 빔(LB)이 투사되는 회전 폴리곤 미러(97)의 반사면(97b)을 향해서 검출용 빔을 투사하는 LED나 반도체 레이저 등의 검출용 광원이 마련되며, 원점 검출기(98)는, 그 검출용 빔의 반사면(97b)에서의 반사광을 가는 슬릿을 통해서 광전 검출한다.

이것에 의해서, 원점 검출기(98)는, 기판(P) 상의 묘화 라인(LL1(LL2~LL5))의 묘화 개시 위치에 스폿 광이 조사되는 타이밍에 대해서 항상 일정 시간만큼 바로 앞에서, 원점을 나타내는 펄스 신호를 출력하도록 설정되어 있다.

주사기(83)로부터 절곡 미러(84)에 조사된 묘화 빔(LB)은, 절곡 미러(84)에 의해 -Z방향으로 반사되고, f-θ 렌즈계(85), 실린드리칼 렌즈(86)(및 Y배율 보정용 광학 부재(86B))에 입사한다.

그런데, 회전 폴리곤 미러(97)의 각 반사면(97b)이, 회전축(97a)의 중심선과 엄밀하게 평행이 아니고, 약간 경사져 있으면(면이 틸팅되어 있으면), 기판(P) 상에 투사되는 스폿 광에 의한 묘화 라인(LL1~LL5)은, 반사면(97b)마다 기판(P) 상에서 X방향으로 흔들리게 된다. 여기서, 도 8을 이용하여, 2개의 실린드리칼 렌즈(95, 86)를 마련한 것에 의해서, 회전 폴리곤 미러(97)의 각 반사면(97b)의 면 틸트(tilt)에 대해서, 묘화 라인(LL1~LL5)의 X방향으로의 흔들림을 저감 또는 해소할 수 있는 것을 설명한다.

도 8의 좌측은, 실린드리칼 렌즈(95), 주사기(83), f-θ 렌즈계(85), 실린드리칼 렌즈(86)의 광로를 XY평면에 전개(展開)한 모습을 나타내며, 도 8의 우측은, 그 광로를 XZ평면내에 전개한 모습을 나타낸다. 기본적인 광학 배치로서, 회전 폴리곤 미러(97)의 묘화 빔(LB)이 조사되는 반사면(97b)은, f-θ 렌즈계(85)의 입사동(入射瞳) 위치(전측 초점 위치)가 되도록 배치된다. 이것에 의해서, 회전 폴리곤 미러(97)의 회전각 θp/2에 대해서, f-θ 렌즈계(85)에 입사하는 묘화 빔(LB)의 입사각은 θp가 되고, 그 입사각 θp에 비례하여 기판(P)(피(被)조사면) 상에 투사되는 스폿 광의 상고(像高) 위치가 결정된다. 또, 반사면(97b)을 f-θ 렌즈계(85)의 전측 초점 위치로 함으로써, 기판(P)에 투사되는 묘화 빔(LB)은 묘화 라인 상의 어느 위치에서도 텔레센트릭(telecentric)한 상태(스폿 광이 되는 묘화 빔의 주광선이 항상 f-θ 렌즈계(85)의 광축(AXf)과 평행한 상태)가 된다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 2개의 실린드리칼 렌즈(95, 86)는, 회전 폴리곤 미러(97)의 회전축(97a)과 수직인 면(XY면) 내에서는, 모두 굴절력(屈折力)(파워)이 제로인 평행 평판 유리로서 기능하고, 회전축(97a)이 연장되는 Z방향(XZ면내)에서는 일정한 정(正)의 굴절력을 가지는 볼록 렌즈로서 기능한다. 제1 실린드리칼 렌즈(95)에 입사하는 묘화 빔(LB)(거의 평행 광속)의 단면 형상은 수mm 정도의 원형이지만, 실린드리칼 렌즈(95)의 XZ면내에서의 초점 위치를, 반사 미러(96)를 매개로 하여 회전 폴리곤 미러(97)의 반사면(97b) 상에 설정하면, XY면내에서는 수mm의 빔 폭을 가지며, Z방향으로는 수렴한 슬릿 모양의 스폿 광이, 반사면(97b) 상에 회전 방향으로 연장되어 집광된다.

회전 폴리곤 미러(97)의 반사면(97b)에서 반사한 묘화 빔(LB)은, XY면내에서는 평행 광속이지만, XZ면내(회전축(97a)이 연장되는 방향)에서는, 발산 광속이 되어 f-θ 렌즈계(85)에 입사한다. 그 때문에, f-θ 렌즈계(85)를 사출한 직후의 묘화 빔(LB)은, XZ면내(회전축(97a)이 연장되는 방향)에서는, 거의 평행 광속으로 되어 있지만, 제2 실린드리칼 렌즈(86)의 작용에 의해서, XZ면내, 즉 기판(P) 상에서는 묘화 라인(LL1~LL5)이 연장되는 방향과 직교한 기판(P)의 반송 방향에 관해서도, 스폿 광으로 집광된다. 그 결과, 기판(P) 상의 각 묘화 라인 상에는, 원형의 작은 스폿 광이 투사된다.

실린드리칼 렌즈(86)를 마련하는 것에 의해, 도 8의 우측에 나타내는 바와 같이, XZ면내에서는, 회전 폴리곤 미러(97)의 반사면(97b)과 기판(P)(피조사면)을 광학적으로 상공역(像共役) 관계로 설정할 수 있다. 그 때문에, 회전 폴리곤 미러(97)의 각 반사면(97b)이, 묘화 빔(LB)의 주사 방향과 직교하는 비주사 방향(회전축(97a)이 연장되는 방향)에 대해서 틸트(tilt) 오차를 가졌다고 해도, 기판(P) 상의 묘화 라인(LL1~LL5)의 위치는, 스폿 광의 비주사 방향(기판(P)의 반송 방향)으로 흔들리지는 않는다. 이와 같이, 회전 폴리곤 미러(97)의 전과 후에 실린드리칼 렌즈(95, 86)를 마련하는 것에 의해, 비주사 방향에 대한 폴리곤 반사면의 면 틸트 보정 광학계를 구성할 수 있다.

여기서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)의 각 주사기(83)는 중심면(p3)에 대해서 대칭인 구성으로 되어 있다. 복수의 주사기(83)는, 묘화 유닛(UW1, UW3, UW5)에 대응하는 3개의 주사기(83)가, 회전 드럼(DR)의 회전 방향의 상류측(도 7의 -X방향측)에 배치되고, 묘화 유닛(UW2, UW4)에 대응하는 2개의 주사기(83)가, 회전 드럼(DR)의 회전 방향의 하류측(도 7의 ＋X방향측)에 배치되어 있다. 그리고, 상류측의 3개의 주사기(83)와, 하류측의 2개의 주사기(83)는, 중심면(p3)을 사이에 두고, 대향하여 배치되어 있다. 이와 같이, 상류측의 3개의 주사기(83)와, 하류측의 2개의 주사기(83)는, 회전축(I)(Z축)을 중심으로 180°회전한 배치 관계로 되어 있다. 이 때문에, 상류측의 3개의 회전 폴리곤 미러(97)가, 예를 들면 반시계 방향으로 회전하면서, 회전 폴리곤 미러(97)에 묘화 빔(LB)이 조사되면, 회전 폴리곤 미러(97)에 의해 반사된 묘화 빔(LB)은, 묘화 개시 위치로부터 묘화 종료 위치로 향하여 소정의 주사 방향(예를 들면 도 7의 ＋Y방향)으로 주사된다. 한편으로, 하류측의 2개의 회전 폴리곤 미러(97)가 반시계 방향으로 회전하면서, 회전 폴리곤 미러(97)에 묘화 빔(LB)이 조사되면, 회전 폴리곤 미러(97)에 의해 반사된 묘화 빔(LB)은, 묘화 개시 위치로부터 묘화 종료 위치로 향하여, 상류측의 3개의 회전 폴리곤 미러(97)와는 반대가 되는 주사 방향(예를 들면 도 7의 -Y방향)으로 주사된다.

여기서, 도 4의 XZ면내에서 보았을 때, 홀수번째의 묘화 유닛(UW1, UW3, UW5)으로부터 기판(P)에 이르는 묘화 빔(LB)의 축선은, 설치 방위선(Le1)과 일치한 방향으로 되어 있다. 즉, 설치 방위선(Le1)은, XZ면내에서, 홀수번째의 묘화 라인(LL1, LL3, LL5)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선으로 되어 있다. 마찬가지로, 도 4의 XZ면내에서 보았을 때, 짝수번째의 묘화 유닛(UW2, UW4)으로부터 기판(P)에 이르는 묘화 빔(LB)의 축선은, 설치 방위선(Le2)과 일치한 방향으로 되어 있다. 즉, 설치 방위선(Le2)은, XZ면내에서, 짝수번째의 묘화 라인(LL2, LL4)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선으로 되어 있다. 이 때문에, 기판(P)에 스폿 광이 되어 투사되는 묘화 빔(LB)의 각 진행 방향(주광선)은, 모두 회전 드럼(DR)의 회전 중심선(AX2)을 향하도록 설정되어 있다.

Y배율 보정용 광학 부재(86B)는, f-θ 렌즈계(85)와 기판(P)과의 사이에 배치되어 있다. Y배율 보정용 광학 부재(86B)는, 각 묘화 유닛(UW1~UW5)에 의해서 형성되는 묘화 라인(LL1~LL5)을, Y방향에서, 등방적으로 미소량만큼 확대 또는 축소시킬 수 있다.

구체적으로는, 묘화 라인(LL1~LL5)의 각각을 커버하는 일정 두께의 투과성의 평행 평면판(석영)을 묘화 라인이 연장되는 방향에 관해서 기계적으로 만곡(벤딩)시켜 묘화 라인의 Y방향의 배율(주사(走査) 길이)을 가변으로 하는 기구, 혹은, 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 볼록 렌즈인 3군(群)의 렌즈계의 일부를 광축 방향으로 이동시켜 묘화 라인의 Y방향의 배율(주사 길이)을 가변으로 하는 기구 등을 사용할 수 있다.

이와 같이 구성된 묘화 장치(11)는, 제어부(16)에 의해 각 부가 제어됨으로써, 기판(P) 상에 소정의 패턴이 묘화된다. 즉, 제어부(16)는, 기판(P)에 투사되는 묘화 빔(LB)이 주사 방향으로 주사되고 있는 기간 중, 기판(P)에 묘화해야 할 패턴의 CAD 정보에 근거하여, 광 편향기(81)를 ON/OFF 변조하는 것에 의해서 묘화 빔(LB)을 편향시키고, 기판(P)의 광 감응층 상에 패턴을 묘화하여 간다. 또, 제어부(16)는, 묘화 라인(LL1)을 따라서 주사하는 묘화 빔(LB)의 주사 방향과, 회전 드럼(DR)의 회전에 의한 기판(P)의 반송 방향의 이동을 동기시킴으로써, 노광 영역(A7) 중의 묘화 라인(LL1)에 대응한 부분에 소정의 패턴을 묘화한다.

다음으로, 도 3과 함께 도 9를 참조하여, 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)에 대해 설명한다. 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)은, 기판(P) 상에 미리 형성된 얼라이먼트 마크, 또는 회전 드럼(DR) 상에 형성된 기준 마크나 기준 패턴 등을 검출한다. 이하, 기판(P)의 얼라이먼트 마크 및 회전 드럼(DR)의 기준 마크나 기준 패턴을, 간단히 마크로 칭한다. 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)은, 기판(P)과 기판(P) 상에 묘화되는 소정의 패턴을 위치 맞춤(얼라이먼트)하거나, 회전 드럼(DR)과 묘화 장치(11)를 캘리브레이션하거나 하기 위해서 이용된다.

얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)은, 묘화 장치(11)에서 형성되는 묘화 라인(LL1~LL5) 보다도, 회전 드럼(DR)의 회전 방향(기판(P)의 반송 방향)의 상류측에 마련되어 있다. 또, 얼라이먼트 현미경(AM1)은, 얼라이먼트 현미경(AM2)에 비교하여 회전 드럼(DR)의 회전 방향의 상류측에 배치되어 있다.

얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)은, 조명광을 기판(P) 또는 회전 드럼(DR)에 투사함과 아울러, 마크에서 발생한 광을 입사하는 검출 프로브로서의 대물 렌즈계(GA)(도 9에서는 대표하여 얼라이먼트 현미경(AM2)의 대물 렌즈계(GA4)로서 나타냄), 대물 렌즈계(GA)를 매개로 하여 수광한 마크의 상(像)(명시야상(明視野像), 암시야상(暗視野像), 형광상(螢光像) 등)을 2차원 CCD, CMOS 등에 의해 촬상하는 촬상계(GD)(도 9에서는 대표하여 얼라이먼트 현미경(AM2)의 촬상계(GD4)로서 나타냄) 등으로 구성된다. 또, 얼라이먼트용의 조명광은, 기판(P) 상의 광 감응층에 대해서 거의 감도를 가지지 않은 파장역의 광, 예를 들면 파장 500~800nm 정도의 광이다.

얼라이먼트 현미경(AM1)은, Y방향(기판(P)의 폭방향)으로 일렬로 늘어서 복수(예를 들면 3개) 마련된다. 마찬가지로, 얼라이먼트 현미경(AM2)은, Y방향(기판(P)의 폭방향)으로 일렬로 늘어서 복수(예를 들면 3개) 마련된다. 즉, 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)은, 합계 6개 마련되어 있다.

도 3에서는, 알기 쉽게 하기 위해, 6개의 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)의 각 대물 렌즈계(GA) 중, 3개의 얼라이먼트 현미경(AM1)의 각 대물 렌즈계(GA1~GA3)의 배치를 나타낸다. 3개의 얼라이먼트 현미경(AM1)의 각 대물 렌즈계(GA1~GA3)에 의한 기판(P)(또는 회전 드럼(DR)의 외주면) 상의 관찰 영역(검출 위치)(Vw1~Vw3)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 회전 중심선(AX2)과 평행한 Y방향으로, 소정의 간격으로 배치된다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 각 관찰 영역(Vw1~Vw3)의 중심을 통과하는 각 대물 렌즈계(GA1~GA3)의 광축(La1~La3)은, 모두 XZ면과 평행하게 되어 있다. 마찬가지로, 3개의 얼라이먼트 현미경(AM2)의 각 대물 렌즈계(GA)에 의한 기판(P)(또는 회전 드럼(DR)의 외주면) 상의 관찰 영역(Vw4~Vw6)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 회전 중심선(AX2)과 평행한 Y방향으로, 소정의 간격으로 배치된다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 각 관찰 영역(Vw4~Vw6)의 중심을 통과하는 각 대물 렌즈계(GA)의 광축(La4~La6)도, 모두 XZ면과 평행하게 되어 있다. 그리고, 관찰 영역(Vw1~Vw3)과, 관찰 영역(Vw4~Vw6)은, 회전 드럼(DR)의 회전 방향으로, 소정의 간격으로 배치된다.

이 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)에 의한 마크의 관찰 영역(Vw1~Vw6)은, 기판(P)이나 회전 드럼(DR) 상에서, 예를 들면, 500~200㎛각(角) 정도의 범위로 설정된다. 여기서, 얼라이먼트 현미경(AM1)의 광축(La1~La3), 즉, 대물 렌즈계(GA)의 광축(La1~La3)은, 회전 중심선(AX2)으로부터 회전 드럼(DR)의 지름 방향으로 연장되는 설치 방위선(Le3)과 동일한 방향으로 설정된다. 이와 같이, 설치 방위선(Le3)은, 도 9의 XZ면내에서 보았을 때, 얼라이먼트 현미경(AM1)의 관찰 영역(Vw1~Vw3)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선으로 되어 있다. 마찬가지로, 얼라이먼트 현미경(AM2)의 광축(La4~La6), 즉, 대물 렌즈계(GA)의 광축(La4~La6)은, 회전 중심선(AX2)으로부터 회전 드럼(DR)의 지름 방향으로 연장되는 설치 방위선(Le4)과 동일한 방향으로 설정된다. 이와 같이, 설치 방위선(Le4)은, 도 9의 XZ면내에서 보았을 때, 얼라이먼트 현미경(AM2)의 관찰 영역(Vw4~Vw6)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선으로 되어 있다. 이 때, 얼라이먼트 현미경(AM1)은, 얼라이먼트 현미경(AM2)에 비해 회전 드럼(DR)의 회전 방향의 상류측에 배치되어 있기 때문에, 중심면(p3)과 설치 방위선(Le3)이 이루는 각도는, 중심면(p3)과 설치 방위선(Le4)이 이루는 각도에 비해 크게 되어 있다.

기판(P) 상에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 5개의 묘화 라인(LL1~LL5)의 각각에 의해서 묘화되는 노광 영역(A7)이, X방향으로 소정의 간격을 두고 배치된다. 기판(P) 상의 노광 영역(A7)의 주위에는, 위치 맞춤을 위한 복수의 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)(이하, '마크'로 간략히 칭함)가, 예를 들면 십자 모양으로 형성되어 있다.

도 3에서, 마크(Ks1)는, 노광 영역(A7)의 -Y측의 주변 영역에, X방향으로 일정한 간격으로 마련되고, 마크(Ks3)는, 노광 영역(A7)의 ＋Y측의 주변 영역에, X방향으로 일정한 간격으로 마련된다. 게다가, 마크(Ks2)는, X방향으로 서로 이웃하는 2개의 노광 영역(A7)의 사이의 여백 영역에서, Y방향의 중앙에 마련된다.

그리고, 마크(Ks1)는, 얼라이먼트 현미경(AM1)의 대물 렌즈계(GA1)의 관찰 영역(Vw1) 내, 및 얼라이먼트 현미경(AM2)의 대물 렌즈계(GA)의 관찰 영역(Vw4) 내에서, 기판(P)이 보내어지고 있는 동안, 차례로 포착되도록 형성된다. 또, 마크(Ks3)는, 얼라이먼트 현미경(AM1)의 대물 렌즈계(GA3)의 관찰 영역(Vw3) 내, 및 얼라이먼트 현미경(AM2)의 대물 렌즈계(GA)의 관찰 영역(Vw6) 내에서, 기판(P)이 보내어지고 있는 동안, 차례로 포착되도록 형성된다. 게다가, 마크(Ks2)는, 각각, 얼라이먼트 현미경(AM1)의 대물 렌즈계(GA2)의 관찰 영역(Vw2) 내, 및 얼라이먼트 현미경(AM2)의 대물 렌즈계(GA)의 관찰 영역(Vw5) 내에서, 기판(P)이 보내어지고 있는 동안, 차례로 포착되도록 형성된다.

이 때문에, 3개의 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2) 중, 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양측의 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)은, 기판(P)의 폭방향의 양측에 형성된 마크(Ks1, Ks3)를 상시 관찰 또는 검출할 수 있다. 또, 3개의 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2) 중, 회전 드럼(DR)의 Y방향의 중앙의 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)은, 기판(P) 상에 묘화되는 노광 영역(A7)끼리의 사이의 여백부 등에 형성되는 마크(Ks2)를 상시 관찰 또는 검출할 수 있다.

여기서, 노광 장치(EX)는, 이른바 멀티 빔형의 묘화 장치이기 때문에, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)의 각 묘화 라인(LL1~LL5)에 의해서, 기판(P) 상에 묘화되는 복수의 패턴끼리를, Y방향으로 바람직하게 서로 이을 수 있도록, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 의한 이음 정밀도를 허용 범위 내에 억제하기 위한 캘리브레이션이 필요하다. 또, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)의 각 묘화 라인(LL1~LL5)에 대한 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)의 관찰 영역(Vw1~Vw6)의 상대적인 위치 관계는, 베이스 라인 관리에 의해서 정밀하게 구해질 필요가 있다. 그 베이스 라인 관리를 위해서도, 캘리브레이션이 필요하게 된다.

복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 의한 이음 정밀도를 확인하기 위한 캘리브레이션, 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)의 베이스 라인 관리를 위한 캘리브레이션에서는, 기판(P)을 지지하는 회전 드럼(DR)의 외주면의 적어도 일부에, 기준 마크나 기준 패턴을 마련할 필요가 있다. 그래서, 도 10에 나타내는 바와 같이, 노광 장치(EX)에서는, 외주면에 기준 마크나 기준 패턴을 마련한 회전 드럼(DR)을 이용하고 있다.

회전 드럼(DR)은, 그 외주면의 양단측에, 후술하는 회전 위치 검출 기구(14)의 일부를 구성하는 스케일부(GPa, GPb)가 도 3, 도 9와 마찬가지로 형성되어 있다. 또, 회전 드럼(DR)은, 스케일부(GPa, GPb)의 내측에, 오목 모양의 홈, 혹은 볼록 모양의 림(rim)에 의한 좁은 폭의 규제대(規制帶)(CLa, CLb)가 전체 둘레에 걸쳐서 새겨서 마련되어 있다. 기판(P)의 Y방향의 폭은, 그 2개의 규제대(CLa, CLb)의 Y방향의 간격 보다도 작게 설정되고, 기판(P)은 회전 드럼(DR)의 외주면 중, 규제대(CLa, CLb) 사이에 끼워진 내측의 영역에 밀착하여 지지된다.

회전 드럼(DR)은, 규제대(CLa, CLb) 사이에서 끼워진 외주면에, 회전 중심선(AX2)에 대해서 ＋45도로 경사진 복수의 선 패턴(RL1)(라인 패턴)과, 회전 중심선(AX2)에 대해서 -45도로 경사진 복수의 선 패턴(RL2)(라인 패턴)을, 일정한 피치(주기)(Pf1, Pf2)로 반복하여 새겨서 마련한 메쉬(mesh) 모양의 기준 패턴(기준 마크로서도 이용 가능)(RMP)이 마련된다. 또, 선 패턴(RL1) 및 선 패턴(RL2)의 폭은 LW이다.

기준 패턴(RMP)은, 기판(P)과 회전 드럼(DR)의 외주면이 접촉하는 부분에서, 마찰력이나 기판(P)의 장력 등의 변화가 생기지 않도록, 전면(全面) 균일한, 경사 패턴(경사 격자 모양 패턴)으로 하고 있다. 또, 선 패턴(RL1, RL2)은, 반드시 기울기가 45도일 필요는 없고, 선 패턴(RL1)을 Y축과 평행하게 하고, 선 패턴(RL2)을 X축과 평행하게 한 종횡의 메쉬 형상 패턴으로 해도 괜찮다. 게다가, 선 패턴(RL1, RL2)을 90도로 교차시킬 필요는 없고, 인접하는 2개의 선 패턴(RL1)과, 인접하는 2개의 선 패턴(RL2)에 의해 둘러싸인 직사각형 영역이, 정방형(또는 장방형) 이외의 능형(菱形)이 되는 각도로, 선 패턴(RL1, RL2)을 교차시켜도 괜찮다.

다음으로, 도 3, 도 4 및 도 9를 참조하여, 회전 위치 검출 기구(14)에 대해 설명한다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 회전 위치 검출 기구(14)는, 회전 드럼(DR)의 회전 위치를 광학적으로 검출하는 것이며, 예를 들면 로터리 엔코더 등을 이용한 엔코더 시스템이 적용되어 있다. 회전 위치 검출 기구(14)는, 회전 드럼(DR)의 양단부에 마련되는 스케일부(GPa, GPb)와, 스케일부(GPa, GPb)의 각각과 대향하는 복수의 엔코더 헤드(EN1, EN2, EN3, EN4)를 가지는 이동 계측 장치이다. 도 4 및 도 9에서는, 스케일부(GPa)에 대향한 4개의 엔코더 헤드(EN1, EN2, EN3, EN4)만이 나타내어져 있지만, 스케일부(GPb)에도 동일한 엔코더 헤드(EN1, EN2, EN3, EN4)가 대향하여 배치된다. 회전 위치 검출 기구(14)는, 회전 드럼(DR)의 양단부의 흔들림(회전 중심선(AX2)이 연장되는 Y방향의 미소 변위)을 검지할 수 있는 변위계(變位計)(YN1, YN2, YN3, YN4)를 가지고 있다.

스케일부(GPa, GPb)의 눈금은, 회전 드럼(DR)의 외주면의 주방향의 전체에 걸쳐서 고리 모양으로 각각 형성되어 있다. 스케일부(GPa, GPb)는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 주방향으로 일정한 피치(예를 들면 20㎛)로 오목 모양 또는 볼록 모양의 격자선을 새겨서 마련한 회절 격자이며, 인크리멘털(incremental)형 스케일로서 구성된다. 이 때문에, 스케일부(GPa, GPb)는, 회전 중심선(AX2) 둘레로 회전 드럼(DR)과 일체로 회전한다.

기판(P)은, 회전 드럼(DR)의 양단의 스케일부(GPa, GPb)를 피한 내측, 즉, 규제대(CLa, CLb)의 내측에 감겨지도록 구성된다. 엄밀한 배치 관계를 필요로 하는 경우, 스케일부(GPa, GPb)의 외주면과, 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(P)의 부분의 외주면이 동일면(중심선(AX2)으로부터 동일 반경)이 되도록 설정한다. 그러기 위해서는, 스케일부(GPa, GPb)의 외주면을, 회전 드럼(DR)의 기판 감기용의 외주면에 대해서, 지름 방향으로 기판(P)의 두께분만큼 높게 해 두면 좋다. 이 때문에, 회전 드럼(DR)에 형성되는 스케일부(GPa, GPb)의 외주면을, 기판(P)의 외주면과 거의 동일한 반경으로 설정할 수 있다. 그 때문에, 엔코더 헤드(EN1, EN2, EN3, EN4)는, 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(P) 상의 묘화면과 동일 지름 방향 위치에서 스케일부(GPa, GPb)를 검출할 수 있고, 계측 위치와 처리 위치가 회전계의 지름 방향으로 다름으로써 발생하는 아베(Abbe) 오차를 작게 할 수 있다.

엔코더 헤드(EN1, EN2, EN3, EN4)는, 회전 중심선(AX2)으로부터 보아 스케일부(GPa, GPb)의 주위에 각각 배치되어 있고, 회전 드럼(DR)의 주방향에서 다른 위치로 되어 있다. 이 엔코더 헤드(EN1, EN2, EN3, EN4)는, 제어부(16)에 접속되어 있다. 엔코더 헤드(EN1, EN2, EN3, EN4)는, 스케일부(GPa, GPb)를 향하여 계측용의 광빔을 투사하고, 그 반사 광속(회절광)을 광전 검출하는 것에 의해, 스케일부(GPa, GPb)의 주방향의 위치 변화에 따른 검출 신호(예를 들면, 90도의 위상차를 가진 2상(相) 신호)를 제어부(16)에 출력한다. 제어부(16)는, 그 검출 신호를 도시하지 않은 카운터 회로에 의해 내삽(內揷) 보간(補間)하여 디지털 처리하는 것에 의해, 회전 드럼(DR)의 각도 변화, 즉, 그 외주면의 주방향의 위치 변화를 서브 미크론의 분해능으로 계측할 수 있다. 제어부(16)는, 회전 드럼(DR)의 각도 변화로부터, 기판(P)의 반송 속도도 계측할 수 있다.

또, 도 4 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 엔코더 헤드(EN1)는, 설치 방위선(Le1) 상에 배치된다. 설치 방위선(Le1)은, XZ면내에서, 엔코더 헤드(EN1)에 의한 계측용 광빔의 스케일부(GPa(GPb)) 상으로의 투사 영역(판독 위치)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선으로 되어 있다. 또, 상기한 바와 같이, 설치 방위선(Le1)은, XZ면내에서, 묘화 라인(LL1, LL3, LL5)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선으로 되어 있다. 이상으로부터, 엔코더 헤드(EN1)의 판독 위치와 회전 중심선(AX2)을 잇는 선과, 묘화 라인(LL1, LL3, LL5)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선은, 동일한 방위선으로 되어 있다.

마찬가지로, 도 4 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 엔코더 헤드(EN2)는, 설치 방위선(Le2) 상에 배치된다. 설치 방위선(Le2)은, XZ면내에서, 엔코더 헤드(EN2)에 의한 계측용 광빔의 스케일부(GPa(GPb)) 상으로의 투사 영역(판독 위치)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선으로 되어 있다. 또, 상기한 바와 같이, 설치 방위선(Le2)은, XZ면내에서, 묘화 라인(LL2, LL4)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선으로 되어 있다. 이상으로부터, 엔코더 헤드(EN2)의 판독 위치와 회전 중심선(AX2)을 잇는 선과, 묘화 라인(LL2, LL4)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선은, 동일한 방위선으로 되어 있다.

또, 도 4 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 엔코더 헤드(EN3)는, 설치 방위선(Le3) 상에 배치된다. 설치 방위선(Le3)은, XZ면내에서, 엔코더 헤드(EN3)에 의한 계측용 광빔의 스케일부(GPa(GPb)) 상으로의 투사 영역(판독 위치)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선으로 되어 있다. 또, 상기한 바와 같이, 설치 방위선(Le3)은, XZ면내에서, 얼라이먼트 현미경(AM1)에 의한 기판(P)의 관찰 영역(Vw1~Vw3)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선으로 되어 있다. 이상으로부터, 엔코더 헤드(EN3)의 판독 위치와 회전 중심선(AX2)을 잇는 선과, 얼라이먼트 현미경(AM1)의 관찰 영역(Vw1~Vw3)과 회전 중심선(AX2)을 잇는 선은, XZ면내에서 보면, 동일한 방위선으로 되어 있다.

마찬가지로, 도 4 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 엔코더 헤드(EN4)는, 설치 방위선(Le4) 상에 배치된다. 설치 방위선(Le4)은, XZ면내에서, 엔코더 헤드(EN4)에 의한 계측용 광빔의 스케일부(GPa(GPb)) 상으로의 투사 영역(판독 위치)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선으로 되어 있다. 또, 상기한 바와 같이, 설치 방위선(Le4)은, XZ면내에서, 얼라이먼트 현미경(AM2)에 의한 기판(P)의 관찰 영역(Vw4~Vw6)과, 회전 중심선(AX2)을 잇는 선으로 되어 있다. 이상으로부터, 엔코더 헤드(EN4)의 판독 위치와 회전 중심선(AX2)을 잇는 선과, 얼라이먼트 현미경(AM2)의 관찰 영역(Vw4~Vw6)과 회전 중심선(AX2)을 잇는 선은, XZ면내에서 보면, 동일한 방위선으로 되어 있다.

엔코더 헤드(EN1, EN2, EN3, EN4)의 설치 방위(회전 중심선(AX2)을 중심으로 한 XZ면내에서의 각도 방향)를 설치 방위선(Le1, Le2, Le3, Le4)에 의해 표현하는 경우, 도 4에 나타내는 바와 같이, 설치 방위선(Le1, Le2)이, 중심면(p3)에 대해서 각도 ±θ°가 되도록, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5) 및 엔코더 헤드(EN1, EN2)가 배치된다. 설치 방위선(Le1)과 설치 방위선(Le2)은, 엔코더 헤드(EN1)와 엔코더 헤드(EN2)가 스케일부(GPa(GPb))의 눈금의 주위에 공간적으로 비(非)간섭 상태로 설치된다.

변위계(YN1, YN2, YN3, YN4)는, 회전 중심선(AX2)으로부터 보아 스케일부(GPa 또는 GPb)의 주위에 각각 배치되어 있고, 회전 드럼(DR)의 주방향에서 다른 위치로 되어 있다. 이 변위계(YN1, YN2, YN3, YN4)는, 제어부(16)에 접속되어 있다.

변위계(YN1, YN2, YN3, YN4)는, 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(P) 상의 묘화면과 가능한한 지름 방향으로 가까운 위치에서 변위를 검출함으로써, 아베(Abbe) 오차를 작게 할 수 있다. 변위계(YN1, YN2, YN3, YN4)는, 회전 드럼(DR)의 양단부 중 일방을 향하여 계측용의 광빔을 투사하고, 그 반사 광속(혹은 회절광)을 광전 검출하는 것에 의해, 회전 드럼(DR)의 양단부의 Y방향(기판(P)의 폭방향)의 위치 변화에 따른 검출 신호를 제어부(16)에 출력한다. 제어부(16)는, 그 검출 신호를 미도시의 계측 회로(카운터 회로나 내삽 보간 회로 등)에 의해서 디지털 처리하는 것에 의해, 회전 드럼(DR(및 기판(P))의 Y방향의 변위 변화를 서브 미크론의 분해능으로 계측할 수 있다. 제어부(16)는, 회전 드럼(DR)의 양단부 중 일방의 변화로부터, 회전 드럼(DR)의 회전 편차도 계측할 수 있다.

변위계(YN1, YN2, YN3, YN4)는, 4개 중 1개라면 괜찮지만, 회전 드럼(DR)의 회전 편차 등의 계측을 위해서는, 4개 중 3개 이상 있으면, 회전 드럼(DR)의 양단부 중 일방면의 움직임(동적인 기울기 변화 등)을 파악할 수 있다. 또, 제어부(16)가 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)에 의해서 기판(P) 상의 마크나 패턴(혹은 회전 드럼(DR) 상의 마크 등)을 정상적으로 계측할 수 있는 경우, 변위계(YN1, YN2, YN3, YN4)는, 생략해도 괜찮다.

여기서, 제어부(16)는, 엔코더 헤드(EN1, EN2)에 의해서 스케일부(회전 드럼(DR))(GPa, GPb)의 회전 각도 위치를 검출하고, 검출한 회전 각도 위치에 근거하여, 홀수번째 및 짝수번째의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 의한 묘화를 행하고 있다. 즉, 제어부(16)는, 기판(P)에 투사되는 묘화 빔(LB)이 주사 방향으로 주사하고 있는 기간 중, 기판(P)에 묘화해야 할 패턴의 CAD 정보에 근거하여, 광 편향기(81)를 ON/OFF 변조하지만, 광 편향기(81)에 의한 ON/OFF 변조의 타이밍을, 검출한 회전 각도 위치에 근거하여 행함으로써, 기판(P)의 광 감응층 상에 패턴을 정밀도 좋게 묘화할 수 있다.

또, 제어부(16)는, 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)에 의해 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)가 검출되었을 때의, 엔코더 헤드(EN3, EN4)에 의해서 검출되는 스케일부(GPa, GPb)(회전 드럼(DR))의 회전 각도 위치를 기억하는 것에 의해, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)의 위치와 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치와의 대응 관계를 구할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(16)는, 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)에 의해 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(RMP)이 검출되었을 때의, 엔코더 헤드(EN3, EN4)에 의해서 검출되는 스케일부(GPa, GPb)(회전 드럼(DR))의 회전 각도 위치를 기억하는 것에 의해, 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(RMP)의 위치와 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치와의 대응 관계를 구할 수 있다. 이와 같이, 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)은, 관찰 영역(Vw1~Vw6) 내에서, 마크를 샘플링한 순간의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치(또는 주방향 위치)를 정밀하게 계측할 수 있다. 그리고, 노광 장치(EX)에서는, 이 계측 결과에 근거하여, 기판(P)과 기판(P) 상에 묘화되는 소정의 패턴을 위치 맞춤(얼라이먼트)하거나, 회전 드럼(DR)과 묘화 장치(11)를 캘리브레이션하거나 한다.

또, 실제의 샘플링은, 엔코더 헤드(EN3, EN4)에 의해서 계측되는 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치가, 미리 대략적으로 판명되어 있는 기판(P) 상의 마크나 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(RMP)의 위치에 대응한 각도 위치가 되었을 때에, 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)의 각 촬상계(GD)로부터 출력되는 화상(畵像) 정보를 고속으로 화상 메모리 등에 써넣는 것에 의해서 행하여진다. 즉, 엔코더 헤드(EN3, EN4)에서 계측되는 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치를 트리거(trigger)로 하여, 각 촬상계(GD)로부터 출력되는 화상 정보를 샘플링하고 있다. 이것과는 별도로, 일정 주파수의 클럭 신호의 각 펄스에 응답하여, 엔코더 헤드(EN3, EN4)에서 계측되는 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치(카운터 계측치)와, 각 촬상계(GD)로부터 출력되는 화상 정보를 동시에 샘플링 하는 방법도 있다.

또, 기판(P) 상의 마크나 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(RMP)은, 관찰 영역(Vw1~Vw6)에 대해서 일방향으로 이동하고 있기 때문에, 각 촬상계(GD)로부터 출력되는 화상 정보의 샘플링에 있어서는, CCD나 CMOS의 촬상 소자로서 셔터 스피드가 빠른 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이것에 따라서, 관찰 영역(Vw1~Vw6)을 조명하는 조명광의 휘도를 올릴 필요도 있고, 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)의 조명 광원으로서, 스트로보 라이트(strobo light))나 고휘도 LED 등을 사용하는 것이 생각되어진다.

도 11은, 기판 상에서의 묘화 라인과 묘화 패턴과의 위치 관계를 나타내는 설명도이다. 묘화 유닛(UW1~UW5)은, 묘화 라인(LL1~LL5)을 따라서 묘화 빔(LB)의 스폿 광을 주사함으로써, 패턴(PT1~PT5)을 묘화한다. 묘화 라인(LL1~LL5)의 묘화 개시 위치(OC1~OC5)가, 패턴(PT1~PT5)의 묘화 시단(始端)(PTa)이 된다. 묘화 라인(LL1~LL5)의 묘화 종료 위치(EC1~EC5)가, 패턴(PT1~PT5)의 묘화 종단(終端)(PTb)이 된다.

패턴(PT1)의 묘화 시단(PTa), 묘화 종단(PTb) 중 묘화 종단(PTb)이 패턴(PT2)의 묘화 종단(PTb)과 서로 이어진다. 마찬가지로, 패턴(PT2)의 묘화 시단(PTa)이 패턴(PT3)의 묘화 시단(PTa)과 서로 이어지고, 패턴(PT3)의 묘화 종단(PTb)이 패턴(PT4)의 묘화 종단(PTb)과 서로 이어지며, 패턴(PT4)의 묘화 시단(PTa)이 패턴(PT5)의 묘화 시단(PTa)과 서로 이어진다. 이와 같이, 기판(P) 상에 묘화되는 패턴(PT1~PT5)끼리가 기판(P)의 장척 방향으로의 이동에 따라서 기판(P)의 폭방향으로 서로 이어져, 큰 노광 영역(A7)의 전체에 디바이스 패턴이 묘화된다.

도 12는, 묘화 빔의 스폿 광과 묘화 라인과의 관계를 나타내는 설명도이다. 묘화 유닛(UW1~UW5) 중, 대표하여 묘화 유닛(UW1 및 UW2)의 묘화 라인(LL1 및 LL2)을 설명한다. 묘화 유닛(UW3~UW5)의 묘화 라인(LL3~LL5)에 대해서도 동일하므로 설명을 생략한다. 회전 폴리곤 미러(97)의 등속(等速) 회전에 의해서, 묘화 빔(LB)의 빔 스폿 광(SP)이 기판(P) 상의 묘화 라인(LL1 및 LL2)을 따라서, 묘화 개시 위치(OC1, OC2)로부터 묘화 종료 위치(EC1, EC2)까지의 묘화 라인의 길이 LBL만큼 주사된다.

통상, 직묘(直描) 노광 방식에서는, 장치로서 노광 가능한 최소 사이즈의 패턴을 묘화하는 경우도, 복수의 스폿 광(SP)에 의한 다중 노광(다중 쓰기)에 의해서, 고정밀도로 안정된 패턴 묘화를 실현하고 있다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 묘화 라인(LL1 및 LL2) 상에서, 스폿 광(SP)의 실효적인 직경을 Xs로 하면, 묘화 빔(LB)이 펄스광이기 때문에, 1개의 펄스광(피코초 오더의 발광 시간)에 의해서 생성되는 스폿 광(SP)과, 다음의 1개의 펄스광에 의해서 생성되는 스폿 광(SP)은, 직경 Xs의 약 1/2의 거리 CXs로 Y방향(주(主)주사 방향)으로 중첩하도록 주사되어 있다.

또, 각 묘화 라인(LL1, LL2)을 따른 스폿 광(SP)의 주(主)주사와 동시에, 기판(P)은 일정 속도로 ＋X방향으로 반송되어 있기 때문에, 각 묘화 라인(LL1, LL2)는 기판(P) 상을 X방향으로 일정 피치로 이동(부(副)주사)한다. 그 피치도, 여기에서는 스폿 광(SP)의 직경 Xs의 약 1/2의 거리 CXs로 설정되는 것으로 하지만, 그것에 한정되는 것은 아니다. 이것에 의해, 부(副)주사의 방향(X방향)에 대해서도, 직경 Xs의 1/2(혹은 그 것 이외의 중첩 거리라도 괜찮음)의 거리 CXs로 X 방향으로 인접하는 스폿 광(SP)끼리가 중첩하여 노광된다. 게다가, 묘화 라인(LL1)의 묘화 종료 위치(EC1)에서 발생되는 빔 스폿 광(SP)과, 묘화 라인(LL2)의 묘화 종료 위치(EC2)에서 발생되는 빔 스폿 광(SP)이, 기판(P)의 장척 방향으로의 이동(즉 부(副)주사)에 따라서 기판(P)의 폭방향(Y방향)으로 중첩 거리 CXs로 서로 이어지도록, 묘화 라인(LL1)의 묘화 개시 위치(OC1)와 묘화 종료 위치(EC1), 및 묘화 라인(LL2)의 묘화 개시 위치(OC2)와 묘화 종료 위치(EC2)가 설정된다.

일례로서, 빔 스폿 광(SP)의 실효적인 직경 Xs를 4㎛로 하면, 스폿 광(SP)의 2행×2열(주(主)주사와 부(副)주사의 양방향으로 중첩하여 늘어서는 합계 4개의 스폿 광)로 점유되는 면적, 혹은 3행×3열(주(主)주사와 부(副)주사의 양방향으로 중첩하여 늘어서는 합계 9개의 스폿 광)로 점유되는 면적을 최소 치수로 하는 패턴, 즉, 최소 치수가 6㎛~8㎛ 정도인 선폭(線幅)의 패턴을 양호하게 노광할 수 있다. 또, 회전 폴리곤 미러(97)의 반사면(97b)을 10면(面)으로 하고, 회전축(97a) 둘레의 회전 폴리곤 미러(97)의 회전 속도를 1만 rpm 이상으로 하면, 회전 폴리곤 미러(97)에 의한 묘화 라인(LL1~LL5) 상에서의 스폿 광(SP)(묘화 빔(LB))의 주사 횟수(주사 주파수 Fms로 함)는, 1666.66… 이상으로 가능하다. 이것은, 기판(P) 상에 1초당 반송 방향(X방향)으로 1666개 이상의 묘화 라인분(分)의 패턴을 묘화할 수 있는 것을 의미한다.

또, 회전 드럼(DR)의 회전 구동에 의한 기판(P)의 반송 속도가, 5mm/s 정도인 경우, 도 12에 나타낸 묘화 라인(LL1(LL2~LL5도 동일))의 X방향(기판(P)의 반송 방향)의 피치(거리 CXs)를 약 3㎛ 정도로 하는 것이 가능하다.

본 실시 형태의 경우, 주(主)주사 방향(Y방향)에 관한 패턴 묘화의 분해능 R은, 스폿 광(SP)의 실효적인 직경 Xs와 주사 주파수 Fms와 함께, 광 편향기(81)를 구성하는 음향 광학 소자(AOM)의 ON/OFF의 최소 스위칭 시간에 의해서 정해진다. 음향 광학 소자(AOM)로서, 최고 응답 주파수 Fss=50mHz의 것을 사용하면, ON 상태와 OFF 상태의 각 시간을 20nS 정도로 할 수 있다. 게다가, 회전 폴리곤 미러(97)의 1개의 반사면(97b)에 의한 묘화 빔(LB)의 실효 주사 기간(묘화 라인의 길이 LBL분(分)의 스폿 광의 주사)은, 1개의 반사면(97b)의 회전 각도분의 1/3 정도이기 때문에, 묘화 라인의 길이 LBL를 30mm로 한 경우, 광 편향기(81)의 스위칭 시간에 의존하여 정해지는 분해능 R은, R=LBL/(1/3)/(1/Fms)×(1/Fss)≒3㎛가 된다.

이 관계식으로부터, 패턴 묘화의 분해능 R을 향상시키기 위해, 예를 들면 광 편향기(81)의 음향 광학 소자(AOM)로서, 최고 응답 주파수 Fss가 100mHz의 것을 사용하고, ON/OFF의 스위칭 시간을 10nsec로 한다. 이것에 의해, 분해능 R은, 절반인 1.5㎛가 된다. 이 경우, 회전 드럼(DR)의 회전에 의한 기판(P)의 반송 속도를 절반으로 한다. 분해능 R을 향상시키는 다른 방법으로서는, 예를 들면 회전 폴리곤 미러(97)의 회전 속도를 올려도 괜찮다.

일반적으로 포토리소그래피(photolithography)에서 사용되고 있는 레지스트(resist)에는, 레지스트 감도(感度) Sr로서 대체로 30mj/cm² 정도의 것이 사용된다. 광학계의 투과율 ΔTs를 0.5(50%), 회전 폴리곤 미러(97)의 1개의 반사면(97b) 중에서의 실효 주사 기간을 1/3 정도, 묘화 라인의 길이 LBL를 30mm, 묘화 유닛(UW1~UW5)의 수 Nuw를 5, 회전 드럼(DR)에 의한 기판(P)의 반송 속도 Vp를 5mm/s(300mm/min)로 하면, 광원 장치(CNT)의 필요 레이저 파워 Pw는, 다음 식과 같이 어림되어진다.

Pw=30/60×3×30×5/0.5/(1/3)=1350mW

만일, 묘화 유닛을 7개로 한 경우, 광원 장치(CNT)의 필요 레이저 파워 Pw는, 다음 식에서 어림되어진다.

Pw=30/60×3×30×7/0.5/(1/3)=1890mW

예를 들면, 레지스트 감도가 80mj/cm² 정도이면, 동일한 스피드로 노광하기 위해서는, 빔 출력으로서 3~5W 정도의 광원 장치(CNT)가 필요하다. 그러한 하이파워인 광원을 준비하는 대신에, 회전 드럼(DR)의 회전에 의한 기판(P)의 반송 속도 Vp를 초기치인 5mm/s에 대해서 30/80로 저하시키면, 빔 출력으로서 1.4~1.9W 정도의 광원 장치에 의해 노광하는 것도 가능하게 된다.

또, 묘화 라인의 길이 LBL를 30mm로 하고, 만일 빔 스폿 광(SP)의 스폿 직경 Xs와, 광 편향기(81)의 음향 광학 소자(AOM)에 의한 광 스위칭에 의해 정해지는 분해능(빔 위치를 지정하는 최소 그리드(grid)이며, 1화소에 상당) Xg가 동일하고, 3㎛로 한 경우, 10면(面)의 회전 폴리곤 미러(97)의 회전 속도를 1만(万)rpm로 했을 때의 회전 폴리곤 미러(97)의 1회전의 시간은 3/500초, 회전 폴리곤 미러(97)의 1개의 반사면(97b)에 의한 실효 주사 기간을 1개의 반사면(97b)의 회전 각도분의 1/3로 하면, 1개의 반사면(97b)에 의한 실효적인 주사 시간 Ts(초)는, (3/500)×(1/10)×(1/3)로 구해지고, Ts=1/5000(초)가 된다. 이것으로부터, 광원 장치(CNT)가 펄스 레이저인 경우의 펄스 발광 주파수 Fz는, Fz=LBL/(Ts·Xs)에서 구해지며, Fz=50mHz가 최저 주파수가 된다. 따라서, 실시 형태에서는, 주파수 50mHz 이상의 펄스 레이저를 출력하는 광원 장치(CNT)가 필요하다. 이것으로부터, 광원 장치(CNT)의 펄스 발광 주파수 Fz는, 바람직하게는 광 편향기(81)의 음향 광학 소자(AOM)의 최고 응답 주파수 Fss(예를 들면 50mHz)의 2배 이상(예를 들면 100mHz)이 좋다.

게다가, 광 편향기(81)의 음향 광학 소자(AOM)를 ON상태/OFF 상태로 전환하는 구동 신호는, 음향 광학 소자(AOM)가 ON상태로부터 OFF 상태로 천이(遷移)하는 동안, 또는 OFF 상태로부터 ON 상태로 천이하는 동안에 펄스 발광이 생기지 않도록, 광원 장치(CNT)를 펄스 발광 주파수 Fz에서 발진시키는 클럭 신호와 동기시키는 제어로 하는 것이 좋다.

다음으로, 빔 스폿 광(SP)의 스폿 직경 Xs와 광원 장치(CNT)의 펄스 발광 주파수 Fz의 관계를, 빔 형상(중첩하는 2개의 스폿 광(SP)의 강도 분포)의 관점으로부터, 도 13의 그래프를 이용하여 설명한다. 도 13의 가로축은, 묘화 라인을 따른 Y방향, 또는 기판(P)의 반송 방향을 따른 X방향에서의 스폿 광(SP)의 묘화 위치, 혹은 스폿 광(SP)의 치수를 나타내고, 세로축은, 단독의 스폿 광(SP)의 피크 강도를 1.0로 규격화한 상대적인 강도치를 나타낸다. 또, 여기에서는, 단독의 스폿 광(SP)의 강도 분포를 J1으로 하고, 가우스(Gauss) 분포로 가정하여 설명한다.

도 13에서, 단독의 스폿 광(SP)의 강도 분포 J1은, 피크 강도에 대해서 1/e²인 강도로 3㎛의 직경을 가지는 것으로 한다. 강도 분포 J2~J6는, 그러한 스폿 광(SP)의 2펄스분을, 주(主)주사 방향 또는 부(副)주사 방향으로 위치를 어긋나게 조사했을 때에 기판(P) 상에서 얻어지는 적산(積算)의 강도 분포(프로파일)의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 각각 위치의 어긋남량(간격 거리)을 다르게 한 것이다.

도 13의 그래프에서, 강도 분포 J5는, 2펄스분의 스폿 광(SP)이 직경 3㎛와 동일한 간격 거리만큼 어긋나 있는 경우를 나타내고, 강도 분포 J4는, 2펄스분의 스폿 광(SP)의 간격 거리가 2.25㎛인 경우, 강도 분포 J3는, 2펄스분의 스폿 광(SP)의 간격 거리가 1.5㎛인 경우를 나타낸다. 이 강도 분포 J3~J5의 변화로부터 분명한 바와 같이, 강도 분포 J5에서는, 직경 3㎛인 스폿 광(SP)이 3㎛ 간격으로 조사되는 조건의 경우, 적산된 프로파일은, 2개의 스폿 광의 각각의 중심 위치에서 가장 높은 혹 모양이 되고, 2개의 스폿 광의 중점(中点)의 위치에서는, 규격화 강도가 0.3 정도밖에 얻어지지 않는다. 이것에 대해서, 직경 3㎛인 스폿 광(SP)이 1.5㎛ 간격으로 조사되는 조건의 경우, 적산된 프로파일은, 프로파일에 눈에 띈 혹 모양의 분포가 아니고, 2개의 스폿 광의 중점의 위치를 사이에 두고 거의 플랫(flat)하게 되어 있다.

또, 도 13에서, 강도 분포 J2는, 2펄스분의 스폿 광(SP)의 간격 거리를 0.75㎛로 한 경우의 적산 프로파일을 나타내고, 강도 분포 J6는, 간격 거리를, 단독인 스폿 광(SP)의 강도 분포 J1의 반값 전체 폭(FWHM)인 1.78㎛로 설정한 경우의 적산 프로파일을 나타낸다.

이와 같이, 스폿 광(SP)의 직경 Xs와 동일 간격 보다도 짧은 간격 거리 CXs에서 2개의 스폿 광이 조사되는 펄스 발진의 조건의 경우, 2개의 혹 모양의 분포가 현저하게 나타나기 쉬우므로, 노광시에 강도 불균일(묘화 정밀도의 열화)이 되지 않은 최적인 간격 거리로 설정하는 것이 바람직하다. 도 13의 강도 분포 J3 또는 J6와 같이, 단일의 스폿 광(SP)의 직경 Xs의 절반 정도(예를 들면 40~60%)의 간격 거리 CXs로 중첩시켜 가는 것이 좋다. 그러한 최적인 간격 거리 CXs는, 주(主)주사 방향에 관해서는, 광원 장치(CNT)의 펄스 발광 주파수 Fz과, 묘화 라인을 따른 스폿 광(SP)의 주사 속도 혹은 주사 시간 Ts(회전 폴리곤 미러(97)의 회전 속도) 중 적어도 일방을 조정함으로써 설정할 수 있고, 부(副)주사 방향에 관해서는, 묘화 라인의 주사 주파수 Fms(회전 폴리곤 미러(97)의 회전 속도)와 기판(P)의 X방향의 이동 속도 중 적어도 일방을 조정함으로써 설정할 수 있다.

예를 들면, 회전 폴리곤 미러(97)의 회전 속도의 절대치(스폿 광의 주사 시간 Ts)를 고정밀도로 조정할 수 없는 경우는, 광원 장치(CNT)의 펄스 발광 주파수 Fz를 미세 조정함으로써, 주(主)주사 방향에 관한 스폿 광(SP)의 간격 거리 CXs와 스폿 광의 직경 Xs(치수)와의 비율을 최적인 범위로 조정할 수 있다.

이와 같이, 2개의 스폿 광(SP)을 주사 방향으로 중첩시키는 경우, 즉, Xs＞CXs로 하는 경우, 광원 장치(CNT)는, 펄스 발광 주파수 Fz를, Fz＞LBL/(Ts·Xs)의 관계로서, Fz=LBL/(Ts·CXs)의 관계를 만족하도록 설정되어 있다. 예를 들면, 광원 장치(CNT)의 펄스 발광 주파수 Fz가 100mHz인 경우, 회전 폴리곤 미러(97)를 10면(面)으로 하여 1만rpm로 회전시키면, 1/e², 또는 반값 전체 폭(FWHM)으로 규정되는 스폿 광의 실효적인 직경 Xs를 3㎛로 하여, 각 묘화 유닛(UW1~UW5)으로부터의 펄스 레이저 빔(스폿 광)을, 각 묘화 라인(LL1~LL5) 상에서 직경 Xs의 약 반인 1.5㎛의 간격 CXs로 조사할 수 있다. 이것에 의해서, 패턴 묘화시의 노광량의 균일성이 향상되고, 미세한 패턴에서도 묘화 데이터에 따른 충실한 노광상(露光像)(레지스트상(像))이 얻어지며, 고정밀한 묘화를 달성할 수 있다.

게다가, 음향 광학 소자(AOM)의 광 스위칭 속도에 의해 정해지는 분해능(최고 응답 주파수 Fss)과 광원 장치(CNT)의 펄스 발진 주파수 Fz는, h를 임의의 정수(整數)로 하면, 위치 혹은 시간으로 환산하여 정수배의 관계, 즉, Fz=h·Fss의 관계일 필요가 있다. 이것은, 음향 광학 소자(AOM)의 광 스위칭의 타이밍에 의해서, 광원 장치(CNT)로부터 펄스 빔이 한창 발광되고 있는 중에 ON/OFF를 행하지 않게 하기 위함이다.

제1 실시 형태의 노광 장치(EX)에서는, 파이버 앰프(FB1, FB2)와 파장 변환부(CU2)의 파장 변환 소자를 조합시킨 펄스 레이저 광원의 광원 장치(CNT)를 이용하고 있으므로, 자외 파장역(400~300nm)에서, 이러한 높은 발진 주파수를 가지는 펄스광이 용이하게 얻어진다.

다음으로, 노광 장치(EX)의 묘화 장치(11)의 조정 방법에 대해 설명한다. 도 14는, 제1 실시 형태의 노광 장치의 조정 방법에 관한 플로우차트이다. 도 15는, 회전 드럼의 기준 패턴과, 묘화 라인과의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 16은, 회전 드럼의 기준 패턴으로부터의 반사광을 명시야에서 수광하는 광전 센서로부터 출력되는 신호를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 제어부(16)는, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)의 위치 관계를 파악하는 캘리브레이션을 위해, 도 15에 나타내는 바와 같이, 회전 드럼(DR)을 회전시킨다. 회전 드럼(DR)은, 묘화 빔(LB)을 투과 할 수 있을 정도로 투광성이 있는 기판(P)을 반송해도 괜찮다.

위에서 설명한 바와 같이, 기준 패턴(RMP)은, 회전 드럼(DR)의 외주면과 일체이다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 기준 패턴(RMP) 중, 임의의 기준 패턴(RMP1)은, 회전 드럼(DR)의 외주면의 이동에 따라서 이동한다. 이 때문에, 기준 패턴(RMP1)은, 묘화 라인(LL1, LL3, LL5)을 통과한 후, 묘화 라인(LL2, LL4)을 통과한다. 예를 들면, 제어부(16)는, 동일한 기준 패턴(RMP1)이 묘화 라인(LL1, LL3, LL5)을 통과한 경우, 묘화 유닛(UW1, UW3, UW5)의 묘화 빔(LB)을 주사시킨다. 그리고, 제어부(16)는, 동일한 기준 패턴(RMP1)이 묘화 라인(LL2, LL4)을 통과한 경우, 묘화 유닛(UW2, UW4)의 묘화 빔(LB)을 주사시킨다(스텝 S1). 이 때문에, 기준 패턴(RMP1)은, 묘화 유닛(UW1~UW5)의 위치 관계를 파악하기 위한 기준이 된다.

위에서 설명한 캘리브레이션 검출계(31)의 광전 센서(31Cs)(도 4)는, f-θ 렌즈계(85)와, 주사기(83)를 포함하는 주사 광학계를 매개로 하여, 기준 패턴(RMP1)으로부터의 반사광을 검출한다. 광전 센서(31Cs)는, 제어부(16)에 접속되어 있고, 제어부(16)가 광전 센서(31Cs)의 검출 신호를 검출한다(스텝 S2). 예를 들면, 묘화 유닛(UW1~UW5)은, 묘화 라인(LL1~LL5)마다, 복수의 묘화 빔(LB)의 각각을 소정의 주사 방향으로, 복수열(列) 주사한다.

예를 들면, 도 16에 나타내는 바와 같이, 묘화 유닛(UW1~UW5)은, 묘화 빔(LB)을 묘화 개시 위치(OC1)로부터, 위에서 설명한 회전 드럼(DR)의 회전 중심선(AX2)을 따른 방향(Y방향)으로 묘화 라인의 길이 LBL(도 12 참조)만큼 제1열 주사(SC1)를 행한다. 다음으로, 묘화 유닛(UW1~UW5)은, 묘화 빔(LB)을 묘화 개시 위치(OC1)로부터, 위에서 설명한 회전 드럼(DR)의 회전 중심선(AX2)을 따른 방향(Y방향)으로 묘화 라인의 길이 LBL(도 12 참조)만큼 제2열 주사(SC2)를 행한다. 다음으로, 묘화 유닛(UW1~UW5)은, 묘화 빔(LB)을 묘화 개시 위치(OC1)로부터, 위에서 설명한 회전 드럼(DR)의 회전 중심선(AX2)을 따른 방향(Y방향)으로 묘화 라인의 길이 LBL(도 12 참조)만큼 제3열 주사(SC3)를 행한다.

회전 드럼(DR)은, 회전 중심선(AX2)의 둘레로 회전하므로, 제1열 주사(SC1), 제2열 주사(SC2) 및 제3열 주사(SC3)의 기준 패턴(RMP1) 상에서의 X방향의 위치는,ΔP1,ΔP2만큼 차이가 있다. 또, 제어부(16)는, 회전 드럼(DR)을 정지(靜止)시킨 상태에서 제1열 주사(SC1)를 따른 묘화 빔(LB)의 주사를 행하고, 그 후, ΔP1분만큼 회전 드럼(DR)을 회전시켜 정지하고, 제2열 주사(SC2)를 따른 묘화 빔(LB)의 주사, 다시 회전 드럼(DR)을 ΔP2만큼 회전시켜 정지하여, 제3열 주사(SC3)를 따른 묘화 빔(LB)의 주사의 순서대로 각 부를 동작시키는 시퀀스라도 괜찮다.

위에서 설명한 바와 같이, 기준 패턴(RMP)은, 회전 드럼(DR)의 외주면에 형성되는 서로 교차하는 2개의 선 패턴(RL1, RL2)의 교점부(Cr1, Cr2)가, 위에서 설명한 묘화 라인이 길이 LBL 보다도 작게 설정되어 있다. 이 때문에, 제1열 주사(SC1), 제2열 주사(SC2) 및 제3열 주사(SC3)의 묘화 빔(LB)이 투사되면, 묘화 빔(LB)이 적어도 교점부(Cr1, Cr2)에 조사된다. 선 패턴(RL1, RL2)은, 회전 드럼(DR)의 표면에 요철로서 형성되어 있다. 회전 드럼(DR)의 표면의 요철의 단차량을 특정의 조건으로 해 두면, 묘화 빔(LB)이 선 패턴(RL1, RL2)에 투사되어 발생하는 반사광은, 부분적으로 반사 강도에 차이를 일으킨다. 예를 들면, 도 16에 나타내는 바와 같이, 선 패턴(RL1, RL2)이 회전 드럼(DR)의 표면의 오목부인 경우, 묘화 빔(LB)이 선 패턴(RL1, RL2)에 투사되면, 선 패턴(RL1, RL2)에서 반사하는 반사광이 광전 센서(31Cs)에 명시야로 수광된다.

제어부(16)는, 광전 센서(31Cs)로부터의 출력 신호에 근거하여, 기준 패턴(RMP)의 엣지 위치(pscl)를 검출한다. 예를 들면, 제어부(16)는, 제1열 주사(SC1)시에 광전 센서(31Cs)로부터 얻어진 출력 신호에 근거하여, 제1열 주사 위치 데이터(Dsc1)와, 기준 패턴(RMP)의 엣지 위치(pscl)의 센터치(mpscl)를 기억한다.

다음으로, 제어부(16)는, 제2열 주사(SC2)시에 광전 센서(31Cs)로부터 얻어진 출력 신호에 근거하여, 제2열 주사 위치 데이터(Dsc2)와, 기준 패턴(RMP)의 엣지 위치(pscl)의 센터치(mpscl)를 기억한다. 그리고 제어부(16)는, 제3열 주사(SC3)시에 광전 센서(31Cs)로부터 얻어진 출력 신호에 근거하여, 제3열 주사 위치 데이터(Dsc3)와, 기준 패턴(RMP)의 엣지 위치(pscl)의 센터치(mpscl)를 기억한다.

제어부(16)는, 제1열 주사 위치 데이터(Dsc1), 제2열 주사 위치 데이터(Dsc2) 및 제3열 주사 위치 데이터(Dsc3)와, 복수의 기준 패턴(RMP)의 엣지 위치(pscl)의 센터치(mpscl)로부터, 서로 교차하는 2개의 선 패턴(RL1, RL2)의 교점부(Cr1, Cr2)의 좌표 위치를 연산에 의해서 구한다. 그 결과, 제어부(16)는, 서로 교차하는 2개의 선 패턴(RL1, RL2)의 교점부(Cr1, Cr2)와 묘화 개시 위치(OC1)와의 관계도 연산할 수 있다. 다른 묘화 유닛(UW2~5)에 대해서도 마찬가지로, 제어부(16)는, 서로 교차하는 2개의 선 패턴(RL1, RL2)의 교점부(Cr1, Cr2)와 묘화 개시 위치(OC2~OC5)(도 11 참조)와의 관계도 연산할 수 있다. 또, 위에서 설명한 센터치(mpscl)는, 광전 센서(31Cs)로부터 출력되는 신호의 피크치로부터 구해도 괜찮다.

이상, 선 패턴(RL1, RL2)에서 반사하는 반사광을 광전 센서(31Cs)가 명시야로 수광하는 경우에 대해서, 설명했지만, 광전 센서(31Cs)는, 선 패턴(RL1, RL2)에서 반사하는 반사광을 암시야로 수광해도 괜찮다. 도 17은, 회전 드럼의 기준 패턴으로부터의 반사광을 암시야로 수광하는 광전 센서를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 18은, 회전 드럼의 기준 패턴으로부터의 반사광을 암시야로 수광하는 광전 센서로부터 출력되는 신호를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 17에서 나타내는 바와 같이, 캘리브레이션 검출계(31)는, 릴레이 렌즈(94)와 광전 센서(31Cs)와의 사이에, 고리 띠 모양의 광 투과부를 가지는 차광 부재(31f)를 배치하고 있다. 이 때문에, 광전 센서(31Cs)는, 선 패턴(RL1, RL2)에서 반사하는 반사광 중 엣지 산란광 또는 회절광을 수광한다. 예를 들면, 도 18에 나타내는 바와 같이, 선 패턴(RL1, RL2)이 회전 드럼(DR)의 표면의 오목부인 경우, 묘화 빔(LB)이 선 패턴(RL1, RL2)에 투사되면, 광전 센서(31Cs)는 선 패턴(RL1, RL2)에서 반사하는 반사광을 암시야로 수광한다.

제어부(16)는, 광전 센서(31Cs)로부터 출력되는 신호에 근거하여, 기준 패턴(RMP)의 엣지 위치(pscdl)를 검출한다. 예를 들면, 제어부(16)는, 제1열 주사(SC1)시에 광전 센서(31Cs)로부터 얻어진 출력 신호에 근거하여, 제1열 주사 위치 데이터(Dsc1)와, 기준 패턴(RMP)의 엣지 위치(pscdl)의 센터치(mpscdl)를 기억한다. 다음으로, 제어부(16)는, 제2열 주사(SC2)시에 광전 센서(31Cs)로부터 얻어진 출력 신호에 근거하여, 제2열 주사 위치 데이터(Dsc2)와, 기준 패턴(RMP)의 엣지 위치(pscdl)의 센터치(mpscdl)를 기억한다. 제어부(16)는, 제3열 주사(SC3)시에 광전 센서(31Cs)로부터 얻어진 출력 신호에 근거하여, 제3열 주사 위치 데이터(Dsc3)와, 기준 패턴(RMP)의 엣지 위치(pscdl)의 센터치(mpscdl)를 기억한다.

제어부(16)는, 제1열 주사 위치 데이터(Dsc1), 제2열 주사 위치 데이터(Dsc2) 및 제3열 주사 위치 데이터(Dsc3)와, 복수의 기준 패턴(RMP)의 엣지 위치(pscdl)의 센터치(mpscdl)로부터, 서로 교차하는 2개의 선 패턴(RL1, RL2)의 교점부(Cr1, Cr2)를 연산에 의해서 구한다. 그 결과, 제어부(16)는, 서로 교차하는 2개의 선 패턴(RL1, RL2)의 교점부(Cr1, Cr2)의 좌표 위치와 묘화 개시 위치(OC1)와의 관계를 연산에 의해서 구한다.

다른 묘화 유닛(UW2~5)에 대해서도 마찬가지로, 제어부(16)는, 서로 교차하는 2개의 선 패턴(RL1, RL2)의 교점부(Cr1, Cr2)와 묘화 개시 위치(OC2~OC5)와의 관계도 연산할 수 있다. 이와 같이, 선 패턴(RL1, RL2)에서 반사하는 반사광을 광전 센서(31Cs)가 암시야로 수광하는 경우, 복수의 기준 패턴(RMP)의 엣지 위치(pscdl)의 정밀도를 높일 수 있다.

도 14에 나타내는 바와 같이, 제어부(16)는, 스텝 S2에서 검출한 검출 신호로부터, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보)를 구한다(스텝 S3). 도 19는, 회전 드럼의 기준 패턴끼리의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 20은, 복수의 묘화 라인의 상대적인 위치 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 위에서 설명한 바와 같이, 홀수번째의 제1 묘화 라인(LL1), 제3 묘화 라인(LL3) 및 제5 묘화 라인(LL5)이 배치되고, 도 19에 나타내는 바와 같이, 제1 묘화 라인(LL1), 제3 묘화 라인(LL3) 및 제5 묘화 라인(LL5)마다, 검지되는 교점부(Cr1) 사이의 기준 거리 PL는, 제어부(16)가 미리 기억하고 있다. 마찬가지로, 제2 묘화 라인(LL2) 및 제4 묘화 라인(LL4)마다, 검지되는 교점부(Cr1) 사이의 기준 거리 PL도, 제어부(16)가 미리 기억하고 있다. 또, 제2 묘화 라인(LL2) 및 제3 묘화 라인(LL3)마다, 검지되는 교점부(Cr1) 사이의 기준 거리 ΔPL도, 제어부(16)가 미리 기억하고 있다. 게다가, 또, 제4 묘화 라인(LL4) 및 제5 묘화 라인(LL5)마다, 검지되는 교점부(Cr1) 사이의 기준 거리 ΔPL도, 제어부(16)가 미리 기억하고 있다.

예를 들면, 도 20에 나타내는 바와 같이, 제어부(16)는, 제1 묘화 라인(LL1)의 묘화 개시 위치(OC1)는 원점 검출기(98)(도 7 참조)로부터의 신호에 근거하여, 위치 관계를 파악할 수 있으므로, 교점부(Cr1)와 묘화 개시 위치(OC1)와의 거리 BL1를 구할 수 있다. 또, 제어부(16)는, 제3 묘화 라인(LL3)의 묘화 개시 위치(OC3)가 원점 검출기(98)에 의해 위치를 검출할 수 있으므로, 교점부(Cr1)와 묘화 개시 위치(OC3)와의 거리 BL3를 구할 수 있다. 이 때문에, 제어부(16)는, 거리 BL1, 거리 BL3 및 기준 거리 PL에 근거하여, 묘화 개시 위치(OC1)와, 묘화 개시 위치(OC3)와의 위치 관계를 구하고, 묘화 라인(LL1, LL3)을 따라서 주사하는 묘화 빔(LB)의 원점 사이의 원점 사이 거리 ΔOC13를 기억할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(16)는, 제5 묘화 라인(LL5)의 묘화 개시 위치(OC5)가 원점 검출기(98)에 의해 위치를 검출할 수 있으므로, 교점부(Cr1)와 묘화 개시 위치(OC5)와의 거리 BL5를 구할 수 있다. 이 때문에, 제어부(16)는, 거리 BL3, 거리 BL5 및 기준 거리 PL에 근거하여, 묘화 개시 위치(OC3)와, 묘화 개시 위치(OC5)와의 위치 관계를 구하고, 묘화 라인(LL3, LL5)을 따라서 주사하는 묘화 빔(LB)의 원점 사이의 원점 사이 거리 ΔOC35를 기억할 수 있다.

제어부(16)는, 제2 묘화 라인(LL2)의 묘화 개시 위치(OC2)가 원점 검출기(98)에 의해 위치를 검출할 수 있으므로, 교점부(Cr1)와 묘화 개시 위치(OC2)와의 거리 BL2를 구할 수 있다. 또, 제어부(16)는, 제4 묘화 라인(LL4)의 묘화 개시 위치(OC4)가 원점 검출기(98)에 의해 위치를 검출할 수 있으므로, 교점부(Cr1)와 묘화 개시 위치(OC4)와의 거리 BL4를 구할 수 있다. 이 때문에, 제어부(16)는, 거리 BL2, 거리 BL4 및 기준 거리 PL에 근거하여, 묘화 개시 위치(OC2)와, 묘화 개시 위치(OC4)와의 위치 관계를 구하고, 묘화 라인(LL2, LL4)을 따라서 주사하는 묘화 빔(LB)의 원점 사이의 원점 사이 거리 ΔOC24를 기억할 수 있다.

또, 제어부(16)는, 묘화 개시 위치(OC1)와, 묘화 개시 위치(OC2)가, 위에서 설명한 동일한 기준 패턴(RMP1)을 매개로 하여 구한 위치이므로, 용이하게 묘화 라인(LL1, LL2)을 따라서 주사하는 묘화 빔(LB)의 원점 사이의 원점 사이 거리 ΔOC12를 기억할 수 있다. 이상 설명한 바와 같이, 노광 장치(EX)는, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)의 개개의 원점(묘화 개시점)의 상호의 위치 관계를 구할 수 있다.

또, 제어부(16)는, 제2 묘화 라인(LL2) 및 제3 묘화 라인(LL3)에서 검지되는 교점부(Cr1) 사이의 기준 거리 ΔPL로부터, 묘화 개시 위치(OC2)와, 묘화 개시 위치(OC3)가 서로 이어지는 오차를 검출할 수 있다. 게다가, 또, 제4 묘화 라인(LL4) 및 제5 묘화 라인(LL5)에서 검지되는 교점부(Cr1) 사이의 기준 거리 ΔPL로부터, 묘화 개시 위치(OC4)와 묘화 개시 위치(OC5)가 서로 이어지는 오차를 검출할 수 있다.

각 묘화 라인(LL1~LL5)의 묘화 개시 위치(OC1~OC5)로부터 묘화 종료 위치(EC1~EC5)까지의 사이에 2개의 교점부(Cr1, Cr2)를 검출하도록 한다. 이것에 의해, 묘화 개시 위치(OC1~OC5)로부터 묘화 종료 위치(EC1~EC5)까지의 주사 방향을 검출할 수 있다. 그 결과, 제어부(16)는, 각 묘화 라인(LL1~LL5)이 중심선(AX2)을 따르는 방향(Y방향)에 대한 각도 오차를 검출할 수 있다.

제어부(16)는, 위에서 설명한 기준 패턴(RMP1)에 대해, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보)를 구한다. 기준 패턴(RMP1)를 포함하는 기준 패턴(RMP)은, 일정한 피치(주기)(Pf1, Pf2)로 반복하여 새겨서 마련한 메쉬 모양의 기준 패턴이다. 이 때문에, 제어부(16)가 각 피치 Pf1, Pf2로 반복하는 기준 패턴(RMP)에 대해, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보)를 구하고, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 상대적인 위치 관계의 편차에 관한 정보를 연산한다. 그 결과, 제어부(16)는, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보)의 정밀도를 보다 높일 수 있다.

다음으로 도 14에 나타내는 바와 같이, 제어부(16)는, 묘화 상태를 조정하는 처리를 행한다(스텝 S4). 제어부(16)는, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보) 및 엔코더 헤드(EN1, EN2)에 의해서 검출되는 스케일부(회전 드럼(DR))(GPa, GPb)의 회전 각도 위치에 근거하여, 홀수번째 및 짝수번째의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 의한 묘화 위치를 조정한다. 엔코더 헤드(EN1, EN2)는, 위에서 설명한 스케일부(회전 드럼(DR))(GPa, GPb)에 근거하여, 기판(P)의 이송량을 검출할 수 있다.

도 21은, 앞의 도 12와 마찬가지로, 기판의 단위시간당 이동 거리와, 이동 거리 내에 포함되는 묘화 라인의 갯수와의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 21에 나타내는 바와 같이, 엔코더 헤드(EN1, EN2)는, 기판(P)의 단위시간당 이동 거리 ΔX를 검출하고, 기억할 수 있다. 또, 위에서 설명한 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)에 의해서, 복수의 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)를 순차적으로 검출하여, 이동 거리 ΔX를 구하여 기억하도록 해도 괜찮다.

기판(P)의 단위시간당 이동 거리 ΔX에서, 묘화 유닛(UW1)에 의한 복수의 묘화 라인(LL1)은, 빔 스폿 광(SP)의 빔 라인(SPL1, SPL2 및 SPL3)에 의해 묘화되고, 각각의 빔 스폿 광(SP)의 스폿 직경 Xs의 약 1/2로 X방향(및 Y방향)으로 중첩하도록 주사되어 있다. 마찬가지로, 묘화 라인(LL1)의 묘화 종단(PTb)측의 빔 스폿 광(SP)과, 묘화 라인(LL2)의 묘화 종단(PTb)측의 빔 스폿 광(SP)은, 기판(P)의 장척 방향으로의 이동에 따라서 기판(P)의 폭방향으로 중첩 거리 CXs로 서로 이어지게 된다.

예를 들면, 회전 드럼(DR)이 상하 이동하면, 홀수번째 및 짝수번째의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 의한 X방향의 묘화 위치에 어긋남이 생기고, 예를 들면 X방향의 배율이 어긋나게 될 가능성이 있다. 제어부(16)는, 회전 드럼(DR)이 반송하는 기판(P)의 반송 속도(이동 속도)를 느리게 하면, 빔 라인(SPL1, SPL2 및 SPL3)의 X방향의 간격 거리 CXs가 작게 되고, X방향의 묘화 배율을 작게 하도록 조정할 수 있다. 반대로, 회전 드럼(DR)이 반송하는 기판(P)의 반송 속도(이동 속도)를 빠르게 하면, 빔 라인(SPL1, SPL2 및 SPL3)의 X방향의 간격 거리 CXs가 크게 되고, X방향의 묘화 배율을 크게 하도록 조정할 수 있다. 이상, 묘화 라인(LL1)에 대해서, 도 21을 참조하여 설명했지만, 다른 묘화 라인(LL2~LL5)에 대해서도 동일하다. 제어부(16)는, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보) 및 엔코더 헤드(EN1, EN2)에 의해서 스케일부(회전 드럼(DR))(GPa, GPb)의 검출한 회전 각도 위치에 근거하여, 기판(P)의 장척 방향에서의, 기판(P)의 단위시간당 이동 거리 ΔX와, 상기 이동 거리 내에 포함되는 빔 라인(SPL1, SPL2 및 SPL3)의 갯수와의 관계를 변경할 수 있다. 이 때문에, 제어부(16)는, 홀수번째 및 짝수번째의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 의한 X방향의 묘화 위치를 조정할 수 있다.

도 22는, 펄스 광원의 시스템 클럭과 동기하여 발광하는 펄스광을 모식적으로 설명하는 설명도이다. 이하, 묘화 라인(LL2)에 대해서, 도 21도 참조하여 설명하지만, 묘화 라인(LL1, LL3~LL5)에 대해서도 동일하다. 광원 장치(CNT)는, 시스템 클럭(SQ)으로서의 펄스 신호 wp와 동기하여 빔 스폿 광(SP)을 발생시킬 수 있다. 시스템 클럭(SQ)의 주파수 Fz를 변화시킴으로써, 펄스 신호 wp의 펄스 간격 Δwp(=1/Fz)가 변한다. 그 시간적인 펄스 간격 Δwp는, 묘화 라인(LL2) 상에서는, 펄스마다의 스폿 광(SP)의 주(主)주사 방향의 간격 거리 CXs에 대응하고 있다. 제어부(16)는, 묘화 빔(LB)의 빔 스폿 광(SP)을 기판(P) 상의 묘화 라인(LL2)을 따라서 묘화 라인의 길이 LBL만큼 주사시키고 있다.

제어부(16)는, 묘화 빔(LB)이 묘화 라인(LL2)을 따라서 주사하고 있는 동안에, 시스템 클럭(SQ)의 주기를 부분적으로 변경하여, 펄스 간격 Δwp를, 묘화 라인(LL2) 중의 임의의 위치에서 증감시키는 기능을 구비하고 있다. 예를 들면, 본래의 시스템 클럭(SQ)이 100mHz인 경우, 제어부(16)는, 묘화 라인의 길이 LBL만큼 주사하는 동안에 일정한 시간 간격(주기)으로 부분적으로 시스템 클럭(SQ)을, 예를 들면 101mHz(혹은 99mHz)로 한다. 그 결과, 묘화 라인이 길이 LBL에서의 빔 스폿 광(SP)의 수가 증감한다. 환언하면, 제어부(16)는, 묘화 라인의 길이 LBL만큼 주사하는 동안에, 소정회(1이상)의 주기 간격으로 시스템 클럭(SQ)의 듀티(duty)를 부분적으로 증감한다. 이것에 의해, 펄스 간격 Δwp의 변화분만큼 광원(CNT)이 발생시키는 빔 스폿 광(SP)의 간격이 변화하고, 빔 스폿 광(SP)끼리의 중첩 거리 CXs가 변화한다. 그리고, Y방향의 묘화 시단(PTa)과 묘화 종단(PTb)과의 거리가 외관상, 신축한다.

일례를 설명하면, 묘화 라인의 길이 LBL가 30mm인 경우, 그것을 11등분하고, 약 3mm의 묘화 길이(주기 간격)마다 1개소만큼 시스템 클럭(SQ)의 펄스 간격 Δwp를 증감시킨다. 펄스 간격 Δwp의 증감량은, 도 13에서 설명한 바와 같이, 서로 이웃하는 2개의 스폿 광(SP)의 간격 거리 CXs의 변화에 따른 적산 프로파일(강도 분포)의 큰 악화를 초래하지 않는 범위, 예를 들면 기준의 간격 거리 CSx를 스폿 광의 직경 Xs(3㎛)의 50%로 하면, 그에 대해 ±15% 정도로 설정된다. 펄스 간격 Δwp의 증감이 ＋10%(간격 거리 CSx가 스폿 광의 직경 Xs의 60%)라고 하면, 길이 LBL의 묘화 라인 중의 이산적인 10개소의 각각에서, 1펄스분의 스폿 광이 직경 Xs의 10%분만큼 주(主)주사 방향으로 연장되도록 위치가 어긋난다. 그 결과, 묘화 후의 묘화 라인의 길이 LBL은, 30mm에 대해서 3㎛만큼 연장되게 된다. 이것은, 기판(P) 상에 묘화되는 패턴이 Y방향으로 0.01%(100ppm) 확대되는 것을 의미한다. 이것에 의해서, 기판(P)이 Y방향으로 신축하고 있는 경우에서도, 그것에 대응하여 묘화 패턴을 Y방향으로 신축시켜 노광할 수 있다.

펄스 간격 Δwp를 증감하는 위치를, 예를 들면, 묘화 라인(LL1~LL5)의 1회의 주사마다, 예를 들면 시스템 클럭(SQ)의 100펄스마다, 200펄스 마다, …와 같이 임의의 값으로 프리(pre) 셋팅할 수 있는 구성으로 한다. 이와 같이 하면, 묘화 패턴의 주(主)주사 방향(Y방향)의 신축량을 비교적 큰 범위로 변화시킬 수 있게 되어, 기판(P)의 신축이나 변형에 대응하여, 동적으로 배율 보정을 시도할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 노광 장치(EX)의 제어부(16)에는, 시스템 클럭(SQ)의 발생 회로가 포함되고, 그 발생 회로는, 펄스 간격 Δwp가 일정한 원(原)클럭 신호를 시스템 클럭(SQ)으로서 발생하는 클럭 발진부와, 그 원(原)클럭 신호를 입력하여 프리 셋팅된 펄스수분(分)만큼 카운트하면, 시스템 클럭(SQ)의 다음의 1클럭 펄스가 발생할 때까지의 시간을 펄스 간격 Δwp에 대해서 증감시키는 타임 시프트부를 가진다. 또, 묘화 라인(길이 LBL) 중에서, 시스템 클럭(SQ)의 펄스 간격 Δwp를 증감시키는 부분의 개수는, 묘화해야 할 패턴의 Y방향의 배율 보정비(ppm)에 의해서 대체로 정해지지만, 가장 적은 경우, 길이 LBL에 대응한 스폿 광(SP)의 주사 시간 Ts 중의 적어도 1개소라도 괜찮다.

또, 이와 같이 펄스 간격 Δwp가 부분적으로 증감된 시스템 클럭(SQ)에 응답하여 상기 펄스 레이저의 광원 장치(CNT)로부터 출력되는 펄스 빔은, 묘화 유닛(UW1~UW5)의 각각에 공통으로 공급되므로, 묘화 라인(LL1~LL5)의 각각에서 묘화되는 패턴은 Y방향으로 동일한 비율로 신축된다. 따라서, 도 12(또는 도 11)에서 설명한 바와 같이, Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인 사이에서의 이음 정밀도를 유지하기 위해, 묘화 라인(LL1~LL5)의 각각의 묘화 개시 위치(OC1~OC5)(또는 묘화 종료 위치(EC1~EC5))가 Y방향으로 시프트하도록, 묘화 타이밍이 보정된다. 게다가, 도 4 중에 나타낸 광 편향기(AOM)(81)의 ON/OFF의 스위칭은, 묘화 데이터로서 송출되는 시리얼인 비트열(비트치 「0」또는 「1」의 줄)에 응답하여 행하여지지만, 그 비트치의 송출은, 펄스 간격 Δwp가 부분적으로 증감된 시스템 클럭(SQ)의 펄스 신호 wp(도 22)와 동기하도록 해도 좋다. 구체적으로는, 1개의 펄스 신호 wp가 발생하여 다음의 펄스 신호 wp가 발생할 때까지의 사이에, 1개의 비트치를 광 편향기(AOM)(81)의 드라이브(drive) 회로에 송출하고, 그 비트치가 「1」로서, 1개 전의 비트치가 「0」이었던 때에는 광 편향기(AOM)(81)를 OFF 상태로부터 ON상태로 스위치하면 좋다.

그런데, 제어부(16)는, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보) 및 회전 드럼(DR)의 양단부의 흔들림을 검지할 수 있는 변위계(YN1, YN2, YN3, YN4)의 검출한 정보에 근거하여, 회전 드럼(DR)의 회전 흔들림으로 의해서 생긴 Y방향의 오차를 상쇄하도록, 홀수번째 및 짝수번째의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 의한 Y방향의 묘화 위치를 조정할 수 있다. 또, 제어부(16)는, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보) 및 회전 드럼(DR)의 양단부의 흔들림을 검지할 수 있는 변위계(YN1, YN2, YN3, YN4)의 검출한 정보에 근거하여, 회전 드럼(DR)의 회전 흔들림으로 의해서 생긴 Y방향의 오차를 상쇄하도록, 홀수번째 및 짝수번째의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 의한 Y방향의 길이(묘화 라인의 길이 LBL)를 변경할 수 있다.

또, 제어부(16)는, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보) 및 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)에 의해 검출된 정보에 근거하여, 기판(P)의 X방향 또는 Y방향의 오차를 상쇄하도록, 홀수번째 및 짝수번째의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 의한 X방향 또는 Y방향의 묘화 위치를 조정할 수 있다.

제1 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 위에서 설명한 바와 같이 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)의 각각으로부터의 묘화 빔(LB)에 의해서, 기판(P) 상에 형성되는 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)을 포함하는 묘화면내의 소정점인 회전축(I)을 중심으로 하여, 상기 묘화면내에서 제1 광학 정반(23)에 대해서 제2 광학 정반(25)을 시프트 이동시키는 시프트 보정 기구로서의 이동 기구(24)를 포함한다. 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보)에 의해, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 전체가 X방향 및 Y방향 중 적어도 1개에 대해서 오차를 가지고 있는 경우, 제어부(16)는, 오차를 상쇄하는 시프트량이 되도록, 이동 기구(24)의 구동부에 대해 구동 제어를 행하여, 제2 광학 정반(25)을 X방향 및 Y방향 중 적어도 일방으로 시프트 이동시킬 수 있다.

제2 광학 정반(25)을 X방향 및 Y방향 중 적어도 일방으로 시프트 이동시키면, 그 시프트량만큼, 도 6에 나타내는 제4 반사 미러(59)가 X방향 또는 Y방향으로 변위한다. 특히 제4 반사 미러(59)의 Y방향의 변위는, 제3 반사 미러(58)로부터 오는 묘화 빔(LB)을 ＋Y방향으로 반사시킬 때에, Z방향으로 시프트 이동시켜 버린다. 그래서, 제1 광학계(41) 중의 빔 시프터 기구(44)에 의해서, 그 Z방향으로의 시프트 이동을 보정한다. 이것에 의해서, 제4 반사 미러(59) 이후의 제2 광학계(42) 및 제3 광학계(43)에 대해서는, 빔(LB)이 올바른 광로를 통과하도록 유지된다.

또, 제1 실시 형태의 노광 장치(EX)에서, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보)에 의해, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)이 X방향 및 Y방향의 적어도 1개에 대해서 오차를 가지고 있는 경우, 제어부(16)는, 오차를 상쇄하는 시프트량이 되도록, 빔 시프터 기구(44)에 대해 구동 제어를 행하여, 기판(P) 상에 형성되는 묘화 라인(LL1~LL5)을 X방향이나 Y방향으로 미소(微少) 시프트시킬 수 있다.

게다가, 제1 실시 형태의 노광 장치(EX)에서, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보)에 의해, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5) 중 홀수번째 또는 짝수번째의 묘화 라인이, X방향 및 Y방향 중 적어도 1개에 대해서 오차를 가지고 있는 경우, 제어부(16)는, 오차를 상쇄하는 시프트량이 되도록, 빔 시프터 기구(45)에 대해 구동 제어를 행하여, 기판(P) 상에 형성되는 짝수번째의 묘화 라인(LL2, LL4)을 X방향이나 Y방향으로 미소 시프트시켜, 기판(P) 상에 형성되는 홀수번째의 묘화 라인(LL1, LL3, LL5)과의 상대적인 위치 관계를 미소하게 조정할 수 있다.

또, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보) 및 변위계(YN1, YN2, YN3, YN4) 또는 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)에 의해 검출된 정보에 근거하여, 제어부(16)는, 묘화 유닛(UW1~UW5)의 Y배율을 조정할 수도 있다. 예를 들면, f-θ 렌즈계(85)가 포함하는텔레센트릭 f-θ렌즈의 상고(像高)가 입사각에 비례한다. 이 때문에, 묘화 유닛(UW1)의 Y배율만큼을 조정하는 경우, 제어부(16)는, 조정 정보(캘리브레이션 정보) 및 변위계(YN1, YN2, YN3, YN4) 또는 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)에 의해 검출된 정보에 근거하여, 개별로 f-θ렌즈계(85)의 초점 거리 f를 조정함으로써 Y배율을 조정할 수 있다. 이러한 조정 기구에는, 예를 들면, 배율 보정을 위한 벤딩 플레이트(bending plate), 텔레센트릭 f-θ렌즈의 배율 보정 기구, 시프트 조정을 위한 하빙(halving)(경사 가능한 평행 평판 유리) 중 어느 하나 이상을 조합시켜도 좋다. 또 일정한 회전 속도로 회전하고 있는 회전 폴리곤 미러(97)의 회전 속도를 약간 가변함으로써, 시스템 클럭(SQ)에 동기하여 묘화되는 각 스폿 광(SP)(펄스광)의 간격 거리 CXs를 약간 바꾸는(서로 이웃하는 스폿 광끼리의 중첩량을 약간 어긋나게 하는) 것이 가능하고, 결과적으로 Y배율을 조정하는 것도 가능하다.

제1 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 위에서 설명한 바와 같이 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)의 각각으로부터의 묘화 빔(LB)에 의해서, 기판(P) 상에 형성되는 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)을 포함하는 묘화면내의 소정점인 회전축(I)을 중심으로 하여, 상기 묘화면내에서 제1 광학 정반(23)에 대해서 제2 광학 정반(25)을 회전시키는 회전 기구로서의 이동 기구(24)를 포함한다. 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보)에 의해, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)이 Y방향에 대해서 각도 오차를 가지고 있는 경우, 제어부(16)는, 각도 오차를 상쇄하는 회전량이 되도록, 이동 기구(24)의 구동부에 대해 구동 제어를 행하여, 제2 광학 정반(25)을 회전시킬 수 있다.

또, 각 묘화 유닛(UW1~UW5)을 개별로 회전 보정할 필요가 생긴 경우에는, 도 8에 나타낸 f-θ 렌즈계(85)와 제2 실린드리칼 렌즈(86)를 광축(AXf)의 둘레로 미소량 회전시킴으로써, 각 묘화 라인(LL1~LL5)을 기판(P) 상에서 개별로 미소하게 회전시키는(경사시키는) 것이 가능하다. 회전 폴리곤 미러(97)에 의해서 주사되는 빔(LB)은, 비주사 방향에 관해서 실린드리칼 렌즈(86)의 모선을 따라서 결상(結像)(집광)되기 때문에, 실린드리칼 렌즈(86)의 광축(AXf) 둘에의 회전에 의해, 각 묘화 라인(LL1~LL5)을 회전(경사)시키는 것이 가능하게 되는 것이다.

제1 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 위에서 설명한 스텝 S4의 제어 장치에 의한 묘화 위치의 조정의 처리 중 적어도 1개를 처리하면 좋다. 또, 제1 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 위에서 설명한 스텝 S4의 제어 장치에 의한 묘화 위치의 조정의 처리를 조합시켜, 처리해도 괜찮다.

이상 설명한 기판 처리 장치의 조정 방법에 의해, 제1 실시 형태의 노광 장치(EX)에서는, 기판(P)의 폭방향(Y방향)에 인접하는 패턴(PT1~PT5)끼리의 이음 오차를 억제하기 위한 시험 노광이 불요(不要), 혹은 그 횟수가 격감된다. 이 때문에, 제1 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 시험 노광, 건조 및 현상 공정, 노광 결과의 확인 작업 등의 시간을 들인 캘리브레이션 작업을 단축할 수 있다. 그리고, 제1 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 시험 노광에 의해서 피드백하는 횟수분(分)의 기판(P)의 낭비를 억제할 수 있다. 제1 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보)를 조기에 취득할 수 있다. 제1 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보)에 근거하여, 미리 보정을 행하는 것에 의해, X방향 또는 Y방향에서의, 시프트, 회전, 배율 등의 각 성분을 용이하게 보정하는 것이 가능하다. 그리고, 제1 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 기판(P) 상에 서로 겹쳐 노광을 하는 정밀도를 높일 수 있다.

또, 제1 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 광 편향기(81)가 음향 광학 소자를 포함하며, 묘화 빔(LB)을 회전 폴리곤 미러(97)에 의해서 스폿 주사하는 예를 설명했지만, 스폿 주사 이외에 DMD(Digital　Micro　mirror　Device) 또는 SLM(Spatial　light　modulator：공간 광 변조기)를 사용하여 패턴을 묘화하는 방식이라도 좋다.

[제2 실시 형태]

다음으로, 제2 실시 형태의 노광 장치(EX)에 대해 설명한다. 또, 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 중복하는 기재를 피할 수 있도록, 제1 실시 형태와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 제1 실시 형태와 동일한 구성요소에 대해서는, 제1 실시 형태와 동일한 부호를 부여하여 설명한다.

제2 실시 형태의 노광 장치(EX)에서, 캘리브레이션 검출계(31)의 광전 센서(31Cs)는, 기준 패턴(기준 마크로서도 이용 가능)(RMP)은 아니고, 기판(P) 상에 있는 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)의 반사광(산란광)을 검출한다. 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)는, 복수의 묘화 유닛(UW1~UW5)의 각 묘화 라인(LL1~LL5) 중 어느 하나를 통과하는 Y방향의 기판(P) 상의 위치에 배치되어 있다. 묘화 빔(LB)의 스폿 광(SP)이 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)를 주사하면, 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)에서 반사하는 산란광이 광전 센서(31Cs)에 명시야 또는 암시야로 수광된다.

제어부(16)는, 광전 센서(31Cs)로부터 출력되는 신호에 근거하여, 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)의 엣지 위치를 검출한다. 그리고, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제어부(16)는, 광전 센서(31Cs)에서 검출한 검출 신호로부터, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보)를 구할 수 있다.

또, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 오차에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보) 및 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)에 의해 검출된 정보에 근거하여, 제어부(16)는, 기판(P)의 X방향 또는 Y방향의 오차를 상쇄하도록, 홀수번째 및 짝수번째의 묘화 유닛(UW1~UW5)에 의한 X방향 또는 Y방향의 묘화 위치를 조정할 수 있다. 묘화 빔(LB)의 스폿 광(SP)이 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)에 투사되면, 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3) 상의 감광층이 감광하고, 그 후의 프로세스에서 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)가 찌그러질 가능성이 있다. 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)를 복수열 마련해 두고, 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)은, 노광에 의해 찌그러지지 않았던, 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)를 판독하는 것이 바람직하다.

이 때문에, 제2 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 노광에 의해 찌그러져도 괜찮은 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)의 근방은, 묘화 빔(LB)의 스폿 광(SP)에 의해 주사하고, 노광에 의해 찌그러지고 싶지 않은 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)의 근방은 스폿 광(SP)이 조사되지 않도록, 광 편향기(AOM)(81)를 ON/OFF 하는 데이터를, 패턴 묘화용 데이터 중에 포함시켜 두는 것이 가능하다. 이것에 의해서, 묘화 빔(LB)에 의해 노광하면서, 캘리브레이션 정보를 거의 리얼타임으로 취득하고, 또한 얼라이먼트 마크(Ks1~Ks3)(기판(P)의 위치)를 판독할 수도 있다.

제2 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 제1 실시 형태의 노광 장치(EX)와 마찬가지로, 이음 오차를 억제하기 위한 시험 노광이 불요, 혹은 그 횟수가 격감된다. 그것에 더하여 제2 실시 형태의 노광 장치(EX)에서는, 기판(P)에 패턴 노광하면서, 복수의 묘화 라인(LL1~LL5)의 배치 상태 또는 상호의 배치 관계 등의 오차 정보를 계측하고, 그것에 대응하는 조정 정보(캘리브레이션 정보)를 조기(거의 리얼타임)에 취득할 수 있다. 따라서, 제2 실시 형태의 노광 장치(EX)에서는, 조기에 계측되는 오차 정보, 혹은 조정 정보(캘리브레이션 정보)에 근거하여, 디바이스 패턴을 노광하면서, 소정의 정밀도를 유지하는 보정이나 조정을 순차적으로 행할 수 있으며, 멀티 묘화 헤드 방식에서 문제였던, X방향 또는 Y방향에서의 시프트 오차, 회전 오차, 배율 오차 등의 각 오차 성분을 감안한 묘화 유닛 사이의 이음 정밀도의 저하를 용이하게 억제하는 것이 가능하다. 이것에 의해서, 제2 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 기판(P) 상에 서로 겹쳐 노광을 할 때의 겹침 정밀도를 높은 상태로 유지할 수 있다.

＜디바이스 제조 방법＞

다음으로, 도 23을 참조하여, 디바이스 제조 방법에 대해 설명한다. 도 23은, 각 실시 형태의 디바이스 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.

도 23에 나타내는 디바이스 제조 방법에서는, 먼저, 예를 들면 유기 EL 등의 자발광 소자에 의한 표시 패널의 기능·성능 설계를 행하고, 필요한 회로 패턴이나 배선 패턴을 CAD 등에 의해 설계한다(스텝 S201). 또, 표시 패널의 기재가 되는 가요성의 기판(P)(수지 필름, 금속 박막, 플라스틱 등)이 감겨진 공급용 롤을 준비해 둔다(스텝 S202). 또, 이 스텝 S202에서 준비해 둔 롤 모양의 기판(P)은, 필요에 따라서 그 표면을 개질(改質)한 것, 기초층(예를 들면 임프린트 방식에 의한 미소 요철)을 사전 형성한 것, 광 감응성의 기능막이나 투명막(절연 재료)을 미리 라미네이트한 것이라도 좋다.

다음으로, 기판(P) 상에 표시 패널 디바이스를 구성하는 전극이나 배선, 절연막, TFT(박막 반도체) 등에 의해서 구성되는 백플랜(back plane)층을 형성함과 아울러, 그 백플랜에 적층되도록, 유기 EL 등의 자발광 소자에 의한 발광층(표시 화소부)이 형성된다(스텝 S203). 이 스텝 S203에는, 앞의 각 실시 형태에서 설명한 노광 장치(EX)가 이용되고, 포토레지스트층을 노광하여 현상하는 종래의 포토리소그래피(photolithography) 공정, 포토레지스트 대신에 감광성 실란 커플링재를 도포한 기판(P)을 패턴 노광하여 표면을 친발수성으로 개질하여 패턴을 형성하는 노광 공정, 광 감응성의 촉매층을 패턴 노광하여 선택적인 도금 환원성을 부여하고, 무전해(無電解) 도금법에 따라 금속막의 패턴(배선, 전극 등)을 형성하는 습식 공정, 혹은, 은나노 입자를 함유한 도전성 잉크 등에 의해서 패턴을 묘화하는 인쇄 공정도 등에 의한 처리도 포함된다.

다음으로, 롤 방식으로 장척의 기판(P) 상에 연속적으로 제조되는 표시 패널 디바이스마다, 기판(P)을 다이싱하거나, 각 표시 패널 디바이스의 표면에, 보호 필름(내환경 배리어층(barrier層))이나 칼라 필터 시트 등을 접합시키거나 하여, 디바이스를 조립한다(스텝 S204). 다음으로, 표시 패널 디바이스가 정상적으로 기능하는지, 소망의 성능이나 특성을 만족하고 있는지의 검사 공정이 행하여진다(스텝 S205). 이상과 같이 하여, 표시 패널(플렉시블·디스플레이)을 제조할 수 있다. 또, 플렉시블한 장척의 시트 기판에 작성되는 전자 디바이스는 표시 패널에 한정되지 않고, 자동차나 전차(電車) 등에 탑재되는 각종의 전자 부품 사이의 접속을 위한 하네스(harness)(배선 다발)로서의 플렉시블 배선망이라도 좋다.

1 : 디바이스 제조 시스템 11 : 묘화 장치
12 : 기판 반송 기구 13 : 장치 프레임
14 : 회전 위치 검출 기구 16 : 제어부
23 : 제1 광학 정반 24 : 이동 기구
25 : 제2 광학 정반 31 : 캘리브레이션 검출계
31Cs : 광전 센서 31f : 차광 부재
73 : 제4 빔 스플리터 81 : 광 편향기
83 : 주사기 96 : 반사 미러
97 : 회전 폴리곤 미러 97a : 회전축
97b : 반사면 98 : 원점 검출기
AM1, AM2 : 얼라이먼트 현미경 DR : 회전 드럼
EN1, EN2, EN3, EN4 : 엔코더 헤드 EX : 노광 장치
I : 회전축 LL1~LL5 : 묘화 라인
PBS : 편향 빔 스플리터 UW1~UW5 : 묘화 유닛

Claims

가요성을 가지는 장척(長尺)의 기판을 장척 방향으로 이동시키면서, 상기 기판 상에 묘화(描畵) 빔을 투사하여 패턴을 묘화하는 노광 장치로서,
상기 기판의 상기 장척 방향과 직교하는 폭 방향으로 연장하는 중심선으로부터 일정 반경을 가지는 외주면의 적어도 일부에 의해 상기 기판을 지지하고, 상기 중심선의 둘레로 회전하여 상기 기판을 상기 장척 방향으로 반송하는 회전 드럼과,
제1 묘화 빔을, 상기 회전 드럼의 외주면의 둘레 방향을 따른 제1 설치 방위로부터 상기 회전 드럼에 의해 지지된 상기 기판 상에 투사하고, 상기 회전 드럼의 상기 중심선의 방향으로 연장된 영역에서 상기 패턴을 묘화하는 제1 묘화 유닛과,
상기 제1 설치 방위에 대해서 상기 기판의 반송 방향의 상류측이고, 상기 회전 드럼의 외주면의 상기 둘레 방향을 따른 제2 설치 방위에 설정되는 검출 위치에서, 상기 장척 방향을 따라 소정의 간격으로 상기 기판 상에 형성된 복수의 마크를 검출하는 얼라이먼트 현미경과,
상기 중심선이 연장되는 방향으로부터 볼 때, 상기 둘레 방향에 관하여 상기 제1 설치 방위와 상기 제2 설치 방위 각각과 동일한 방위에 배치되고, 각각 상기 중심선의 방향에 관한 상기 회전 드럼의 변위를 검지하는 제1 변위계 및 제2 변위계를 구비하고,
상기 얼라이먼트 현미경에 의해 검출되는 상기 마크의 위치와, 상기 제1 및 제2 변위계에 의해 검출된 상기 변위의 정보에 근거하여 상기 패턴의 묘화 위치를 조정하는 노광 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 중심선으로부터 일정 반경의 외주면을 따라서 형성된 눈금을 가지고, 상기 회전 드럼과 함께 회전하는 스케일부와,
상기 스케일부의 외주면과 대향하도록, 상기 제1 설치 방위와 상기 제2 설치 방위 각각과 동일한 방위에 배치되고, 각각 상기 스케일부의 눈금을 읽어내는 제1 엔코더 헤드부 및 제2 엔코더 헤드부를 더 구비하는 노광 장치.
청구항 2에 있어서,
제2 묘화 빔을, 상기 회전 드럼의 외주면의 상기 둘레 방향을 따른 상기 제1 설치 방위와 상기 제2 설치 방위와의 사이에 설정되는 제3 설치 방위로부터 상기 회전 드럼에 의해 지지된 상기 기판 상에 투사하고, 상기 회전 드럼의 상기 중심선의 방향으로 연장된 영역에서 상기 패턴을 묘화하는 제2 묘화 유닛을 더 구비하는 노광 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 회전 드럼의 상기 중심선이 연장되는 방향에서 보았을 때, 상기 제3 설치 방위와 동일한 방위에 배치되고, 상기 중심선의 방향에 관한 상기 회전 드럼의 변위를 검출하는 제3 변위계와,
상기 스케일부의 외주면과 대향하도록 상기 제3 설치 방위와 동일한 방위에 배치되고, 상기 스케일부의 눈금을 읽어내는 제3 엔코더 헤드부를 더 구비하는 노광 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 변위계와 상기 제2 변위계와 상기 제3 변위계 각각은, 상기 회전 드럼의 단부의 상기 중심선의 방향의 변위를 검출하는, 노광 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 변위계와 상기 제2 변위계와 상기 제3 변위계 각각에 의해서 검출되는 정보에 근거하여, 상기 회전 드럼의 상기 중심선의 방향의 변위에 의해서 생기는 오차가 상쇄되도록, 상기 제1 묘화 유닛과 상기 제2 묘화 유닛에 의한 상기 중심선의 방향의 묘화 위치를 조정하는 제어부를 더 구비하는 노광 장치.
청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1 묘화 유닛 및 상기 제2 묘화 유닛은,
상기 묘화 빔을 1차원으로 주사하는 회전 폴리곤 미러에 의해서 상기 패턴을 묘화하는 노광 장치.
청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1 묘화 유닛 및 상기 제2 묘화 유닛은,
DMD(Digital　Micro　mirror　Device), 또는 SLM(Spatial　Light　Modulator)에 의해서 상기 패턴을 묘화하는 노광 장치.