KR102450792B1 - 빔 주사 장치, 패턴 묘화 장치 및 패턴 묘화 장치의 정밀도 검사 방법 - Google Patents

Abstract

노광 장치(EX)는, 회전축(AXp)의 둘레로 회전하는 폴리곤 미러(PM)의 복수의 반사면(RP) 각각에 가공용의 빔(LBn)을 투사하고, 복수의 반사면(RP) 각각에서 반사된 가공용의 빔(LBn)을, fθ 렌즈계(FT)를 거쳐 기판(P) 상에서 주사하는 것이다. 이 노광 장치(EX)는, 폴리곤 미러(PM)의 복수의 반사면(RP) 각각이 소정의 규정 각도로 될 때마다 원점 신호(SZn)를 발생하는 원점 센서와, 복수의 반사면(RP) 각각에 대응하여 발생하는 원점 신호(SZn)의 시간적인 간격의 편차량에 대응한 보정값에 의해서 보정한 보정 원점 신호(SZn')를 생성하는 보정부를 구비한다.

Description

빔 주사 장치, 패턴 묘화 장치 및 패턴 묘화 장치의 정밀도 검사 방법

본 발명은, 대상물의 피조사면 상에 조사되는 빔의 스폿(spot) 광을 주사하는 빔 주사 장치, 그러한 빔 주사 장치를 이용하여 소정의 패턴을 묘화 노광하는 패턴 묘화 장치 및 패턴 묘화 장치의 정밀도 검사 방법에 관한 것이다.

종래, 레이저 빔의 스폿 광을 피조사체(가공 대상물)에 투사하고, 또한, 스폿 광을 주사 미러(폴리곤 미러)에 의해서 1차원 방향으로 주(主)주사하면서, 피조사체를 주주사 방향과 직교한 부(副)주사 방향으로 이동시켜, 피조사체 상에 소망하는 패턴이나 화상(문자, 도형 등)을 형성하기 위해서, 예를 들면, 하기에 나타내는 일본 특허공개 제2005-262260호 공보와 같은 레이저 가공 장치(광 주사 장치)를 이용하는 것이 알려져 있다.

일본 특허공개 제2005-262260호 공보에는, 발진기(1)로부터의 레이저광을 반사시켜 피가공물에 조사되는 레이저광의 피가공물 상에서의 조사 위치를 Y방향(부주사 방향)으로 보정하는 갈바노 미러와, 갈바노 미러에서 반사된 레이저광을 반사하여 피가공물 상에서 X방향(주주사 방향)으로 주사하는 폴리곤 미러와, 갈바노 미러에서 반사된 레이저광을 피가공물 상에 집광하는 fθ렌즈와, 레이저광이 fθ렌즈를 통과할 때에 발생하는 왜곡 수차에 대응하여, 레이저광의 피가공물 상에서의 Y방향의 조사 위치 오차를 보정하도록 갈바노 미러의 반사 각도를 제어함과 아울러, 레이저광의 피가공물 상에서의 X방향의 조사 위치 오차를 보정하도록 발진기에 의한 레이저광의 펄스 발진 간격을 제어하는 제어부를 마련하는 것이 개시되어 있다.또한 일본 특허공개 제2005-262260호 공보의 도 8에는, 폴리곤 미러의 각 반사면의 단부를 폴리곤 미러의 회전 중에 검출하기 위한 검출 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 폴리곤 미러의 각 반사면의 단부에서 반사한 검출 레이저광의 반사광을 수광하여 단부 검출 신호를 생성하는 디텍터를 마련하고, 단부 검출 신호에 근거하여 발진기에 있어서의 펄스 발진의 타이밍을 일본 특허공개 제2005-262260호 공보의 도 9에 도시되어 있는 것과 같이 제어하는 구성이 개시되어 있다. 일본 특허공개 제2005-262260호 공보와 같은 폴리곤 미러를 사용한 레이저 가공 장치(빔 주사 장치)에서는, 폴리곤 미러의 회전을 고속으로 할수록, 피가공물의 가공 처리 시간을 단축할 수 있어 생산성을 높일 수 있다. 그렇지만, 폴리곤 미러의 회전을 고속으로 할수록, 주주사 방향에 관한 가공 위치의 편차가 눈에 띄게 되는 경우가 있다.

본 발명의 제1 양태는, 회전축의 둘레로 회전하는 회전 다면경의 복수의 반사면 각각에 가공용 빔을 투사하고, 상기 복수의 반사면 각각에서 반사된 상기 가공용 빔을, 주사용 광학계를 거쳐 피조사체 상에서 주사하는 빔 주사 장치로서, 상기 회전 다면경의 상기 복수의 반사면 각각이 소정의 규정 각도로 될 때마다 원점 신호를 발생하는 원점 검출부와, 상기 복수의 반사면 각각에 대응하여 발생하는 상기 원점 신호의 시간적인 간격의 편차량에 따른 보정값에 의해서 보정한 보정 원점 신호를 생성하는 보정부를 구비한다.

본 발명의 제2 양태는, 회전축의 둘레로 회전하는 회전 다면경의 복수의 반사면 각각에 묘화용 빔을 투사하고, 상기 복수의 반사면 각각에서 반사된 상기 묘화용 빔을, 주사용 광학계를 거쳐 피조사체 상에서 주사하는 것에 의해, 상기 피조사체에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 회전 다면경의 상기 복수의 반사면 각각이 소정의 규정 각도로 될 때마다 원점 신호를 발생하는 원점 검출부와, 상기 원점 신호의 발생으로부터 소정의 지연 시간 후를, 상기 묘화용 빔에 의한 패턴 묘화의 개시 시점으로서 설정하는 묘화 제어부와, 상기 복수의 반사면 각각이 상기 규정 각도로 되는 시간적인 간격의 편차에 따른 보정값에 의해서, 상기 묘화 제어부에서 설정되는 상기 지연 시간을, 상기 복수의 반사면마다 보정하는 보정부를 구비한다.

본 발명의 제3 양태는, 회전축의 둘레로 회전하는 회전 다면경의 복수의 반사면 각각에 묘화용 빔을 투사하고, 상기 복수의 반사면 각각에서 반사된 상기 묘화용 빔을, 주사용 광학계를 거쳐 지지 부재에 지지된 기판 상에서 주사하는 것에 의해, 상기 기판에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 회전 다면경의 상기 복수의 반사면 각각이 소정의 규정 각도로 될 때마다 원점 신호를 발생하는 원점 검출부와, 상기 원점 신호의 발생으로부터 소정의 지연 시간 후를, 상기 묘화용 빔에 의한 패턴 묘화의 개시 시점으로서 설정하는 묘화 제어부와, 상기 복수의 반사면 각각이 상기 규정 각도로 되는 시간적인 간격의 편차에 따른 보정값에 의해서, 상기 묘화 제어부에서 설정되는 상기 지연 시간을, 상기 복수의 반사면마다 보정하는 보정부와, 상기 지지 부재 또는 상기 기판에 형성된 기준 패턴을 상기 묘화용 빔에 의해 주사했을 때에 상기 기준 패턴으로부터 생기는 반사광의 발생 시점과, 상기 원점 신호의 발생 시점과의 사이의 시간을 계측하는 것에 의해서 상기 편차에 따른 보정값을 구하는 계측부를 구비한다.

본 발명의 제4 양태는, 회전축의 둘레로 회전하는 회전 다면경의 복수의 반사면 각각에 묘화용 빔을 투사하고, 상기 복수의 반사면 각각에서 반사된 상기 묘화용 빔을, 주사용 광학계를 거쳐 지지 부재에 지지된 기판 상에서 주사하는 것에 의해, 상기 기판에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 회전 다면경의 상기 복수의 반사면 각각이 소정의 규정 각도로 될 때마다 원점 신호를 발생하는 원점 검출부와, 상기 원점 신호의 발생으로부터 소정의 지연 시간 후를, 상기 묘화용 빔에 의한 패턴 묘화의 개시 시점으로서 설정하는 묘화 제어부와, 상기 복수의 반사면 각각이 상기 규정 각도로 되는 시간적인 간격의 편차에 따른 보정값에 의해서, 상기 묘화 제어부에서 설정되는 상기 지연 시간을, 상기 복수의 반사면마다 보정하는 보정부와, 상기 지지 부재의 지지면의 일부에 마련된 광전 변환 소자를 가지며, 상기 광전 변환 소자가 상기 묘화용 빔에 의해 주사되었을 때에 얻어지는 광전 신호의 발생 시점과, 상기 원점 신호의 발생 시점과의 사이의 시간을 계측하는 것에 의해서 상기 편차에 따른 보정값을 구하는 계측부를 구비한다.

본 발명의 제5 양태는, 회전축의 둘레로 회전하는 회전 다면경의 복수의 반사면 각각에 묘화용 빔을 투사하고, 상기 복수의 반사면 각각에서 반사된 상기 묘화용 빔을, 주사용 광학계를 거쳐 지지 부재에 지지된 기판 상에서 스폿 광에 집광하여 주주사 방향으로 주사하는 패턴 묘화 장치의 정밀도를 검사하는 방법으로서, 상기 회전 다면경의 상기 복수의 반사면 각각이 소정의 규정 각도로 될 때마다 원점 검출부로부터 발생하는 원점 신호 중, 상기 회전 다면경의 특정의 반사면이 상기 규정 각도로 되었을 때에 발생하는 특정의 원점 신호에 응답하여, 상기 특정의 반사면에 의한 상기 스폿 광의 주주사 방향의 주사에 의해 검사용 패턴의 묘화를 행하도록 설정하는 단계와, 상기 회전 다면경의 회전에 의해서 반복 발생하는 상기 특정의 원점 신호의 간격 시간의 동안에, 상기 기판을 상기 스폿 광의 사이즈보다도 작은 거리만큼 상기 주주사 방향과 교차한 부주사 방향으로 이동시키면서 상기 검사용 패턴을 묘화하는 단계와, 상기 회전 다면경의 상기 특정의 반사면을 다르게 하여, 상기 설정하는 단계와 상기 묘화하는 단계를 반복하는 단계와, 상기 기판에 묘화된 상기 검사용 패턴의 형상, 또는 상기 주주사 방향의 배치의 편차를 계측하여 상기 원점 신호의 정밀도를 검사하는 단계를 포함한다.

도 1은 제1 실시 형태의 기판에 노광 처리를 실시하는 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는도 1에 나타내는 묘화 유닛의 구체적인 구성도이다.
도 3은도 2에 나타내는 묘화 유닛 내에서의 폴리곤 미러, fθ 렌즈계 및 원점 센서를 구성하는 빔 수광계 등의 배치를 XY면 내에서 본 도면이다.
도 4는 도 2, 도 3에 나타낸 빔 송광계와 빔 수광계와의 배치를 간략화하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3 또는 도 4에 나타낸 광전 변환 소자의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 광원 장치로부터의 빔을 6개의 묘화 유닛 중 어느 1개에 선택적으로 배분하기 위한 선택용 광학 소자를 포함하는 빔 전환부의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 선택용 광학 소자 및 입사 미러 주위의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 3 또는 도 4에 나타낸 8면의 폴리곤 미러의 평면도이다.
도 9는 원점 신호의 발생 타이밍의 재현성(편차)을 계측하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 폴리곤 미러의 속도 변동에 의한 시간 오차분을 예상하는 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 소정의 조건하에서, 도 9와 같은 방법으로 폴리곤 미러의 반사면 각각에 대응하여 발생하는 원점 신호의 재현성을 실측한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12은 도 11과는 다른 조건하에서, 도 9와 같은 방법으로 폴리곤 미러의 반사면 각각에 대응하여 발생하는 원점 신호의 재현성을 실측한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은 주주사 방향으로 5화소분의 연속한 패턴을, 1화소당 2펄스분의 스폿 광을, 스폿 사이즈의 1/2로 주주사 방향과 부주사 방향으로 중첩시켜 묘화하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 12의 실측예에 의한 특성의 그래프를 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 15는 원점 신호를 보정한 원점 신호(보정 원점 신호)의 생성의 상태를 설명하는 타임 차트이다.
도 16은 도 15와 같이, 광전 변환 소자로부터의 원점 신호를 입력하여 보정된 원점 신호(보정 원점 신호)를 생성하는 보정 회로(보정부)의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 17은 변형예 2에 의한 원점 센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 18은 회전 드럼의 외주면에 형성된 라인＆스페이스 모양의 기준 패턴을, 스폿 광으로 주사했을 때에 광 검출기로부터 발생하는 광전 신호의 파형의 일례를 나타내는 도면이다.
도 19는 광 검출기로부터의 신호의 파형을 디지털 샘플링하는 회로 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 20는 도 19의 회로 구성을 이용하여, 보정 원점 신호 또는 원점 신호의 원점 시각의 발생 타이밍의 편차를 계측하는 일례를 나타내는 타임 차트이다.
도 21은 제3 실시 형태에 의한 보정 원점 신호(혹은, 보정전의 원점 신호)의 정밀도를 검정하기 위한 테스트 노광의 방법을 설명하는 도면이다.
도 22는 회전 드럼의 외주면 중 중심축이 연장하는 방향의 단부에, 둘레 방향으로 연속한 선 모양의 기준 패턴을 마련한 도면이다.
도 23는 제4 실시 형태에 의한 회전 드럼(DR)의 부분 단면을 나타내는 도면이다.

본 발명의 양태에 관한 빔 주사 장치, 패턴 묘화 장치 및 패턴 묘화 장치의 정밀도 검사 방법에 대해서, 적합한 실시 형태를 들어 첨부의 도면을 참조하면서 이하, 상세하게 설명한다. 또한 본 발명의 양태는, 이들 실시 형태로 한정되지 않고, 다양한 변경 또는 개량을 가한 것도 포함된다. 즉, 이하에 기재된 구성요소에는, 당업자가 용이하게 생각할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되며, 이하에 기재된 구성요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성요소의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.

[제1 실시 형태]

도 1은, 제1 실시 형태의 기판(피조사체)(P)에 노광 처리를 실시하는 노광 장치(패턴 묘화 장치)(EX)의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 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.

노광 장치(EX)는, 기판(P)에 소정의 처리(노광 처리 등)를 실시하여, 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 시스템에서 사용되는 기판 처리 장치이다. 디바이스 제조 시스템은, 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 시스템은, 플렉서블(가요성)의 시트 모양의 기판(시트 기판)(P)를 롤 모양으로 감은 도시하지 않는 공급 롤로부터 기판(P)이 송출되고, 송출된 기판(P)에 대해서 각종 처리를 연속적으로 실시한 후, 각종 처리 후의 기판(P)을 도시하지 않는 회수 롤로 권취하는, 이른바, 롤·투·롤(Roll To Roll) 방식의 생산 방식을 가진다. 그 때문에, 각종 처리 후의 기판(P)은, 복수의 디바이스(표시 패널)가 기판(P)의 반송 방향으로 늘어선 상태로 배열되는 다면취(多面取)용의 기판으로 되어 있다. 공급 롤로부터 공급된 기판(P)은, 차례로, 전(前) 공정의 프로세스 장치, 노광 장치(EX) 및 후(後) 공정의 프로세스 장치를 통과하여 각종 처리가 실시되며, 회수 롤에 의해 권취된다. 기판(P)은, 기판(P)의 이동 방향(반송 방향)이 긴 길이 방향(장척(長尺) 방향)이 되고, 폭 방향이 짧은 길이 방향(단척(短尺) 방향)이 되는 띠모양의 형상을 가진다.

기판(P)은, 예를 들면, 수지 필름, 혹은, 스테인레스강 등의 금속 또는 합금으로 이루어지는 박(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(polycarbonate) 수지, 폴리스티렌 수지 및 아세트산 비닐 수지 중, 적어도 1개 이상을 포함한 것을 이용하여도 된다. 또한, 기판(P)의 두께나 강성(영률(Young's modulus))은, 디바이스 제조 시스템이나 노광 장치(EX)의 반송로를 통과할 때에, 기판(P)에 좌굴에 의한 접힌 자국이나 비가역적인 주름이 생기지 않는 범위이면 된다. 기판(P)의 모재로서 두께가 25㎛ ~ 200㎛ 정도의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프타레이트) 등의 필름은, 적합한 시트 기판의 전형이다.

기판(P)은, 디바이스 제조 시스템 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 혼합하는 것에 의해서 열팽창 계수를 억제할 수 있다. 무기 필러는, 예를 들면, 산화 티탄, 산화 아연, 알루미나, 또는 산화 규소 등이라도 된다. 또한, 기판(P)은, 플로트법 등으로 제조된 두께 100㎛ 정도의 극박(極薄) 유리의 단층체라도 되고, 이 극박 유리에 상기의 수지 필름, 박 등을 접합시킨 적층체라도 된다.

그런데, 기판(P)의 가요성(flexibility)이란, 기판(P)에 자중 정도의 힘을 가해도 전단하거나 파단하거나 하지는 않고, 그 기판(P)을 휘게 하는 것이 가능한 성질을 말한다. 또한, 자중 정도의 힘에 의해서 굴곡하는 성질도 가요성에 포함된다. 또한, 기판(P)의 재질, 크기, 두께, 기판(P) 상에 성막되는 층 구조, 온도, 또는 습도 등의 환경 등에 따라서, 가요성의 정도는 변화한다. 어쨌든, 디바이스 제조 시스템(노광 장치(EX)) 내의 반송로에 마련되는 각종의 반송용 롤러, 회전 드럼 등의 반송 방향 전환용 부재에 기판(P)을 올바르게 감았을 경우에, 좌굴되어 접힌 자국이 생기거나, 파손(깨짐이나 균열이 발생)되거나 하지 않고, 기판(P)을 매끄럽게 반송할 수 있으면, 가요성의 범위라고 할 수 있다.

전(前) 공정의 프로세스 장치(단일의 처리부 또는 복수의 처리부를 포함함)는, 공급 롤로부터 공급되어 온 기판(P)을 노광 장치(EX)를 향해서 소정의 속도로 장척 방향을 따라서 반송하면서, 노광 장치(EX)로 공급되는 기판(P)에 대해서 전(前) 공정의 처리를 실시한다. 이 전(前) 공정의 처리에 의해, 노광 장치(EX)로 공급되어 오는 기판(P)은, 그 표면에 감광성 기능층(광 감응층)이 형성된 기판(감광 기판)이 되어 있다.

이 감광성 기능층은, 용액으로서 기판(P) 상에 도포되고, 건조되는 것에 의해서 층(막)이 된다. 감광성 기능층의 전형적인 것은 포토레지스트(액(液) 모양 또는 드라이 필름 모양)이지만, 현상 처리가 불필요한 재료로서, 자외선의 조사를 받은 부분의 친발액성이 개질되는 감광성 실란 커플링제(SAM), 혹은 자외선의 조사를 받은 부분에 도금 환원기가 드러나는 감광성 환원제 등이 있다. 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우는, 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분이 발액성으로부터 친액성으로 개질된다. 그 때문에, 친액성이 된 부분의 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 자외선에 의해 노광된 패턴 부분에 도금 환원기가 드러난다. 그 때문에, 노광 후, 기판(P)을 즉시 팔라듐 이온 등을 포함하는 도금액 중에 일정 시간 침지함으로써, 팔라듐에 의한 패턴층이 형성(석출)된다. 이러한 도금 처리는 애더티브(additive)인 프로세스이지만, 그 외, 서브트랙티브(subtractive)인 프로세스로서의 에칭 처리를 전제로 해도 된다. 그 경우, 노광 장치(EX)로 공급되는 기판(P)은, 모재를 PET나 PEN로 하고, 그 표면에 알루미늄(Al)이나 동(Cu) 등의 금속성 박막을 전면(全面)에 또는 선택적으로 증착하며, 그 위에 포토레지스트층을 더 적층한 것으로 하는 것이 좋다.

노광 장치(처리 장치)(EX)는, 전(前) 공정의 프로세스 장치로부터 반송되어 온 기판(P)을 후(後) 공정의 프로세스 장치(단일의 처리부 또는 복수의 처리부를 포함함)를 향해서 소정의 속도로 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 있어서, 노광 장치(EX)는, 도 1에 나타내는 것과 같이 마스크를 이용하지 않는 직묘 방식의 노광 장치, 이른바 스폿 주사 방식의 노광 장치(묘화 장치)이다. 노광 장치(EX)는, 부주사를 위해서 기판(P)을 지지하여 장척 방향으로 반송하는 회전 드럼(DR)과, 회전 드럼(DR)에 의해 원통면 모양으로 지지된 기판(P)의 부분마다 패턴 노광을 행하는 복수(여기에서는 6개)의 묘화 유닛(Un(U1~U6))을 구비하며, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각은, 노광용의 펄스 모양의 빔(LB)(펄스 빔)의 스폿 광(SP)을 기판(P)의 피조사면(감광면) 상에서 소정의 주사 방향(Y방향)으로 폴리곤 미러에 의해 1차원으로 주사(주주사)하면서, 스폿 광(SP)의 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, 스폿 광(SP)의 주주사에 의해, 스폿 광(SP)이 기판(P)의 피조사면(감광성 기능층의 표면) 상에서 상대적으로 2차원 주사되어, 기판(P)의 피조사면에 소정의 패턴이 묘화 노광된다. 또한, 기판(P)은, 장척 방향을 따라서 반송되고 있으므로, 노광 장치(EX)에 의해서 패턴이 노광되는 피노광 영역은, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 복수 마련되는 것이 된다. 이 피노광 영역에 전자 디바이스가 형성되므로, 피노광 영역은 디바이스 형성 영역이기도 하다.

도 1에 나타내는 것과 같이, 회전 드럼(DR)은, Y방향으로 연장됨과 아울러 중력이 작용하는 방향과 교차한 방향으로 연장된 중심축(AXo)과, 중심축(AXo)으로부터 일정 반경의 원통 모양의 외주면을 가진다. 회전 드럼(DR)은, 이 외주면(원주면)을 따라서 기판(P)의 일부를 장척 방향으로 원통면 모양으로 만곡시켜 지지(유지)하면서, 중심축(AXo)을 중심으로 회전하여 기판(P)을 장척 방향으로 반송한다.회전 드럼(DR)은, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각으로부터의 빔(LB)(스폿 광(SP))이 투사되는 기판(P) 상의 영역(부분)을 그 외주면에 의해 지지한다. 회전 드럼(DR)은, 전자 디바이스가 형성되는 면(감광면이 형성된 측의 면)과는 반대측의 면(이면)측으로부터 기판(P)을 지지(밀착 유지)한다. 또한 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양측에는, 회전 드럼(DR)를 중심축(AXo)의 둘레로 회전시키도록 베어링에 의해 지지되는 도시하지 않은 샤프트가 마련된다. 그 샤프트에는, 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등)으로부터의 회전 토크가 부여되고, 회전 드럼(DR)은 중심축(AXo) 둘레로 일정한 회전 속도로 회전한다.

광원 장치(펄스 광원 장치)(LS)는, 펄스 모양의 빔(펄스 빔, 펄스 광, 레이저)(LB)을 발생하여 사출한다. 이 빔(LB)은, 기판(P)의 감광층에 대한 감도를 가지고, 370㎚ 이하의 파장 대역에 피크 파장을 가지는 자외선 광이다. 광원 장치(LS)는, 여기에서는 도시하지 않은 묘화 제어 장치의 제어에 따라서, 주파수(발진 주파수, 소정 주파수) Fa로 펄스 모양의 빔(LB)을 발광하여 사출한다. 이 광원 장치(LS)는, 적외 파장역의 펄스 광을 발생하는 반도체 레이저 소자, 파이버 증폭기 및 증폭된 적외 파장역의 펄스 광을 자외 파장역의 펄스 광으로 변환하는 파장 변환 소자(고조파 발생 소자) 등으로 구성되는 파이버 앰프 레이저 광원으로 한다. 이와 같이 광원 장치(LS)를 구성함으로써, 발진 주파수 Fa가 수백 MHz이고, 1펄스 광의 발광 시간이 수십 피코초 이하의 고휘도인 자외선의 펄스 광이 얻어진다. 또한 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)은, 그 빔 지름이 1㎜ 정도, 혹은 그것 이하의 가는 평행 광속으로 되어 있는 것으로 한다. 광원 장치(LS)를 파이버 앰프 레이저 광원으로 하고, 묘화 데이터를 구성하는 화소의 상태(논리값으로 「0」이나 「1」)에 따라서 빔(LB)의 펄스 발생을 고속으로 온/오프 하는 구성에 대해서는, 국제 공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있다.

광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)은, 복수의 스위칭 소자로서의 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))와, 복수의 반사 미러(M1~M12)와, 복수의 입사 미러(IMn(IM1~IM6))와, 흡수체(TR) 등으로 구성되는 빔 전환부를 거쳐, 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 선택적(택일적)으로 공급된다. 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))는, 빔(LB)에 대해서 투과성을 가지는 것으로, 초음파 신호로 구동되어, 입사한 빔(LB)의 1차 회절광을 소정의 각도로 편향하여 사출하는 음향 광학 변조 소자(AOM：Acousto-OpticModulator)로 구성된다. 복수의 선택용 광학 소자(OSn) 및 복수의 입사 미러(IMn)는, 복수의 묘화 유닛(Un) 각각에 대응하여 마련되어 있다. 예를 들면, 선택용 광학 소자(OS1)와 입사 미러(IM1)는, 묘화 유닛(U1)에 대응하여 마련되며, 마찬가지로 선택용 광학 소자(OS2~OS6) 및 입사 미러(IM2~IM6)는, 각각 묘화 유닛(U2~U6)에 대응하여 마련되어 있다.

광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은, 반사 미러(M1~M12)에 의해서 그 광로가 꾸불꾸불한 모양으로 꺽여져, 흡수체(TR)까지 안내된다. 이하, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))가 모두 오프 상태(초음파 신호가 인가되지 않아, 1차 회절광이 발생하고 있지 않는 상태)의 경우로 자세하게 설명한다. 또한 도 1에서는 도시를 생략했지만, 반사 미러(M1)로부터 흡수체(TR)까지의 빔 광로 중에는 복수의 렌즈가 마련되고, 이 복수의 렌즈는, 빔(LB)을 평행 광속으로부터 수렴하거나 수렴 후에 발산하는 빔(LB)을 평행 광속으로 되돌리거나 한다. 그 구성은 다음에 도 4를 이용하여 설명한다.

도 1에 있어서, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은, X축과 평행하게 -X방향으로 진행하여 반사 미러(M1)에 입사한다. 반사 미러(M1)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M2)에 입사한다. 반사 미러(M2)에서 +X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS5)를 스트레이트로 투과하여 반사 미러(M3)에 이른다. 반사 미러(M3)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M4)에 입사한다. 반사 미러(M4)에서 -X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS6)를 스트레이트로 투과하여 반사 미러(M5)에 이른다. 반사 미러(M5)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M6)에 입사한다. 반사 미러(M6)에서 +X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS3)를 스트레이트로 투과하여 반사 미러(M7)에 이른다. 반사 미러(M7)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M8)에 입사한다. 반사 미러(M8)에서 -X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS4)를 스트레이트로 투과하여 반사 미러(M9)에 이른다. 반사 미러(M9)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은 반사 미러(M10)에 입사한다. 반사 미러(M10)에서 +X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS1)를 스트레이트로 투과하여 반사 미러(M11)에 이른다. 반사 미러(M11)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M12)에 입사한다. 반사 미러(M12)에서 -X방향으로 반사한 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS2)를 스트레이트로 투과하여 흡수체(TR)에 안내된다. 이 흡수체(TR)는, 빔(LB)의 외부로의 누설을 억제하기 위해서 빔(LB)을 흡수하는 광 트랩이다.

각 선택용 광학 소자(OSn)는, 초음파 신호(고주파 신호)가 인가되면, 입사한 빔(0차 광)(LB)을, 고주파의 주파수에 따른 회절각으로 회절시킨 1차 회절광을 사출 빔(빔(LBn))으로서 발생시키는 것이다. 따라서, 선택용 광학 소자(OS1)로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB1가 되며, 마찬가지로 선택용 광학 소자(OS2~OS6)로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB2~LB6가 된다. 이와 같이, 각 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 광로를 편향하는 기능을 발휘한다. 단, 실제의 음향 광학 변조 소자는, 1차 회절광의 발생 효율이 0차 광의 80% 정도이기 때문에, 선택용 광학 소자(OSn) 각각에 의해 편향된 빔(LBn(LB1~LB6))은, 원래의 빔(LB)의 강도보다 저하되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 중 선택된 1개만이 일정 시간만 온 상태가 되도록, 도시하지 않은 묘화 제어 장치에 의해서 제어된다. 선택된 1개의 선택용 광학 소자(OSn)가 온 상태일 때, 그 선택용 광학 소자(OSn)에 의해 회절되지 않고 직진하는 0차 광이 20% 정도 잔존하지만, 그것은 최종적으로 흡수체(TR)에 의해서 흡수된다.

선택용 광학 소자(OSn) 각각은, 편향된 1차 회절광인 빔(LBn(LB1~LB6))을, 입사하는 빔(LB)에 대해서 -Z방향으로 편향하도록 설치된다. 선택용 광학 소자(OSn) 각각에 의해 편향되어 사출하는 빔(LBn(LB1~LB6))은, 선택용 광학 소자(OSn) 각각으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 마련된 입사 미러(IMn(IM1~IM6))에 투사된다. 각 입사 미러(IMn)는, 입사한 빔(LBn(LB1~LB6))을 -Z방향으로 반사함으로써, 빔(LBn(LB1~LB6))을 각각 대응하는 묘화 유닛(Un(U1~U6))으로 안내한다.

각 선택용 광학 소자(OSn)의 구성, 기능, 작용 등은 서로 동일한 것을 이용하여도 된다. 복수의 선택용 광학 소자(OSn) 각각은, 묘화 제어 장치로부터의 구동 신호(초음파 신호)의 온/오프에 따라서, 입사한 빔(LB)을 회절시킨 회절광의 발생을 온/오프 한다. 예를 들면, 선택용 광학 소자(OS5)는, 묘화 제어 장치로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않아 오프 상태일 때, 입사한 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 회절시키지 않고 투과한다. 따라서, 선택용 광학 소자(OS5)를 투과 한 빔(LB)은, 반사 미러(M3)에 입사한다. 한편, 선택용 광학 소자(OS5)가 온 상태일 때, 입사한 빔(LB)을 회절시켜 입사 미러(IM5)로 향하게 한다. 즉, 이 구동 신호의 온/오프에 의해서 선택용 광학 소자(OS5)에 의한 스위칭(빔 선택) 동작이 제어된다. 이와 같이 하여, 각 선택용 광학 소자(OSn)의 스위칭 동작에 의해, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 어느 1개의 묘화 유닛(Un)으로 안내할 수 있고, 또한, 빔(LBn)이 입사하는 묘화 유닛(Un)을 전환할 수 있다. 이와 같이, 복수의 선택용 광학 소자(OSn)를 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)에 대해서 직렬(시리얼)에 배치하고, 대응하는 묘화 유닛(Un)에 시분할로 빔(LBn)을 공급하는 구성에 대해서는, 국제 공개 제 2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있다.

빔 전환부를 구성하는 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각이 일정 시간만 온 상태가 되는 순번은, 예를 들면, OS1→OS2→OS3→OS4→OS5→OS6→OS1→…와 같이, 미리 정해져 있다. 이 순번은, 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 설정되는 스폿 광에 의한 주사 개시 타이밍의 순번에 의해 정해진다. 즉, 본 실시 형태에서는, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 마련되는 폴리곤 미러의 회전 속도의 동기와 함께, 회전 각도의 위상도 동기시킴으로써, 묘화 유닛(U1~U6) 중 어느 1개에 있어서의 폴리곤 미러의 하나의 반사면이, 기판(P) 상에서 1회의 스폿 주사를 행하도록, 시분할로 전환할 수 있다. 그 때문에, 묘화 유닛(Un) 각각의 폴리곤 미러의 회전 각도의 위상이 소정의 관계로 동기한 상태이면, 묘화 유닛(Un)의 스폿 주사의 순번은 어떤 것이라도 된다. 도 1의 구성에서는, 기판(P)의 반송 방향(회전 드럼(DR)의 외주면이 둘레 방향으로 이동하는 방향)의 상류측에 3개의 묘화 유닛(U1, U3, U5)이 Y방향으로 늘어 놓여 배치되며, 기판(P)의 반송 방향의 하류측에 3개의 묘화 유닛(U2, U4, U6)가 Y방향으로 늘어 놓여 배치된다.

이 경우, 기판(P)으로의 패턴 묘화는, 상류측의 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)으로부터 개시되고, 기판(P)이 일정 길이 보내어지면, 하류측의 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)도 패턴 묘화를 개시하게 되므로, 묘화 유닛(Un)의 스폿 주사의 순번을, U1→U3→U5→U2→U4→U6→U1→…로 설정할 수 있다. 그 때문에, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각이 일정 시간만 온 상태가 되는 순번은, OS1→OS3→OS5→OS2→OS4→OS6→OS1→…와 같이 정해져 있다. 또한 묘화해야 할 패턴이 없는 묘화 유닛(Un)에 대응한 선택용 광학 소자(OSn)가 온 상태가 되는 순번일 때라도, 선택용 광학 소자(OSn)의 온/오프의 전환 제어를 묘화 데이터에 근거하여 행하는 것에 의해서, 강제적으로 오프 상태로 유지되므로, 그 묘화 유닛(Un)에 의한 스폿 주사는 행해지지 않는다.

도 1에 나타내는 것과 같이, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에는, 입사하여 온 빔(LB1~LB6)를 주주사하기 위한 폴리곤 미러(PM)가 마련된다. 본 실시 형태에서는, 각 묘화 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM) 각각이, 동일한 회전 속도로 정밀하게 회전하면서, 서로 일정한 회전 각도 위상을 유지하도록 동기 제어된다. 이것에 의해서, 묘화 유닛(U1~U6) 각각으로부터 기판(P)에 투사되는 빔(LB1~LB6) 각각의 주주사의 타이밍(스폿 광(SP)의 주주사 기간)을, 서로 중복되지 않게 설정할 수 있다. 따라서, 빔 전환부에 마련된 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프의 전환을, 6개의 폴리곤 미러(PM) 각각의 회전 각도 위치에 동기하여 제어함으로써, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 복수의 묘화 유닛(Un) 각각에 시분할로 배분한 효율적인 노광 처리를 할 수 있다.

6개의 폴리곤 미러(PM) 각각의 회전 각도의 위상 맞춤과 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프의 전환 타이밍의 동기 제어에 대해서는, 국제 공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있지만, 8면 폴리곤 미러(PM)의 경우, 주사 효율로서 1개의 반사면분의 회전 각도(45도) 중 1/3 정도가, 묘화 라인(SLn) 상에서의 스폿 광(SP)의 1주사에 대응하므로, 6개의 폴리곤 미러(PM)를 상대적으로 15도씩 회전 각도의 위상을 늦추어 회전시킴과 아울러, 각 폴리곤 미러(PM)가 8개의 반사면을 1면 건너 뛰기로 빔(LBn)을 주사하도록 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프의 전환이 제어된다. 이와 같이, 폴리곤 미러(PM)의 반사면을 1면 건너 뛰기를 사용한 묘화 방식에 대해서도, 국제 공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있다.

도 1에 나타내는 것과 같이, 노광 장치(EX)는, 동일 구성의 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))을 배열한, 이른바 멀티 헤드형의 직묘 노광법으로 되어 있다. 묘화 유닛(Un) 각각은, 회전 드럼(DR)의 외주면(원주면)에 의해 지지되어 있는 기판(P)의 Y방향으로 구획된 부분 영역마다 패턴을 묘화한다. 각 묘화 유닛(Un(U1~U6))은, 빔 전환부로부터의 빔(LBn)을 기판(P) 상(기판(P)의 피조사면 상)에 투사하면서, 기판(P) 상에서 빔(LBn)을 집광(수렴)한다. 이것에 의해, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))은 스폿 광(SP)이 된다. 또한, 각 묘화 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 회전에 의해서, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿 광(SP)은 주주사 방향(Y방향)으로 주사된다. 이 스폿 광(SP)의 주사에 의해서, 기판(P) 상에, 1 라인분의 패턴의 묘화를 위한 직선적인 묘화 라인(주사 라인)(SLn)(또한, n=1, 2,…, 6)이 규정된다. 묘화 라인(SLn)은, 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 기판(P) 상에 있어서의 주사 궤적이기도 하다.

묘화 유닛(U1)은, 스폿 광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사하고, 마찬가지로 묘화 유닛(U2~U6)은, 스폿 광(SP)을 묘화 라인(SL2~SL6)을 따라서 주사한다. 도 1에 나타내는 것과 같이, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 포함하며 YZ면과 평행한 중심면을 사이에 두고, 회전 드럼(DR)의 둘레 방향으로 2열로 지그재그 배열로 배치된다. 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 중심면에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)의 기판(P)의 피조사면 상에 위치하고, 또한, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)은, 중심면에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)의 기판(P)의 피조사면 상에 위치하고, 또한, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 그 때문에, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))도, 중심면을 사이에 두고 기판(P)의 반송 방향으로 2열로 지그재그 배열로 배치되며, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)과 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)은, XZ평면 내에서 보면, 중심면에 대해서 대칭으로 마련되어 있다.

X방향(기판(P)의 반송 방향)에 관해서는, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)과 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)이 서로 이간(離間)하고 있지만, Y방향(기판(P)의 폭방향, 주주사 방향)에 관해서는 서로 분리되지 않고 이어 맞춤되도록 설정되어 있다. 묘화 라인(SL1~SL6)은, 기판(P)의 폭방향, 즉, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)과 대략 병행하게 되어 있다. 또한, 묘화 라인(SLn)을 Y방향으로 이어 맞춤된다는 것은, 묘화 라인(SLn)의 단부끼리의 Y방향의 위치를 인접 또는 일부 중복 시키는 관계로 하는 것을 의미한다. 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 중복시키는 경우는, 예를 들면, 각 묘화 라인(SLn)의 길이에 대해서, 묘화 개시점, 또는 묘화 종료점을 포함하여 Y방향으로 수% 이하의 범위에서 중복시키면 좋다.

이와 같이, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))은, 모두에 의해서 기판(P) 상의 노광 영역의 폭방향의 치수를 커버하도록, Y방향의 주사 영역(주주사 범위의 구획)을 분담하고 있다. 예를 들면, 1개의 묘화 유닛(Un)에 의한 Y방향의 주주사 범위(묘화 라인(SLn)의 길이)를 30~60㎜ 정도로 하면, 합계 6개의 묘화 유닛(U1~U6)을 Y방향으로 배치하는 것에 의해서, 묘화 가능한 노광 영역의 Y방향의 폭을 180~360㎜정도까지 넓히고 있다. 또한, 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 길이(묘화 범위의 길이)는, 원칙적으로 동일하게 한다. 즉, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각을 따라서 주사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 주사 거리는, 원칙적으로 동일하게 한다.

본 실시 형태의 경우, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이, 수십 피코초 이하의 발광 시간의 펄스 광인 경우, 주주사 동안에 묘화 라인(SLn) 상에 투사되는 스폿 광(SP)은, 빔(LB)의 발진 주파수 Fa(예를 들면, 400 MHz)에 따라 이산적으로 된다. 그 때문에, 빔(LB)의 1펄스 광에 의해서 투사되는 스폿 광(SP)과 다음의 1펄스 광에 의해서 투사되는 스폿 광(SP)을, 주주사 방향으로 오버랩시킬 필요가 있다. 그 오버랩량은, 스폿 광(SP)의 사이즈 φ, 스폿 광(SP)의 주사 속도(주주사의 속도) Vs 및 빔(LB)의 발진 주파수 Fa에 의해서 설정된다. 스폿 광(SP)의 실효적인 사이즈(직경) φ는, 스폿 광(SP)의 강도 분포가 가우스 분포로 근사되는 경우, 스폿 광(SP)의 피크 강도의 1/e²(또는 1/2)의 강도가 되는 폭 치수로 정해진다. 본 실시 형태에서는, 실효적인 사이즈(치수) φ에 대해서, φ×1/2 정도 스폿 광(SP)이 오버랩되도록, 스폿 광(SP)의 주사 속도 Vs(폴리곤 미러(PM)의 회전 속도) 및 발진 주파수 Fa가 설정된다. 따라서, 펄스 모양의 스폿 광(SP)의 주주사 방향을 따른 투사 간격은, φ/2가 된다. 그 때문에, 부주사 방향(묘화 라인(SLn)과 직교한 방향)에 관해서도, 묘화 라인(SLn)에 따른 스폿 광(SP)의 1회의 주사와, 다음의 주사와의 사이에, 기판(P)이 스폿 광(SP)의 실효적인 사이즈 φ의 대략 1/2의 거리만큼 이동하도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SLn)을 주주사 방향으로 잇는 경우도, φ/2만큼 오버랩시키는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 스폿 광(SP)의 사이즈(치수) φ를 3~4㎛ 정도로 한다.

각 묘화 유닛(Un(U1~U6))은, XZ평면 내에서 보았을 때, 각 빔(LBn)이 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 향해 진행하도록 설정된다. 이것에 의해, 각 묘화 유닛(Un(U1~U6))으로부터 기판(P)을 향해 진행하는 빔(LBn)의 광로(빔 주광선)은, XZ평면에 있어서, 기판(P)의 피조사면의 법선과 평행이 된다. 또한, 각 묘화 유닛(Un(U1~U6))으로부터 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 조사되는 빔(LBn)은, 원통면 모양으로 만곡한 기판(P)의 표면의 묘화 라인(SLn)에서의 접평면에 대해서, 항상 수직이 되도록 기판(P)을 향해서 투사된다. 즉, 스폿 광(SP)의 주주사 방향에 관해서, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))은 텔레센트릭한 상태로 주사된다.

도 1에 나타내는 묘화 유닛(빔 주사 장치)(Un)은, 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 묘화 유닛(U1)에 대해서만 간단하게 설명한다. 묘화 유닛(U1)의 상세한 구성은 다음에 도 2를 참조하여 설명한다. 묘화 유닛(U1)은, 반사 미러(M20~M24), 폴리곤 미러(PM) 및 fθ 렌즈계(묘화용 주사 렌즈)(FT)를 적어도 구비하고 있다. 또한 도 1에서는, 도시하고 있지 않지만, 빔(LB1)의 진행 방향에서 보아, 폴리곤 미러(PM)의 직전에는 제1 실린드리컬 렌즈(CYa)(도 2 참조)가 배치되고, fθ 렌즈계(f-θ 렌즈계)(FT)의 뒤에 제2 실린드리컬 렌즈(CYb)(도 2 참조)가 마련되어 있다. 제1 실린드리컬 렌즈(CYa)와 제2 실린드리컬 렌즈(CYb)에 의해, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면의 틸팅(tilting) 오차에 의한 스폿 광(SP)(묘화 라인(SL1))의 부주사 방향으로의 위치 변동이 보정된다.

입사 미러(IM1)에서 -Z방향으로 반사된 빔(LB1)은, 묘화 유닛(U1) 내에 마련되는 반사 미러(M20)에 입사하고, 반사 미러(M20)에서 반사한 빔(LB1)은, -X방향으로 진행하여 반사 미러(M21)에 입사한다. 반사 미러(M21)에서 -Z방향으로 반사한 빔(LB1)은, 반사 미러(M22)에 입사하고, 반사 미러(M22)에서 반사한 빔(LB1)은, +X방향으로 진행하여 반사 미러(M23)에 입사한다. 반사 미러(M23)는, 입사한 빔(LB1)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)을 향해서, XY평면과 평행한 면 내에서 절곡하도록 반사한다.

폴리곤 미러(PM)는, 입사한 빔(LB1)을, fθ 렌즈계(FT)를 향해서 +X방향측으로 반사한다. 폴리곤 미러(PM)는, 빔(LB1)의 스폿 광(SP)을 기판(P)의 피조사면 상에서 주사하기 위해서, 입사한 빔(LB1)을 XY평면과 평행한 면 내에서 1차원으로 편향(반사)한다. 구체적으로는, 폴리곤 미러(회전 다면경, 가동 편향 부재)(PM)는, Z축 방향으로 연장하는 회전축(AXp)과, 회전축(AXp)의 둘레에 형성된 복수의 반사면(RP)(본 실시 형태에서는 반사면(RP)의 수 Np를 8로 함)을 가지는 회전 다면경이다. 회전축(AXp)을 중심으로 이 폴리곤 미러(PM)를 소정의 회전 방향으로 회전시킴으로써 반사면에 조사되는 펄스 모양의 빔(LB1)의 반사각을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 1개의 반사면(RP)에 의해서 빔(LB1)이 편향되고, 기판(P)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LB1)의 스폿 광(SP)을 주주사 방향(기판(P)의 폭방향, Y방향)을 따라서 주사할 수 있다. 이 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 1회전에 의해, 기판(P)의 피조사면 상에 스폿 광(SP)이 주사되는 묘화 라인(SL1)의 수는, 최대로 반사면(RP)의 수와 동일한 8개가 된다.

fθ 렌즈계(주사계 렌즈, 주사용 광학계)(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 반사된 빔(LB1)을, 반사 미러(M24)에 투사하는 텔레센트릭계의 스캔 렌즈이다. fθ 렌즈계(FT)를 투과한 빔(LB1)은, 반사 미러(M24)를 거쳐 스폿 광(SP)이 되어 기판(P) 상에 투사된다. 이 때, 반사 미러(M24)는, XZ평면에 관해서, 빔(LB1)이 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 향해 진행하도록, 빔(LB1)을 기판(P)을 향해서 반사한다. 빔(LB1)의 fθ 렌즈계(FT)로의 입사각 θ는, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ/2)에 따라 변화한다. fθ 렌즈계(FT)는, 반사 미러(M24)를 거쳐, 그 입사각 θ에 비례한 기판(P)의 피조사면 상의 상고(像高) 위치에 빔(LB1)을 투사한다. fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리를 fo로 하고, 상고 위치를 yo로 하면, fθ 렌즈계(FT)는, yo = fo×θ의 관계(왜곡 수차)를 만족하도록 설계되어 있다. 따라서, 이 fθ 렌즈계(FT)에 의해서, 빔(LB1)을 Y방향으로 정확하게 등속으로 주사하는 것이 가능하게 된다. 또한 fθ 렌즈계(FT)에 입사하는 빔(LB1)이 폴리곤 미러(PM)에 의해서 1차원으로 편향되는 면(XY면과 평행)은, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)을 포함하는 면이 된다.

다음으로, 도 2를 참조하여 묘화 유닛(Un(U1~U6))의 광학적인 구성에 대해 설명한다. 도 2에 나타내는 것과 같이, 묘화 유닛(Un) 내에는, 빔(LBn)의 입사 위치로부터 피조사면(기판(P))까지의 빔(LBn)의 진행 방향을 따라서, 반사 미러(M20), 반사 미러(M20a), 편광 빔 스플리터(BS1), 반사 미러(M21), 반사 미러(M22), 제1 실린드리컬 렌즈(CYa), 반사 미러(M23), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈계(FT), 반사 미러(M24), 제2 실린드리컬 렌즈(CYb)가 마련된다. 또한, 묘화 유닛(Un) 내에는, 묘화 유닛(Un)의 묘화 개시 가능 타이밍(스폿 광(SP)의 주사 개시 타이밍)을 검출하기 위해서, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면의 각도 위치를 검지하는 원점 검출 센서(원점 검출기)로서의 빔 송광계(60a)와 빔 수광계(60b)가 마련된다. 또한, 묘화 유닛(Un) 내에는, 기판(P)의 피조사면(또는 회전 드럼(DR)의 표면)에서 반사한 빔(LBn)의 반사광을, fθ 렌즈계(FT), 폴리곤 미러(PM) 및 편광 빔 스플리터(BS1) 등을 거쳐 검출하기 위한 광 검출기(DTc)가 마련된다.

묘화 유닛(Un)에 입사하는 빔(LBn)은, Z축과 평행한 광축(AX1)을 따라서 -Z방향으로 진행하여, XY평면에 대해서 45° 기울어진 반사 미러(M20)에 입사한다. 반사 미러(M20)에서 반사한 빔(LBn)은, 반사 미러(M20)로부터 -X방향으로 떨어진 반사 미러(M20a)를 향해서 -X방향으로 진행한다. 반사 미러(M20a)는, YZ평면에 대해서 45° 기울어져 배치되고, 입사한 빔(LBn)을 편광 빔 스플리터(BS1)를 향해서 -Y방향으로 반사한다. 편광 빔 스플리터(BS1)의 편광 분리면은 YZ평면에 대해서 45° 기울어져 배치되고, P편광의 빔을 반사하며, P편광과 직교하는 방향으로 편광된 직선 편광(S편광)의 빔을 투과한다. 묘화 유닛(Un)에 입사하는 빔(LBn)을 P편광의 빔으로 하면, 편광 빔 스플리터(BS1)는, 반사 미러(M20a)로부터의 빔(LBn)을 -X방향으로 반사하여 반사 미러(M21)측으로 안내한다. 반사 미러(M21)는 XY평면에 대해서 45° 기울어져 배치되고, 입사한 빔(LBn)을 반사 미러(M21)로부터 -Z방향으로 떨어진 반사 미러(M22)를 향해서 -Z방향으로 반사한다. 반사 미러(M21)에서 반사된 빔(LBn)은, 반사 미러(M22)에 입사한다. 반사 미러(M22)는, XY평면에 대해서 45° 기울어져 배치되고, 입사한 빔(LBn)을 반사 미러(M23)를 향해서 +X방향으로 반사한다. 반사 미러(M22)에서 반사한 빔(LBn)은, 도시하지 않은 λ/4 파장판과 실린드리컬 렌즈(CYa)를 거쳐 반사 미러(M23)에 입사한다. 반사 미러(M23)는, 입사한 빔(LBn)을 폴리곤 미러(PM)를 향해서 반사한다.

폴리곤 미러(PM)는, 입사한 빔(LBn)을 X축과 평행한 광축(AXf)을 가지는 fθ 렌즈계(FT)를 향해서 +X방향측으로 반사한다. 폴리곤 미러(PM)는, 빔(LBn)의 스폿 광(SP)을 기판(P)의 피조사면 상에서 주사하기 위해서, 입사한 빔(LBn)을 XY평면과 평행한 면 내에서 1차원으로 편향(반사)한다. 폴리곤 미러(PM)는, Z축 방향으로 연장하는 회전축(AXp)의 둘레에 형성된 복수의 반사면(본 실시 형태에서는 정팔각형의 각변)을 가지며, 회전축(AXp)과 동축의 회전 모터(RM)에 의해서 회전된다. 회전 모터(RM)는, 도시하지 않은 묘화 제어 장치에 의해서, 일정한 회전 속도(예를 들면, 3만~4만 rpm 정도)로 회전한다. 앞서 설명한 것과 같이, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 실효적인 길이(예를 들면, 50㎜)는, 이 폴리곤 미러(PM)에 의해서 스폿 광(SP)을 주사할 수 있는 최대 주사 길이(예를 들면, 52㎜) 이하의 길이로 설정되어 있고, 초기 설정(설계상)에서는, 최대 주사 길이의 중앙에 묘화 라인(SLn)의 중심점(fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)이 통과하는 점)이 설정되어 있다.

실린드리컬 렌즈(CYa)는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(회전 방향)과 직교하는 부주사 방향(Z방향)에 관해서, 입사한 빔(LBn)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면 상에 수렴한다. 즉, 실린드리컬 렌즈(CYa)는, 빔(LBn)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면 상에서 XY평면과 평행한 방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 수렴한다. 모선이 Y방향과 평행하게 되어 있는 실린드리컬 렌즈(CYa)와, 후술의 실린드리컬 렌즈(CYb)에 의해서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면이 Z축과 평행한 상태로부터 기울어진 경우라도, 기판(P)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LBn)(묘화 라인(SLn))의 조사 위치가 부주사 방향으로 어긋나는 것을 억제할 수 있다.

빔(LBn)의 fθ 렌즈계(FT)로의 입사각 θ(광축(AXf)에 대한 각도)는, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ/2)에 따라 변화한다. 빔(LBn)의 fθ 렌즈계(FT)로의 입사각 θ가 0도일 때, fθ 렌즈계(FT)에 입사한 빔(LBn)은, 광축(AXf) 상을 따라서 진행한다. fθ 렌즈계(FT)로부터의 빔(LBn)은, 반사 미러(M24)에서 -Z방향으로 반사되고, 실린드리컬 렌즈(CYb)를 거쳐 기판(P)을 향해서 투사된다. fθ 렌즈계(FT) 및 모선이 Y방향과 평행한 실린드리컬 렌즈(CYb)에 의해서, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn)은 기판(P)의 피조사면 상에서 직경 수㎛ 정도(예를 들면, 2~3㎛)의 미소한 스폿 광(SP)으로 수렴된다. 이상과 같이, 묘화 유닛(Un)에 입사한 빔(LBn)은, XZ평면 내에서 보았을 때, 반사 미러(M20)로부터 기판(P)까지 コ자 모양으로 크랭크된 광로를 따라서 절곡되고, -Z방향으로 진행하여 기판(P)에 투사된다. 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각이 빔(LB1~LB6)의 각 스폿 광(SP)을 주주사 방향(Y방향)으로 일차원으로 주사하면서, 기판(P)을 장척 방향으로 반송하는 것에 의해서, 기판(P)의 피조사면이 스폿 광(SP)에 의해서 상대적으로 2차원 주사되어 기판(P) 상에는 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의해 묘화되는 패턴이 Y방향으로 이어 맞춤된 상태로 노광된다.

일례로서 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 실효적인 주사 길이 LT를 50㎜, 스폿 광(SP)의 실효적인 직경 φ을 4㎛, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 펄스 발광의 발진 주파수 Fa를 400MHz로 하고, 묘화 라인(SLn)(주주사 방향)을 따라서 스폿 광(SP)이 직경 φ의 1/2씩 오버랩되도록 펄스 발광시키는 경우, 스폿 광(SP)의 펄스 발광의 주주사 방향의 간격은 기판(P) 상에서 2㎛가 되며, 이것은 발진 주파수 Fa의 주기 Tf(=1/Fa)인 2.5nS(1/400MHz)에 대응한다. 또한, 이 경우, 묘화 데이터 상에서 규정되는 화소 사이즈 Pxy는, 기판(P) 상에서 4㎛ 각(角, 사각형의 한변 길이)으로 설정되고, 1화소는 주주사 방향과 부주사 방향 각각에 관해서 스폿 광(SP)의 2펄스분으로 노광된다. 따라서, 스폿 광(SP)의 주주사 방향의 주사 속도 Vsp와 발진 주파수 Fa는, Vsp = (φ/2)/Tf의 관계가 되도록 설정된다. 한편, 주사 속도 Vsp는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 VR(rpm)와, 실효적인 주사 길이 LT와. 폴리곤 미러(PM)의 반사면의 수 Np(=8)와, 폴리곤 미러(PM)의 한 개의 반사면(RP)에 의한 주사 효율 1/α에 근거하여, 이하와 같이 정해진다.

Vsp=(8·α·VR·LT)/60[㎜/초]

따라서, 발진 주파수 Fa와 회전 속도 VR(rpm)는, 이하의 관계가 되도록 설정된다.

(φ/2)/Tf=(8·α·VR·LT)/60 … 식 (1)

발진 주파수 Fa를 400MHz(Tf = 2.5nS), 스폿 광(SP)의 직경 φ을 4㎛로 했을 때, 발진 주파수 Fa로부터 규정되는 주사 속도 Vsp는, 0.8㎛/nS(= 2㎛/2.5nS)가 된다. 이 주사 속도 Vsp에 대응시키기 위해서는, 주사 효율 1/α을 0.3(α≒3.33), 주사 길이 LT를 50㎜로 했을 때, 식 (1)의 관계로부터, 8면의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 VR를 36000rpm으로 설정하면 된다. 또한, 이 경우의 주사 속도 Vsp = 0.8㎛/nS는, 시속으로 환산하면 2880Km/h이다. 이와 같이, 주사 속도 Vsp가 고속이 되면, 패턴의 묘화 개시 타이밍을 결정하는 원점 센서(빔 송광계(60a)와 빔 수광계(60b))로부터의 원점 신호의 발생 타이밍의 재현성도 높일 필요가 있다. 예를 들면, 1화소의 사이즈를 4㎛로 하고, 묘화해야 할 패턴의 최소 치수(최소 선폭)를 8㎛(2화소분)로 했을 때, 기판(P) 상에 이미 형성된 패턴에 새로운 패턴을 겹쳐서 노광하는 세컨드 노광일 때의 겹침 정밀도(허용되는 위치 오차의 범위)는, 최소 선폭의 1/4 ~ 1/5 정도로 할 필요가 있다. 즉, 최소 선폭이 8㎛인 경우, 위치 오차의 허용 범위는 2㎛ ~ 1.6㎛가 된다. 이 값은, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 발진 주기 Tf(2.5nS)에 대응한 스폿 광(SP)의 2펄스분의 간격 이하이며, 스폿 광(SP)의 1펄스분의 오차가 허용되지 않는 것을 의미한다. 그 때문에, 패턴의 묘화 개시 타이밍(개시 위치)을 결정하는 원점 신호의 발생 타이밍의 재현성은, 주기 Tf(2.5nS) 이하로 설정하는 것이 필요하다.

도 2에 나타내는 원점 검출 센서(이하, 단순히 '원점 센서'라고도 함)를 구성하는 빔 수광계(60b)는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 회전 위치가, 반사면(RP)에 의한 묘화용 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 주사가 개시 가능하게 되기 직전의 소정 위치에 오면 원점 신호(SZn)를 발생한다. 폴리곤 미러(PM)는, 8개의 반사면(RP)를 가지므로, 빔 수광계(60b)는, 폴리곤 미러(PM)의 1회전 중에 8회의 원점 신호(SZn)를 출력하게 된다. 원점 신호(SZn)는, 도시하지 않은 묘화 제어 장치에 보내어지고, 원점 신호(SZn)가 발생하고 나서, 소정의 지연 시간 Tdn만큼 경과한 후에 스폿 광(SP)의 묘화 라인(SLn)을 따른 주사가 개시된다.

도 3은, 묘화 유닛(Un) 내에서의 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈계(FT) 및 원점 센서(광의의 원점 검출기) 등을 구성하는 빔 수광계(60b)의 배치를 XY면 내에서 본 도면이다. 도 3에서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 중 1개의 반사면(RPa)을 향해서, 빔 송광계(60a)로부터의 레이저 빔(Bga)이 투사되고, 각도 범위 θf로 주사 되는 묘화용 빔(LBn)의 스폿 광(SP)이 묘화 라인(SLn)의 묘화 개시점에 위치한 순간의 반사면(RPa)의 각도 상태를 나타내고 있다. 여기서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP(RPa))은, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)과 직교하는 입사 동면(瞳面)에 위치하도록 배치된다. 엄밀하게는, fθ 렌즈계(FT)에 입사하는 빔(LBn)의 주광선이 광축(AXf)과 동축(同軸)으로 된 순간의 반사면(RP(RPa))의 각도 위치에 있어서, 반사 미러(M23)로부터 폴리곤 미러(PM)로 향하는 빔(LBn)의 주광선과 광축(AXf)이 교차하는 위치에 반사면(RP(RPa))이 설정된다. 또한, fθ 렌즈계(FT)의 주면(主面)으로부터 기판(P)의 표면(스폿 광(SP)의 집광점)까지의 거리가 초점 거리 fo이다.

레이저 빔(Bga)은, 기판(P)의 감광성 기능층에 대해서 비감광성의 파장역의 평행 광속으로서 반사면(RPa)에 투사된다. 반사면(RPa)에서 반사한 레이저 빔(Bga)의 반사 빔(Bgb)은, 도 3의 상태에서는 fθ 렌즈계(FT)의 방향을 향하고 있지만, 도 3의 위치에 대해서 일정 시간 전에, 반사면(RPa)은 반사면(RPa')의 각도 위치로 되어 있고, 반사 빔(Bgb)은 빔 수광계(60b)를 구성하는 렌즈계(광학 소자)(GLb)에 입사하고, 반사 미러(Mb)에서 반사되어 광전 변환 소자(광전 검출기)(DTo)에 이른다. 반사 빔(Bgb)(평행 광속)은, 렌즈계(GLb)에 의해서 광전 변환 소자(DTo)의 수광면 상에 스폿 광(SPr)으로서 집광되고, 렌즈계(GLb)에 반사 빔(Bgb)이 입사하고 있는 동안, 스폿 광(SPr)은 폴리곤 미러(PM)의 회전에 수반하여 광전 변환 소자(DTo)의 수광면을 횡단하도록 주사되고, 광전 변환 소자(협의의 원점 검출기)(DTo)는 원점 신호(SZn)를 발생한다. 본 실시 형태에서는, 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍의 재현성을 높이기 위해서, 묘화용 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 기판(P) 상에서의 주사 속도 Vsp에 비해, 원점 검출용 반사 빔(Bgb)의 스폿 광(SPr)의 광전 변환 소자(DTo) 상에서의 주사 속도를 빠르게 하도록, 렌즈계(GLb)의 초점 거리를 fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리 fo보다도 크게 한다.

도 4는, 도 2, 도 3에 나타낸 빔 송광계(60a)와 빔 수광계(60b)와의 배치를 간략화하여 나타낸 도면이며, 빔 송광계(60a)는, 레이저 빔(Bga)(이하, 단순히 '빔(Bga)'이라고도 함)을 연속 발광하는 반도체 레이저 광원(LDo)과, 그 광원으로부터의 빔(Bga)을 평행 광속으로 하는 콜리메이터 렌즈(렌즈계)(GLa)를 구비한다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP(RPa))의 각도 변화를 고정밀도로 안정되게 검출하기 위해서, 반사면(RP(RPa))에 투사되는 빔(Bga)은, 반사면(RP(RPa))의 회전 방향(XY면과 평행한 주주사 방향)에 관해서, 어느 정도의 폭을 가지는 평행 광속으로 된다. 한편, 빔 수광계(60b)에서는, 반사 빔(Bgb)을 광전 변환 소자(DTo) 상에서 주주사 방향에 관하여 작게 좁혀진 스폿 광(SPr)으로 집광하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 초점 거리 Fgs의 렌즈계(GLb)가 마련된다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP(RPa))으로부터 렌즈계(GLb)까지의 거리는, 반사 빔(Bgb)이 평행 광속으로 되므로, 비교적 자유롭게 설정할 수 있다. 광전 변환 소자(DTo)의 수광면은, 렌즈계(GLb)의 후측의 초점 거리 Fgs의 위치에 배치된다. 반사면(RP(RPa))에서 반사한 반사 빔(Bgb)이 렌즈계(GLb)의 광축과 동축으로 입사했을 때, 반사 빔(Bgb)의 스폿 광(SPr)이 광전 변환 소자(DTo)의 수광면의 거의 중앙에 위치하도록 설정된다.

렌즈계(GLb)의 광축에 대해서, 주주사 방향으로 약간 기울어진 반사 빔(Bgb')이 입사했을 경우에도, 반사 빔(Bgb')은 광전 변환 소자(DTo)의 수광면과 거의 동일한 면 내에 스폿 광(SPr)으로 되어 집광된다. 렌즈계(GLb)로부터 광전 변환 소자(DTo)로 향하는 반사 빔(Bgb')은, 텔레센트릭일 필요는 없고, 광전 변환 소자(DTo)의 수광면을 횡단하는 스폿 광(SPr)의 속도를 보다 높이기 위해서, 오히려 비텔레센트릭인 것이 좋다. 이상과 같이, 렌즈계(GLb)의 초점 거리 Fgs와 fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리 fo를 Fgs＞fo로 설정하는 것에 의해서, 광전 변환 소자(DTo)로부터 출력되는 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍의 재현성(정확함)을 높일 수 있다. 원점 신호(SZn)의 재현성의 구하는 방법이나 재현성의 향상의 정도 등에 대해서는 후술한다.

도 5는, 광전 변환 소자(DTo)의 상세한 구성을 나타내며, 본 실시 형태에서는, 예를 들면, 하마마츠 포트닉스 주식회사제의 레이저 빔 동기 검출용 포토 IC로서 판매되고 있는 S9684 시리즈를 이용한다. 이 포토 IC는, 도 5와 같이, 스폿 광(SPr)의 주사 방향으로 좁은 갭(불감대)을 사이에 두고 늘어놓은 2개의 PIN 포토 다이오드에 의한 수광면(PD1, PD2), 전류 증폭부(IC1, IC2), 및 콤퍼레이터부(IC3)를 1개로 패키징한 것이다. 스폿 광(SPr)이 수광면(PD1, PD2)의 순으로 횡단하면, 전류 증폭부(IC1, IC2) 각각은, 도 5의 (A)에 나타내는 것과 같은 출력 신호(STa, STb)를 발생한다. 최초로 스폿 광(SPr)를 받는 수광면(PD1)으로부터의 광전류를 증폭하는 전류 증폭부(IC1)에는, 일정한 오프셋 전압(기준 전압)(Vref)이 인가되고, 전류 증폭부(IC1)의 출력 신호(STa)는, 수광면(PD1)에서 발생하는 광전류가 영일 때에 기준 전압(Vref)이 되도록 바이어스되어 있다. 콤퍼레이터부(IC3)는, 도 5의 (B)에 나타내는 것과 같이, 출력 신호(STa, STb)의 레벨을 비교하여, STa＞STb일 때는 H레벨, STa＜STb일 때는 L레벨이 되는 로직 신호를 원점 신호(SZn)로서 출력한다. 본 실시 형태에서는, 원점 신호(SZn)가 H레벨로부터 L레벨로 천이한 시점을 원점 시각(원점 위치)(Tog)이라고 하고, 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍은 원점 시각(Tog)을 의미하는 것으로 한다. 또한 여기서의 원점 위치(원점 시각(Tog))는, 예를 들면, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)이 통과하는 기판(P) 상의 점을 기준점으로 했을 때, 그 기준점으로부터 스폿 광(SP)의 주주사 방향으로 항상 일정 거리만큼 떨어지도록 설정되는 절대적인 위치로서의 원점을 의미하는 것이 아니라, 묘화 라인(SLn)에 따른 패턴 묘화의 개시 타이밍에 대한 소정 거리 직전(혹은 소정 시간 전)을 상대적으로 나타내는 것이다.

원점 시각(Tog)은, 출력 신호(STa)의 레벨이 강하하면서, 출력 신호(STb)의 레벨이 상승하고 있는 도중에, 출력 신호(STa, STb)의 레벨이 일치한 순간이 된다.출력 신호(STa, STb)의 레벨 변화(상승이나 강하의 파형)는, 수광면(PD1, PD2)의 폭치수와 스폿 광(SPr)의 크기와의 관계, 스폿 광(SPr)의 주사 속도 Vh와 수광면(PD1, PD2)의 응답성 등에 의해서 변화할 수 있지만, 스폿 광(SPr)의 직경이 불감대의 폭치수보다는 크고, 수광면(PD1)의 폭치수보다도 작으면, 출력 신호(STa, STb) 각각은, 도 5의 (A)와 같은 레벨 변화에 의한 파형이 되어, 안정적인 원점 신호(SZn)를 얻을 수 있다.

도 6은, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 중 어느 1개에 선택적으로 배분하기 위한 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))를 포함하는 빔 전환부의 개략적인 구성을 나타낸다. 도 6의 각 부재의 부호는, 도 1에 나타낸 부재와 동일한 것이지만, 도 1 중에 나타낸 반사 미러(M1~M12)는 적절히 생략되어 있다. 파이버 앰프 레이저 광원으로 구성되는 광원 장치(LS)는, 묘화 제어 장치(200)에 접속되어 각종의 제어 정보(SJ)를 교환한다. 광원 장치(LS)는, 내부에 빔(LB)을 펄스 발광시킬 때의 발진 주파수 Fa(예를 들면, 400MHz)의 클록 신호(CLK)를 발생하는 클록 회로를 구비하며, 묘화 제어 장치(200)로부터 보내져 오는 묘화 유닛(Un)마다의 묘화 데이터(SDn)(1화소를 1비트로 하는 비트 맵 데이터)에 근거하여, 빔(LBn)을 클록 신호(CLK)에 응답하여 버스트 모드(소정의 클록 펄스 수(數)분(分)의 발광과 소정의 클록 펄스 수(數)분(分)의 발광 정지의 반복)로 펄스 발광한다.

묘화 제어 장치(200)는, 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 원점 센서(광전 변환 소자(DTo))로부터 출력되는 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))를 입력하여, 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도와 회전 각도 위상이 지정된 상태가 되도록, 폴리곤 미러(PM)의 회전 모터(RM)를 제어하는 폴리곤 회전 제어부와, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각에 공급되는 초음파 신호로서의 구동 신호(DF1~DF6)의 온/오프(인가/비인가)를 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))에 근거하여 제어하는 빔 전환 제어부를 구비한다. 또한 도 6에서는, 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 중 선택용 광학 소자(OS4)가 선택되어, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)(묘화 유닛(U4)으로 묘화되는 패턴의 묘화 데이터에 의해 강도 변조되어 있음)을 입사 미러(IM4)를 향해서 편향하고, 빔(LB4)으로서 묘화 유닛(U4)에 공급하고 있는 상태를 나타내고 있다. 이와 같이, 선택용 광학 소자(OS1~OS6)를 빔(LB)의 광로에 직렬로 마련하면, 선택용 광학 소자(OSn) 각각이 가지는 투과율이나 회절 효율에 의해서, 광원 장치(LS)로부터의 선택용 광학 소자(OSn)의 순번에 따라, 선택된 빔(LB1~LB6)의 강도(펄스 광의 피크 강도)가 다르다. 그 때문에, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 입사하는 빔(LB1~LB6)의 상대적인 강도 차이가, 소정의 허용 범위 내(예를 들면,±5% 이내)가 되도록, 묘화 제어 장치(200)는, 구동 신호(DF1~DF6) 각각의 레벨(고주파 신호의 진폭이나 전력)을 조정한다.

도 7은, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 및 입사 미러(IMn(IM1~IM6)) 주위의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 선택용 광학 소자(OSn)에는, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)이, 예를 들면 직경 1㎜ 이하의 미소한 지름(제1 지름)의 평행 광속으로서 입사한다. 고주파 신호(초음파 신호)인 구동 신호(DFn)가 입력되고 있지 않은 기간(구동 신호(DFn)가 오프)에는, 입사한 빔(LB)이 선택용 광학 소자(OSn)에 의해 회절되지 않고 그대로 투과한다. 투과한 빔(LB)은, 그 광로 상에 광축(AXb)을 따라서 마련된 집광 렌즈(Ga) 및 콜리메이트 렌즈(Gb)를 투과하여, 후단의 선택용 광학 소자(OSn)에 입사한다. 이 때 선택용 광학 소자(OSn)를 거쳐 집광 렌즈(Ga) 및 콜리메이트 렌즈(Gb)를 통과하는 빔(LB)은, 광축(AXb)과 동축으로 한다. 집광 렌즈(Ga)는, 선택용 광학 소자(OSn)를 투과한 빔(LB)(평행 광속)을, 집광 렌즈(Ga)와 콜리메이트 렌즈(Gb)와의 사이에 위치하는 면(Ps)의 위치에서 빔 웨이스트가 되도록 집광한다. 콜리메이트 렌즈(Gb)는, 면(Ps)의 위치로부터 발산하는 빔(LB)을 평행 광속으로 한다. 콜리메이트 렌즈(Gb)에 의해서 평행 광속으로 된 빔(LB)의 지름은, 제1 지름이 된다. 집광 렌즈(Ga)의 후측 초점 위치와 콜리메이트 렌즈(Gb)의 전측 초점 위치는, 소정의 허용 범위 내에서 면(Ps)과 일치하고 있고, 집광 렌즈(Ga)의 전측 초점 위치는 선택용 광학 소자(OSn) 내의 회절점과 소정의 허용 범위 내에서 일치하도록 배치된다.

한편, 고주파 신호인 구동 신호(DFn)가 선택용 광학 소자(OSn)에 인가되고 있는 기간에는, 입사한 빔(LB)이 선택용 광학 소자(OSn)에 의해서 회절된 빔(LBn)(1차 회절광)과, 회절되지 않았던 0차의 빔(LBnz)이 발생한다. 입사하는 빔(LB)의 강도를 100%로 하고, 선택용 광학 소자(OSn)의 투과율에 의한 저하를 무시했을 때, 회절된 빔(LBn)의 강도는 최대로 80% 정도이며, 나머지 20% 정도가 0차의 빔(LBnz)의 강도가 된다. 0차의 빔(LBnz)은, 집광 렌즈(Ga)와 콜리메이트 렌즈(Gb)를 통과하여, 또한 후단의 선택용 광학 소자(OSn)를 투과하여 흡수체(TR)에서 흡수된다. 구동 신호(DFn)의 고주파의 주파수에 따른 회절각으로 -Z방향으로 편향된 빔(LBn)(평행 광속)은, 집광 렌즈(Ga)를 투과하여, 면(Ps) 상에 마련된 입사 미러(IMn)로 향한다. 집광 렌즈(Ga)의 전측 초점 위치가 선택용 광학 소자(OSn) 내의 회절점과 광학적으로 공역이므로, 집광 렌즈(Ga)로부터 입사 미러(IMn)로 향하는 빔(LBn)은, 광축(AXb)으로부터 편심한 위치를 광축(AXb)과 평행하게 진행하고, 면(Ps)의 위치에서 빔 웨이스트가 되도록 집광(수렴)된다. 그 빔 웨이스트의 위치는, 묘화 유닛(Un)을 거쳐 기판(P) 상에 투사되는 스폿 광(SP)과 광학적으로 공역이 되도록 설정되어 있다.

입사 미러(IMn)의 반사면 또는 그 근방을 면(Ps)의 위치에 배치하는 것에 의해서, 선택용 광학 소자(OSn)에 의해 회절된 빔(LBn)은, 입사 미러(IMn)에서 -Z방향으로 반사되고, 콜리메이트 렌즈(Gc)를 거쳐 광축(AX1)(도 2 참조)을 따라서 묘화 유닛(Un)에 입사한다. 콜리메이트 렌즈(Gc)는, 집광 렌즈(Ga)에 의해서 수렴/발산된 빔(LBn)을, 콜리메이트 렌즈(Gc)의 광축(AX1)과 동축의 평행 광속으로 한다. 콜리메이트 렌즈(Gc)에 의해서 평행 광속으로 된 빔(LBn)의 지름은, 제1 지름과 거의 동일하게 된다. 집광 렌즈(Ga)의 후측 초점과 콜리메이트 렌즈(Gc)의 전측 초점은, 소정의 허용 범위 내에서, 입사 미러(IMn)의 반사면 또는 그 근방에 배치된다.

이상과 같이, 집광 렌즈(Ga)의 전측 초점 위치와 선택용 광학 소자(OSn) 내의 회절점을 광학적으로 공역으로 하고, 집광 렌즈(Ga)의 후측 초점 위치인 면(Ps)에 입사 미러(IMn)를 배치하면, 선택용 광학 소자(OSn)의 구동 신호(DFn)의 주파수를 규정 주파수로부터 ±Δfs만큼 변화시키는 것에 의해, 빔(LBn)의 면(Ps) 상에서의 집광점의 광축(AXb)에 대한 편심량(시프트량)을 변화시킬 수 있다. 그 결과, 묘화 유닛(Un)으로부터 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)을, 부주사 방향으로 ±ΔSFp만큼 시프트시킬 수 있다. 그 시프트량(|ΔSFp|)은, 선택용 광학 소자(OSn) 자체의 편향각의 최대 범위, 입사 미러(IMn)의 반사면의 크기, 묘화 유닛(Un) 내의 폴리곤 미러(PM)까지의 광학계(릴레이계)의 배율, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 Z방향의 폭, 폴리곤 미러(PM)로부터 기판(P)까지의 배율(fθ 렌즈계(FT)의 배율) 등에 의한 제한을 받지만, 스폿 광(SP)의 기판(P) 상의 실효적인 사이즈(지름) 정도, 혹은 묘화 데이터 상에서 정의되는 화소 치수(Pxy) 정도의 범위에서 조정 가능하다. 이것에 의해서, 묘화 유닛(Un) 각각에 의해 기판(P) 상에 묘화되는 새로운 패턴과 기판(P) 상에 이미 형성된 패턴과의 겹침 오차, 혹은 묘화 유닛(Un) 각각에 의해 기판(P) 상에 묘화되는 새로운 패턴 사이의 이음 오차를, 고정밀도로 또한 고속으로 보정할 수 있다.

다음으로, 도 8, 도 9를 참조하여, 도 3, 도 4와 같이 구성된 원점 센서(빔 송광계(60a)와 빔 수광계(60b))로부터의 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍의 재현성(편차 오차)을 계측 및 연산하는 방법을 설명한다. 이 계측이나 연산은, 도 6에 나타낸 묘화 제어 장치(200) 내의 프로세서(CPU) 등을 이용하여 실시할 수 있고, 원점 신호(SZn)를 외부의 파형 계측 기기 등에 보내 실시해도 된다. 도 8은, 도 3 또는 도 4에 나타낸 8면의 폴리곤 미러(PM)의 평면도이며, 여기에서는, 8개의 반사면(RP) 각각에 관해서, 도 5의 (B)와 같이 발생하는 원점 신호(SZn)의 재현성을 구하기 위해, 8개의 반사면(RP)를 폴리곤 미러(PM)의 회전 방향(시계회전)과 역방향으로, RPa, RPb, RPc, RPd, RPe, RPf, RPg, RPh로 한다. 또한, 폴리곤 미러(PM)의 상면(또는 하면)에는, 폴리곤 미러(PM)의 회전의 원점을 검출하기 위한 회전 기준 마크(Mcc)가 형성되어 있다. 회전 기준 마크(Mcc)는, 폴리곤 미러(PM)가 1회전할 때마다 펄스 모양의 검출 신호를 출력하는 반사형의 광전 센서('주회(周回) 검출 센서'라고도 함)에 의해서 검출된다. 원점 신호(SZn)의 재현성을 계측할 때에는, 원점 센서가 검출하는 폴리곤 미러(PM)의 반사면을 특정해 둘 필요가 있으므로, 주회 검출 센서로부터의 검출 신호(회전 기준 마크(Mcc))를 기준으로, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RPa~RPh)을 특정하는 것으로 한다.

또한, 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍의 재현성을 계측할 때는, 폴리곤 미러(PM)의 속도 변동(속도 불규일)에 의한 영향을 고려할 필요가 있다. 폴리곤 미러(PM)의 속도 변동은 상기의 주회 검출 센서에 의해서도 계측 가능하지만, 본 실시 형태에서는, 원점 신호(SZn)에 근거하여 폴리곤 미러(PM)의 속도 변동을 계측한다. 앞서 예시한 것과 같이, 폴리곤 미러(PM)를 36000rpm으로 회전시키도록, 묘화 제어 장치(200) 내의 폴리곤 회전 제어부에서 서보 제어했다고 하면, 폴리곤 미러(PM)는 1초 동안에 600 회전하게 되고, 설계상의 1회전분의 주회 시간 TD는, 1/600초(≒1666.667μS)가 된다. 그래서, 원점 신호(SZn) 중의 임의의 하나의 펄스의 원점 시각(Tog)으로부터 계수하여 9번째의 펄스의 원점 시각(Tog)까지의 실제의 주회 시간 TD를, 광원 장치(LS)가 펄스 발광에 이용하는 발진 주파수 Fa보다도 높은 주파수(예를 들면 2배 이상)의 클록 펄스 등을 이용하여 반복 계측한다. 폴리곤 미러(PM)는, 관성을 수반하여 고속 회전하므로, 1회전 중에 속도 불균일이 생길 가능성은 낮지만, 서보 제어의 특성 등에 따라서는, 수 mS ~ 수십 mS의 주기로 설계상의 주회 시간 TD가 약간 변동하는 경우가 있다.

도 9는, 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍의 재현성(편차)을 계측하는 방법을 설명하는 도면이다. 여기에서는, 설명을 간단하게 하기 위해, 도 8에 나타낸 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에 대응하여 발생하는 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog2)의 재현성의 구하는 방법을 예시하지만, 다른 반사면(RPb~RPh) 각각에 대해서도 마찬가지로 계측할 수 있다. 원점 시각(Tog2)의 1개 직전의 타이밍에 발생하는 원점 시각(Tog1)은, 도 8의 경우, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPh)에 대응하여 발생한 원점 신호(SZn)로서 얻어진다. 그래서, 폴리곤 미러(PM)를 규정의 속도로 회전시킨 상태에서, 반사면(RPh)에 대응하여 발생한 원점 시각(Tog1)으로부터, 다음의 반사면(RPa)에 대응한 원점 시각(Tog2)까지의 원점 간격 시간 ΔTmn(n=1, 2, 3,…의 주회수)를, 폴리곤 미러(PM)의 1회전마다 다수회(예를 들면 10회 이상) 반복 계측한다. 도 9에서는, 간단히 하기 위해서, 폴리곤 미러(PM)가 7 회전하고 있는 동안에 발생하는 원점 신호(SZn(a)1~SZn(a)7) 각각의 파형을, 반사면(RPh)에 대응하여 얻어진 원점 시각(Tog1)을 시간축 상에서 맞추어 늘어 놓아 나타내고 있다.

여기서, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도의 변동이 영이라고 가정하면, 본래 일정해야 할 원점 간격 시간 ΔTmn 각각의 계측값을 편차가 생긴다. 이 편차가, 반사면(RPa)에 대응한 원점 시각(Tog2)의 발생 타이밍의 편차 폭 ΔTe가 되므로, 원점 신호(SZn)의 재현성은, 편차 폭 ΔTe 내에 분포하는 다수의 원점 시각(Tog2)의 표준 편차값σ, 또는 표준 편차값 σ의 3배인 3σ값으로서 구해진다. 앞서 설명한 것과 같이, 광원 장치(LS)가 빔(LB)을 주기 Tf로 펄스 발진시키는 경우, 재현성으로서의 3σ값은 주기 Tf보다도 작은 것이 좋다. 이상의 설명에서는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도의 변동(속도 불균일)을 영이라고 가정했지만, 나노초 이하의 분해능으로 신호 파형을 샘플링하는 파형 측정기를 사용하여 원점 신호(SZn)의 파형을 해석하고, 폴리곤 미러(PM)의 주회 시간(1회전의 시간)을 계측하여 보면, 주회에 따라서는 주회 시간이 ±수nS 정도 변동하는 것을 알았다. 그래서, 도 9와 같이 하여 계측되는 원점 간격 시간 ΔTmn(n=1, 2, 3…의 주회수)를, 그 원점 간격 시간 ΔTmn의 계측 기간에서의 폴리곤 미러(PM)의 속도 변동에 의해서 생긴 오차분(分)으로 보정할 필요가 있다.

도 10은, 폴리곤 미러(PM)의 속도 변동에 의한 시간 오차분을 예상하는 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다. 본 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 다수회의 주회마다, 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각에 대응한 원점 간격 시간 ΔTmn를 계측한다. 도 10에서는, 폴리곤 미러(PM)의 1회전 중의 초기 위치(최초의 원점 시각(Tog))를 반사면(RPa)으로 하고, 반사면(RPa)으로부터 폴리곤 미러(PM)가 2 회전하는 동안에 발생하는 원점 신호(SZn)의 파형을 모식적으로 나타내었다. 여기서, 원점 신호(SZn)의 반사면(RPa)에 대응하여 발생하는 원점 시각(Tog)으로부터 이웃의 반사면(RPb)에 대응하여 발생하는 원점 시각(Tog)까지의 원점 간격 시간을 ΔTma로 하고, 이하 마찬가지로, 서로 이웃하는 반사면(RPb)으로부터 반사면(RPc)까지의 원점 간격 시간을 ΔTmb,… 서로 이웃하는 반사면(RPh)으로부터 반사면(RPa)까지의 원점 간격 시간을ΔTmh로 한다. 폴리곤 미러(PM)의 1주(周)째에서는, 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각에 대응하여 발생하는 원점 시각(Tog) 각각을 스타트점으로 하여, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh)마다의 주회 시간 TDa, TDb,…TDh를 계측한다. 주회 시간 TDa~TDh 각각은, 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각에 대응한 8개의 원점 간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 합계값으로 구해도 된다. 주회 시간 TDa~TDh(혹은 원점 간격 시간 ΔTma~ΔTmh) 각각은, 폴리곤 미러(PM)가, 예를 들면 N회전하는 동안, 반복 계측된다. 이것에 의해서, 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각에 따른 원점 시각(Tog)으로부터 계시되는 주회 시간 TDa~TDh 각각의 데이터를, N주(周)분에 걸쳐 취득할 수 있다.

다음으로, N주분에 걸쳐 취득된 주회 시간 TDa~TDh 각각의 평균 주회 시간 ave(TDa)~ave(TDh)를 계산한다. 예를 들면, 주회 시간 TDa는 주회수 N(N=1, 2, 3…)에 대응하여, TDa(1), TDa(2), TDa(3),…TDa(N)로서 기억되므로, 평균 주회 시간 ave(TDa)는, [TDa(1)+TDa(2)+TDa(3)+,…+TDa(N)]/N에 의해 구해진다.

다음으로, 도 10에 나타낸 2주(周)째 이후에 계측된 원점 간격 시간 ΔTma~ΔTmh 각각은, 그 직전의 폴리곤 미러(PM)의 주회에 있어서의 속도 변동의 영향에 의한 오차를 포함한다고 상정하고, 예를 들면, 2주째 이후에 실측된 원점 간격 시간 ΔTma는, 직전의 주회에서 실측된 주회 시간 TDa와 평균 주회 시간 ave(TDa)와의 비율만큼 변동했다고 예상하여, 원점 간격 시간 ΔTma의 예상 간격 시간 ΔTma'를 계산한다. 그 때, 2주째 이후의 각 주회에서 실측된 N-1개의 원점 간격 시간 ΔTma의 평균 간격 시간 ave(ΔTma)를 구해 둔다. 그리고, 평균 주회 시간 ave(TDa)와 실측된 주회 시간 TDa와의 비에, 평균 간격 시간 ave(ΔTma)를 곱하여, 속도 변동분을 보정한 예상 간격 시간 ΔTma'를 산출한다. 이것에 의해서, 실측된 원점 간격 시간 ΔTma와 예상 간격 시간 ΔTma'와의 차분값이, 반사면(RPa)에 대응하여 발생한 원점 시각(Tog)의 보다 정확한 편차량(σ값)으로서 구해진다. 다른 반사면(RPb~RPh) 각각에 대응한 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)의 편차량도, 마찬가지의 계산에 의해서 구해진다. 이와 같이, 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)의 발생 간격인 원점 간격 시간 ΔTma~ΔTmh 각각을, 폴리곤 미러(PM)의 복수회의 회전 중에 반복하여 실측하는 것만으로, 폴리곤 미러(PM)의 속도 변동에 기인한 오차를 저감한 정확한 재현성(3σ값 등)을 구할 수 있다.

[실측예]

일례로서 원점 센서의 빔 수광계(60a) 내의 렌즈계(GLb)의 초점 거리 Fgs를, fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리 fo(예를 들면 100㎜)와 동일한 정도로 하고, 렌즈계(GLb)의 초점 거리 Fgs의 위치에 광전 변환 소자(DTo)를 배치하고, 폴리곤 미러(PM)를 약 38000rpm으로 회전시켜, 도 9와 같은 방법으로 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh) 각각에 대응하여 발생하는 원점 신호(SZn)(원점 시각(Tog2))의 재현성을 실측했는데, 도 11에 나타내는 것과 같은 결과가 얻어졌다. 도 11에 있어서, 가로축은 계측한 반사면 사이의 각 위치(RPa→RPb, RPb→RPc,…RPh→RPa)를 나타내고, 세로축은 주회 속도의 변동을 보정 계산한 후의 각 반사면간의 간격 시간 ΔTma~ΔTmh(μS)를 나타낸다. 간격 시간 ΔTma~ΔTmh는, 본 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 10회전분에 걸쳐 연속하여 발생하는 원점 신호(SZn)의 파형 데이터를, 2.5GHz(0.4nS)의 샘플링 레이트를 가지는 디지털 파형 기억장치에 의해 기억하고, 그 파형 데이터를 해석하여 실측했다.

도 11과 같이, 주회 속도의 변동을 보정한 후의 간격 시간 ΔTma~ΔTmh는, 197.380μS~197.355μS의 사이에서 편차를 가진다. 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도가 38000rpm으로 정밀하게 회전하고 있는 경우, 계산상의 간격 시간 ΔTma~ΔTmh 각각은 197.368μS이다. 이러한 간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 편차는, 예를 들면, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RPa~RPh) 중 서로 이웃한 반사면끼리가 이루는 8개의 정각(頂角, 꼭지각) 각각이 정밀하게 135도로 되어 있지 않거나, 혹은 회전축(AXp)으로부터 반사면(RPa~RPh) 각각까지의 거리가 정밀하게 일정하게 되어 있지 않은 등의 가공상의 형상 오차에 기인하여 생긴다. 또한, 간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 편차는, 회전축(AXp)에 대한 폴리곤 미러(PM)의 편심 오차의 정도에 의해서도 생길 수 있다.도 11에서는, 간격 시간 ΔTma~ΔTmh 각각의 편차의 분포로부터 계산되는 3σ값이, 2.3nS~5.9nS가 되었다. 이 값은, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 펄스 발진 주파수를 400MHz(주기 2.5nS)로 했을 때, 스폿 광의 주사 위치에 관해서 대체로 3펄스 분 이상의 오차가 발생하는 것을 의미한다. 앞서 예시한 것과 같이, 스폿 광(SP)의 직경 φ을 4㎛, 1화소 사이즈 Pxy를 기판(P) 상에서 4㎛각(角), 1화소분을 스폿 광(SP)의 2펄스분으로 묘화하는 경우, 3σ값이 6nS정도이면, 묘화 라인(SLn)을 따라서 묘화되는 패턴의 위치가, 주주사 방향으로 5㎛ 정도(정확하게는 4.8㎛) 편차를 가지는 것을 의미한다.

fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리를 fo, 기판(P) 상에서의 스폿 광(SP)의 펄스 간격의 거리(스폿 지름의 1/2)를 ΔYp로 했을 때, 펄스 간격 거리 ΔYp에 대응한 폴리곤 미러(PM)(반사면)의 각도 변화 Δθp는, Δθp≒ΔYpp/fo가 된다. 한편, 각도 변화 Δθp에 대응한 광전 변환 소자(DTo) 상에서의 레이저 빔(Bgb)(스폿 광(SPr))의 이동거리를 ΔYg로 하면, 빔 수광부(빔 수광계)(60b)측의 렌즈계(GLb)의 초점 거리 Fgs로부터, 이동거리 ΔYg는, ΔYg≒Δθp×Fgs가 된다. 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)의 발생 정밀도는, 스폿 광(SP)의 펄스 간격 거리 ΔYp의 1/2 이하의 정밀도(분해능)에 대응시키는 것이 바람직하기 때문에, 광전 변환 소자(DTo) 상에서의 레이저 빔(Bgb)(스폿 광(SPr))의 주사 속도를 기판(P) 상에서의 스폿 광(SP)의 주사 속도의 2배 정도로 빠르게 한다. 즉, ΔYg≒2·ΔYp의 관계로 하는 것이 좋다. 그 때문에 본 실시 형태에서는, 렌즈계(GLb)의 초점 거리 Fgs를 fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리 fo의 2배 정도로 설정하지만, 2배 이상이어도 되는 것은 말할 필요도 없다.

도 12는, 도 11에서 실측한 묘화 유닛(Un)과 동일한 구성의 다른 묘화 유닛을 이용하여, 렌즈계(GLb)의 초점 거리 Fgs를 Fgs≒2×fo로 변화시켜, 도 11과 마찬가지로 재현성을 실측한 결과를 나타낸다. 도 12의 세로축과 가로축은 도 11과 동일한 것을 나타내지만, 도 12의 세로축의 스케일은 1 눈금이 2nS(도 11에서는 5nS)로 되어 있다. 스폿 광(SPr)의 광전 변환 소자(DTo) 상에서의 주사 속도를 스폿 광(SP)의 기판(P) 상에서의 주사 속도의 2배 정도로 하는 것에 의해서, 간격 시간 ΔTma~ΔTmh 각각의 편차의 분포로부터 계산되는 3σ값은, 1.3nS~2.5nS가 되며, 도 11의 경우에 비해서 거의 절반으로 개선되었다. 따라서 이 경우, 스폿 광(SP)의 직경 φ을 4㎛, 1화소 사이즈 Pxy를 기판(P) 상에서 4㎛각(角), 1화소분을 스폿 광(SP)의 2펄스분으로 묘화하면, 묘화 라인(SLn)을 따라서 묘화되는 패턴의 주주사 방향의 위치의 편차는, 2.5㎛정도로 반감된다.

이상과 같이, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh)에 투사되는 원점 센서용 빔(Bga)을, 반사면(RPa~RPh)의 회전 방향의 치수에 대해서 소정의 굵기(예를 들면 1~2㎜ 지름) 이상이 되는 평행 광속으로 함으로써, 반사면(RPa~RPh) 각각의 표면의 거칠기(연마 흔적 등)에 의한 영향을 저감하여, 평균적인 표면의 각도 변화를 정밀하게 검출할 수 있다. 한편, 광전 변환 소자(DTo) 상에 집광되는 반사 빔(Bgb)의 스폿 광(SPr)의 지름 치수는, 빔 주사 방향의 수광면(PD1, PD2)의 폭치수와, 수광면(PD1)와 수광면(PD2)의 사이의 불감대의 폭에 대응하여 적절히 설정된다. 스폿 광(SPr)의 주사 방향의 지름 치수는, 도 5의 [A]와 같은 신호 파형이 얻어지도록, 수광면(PD1, PD2) 중 작은 편의 폭치수보다도 작아지고, 불감대의 폭보다도 커지는 조건으로 설정된다. 따라서, 반사 빔(Bgb)을 입사하는 렌즈계(GLb)의 초점 거리 Fgs는, 그러한 조건을 만족하도록, fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리 fo보다도 길어지도록 설정된다.

또한 도 4에 나타낸 반도체 레이저 광원(LDo)로부터 방사되는 빔(Bga)의 단면 내에서의 강도 분포는, 종횡비가 1：2 정도의 타원형으로 되어 있으므로, 타원형의 장축 방향을 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RPa~RPh)의 회전 방향(주주사 방향)에 맞추고, 타원형의 단축 방향을 폴리곤 미러(PM)의 회전축(AXp)의 방향에 맞추면 된다. 이와 같이 하면, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RPa~RPh)의 높이(회전축(AXp)의 방향의 치수)가 작아도, 빔(Bga)을 유효하게 반사 빔(Bgb)으로서 반사할 수 있음과 아울러, 광전 변환 소자(DTo)에 이르는 반사 빔(Bgb)의 주사 방향의 개구수(NA)를, 비주사 방향의 개구수(NA)보다도 크게 할 수 있으므로, 스폿 광(SPr)의 주사 방향(도 5의 수광면(PD1, PD2)을 횡단하는 방향)에 관한 해상(解像)을 높여, 콘트라스트를 샤프하게 할 수 있다.

또한, 광전 변환 소자(DTo)로서 도 5와 같이 2개의 수광면(PD1, PD2)으로부터의 출력 신호(STa, STb)의 대소를 비교하여 원점 신호(SZn)를 생성하는 타입 대신에, 1개의 슬릿 모양의 수광면으로부터의 신호 레벨을 기준 전압과 비교하여 원점 신호(SZn)를 생성하는 타입을 사용해도 된다. 그 타입의 경우, 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)의 재현성은, 신호 파형의 상승부나 강하부의 경사가 급준(急峻)하게 될수록(응답 시간이 짧을수록) 좋게 될 가능성이 있으므로, 슬릿 모양의 수광면을 횡단하는 스폿 광(SPr)의 주사 속도를 묘화용 스폿 광(SP)의 주사 속도보다도 빠르게 함과 아울러, 렌즈계(GLb)에 의해서 스폿 광(SPr)을 가능한 한 작게 집광하여 단위 면적당의 강도를 높이는 것이 좋다.

또한, 도 3에 나타낸 본 실시 형태에 의한 원점 검출 센서(렌즈계(GLb), 광전 변환 소자(DTo))는, 묘화용(가공용) 빔(LBn)과 다른 광원으로부터 투사되는 원점 검출용 빔(Bga)의 폴리곤 미러(PM)에서의 반사 빔(Bgb)을 광전 검출한다. 그렇지만, 도 3의 배치 관계에서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)이 RPa'의 각도 위치로 된 직후, 묘화용 빔(LBn)은 fθ 렌즈계(FT)에는 비입사인 상태(블랭크 기간)이지만, 렌즈계(GLb)에는 입사 가능한 기간이 존재한다. 그 블랭크 기간의 동안, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 펄스 발진이나 선택용 광학 소자(OSn)의 제어에 의해, 묘화용 빔(LBn)은 묘화 유닛(Un)에 입사하지 않도록 제어된다. 그래서, 블랭크 기간이라도, 묘화용 빔(LBn)이 렌즈계(GLb)에 입사 가능한 기간만, 선택용 광학 소자(OSn)를 온 상태로 하여 광원 장치(LS)으로부터 발진 주파수 Fa로 빔(LB)을 펄스 발진시키고, 광전 변환 소자(DTo)에 의해서 폴리곤 미러(PM)에서 반사한 빔(LBn)의 반사 빔을 수광하도록 해도 된다. 그러한 구성의 경우, 블랭크 기간 중에 렌즈계(GLb)에 입사하는 묘화용 빔(LBn)은, 원점 검출용 빔으로서 사용할 수 있다.

그런데, 도 12에 나타낸 간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 편차의 경향과, 앞의 도 11에 나타낸 간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 편차의 경향과는 나노초 오더로 보면 크게 다르지만, 이것은 도 11과 도 12 각각의 재현성의 실측에서 사용한 폴리곤 미러(PM) 사이에서 각 정각(頂角)의 각도 오차의 경향이 다른 개체차(가공 공차)나 회전시의 편심 오차의 차이에 의하는 것과 생각된다. 도 11이나 도 12의 실측예와 같이, 폴리곤 미러(PM)의 가공 공차나 편심 오차의 경향이나 정도는, 묘화 유닛(Un(U1~U6))마다 다를 가능성이 있고, 간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 편차 오차도 묘화 유닛(Un(U1~U6))마다 다르다. 그래서 본 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 가공 공차나 편심 오차, 혹은 온도 변화에 의한 폴리곤 미러(PM)의 형상 변형 등에 의해서 생기는 간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 편차 오차에 의한 영향을 저감하기 위해서, 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)으로부터 묘화 개시 시점까지로 설정되는 지연 시간 TD를, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh)마다 조정하도록 한다. 환언하면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh)마다 발생하는 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)의 간격 시간 ΔTma~ΔTmh를, 폴리곤 미러(PM)의 1회전분의 시간 내에 거의 같아지도록 신호 처리에 의해서 보정한다.

도 13은, 주주사 방향으로 5화소분의 연속한 패턴을, 1화소당 2펄스분의 스폿 광(SP)을, 스폿 사이즈 φ의 1/2로 주주사 방향과 부주사 방향으로 중첩시켜 묘화하는 상태를 나타내는 도면이다. 도 13에서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh)마다 발생하는 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)을 기점으로 하여, 일정한 지연 시간 TD 후에 5화소분의 패턴의 묘화가 개시되는 것으로 한다. 또한, 도 13의 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍(원점 시각(Tog))의 편차(간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 편차)의 경향은, 일례로서 도 12의 경우에서 나타내고 있다. 도 13과 같이, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에 의해 주사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)에 의해서 묘화되는 5화소의 패턴을 기준으로 했을 때, 폴리곤 미러(PM)의 다른 반사면(RPb~RPh) 각각에 의해 주사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)에 의해서 묘화되는 5화소의 패턴은, 주주사 방향으로 편차를 가지는 것이 된다. 그 때문에, 묘화된 패턴의 부주사 방향으로 연장하는 엣지가 화소 단위(1~2 화소분)로 사행(蛇行)하게 된다. 사행하는 화소수는, 묘화해야 할 패턴의 선폭(주주사 방향의 화소수)에 의하지 않고, 간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 편차에 따르고 있다. 그 때문에, 1화소의 사이즈를 기판(P) 상에서 4㎛ 각(角)으로 했을 경우, 최소 선폭으로서 8㎛의 패턴(2화소분)을 부주사 방향으로 연속하여 묘화하면, 노광된 선 모양의 패턴은 선폭 정도로 크게 사행한 패턴으로서 관찰된다.

도 14는, 도 12의 실측예에 의한 특성의 그래프를 모식적으로 나타낸 그래프이며, 가로축의 RPa/b~RPh/a는, 각각 도 12의 가로축의 반사면 사이의 각 위치(RPa→RPb, RPb→RPc,…RPh→RPa)를 나타내고, 세로축은 도 12와 동일한 원점 간격 시간 ΔTma~ΔTmh(μS)를 나타낸다. 도 14 중의 기준 시간 Tsr은, 8면의 폴리곤 미러(PM)가 회전 속도 38000rpm으로 정밀하게 회전했을 때에, 45°만큼 회전하는데 필요로 하는 시간이며, 197.368μS가 된다. 또한, 도 14의 시간 Tab, Tbc, Tcd, Tde, Tef, Tfg, Tgh, Tha는, 도 12로 나타낸 표준 편차의 3배의 3σ값의 중심이 되는 간격 시간이다. 실측했을 때의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도에도 오차가 있기 때문에, 간격 시간 Tab, Tbc, Tcd, Tde, Tef, Tfg, Tgh, Tha의 합계값을 8로 나눈 평균값을 실제의 기준 시간 Tsr'으로 하면 좋다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 도 14와 같은 특성으로 출력되는 원점 신호(SZn)의 원점 간격 시간 ΔTma~ΔTmh 각각을 기준 시간 Tsr'에 맞추도록 지연 회로에 의해서 보정한다. 도 15는, 원점 신호(SZn)를 보정한 원점 신호(SZn')의 생성 상태를 설명하는 타임 차트이다. 도 15에서는 대표로서, 원점 신호(SZn) 중, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에 대응하여 발생하는 원점 시각(Tog)으로부터, 다음의 반사면(RPb)에 대응하여 발생하는 원점 시각(Tog)까지의 사이에서의 보정 상태를 나타내지만, 다른 반사면(RPb~RPh)에 대해서도 마찬가지로 보정된다. 원점 신호(SZn)의 반사면(RPa, RPb) 각각에 대응한 원점 시각(Tog)은, 도 14와 같이, 간격 시간 Tha, Tab, Tbc…와 같이 발생한다. 여기서, 반사면(RPa)에 대응한 원점 시각(Tog)을 기점으로 했을 때, 보정된 원점 신호(SZn')(보정 원점 신호(SZn'))의 반사면(RPa)에 대응한 원점 시각(Tog')은, 직전의 반사면(RPh)에 대응한 원점 시각(Tog')으로부터 기준 시간 Tsr'이 되도록, 지연 시간 ΔToa만큼 조정되어 발생한다. 또한, 보정된 원점 신호(SZn')의 반사면(RPb)에 대응한 원점 시각(Tog')은, 직전의 반사면(RPa)에 대응한 원점 시각(Tog')으로부터 기준 시간 Tsr'이 되도록, 지연 시간 ΔTob만큼 조정되어 발생한다. 마찬가지로 다른 반사면(RPc~RPh) 각각에 대응한 보정 후의 원점 신호(SZn')의 원점 시각(Tog')도, 직전의 반사면(RPb~RPg) 각각에 대응한 보정 후의 원점 신호(SZn')의 원점 시각(Tog')에 대해서 기준 시간 Tsr'이 되도록, 지연 시간 ΔToc, ΔTod, ΔToe, ΔTof, ΔTog, ΔToh만큼 보정된다. 반사면(RPa~RPh)마다의 지연 시간 ΔToa~ΔToh는, 도 14와 같이 특정된 간격 시간 Tab~Tha 각각과 기준 시간 Tsr'의 차분값으로부터 구해진다.

도 16은, 도 15와 같이, 광전 변환 소자(DTo)로부터의 원점 신호(SZn)를 입력하여 보정된 원점 신호(SZn')(보정 원점 신호(SZn'))를 생성하는 보정 회로(보정부)의 구성의 일례를 나타낸다. 이 보정 회로는, 도 6에 나타낸 묘화 제어 장치(200)의 일부로서 마련된다. 도 16에 있어서, 보정 회로는, 광원 장치(LS)로부터의 클록 신호(CLK)의 주파수 Fa(400MHz)보다도 높은 주파수(예를 들면 800MHz)로 설정된 클록 신호(CCK)를 계수하는 카운터 회로(210)와, 카운터 회로(210)에 간격 시간 Tab~Tha 각각에 대응한 프리세트(preset)값을 설정하는 시프트 레지스터(212)와, 시프트 레지스터(212)의 시프트 동작(레지스터의 선택)을 제어하는 시프터 제어 회로(214)를 가진다. 또한, 본 실시 형태에서는, 도 8에 나타낸 회전 기준 마크(Mcc)의 반사광을 광전 검출하는 센서(220)와, 센서(220)로부터의 신호에 근거하여 로직 레벨의 주회 펄스 신호(폴리곤 미러(PM)의 1회전에 1펄스)(Sj)를 생성하는 검출 회로(222)가 마련된다. 시프터 제어 회로(214)는, 주회 펄스 신호(Sj)와 원점 신호(SZn)에 근거하여, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)을 기점으로 한 시프트 신호(Sff)(어드레스 지정 신호)를 시프트 레지스터(212)에 출력한다. 시프트 레지스터(212)는 8개의 반사면(RPa~RPh)에 대응하여 8개의 레지스터(212A)를 가지며, 8개의 레지스터(212A)는, 링 시프트 레지스터가 되도록 접속되고, 시프트 신호(Sff)에 응답하여 각 레지스터에 유지되는 프리세트값을 차례로 이웃의 레지스터에 시프트 시킨다. 시프트 레지스터(212)의 8개의 레지스터(212A) 중 하나의 레지스터로부터의 출력은, 카운터 회로(210)에 인가된다.

카운터 회로(210)는, 리셋 신호(RST)에 응답하여 세트된 시프트 레지스터(212)로부터의 프리세트값(예를 들면 ΔToa)을, 반사면(RPa)에 대응하여 발생하는 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)으로부터 클록 신호(CCK)의 펄스에 응답하여 감산하고, 계수값이 제로가 된 순간에 펄스 모양의 원점 신호(SZn')를 발생한다. 카운터 회로(210)는, 원점 신호(SZn')를 리셋 신호(RST)로서 입력하고, 원점 신호(SZn')의 원점 시각(Tog')으로부터 일정 시간(기준 시간 Tsr' 미만) 후에, 시프트 신호(Sff)에 응답하여 1개만큼 시프트된 시프트 레지스터(212)로부터의 다음의 프리세트값(예를 들면 ΔTob)를 읽어 들여 세트한다. 이러한 동작에 의해서, 카운터 회로(210)로부터 출력되는 보정된 원점 신호(SZn')는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh)마다의 간격 시간 Tab~Tha의 편차가 보정된 거의 일정한 기준 시간 Tsr＇에서 원점 시각(Tog')을 새긴다.

또한, 시프트 레지스터(212)의 8개의 레지스터(212A) 각각에 기억되는 프리세트값은, 묘화 제어 장치(200) 내의 메모리부에 기억되고, 그 곳으로부터 읽어내져 프리세트된다. 도 14에 나타낸 간격 시간 Tab~Tha와 기준 시간 Tsr＇는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 VR에 따라 다르기 때문에, 다른 회전 속도 VR마다, 미리 도 12, 도 14와 같은 특성을 계측하고, 회전 속도 VR마다의 기준 시간 Tsr＇에 따른 지연 시간 ΔToa~ΔToh 각각에 대응한 프리세트값을 결정하여, 묘화 제어 장치(200) 내의 메모리부에 테이블로서 기억된다. 따라서, 묘화 동작시에, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 VR을 표준값(예를 들면 38000rpm)으로부터 변경하는 경우는, 변경한 후의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 VR에 대응한 지연 시간 ΔToa~ΔToh의 프리세트값이, 묘화 제어 장치(200) 내의 메모리부의 테이블로부터 읽어 내어져, 시프트 레지스터(212)의 레지스터(212A)에 세트된다. 묘화 제어 장치(200) 내의 테이블에 기억되는 지연 시간 ΔToa~ΔToh에 따른 프리세트값의 관계는, 예를 들면 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 VR를 40000rpm, 38000rpm, 36000rpm…과 같이 2000rpm마다 변화시킨 상태에서 실측한 데이터에 근거하여 작성하고, 그 사이의 회전 속도 VR에 대응한 지연 시간 ΔToa~ΔToh의 프리세트값은, 선형 보간에 의해서 구해도 된다.

이상의 실시 형태에 의하면, 보정 원점 신호(SZn')를 묘화 개시의 제어에 이용하는 것에 의해서, 묘화 개시점의 재현성이 향상됨과 아울러, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh)마다의 원점 시각(Tog')의 편차가 저감되므로, 묘화 개시점의 기판(P) 상의 주주사 방향의 절대 위치의 편차도 저감되어 묘화되는 패턴의 품질이 향상된다.

[변형예 1]

도 1에 나타낸 것과 같이, 복수의 묘화 유닛(Un)을 인접하게 마련하면, 각 묘화 유닛(Un) 내의 온도가 상승하기 쉬워진다. 묘화 유닛(Un)의 공조나 온조(溫調)에 의해서 온도 상승을 억제하는 것도 가능하지만, 폴리곤 미러(PM)를 고속 회전시킬 때에 발생하는 소음(풍절음)을 저감시키기 위해, 묘화 유닛(Un)마다 케이스를 마련하거나, 폴리곤 미러(PM)의 둘레에 커버를 마련하거나 하므로, 공조나 온조가 유효하게 작용하지 않는 경우도 있다. 즉, 폴리곤 미러(PM)의 주위나 원점 센서(빔 송광부(60a), 빔 수광부(60b))의 주위의 공기 온도의 변화를 양호하게 억제하는 것이 어려워진다. 경량화를 위해 폴리곤 미러(PM)의 모재를 알루미늄으로 하면, 그와 같은 온도 변화의 정도에 따라서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면의 상태가 서브 미크론의 오더로 변형하기도 한다. 또한, 원점 검출용 빔(Bga)을 발생하는 빔 송광부(빔 송광계)(60a)의 렌즈계(GLa)가, 반도체 레이저 광원(LDo)과 일체로 유닛화하기 위해서 플라스틱제(수지 몰드)였을 경우, 주위 온도의 변화에 의해서 폴리곤 미러(PM)로 향하는 빔(Bga)이, 평행 상태로부터 수렴성 또는 발산성을 가지는 빔으로 변동하기 쉽다. 그 때문에, 광전 변환 소자(DTo) 상에 집광하는 반사 빔(Bgb)의 스폿 광(SPr)의 포커스 상태가 변화하여, 원점 신호(SZn)의 재현성이 저하하거나 폴리곤 미러(PM)로 향하는 빔(Bga)의 각도로 약간 어긋나거나 한다.

여기서 본 변형예에서는, 폴리곤 미러(PM)의 주위나 원점 센서(빔 송광부(60a), 빔 수광부(60b))의 주위의 온도를 정밀하게 계측하는 온도 센서를 마련하고, 실측되는 원점 신호(SZn)의 재현성(3σ값)과 원점 간격 시간 ΔTma~ΔTmh(또는 도 14의 간격 시간 Tab~Tha)와의 온도 변화에 대한 변화 계수를 사전에 구해 두고, 도 16의 시프트 레지스터(212)에 설정하는 지연 시간 ΔToa~ΔToh 각각에 대응한 프리세트값을, 온도 센서로 계측되는 온도에 따라 보정한다. 이것에 의해서, 묘화 패턴의 개시점이 묘화 유닛(Un)의 온도 변화에 기인하여 주주사 방향으로 편차를 가지는 것이 저감된다.

[변형예 2]

도 17은, 변형예 2에 의한 원점 센서의 구성을 나타내는 도면이며, 묘화 유닛(Un) 내에서의 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf), 원점 센서를 구성하는 빔 송광부(60a), 빔 수광부(60b)의 배치를 XY면 내에서 본 도면이다. 도 17에서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 중 1개의 반사면(RPa)을 향해서, 묘화용 빔(LBn)이 투사되고, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)의 1개 이웃(1개 직전)의 반사면(RPb)에, 빔 송광부(60a)로부터의 레이저 빔(원점 검출용 빔)(Bga)이 투사되고 있다. 또한, 도 17에 있어서의 반사면(RPa)의 각도 위치는, 묘화용 빔(LBn)의 스폿 광(SP)이 묘화 라인(SLn)의 묘화 개시점에 위치하기 직전의 상태를 나타내고 있다. 여기서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP(RPa))은, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)과 직교하는 입사 동면에 위치하도록 배치된다. 엄밀하게는, fθ 렌즈계(FT)에 입사하는 빔(LBn)의 주광선이 광축(AXf)과 동축으로 된 순간의 반사면(RP(RPa))의 각도 위치에 있어서, 반사 미러(M23)로부터 폴리곤 미러(PM)로 향하는 빔(LBn)의 주광선과 광축(AXf)이 교차하는 위치에 반사면(RP(RPa))이 설정된다. 또한, fθ 렌즈계(FT)의 주면으로부터 기판(P)의 표면(스폿 광(SP)의 집광점)까지의 거리가 초점 거리 fo이다.

빔 송광부(60a)로부터의 빔(Bga)은, 도 4와 마찬가지의 렌즈계(GLa)에 의해서, 기판(P)의 감광성 기능층에 대해서 비감광성의 파장역의 평행 광속으로서 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPb)에 투사된다. 반사면(RPb)에서 반사한 레이저 빔(Bga)의 반사 빔(Bgb)은, XY면과 수직인 반사면을 가지는 반사 미러(반사 광학 부재)(MRa)로 향한다. 반사 미러(MRa)에서 반사한 빔(Bgb)의 반사 빔(Bgc)은, 다시 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPb)을 향해서 투사된다. 반사면(RPb)에서 반사한 빔(Bgc)의 반사 빔(Bgd)은, 빔 수광부(60b)로 수광된다. 빔 수광부(60b)는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPb)(및 다른 각 반사면(RP))이 XY면 내에서 특정의 각도 위치로 된 순간에, 도 17과 같이 빔(Bga, Bgb, Bgc, Bgd)이 진행되고, 빔 수광부(60b)는 펄스 모양의 원점 신호(SZn)를 출력한다. 도 17에서는, 빔(Bga)을 단순한 선으로서 나타내었지만, 실제로는, XY면 내에서 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 회전 방향에 관해서 소정의 폭을 가지는 평행 광속으로 되도록 설정된다. 마찬가지로 도 17에서는 빔(Bgd)을 단순한 선으로서 나타내었지만, 실제로는, XY면 내에서 소정의 폭을 가지는 평행 광속으로 되고, 빔(Bgd)은 폴리곤 미러(PM)의 회전에 따라 빔 수광부(60b)에 대해서 화살표 Aw와 같이 주사된다. 빔 수광부(60b)는, 도 4와 마찬가지로, 빔(Bgd)을 수광했을 때에 원점 신호(SZn)를 출력하는 광전 변환 소자(DTo)와, 빔(Bgd)을 광전 변환 소자(DTo) 상에 스폿 광(SPr)으로서 집광하는 렌즈계(GLb)를 가진다.

본 변형예 2에서는, 도 17과 같이, 반사 미러(MRa)를 이용하여, 원점 검출용 빔(Bga)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP(RPb))에서 2회 반사시킨 후의 빔(Bgd)의 스폿 광(SPr)을 광전 변환 소자(DTo)에서 수광하도록 구성했다. 그 때문에, 수광면(PD1, PD2) 상에서의 스폿 광(SPr)의 주사 속도 Vh는, 원점 검출용 빔(Bga)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP(RPb))에서 1회 반사시켜 광전 변환 소자(DTo)에서 수광하는 도 4의 경우와 비교해서 2배 이상으로 할 수 있다. 이것에 의해서, 묘화용 빔(LBn)(스폿 광(SP))의 기판(P) 상에서의 주사 속도 Vsp에 비해, 광전 변환 소자(DTo) 상의 원점 검출용 빔(Bgd)(스폿 광(SPr))의 주사 속도 Vh를 2배 정도로 빠르게 할 수 있어, 제1 실시 형태와 마찬가지로 원점 신호(SZn)의 재현성을 좋게 할 수 있다. 단, 본 변형예 2에서는, 빔 수광부(60b)에 마련되는 렌즈계(GLb)의 초점 거리 Fgs를 fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리 fo의 2배 이상으로 할 필요는 없고, 동일한 초점 거리로 해도 스폿 광(SPr)의 주사 속도 Vh를 스폿 광(SP)의 주사 속도 Vsp의 2배로 할 수 있다.

또한, 본 변형예 2에서는, 묘화용 빔(LBn)이 투사되는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)의 1개 직전의 반사면(RPb)에 대해서 원점 검출용 빔(Bga)이 투사되고 있다. 그 때문에, 도 17과 같은 원점 센서의 경우, 묘화용 빔(LBn)의 스폿 광(SP)이 묘화 라인(SLn)의 묘화 개시점의 조금 직전에 위치하도록 반사면(RPa)의 각도로 설정된 순간에, 도 17의 빔 수광부(60b)로부터의 원점 신호(SZn)는 원점 시각(Tog)이 되도록 설정되어 있다. 이와 같이, 폴리곤 미러(PM)가 다른 반사면에서 묘화용 빔(LBn)과 원점 검출용 빔(Bga)을 반사하는 구성이라도, 제1 실시 형태와 같이, 보정된 원점 신호(SZn')를 생성하는 것에 의해서, 묘화 패턴의 개시점이 주주사 방향으로 편차를 가지는 것을 저감 할 수 있다.

[제2 실시 형태]

제2 실시 형태에서는, 도 1에 나타낸 회전 드럼(DR)의 외주면에 형성되어 있는 기준 패턴을, 묘화 유닛(Un)으로부터 투사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)으로 주사하고, 기준 패턴으로부터 발생하는 반사광을 도 2에 나타낸 광 검출기(DTc)에서 검출한 광전 신호에 근거하여, 원점 신호(SZn)의 재현성이나 원점 간격 시간 ΔTma~ΔTmh(또는 도 14의 간격 시간 Tab~Tha)를 확인하거나, 지연 시간 Toa~Toh를 설정하거나 한다. 또한 회전 드럼(DR)의 외주면에 기준 패턴을 마련하고, 스폿 광(SP)으로 기준 패턴을 주사했을 때에 발생하는 정(正) 반사광을 묘화 유닛(Un) 내의 광 검출기(DTc)에서 검출하는 구성은, 예를 들면, 국제 공개 제2015/152217호 팜플렛에 개시되어 있다.

도 18은, 회전 드럼(DR)의 외주면에 형성된 라인＆스페이스 모양의 기준 패턴(PTL1, PTL2)을, 스폿 광(SP)으로 주사했을 때에 광 검출기(DTc)로부터 발생하는 광전 신호(Sv)의 파형의 일례를 나타내는 도면이다. 기준 패턴(PTL1)은, 스폿 광(SP)의 주주사 방향의 선폭이 20㎛이며 부주사 방향으로 연장된 저(低)반사율의 선 모양 패턴이고, 기준 패턴(PTL2)은, 주주사 방향의 선폭이 20㎛이며 부주사 방향으로 연장된 고(高)반사율의 선 모양 패턴이다. 이러한 기준 패턴(PTL1, PTL2)을 스폿 광(SP)으로 주사하면, 기준 패턴(PTL1)으로부터 발생하는 정 반사광의 강도는 낮고, 기준 패턴(PTL2)으로부터 발생하는 정 반사광의 강도는 높아진다. 기준 패턴(PTL1, PTL2)으로부터의 정 반사광은, fθ 렌즈계(FT)가 텔레센트릭이기 때문에, 도 2의 묘화용 빔(LBn)의 광로를 역으로 진행하여, 편광 빔 스플리터(BS1)까지 도달한다. 도 2에서는 도시를 생략했지만, 편광 빔 스플리터(BS1)를 투과한 정 반사광(빔(LBn)과 동일한 평행 광속)을 광 검출기(DTc)에 집광하는 집광 렌즈가 마련된다. 그것에 의해서, 기판(P) 또는 회전 드럼(DR)의 외주면은 광 검출기(DTc)의 수광면과 공역이 되고, 광 검출기(DTc)의 수광면에는, 기준 패턴(PTL1, PTL2) 상에 투사되는 스폿 광(SP)의 공역상(像)이 형성된다. 따라서, 광 검출기(DTc)로부터의 신호(Sv)는, 스폿 광(SP)이 기준 패턴(PTL1)을 투사하고 있는 동안은 저레벨이 되며, 기준 패턴(PTL2)을 투사하고 있는 동안은 고레벨이 된다.

광 검출기(DTc)로부터의 신호(Sv)의 파형 변화를, 스폿 광(SP)을 펄스 발광시키고 있는 광원 장치(LS)로부터의 클록 신호(CLK), 또는 클록 신호(CLK)를 체배(遞倍)한 샘플링 클록 신호로 디지털 변환하여 기억하여 해석하는 것에 의해서, 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)(또는 보정된 원점 신호(SZn')의 원점 시각(Tog'))을 기준으로 한 스폿 광(SP)의 주사 위치에 근거하여, 기준 패턴(PTL1, PTL2)의 부주사 방향으로 연장된 엣지 위치를 계측할 수 있다.

도 19는, 광 검출기(DTc)로부터의 신호(Sv)의 파형을 디지털 샘플링하는 회로 구성의 일례를 나타내고, 신호(Sv)를 입력하고 샘플링 클록 신호(CLK2)에 응답하여 신호(Sv)의 레벨을 디지털 변환하는 A/D 변환부(240), 광원 장치(LS)로부터의 클록 신호(CLK)의 주파수 Fa를 2배로 체배한 샘플링 클록 신호(이하, 간단하게 '클록 신호'라고 함)(CLK2)를 발생하는 체배부(241), A/D 변환부(240)에서 디지털 변환된 데이터를 클록 신호(CLK2)에 응답하여 기억하는 파형 기억부(메모리부)(242), 보정된 원점 신호(SZn')와 클록 신호(CLK2)에 근거하여, 파형 기억부(242)에 데이터를 기억할 때의 메모리 어드레스값을 생성하는 어드레스 생성부(244)와, 파형 기억부(242)에 기억된 신호(Sv)의 파형 데이터를 읽어 내어 해석하는 CPU를 포함하는 파형 해석부(246)로 구성된다. 파형 해석부(246)에서 해석된 정보는 도 6의 묘화 제어 장치(200)로 보내지고, 원점 신호(SZn')의 재현성(3σ값)이나 간격 시간 Tab~Tha의 확인, 혹은 지연 시간 Toa~Toh의 수정에 사용된다.

도 20은, 도 19의 회로 구성을 이용하여, 원점 신호(SZn')(또는 원점 신호(SZn))의 원점 시각(Tog')(또는 원점 시각(Tog))의 발생 타이밍의 편차를 계측하는 일례를 나타내는 타임 차트이다. 본 실시 형태에서는, 회전 드럼(DR)의 외주면에서, 확인해야 할 묘화 유닛(Un)의 묘화 라인(SLn)의 주사 개시점의 부근에 대응한 부주사 방향(Y방향)의 위치에, 도 16과 같은 기준 패턴(PTL1, PTL2)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 묘화 라인(SLn) 상에 기준 패턴(PTL1, PTL2)이 위치하도록, 회전 드럼(DR)의 회전 각도를 설정하여 정지시킨다.

도 20과 같이, 보정 원점 신호(SZn')의 원점 시각(Tog')으로부터 일정한 지연 시간 ΔTD의 직후에, 도 6에 나타낸 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이 발진 주파수 Fa로 펄스 발진되어, 묘화가 개시되는 것으로 한다. 또한, 빔(LB)의 펄스 발진의 직전에, 대상이 되는 묘화 유닛(Un)에 대응한 선택용 광학 소자(OSn)도 온 상태가 된다. 선택용 광학 소자(OSn)가 온 상태가 되어 빔(LB)이 대상의 묘화 유닛(Un)에 빔(LBn)으로서 공급되는 기간은, 빔(LBn)의 스폿 광(SP)이 기준 패턴(PTL1, PTL2)을 횡단하는 범위로 설정된다. 그 온 상태 동안, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이 주파수 Fa로 연속 발진한다. 지연 시간 ΔTD의 직후부터 스폿 광(SP)이 회전 드럼(DR)의 표면을 주사하면, 광 검출기(DTc)로부터의 광전 신호(Sv)는 도 20과 같은 파형으로 레벨 변화한다. 어드레스 생성부(244)는, 원점 시각(Tog')으로부터 지연 시간 ΔTu 후의 시각 Tu1으로부터, 클록 신호(CLK2)의 클록 펄스에 응답하여 점차 인크리먼트(increment)되는 어드레스값을 생성하고, 파형 기억부(242)는 지정된 어드레스값에, A/D 변환부(240)로부터의 디지털값(신호(Sv)의 레벨에 따른 값)을 차례로 기억한다. 여기서, 지연 시간 ΔTu는, ΔTu＞ΔTD로 설정됨과 아울러, 스폿 광(SP)이 기준 패턴(PTL1, PTL2)에 이르기 전까지의 시간으로 설정된다.

어드레스 생성부(244)와 파형 기억부(242)에 의해서, 시각 Tu1로부터 시각 Tu2까지의 일정 시간, 즉 스폿 광(SP)이 기준 패턴(PTL1, PTL2)을 포함하는 거리를 주사하는 기간 동안, 신호(Sv)의 파형 데이터가 클록 신호(CLK2)의 시간 분해능으로 파형 기억부(242)에 기억된다. 이상과 같은 파형 기억의 동작은, 폴리곤 미러(PM)의 지정된 1개의 반사면(RP)(예를 들면, RPa)에 의해서 빔(LBn)이 주사될 때마다 필요한 횟수분 행하여지고, 파형 기억부(242)에는, 폴리곤 미러(PM)의 동일한 반사면(RP)에 의해서 주사된 스폿 광(SP)에 의해서 발생한 광전 신호(Sv)의 시각 Tu1으로부터 시각 Tu2에 걸치는 파형 데이터가 복수 기억된다. 파형 해석부(246)는, 기억된 복수의 파형 데이터를 해석하여, 원점 신호(SZn')의 원점 시각(Tog')의 재현성이, 소정의 규격 내에 있는지 여부를 확인한다. 그를 위해서, 파형 해석부(246)는, 신호(Sv)의 파형 변화 중에서, 기준 패턴(PTL1, PTL2)의 각 엣지 위치에 대응하여 상승하거나, 강하하거나 하는 위치(어드레스 위치)를 특정하고, 각 기준 패턴(PTL1)(저반사율)의 중점 위치를 구하고, 또한 그러한 중점 위치의 평균 위치(CTu)(어드레스 위치)를 구한다. 파형 기억부(242)에 기억되는 1개의 파형 데이터의 어드레스값은, 클록 신호(CLK2)의 클록 펄스에 대응하고 있으므로, 시각 Tu1으로부터 평균 위치 CTu까지의 시간은, 클록 신호(CLK2)의 주기와 시각 Tu1로부터 평균 위치(CTu)까지의 어드레스 수와의 곱에 의해서 환산할 수 있고, 원점 신호(SZn')의 원점 시각(Tog')으로부터 평균 위치(CTu)까지의 시간 ΔTPc가 산정된다. 파형 해석부(246)는, 이러한 해석이 기억된 복수의 파형 데이터 각각에 대해 행하여 복수의 시간 ΔTPc를 산정한다. 파형 해석부(246)는, 산정된 복수의 시간 ΔTPc의 편차의 표준 편차값 σ로부터 3σ값을 구하고, 그 3σ값을 묘화 제어 장치(200)에 보낸다.

또한, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RPa~RPh)에 대응하여 발생하는 보정 원점 신호(SZn')의 원점 시각(Tog')의 간격 시간 Tab~Tha 각각이, 기준 시간 Tsr＇에 보정되고 있는지 여부를 확인하기 위해서는, 도 19의 회로 구성에 클록 신호(CLK2)를 계수하는 카운터 회로를 부가하고, 예를 들면, 보정 원점 신호(SZn') 중에서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에 대응하여 발생하는 원점 시각(Tog')과 반사면(RPa)의 다음의 반사면(RPb)에 대응하여 발생하는 원점 시각(Tog')과의 간격 시간을 복수회 계측하여, 그 평균값을 구하여 묘화 제어 장치(200)에 보낸다. 다른 반사면 사이의 간격 시간에 대해서도 마찬가지로 계측하고, 구한 간격 시간의 평균값을 묘화 제어 장치(200)에 보낸다. 묘화 제어 장치(200)는, 보내져 오는 간격 시간 Tab~Tha 각각이 기준 시간 Tsr＇에 대해서 허용 범위 내인지 여부를 확인하고, 허용 범위 이상의 오차를 가지고 있었을 경우에는, 도 16의 시프트 레지스터(212)에 세트하는 지연 시간 ΔToa~ΔToh를 수정한다.

이상의 제2 실시 형태에 의하면, 보정된 원점 신호(SZn')(또는 보정전의 원점 신호(SZn))의 경시적인 변동에 의해서 발생하는 묘화 개시 위치의 편차를 억제할 수 있어, 장기적으로 안정된 정밀도로 패턴 묘화를 할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서는, 회전 드럼(DR)의 외주면에 형성된 기준 패턴(PTL1, PTL2)을 이용하여, 원점 신호(SZn')의 재현성이나 간격 시간 Tab~Tha를 확인했지만, 기판(P)에 마련한 기준 패턴(PTL1, PTL2)을 검출하도록 해도 된다. 또한, 기준 패턴(PTL1, PTL2)이 형성된 매엽(枚葉)의 기준 시트(예를 들면, 두께가 기판(P)과 동등하고 가요성을 가지며, 변형이 적은 극박의 유리 시트나 스테인레스 시트 등)를 회전 드럼(DR)의 둘레로 감아 고정해도 된다.

[제3 실시 형태]

도 21은, 제3 실시 형태에 의한 보정 원점 신호(SZn')(혹은, 보정전의 원점 신호(SZn))의 정밀도를 검정하기 위한 테스트 노광의 방법을 설명하는 도며이며, 본 실시 형태에서는, 대상이 되는 1개의 묘화 유닛(Un)에 의해서, 감광층이 형성된 기판(P) 상에, 복수의 직사각 형상의 테스트 패턴(Tpt)을 주주사 방향과 부주사 방향으로 매트릭스 모양으로 배치하여 노광한다. 단, 본 실시 형태에서는, 부주사 방향으로 늘어 놓은 복수의 테스트 패턴(Tpt) 중, 열(MPa)에서 노광되는 테스트 패턴(Tpt)은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)만에 의해 묘화되도록 제어되고, 열(MPb)에서 노광되는 테스트 패턴(Tpt)은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPb)만에 의해 묘화되도록 제어된다. 이하 마찬가지로 열(MPc~MPh) 각각에서 노광되는 테스트 패턴(Tpt)은, 각각 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPc~RPh)의 어느 하나에 의해 묘화되도록 제어된다. 즉, 각 테스트 패턴(Tpt)이, 폴리곤 미러(PM)의 1회전 중에 지정된 1개의 반사면에서만 반사된 빔(LBn)의 스폿 광(SP)에 의해 노광되도록, 기판(P)은 통상 노광시의 반송 속도의 1/8의 속도로 보내어 진다. 또한 열(MPa~MPh) 내에서 주주사 방향으로 복수의 테스트 패턴(Tpt)을 배치하는 것은 반드시 필요하지 않지만, 스폿 광(SP)이 주사되는 묘화 라인(SLn)의 주주사 방향의 위치(영역)마다의 테스트 패턴(Tpt)의 형상 변화를 확인하기 위해 배치된다.

테스트 노광되는 기판(P)은, 신축이 적은 매엽의 PEN 필름이나, 극박의 유리 시트나 스테인레스 시트를 회전 드럼(DR)의 외주면에 깨끗하게 붙인 것으로 해도 된다. 테스트 노광된 기판(P)는 현상 처리, 혹은 에칭 처리를 행한 후, 테스트 패턴(Tpt)의 부주사 방향으로 연장한 엣지부(Ef, Et)의 형성 상태를 검사 장치 등으로 확대 관찰한다. 테스트 패턴(Tpt)의 엣지부(Ef, Et)가, 예를 들면, 도 13과 같이 편차를 가지고 있는 경우에는, 그 테스트 패턴(Tpt)을 묘화한 폴리곤 미러(PM)의 반사면에 대응한 보정 원점 신호(SZn')의 원점 시각(Tog')의 재현성이 열화되어 있는 것이 된다.

또한, 도 21과 같이, 폴리곤 미러(PM)의 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각에 의해 묘화된 테스트 패턴(Tpt)의 8개의 열(MPa~MPh)의 세트는, 부주사 방향으로 반복하여 형성된다. 그리고, 예를 들면, 제1 열(MPa) 중의 제1 테스트 패턴(Tpt)의 중심 위치와, 제1 열(MPa)로부터 부주사 방향으로 떨어진 제2 열(MPa) 중으로서 제1 테스트 패턴(Tpt)과 주주사 방향에 관해서 동일한 위치에 있는 제2 테스트 패턴(Tpt)의 중심 위치를 잇는 직선(Lcc)을 특정하고, 이 직선(Lcc)에 따라서 부주사 방향으로 늘어 놓은 테스트 패턴(Tpt) 각각의 엣지부(Ef, Et) 사이의 중심 위치와, 직선(Lcc)과의 주주사 방향의 위치 오차 ΔYtt를 계측한다. 그들 위치 오차 ΔYtt는, 보정 원점 신호(SZn')에 있어서의 간격 시간 Tab~Tha 각각이 기준 시간 Tsr＇로 정밀하게 조정되어 있는 경우, 거의 동일한 양이 된다. 그렇지만, 열(MPb~MPh) 중에서, 계측된 위치 오차 ΔYtt에 편차가 생기고 있는 경우, 간격 시간 Tab~Tha의 기준 시간 Tsr＇로의 보정이 어긋나져 왔던 것을 의미한다. 즉, 보정전의 원점 신호(SZn)에 있어서의 간격 시간 Tab~Tha이 변동한 것이 된다. 그들 위치 오차 ΔYtt를 분석하는 것에 의해서, 간격 시간 Tab~Tha의 변동을 추정할 수 있으므로, 묘화 제어 장치(200)는, 지연 시간 Toa~Toh를 수정하여 시프트 레지스터(212)에 설정한다.

이상, 본 실시 형태에 의하면, 폴리곤 미러(PM)의 하나의 반사면만에 의해 기판(P) 상에 노광되는 패턴(테스트 패턴)을 검사하고 있으므로, 보정 원점 신호(SZn')(또는 보정전의 원점 신호(SZn))의 반사면(RPa~RPh) 각각에 대응하여 발생하는 원점 시각(Tog')(또는 원점 시각(Tog))의 재현성을 확인할 수 있다. 또한 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh)의 사이의 간격 시간 Tab~Tha의 편차의 변화도 확인할 수 있다.

[제3 실시 형태의 변형예]

도 21과 같이 테스트 노광을 행하는 경우, 회전 드럼(DR)은 소정의 속도(통상의 속도의 1/8)로 정밀하게 회전시키는 것이 필요하지만, 테스트 노광 중에, 회전 드럼(DR)이 중심축(AXo)의 연장하는 방향(주주사 방향)으로 미소 변위하지 않도록 하는 것도 필요하다. 그렇지만, 회전 드럼(DR)의 주주사 방향의 위치 변동을, 미크론 오더 혹은 서브 미크론 오더로 억제하는 것은 어렵다.

그래서, 본 변형예에서는, 도 22에 나타내는 것과 같이, 회전 드럼(DR)의 외주면 중 중심축(AXo)이 연장하는 방향의 단부에, 둘레 방향으로 연속한 선 모양의 기준 패턴(PTL3)을 마련한다. 또한, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 Y축 방향(주주사 방향)의 연장선 상에 설정되며, 기준 패턴(PTL3)을 검출하는 검출 영역(Axv)을 구비한 패턴 검출기(DXa)와, 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 Y축 방향(주주사 방향)의 연장선 상에 설정되며, 기준 패턴(PTL3)을 검출하는 검출 영역(Axv)를 구비한 패턴 검출기(DXb)를 마련한다. 패턴 검출기(DXa, DXb)는, 선 모양의 기준 패턴(PTL3)의 검출 영역(Axv) 내에서의 Y축 방향의 미소 변위를, 서브 미크론 오더로 수시 계측할 수 있다. 또한, 회전 드럼(DR)의 외주면에 기준 패턴(PTL3)이 마련되어 있지 않는 경우에는, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)이 연장하는 방향의 단면부에, 중심축(AXo)과 직교하는 기준 평면을 형성하고, 그 기준 평면의 Y축 방향의 변위를, 정전 용량식, 혹은 광학식의 비접촉인 갭 센서(리니어 센서)(GSa, GSb)로 계측하여도 된다. 갭 센서(GSa)의 계측 위치는, 중심축(AXo)과 직교 하는 XZ면 내에서 보았을 때, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 방위와 동일하게 설정되며, 갭 센서(GSb)의 계측 위치는, XZ면 내에서 보았을 때, 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 방위와 동일하게 설정된다.

도 21과 같은 테스트 노광을 실시할 때, 부주사 방향으로 배열되는 복수의 테스트 패턴(Tpt) 각각을 노광했을 때의 회전 드럼(DR)(기판(P))의 Y축 방향의 위치 변위의 값을, 패턴 검출기(DXa, DXb), 혹은 갭 센서(GSa, GSb)로 계측하여, 예를 들면, 묘화 제어 장치(200)에 기억시켜 둔다. 그리고, 기판(P)에 매트릭스 모양으로 노광된 테스트 패턴(Tpt)의 위치 관계를 검사 장치 등으로 계측할 때에는, 기억한 위치 변위의 값으로, 테스트 패턴(Tpt)의 Y방향(주주사 방향)의 계측값을 보정한다. 이것에 의해서, 테스트 노광시에 생기는 회전 드럼(DR)(기판(P))의 Y축 방향으로의 미소한 위치 변동에 의한 오차를 상쇄하여, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh) 각각에 대응하여 발생하는 보정 원점 신호(SZn')(또는 보정전의 원점 신호(SZn))의 재현성을 고정밀도로 검사할 수 있고, 또한 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh)의 사이의 원점 간격 시간 Tab~Tha의 편차의 변화도 고정밀도로 검사할 수 있다.

[제4 실시 형태]

도 23은, 제4 실시 형태에 의한 회전 드럼(DR)의 부분 단면을 나타내는 도면이다. 본 실시 형태에서는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 일부에 작은 개구부(50J)(오목부라도 됨)를 마련하고, 거기에 도 5에서 나타낸 것과 같은 광전 변환 소자(DTo)를, 수광면(PD1, PD2)이 묘화 유닛(Un)로부터의 묘화용 빔(LBn)을 수직하게 수광하도록 마련한다. 본 실시 형태는, 앞의 도 20에서 설명한 것과 같은 회전 드럼(DR)의 외주면의 기준 패턴(PTL1, PTL2)으로부터의 정 반사광을 검출하는 대신에, 회전 드럼(DR)에 마련된 광전 변환 소자(DTo)로 원점 검출용 빔(Bgb)(또는 묘화용 빔(LBn))을 직접 검출하고, 보정 원점 신호(SZn')(또는 보정전의 원점 신호(SZn))의 재현성이나 원점 간격 시간 Tab~Tha의 편차를 계측하는 것이다.

앞의 도 3에 나타낸 제1 실시 형태에 있어서, 원점 검출 센서(렌즈계(GLb), 광전 변환 소자(DTo))는, 묘화용(가공용) 빔(LBn)과 다른 광원으로부터 투사되는 원점 검출용 빔(Bga)의 폴리곤 미러(PM)에서의 반사 빔(Bgb)을 광전 검출한다. 그렇지만, 도 3의 배치 관계에서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)이 RPa'의 각도 위치로 된 후, 반사면(RPa)에서 반사된 반사 빔(Bgb)은, fθ 렌즈계(FT)에 입사한다. fθ 렌즈계(FT)에 입사한 반사 빔(Bgb)은, 묘화용 빔(LBn)과 마찬가지로 fθ 렌즈계(FT)의 상면측(회전 드럼(DR)측)에 집광할 수 있다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)에 의해 주사되어, fθ 렌즈계(FT)에 입사한 원점 검출용 빔(Bga)의 반사 빔(Bgb)을, 도 23과 같이 회전 드럼(DR)에 마련한 광전 변환 소자(DTo)로 검출한다. 본 실시 형태에서는, 기판(P)이 회전 드럼(DR)에 의해 지지되어 있지 않은 상태, 또는 기판(P)의 투명 영역이 회전 드럼(DR)의 외주면에 의해 지지되어 있는 상태에 있어서, 회전 드럼(DR)에 마련한 광전 변환 소자(DTo)에 의한 계측이 행하여진다. 본 실시 형태에서는, 회전 드럼(DR)을 정지시킨 상태에서, 광전 변환 소자(DTo)는 원점 검출용 빔(Bgb)과 묘화용 빔(LBn) 모두를 수광할 수 있다. 이 경우, 도 23의 광전 변환 소자(DTo) 상을 횡단하는 묘화용 빔(LBn)의 주사 속도와 원점 검출용 빔(Bgb)의 주사 속도는 동일하게 된다. 그래서, 도 23의 광전 변환 소자(DTo)의 수광면의 중심 위치에, 원점 검출용 빔(Bgb)의 스폿 광이 위치한 순간의 시각과, 보정 원점 신호(SZn')의 원점 시각(Tog')(또는 보정전의 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog))과의 사이의 간격 시간을, 예를 들면 도 19에 나타낸 것과 같은 체배화한 클록 신호(CCK)를 이용하여 계시함으로써, 보정 원점 신호(SZn')(또는 보정전의 원점 신호(SZn))의 정밀도(재현성, 원점 간격 시간 Tab~Tha의 편차)를 검사할 수 있다.

Claims (23)

1. 회전축의 둘레로 회전하는 회전 다면경의 복수의 반사면 각각에 묘화용 빔을 투사하고, 상기 복수의 반사면 각각에서 반사된 상기 묘화용 빔을, 주사용 광학계를 거쳐 지지 부재에 지지된 기판 상에서 주사하는 것에 의해, 상기 기판에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
   상기 회전 다면경의 상기 복수의 반사면 각각이 소정의 규정 각도로 될 때마다 원점 신호를 발생하는 원점 검출부와,
   상기 원점 신호의 발생으로부터 소정의 지연 시간 후를, 상기 묘화용 빔에 의한 패턴 묘화의 개시 시점으로서 설정하는 묘화 제어부와,
   상기 지지 부재 또는 상기 기판에 형성된 기준 패턴을 상기 묘화용 빔에 의해 주사했을 때에 상기 기준 패턴으로부터 생기는 반사광의 발생 시점과, 상기 원점 신호의 발생 시점과의 사이의 시간을 계측하는 것에 의해서, 상기 복수의 반사면 각각이 상기 규정 각도가 되는 시간적 간격의 편차에 따른 보정값을 구하는 계측부와,
   상기 보정값에 의해서, 상기 묘화 제어부에서 설정되는 상기 지연 시간을, 상기 복수의 반사면마다 보정하는 보정부를 구비하는 패턴 묘화 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 계측부는, 상기 기준 패턴으로부터 생기는 상기 반사광을, 상기 주사용 광학계와 상기 회전 다면경을 거쳐 수광하고, 상기 기준 패턴의 반사율의 변화에 따른 광전 신호를 출력하는 광전 검출기를 가지는 패턴 묘화 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 주사용 광학계는, 상기 묘화용 빔을 상기 기판 상에 스폿 광으로서 집광하고,
   상기 묘화용 빔은, 상기 회전 다면경에 의한 상기 스폿 광의 주사 방향에 대해서 상기 스폿 광이 일부 중첩하는 주기로 펄스 발진하는 광원 장치로부터 공급되는 패턴 묘화 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 계측부는, 상기 광전 검출기로부터의 광전 신호의 파형 변화를, 상기 광원 장치의 펄스 발진의 주파수보다도 높은 주파수로 샘플링하는 파형 기억부를 가지는 패턴 묘화 장치.
5. 회전축의 둘레로 회전하는 회전 다면경의 복수의 반사면 각각에 묘화용 빔을 투사하고, 상기 복수의 반사면 각각에서 반사된 상기 묘화용 빔을, 주사용 광학계를 거쳐 지지 부재에 지지된 기판 상에서 주사하는 것에 의해, 상기 기판에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
   상기 회전 다면경의 상기 복수의 반사면 각각이 소정의 규정 각도로 될 때마다 원점 신호를 발생하는 원점 검출부와,
   상기 원점 신호의 발생으로부터 소정의 지연 시간 후를, 상기 묘화용 빔에 의한 패턴 묘화의 개시 시점으로서 설정하는 묘화 제어부와,
   상기 지지 부재의 지지면의 일부에 마련된 광전 변환 소자를 가지며, 상기 광전 변환 소자가 상기 묘화용 빔에 의해 주사되었을 때에 얻어지는 광전 신호의 발생 시점과, 상기 원점 신호의 발생 시점과의 사이의 시간을 계측하는 것에 의해서, 상기 복수의 반사면 각각이 상기 규정 각도로 되는 시간적인 간격의 편차에 따른 보정값을 구하는 계측부와,
   상기 보정값에 의해서, 상기 묘화 제어부에서 설정되는 상기 지연 시간을, 상기 복수의 반사면마다 보정하는 보정부를 구비하는 패턴 묘화 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 원점 검출부는, 상기 회전 다면경의 반사면에 투사된 검출용 빔의 반사 빔을 수광하여 상기 원점 신호를 발생하는 광전 검출기와, 상기 검출용 빔의 상기 반사 빔을 상기 광전 검출기에 스폿으로서 집광시킴과 아울러, 상기 회전 다면경의 회전에 의해서 상기 광전 검출기를 횡단하는 상기 스폿의 주사 속도를, 상기 묘화용 빔의 상기 기판 상에서의 주사 속도보다도 빠르게 하는 집광 광학계를 구비하는 패턴 묘화 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 회전 다면경의 회전에 수반하여, 상기 묘화용 빔이 상기 주사용 광학계에 입사하기 전에, 상기 검출용 빔이 상기 주사용 광학계에 입사하도록 설정되며,
   상기 지지 부재에 마련된 상기 광전 변환 소자는, 상기 주사용 광학계에 의해서 집광되는 상기 검출용 빔의 스폿을 수광하는 패턴 묘화 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 주사용 광학계는, 상기 묘화용 빔을 상기 기판 상에 스폿 광으로서 집광하고,
   상기 묘화용 빔은, 상기 회전 다면경에 의한 상기 스폿 광의 주사 방향에 대해서 상기 스폿 광이 일부 중첩하는 주기로 펄스 발진하는 광원 장치로부터 공급되는 패턴 묘화 장치.
9. 회전축의 둘레로 회전하는 회전 다면경의 복수의 반사면 각각에 묘화용 빔을 투사하고, 상기 복수의 반사면 각각에서 반사된 상기 묘화용 빔을, 주사용 광학계를 거쳐 지지 부재에 지지된 기판 상에서 스폿 광으로 집광하여 주주사 방향으로 주사하는 패턴 묘화 장치의 정밀도를 검사하는 방법으로서,
   상기 회전 다면경의 상기 복수의 반사면 각각이 소정의 규정 각도로 될 때마다 원점 검출부로부터 발생하는 원점 신호 중, 상기 회전 다면경의 특정의 반사면이 상기 규정 각도로 되었을 때에 발생하는 특정의 원점 신호에 응답하여, 상기 특정의 반사면에 의한 상기 스폿 광의 주주사 방향의 주사에 의해 검사용 패턴의 묘화를 행하도록 설정하는 단계와,
   상기 회전 다면경의 회전에 의해서 반복 발생하는 상기 특정의 원점 신호의 간격 시간의 동안에, 상기 기판을 상기 스폿 광의 사이즈보다도 작은 거리만큼 상기 주주사 방향과 교차한 부주사 방향으로 이동시키면서 상기 검사용 패턴을 묘화하는 단계와,
   상기 회전 다면경의 상기 특정의 반사면을 다르게 하여, 상기 설정하는 단계와 상기 묘화하는 단계를 반복하는 단계와,
   상기 기판에 묘화된 상기 검사용 패턴의 형상, 또는 상기 주주사 방향의 배치의 편차를 계측하여 상기 원점 신호의 정밀도를 검사하는 단계를 포함하는 패턴 묘화 장치의 정밀도 검사 방법.
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