KR102541913B1 - 패턴 묘화 장치, 패턴 묘화 방법, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

패턴 묘화 장치, 패턴 묘화 방법, 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광원 장치(LS)로부터의 빔(LBn)을 패턴 정보에 따라 강도 변조시키면서, 빔(LBn)을 기판(P)상에 투사하여 주주사 방향으로 주사함으로써, 기판(P)상에 패턴을 묘화하는 노광 장치(EX)는, 빔(LBn)의 주사를 위해서, 빔(LBn)을 편향하는 폴리곤 미러(PM)를 포함하는 빔 주사부와, 빔(LBn)이 기판(P)에 투사되었을 때에 발생하는 반사광을 광전 검출하는 광 검출기(DTn)를 가지는 주사 유닛(Un)과, 기판(P)상에 형성된 제1 패턴(PT1)의 적어도 일부에, 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴(PT2)의 적어도 일부가 겹쳐서 묘화되도록, 패턴 정보에 따라 빔(LBn)의 강도 변조를 제어하는 전기 광학 소자(36)와, 기판(P)상에 제2 패턴(PT2)이 묘화되는 동안에, 광 검출기(DTn)로부터 출력되는 검출 신호(PSn)에 기초하여, 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계를 계측하는 계측부(116)를 구비한다.

Description

패턴 묘화 장치, 패턴 묘화 방법, 및 디바이스 제조 방법{The apparatus for drawing pattern, and the pattern imaging method and device manufacturing method}
본 발명은, 기판에 대해서 패턴을 묘화(描畵)하는 패턴 묘화 장치 및 패턴 묘화 방법과 이 패턴 묘화 방법을 이용하여 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 디바이스, 표시 디바이스, 배선 기판, 또는 센서 소자 등의 제조 공정에 있어서는, 미세한 패턴을 형성하기 위해서, 포토리소그래피(photolithography) 장치로서의 마스크 노광 장치나 패턴 제너레이터 장치(묘화 장치 등 마스크리스(maskless) 노광 장치) 등이 사용되고 있다. 이들 노광 장치는, 디바이스의 미세화나 배선의 세선화에 따라서, 보다 해상도가 높고, 위치 맞춤 정밀도나 겹침 맞춤 정밀도가 높은 것이 사용된다. 한편으로, 근래에는, 플렉서블 기판상에 각종의 전기 소자나 배선을 형성함으로써, 최종 제품 내에서의 부품의 실장 밀도의 향상을 도모하거나 최종 제품의 박형화, 경량화, 및 저가격화를 도모하거나 하고 있다. 그 때문에, 플라스틱 등의 수지 재료 등에 의한 플렉서블 기판상에 배선이나 전극 패드 등의 패턴을 고정밀도로 노광하는 장치에서는, 플렉서블 기판의 큰 신축이나 변형(왜곡)에 의해서 생기는 위치 맞춤 오차(겹침 맞춤 오차)를 허용 범위 내에 억제하는 것이 필요하다. 그러한 노광 장치로서 예를 들면, 일본 특허공개 제2006-098727호 공보에는, 장척의 띠 모양의 기록 매체(플렉서블 프린트 배선 기판)상에, 화상 데이터로부터 생성한 변조(變調) 신호에 기초하여 광원으로부터 사출(射出)된 멀티 빔을 공간 변조하여 조사하는 노광 헤드 유닛을 구비한 마스크리스 노광 장치(묘화 장치)가 개시되어 있다.
일본 특허공개 제2006-098727호 공보의 마스크리스 노광 장치에서는, 플렉서블 프린트 배선 기판에 소정의 텐션을 준 상태로, 플렉서블 프린트 배선 기판을 장척 방향으로 소정의 반송 속도로 반송하면서, 플렉서블 프린트 배선 기판상에 형성된 마크(예를 들면, 단위 노광 영역의 주위 4개소의 각각에 형성된 마크)의 위치를 검출 유닛의 카메라 등으로 검출한다. 그리고 검출한 마크의 위치에 기초하여, 플렉서블 프린트 배선 기판(단위 노광 영역)의 신축 상태(신축 계수)를 측정하고, 거기에 기초하여, 화상 데이터가 규정되는 묘화 패턴을 변형시키는 데이터 처리를 행하고 나서, 노광 헤드 유닛에 의해서 패턴을 묘화 노광하고 있다.
일본 특허공개 제2006-098727호 공보에 의한 마스크리스 노광 장치는, 플렉서블 프린트 배선 기판의 신축 등에 의한 변형에 따라, 묘화해야 할 패턴 자체를 비교적 높은 자유도로 변형시킬 수 있으므로, 높은 위치 맞춤 정밀도나 겹침 맞춤 정밀도를 얻을 수 있다. 그렇지만, 플렉서블 프린트 배선 기판상에 노광해야 할 1개의 디바이스(단위 노광 영역)의 면적이 커져, 묘화해야 할 패턴의 치수(선폭 등)가 미세화해지면, 단위 노광 영역의 주위에 형성된 마크의 위치 검출만으로는, 단위 노광 영역의 내부에 생기고 있는 변형의 상태를 고정밀도로 예측하는 것이 어려운 경우가 있어, 위치 맞춤 정밀도나 겹침 맞춤 정밀도가 단위 노광 영역 내에서 부분적으로 열화하는 일이 있다.
본 발명의 제1 양태는, 광원 장치로부터의 빔을 패턴 정보에 따라 강도(强度) 변조(變調)시키면서, 상기 빔을 기판상에 투사하여 주(主)주사 방향으로 주사(走査)함으로써, 상기 기판상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 빔의 상기 주주사 방향으로의 주사를 위해서, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 편향(偏向)하는 편향 부재를 포함하는 빔 주사부와, 상기 빔이 상기 기판에 투사되었을 때에 발생하는 반사광을 상기 빔 주사부의 상기 편향 부재를 거쳐 광전(光電) 검출하는 반사광 검출부를 가지는 묘화 유닛과, 상기 기판상에 특정 재료로 미리 형성된 제1 패턴의 적어도 일부에, 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴의 적어도 일부가 겹쳐서 묘화되도록, 상기 패턴 정보에 따라 상기 빔의 강도 변조를 제어하는 빔 강도 변조부와, 상기 기판상에 상기 제2 패턴이 묘화되는 동안에, 상기 반사광 검출부에서 출력되는 검출 신호에 기초하여, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴과의 상대적인 위치 관계를 계측하는 계측부를 구비한다.
본 발명의 제2 양태는, 광원 장치로부터의 빔을 패턴 정보에 따라 강도 변조시키면서, 상기 빔을 기판상에 투사하여 주주사 방향으로 주사함으로써, 상기 기판상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 방법으로서, 상기 빔의 상기 주주사 방향으로의 주사를 위해서, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 편향하는 것과, 편향된 상기 빔을 텔레센트릭(telecentric) 상태로 상기 기판에 투사하는 것과, 상기 기판상에 특정 재료로 미리 형성된 제1 패턴의 적어도 일부에, 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴의 적어도 일부가 겹쳐서 묘화되도록, 상기 패턴 정보에 따라 상기 빔을 강도 변조하는 것과, 상기 기판에 투사된 상기 빔의 반사광을 광전 검출하는 것과, 상기 기판상에 상기 제2 패턴이 묘화되는 동안에, 광전 검출된 검출 신호에 기초하여, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴과의 상대적인 위치 관계를 계측하는 것을 포함한다.
본 발명의 제3 양태는, 광원 장치로부터의 빔을 패턴 정보에 따라 강도 변조시키면서, 상기 빔을 기판상에 투사하여 주주사 방향으로 주사함으로써 상기 기판상에 패턴을 묘화하여, 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 방법으로서, 상기 빔의 상기 주주사 방향으로의 주사를 위해서, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 편향하는 것과, 편향된 상기 빔을 텔레센트릭 상태로 상기 기판에 투사하는 것과, 상기 기판상에 특정 재료로 미리 형성된 제1 패턴의 적어도 일부에, 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴의 적어도 일부가 겹쳐서 묘화되도록, 상기 패턴 정보에 따라 상기 빔을 강도 변조하는 것과, 상기 기판상에 상기 제2 패턴이 묘화되는 동안에, 상기 기판에 투사된 상기 빔의 반사광을 광전 검출하여 얻어진 검출 신호에 기초하여, 상기 제1 패턴의 위치 정보, 형상 정보, 및 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴과의 상대적인 위치 관계의 정보 중 적어도 1개를 계측하는 것을 포함한다.
본 발명의 제4 양태는, 제1 광원 장치로부터의 빔을 패턴 정보에 따라 강도 변조시키면서, 상기 빔을 기판상에 투사하여 상대 주사함으로써, 상기 기판상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 제1 광원 장치로부터의 상기 빔과 다른 파장의 계측광을 사출하는 제2 광원 장치와, 상기 빔 및 상기 계측광을 편향하여, 상기 빔 및 상기 계측광을 상기 기판상에서 주사하는 편향 부재를 포함하는 빔 주사부와, 상기 계측광이 상기 기판에 투사되었을 때에 발생하는 반사광을 상기 빔 주사부의 상기 편향 부재를 거쳐 광전 검출하는 반사광 검출부를 가지는 묘화 유닛과, 상기 반사광 검출부에서 출력되는 검출 신호에 기초하여, 상기 기판상에 특정 재료로 미리 형성된 제1 패턴의 상기 기판상에 있어서의 위치 및 형상 중 적어도 1개에 관한 정보를 계측하는 계측부를 구비한다.
본 발명의 제5 양태는, 광원 장치로부터의 빔을 패턴 정보에 따라 강도 변조시키면서, 상기 빔을 기판에 투사하여 상대 주사함으로써, 상기 기판상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 방법으로서, 상기 빔과 다른 파장의 계측광 및 상기 빔을 편향하여, 상기 빔 및 상기 계측광을 상기 기판에 대해서 상대 주사하는 것과, 편향된 상기 빔 및 상기 계측광을 텔레센트릭 상태로 상기 기판에 투사하는 것과, 상기 기판에 투사된 상기 계측광의 반사광을 광전 검출하는 것과, 광전 검출된 검출 신호에 기초하여, 상기 기판상에 특정 재료로 미리 형성된 제1 패턴의 상기 기판상에 있어서의 위치 및 형상 중 적어도 1개를 계측하는 것을 포함한다.
본 발명의 제6 양태는, 패턴 정보에 따라 강도 변화된 묘화 빔을 기판상에 투사하여, 상기 기판상에 새로운 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 묘화 빔을 편향하는 편향 부재에 의해서, 상기 묘화 빔을 상기 기판상에서 주사하는 빔 주사부와, 상기 기판상에 특정 재료로 미리 형성되어 있는 제1 패턴의 적어도 일부에, 상기 묘화 빔이 투사되었을 때에 발생하는 반사광을 광전 검출하는 제1 광 검출부와, 상기 묘화 빔과는 다른 파장의 계측 빔이 상기 빔 주사부를 거쳐 상기 기판상에서 주사되도록, 상기 계측 빔을 상기 편향 부재로 안내하는 계측 빔 송광계(送光系)와, 상기 기판상의 상기 제1 패턴의 적어도 일부에, 상기 계측 빔이 투사되었을 때에 발생하는 반사광을 광전 검출하는 제2 광 검출부와, 상기 제1 광 검출부와 상기 제2 광 검출부 중 적어도 일방에서 출력되는 신호에 기초하여, 상기 묘화 빔에 의해서 상기 기판상에 묘화되는 상기 새로운 패턴의 위치를 제어하는 제어부를 구비한다.
도 1은 제1 실시 형태의 기판에 노광 처리를 실시하는 노광 장치를 포함하는 디바이스 제조 시스템의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 노광 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 회전 드럼에 기판이 감겨진 상태를 나타내는 상세도이다.
도 4는 기판상에서 주사되는 스폿(spot) 광의 묘화 라인 및 기판상에 형성된 얼라이먼트용 마크를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2에 도시하는 주사 유닛의 광학적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2에 도시하는 빔 전환부의 구성도이다.
도 7은 도 2에 도시하는 광원 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8a는, 주사 유닛에 의해서 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴의 일부분에 대응한 패턴 데이터의 일례를 나타내고, 도 8b는, 도 8a에 도시하는 위치 A 열의 시리얼 데이터에 기초하여, 스폿광을 묘화 라인을 따라서 묘화한 경우의 스폿광의 강도를 나타내는 도면이다.
도 9a는, 도 8a에 도시하는 패턴 데이터를 이용하여, 하층의 제1 패턴에 겹쳐 맞추어 제2 패턴을 묘화하고 있는 예를 나타내고, 도 9b는, 광 검출기가 그 때에 검출한 반사광의 강도 변화의 예를 나타내는 도면이다.
도 10a는, 기판상에 형성되는 하층의 제1 패턴의 단면 구성의 예를 나타내고, 도 10b는, 광 검출기가 그 때에 검출한 반사광의 강도 변화의 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 형성된 하층의 제1 패턴과, 더미 패턴 데이터가 편입된 패턴 데이터에 기초하여, 제1 패턴에 대해서 겹침 맞춤 노광된 제2 패턴을 나타내는 도면이다.
도 12는 기판상에 형성된 하층의 제1 패턴과, 패턴 데이터에 기초하여 제1 패턴에 대해서 겹침 맞춤 노광된 제2 패턴을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 2에 도시하는 노광 장치의 전기적인 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 14는 제2 실시 형태의 주사 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 15a는, 도 14에 도시하는 폴리곤 미러(polygon mirror)의 직전에 마련된 실린드리칼 렌즈(cylindrical lens)로부터 기판에 투사될 때까지의 빔을, 빔의 편향 방향(주사 방향)과 평행한 -Yt 방향측으로부터 본 경우의 개략도이고, 도 15b는, 도 14에 도시하는 폴리곤 미러의 직전에 마련된 실린드리칼 렌즈로부터 기판에 투사될 때까지의 빔을, 빔의 편향 방향(주사 방향)과 평행한 평면과 직교하는 방향측으로부터 본 경우의 개략도이다.
도 16은 도 14에 도시하는 다이크로익 미러(dichroicmirror)에서 반사된 계측광의 광축이, 다이크로익 미러를 투과한 빔의 광축과 동일한 축이 되도록, 계측광을 다이크로익 미러에 입사시킨 경우의, 계측광의 스폿광의 투사 위치의 오차 발생의 일례를 나타내는 도면이다.
도 17a는, 도 14에 도시하는 다이크로익 미러에서 반사된 계측광의 광축을, 다이크로익 미러를 투과한 빔의 광축에 대해 평행하게 편심시킨 경우에 있어서의, 폴리곤 미러의 직전에 마련된 실린드리칼 렌즈로부터 기판(P)에 투사될 때까지의 계측광을, 계측광의 편향 방향(주사 방향)과 평행한 -Yt 방향측으로부터 본 경우의 개략도이고, 도 17b는, 도 14에 도시하는 다이크로익 미러에서 반사된 계측광의 광축을, 다이크로익 미러를 투과한 빔의 광축에 대해 평행하게 편심시킨 경우에 있어서의, 폴리곤 미러의 직전에 마련된 실린드리칼 렌즈로부터 기판(P)에 투사될 때까지의 계측광을, 계측광의 편향 방향(주사 방향)과 평행한 평면과 직교하는 방향측으로부터 본 경우의 개략도이다.
도 18은 색수차의 영향에 의해서, 도 17a, 도 17b에 도시하는 계측광의 스폿광의 투사 위치의 오차 발생의 일례를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 변형예 1의 주사 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 20은 본 변형예 2의 주사 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은 폴리곤 미러를 대신해 요동 부재를 채용한 변형예 3의 주사 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 22는 변형예 4에 있어서의 광 검출기의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 23은 패턴 데이터에 따라 스폿광의 강도를 변조하는 전기 광학 소자를 대신해 묘화용 광학 소자를 이용한 변형예 5에 있어서의 묘화용 광학 소자의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 24는 계측광을 이용하여 얼라이먼트용 마크의 위치의 계측을 설명하는 도면이다.
도 25는 제3 실시 형태의 묘화 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 26은 도 25의 마이크로 렌즈 어레이의 마이크로 렌즈를 나타내는 도면이다.
도 27은 제4 실시 형태에 의한 주사 유닛의 구성의 일부를 나타내는 도면이다.
도 28은 제4 실시 형태의 변형예 1에 의한 주사 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 29는 도 28에 도시하는 3개의 광전 센서부의 각각으로부터의 광전 신호의 강도와 기판의 포커스 위치와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 30은 제4 실시 형태의 변형예 2에 의한 주사 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 31은 도 30에 도시하는 폴리곤 미러의 반사면(RP)의 부근에서의 빔(LB1), 계측광(ML1), 정규 반사광(ML1')의 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 32는 제5 실시 형태에 있어서의 패턴 묘화 제어시의 시퀀스나 동작 등을, 기능 블록으로서 나타내는 도면이다.
본 발명의 양태에 따른 패턴 묘화 장치, 패턴 묘화 방법, 및 디바이스 제조 방법으로 대해서, 바람직한 실시 형태를 들어, 첨부 도면을 참조하면서 이하, 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명의 양태는, 이들 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 다양한 변경 또는 개량을 가한 것도 포함된다. 즉, 이하에 기재한 구성요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되며, 이하에 기재한 구성요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성요소의 다양한 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.
［제1 실시 형태］
도 1은, 제1 실시 형태의 기판(피조사체)(P)에 노광 처리를 실시하는 노광 장치(EX)를 포함하는 디바이스 제조 시스템(10)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 특별히 예고가 없는 한, 중력(重力) 방향을 Z 방향으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 도면에 도시하는 화살표에 따라서, X 방향, Y 방향, 및 Z 방향을 설명한다.
디바이스 제조 시스템(10)은, 기판(P)에 소정의 처리(노광 처리 등)를 실시하여, 전자 디바이스를 제조하는 시스템(기판 처리 장치)이다. 디바이스 제조 시스템(10)은, 예를 들면, 전자 디바이스로서의 플렉서블·디스플레이, 필름 모양의 터치 패널, 액정 표시 패널용 필름 모양의 칼라 필터, 플렉서블 배선, 또는 플렉서블·센서 등을 제조하는 제조 라인이 구축된 제조 시스템이다. 이하, 전자 디바이스로서 플렉서블·디스플레이를 전제로 해서 설명한다. 플렉서블·디스플레이로서는, 예를 들면, 유기 EL 디스플레이, 액정 디스플레이 등이 있다. 디바이스 제조 시스템(10)은, 가요성(可撓性)의 시트 모양의 기판(시트 기판)(P)을 롤 모양으로 감은 공급 롤(FR1)로부터 기판(P)이 송출(送出)되고, 송출된 기판(P)에 대해서 각종 처리를 연속적으로 실시한 후, 각종 처리 후의 기판(P)을 회수 롤(FR2)로 권취(卷取)하는, 이른바, 롤·투·롤(Roll　To　Roll) 방식의 구조를 가진다. 기판(P)은, 기판(P)의 이동 방향(반송 방향)이 길이가 긴 방향(장척(長尺))이 되고, 폭 방향이 길이가 짧은 방향(단척(短尺))이 되는 띠 모양의 형상을 가진다. 제1 실시 형태에 있어서는, 필름 모양의 기판(P)이, 적어도 처리 장치(제1 처리 장치)(PR1), 처리 장치(제2 처리 장치)(PR2), 노광 장치(제3 처리 장치)(EX), 처리 장치(제4 처리 장치)(PR3), 및 처리 장치(제5 처리 장치)(PR4)를 거쳐, 회수 롤(FR2)에 권취될 때까지의 예를 나타내고 있다.
본 제1 실시 형태에서는, X 방향은, Z 방향과 직교하는 수평면 내에 있어서, 기판(P)이 공급 롤(FR1)로부터 회수 롤(FR2)로 향하는 방향이다. Y 방향은, Z 방향과 직교하는 수평면 내에 있어서 X 방향으로 직교하는 방향이며, 기판(P)의 폭 방향(단척 방향)이다. 또한, -Z 방향을, 중력이 작용하는 방향(중력 방향)으로 하고, 기판(P)의 반송 방향을 +X 방향으로 한다.
기판(P)은, 예를 들면, 수지 필름, 혹은 스테인리스 강 등의 금속 또는 합금으로 이루어지는 박(箔)(포일(foil)) 등이 이용된다. 수지 필름의 재질로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리염화비닐 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지, 폴리스티렌 수지, 및 초산비닐 수지 중, 적어도 1개 이상을 포함한 것을 이용해도 된다. 또, 기판(P)의 두께나 강성(剛性)(영률(Young'smodulus))은, 디바이스 제조 시스템(10)의 반송로를 통과할 때, 기판(P)에 좌굴(座屈)에 의한 접힌 자국이나 비가역적인 주름이 생기지 않는 범위이면 된다. 기판(P)의 모재(母材)로서 두께가 10㎛~200㎛ 정도의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트) 등의 필름은, 바람직한 시트 기판의 전형이다.
기판(P)은, 처리 장치(PR1), 처리 장치(PR2), 노광 장치(EX), 처리 장치(PR3), 및 처리 장치(PR4)에서 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. 또, 기판(P)은, 플로트법(float法) 등으로 제조된 두께 100㎛ 정도의 극박(極薄) 유리의 단층체(單層體)여도 되고, 이 극박 유리에 상기의 수지 필름, 박 등을 접합시킨 적층체(積層體)여도 된다.
그런데 기판(P)의 가요성(flexibility)이란, 기판(P)에 자중(自重) 정도의 힘을 가해도 전단(剪斷)되거나 파단(破斷)되거나 하는 것이 아니라, 그 기판(P)을 휘게 하는 것이 가능한 성질을 말한다. 또, 자중 정도의 힘에 의해서 굴곡(屈曲)하는 성질도 가요성에 포함된다. 또, 기판(P)의 재질, 크기, 두께, 기판(P)상에 성막(成膜)되는 층 구조, 온도, 또는 습도 등의 환경 등에 따라서, 가요성의 정도는 바뀐다. 어쨌든, 본 제1 실시 형태에 의한 디바이스 제조 시스템(10) 내의 반송로에 마련되는 각종의 반송용 롤러, 회전 드럼 등의 반송 방향 전환용의 부재에 기판(P)을 올바르게 감은 경우에, 좌굴하여 접힌 자국이 생기거나, 파손(찢어짐이나 균열이 발생)하거나 하지 않고, 기판(P)을 스무스하게 반송할 수 있으면, 가요성의 범위라고 할 수 있다.
처리 장치(PR1)는, 공급 롤(FR1)로부터 반송되어 온 기판(P)을 처리 장치(PR2)를 향해서 소정의 속도로 장척 방향에 따른 반송 방향(+X 방향)으로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 도포 처리를 행하는 도포 장치이다. 처리 장치(PR1)는, 기판(P)의 표면에 감광성 기능액을 선택적 또는 균일하게 도포한다. 이 감광성 기능액이 표면에 도포된 기판(P)은 처리 장치(PR2)를 향해서 반송된다.
처리 장치(PR2)는, 처리 장치(PR1)로부터 반송되어 온 기판(P)을 노광 장치(EX)를 향해서 소정의 속도로 반송 방향(+X 방향)으로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 건조 처리를 행하는 건조 장치이다. 처리 장치(PR2)는, 열풍 또는 드라이 에어 등의 건조용 에어(온풍)를 기판(P)의 표면에 불어내는 블로어, 적외선 광원, 세라믹 히터 등에 의해서 감광성 기능액에 포함되는 용제 또는 물을 제거하고, 감광성 기능액을 건조시킨다. 이것에 의해, 기판(P)의 표면에 감광성 기능층(광 감응층)이 되는 막이 선택적 또는 균일하게 형성된다. 또한, 드라이 필름을 기판(P)의 표면에 붙임으로써, 기판(P)의 표면에 감광성 기능층을 형성해도 된다. 이 경우는, 처리 장치(PR1) 및 처리 장치(PR2)를 대신하여, 드라이 필름을 기판(P)에 붙이는 첨부(貼付) 장치(처리 장치)를 마련하면 된다.
여기서, 이 감광성 기능액(층)의 전형적인 것은 포토레지스트(photoresist)(액상(液狀) 또는 드라이 필름 모양))이지만, 현상 처리가 불필요한 재료로서, 자외선의 조사를 받은 부분의 친발액성(親撥液性)이 개질(改質)되는 감광성 실란 커플링제(SAM), 혹은 자외선의 조사를 받은 부분에 도금 환원기가 드러나는 감광성 환원제(還元劑) 등이 있다. 감광성 기능액(층)으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우는, 기판(P)상의 자외선으로 노광된 패턴 부분이 발액성에서 친액성으로 개질된다. 그 때문에, 친액성으로 된 부분 위에 도전성 잉크(은이나 동 등의 도전성 나노 입자를 함유하는 잉크) 또는 반도체 재료를 함유한 액체 등을 선택 도포함으로써, 박막 트랜지스터(TFT) 등을 구성하는 전극, 반도체, 절연, 혹은 접속용의 배선이 되는 패턴층을 형성할 수 있다. 감광성 기능액(층)으로서, 감광성 환원제를 이용하는 경우는, 기판(P)상의 자외선으로 노광된 패턴 부분에 도금 환원기가 드러난다. 그 때문에, 노광 후, 기판(P)을 즉시 팔라듐(palladium) 이온 등을 포함하는 무전해 도금액 중에 일정시간 침지(浸漬)함으로써, 팔라듐에 의한 패턴층이 형성(석출(析出))된다. 이러한 도금 처리는 애디티브(additive)한 프로세스이지만, 그 외, 서브트랙티브(subtractive)한 프로세스로서의 에칭 처리를 전제로 해도 된다. 그 경우는, 노광 장치(EX)로 보내지는 기판(P)은, 모재를 PET나 PEN으로 하고, 그 표면에 알루미늄(Al)이나 동(Cu) 등의 금속성 박막을 전면(全面) 또는 선택적으로 증착하고, 추가로 그 위에 포토레지스트층을 적층한 것이어도 된다. 본 제1 실시 형태에서는, 감광성 기능액(층)으로서 감광성 환원제가 이용된다.
노광 장치(EX)는, 처리 장치(PR2)로부터 반송되어 온 기판(P)을 처리 장치(PR3)를 향해서 소정의 속도로 반송 방향(+X 방향)으로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 노광 처리를 행하는 처리 장치이다. 노광 장치(EX)는, 기판(P)의 표면(감광성 기능층의 표면, 즉, 감광면)에, 전자 디바이스용의 패턴(예를 들면, 전자 디바이스를 구성하는 TFT의 전극이나 배선 등의 패턴)에 따른 광 패턴을 조사한다. 이것에 의해, 감광성 기능층에 상기 패턴에 따른 잠상(潛像)(개질부)이 형성된다.
본 제1 실시 형태에 있어서는, 노광 장치(EX)는, 마스크를 이용하지 않는 직 묘(直描) 방식의 노광 장치, 이른바 래스터 스캔(raster scan) 방식의 노광 장치(패턴 묘화 장치)이다. 후에 상세하게 설명하지만, 노광 장치(EX)는, 기판(P)을 +X 방향(부(副)주사의 방향)으로 반송하면서, 노광용의 펄스 모양의 빔(LB)(펄스 빔)의 스폿광(SP)을, 기판(P)의 피조사면(감광면)상에서 소정의 주사 방향(Y 방향)으로 1차원으로 주사(주(主)주사)하면서, 스폿광(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, 스폿광(SP)의 주주사로, 스폿광(SP)이 기판(P)의 피조사면(감광성 기능층의 표면)상에서 상대적으로 2차원 주사되어, 기판(P)의 피조사면에 소정의 패턴이 묘화 노광된다. 또, 기판(P)은, 반송 방향(+X 방향)을 따라서 반송되고 있으므로, 노광 장치(EX)에 의해서 패턴이 노광되는 노광 영역(W)은, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 복수 마련되는 것이 된다(도 4 참조). 이 노광 영역(W)에 전자 디바이스가 형성되므로, 노광 영역(W)은, 디바이스 형성 영역이기도 하다.
처리 장치(PR3)는, 노광 장치(EX)로부터 반송되어 온 기판(P)을 처리 장치(PR4)를 향해서 소정의 속도로 반송 방향(+X 방향)으로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 습식 처리를 행하는 습식 처리 장치이다. 본 제1 실시 형태에서는, 처리 장치(PR3)는, 기판(P)에 대해서 습식 처리의 일종인 도금 처리를 실시한다. 즉, 기판(P)을 처리조에 저장된 도금액에 소정 시간 침지한다. 이것에 의해, 감광성 기능층의 표면에 잠상에 따른 패턴층이 석출(형성)된다. 즉, 기판(P)의 감광성 기능층상의 스폿광(SP)의 조사 부분과 비조사 부분의 차이에 따라서, 기판(P)상에 소정의 재료(예를 들면, 팔라듐)가 선택적으로 형성되어, 이것이 패턴층이 된다.
또한, 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우는, 습식 처리의 일종인 액체(예를 들면, 도전성 잉크 등을 함유한 액체)의 도포 처리 또는 도금 처리가 처리 장치(PR3)에 의해서 행해진다. 이 경우에 있어서도, 감광성 기능층의 표면에 잠상에 따른 패턴층이 형성된다. 즉, 기판(P)의 감광성 기능층의 스폿광(SP)의 조사 부분과 피조사 부분의 차이에 따라서, 기판(P)상에 소정의 재료(예를 들면, 도전성 잉크 또는 팔라듐 등)가 선택적으로 형성되어, 이것이 패턴층이 된다. 또, 감광성 기능층으로서 포토레지스트를 채용하는 경우는, 처리 장치(PR3)에 의해서, 습식 처리의 일종인 현상 처리를 한다. 이 경우는, 이 현상 처리에 의해서, 잠상에 따른 패턴이 감광성 기능층(포토레지스트)에 형성된다.
처리 장치(PR4)는, 처리 장치(PR3)로부터 반송되어 온 기판(P)을 회수 롤(FR2)을 향해서 소정의 속도로 반송 방향(+X 방향)으로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 세정·건조 처리를 행하는 세정·건조 장치이다. 처리 장치(PR4)는, 습식 처리가 실시된 기판(P)에 대해서 순수(純水)에 의한 세정을 행하고, 그 후 유리 전이 온도 이하에서, 기판(P)의 수분 함유율이 소정치 이하가 될 때까지 건조시킨다.
또한, 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용한 경우는, 처리 장치(PR4)는, 기판(P)에 대해서 아닐(anneal) 처리와 건조 처리를 행하는 아닐·건조 장치여도 된다. 아닐 처리는, 도포된 도전성 잉크에 함유되는 나노 입자끼리의 전기적인 결합을 강고하게 하기 위해서, 예를 들면, 스토브 램프(stove lamp)로부터의 고휘도의 펄스광을 기판(P)에 조사한다. 감광성 기능층으로서 포토레지스트를 채용했을 경우는, 처리 장치(PR4)와 회수 롤(FR2)과의 사이에, 에칭 처리를 행하는 처리 장치(습식 처리 장치)(PR5)와 에칭 처리가 실시된 기판(P)에 대해서 세정·건조 처리를 행하는 처리 장치(세정·건조 장치)(PR6)를 마련해도 된다. 이것에 의해, 감광성 기능층으로서 포토레지스트를 채용했을 경우는, 에칭 처리가 실시됨으로써, 기판(P)에 패턴층이 형성된다. 즉, 기판(P)의 감광성 기능층의 스폿광(SP)의 조사 부분과 피조사 부분의 차이에 따라서, 기판(P)상에 소정의 재료(예를 들면, 알루미늄(Al) 또는 동(Cu) 등)이 선택적으로 형성되어, 이것이 패턴층이 된다. 처리 장치(PR5, PR6)는, 보내져 온 기판(P)을 회수 롤(FR2)을 향해서 소정의 속도로 기판(P)을 반송 방향(+X 방향)으로 반송하는 기능을 가진다. 복수의 처리 장치(PR1~PR4)(필요에 따라서 처리 장치(PR5, PR6)도 포함) 및 노광 장치(EX)의 기판(P)을 +X 방향으로 반송하는 반송 기구는, 디바이스 제조 시스템(10)의 기판 반송 장치로서 기능한다.
이와 같이 하여, 각 처리가 실시된 기판(P)은 회수 롤(FR2)에 의해서 회수된다. 디바이스 제조 시스템(10)의 적어도 각 처리를 거쳐, 1개의 패턴층이 기판(P)상에 형성된다. 복수의 패턴층이 겹쳐 맞춰짐으로써 전자 디바이스가 구성되는 경우는, 전자 디바이스를 생성하기 위해서, 도 1에 도시하는 것과 같은 디바이스 제조 시스템(10)의 각 처리를 적어도 2회는 거치지 않으면 안 된다. 그 때문에, 기판(P)이 감겨진 회수 롤(FR2)을 공급 롤(FR1)로서 다른 디바이스 제조 시스템(10)에 장착함으로써, 패턴층을 적층할 수 있다. 그러한 동작을 반복하여, 전자 디바이스가 형성된다. 처리 후의 기판(P)은, 복수의 전자 디바이스가 소정의 간격을 두고 기판(P)의 장척 방향을 따라서 이어진 상태가 된다. 즉, 기판(P)은, 다면취용(多面取用)의 기판으로 되어 있다.
전자 디바이스가 이어진 상태로 형성된 기판(P)을 회수한 회수 롤(FR2)은, 도시하지 않은 다이싱 장치에 장착되어도 된다. 회수 롤(FR2)이 장착된 다이싱 장치는, 처리 후의 기판(P)을 전자 디바이스(디바이스 형성 영역인 노광 영역(W)) 마다로 분할(다이싱)함으로써, 복수의 매엽이 된 전자 디바이스로 한다. 기판(P)의 치수는, 예를 들면, 폭 방향(단척이 되는 방향)의 치수가 10cm~2m 정도이며, 길이 방향(장척이 되는 방향)의 치수가 10m 이상이다. 또한, 기판(P)의 치수는, 상기한 치수로 한정되지 않는다.
도 2는, 노광 장치(EX)의 구성을 나타내는 구성도이다. 노광 장치(EX)는, 온조(溫調, 온도조절) 챔버(ECV) 내에 격납되어 있다. 이 온조 챔버(ECV)는, 내부를 소정의 온도, 소정의 습도로 유지함으로써, 내부에 있어서 반송되는 기판(P)의 온도에 의한 형상 변화를 억제함과 아울러, 기판(P)의 흡습성이나 반송에 따라 발생하는 정전기의 대전 등을 억제한다. 온조 챔버(ECV)는, 패시브 또는 액티브한 방진 유닛(SU1, SU2)을 거쳐 제조 공장의 설치면(E)에 배치된다. 방진 유닛(SU1, SU2)은, 설치면(E)으로부터의 진동을 저감시킨다. 이 설치면(E)은, 공장의 바닥면 자체여도 되고, 수평면을 만들기 위해서 바닥면상에 전용으로 설치되는 설치대(페디스탈((pedestal))상의 면이어도 된다. 노광 장치(EX)는, 기판 반송 기구(12)와, 동일 구성의 2개의 광원 장치(LS(LSa, LSb))와, 빔 전환부(BDU)와, 노광 헤드(14)와, 제어 장치(16)와, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m, AM2m)(또한, m=1, 2, 3, 4)과, 복수의 인코더 헤드(ENja, ENjb)(또한, j=1, 2, 3, 4)를 적어도 구비하고 있다. 제어 장치(제어부)(16)는, 노광 장치(EX)의 각부를 제어하는 것이다. 이 제어 장치(16)는, 컴퓨터와 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 포함하며, 이 컴퓨터가 프로그램을 실행함으로써, 본 제1 실시 형태의 제어 장치(16)로서 기능한다.
기판 반송 기구(12)는, 디바이스 제조 시스템(10)의 상기 기판 반송 장치의 일부를 구성하는 것이며, 처리 장치(PR2)로부터 반송되는 기판(P)을, 노광 장치(EX) 내에서 소정의 속도로 반송한 후, 처리 장치(PR3)에 소정의 속도로 송출한다. 기판 반송 기구(12)는, 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향측)에서부터 순서대로, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC), 구동 롤러(R1), 텐션 조정 롤러(RT1), 회전 드럼(원통 드럼)(DR), 텐션 조정 롤러(RT2), 구동 롤러(R2), 및 구동 롤러(R3)를 가지고 있다. 기판(P)이, 기판 반송 기구(12)의 엣지 포지션 컨트롤러(EPC), 구동 롤러(R1~R3), 텐션 조정 롤러(RT1, RT2), 및 회전 드럼(원통 드럼)(DR)에 걸쳐짐으로써, 노광 장치(EX) 내에서 반송되는 기판(P)의 반송로가 규정된다.
엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 처리 장치(PR2)로부터 반송되는 기판(P)의 폭 방향(Y 방향으로서 기판(P)의 단척 방향)에 있어서의 위치를 조정한다. 즉, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 소정의 텐션이 걸린 상태로 반송되고 있는 기판(P)의 폭 방향의 단부(端部)(엣지)에 있어서의 위치가, 목표 위치에 대해서 ±십수㎛~수십㎛ 정도의 범위(허용 범위)에 들어가도록, 기판(P)을 폭 방향으로 이동시켜, 기판(P)의 폭 방향에 있어서의 위치를 조정한다. 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 소정의 텐션이 걸려진 상태로 기판(P)이 걸쳐지는 롤러와, 기판(P)의 폭 방향의 단부(엣지)의 위치를 검출하는 도시하지 않은 엣지 센서(단부 검출부)를 가진다. 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 상기 엣지 센서가 검출한 검출 신호에 기초하여, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)의 상기 롤러를 Y 방향으로 이동시켜, 기판(P)의 폭 방향에 있어서의 위치를 조정한다. 구동 롤러(니프(nip) 롤러)(R1)는, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)로부터 반송되는 기판(P)의 표리(表裏) 양면을 유지하면서 회전하여, 기판(P)을 회전 드럼(DR)을 향해 반송한다. 또한, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 회전 드럼(DR)에 감기는 기판(P)의 장척 방향이, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)에 대해서 항상 직교하도록, 기판(P)의 폭 방향에 있어서의 위치를 적절히 조정함과 아울러, 기판(P)의 진행 방향에 있어서의 기울기 오차를 보정하도록, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)의 상기 롤러의 회전축과 Y축과의 평행도(平行度)를 적절히 조정해도 된다.
회전 드럼(DR)은, Y 방향으로 연장됨과 아울러 중력이 작용하는 방향과 교차한 방향으로 늘어선 중심축(AXo)과 중심축(AXo)으로부터 일정 반경의 원통형의 외주면(外周面)을 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 +X 방향으로 반송한다. 회전 드럼(DR)은, 노광 헤드(14)로부터의 빔(LB)(스폿광(SP))이 투사되는 기판(P)상의 영역(부분)을 그의 외주면으로 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. 회전 드럼(DR)의 Y 방향의 양측에는, 회전 드럼(DR)이 중심축(AXo)을 중심으로 회전하도록 고리 모양의 베어링으로 지지된 샤프트(Sft)가 마련되어 있다. 회전 드럼(DR)은, 제어 장치(16)에 의해서 제어되는 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등)으로부터의 회전 토크가 샤프트(Sft)에 주어짐으로써 중심축(AXo)을 중심으로 일정한 회전 속도로 회전한다. 또한, 편의적으로, 중심축(AXo)을 포함하고, YZ 평면과 평행한 평면을 중심면(Poc)이라고 부른다.
구동 롤러(니프 롤러)(R2, R3)는, 기판(P)의 반송 방향(+X 방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 배치되어 있고, 노광 후의 기판(P)에 소정의 늘어짐(여유)을 주고 있다. 구동 롤러(R2, R3)는, 구동 롤러(R1)와 마찬가지로, 기판(P)의 표리 양면을 유지하면서 회전하여, 기판(P)을 처리 장치(PR3)를 향하여 반송한다. 텐션 조정 롤러(RT1, RT2)는, -Z 방향으로 힘이 가해지고 있으며, 회전 드럼(DR)에 감겨 지지되고 있는 기판(P)에 장척 방향으로 소정의 텐션을 주고 있다. 이것에 의해, 회전 드럼(DR)에 걸리는 기판(P)에 부여되는 장척 방향의 텐션을 소정의 범위 내로 안정화 시키고 있다. 제어 장치(16)는, 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속기 등)을 제어함으로써, 구동 롤러(R1~R3)를 회전시킨다. 또한, 구동 롤러(R1~R3)의 회전축, 및 텐션 조정 롤러(RT1, RT2)의 회전축은, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)과 평행하고 있다.
광원 장치(LS(LSa, LSb))는, 펄스 모양의 빔(펄스 빔, 펄스광, 레이저)(LB)을 발생시켜 사출한다. 이 빔(LB)은, 370nm 이하의 파장 대역에 피크 파장을 가지는 자외선광이고, 빔(LB)의 발광 주파수(발진 주파수, 소정 주파수)를 Fa라고 한다. 광원 장치(LS(LSa, LSb))가 사출한 빔(LB)은, 빔 전환부(BDU)를 거쳐 노광 헤드(14)에 입사된다. 광원 장치(LS(LSa, LSb))는, 제어 장치(16)의 제어에 따라서, 발광 주파수 Fa로 빔(LB)을 발광하여 사출한다. 이 광원 장치(LS(LSa, LSb))의 구성은, 후에 상세하게 설명하지만, 제1 실시 형태에서는, 적외 파장 대역의 펄스광을 발생시키는 반도체 레이저 소자, 파이버 증폭기, 증폭된 적외 파장 대역의 펄스광을 자외(紫外) 파장 대역의 펄스광으로 변환하는 파장 변환 소자(고조파 발생 소자) 등으로 구성되고, 발진 주파수 Fa를 수백 MHz 정도까지 확보할 수 있고, 1펄스광의 발광 시간이 피코초 정도인 고휘도인 자외선의 펄스광이 얻어지는 파이버 앰프 레이저 광원(고조파 레이저 광원)을 이용하는 것으로 한다. 또한, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LB)과 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LB)을 구별하기 위해서, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LB)을 LBa, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LB)을 LBb로 나타내는 경우가 있다.
빔 전환부(BDU)는, 노광 헤드(14)를 구성하는 복수의 주사 유닛(Un)(또한, n=1, 2,…, 6) 중 2개의 주사 유닛(Un)에, 2의 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB(LBa, LBb))을 입사시킴과 아울러, 빔(LB(LBa, LBb))이 입사하는 주사 유닛(Un)을 전환한다. 자세하게는, 빔 전환부(BDU)는, 3개의 주사 유닛(U1~U3) 중 1개의 주사 유닛(Un)에 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)을 입사시키고, 3개의 주사 유닛(U4~U6) 중 1개의 주사 유닛(Un)에, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)을 입사시킨다. 또, 빔 전환부(BDU)는, 빔(LBa)이 입사하는 주사 유닛(Un)을 주사 유닛(U1~U3) 중에서 전환하고, 주사 빔(LBb)이 입사하는 주사 유닛(Un)을 주사 유닛(U4~U6) 중에서 전환한다. 또한, 빔 전환부(BDU)를 거쳐 주사 유닛(Un)에 입사하는 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB(LBa, LBb))을, LBn으로 나타내는 경우가 있다. 그리고 주사 유닛(U1)에 입사하는 빔(LBn)을 LB1로 나타내고, 마찬가지로, 주사 유닛(U2~U6)에 입사하는 빔(LBn)을 LB2~LB6로 나타내는 경우가 있다.
빔 전환부(BDU)는, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)이 입사하도록, 빔(LBn)이 입사하는 주사 유닛(Un)을 전환한다. 즉, 빔 전환부(BDU)는, 주사 유닛(U1~U3) 가운데, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 1개의 주사 유닛(Un)에, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBn(LBa))을 입사시킨다. 마찬가지로, 빔 전환부(BDU)는, 주사 유닛(U4~U6) 가운데, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 1개의 주사 유닛(Un)에, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBn(LBb))을 입사시킨다. 이 빔 전환부(BDU)에 대해서는 후에 상세하게 설명한다. 또한, 주사 유닛(U1~U3)에 관해서는, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un), 즉, 빔(LBn)이 입사하는 주사 유닛(Un)이, U1→U2→U3의 순서대로 전환되는 것으로 한다. 또, 주사 유닛(U4~U6)에 관해서는, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un), 즉, 빔(LBn)이 입사하는 주사 유닛(Un)이, U4→U5→U6의 순서대로 전환되는 것으로 한다.
이상으로 설명한 것 같은 광원 장치(LS(LSa, LSb))와 빔 전환부(BDU)를 조합한 패턴 묘화 장치의 구성은, 예를 들면 국제 공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있다.
노광 헤드(14)는, 동일 구성의 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))을 배열한, 이른바 멀티 빔형의 노광 헤드로 되어 있다. 노광 헤드(14)는, 회전 드럼(DR)의 외주면(원주면)으로 지지되어 있는 기판(P)의 일부분에, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서 패턴을 묘화 한다. 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 소정의 배치 관계로 배치되어 있다. 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 중심면(Poc)을 사이에 두고 기판(P)의 반송 방향으로 2열로 지그재그 배열로 배치된다. 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향측)에서, 한편, Y 방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져서 1열로 배치되어 있다. 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X 방향측)에서, Y 방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져서 1열로 배치되어 있다. 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)과 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)은, XZ 평면에서 봐서, 중심면(Poc)에 대해서 대칭으로 마련되어 있다.
각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LBn)을 기판(P)의 피조사면상에서 스폿광(SP)으로 수렴하도록 투사하면서, 그 스폿광(SP)을, 회전하는 폴리곤 미러(PM)(도 5 참조)에 의해서 1차원으로 주사한다. 이 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)에 의해서, 기판(P)의 피조사면상에서 스폿광(SP)이 1차원으로 주사된다. 이 스폿광(SP)의 주사에 의해서, 기판(P)상(기판(P)의 피조사면상)에, 1 라인(line)분(分)의 패턴이 묘화되는 직선적인 묘화 라인(주사 라인)(SLn)(또한, n=1, 2,…, 6)이 규정된다. 즉, 묘화 라인(SLn)은, 빔(LBn)의 스폿광(SP)의 기판(P)상에 있어서의 주사 궤적을 나타내는 것이다. 이 주사 유닛(Un)의 구성에 대해서는, 후에 자세하게 설명한다.
주사 유닛(U1)은, 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사하고, 마찬가지로, 주사 유닛(U2~U6)은, 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL2~SL6)을 따라서 주사한다. 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 도 3, 도 4에 도시하는 것처럼, X 방향에 관해서는 홀수번째 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)과 짝수번째 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)이 서로 이간하고 있지만, Y 방향(기판(P)의 폭 방향, 주주사 방향)에 관해서는 서로 분리되지 않고, 이어지도록 설정되어 있다. 주사 유닛(Un)에 입사하는 빔(LBn)은, 소정의 방향으로 편광한 직선 편광(P편광 또는 S편광)의 빔이어도 되고, 본 제1 실시 형태에서는, P편광의 빔으로 한다.
도 4에 도시하는 것처럼, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은 모두에 의해서 노광 영역(W)의 폭 방향 전부를 커버하도록, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 주사 영역을 분담하고 있다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 기판(P)의 폭 방향으로 분할된 복수의 영역(묘화 범위)마다 패턴을 묘화할 수 있다. 예를 들면, 1개의 주사 유닛(Un)에 의한 Y 방향의 주사 길이(묘화 라인(SLn)의 길이)를 20~60mm 정도로 하면, 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)의 3개와, 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)의 3개의 합계 6개의 주사 유닛(Un)을 Y 방향으로 배치하는 것에 의해서, 묘화 가능한 Y 방향의 폭을 120~360mm 정도까지 넓히고 있다. 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 길이(묘화 범위의 길이)는, 원칙적으로 동일하게 한다. 즉, 묘화 라인(SL1~SL6)의 각각에 따라서 주사되는 빔(LBn)의 스폿광(SP)의 주사 거리는, 원칙적으로 동일하게 한다. 또한, 노광 영역(W)의 폭을 넓게 하고 싶은 경우는, 묘화 라인(SLn) 자체의 길이를 길게 하던지, Y 방향으로 배치하는 주사 유닛(Un)의 수를 늘리는 것으로 대응할 수 있다.
또한, 실제의 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 스폿광(SP)이 피조사면상을 실제로 주사 가능한 최대의 길이(최대 주사 길이) 보다도 약간 짧게 설정된다. 예를 들면, 주주사 방향(Y 방향)의 묘화 배율이 초기치(배율 보정 없음)의 경우에 패턴 묘화 가능한 묘화 라인(SLn)의 주사 길이를 30mm로 하면, 스폿광(SP)의 피조사면상에서의 최대 주사 길이는, 묘화 라인(SLn)의 묘화 개시점(주사 개시점) 측과 묘화 종료점(주사 종료점) 측의 각각에 0.5mm 정도의 여유를 갖게 하여, 31mm 정도로 설정되어 있다. 이와 같이 설정하는 것에 의해서, 스폿광(SP)의 최대 주사 길이 31mm의 범위 내에서, 30mm의 묘화 라인(SLn)의 위치를 주주사 방향으로 미세 조정하거나, 묘화 배율을 미세 조정하거나 하는 것이 가능하게 된다. 스폿광(SP)의 최대 주사 길이는 31mm로 한정되는 것이 아니고, 주로 주사 유닛(Un) 내의 폴리곤 미러(PM)의 뒤에 마련되는 fθ 렌즈(FT)(도 5 참조)의 구경이나 초점 거리 등에 의해서 정해진다.
복수의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 중심면(Poc)을 사이에 두고, 회전 드럼(DR)의 원주 방향에 2열로 지그재그 배열로 배치된다. 홀수번째 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향측)의 기판(P)의 피조사면상에 위치한다. 짝수번째 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X 방향측)의 기판(P)의 피조사면상에 위치한다. 묘화 라인(SL1~SL6)은, 기판(P)의 폭 방향, 즉, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)과 거의 병행(竝行)으로 되어 있다.
묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 기판(P)의 폭 방향(주주사 방향)에 따라서 소정의 간격을 두고 직선상에 1열로 배치되어 있다. 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)도 마찬가지로, 기판(P)의 폭 방향(주주사 방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 직선상에 1열로 배치되어 있다. 이 때, 묘화 라인(SL2)은, 기판(P)의 폭 방향에 관해서, 묘화 라인(SL1)과 묘화 라인(SL3)과의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 묘화 라인(SL3)은, 기판(P)의 폭 방향에 관해서, 묘화 라인(SL2)과 묘화 라인(SL4)과의 사이에 배치되어 있다. 묘화 라인(SL4)은, 기판(P)의 폭 방향에 관해서, 묘화 라인(SL3)과 묘화 라인(SL5)과의 사이에 배치되고, 묘화 라인(SL5)은, 기판(P)의 폭 방향에 관해서, 묘화 라인(SL4)과 묘화 라인(SL6)과의 사이에 배치되어 있다.
홀수번째 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 각각을 따라서 주사되는 빔(LB1, LB3, LB5)의 스폿광(SP)의 주주사 방향은, 1차원의 방향으로 되어 있으며, -Y 방향으로 되어 있다. 짝수번째 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 각각을 따라서 주사되는 빔(LB2, LB4, LB6)의 스폿광(SP)의 주주사 방향은, 1차원의 방향으로 되어 있으며, +Y 방향으로 되어 있다. 이것에 의해, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 묘화 개시점측의 단부와 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 묘화 개시점측의 단부와는 Y 방향에 관해서 인접 또는 일부 중복한다. 또, 묘화 라인(SL3, SL5)의 묘화 종료점측의 단부와 묘화 라인(SL2, SL4)의 묘화 종료점측의 단부와는 Y 방향에 관해서 인접 또는 일부 중복한다. Y 방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 일부 중복시키도록, 각 묘화 라인(SLn)을 배치하는 경우는, 예를 들면, 각 묘화 라인(SLn)의 길이에 대해서, 묘화 개시점, 또는 묘화 종료점을 포함하여 Y 방향으로 수% 이하의 범위에서 중복시키면 된다. 또한, 묘화 라인(SLn)을 Y 방향으로 이어지도록 하는 것은, 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 Y 방향에 관해서 인접 또는 일부 중복시키는 것을 의미한다.
본 제1 실시 형태의 경우, 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB(LBa, LBb))이 펄스광이므로, 주주사의 동안에 묘화 라인(SLn)상에 투사되는 스폿광(SP)은, 빔(LB(LBa, LBb))의 발진 주파수 Fa(예를 들면, 100MHz)에 따라서 이산적으로 된다. 그 때문에, 빔(LB)의 1 펄스광에 의해서 투사되는 스폿광(SP)과 다음의 1 펄스광에 의해서 투사되는 스폿광(SP)을, 주주사 방향으로 오버랩시킬 필요가 있다. 그 오버랩의 양은, 스폿광(SP)의 사이즈 φ, 스폿광(SP)의 주사 속도(주주사의 속도) Vs, 및 빔(LB)의 발진 주파수 Fa에 의해서 설정된다. 스폿광(SP)의 실효적인 사이즈 φ는, 스폿광(SP)의 강도 분포가 가우스(Gauss) 분포로 근사(近似)되는 경우, 스폿광(SP)의 피크 강도의 1/e2(또는 1/2)로 정해진다. 본 제1 실시 형태에서는, 실효적인 사이즈(치수) φ에 대해서, φ × 1/2 정도 스폿광(SP)이 오버랩하도록, 스폿광(SP)의 주사 속도 Vs 및 발진 주파수 Fa가 설정된다. 따라서 스폿광(SP)의 주주사 방향에 따른 투사 간격은, φ/2가 된다. 그 때문에, 부주사 방향(묘화 라인(SLn)과 직교 한 방향)에 관해서도, 묘화 라인(SLn)에 따른 스폿광(SP)의 1회의 주사와 다음의 주사와의 사이에, 기판(P)이 스폿광(SP)의 실효적인 사이즈 φ의 거의 1/2의 거리만큼 이동하도록 설정하는 것이 바람직하다. 추가로, Y 방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SL)을 주주사 방향으로 잇는 경우도, φ/2만큼 오버랩시키는 것이 바람직하다. 본 제1 실시 형태에서는, 스폿광(SP)의 사이즈(치수) φ를 3㎛로 한다.
또한, 기판(P)상의 감광성 기능층으로의 노광량의 설정은, 빔(LB)(펄스광)의 피크치의 조정으로 가능하지만, 빔(LB)의 강도를 올릴 수 없는 상황에서 노광량을 증대시키고 싶은 경우는, 스폿광(SP)의 주주사 방향의 주사 속도 Vs의 저하, 빔(LB)의 발진 주파수 Fa의 증대, 혹은 기판(P)의 부주사 방향의 반송 속도 Vt의 저하 등 중 어느 하나에 의해서, 스폿광(SP)의 주주사 방향 또는 부주사 방향에 관한 오버랩량을 증가시키면 된다. 스폿광(SP)의 주주사 방향의 주사 속도 Vs는, 폴리곤 미러(PM)의 회전수(회전 속도 Vp)에 비례하여 빨라진다.
각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 적어도 XZ 평면에 있어서, 각 빔(LBn)이 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 향해 진행하도록, 각 빔(LBn)을 기판(P)을 향해서 조사한다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))으로부터 기판(P)을 향해 진행하는 빔(LBn)의 광로(光路)(빔 중심축)는, XZ 평면에 있어서, 기판(P)의 피조사면의 법선과 평행하게 된다. 또, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 조사하는 빔(LBn)이, YZ 평면과 평행한 면 내에서는 기판(P)의 피조사면에 대해서 수직이 되도록, 빔(LBn)을 기판(P)을 향해서 조사한다. 즉, 피조사면에서의 스폿광(SP)의 주주사 방향에 관해서, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))은 텔레센트릭 상태로 주사된다. 여기서, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서 규정되는 소정의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 각 중점을 통과하고 기판(P)의 피조사면과 수직인 선(또는 광축이라고도 부름)을, 조사 중심축((Len(Le1~Le6)))이라고 부른다.
이 각 조사 중심축(Len(Le1~Le6))은, XZ 평면에 있어서, 묘화 라인(SL1~SL6)과 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각의 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)은, XZ 평면에 있어서 동일한 방향으로 되어 있고, 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)의 각각의 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)은, XZ 평면에 있어서 동일한 방향으로 되어 있다. 또, 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)과 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)은, XZ 평면에 있어서, 중심면(Poc)에 대해서 각도가 ±θ1이 되도록 설정되어 있다(도 2 참조).
도 2에 도시하는 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14), AM2m(AM21~AM24))은, 도 4에 도시하는 기판(P)에 형성된 복수의 얼라이먼트용 마크(MKm(MK1~MK4))를 검출하기 위한 것이며, Y 방향을 따라서 복수(본 제1 실시 형태에서는, 4개) 마련되어 있다. 복수의 마크(MKm(MK1~MK4))는, 기판(P)의 피조사면상의 노광 영역(W)에 묘화되는 소정의 패턴과 기판(P)을 상대적으로 위치 맞춤하기 위한(얼라이먼트하기 위한) 기준 마크이다. 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14), AM2m(AM21~AM24))은, 회전 드럼(DR)의 외주면(원주면)으로 지지되어 있는 기판(P)상에서, 복수의 마크(MKm(MK1~MK4))를 검출한다. 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))은, 노광 헤드(14)로부터의 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿광(SP)에 의한 기판(P)상의 피조사 영역(묘화 라인(SL1~SL6)으로 둘러싸인 영역) 보다도 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향측)에 마련되어 있다. 또, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))은, 노광 헤드(14)로부터 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿광(SP)에 의한 기판(P)상의 피조사 영역(묘화 라인(SL1~SL6)으로 둘러싸인 영역) 보다도 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X 방향측)에 마련되어 있다.
얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14), AM2m(AM21~AM24))은, 얼라이먼트용의 조명 광을 기판(P)에 투사하는 광원과, 기판(P)의 표면의 마크(MKm)를 포함하는 국소 영역(관찰 영역)(Vw1m(Vw11~Vw14), Vw2m(Vw21~Vw24))의 확대상을 얻는 관찰 광학계(대물 렌즈를 포함)와, 그 확대상을 기판(P)이 반송 방향으로 이동하고 있는 동안에, 기판(P)의 반송 속도 Vt에 따른 고속 셔터로 촬상하는 CCD, CMOS 등의 촬상 소자를 가진다. 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14), AM2m(AM21~AM24))의 각각이 촬상한 촬상 신호(화상 데이터)는 제어 장치(16)에 보내진다. 제어 장치(16)의 마크 위치 검출부(106)(도 12 참조)는, 이 보내져 온 복수의 촬상 신호의 화상 해석을 행함으로써, 기판(P)상의 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치(마크 위치 정보)를 검출한다. 또한, 얼라이먼트용의 조명 광은, 기판(P)상의 감광성 기능층에 대해서 거의 감도를 가지지 않는 파장 대역의 광, 예를 들면, 파장 500~800nm 정도의 광이다.
복수의 마크(MK1~MK4)는, 각 노광 영역(W)의 주위에 마련되어 있다. 마크(MK1, MK4)는, 노광 영역(W)의 기판(P)의 폭 방향의 양측으로, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 일정한 간격 Dh으로 복수 형성되어 있다. 마크(MK1)는, 기판(P)의 폭 방향의 -Y 방향 측에, 마크(MK4)는, 기판(P)의 폭 방향의 +Y 방향 측에 각각 형성되어 있다. 이러한 마크(MK1, MK4)는, 기판(P)이 큰 텐션을 받거나 열 프로세스를 받거나 해서 변형하고 있지 않은 상태에서는, 기판(P)의 장척 방향(X 방향)에 관해서 동일한 위치가 되도록 배치된다. 추가로, 마크(MK2, MK3)는, 마크(MK1)와 마크(MK4)의 사이에 있어서, 노광 영역(W)의 +X 방향측과 -X 방향측과의 여백부에 기판(P)의 폭 방향(단척 방향)을 따라서 형성되어 있다. 마크(MK2)는, 기판(P)의 폭 방향의 -Y 방향 측에, 마크(MK3)는, 기판(P)의 +Y 방향 측에 형성되어 있다.
추가로, 기판(P)의 -Y 방향측의 단부에 배열되는 마크(MK1)와 여백부의 마크(MK2)와의 Y 방향의 간격, 여백부의 마크(MK2)와 마크(MK3)의 Y 방향의 간격, 및 기판(P)의 +Y 방향측의 단부에 배열되는 마크(MK4)와 여백부의 마크(MK3)와의 Y 방향의 간격은, 모두 동일한 거리로 설정되어 있다. 이들 마크(MKm(MK1~MK4))는, 제1층의 패턴층의 형성 시에 함께 형성되어도 된다. 예를 들면, 제1층의 패턴을 노광할 때에, 패턴이 노광되는 노광 영역(W)의 주위에 마크용의 패턴도 함께 노광해도 된다. 또한, 마크(MKm)는, 노광 영역(W) 내에 형성되어도 된다. 예를 들면, 노광 영역(W) 내로서, 노광 영역(W)의 윤곽을 따라서 형성되어도 된다. 또, 노광 영역(W) 내에 형성되는 전자 디바이스의 패턴 중의 특정 위치의 패턴 부분, 혹은 특정 형상의 부분을 마크(MKm)로 하여 이용하여도 된다.
얼라이먼트 현미경(AM11, AM21)은, 도 4에 도시하는 것처럼, 대물 렌즈에 의한 관찰 영역(검출 영역)(Vw11, Vw21) 내에 존재하는 마크(MK1)를 촬상하도록 배치된다. 마찬가지로, 얼라이먼트 현미경(AM12~AM14, AM22~AM24)은, 대물 렌즈에 의한 관찰 영역(Vw12~Vw14, Vw22~Vw24) 내에 존재하는 마크(MK2~MK4)를 촬상하도록 배치된다. 따라서, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM11~AM14, AM21~AM24)은, 복수의 마크(MK1~MK4)의 위치에 대응하여, 기판(P)의 -Y 방향측으로부터 AM11~AM14, AM21~AM24의 순서로 기판(P)의 폭 방향을 따라서 마련되어 있다. 또한, 도 3에 대해서는, 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))의 관찰 영역(Vw2m(Vw21~Vw24))의 도시를 생략하고 있다.
복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))은, X 방향에 관해서, 노광 위치(묘화 라인(SL1~SL6))와 관찰 영역(Vw1m(Vw11~Vw14))과의 거리가, 노광 영역(W)의 X 방향의 길이 보다도 짧아지도록 마련되어 있다. 복수의 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))도 마찬가지로, X 방향에 관해서, 노광 위치(묘화 라인(SL1~SL6))와 관찰 영역(Vw2m(Vw21~Vw24))과의 거리가, 노광 영역(W)의 X 방향의 길이 보다도 짧아지도록 마련되어 있다. 또한, Y 방향으로 마련되는 얼라이먼트 현미경(AM1m, AM2m)의 수는, 기판(P)의 폭 방향으로 형성되는 마크(MKm)의 수에 따라 변경 가능하다. 또, 각 관찰 영역(Vw1m(Vw11~Vw14), Vw2m(Vw21~Vw24))의 기판(P)의 피조사면상의 크기는, 마크(MK1~MK4)의 크기나 얼라이먼트 정밀도(위치 계측 정밀도)에 따라 설정되지만, 사각형의 한변이 100~500㎛ 정도의 크기이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 회전 드럼(DR)의 양단부에는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 원주 방향의 전체에 걸쳐서 고리 모양으로 형성된 눈금을 가지는 스케일부(SDa, SDb)가 마련되어 있다. 이 스케일부(SDa, SDb)는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 원주 방향으로 일정한 피치(예를 들면, 20㎛)로 오목한 모양 또는 볼록한 모양의 격자선(格子線)(눈금)을 새겨서 마련한 회절 격자이며, 인크리멘털(incremental)형 스케일로서 구성된다. 이 스케일부(SDa, SDb)는, 중심축(AXo)을 중심으로 회전 드럼(DR)과 일체로 회전한다. 스케일부(SDa, SDb)를 읽어내는 스케일 판독 헤드로서의 복수의 인코더 헤드(ENja, ENjb)(또한, j=1, 2, 3, 4)는, 이 스케일부(SDa, SDb)와 대향하도록 마련되어 있다(도 2, 도 3 참조). 또한, 도 3에 대해서는, 인코더 헤드(EN4a, EN4b)의 도시를 생략하고 있다.
인코더 헤드(ENja, ENjb)는, 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치를 광학적으로 검출하는 것이다. 회전 드럼(DR)의 -Y 방향측의 단부에 마련된 스케일부(SDa)에 대향하여, 4개의 인코더 헤드(ENja(EN1a, EN2a, EN3a, EN4a))가 마련되어 있다. 마찬가지로, 회전 드럼(DR)의 +Y 방향측의 단부에 마련된 스케일부(SDb)에 대향하여, 4개의 인코더 헤드(ENjb(EN1b, EN2b, EN3b, EN4b))가 마련되어 있다.
인코더 헤드(EN1a, EN1b)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향측)에 마련되어 있고, 설치 방위선(Lx1)상에 배치되어 있다(도 2, 도 3 참조). 설치 방위선(Lx1)은, XZ 평면에 있어서, 인코더 헤드(EN1a, EN1b)의 계측용의 광빔의 스케일부(SDa, SDb)상으로의 투사 위치(판독 위치)와, 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 또, 설치 방위선(Lx1)은, XZ 평면에 있어서, 각 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))의 관찰 영역(Vw1m(Vw11~Vw14))과 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 즉, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))도 설치 방위선(Lx1)상에 배치되어 있다.
인코더 헤드(EN2a, EN2b)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향측)에 마련되어 있고, 또한, 인코더 헤드(EN1a, EN1b)보다 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X 방향측)에 마련되어 있다. 인코더 헤드(EN2a, EN2b)는, 설치 방위선(Lx2)상에 배치되어 있다(도 2, 도 3 참조). 설치 방위선(Lx2)은, XZ 평면에 있어서, 인코더 헤드(EN2a, EN2b)의 계측용의 광빔의 스케일부(SDa, SDb)상으로의 투사 위치(판독 위치)와, 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 이 설치 방위선(Lx2)은, XZ 평면에 있어서, 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)과 동일한 각도 위치로 되어 겹쳐 있다.
인코더 헤드(EN3a, EN3b)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X 방향측)에 마련되어 있고, 설치 방위선(Lx3)상에 배치되어 있다(도 2, 도 3 참조). 설치 방위선(Lx3)은, XZ 평면에 있어서, 인코더 헤드(EN3a, EN3b)의 계측용의 광빔의 스케일부(SDa, SDb)상으로의 투사 위치(판독 위치)와, 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 이 설치 방위선(Lx3)은, XZ 평면에 있어서, 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)과 동일한 각도 위치로 되어 겹쳐 있다. 따라서, 설치 방위선(Lx2)과 설치 방위선(Lx3)은, XZ 평면에 있어서, 중심면(Poc)에 대해서 각도가 ±θ1이 되도록 설정되어 있다(도 2 참조).
인코더 헤드(EN4a, EN4b)는, 인코더 헤드(EN3a, EN3b)보다 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X 방향측)에 마련되어 있고, 설치 방위선(Lx4)상에 배치되어 있다(도 2 참조). 설치 방위선(Lx4)은, XZ 평면에 있어서, 인코더 헤드(EN4a, EN4b)의 계측용의 광빔의 스케일부(SDa, SDb)상으로의 투사 위치(판독 위치)와, 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 또, 설치 방위선(Lx4)은, XZ 평면에 있어서, 각 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))의 관찰 영역(Vw2m(Vw21~Vw24))과 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 즉, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))도 설치 방위선(Lx4)상에 배치되어 있다. 이 설치 방위선(Lx1)과 설치 방위선(Lx4)은, XZ 평면에 있어서, 중심면(Poc)에 대해서 각도가 ±θ2가 되도록 설정되어 있다(도 2 참조).
각 인코더 헤드(ENja(EN1a~EN4a), ENjb(EN1b~EN4b))는, 스케일부(SDa, SDb)를 향해서 계측용의 광빔을 투사하고, 그 반사광속(회절광)을 광전 검출함으로써, 펄스 모양의 검출 신호(1/4 주기의 위상차를 가지는 2상(相) 디지털 신호)를 제어 장치(16)에 출력한다. 제어 장치(16)의 회전 위치 검출부(108)(도 12 참조)는, 그 검출 신호(2상 디지털 신호)의 내삽 처리에 의해서 생성되는 계수 펄스를 카운트함으로써, 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치 및 각도 변화를 서브 미크론의 분해능(分解能)으로 계측한다. 이 회전 드럼(DR)의 각도 변화로부터, 기판(P)의 반송 속도 Vt도 계측할 수 있다. 회전 위치 검출부(108)는, 각 인코더 헤드(ENja(EN1a~EN4a), ENjb(EN1b~EN4b))로부터의 검출 신호를 각각 개별로 카운트한다.
이상 설명한 것 같은 인코더 헤드(ENja(EN1a~EN4a), ENjb(EN1b~EN4b))를 탑재한 패턴 묘화 장치의 구성은, 예를 들면, 국제 공개 제2013/146184호 팜플렛에 개시되어 있다.
회전 위치 검출부(108)는, 복수의 카운터 회로(CNja(CN1a~CN4a), CNjb(CN1b~CN4b))를 가진다. 카운터 회로(CN1a)는, 인코더 헤드(EN1a)로부터의 검출 신호(2상 디지털 신호)로부터 생성되는 펄스를 카운트하고, 카운터 회로(CN1b)는, 인코더 헤드(EN1b)로부터의 검출 신호(2상 디지털 신호)로부터 생성되는 펄스를 카운트한다. 마찬가지로, 카운터 회로(CN2a~CN4a, CN2b~CN4b)는, 인코더 헤드(EN2a~EN4a, EN2b~EN4b)로부터의 검출 신호(2상 디지털 신호)로부터 생성되는 펄스를 카운트한다. 이 각 카운터 회로(CNja(CN1a~CN4a), CNjb(CN1b~CN4b))는, 각 인코더 헤드(ENja(EN1a~EN4a), ENjb(EN1b~EN4b))가 스케일부(SDa, SDb)의 원주 방향의 일부에 형성된 도 3에 도시하는 원점 마크(원점 패턴)(ZZ)를 검출하면, 원점 마크(ZZ)를 검출한 인코더 헤드(ENja, ENjb)에 대응하는 카운트값을 0으로 리셋한다.
이 카운터 회로(CN1a, CN1b)의 카운트값 중 어느 일방 혹은 그 평균치는, 설치 방위선(Lx1)상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치로서 이용되고, 카운터 회로(CN2a, CN2b)의 카운트값 중 어느 일방 혹은 평균치는, 설치 방위선(Lx2)상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치로서 이용된다. 마찬가지로, 카운터 회로(CN3a, CN3b)의 카운트값 중 어느 일방 혹은 평균치는, 설치 방위선(Lx3)상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치로서 이용되고, 카운터 회로(CN4a, CN4b)의 카운트값 중 어느 일방 혹은 그 평균치는, 설치 방위선(Lx4)상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치로서 이용된다. 또한, 회전 드럼(DR)의 제조 오차 등에 의해서 회전 드럼(DR)이 중심축(AXo)에 대해서 편심하여 회전하고 있는 경우를 제외하고, 원칙적으로 카운터 회로(CN1a, CN1b)의 카운트값은 동일하게 된다. 마찬가지로, 카운터 회로(CN2a, CN2b)의 카운트값도 동일하게 되고, 카운터 회로(CN3a, CN3b)의 카운트값, 카운터 회로(CN4a, CN4b)의 카운트값도 각각 동일하게 된다.
상술한 것처럼, 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))과 인코더 헤드(EN1a, EN1b)는, 설치 방위선(Lx1)상에 배치되며, 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))과 인코더 헤드(EN4a, EN4b)는, 설치 방위선(Lx4)상에 배치되어 있다. 따라서, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))이 촬상한 복수의 촬상 신호의 마크 위치 검출부(106)의 화상 해석에 의한 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치 검출과, 얼라이먼트 현미경(AM1m)이 촬상한 순간의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치의 정보(인코더 헤드(EN1a, EN1b)에 기초하는 카운트값)에 기초하여, 설치 방위선(Lx1)상에 있어서의 기판(P)의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다. 마찬가지로, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))이 촬상한 복수의 촬상 신호의 마크 위치 검출부(106)의 화상 해석에 의한 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치 검출과, 얼라이먼트 현미경(AM2m)이 촬상한 순간의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치의 정보(인코더 헤드(EN4a, EN4b)에 기초하는 카운트값)에 기초하여, 설치 방위선(Lx4)상에 있어서의 기판(P)의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.
또, 인코더 헤드(EN1a, EN1b)로부터의 검출 신호에 기초하는 카운트값과, 인코더 헤드(EN2a, EN2b)로부터의 검출 신호에 기초하는 카운트값과, 인코더 헤드(EN3a, EN3b)로부터의 검출 신호에 기초하는 카운트값과, 인코더 헤드(EN4a, EN4b)로부터의 검출 신호에 기초하는 카운트값은, 각 인코더 헤드(ENja, ENjb)가 원점 마크(ZZ)를 검출한 순간에 제로로 리셋된다. 그 때문에, 인코더 헤드(EN1a, EN1b)에 기초하는 카운트값이 제1 값(예를 들면, 100)일 때의, 회전 드럼(DR)에 감겨져 있는 기판(P)의 설치 방위선(Lx1)상에 있어서의 위치를 제1 위치로 한 경우에, 기판(P)상의 제1 위치가 설치 방위선(Lx2)상의 위치(묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 위치)까지 반송되면, 인코더 헤드(EN2a, EN2b)에 기초하는 카운트값은 제1 값(예를 들면, 100)이 된다. 마찬가지로, 기판(P)상의 제1 위치가 설치 방위선(Lx3)상의 위치(묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 위치)까지 반송되면, 인코더 헤드(EN3a, EN3b)로부터의 검출 신호에 기초하는 카운트값은 제1 값(예를 들면, 100)이 된다. 마찬가지로, 기판(P)상의 제1 위치가 설치 방위선(Lx4)상의 위치까지 반송되면, 인코더 헤드(EN4a, EN4b)로부터의 검출 신호에 기초하는 카운트값은 제1 값(예를 들면, 100)이 된다.
그런데 기판은, 회전 드럼(DR)의 양단의 스케일부(SDa, SDb)보다 내측에 감겨져 있다. 도 2에서는, 스케일부(SDa, SDb)의 외주면의 중심축(AXo)으로부터의 반경을, 회전 드럼(DR)의 외주면의 중심축(AXo)으로부터의 반경보다 작게 설정했다. 그렇지만, 도 3에 도시한 것 같이, 스케일부(SDa, SDb)의 외주면을, 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(P)의 외주면과 동일면이 되도록 설정해도 된다. 즉, 스케일부(SDa, SDb)의 외주면의 중심축(AXo)으로부터의 반경(거리)과 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(P)의 외주면(피조사면)의 중심축(AXo)으로부터의 반경(거리)이 동일하게 되도록 설정해도 된다. 이것에 의해, 각 인코더 헤드(ENja(EN1a~EN4a), ENjb(EN1b~EN4b))는, 회전 드럼(DR)에 감긴 기판(P)의 피조사면과 동일한 지름 방향의 위치에서 스케일부(SDa, SDb)를 검출할 수 있다. 따라서, 인코더 헤드(ENja, ENjb)에 의한 계측 위치와 처리 위치(묘화 라인(SL1~SL6))가 회전 드럼(DR)의 지름 방향에서 다름으로써 생기는 아베(Abbe) 오차를 작게 할 수 있다.
단, 피조사체(被照射體)로서의 기판(P)의 두께는 십수㎛~수백㎛로 크게 다르기 때문에, 스케일부(SDa, SDb)의 외주면의 반경과 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(P)의 외주면의 반경을 항상 동일하게 하는 것은 어렵다. 그 때문에, 도 3에 도시되는 스케일부(SDa, SDb)의 경우, 그 외 주위면(스케일면)의 반경은, 회전 드럼(DR)의 외주면의 반경과 일치하도록 설정된다. 또한, 스케일부(SDa, SDb)를 개별의 원반으로 구성하고, 그 원반(스케일 원반)을 회전 드럼(DR)의 샤프트(Sft)에 동일 축으로 장착하는 것도 가능하다. 그 경우도, 아베 오차가 허용치 내에 들어가는 정도로, 스케일 원반의 외주면(스케일면)의 반경과 회전 드럼(DR)의 외주면의 반경을 일치시켜 두는 것이 좋다.
얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))에 의해서 검출된 마크(MKm(MK1~MK4))의 기판(P)상의 위치와, 인코더 헤드(EN1a, EN1b)에 기초하는 카운트값(카운터 회로(CN1a, CN1b)의 카운트값 중 어느 일방 혹은 평균치)에 기초하여, 제어 장치(16)는, 기판(P)의 장척 방향(X 방향)에 있어서의 노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치를 결정한다. 또한, 노광 영역(W)의 X 방향의 길이는 미리 알고 있기 때문에, 제어 장치(16)는, 마크(MKm(MK1~MK4))를 소정 개수 검출할 때마다, 묘화 노광의 개시 위치로서 결정한다. 그리고 노광 개시 위치가 결정되었을 때의 인코더 헤드(EN1a, EN1b)에 기초하는 카운트값을 제1 값(예를 들면, 100)으로 한 경우는, 인코더 헤드(EN2a, EN2b)에 기초하는 카운트값이 제1 값(예를 들면, 100)이 되면, 기판(P)의 장척 방향에 있어서의 노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)상에 위치한다. 따라서, 주사 유닛(U1, U3, U5)은, 인코더 헤드(EN2a, EN2b)의 카운트값에 기초하여, 스폿광(SP)의 주사를 개시할 수 있다. 또, 인코더 헤드(EN3a, EN3b)에 기초하는 카운트값이 제1 값(예를 들면, 100)이 되면, 기판(P)의 장척 방향에 있어서의 노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)상에 위치한다. 따라서, 주사 유닛(U2, U4, U6)은, 인코더 헤드(EN3a, EN3b)의 카운트값에 기초하여, 스폿광(SP)의 주사를 개시할 수 있다.
통상은, 텐션 조정 롤러(RT1, RT2)가 기판(P)에 장척 방향으로 소정의 텐션을 가함으로써, 기판(P)은, 회전 드럼(DR)에 밀착하면서, 회전 드럼(DR)의 회전과 함께 되어 반송된다. 그러나 회전 드럼(DR)의 회전 속도 Vp가 빠르거나, 텐션 조정 롤러(RT1, RT2)가 기판(P)에 가하는 텐션이 일시적으로 너무 낮아지거나 너무 높아 지거나 하는 등의 이유에 의해, 회전 드럼(DR)의 외주면상에 밀접하고 있어야 할 기판(P)이 장척 방향으로 약간 미끄러지는 현상(마이크로 슬립(slip))이 발생할 가능성이 있다. 기판(P)의 회전 드럼(DR)에 대한 미끄러짐이 발생하지 않은 상태일 때에 있어서는, 인코더 헤드(EN4a, EN4b)에 기초하는 카운트값이, 마크(MKmA)(어느 특정 마크(MKm))를 얼라이먼트 현미경(AM1m)이 촬상한 순간의 인코더 헤드(EN1a, EN1b)에 기초하는 카운트값(예를 들면, 150)과 동일한 값이 되었을 경우는, 얼라이먼트 현미경(AM2m)에 의해서, 이 마크(MKmA)가 검출된다.
그렇지만, 기판(P)의 회전 드럼(DR)에 대한 미끄러짐이 발생하고 있는 경우는, 인코더 헤드(EN4a, EN4b)에 기초하는 카운트값이, 마크(MKmA)를 얼라이먼트 현미경(AM1m)이 촬상한 순간의 인코더 헤드(EN1a, EN1b)에 기초하는 카운트값(예를 들면, 150)과 동일한 값이 되어도, 얼라이먼트 현미경(AM2m)에 의해서, 이 마크(MKmA)가 검출되지 않는다. 이 경우는, 인코더 헤드(EN4a, EN4b)에 기초하는 카운트값이, 예를 들면, 150을 지나고 나서, 얼라이먼트 현미경(AM2m)에 의해서, 마크(MKmA)가 검출되게 된다. 따라서, 마크(MKmA)를 얼라이먼트 현미경(AM1m)이 촬상한 순간의 인코더 헤드(EN1a, EN1b)에 기초하는 카운트값과, 마크(MKmA)를 얼라이먼트 현미경(AM2m)이 촬상한 순간의 인코더 헤드(EN4a, EN4b)의 카운트값에 기초하여, 기판(P)의 회전 드럼(DR)상에서의 미끄러짐 양을 구할 수 있다. 이와 같이, 이 얼라이먼트 현미경(AM2m) 및 인코더 헤드(EN4a, EN4b)를 추가 설치함으로써, 기판(P)의 미끄러짐 양을 측정할 수 있다. 또한, 얼라이먼트 현미경(AM1m, AM2m), 인코더 헤드(ENja, ENjb), 스케일부(SDa, SDb), 마크 위치 검출부(106), 및 회전 위치 검출부(108)는, 얼라이먼트계로서 구성된다.
다음에, 도 5를 참조하여 주사 유닛(Un(U1~U6))의 광학적인 구성에 대해 설명한다. 또한, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 동일한 구성을 가지기 때문에, 주사 유닛(묘화 유닛)(U1)에 대해서만 설명하고, 다른 주사 유닛(묘화 유닛)(U2~U6)에 대해서는 그 설명을 생략한다. 또, 도 5에 대해서는, 조사 중심축(Len(Le1))과 평행한 방향을 Zt 방향으로 하고, Zt 방향과 직교하는 평면상에 있고, 기판(P)이 처리 장치(PR2)로부터 노광 장치(EX)를 거쳐 처리 장치(PR3)로 향하는 방향을 Xt 방향으로 하고, Zt 방향과 직교하는 평면상으로서, Xt 방향과 직교하는 방향을 Yt 방향으로 한다. 즉, 도 5의 Xt, Yt, Zt의 3차원 좌표는, 도 2의 X, Y, Z의 3차원 좌표를, Y축을 중심으로 Z축 방향이 조사 중심축(Len(Le1))과 평행하게 되도록 회전시킨 3차원 좌표이다.
도 5에 도시한 것 같이, 주사 유닛(U1) 내에는, 빔(LB1)의 입사 위치로부터 피조사면(기판(P))까지의 빔(LB1)의 진행 방향을 따라서, 반사 미러(M20), 빔 익스팬더(BE), 반사 미러(M21), 편광빔 스플리터(BS1), 반사 미러(M22), 시프트 광학부재(평행 평판)(SR), 편향 조정 광학부재(프리즘)(DP), 필드 어퍼쳐(FA, field aperture), 반사 미러(M23), λ/4 파장판(QW), 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 미러(M24), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈(FT), 반사 미러(M25), 실린드리칼 렌즈(CYb)가 마련된다. 또한, 주사 유닛(U1) 내에는, 주사 유닛(U1)의 묘화 개시 가능 타이밍을 검출하는 원점 센서(원점 검출기)(OP1)와, 피조사면(기판(P))으로부터의 반사광을 편광빔 스플리터(BS1)를 거쳐 검출하기 위한 광학 렌즈계(G10) 및 광 검출기(반사광 검출부)(DT1)가 마련된다. 빔(LB1)의 진행 방향을 따라서, 반사 미러(M20)~실린드리칼 렌즈(CYb)까지의 광학부재(예를 들면, 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈 등)는, 빔 주사부를 구성한다.
주사 유닛(U1)에 입사되는 빔(LB1)은, -Zt 방향을 향해 진행하여, XtYt 평면에 대해서 45˚ 기울어진 반사 미러(M20)에 입사된다. 이 주사 유닛(U1)에 입사되는 빔(LB1)의 축선은, 조사 중심축(Le1)과 동일 축이 되도록 반사 미러(M20)에 입사된다. 반사 미러(M20)는, 빔(LB1)을 주사 유닛(U1)에 입사시키는 입사 광학부재로서 기능하여, 입사한 빔(LB1)을, Xt축과 평행하게 설정되는 광축(AXa)을 따라서, 반사 미러(M20)로부터 -Xt 방향으로 떨어진 반사 미러(M21)를 향해서 -Xt 방향으로 반사한다. 따라서, 광축(AXa)은 XtZt 평면과 평행한 면내에서 조사 중심축(Le1)과 직교한다. 반사 미러(M20)에서 반사된 빔(LB1)은, 광축(AXa)을 따라서 배치되는 빔 익스팬더(BE)를 투과하여 반사 미러(M21)에 입사한다. 빔 익스팬더(BE)는, 투과하는 빔(LB1)의 지름을 확대시킨다. 빔 익스팬더(BE)는, 집광(集光) 렌즈(Be1)와, 집광 렌즈(Be1)에 의해서 수렴된 후에 발산하는 빔(LB1)을 평행 광속으로 하는 콜리메이트 렌즈(Be2)를 가진다.
반사 미러(M21)는, YtZt 평면에 대해서 45˚ 기울어져 배치되어 입사한 빔(LB1)(광축(AXa))을 편광빔 스플리터(BS1)를 향해서 -Yt 방향으로 반사한다. 반사 미러(M21)에 대해서 -Yt 방향으로 떨어져 설치되어 있는 편광빔 스플리터(BS1)의 편광 분리면은, YtZt 평면에 대해서 45˚ 기울어져 배치되며, P편광의 빔을 반사하고, P편광과 직교하는 방향으로 편광한 직선 편광(S편광)의 빔을 투과하는 것이다. 주사 유닛(U1)에 입사하는 빔(LB1)은, P편광의 빔이므로, 편광빔 스플리터(BS1)는, 반사 미러(M21)로부터의 빔(LB1)을 -Xt 방향으로 반사하여, 반사 미러(M22) 측으로 안내한다.
반사 미러(M22)는, XtYt 평면에 대해서 45˚ 기울어져 배치되어, 입사한 빔(LB1)을, 반사 미러(M22)에서부터 -Zt 방향으로 떨어진 반사 미러(M23)를 향해서 -Zt 방향으로 반사한다. 반사 미러(M22)에서 반사된 빔(LB1)은, Zt축과 평행한 광축(AXc)을 따라 시프트 광학부재(SR), 편향 조정 광학부재(DP), 및 필드 어퍼쳐(시야 조리개)(FA)를 통과하고, 반사 미러(M23)에 입사한다. 시프트 광학부재(SR)는, 빔(LB1)의 진행 방향(광축(AXc))과 직교하는 평면(XtYt 평면) 내에 있어서, 빔(LB1)의 단면 내의 중심 위치를 2차원적으로 조정한다. 시프트 광학부재(SR)는, 광축(AXc)을 따라서 배치되는 2매의 석영으로 된 평행 평판(Sr1, Sr2)으로 구성되고, 평행 평판(Sr1)은, Xt축을 중심으로 경사 가능하고, 평행 평판(Sr2)은, Yt축을 중심으로 경사 가능하다. 이 평행 평판(Sr1, Sr2)이 각각, Xt축, Yt축을 중심으로 경사짐으로써, 빔(LB1)의 진행 방향과 직교하는 XtYt 평면에 있어서, 빔(LB1)의 중심의 위치를 2차원으로 미소량 시프트한다. 이 평행 평판(Sr1, Sr2)은, 제어 장치(16)의 제어 하에, 도시하지 않은 액츄에이터(구동부)에 의해서 구동된다.
편향 조정 광학부재(DP)는, 반사 미러(M22)에서 반사되어 시프트 광학부재(SR)를 통과해 온 빔(LB1)의 광축(AXc)에 대한 기울기를 미세 조정하는 것이다. 편향 조정 광학부재(DP)는, 광축(AXc)을 따라서 배치되는 2개의 쐐기 모양의 프리즘(Dp1, Dp2)으로 구성되고, 프리즘(Dp1, Dp2) 각각은 독립하여 광축(AXc)을 중심으로 360° 회전 가능하게 마련되어 있다. 2개의 프리즘(Dp1, Dp2)의 회전 각도 위치를 조정하는 것에 의해서, 반사 미러(M23)에 이르는 빔(LB1)의 축선과 광축(AXc)과의 평행내기, 또는 기판(P)의 피조사면에 이르는 빔(LB1)의 축선과 조사 중심축(Le1)과의 평행내기가 행하여진다. 또한, 2개의 프리즘(Dp1, Dp2)에 의해서 편향 조정된 후의 빔(LB1)은, 빔(LB1)의 단면과 평행한 면 내에서 횡(橫) 시프트되고 있는 경우가 있으며, 그 횡 시프트는 앞의 시프트 광학부재(SR)에 의해서 원래로 되돌릴 수 있다. 이 프리즘(Dp1, Dp2)은, 제어 장치(16)의 제어 하에, 도시하지 않은 액츄에이터(구동부)에 의해서 구동된다.
이와 같이, 시프트 광학부재(SR)와 편향 조정 광학부재(DP)를 통과한 빔(LB1)은, 필드 어퍼쳐(FA)의 원형 개구를 투과하여 반사 미러(M23)에 이른다. 필드 어퍼쳐(FA)의 원형 개구는, 빔 익스팬더(BE)에서 확대된 빔(LB1)의 단면 내의 강도 분포의 완만한 부분을 컷하는 조리개이다. 필드 어퍼쳐(FA)의 원형 개구를 구경을 조정할 수 있는 가변 홍채 조리개로 하면, 스폿광(SP)의 강도(휘도)를 조정할 수 있다.
반사 미러(M23)는, XtYt 평면에 대해서 45˚ 기울어져 배치되어, 입사한 빔(LB1)을 반사 미러(M24)를 향해서 +Xt 방향으로 반사한다. 반사 미러(M23)에서 반사된 빔(LB1)은, λ/4 파장판(QW) 및 실린드리칼 렌즈(CYa)를 거쳐 반사 미러(M24)에 입사된다. 반사 미러(M24)는, 입사한 빔(LB1)을 폴리곤 미러(회전 다면경, 주사용 편향 부재, 편향 부재)(PM)를 향해서 반사한다. 폴리곤 미러(PM)는, 입사한 빔(LB1)을, Xt축과 평행한 광축(AXf)을 가지는 fθ 렌즈(FT)를 향해서 +Xt 방향 측으로 반사한다. 폴리곤 미러(PM)는, 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 기판(P)의 피조사면상에서 주사하기 위해서, 입사한 빔(LB1)을 XtYt 평면과 평행한 면내에서 1차원으로 편향(반사)한다. 구체적으로는, 폴리곤 미러(PM)는, Zt축 방향으로 연장되는 회전축(AXp)과, 회전축(AXp)의 주위에 형성된 복수의 반사면(RP)(본 실시의 형태에서는 반사면(RP)의 수 Np를 8으로 함)를 가진다. 회전축(AXp)을 중심으로 이 폴리곤 미러(PM)를 소정의 회전 방향으로 회전시킴으로써 반사면(RP)에 조사되는 펄스 모양의 빔(LB1)의 반사각을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 1개의 반사면(RP)에 의해서 빔(LB1)의 반사 방향이 편향되고, 기판(P)의 피조사면상에 조사되는 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 주주사 방향(기판(P)의 폭 방향, Yt 방향)을 따라서 주사할 수 있다.
즉, 1개의 반사면(RP)에 의해서, 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 주주사 방향을 따라서 주사할 수 있다. 이 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 1회전으로, 기판(P)의 피조사면상에 스폿광(SP)이 주사되는 묘화 라인(SL1)의 수는, 최대로 반사면(RP)의 수와 동일한 8개가 된다. 폴리곤 미러(PM)는, 제어 장치(16)의 제어 하에, 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등)(RM)에 의해서 일정한 속도로 회전한다. 앞서 설명한 것처럼, 묘화 라인(SL1)의 실효적인 길이(예를 들면, 30mm)는, 이 폴리곤 미러(PM)에 의해서 스폿광(SP)을 주사할 수 있는 최대 주사 길이(예를 들면, 31mm) 이하의 길이로 설정되어 있으며, 초기설정(설계상)에서는, 최대 주사 길이의 중앙에 묘화 라인(SL1)의 중심점(조사 중심축(Le1)이 통과하는 점)이 설정되어 있다.
단(單)렌즈로 구성되는 실린드리칼 렌즈(CYa)는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(회전 방향)과 직교하는 비주사 방향(Zt 방향)에 관해서, 입사한 빔(LB1)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)상으로 수렴한다. 즉, 실린드리칼 렌즈(CYa)는, 빔(LB1)을 반사면(RP)상에서 XtYt 평면과 평행한 방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 수렴한다. 모선이 Yt 방향과 평행하게 되어 있는 실린드리칼 렌즈(CYa)와 후술하는 실린드리칼 렌즈(CYb)에 의해서, 반사면(RP)이 Zt 방향에 대해서 기울어져 있는 경우(XtYt 평면의 법선에 대한 반사면(RP)의 기울기)가 있어도, 그 영향을 억제할 수 있다. 예를 들면, 기판(P)의 피조사면상에 조사되는 빔(LB1)(묘화 라인(SL1))의 조사 위치가, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP) 마다의 약간의 기울기 오차에 의해서 Xt 방향으로 어긋나는 것을 억제할 수 있다.
Xt축 방향으로 연장되는 광축(AXf)을 가지는 fθ 렌즈(주사용 렌즈계)(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 반사된 빔(LB1)을, XtYt 평면에 있어서, 광축(AXf)과 평행하게 되도록 반사 미러(M25)에 투사하는 텔레센트릭계의 스캔 렌즈이다. 빔(LB1)의 fθ 렌즈(FT)로의 입사각 θ은, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ/2)에 따라 바뀐다. fθ 렌즈(FT)는, 반사 미러(M25) 및 단렌즈로 구성되는 실린드리칼 렌즈(CYb)를 거쳐, 그 입사각 θ에 비례한 기판(P)의 피조사면상의 상고(像高) 위치에 빔(LB1)을 투사한다. 초점 거리를 fo라고 하고, 상고 위치를 y라고 하면, fθ 렌즈(FT)는, y = fo × θ의 관계(왜곡 수차)를 만족하도록 설계되어 있다. 따라서 이 fθ 렌즈(FT)에 의해서, 빔(LB1)을 Yt 방향(Y 방향)으로 정확하게 등속(等速)으로 주사하는 것이 가능하게 된다. fθ 렌즈(FT)로의 입사각 θ이 0도일 때에, fθ 렌즈(FT)에 입사된 빔(LB1)은, 광축(AXf)상을 따라 진행한다.
반사 미러(M25)는, fθ 렌즈(FT)로부터의 빔(LB1)을 기판(P)을 향해서 -Zt 방향으로 반사한다. 반사 미러(M25)에서 반사된 빔(LB1)은, 실린드리칼 렌즈(CYb)를 거쳐 기판(P)에 투사된다. fθ 렌즈(FT) 및 모선이 Yt 방향과 평행하게 되어 있는 실린드리칼 렌즈(CYb)에 의해서, 기판(P)에 투사되는 빔(LB1)이 기판(P)의 피조사면상에서 직경 수㎛ 정도(예를 들면, 3㎛)의 미소한 스폿광(SP)으로 수렴된다. 또, 기판(P)의 피조사면상에 투사되는 스폿광(SP)은, 폴리곤 미러(PM)에 의해서, Yt 방향으로 연장되는 묘화 라인(SL1)에 의해서 1차원 주사된다. 또한, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)과 조사 중심축(Le1)은, 동일한 평면상에 있고, 그 평면은 XtZt 평면과 평행하다. 따라서 광축(AXf)상으로 진행한 빔(LB1)은, 반사 미러(M25)에 의해서 -Zt 방향으로 반사되어, 조사 중심축(Le1)과 동일 축으로 되어 기판(P)에 투사된다. 본 제1 실시 형태에 있어서, 적어도 fθ 렌즈(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 편향된 빔(LB1)을 기판(P)의 피조사면에 투사하는 투사 광학계로서 기능한다. 또, 적어도 반사 부재(반사 미러(M21~M25)) 및 편광빔 스플리터(BS1)는, 반사 미러(M20)로부터 기판(P)까지의 빔(LB1)의 광로를 절곡하는 광로 편향 부재로서 기능한다. 이 광로 편향 부재에 의해서, 반사 미러(M20)에 입사하는 빔(LB1)의 입사축과 조사 중심축(Le1)을 거의 동일한 축으로 할 수 있다. XtZt 평면에 관해서, 주사 유닛(U1) 내를 지나는 빔(LB1)은, 대략 U자 모양 또는 コ자형의 광로를 통과한 후, -Zt 방향으로 진행하여 기판(P)에 투사된다.
이와 같이, 기판(P)이 X 방향으로 반송되고 있는 상태에서, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서, 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿광(SP)을 주주사 방향(Y 방향)으로 일차원으로 주사함으로써, 스폿광(SP)을 기판(P)의 피조사면에 상대적으로 2차원 주사할 수 있다.
또한, 본 제1 실시 형태에서는, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 실효적인 길이를 30mm로 하고, 실효적인 사이즈 φ가 3㎛인 스폿광(SP)의 1/2씩, 즉, 1.5㎛씩, 오버랩시키면서 스폿광(SP)을 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))을 따라서 기판(P)의 피조사면상에 조사하는 경우는, 스폿광(SP)은, 1.5㎛의 간격으로 조사된다. 따라서 1회의 주사로 조사되는 스폿광(SP)의 수는, 20000(=30[mm]/1.5[㎛])로 된다. 또, 기판(P)의 부주사 방향의 전송 속도(반송 속도) Vt를 약 2.419mm/sec로 하고, 부주사 방향에 대해서도 스폿광(SP)의 주사가 1.5㎛의 간격으로 행해지는 것으로 하면, 묘화 라인(SLn)에 따른 1회의 주사 개시(묘화 개시) 시점과 다음의 주사 개시 시점과의 시간 차이 Tpx는, 약 620μsec(=1.5[㎛]/2.419[mm/sec])가 된다. 이 시간 차이 Tpx는, 8 반사면(RP)의 폴리곤 미러(PM)가 1면분(分)(45도=360도/8)만큼 회전하는 시간이다. 이 경우, 폴리곤 미러(PM)의 1회전의 시간이, 약 4.96msec(=8×620[μsec])가 되도록 설정될 필요가 있으므로, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 Vp는, 매초 약 201.613 회전(=1/4.96[msec]), 즉, 약 12096.8rpm으로 설정된다.
한편, 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP)에서 반사된 빔(LB1)이 유효하게 fθ 렌즈(FT)에 입사되는 최대 입사각도(스폿광(SP)의 최대 주사 길이에 대응)는, fθ 렌즈(FT)의 초점 거리와 최대 주사 길이에 의해서 대체로 정해져 버린다. 일례로서, 8 반사면(RP)의 폴리곤 미러(PM)인 경우는, 1 반사면(RP) 분의 회전 각도 45도 중에서 실(實)주사에 기여하는 회전 각도 α의 비율(주사 효율)은, α/45도로 나타내진다. 본 제1 실시 형태에서는, 실주사에 기여하는 회전 각도 α를 15도로 하므로, 주사 효율은 1/3(=15도/45도)이 되어, fθ 렌즈(FT)의 최대 입사각은 30도(광축(AXf)을 중심으로 ±15도)가 된다. 그 때문에, 묘화 라인(SLn)의 최대 주사 길이(예를 들면, 31mm) 분만큼 스폿광(SP)을 주사하는데 필요한 시간 Ts는, Ts = Tpx×주사 효율이 되어, 앞의 수치 예의 경우는, 시간 Ts, 약 206.666…μsec(=620[μsec]/3)로 된다. 본 제1 실시 형태에 있어서의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 실효적인 주사 길이를 30mm로 하므로, 이 묘화 라인(SLn)에 따른 스폿광(SP)의 1 주사의 주사 시간 Tsp는, 약 200μsec(=206.666…[μsec] × 30[mm]/31[mm])가 된다. 따라서 이 시간 Tsp의 동안에, 20000의 스폿광(SP)(펄스광)을 조사할 필요가 있으므로, 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB)의 발광 주파수(발진 주파수) Fa는, Fa ≒ 20000회/200μsec = 100MHz로 된다.
도 5에 도시한 원점 센서(OP1)는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 회전 위치가, 반사면(RP)에 의한 스폿광(SP)의 주사가 개시 가능한 소정 위치로 오면 원점 신호(SZ1)를 발생한다. 바꾸어 말한다면, 원점 센서(OP1)는, 지금부터 스폿광(SP)의 주사를 행하는 반사면(RP)의 각도가 소정의 각도 위치가 되었을 때에 원점 신호(SZ1)를 발생한다. 폴리곤 미러(PM)는, 8개의 반사면(RP)을 가지므로, 원점 센서(OP1)는, 폴리곤 미러(PM)가 1회전하는 기간에, 8회 원점 신호(SZ1)를 출력하게 된다. 이 원점 센서(OP1)가 발생한 원점 신호(SZ1)는, 제어 장치(16)에 보내진다. 원점 센서(OP1)가 원점 신호(SZ1)를 발생하고 나서, 지연 시간 Td1 경과 후에 스폿광(SP)의 묘화 라인(SL1)에 따른 주사가 개시된다. 즉, 이 원점 신호(SZ1)는, 주사 유닛(U1)에 의한 스폿광(SP)의 묘화 가능 개시 타이밍(주사 가능 개시 타이밍)을 나타내는 정보로 되어 있다.
원점 센서(OP1)는, 기판(P)의 감광성 기능층에 대해서 비감광성의 파장 대역의 레이저 빔(Bga)을 반사면(RP)에 대해서 사출하는 빔 송광계(Opa)와, 반사면(RP)에서 반사한 레이저 빔(Bga)의 반사 빔(Bgb)을 수광하여 원점 신호(SZ1)를 발생하는 빔 수광계(Opb)를 가진다. 빔 송광계(Opa)는, 도시하지 않지만, 레이저 빔(Bga)을 사출하는 광원과, 광원이 발광한 레이저 빔(Bga)을 반사면(RP)에 투사하는 광학부재(반사 미러나 렌즈 등)를 가진다. 빔 수광계(Opb)는, 도시하지 않지만, 수광한 반사 빔(Bgb)을 수광하여 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자를 포함하는 수광부와, 반사면(RP)에서 반사한 반사 빔(Bgb)을 상기 수광부로 안내하는 광학부재(반사 미러나 렌즈 등)를 가진다. 빔 송광계(Opa)와 빔 수광계(Opb)는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 위치가, 반사면(RP)에 의한 스폿광(SP)의 주사가 개시되기 직전의 소정 위치에 왔을 때에, 빔 송광계(Opa)가 사출한 레이저 빔(Bga)의 반사 빔(Bgb)을 빔 수광계(Opb)가 수광할 수 있는 위치에 마련되어 있다. 주사 유닛(U2~U6)에 마련되어 있는 원점 센서(OPn)를 OP2~OP6로 나타내고, 원점 센서(OP2~OP6)에서 발생하는 원점 신호(SZn)를 SZ2~SZ6로 나타낸다. 제어 장치(16)는, 이 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))에 기초하여, 어느 주사 유닛(Un)이 지금부터 스폿광(SP)의 주사를 행하는지를 관리하고 있다. 또, 원점 신호(SZ2~SZ6)가 발생하고 나서, 주사 유닛(U2~U6)에 의한 묘화 라인(SL2~SL6)에 따른 스폿광(SP)의 주사를 개시할 때까지의 지연 시간 Tdn를 Td2~Td6로 나타내는 경우가 있다.
이 지연 시간 Tdn를 바꿈으로써, 기판(P)상에 있어서의 묘화 라인(SLn)의 위치를 주주사 방향(Y 방향)을 따라서 시프트할 수 있다. 예를 들면, 지연 시간 Td1, Td3, Td5를 짧게 함으로써, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 주주사 방향(-Y 방향)과는 반대측의 방향(+Y 방향)으로 시프트할 수 있다. 반대로, 지연 시간 Td1, Td3, Td5를 길게 함으로써, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 주주사 방향(-Y 방향)으로 시프트할 수 있다. 마찬가지로, 지연 시간 Td2, Td4, Td6을 짧게 함으로써, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 주주사 방향(+Y 방향)과는 반대측의 방향(-Y 방향)으로 시프트할 수 있다. 반대로, 지연 시간 Td2, Td4, Td6을 길게 함으로써, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 주주사 방향(+Y 방향)으로 시프트할 수 있다.
도 5에 도시되는 광 검출기(DT1)는, 입사한 광을 광전 변환하는 광전 변환 소자를 가진다. 여기서, 기판(P)의 감광성 기능층에 대해서 주사 유닛(U1)으로부터 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 조사하면, 그 반사광이, 실린드리칼 렌즈(CYb), 반사 미러(M25), 렌즈(FT), 폴리곤 미러(PM), 반사 미러(M24), 실린드리칼 렌즈(CYa), λ/4 파장판(QW), 반사 미러(M23), 필드 어퍼쳐(FA), 편향 조정 광학부재(DP), 시프트 광학부재(SR), 및 반사 미러(M22)를 통과하여 편광빔 스플리터(BS1)에 입사한다. 여기서, 편광빔 스플리터(BS1)와 기판(P)과의 사이, 구체적으로는, 반사 미러(M23)와 실린드리칼 렌즈(CYa)와의 사이에는, λ/4 파장판(QW)이 마련되어 있다. 이것에 의해, 기판(P)에 조사되는 빔(LB1)은, 이 λ/4 파장판(QW)에 의해서 P편광에서 원(圓)편광의 빔(LB1)으로 변환되고, 기판(P)으로부터 편광빔 스플리터(BS1)에 입사하는 반사광은, 이 λ/4 파장판(QW)에 의해서, 원편광에서 S편광으로 변환된다. 따라서 기판(P)으로부터의 반사광은 편광빔 스플리터(BS1)를 투과하고, 광학 렌즈계(G10)를 거쳐 광 검출기(DT1)에 입사한다.
특정 재료에 의한 패턴(이하, 제1 패턴)이 미리 형성된 하층(기초) 상에 형성된 감광성 기능층에 대해서, 주사 유닛(U1)이 새롭게 패턴(이하, 제2 패턴)을 묘화하는 경우, 제2 패턴의 일부가, 하층의 제1 패턴의 일부에 겹쳐 맞춰져 묘화되는 경우가 있다. 이 때, 기판(P)에 투사되는 빔(LB1)(스폿광(SP))의 기판(P)에서의 반사광에는, 빔(LB1)의 입사 방향을 따라서 역진하는 정규 반사광(0차 회절광)의 성분과, 하층의 제1 패턴의 단차 구조(단차 엣지)에 의해서 빔(LB1)의 입사 방향과 다른 방향을 향해 반사하는 산란광(혹은 1차 이상의 회절광)의 성분이 포함된다. 스폿광(SP)이 주사하는 하층(기초)의 표면 상태에 의해서, 발생하는 정규 반사광의 성분과 산란광(회절광)의 성분의 각각의 광량(量)이 바뀐다. 본 실시의 형태에 있어서의 광 검출기(DT1)는, 주로 정규 반사광의 광량(휘도)의 변화를 검출하고 있고, 그 광량에 따른 신호를 이용함으로써, 하층의 제1 패턴에 대응한 화상 정보를 취득할 수 있다.
구체적으로는, 광 검출기(DT1)에서 출력되는 광전 신호(검출 신호)(PS1)의 강도 변화를, 빔(LB1)(스폿광(SP))의 펄스 발광을 위한 클록 신호(LTC)(광원 장치(LS)에서 만들어짐)에 응답하여, 디지털 샘플링함으로써 Yt 방향의 1차원의 화상 데이터로서 취득한다. 또한, 묘화 라인(SL1)상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치를 계측하는 인코더 헤드(EN2a, EN2b)의 계측치에 응답하여, 부주사 방향의 일정 거리(예를 들면, 스폿광(SP)의 사이즈 φ의 1/2) 마다 Yt 방향의 1차원의 화상 데이터를 Xt 방향으로 늘어놓음으로써, 제1 패턴의 2차원의 화상 정보를 취득한다. 제어 장치(16)는, 이 취득한 2차원의 화상 정보에 기초하여, 하층에 형성된 제1 패턴의 위치에 관한 정보나, 그 패턴의 형상(왜곡을 포함함)에 관한 정보를 취득할 수 있다. 제어 장치(16)는, 이 취득한 제1 패턴의 위치에 관한 정보 및 그 형상에 관한 정보를 이용하여, 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴의 위치나 형상을 보정한다. 이 광 검출기(DT1)에 의한 제1 패턴의 위치에 관한 정보 및 그 형상에 관한 정보의 취득에 대해서는 후에 상세하게 설명한다. 또한, 주사 유닛(U2~U6)에 마련되어 있는 광 검출기(DTn)를 DT2~DT6로 나타내고, 광 검출기(DT2~DT6)가 검출한 광전 신호(검출 신호)(PSn)를 PS2~PS6로 나타낸다.
그런데 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 각각이 조사 중심축(Len(Le1~Le6))을 중심으로 미소한 각도 분해능으로 회동(회전)할 수 있도록, 도시하지 않은 본체 프레임에 유지되어 있다. 이 각 주사 유닛(Un(U1~U6))이, 조사 중심축(Len(Le1~Le6))이 조사 중심축(Len(Le1~Le6))을 중심으로 회동하면, 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))도, 기판(P)의 피조사면상에서 조사 중심축(Len(Le1~Le6))을 중심으로 회동한다. 따라서 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, Y 방향에 대해서 미소한 각도 분해능(예를 들면, μ라디안(radian)의 단위)으로 기울어질 수 있다. 각 주사 유닛(Un(U1~U6))이 조사 중심축(Len(Le1~Le6))을 중심으로 회동했을 경우에도, 각 주사 유닛(Un(U1~U6)) 내를 통과하는 빔(LBn(LB1~LB6))과 각 주사 유닛(Un(U1~U6)) 내의 광학적인 부재와의 상대적인 위치 관계는 변하지 않다. 따라서 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 기판(P)의 피조사면상에서 회동한 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))을 따라서 스폿광(SP)을 주사할 수 있다. 이 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 조사 중심축(Len(Le1~Le6))을 중심으로 한 회동은, 제어 장치(16)의 제어 하에, 도시하지 않은 액츄에이터에 의해서 행해진다.
또한, 주사 유닛(Un)의 조사 중심축(Len)과, 주사 유닛(Un)이 실제로 회동하는 축(회동 중심축)이 완전하게 일치하고 있지 않아도, 소정의 허용 범위 내에서 양자가 정밀하게 동일 축이면 된다. 이 소정의 허용 범위는, 주사 유닛(Un)을 각도 θsm만큼 회동시켰을 때의 실제의 묘화 라인(SLn)의 묘화 개시점(또는 묘화 종료점)과, 조사 중심축(Len)과 회동 중심축이 완전하게 일치한다고 가정했을 때에 주사 유닛(Un)을 소정의 각도 θsm만큼 회동시켰을 때의 설계상의 묘화 라인(SLn)의 묘화 개시점(또는 묘화 종료점)과의 차분량이, 스폿광(SP)의 주주사 방향에 관해서, 소정의 거리(예를 들면, 스폿광(SP)의 사이즈 φ) 이내가 되도록 설정되어 있다. 또, 주사 유닛(Un)에 실제로 입사하는 빔(LBn)의 광축(중심축)이, 주사 유닛(Un)의 회동 중심축과 완전하게 일치하고 있지 않아도, 앞서 설명한 소정의 허용 범위 내에서 동일 축이면 된다.
도 6은, 빔 전환부(BDU)의 구성도이며, 국제 공개 제2015/166910호 팜플렛에도 개시되어 있다. 빔 전환부(BDU)는, 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))와, 복수의 집광 렌즈(CD1~CD6)와, 복수의 반사 미러(M1~M14)와, 복수의 유닛측 입사 미러(IM1~IM6)와, 복수의 콜리메이트 렌즈(CL1~CL6)와, 흡수체(TR1, TR2)를 가진다. 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 빔(LB(LBa, LBb))에 대해서 투과성(透過性)을 가지는 것이고, 초음파 신호로 구동되는 음향 광학 변조 소자(AOM：Acousto-Opticmodulator)이다. 이들 광학적인 부재(선택용 광학 소자(AOM1~AOM6), 집광 렌즈(CD1~CD6), 반사 미러(M1~M14), 유닛측 입사 미러(IM1~IM6), 콜리메이트 렌즈(CL1~CL6), 및 흡수체(TR1, TR2))는, 판 모양의 지지 부재(IUB)에 의해서 지지되어 있다. 이 지지 부재(IUB)는, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 상방(+Z 방향측)에서, 이들 광학적인 부재를 하방(-Z 방향측)으로부터 지지한다. 따라서 지지 부재(IUB)는, 발열원(發熱源)이 되는 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))와 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))과의 사이를 단열(斷熱)하는 기능도 구비하고 있다.
광원 장치(LSa)로부터 빔(LBa)은, 반사 미러(M1~M6)에 의해서 그 광로가 구절(九折) 모양으로 구부러져, 흡수체(TR1)까지 안내된다. 또, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)도 마찬가지로, 반사 미러(M7~M14)에 의해서 그 광로가 구절(九折) 모양으로 구부러져, 흡수체(TR2)까지 안내된다. 이하, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))가 모두 오프 상태(초음파 신호가 인가되어 있지 않은 상태)인 경우로, 상술한다.
광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)(평행 광속)은, Y축과 평행하게 +Y 방향으로 진행하여 집광 렌즈(CD1)를 통과하여 반사 미러(M1)에 입사된다. 반사 미러(M1)에서 -X 방향으로 반사된 빔(LBa)은, 집광 렌즈(CD1)의 초점 위치(빔 웨스트 위치)에 배치된 제1 선택용 광학 소자(AOM1)를 스트레이트하게 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL1)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M2)에 이른다. 반사 미러(M2)에서 +Y 방향으로 반사된 빔(LBa)은, 집광 렌즈(CD2)를 통과한 후에 반사 미러(M3)에서 +X 방향으로 반사된다.
반사 미러(M3)에서 +X 방향으로 반사된 빔(LBa)은, 집광 렌즈(CD2)의 초점 위치(빔 웨스트 위치)에 배치된 제2 선택용 광학 소자(AOM2)를 스트레이트하게 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL2)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M4)에 이른다. 반사 미러(M4)에서 +Y 방향으로 반사된 빔(LBa)은, 집광 렌즈(CD3)를 통과한 후에 반사 미러(M5)에서 -X 방향으로 반사된다. 반사 미러(M5)에서 -X 방향으로 반사된 빔(LBa)은, 집광 렌즈(CD3)의 초점 위치(빔 웨스트 위치)에 배치된 제3 선택용 광학 소자(AOM3)를 스트레이트하게 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL3)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M6)에 이른다. 반사 미러(M6)에서 +Y 방향으로 반사된 빔(LBa)은, 흡수체(TR1)에 입사한다. 이 흡수체(TR1)는, 빔(LBa)의 외부로의 누설을 억제하기 위해서 빔(LBa)을 흡수하는 광 트랩(trap)이다.
광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)(평행 광속)은, Y축과 평행하게 +Y 방향으로 진행하여 반사 미러(M13)에 입사되어, 반사 미러(M13)에서 +X 방향으로 반사된 빔(LBb)은 반사 미러(M14)에서 +Y 방향으로 반사된다. 반사 미러(M14)에서 +Y 방향으로 반사된 빔(LBb)은, 집광 렌즈(CD4)를 통과한 후에 반사 미러(M7)에서 +X 방향으로 반사된다. 반사 미러(M7)에서 +X 방향으로 반사된 빔(LBb)은, 집광 렌즈(CD4)의 초점 위치(빔 웨스트 위치)에 배치된 제4 선택용 광학 소자(AOM4)를 스트레이트하게 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL4)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M8)에 이른다. 반사 미러(M8)에서 +Y 방향으로 반사된 빔(LBb)은, 집광 렌즈(CD5)를 통과한 후에 반사 미러(M9)에서 -X 방향으로 반사된다.
반사 미러(M9)에서 -X 방향으로 반사된 빔(LBb)은, 집광 렌즈(CD5)의 초점 위치(빔 웨스트 위치)에 배치된 제5 선택용 광학 소자(AOM5)를 스트레이트하게 투과하고, 콜리메이트 렌즈 CL5에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M10)에 이른다. 반사 미러(M10)에서 +Y 방향으로 반사된 빔(LBb)은, 집광 렌즈(CD6)를 통과한 후에 반사 미러(M11)에서 +X 방향으로 반사된다. 반사 미러(M11)에서 +X 방향으로 반사된 빔(LBb)은, 집광 렌즈(CD6)의 초점 위치(빔 웨스트 위치)에 배치된 제6 선택용 광학 소자(AOM6)를 스트레이트하게 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL6)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M12)에 이른다. 반사 미러(M12)에서 -Y 방향으로 반사된 빔(LBb)은, 흡수체(TR2)에 입사된다. 이 흡수체(TR2)는, 빔(LBb)의 외부에의 누설을 억제하기 위해서 빔(LBb)을 흡수하는 광 트랩(댐퍼(damper))이다.
이상과 같이, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)는, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)을 순차 투과하도록 빔(LBa)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배치된다. 또, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)는, 집광 렌즈(CD1~CD3)와 콜리메이트 렌즈(CL1~CL3)에 의해서, 각 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)의 내부에 빔(LBa)의 빔 웨스트가 형성되도록 배치된다. 이것에 의해, 선택용 광학 소자(음향 광학 변조 소자)(AOM1~AOM3)에 입사되는 빔(LBa)의 지름을 작게 하여, 회절 효율을 높게 함과 아울러 응답성을 높이고 있다. 마찬가지로, 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)는, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)을 순차 투과하도록 빔(LBb)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배치된다. 또, 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)는, 집광 렌즈(CD4~CD6)와 콜리메이트 렌즈(CL4~CL6)에 의해서, 각 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)의 내부에 빔(LBb)의 빔 웨스트가 형성되도록 배치된다. 이것에 의해, 선택용 광학 소자(음향 광학 변조 소자)(AOM4~AOM6)에 입사되는 빔(LBb)의 지름을 작게 하여, 회절 효율을 높임과 아울러 응답성을 높이고 있다.
각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 초음파 신호(고주파 신호)가 인가되면, 입사한 빔(0차 광)(LB(LBa, LBb))을, 고주파의 주파수에 따른 회절각(回折角)으로 회절시킨 1차 회절광을 사출 빔(빔(LBn))으로 하여 발생시키는 것이다. 따라서 선택용 광학 소자(AOM1)로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB1가 되고, 마찬가지로 선택용 광학 소자(AOM2~AOM6)로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB2~LB6가 된다. 이와 같이, 각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 광원 장치(LSa, LSb)로부터의 빔(LB(LBa, LBb))의 광로를 편향하는 기능을 달성한다. 단, 실제의 음향 광학 변조 소자는, 1차 회절광의 발생 효율이 0차 광의 80% 정도이기 때문에, 각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 각각에서 편향된 빔(LBn(LB1~LB6))은, 원 빔(LB(LBa, LBb))의 강도보다는 저하되어 있다. 또, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6)) 중 어느 1개가 온 상태일 때, 회절되지 않고 직진하는 0차 광이 20% 정도 잔존하지만, 그것은 최종적으로 흡수체(TR1, TR2)에 의해서 흡수된다.
도 6에 도시한 것 같이, 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 각각은, 편향된 1차 회절광인 빔(LBn(LB1~LB6))을, 입사하는 빔(LB(LBa, LBb))에 대해서 -Z 방향으로 편향하도록 설치된다. 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 각각으로부터 편향되어 사출하는 빔(LBn(LB1~LB6))은, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 각각으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 마련된 유닛측 입사 미러(IM1~IM6)에 투사되어, 여기서 -Z 방향으로 조사 중심축(Le1~Le6)과 동일 축이 되도록 반사된다. 유닛측 입사 미러(IM1~IM6)(이하, 간단하게 미러(IM1~IM6)라고도 부름)에서 반사된 빔(LB1~LB6)은, 지지 부재(IUB)에 형성된 개구부(TH1~TH6)의 각각을 통과하여, 조사 중심축(Le1~Le6)을 따르도록 주사 유닛(U1~U6)의 각각에 입사한다.
또한, 선택용 광학 소자(AOMn)는, 초음파에 의해서 투과 부재중의 소정 방향으로 굴절률의 주기적인 조밀(粗密) 변화를 일으키게 하는 회절 격자이기 때문에, 입사 빔(LB(LBa, LBb))이 직선 편광(P편광이나 S편광)인 경우, 그 편광 방향과 회절 격자의 주기 방향은, 1차 회절광의 발생 효율(회절 효율)이 가장 높아지도록 설정된다. 도 6과 같이, 각 선택용 광학 소자(AOMn)가 입사된 빔(LB)(LBa, LBs)을 -Z 방향으로 회절 편향하도록 설치되는 경우, 선택용 광학 소자(AOMn) 내에 생성되는 회절 격자의 주기 방향도 -Z 방향이므로, 그것과 정합하도록 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB)의 편광 방향이 설정(조정)된다.
또한, 광원 장치(LSa(LSb))로부터 사출되는 빔(LBa(LBb))이 1mm 정도 보다도 작은 직경의 평행 광속인 경우, 선택용 광학 소자(AOMn)의 각각에 입사하는 빔(LB)이 그대로 미세한 평행 광속으로 릴레이 되도록, 집광 렌즈(CDn(CD1~CD6))와 콜리메이트 렌즈(CLn(CL1~CL6))를 배치해도 된다. 그 경우, 선택용 광학 소자(AOMn)와 대응하는 유닛측 입사 미러(IMn(IM1~IM6))와의 사이에 집광 렌즈(CDn)를 마련하고, 선택용 광학 소자(AOMn)에서 회절하여 편향된 빔(LBn(LB1~LB6))을 유닛측 입사 미러(IMn)의 위치 또는 그 근방 위치에서 빔 웨스트가 되도록 집광해도 된다. 그 때문에, 선택용 광학 소자(AOMn)는 집광 렌즈(CDn)의 전측 초점 위치에 배치되고, 유닛측 입사 미러(IMn)는 집광 렌즈(CDn)의 후측 초점 위치 또는 그 근방에 배치된다.
각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 구성, 기능, 작용 등은 서로 동일한 것을 이용하여도 된다. 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호(고주파 신호)의 온/오프에 따라서, 입사한 빔(LB(LBa, LBb))을 회절시킨 회절광의 발생을 온/오프한다. 예를 들면, 선택용 광학 소자(AOM1)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않고 오프 상태일 때는, 입사된 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)을 회절시키지 않고 투과한다. 따라서 선택용 광학 소자(AOM1)를 투과한 빔(LBa)은, 콜리메이트 렌즈(CL1)를 투과하여 반사 미러(M2)에 입사된다. 한편, 선택용 광학 소자(AOM1)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되어 온 상태일 때는, 입사된 빔(LBa)을 회절시켜 미러(IM1)를 향하게 한다. 즉, 이 구동 신호에 의해서 선택용 광학 소자(AOM1)가 스위칭한다. 미러(IM1)는, 선택용 광학 소자(AOM1)에 의해서 회절된 1차 회절광인 빔(LB1)을 선택하여 주사 유닛(U1)측으로 반사한다. 선택용의 미러(IM1)에서 반사된 빔(LB1)은, 지지 부재(IUB)의 개구부(TH1)를 통과하여 조사 중심축(Le1)을 따라서 주사 유닛(U1)에 입사한다. 따라서 미러(IM1)는, 반사된 빔(LB1)의 광축(중심축)이 조사 중심축(Le1)과 동일 축이 되도록, 입사한 빔(LB1)을 반사한다. 또, 선택용 광학 소자(AOM1)가 온 상태일 때, 선택용 광학 소자(AOM1)를 스트레이트하게 투과하는 빔(LB)의 0차 광(입사 빔의 20% 정도의 강도)은, 그 후의 콜리메이트 렌즈(CL1~CL3), 집광 렌즈(CD2, CD3), 반사 미러(M2~M6), 및 선택용 광학 소자(AOM2, AOM3)를 투과하여 흡수체(TR1)에 이른다.
마찬가지로, 선택용 광학 소자(AOM2, AOM3)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않고 오프 상태일 때는, 입사된 빔(LBa)을 회절시키지 않고 콜리메이트 렌즈(CL2, CL3)측(반사 미러(M4, M6)측)으로 투과한다. 한편, 선택용 광학 소자(AOM2, AOM3)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호가 인가되어 온 상태일 때는, 입사한 빔(LBa)의 1차 회절광인 빔(LB2, LB3)을 미러(IM2, IM3)를 향하게 한다. 이 미러(IM2, IM3)는, 선택용 광학 소자(AOM2, AOM3)에 의해서 회절된 빔(LB2, LB3)을 주사 유닛(U2, U3)측으로 반사한다. 미러(IM2, IM3)에서 반사된 빔(LB2, LB3)은, 지지 부재(IUB)의 개구부(TH2, TH3)를 통과하여, 조사 중심축(Le2, Le3)과 동일 축이 되어 주사 유닛(U2, U3)에 입사한다.
이와 같이, 제어 장치(16)는, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)의 각각에 인가해야 할 구동 신호(고주파 신호)를 온/오프(하이(high)/로우(low))로 함으로써, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3) 중 어느 1개를 스위칭하여, 빔(LBa)이 후속의 선택용 광학 소자(AOM2, AOM3) 또는 흡수체(TR1)를 향할지, 편향된 빔(LB1~LB3) 중 하나가, 대응하는 주사 유닛(U1~U3)을 향할지를 전환한다.
또, 선택용 광학 소자(AOM4)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않고 오프 상태일 때는, 입사된 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)을 회절시키지 않고 콜리메이트 렌즈(CL4)측(반사 미러(M8)측)으로 투과한다. 한편, 선택용 광학 소자(AOM4)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호가 인가되어 온 상태일 때는, 입사된 빔(LBb)의 1차 회절광인 빔(LB4)을 미러(IM4)를 향하게 한다. 이 미러(IM4)는, 선택용 광학 소자(AOM4)에 의해서 회절 된 빔(LB4)을 주사 유닛(U4)측으로 반사한다. 미러(IM4)에서 반사된 빔(LB4)은, 조사 중심축(Le4)과 동일 축이 되어, 지지 부재(IUB)의 개구부(TH4)를 통과하여 주사 유닛(U4)에 입사된다.
마찬가지로, 선택용 광학 소자(AOM5, AOM6)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않고 오프 상태일 때는, 입사한 빔(LBb)을 회절시키지 않고 콜리메이트 렌즈(CL5, CL6)측(반사 미러(M10, M12)측)으로 투과한다. 한편, 선택용 광학 소자(AOM5, AOM6)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호가 인가되어 온 상태일 때는, 입사된 빔(LBb)의 1차 회절광인 빔(LB5, LB6)을 미러(IM5, IM6)를 향하게 한다. 이 미러(IM5, IM6)는, 선택용 광학 소자(AOM5, AOM6)에 의해서 회절된 빔(LB5, LB6)을 주사 유닛(U5, U6)측으로 반사한다. 미러(IM5, IM6)에서 반사된 빔(LB5, LB6)은, 조사 중심축(Le5, Le6)과 동일 축이 되어, 지지 부재(IUB)의 개구부(TH5, TH6)의 각각을 통과하여 주사 유닛(U5, U6)에 입사된다.
이와 같이, 제어 장치(16)는, 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)의 각각에 인가해야 할 구동 신호(고주파 신호)를 온/오프(하이/로우)로 하는 것에 의해서, 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6) 중 어느 1개를 스위칭하고, 빔(LBb)이 후속의 선택용 광학 소자(AOM5, AOM6) 또는 흡수체(TR2)로 향할지, 편향된 빔(LB4~LB6) 중 하나가, 대응하는 주사 유닛(U4~U6)을 향할지를 전환한다.
이상과 같이, 빔 전환부(BDU)는, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배치된 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM3))를 구비함으로써, 빔(LBa)의 광로를 전환하여, 빔(LBn(LB1~LB3))이 입사하는 주사 유닛(Un(U1~U3))을 1개 선택할 수 있다. 따라서, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)의 1차 회절광인 빔(LBn(LB1~LB3))을, 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3))의 각각에 순서대로 입사시킬 수 있다. 예를 들면, 주사 유닛(U1)에 빔(LB1)을 입사시키고 싶은 경우는, 제어 장치(16)가, 복수의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3) 가운데, 선택용 광학 소자(AOM1)만을 온 상태로 하고, 주사 유닛(U3)에 빔(LB3)을 입사시키고 싶은 경우는, 선택용 광학 소자(AOM3)만을 온 상태로 하면 된다.
마찬가지로, 빔 전환부(BDU)는, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배치된 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM4~AOM6))를 구비함으로써, 빔(LBb)의 광로를 전환하여, 빔(LBn)(LB4~LB6)이 입사하는 주사 유닛(Un(U4~U6))을 1개 선택할 수 있다. 따라서, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)의 1차 회절광인 빔(LBn(LB4~LB6))을, 3개의 주사 유닛(Un(U4~U6))의 각각에 순서대로 입사시킬 수 있다. 예를 들면, 주사 유닛(U4)에 빔(LB4)을 입사시키고 싶은 경우는, 제어 장치(16)가, 복수의 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6) 가운데, 선택용 광학 소자(AOM4)만을 온 상태로 하고, 주사 유닛(U6)에 빔(LB6)을 입사시키고 싶은 경우는, 선택용 광학 소자(AOM6)만을 온 상태로 하면 된다.
이 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))에 대응하여 마련되고, 대응하는 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 입사시킬지 여부를 전환하고 있다. 또한, 본 제1 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)를, 제1 광학 소자 모듈이라고 부르고, 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)를, 제2 광학 소자 모듈이라고 부른다. 또, 제1 광학 소자 모듈의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)에 대응하는 주사 유닛(U1~U3)을 제1 주사 모듈이라고 부르고, 제2 광학 소자 모듈의 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)에 대응하는 주사 유닛(U4~U6)을 제2 주사 모듈이라고 부른다. 따라서 제1 주사 모듈 중 어느 1개의 주사 유닛(Un)과 제2 주사 모듈 중 어느 1개의 주사 유닛(Un)에 의해, 스폿광(SP)의 주사(묘화 동작)가 병행하여 행해지게 된다.
상술한 것처럼, 본 제1 실시 형태에서는, 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 실주사에 기여하는 회전 각도 α를 15도로 하므로, 주사 효율은 1/3이 된다. 따라서 예를 들면, 1개의 주사 유닛(Un)이 1 반사면(RP)분의 각도(45도) 회전하는 동안에, 스폿광(SP)의 주사를 실시할 수 있는 각도는 15도가 되고, 그 이외의 각도 범위(30도)에서는, 스폿광(SP)의 주사를 실시하지 못하고, 그 동안에 폴리곤 미러(PM)에 입사되는 빔(LBn)은 버려지게 된다. 따라서 어느 1개의 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도가 실주사에 기여하지 않는 각도가 되어 있는 동안에, 그 이외의 다른 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 입사시킴으로써, 다른 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)에 의해서 스폿광(SP)의 주사를 행하게 한다. 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율은 1/3이므로, 어느 1개의 주사 유닛(Un)이 스폿광(SP)을 주사하고 나서 다음의 주사를 실시할 때까지의 동안에, 그 이외의 2개의 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 배분하고, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 것이 가능하다. 그 때문에, 본 제1 실시 형태는, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))을 2개의 그룹(주사 모듈)으로 나누어 3개의 주사 유닛(U1~U3)을 제1 주사 모듈로 하고, 3개의 주사 유닛(U4~U6)을 제2 주사 모듈로 했다.
이것에 의해, 예를 들면, 주사 유닛(U1)의 폴리곤 미러(PM)가 45도(1 반사면(RP)분) 회전하는 동안에, 빔(LBn(LB1~LB3))을 3개의 주사 유닛(U1~U3) 중 어느 1개에 순서대로 입사시킬 수 있다. 따라서 주사 유닛(U1~U3)의 각각은, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)을 버리는 일 없이, 순서대로 스폿광(SP)의 주사를 행할 수 있다. 마찬가지로, 주사 유닛(U4)의 폴리곤 미러(PM)가 45도(1 반사면(RP)분) 회전하는 동안에, 빔(LBn(LB4~LB6))을 3개의 주사 유닛(U4~U6) 중 어느 1개에 순서대로 입사시킬 수 있다. 따라서 주사 유닛(U4~U6)은, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)을 버리는 일 없이, 순서대로 스폿광(SP)의 주사를 행할 수 있다. 또한, 각 주사 유닛(Un)이 스폿광(SP)의 주사를 개시하고 나서 다음의 주사를 개시할 때까지, 폴리곤 미러(PM)는, 정확하게 1 반사면(RP)분의 각도(45도) 회전하고 있게 된다.
본 제1 실시 형태에서는, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))의 각각은, 소정의 순서대로 스폿광(SP)의 주사를 행하므로, 이것에 대응하여, 제어 장치(16)는, 각 광학 소자 모듈의 3개의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM3, AOM4~AOM6))를 소정의 순서대로 온으로 스위칭하여, 빔(LBn(LB1~LB3, LB4~LB6))이 입사하는 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))을 순서대로 전환한다. 예를 들면, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3, U4~U6)의 스폿광(SP)의 주사를 행하는 순서가, U1→U2→U3, U4→U5→U6가 되어 있는 경우는, 제어 장치(16)는, 각 광학 소자 모듈의 3개의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM3, AOM4~AOM6))를, AOM1→AOM2→AOM3, AOM4→AOM5→AOM6의 순서대로 온으로 스위칭하여, 빔(LBn)이 입사하는 주사 유닛(Un)을, U1→U2→U3, U4→U5→U6의 순서대로 전환한다.
또한, 폴리곤 미러(PM)가 1 반사면(RP)분의 각도(45도) 회전하는 동안에, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))이 순서대로 스폿광(SP)의 주사를 행하기 위해서는, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))의 각 폴리곤 미러(PM)가, 다음과 같은 조건을 만족하여 회전할 필요가 있다. 그 조건이란, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))의 각 폴리곤 미러(PM)가, 동일한 회전 속도 Vp가 되도록 동기 제어됨과 아울러, 각 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치(각 반사면(RP)의 각도 위치)가 소정의 위상 관계가 되도록 동기 제어될 필요가 있다. 본 제1 실시 형태에서는, 소정의 위상 관계란, 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치가 15도씩 어긋나 있는 관계를 말한다. 또한, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 Vp가 동일하게 회전하는 것을 동기 회전이라고 부른다.
빔 전환부(BDU)의 각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 주사 유닛(Un(U1~U6))의 각각의 폴리곤 미러(PM)에 의한 스폿광(SP)의 1회의 주사 기간 동안만, 온 상태가 되어 있으면 된다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 수를 Np, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 Vp(rpm)로 하면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 1면분의 회전 각도에 대응한 시간 Tpx는, Tpx = 60 / (Np × Vp)[초]가 된다. 예를 들면, 반사면 수 Np가 8, 회전 속도 Vp[rpm]가 1.20968만인 경우, 시간 Tpx는, 약 0.62 밀리초가 된다. 이것은 주파수로 환산하면 약 1.6129 kHz 정도이며, 자외 대역의 파장의 빔(LB)을 패턴 데이터(묘화 데이터)에 응답하여 수십 MHz 정도로 고속으로 변조하기 위한 음향 광학 변조 소자에 비하면, 상당히 낮은 응답 주파수의 음향 광학 변조 소자로 충분한 것을 의미한다. 그 때문에, 입사하는 빔(LB)(0차 광)에 대해서 편향되는 빔(LB1~LB6)(1차 회절광)의 회절각이 큰 것을 사용할 수 있어, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)를 스트레이트하게 통과하는 빔(LB)의 진로에 대해서, 편향된 빔(LB1~LB6)을 분리하는 미러(IM1~IM6)의 배치가 용이하게 된다.
도 7은, 광원 장치(펄스 광원 장치, 펄스 레이저 장치)(LSa(LSb))의 구성을 나타내는 도면이며, 기본적으로는 국제 공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시된 구성과 동일하다. 파이버 레이저 장치로서의 광원 장치(LSa(LSb))는, 펄스광 발생부(20)와 제어 회로(22)를 구비한다. 펄스광 발생부(20)는, DFB 반도체 레이저 소자(30, 32), 편광빔 스플리터(34), 묘화용 광 변조기로서의 전기 광학 소자(빔 강도 변조부)(36), 이 전기 광학 소자(36)의 구동 회로(36a), 편광빔 스플리터(38), 흡수체(40), 여기광원(42), 콤바이너(combiner)(44), 파이버 광증폭기(46), 파장 변환 광학 소자(48, 50), 및 복수의 렌즈 소자(GL)를 가진다. 제어 회로(22)는, 클록 신호(LTC) 및 화소 시프트 펄스(BSC)를 발생하는 신호 발생부(22a)를 가진다. 신호 발생부(22a)가 발생한 화소 시프트 펄스(BSC)는, 제어 장치(16)의 통괄 제어부(104)에 출력된다. 또한, 광원 장치(LSa)의 신호 발생부(22a)로부터 통괄 제어부(104)에 출력되는 화소 시프트 펄스(BSC)와, 광원 장치(LSb)의 신호 발생부(22a)로부터 통괄 제어부(104)에 출력되는 화소 시프트 펄스(BSC)를 구별하기 위해, 광원 장치(LSa)로부터의 화소 시프트 펄스(BSC)를 BSCa로 나타내며, 광원 장치(LSb)로부터의 화소 시프트 펄스(BSC)를 BSCb로 나타내는 경우가 있다.
DFB 반도체 레이저 소자(제1 고체 레이저 소자)(30)는, 소정 주파수인 발진 주파수 Fa(예를 들면, 100MHz)로 샤프(sharp) 혹은 첨예(尖銳)한 펄스 모양의 종광(種光)(펄스 빔, 빔)(S1)을 발생하고, DFB 반도체 레이저 소자(제2 고체 레이저 소자)(32)는, 소정 주파수인 발진 주파수 Fa(예를 들면, 100MHz)로 완만(시간적으로 브로드한)한 펄스 모양의 종광(펄스 빔, 빔)(S2)을 발생한다. DFB 반도체 레이저 소자(30)가 발생하는 종광(S1)과 DFB 반도체 레이저 소자(32)가 발생하는 종광(S2)은, 발광 타이밍이 동기하고 있다. 종광(S1, S2)은, 모두 1 펄스 당의 에너지는 거의 동일하지만, 편광 상태가 서로 다르고, 피크 강도는 종광(S1)이 강하다. 이 종광(S1)과 종광(S2)은, 직선 편광의 광이며, 그 편광 방향은 서로 직교하고 있다. 본 제1 실시 형태에서는, DFB 반도체 레이저 소자(30)가 발생하는 종광(S1)의 편광 상태를 S편광으로 하고, DFB 반도체 레이저 소자(32)가 발생하는 종광(S2)의 편광 상태를 P편광으로 하여 설명한다. 이 종광(S1, S2)은, 적외 파장 대역의 광이다.
제어 회로(22)는, 신호 발생부(22a)로부터 보내져 온 클록 신호(LTC)의 클록 펄스에 응답하여 종광(S1, S2)이 발광되도록 DFB 반도체 레이저 소자(30, 32)를 제어한다. 이것에 의해, 이 DFB 반도체 레이저 소자(30, 32)는, 클록 신호(LTC)의 각 클록 펄스(발진 주파수 Fa)에 응답하여, 소정 주파수(발진 주파수) Fa로 종광(S1, S2)을 발광한다. 이 제어 회로(22)는, 제어 장치(16)에 의해서 제어된다. 이 클록 신호(LTC)의 클록 펄스의 주기(=1/Fa)를, 기준 주기(Ta)라 부른다. DFB 반도체 레이저 소자(30, 32)에서 발생한 종광(S1, S2)은, 편광빔 스플리터(34)에 안내된다.
또한, 이 기준 클록 신호가 되는 클록 신호(LTC)는, 화소 시프트 펄스(BSC(BSCa, BSCb))의 베이스가 되는 것이다. 또, 신호 발생부(22a)에는, 기판(P)의 피조사면상에 있어서의 묘화 라인(SLn)의 배율 보정을 행하기 위한 배율 보정 정보(TMg)가 제어 장치(16)로부터 입력된다. 배율 보정이란, 간단하게 설명하면, 배율 보정 정보(TMg)를 따라서, 클록 신호(LTC)의 발진 주파수 Fa를 변경시킴으로써, 묘화 데이터상의 1 화소(1 비트)에 포함되는 스폿광의 수는 일정하게 한 채로, 주주사 방향을 따라서 투사되는 스폿광(SP)의 투사 간격(즉, 스폿광의 발진 주파수)을 일률적으로 미세 조정한다. 이것에 의해, 기판(P)의 피조사면상에 있어서의 묘화 라인(SLn)의 길이(주사 길이)를 미세 조정할 수 있다. 이 묘화 라인(SLn)의 신축(주사 길이의 미세 조정)은, 묘화 라인(SLn)의 최대 주사 길이(예를 들면, 31mm)의 범위 내에서 실시할 수 있다. 또한, 배율 보정 정보가 0, 즉, 보정 없는 경우의 발진 주파수 Fa를 100MHz로 한다.
편광빔 스플리터(34)는, S편광의 광을 투과하rh, P편광의 광을 반사하는 것으로, DFB 반도체 레이저 소자(30)가 발생한 종광(S1)과, DFB 반도체 레이저 소자(32)가 발생한 종광(S2)을, 전기 광학 소자(36)로 안내한다. 자세하게는, 편광빔 스플리터(34)는, DFB 반도체 레이저 소자(30)가 발생한 S편광의 종광(S1)을 투과함으로써 종광(S1)을 전기 광학 소자(36)로 안내한다. 또, 편광빔 스플리터(34)는, DFB 반도체 레이저 소자(32)가 발생한 P편광의 종광(S2)을 반사함으로써 종광(S2)을 전기 광학 소자(36)로 안내한다. DFB 반도체 레이저 소자(30, 32), 및 편광빔 스플리터(34)는, 종광(S1, S2)을 생성하는 펄스 광원부(35)를 구성한다.
전기 광학 소자(빔 강도 변조부)(36)는, 종광(S1, S2)에 대해서 투과성을 가지는 것으로, 예를 들면, 전기 광학 변조기(EOM：Electro-Opticmodulator)가 이용된다. 전기 광학 소자(36)는, 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 하이/로우 상태에 응답하여, 광(S1, S2)의 편광 상태를 구동 회로(36a)에 의해서 전환하는 것이다. 묘화 비트열 데이터(SBa)는, 주사 유닛(U1~U3)의 각각이 노광해야 할 패턴에 따른 패턴 데이터(비트 패턴)에 기초하여 생성되는 것이고, 묘화 비트열 데이터(SBb)는, 주사 유닛(U4~U6)의 각각이 노광해야 할 패턴에 따른 패턴 데이터(비트 패턴)에 기초하여 생성되는 것이다. 따라서, 묘화 비트열 데이터(SBa)는, 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 입력되고, 묘화 비트열 데이터(SBb)는, 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 입력된다. DFB 반도체 레이저 소자(30), DFB 반도체 레이저 소자(32)의 각각으로부터의 종광(S1, S2)은 파장 대역이 800nm 이상으로 길기 때문에, 전기 광학 소자(36)로서 편광 상태의 전환 응답성이 GHz 정도의 것을 사용할 수 있다.
패턴 데이터(묘화 데이터)는, 주사 유닛(Un) 마다 마련되어, 각 주사 유닛(Un)에 의해서 묘화되는 패턴을, 스폿광(SP)의 사이즈 φ에 따라 설정되는 치수 Pxy의 화소에 의해서 분할하여, 복수의 화소의 각각을 상기 패턴에 따른 논리 정보(화소 데이터)로 나타낸 것이다. 즉, 이 패턴 데이터는, 스폿광(SP)의 주주사 방향(Y 방향)에 따른 방향을 행(行) 방향으로 하고, 기판(P)의 부주사 방향(X 방향)에 따른 방향을 열(列) 방향으로 하도록, 2차원으로 분해된 복수의 화소의 논리 정보로 구성되어 있는 비트 맵 데이터이다. 이 화소의 논리 정보는, 「0」또는 「1」의 1비트의 데이터이다.「0」의 논리 정보는, 기판(P)에 조사하는 스폿광(SP)의 강도를 저(低)레벨(비묘화)로 하는 것을 의미하고, 「1」의 논리 정보는, 기판(P)상에 조사하는 스폿광(SP)의 강도를 고(高)레벨(묘화)로 하는 것을 의미한다. 또한, 화소의 치수 Pxy의 주주사 방향(Y 방향)의 치수를 Py로 하고, 부주사 방향(X 방향)의 치수를 Px로 한다.
패턴 데이터의 1열분(列分)의 화소의 논리 정보는, 1개분의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 대응하는 것이다. 따라서, 1열분의 화소의 수는, 기판(P)의 피조사면상에서의 화소의 치수 Pxy와 묘화 라인(SLn)의 길이에 따라 정해진다. 이 1화소의 치수 Pxy는, 스폿광(SP)의 사이즈 φ와 동일한 정도, 혹은 그 이상으로 설정되며, 예를 들면, 스폿광(SP)의 실효적인 사이즈 φ가 3㎛인 경우는, 1화소의 치수 Pxy는, 사각형의 한변이 3㎛ 정도 이상으로 설정된다. 1열분의 화소의 논리 정보로 따라서, 1개의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))을 따라서 기판(P)에 투사되는 스폿광(SP)의 강도가 변조된다. 이 1열분의 화소의 논리 정보를 시리얼 데이터(DLn)라고 부른다. 즉, 패턴 데이터는, 시리얼 데이터(DLn)가 열 방향으로 늘어선 비트 맵 데이터이다. 주사 유닛(U1)의 패턴 데이터의 시리얼 데이터(DLn)를 DL1로 나타내고, 마찬가지로 주사 유닛(U2~U6)의 패턴 데이터의 시리얼 데이터(DLn)를 DL2~DL6로 나타낸다. 본 실시의 형태에서는, 스폿광(SP)이 1.5㎛(사이즈 φ의 1/2)씩 오버랩되면서 기판(P)상에 투사되므로, 2개의 스폿광(SP)이 1화소에 대응한다. 따라서, 묘화 라인(SLn)을 따라서 투사되는 스폿광의 수가 20000이 되므로, 1열분의 화소의 수는, 그 절반인 10000이 된다. 그 때문에, 1열분의 화소의 논리 정보를 1행째부터 순서대로 구동 회로(36a)에 출력하는 타이밍을 제어하는 화소 시프트 펄스(BSC(BSCa, BSCb))의 발진 주파수는, 클록 신호(LTC)의 발진 주파수 Fa의 1/2가 된다. 즉, 화소 시프트 펄스(BSC)는, 클록 신호(LTC)를 1/2에 분주(分周)한 것이다.
또, 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3(U4~U6))은, 소정의 순서대로 스폿광(SP)의 주사를 1회씩 행하는 동작을 반복하는 것이기 때문에, 그것에 대응하여, 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3(U4~U6))의 패턴 데이터의 시리얼 데이터(DL1~DL3(DL4~DL6))도, 소정의 순서대로, 광원 장치(LSa(LSb))의 구동 회로(36a)에 순차 출력된다. 이 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 순서대로 출력되는 시리얼 데이터(DL1~DL3)를 묘화 비트열 데이터(SBa)라고 부르고, 이 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 순차 출력되는 시리얼 데이터(DL4~DL6)를 묘화 비트열 데이터(SBb)라고 부른다.
예를 들면, 제1 주사 모듈에 있어서, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)의 순서가, U1→U2→U3인 경우는, 우선, 1열분의 시리얼 데이터(DL1)가 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 출력되고, 이어서, 1열분의 시리얼 데이터(DL2)가 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 출력된다고 하는 상태로, 묘화 비트열 데이터(SBa)를 구성하는 1열분의 시리얼 데이터(DL1~DL3)가, DL1→DL2→DL3의 순서대로 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 출력된다. 그 후, 다음의 열의 시리얼 데이터(DL1~DL3)가, DL1→DL2→DL3의 순서대로 묘화 비트열 데이터(SBa)로서 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 출력된다. 마찬가지로, 제2 주사 모듈에 있어서, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)의 순서가, U4→U5→U6인 경우는, 우선, 1열분의 시리얼 데이터(DL4)가 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 출력되고, 이어서, 1열분의 시리얼 데이터(DL5)가 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 출력된다고 하는 상태로, 묘화 비트열 데이터(SBb)를 구성하는 1열분의 시리얼 데이터(DL4~DL6)가, DL4→DL5→DL6의 순서대로 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 출력된다. 그 후, 다음의 열의 시리얼 데이터(DL4~DL6)가, DL4→DL5→DL6의 순서대로 묘화 비트열 데이터(SBb)로서 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 출력된다.
구동 회로(36a)에 입력되는 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 1화소분(分)의 논리 정보가 로우(「0」) 상태일 때, 전기 광학 소자(36)는 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸지 않고 그대로 편광빔 스플리터(38)로 안내한다. 한편, 구동 회로(36a)에 입력되는 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 1화소분의 논리 정보가 하이(「1」) 상태일 때, 전기 광학 소자(36)는 입사한 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸어, 즉, 편광 방향을 90도 바꾸어 편광빔 스플리터(38)로 안내한다. 이와 같이 구동 회로(36a)가 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))에 기초하여 전기 광학 소자(36)를 구동함으로써, 전기 광학 소자(36)는, 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 화소의 논리 정보가 하이 상태(「1」)일 때는, S편광의 종광(S1)을 P편광의 종광(S1)으로 변환하고, P편광의 종광(S2)을 S편광의 종광(S2)으로 변환한다.
편광빔 스플리터(38)는, P편광의 광을 투과하여 렌즈 소자(GL)를 거쳐 콤바이너(44)로 안내하고, S편광의 광을 반사시켜 흡수체(40)로 안내하는 것이다. 이 편광빔 스플리터(38)를 투과하는 광(종광)을 빔(Lse)으로 나타낸다. 이 펄스 모양의 빔(Lse)의 발진 주파수는 Fa가 된다. 여기광원(42)은 여기광을 발생하고, 발생한 여기광은, 광섬유(42a)를 통과하여 콤바이너(44)로 안내된다. 콤바이너(44)는, 편광빔 스플리터(38)로부터 조사된 빔(Lse)과 여기광을 합성하여, 파이버 광증폭기(46)에 출력한다. 파이버 광증폭기(46)는, 여기광에 의해서 여기되는 레이저 매질이 도프(dope)되어 있다. 따라서 합성된 빔(Lse) 및 여기광이 전송되는 파이버 광증폭기(46) 내에서는, 여기광에 의해서 레이저 매질이 여기되는 것에 의해, 종광으로서의 빔(Lse)이 증폭된다. 파이버 광증폭기(46) 내에 도프되는 레이저 매질로서는, 에르븀(erbium)(Er), 이테르븀(ytterbium)(Yb), 튤륨(thulium)(Tm) 등의 희토류 원소가 이용된다. 이 증폭된 빔(Lse)은, 파이버 광증폭기(46)의 사출단(46a)으로부터 소정의 발산각(發散角)을 따라서 방사되고, 렌즈 소자(GL)에 의해서 수렴 또는 콜리메이트되어 파장 변환 광학 소자(48)에 입사된다.
파장 변환 광학 소자(제1 파장 변환 광학 소자)(48)는, 제2 고조파 발생(Second Harmonic Generation：SHG)에 의해서, 입사된 빔(Lse)(파장 λ)을, 파장이 λ의 1/2의 제2 고조파로 변환한다. 파장 변환 광학 소자(48)로서 의사(疑似) 위상 정합(Quasi Phase Matching：QPM) 결정인 PPLN(Periodically Poled LiNbO3) 결정이 바람직하게 이용된다. 또한, PPLT(Periodically Poled LiTaO3) 결정 등을 이용하는 것도 가능하다.
파장 변환 광학 소자(제2 파장 변환 광학 소자)(50)는, 파장 변환 광학 소자(48)가 변환한 제2 고조파(파장 λ/2)와, 파장 변환 광학 소자(48)에 의해서 변환되지 않고 잔류(殘留)된 종광(파장 λ)과의 합주파 발생(Sum Frequency Generation：SFG)에 의해, 파장이 λ의 1/3의 제3 고조파를 발생한다. 이 제3 고조파가, 370nm 이하의 파장 대역(예를 들면, 355nm)에 피크 파장을 가지는 자외선 광(빔(LB))이 된다.
구동 회로(36a)에 인가하는 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 1화소분의 논리 정보가 로우(「0」)인 경우는, 전기 광학 소자(빔 강도 변조부)(36)는, 입사된 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸지 않고 그대로 편광빔 스플리터(38)로 안내한다. 그 때문에, 편광빔 스플리터(38)를 투과하는 빔(Lse)은 종광(S2)이 된다. 따라서 광원 장치(LSa(LSb))로부터 최종적으로 출력되는 P편광의 빔(LBa(LBb))은, DFB 반도체 레이저 소자(32)로부터의 종광(S2)과 동일한 발진 프로파일(시간 특성)을 가진다. 즉, 이 경우는, 빔(LBa(LBb))은, 펄스의 피크 강도가 낮고, 시간적으로 브로드인 무디어진 특성이 된다. 파이버 광증폭기(46)는, 그러한 피크 강도가 낮은 종광(S2)에 대한 증폭 효율이 낮기 때문에, 광원 장치(LSa(LSb))로부터 사출되는 빔(LBa(LBb))은, 노광에 필요한 에너지까지 증폭되지 않는 광이 된다. 따라서 노광이라고 하는 관점에서 보면, 실질적으로 광원 장치(LSa(LSb))는 빔(LBa(LBb))을 사출하고 있지 않은 것과 같은 결과가 된다. 즉, 기판(P)에 조사되는 스폿광(SP)의 강도는 저레벨로 된다. 단, 패턴의 노광이 행하여 지지 않는 기간(비노광 기간)에서는, 종광(S2) 유래의 자외 대역의 불필요한 빔(LBa(LBb))이 약간의 강도라도 계속 조사된다. 그 때문에, 묘화 라인(SL1~SL6)이, 장시간, 기판(P)상의 동일한 위치에 있는 상태가 계속되는 경우(예를 들면, 반송계의 트러블에 의해서 기판(P)이 정지하고 있는 경우 등)는, 광원 장치(LSa(LSb))의 빔(LBa(LBb))의 사출창(도시 생략)으로부터 각 주사 유닛(U1~U6)의 실린드리칼 렌즈(CYb)의 직후까지의 광로 중에 가동 셔터를 마련하여, 기판(P)에 자외 대역의 불필요한 빔이 조사되지 않게 저지하면 된다.
한편, 구동 회로(36a)에 인가하는 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 1화소분의 논리 정보가 하이(「1」)인 경우는, 전기 광학 소자(빔 강도 변조부)(36)는, 입사된 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸어 편광빔 스플리터(38)로 안내한다. 그 때문에, 편광빔 스플리터(38)를 투과하는 빔(Lse)은 종광(S1)이 된다. 따라서 광원 장치(LSa(LSb))로부터 사출되는 빔(LBa(LBb))은, DFB 반도체 레이저 소자(30)로부터의 종광(S1)에 유래하여 생성된 것이 된다. DFB 반도체 레이저 소자(30)로부터의 종광(S1)은 피크 강도가 강하기 때문에, 파이버 광증폭기(46)에 의해서 효율적으로 증폭되고, 광원 장치(LSa(LSb))로부터 출력되는 P편광의 빔(LBa(LBb))은, 기판(P)의 노광에 필요한 에너지를 가진다. 즉, 기판(P)에 조사되는 스폿광(SP)의 강도는 고레벨로 된다.
이와 같이, 광원 장치(LSa(LSb)) 내에, 묘화용 광 변조기로서의 전기 광학 소자(36)를 마련했으므로, 1개의 전기 광학 소자(빔 강도 변조부)(36)를 제어함으로써, 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3(U4~U6))에 의해서 주사되는 스폿광(SP)의 강도를, 묘화해야 할 패턴에 따라 변조시킬 수 있다. 따라서 광원 장치(LSa(LSb))로부터 사출되는 빔(LBa(LBb))은, 강도 변조된 묘화 빔이 된다.
여기서, 본 제1 실시 형태에서는, 구동 회로(36a)에 묘화 비트열 데이터(SBa(DL1~DL3), SBb(DL4~DL6))가 인가되어 있지 않은 기간에 있어서도, 광원 장치(LSa, LSb)로부터 종광(S2)에 유래하는 빔(LBa, LBb)이 사출되게 된다. 그 때문에, 스폿광(SP)의 주사가 가능한 최대 주사 길이(예를 들면, 31mm) 이하의 범위 내에서 묘화 라인(SLn)의 실효적인 주사 길이(예를 들면, 30mm)가 설정되어 있다고 해도, 실제로는, 스폿광(SP)은, 최대 주사 길이의 전 범위에 걸쳐서 주주사 방향을 따라서 주사된다. 단, 묘화 라인(SLn) 이외의 위치에 투사되는 스폿광(SP)의 강도는 저레벨이다. 따라서, 본 제1 실시 형태에서 말하는 묘화 라인(SLn)이란, 각 시리얼 데이터(DL1~DL6)에 의해서 스폿광(SP)의 강도가 변조되어 주사되는, 즉, 묘화되는 주사선을 말한다. 따라서, 묘화 라인(SLn)에 따른 스폿광(SP)의 주사 기간과, 시리얼 데이터(DLn)의 각 화소의 논리 정보가 출력되는 기간은 거의 동일하다.
다음에, 광 검출기(DT1)에 의한 제1 패턴의 위치에 관한 정보 및 그 형상에 관한 정보의 취득에 대해 설명한다. 도 8a는, 주사 유닛(U1)에 의해서 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴(PT2)의 일부분에 대응하는 패턴 데이터의 일례를 나타내고, 도 8b는, 도 8a에 도시되는 위치 A 열의 시리얼 데이터(DL1)에 기초하여, 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 묘화(스폿광(SP)을 주사하면서 강도를 변조)한 경우의 스폿광(SP)의 강도를 나타내는 도면이다. 도 8a에 있어서는, 화소의 논리 정보가 「1」이 되는 영역을 흰색으로 나타내고, 화소의 논리 정보가 「0」이 되는 영역을 그레이(회색)로 나타내고 있다. 도 9a는, 도 8a에 도시되는 패턴 데이터를 이용하여, 하층의 제1 패턴(PT1)에 겹쳐 맞추어 제2 패턴(PT2)을 묘화하고 있는 예를 나타내고, 도 9b는, 광 검출기(DT1)가 그 때에 검출한 반사광의 강도를 나타내는 도면이다. 도 9a는, 위치 A 열의 시리얼 데이터(DL1)에 기초하여, 스폿광(SP)을 묘화 한 상태를 나타내고, 도 9b는, 그 때에 광 검출기(DT1)가 검출한 반사광의 강도를 나타내고 있다. 또한, 도 9a에 있어서는, 그레이(회색)로 나타낸 영역이 제1 패턴(PT1)을 나타내고, 사선으로 나타내는 영역이 묘화된 제2 패턴(PT2)을 나타내고 있다.
도 8b에 도시한 것 같이, 기판(P)상에 투사되는 빔(LB1)의 스폿광(SP)의 강도는, 화소의 논리 정보가 「1」이 되어 있는 영역에 있어서는 고레벨이 되고, 화소의 논리 정보가 「0」이 되어 있는 영역에 있어서는 0(저레벨)이 된다. 또한, 상술한 것처럼, 화소의 논리 정보가 「0」인 경우에 있어서도 빔(LB1)의 스폿광(SP)이 기판(P)에 투사되지만, 이 빔(LB1)의 강도는 노광이라고 하는 관점에서 보면, 실질적으로 스폿광(SP)이 투사되고 있지 않은 것으로 간주할 수 있으므로, 화소의 논리 정보가 「0」이 되어 있는 영역의 스폿광(SP)의 강도를 0으로 취급하고 있다. 이것은, 도 9b에 있어서도 마찬가지이다.
한편, 기판(P)으로부터의 반사광에 관해서는, 도 9b에 도시한 것 같이, 화소의 논리 정보가 「1」이 되어 있는 영역 가운데, 제1 패턴(PT1)이 형성되어 있는 영역에 조사된 스폿광(SP)의 반사광의 강도 Ea가 가장 높아지고, 제1 패턴(PT1)이 형성되어 있지 않은 영역에 조사된 스폿광(SP)의 반사광의 강도 Eb는, 강도 Ea에 비해 낮아진다. 또, 화소의 논리 정보가 「0」이 되어 있는 영역(즉, 스폿광(SP)이 조사되어 있지 않은 영역)에 있어서는, 그 반사광의 강도는 0이 된다. 따라서 광 검출기(DTn)를 이용하여 취득한 화상 데이터(신호 파형)는, 묘화된 제2 패턴(PT2)과 중복하는 영역 가운데, 제1 패턴(PT1)이 형성되어 있는 영역은 밝아지고, 제1 패턴(PT1)이 형성되어 있지 않은 영역은 어두워진 화상 데이터가 된다. 또한, 제2 패턴(PT2)과 중복하지 않는 영역에 관해서는, 스폿광(SP)이 투사되고 있지 않기 때문에, 가장 어두운 영역이 된다. 또한, 이 도 9a, 9b에서는, 기판(P)을 두께 100㎛ 정도의 PET 시트로 하고, 그 표면에 제1 패턴(PT1)으로서 수십 ㎛의 두께로 반사율이 높은 동(Cu)을 증착한 것으로 한다.
따라서, 제어 장치(16)(구체적으로는 도 12를 참조하여 후술하는 계측부(116))는, 광 검출기(DTn)를 이용하여 취득한 화상 데이터에 기초하여, 휘도가 임계치보다 높은 영역을 추출함으로써, 제1 패턴(PT1)이 형성되어 있는 위치 및 그 형상(왜곡 등도 포함)을 계측할 수 있다. 또, 제어 장치(16)(계측부(116))는, 제1 패턴(PT1)의 위치를 계측하는 것에 의해서, 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴(PT2)과 제1 패턴(PT1)과의 상대적인 위치 관계를 계측할 수도 있다. 상술한 것처럼, 제2 패턴(PT2)은, 얼라이먼트계를 이용하여, 제2 패턴(PT2)을 묘화해야 할 기판(P)상의 위치를 특정하고 있으므로, 제2 패턴(PT2)의 위치는 이미 알고 있는 것임과 아울러, 광 검출기(DT1)를 이용하여 취득한 화상 데이터에 기초하여, 제2 패턴(PT2)의 위치도 계측할 수 있다. 제어 장치(16)(구체적으로는 도 12를 참조하여 후술하는 노광 제어부(114))는, 계측부(116)가 계측한 제1 패턴(PT1)의 위치, 형상, 및 제2 패턴(PT2)과 제1 패턴(PT1)과의 상대적인 위치 관계의 중 적어도 일방에 기초하여, 현재 묘화하고 있는 제2 패턴(PT2)을 보정함으로써, 제1 패턴(PT1)에 대한 제2 패턴(PT2)의 위치 맞춤 정밀도, 겹침 맞춤 정밀도를 고정밀도로 행할 수 있다. 또한, 제1 패턴(PT1)의 X 방향에 있어서의 각 위치는, 인코더 헤드(EN2a, EN2b)에 기초하는 카운트값에 의해서 나타내어진다. 또, 광 검출기(DT1)에 의한 제1 패턴의 위치에 관한 정보 및 그 형상에 관한 정보의 취득에 대해 설명했지만, 광 검출기(DT2~DT6)에 대해서도 마찬가지이다.
그런데 광 검출기(DT1)에서 검출되는 화상 데이터(신호 파형)는, 도 9b와 같이, 제1 패턴(PT1)의 부분에서의 반사광의 강도 Ea와, 제1 패턴(PT1) 이외의 부분(기판(P))에서의 반사광의 강도 Eb와의 비(콘트라스트)가 명확하게 높아진다고는 할 수 없다. 예를 들면, 제1 패턴(PT1)의 재료에 따라서는 묘화용의 빔(LBn)(스폿광(SP))의 파장에 대한 반사율이 낮은 경우, 검출되는 화상 데이터(신호 파형)의 콘트라스트(Ea/Eb)가 저하한다. 그렇지만, 제1 패턴(PT1)은 소정의 두께를 가지는 단차 구조이기 때문에, 제1 패턴(PT1)의 엣지부에서는, 산란광의 광량이 증가하여, 광 검출기(DT1)까지 이르는 정규 반사광의 광량이 저하한다. 도 10a, 10b는, 그러한 상황에서 얻어지는 화상 데이터(신호 파형)의 일례를 설명하는 도면이다.
도 10a와 같이, 기판(P)상에 소정의 두께로 저반사율의 제1 패턴(PT1)이 형성되고, 그 위에 소정의 두께로 레지스터층(Reg)이 균일하게 형성되어 있는 상태에서, 제1 패턴(PT1)을 횡단하도록 스폿광(SP)이 주사되면, 기판(P)상으로부터는 정규 반사광(Lw0)이, 제1 패턴(PT1)상으로부터는 정규 반사광(Lw1)이 발생하고, 그리고 제1 패턴(PT1)의 단차 엣지부로부터는 산란광(Ldf)도 발생한다. 산란광(Ldf)은, 빔(LBn)의 입사 방향과 역방향으로 진행하는 정규 반사광(Lw0, Lw1)과는 다른 방향으로 발생하여, 광 검출기(DT1)까지 도달하지 않는다. 그 때문에, 도 10b에 도시한 것 같이, 광 검출기(DT1)로부터 얻어지는 화상 데이터의 파형(신호 파형)으로서는, 정규 반사광(Lw0)의 강도 Eb와 정규 반사광(Lw1)의 강도 Ea에 큰 차이가 없는 상태가 된다. 그리고 제1 패턴(PT1)의 단차 엣지부에서는, 산란광(Ldf)의 발생에 의해서 상대적으로 정규 반사광의 강도 Ec는 바닥 모양으로 저하한다. 도 10b와 같은 신호 파형인 경우에 있어서도, 제어 장치(16)(계측부(116))는 제1 패턴(PT1)의 엣지 위치를 해석할 수 있다.
그런데 제1 패턴(PT1)에 대해서 제2 패턴(PT2)이 상대적으로 소정 정밀도로 위치 맞춤되어 묘화되지만, 제2 패턴(PT2)이 제1 패턴(PT1)과 서로 겹치지 않는 영역에 묘화(노광)되는 경우도 있다. 그 경우, 제1 패턴(PT1)으로부터의 반사광(Lw1)이 얻어지지 않기 때문에, 제1 패턴(PT1)의 위치 및 형상과 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계를 계측할 수 없다. 이 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)이 서로 겹치지 않는 영역이 많은 경우에는, 노광 영역(W)(도 4) 중에서 확인하고 싶은 부분에서의 위치 맞춤 정밀도, 겹침 맞춤 정밀도를 계측할 수 없다. 그래서, 제2 패턴(PT2)을 묘화하기 위한 패턴 데이터에, 제1 패턴(PT1)의 일부와 겹치도록 한 더미 패턴의 데이터를 편입한다.
도 11은, 기판(P)상에 이미 형성된 하층의 제1 패턴(PT1)과, 더미 패턴 데이터가 편입된 겹침 맞춤 노광용의 제2 층의 패턴 데이터에 기초하여, 기판(P)상에 위치 맞춤하여 노광되는 제2 패턴(PT2)을 나타내는 도면이다. 도 11에서는, 일례로서 주사 유닛(U1)에 의해서 제2 패턴(PT2)(더미 패턴을 포함함)을 묘화하는 경우를 나타내고, 빔(LB1)(스폿광(SP))의 주사에 의한 묘화 라인(SL1)이 기판(P)의 반송 방향(X 방향)의 위치(Xd1, Xd2)의 각각에 위치한 경우를 나타낸다.
도 11에 있어서, 제1 패턴(PT1)은, 전자 디바이스를 구성하는 패턴이고, 패턴 데이터에 기초하여 묘화되는 제2 패턴(PT2)은, 전자 디바이스를 구성하는 본 패턴(PT2a)과 전자 디바이스를 구성하지 않는 더미 패턴(PT2b)을 포함한다. 더미 패턴(PT2b)은, 전자 디바이스의 동작이나 성능에 영향을 주지 않도록 한 위치와 형상으로서, 본 패턴(PT2a)에 대해서 미리 정해진 간격 거리로 설정된다. 본 패턴(PT2a)은, 제1 패턴(PT1)과는 서로 겹쳐져 있지 않지만, 더미 패턴(PT2b)의 적어도 일부가 제1 패턴(PT1)의 적어도 일부와 겹치도록 묘화되어 있다. 즉, 위치(Xd1)에 있어서의 묘화 라인(SL1)상에서는, 펄스 발광하는 빔(LB1)의 스폿광(SP)이 본 패턴(PT2a)의 묘화 영역에만 투사되고, 제1 패턴(PT1)상에는 투사되지 않는다. 또한, 위치(Xd2)에 있어서의 묘화 라인(SL1)상에는 본 패턴(PT2a)이 존재하지 않고, 펄스 발광하는 빔(LB1)의 스폿광(SP)은 제1 패턴(PT1)의 일부를 포함하는 더미 패턴(PT2b)의 묘화 영역에만 투사된다.
이와 같이, 전자 디바이스를 구성하는 제2 패턴(PT2)(본 패턴(PT2a))이 제1 패턴(PT1)과 서로 겹쳐지지 않아도, 제2 패턴(PT2)에 따른 패턴 데이터에 더미 패턴 데이터를 편입함으로써, 더미 패턴(PT2b)을 제1 패턴(PT1)에 대해서 겹치도록 노광할 수 있다. 따라서 전자 디바이스를 구성하는 본 패턴(PT2a)이 제1 패턴(PT1)과 서로 겹치지 않는 영역이 있는 경우에 있어서도, 제어 장치(16)(계측부(116))는, 그 영역에 있어서의 제1 패턴(PT1)의 위치 및 형상과, 그 영역에 있어서의 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계를 계측할 수 있다. 그것에 의해, 제1 패턴(PT1)에 대한 제2 패턴(PT2)의 노광시의 위치 맞춤 정밀도, 겹침 맞춤 정밀도를 거의 리얼타임의 고정밀도로 확인할 수 있다.
또, 새롭게 묘화하는 제2 패턴(PT2)과 겹치도록, 하층의 제1 패턴(PT1) 중에 더미 패턴을 마련하도록 해도 된다. 도 12는, 기판(P)에 이미 형성된 하층의 제1 패턴(PT1)과, 노광용의 제2 층의 패턴 데이터에 기초하여 기판(P)상에 위치 맞춤하여 노광되는 제2 패턴(PT2)을 나타내는 도면이다. 제1 패턴(PT1)은, 전자 디바이스를 구성하는 본 패턴(PT1a)과, 전자 디바이스를 구성하지 않는 더미 패턴(PT1b)을 포함하고, 패턴 데이터에 기초하여 묘화되는 제2 패턴(PT2)은, 전자 디바이스를 구성하는 본 패턴이다. 본 패턴(PT1a)은, 제2 패턴(PT2)과는 서로 겹쳐져 있지 않지만, 더미 패턴(PT1b)의 적어도 일부가 제2 패턴(PT2)의 적어도 일부와 겹치도록 형성되어 있다. 여기에서도, 더미 패턴(PT1b)은, 전자 디바이스의 동작이나 성능에 영향을 주지 않도록 한 위치와 형상으로서, 본 패턴(PT1a)에 대해서 미리 정해진 간격 거리로 설정된다.
도 12에서도, 일례로서 주사 유닛(U1)에 의해서 제2 패턴(PT2)(본 패턴(PT2a)을 포함함)을 묘화하는 경우를 나타내고, 빔(LB1)(스폿광(SP))의 주사에 의한 묘화 라인(SL1)이 기판(P)의 반송 방향(X 방향)의 위치(Xd1, Xd2)의 각각에 위치했을 경우를 나타낸다. 위치(Xd1, Xd2)의 각각에 있어서의 묘화 라인(SL1, SL2)상에서는, 펄스 발광하는 빔(LB1)의 스폿광(SP)이 본 패턴(PT2a)의 묘화 영역에만 투사되고, 제1 패턴(PT1)의 본 패턴(PT1a)상에는 투사되지 않는다. 그렇지만, 위치(Xd2)에 있어서의 묘화 라인(SL1)상에서 본 패턴(PT2a)의 노광을 위해서, 펄스 발광하는 빔(LB1)의 스폿광(SP)이 투사되는 동안, 제1 패턴(PT1)의 더미 패턴(PT1b)도 스폿광(SP)으로 투사된다. 이와 같이, 전자 디바이스를 구성하는 제1 패턴(PT1)(본 패턴(PT1a))이 제2 패턴(PT2)과 서로 겹치지 않아도, 제1 패턴(PT1)에 미리 더미 패턴(PT1b)을 마련함으로써, 제2 패턴(PT2)의 일부를 더미 패턴(PT1b)에 대해서 겹치도록 노광할 수 있다. 따라서 전자 디바이스를 구성하는 본 패턴(PT1a)이 제2 패턴(PT2)과 서로 겹치지 않는 영역이 있는 경우에 있어서도, 제어 장치(16)(계측부(116))는, 그 영역에 있어서의 제1 패턴(PT1)의 위치 및 형상과, 그 영역에 있어서의 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계를 계측할 수 있다. 그것에 의해, 제1 패턴(PT1)에 대한 제2 패턴(PT2)의 노광시의 위치 맞춤 정밀도, 겹침 맞춤 정밀도를 거의 리얼타임의 고정밀도로 확인할 수 있다.
또한, 하층의 제1 패턴(PT1)에 더미 패턴(PT1b)을 마련함과 아울러, 제2 패턴(PT2)을 묘화하기 위한 패턴 데이터에, 더미 패턴 데이터를 편입하도록 해도 된다. 이 경우는, 제1 패턴(PT1)은, 전자 디바이스를 구성하는 본 패턴(PT1a)과 전자 디바이스의 동작이나 성능에 영향을 주지 않는 더미 패턴(PT1b)을 포함한다. 또, 패턴 데이터에 따라 묘화되는 제2 패턴(PT2)에는, 전자 디바이스를 구성하는 본 패턴(PT2a)과, 전자 디바이스의 동작이나 성능에 영향을 주지 않는 더미 패턴(PT2b)이 포함된다. 따라서 이 경우는, 더미 패턴(PT2b)의 적어도 일부가 더미 패턴(PT1b)의 적어도 일부와 서로 겹치도록 노광된다. 이상과 같이, 기판(P)상에 미리 형성되어 있는 더미 패턴(PT1b)과 기판(P)상에 묘화되는 더미 패턴(PT2b)을 적어도 부분적으로 겹침 맞춤 노광함으로써, 그 영역에 있어서의 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계를 계측할 수 있다. 그것에 의해, 제1 패턴(PT1)에 대한 제2 패턴(PT2)의 위치 맞춤 정밀도, 겹침 맞춤 정밀도를 고정밀도로 확인할 수 있다.
도 13은, 노광 장치(EX)의 전기적인 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 노광 장치(EX)의 제어 장치(16)는, 폴리곤 구동 제어부(100), 선택 소자 구동 제어부(102), 통괄 제어부(104), 마크 위치 검출부(106), 및 회전 위치 검출부(108)를 가진다. 또한, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 원점 센서(OPn(OP1~OP6))가 출력한 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))는, 폴리곤 구동 제어부(100) 및 선택 소자 구동 제어부(102)에 입력된다. 또, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 광 검출기(DTn(DT1~DT6))가 검출한 광전 신호(검출 신호)(PSn(PS1~PS6))는, 통괄 제어부(104)(계측부(116))에 입력된다. 또한, 도 13에 도시되는 예에서는, 광원 장치(LSa(LSb))로부터의 빔(LBa(LBb))이 선택용 광학 소자(AOM2(AOM5))에 의해서 회절되고, 그 1차 회절광인 빔(LB2(LB5))이 주사 유닛(U2(U5))에 입사하고 있는 상태를 나타내고 있다.
폴리곤 구동 제어부(100)는, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 구동 제어한다. 폴리곤 구동 제어부(100)는, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)를 구동시키는 회전 구동원(모터나 감속기 등)(RM)(도 5 참조)을 가지고, 이 모터의 회전을 구동 제어함으로써, 폴리곤 미러(PM)의 회전을 구동 제어한다. 폴리곤 구동 제어부(100)는, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치가 소정의 위상 관계가 되도록, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 각각을 동기 회전시킨다. 자세하게는, 폴리곤 구동 제어부(100)는, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(회전수) Vp가 서로 동일하고, 또한, 일정한 각도분씩 회전 각도 위치의 위상이 어긋나도록, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어한다. 또한, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 Vp는, 모두 동일하게 한다.
본 제1 실시 형태에서는, 상술한 것처럼, 실주사에 기여하는 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 α를 15도로 하므로, 반사면(RP)이 8개인 팔각형의 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율은 1/3이 된다. 제1 주사 모듈에서는, 3개의 주사 유닛(Un)에 의한 스폿광(SP)의 주사가, U1→U2→U3의 순서대로 행해진다. 따라서 이 순서대로, 이 3개의 주사 유닛(U1~U3)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치의 위상이 15도씩 어긋난 상태로 등속 회전하도록, 주사 유닛(U1~U3)의 각각의 폴리곤 미러(PM)가 폴리곤 구동 제어부(100)에 의해서 동기 제어된다. 또, 제2 주사 모듈에서는, 3개의 주사 유닛(Un)에 의한 스폿광(SP)의 주사가, U4→U5→U6의 순서대로 행해진다. 따라서 이 순서대로, 3개의 주사 유닛(U4~U6)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치의 위상이 15도씩 어긋난 상태로 등속 회전하도록, 주사 유닛(U4~U6)의 각각의 폴리곤 미러(PM)가 폴리곤 구동 제어부(100)에 의해서 동기 제어된다.
구체적으로는, 폴리곤 구동 제어부(100)는, 예를 들면, 제1 주사 모듈에 관해서는, 주사 유닛(U1)의 원점 센서(OP1)로부터의 원점 신호(SZ1)를 기준으로 하여, 주사 유닛(U2)의 원점 센서(OP2)로부터의 원점 신호(SZ2)가 시간 Ts만큼 지연되어 발생하도록, 주사 유닛(U2)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 위상을 제어한다. 폴리곤 구동 제어부(100)는, 원점 신호(SZ1)를 기준으로 하여, 주사 유닛 U3의 원점 센서(OP3)로부터의 원점 신호(SZ3)가 2×시간 Ts만큼 지연되어 발생하도록, 주사 유닛 U3의 폴리곤 미러(PM)의 회전 위상을 제어한다. 이 시간 Ts는, 폴리곤 미러(PM)가 15도 회전하는 시간(스폿광(SP)의 최대 주사 시간)이며, 본 제1 실시 형태에서는, 약 206.666…μsec(= Tpx × 1/3 = 620[μsec]/3)이다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(U1~U3)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치의 위상차가, U1, U2, U3의 순서대로 15도씩 어긋난 상태로 된다. 따라서 제1 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3)은, U1→U2→U3의 순서대로, 스폿광(SP)의 주사를 행할 수 있다.
제2 주사 모듈에 관해서도 마찬가지로, 폴리곤 구동 제어부(100)는, 예를 들면, 주사 유닛(U4)의 원점 센서(OP4)로부터의 원점 신호(SZ4)를 기준으로 하여, 주사 유닛(U5)의 원점 센서(OP5)로부터의 원점 신호(SZ5)가 시간 Ts만큼 지연하여 발생하도록, 주사 유닛(U5)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 위상을 제어한다. 폴리곤 구동 제어부(100)는, 원점 신호(SZ4)를 기준으로 하여, 주사 유닛(U6)의 원점 센서(OP6)로부터의 원점 신호(SZ6)가 2×시간 Ts만큼 지연하여 발생하도록, 주사 유닛(U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 위상을 제어한다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(U4~U6)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치의 위상이, U4, U5, U6의 순서대로 15도씩 어긋난 상태로 된다. 따라서 제2 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U4~U6))은, U4→U5→U6의 순서대로, 스폿광(SP)의 주사를 행할 수 있다.
선택 소자 구동 제어부(빔 전환 구동 제어부)(102)는, 빔 전환부(BDU)의 각 광학 소자 모듈의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM3, AOM4~AOM6))를 제어하여, 각 주사 모듈의 하나의 주사 유닛(Un)이 스폿광(SP)의 주사를 개시하고 나서 다음의 주사를 개시하기까지, 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB(LBa, LBb))을, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))에 순서대로 배분한다. 또한, 1개의 주사 유닛(Un)이 스폿광(SP)의 주사를 개시하고 나서 다음의 주사를 개시하기까지, 폴리곤 미러(PM)는 45도 회전하고 있고, 그 시간 간격은, 시간 Tpx(=3×Ts)이 된다.
구체적으로는, 선택 소자 구동 제어부(102)는, 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))가 발생하면, 원점 신호(SZn)가 발생하고 나서 일정시간(온 시간 Ton)만큼, 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))를 발생한 주사 유닛(Un(U1~U6))에 대응하는 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))에 구동 신호(고주파 신호)(HFn(HF1~HF6))를 인가한다. 이것에 의해, 구동 신호(고주파 신호)(HFn)가 인가된 선택용 광학 소자(AOMn)는, 온 시간 Ton만큼 온 상태가 되어, 대응하는 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 입사시킬 수 있다. 또, 원점 신호(SZn)를 발생한 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 입사시키므로, 스폿광(SP)의 주사를 행할 수 있는 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 입사시킬 수 있다. 또한, 이 온 시간 Ton는, 시간 Ts 이하의 시간이다. 또, 선택 소자 구동 제어부(102)는, 취득한 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))를 통괄 제어부(104)에 출력한다.
제1 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3)에서 발생하는 원점 신호(SZ1~SZ3)는, 시간 Ts간격으로, SZ1→SZ2→SZ3의 순서로 발생한다. 그 때문에, 제1 광학 소자 모듈의 각 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)에는, 시간 Ts간격으로, AOM1→AOM2→AOM3의 순서대로 구동 신호(고주파 신호)(HF1~HF3)가 온 시간 Ton만큼 인가된다. 따라서 제1 광학 소자 모듈(AOM1~AOM3)은, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBn(LB1~LB3))이 입사되는 1개의 주사 유닛(Un)을 시간 Ts간격으로, U1→U2→U3의 순서대로 전환할 수 있다. 이것에 의해, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)이 시간 Ts간격으로, U1→U2→U3의 순서대로 전환되게 된다. 또, 주사 유닛(U1)이 스폿광(SP)의 주사를 개시하고 나서 다음의 주사를 개시할 때까지의 시간(Tpx=3×Ts)에, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBn(LB1~LB3))을 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3)) 중 어느 1개에 순서대로 입사시킬 수 있다.
마찬가지로, 제2 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U4~U6)에서 발생하는 원점 신호(SZ4)~SZ6는, 시간 Ts간격으로, SZ4→SZ5→SZ6의 순서로 발생한다. 그 때문에 제2 광학 소자 모듈의 각 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)에는, 시간 Ts간격으로, AOM4→AOM5→AOM6의 순서대로 구동 신호(고주파 신호)(HF4~HF6)가 온 시간 Ton만큼 인가된다. 따라서 제2 광학 소자 모듈(AOM4~AOM6)은, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBn)(LB4~LB6)이 입사되는 1개의 주사 유닛(Un)을 시간 Ts간격으로, U4→U5→U6의 순서대로 전환할 수 있다. 이것에 의해, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)이 시간 Ts간격으로, U4→U5→U6의 순서대로 전환되게 된다. 또, 주사 유닛(U4)이 스폿광(SP)의 주사를 개시하고 나서 다음의 주사를 개시할 때까지의 시간(Tpx=3×Ts)에, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBn(LB4~LB6))을 3개의 주사 유닛(Un(U4~U6)) 중 어느 1개에 순서대로 입사시킬 수 있다.
도 13에 도시하는 것 같이, 통괄 제어부(빔 제어부)(104)는, 빔(LB)의 스폿광(SP)이 묘화되는 묘화 라인(SLn)의 배율 및 빔(LB)의 강도 변조, 및 묘화하는 패턴 형상의 보정 등을 제어하는 것이다. 통괄 제어부(104)는, 배율 설정부(110), 묘화 데이터 출력부(112), 노광 제어부(114), 및 각 주사 유닛(Un(U1~U6)) 내의 광 검출기(DTn(DT1~DT6))로부터의 검출 신호(PSn(PS1~PS6))를 입력하는 계측부(116)를 구비한다. 배율 설정부(110)는, 노광 제어부(114)로부터 보내져 온 배율 보정 정보(TMg)를 기억함과 아울러, 배율 보정 정보(TMg)를 광원 장치(LS(LSa, LSb))의 제어 회로(22)의 신호 발생부(22a)에 출력한다. 신호 발생부(22a)의 클록 발생부(60)는, 이 배율 보정 정보(TMg)에 따른 발진 주파수 Fa의 클록 신호(LTC)를 생성한다. 그 때문에, 묘화 배율 보정 정보(TMg)에 따라서, 화소 시프트 펄스(BSC(BSCa, BSCb))의 발진 주파수를 바꾸거나, 혹은 빔(LBn)의 1 주사 중에 클록 신호(LTC)의 곳곳에서 발진 주기를 미소하게 변경하거나 할 수 있다. 계측부(116)는, 광 검출기(DTn)의 각각으로부터의 검출 신호(PSn)를 입력하는 아날로그/디지털 변환기(A/D컨버터)를 포함하며, 도 7의 광원 장치(LSa(LSb)) 중의 제어 회로(22)(신호 발생부(22a))에서 생성되는 화소 시프트 펄스(BSCa(BSCb))의 각 펄스, 혹은 클록 신호(LTC)의 각 클록 펄스에 응답하여, 검출 신호(PSn)의 파형(예를 들면, 도 9b, 도 10b)의 강도를 디지털 샘플링하여 일시적으로 기억한다.
묘화 데이터 출력부(112)는, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 각각에 대응한 패턴 데이터를, 묘화 데이터 출력부(112) 내에 마련된 도시하지 않은 기억부에 기억하고 있다. 그리고 묘화 데이터 출력부(112)는, 제1 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3)) 가운데, 원점 신호(SZn)를 발생한 주사 유닛(Un)(지금부터 스폿광(SP)의 주사를 행할 주사 유닛(Un))에 대응하는 1열분의 시리얼 데이터(DLn(DL1~DL3))를 묘화 비트열 데이터(SBa)로서 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 출력한다. 또, 묘화 데이터 출력부(112)는, 제2 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U4~U6)) 가운데, 원점 신호(SZn)를 발생한 주사 유닛(Un)(지금부터 스폿광(SP)의 주사를 행할 주사 유닛(Un))에 대응하는 1열분의 시리얼 데이터(DLn(DL4~DL6))를 묘화 비트열 데이터(SBb)로서 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 출력한다. 제1 주사 모듈에 관해서는, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U1~U3)의 순서는, U1→U2→U3으로 되어 있으므로, 묘화 데이터 출력부(112)는, DL1→DL2→DL3의 순서대로 반복되는 시리얼 데이터(DL1~DL3)를 묘화 비트열 데이터(SBa)로서 출력한다. 제2 주사 모듈에 관해서는, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U4~U6)의 순서는, U4→U5→U6으로 되어 있으므로, 묘화 데이터 출력부(112)는, DL4→DL5→DL6의 순서대로 반복되는 시리얼 데이터(DL4~DL6)를 묘화 비트열 데이터(SBb)로서 출력한다.
또, 묘화 데이터 출력부(112)는, 노광 제어부(114)로부터 보내져 온 지연 시간(Tdn(Td1~Td6))에 따라서, 시리얼 데이터(DLn(DL1~DL6))의 출력 타이밍을 제어한다. 자세하게는, 묘화 데이터 출력부(112)는, 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))를 발생한 주사 유닛(Un(U1~U6))에 대응하는 시리얼 데이터(DLn(DL1~DL6))를, 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))의 발생 타이밍으로부터, 지연 시간(Tdn(Td1~Td6))의 경과후에 출력한다. 예를 들면, 원점 센서(OP1)가 원점 신호(SZ1)를 발생하면, 묘화 데이터 출력부(112)는, 원점 신호(SZ1)의 발생 타이밍으로부터 지연 시간 Td1 경과 후에 시리얼 데이터(DL1)를 출력한다. 마찬가지로, 원점 센서(OP2~OP6)가 원점 신호(SZ2~SZ6)를 발생하면, 묘화 데이터 출력부(112)는, 원점 신호(SZ2~SZ6)의 발생 타이밍으로부터 지연 시간 Td2~Td6 경과후에 시리얼 데이터(DL2~DL6)를 출력한다. 묘화하는 패턴의 비보정시에는, 지연 시간(Tdn(Td1~Td6))은, 초기치로 설정되어 있다. 이 초기치란, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 중심점이 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 최대 주사 길이의 중앙(중점)과 일치하는 값이다. 노광 제어부(114)는, 이 지연 시간(Tdn(Td1~Td6))을 바꾸는 것에 의해서, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 기판(P)상의 위치를 주주사 방향(Y 방향)으로 시프트할 수 있다.
이 시리얼 데이터(DLn(DL1~DL6))는, 상술한 것처럼 행 방향으로 늘어선 복수의 화소의 논리 정보로 구성되어 있다. 그 때문에, 묘화 데이터 출력부(112)는, 출력하는 시리얼 데이터(DL1~DL3)의 복수의 화소의 논리 정보를, 광원 장치(LSa)로부터 보내져 온 화소 시프트 펄스(BSCa)에 따라 1행째부터 순서대로 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 출력한다. 마찬가지로, 묘화 데이터 출력부(112)는, 출력하는 시리얼 데이터(DL4~DL6)의 복수의 화소의 논리 정보를, 광원 장치(LSb)로부터 보내져 온 화소 시프트 펄스(BSCb)에 따라 1행째부터 순서대로 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 출력한다. 구체적으로는, 묘화 데이터 출력부(112)는, 도시하지 않은 Y 어드레스 카운터를 가지고, 이 Y 어드레스 카운터가 화소 시프트 펄스(BSCa, BSCb)의 각각을 카운트함으로써, 출력하는 화소의 논리 정보의 행 방향(Y 방향)의 Y 어드레스 값(카운트값)을 지정한다. 묘화 데이터 출력부(112)는, 이 지정된 Y 어드레스 값(카운트값)의 화소의 논리 정보를 출력한다. 이와 같이, 화소 시프트 펄스(BSCa, BSCb)에 의해서, 출력하는 화소의 논리 정보가 행 방향으로 시프트된다.
또한, 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 출력하는 시리얼 데이터(DL1~DL3)의 열 방향의 시프트는, 예를 들면, 묘화 데이터 출력부(112)에 마련된 도시하지 않은 X 어드레스 카운터에 의해서 행해진다. 이 X 어드레스 카운터는, 시리얼 데이터(DL1~DL3)(또는 주사 유닛(U1~U3))의 각각에 대응하여 마련되고, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U2, U3, U1)의 원점 센서(OP2, OP3, OP1)의 원점 신호(SZ2, SZ3, SZ1)를 카운트하는 것을 함으로써, 다음에 출력하는 시리얼 데이터(DL1, DL2, DL3)의 열 방향의 X 어드레스 값(카운트값)을 지정한다. 예를 들면, 시리얼 데이터(DL1)(또는 주사 유닛(U1))에 대응하여 마련된 X 어드레스 카운터는, 시리얼 데이터(DL1)를 다 출력한 후에, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U2)의 원점 센서(OP2)의 원점 신호(SZ2)를 카운트함으로써, 다음에 출력하는 시리얼 데이터(DL1)의 열 방향의 X 어드레스 값(카운트값)을 선택한다.
마찬가지로, 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 출력하는 시리얼 데이터(DL4~DL6)의 열 방향의 시프트는, 예를 들면, 묘화 데이터 출력부(112)에 마련된 도시하지 않은 X 어드레스 카운터에 의해서 행해진다. 이 X 어드레스 카운터는, 시리얼 데이터(DL4~DL6)(또는 주사 유닛(U4~U6))의 각각에 대응하여 마련되고, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U5, U6, U4)의 원점 센서(OP5, OP6, OP4)의 원점 신호(SZ5, SZ6, SZ4)를 카운트 하는 것을 함으로써, 다음에 출력하는 시리얼 데이터(DL4), DL5, DL6의 열 방향의 X 어드레스 값(카운트값)을 지정한다. 예를 들면, 시리얼 데이터(DL4)(또는 주사 유닛(U4))에 대응하여 마련된 X 어드레스 카운터는, 시리얼 데이터(DL4)를 다 출력한 후에, 다음에 주사를 행하는 주사 유닛(U5)의 원점 센서(OP5)의 원점 신호(SZ5)를 카운트함으로써, 다음에 출력하는 시리얼 데이터(DL4)의 열 방향의 X 어드레스 값(카운트값)을 선택한다.
그리고 도 13에 도시되는 노광 제어부(114)는, 배율 설정부(110) 및 묘화 데이터 출력부(112)를 제어하는 것이다. 노광 제어부(114)에는, 마크 위치 검출부(106)가 검출한 설치 방위선(Lx1, Lx4)상에 있어서의 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치 정보와, 회전 위치 검출부(108)가 검출한 설치 방위선(Lx1~Lx4)상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치 정보(카운터 회로(CN1a~CN4a, CN1b~CN4b)에 기초하는 카운트값)가 입력된다. 노광 제어부(114)는, 설치 방위선(Lx1)상에 있어서의 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치 정보와, 설치 방위선(Lx1)상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치(카운터 회로(CN1a, CN1b)의 카운트값)에 기초하여, 기판(P)의 부주사 방향(X 방향)에 있어서의 노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치를 검출(결정)한다.
그리고 노광 제어부(114)는, 묘화 노광의 개시 위치가 검출될 때의 설치 방위선(Lx1)상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치와, 설치 방위선(Lx2)상에 있어서의 회전 각도 위치(카운터 회로(CN2a, CN2b)에 기초하는 카운트값)에 기초하여, 기판(P)의 묘화 노광의 개시 위치가 설치 방위선(Lx2)상에 있는 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)상까지 반송되는지 여부를 판단한다. 노광 제어부(114)는, 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)상까지 반송되었다고 판단하면, 배율 설정부(110) 및 묘화 데이터 출력부(112) 등을 제어하여, 주사 유닛(U1, U3, U5)에 스폿광(SP)의 주사에 의한 묘화를 개시시킨다. 주사 유닛(U1, U3, U5)에 의한 스폿광의 주사에 의한 묘화는, 시리얼 데이터(DL1, DL3, DL5)를 광원 장치(LSa, LSb)의 구동 회로(36a)에 출력함으로써 개시된다.
그 후, 노광 제어부(114)는, 묘화 노광의 개시 위치가 검출될 때의 설치 방위선(Lx1)상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치와, 설치 방위선(Lx3)상에 있어서의 회전 각도 위치(카운터 회로(CN3a, CN3b)의 카운트값)에 기초하여, 기판(P)의 묘화 노광의 개시 위치가 설치 방위선(Lx3)상에 있는 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)상까지 반송되는지 여부를 판단한다. 노광 제어부(114)는, 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)상까지 반송되었다고 판단하면, 배율 설정부(110) 및 묘화 데이터 출력부(112)를 제어하고, 또한, 주사 유닛(U2, U4, U6)에 스폿광(SP)의 주사를 개시시킨다. 주사 유닛(U2, U4, U6)에 의한 스폿광의 주사에 의한 묘화는, 시리얼 데이터(DL2, DL4, DL6)를 광원 장치(LSa, LSb)의 구동 회로(36a)에 출력함으로써 개시된다.
또한, 노광 제어부(114)는, 기판(P)의 부주사 방향(X 방향)에 있어서의 노광 영역(W)의 묘화 노광의 종료 위치가, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)상에 도달했다고 판단하면, 주사 유닛(U1, U3, U5)에 의한 스폿광(SP)의 주사를 종료시킨다. 또, 노광 제어부(114)는, 기판(P)의 부주사 방향(X 방향)에 있어서의 노광 영역(W)의 묘화 노광의 종료 위치가, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)상에 도달했다고 판단하면, 주사 유닛(U2, U4, U6)에 의한 스폿광(SP)의 주사를 종료시킨다.
또, 노광 제어부(114)는, 마크 위치 검출부(106)가 검출한 설치 방위선(Lx1, Lx4)상에 있어서의 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치 정보와, 회전 위치 검출부(108)가 검출한 설치 방위선(Lx1, Lx4)상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치 정보에 기초하여, 기판(P) 또는 노광 영역(W)의 왜곡(변형)을 순서대로 연산한다. 예를 들면, 기판(P)이 장척 방향으로 큰 텐션을 받거나, 열 프로세스를 받거나 해서 변형되어 있는 경우는, 노광 영역(W)(하층의 제1 패턴(PT1))의 형상도 왜곡되고(변형되고), 마크(MKm(MK1~MK4))의 배열도, 도 4에 도시한 것과 같은 직사각형 상태가 되지 않고, 왜곡된(변형된) 상태로 된다. 기판(P) 또는 노광 영역(W)(하층의 제1 패턴(PT1))이 왜곡된 경우는, 제1 패턴(PT1)과 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴(PT2)과의 사이에 상대적인 위치 오차가 발생한다. 따라서 노광 제어부(114)는, 얼라이먼트계에 의해서 검출한 마크(MKm)의 기판(P)상의 위치에 기초하여, 추정되는 제1 패턴(PT1)의 위치 오차, 형상 오차(왜곡 오차), 혹은 제1 패턴(PT1)과 묘화해야 할 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 겹침 오차 중 적어도 1개를 계측(추정)한다. 그리고 추정되는 위치 오차, 형상 오차 및 겹침 오차 중 적어도 1개에 기초하여, 새롭게 묘화하는 제2 패턴(PT2)의 묘화 상태를 보정한다. 구체적으로는, 노광 제어부(보정부)(114)는, 제2 패턴(PT2)에 따른 패턴 데이터, 전기 광학 소자(36)에 의한 빔(LB(LBa, LBb, LBn))의 묘화 타이밍, 제2 패턴(PT2)의 배율, 및 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 기울기 중 적어도 1개 보정함으로써, 제2 패턴(PT2)의 묘화 상태를 보정한다. 이것에 의해, 제2 패턴(PT2)은, 기판(P)상에 형성된 마크(MKm)의 배치에 기초하여 추정되는 노광 영역(W) 중의 제1 패턴(PT1)의 위치 오차, 형상 오차 등에 따라서, 겹침 오차가 저감되도록 보정된 상태로 겹침 맞춤 노광된다.
노광 제어부(114)가 묘화 데이터 출력부(112) 내에 기억되어 있는 패턴 데이터를 보정함으로써, 패턴 데이터에 따라 묘화 노광되는 제2 패턴(PT2)의 묘화 위치, 및 형상을 보정할 수 있다. 노광 제어부(114)가 묘화 데이터 출력부(112)에 출력하는 지연 시간(Tdn(Td1~Td6))을 보정함으로써, 전기 광학 소자(36)에 의한 빔(LB)의 묘화 타이밍이 보정되고, 기판(P)상에 있어서의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 위치가 주주사 방향으로 시프트된다. 이것에 의해, 묘화 노광되는 제2 패턴(PT2)의 묘화 위치 및 형상을 보정할 수 있다. 노광 제어부(114)가 배율 설정부(110)에 출력하는 배율 보정 정보(TMg)를 생성함으로써, 묘화 노광되는 제2 패턴(PT2)의 배율(크기)을 보정할 수 있다. 또, 시리얼 데이터(DLn(DL1~DL6))의 열 마다, 즉, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 따른 스폿광(SP)의 주사마다(또는 복수의 주사마다)에 배율 보정 정보(TMg)를 서서히 바꿈으로써, 묘화 노광되는 제2 패턴(PT2)의 형상을 의도적으로 왜곡시킬 수도 있다. 노광 제어부(114)가 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 각각을 조사 중심축(Len(Le1~Le6))을 중심으로 회동시키기 위해서 마련된 상기 액츄에이터를 제어하기 위한 보정 기울기 각 정보를 생성함으로써, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 Y 방향에 대한 기울기를 보정할 수 있다. 이것에 의해, 묘화 노광되는 제2 패턴(PT2)의 묘화 위치 및 형상을 보정할 수 있다.
이와 같이, 노광 제어부(114)가 하층에 형성된 제1 패턴(PT1)(노광 영역(W))에 따라 새롭게 묘화하는 제2 패턴(PT2)을 보정함으로써, 위치 맞춤 정밀도, 겹침 맞춤 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그렇지만, 얼라이먼트계(얼라이먼트 현미경(AM1m, AM2m), 인코더 헤드(ENja, ENjb), 스케일부(SDa, SDb))에서는, 제1 패턴(PT1)과 일정한 위치 관계로 형성된 마크(MKm)(구체적으로는, 노광 영역(W)의 주위에 형성된 마크(MKm))를 이용하여 하층의 제1 패턴(PT1)의 변형을 검출하고 있다. 그 때문에, 제1 패턴(PT1)(노광 영역(W))의 내부의 변형 등은 고려되고 있지 않다. 따라서 얼라이먼트계에 의한 제2 패턴(PT2)의 보정에서는, 하층에 형성된 제1 패턴(PT1)과 새롭게 묘화하는 제2 패턴(PT2)과의 사이에 상대적인 위치 오차(겹침 맞춤 오차)가 잔류하고 있을 가능성이 있어, 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 위치 맞춤 정밀도, 겹침 맞춤 정밀도가 불충분하게 되기도 한다. 특히, 주사 유닛(Un)의 각각의 묘화 라인(SLn)에 의해서 노광되는 패턴의 이음 부분에서는, 겹침 맞춤 정밀도와 함께, 그 이음 정밀도도 허용 범위 내로 억제할 필요도 있다.
그래서, 본 제1 실시 형태에서는, 통괄 제어부(104)에 마련되는 계측부(116)가, 얼라이먼트계(얼라이먼트 현미경(AM11~AM14))에 의한 계측 결과에 기초하여 위치 보정하여 제2 패턴(PT2)을 실제로 묘화 노광하고 있는 동안에, 광 검출기(DTn(DT1~DT6))가 검출한 광전 신호(검출 신호)(PSn(PS1~PS6))에 기초하여, 기판(P)상에 형성되어 있는 제1 패턴(PT1)과, 묘화 노광하고 있는 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계, 혹은 제1 패턴(PT1)의 위치나 형상을 측정하고 있다. 기판(P)상에 형성 완료된 제1 패턴(PT1)과 묘화 노광되는 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계의 계측은, 제1 패턴(PT1)(본 패턴(PT1a), 혹은 더미 패턴(PT1b))의 위치와 묘화 노광되는 제2 패턴(PT2)(본 패턴(PT2a), 혹은 더미 패턴(PT2b))과의 각 위치를, 광전 신호(검출 신호)(PSn) 중의 파형의 변화 위치를, 화소 시프트 펄스(BSCa(BSCb))의 시프트 펄스, 혹은 클록 신호(LTC)의 클록 펄스의 계수치에 대응시켜 구하는 것으로 행해진다. 이 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계는, 얼라이먼트계에 의한 마크 위치 계측 결과에 기초하여도 완전히 보정하지 못하고 잔류하고 있는 위치 오차(잔류 위치 오차)이다. 그리고 노광 제어부(114)는, 계측부(116)가 측정한 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계의 잔류 위치 오차, 혹은 제1 패턴(PT1)의 형상 정보 중 적어도 일방을 이용하여, 잔류 위치 오차의 계측 후에 계속하여 묘화되는 제2 패턴(PT2)을 순서대로 보정하고 있다. 이 경우의 제2 패턴(PT2)의 보정도, 제2 패턴(PT2)에 따른 패턴 데이터, 전기 광학 소자(36)에 의한 빔(LB)(LBa, LBb, LBn)의 묘화 타이밍, 제2 패턴(PT2)의 배율, 및 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 기울기 중 적어도 1개 보정하는 것에 의해서 행해진다. 이것에 의해, 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 사이의 잔류 위치 오차를 억제할 수 있어, 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 위치 맞춤, 겹침 맞춤 정밀도를, 장시간에 걸쳐 허용 범위 내에 억제하면서, 연속하여 긴 패턴(길이가 긴 노광 영역(W))을 노광할 수 있다.
또한, 상기 제1 실시 형태에서는, 얼라이먼트계에 의한 계측 결과에 기초하여 제2 패턴(PT2)의 묘화 위치를 보정하고 나서, 계측부(116)에 의해서 제2 패턴(PT2)의 노광 상태(겹침 맞춤 상태)의 잔류 위치 오차를 구하여 순서대로 보정했지만, 얼라이먼트계에 의한 계측 결과가 이미 겹침 맞춤 정밀도의 허용 범위 내에 들어가 있는 경우는, 제2 패턴(PT2)의 묘화 위치의 보정은 행하지 않고, 계측부(116)에 의한 잔류 위치 오차의 계측만을 계속하여, 실제로 노광되는 제2 패턴(PT2)의 겹침 맞춤 정밀도가 허용 범위 내인지 여부를 확인하는 것만으로도 된다.
이와 같이, 본 제1 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LBn)을 패턴 정보에 따라 강도 변조시키면서, 빔(LBn)을 기판(P)상에 투사하여 주주사 방향으로 주사함으로써, 기판(P)상에 패턴을 묘화하는 것으로, 빔(LBn)의 주주사 방향으로의 주사를 위해서, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LBn)을 편향하는 폴리곤 미러(PM)를 포함하는 빔 주사부와, 빔(LBn)이 기판(P)에 투사되었을 때에 발생하는 반사광을 빔 주사부의 폴리곤 미러(PM)를 거쳐 광전 검출하는 광 검출기(DTn)를 가지는 주사 유닛(Un)과, 기판(P)상에 특정 재료로 미리 형성된 제1 패턴(PT1)의 적어도 일부에, 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴(PT2)의 적어도 일부가 겹쳐서 묘화되도록, 패턴 정보에 따라 빔(LBn)의 강도 변조를 제어하는 전기 광학 소자(36)와, 기판(P)상에 제2 패턴(PT2)이 묘화되는 동안에, 광 검출기(DTn)에서 출력되는 검출 신호(PSn)에 기초하여, 제1 패턴(PT1)의 묘화 위치, 또는 형상, 혹은 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계 중 적어도 일방을 계측하는 계측부(116)를 구비한다. 이것에 의해, 실제로 제2 패턴(PT2)을 계속 묘화하는 동안, 기판(P)상에 이미 형성된 제1 패턴(PT1)과 새롭게 노광되는 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계(겹침 맞춤 정밀도)를 고정밀도로 계속 확인할 수 있다.
노광 장치(EX)는, 기판(P)상에 형성된 제1 패턴(PT1)과 일정한 위치 관계로 기판(P)상에 형성된 얼라이먼트용 마크(MKm)를 검출하고, 마크(MKm)의 검출 위치에 기초하여, 묘화해야 할 제2 패턴(PT2)과 제1 패턴(PT1)의 상대적인 위치 오차를, 빔(LBn)의 주사에 의한 제2 패턴(PT2)의 묘화에 앞서 추정하는 얼라이먼트계(얼라이먼트 현미경(AM11~AM14))를 구비하고 있으므로, 실제로 제2 패턴(PT2)을 묘화하기 전에, 제1 패턴(PT1)의 위치 어긋남이나 형상 변형을 어느 정도 예측할 수 있다.
전기 광학 소자(36)는, 얼라이먼트계에 의해 추정되는 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 오차가 저감되도록, 제2 패턴(PT2)의 패턴 정보에 기초한 빔(LBn)의 묘화 타이밍을 보정한다. 계측부(116)는, 계측된 제1 패턴(PT1)의 위치에 관한 정보와, 전기 광학 소자(36)에 의해서 묘화 타이밍 등을 보정하여 묘화되는 제2 패턴(PT2)의 위치를, 클록 신호(LTC)를 기준으로 하여 구해서 비교하고 있으므로, 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 잔류 위치 오차를 거의 리얼타임으로 구할 수 있다.
이상과 같이, 노광 장치(EX)의 노광 제어부(114)는, 계측부(116)가 계측한 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계(상대적인 잔류 위치 오차도 포함함)에 기초하여, 묘화하는 제2 패턴의 묘화 상태를 보정한다. 이것에 의해, 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 위치 맞춤시켜, 겹침 맞춤을 노광중에 고정밀도로 유지할 수 있다. 노광 제어부(114)는, 계측부(116)가 계측한 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계에 기초하여, 적어도, 제2 패턴(PT2)에 따른 패턴 데이터(묘화 데이터, 패턴 정보)의 보정, 전기 광학 소자(36)에 의한 빔(LBn)의 묘화 타이밍, 제2 패턴(PT2)의 배율 보정, 혹은 제2 패턴(PT2)의 형상 보정 중 어느 1개를 행한다.
제1 패턴(PT1)은, 제2 패턴(PT2)의 적어도 일부와 겹치도록 마련된 더미 패턴(PT1b)을 포함해도 되고, 제2 패턴(PT2)이, 제1 패턴(PT1)의 적어도 일부와 겹치도록, 패턴 데이터에 편입된 더미 패턴(PT2b)을 포함해도 된다. 또, 제1 패턴(PT)은, 전자 디바이스를 구성하는 본 패턴(PT1a)과 더미 패턴(PT1b)을 포함하고, 제2 패턴(PT2)은, 제1 패턴(PT1)의 더미 패턴(PT1b)의 적어도 일부와 겹치도록 패턴 데이터에 편입된 더미 패턴(PT2b)을 포함해도 된다. 이것에 의해, 전자 디바이스를 구성하는 제1 패턴(PT1)의 본 패턴(PT1a)과 전자 디바이스를 구성하는 제2 패턴(PT2)의 본 패턴(PT2a)과의 일부가 서로 중복하지 않는 경우에 있어서도, 제1 패턴(PT1)과 일부가 서로 겹침 맞춤하도록 제2 패턴(PT2)을 묘화할 수 있다. 따라서 계측부(116)는, 제1 패턴(PT1)의 위치 어긋남이나 형상 오차를 노광중에 거의 리얼타임으로 계측하고, 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계를 정확하게 계측할 수 있다.
［제2 실시 형태］
상기 제1 실시 형태에서는, 노광용의 빔(LBn)의 반사광을 검출하므로, 노광용의 빔(LBn)의 스폿광(SP)이 투사되지 않는 기판(P)상의 영역에 관해서는, 제1 패턴(PT1)의 위치, 형상, 및 제1 패턴(PT)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계를 계측할 수 없다. 그래서, 본 제2 실시 형태에 있어서는, 주사 유닛(Una)은, 노광용의 빔(LBn)과는 다른 계측용의 빔(이하, 계측광)(MLn)도 기판(P)에 투사하고, 광 검출기(DTnm)는, 계측광(MLn)의 투사에 의해 기판(P)에서 반사된 반사광을 검출한다. 이것에 의해, 노광용의 빔(LBn)이 투사되지 않는 기판(P)상의 영역에 관해서도, 제1 패턴(PT1)의 위치나 형상, 혹은 제1 패턴(PT)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계 중 적어도 일방을 계측하는 것이 가능해진다. 이 계측광(MLn)은, 기판(P)의 감광면에 대해서 저감도 혹은 감도를 갖지 않는 파장 대역의 빔(비감광성 빔)이다. 기판(P)의 감광면에 대해서 저감도란, 예를 들면, 노광용의 빔(LBn)의 1% 이하의 감도로 하는 것이다.
도 14는, 제2 실시 형태에 의한 주사 유닛(U1a)의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 각 주사 유닛(Una(U1a~U6a))은, 동일한 구성을 가지는 것이기 때문에, 주사 유닛(묘화 유닛)(U1a)에 대해서만 설명하고, 다른 주사 유닛(묘화 유닛)(U2a~U6a)에 대해서는 그 설명을 생략한다. 또, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상기 제1 실시 형태와 다른 부분만 설명한다. 따라서 특히 설명할 필요가 없는 광학부재에 대해서는, 그 도시를 생략하고 있다. 도 14에 대해서는, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)과 평행한 방향을 Xt 방향으로 하고, 광축(AXf)을 통한 폴리곤 미러(PM)의 편광 방향과 평행한 평면상에 있어서, Xt 방향과 직교하는 방향을 Yt 방향으로 하고, XtYt 평면과 직교하는 방향을 Zt 방향으로 한다.
XtZt 평면에 대해서 45도 기울어진 파장 선택성의 다이크로익 미러(DM)는, +Xt 방향으로 진행하는 평행 광속의 빔(LB1)을 그대로 투과하고, 다이크로익 미러(DM)의 +Xt 방향 측에 떨어져 배치된 반사 미러(M24)로 안내한다. 다이크로익 미러(DM)는, 광원 장치(제2 광원 장치)(LS2)로부터의 계측광(ML1)을 반사 미러(M24)를 향해서 반사한다. 다이크로익 미러(DM)를 투과한 빔(LB1)은, λ/4 파장판(QW) 및 실린드리칼 렌즈(CYa)를 투과한 후, 반사 미러(M24)에 입사된다. 반사 미러(M24)는, 입사한 빔(LB1)을 폴리곤 미러(PM)를 향해서 반사한다. 폴리곤 미러(PM)의 뒤에 마련된 fθ 렌즈(FT), 반사 미러(M25), 및 단렌즈로 구성되는 실린드리칼 렌즈(CYb)는, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
편광빔 스플리터(PBS)는, 광원 장치(제2 광원 장치)(LS2)가 사출한 직선 편광의 계측광(ML1)을 투과한다. 계측광(ML1)의 파장은, 다이크로익 미러(DM)에서 분리 가능한 정도로, 노광용의 빔(LB1)의 파장(예를 들면 355nm) 보다도 길게 설정되어 있다. 예를 들면, 광원 장치(LS2)가 사출한 계측광(ML1)이 P편광의 광인 경우, 편광빔 스플리터(PBS)는, P편광의 광을 투과하고, P편광의 광과 직교하는 직선 편광의 광(즉, S편광의 광을)을 반사한다. 본 제2 실시 형태에서는, 광원 장치(LS2)가 사출하는 계측광(ML1)을 P편광의 광으로서 설명한다. 편광빔 스플리터(PBS)를 투과한 계측광(ML1)은, 반사 미러(M26) 및 렌즈(G22) 등을 거쳐 -Yt 방향 측으로 진행하여, XtZt 평면에 대해서 45도 기울어진 다이크로익 미러(DM)에 입사된다. 이것에 의해, 다이크로익 미러(DM)는, 입사한 계측광(ML1)을 +Xt 방향 측으로 반사하여, 반사 미러(M24)로 안내한다. 또한, 다이크로익 미러(DM)에 입사되는 계측광(ML1)은 평행 광속으로 되어 있다. 다이크로익 미러(DM)에서 반사된 계측광(ML1)은, λ/4 파장판(QW), 실린드리칼 렌즈(CYa)를 통과하여, 반사 미러(M24)에 입사된다. 반사 미러(M24)는, 입사한 계측광(ML1)도 폴리곤 미러(PM)를 향해서 반사한다. 이것에 의해, 폴리곤 미러(PM) 및 fθ 렌즈(FT) 등에 의해서, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)도 기판(P)상에서 주주사 방향(Y 방향, Yt 방향)을 따라서 주사된다.
기판(P)에서 반사된 빔(LB1) 및 계측광(ML1)의 반사광은, 실린드리칼 렌즈(CYb), 반사 미러(M25), fθ 렌즈(FT), 폴리곤 미러(PM), 반사 미러(M24), 실린드리칼 렌즈(CYa), λ/4 파장판(QW)을 거쳐 다이크로익 미러(DM)에 입사된다. 다이크로익 미러(DM)는, 빔(LB1)의 파장 대역을 투과하고, 계측광(ML1)의 파장 대역을 반사하므로, 계측광(ML1)(스폿광(MSP))의 기판(P)에서의 반사광은, 다이크로익 미러(DM)에서 반사되어, 렌즈(G22) 및 반사 미러(M26) 등을 거쳐 편광빔 스플리터(PBS)에 입사된다. 다이크로익 미러(DM)와 반사 미러(M24)와의 사이에는, λ/4 파장판(QW)이 마련되어 있으므로, 기판(P)에 투사되는 계측광(ML1)은, 이 λ/4 파장판(QW)에 의해서 P편광으로부터 원편광의 광으로 변환되고, 기판(P)으로부터 편광빔 스플리터(BS1)에 입사되는 계측광(ML1)의 반사광은, 이 λ/4 파장판(QW)에 의해서, 원편광으로부터 S편광의 광으로 변환된다. 따라서 편광빔 스플리터(PBS)에 입사된 계측광(ML1)은, 편광빔 스플리터(PBS)에서 반사되어, 렌즈(G24)를 거쳐 광 검출기(DT1m)에 입사된다.
여기서, 광원 장치(LS2)는, 연속하여 계측광(연속 광)(ML1)을 계속 발광하는 것이어도 되고, 펄스 모양의 계측광(펄스광)(ML1)을 소정의 주파수로 발광하는 것이어도 된다. 이 광원 장치(LS2)는, 주사 유닛(Una(U1a~U6a)) 마다 마련해도 되고, 1개의 또는 2의 광원 장치(LS2)를 마련해도 된다. 광원 장치(LS2)를 1개로 하는 경우는, 광원 장치(LS2)가 사출한 계측광(ML)을, 빔 스플리터 등을 거쳐 6개로 분기하고, 분기된 각각의 계측광(MLn(ML1~ML6))을 주사 유닛(Un(U1~U6))에 입사시킨다. 광원 장치(LS2)를 2개로 하는 경우는, 상술한 것처럼, 2의 광원 장치(LS2)의 각각이 사출한 계측광(MLn)을, 음향 광학 변조 소자(AOM)를 이용하여 시분할로 하여, 3개의 주사 유닛(U1a~U3a, U4a~U6a)의 각각에 순서대로 입사시켜도 된다. 계측광(MLn)이 입사되는 주사 유닛(Una)의 전환은, 빔(LBn)의 경우와 마찬가지로, 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍에 따라 전환한다. 즉, 지금부터 스폿광(SP)의 주사를 행할 주사 유닛(Una)에 계측광(MLn)을 입사시킨다.
도 15a는, 도 14에 도시하는 실린드리칼 렌즈(CYa)로부터 기판(P)에 투사될 때까지의 빔(LB1)을, 빔(LB1)의 편광 방향(주사 방향)과 평행한 -Yt 방향측에서 보았을 경우의 개략도, 도 15b는, 도 14에 도시하는 실린드리칼 렌즈(CYa)로부터 기판(P)에 투사될 때까지의 빔(LB1)을, 빔(LB1)의 편향 방향(주사 방향)과 평행한 평면과 직교하는 방향측에서 보았을 경우의 개략도이다. 도 14, 도 15a, 및 도 15b를 참조하여, 실린드리칼 렌즈(CYa)로부터 기판(P)에 투사될 때까지의 빔(LB1)의 광로, 형상에 대해 설명한다.
실린드리칼 렌즈(CYa)는, 모선이 Yt 방향과 평행하고 있으므로, 주사 방향(Yt 방향)에 관해서는, 입사한 평행 광속의 빔(LB1) 및 계측광(ML1)을 그대로 투과하고(도 15b 참조), 주사 방향과 수직인 평면(XtZt 평면)에 관해서는, 입사한 평행 광속의 빔(LB1) 및 계측광(ML1)을 후 초점 위치에서 수렴시킨다(도 15a 참조). 이와 같이, 모선이 Yt 방향과 평행하도록 실린드리칼 렌즈(CYa)를 마련함으로써, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 빔(LB1) 및 계측광(ML1)을, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)상에서 XtYt 평면과 평행한 방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 성형할 수 있다.
fθ 렌즈(FT)는, 비주사 방향(Zt 방향)에 관해서는, 반사면(RP)에서 반사된 후, 확산한 빔(LB1) 및 계측광(ML1)을 평행 광속으로 한다(도 15b 참조). 또, fθ 렌즈(FT)는, 주사 방향과 평행한 평면(XtYt 평면)에 관해서는, 반사면(RP)에서 반사된 평행 광속의 빔(LB1) 및 계측광(ML1)을 기판(P)상에서 수렴시킨다(도 15a 참조). 실린드리칼 렌즈(CYb)는, 모선이 Yt 방향과 평행하고 있으므로, 비주사 방향(반사 미러(M25)에 의해서 Zt 방향에서 Xt 방향으로 전환)에 관해서는, fθ 렌즈(FT)를 투과한 평행 광속의 빔(LB1) 및 계측광(ML1)을 기판(P)상에서 수렴시키고(도 15b 참조), 주사 방향과 평행한 평면(반사 미러(M25)에 의해서 XtYt 평면으로부터 YtZt 평면으로 변환)에 관해서는, fθ 렌즈(FT)로부터의 빔(LB1) 및 계측광(ML1)을 그대로 투과한다(도 15a 참조). 이것에 의해, 기판(P)상에 조사되는 빔(LB1)은 스폿광(사이즈 φ는 약 3㎛)으로 된다. 또한, 도 15a, 도 15b에 있어서는, 빔(LB1)의 광축(중심축)을 AXg로 나타내고 있다. 또, 도 15a에 도시한 것 같이, 비주사 방향에 관해서는, 빔(LB1)의 광축(AXg)과 fθ 렌즈(FT)의 광축(중심축)(AXf)과는 겹쳐져 있다.
다이크로익 미러(DM)에서 반사된 계측광(ML1)의 광축(중심축)이, 다이크로익 미러(DM)를 투과한 빔(LB1)의 광축(중심축)과 동일 축이 되도록, 계측광(ML1)을 다이크로익 미러(DM)에 입사시킨 경우는, 계측광(ML1)의 광로, 형상은, 빔(LB1)과 동일하게 된다. 즉, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 조사되는 계측광(ML1)은, 빔(LB1)과 마찬가지로, 반사면(RP)상에서 XtYt 평면과 평행한 방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 성형되고, 폴리곤 미러(PM)의 회전각에 따른 기판(P)상의 투사 위치에 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)이 투사된다. 따라서 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)도 묘화 라인(SL1)을 따라서 Y 방향으로 묘화되게 되어, 스폿광(SP)의 주사와 스폿광(MSP)의 주사가 동시에 행해진다.
그렇지만, 빔(LB1)의 파장(또는 파장 대역)과 계측광(ML1)의 파장(또는 파장 대역)은 다르기 때문에, 실제는 색수차의 영향에 의해서 스폿광(MSP)의 주사 위치는, 묘화 라인(SL1)으로부터 어긋나 버린다. 즉, 빔(LB1)의 스폿광(SP)이 직선 모양의 묘화 라인(SL1)을 따라서 정밀하게 주사되도록, 빔(LB1)의 파장(또는 파장 대역)을 따라 주사 유닛(U1a) 내의 광학부재(실린드리칼 렌즈(CYa, CYb), fθ 렌즈(FT) 등)를 설계하고 있기 때문에, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)이 투사되는 위치는, 색수차의 영향에 의해서 묘화 라인(SL1)에 대해서 오차를 가지는 경우가 있다.
도 16은, 빔(LB1)의 스폿광(SP)에 대한 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 투사 위치의 오차의 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 도 16에 대해서는, 묘화 라인(SL1)의 중심점은, 최대 주사 길이의 중점과 일치하고 있는 것으로 한다. 상술한 것처럼, 색수차의 영향에 의해서 스폿광(MSP)이 투사되는 기판(P)상의 위치가, 스폿광(SP)이 투사되는 기판(P)상의 위치에 대해서 어긋나 버리는 경우가 있다. 스폿광(SP)의 투사 위치에 대한 스폿광(MSP)의 투사 위치의 Y 방향(주주사 방향)의 어긋남(위치 오차)을 ΔYms로 나타내고, X 방향(부주사 방향)의 어긋남(위치 오차)을 ΔXss로 한다. 도 16에서는, 위치 오차 ΔYms가 부(-)의 값인 경우는, 스폿광(SP)의 투사 위치에 대해서 스폿광(MSP)의 투사 위치가 주주사 방향과는 반대측의 방향(+Y 방향) 측에 위치하고 있는 것을 나타낸다. 반대로, 위치 오차 ΔYms가 정(+)의 값인 경우는, 스폿광(SP)의 투사 위치에 대해서 스폿광(MSP)의 투사 위치가 주주사 방향(-Y 방향측) 측의 위치에 있는 것을 나타내고 있다. 또, 도 16에서는, 위치 오차 ΔXss가 부(-)의 값인 경우는, 스폿광(SP)의 투사 위치에 대해서 스폿광(MSP)의 투사 위치가 기판(P)의 반송 방향과는 반대측의 방향(-X 방향) 측에 있는 것을 나타내고 있다.
스폿광(SP)의 위치가 묘화 라인(SL1)의 중심점(최대 주사 길이의 중점)에서는, 위치 오차 ΔYms는 0이 된다. 그리고 스폿광(SP)의 위치가 묘화 라인(SL1)의 중심점(최대 주사 길이의 중점)을 경계로, 묘화 개시점(주사 개시점) 측, 즉, +Y 방향 측으로 되면 위치 오차 ΔYms는 부의 값이 되고, 묘화 종료점(주사 종료점) 측, 즉, -Y 방향 측으로 되면 위치 오차 ΔYms는 정의 값이 된다. 또, 스폿광(SP)의 위치가, 묘화 라인(SL1)의 중심점(최대 주사 길이의 중점)보다 묘화 개시점측으로 되는 것에 따라, 위치 오차 ΔYms의 값은 서서히 작아진다(위치 오차 ΔYms의 절대치는 커진다). 반대로, 스폿광(SP)의 위치가, 묘화 라인(SL1)의 중심점(최대 주사 길이의 중점)보다 묘화 종료점측으로 되는 것에 따라, 위치 오차 ΔYms의 값은 서서히 커진다. 따라서 스폿광(MSP)의 주사 라인(주사 궤적)의 주사 길이는, 묘화 라인(SL1)보다 길어진다.
또, 스폿광(SP)의 위치가 묘화 라인(SL1)의 중심점(최대 주사 길이의 중점)에서는, 위치 오차 ΔXss는 0이 된다. 그리고 스폿광(SP)의 위치가, 묘화 라인(SL1)의 중심점(최대 주사 길이의 중점)으로부터 멀어지면 위치 오차 ΔXss는, 예를 들면 부의 값이 됨과 아울러, 묘화 라인(SL1)의 중심점(최대 주사 길이의 중점)으로부터 멀어짐에 따라 위치 오차 ΔXss의 절대치는 커진다. 따라서 스폿광(MSP)의 주사 라인(주사 궤적)은 약간 호(弧) 모양을 그리게 된다.
계측부(116)(도 13 참조)는, 이 도 16에 도시한 것 같은, 위치 오차(ΔXss, ΔYms)를 보정하기 위한 오차 맵을 가지고, 조사된 스폿광(SP)의 묘화 라인(SL1)상의 주사 위치와 도 16에 도시한 것 같은 오차 맵을 이용하여, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 투사 위치를 특정할 수 있다. 그리고 계측부(116)는, 광 검출기(DT1m)가 검출한 광전 신호(PS1m로 함)와, 특정한 스폿광(MSP)의 투사 위치를 이용하여, 제1 패턴(PT1)의 위치 정보, 형상 정보, 혹은 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계(겹침 맞춤 오차 정보) 중 적어도 1개를 계측할 수 있다. 이것에 의해, 제1 패턴(PT1)에 대한 제2 패턴(PT2)의 위치 맞춤 정밀도, 겹침 맞춤 정밀도를 고정밀도로 행할 수 있다. 또한, 스폿광(SP)(빔(LB1))은, 클록 신호(LTC)에 따라 발광하기 때문에, 이 스폿광(SP)의 묘화 라인(SL1)상의 투사 위치(주사 위치)는, 계측부(116)에 의해서, 선택용 광학 소자(AOM1)에 시리얼 데이터(DL1)를 출력한 타이밍, 즉, 스폿광(SP)의 묘화 개시 타이밍 이후에 발생한 클록 신호(LTC)의 클록 펄스의 수를 카운트하고, 이 카운트값과 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 Vp로부터, 스폿광(SP)의 투사 위치를 특정할 수 있다.
또, 묘화 라인(SL1~SL3)을 따라서 조사되는 스폿광(SP)은, 광원 장치(LSa)의 신호 발생부(22a)가 발생한 클록 신호(LTC)에 따라 발광하기 때문에, 묘화 라인(SL1~SL3)상에 투사되는 스폿광(SP)의 투사 위치는, 광원 장치(LSa)로부터의 클록 신호(LTC)를 이용하여 특정한다. 마찬가지로, 묘화 라인(SL4~SL6)상에 투사되는 스폿광(SP)의 투사 위치는, 광원 장치(LSb)로부터의 클록 신호(LTC)를 이용하여 특정한다. 또한, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스는, 노광용의 빔(LB1)의 강도가 패턴 묘화를 위해서 온 상태(스폿광(SP)이 투사되는 상태)에 있어서도 오프 상태에 있어서도 상시 발생하고 있으므로, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)이 기판(P)상에 투사되고 있으면, 클록 신호(LTC)에 의해서 광 검출기(DT1m)에서 출력되는 신호(PS1m)의 파형을, 계측부(116)(도 13 참조) 내에 마련되는 아날로그/디지털 변환기 등에 의해 언제라도 디지털 샘플링할 수 있다.
그런데 다이크로익 미러(DM)에서 반사된 계측광(ML1)의 광축(AXh)이, 다이크로익 미러(DM)를 투과한 빔(LB1)의 광축(AXg)에 대해서 편심(혹은 경사)하도록, 계측광(ML1)을 다이크로익 미러(DM)에 입사시킨 경우는, 기판(P)의 반송 방향(X 방향)에 관해서, 묘화 라인(SL1)에 대해서 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 주사 라인(주사 궤적)을, 소정의 거리만큼 부주사 방향으로 떼어 놓을 수 있다. 따라서 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 주사 라인을 묘화 라인(SL1)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향측)에 위치시킴으로써, 스폿광(SP)의 주사를 행하기 전에, 미리 제1 패턴(PT1)의 위치나 형상 중 적어도 1개를, 제2 패턴(PT2)의 묘화 타이밍과는 관계없이 계측할 수 있다.
도 17a는, 다이크로익 미러(DM)에서 반사된 계측광(ML1)의 광축(AXh)을, 다이크로익 미러(DM)를 투과한 빔(LB1)의 광축(AXg)에 대해서 평행하게 편심(시프트) 시킨 경우에 있어서의, 실린드리칼 렌즈(CYa)로부터 기판(P)에 투사될 때까지의 계측광(ML1)을, 계측광(ML1)(빔(LB1))의 편광 방향(주사 방향)과 평행한 -Yt 방향측에서 보았을 경우의 개략도이다. 도 17b는, 다이크로익 미러(DM)에서 반사된 계측광(ML1)의 광축(AXh)을, 다이크로익 미러(DM)를 투과한 빔(LB1)의 광축(AXg)에 대해서 평행하게 편심(시프트) 시킨 경우에 있어서의, 실린드리칼 렌즈(CYa)로부터 기판(P)에 투사될 때까지의 계측광(ML1)을, 계측광(ML1)(빔(LB1))의 편향 방향(주사 방향)과 평행한 평면과 직교하는 방향측에서 보았을 경우의 개략도이다. 도 14, 도 17a, 및 도 17b를 참조하여, 실린드리칼 렌즈(CYa)로부터 기판(P)에 투사될 때까지의 계측광(ML1)의 광로, 형상에 대해 설명한다.
주사 방향과 평행한 평면(XtYt 평면)에 관해서는, 계측광(ML1)은, 그 광축(AXh)이 빔(LB)의 광축(AXg)과 겹치도록 실린드리칼 렌즈(CYa)에 입사된다(도 17b 참조). 따라서 주사 방향과 평행한 평면(반사 미러(M25)까지는 XtYt 평면, 반사 미러(M25) 후는 YtZt 평면)에 관해서는, 계측광(ML1)의 광로, 형상은, 상술한 빔(LB1)의 광로, 형상과 동일하게 되므로 설명을 생략한다.
한편, 비주사 방향(Zt 방향)에 관해서는, 실린드리칼 렌즈(CYa)에 입사되는 계측광(ML1)은, 그 광축(AXh)이 빔(LB1)의 광축(AXg)에 대해서 미소량만큼 +Zt 방향으로 평행 시프트하여 입사한다(도 17a 참조). 따라서 실린드리칼 렌즈(CYa)를 통과한 계측광(ML)은, 그 광축(AXh)이 빔(LB1)의 광축(AXg)보다 +Zt 방향측으로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 비스듬하게 입사된다. 상술한 것처럼, 비주사 방향(Zt 방향)에 관해서는, 실린드리칼 렌즈(CYa)에 의해서 폴리곤 미러(PM)에 조사되는 계측광(ML1)이 반사면(RP)상에서 수렴된다.
비주사 방향(Zt 방향)에 관해서는, 반사면(RP)에서 반사된 계측광(ML1)은, 광축(AXh)이 빔(LB1)의 광축(AXg)에 대해서 -Zt 방향측의 위치에서 fθ 렌즈(FT)에 입사된다. 이 fθ 렌즈(FT)는, 비주사 방향(Zt 방향)에 관해서는, 반사면(RP)에서 반사되어 발산한 계측광(ML1)을 거의 평행 광속으로 한다. fθ 렌즈(FT)를 투과한 계측광(ML1)은, 실린드리칼 렌즈(CYb)를 거쳐 스폿광(MSP)이 되어 기판(P)에 투사되지만, 그 투사 위치는, 빔(LB1)의 스폿광(SP)보다 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향측)의 위치가 된다. 따라서 묘화 라인(SL1)에 대해서 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 주사 라인(주사 궤적)(MSL1)의 위치를 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향측)으로 어긋나게 할 수 있다. 이 경우도, 스폿광(SP)의 주사와 스폿광(MSP)의 주사가 동시에 행해진다. 또한, 이 실린드리칼 렌즈(CYb)는, 비주사 방향(Zt 방향)에 관해서, 계측광(ML1)을 기판(P)상에서 스폿광(MSP)으로 수렴한다.
도 18은, 색수차의 영향에 의해서, 도 17a, 도 17b에 도시되는 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 투사 위치의 오차의 일례를 나타내는 도면이다. 도 18중의 MSL1은, 색수차의 영향을 고려하지 않는 경우에, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)이 주사되는 설계상의 주사 라인이다. 이 주사 라인(MSL1)은, 묘화 라인(SL1)에 대해서 오프셋 거리 Οfx분만큼 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향측)에 위치하고 있다. 따라서 스폿광(SP)의 투사 위치에 대한 스폿광(MSP)의 투사 위치의 Y 방향의 어긋남(위치 오차)은 ΔYms로 되지만, X 방향의 어긋남(위치 오차)은, 오프셋 거리(소정 간격) Οfx분만큼 -X 방향으로 어긋나 있기 때문에, ΔXms(=ΔXss+Οfx)로 된다. 또한, 도 18에 있어서도, 묘화 라인(SL1)(주사 라인(MSL1))의 중심점은, 최대 주사 길이의 중점과 일치하고 있는 것으로 한다.
따라서, 계측부(116)(도 13 참조)는, 이 도 18에 도시한 것 같은, 위치 오차(ΔXms(=ΔXss+Οfx),ΔYms)를 보정하는 오차 맵을 가지고, 조사된 스폿광(SP)의 묘화 라인(SL1)상의 주사 위치(클록 신호(LTC)의 클록 펄스의 계수)와, 이 도 18에 도시한 것 같은 오차 맵을 이용하여, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 투사 위치를 특정할 수 있다. 그리고 광 검출기(DT1m)가 검출한 광전 신호(PS1m)의 파형과 특정한 스폿광(MSP)의 투사 위치를 이용하여, 제1 패턴(PT1)의 위치나 형상을 계측할 수 있다. 이것에 의해, 제1 패턴(PT1)에 대한 제2 패턴(PT2)의 위치 맞춤 정밀도, 겹침 맞춤 정밀도를 빔(LB1)에 의한 묘화 노광의 직전에 계측할 수 있다.
이와 같이, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 계측광(MLn(ML1~ML6))의 스폿광(MSP)을 주사하므로, 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿광(SP)이 투사되고 있지 않은 영역에 있어서도, 제1 패턴(PT1)의 위치, 형상, 혹은 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)의 상대적인 위치 관계 중 적어도 1개를 계측할 수 있다. 또, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 대해서 계측광(MLn(ML1~ML6))의 스폿광(MSP)의 주사 라인(주사 궤적)(MSLn(MSL1~MSL6))의 위치를 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향측)으로 함으로써, 스폿광(SP)의 주사를 행하기 전에, 미리 제1 패턴(PT1)의 위치나 형상을 계측할 수 있다. 따라서 제2 패턴(PT2)을 노광하기 전에, 이 계측한 정보를 이용하여 제2 패턴(PT2)의 노광 상태를 보정할 수 있다.
이상과 같이, 제2 실시 형태의 노광 장치(EX)는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LBn)을 패턴 정보에 따라 강도 변조시키면서, 빔(LBn)을 기판(P)의 감광 면상에 투사하여 주주사 방향으로 주사함으로써, 기판(P)상에 패턴을 묘화하는 것으로서, 기판(P)의 감광면에 대해서 저감도의 파장 대역의 계측광(MLn)을 사출하는 광원 장치(LS2)와, 빔(LBn) 및 계측광(MLn)을 편향하고, 빔(LBn) 및 계측광(MLn)을 주주사 방향으로 주사하는 폴리곤 미러(PM)를 포함하는 빔 주사부와, 계측광(MLn)이 기판(P)에 투사되었을 때에 발생하는 반사광을 빔 주사부의 폴리곤 미러(PM)를 거쳐 광전 검출하는 광 검출기(DTnm(DT1m~DT6m))를 가지는 주사 유닛(Una)과, 광 검출기(DTnm)에서 출력되는 검출 신호(PSnm(PS1m~PS6m))에 기초하여, 기판(P)상에 특정 재료로 미리 형성된 제1 패턴(PT1)의 기판(P)상에 있어서의 위치, 형상, 혹은 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계 중 적어도 1개에 관한 정보를 계측하는 계측부(116)를 구비한다. 이것에 의해, 빔(LBn)이 기판(P)에 투사되고 있지 않아도 계측광(MLn)을 기판(P)상에서 주사함으로써, 제1 패턴(PT1)의 위치, 형상, 혹은 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계에 관한 정보를 고정밀도로 계측할 수 있다.
노광 장치(EX)의 노광 제어부(114)는, 계측부(116)가 계측한 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계(상대적인 잔류 위치 오차도 포함함) 등의 계측 결과에 기초하여, 새롭게 묘화하는 제2 패턴의 묘화 상태(묘화 위치, 묘화 배율, 묘화 형상 등)를 보정한다. 이것에 의해, 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 위치 맞춤, 겹침 맞춤을 고정밀도로 행할 수 있다.
폴리곤 미러(PM)를 포함하는 빔 주사부는, 빔(LBn)과 계측광(MLn)을 부주사 방향에 관해서 기판(P)상에서 소정 간격(오프셋 거리 Οfx)만큼 어긋나도록 투사하면서, 빔(LBn)과 계측광(MLn)과의 주사를 기판(P)상에서 동시에 행한다. 이것에 의해, 제2 패턴(PT2)의 노광에 앞서, 제1 패턴(PT1)의 위치나 형상, 혹은 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계를 계측할 수 있다. 또한, 도 18에 도시되는 오프셋 거리 Οfx는, 기판(P)상에서 1mm~수mm 정도로 설정되지만, 1mm 미만이어도 된다.
[상기 제1 및 제2 실시 형태의 변형예]
상기 제1 및 제2 실시 형태는, 이하와 같이 변형해도 된다.
《변형예 1》 상기 제2 실시 형태에서는, 빔(LBn)과 계측광(MLn)을 반사 미러(M24)를 거쳐 동일한 방향으로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 입사시켰지만, 변형예 1에서는, 빔(LBn)과 계측광(MLn)과의 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)으로의 입사 방향을 서로 다르게 한다.
도 19는, 본 변형예 1의 주사 유닛(U1b)의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 각 주사 유닛(Unb(U1b~U6b))은, 동일한 구성을 가지는 것이기 때문에, 주사 유닛(묘화 유닛)(U1b)에 대해서만 설명하고, 다른 주사 유닛(묘화 유닛)(U2b~U6b)에 대해서는 그 설명을 생략한다. 또, 상기 제2 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상기 제2 실시 형태와 다른 부분만 설명한다. 따라서 특히 설명할 필요가 없는 광학부재에 대해서는, 그 도시를 생략하고 있다. 도 19에 대해서는, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)과 평행한 방향을 Xt 방향으로 하고, 광축(AXf)을 통과하여 폴리곤 미러(PM)의 편광 방향과 평행한 평면상에 있어서, Xt 방향과 직교하는 방향을 Yt 방향으로 하고, XtYt 평면과 직교하는 방향을 Zt 방향으로 한다.
주사 유닛(U1b)에는, 빔(LB1)의 광로상에 다이크로익 미러(DM) 및 λ/4 파장판(QW)은 마련되어 있지 않다. 따라서, 반사 미러(M24)를 향해 +Xt 방향으로 진행하는 노광용의 빔(LB1)(평행 광속)은, 그대로 실린드리칼 렌즈(CYa)를 통과한 후, 반사 미러(M24)에 입사한다. 반사 미러(M24)에 입사한 후의 빔(LB1)의 광로, 형상은, 상기 제2 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
편광빔 스플리터(PBS1)는, 광원 장치(제2 광원 장치)(LS2)가 사출한 직선 편광의 계측광(ML1)을 반사하고, 광원 장치(LS2)가 사출한 계측광(ML1)과 편광 방향이 직교하는 직선 편광의 광을 투과한다. 본 변형예 1에서는, 광원 장치(LS2)가 사출하는 계측광(ML1)은, P편광의 광으로 하므로, 편광빔 스플리터(PBS1)는, P편광의 광을 반사하고, S편광의 광을 투과하는 것으로 한다. 편광빔 스플리터(PBS1)에서 반사된 계측광(ML1)은, 반사 미러(M27), 실린드리칼 렌즈(CYa') 및 반사 미러(M24') 등을 거쳐 진행되어, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 입사된다. 이 때, 계측광(ML1)은, 빔(LB1)의 반사면(RP)의 입사 방향과는 다른 방향에서 반사면(RP)에 입사된다. 본 변형예 1에서는, 실린드리칼 렌즈(CYa) 및 반사 미러(M24)를 폴리곤 미러(PM)의 -Y 방향 측에 마련하고, 실린드리칼 렌즈(CYa') 및 반사 미러(M24')를 폴리곤 미러(PM)의 +Yt 방향 측에 마련하고 있다. 따라서 반사 미러(M24)에서 반사된 빔(LB1)은, -Yt 방향측으로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 입사되고, 반사 미러(M24')에서 반사된 계측광(ML1)은, +Yt 방향측으로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 입사된다. 또한, 도 19에서는 도시를 생략했지만, 편광빔 스플리터(PBS1)와 실린드리칼 렌즈(CYa')와의 사이의 광로 중에는, 1/4 파장판이 마련되어 있다.
　실린드리칼 렌즈(CYa') 및 반사 미러(M24')는, 실린드리칼 렌즈(CYa) 및 반사 미러(M24)와 동등한 기능을 가진다. 따라서 실린드리칼 렌즈(CYa')를 투과한 평행 광속의 계측광(ML1)이 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)상에서 수렴된다. 또, 주사 방향과 평행한 평면(XtYt 평면) 내에서는, 계측광(ML1)은 평행 광속의 상태로 반사면(RP)상에 조사된다. 따라서 반사면(RP)에 조사되는 계측광(ML1)은, 빔(LB1)과 마찬가지로, 반사면(RP)상에서 XtYt 평면과 평행한 방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 성형된다. 반사면(RP)에서 반사된 후의 계측광(ML1)의 광로, 형상은, 상기 제2 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
이와 같이, 계측광(ML1)과 빔(LB1)과의 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)으로의 입사 방향을 다르게 함으로써, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)과 빔(LB1)의 스폿광(SP)과의 주사 타이밍을 다르게 할 수 있다. 즉, 계측광(ML1)과 빔(LB1)의 반사면으로의 입사 방향에 따라서, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 주사와 빔(LB1)의 스폿광(SP)의 주사를 일정한 시간차로 행할 수 있다.
또한, 상기 제2 실시 형태에서 설명한 것처럼, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)을, 빔(LB1)의 묘화 라인(SL1)상을 따라서 주사시키도록 해도 된다. 이 경우는, 도시하지 않지만, 폴리곤 미러(PM)로부터 fθ 렌즈(FT)에 입사되는 빔(LB1)과 계측광(ML1)은 동일 축으로 되어 있다. 또, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 주사 라인(MSL1)을, 기판(P)의 반송 방향(X 방향)에 관해서, 빔(LB1)의 묘화 라인(SL1)에 대해서 오프셋 거리 Οfx분만큼 떨어지도록, 계측광(ML1)을 Zt 방향에 관해서 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 대해서 비스듬하게 입사시켜도 된다. 어느 쪽의 경우로 해도, 계측광(ML1)은 색수차의 영향을 받기 때문에, 계측부(116)는, 도 16 또는 도 18에 도시한 것 같은 오차 맵을 이용하여, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 투사 위치를 보정하여 특정함으로써, 광 검출기(DT1m)로부터의 신호(PS1m)의 파형에 기초하여, 제1 패턴(PT1)의 위치나 형상, 혹은 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계 중 적어도 1개를, 정밀하게 계측할 수 있다. 그 때, 계측광(ML1)에 의한 스폿광(MSP)의 주사와 빔(LB1)에 의한 스폿광(SP)의 주사는, 일정한 시간 차이를 가지기 때문에, 그 시간 차이에 대응한 클록 신호(LTC)의 클록 펄스 수만큼의 오프셋(주주사 방향의 위치 어긋남)을 감안하여, 스폿광(MSP)의 주사 위치와 스폿광(SP)의 주사 위치와의 대응 짓기를 행하면 된다.
《변형예 2》 변형예 2에서는, 주사 유닛(Unc)이 제2 패턴(PT2)을 묘화 노광하고 있지 않는 동안에, 계측광(MLn)을 주사 유닛(Unc)에 입사시킨다고 하는 것이다. 즉, 스폿광(SP)의 주사와 스폿광(MSP)과의 주사를 택일적으로 행한다. 도 20은, 본 변형예 2의 주사 유닛(U1c)의 구성을 나타내는 도면이며, 기본적인 구성은 앞의 도 5와 동일하다. 또한, 각 주사 유닛(Unc(U1c~U6c))은, 동일한 구성을 가지는 것이기 때문에, 주사 유닛(묘화 유닛)(U1c)에 대해서만 설명하고, 다른 주사 유닛(묘화 유닛)(U2c~U6c)에 대해서는 그 설명을 생략한다. 또, 상기 제1 및 제2 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 다른 부분만 설명한다.
주사 유닛(U1c)에 입사되는 노광용의 빔(LB1)(평행 광속)은, 다이크로익 미러(DM)를 -Zt 방향으로 통과해 반사 미러(M20)에 입사된다. 이 빔(LB1)은, 조사 중심축(Le1)과 동일 축이 되도록 반사 미러(M20)에 입사된다. 또, 광원 장치(LS2)로부터 -Xt 방향으로 진행하는 비감광성의 계측광(ML1)(평행 광속)은, 다이크로익 미러(DM)에 의해서 -Zt 방향으로 반사되어 반사 미러(M20)에 입사된다. 이 계측광(ML1)도, 조사 중심축(Le1)상을 따라서 반사 미러(M20)에 입사된다. 또, 반사 미러(M23)와 반사 미러(M24)와의 사이, 및 반사 미러(M25)와 기판(P)과의 사이에 있어서, 빔(LB1)(계측광(ML1))의 광로상에는, 보정용 광학 렌즈(G30, G31)가 삽탈(揷脫) 가능하게 마련되어 있다. 이 보정용 광학 렌즈(G30, G31)는, 계측광(ML1)의 파장(또는 파장 대역)과 빔(LB1)의 파장(또는 파장 대역)의 다름에 따라 생기는 색수차에 의한 영향을 보정하기 위한 렌즈이다. 주사 유닛(U1c) 내의 광학부재는, 빔(LB1)의 스폿광(SP)이 직선 모양의 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사되도록 설정되어 있기 때문에, 상술한 것처럼, 색수차의 영향에 의해서, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 주사 라인(MSL1)은 묘화 라인(SL1)에 대해서 변형하거나, 스폿광(MSP) 자체가 원형으로부터 왜곡하여 버린다. 따라서 보정용 광학 렌즈(G30, G31)를 마련함으로써, 색수차에 의한 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 주사 라인(MSL1)의 변형을 보정한다. 이 보정용 광학 렌즈(G30, G31)는, 도시하지 않은 액츄에이터에 의해서, 빔(LB1)(계측광(ML1))의 광로상으로부터 퇴피할 수 있다. 또한, 보정용 광학 렌즈(G30, G31)의 배치 위치는, 도 20에 도시되는 위치로 한정되지 않는다.
광원 장치(LS2)는, 주사 유닛(U1)에 입사되는 빔(LB1)의 강도가 저레벨이 되어 있을 때, 계측광(ML1)을 주사 유닛(U1c)에 입사시킨다. 예를 들면, 제어 장치(16)의 통괄 제어부(104)는, 주사 유닛(U1c)이 제2 패턴(PT2)을 묘화 노광하지 않는 기간에, 광원 장치(LS2)에 계측광(ML1)을 발광시킴으로써, 계측광(ML1)을 주사 유닛(U1c)에 입사시킨다. 또, 통괄 제어부(104)는, 앞서 설명한 액츄에이터를 제어함으로써, 주사 유닛(U1c)에 의해서 제2 패턴(PT2)이 묘화 노광되고 있는 동안은, 보정용 광학 렌즈(G30, G31)를 빔(LB1)(계측광(ML1))의 광로상으로부터 퇴피시킨다. 즉, 주사 유닛(U1c)에 의한 제2 패턴(PT2)의 묘화 노광중에, 보정용 광학 렌즈(G30, G31)를 빔(LB1)의 광로상에 배치하면, 스폿광(SP)의 묘화 라인(SL1)이 변형해 버리므로, 이 경우는, 보정용 광학 렌즈(G30, G31)를 퇴피시킨다. 한편, 통괄 제어부(104)는, 앞서 설명한 액츄에이터를 제어함으로써, 계측광(ML1)을 주사 유닛(U1c)에 입사시키는 기간 중(제2 패턴(PT2)을 묘화 노광하지 않는 동안)은, 보정용 광학 렌즈(G30, G31)를 빔(LB1)(계측광(ML1))의 광로상에 위치시킨다. 이것에 의해, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사할 수 있다. 즉, 스폿광(SP)의 주사와 스폿광(MSP)과의 주사가 택일적으로 행해진다.
따라서, 주사 유닛(U1c)에 의해서 제2 패턴(PT2)이 묘화 노광되고 있지 않은 동안은, 광 검출기(DT1m)에 의해서 계측광(ML1)의 기판(P)으로부터의 반사광을 검출하고, 주사 유닛(U1c)에 의해서 제2 패턴(PT2)이 묘화 노광되고 있는 동안은, 광 검출기(DT1)에 의해서 빔(LB1)의 기판(P)으로부터의 반사광을 검출할 수 있다.
제어 장치(16)는, 기판(P)을 반송 방향(+X 방향)으로 반송시킨 상태에서, 주사 유닛(U1c)에 의한 제2 패턴(PT2)의 묘화 노광을 행하지 않고, 광원 장치(LS2)에 계측광(ML1)을 발광시켜, 계측광(ML1)을 주사 유닛(U1c)에 입사시켜도 된다. 이것에 의해, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)이 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사된다. 계측부(116)는, 광 검출기(DT1m)가 검출한 검출 신호(광전 신호)(PS1)에 기초하여, 노광 영역(W)에 형성되어 있는 하층의 제1 패턴(PT1)의 위치나 형상을 계측할 수 있다. 그리고 제어 장치(16)는, 기판(P)을 역 방향(-X 방향)으로 반송하여 기판(P)을 소정량 되감은 후, 보정용 광학 렌즈(G30, G31)를 퇴피시킨 상태에서, 다시 기판(P)을 +X 방향으로 반송한다. 그리고 제어 장치(16)는, 위치, 형상을 측정한 제1 패턴(PT1)에 겹쳐 맞추도록 제2 패턴(PT2)을 묘화 노광한다. 이 때, 제1 패턴(PT1)의 위치, 형상은 이미 계측되어 있으므로, 제어 장치(16)의 노광 제어부(114)는, 이 계측 결과에 기초하여, 새롭게 묘화 노광하는 제2 패턴(PT2)의 묘화 상태(묘화 위치, 묘화 배율 등)를 보정한다. 따라서 제1 패턴(PT1)이 대한 제2 패턴(PT2)의 위치 맞춤, 겹침 맞춤을 고정밀도로 실시할 수 있다.
주사 유닛(U1c)은, fθ 렌즈(FT)와 실린드리칼 렌즈(CYb)에 의해서 색수차 보정이 가능한 경우는, 보정용 광학 렌즈(G30, G31)를 구비하지 않아도 된다. 이 경우는, 계측부(116)는, 도 16에 도시한 것 같은 오차 맵(보정 맵)을 이용하여, 제1 패턴(PT1)의 위치, 형상을 측정한다. 이 경우는, 광원 장치(LS2)는, 주사 유닛(U1c)에 강도가 고레벨인 빔(LB1)이 입사되고 있지 않은 동안에, 계측광(ML1)을 주사 유닛(U1c)에 입사하여도 된다. 이것에 의해, 주사 유닛(U1c)에는, 강도가 고레벨인 빔(LB1)과 계측광(ML1) 중 어느 일방이 입사하게 된다. 즉, 통괄 제어부(104)는, 묘화 데이터 출력부(112)가 출력하는 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 논리 정보가 0이 되는 기간에, 광원 장치(LS2)가 계측광(ML1)을 발광하도록 제어해도 된다. 이것에 의해, 주사 유닛(U1c)이 제2 패턴(PT2)을 묘화하고 있는 중이라도, 제1 패턴(PT1)의 위치, 형상을 계측할 수 있다. 즉, 광 검출기(DT1)는, 빔(LB1)의 스폿광(SP)이 기판(P)에 투사되고 있을 때 발생하는 반사광을 검출하고, 빔(LB1)의 스폿광(SP)이 기판(P)에 투사되고 있지 않을 때는 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)이 기판(P)에 투사되고 있을 때 발생하는 반사광이 광 검출기(DT1m)에 의해서 검출된다. 따라서 스폿광(SP)이 투사되지 않는 영역에 있어서도, 제1 패턴(PT1)의 위치, 형상을 계측할 수 있다. 또한, 계측광(ML1)은, 기판(P)에 대해서 비감광성이기 때문에, 다이크로익 미러(DM)를 거쳐, 상시, 주사 유닛(U1c)에 계속 입사되도록 해도 된다.
《변형예 3》 또한, 상기 제1 및 제2 실시 형태(변형예도 포함함)에 있어서는, 빔(LBn) 및 계측광(MLn)을 편향시키는 부재로서 폴리곤 미러(PM)를 이용했지만, 폴리곤 미러(PM) 이외의 것이라도 된다. 예를 들면, 폴리곤 미러(PM)를 대신하여, 도 21에 도시한 것 같은 광을 반사하는 평면 모양의 반사면을 가지는 요동 부재(갈바노(galvano) 미러)(GM)를 채용해도 된다. 이 요동 부재(요동 반사경)(GM)는, 도시하지 않은 구동 부재에 의해서 Zt축과 평행하게 설정되는 회전축(AXs)을 중심으로 소정의 흔들림 각도의 범위 내에서 진동(요동)한다. 요동 부재(GM)가 회전축(AXs)을 중심으로 요동(진동) 하는 것에 의해서, 빔(LBn)(계측광(MLn))을 편향시킬 수 있다. 이 경우도, 요동 부재(GM)의 반사면은, fθ 렌즈(FT)의 입사동(入射瞳)의 위치(전측 초점의 위치)에 마련되고, 회전축(AXs)은 fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)과 교차하도록 배치된다.
《변형예 4》 상기 제1 및 제2 실시 형태(변형예도 포함함)에서는, 스폿광(SP, MSP)의 각각의 투사에 의해서 기판(P)으로부터 발생하는 반사광을, 폴리곤 미러(PM)를 거쳐 광 검출기(DTn(DT1~DT6)), 또는 광 검출기(DTnm(DT1m~DT6m))를 이용하여 검출하도록 했지만, 폴리곤 미러(PM)를 거치지 않고, 기판(P)으로부터의 반사광을 검출하도록 해도 된다.
도 22는, 변형예 4에 있어서의 광 검출기(DTRn)의 배치예를 나타내는 도면이다. 광 검출기(DTRn)는, 주사 유닛(Un(Una, Unb, Unc)) 마다 마련되어 있다. 광 검출기(DTRn)는, 실린드리칼 렌즈(CYb)와 기판(P)과의 사이에 마련되어, 실린드리칼 렌즈(CYb)를 투과한 빔(LBn)(또는 계측광(MLn))의 스폿광(SP)(또는 MSP)이 기판(P)에 투사되도록, 개구부(OP)가 마련되어 있다. 광 검출기(DTRn)의 개구부(OP) 부근에는, 스폿광(SP)(또는 MSP)의 주사 방향을 따라서 PIN 포토 다이오드(도시 생략) 등이 복수 배치되어 있다. 이 복수의 PIN 포토 다이오드는, 스폿광(SP)(또는 MSP)의 주사 방향(Y 방향)을 따라서 일정한 간격으로 마련되어 있다.
앞의 도 10a에서 설명한 것처럼, 기판(P)상에 형성된 제1 패턴(PT1)이 단차 구조를 가지는 경우, 그 단차 엣지부에서는 산란광(Ldf)이 발생한다. 광 검출기(DTRn)의 PIN 포토 다이오드는, 그러한 반사 산란광(Ldf)(또는 반사 회절광)을 검출하는 센서이다. 상술한 것처럼, 스폿광(SP(MSP))의 주사 위치는, 스폿광(SP)(또는 MSP)의 주사 개시시부터 발진한 클록 신호(LTC)의 클록 펄스 수, 또는 스폿광(SP)(또는 MSP)의 주사 개시시각으로부터의 경과시간에 의해서 특정할 수 있다. 따라서 계측부(116)는, 스폿광(SP)(또는 MSP)의 주사 위치(투사 위치)에 따른 위치의 PIN 포토 다이오드의 검출 신호(광전 신호)를, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스에 응답해 A/D 컨버터로 디지털 샘플링함으로써, 스폿광(SP)(또는 MSP)의 주사 위치에 대응한 산란광에 의한 2차원의 화상 데이터를 생성할 수 있다. 그 화상 데이터에 기초하여, 계측부(116)는, 제1 패턴(PT1)의 위치나 형상, 혹은 제1 패턴(PT)과 제2 패턴(PT2)과의 상대적인 위치 관계 중 적어도 하나를 계측한다.
《변형예 5》 상기 제1 및 제2 실시 형태(변형예도 포함함)에서는, 광원 장치(LSa, LSb)의 펄스광 발생부(20)에 마련된 묘화용 광 변조기로서의 전기 광학 소자(강도 변조부)(36)를, 묘화 비트열 데이터(SBa)(시리얼 데이터(DL1~DL3)), SBb(시리얼 데이터(DL4~DL6))를 이용하여 스위칭하도록 했다. 그렇지만, 변형예 5에서는, 묘화용 광 변조기로서 전기 광학 소자(36)를 대신해 묘화용 광학 소자(AOM)를 이용한다. 이 묘화용 광학 소자(AOM)는, 음향 광학 변조 소자(AOM：Acousto-Opticmodulator)이다.
도 23은, 패턴 데이터에 따라 스폿광의 강도를 변조하는 전기 광학 소자(36)를 대신해 묘화용 광학 소자(AOM)를 이용한 경우의, 묘화용 광학 소자(AOM)의 배치예를 나타내는 도면이다. 빔 전환부(BDU)의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3) 가운데, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)이 최초로 입사되는 선택용 광학 소자(AOM1)와 광원 장치(LSa)와의 사이에, 묘화용 광학 소자(강도 변조부)(AOM)(이하, AOMa)를 배치한다. 마찬가지로, 빔 전환부(BDU)의 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6) 가운데, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)이 최초로 입사되는 선택용 광학 소자(AOM4)와 광원 장치(LSb)와의 사이에, 묘화용 광학 소자(강도 변조부)(AOM)(이하, AOMb)를 배치한다. 이 묘화용 광학 소자(AOMa)는, 묘화 비트열 데이터(SBa)(시리얼 데이터(DL1~DL3))에 따라 스위칭되고, 묘화용 광학 소자(AOMb)는, 묘화 비트열 데이터(SBb)(시리얼 데이터(DL4~DL6))에 의해서 스위칭된다. 이 묘화용 광학 소자(AOMa(AOMb))는, 화소의 논리 정보가 「0」인 경우는 입사한 빔(LBa(LBb))을 투과하여 도시하지 않은 흡수체로 안내하고, 화소의 논리 정보가 「1」인 경우는 입사한 빔(LBa(LBb))을 회절시킨 1차 회절광을 발생한다. 이 발생한 1차 회절광이 선택용 광학 소자(AOM1(AOM4))로 안내된다. 따라서 화소의 논리 정보가 「0」인 경우는, 기판(P)의 피조사면상에 스폿광(SP)이 투사되지 않기 때문에, 스폿광(SP)의 강도는 저레벨(제로)로 되고, 화소의 논리 정보가 「1」인 경우는, 스폿광(SP)의 강도는 고레벨로 된다. 이것에 의해, 주사 유닛(U1~U3(U4~U6))에 의해서 주사되는 스폿광(SP)의 강도를 시리얼 데이터(DL1~DL3(DL4~DL6))에 따라 변조시킬 수 있다.
또, 묘화용 광학 소자(강도 변조부)(AOMcn(AOMc1~AOMc6))를 주사 유닛(Un(Una, Unb, Unc)) 마다 마련해도 된다. 이 경우는, 묘화용 광학 소자(AOMcn)는, 빔(LBn)의 진행 방향으로부터 보아 폴리곤 미러(PM)(또는 요동 부재(GM))의 직전에 배치된다. 이 각 주사 유닛(Un(Una, Unb, Unc))의 묘화용 광학 소자(AOMcn)는, 각 시리얼 데이터(DLn)에 따라 스위칭된다. 예를 들면, 주사 유닛(U1)(U1a, U1b, U1c) 내에 마련된 묘화용 광학 소자(AOMc1)는, 시리얼 데이터(DL1)에 따라 스위칭된다. 각 주사 유닛(Un(Una, Unb, Unc))의 묘화용 광학 소자(AOMcn)는, 화소의 논리 정보가 「0」인 경우는, 입사한 빔(LBn)을 도시하지 않은 흡수체로 안내하고, 화소의 논리 정보가 「1」인 경우는 입사한 빔(LBn)을 회절시킨 1차 회절광을 발생한다. 이 발생한 1차 회절광(빔(LBn))은, 폴리곤 미러(PM)(또는 요동 부재(GM))로 안내되어 스폿광(SP)으로서 기판상에 투사된다.
《변형예 6》 또, 빔(LBn)(또는 계측광(MLn))의 스폿광(SP)(또는 MSP)을 마크(MKm)가 형성된 영역에 대해서 주사해도 된다. 이것에 의해, 광 검출기(DTn(DTnm, DTRn))가, 빔(LBn)(또는 계측광(MLn))에 의해서 마크(MKm)가 주사되었을 때에 마크(MKm)에서 발생하는 반사광(정규 반사광 또는 산란광)을 검출함으로써, 계측부(116)는, 마크(MKm)의 위치를 계측할 수 있다. 이것에 의해, 노광 영역(W)(제1 패턴(PT1))의 형상 왜곡 등을 검출할 수 있다.
도 24는, 기판(P)상의 십자 모양의 마크(MKm)를 스폿광(SP(MSP))으로 주사하는 모습을 나타낸다. 도 24에 도시한 것 같이, 마크(MKm)의 형상이 십자 형상인 경우, 그 크로스포인트(CMm)를 마크(MKm)의 위치로서 검출할 필요가 있다. 그리고 미리 설계상에서 정해져 있는 기판(P)상의 마크(MKm)의 예측 위치(CWm), 또는 직전에 얼라이먼트계(얼라이먼트 현미경(AM11~AM14))에 의해서 계측되어 정해지는 마크(MKm)의 예측 위치(CWm)를 중심으로 하는 2차원의 계측 영역(Mar)에 대해서, 빔(LBn)(또는 계측광(MLn))을 고레벨(온 상태)로 하여 스폿광(SP(MSP))에 의한 주사를 행한다. 즉, 묘화용의 빔(LBn)의 스폿광(SP)으로 계측 영역(Mar)을 2차원 주사하는 경우, 직사각형 모양의 계측 영역(Mar)이 앞의 도 11에서 설명한 더미 패턴(PT2b)에 상당한 것이 된다. 통상, 마크(MKm)는, 전자 디바이스용의 회로 패턴(제1 패턴(TP1))으로서 기능하지 않는 관계없는 패턴이며, 묘화용의 스폿광(SP)의 주사에 의해서 계측 영역(Mar)의 레지스터층이 노광되어도 문제 없다.
계측부(116)는, 스폿광(SP(MSP))의 주사에 의해서 광 검출기(DTn)(또는 DTnm, DTRn)에서 출력되는 광전 신호의 파형에 의해서 생성되는 2차원의 화상 데이터를 해석하여, 계측 영역(Mar) 내에서의 마크(MKm)의 크로스포인트(CMm)의 위치를 구하고, 계측 영역(Mar)의 중심인 예측 위치(CWm)와의 편차(XY 방향의 각 편차량)를 구한다. 이것에 의해서, 얼라이먼트계(얼라이먼트 현미경(AM11~AM14))에 의해서 계측된 마크(MKm)의 예측 위치(CWm)가, 어느 정도 어긋나는지를 확인할 수 있다. 통상은, 예측 위치(CWm)와 크로스포인트(CMm)의 위치와의 편차가 허용 범위 내에서 일치하도록, 얼라이먼트계(얼라이먼트 현미경(AM11~AM14))과 각 주사 유닛(Un(Una, Unb, Unc))은 정밀하게 조정되어 배치되어 있다. 그 때문에, 예측 위치(CWm)와 크로스포인트(CMm)의 위치와의 사이에 허용 범위 이상의 편차가 생겼을 경우는, 노광 장치(EX) 내의 온도 변화에 의한 금속 부재의 신축에 의해서 기계적인 배치 관계에 드리프트(drift)가 발생하고 있는 것이 예견된다. 혹은 기판(P)상의 마크(MKm)가, 얼라이먼트계(얼라이먼트 현미경(AM11~AM14))에서 검출되는 위치로부터, 스폿광(SP 또는 MSP)으로 주사되는 계측 영역(Mar)의 위치까지 이동해 나가는 동안에, 회전 드럼(DR)의 외주면에 지지되어 있는 기판(P)이 미크론 단위로 외주면상을 미끄러지는 마이크로 슬립 현상이 발생하고 있는 것이 예견된다.
노광 장치(EX) 내의 온도 변화에 의한 드리프트는 시간적으로 완만하게 생기므로, 예측 위치(CWm)와 크로스포인트(CMm)의 위치와의 사이의 편차를, 기판(P)상에 장척 방향으로 일정 간격으로 늘어서는 마크(MK1, MK4)(도 4 참조)를 사용하여 순서대로 구하면, 그 드리프트의 변화의 경향이나 정도에 기초하여 허용 범위 이상이 되는지 여부를 사전에 예측하고, 보정하는 것이 가능하다. 또한, 마이크로 슬립 현상에 대해서는, 앞의 제2 실시 형태에 있어서의 도 17a, 17b와 도 18에 도시한 것 같이, 계측광(ML1)에 의한 스폿광(MSP)의 주사 라인(MSL1)을, 묘화용의 스폿광(SP)의 묘화 라인(SL1)에 대해서 오프셋 거리 Οfx만큼, 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향)에 배치하고, 광 검출기(DTnm 또는 DTRn)에서 출력되는 광전 신호의 파형에 의해서 생성되는 화상 데이터를 고속으로 해석함으로써, 마이크로 슬립이 일어난 위치, 마이크로 슬립의 미끄러짐량이, 묘화용의 스폿광(SP)에 의한 패턴 묘화의 직전에 예측 가능하고, 미끄러짐량에 따라서는 묘화 보정도 가능하다.
또한, 기판(P)의 변형(신축 등)이 적은 경우, 기판(P)의 회전 드럼(DR)상에서의 반송 방향(X 방향)이나 폭 방향(Y 방향)으로의 위치 어긋남이 적은 경우, 혹은 마이크로 슬립 현상도 인정되지 않는 경우에는, 얼라이먼트계(얼라이먼트 현미경(AM11~AM14))를 사용하지 않아도, 광 검출기(DTn)(또는 DTnm, DTRn)를 이용하여, 마크(MKm)의 크로스포인트(CMm)의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다. 마이크로 슬립 현상은, 앞의 도 3, 도 4로 도시한 것 같이, 홀수번째 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 위치로부터 짝수번째 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 위치까지, 기판(P)이 반송 방향(부주사 방향)으로 이동하고 있을 때에도 생길 수 있다. 그 경우는, 예를 들면, 홀수번째 주사 유닛(U1)의 광 검출기(DT1)(또는 DT1m, DTR1)로부터의 광전 신호의 파형에 기초하여 계측되는 기판(P)상의 제1 패턴(PT1)의 부주사 방향의 위치와, 짝수번째 주사 유닛(U2)의 광 검출기(DT2)(또는 DT2m, DTR2)로부터의 광전 신호의 파형에 기초하여 계측되는 기판(P)상의 제1 패턴(PT1)의 부주사 방향의 위치를 비교하여, 그 위치의 차이가 부주사 방향에 관해서 설계상에서 정해지는 소정의 거리와 맞고 있는지 여부를 판단하면 된다. 이와 같이, 홀수번째 주사 유닛(U1, U3, U5)의 각각의 광 검출기(DTn(DTnm, DTRn))로부터의 광전 신호에 기초하여 계측되는 제1 패턴(TP1)(본 패턴(TP1a) 또는 더미 패턴(TP1b))의 부주사 방향의 위치 정보와, 짝수번째 주사 유닛(U2, U4, U6)의 각각의 광 검출기(DTn(DTnm, DTRn))로부터의 광전 신호에 기초하여 계측되는 제1 패턴(TP1)(본 패턴(TP1a) 또는 더미 패턴(TP1b))의 부주사 방향의 위치 정보를 비교하는 것에 의해서, 홀수번째 주사 유닛(Un)과 짝수번째 주사 유닛(Un)의 각각에 의해서 노광되는 제2 패턴(TP2)(본 패턴(TP2a), 더미 패턴(TP2b))의 부주사 방향에 관한 이음 정밀도, 혹은 주주사 방향에 관한 이음 정밀도를 확인할 수도 있다.
［제3 실시 형태］
상기 제1 및 제2 실시 형태(변형예도 포함함)에서는, 주사 유닛(Un(Una, Unb, Unc))은, 폴리곤 미러(PM)를 이용하여 스폿광(SP)을 주사하여 제2 패턴(PT2)을 묘화하도록 했지만, 제3 실시 형태에서는, 이른바 DMD(디지털 마이크로 미러 디바이스)를 이용하여 제2 패턴(PT2)을 묘화한다.
제3 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)를 가지는 주사 유닛(Un(Una, Unb, Unc))을 대신하여, DMD(공간 광 변조 소자)를 가지는 묘화 유닛(DUn)을 구비한다. 본 제3 실시 형태에 있어서도, 묘화 유닛(DUn)(DU1~DU6)은, 기판(P)의 반송 방향(X 방향)으로 2열로 지그재그 배열로 배치되어 주주사 방향(Y 방향)에 관해서도 묘화 영역을 분담하고 있다.
도 25는, 묘화 유닛(DUn)의 구성을 나타내는 도면이다. 묘화 유닛(DUn)에 입사된 P편광의 빔(평행 광속)(LBn)은, DMD로 구성되는 묘화 패턴 형성부(SLM)에 입사된다. 묘화 패턴 형성부(SLM)는, 매트릭스 모양에 배치된 도시하지 않은 복수의 마이크로 미러를 가진다. 묘화 패턴 형성부(SLM)에 입사되는 평행 광속의 빔(LBn)은, 묘화 패턴 형성부(SLM)의 복수의 마이크로 미러가 형성된 영역의 크기에 맞춘 사이즈의 단면 형상을 가진다. 이 마이크로 미러의 개개의 경사 각도를 바꿈으로써, 입사한 광을 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 향해서 반사할지 여부를 마이크로 미러 단위로 전환할 수 있다. 복수의 마이크로 미러는, 제어 장치(16)의 제어 하에, 도시하지 않은 DMD 구동부에 의해서 그 경사 각도가 바뀐다. 구체적으로는, 제어 장치(16)는, 패턴 데이터에 따라서, 복수의 마이크로 미러를 온/오프로 한다. 온인 마이크로 미러는, 입사한 광을 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 향해서 반사하고, 오프인 마이크로 미러는, 입사한 광을 도시하지 않은 흡수체를 향해서 반사한다. 따라서 온인 마이크로 미러에서 반사된 광만이 마이크로 렌즈 어레이(MLA)에 안내된다. 그 때문에, 묘화 패턴 형성부(SLM)에서 반사된 빔(LBn) 가운데, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)에 안내되는 빔(LBP)은, 패턴 데이터에 따른 광 패턴을 가진다.
묘화 패턴 형성부(SLM)에서 반사된 빔(LBP)은, 확대 배율을 가지는 릴레이 렌즈계(G40)(집광 렌즈(G40a) 및 콜리메이트 렌즈(G40b))를 거쳐 마이크로 렌즈 어레이(MLA)에 입사된다. 집광 렌즈(G40a)는, 묘화 패턴 형성부(SLM)에서 반사된 빔(LBP)을 집광하고, 콜리메이트 렌즈(G40b)는, 집광 렌즈(G40a)에서 집광된 후, 확산된 빔(LBP)을 평행 광속으로 한다. 이 집광 렌즈(G40a)와 콜리메이트 렌즈(G40b)에 의해서, 묘화 패턴 형성부(SLM)가 마이크로 렌즈 어레이(MLA) 측으로 반사한 빔(LBP)을 확대시킬 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(MLA)는, 매트릭스 모양에 배치된 복수의 마이크로 렌즈(볼록 렌즈)를 가지고, 묘화 패턴 형성부(SLM)의 복수의 마이크로 미러의 각각에 대응하여, 마이크로 렌즈가 형성되어 있다. 마이크로 렌즈 어레이(MLA)의 복수의 마이크로 렌즈가 형성된 영역은, 묘화 패턴 형성부(SLM)의 복수의 마이크로 미러가 형성된 영역보다 크다. 따라서 릴레이 렌즈계(G40)는, 묘화 패턴 형성부(SLM)의 마이크로 미러가 마이크로 렌즈 어레이(MLA) 측으로 반사한 광이 대응하는 마이크로 렌즈에 입사하도록, 빔(LBP)을 확대시킨다.
마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 투과한 빔(LBP)은, 개개의 마이크로 렌즈의 초점면(p1)에서 스폿광으로 집광된 후, 발산하여 편광빔 스플리터(PBS2)에 입사된다. 편광빔 스플리터(PBS2)는, P편광의 광을 투과하고, S편광의 광을 반사한다. 빔(LBP)은, P편광의 광이므로, 편광빔 스플리터(PBS2)는, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)의 개개의 마이크로 렌즈를 투과한 빔(LBP)을 투과한다. 편광빔 스플리터(PBS)를 투과한 빔(LBP)은, λ/4 파장판(QW1), 결상 렌즈계(G41)(제1 렌즈군(G41a) 및 제2 렌즈군(G41b)을 포함함)를 거쳐 기판(P)에 투사된다. 결상 렌즈계(G41)는, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)의 사출측의 초점면(p1)과 기판(P)의 표면을 광학적으로 공역인 관계(결상 관계)로 하고, 초점면(p1)에 형성되는 스폿광을 기판(P)상에 결상 투영한다.
여기서, 도 26에 도시한 것 같이, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)의 복수의 마이크로 렌즈(MLe)는, 대응하는 묘화 패턴 형성부(SLM)의 마이크로 미러로부터 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 향해 반사된 광을, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)와 편광빔 스플리터(PB2)와의 사이에 위치하는 초점면(p1)상에서 집광한다. 마이크로 미러로부터 대응하는 마이크로 렌즈(MLe)에 입사되는 광은, 조리개로서 기능하는 핀홀(PH)을 거쳐, 마이크로 렌즈(MLe)에 입사한다. 초점면(p1)과 기판(P)의 피조사면과는 공역관계가 되도록 결상 렌즈계(G41)가 설계되어 있다. 따라서 묘화 패턴 형성부(SLM)의 복수의 마이크로 미러로부터 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 향해 반사된 복수의 광은, 스폿광이 되어 기판(P)상에 투사된다. 또한, 핀홀(PH)은, 초점면(p1)에 형성되는 스폿광(빔 웨스트(beam waist))의 지름에 따른 사이즈로 하여, 초점면(p1)에 배치해도 된다.
또, 기판(P)에 투사된 빔(LBP)(개개의 마이크로 렌즈(MLe)로부터 사출한 빔에 의한 스폿광)의 기판(P)에서의 반사광은, 결상 렌즈계(G41) 및 λ/4 파장판(QW1)을 투과하여 편광빔 스플리터(PBS2)에 입사한다. 편광빔 스플리터(PBS2)에 입사되는 기판(P)으로부터의 반사광은, λ/4 파장판(QW1)에 의해서 S편광의 광이 되므로, 편광빔 스플리터(PBS2)에서 반사된다. 편광빔 스플리터(PBS2)에서 반사된 빔(LBP)의 반사광은, 결상 렌즈계(G42)를 거쳐 촬상 소자(IE)의 수광면에 입사된다. 편광빔 스플리터(PBS2)와 렌즈계(G42)와의 사이에 위치하는 면(P2)과, 기판(P)의 피조사면과는 공역 관계(결상 관계)로 되어 있다. 따라서 묘화 패턴 형성부(SLM)의 복수의 마이크로 미러에서 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 향해서 반사되어 기판(P)상에서 스폿광이 된 광의 반사광은, 면(P2)상에서, 기판(P)의 표면의 반사 특성(반사율, 산란성)에 따라 강도가 변화하는 스폿광이 된다. 결상 렌즈계(G42)는, 기판(P)으로부터의 반사광에 의해서 면(P2)에 2차원으로 분포하는 개개의 스폿광을 촬상 소자(IE)의 수광면에 결상한다. 계측부(116)는, 이 촬상 소자(IE)에서 촬상되는 반사광에 의한 스폿광의 분포를 촬상한 영상 신호에 기초하여, 제1 패턴(PT1)의 위치나 형상, 혹은 제1 패턴(PT1)과 제2 패턴(PT2)의 상대적인 위치 관계를 계측할 수 있다.
［제4 실시 형태］
이상의 각 실시 형태나 그 변형예에서는, 주사 유닛(Un)(혹은 Una, Unb, Unc)에 마련된 광 검출기(DTn)(또는 DTnm, DTRn)로부터의 광전 신호에 기초하여, 기판(P)에 형성된 제1 패턴(TP1)의 위치 어긋남이나 겹침 맞춤 오차를 구하는 것으로 했지만, 본 실시의 형태에서는, 묘화용의 빔(LBn)에 의한 스폿광(SP)이나 비감광성의 계측광(MLn)에 의한 스폿광(MSP)이, 기판(P)의 표면에 올바르게 포커스 설정되어 있는지 여부를 확인하여, 포커스 어긋남이 발생하고 있을 때는, 그 차이를 조정하는 기능을 갖도록 한다. 도 27은, 본 실시의 형태에 의한 주사 유닛(U1a')의 구성의 일부를 나타내고, 기본적인 구성은 앞의 도 14에서 나타내는 주사 유닛(U1a)과 동일하고, 다른 점은, 특히 축상 색수차(핀트 위치의 어긋남)의 보정을 위해서 렌즈계(G23a, G23b)를 마련함과 아울러, 광 검출기(DT1m), 렌즈계(G23a, G23b) 중 적어도 1개를 광축 방향으로 조정 가능, 혹은 고속으로 왕복 이동 가능하게 마련한 것이다.
도 14의 구성에서는, 계측용의 광원 장치(LS2)로부터의 비감광성의 계측광(ML1)을 평행 광속으로서 편광빔 스플리터(PBS)에 입사시켰지만, 도 27의 본 실시의 형태에서는, 편광빔 스플리터(PBS)에 입사시키는 계측광(ML1)이 색수차 보정을 위해서 약간 수렴(또는 발산)하도록, 렌즈계(G23a)에 의해서 조정된다. 편광빔 스플리터(PBS)를 투과한 계측광(ML1)은, 도 14에서 설명한 것처럼, 다이크로익 미러(DM)에서 반사되어 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)를 통과하여, 폴리곤 미러(PM)의 하나의 반사면(RP)에 이르고, 거기서 XtYt 면과 평행한 면 내에서 편향되어 fθ 렌즈(FT)에 입사된다. 렌즈계(G23a)의 위치를 광축 방향으로 조정함으로써, 기판(P)에 투사되는 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)의 사이즈를 조정할 수 있다. 이것은, 기판(P)측에서 수렴하는 계측광(ML1)의 빔 웨스트의 위치를 fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)의 방향으로 시프트 하는 것, 즉, 계측광(ML1)의 포커스 위치를 광축 방향으로 조정하는 송광계측에서의 핀트 조정을 의미한다. 또, 기판(P)에 투사된 계측광(ML1)에 의한 기판(P)으로부터의 정규 반사광은, 편광빔 스플리터(PBS)에서 반사되어, 광 검출기(DT1m)를 향하지만, 본 실시의 형태에서는, 편광빔 스플리터(PBS)와 광 검출기(DT1m)의 사이에, 색수차 보정을 위한 렌즈계(G23b)가 마련되므로, 광 검출기(DT1m)를 향하는 기판(P)으로부터의 정규 반사광은 수렴한 빔으로 된다. 광 검출기(DT1m)의 직전에는, 핀홀 판(PHd)이 배치된다.
렌즈계(G23b)는, 계측광(ML1)의 파장 대역에 있어서, 핀홀 판(PHd)의 핀홀(미소 개구)과 기판(P)의 표면이 광학적으로 공역관계가 되도록 보정하는 것으로, 렌즈계(G23b)의 위치를 광축 방향으로 조정함으로써, 핀홀 판(PHd)상에 생성되는 정규 반사광의 스폿광의 사이즈를 조정할 수 있다. 이것은, 수광계측에서도 핀트 조정할 수 있는 것을 의미한다. 이러한 구성에 있어서, 광 검출기(DT1m)와 핀홀 판(PHd)을 일체로 하여 광축 방향으로 이동시키면, 핀홀 판(PHd)의 핀홀을 투과하여 광 검출기(DT1m)에 이르는 정규 반사광의 광량이 변화한다. 핀홀 판(PHd)의 광축 방향의 위치가 적절한 위치(베스트 포커스 위치)로 설정되면, 핀홀을 투과하는 정규 반사광의 광량이 최대가 되고, 그 적절한 위치로부터 어긋남에 따라 핀홀을 투과하는 정규 반사광의 광량이 감소한다. 여기서, 구동 기구(DAU)에 의해서, 핀홀 판(PHd)이 부착된 광 검출기(DT1m)와 렌즈계(G23b) 중 적어도 1개를, 광축 방향으로 서보 제어 등에 의해서 고속으로 이동 가능하게 해 둔다. 그리고 기판(P)상의 주사 라인(MSL1) 중에 제1 패턴(PT1)의 단차 엣지 등이 없는 상태에서, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)을 주사했을 때에 기판(P)으로부터 발생하는 정규 반사광의 광량 변화를 광 검출기(DT1m)에서 검출하면서, 핀홀 판(PHd)이 부착된 광 검출기(DT1m), 혹은 렌즈계(G23b)를 광축 방향으로 소정의 스트로크 범위에서 스위프(sweep) 이동시킨다. 이 때, 광 검출기(DT1m)에서 출력되는 광전 신호는, 베스트 포커스 상태일 때에 극대값을 가지는 파형이 된다. 그 극대치가 되었을 때의 핀홀 판(PHd)이 부착된 광 검출기(DT1m), 혹은 렌즈계(G23b)의 광축 방향의 위치를 모니터함으로써, 베스트 포커스 상태가 되는 기판(P)의 포커스 방향의 위치가 특정된다.
이와 같이, 기판(P)의 표면의 광축(fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)) 방향의 위치(포커스 위치)를, 계측광(ML1)을 사용해 계측하는 경우, fθ 렌즈(FT)로부터 투사되는 묘화용의 빔(LB1)의 빔 웨스트 위치와 계측광(ML1)의 빔 웨스트 위치를, 광축 방향에 관해서 일치하게 해두면 된다. 그러기 위해서는, 예를 들면, 구동 기구(DAU)에 의해서, 렌즈계(G23a)의 광축 방향의 위치를 조정하여, 계측광(ML1)의 빔 웨스트 위치를 광축 방향으로 시프트한다. 그러한 상태에서, 계측광(ML1)을 사용해 계측되는 기판(P)의 포커스 위치로부터의 어긋남량이 허용치 이상인 경우, 묘화용의 빔(LB1)의 빔 웨스트 위치도 기판(P)의 표면으로부터 광축 방향으로 시프트하고 있게 된다. 그래서, 예를 들면, 도 5의 주사 유닛(Un)이나 도 20의 주사 유닛(Unc)에 도시한 빔 익스팬더(BE)의 2개의 집광 렌즈(Be1, Be2) 중 적어도 일방의 위치를 광축 방향으로 조정 가능한 구성(포커스 조정 기구)으로 하여, fθ 렌즈(FT)로부터 투사되는 묘화용의 빔(LB1)의 빔 웨스트 위치를 fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf) 방향으로 변위할 수 있도록 한다. 이와 같이, 묘화용의 빔(LBn)의 스폿광(SP)을 기판(P)상에서 가장 샤프하게 집광시키는 포커스 조정 기구는, 주사 유닛(Un, Una, Unb, Unc)의 각각에 마련될 수 있다.
[상기 제4 실시 형태의 변형예]
(변형예 1) 이상의 제4 실시 형태에서는, 계측광(ML1)의 스폿광(MSP)을 기판(P)에 투사하고, 기판(P)으로부터의 반사광을 핀홀 판(PHd)상에서 스폿광으로서 재결상하며, 핀홀의 투과광량의 변화에 기초하여 기판(P)의 포커스 위치를 확인할 수 있도록 했다. 핀홀의 투과광량의 변화를 계측하기 위해서, 제4 실시 형태에서는, 핀홀 판(PHd)이 부착된 광 검출기(DT1m), 혹은 렌즈계(G23b)를 광축 방향으로 스위프 이동시키고 있었다. 즉, 광 검출기(DT1m) 또는 렌즈계(G23b)를 기계적으로 정밀하게 이동시키는 구동 기구(DAU)나 가이드 기구 등이 필요하여, 주사 유닛(Una'(U1a'~U6a'))이 대형화할 우려가 있다. 여기서, 본 변형예 1에서는, 광 검출기(DT1m) 또는 렌즈계(G23b)를 기계적으로 이동시키지 않도록, 핀홀 판(PHd)이 부착된 광 검출기(DT1m)를 3개 마련한다.
도 28은, 제4 실시 형태의 변형예 1에 의한 주사 유닛(U1a')의 구성을 나타내고, 기본적인 구성은 도 27의 주사 유닛(U1a')과 동일하고, 다른 점은, 기판(P)으로부터 발생하는 계측광(ML1)의 반사광을 광전 검출하는 렌즈계(G23b) 이후의 수광계로서 2개의 빔 스플리터(BSa, BSb)와 3개의 광전 센서부(DTPa, DTPb, DTPc)를 마련한 것이다. 광전 센서부(DTPa, DTPb, DTPc)의 각각은, 제4 실시 형태(도 27)와 마찬가지의 핀홀 판(PHd)이 부착된 광 검출기(DT1m)로 구성된다. 편광빔 스플리터(PBS)로부터 사출하여 렌즈계(G23b)를 통과한 계측광(ML1)의 반사광은, 수렴 광속으로 되어 빔 스플리터(BSa)에 입사되어, 투과 성분과 반사 성분으로 분할된다. 빔 스플리터(BSa)를 투과한 계측광(ML1)의 반사광은 광전 센서부(DTPa)에 이르고, 빔 스플리터(BSa)에서 반사한 계측광(ML1)의 반사광은 빔 스플리터(BSb)에 입사된다. 빔 스플리터(BSb)를 투과한 계측광(ML1)의 반사광은 광전 센서부(DTPb)에 이르고, 빔 스플리터(BSb)에서 반사한 계측광(ML1)의 반사광은 광전 센서부(DTPc)에 이른다. 광전 센서부(DTPa, DTPb, DTPc)의 각각의 광 검출기(DT1m)에서 출력되는 광전 신호를 SSa, SSb, SSc로 한다.
도 28에서는, 편광빔 스플리터(PBS)로부터 사출하여 렌즈계(G23b)에 입사되는 반사광(정규 반사광)을 파선으로 나타내지만, 여기에서는 반사광의 빔 지름을 확대해 과장하여 나타낸다. 기판(P)의 표면이 소정의 베스트 포커스 위치에 있는 경우, 렌즈계(G23b)에 의해서 수렴된 반사광은, 빔 스플리터(BSa, BSb)를 통과하여, 광전 센서부(DTPb)의 핀홀 판(PHd)상에 집광한다. 그 때, 빔 스플리터(BSa)만을 통과하여 광전 센서부(DTPa)를 향하는 반사광은, 반사광이 집광하는 점 보다도 직전의 위치에서 광전 센서부(DTPa)의 핀홀 판(PHd)에 이르고, 빔 스플리터(BSa, BSb)를 통과하여 광전 센서부(DTPc)를 향하는 반사광은, 반사광이 집광하는 점 보다도 후방의 위치에서 광전 센서부(DTPc)의 핀홀 판(PHd)에 이른다. 즉, 광전 센서부(DTPa)의 핀홀 판(PHd)은, 수렴하는 정규 반사광의 빔의 집광점 보다도 전의 전 핀트 위치에 배치되고, 광전 센서부(DTPb)의 핀홀 판(PHd)은, 수렴하는 정규 반사광의 빔의 집광점인 핀트 위치에 배치되고, 광전 센서부(DTPc)의 핀홀 판(PHd)은, 수렴하는 정규 반사광의 빔의 집광점 보다도 후의 후 핀트 위치에 배치된다.
광전 센서부(DTPa, DTPb, DTPc)의 각각으로부터의 광전 신호(SSa, SSb, SSc)는, 기판(P)의 포커스 위치의 변화에 대해서, 예를 들면, 도 29와 같은 특성으로 강도 변화한다. 도 29는, 세로축이 기판(P)의 포커스 위치(±50㎛의 범위)를 나타내고, 횡축이 광전 신호(SSa, SSb, SSc)의 강도를 규격화한 값을 나타내고 있다. 기판(P)의 표면이 베스트 포커스 위치에 일치하고 있는 상태를 포커스 위치 제로로 한다. 기판(P)의 표면이 +Zt 방향으로 변위하여, 예를 들면, 도 29 중의 +20㎛의 위치에 있으면, 규격화된 광전 신호(SSa, SSb, SSc)의 강도는, SSa＞SSb＞SSc의 대소 관계가 된다. 또, 기판(P)의 표면이 베스트 포커스 위치(도 29 중의 0㎛의 위치)에 있으면, 규격화된 광전 신호(SSb)가 가장 커져, 광전 신호(SSa, SSc)의 강도는 거의 같은 강도로, 광전 신호(SSb) 보다도 작아진다. 또한, 기판(P)의 표면이 -Zt 방향으로 변위하여, 예를 들면, 도 29 중의 -20㎛의 위치에 있으면, 규격화된 광전 신호(SSa, SSb, SSc)의 강도는, SSc＞SSb＞SSa의 대소 관계가 된다.
이와 같이, 규격화된 광전 신호(SSa, SSb, SSc)의 강도 변화의 특성(도 29 중의 변화 곡선)에 기초하여, 광전 신호(SSa, SSb, SSc)의 상호의 대소 관계를 모니터하는 것만으로, 기판(P)의 표면의 포커스 위치의 변화를 리얼타임으로 계측할 수 있다. 또한, 초기 조정을 위해서, 렌즈계(G23a)는 광축 방향으로 수동으로 위치 조정할 수 있도록 해 두는 것이 좋다. 이상, 도 28, 도 29와 같은 변형예에 의하면, 핀홀 판(PHd)이 부착된 광 검출기(DT1m)나 렌즈계(G23b)를 기계적으로 직선 이동시키는 구동 기구(DAU) 등이 불필요해지므로, 구동에 수반하는 진동 발생도 없어져, 포커스 위치의 계측뿐만 아니라, 묘화용의 빔(LB1)을 사용한 기판(P)상의 제1 패턴(PT1)의 위치 계측 등의 계측 정밀도의 저하도 막을 수 있다.
(변형예 2) 이상의 변형예 1에서는, 3개의 핀트 위치의 각각에, 광전 센서부(DTPa, DTPb, DTPc)를 배치한 수광계로 했지만, 변형예 2에서는, 이른바 눈동자(瞳) 분할 방식에 의해서 기판(P)의 표면의 포커스 위치(Zt 방향의 위치)의 변화를 계측한다. 눈동자 분할 방식의 하나의 방식은, 텔레센트릭 투사 렌즈계(여기에서는 fθ 렌즈(FT))를 통해 기판(P)상에 조사하는 빔(LBn)을, 투사 렌즈계의 입사동 내의 광축으로부터 일방으로 편심한 영역을 통과하도록 제한하고, 기판(P)에 이르는 빔의 주광선을 텔레센트릭 상태로부터 일방으로 기울어진 경사 조명으로 하여, 기판(P)으로부터의 정규 반사광이 투사 렌즈계를 통과하여 입사동 내를 지날 때에, 정규 반사광이 입사동 내에서 통과해야 할 본래의 위치로부터 어느 정도 어긋나 있는 지의 횡 어긋남량을 계측하는 타입이다. 도 30은, 그러한 눈동자 분할 방식의 포커스 위치 모니터를 편입한 주사 유닛(U1e(Une))의 구성을 나타내고, 다이크로익 미러(DM) 이후의 기판(P)까지의 광학 구성은, 앞의 도 14, 도 27, 도 28과 동일하다.
도 30에 있어서, 도시하지 않은 광원 장치(LS2)로부터의 다른 파장의 계측광(ML1)(직선 편광)은, 렌즈계(G25a)를 거쳐 편광빔 스플리터(PBS2)에서 반사되어, 1/4 파장판(QW)을 통과하고, 원편광으로 변환되어 다이크로익 미러(DM)를 투과한다. 다이크로익 미러(DM)에서는, 노광용의 빔(LB1)과 계측광(ML1)이, 각각의 주광선을 평행한 상태로 하여 실린드리칼 렌즈(CYa)를 향한다. 그 때, 빔(LB1)은, 도 30의 지면 내(XtYt 면)에서는, 기판(P)에 투사되는 스폿광(SP)의 개구 수(NA)에 따른 일정한 굵기 φb를 가지고 있다. 빔(LB1)은, XtYt 면에서는 그 굵기 φb를 유지해 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에서 반사되고, fθ 렌즈(FT)에 입사된다. 따라서 빔(LB1)은, XtYt 면 내(주주사 방향)에 대해서는 fθ 렌즈(FT)의 굴절력에 의해서 기판(P)상에 스폿광(SP)으로서 집광된다. fθ 렌즈(FT)로부터 사출하는 빔(LB1)의 주광선(빔의 중심선)을 Lpp로 하면, 주광선(Lpp)은 기판(P)의 표면과 수직인 텔레센트릭 상태로 되어 있다.
한편, 편광빔 스플리터(PBS2)(및 1/4 파장판(QW))를 통과하여 다이크로익 미러(DM)를 투과한 계측광(ML1)은, 렌즈계(G25a)에 의해서, 노광용의 빔(LB1)의 굵기 φb 보다도 가는 평행 광속으로 되고, 빔(LB1)의 주광선(Lpp)에 대해서 편심한 상태(여기에서는 -Yt 방향으로 시프트한 상태)에서, 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 미러(M24)를 통과하여 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)까지, 빔(LB1)과 병행하여 진행된다. 계측광(ML1)은, 실린드리칼 렌즈(CYa)의 작용에 의해서 Zt 방향으로 수렴되고, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)상에서는, Zt 방향으로 압축된 슬릿 모양의 스폿광으로 되어 집광된다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에서 반사된 계측광(ML1)은, 빔(LB1)의 주광선(Lpp)과 평행하게 fθ 렌즈(FT)에 입사되어, 반사 미러(M25)와 실린드리칼 렌즈(CYb)를 거쳐 기판(P)에 이른다. 계측광(ML1)은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 위치, 즉, fθ 렌즈(FT)의 입사동(전측 초점)의 면내에서, 빔(LB1)의 주광선(Lpp)에 대해서 주주사 방향(Yt 방향)으로 편심한 위치를 통과하므로, 기판(P)상에 투사되는 계측광(ML1)은 주광선(Lpp)에 대해서 주주사 방향으로 일정한 각도만큼 기울어진 상태로 된다. 즉, 계측광(ML1)은, 기판(P)상에서는 주주사 방향(Yt 방향)에 관해서 비텔레센트릭 상태로 되어 있다. 또한, 계측광(ML1)도, fθ 렌즈(FT)의 전후에 배치된 2개의 실린드리칼 렌즈(CYa, CYb)의 작용에 의해서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 면 틸팅(tilting) 오차의 영향을 받지 않고, 기판(P)상에 스폿광(MSP)으로서 집광된다.
기판(P)에의 계측광(ML1)(스폿광(MSP))의 투사에 의해서 기판(P)의 표면으로부터 발생하는 정규 반사광(ML1')은, 빔(LB1)의 주광선(Lpp)에 대해서 계측광(ML1)과 거의 대칭인 각도만큼 주주사 방향으로 기울어져 fθ 렌즈(FT)에 입사된다. fθ 렌즈(FT)를 통과한 정규 반사광(ML1')은, 계측광(ML1)의 광로에 대해서 주광선(Lpp)을 사이에 둔 반대측의 광로를 거의 평행하게 통과하여, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP), 반사 미러(M24), 실린드리칼 렌즈(CYa), 및 다이크로익 미러(DM)를 투과하고, 편광빔 스플리터(PBS2)(및 1/4 파장판(QW))에 이른다.
여기서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)(fθ 렌즈(FT)의 입사동의 위치)의 부근에서의 빔(LB1), 계측광(ML1), 정규 반사광(ML1')의 상태를, 도 31에 의해 모식적으로 설명한다. 노광용의 빔(LB1)은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)상에서는, 실린드리칼 렌즈(CYa)의 작용에 의해, Zt 방향에 대해서만 압축되어 주주사 방향(편향 방향)으로 가늘게 연장되는 슬릿 모양이 된다. 따라서 반사면(RP)에서 반사된 빔(LB1)은, 주주사 방향(편향 방향)에 관해서는 원래의 굵기 φb를 유지하고, Zt 방향(부주사 방향)에 관해서는 발산광되어 fθ 렌즈(FT)에 입사된다. 한편, 계측광(ML1)은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)상의 주주사 방향(편향 방향)의 단부 부근, 즉, 슬릿 모양으로 압축된 빔(LB1)의 단부 부근에서, 실린드리칼 렌즈(CYa)의 작용에 의해, Zt 방향에 대해서만 압축된 슬릿 모양이 된다. 따라서 반사면(RP)에서 반사된 계측광(ML1)은, 주주사 방향(편향 방향)에 관해서는 원래의 굵기를 유지하고, Zt 방향(부주사 방향)에 관해서는 발산광되어 fθ 렌즈(FT)에 입사된다.
기판(P)으로부터 발생한 정규 반사광(ML1')은, 계측광(ML1)의 광로에 대해서 주광선(Lpp)을 사이에 둔 반대측의 광로를 거의 평행하게 통과하여, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 이르지만, 정규 반사광(ML1')은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)상의 주주사 방향(편향 방향)의 단부 부근, 즉, 슬릿 모양으로 압축된 빔(LB1)의 계측광(ML1)의 위치와는 반대측의 단부 부근에서, Zt 방향에 대해서만 압축된 슬릿 모양이 된다.
기판(P)의 표면이 베스트 포커스 위치(Zt 방향의 규정 위치)에 있는 상태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)을 향하는 정규 반사광(ML1')의 광로는, 주광선(Lpp)과 평행하게 주광선(Lpp)에 대해서 계측광(ML1)의 광로와 대칭적인 위치가 된다. 그렇지만, 기판(P)의 표면이 베스트 포커스 위치로부터 Zt 방향으로 디포커스하면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)상에서의 정규 반사광(ML1')의 위치가, 빔(LB1)의 슬릿 모양의 분포의 긴 방향(편향 방향)으로 변화한다. 그 변화의 정도가 기판(P)의 베스트 포커스 위치로부터의 디포커스량(핀트 어긋남량)에 대응하고 있다. 여기서, 도 30에 도시한 것 같이, λ/4 파장판(QW), 편광빔 스플리터(PBS2)를 투과한 정규 반사광(ML1')을, CCD, CMOS 등의 촬상 소자로 구성되는 광전 센서부(DTS)에서 수광하여, 촬상면상에 투사되는 정규 반사광(ML1')의 스폿의 위치 변화를 모니터한다. 또한, 도 30에서는 도시를 생략했지만, 주주사 방향(도 30에서는 Yt 방향)에 관해서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)과 광전 센서부(DTS)의 촬상면이 결상 관계가 되도록, 편광빔 스플리터(PBS2)와 광전 센서부(DTS)의 사이에 렌즈계를 마련해도 된다. 또, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)상에 투사되는 계측광(ML1)의 위치가, 빔(LB1)의 주광선(Lpp)의 위치로부터 멀어지는 만큼, 기판(P)상에 투사되는 계측광(ML1)의 주광선(Lpp)에 대한 주주사 방향의 기울기 각이 커져, 광전 센서부(DTS)의 촬상면상에서의 정규 반사광(ML1')의 스폿의 위치 변화량의 디포커스량에 대한 비율, 즉, 포커스 변화의 계측 감도도 커진다.
이상, 본 변형예 2에 의해서, 도 28의 변형예 1과 마찬가지로, 기판(P)의 표면의 포커스 위치의 변화를 리얼타임으로 계측할 수 있다. 또, 핀홀 판(PHd)이 부착된 광 검출기(DT1m)를 포함하는 광전 센서부나 렌즈계 등을 기계적으로 직선 이동시키는 구동 기구(DAU) 등이 불필요해지므로, 구동에 수반하는 진동 발생도 없어져, 포커스 위치의 계측뿐만 아니라, 묘화용의 빔(LB1), 또는 계측광(ML1)을 사용한 기판(P)상의 제1 패턴(PT1)의 위치 계측 등의 계측 정밀도의 저하도 막을 수 있다. 또, 이상의 도 27의 제4 실시 형태, 도 28의 변형예 1, 도 30의 변형예 2의 각각에 도시된 주사 유닛(Una', Une)에 있어서도, 묘화용의 빔(LB1)과 계측광(ML1)과의 파장의 차이에 의한 색수차를 보정하기 위해서, fθ 렌즈(FT)로서 색소거 보정의 광학 설계를 실시한 것을 사용하거나, 색수차 보정용의 렌즈를 계측광(ML1)이나 그 반사광(정규 반사광(ML1'))의 광로 중에 마련하거나 하는 것이 좋다.
이상, 제1~제4 실시 형태, 및 그들의 각 변형예에 있어서, 노광용의 빔(LBn(LB1~LB6))을 생성하는 광원 장치(LSa, LSb)는, 단일의 특정 파장(예를 들면 자외 파장 대역의 355nm)의 빔을 발생하는 것으로 했지만, 파장이 특정 파장과 약간의 다른 자외 파장 대역의 빔 중 하나 또는 복수를 동일 축에 합성해 노광용의 빔(LBn)으로도 된다. 또, 계측광(MLn(ML1~ML6))도, 자외 파장 대역보다도 긴 파장대의 단일의 빔을 발생하는 광원 장치(LS2)로부터 발생시켰지만, 광원 장치(LS2)를 파장이 다른 복수의 빔을 발생하는 광원 장치로 하여, 기판(P)상의 제1 패턴(PT1)의 재질이나 기판(P)의 표면에 도포되는 감광층(레지스터층)에 따른 반사 특성의 차이에 따라서, 이용하는 계측광(MLn)의 파장을 바꾸거나, 복수의 파장으로 동일한 제1 패턴(PT1)의 위치나 형상을 계측하거나 해도 된다. 또한, 계측광(MLn(ML1~ML6))은, 기판(P)상의 감광층에 대한 감도가 대부분 없는 파장 대역의 것이 바람직하지만, 노광용의 빔(LBn(LB1~LB6))의 파장과 다른 파장이면, 감광층에 대한 감도를 다소 가지는 파장이라도 된다.
［제5 실시 형태］
도 32는, 제5 실시 형태에 의한 패턴 묘화 제어시의 시퀀스나 동작 등을, 기능 블록으로서 나타내는 도면이다. 본 실시 형태에서는, 특히, 앞의 도 17a, 17b, 도 18에 도시한 것 같이, 계측광(MLn(ML1~ML6))의 스폿광(MSP)에 의한 주사 라인(MSLn(MSL1~MSL6))이, 묘화용의 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿광(SP)에 의한 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 대하여, 기판(P)의 반송 방향(부주사 방향)의 상류 측에 오프셋 거리 Οfx만큼 떨어져 위치하고 있는 주사 유닛(Una(U1a~U6a))을 이용하여, 기판(P)에 패턴을 묘화하는 것을 전제로 한다. 그렇지만, 본 실시의 형태에서 사용 가능한 주사 유닛은, 도 19, 도 20, 도 22, 도 27, 도 28, 도 30 중 어느 것이라도 된다.
도 32에 있어서, 기판(P)상에 최초로 제1 패턴(TP1)(본 패턴(TP1a)이나 더미 패턴(TP1b))과 마크(MKm)를 묘화하는 퍼스트 노광 모드에서는, 기능(공정)(200)과 같이, 도 13에 도시된 통괄 제어부(104)의 묘화 데이터 출력부(112)에 기억되어 있는 묘화 데이터(제1 패턴(TP1)의 설계 정보, CAD 정보)가, 실묘화 제어를 행하는 기능(공정)(202)에 보내진다. 퍼스트 노광 모드에서는, 기판(P)상에 마크(MKm)도 노광하므로, 기능(공정)(200)으로부터 송출되는 묘화 데이터에는, 마크(MKm)를 묘화하기 위한 데이터도 포함되어 있다. 또, 기능(공정)(204)은, 마크 계측 정보나 인코더 계측치에 기초하여 묘화 상태(묘화 위치, 묘화 형상, 묘화 배율 등)를 보정하기 위한 보정 정보를 생성하지만, 퍼스트 노광 모드에서는, 기판(P)상에 마크(MKm)가 형성되어 있지 않기 때문에, 인코더 계측치에 기초한 보정 정보만을 생성한다.
기판(P)상에 형성된 제1 패턴(TP1)(또는 마크(MKm))에 계측광(MLn)이 투사되었을 때에 발생하는 반사광을 검출하는 사전 계측의 기능(공정)(206A)과, 사전 계측된 정보(광전 신호 등)에 기초하여, 묘화 상태를 직전에 보정하기 위한 사전 보정 정보를 생성하는 기능(공정)(206B)은, 퍼스트 노광 모드 시에는 사용할 수 없다. 따라서 기능(공정)(202)에서는, 기능(공정)(200)으로부터 송출되는 묘화 데이터를, 기능(공정)(204)으로부터 송출되는 인코더 계측치에 기초하는 보정 정보에 따라 위치 보정하면서, 기판(P)상에 제1 패턴(TP1)과 마크(MKm)를 묘화한다.
퍼스트 노광 모드에서, 제1 패턴(TP1)과 마크(MKm)가 형성된 기판(P)에 대해서 겹침 맞춤 노광, 즉 세컨드 노광 모드를 실시하는 경우는, 기본적인 제어 시퀀스로서, 기능(공정)(200)으로부터 송출되는 제2 패턴(TP2)(본 패턴(TP2a)과 더미 패턴(TP2b))의 묘화 데이터에 기초하여, 기능(공정)(202)의 실묘화 제어시에 제2 패턴(TP2)을 기판(P)에 노광할 때에, 기능(공정)(204)에서 생성되는 보정 정보에 따라 위치 보정한다. 단, 세컨드 노광 모드에서는, 기능(공정)(204)에 있어서 생성되는 보정 정보에, 기판(P)상의 마크(MKm)의 계측 정보에 기초하여 특정되는 제1 패턴(TP1)을 포함하는 노광 영역(W)의 형상 변형 등을 보정하기 위한 정보가 포함된다. 또한, 세컨드 노광 모드에서는, 계측광(MLn)을 이용한 사전 계측의 기능(공정)(206A)과 사전 보정 정보를 생성하는 기능(공정)(206B)을 사용하고, 실묘화 제어를 행하는 기능(공정)(202)에 있어서, 기능(공정)(206B)에서 생성되는 사전 보정 정보도 가미하여, 노광 영역(W) 내의 전체(각 주사 유닛(Una) 마다 노광되는 영역)에서, 겹침 맞춤 정밀도가 평균적으로 커지는 보정이, 실묘화의 직전에 행해진다. 물론, 기능(공정)(206A)에 있어서, 사전 계측되는 제1 패턴(TP1)의 위치가 소정의 위치에 대해서 허용 범위 내이면, 사전 보정 정보는 생성되지 않는다. 이와 같이, 사전 계측의 기능(공정)(206A)과 사전 보정 정보를 생성하는 기능(공정)(206B)은, 세컨드 노광 모드 시의 위치 맞춤 제어에 있어서, 겹침 맞춤 정밀도를 양호하게 하기 위한 피드 포워드(feed forward) 제어부(FFC)로서 기능한다.
그런데 세컨드 노광 모드에서 겹침 맞춤 노광을 행하는 경우, 기판(P)상에 투사되는 묘화용의 빔(LBn)의 반사광을 광 검출기(DTn)(도 5, 도 13) 등으로 검출하고, 기판(P)상의 제1 패턴(TP1)과 겹침 맞춤 노광되는 제2 패턴(TP2)과의 상대적인 위치 어긋남(겹침 오차)을, 도 13 중의 계측부(116)에 의해서 리얼타임으로 계측할 수 있다. 그래서, 겹침 맞춤 노광을 행하고 있는 동안, 묘화용의 빔(LBn)을 사용한 겹침 맞춤 오차의 묘화시 계측의 기능(공정)(208A)과, 묘화시에 광 검출기(DTn)에서 출력되는 광전 신호 등에 기초하여 계측되는 겹침 맞춤 오차를 보정하기 위한 사후 보정 정보를 생성하는 기능(공정)(208B)을 사용하여, 실묘화 제어를 행하는 기능(공정)(202)에 있어서, 기능(공정)(208B)에서 생성되는 사후 보정 정보도 가미하여, 노광 영역(W) 내의 전체(예를 들면, 각 주사 유닛(Una) 마다 노광되는 영역)에서 겹침 맞춤 정밀도가 평균적으로 작아지도록, 묘화 위치의 보정이 행해진다. 물론, 기능(공정)(208A)에 있어서, 묘화시에 리얼타임으로 계측되는 겹침 맞춤 오차가 허용 범위 내이면, 사후 보정 정보는 생성되지 않는다. 이와 같이, 묘화시 계측의 기능(공정)(208A)과 사후 보정 정보를 생성하는 기능(공정)(208B)은, 세컨드 노광 모드 시의 위치 맞춤 제어에 있어서, 겹침 맞춤 정밀도를 양호하게 하기 위한 피드백 제어부(FBC)로서 기능한다.
이상과 같이, 세컨드 노광 모드(겹침 맞춤 노광) 시의 위치 맞춤(위치 결정) 제어에 있어서, 피드 포워드 제어부(FFC)와 피드백 제어부(FBC) 양쪽 모두를 사용하는 것에 의해서, 기판(P)에 큰 왜곡이 발생하여 노광 영역(W)이 크게 변형해도, 그것에 대응하여, 묘화 상태(묘화 위치, 묘화 배율, 묘화 라인의 경사 등)를 미세하게 보정할 수 있으므로, 노광 영역(W)의 전체에 대해서 양호한 겹침 맞춤 정밀도를 유지할 수 있다. 또한, 기판(P)의 왜곡(신축 등)이 적고, 노광 영역(W)의 변형이 적은 경우에는, 세컨드 노광 모드에 있어서도, 피드 포워드 제어부(FFC)와 피드백 제어부(FBC) 중 어느 일방만을 사용하는 제어 방식이어도 된다. 혹은, 1개의 노광 영역(W)을 노광하고 있는 동안에, 피드 포워드 제어부(FFC)와 피드백 제어부(FBC) 중 어느 일방을 사용하는 제어와, 피드 포워드 제어부(FFC)와 피드백 제어부(FBC) 양쪽 모두를 사용하는 제어를, 노광 영역(W)상에서의 묘화 라인(SLn)의 부주사 방향의 위치 변화에 따라 적절히 바꾸어도 된다.
이와 같이, 본 실시의 형태의 노광 장치(EX)는, 패턴 데이터에 따라 강도 변화된 묘화 빔(LBn)을 기판(P)상에 투사하고, 기판(P)상에 새로운 제2 패턴(PT2)을 묘화하는 것이다. 그리고 노광 장치(EX)는, 묘화 빔(LBn)을 편향하는 편향 부재(PM, GM)에 의해서, 묘화 빔(LBn)을 기판(P)상에서 주사하는 빔 주사부와, 기판(P)상에 특정 재료로 미리 형성되어 있는 제1 패턴(PT1)의 적어도 일부에, 묘화 빔(LBn)이 투사되었을 때에 발생하는 반사광을 광전 검출하는 광 검출기(제1 광 검출부)(DTn(DTRn))와, 묘화 빔(LBn)과는 다른 파장의 계측 빔(MLn)이 빔 주사부를 거쳐 기판(P)상에서 주사되도록, 계측 빔(MLn)을 편향 부재(PM, GM)로 안내하는 계측 빔 송광계(PBS, M26 등)와, 기판(P)상의 제1 패턴(PT1)의 적어도 일부에, 계측 빔(MLn)이 투사되었을 때에 발생하는 반사광을 광전 검출하는 광 검출기(제2 광 검출부)(DTnm(DTRn))와, 광 검출기(DTn(DTRn))와 광 검출기(DTnm(DTRn)) 중 적어도 일방에서 출력되는 신호에 기초하여, 묘화 빔(LBn)에 의해서 기판(P)상에 묘화되는 새로운 제2 패턴(PT2)의 위치를 제어하는 제어 장치(16)(제어부)를 구비한다.
또한, 도 32에 도시한 것 같은 피드 포워드 제어부(FFC)와 피드백 제어부(FBC)를 이용하여 위치 맞춤을 행하는 제어 방식은, 앞의 제1 실시 형태(도 2~도 13)에 도시한 것 같이, 묘화용의 빔(LBn)의 투사에 의해 기판(P)으로부터 발생하는 반사광의 정보를 이용하는 패턴 묘화 장치에 대해서도 이와 같이 적용 가능하다. 단, 그 경우, 주사 유닛(Un)은, 예를 들면 일본 특허공개 제2009-093196호 공보에 개시되어 있듯이, 1개의 폴리곤 미러에 의해서 복수의 묘화용의 빔을 동시에 편향하고, 기판(P)상에서 부주사 방향으로 어긋나 위치하는 적어도 2개의 스폿광을 주주사 방향으로 동시에 주사하는 멀티 스폿 주사 방식의 묘화 유닛으로서 구성된다. 그리고 기판(P)의 이동 방향(+X 방향)에 관해서 상류측에 위치하는 제1 스폿광으로 패턴 묘화할 때에 얻어지는 반사광의 정보(광전 신호)를, 도 32 중의 피드 포워드 제어부(FFC)에서 이용하고, 또한, 기판(P)상에서 부주사 방향에 관해서 제1 스폿광의 하류측의 제2 스폿광으로 패턴 묘화할 때에 얻어지는 반사광의 정보(광전 신호)를, 도 32 중의 피드백 제어부(FBC)에서 이용할 수 있다. 이와 같이, 본 실시의 형태에서는, 묘화 빔(LBn)에 의한 스폿광, 또는 계측 빔(MLn)에 의한 스폿광에 의해서, 기판(P)상의 기초 패턴(또는 더미 패턴)이 주사되었을 때에 발생하는 반사광의 정보를, 피드 포워드 제어부(FFC)와 피드백 제어부(FBC)와 중 어느 일방, 혹은 쌍방에서 이용함으로써, 기판(P)상에 겹침 맞춤 노광해야 할 세컨드 패턴의 위치 맞춤을, 기판(P)의 변형이 커졌다고 해도 정밀하게 제어할 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1 광원 장치로부터의 빔을 패턴 정보에 따라 강도 변조시키면서, 상기 빔을 기판상에 투사하여 상대 주사함으로써, 상기 기판상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
    상기 제1 광원 장치로부터의 상기 빔과 다른 파장의 계측광을 사출(射出)하는 제2 광원 장치와,
    상기 빔 및 상기 계측광을 편향하여, 상기 빔 및 상기 계측광을 상기 기판상에서 주사하는 편향 부재를 포함하는 빔 주사부와, 상기 계측광이 상기 기판에 투사되었을 때에 발생하는 상기 기판으로부터의 반사광을 상기 빔 주사부의 상기 편향 부재를 거쳐 광전(光電) 검출하는 반사광 검출부를 가지는 묘화 유닛과,
    상기 반사광 검출부에서 출력되는 검출 신호에 기초하여, 상기 기판상에 특정 재료로 미리 형성된 제1 패턴의 상기 기판상에 있어서의 위치 및 형상 중 적어도 1개에 관한 정보를 계측하는 계측부를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판상에 형성된 상기 제1 패턴과 일정한 위치 관계로 상기 기판상에 형성된 얼라이먼트용 마크를 검출하고, 상기 마크의 검출 위치에 기초하여, 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴과 상기 제1 패턴의 상대적인 위치 오차를, 상기 빔의 주사에 의한 상기 제2 패턴의 묘화에 앞서 추정하는 얼라이먼트계를 더 구비하는 패턴 묘화 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 빔 주사부에 의해서 상기 빔의 주사가 행해지는 동안에, 상기 제1 패턴이 형성된 상기 기판상에, 상기 제2 패턴이 묘화되도록, 상기 제2 패턴의 패턴 정보에 따라 상기 빔의 강도 변조를 제어하는 빔 강도 변조부를 더 구비하고,
    상기 빔 강도 변조부는, 상기 얼라이먼트계에 의해 추정되는 상기 상대적인 위치 오차가 저감되도록, 상기 제2 패턴의 상기 패턴 정보에 기초한 상기 빔의 묘화 위치를 보정하며,
    상기 계측부는, 상기 계측된 상기 제1 패턴의 위치에 관한 정보와, 상기 빔 강도 변조부에 의해서 묘화 위치를 보정하여 묘화되는 상기 제2 패턴의 위치를 비교하여, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴과의 상대적인 잔류 위치 오차를 구하는 패턴 묘화 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 빔 주사부에 의해서 상기 빔의 주사가 행해지는 동안에, 상기 제1 패턴이 형성된 상기 기판상에, 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴이 묘화되도록, 상기 제2 패턴의 상기 패턴 정보에 따라 상기 빔의 강도 변조를 제어하는 빔 강도 변조부와,
    상기 계측부의 계측 결과에 기초하여, 묘화해야 할 상기 제2 패턴의 묘화 상태를 보정하는 보정부를 더 구비하는 패턴 묘화 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 주사부는, 상기 빔의 주사와 상기 계측광의 주사를 택일적으로 행하는 패턴 묘화 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    주(主)주사 방향과 교차할 방향으로 장척(長尺)인 상기 기판을 상기 장척 방향을 따른 부(副)주사 방향으로 소정의 속도로 반송하는 기판 반송 기구를 구비하고,
    상기 빔 주사부는, 상기 빔과 상기 계측광을 상기 부주사 방향에 관해서 상기 기판상에서 소정 간격만 어긋나도록 투사하면서, 상기 빔과 상기 계측광과의 주사를 상기 기판상에서 동시, 또는 일정한 시간차로 행하는 패턴 묘화 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 부재는, 회전 다면경(多面鏡) 또는 요동(擾動) 반사경이며,
    상기 빔 주사부는, 상기 회전 다면경 또는 상기 요동 반사경에서 편향된 상기 빔 및 상기 계측광을 입사하고, 텔레센트릭(telecentric) 상태로 상기 빔을 상기 기판상에 투사하는 주사용 렌즈계를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 광원 장치로부터의 상기 빔은 상기 기판의 표면에 형성된 감광층에 대해서 소정의 감도를 가지는 파장으로 설정되며, 상기 제2 광원 장치로부터의 상기 계측광은 상기 감광층에 대해서 비감광성, 또는 저감도의 파장으로 설정되는 패턴 묘화 장치.
  9. 광원 장치로부터의 빔을 패턴 정보에 따라 강도 변조시키면서, 상기 빔을 기판에 투사하여 상대 주사함으로써, 상기 기판상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 방법으로서,
    상기 빔과 다른 파장의 계측광 및 상기 빔을 편향 부재로 편향하여, 상기 빔 및 상기 계측광을 상기 기판에 대해서 상대 주사하는 것과,
    편향된 상기 빔 및 상기 계측광을 텔레센트릭 상태로 상기 기판에 투사하는 것과,
    상기 기판에 투사된 상기 계측광의 상기 기판으로부터의 반사광을 상기 편향 부재를 거쳐 광전 검출하는 것과,
    광전 검출된 검출 신호에 기초하여, 상기 기판상에 특정 재료로 미리 형성된 제1 패턴의 상기 기판상에 있어서의 위치 및 형상 중 적어도 1개를 계측하는 것을 포함하는 패턴 묘화 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 빔의 주사가 행해지는 동안에, 상기 제1 패턴이 형성된 상기 기판상에, 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴이 묘화되도록, 상기 제2 패턴의 패턴 정보에 따라 상기 빔을 강도 변조하는 것과,
    제1 패턴의 상기 기판상에 있어서의 위치 및 형상 중 적어도 1개의 계측 결과에 기초하여, 묘화해야 할 상기 제2 패턴의 묘화 상태를 보정하는 것을 포함하는 패턴 묘화 방법.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 기판을 반송할 방향을 부주사 방향, 상기 부주사 방향과 교차하는 방향을 주주사 방향으로 했을 때, 상기 빔 및 상기 계측광의 상대 주사는, 시트 모양의 상기 기판을 상기 부주사 방향으로 반송하면서, 상기 빔 및 상기 계측광을 상기 주주사 방향으로 편향하는 것을 포함하고,
    상기 빔을 상기 주주사 방향으로 편향하는 상기 부주사 방향의 위치와, 상기 계측광을 상기 주주사 방향으로 편향하는 상기 부주사 방향의 위치를, 상기 부주사 방향으로 소정 간격만 떨어져 배치하는 패턴 묘화 방법.
  12. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 기판의 표면에는 감광층이 형성되고,
    상기 빔은 상기 감광층에 대해서 소정의 감도를 가지는 파장으로 설정되며, 상기 계측광은 상기 감광층에 대해서 비감광성, 또는 저감도의 파장으로 설정되는 패턴 묘화 방법.
  13. 광원 장치로부터의 빔을 패턴 정보에 따라 강도 변조시키면서, 상기 빔을 기판상에 투사하여 주주사 방향으로 주사함으로써 상기 기판상에 패턴을 묘화하여, 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 방법으로서,
    상기 빔의 상기 주주사 방향으로의 주사를 위해서, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 편향하는 것과,
    편향된 상기 빔을 텔레센트릭 상태로 상기 기판에 투사하는 것과,
    상기 기판상에 특정 재료로 미리 형성된 제1 패턴의 적어도 일부에, 새롭게 묘화해야 할 제2 패턴의 적어도 일부가 겹쳐서 묘화되도록, 상기 패턴 정보에 따라 상기 빔을 강도 변조하는 것과,
    상기 기판상에 상기 제2 패턴이 묘화되는 동안에, 상기 기판에 투사된 상기 빔의 반사광을 광전 검출하여 얻어진 검출 신호에 기초하여, 상기 제1 패턴의 위치 정보, 형상 정보, 및 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴과의 상대적인 위치 관계의 정보 중 적어도 1개를 계측하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    계측한 상기 위치 정보, 상기 형상 정보, 및 상기 상대적인 위치 관계의 정보 중 적어도 1개에 기초하여, 계측 후에 계속해서 묘화되는 상기 제2 패턴의 묘화 위치와 묘화 배율 중 적어도 일방을 보정하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법.
  15. 삭제
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