KR20170127460A - 빔 주사 장치, 빔 주사 방법, 및 묘화 장치 - Google Patents

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Abstract

빔(LB)의 스폿광(SP)을 대상물(FS)의 피조사면에 투사하면서, 스폿광(SP)을 피조사면 상에서 주사선(SLn)을 따라서 1차원으로 주사하는 빔 주사 장치(MD)로서, 빔(LB)을 입사시키는 입사 광학 부재(M10)와, 입사 광학 부재(M10)로부터의 빔(LB)을 주사를 위해서 편향시키는 주사용 편향 부재(PM)와, 편향된 빔(LB)을 입사시켜 피조사면에 투사하는 투사 광학계(FT)와, 입사 광학 부재(M10), 주사용 편향 부재(PM), 및 투사 광학계(FT)를 지지하여, 스폿광(SP)에 의한 피조사면 상에서의 주사선(SLn)의 중점을 피조사면에 대해서 수직으로 통과하는 조사 중심축(Le)과 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되는 제1 회전 중심축(Mrp)의 둘레로 회전 가능한 지지 프레임(40)을 구비한다.

Description

빔 주사 장치, 빔 주사 방법, 및 묘화 장치
본 발명은, 대상물의 피조사면 상에 조사되는 빔의 스폿광을 주사하고, 소정의 패턴을 묘화 노광하는 빔 주사 장치, 빔 주사 방법, 및 묘화 장치에 관한 것이다.
종래부터, 사무용의 고속 프린터로서, 레이저 빔의 스폿광을 감광(感光) 드럼 등의 피조사체(대상물)에 투사하면서, 스폿광을 회전 다면경(多面鏡)에 의해서 주주사선(主走査線)을 따라서 1차원 방향으로 주주사하면서, 피조사체를 주주사선 방향과 직교한 부주사(副走査) 방향으로 이동시켜, 피조사체 상에 소망하는 패턴이나 화상(畵像)(문자, 도형, 사진 등)을 묘화하는 것이 알려져 있다.
일본특허공개 평8-11348호 공보에는, 빔의 주주사선의 기울기를 조정하는 빔 주사 장치가 개시되어 있다. 일본특허공개 평8-11348호 공보에 기재된 빔 주사 장치는, 빔의 조사 방향으로 경사져 있는 플레이트와, 플레이트 상에 재치(載置)된 광학 유닛을 구비하며, 이 플레이트는, 본체 상에 재치(載置)되어 있다. 그리고, 플레이트를 본체에 대해서 주주사 방향으로 회전시킴으로써, 광학 유닛을 회전시켜 주주사선의 기울기를 조정한다. 이 조정에 의해서, 주주사선의 중점의 양측의 길이가 다르게 되어 버리므로, 광학 유닛을 플레이트에 대해서 주주사 방향으로 회전시킴으로써 주주사선의 중점의 양측의 길이가 동일하게 되도록 조정한다. 그리고, 주사선 자체의 2차원적인 위치 어긋남이나 주주사선 방향의 배율 어긋남은, 광학 유닛의 감광체로부터의 거리의 조정이나 주주사선을 따른 묘화의 써넣음 타이밍의 전기적인 제어에 의해 보정하고 있다. 또, 광학 유닛은, 묘화를 위해서 변조(變調)된 빔을 사출하는 광원, 그 빔을 평행광으로 하는 콜리메이터 렌즈, 회전 다면경(多面鏡), 및 fθ 렌즈를 내부에 일체로 구비하고 있다.
그렇지만, 일본특허공개 평8-11348호 공보에서는, 주주사선으로부터 멀리 떨어진 위치를 중심으로 하여 광학 유닛을 회전시키기 위해, 주주사선의 기울기를 조정하는데 복수 단계의 조정(본체에 대한 플레이트의 회전 조정, 플레이트에 대한 광학 유닛의 회전 조정, 광학 유닛의 감광체로부터의 거리 조정, 및 묘화의 써넣음 타이밍의 보정 등)을 행하지 않으면 안 된다. 특히, 파장 400nm 이하의 자외선 빔의 스폿광을 사용하여, 수㎛~수십㎛ 정도의 최소 선폭(線幅)의 패턴을 정밀하게 묘화하는 전자 디바이스용 빔 주사 장치에서는, 패턴을 묘화하고 있는 한중간에, 주사선의 기울기(부주사 방향과 직교한 방향에 대한 주주사선 방향의 기울기)를 미세 조정하는 경우가 있기 때문에, 간단히 주사선의 기울기를 조정하고 싶다고 하는 요망이 있다. 그래서, 본 건 발명의 실시 형태에서는, 그러한 과제를 해결한다.
본 발명의 제1 형태는, 광원 장치로부터의 빔의 스폿광을 대상물의 피조사면에 투사하면서, 상기 스폿광을 상기 피조사면 상에서 1차원으로 주사하는 빔 주사 장치로서, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 입사시키는 입사 광학 부재와, 상기 입사 광학 부재로부터의 상기 빔을 상기 1차원의 주사를 위해서 편향시키는 주사용 편향 부재와, 편향된 상기 빔을 입사시켜 상기 피조사면에 투사하는 투사 광학계와, 상기 입사 광학 부재, 상기 주사용 편향 부재, 및 상기 투사 광학계를 지지하여, 상기 스폿광의 주사에 의해서 상기 피조사면 상에 형성되는 주사선 상의 특정점을 상기 피조사면에 대해서 수직으로 통과하는 조사 중심축과 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되는 제1 회전 중심축의 둘레로 회전 가능한 지지 프레임을 구비한다.
본 발명의 제2 형태는, 광원 장치로부터의 빔의 스폿광을 대상물의 피조사면 상에서 조사하면서, 상기 스폿광을 상기 피조사면 상에서 1차원으로 주사하는 빔 주사 장치로서, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 입사시키는 입사 광학 부재와, 상기 입사 광학 부재로부터의 상기 빔을 상기 1차원의 주사를 위해서 편향시키는 주사용 편향 부재와, 편향된 상기 빔을 입사시켜 상기 피조사면에 투사하는 투사 광학계와, 상기 피조사면과 상기 투사 광학계와의 사이에 마련되고, 상기 스폿광의 주사에 의해서 상기 피조사면 상에 형성되는 주사선 상의 특정점을 상기 피조사면에 대해서 수직으로 통과하는 조사 중심축과 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되는 회전 중심축의 둘레로 상기 주사선을 회전시키는 상(像)회전 광학계를 구비한다.
본 발명의 제3 형태는, 빔 주사 장치를 이용하여, 광원 장치로부터의 빔의 스폿광을 대상물의 피조사면에 투사하면서, 상기 스폿광을 상기 피조사면 상에서 1차원으로 주사하는 빔 주사 방법으로서, 상기 빔 주사 장치에 광원 장치로부터의 상기 빔을 입사시키는 입사 스텝과, 입사한 상기 빔을 상기 1차원의 주사를 위해서 편향시키는 편향 스텝과, 편향된 상기 빔을 입사시켜 상기 피조사면에 투사하는 투사 스텝과, 상기 스폿광의 주사에 의해서 상기 피조사면 상에 형성되는 주사선 상의 특정점을 상기 피조사면에 대해서 수직으로 통과하는 조사 중심축과 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되는 회전 중심축의 둘레에 상기 주사선을 회전시키는 회전 스텝을 포함한다.
본 발명의 제4 형태는, 광원 장치로부터의 빔의 스폿광을 대상물의 피조사면에 투사하면서, 상기 스폿광을 상기 피조사면 상에서 1차원으로 주사하는 묘화 장치로서, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 받는 입사 광학 부재와, 상기 입사 광학 부재로부터의 상기 빔을 상기 1차원의 주사를 위해서 편향시키는 주사용 편향 부재와, 편향된 상기 빔을 입사시켜 상기 피조사면에 투사하는 투사 광학계와, 상기 입사 광학 부재, 상기 주사용 편향 부재, 및 상기 투사 광학계를 지지하는 지지 프레임과, 상기 지지 프레임을, 상기 피조사면의 법선과 평행한 제1 회전 중심축의 둘레로 회전 가능한 상태로 장치 본체에 지지하는 회전 지지 기구와, 상기 입사 광학 부재에 입사하는 상기 빔의 입사축과 상기 제1 회전 중심축이 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되도록, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 상기 입사 광학 부재로 안내하는 광 도입 광학계를 구비한다.
본 발명의 제5 형태는, 광원 장치로부터의 빔의 스폿광을 대상물의 피조사면에 투사하면서, 상기 스폿광을 상기 피조사면 상에서 1차원으로 주사하는 묘화 장치로서, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 상기 1차원의 주사를 위해서 편향시키는 주사용 편향 부재와, 편향된 상기 빔을 입사시켜 상기 피조사면에 투사하는 투사 광학계와, 상기 주사용 편향 부재, 및 상기 투사 광학계를 지지하는 지지 프레임과, 상기 스폿광의 주사에 의해서 상기 피조사면 상에 형성되는 주사선 상의 특정점을 통과하는 상기 피조사면의 법선을 조사 중심축으로 했을 때, 상기 지지 프레임의 장치 본체에의 지지 부분이 상기 조사 중심축으로부터 소정의 반경 내의 영역에 제한되도록, 상기 지지 프레임과 상기 장치 본체를 결합하는 결합 부재를 구비한다.
본 발명의 제6 형태는, 대상물의 피조사면에 투사되는 빔을 상기 피조사면 상에서 스폿광에 수렴하면서, 상기 스폿광을 1차원으로 주사하는 빔 주사 장치로서, 입사 빔을 반사시킴과 아울러, 반사빔을 소정 각도의 범위 내에서 편향시킴으로써, 상기 스폿광을 주사시키는 편향 부재와, 상기 입사 빔을, 상기 편향 부재를 향하게 하도록 송광(送光)하는 송광 광학계와, 상기 송광 광학계로부터의 상기 입사 빔을 입사시켜 상기 편향 부재에 투사함과 아울러, 상기 반사빔을 입사시켜 상기 반사빔의 상기 스폿광을 상기 피조사면에 투사하는 투사 광학계를 구비한다.
본 발명의 제7 형태는, 대상물의 피조사면에 투사되는 빔을 1차원으로 주사하여 소정의 패턴을 묘화하는 묘화 장치로서, 상기 빔을 1차원의 주사를 위해서 편향시키는 편향 부재와, 광원 장치로부터의 상기 빔을 입사시켜, 상기 편향 부재를 향하게 하도록 송광하는 송광 광학계와, 상기 송광 광학계로부터의 상기 빔을 입사시켜 상기 편향 부재에 투사함과 아울러, 상기 편향 부재에서 반사한 상기 빔을 상기 피조사면에 투사하는 투사 광학계를 구비한다.
본 발명의 제8 형태는, 피조사체에 투사되는 묘화용 빔을 회전 다면경의 회전에 의해서 반복 주사하여, 상기 피조사체 상에 소정의 패턴을 묘화하는 묘화 장치로서, 상기 회전 다면경의 복수의 반사면 중 상기 묘화용 빔을 반사하는 제1 반사면과 다른 제2 반사면이 소정의 각도 위치가 된 것을 검지했을 때에 원점 신호를 발생하는 원점 검출부와, 상기 원점 신호가 발생하고 나서 상기 제2 반사면이 상기 제1 반사면이 될 때까지의 상기 회전 다면경의 회전 속도로 정해지는 소정 시간을 기준으로 하여, 상기 원점 신호의 발생으로부터 소정의 지연된 타이밍에서 상기 묘화용 빔에 의한 묘화 개시를 지시하는 제어 장치를 구비한다.
도 1은 실시 형태의 기판에 노광 처리를 실시하는 노광 장치를 포함하는 디바이스 제조 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 기판이 감겨진 도 1의 회전 드럼의 상세도이다.
도 3은 스폿광의 묘화 라인 및 기판 상에 형성된 얼라이먼트 마크를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 노광 장치의 요부 확대도이다.
도 5는 도 4의 광 도입 광학계의 광학적인 구성을 나타내는 상세도이다.
도 6은 도 5의 묘화용 광학 소자에 의한 광로의 전환을 설명하는 개략 설명도이다.
도 7은 도 4의 빔 주사 장치의 광학적인 구성도이다.
도 8은 도 7의 폴리곤 미러의 주변에 마련된 원점 센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 원점 신호의 발생 타이밍과 묘화 개시 타이밍과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 4의 제2 프레임부에 의한 빔 주사 장치의 유지 구조를 나타내는 단면도이다.
도 11은 도 10의 XI-XI선 화살표에서 본 단면도이다.
도 12는 도 4 및 도 10, 11 중에 나타낸 빔 주사 장치의 복수를 유지하는 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 13은 도 12에 나타낸 구조체의 노광 장치 본체부와의 장착 구조를 나타내는 사시도이다.
도 14는 도 4의 노광 헤드에 의해서 소정의 패턴이 노광되는 노광 영역의 변형 상태를 나타내는 도면이다.
도 15는 변형예 1에서의 빔 주사 장치의 광학적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 16은 변형예 2에서의 빔 주사 장치의 광학적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 17a는, 변형예 4에서의 빔 주사 장치의 광학적인 구성을 XtZt 평면과 평행한 면내에서 본 도면이며, 도 17b는, 변형예 4에서의 빔 주사 장치의 광학적인 구성을 YtZt 평면과 평행한 면내에서 본 도면이다.
도 18a는, 변형예 5에서의 빔 주사 장치의 광학적인 구성을 XtYt 평면과 평행한 면내에서 본 도면이며, 도 18b는, 변형예 5에서의 빔 주사 장치의 광학적인 구성을 YtZt 평면과 평행한 면내에서 본 도면이다.
도 19는 변형예 6에서의 빔 주사 장치의 광학적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 20은 도 19의 빔 주사 장치를 복수 배치하는 경우의 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은 빔 주사 장치에 의한 묘화 라인을 기울인 경우의 묘화 위치의 오차를 설명하는 도면이다.
도 22는 빔 주사 장치의 회전 중심이 어긋나 있는 경우에 묘화 라인을 기울인 경우의 묘화 위치의 오차를 설명하는 도면이다.
도 23은 제2 실시 형태에 의한 빔 주사 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 형태에 관한 빔 주사 장치, 빔 주사 방법, 및 묘화 장치에 대해서, 바람직한 실시 형태를 언급하며, 첨부의 도면을 참조하면서 이하, 상세하게 설명한다. 또, 본 발명의 형태는, 이들 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변경 또는 개량을 가한 것도 포함된다. 즉, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되며, 이하에 기재한 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.
도 1은, 실시 형태의 기판(피조사체인 대상물)(FS)에 노광 처리를 실시하는 노광 장치(EX)를 포함하는 디바이스 제조 시스템(10)의 개략 구성도이다. 또, 이하의 설명에서는, 특별히 언급이 않는 한, 중력 방향을 Z방향으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 도면에 나타내는 화살표에 따라서, X방향, Y방향, 및 Z방향을 설명한다.
디바이스 제조 시스템(10)은, 예를 들면, 전자 디바이스로서의 플렉시블·디스플레이, 플렉시블 배선, 플렉시블·센서 등을 제조하는 제조 라인이 구축된 제조 시스템이다. 이하, 전자 디바이스로서 플렉시블·디스플레이를 전제로 하여 설명한다. 플렉시블·디스플레이로서는, 예를 들면, 유기 EL디스플레이, 액정 디스플레이등이 있다. 디바이스 제조 시스템(10)은, 가요성의 시트 모양의 기판(시트 기판)(FS)을 롤 모양으로 감은 도시하지 않은 공급 롤로부터 기판(FS)이 송출되고, 송출된 기판(FS)에 대해서 각종 처리를 연속적으로 실시한 후, 각종 처리 후의 기판(FS)을 도시하지 않은 회수 롤에서 권취하는, 이른바, 롤·투·롤(Roll　To　Roll) 방식의 구조를 가진다. 기판(FS)은, 기판(FS)의 이동 방향이 긴 길이 방향(장척(長尺))이 되고, 폭방향이 짧은 길이 방향(단척(短尺))이 되는 띠 모양의 형상을 가진다. 각종 처리 후의 기판(FS)은, 복수의 전자 디바이스가 장척 방향을 따라서 늘어선 상태로 되어 있고, 다면취(多面取)용 기판으로 되어 있다. 상기 공급 롤로부터 보내어진 기판(FS)은, 순차적으로, 프로세스 장치(PR1), 노광 장치(EX), 및 프로세스 장치(PR2) 등에 의해 각종 처리가 실시되어, 상기 회수 롤에서 권취된다.
또, X방향은, 수평면내에서, 프로세스 장치(PR1)로부터 노광 장치(EX)를 거쳐 프로세스 장치(PR2)를 향하는 방향(반송 방향)이다. Y방향은, 수평면내에서 X방향에 직교하는 방향이며, 기판(FS)의 폭방향(단척 방향)이다. Z방향은, X방향과 Y방향에 직교하는 방향(윗방향)이며, 중력이 작용하는 방향과 평행이다.
기판(FS)은, 예를 들면, 수지 필름, 혹은, 스테인리스강 등의 금속 또는 합금으로 이루어지는 박(箔)(포일) 등이 이용된다. 수지 필름의 재질로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리염화비닐 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 및 아세트산 비닐 수지 중, 적어도 1개 이상을 포함한 것을 이용해도 괜찮다. 또, 기판(FS)의 두께나 강성(영률(Young's modulus))은, 노광 장치(EX)의 반송로를 지날 때에, 기판(FS)에 좌굴(坐屈)에 의한 접힌금이나 비가역적인 주름이 생기지 않는 범위이면 좋다. 기판(FS)의 모재(母材)로서, 두께가 25㎛~200㎛ 정도의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프타레이트) 등의 필름은, 바람직한 시트 기판의 전형이다.
기판(FS)은, 프로세스 장치(PR1), 노광 장치(EX), 및 프로세스 장치(PR2)에서 실시되는 각 처리에서 열을 받는 경우가 있기 때문에, 열팽창 계수가 현저하게 크지 않은 재질의 기판(FS)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 좋다. 또, 기판(FS)은, 플로트법 등에 의해 제조된 두께 100㎛ 정도의 매우 얇은 유리의 단층체라도 좋고, 이 매우 얇은 유리에 상기의 수지 필름, 박 등을 접합시킨 적층체라도 좋다.
그런데, 기판(FS)의 가요성(flexibility)은, 기판(FS)에 자중(自重) 정도의 힘을 가해도 전단(剪斷)하거나 파단하거나 하는 것이 아니고, 그 기판(FS)을 휘게 하는 것이 가능한 성질을 말한다. 또, 자중 정도의 힘에 의해서 굴곡하는 성질도 가요성에 포함된다. 또, 기판(FS)의 재질, 크기, 두께, 기판(FS) 상에 성막(成膜)되는 층 구조, 온도, 습도 등의 환경 등에 따라서, 가요성의 정도는 변한다. 결국, 본 실시 형태에 의한 디바이스 제조 시스템(10) 내의 반송로에 마련되는 각종의 반송용 롤러, 회전 드럼 등의 반송 방향 전환용 부재에 기판(FS)을 바르게 감는 경우에, 좌굴하여 접은 금이 생기거나, 파손(깨짐이나 균열이 발생)하거나 하지 않고, 기판(FS)을 매끄럽게 반송할 수 있으면, 가요성의 범위라고 할 수 있다.
프로세스 장치(PR1)는, 노광 장치(EX)에서 노광 처리되는 기판(FS)에 대해서 전(前)공정의 처리를 행한다. 프로세스 장치(PR1)는, 전공정의 처리를 행한 기판(FS)을 노광 장치(EX)로 향하여 보낸다. 이 전공정의 처리에 의해, 노광 장치(EX)로 보내어지는 기판(FS)은, 그 표면에 감광성 기능층(감광층)이 형성된 기판(감광 기판)(FS)으로 되어 있다.
이 감광성 기능층은, 용액으로서 기판(FS) 상에 도포되고, 건조하는 것에 의해서 층(막)이 된다. 감광성 기능층의 전형적인 것은 포토레지스트(액상(液狀) 또는 드라이 필름상(film狀))이지만, 현상(現像) 처리가 불필요한 재료로서, 자외선의 조사를 받는 부분의 친발액성(親撥液性)이 개질되는 감광성 실란 커플링제(SAM), 혹은 자외선의 조사를 받은 부분에 도금 환원기가 드러나는 감광성 환원제 등이 있다. 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우는, 기판(FS) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분이 발액성으로부터 친액성으로 개질된다. 그 때문에, 친액성이 된 부분 위에 도전성 잉크(은이나 동 등의 도전성 나노 입자를 함유하는 잉크)나 반도체 재료를 함유한 액체 등을 선택 도포함으로써, 박막 트랜지스터(TFT) 등을 구성하는 전극, 반도체, 절연, 혹은 접속용 배선이나 전극이 되는 패턴층을 형성할 수 있다. 감광성 기능층으로서, 감광성 환원제를 이용하는 경우는, 기판(FS) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분에 도금 환원기가 드러난다. 그 때문에, 노광 후, 기판(FS)을 즉시 팔라듐 이온 등을 포함하는 도금액 중에 일정 시간 침지함으로써, 팔라듐에 의한 패턴층이 형성(석출)된다. 이러한 도금 처리는 애더티브(additive)인 프로세스이지만, 그 외, 서브트랙티브(subtractive)인 프로세스로서의 에칭 처리를 전제로 하는 경우, 노광 장치(EX)로 보내어지는 기판(FS)은, 모재를 PET나 PEN로 하고, 그 표면에 알루미늄(Al)이나 동(Cu) 등의 금속성 박막을 전면 또는 선택적으로 증착하고, 또 그 위에 포토레지스트층을 적층한 것이라도 좋다.
본 실시 형태에서는, 노광 장치(EX)는, 마스크를 이용하지 않는 직묘(直描) 방식의 노광 장치, 이른바 래스터(raster) 스캔 방식의 노광 장치이며, 프로세스 장치(PR1)로부터 공급된 기판(FS)의 피조사면(감광면)에 대해서, 디스플레이용 전자 디바이스, 회로 또는 배선 등을 위한 소정의 패턴에 따른 광 패턴을 조사한다. 후에 상세하게 설명하지만, 노광 장치(EX)는, 기판(FS)을 ＋X방향(부주사의 방향)으로 반송하면서, 노광용 빔(LB)의 스폿광(SP)을, 기판(FS)의 피조사면 상에서 소정의 주사 방향(Y방향)으로 1차원으로 주사(주주사)하면서, 스폿광(SP)의 강도를 패턴 데이터(묘화 데이터)에 따라 고속으로 변조(變調)(온/오프)한다. 이것에 의해, 기판(FS)의 피조사면에 전자 디바이스, 회로 또는 배선 등의 소정의 패턴에 따른 광 패턴이 묘화 노광된다. 즉, 기판(FS)의 부주사와, 스폿광(SP)의 주주사에서, 스폿광(SP)이 기판(FS)의 피조사면 상에서 상대적으로 2차원 주사되어, 기판(FS)에 소정의 패턴이 묘화 노광된다. 또, 전자 디바이스는, 복수의 패턴층(패턴이 형성된 층)이 서로 겹쳐짐으로써 구성되므로, 노광 장치(EX)에 의해서 각 층에 대응한 패턴이 노광된다.
프로세스 장치(PR2)는, 노광 장치(EX)에서 노광 처리된 기판(FS)에 대한 후공정의 처리(예를 들면 도금 처리나 현상·에칭 처리 등)를 행한다. 이 후공정의 처리에 의해, 기판(FS) 상에 전자 디바이스의 패턴층이 형성된다. 또, 전자 디바이스는, 복수의 패턴층이 서로 겹쳐짐으로써 구성되므로, 디바이스 제조 시스템(10)의 각 처리에 의해서 제1 층에 패턴이 형성된 후, 재차, 디바이스 제조 시스템(10)의 각 처리를 거침으로써, 제2 층에 패턴이 형성된다.
다음으로, 노광 장치(EX)에 대해 상세하게 설명한다. 노광 장치(EX)는, 온조(溫調) 챔버(chamber)(ECV) 내에 격납되어 있다. 이 온조 챔버(ECV)는, 내부를 소정의 온도로 유지함으로써, 내부에서 반송되는 기판(FS)의 온도에 의한 형상 변화를 억제한다. 온조 챔버(ECV)는, 패시브 또는 액티브한 방진(防振) 유닛(SU1, SU2)을 매개로 하여 제조 공장의 설치면(E)에 배치된다. 방진 유닛(SU1, SU2)은, 설치면(E)으로부터의 진동을 저감한다. 이 설치면(E)은, 공장의 바닥면 자체라도 좋고, 수평면을 내기 위해서 바닥면 상에 설치되는 설치 토대(페데스탈(pedestal)) 상의 면이라도 좋다. 노광 장치(EX)는, 기판 반송 기구(12)와, 광원 장치(펄스 광원 장치)(14)와, 노광 헤드(16)와, 제어 장치(18)와, 복수의 얼라이먼트 현미경(ALG(ALG1~ALG4))을 적어도 구비하고 있다.
기판 반송 기구(12)는, 프로세스 장치(PR1)로부터 반송되는 기판(FS)을, 노광 장치(EX) 내에서 소정의 속도로 반송한 후, 프로세스 장치(PR2)에 소정의 속도로 송출한다. 이 기판 반송 기구(12)에 의해서, 노광 장치(EX) 내에서 반송되는 기판(FS)의 반송로가 규정된다. 기판 반송 기구(12)는, 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)으로부터 순서대로, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC), 구동 롤러(R1), 텐션 조정 롤러(RT1), 회전 드럼(원통 드럼)(DR), 텐션 조정 롤러(RT2), 구동 롤러(R2), 및, 구동 롤러(R3)를 가지고 있다.
엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 프로세스 장치(PR1)로부터 반송되는 기판(FS)의 폭방향(Y방향로서 기판(FS)의 단척 방향)에서의 위치를 조정한다. 즉, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 소정의 텐션이 걸린 상태로 반송되고 있는 기판(FS)의 폭방향의 단부(엣지)에서의 위치가, 목표 위치에 대해서 ±십수㎛~수십㎛ 정도의 범위(허용 범위)에 들어가도록, 기판(FS)을 폭방향으로 이동시켜, 기판(FS)의 폭방향에서의 위치를 조정한다. 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 기판(FS)이 걸어 걸쳐지는롤러와, 기판(FS)의 폭방향의 단부(엣지)의 위치를 검출하는 도시하지 않은 엣지 센서(단부 검출부)를 가지고, 엣지 센서가 검출한 검출 신호에 근거하여, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)의 상기 롤러를 Y방향으로 이동시켜, 기판(FS)의 폭방향에서의 위치를 조정한다. 구동 롤러(R1)는, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)로부터 반송되는 기판(FS)의 표리 양면을 유지하면서 회전하여, 기판(FS)을 회전 드럼(DR)으로 향하여 반송한다. 또, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 회전 드럼(DR)에 감기는 기판(FS)의 장척 방향이, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)에 대해서 항상 직교하도록, 기판(FS)의 폭방향에서의 위치와 함께, 기판(FS)의 진행 방향에서의 기울기 오차를 보정하도록, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)의 롤러의 회전축과 Y축과의 평행도(平行度)를 적절히 조정해도 괜찮다.
회전 드럼(DR)은, Y방향으로 연장됨과 아울러 중력이 작용하는 Z방향과 교차한 방향으로 연장된 중심축(AXo)과, 중심축(AXo)으로부터 일정 반경의 원통 모양의 외주면을 가지고, 외주면(원주면)에 따라서 기판(FS)의 일부를 장척 방향으로 지지하면서, 중심축(AXo)을 중심으로 회전하여 기판(FS)을 ＋X방향으로 반송한다. 회전 드럼(DR)은, 노광 헤드(16)로부터의 빔(LB)(스폿광(SP))이 투사되는 기판(FS) 상의 노광 영역(부분)을 그 원주면에 지지한다. 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양측에는, 중심축(AXo)의 둘레를 회전하도록 고리 모양의 베어링에 의해 지지된 샤프트(Sft)를 가진다. 이 샤프트(Sft)는, 제어 장치(18)에 의해서 제어되는 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등)으로부터의 회전 토크가 부여됨으로써 중심축(AXo) 둘레로 회전한다. 또, 편의적으로, 중심축(AXo)을 포함하며, YZ면과 평행한 면을 중심면(Poc)이라고 한다.
구동 롤러(R2, R3)는, 기판(FS)의 반송 방향(＋X방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 배치되어 있고, 노광 후의 기판(FS)에 소정의 늘어짐(여유)을 부여하고 있다. 구동 롤러(R2, R3)는, 구동 롤러(R1)와 마찬가지로, 기판(FS)의 표리 양면을 유지하면서 회전하고, 기판(FS)을 프로세스 장치(PR2)로 향하여 반송한다. 구동 롤러(R2, R3)는, 회전 드럼(DR)에 대해서 반송 방향의 하류측(＋X방향측)에 마련되어 있고, 이 구동 롤러(R2)는, 구동 롤러(R3)에 대해서, 반송 방향의 상류측(-X방향측)에 마련되어 있다. 텐션 조정 롤러(RT1, RT2)는, -Z방향으로 가압되어 있고, 회전 드럼(DR)에 감겨져 지지되어 있는 기판(FS)에 장척 방향으로 소정의 텐션을 부여하고 있다. 이것에 의해, 회전 드럼(DR)에 걸리는 기판(FS)에 부여되는 장척 방향의 텐션을 소정의 범위 내에 안정화시키고 있다. 또, 제어 장치(18)는, 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속기 등)을 제어함으로써, 구동 롤러(R1~R3)를 회전시킨다.
광원 장치(14)는, 광원(펄스 광원)을 가지며, 펄스 모양의 빔(펄스광, 레이저)(LB)을 사출하는 것이다. 이 빔(LB)은, 370nm 이하의 파장 대역에 피크 파장을 가지는 자외선 광이며, 빔(LB)의 발광 주파수를 Fe로 한다. 광원 장치(14)가 사출한 빔(LB)은, 노광 헤드(16)에 입사한다. 광원 장치(14)는, 제어 장치(18)의 제어에 따라서, 발광 주파수 Fe로 빔(LB)을 발광하여 사출한다. 또, 광원 장치(14)로서, 적외 파장역의 펄스광을 발생하는 반도체 레이저 소자, 파이버 증폭기, 증폭된 적외 파장역의 펄스광을 자외 파장역의 펄스광으로 변환하는 파장 변환 소자(고조파(高調波) 발생 소자) 등으로 구성되는 파이버 앰프 레이저 광원을 이용해도 괜찮다. 그 경우, 발광 주파수(발진 주파수) Fe가 수백 MHz이고, 1펄스광의 발광 시간이 피코초 정도의 고휘도인 자외선의 펄스광을 얻을 수 있다.
노광 헤드(16)는, 빔(LB)이 각각 입사하는 복수의 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))를 구비하고 있다. 노광 헤드(16)는, 회전 드럼(DR)의 원주면에 에 의해 지지되어 있는 기판(FS)의 일부분에, 복수의 빔 주사 장치(MD1~MD6)에 의해서, 소정의 패턴을 묘화한다. 노광 헤드(16)는, 동일 구성의 복수의 빔 주사 장치(MD1~MD6)를 배열한, 이른바 멀티빔형의 노광 헤드로 되어 있다. 노광 헤드(16)는, 기판(FS)에 대해서 전자 디바이스용 패턴 노광을 반복하여 행하기 때문에, 패턴이 노광되는 노광 영역(W)(1개의 전자 디바이스의 형성 영역)은, 기판(FS)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 복수 마련되어 있다(도 3 참조).
도 2에도 나타내는 바와 같이, 홀수번째의 빔 주사 장치(빔 주사 유닛)(MD1, MD3, MD5)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에 배치되고, 또한, Y방향으로 병렬하여 배치되어 있다. 짝수번째의 빔 주사 장치(빔 주사 유닛)(MD2, MD4, MD6)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)에 배치되고, 또한, Y방향으로 병렬하여 배치되어 있다. 홀수번째의 빔 주사 장치(MD1, MD3, MD5)와, 짝수번째의 빔 주사 장치(MD2, MD4, MD6)는, 중심면(Poc)에 대해서 대칭으로 마련되어 있다.
빔 주사 장치(MD)는, 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)을 기판(FS)의 피조사면 상에서 스폿광(SP)으로 수렴시키도록 투사하면서, 그 스폿광(SP)을 기판(FS)의 피조사면 상에서 소정의 직선적인 묘화 라인(SLn)을 따라서 1차원으로 주사한다. 복수의 빔 주사 장치(MD1~MD6)의 묘화 라인(주사선)(SLn)은, 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, Y방향(기판(FS)의 폭방향, 주사 방향)에 관해서 서로 분리하지 않고, 서로 이어지도록 설정되어 있다. 이하, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))에 입사하는 빔(LB)을, LB1~LB6으로 나타내는 경우가 있다. 이 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))에 입사하는 빔(LB(LB1~LB6))은, 소정의 방향으로 편광한 직선 편광(P편광 또는 S편광)의 빔이며, 본 실시 형태에서는, P편광의 빔이 입사시키는 것으로 한다. 또, 빔 주사 장치(MD1)의 묘화 라인(SLn)을 SL1, 빔 주사 장치(MD2~MD6)의 묘화 라인(SLn)을 SL2~SL6로 나타내는 경우가 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 복수의 빔 주사 장치(MD1~MD6)의 전부에 의해 노광 영역(W)의 폭방향의 모두를 커버하도록, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는 주사 영역을 분담하고 있다. 이것에 의해, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는, 기판(FS)의 폭방향으로 분할된 복수의 영역마다 패턴을 묘화할 수 있다. 예를 들면, 1개의 빔 주사 장치(MD)에 의한 Y방향의 주사폭(묘화 라인(SLn)의 길이)을 30~60mm 정도로 하면, 홀수번째의 빔 주사 장치(MD1, MD3, MD5)의 3개와, 짝수번째의 빔 주사 장치(MD2, MD4, MD6)의 3개와의 합계 6개의 빔 주사 장치(MD)를 Y방향으로 배치하는 것에 의해서, 묘화 가능한 Y방향의 폭을 180~360mm 정도로 넓히고 있다. 각 묘화 라인(SL1~SL6)의 길이는, 원칙으로서 동일하게 한다. 즉, 묘화 라인(SL1~SL6)의 각각을 따라서 주사되는 빔(LB)의 스폿광(SP)의 주사 거리는 동일하게 한다.
또, 실제의 묘화 라인((SLn(SL1~SL6))은, 스폿광(SP)이 피조사면 상을 실제로 주사 가능한 최대의 길이 보다도 약간 짧게 설정된다. 예를 들면, 주주사 방향(Y방향)의 묘화 배율이 초기치(배율 보정 없음)의 경우에 패턴 묘화 가능한 묘화 라인(SLn)의 최대 길이를 50mm로 하면, 스폿광(SP)의 피조사면 상에서의 최대 주사 길이는, 묘화 라인(SLn)의 주사 개시점측과 주사 종료점측의 각각에 0.5mm 정도의 여유를 갖게 하여, 51mm 정도로 설정되어 있다. 이와 같이 설정하는 것에 의해서, 스폿광(SP)의 최대 주사 길이 51mm의 범위 내에서, 50mm의 묘화 라인(SLn)의 위치를 주주사 방향으로 미세 조정하거나, 묘화 배율을 미세 조정하거나 하는 것이 가능해진다.
묘화 라인(SL1~SL6)은, 중심면(Poc)를 사이에 두고, 회전 드럼(DR)의 둘레 방향으로 2열로 배치된다. 홀수번째의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)의 기판(FS)의 피조사면 상에 위치한다. 짝수번째의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)의 기판(FS)의 피조사면 상에 위치한다. 묘화 라인(SL1~SL6)은, 기판(FS)의 폭방향, 즉, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 따라서 대략 평행하게 되어 있다.
묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 기판(FS)의 폭방향(주사 방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 직선 상에 배치되어 있다. 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)도 마찬가지로, 기판(FS)의 폭방향(주사 방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 직선 상에 배치되어 있다. 이 때, 묘화 라인(SL2)은, 기판(FS)의 폭방향에서, 묘화 라인(SL1)과 묘화 라인(SL3)과의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 묘화 라인(SL3)은, 기판(FS)의 폭방향에서, 묘화 라인(SL2)과 묘화 라인(SL4)과의 사이에 배치하게 된다. 묘화 라인(SL4)은, 기판(FS)의 폭방향에서, 묘화 라인(SL3)과 묘화 라인(SL5)과의 사이에 배치되고, 묘화 라인(SL5)은, 기판(FS)의 폭방향에서, 묘화 라인(SL4)과 묘화 라인(SL6)과의 사이에 배치된다.
홀수번째의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 각각을 따라서 주사되는 빔(LB)의 스폿광(SP)의 주사 방향은, 일차원의 방향으로 되어 있고, 동일 방향으로 되어 있다. 짝수번째의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 각각을 따라서 주사되는 빔(LB)의 스폿광(SP)의 주사 방향은, 일차원 방향으로 되어 있고, 동일 방향으로 되어 있다. 이 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을 따라서 주사되는 빔(LB)의 스폿광(SP)의 주사 방향과, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을 따라서 주사되는 빔(LB)의 스폿광(SP)의 주사 방향은 서로 반대 방향으로 되어 있다. 상세하게는, 이 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을 따라서 주사되는 빔(LB)의 스폿광(SP)의 주사 방향은 -Y방향이며, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을 따라서 주사되는 빔(LB)의 스폿광(SP)의 주사 방향은 ＋Y방향이다. 이것에 의해, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 묘화 개시 위치(묘화 개시점의 위치)와, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 묘화 개시 위치와는 Y방향에 관해서 인접(또는 일부 중복)한다. 또, 묘화 라인(SL3, SL5)의 묘화 종료 위치(묘화 종료점의 위치)와, 묘화 라인(SL2, SL4)의 묘화 종료 위치와는 Y방향에 관해서 인접(또는 일부 중복)한다. Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 일부 중복시키는 경우는, 예를 들면, 각 묘화 라인(SLn)의 길이에 대해서, 묘화 개시 위치, 또는 묘화 종료 위치를 포함하여 Y방향으로 수% 이하의 범위에서 중복시키면 좋다.
또, 이 묘화 라인(SLn)의 부주사 방향의 폭은, 스폿광(SP)의 사이즈(직경) φ에 따른 굵기이다. 예를 들면, 스폿광(SP)의 사이즈 φ가 3㎛인 경우는, 각 묘화 라인(SLn)의 폭도 3㎛가 된다. 스폿광(SP)은, 소정의 길이(예를 들면, 스폿광(SP)의 사이즈 φ의 절반)만큼 오버랩하도록, 묘화 라인(SLn)을 따라서 조사되어도 괜찮다. 또, Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SLn)(예를 들면, 묘화 라인(SL1)과 묘화 라인(SL2))끼리를 서로 인접시키는 경우(잇는 경우)도, 소정의 길이(예를 들면, 스폿광(SP)의 사이즈 φ의 절반)만큼 오버랩시키는 것이 좋다.
본 실시 형태의 경우, 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)이 펄스광이기 때문에, 주주사의 동안에 묘화 라인(SLn) 상에 투사되는 스폿광(SP)은, 빔(LB)의 발진 주파수 Fe에 따라서 이산적(離散的)이 된다. 그 때문에, 빔(LB)의 1펄스광에 의해서 투사되는 스폿광(SP)과 다음의 1펄스광에 의해서 투사되는 스폿광(SP)을, 주주사 방향으로 오버랩시킬 필요가 있다. 그 오버랩의 양은, 스폿광(SP)의 사이즈 φ, 스폿광(SP)의 주사 속도, 빔(LB)의 발진 주파수 Fe에 의해서 설정되지만, 스폿광(SP)의 강도 분포가 가우스(Gauss) 분포로 근사(近似)되는 경우, 스폿광(SP)의 피크 강도의 1/e2(또는 1/2)로 정해지는 실효적인 지름 사이즈 φ에 대해서, φ／2 정도 오버랩시키는 것이 좋다. 따라서, 부주사 방향(묘화 라인(SLn)과 직교한 방향)에 관해서도, 묘화 라인(SLn)을 따른 스폿광(SP)의 1회의 주사와, 다음의 주사와의 사이에서, 기판(FS)이 스폿광(SP)의 실효적인 사이즈 φ의 거의 1/2 이하의 거리만큼 이동하도록 설정하는 것이 바람직하다. 또, 기판(FS) 상의 감광성 기능층으로의 노광량의 설정은, 빔(LB)(펄스광)의 피크치의 조정에 의해 가능하지만, 빔(LB)의 강도를 올릴 수 없는 상황에서 노광량을 증대시키고 싶은 경우는, 스폿광(SP)의 주주사 방향의 주사 속도의 저하, 빔(LB)의 발진 주파수 Fe의 증대, 혹은 기판(FS)의 부주사 방향의 반송 속도의 저하 등 중 어느 하나에 의해서, 스폿광(SP)의 주주사 방향 또는 부주사 방향에 관한 오버랩량을 실효적인 사이즈 φ의 1/2 이상으로 증가시키면 좋다.
각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는, 적어도 XZ평면에서, 빔(LB(LB1~LB6))이 기판(FS)의 피조사면에 대해서 수직이 되도록, 빔(LB(LB1~LB6))을 기판(FS)을 향해서 조사한다. 즉, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는, XZ평면에서, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 향해 나아가도록, 즉, 피조사면의 법선과 동축(평행)이 되도록, 빔(LB(LB1~LB6))을 기판(FS)에 대해서 조사(투사)한다. 또, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는, 묘화 라인((SLn(SL1~SL6))에 조사하는 빔(LB(LB1~LB6))이, YZ평면과 평행한 면내에서는 기판(FS)의 피조사면에 대해서 수직이 되도록, 빔(LB(LB1~LB6))을 기판(FS)을 향해서 조사한다. 즉, 피조사면에서의 스폿광(SP)의 주주사 방향에 관해서, 기판(FS)에 투사되는 빔(LB(LB1~LB6))은 텔레센트릭 상태로 주사된다. 여기서, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))에 의해서 규정되는 묘화 라인((SLn(SL1~SL6))의 중점(중심점)을 통과하여 기판(FS)의 피조사면과 수직인 선(또는 '광축'이라고도 함)을, 조사 중심축(Le(Le1~Le6))이라고 한다.
이 각 조사 중심축(Le1~Le6)은, XZ평면에서, 묘화 라인(SL1~SL6)과 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 홀수번째의 빔 주사 장치(MD1, MD3, MD5)의 각각의 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)은, XZ평면에서 동일 방향으로 되어 있고, 홀수번째의 빔 주사 장치(MD2, MD4, MD6) 각각의 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)은, XZ평면에서 동일 방향으로 되어 있다. 또, XZ평면에서, 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)과 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)은, 중심면(Poc)에 대한 각도가 ±θ가 되도록 설정되어 있다(도 4 참조).
도 2에 나타내는 바와 같이, 회전 드럼(DR)의 양단부에는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 둘레 방향의 전체에 걸쳐 고리 모양으로 형성된 눈금을 가지는 스케일부(SD(SDa, SDb))가 마련되어 있다. 이 스케일부(SD(SDa, SDb))는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 둘레 방향으로 일정한 피치(예를 들면, 20㎛)로 오목 모양 또는 볼록 모양의 격자선을 새겨 마련한 회절 격자이며, 인크리멘탈형 스케일로서 구성된다. 이 스케일부(SD(SDa, SDb))는, 중심축(AXo) 둘레로 회전 드럼(DR)과 일체로 회전한다. 또, 이 스케일부(SD(SDa, SDb))와 대향하도록, 복수의 인코더(스케일 독취(讀取, 읽어냄) 헤드)(EC)가 마련되어 있다. 이 인코더(EC)는, 회전 드럼(DR)의 회전 위치를 광학적으로 검출하는 것이다. 회전 드럼(DR)의 -Y방향측의 단부에 마련된 스케일부(SDa)에 대향하여, 2개의 인코더(EC)(EC1a, EC2a)가 마련되고, 회전 드럼(DR)의 ＋Y방향측의 단부에 마련된 스케일부(SDb)에 대향하여, 2개의 인코더(EC(EC1b, EC2b))가 마련되어 있다.
인코더(EC(EC1a, EC1b, EC2a, EC2b))는, 스케일부(SD(SDa, SDb))를 향해서 계측용 광빔을 투사하고, 그 반사 광속(光束)(회절광)을 광전(光電) 검출하는 것에 의해, 스케일부(SD(SDa, SDb))의 둘레 방향의 위치 변화에 따른 검출 신호를 제어 장치(18)에 출력한다. 제어 장치(18)는, 그 검출 신호를 미도시의 카운터 회로에서 내삽(內揷) 보간(補間)하여 디지털 처리하는 것에 의해, 회전 드럼(DR)의 각도 변화, 즉, 그 외주면의 둘레 방향의 위치 변화를 서브 미크론의 분해능으로 계측할 수 있다. 제어 장치(18)는, 회전 드럼(DR)의 각도 변화로부터, 기판(FS)의 반송 속도도 계측할 수 있다.
인코더(EC1a, EC1b)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에 마련되어 있고, XZ평면에서, 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)과 동일 선 상에 배치되어 있다. 즉, XZ평면에서, 인코더(EC1a, EC1b)로부터 투사되는 계측용 광빔의 스케일부(SDa, SDb) 상으로의 투사 위치(독취 위치)와 중심축(AXo)을 잇는 선이, 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)과 동일 선 상에 배치되어 있다. 마찬가지로, 인코더(EC2a, EC2b)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)에 마련되어 있고, XZ평면에서, 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)과 동일 선 상에 배치되어 있다. 즉, XZ평면에서, 인코더(EC2a, EC2b)로부터 투사되는 계측용 광빔의 스케일부(SDa, SDb) 상으로의 투사 위치(독취 위치)와 중심축(AXo)을 잇는 선이, 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)과 동일 선 상에 배치되어 있다.
또, 기판(FS)은, 회전 드럼(DR)의 양단의 스케일부(SDa, SDb)보다 내측에 감겨져 있다. 스케일부(SD(SDa, SDb))의 외주면은, 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(FS)의 외주면과 동일면이 되도록 설정되어 있다. 즉, 스케일부(SD(SDa, SDb))의 외주면의 중심축(AXo)으로부터의 반경(거리)과, 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(FS)의 외주면의 중심축(AXo)으로부터의 반경(거리)이 동일하게 되도록 설정되어 있다. 이것에 의해, 인코더(EC(EC1a, EC1b, EC2a, EC2b))는, 회전 드럼(DR)에 감긴 기판(FS)의 피조사면과 동일 지름 방향의 위치에서 스케일부(SD(SDa, SDb))를 검출할 수 있어, 계측 위치와 처리 위치(스폿광(SP)의 주사 위치 등)가 회전 드럼(DR)의 지름 방향에서 다름으로써 생기는 아베(Abbe) 오차를 작게 할 수 있다.
다만, 피조사체로서의 기판(FS)의 두께는 수십㎛~수백㎛로 크게 다르기 때문에, 스케일부(SD(SDa, SDb))의 외주면의 반경과, 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(FS)의 외주면의 반경을 항상 동일하게 하는 것은 어렵다. 그 때문에, 도 2에 나타낸 스케일부(SD(SDa, SDb))의 경우, 그 외주면(스케일면)의 반경은, 회전 드럼(DR)의 외주면의 반경과 일치하도록 설정된다. 또한, 스케일부(SD)를 개별의 원반(原盤)으로 구성하고, 그 원반(스케일 원반)을 회전 드럼(DR)의 샤프트(Sft)에 동축에 장착하는 것도 가능하다. 그 경우도, 아베 오차가 허용치 내에 들어갈 정도로, 스케일 원반의 외주면(스케일면)의 반경과 회전 드럼(DR)의 외주면의 반경을 일치시켜 두는 것이 좋다.
도 1에 나타낸 얼라이먼트 현미경(ALG(ALG1~ALG4))은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 기판(FS)에 형성된 얼라이먼트 마크(MK(MK1~MK4))를 검출하기 위한 것이며, Y방향을 따라서 복수(본 실시 형태에서는, 4개) 마련되어 있다. 얼라이먼트 마크(MK(MK1~MK4))는, 기판(FS)의 피조사면 상의 노광 영역(W)에 묘화되는 소정의 패턴과, 기판(FS)을 상대적으로 위치 맞춤하기(얼라이먼트하기) 위한 기준 마크이다. 얼라이먼트 현미경(ALG(ALG1~ALG4))은, 회전 드럼(DR)의 원주면에 지지되어 있는 기판(FS) 상에서, 얼라이먼트 마크(MK(MK1~MK4))를 검출한다. 얼라이먼트 현미경(ALG(ALG1~ALG4))은, 노광 헤드(16)로부터의 빔(LB(LB1~LB6))의 스폿광(SP)에 의한 기판(FS) 상의 피조사 영역 보다도 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에 마련되어 있다.
얼라이먼트 현미경(ALG(ALG1~ALG4))은, 얼라이먼트용 조명광을 기판(FS)에 투사하는 광원과, 기판(FS)의 표면의 얼라이먼트 마크(MK(MK1~MK4))를 포함하는 국소 영역의 확대상(擴大像)을 얻는 관찰 광학계(대물 렌즈를 포함함)와, 그 확대상을 기판(FS)이 반송 방향으로 이동하고 있는 동안에 고속 셔터로 촬상하는 CCD, CMOS 등의 촬상 소자를 가진다. 얼라이먼트 현미경(ALG(ALG1~ALG4))이 촬상한 촬상 신호는 제어 장치(18)에 보내어진다. 제어 장치(18)는, 촬상 신호의 화상 해석과, 촬상한 순간의 회전 드럼(DR)의 회전 위치의 정보(도 2에 나타낸 스케일부(SD)를 읽어내는 인코더(EC)에 의해 계측)에 근거하여, 얼라이먼트 마크(MK(MK1~MK4))의 위치를 검출하여, 기판(FS)의 위치를 검출한다. 또, 얼라이먼트용 조명광은, 기판(FS) 상의 감광성 기능층에 대해서 거의 감도를 가지지 않는 파장역의 광, 예를 들면, 파장 500~800nm 정도의 광이다.
얼라이먼트 마크(MK1~MK4)는, 각 노광 영역(W)의 둘레에 마련되어 있다. 얼라이먼트 마크(MK1, MK4)는, 노광 영역(W)의 기판(FS)의 폭방향의 양측에, 기판(FS)의 장척 방향을 따라서 일정한 간격(Dh)으로 복수 형성되어 있다. 얼라이먼트 마크(MK1)는, 기판(FS)의 폭방향의 -Y방향측에, 얼라이먼트 마크(MK4)는, 기판(FS)의 폭방향의 ＋Y방향측에 각각 형성되어 있다. 이러한 얼라이먼트 마크(MK1, MK4)는, 기판(FS)이 큰 텐션을 받거나, 열프로세스를 받거나 하여 변형하고 있지 않은 상태에서는, 기판(FS)의 장척 방향(X방향)에 관해서 동일 위치가 되도록 배치된다. 게다가, 얼라이먼트 마크(MK2, MK3)는, 얼라이먼트 마크(MK1)와 얼라이먼트 마크(MK4)의 사이로서, 노광 영역(W)의 ＋X방향측과 -X방향측과의 여백부에 기판(FS)의 폭방향(단척 방향)을 따라서 형성되어 있다. 얼라이먼트 마크(MK2)는, 기판(FS)의 폭방향의 -Y방향측에, 얼라이먼트 마크(MK3)는, 기판(FS)의 ＋Y방향측에 형성되어 있다. 또한, 기판(FS)의 -Y방향의 측단부에 배열되는 얼라이먼트 마크(MK1)와 여백부의 얼라이먼트 마크(MK2)와의 Y방향의 간격, 여백부의 얼라이먼트 마크(MK2)와 얼라이먼트 마크(MK3)의 Y방향의 간격, 및 기판(FS)의 ＋Y방향의 측단부에 배열되는 얼라이먼트 마크(MK4)와 여백부의 얼라이먼트 마크(MK3)와의 Y방향의 간격은, 모두 동일 거리로 설정되어 있다. 이들 얼라이먼트 마크(MK(MK1~MK4))는, 제1층의 패턴층의 형성시에 함께 형성되어도 괜찮다. 예를 들면, 제1 층의 패턴을 노광할 때에, 패턴이 노광되는 노광 영역(W)의 둘레에 얼라이먼트 마크용 패턴도 함께 노광해도 괜찮다. 또, 얼라이먼트 마크(MK)는, 노광 영역(W) 내에 형성되어도 괜찮다. 예를 들면, 노광 영역(W) 내이며, 노광 영역(W)의 윤곽을 따라서 형성되어도 괜찮다.
얼라이먼트 현미경(ALG1)은, 대물 렌즈에 의한 관찰 영역(검출 영역)(Vw1) 내에 존재하는 얼라이먼트 마크(MK1)를 촬상하도록 배치된다. 마찬가지로, 얼라이먼트 현미경(ALG2~ALG4)은, 대물 렌즈에 의한 관찰 영역(Vw2~Vw4) 내에 존재하는 얼라이먼트 마크(MK2~MK4)를 촬상하도록 배치된다. 따라서, 복수의 얼라이먼트 현미경(ALG1~ALG4)은, 복수의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)의 위치에 대응하여, 기판(FS)의 -Y방향측으로부터 얼라이먼트 현미경(ALG1~ALG4)의 순서로 마련되어 있다. 얼라이먼트 현미경(ALG(ALG1~ALG4))은, X방향에 관하여, 노광 위치(묘화 라인(SL1~SL6))와 얼라이먼트 현미경(ALG)의 관찰 영역(Vw(Vw1~Vw4))과의 거리가, 노광 영역(W)의 X방향의 길이 보다도 짧게 되도록 마련되어 있다. 또, Y방향으로 마련되는 얼라이먼트 현미경(ALG)의 수는, 기판(FS)의 폭방향으로 형성되는 얼라이먼트 마크(MK)의 수에 따라 변경 가능하다. 또, 관찰 영역(Vw1~Vw4)의 기판(FS)의 피조사면 상의 크기는, 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)의 크기나 얼라이먼트 정밀도(위치 계측 정밀도)에 따라 설정되지만, 100~500㎛각(角) 정도의 크기이다.
도 4는, 노광 장치(EX)의 요부 확대도이다. 노광 장치(EX)는, 복수의 광 도입 광학계(BDU(BDU1~BDU6))와, 본체 프레임(UB)을 더 구비한다. 광 도입 광학계(BDU(BDU1~BDU6))는, 광원 장치(14)로부터의 빔(LB(LB1~LB6))을 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))로 안내한다. 광 도입 광학계(BDU1)는, 빔(LB1)을 빔 주사 장치(MD1)로 안내하고, 광 도입 광학계(BDU2)는, 빔(LB2)을 빔 주사 장치(MD2)로 안내한다. 마찬가지로, 광 도입 광학계(BDU3~BDU6)는, 빔(LB3~LB6)을 빔 주사 장치(MD3~MD6)로 안내한다. 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)은, 도시하지 않은 빔 스플리터, 혹은 스위칭용 광 편향기 등의 광학 부재에 의해서, 각 광 도입 광학계(BDU1~BDU6)에 분기(分岐)하여 입사, 혹은 선택적으로 입사된다. 광 도입 광학계(BDU(BDU1~BDU6))는, 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))에 의해서 기판(FS)의 피조사면 상에 투사되는 스폿광(SP)의 강도를 패턴 데이터에 따라 고속으로 변조(온/오프)하는 묘화용 광학 소자(AOM(AOM1~AOM6))를 가진다. 묘화용 광학 소자(AOM)는, 음향 광학 변조기(Acousto-Optic Modulator)이다. 이 패턴 데이터는, 제어 장치(18)의 도시하지 않은 기억 영역에 기억되어 있다.
본체 프레임(UB)은, 복수의 광 도입 광학계(BDU1~BDU6)와 복수의 빔 주사 장치(MD1~MD6)를 유지한다. 본체 프레임(UB)은, 복수의 광 도입 광학계(BDU1~BDU6)를 유지하는 제1 프레임부(Ub1)와, 복수의 빔 주사 장치(MD1~MD6)를 유지하는 제2 프레임부(Ub2)를 가진다. 제1 프레임부(Ub1)는, 제2 프레임부(Ub2)에 의해서 유지된 복수의 빔 주사 장치(MD1~MD6)의 상부(＋Z방향측)에서, 복수의 광 도입 광학계(BDU1~BDU6)를 유지한다. 홀수번째의 광 도입 광학계(BDU1, BDU3, BDU5)는, 홀수번째의 빔 주사 장치(MD1, MD3, MD5)의 위치에 대응하여, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에 배치되도록, 제1 프레임부(Ub1)에 유지 되어 있다. 짝수번째의 광 도입 광학계(BDU2, BDU4, BDU6)는, 마찬가지로, 짝수번째의 빔 주사 장치(MD2, MD4, MD6)의 위치에 대응하여, 중심면(Poc)에 대해서 기판(FS)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)에 배치되도록, 제1 프레임부(Ub1)에 유지되어 있다. 이 광 도입 광학계(BDU)의 구성에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.
제1 프레임부(Ub1)는, 복수의 광 도입 광학계(BDU1~BDU6)를 하부(-Z방향측)로부터 지지한다. 제1 프레임부(Ub1)에는, 복수의 광 도입 광학계(BDU1~BDU6)에 대응하여 복수의 개구부(Hs(Hs1~Hs6))가 마련되어 있다. 이 복수의 개구부(Hs1~Hs6)에 의해서, 복수의 광 도입 광학계(BDU1~BDU6)로부터 사출되는 빔(LB1~LB6)이 제1 프레임부(Ub1)에 의해서 차단되지 않고, 대응하는 빔 주사 장치(MD1~MD6)에 입사한다. 즉, 광 도입 광학계(BDU(BDU1~BDU6))로부터 사출하는 빔(LB(LB1~LB6))은, 개구부(Hs(Hs1~Hs6))를 통과하여, 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))에 입사한다.
제2 프레임부(Ub2)는, 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))의 각각을 조사 중심축(Le(Le1~Le6)) 둘레로 회전 가능하게 유지한다. 즉, 제2 프레임부(Ub2)에 의해서, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는, 조사 중심축(Le(Le1~Le6))의 둘레로 회전할 수 있다. 이 제2 프레임부(Ub2)에 의한 빔 주사 장치(MD)의 유지 구조에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.
도 5는, 광 도입 광학계(BDU)의 광학적인 구성을 나타내는 상세도, 도 6은, 묘화용 광학 소자(AOM)에 의한 광로의 변경(빔(LB)의 온/오프)을 설명하는 개략 설명도이다. 홀수번째의 광 도입 광학계(BDU1, BDU3, BDU5)와, 짝수번째의 광 도입 광학계(BDU2, BDU4, BDU6)는, 중심면(Poc)에 대해서 대칭으로 마련되어 있다. 또, 각 광 도입 광학계(BDU(BDU1~BDU6))는, 동일한 구성을 가지기 때문에, 광 도입 광학계(BDU1)에 대해서만 설명하고, 다른 광 도입 광학계(BDU)에 대한 설명을 생략한다.
광 도입 광학계(BDU1)는, 묘화용 광학 소자(AOM1) 외에, 광학 렌즈계(G1, G2)와, 반사 미러(M1~M5)를 가진다. 묘화용 광학 소자(AOM1)에는, 묘화용 광학 소자(AOM1) 내에서 빔 웨이스트(waist)가 되도록 빔(LB1)이 입사한다. 묘화용 광학 소자(AOM1)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 오프(로우(low)))의 상태일 때에는, 입사한 빔(LB1)을 흡수체(AB)에 투과시키고, 제어 장치(18)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 온(하이)의 상태일 때에는, 입사한 빔(LB1)을 회절시킨 1차 회절광을 반사 미러(M1)로 향하게 한다. 흡수체(AB)는, 빔(LB1)의 외부로의 누설을 억제하기 위해서 빔(LB1)을 흡수하는 광 트랩이다. 제어 장치(18)는, 묘화용 광학 소자(AOM1)에 인가해야 할 구동 신호(고주파 신호)를 패턴 데이터에 따라 고속으로 온/오프(하이/로우)로 하는 것에 의해서, 빔(LB1)이 반사 미러(M1)를 향할지(묘화용 광학 소자(AOM1)가 온), 흡수체(AB)를 향할지(묘화용 광학 소자(AOM1)가 오프)가 스위칭된다. 이것은, 기판(FS)의 피조사면 상에서 보면, 빔 주사 장치(MD1)로부터 피조사면(기판(FS))에 도달하는 빔(LB1)의 스폿광(SP)의 강도가, 패턴 데이터에 따라 고레벨과 저레벨(예를 들면, 제로 레벨) 중 어느 하나로 고속으로 변조되는 것을 의미한다.
패턴 데이터는, 스폿광(SP)의 주사 방향(Y방향)을 따른 방향을 행(行)방향으로 하고, 기판(FS)의 반송 방향(X방향)을 따른 방향을 열(列)방향으로 하도록 2차원으로 분해된 복수의 화소 데이터로 구성되어 있는 비트 맵 데이터이다. 이 화소 데이터는, 「0」또는 「1」의 1비트의 데이터이다. 「0」의 화소 데이터는, 기판(FS) 상에 조사하는 스폿광(SP)의 강도를 저레벨로 하는 것을 의미하고, 「1」의 화소 데이터는, 기판(FS) 상에 조사하는 스폿광(SP)의 강도를 고레벨로 하는 것을 의미한다. 따라서, 제어 장치(18)는, 화소 데이터가 「0」인 경우는, 오프의 구동 신호(고주파 신호)를, 광 도입 광학계(BDU1)의 묘화용 광학 소자(AOM1)에 출력하고, 화소 데이터가 「1」인 경우는, 온의 구동 신호(고주파 신호)를 묘화용 광학 소자(AOM1)에 출력한다. 이 패턴 데이터의 1열분(分)의 화소 데이터의 수는, 피조사면 상에서의 화소의 치수와 묘화 라인(SLn)의 길이에 따라 정해지고, 1화소의 치수는 스폿광(SP)의 사이즈 φ에 의해서 정해진다. 앞서 설명한 바와 같이, 피조사면 상에서 계속하여 조사되는 스폿광(SP)을 사이즈 φ의 1/2 정도만큼 오버랩시키는 경우, 1화소의 치수는 스폿광(SP)의 사이즈 φ 정도, 혹은 그 이상으로 설정된다. 예를 들면, 스폿광(SP)의 실효적인 사이즈 φ가 3㎛(오버랩량은 1.5㎛)의 경우, 1화소의 치수는 3㎛각(角) 정도, 혹은 그 이상으로 설정된다. 따라서, 보다 미세한 패턴을 묘화하기 위해서는, 스폿광(SP)의 실효적인 사이즈 φ를 보다 작게 하여, 1화소의 치수를 작게 설정하게 된다. 따라서, 스폿광(SP)을 사이즈 φ의 1/2 정도만큼 오버랩시키는 경우, 묘화 라인(SL1)을 따라서 투사되는 스폿광(SP)의 수(펄스수)는 패턴 데이터의 1열분의 화소 데이터의 수의 2배가 된다. 이 패턴 데이터는, 도시하지 않은 메모리에 기억되어 있다. 또, 1열분의 화소 데이터를 화소 데이터열(Dw)이라고 칭하는 경우가 있으며, 패턴 데이터는, 복수의 화소 데이터열(Dw(Dw1, Dw2,…, Dwn))가 열방향으로 늘어선 비트 맵 데이터이다.
상세하게 설명하면, 제어 장치(18)는, 패턴 데이터의 화소 데이터열(1열분의 화소 데이터)(Dw)(예를 들면, Dw1)를 읽어내고, 빔 주사 장치(MD1)에 의한 스폿광(SP)의 주사와 동기하여, 읽어낸 화소 데이터열(Dw1)의 화소 데이터에 따른 구동 신호를 광 도입 광학계(BDU1)의 묘화용 광학 소자(AOM1)에 순차적으로 출력한다. 구체적으로는, 묘화 라인(SL1)을 따라서 스폿광(SP)의 2펄스분이 투사되는 타이밍 마다, 읽어낸 화소 데이터열(Dw1) 중 선택하는 1화소분의 데이터를 행방향을 따라서 늦추어가고, 선택한 1화소분의 데이터에 따른 구동 신호를 묘화용 광학 소자(AOM1)에 순차적으로 출력한다. 이것에 의해, 기판(FS)의 조사면 상에 조사되는 스폿광(SP)의 2펄스마다, 그 강도가 화소 데이터에 따라 변조된다. 제어 장치(18)는, 스폿광(SP)의 주사가 종료하면, 다음의 열의 화소 데이터열(Dw2)을 읽어낸다. 그리고, 빔 주사 장치(MD1)의 스폿광(SP)의 주사의 개시에 따라서, 읽어낸 화소 데이터열(Dw2)의 화소 데이터에 따른 구동 신호를 광 도입 광학계(BDU1)의 묘화용 광학 소자(AOM1)에 순차적으로 출력한다. 이와 같이 하여, 스폿광(SP)의 주사를 개시할 때마다, 다음의 열의 화소 데이터열(Dw)의 화소 데이터에 따른 구동 신호를 묘화용 광학 소자(AOM1)에 순차적으로 출력한다. 이것에 의해, 패턴 데이터에 따른 패턴을 묘화 노광할 수 있다. 또, 패턴 데이터는, 빔 주사 장치(MD)마다 마련되어 있다.
묘화용 광학 소자(AOM1)로부터의 빔(LB1)은, 빔 성형용 광학 렌즈계(G1)를 매개로 하여, 흡수체(AB) 또는 반사 미러(M1)에 입사한다. 즉, 묘화용 광학 소자(AOM1)가 온이라도, 오프라도, 묘화용 광학 소자(AOM1)를 통과한 빔(LB1)은 광학 렌즈계(G1)를 투과한다. 묘화용 광학 소자(AOM1)가 온으로 전환되어, 반사 미러(M1)에 빔(LB1)이 입사하면, 빔(LB1)은, 도 5 중의 반사 미러(M1~M5)에 의해서 광로가 절곡되어, 반사 미러(M5)로부터 빔 주사 장치(MD1)를 향해 사출한다. 이 때, 반사 미러(M5)는, 조사 중심축(Le1)과 동축이 되도록 빔(LB1)을 사출한다. 즉, 광 도입 광학계(BDU1)로부터의 빔(LB1)의 축선이 빔 주사 장치(MD1)에 설정된 조사 중심축(Le1)과 동축이 되어 빔 주사 장치(MD1)에 입사하도록, 광 도입 광학계(BDU1)의 반사 미러(M1~M5)에 의해서 그 광로가 절곡되어 있다. 또, 반사 미러(M4)와 반사 미러(M5)와의 사이에는, 빔 성형용의 광학 렌즈계(G2)가 마련되어 있다. 또, 적어도 복수의 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))로부터 구성되는 노광 헤드(16)와 광 도입 광학계(BDU(BDU1~BDU6))는, 본 실시 형태의 묘화 장치를 구성한다. 또, 본체 프레임(UB)도 묘화 장치의 일부를 구성해도 괜찮다.
다음으로, 도 7(및 도 5)을 참조하여 빔 주사 장치(MD)의 광학적인 구성에 대해 설명한다. 또, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는, 동일한 구성을 가지기 때문에, 빔 주사 장치(MD1)에 대해서만 설명하고, 다른 빔 주사 장치(MD)에 대해서는 설명을 생략한다. 또, 도 7(및 도 5)에서는, 조사 중심축(Le(Le1))과 평행한 방향을 Zt방향으로 하고, Zt방향과 직교하는 평면 상으로서, 기판(FS)이 프로세스 장치(PR1)로부터 노광 장치(EX)를 거쳐 프로세스 장치(PR2)를 향하는 방향을 Xt방향으로 하며, Zt방향과 직교하는 평면 상으로서, Xt방향과 직교하는 방향을 Yt방향으로 한다. 즉, 도 7(및 도 5)의 Xt, Yt, Zt의 3차원 좌표는, 도 1의 X, Y, Z의 3차원 좌표를, Y축을 중심으로 Z축 방향이 조사 중심축(Le(Le1))과 평행이 되도록 회전시킨 3차원 좌표이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 빔 주사 장치(MD1) 내에는, 빔(LB1)의 입사 위치로부터 피조사면(기판(FS))까지의 빔(LB1)의 진행 방향을 따라서, 반사 미러(M10), 빔 익스팬더(expander)(BE), 반사 미러(M11), 편광빔 스플리터(splitter)(BS1), 반사 미러(M12), 상(像)시프트 광학 부재(평행 평판)(SR), 편향 조정 광학 부재(프리즘)(DP), 필드 애퍼처(aperture)(FA), 반사 미러(M13), λ/4 파장판(QW), 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 미러(M14), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈(FT), 반사 미러(M15), 실린드리칼 렌즈(CYb)가 마련된다. 게다가 빔 주사 장치(MD1) 내에는, 피조사면(기판(FS))으로부터의 반사광을 편광빔 스플리터(BS1)를 매개로 하여 검출하기 위한 광학 렌즈계(G10) 및 광 검출기(DT1)가 마련된다.
빔 주사 장치(MD1)에 입사하는 빔(LB1)은, -Zt방향을 향해서 나아가고, XtYt 평면에 대해서 45°기울어진 반사 미러(M10)에 입사한다. 이 빔 주사 장치(MD1)에 입사하는 빔(LB1)의 축선은, 조사 중심축(Le1)과 동축이 되도록 반사 미러(M10)에 입사한다. 반사 미러(M10)는, 빔(LB1)을 빔 주사 장치(MD1)에 입사시키는 입사 광학 부재로서 기능하고, 입사한 빔(LB1)을, Xt축과 평행하게 설정되는 광축(AXa)을 따라서 반사 미러(M11)를 향하여 -Xt방향으로 반사한다. 따라서, 광축(AXa)은 XtZt 평면과 평행한 면내에서 조사 중심축(Le1)과 직교한다. 반사 미러(M10)에서 반사한 빔(LB1)은, 광축(AXa)을 따라서 배치되는 빔 익스팬더(BE)를 투과하여 반사 미러(M11)에 입사한다. 빔 익스팬더(BE)는, 투과하는 빔(LB1)의 지름을 확대시킨다. 빔 익스팬더(BE)는, 집광 렌즈(Be1)와, 집광 렌즈(Be1)에 의해서 수렴된 후에 발산하는 빔(LB1)을 평행광으로 하는 콜리메이트 렌즈(Be2)를 가진다.
반사 미러(M11)는, YtZt 평면에 대해서 45°기울어져 배치되고, 입사한 빔(LB1)(광축(AXa))을 편광빔 스플리터(BS1)를 향해서 -Yt방향으로 반사한다. 편광빔 스플리터(BS1)의 편광 분리면은, YtZt 평면에 대해서 45°기울어져 배치되고, P편광의 빔을 반사하고, P편광과 직교하는 방향으로 편광한 직선 편광(S편광)의 빔을 투과하는 것이다. 빔 주사 장치(MD1)에 입사하는 빔(LB1)은, P편광의 빔이므로, 편광빔 스플리터(BS1)는, 반사 미러(M11)로부터의 빔(LB1)을 -Xt방향으로 반사하여 반사 미러(M12)측으로 안내한다.
반사 미러(M12)는, XtYt 평면에 대해서 45°기울어져 배치되고, 입사한 빔(LB1)을, 반사 미러(M12)로부터 -Zt방향으로 떨어진 반사 미러(M13)를 향해서 -Zt방향으로 반사한다. 반사 미러(M12)에서 반사된 빔(LB1)은, Zt축과 평행한 광축(AXc)을 따라서 상(像)시프트 광학 부재(SR), 편향 조정 광학 부재(DP), 및 필드 애퍼처(시야 조리개)(FA)를 통과하여, 반사 미러(M13)에 입사한다. 상시프트 광학 부재(SR)는, 빔(LB1)의 진행 방향(광축(AXc))과 직교하는 평면(XtYt 평면) 내에서, 빔(LB1)의 단면 내의 중심 위치를 2차원적으로 조정한다. 상시프트 광학 부재(SR)는, 광축(AXc)을 따라서 배치되는 2매의 석영의 평행 평판(Sr1, Sr2)으로 구성되며, 평행 평판(Sr1)은, Xt축 둘레로 경사질 수 있고, 평행 평판(Sr2)은, Yt축 둘레로 경사질 수 있다. 이 평행 평판(Sr1, Sr2)이 각각, Xt축, Yt축 둘레로 경사짐으로써, 빔(LB1)의 진행 방향과 직교하는 XtYt 평면에서, 빔(LB1)의 중심의 위치를 2차원으로 미소량(微小量) 시프트한다. 이 평행 평판(Sr1, Sr2)은, 제어 장치(18)의 제어하에서, 도시하지 않은 액추에이터(구동부)에 의해서 구동한다.
편향 조정 광학 부재(DP)는, 반사 미러(M12)에서 반사되어 상시프트 광학 부재(SR)를 통과하여 온 빔(LB1)의 광축(AXc)에 대한 기울기를 미세 조정하는 것이다. 편향 조정 광학 부재(DP)는, 광축(AXc)을 따라서 배치되는 2개의 쐐기 모양의 프리즘(Dp1, Dp2)으로 구성되고, 프리즘(Dp1, Dp2)의 각각은 독립하여 광축(AXc)을 중심으로 360°회전 가능하게 마련되어 있다. 2개의 프리즘(Dp1, Dp2)의 회전 각도 위치를 조정하는 것에 의해서, 반사 미러(M12)에 이르는 빔(LB1)의 축선과 광축(AXc)과의 평행화, 또는 피조사면(기판(FS))에 이르는 빔(LB1)의 축선과 조사 중심축(Le1)과의 평행화가 행하여진다. 또, 2개의 프리즘(Dp1, Dp2)에 의해서 편향 조정된 후의 빔(LB1)은, 빔(LB)의 단면과 평행한 면내에서 횡시프트하고 있는 경우가 있으며, 그 횡시프트는 앞의 상시프트 광학 부재(SR)에 의해서 원래대로 되돌릴 수 있다. 이 프리즘(Dp1, Dp2)은, 제어 장치(18)의 제어하에서, 도시하지 않은 액추에이터(구동부)에 의해서 구동한다.
이와 같이, 상시프트 광학 부재(SR)와 편향 조정 광학 부재(DP)를 통과한 빔(LB1)은, 필드 애퍼처(FA)의 원형 개구를 투과하여 반사 미러(M13)에 이른다. 필드 애퍼처(FA)의 원형 개구는, 빔 익스팬더(BE)에서 확대된 빔(LB1)의 단면 내의 강도 분포의 저변 부분을 컷(cut)하는 조리개이다. 필드 애퍼처(FA)의 원형 개구를 구경(口徑)을 조정할 수 있는 가변 광채(光彩) 조리개로 하면, 스폿광(SP)의 강도(휘도)를 조정할 수 있다.
반사 미러(M13)는, XtYt 평면에 대해서 45°기울어져 배치되고, 입사한 빔(LB1)을 반사 미러(M14)를 향해서 ＋Xt방향으로 반사한다. 반사 미러(M13)에서 반사한 빔(LB1)은, λ/4 파장판(QW) 및 실린드리칼 렌즈(CYa)를 매개로 하여 반사 미러(M14)에 입사한다. 반사 미러(M14)는, 입사한 빔(LB1)을 폴리곤 미러(회전 다면경, 주사용 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 ＋Xt방향측으로 반사한다. 폴리곤 미러(PM)는, 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 기판(FS)의 피조사면 상에서 주사하기 위해서, 입사한 빔(LB1)을 XtYt 평면과 평행한 면내에서 편향(반사)한다. 구체적으로는, 폴리곤 미러(PM)는, Zt축 방향으로 연장되는 회전축(AXp)과, 회전축(AXp)의 둘레에 형성된 복수의 반사면(RP)(본 실시 형태에서는 8개의 반사면(RP))을 가진다. 회전축(AXp)을 중심으로 이 폴리곤 미러(PM)를 소정의 회전 방향으로 회전시킴으로써 반사면(RP)에 조사되는 펄스 모양의 빔(LB1)의 반사각을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 1개의 반사면(RP)에 의해서 빔(LB1)의 반사 방향이 편향되고, 기판(FS)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 주사 방향(기판(FS)의 폭방향, Yt방향)을 따라서 주사할 수 있다.
즉, 1개의 반사면(RP)에 의해서, 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사할 수 있다. 이 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 1회전으로, 기판(FS)의 피조사면 상에 스폿광(SP)이 주사되는 묘화 라인(SL1)의 수는, 반사면(RP)의 수와 동일한 8개가 된다. 폴리곤 미러(PM)는, 모터 등을 포함하는 폴리곤 구동부(RM)에 의해서 일정한 속도로 회전한다. 폴리곤 구동부(RM)에 의한 폴리곤 미러(PM)의 회전은, 제어 장치(18)에 의해서 제어된다. 앞서 설명한 바와 같이, 묘화 라인(SL1)의 실효적인 길이(예를 들면 50mm)는, 이 폴리곤 미러(PM)에 의해서 스폿광(SP)을 주사할 수 있는 최대 주사 길이(예를 들면 51mm) 이하의 길이로 설정되어 있고, 초기설정(설계상)에서는, 최대 주사 길이의 중앙에 묘화 라인(SL1)의 중심점(조사 중심축(Le1)이 통과함)이 설정되어 있다.
예를 들면, 묘화 라인(SL1)의 실효적인 길이를 50mm로 하고, 실효적인 사이즈 φ가 4㎛인 스폿광(SP)을 2.0㎛씩 오버랩시키면서 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 기판(FS)의 피조사면 상에 조사하는 경우는, 1회의 주사에 의해 조사되는 스폿광(SP)(펄스광)의 수는, 25000(=50mm/2.0㎛)가 된다. 또, 기판(FS)의 부주사 방향의 전송 속도(반송 속도) Vt를 8mm/초로 하고, 부주사 방향에 대해서도 스폿광(SP)의 주사가 2.0㎛의 간격으로 행해지는 것으로 하면, 묘화 라인(SL1)을 따른 1회의 주사 개시 시점과 다음의 주사 개시 시점과의 시간차 Tpx는, 250μ초(=2.0㎛/(8mm/초))가 된다. 이 시간차 Tpx는, 8반사면(RP)의 폴리곤 미러(PM)가 1면분(面分)의 각도 45°(=360°／8)만큼 회전하는 시간이다. 이 경우, 폴리곤 미러(PM)의 1회전의 시간은, 2.0m초(=8×250μ초)로 설정되므로, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 Vp는 매초 500 회전(=1/2.0m초), 즉 3만rpm으로 설정된다.
한편, 폴리곤 미러(PM)의 1반사면(RP)에서 반사한 빔(LB1)이 유효하게 fθ 렌즈(FT)에 입사하는 최대 입사 화각(畵角)(스폿광(SP)의 최대 주사 길이에 대응)은, fθ 렌즈(FT)의 초점 거리와 최대 주사 길이에 의해서 거의 정해져 버린다. 일례로서, 8반사면(RP)의 폴리곤 미러(PM)의 경우, 1반사면(RP)분의 회전 각도 45°중에서 실주사에 기여하는 회전 각도의 비율(주사 효율 αp)은 약 1/3 정도이며, fθ 렌즈(FT)의 최대 입사 화각(±15°의 범위, 즉 30°의 범위)에 대응한다. 그 때문에, 묘화 라인(SL1)을 따른 스폿광(SP)의 1주사의 실효적인 시간 Tss는, Tss≒Tpx/3이 되고, 앞의 수치예의 경우, 시간 Tss는 83.33…μ초가 된다. 따라서, 이 시간 Tss의 동안에, 25000의 스폿광(SP)(펄스광)을 조사할 필요가 있으므로, 광원 장치(14)로부터의 펄스 모양의 빔(LB)의 발광 주파수 Fe는, Fe=25000회/83.333…μ초=300MHz가 된다.
이상으로부터, 스폿광(SP)의 사이즈 φ(㎛), 광원 장치(14)의 발광 주파수 Fe(Hz)에 더하여, 묘화 라인(SLn)의 길이를 LBL(㎛), 스폿광(SP)의 오버랩률을 Uo(0＜Uo＜1), 기판(FS)의 반송 속도를 Vt(㎛/초), 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)수를 Np, 폴리곤 미러(PM)의 1반사면(RP)당 주사 효율을 αp(0＜αp＜1)로 하고,φ·(1-Uo)=YP(㎛)이면, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 Vp(rps)는, Vp=Vt/(Np·YP)로 나타내어지고, 발광 주파수 Fe(Hz)는, Fe=LBL·Vt/(αp·YP2)로 나타내어진다. 이 2개의 관계식을 반송 속도 Vt로 정리해 보면,
Vt=(Vp·Np·YP)=(Fe·αp·YP2/LBL)
가 된다. 따라서, 이 관계가 만족되도록, 기판(FS)의 반송 속도 Vt(㎛/초), 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 Vp(rps), 광원 장치(14)의 발광 주파수 Fe(Hz)가 조정된다.
다시 도 7에 대한 설명으로 되돌아와, 실린드리칼 렌즈(CYa)는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주사 방향(회전 방향)과 직교하는 비주사 방향(Zt방향)에 관해서, 입사한 빔(LB1)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 상에 슬릿 모양으로 수렴한다. 모선이 Yt방향과 평행하게 되어 있는 실린드리칼 렌즈(CYa)에 의해서, 반사면(RP)이 Zt방향에 대해서 기울어져 있는 경우(XtYt 평면의 법선에 대한 반사면(RP)의 기울어짐)라도, 그 영향을 억제할 수 있어, 기판(FS)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LB1)의 조사 위치가 Xt방향으로 어긋나는 것을 억제한다.
Xt축 방향으로 연장되는 광축(AXf)을 가지는 fθ 렌즈(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 반사된 빔(LB1)을, XtYt 평면에서, 광축(AXf)과 평행이 되도록 반사 미러(M15)에 투사하는 텔레센트릭계의 스캔 렌즈이다. 빔(LB1)의 fθ 렌즈(FT)에의 입사각(θ)은, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(φ／2)에 따라 변한다. fθ 렌즈(FT)는, 반사 미러(M15) 및 실린드리칼 렌즈(CYb)를 매개로 하여, 그 입사각(θ)에 비례한 기판(FS)의 피조사면 상의 상고(像高) 위치에 빔(LB1)을 투사한다. 초점 거리를 fo로 하고, 상고 위치를 y로 하면, fθ 렌즈(FT)는, y=fo·θ의 관계를 만족하도록 설계되어 있다. 따라서, 이 fθ 렌즈(FT)에 의해서, 빔(LB1)을 Yt방향(Y방향)으로 정확하게 등속으로 주사하는 것이 가능하게 된다. fθ 렌즈(FT)에의 입사각(θ)이 0도일 때에, fθ 렌즈(FT)에 입사한 빔(LB1)은, 광축(AXf) 상을 따라 나아간다.
반사 미러(M15)는, 입사한 빔(LB1)을, 실린드리칼 렌즈(CYb)를 매개로 하여 기판(FS)을 향해서 -Zt방향으로 반사한다. fθ 렌즈(FT) 및 모선이 Yt방향과 평행하게 되어 있는 실린드리칼 렌즈(CYb)에 의해서, 기판(FS)에 투사되는 빔(LB1)이 기판(FS)의 피조사면 상에서 직경 수㎛ 정도(예를 들면, 3㎛)의 미소한 스폿광(SP)으로 수렴된다. 또, 기판(FS)의 피조사면 상에 투사되는 스폿광(SP)은, 폴리곤 미러(PM)에 의해서, Yt방향으로 연장되는 묘화 라인(SL1)에 의해서 1차원 주사된다. 또, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)과 조사 중심축(Le1)은, 동일한 평면 상에 있으며, 그 평면은 XtZt 평면과 평행이다. 따라서, 광축(AXf) 상으로 나아간 빔(LB1)은, 반사 미러(M15)에 의해서 -Zt방향으로 반사되고, 조사 중심축(Le1)과 동축이 되어 기판(FS)에 투사된다. 본 실시 형태에서, 적어도 fθ 렌즈(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 편향된 빔(LB1)을 기판(FS)의 피조사면에 투사하는 투사 광학계로서 기능한다. 또, 적어도 반사 부재(반사 미러(M11~M15)) 및 편광빔 스플리터(BS1)는, 반사 미러(M10)로부터 기판(FS)까지의 빔(LB1)의 광로를 절곡하는 광로 편향 부재로서 기능한다. 이 광로 편향 부재에 의해서, 반사 미러(M10)에 입사하는 빔(LB1)의 입사축과 조사 중심축(Le1)을 대략 동축으로 할 수 있다. XtZt 평면에 관해서, 빔 주사 장치(MD1) 내를 통과하는 빔(LB1)은, 대략 U자 모양 또는 コ자 모양의 광로를 통과한 후, -Zt방향으로 나아가 기판(FS)에 투사된다.
이와 같이, 기판(FS)이 X방향으로 반송되고 있는 상태에서, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))에 의해서, 빔(LB(LB1~LB6))의 스폿광(SP)을 주사 방향(Y방향)으로 1차원으로 주사함으로써, 스폿광(SP)을 기판(FS)의 피조사면에 상대적으로 2차원 주사할 수 있다. 따라서, 기판(FS)의 노광 영역(W)에 소정의 패턴을 묘화 노광할 수 있다. 또, 묘화용 광학 소자(AOM(AOM1~AOM6))를, 광 도입 광학계(BDU(BDU1~BDU6))에 마련하도록 했지만, 빔 주사 장치(MD) 내에 마련하도록 해도 괜찮다. 이 경우는, 반사 미러(M10)와 반사 미러(M14)와의 사이에 묘화용 광학 소자(AOM)를 마련해도 좋다.
광 검출기(DT1)는, 입사한 광을 광전 변환하는 광전 변환 소자를 가진다. 회전 드럼(DR)의 표면에는, 미리 정해진 기준 패턴이 형성되어 있다. 이 기준 패턴이 형성된 회전 드럼(DR) 상의 부분은, 빔(LB)의 파장역에 대해서 낮은 반사율(10~50%)의 소재로 구성되고, 기준 패턴이 형성되어 있지 않은 회전 드럼(DR) 상의 다른 부분은, 반사율이 10% 이하의 재료 또는 광을 흡수하는 재료로 구성된다. 그 때문에, 기판(FS)이 감겨져 있지 않은 상태(또는 기판(FS)의 투명부를 통과한 상태)에서, 회전 드럼(DR)의 기준 패턴이 형성된 영역에 빔 주사 장치(MD1)로부터 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 조사하면, 그 반사광이, 실린드리칼 렌즈(CYb), 반사 미러(M15), fθ 렌즈(FT), 폴리곤 미러(PM), 반사 미러(M14), 실린드리칼 렌즈(CYa), λ/4 파장판(QW), 반사 미러(M13), 필드 애퍼처(FA), 편향 조정 광학 부재(DP), 상시프트 광학 부재(SR), 및 반사 미러(M12)를 통과하여 편광빔 스플리터(BS1)에 입사한다. 여기서, 편광빔 스플리터(BS1)와 기판(FS)과의 사이, 구체적으로는, 반사 미러(M13)와 실린드리칼 렌즈(CYa)와의 사이에는, λ/4 파장판(QW)이 마련되어 있다. 이것에 의해, 기판(FS)에 조사되는 빔(LB1)은, 이 λ/4 파장판(QW)에 의해서 P편광으로부터 원편광의 빔(LB1)으로 변환되고, 기판(FS)으로부터 편광빔 스플리터(BS1)에 입사하는 반사광은, 이 λ/4 파장판(QW)에 의해서, 원편광으로부터 S편광으로 변환된다. 따라서, 기판(FS)으로부터의 반사광은 편광빔 스플리터(BS1)를 투과하여, 광학 렌즈계(G10)를 매개로 하여 광 검출기(DT1)에 입사한다.
이 때, 광 도입 광학계(BDU1)의 묘화용 광학 소자(AOM1)를 온으로 한 상태에서, 즉, 펄스상(狀)의 빔(LB1)이 연속하여 빔 주사 장치(MD1)에 입사되는 상태에서, 회전 드럼(DR)을 회전하여 빔 주사 장치(MD1)가 스폿광(SP)을 주사함으로써, 회전 드럼(DR)의 외주면에는, 스폿광(SP)이 2차원적으로 조사된다. 따라서, 회전 드럼(DR)에 형성된 기준 패턴의 화상을 광 검출기(DT1)에 의해서 취득할 수 있다.
구체적으로는, 광 검출기(DT1)로부터 출력되는 광전 신호의 강도 변화를, 스폿광(SP)의 펄스 발광을 위한 클록 펄스 신호(광원 장치(14) 내에서 만들어짐)에 응답하여, 각 주사 시간마다 디지털 샘플링함으로써 Yt방향의 1차원의 화상 데이터로서 취득한다. 또한 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치를 계측하는 인코더(EC)의 계측치에 응답하여, 부주사 방향의 일정 거리(예를 들면 스폿광(SP)의 사이즈 φ의 1/2)마다 Yt방향의 1차원의 화상 데이터를 Xt방향으로 늘어놓는 것에 의해, 회전 드럼(DR)의 표면의 2차원의 화상 정보를 취득한다. 제어 장치(18)는, 이 취득한 회전 드럼(DR)의 기준 패턴의 2차원의 화상 정보에 근거하여, 빔 주사 장치(MD)의 묘화 라인(SL1)의 기울기를 계측한다. 이 묘화 라인(SL1)의 기울기는, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6)) 사이에서의 상대적인 기울기라도 좋고, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)에 대한 기울기(절대적인 기울기)라도 좋다. 또, 마찬가지로 하여, 각 묘화 라인(SL2~SL6)의 기울기도 계측할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
빔 주사 장치(MD1)의 폴리곤 미러(PM)의 주변에는, 도 8에 나타내는 바와 같이 원점 센서(20)가 마련되어 있다. 원점 센서(20)는, 각 반사면(RP)에 의한 스폿광(SP)의 주사 개시를 나타내는 펄스 모양의 원점 신호(SH)를 출력한다. 원점 센서(20)는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 위치가, 반사면(RP)에 의한 스폿광(SP)의 주사가 개시되기 직전의 소정 위치로 오면, 원점 신호(SH)를 출력한다. 폴리곤 미러(PM)는, 유효 주사 각도 범위(θs)에서, 기판(FS)에 투사되는 빔(LB1)을 편향시킬 수 있다. 즉, 폴리곤 미러(PM)에서 반사한 빔(LB1)의 반사 방향(편향 방향)이 유효 주사 각도 범위(θs) 내가 되면, 반사한 빔(LB1)이 fθ 렌즈(FT)에 입사한다. 따라서, 원점 센서(20)는, 반사면(RP)에서 반사되는 빔(LB1)의 반사 방향이 유효 주사 각도 범위(θs) 내에 들어가기 직전의 소정 위치에 폴리곤 미러(PM)의 회전 위치가 오면 원점 신호(SH)를 출력한다. 폴리곤 미러(PM)가 1회전하는 기간에서, 스폿광(SP)의 주사가 8회 행하여지므로, 원점 센서(20)도 이 1회전하는 기간에서 8회 원점 신호(SH)를 출력하게 된다. 이 원점 센서(20)가 검출한 원점 신호(SH)는 제어 장치(18)에 보내어진다. 원점 센서(20)가 원점 신호(SH)를 출력하고 나서, 스폿광(SP)의 묘화 라인(SL1)을 따른 주사가 개시된다.
원점 센서(20)는, 이것으로부터 스폿광(SP)의 주사(빔(LB)의 편향)를 행하는 반사면(RP)의 이웃하는 반사면(RP)(본 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 방향의 1개 직전의 반사면(RP))을 이용하여, 원점 신호(SH)를 출력한다. 각 반사면(RP)을 구별하기 위해, 편의상, 도 8에서, 빔(LB1)의 편향을 행하고 있는 반사면(RP)을 RPa로 나타내고, 그 외의 반사면(RP)을, 반시계 방향 둘레(폴리곤 미러(PM)의 회전 방향과는 반대의 방향 둘레)에, RPb~RPh로 나타낸다.
원점 센서(20)는, 반도체 레이저 등의 비감광성의 파장역의 레이저 빔(Bga)을 사출하는 광원부(22)와, 광원부(22)로부터의 레이저 빔(Bga)을 반사시켜 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPb)에 투사하는 미러(24, 26)를 구비하는 빔 송광계(送光系)(20a)를 가진다. 또, 원점 센서(20)는, 수광부(28)와, 반사면(RPb)에서 반사한 레이저 빔(Bga)의 반사광(반사빔(Bgb))을 수광부(28)로 안내하는 미러(30, 32)와, 미러(32)에서 반사된 반사빔(Bgb)을 미소한 스폿광으로 집광하는 렌즈계(34)를 구비하는 빔 수광계(受光系)(20b)를 가진다. 수광부(28)는, 렌즈계(34)에 의해서 집광된 반사빔(Bgb)의 스폿광을 수광하는 광전 변환 소자를 가진다. 여기서, 레이저 빔(Bga)이 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP)에 투사되는 위치는, 렌즈계(34)의 동면(瞳面)(초점의 위치)이 되도록 설정되어 있다.
빔 송광계(20a)와 빔 수광계(20b)는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 위치가, 반사면(RP)에 의한 스폿광(SP)의 주사가 개시되기 직전의 소정 위치가 되었을 때에, 빔 송광계(20a)가 사출한 레이저 빔(Bga)의 반사빔(Bgb)을 수광할 수 있는 위치에 마련되어 있다. 즉, 빔 송광계(20a)와 빔 수광계(20b)는, 스폿광(SP)의 주사를 행하는 반사면(RP)이 소정의 각도 위치가 되었을 때에, 빔 송광계(20a)가 사출한 레이저 빔(Bga)의 반사빔(Bgb)을 수광할 수 있는 위치에 마련되어 있다. 또, 도 8의 부호 Msf는, 회전축(AXp)과 동축에 배치된 폴리곤 구동부(RM)의 회전 모터의 샤프트이다.
수광부(28) 내의 상기 광전 변환 소자의 수광면의 직전에는, 미소폭의 슬릿 개구를 구비한 차광체가 마련되어 있다(도시 생략). 반사면(RPb)의 각도 위치가, 소정의 각도 범위 내의 사이는, 반사빔(Bgb)이 렌즈계(34)에 입사하여, 반사빔(Bgb)의 스폿광이 수광부(28) 내의 상기 차광체 상을 일정 방향으로 주사한다. 그 주사중에, 차광체의 슬릿 개구를 투과한 반사빔(Bgb)의 스폿광이 상기 광전 변환 소자에서 수광되고, 그 수광 신호가 증폭기에서 증폭되어 펄스 모양의 원점 신호(SH)로서 출력된다.
원점 센서(20)는, 상술한 바와 같이, 빔(LB)을 편향하는(스폿광(SP)을 주사하는) 반사면(RPa)보다, 회전 방향 중 하나 바로 앞의 반사면(RPb)을 이용하여 원점 신호(SH)를 검출한다. 그 때문에, 서로 이웃하는 반사면(RP)(예를 들면, 반사면(RPa)과 반사면(RPb))끼리의 각(各) 이루는 각(角) ηj가 설계치(반사면(RP)이 8개의 경우는 135도)에 대해서 오차를 가지고 있으면, 그 오차의 편차에 의해서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 원점 신호(SH)의 발생 타이밍이 반사면(RP)마다 달라져 버리는 경우가 있다.
도 9에서는, 반사면(RPb)을 이용하여 발생한 원점 신호(SH)를 SH1으로 한다. 마찬가지로, 반사면(RPc, RPd, RPe, …)을 이용하여 발생한 원점 신호(SH)를 SH2, SH3, SH4,, …로 한다. 폴리곤 미러(PM)의 서로 이웃하는 반사면(RP)끼리가 이루는 각 ηj가 설계치인 경우는, 각 원점 신호(SH(SH1, SH2, SH3, …))의 발생 타이밍의 간격은, 시간 Tpx가 된다. 이 시간 Tpx는, 폴리곤 미러(PM)가 반사면(RP)의 1면분 회전하는데 필요로 하는 시간이다. 그렇지만, 도 9에서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)이 이루는 각 ηj의 오차에 의해서, 반사면(RPc, RPd)을 이용하여 발생한 원점 신호(SH)의 타이밍이, 정규의 발생 타이밍에 대해서 어긋나 있다. 또, 원점 신호(SH1, SH2, SH3, SH4, …)가 발생하는 시간 간격(Tp1, Tp2, Tp3, …)은, 폴리곤 미러(PM)의 제조 오차에 의해, μ초 오더에서는 일정하지는 않다. 도 9에 나타내는 타임 차트에서는, Tp1＜Tpx, Tp2＞Tpx, Tp3＜Tpx로 되어 있다. 또, 반사면(RP)의 수를 Np, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 Vp로 하면, 시간 Tpx는, Tpx=1/(Np×Vp)로 나타내어진다. 예를 들면, 회전 속도 Vp가 3만rpm(=500rps)이고, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 수 Np가 8이라고 하면, 시간 Tpx는, 250μ초가 된다. 또, 도 9에서는, 설명을 알기 쉽게하기 위해, 각 원점 신호(SH1, SH2, SH3, …)의 발생 타이밍의 어긋남을 과장하여 나타내고 있다.
따라서, 폴리곤 미러(PM)의 서로 이웃하는 반사면(RP)끼리의 각 이루는 각(角) ηj의 오차에 의해서, 각 반사면(RP(RPa~RPh))에 의해서 묘화되는 스폿광(SP)의 기판(FS)의 피조사면 상의 묘화 개시점(주사 개시점)의 위치가 주주사 방향으로 불규칙하다. 이것에 의해, 묘화 종료점의 위치도 주주사 방향으로 불규칙하다. 즉, 각 반사면(RP)에 의해서 묘화되는 스폿광(SP)의 묘화 개시점 및 묘화 종료점의 위치가 X방향을 따라서 직선적으로 되지 않는다. 이 스폿광(SP)의 묘화 개시점 및 묘화 종료점의 위치가 주주사 방향으로 불규칙한 요인은, Tp1, Tp2, Tp3, … = Tpx가 되지 않기 때문이다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 도 9에 나타내는 타임 차트와 같이, 1개의 펄스 모양의 원점 신호(SH)가 발생하고 나서 시간 Tpx 후를 묘화 개시점으로 하여, 스폿광(SP)의 묘화를 개시한다. 즉, 원점 신호(SH)가 발생하고 나서 시간 Tpx 후에, 제어 장치(18)는, 빔 주사 장치(MD1)에 빔(LB1)을 입사시키는 광 도입 광학계(BDU1)의 묘화용 광학 소자(AOM1)에, 화소 데이터열(Dw)의 화소 데이터에 따른 구동 신호(온/오프)를 순차 출력한다. 이것에 의해, 원점 신호(SH)의 검출에 이용한 반사면(RPb)과 실제로 스폿광(SP)을 주사하는 반사면(RP)을 동일한 반사면으로 할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 제어 장치(18)는, 원점 신호(SH1)가 발생하고 나서 시간 Tpx 후에, 광 도입 광학계(BDU1)의 묘화용 광학 소자(AOM1)에, 화소 데이터열(Dw1)의 화소 데이터에 따른 구동 신호를 순차 출력한다. 이것에 의해, 원점 신호(SH1)의 검출에 이용한 반사면(RPb)에 의해 스폿광(SP)을 주사할 수 있다. 다음으로, 제어 장치(18)는, 원점 신호(SH2)가 발생하고 나서 시간 Tpx 후에, 광 도입 광학계(BDU1)의 묘화용 광학 소자(AOM1)에, 화소 데이터열(Dw2)의 화소 데이터에 따른 구동 신호를 순차 출력한다. 이것에 의해, 원점 신호(SH2)의 검출에 이용한 반사면(RPc)에 의해 스폿광(SP)을 주사할 수 있다. 이와 같이, 원점 신호(SH)의 검출에 이용한 반사면(RP)을 이용하여 스폿광(SP)의 주사를 행함으로써, 폴리곤 미러(PM)의 서로 이웃하는 반사면(RP)끼리의 각(各) 이루는 각(角) ηj에 오차가 있었던 경우라도, 각 반사면(RP(RPa~RPh))에 의해서 묘화되는 스폿광(SP)의 기판(FS)의 피조사면 상의 묘화 개시점 및 묘화 종료점의 위치가 주주사 방향으로 불규칙한 것을 억제할 수 있다.
그러기 위해서는, 폴리곤 미러(PM)가 45도 회전하는 시간 Tpx가,μ초 오더로 정확한 것, 즉, 폴리곤 미러(PM)의 속도가 불균일하지 않고 정밀하게 등속도로 회전시킬 필요가 있다. 그와 같이 정밀하게 등속도로 폴리곤 미러(PM)를 회전시킨 경우는, 원점 신호(SH)의 발생에 이용된 반사면(RP)은, 항상, 시간 Tpx 후에는 정확하게 45도만큼 회전하여 빔(LB1)을 fθ 렌즈(FT)를 향해 반사하는 각도로 되어 있다. 따라서, 폴리곤 미러(PM)의 회전 등속성을 높이고, 1회전 중의 속도 불균일도 최대한 저감시킴으로써, 원점 신호(SH)의 발생에 이용되는 반사면(RP)의 위치와 빔(LB1)을 편향시켜 스폿광(SP)을 주사하기 위해서 이용되는 반사면(RP)의 위치를 다르게 할 수 있다. 이것에 의해, 원점 센서(20)의 배치의 자유도가 향상되고, 강성이 높고 안정된 구성의 원점 센서를 마련할 수 있다. 또, 원점 센서(20)가 검출 대상으로 하는 반사면(RP)은, 빔(LB1)을 편향시키는 반사면(RP)의 회전 방향 중 하나 바로 앞으로 했지만, 폴리곤 미러(PM)의 회전 방향의 직전이면 좋고, 하나 바로 앞에 한정되지 않는다. 이 경우, 원점 센서(20)가 검출 대상으로 하는 반사면(RP)을, 빔(LB1)을 편향시키는 반사면(RP)의 회전 방향의 n(1이상의 정수)만큼 바로 앞으로 하는 경우는, 원점 신호(SH)가 발생하고 나서 n×시간 Tpx 후에 묘화 개시점을 설정하면 좋다.
게다가, 원점 센서(20)로부터 발생하는 원점 신호(SH1, SH2, SH3, …)의 각각에 대해서, 묘화 개시점을 n×시간 Tpx 후에 설정함으로써, 묘화 라인(SL1)마다 대응한 화소 데이터열의 읽어냄 동작, 데이터 전송(통신) 동작, 혹은 보정 계산 등의 처리 시간에 여유가 생긴다. 그 때문에, 화소 데이터열의 전송 미스, 화소 데이터열의 오차나 부분적인 소실(消失)을 확실히 회피할 수 있다.
또, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 수 Np를 8로 하고, 회전수(회전 속도) Vp를 3.6만rpm, 주사 효율을 αp≤1/3, 기판(FS) 상에서의 스폿광(SP)의 실효적인 지름(φ)을 3㎛, 묘화 라인(SL1)의 길이(LBL)를 50mm, 및, 부주사 방향(Xt방향)의 묘화 라인(SL1)의 피치(간격)(YP)를 스폿광(SP)의 지름(φ)에 대한 오버랩률 Uo(0＜Uo＜1)로부터, YP=φ·(1-Uo)으로 하면, 묘화 라인(SL1) 상에서의 스폿광(SP)의 1회의 주사 시간 Tss는, Tss=αp×Tpx=αp×1/(Np×Vp)=1/1.44(m초)가 된다. 스폿광(SP)의 묘화 라인(SL1) 상에서의 주사 속도 Vss는, Vss=LBL/Tss=720(m/초)가 된다. 또, 오버랩률 Uo가 1/2의 경우, 즉, 스폿광(SP)을 사이즈 φ의 1/2만큼 오버랩시키는 경우는, 기판(FS)의 부주사 속도(반송 속도) Vt는, Vt=YP/Tpx=φ×Np×Vp×(1-Uo)=7200㎛/초가 되고, 오버랩률 Uo가 2/3인 경우, 즉, 스폿광(SP)을 사이즈 φ의 2/3만큼 오버랩시키는 경우는, Vt=4800㎛/초가 된다. 또, 상세하게는 설명하지 않지만, 빔 주사 장치(MD2~MD6)에도, 마찬가지로 원점 센서(20)가 마련되어 있다.
도 10은, 제2 프레임부(Ub2)에 의한 빔 주사 장치(MD)의 유지 구조를 나타내는 단면도이다. 또, 빔 주사 장치(MD)의 유지 구조는, 각 빔 주사 장치(MD)에서 동일하기 때문에, 빔 주사 장치(MD1)의 유지 구조에 대해서만 설명하고, 다른 빔 주사 장치(MD)의 유지 구조에 대해서는 설명을 생략한다. 도 10에서도, 도 7과 마찬가지로, Xt, Yt, Zt의 3차원 좌표를 이용하여 설명한다.
빔 주사 장치(MD1)는, 광학적인 구성 부재(반사 미러(M10~M15), 빔 익스팬더(BE), 편광빔 스플리터(BS1), 상시프트 광학 부재(SR), 편향 조정 광학 부재(DP), 필드 애퍼처(FA), λ/4 파장판(QW), 실린드리칼 렌즈(CYa, CYb), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈(FT), 광학 렌즈계(G10), 및 광 검출기(DT1))를 도 7과 같이 지지함과 아울러, 조사 중심축(Le1)의 둘레로 회전 가능한 지지 프레임(40)을 가진다. 지지 프레임(40)은, 빔 주사 장치(MD1) 내를 통과하는 빔(LB1)의 광로에 대응하여, 대략 U자 모양 또는 コ자 모양의 형상을 가진다. 지지 프레임(40)은, XtYt 평면과 평행이며, Zt방향으로 떨어져 대략 평행하게 배치된 2매의 평행 지지부(42, 44)와, 2매의 평행 지지부(42, 44)의 일단을 막는 폐색 지지부(46)를 가진다. 폐색 지지부(46)는, 평행 지지부(42, 44)의 -Xt방향측에 마련되어 있다. 빔 주사 장치(MD)의 광학적인 구성 부재(반사 미러(M10), … 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈(FT), 반사 미러(M15), 실린드리칼 렌즈(CYb) 등)는, 지지 프레임(40)의 외주면을 따라서 배치되어 있다.
도시는 생략하지만, 반사 미러(M10, M11), 빔 익스팬더(BE), 편광빔 스플리터(BS1), 광학 렌즈계(G10), 및 광 검출기(DT1)는, 평행 지지부(42)의 ＋Zt방향측의 면에 의해 지지되어 있다. 마찬가지로 도시는 생략하지만, 상시프트 광학 부재(SR), 편향 조정 광학 부재(DP), 및 필드 애퍼처(FA)는, 폐색 지지부(46)의 -Xt방향측의 면에서 지지되어 있다. 또한 도시는 생략하지만, λ/4 파장판(QW), 실린드리칼 렌즈(CYa, CYb), 반사 미러(M14, M15), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈(FT), 및, 원점 센서(20)는, 평행 지지부(44)의 -Zt방향측의 면에 의해 지지되어 있다. 반사 미러(M12)는, 평행 지지부(42)의 ＋Zt방향측의 면, 또는, 폐색 지지부(46)의 -Xt방향측의 면에 의해 지지되고, 반사 미러(M13)는, 폐색 지지부(46)의 -Xt방향측의 면, 또는, 평행 지지부(44)의 -Zt방향측의 면에 의해 지지되어 있다. 지지 프레임(40)(특히, 평행 지지부(44))은, 폴리곤 구동부(RM)(회전 모터)를 지지함으로써 폴리곤 미러(PM)를 지지하고 있다.
2매의 평행 지지부(42, 44)의 폐색 지지부(46)가 마련되어 있지 않은 타단 측에는, 묘화 장치의 일부를 구성하는 원통(원관(圓管)) 모양의 지주(支柱) 부재(BX1)가 삽입된 상태로 마련되어 있다. 평행 지지부(42, 44)의 각각과 지주 부재(BX1)와의 사이에는, 고리 모양 베어링(48)이 개재되어 있다. 지주 부재(BX1)는, 제2 프레임부(Ub2)에 고정된 상태로 지지되어 있다. 따라서, 지지 프레임(40)은, 본체 프레임(UB)의 제2 프레임부(Ub2)에 대해서 지주 부재(BX1)의 둘레로 회전 가능하게 된다. 또, 지주 부재(BX1)의 중심축은, 조사 중심축(Le1)과 동축이 되도록, 묘화 장치의 일부인 고리 모양 베어링(48)의 외륜부(外輪部)는 평행 지지부(42, 44)의 각각에 고정되고, 고리 모양 베어링(48)의 내륜부는 지주 부재(BX1)의 외주면에 고정된다. 2개소의 고리 모양 베어링(48) 중, ＋Zt방향측의 평행 지지부(42)와 지주 부재(BX1)의 사이의 고리 모양 베어링(48)은, 예를 들면, 배면(背面) 조합의 앵귤러(angular) 볼 베어링으로 구성되고, -Zt방향측의 평행 지지부(44)와 지주 부재(BX1)의 사이의 고리 모양 베어링(48)은 심구(深溝, 깊은 홈) 볼 베어링으로 구성된다. 빔 주사 장치(MD1)(지지 프레임(40)을 포함함)는, 전체의 중심 위치로부터＋X(＋Xt) 방향으로 벗어난 곳에서 지주 부재(BX1)에 의해서, 중심면(Poc)에 대해서 θ만큼 기울어진 상태(도 1, 도 4)로 지지된다. 이와 같이, 빔 주사 장치(MD1)는, 조사 중심축(Le1)의 위치에 마련한 지주 부재(BX1)(제2 프레임부(Ub2))에 편(片)지지 방식으로 지지된다.
빔 주사 장치(MD1)는, 지지 프레임(40)을 제2 프레임부(Ub2)에 대해서 회전시키는 구동 기구(50)를 가진다. 구동 기구(50)는, 2매의 평행 지지부(42, 44)의 사이의 공간에 마련되어 있다. 이것에 의해, 빔 주사 장치(MD1)를 컴팩트하게 할 수 있다. 이 구동 기구(50)를, 도 11도 참조하여 상세하게 설명한다. 구동 기구(50)는, 리니어 액추에이터(52)와, 가동 부재(54)와, 피종동 부재(56)와, 스프링(58, 60)을 가진다. 리니어 액추에이터(52), 가동 부재(54), 및 스프링(58)은, XtYt 평면과 평행한 판 모양의 구동 지지 부재(62) 상에 지지되어 있다. 이 구동 지지 부재(62)의＋ Xt방향의 단부에는, YzZt 평면과 평행하게 ＋Zt방향으로 판 모양으로 연장 마련된 연직부(62a)가 일체로 마련된다. 연직부(62a)는, 제2 프레임부(Ub2)의 YtZt 평면과 평행한 측면(Ub2a)에 고정된다. 게다가, 제2 프레임부(Ub2)의 측면(Ub2a)에는, 원관 모양의 지주 부재(BX1)의 중심선이 조사 중심축(Le1)과 동축이 되도록 지주 부재(BX1)를 감합(嵌合) 유지하는 U자형의 오목부(Ubx)가 형성되어 있다. 오목부(Ubx) 내에 감합된 지주 부재(BX1)는, 구동 지지 부재(62)의 연직부(62a)와 오목부(Ubx)에 의해서 사이에 끼우도록 하여 고정된다.
피종동 부재(56)는, 지지 프레임(40)의 폐색 지지부(46)의 내면측(＋Xt방향의 측면)에 고정된 상태로 지지되어 있다. 피종동 부재(56)는, 리니어 액추에이터(52)의 직선적인 추력(推力)을 받아 회동하는 가동 부재(54)의 일부와 맞닿고, -Yt방향의 힘을 받도록 구성된다. 이것에 의해서, 빔 주사 장치(MD1)의 전체가, 지주 부재(BX1)(조사 중심축(Le1))의 둘레로 회전한다.
그 구성과 동작을 더 상세하게 설명한다. 리니어 액추에이터(52)는, Xt방향으로 진퇴 가능한 로드(52a)를 가지며, 제어 장치(18)의 제어에 의해서, 로드(52a)를 Xt방향으로 진퇴시킨다. 로드(52a)의 Xt방향의 이동 위치는 고정밀도의 리니어 인코더 등에 의해서 계측되고, 그 계측치는, 제어 장치(18)에 보내어진다. 가동 부재(54)는, 구동 지지 부재(62)에 마련된 회전축(54a)을 중심으로 회전 가능하다. 가동 부재(54)는, 로드(52a)의 선단의 롤러(52b)와 맞닿는 제1 접촉부(54b)와, 피종동 부재(56)의 XtZt 평면과 평행한 단면부와 맞닿는 롤러(제2 접촉부)(54c)를 가진다. 인장 스프링(58)은, 로드(52a)의 선단의 롤러(52b)와 가동 부재(54)의 제1 접촉부(54b)가 상시 맞닿도록, 제1 접촉부(54b)를 ＋Xt방향으로 가압한다. 따라서, 인장 스프링(58)의 일단은 구동 지지 부재(62)에 고정되고, 타단은 가동 부재(54)의 제1 접촉부(54b)의 근방에 고정되어 있다. 인장 스프링(60)은, 가동 부재(54)에 회전 가능하게 축 지지된 롤러(제2 접촉부)(54c)와, 피종동 부재(56)의 XtZt 평면과 평행한 단면부가 상시 맞닿도록, 가동 부재(54)의 롤러(54c)를 피종동 부재(56) 측으로 끌어 당기는 가압력을 발생한다. 따라서, 인장 스프링(60)의 일단은 가동 부재(54)의 롤러(54c)의 축부에 고정되고, 타단은 피종동 부재(56)에 고정되어 있다.
리니어 액추에이터(52)의 로드(52a)가 Xt방향의 이동 스트로크의 중점 위치에 있는 상태일 때, 롤러(52b)와 맞닿는 가동 부재(54)의 제1 접촉부(54b)의 접촉면과, 롤러(54c)와 맞닿는 피종동 부재(56)의 상기 단면부의 접촉면은, XtYt 평면내에서 직교하도록 설정된다. 또, 도 11과 같이, 리니어 액추에이터(52)의 로드(52a)가 중립 위치에 있을 때, 조사 중심축(Le1)을 통과하여 Xt축과 평행한 선분(Pmc)을 설정하면, XtYt 평면 내에서 빔 주사 장치(MD1)의 중심점은 거의 선분(Pmc) 상에 오도록 설정된다. 게다가, 가동 부재(54)의 회전축(54a)과 롤러(54c)의 축도, 선분(Pmc) 상에 위치하도록 배치된다.
리니어 액추에이터(52)가 로드(52a)를 도 11의 중립 위치로부터 -Xt방향으로 이동시키면, 가동 부재(54)의 제1 접촉부(54b)가 스프링(58)의 가압력에 저항하여 로드(52a)의 선단의 롤러(52b)에 의해서 압압(押壓)되므로, 회전축(54a)을 중심으로 가동 부재(54)가, 도 11의 지면에서 반시계 방향으로 회전한다. 이것에 의해, 가동 부재(54)의 롤러(54c)가 피종동 부재(56)을 -Yt방향으로 압압한다. 따라서, 빔 주사 장치(MD1)(지지 프레임(40))의 폐색 지지부(46)측은, 조사 중심축(Le1)을 중심으로 -Yt방향측으로 회전('-θzt회전'이라고도 함)한다. 또, 리니어 액추에이터(52)가, 도 11의 중립 위치로부터 로드(52a)를 ＋Xt방향으로 이동시키면, 스프링(58)의 가압력에 의해서 가동 부재(54)의 제1 접촉부(54b)가 롤러(52b)와의 맞닿음 상태를 유지하여 ＋Xt방향측으로 이동한다. 이것에 의해서, 가동 부재(54)가 회전축(54a)을 중심으로 도 11의 지면에서 시계 방향으로 회전하여, 가동 부재(54)의 롤러(54c)가 ＋Yt방향으로 이동한다. 이 때, 스프링(60)의 가압력에 의해서 피종동 부재(56)가 롤러(54c)와의 맞닿음 상태를 유지하여 ＋Yt방향으로 이동한다. 따라서, 빔 주사 장치(MD1)의 폐색 지지부(46)측은, 조사 중심축(Le1)을 중심으로 ＋Yt방향측으로 회전('＋θzt회전'이라고도 함)한다.
본 실시 형태에서는, 가동 부재(54)의 회전축(54a)으로부터 제1 접촉부(54b)까지의 거리가, 가동 부재(54)의 회전축(54a)으로부터 롤러(54c)의 축까지의 거리 보다도 길게 설정되므로, 리니어 액추에이터(52)의 로드(52a)의 Xt방향의 이동량이 축소되어, 피종동 부재(56)의 Yt방향의 이동량이 된다. 게다가, 빔 주사 장치(MD1)의 기계적인 회전 중심인 원관 모양의 지주 부재(BX1)의 중심선(조사 중심축(Le1))으로부터, 회전 구동력이 부여되는 피종동 부재(56)까지의 거리를 길게 취하므로, 리니어 액추에이터(52)의 로드(52a)의 단위 이동량에 대한 빔 주사 장치(MD1)의 회전 각도량을 충분히 작게 할 수 있고, 빔 주사 장치(MD1)의 회전 각도 설정을 높은 분해능(μrad)으로 제어할 수 있다.
이상의 도 10(혹은 도 4)에 나타낸 구성과 같이, 각 빔 주사 장치(MD1~MD6)는, 장치 본체(제2 프레임부(Ub2))에 대해서, 원관 모양의 지주 부재(BX1)와 고리 모양 베어링(48)에 의해서, 각 조사 중심축(Le1~Le6)과 동축에 회전 가능하게 축 지지된다. 따라서, 각 빔 주사 장치(MD1~MD6)는, 기판(FS) 상에 형성되는 각 묘화 라인(SL1~SL6)의 바로 위 부근에서 장치 본체에 유지되고, 각 빔 주사 장치(MD1~MD6)의 폐색 지지부(46)측은 기계적으로 구속되지 않는 구성(장치 본체나 본체 프레임(UB) 등에 강고하게 체결되지 않은 상태)으로 되어 있다.
그 때문에, 만일 각 빔 주사 장치(MD1~MD6)의 구조체가 되는 지지 프레임(40)(특히 2매의 평행 지지부(42, 44))이 온도 변화 등에 의해서 열팽창한 경우에도, 각 빔 주사 장치(MD1~MD6)는, 도 10, 도 11 중에서는 주로 -Xt방향(폐색 지지부(46)측)으로 열팽창하게 되므로, 각 묘화 라인(SL1~SL6)이 회전 드럼(DR)의 외주면을 따른 방향으로 변동하는 것이 억제된다. 즉, 도 3 중에 나타낸 홀수번째의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)과 짝수번째의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)과의 X방향의 간격을, 온도 변화에 의한 구조체의 열변형에 관계없이, 미크론 오더로 일정 거리로 유지할 수 있다고 하는 이점도 있다. 또한, 각 빔 주사 장치(MD1~MD6)를 지지하는 제2 프레임부(Ub2)나 지주 부재(BX1)를, 저열팽창 계수의 금속 재료(인바(invar) 등)나 유리 세라믹스 재료(상품명：제로듀어(Zerodur) 등)로 함으로써, 열적으로 더 안정적인 구조로 할 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 도 10(혹은 도 4)에 나타낸 원관 모양의 지주 부재(BX1)와 고리 모양 베어링(48)이, 지지 프레임(40)(즉, 빔 주사 장치(MD) 전체)을 장치 본체인 제2 프레임부(Ub2)에 대해서 조사 중심축(Le(Le1~Le6))의 둘레로 회전 가능하게 지지하는 회전 지지 기구에 상당한다. 아울러, 본 실시 형태에서는, 도 10에 나타낸 상하 2개소의 고리 모양 베어링(48)이, 지지 프레임(40)(즉, 빔 주사 장치(MD) 전체)의 장치 본체(제2 프레임부(Ub2))에의 지지 부분을 조사 중심축(Le(Le1~Le6))으로부터 소정의 반경(여기에서는 고리 모양 베어링(48)의 외주의 반경) 내의 영역에 제한하여, 지지 프레임(40)을 장치 본체에 결합하기 위한 결합 부재에 상당한다. 또, 도 10과 같은 구조에서, 지지 프레임(40)(빔 주사 장치(MD) 전체)을 장치 본체(제2 프레임부(Ub2))에 대해서 θzt 회전시킬 필요가 없고, 지지 프레임(40)을 제2 프레임부(Ub2)에 강고하게 결합해도 괜찮은 경우는, 고리 모양 베어링(48)을 생략하여 원관 모양의 지주 부재(BX1)의 상단부를 평행 지지부(42)에 결합하고, 지주 부재(BX1)의 하단부를 평행 지지부(44)에 결합하면 좋다. 이 경우도, 조사 중심축(Le(Le1~Le6))으로부터 소정 반경을 가지는 원관 모양의 지주 부재(BX1)가 결합 부재로서 기능한다.
도 12는, 도 4(또는 도 10, 도 11)에서 나타낸 제2 프레임부(Ub2)에, 지주 부재(BX1)와 구동 지지 부재(62)가 장착되는 모습을 나타내는 사시도이다. 제2 프레임부(Ub2)는 Y방향으로 연장하여 마련된 각기둥 모양의 부재이며, 그 -X방향의 측면(Ub2a)과 ＋X방향의 측면(Ub2b)은, 각각 YZ평면에 대해서 각도 ±φ(도 4 참조)만큼 기울어지도록 형성되어 있다. 제2 프레임부(Ub2)의 측면(Ub2a)에는, Zt방향으로 연장되는 홀수번째의 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)의 각각과 동축이 되도록, 원관 모양의 지주 부재(BX1)가 감입(嵌入, 끼워 넣음)하는 U자형의 오목부(Ubx)가, 측면(Ub2a)의 상하를 관통하도록 형성되어 있다. 마찬가지로, 제2 프레임부(Ub2)의 측면(Ub2b)에도, Zt방향으로 연장되는 짝수번째의 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)의 각각과 동축이 되도록, 원관 모양의 지주 부재(BX1)가 감입하는 U자형의 오목부(Ubx)가, 측면(Ub2b)의 상하를 관통하도록 형성되어 있다. 그리고, 구동 지지 부재(62)와 일체화된 연직부(62a)(도 10, 도 11 참조)는, 제2 프레임부(Ub2)의 측면(Ub2a, Ub2b)에 형성된 오목부(Ubx)의 각각을 막도록, 측면(Ub2a, Ub2b)에 고정된다. 이러한 구조의 제2 프레임부(Ub2)는, 회전 드럼(DR), 얼라이먼트 현미경(ALG1~ALG4) 등을 지지하는 노광 장치(EX)의 본체 프레임(본체 칼럼(BFa, BFb)) 상에 설치하기 위한 제3 프레임부(Ub3)에 결합된다.
도 13은, 도 12에서 나타낸 제3 프레임부(Ub3)를 노광 장치(EX)의 본체 칼럼(BFa, BFb)에 장착하는 구조를 나타내는 사시도이다. 앞의 도 4에서는, 제2 프레임부(Ub2)가 본체 프레임(UB)의 제1 프레임부(Ub1)의 하부에 현가(懸架) 상태로 마련되어 있지만, 여기에서는 제2 프레임부(Ub2)를 본체 프레임(UB)의 일부로서, 회전 드럼(DR)을 축 지지하는 본체 칼럼(BFa, BFb)에 얹도록 했다. 제3 프레임부(Ub3)는, 도 4 중의 본체 프레임(UB)의 제2 프레임부(Ub2)를 중앙에 고정 마련하는 Y방향으로 연장 마련된 각기둥 모양의 수평부와, Y방향의 양단의 각각에서 Z방향으로 연장 마련된 각기둥 모양의 다리부로 구성되는 문형(門型) 구조를 가진다. 제3 프레임부(Ub3)의 양측의 다리부는, Y방향으로 간격을 두고 설치되는 노광 장치(EX)의 본체 칼럼(BFa, BFb)(본체 프레임(UB)과도 결합되어 있음) 상에 지지된다. 본체 칼럼(BFa, BFb)은, 도 12에서는 도시를 생략하고 있지만, 도 2 또는 도 4에 나타낸 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양단으로 돌출된 샤프트(Sft)를, 제2 프레임부(Ub2)로부터 일정 거리만큼 -Z방향으로 떨어진 위치에서 베어링을 매개로 하여 축 지지한다. 또, 본체 칼럼(BFa, BFb)의 상단면은, Y방향으로 일정한 폭(예를 들면 5cm 이상)을 가지도록 형성되어 있다.
제3 프레임부(Ub3)의 일방의 다리부, 여기에서는 ＋Y방향측의 다리부는, 본체 칼럼(BFa) 상에 베이스(500)를 매개로 하여 고정 마련되지만, Z방향으로 길쭉하게 형성한 제3 프레임부(Ub3)의 ＋Y방향측의 다리부를, 직접, 본체 칼럼(BFa) 상에 고정 마련해도 괜찮다. 제3 프레임부(Ub3)의 -Y방향측의 다리부의 하단면에는, Y축과 평행한 능선이 되는 V자 모양의 홈이 형성된 굄 부재(501)가 고정되고, 본체 칼럼(BFb)의 상면에는, 굄 부재(501)의 V자 홈에 감합하는 강구(鋼球)(502)가 그 위치에서 전동(轉動) 가능하게 지지되어 있다. 따라서, 굄 부재(501)와 강구(502)는, V자 홈을 따른 Y방향으로만 상대 이동하는 자유도를 가진다. 게다가, 제3 프레임부(Ub3)의 -Y방향측의 다리부의 측면의 돌출부(Ub4)와 본체 칼럼(BFb)와의 사이에는, 굄 부재(501)의 V자 홈이 항상 강구(502)에 맞닿는 가압력을 부여하는 인장 스프링(503)이 마련되고, 제3 프레임부(Ub3)(및 제2 프레임부(Ub2))를 -Z방향으로 가압한다.
본 실시 형태의 경우, 제2 프레임부(Ub2)에는, 동일 구조의 6개의 빔 주사 장치(MD1~MD6)가, 중심면(Poc)(도 4, 도 5 참조)에 관해서 좌우 대칭으로 3개씩 마련되기 때문에, 6개의 빔 주사 장치(MD1~MD6)로 구성되는 노광 헤드(16) 전체의 중심점은, X방향에 관해서는, 중심면(Poc)에 가까운 위치에 있다. 따라서, 노광 헤드(16) 전체의 하중을 지지하는 제3 프레임부(Ub3)의 다리부에는, X방향으로 기울어진 방향의 응력이 발생하기 어렵고, 제3 프레임부(Ub3) 및 제2 프레임부(Ub2)의 변형 발생을 억제할 수 있으므로, 노광 헤드(16) 전체를 소정의 위치에 안정적으로 유지할 수 있다.
게다가, 본체 칼럼(BFa, BFb)을, 고가의 저열팽창 계수의 금속이 아니고, 일반적인 철주조 재료, 경금속(輕金屬)(알루미늄) 등으로 구성한 경우, 본체 칼럼(BFa, BFb)의 각각의 상단부의 Y방향의 거리가, 환경 온도의 변화나 발열 부품(모터, AOM, 전기 기판 등)의 영향을 받아, 수미크론 정도의 범위에서 변동하는 것을 고려되어진다. 또는, 회전 드럼(DR)의 샤프트(Sft)의 약간의 편심, 샤프트(Sft)에 접속되는 모터나 감속기의 축 흔들림, 샤프트(Sft)를 축 지지하는 베어링이 장착 상태 등에 의해서, 회전 드럼(DR)의 회전 주기에 맞추어, 본체 칼럼(BFa, BFb)에 Y방향의 응력이 발생하고, 본체 칼럼(BFa, BFb)의 Y방향의 간격이 수미크론 정도의 범위에서 변동하는 경우도 있다. 그러한 본체 칼럼(BFa, BFb)의 변동이 있던 경우에서도, 도 13과 같이, Y방향으로 자유도를 갖게 한 굄 부재(501)와 강구(502)에 의해 제3 프레임부(Ub3) 및 제2 프레임부(Ub2)를 지지하고 있으므로, 그러한 변동이라도, 제3 프레임부(Ub3) 및 제2 프레임부(Ub2)를 변형시킬 우려가 회피된다.
앞서 설명한 바와 같이, 빔 주사 장치(MD1~MD6)는, 각각 도 7에서 나타낸 광 검출기(DT1)와 회전 드럼(DR)의 표면에 형성된 기준 패턴을 사용하여, 묘화 라인(SL1~SL6)의 경사 각도(경사 오차)를 자기(自己) 계측할 수 있다. 그래서, 제어 장치(18)는, 계측한 각 묘화 라인((SLn(SL1~SL6))의 경사 각도에 근거하여, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))의 리니어 액추에이터(52)를 구동시킬 수 있다. 이것에 의해, 각 묘화 라인((SLn(SL1~SL6))을 상대적으로 평행하게 하거나, 혹은, 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))을 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)과 평행하게 할 수 있다. 또, 제어 장치(18)는, 얼라이먼트 현미경(ALG(ALG1~ALG4))을 이용하여 검출한 기판(FS) 상의 얼라이먼트 마크(MK(MK1~MK4))의 위치에 근거하여, 회전 드럼(DR)에 감겨져 있는 기판(FS)의 변형, 혹은, 노광 영역(W)의 변형을 검출하고, 그것에 따라서 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD4))의 리니어 액추에이터(52)를 구동시켜도 괜찮다. 이것에 의해, 하층에 형성된 패턴과 새롭게 노광하는 소정의 패턴과의 겹침 정밀도가 향상된다.
도 14는, 노광 헤드(16)에 의해서 소정의 패턴이 노광되는 노광 영역(W)의 변형 상태를 나타내는 도면이다. 노광 영역(W)의 변형은, 회전 드럼(DR)에 감겨져 반송되는 기판(FS)이 변형되어 있는 것에 의해서 발생한다. 또, 기판(FS)이 변형되어 있지 않아도, 하층의 패턴층의 형성시에, 기판(FS)이 변형되어 반송된 것에 의해서 기판(FS)의 노광 영역(W) 자체가 변형하는 경우도 있다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 노광 영역(W)이 변형되어 있기 때문에, 형성된 얼라이먼트 마크(MK(MK1~MK4))의 위치의 배열도 직선적이지 않고, 변형된 상태로 되어 있다. 또, 점선으로 나타내는 노광 영역(W')은, 변형이 거의 없는 이상(理想)의 노광 영역을 나타내고 있다. 제어 장치(18)는, 얼라이먼트 현미경(ALG(ALG1~ALG4))을 이용하여 검출한 기판(FS) 상의 얼라이먼트 마크(MK(MK1~MK4))의 위치에 근거하여, 노광 영역(W)의 변형을 추정하고, 노광 영역(W)의 변형 상태에 맞추어, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))의 리니어 액추에이터(52)를 구동시킨다. 또, 노광 영역(W)에 대해서 묘화 라인(SL1~SL6)에 의한 묘화 노광이 개시된 직후에서는, 도 3에서 나타낸 얼라이먼트 현미경(ALG1~ALG4)의 각 관찰 영역(Vw1~Vw4)보다 ＋X방향측에 있는 얼라이먼트 마크(MK2, MK3)의 위치는 검출할 수 있지만, 각 관찰 영역(Vw1~Vw4)보다 상류측(-X방향측)에 위치하는 얼라이먼트 마크(MK2, MK3)의 위치는, 기판(FS)이 보내어져 묘화 노광이 진행하여 가고 있지 않다고 할 수 없다. 따라서, 제어 장치(18)는, 예를 들면, 기판(FS)의 장척 방향으로 늘어선 하나 바로 앞의 노광 영역(W)의 둘레에 부수(付隋)한 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)의 각 위치의 검출 결과로부터 구한 변형량 및 변형 경향으로부터, 현재 패턴을 노광하는 노광 영역(W)의 변형을 추정해도 괜찮다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 묘화 라인(SLn)의 중점(특정점)을 기판(FS)의 피조사면에 대해서 수직으로 통과하는 조사 중심축(Le)의 둘레로, 빔 주사 장치(MD)를 고정밀도로 회전시킬 수 있으므로, 묘화 라인(SLn)의 기울기를 간단하게 또한 정밀하게 조정할 수 있다. 이와 같이, 묘화 라인(SLn)은, 묘화 라인(SLn)의 중점을 중심으로, 기판(FS)의 피조사면 상에서 회전하게 되므로, 묘화 라인(SLn)의 X(Xt) 방향, Y(Yt) 방향의 위치 변동을 최소한으로 하면서, 묘화 라인(SLn)의 기울기를 간단하게 조정할 수 있다. 예를 들면, 묘화 라인(SLn)과는 떨어진 위치를 중심점으로 하여 묘화 라인(SLn)을 회전시키면, 그 중심점을 중심으로 하여 원호를 그리도록 묘화 라인(SLn)의 위치가 크게 이동해 버리지만, 본 실시 형태에서는, 묘화 라인(SLn)의 양단(주사 개시점과 주사 종료점)의 위치 변동을 최소한으로 할 수 있다. 즉, 묘화 라인(SLn)의 기울기 조정에 의한 양단의 위치 변동은, 묘화 라인(SLn)의 중점에 대해서 대칭이 된다.
또, 일본특허공개 평8-11348호 공보와 같은 복잡한 기울기 조정을 행할 필요가 없으므로, 기울기 조정에 기인하여 주주사 방향과 부주사 방향의 위치 어긋남이 생기지도 않는다. 묘화 라인(SLn)의 기울기를 조정해도, 빔 주사 장치(MD)의 실린드리칼 렌즈(CYb)와 기판(FS)의 피조사면과의 거리는 일정하므로, 일본특허공개 평8-11348호 공보와 같이 복잡한 기울기 조정을 행할 필요가 없어, 기울기 조정에 기인하여 주주사 방향의 배율 어긋남이 생기는 것도 아니다.
또, 조사 중심축(Le)은, 묘화 라인(SLn) 상의 임의의 점(특정점)을 기판(FS)의 피조사면에 대해서 수직으로 통과하는 축이라도 좋다. 이 경우는, 묘화 라인(SLn)은, 묘화 라인(SLn) 상의 임의의 점을 중심으로 회전하게 되지만, 중심점을 묘화 라인(SLn)과는 떨어진 위치에 설정하는 경우에 비해, 묘화 라인(SLn)의 위치 변동(횡시프트)을 작게 할 수 있다.
게다가 본 실시 형태에서는, 묘화 라인(SLn)의 중점을 수직으로 통과하는 조사 중심축(Le)과 대략 동축이 되도록, 빔 주사 장치(MD)의 반사 미러(M10)에 빔(LB)을 입사시키므로, 빔 주사 장치(MD)가 조사 중심축(Le) 둘레로 θzt 회전한 경우라도, 반사 미러(M10) 상에 입사하는 빔(LB)의 위치는 변하지 않는다. 따라서, 빔 주사 장치(MD)를 θzt 회전시킨 경우라도, 빔 주사 장치(MD) 내를 통과하는 빔(LB)의 광로는 변하지 않고, 빔(LB)은, 빔 주사 장치(MD) 내를 규정한 대로 바르게 통과한다. 이것에 의해, 빔 주사 장치(MD)를 θzt 회전시켜도, 빔(LB1)의 비네팅(vignetting) 등에 의해서 스폿광(SP)이 기판(FS)에 피조사면에 투사되지 않거나, 기울기 조정 후의 묘화 라인(SLn)으로부터 벗어난 위치에 스폿광(SP)이 투사된다고 하는 문제가 생기지 않는다.
빔 주사 장치(MD)의 지지 프레임(40)에 의해서, 광학적인 구성 부재(반사 미러(M10~M15), 실린드리칼 렌즈(CYa, CYb), 폴리곤 미러(PM), 및, fθ 렌즈(FT) 등)가 지지되고, 지지 프레임(40)은, 제2 프레임부(Ub2)에 대해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 제2 프레임부(Ub2)에 지지된 리니어 액추에이터(52)를 전기적으로 제어할 수 있으므로, 검출된 얼라이먼트 마크(MK)의 위치나, 계측한 묘화 라인(SLn)의 고유한 기울기에 따라서, 묘화 라인(SLn)의 기울기를 전기적으로 자동으로 조정할 수 있다.
그런데, 도 7에 나타낸 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))의 광학 구성에서는, 묘화 라인((SLn(SL1~SL6))의 회전 중심을 묘화 라인(SLn)의 중점으로 설정했지만, 그것에 한정되는 것이 아니고, 묘화 라인(SLn) 상이면, 중점으로부터 어긋나 있어도 괜찮다. 구체적으로는, 도 7(및 도 10, 도 11)의 구성에서, 예를 들면, 광축(AXa)을 따라서 배치되는 반사 미러(M10), 빔 익스팬더(BE), 반사 미러(M11), 및 원관 모양의 지주 부재(BX1)(및 고리 모양 베어링(48))를, 도 7(도 11)의 위치로부터 ＋Yt방향으로 평행 이동시키면 된다.
[변형예]
상기 실시 형태는, 이하와 같은 변형도 가능하다.
(변형예 1)
도 15는, 변형예 1에서의 빔 주사 장치(MD)의 광학적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 7과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다. 또, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는, 동일한 구성을 가지기 때문에, 빔 주사 장치(MD1)에 대해서만 설명하고, 다른 빔 주사 장치(MD)에 대해서는 설명을 생략한다.
빔 주사 장치(MD1)는, 반사 미러(M10), 빔 익스팬더(BE), 반사 미러(M20), 빔 스플리터(BS2), 반사 미러(M21), 편광빔 스플리터(BS3), λ/4 파장판(QW), 반사 미러(M22~M24), 실린드리칼 렌즈(CYa), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈(FT), 반사 미러(M15), 실린드리칼 렌즈(CYb), 광 검출기(DT1), 및, 위치 검출기(DT2)를 가진다. 또, 도 15에서는, 상시프트 광학 부재(SR)와 편향 조정 광학 부재(DP)를 생략하고 있다.
빔 주사 장치(MD1)에 입사하는 빔(LB1)은, -Zt방향을 향해서 나아가고, 반사 미러(M10)에 입사한다. 이 빔 주사 장치(MD1)에 입사하는 빔(LB1)은, 조사 중심축(Le1)과 동축이 되도록 반사 미러(M10)에 입사한다. 입사 광학 부재로서 기능하는 반사 미러(M10)는, 입사한 빔(LB1)을 반사 미러(M20)를 향해서 -Xt방향으로 반사한다. 반사 미러(M10)에서 반사한 빔(LB1)은, 빔 익스팬더(BE)를 투과하여 반사 미러(M20)에 입사한다.
반사 미러(M20)는, 입사한 빔(LB1)을 반사 미러(M21)를 향해서 -Zt방향으로 반사시킨다. 반사 미러(M20)에서 반사한 빔(LB1)은, 빔 스플리터(BS2)에 입사한다. 빔 스플리터(BS2)는, 입사한 빔(LB1)의 일부를 반사 미러(M21)를 향해서 투과시키고, 입사한 빔(LB1)의 잔부를 위치 검출기(DT2)를 향해서 반사시킨다. 빔 스플리터(BS2)는, 반사하는 빔(LB1)의 광량 보다도 많은 광량을 반사 미러(M21)를 향해서 투과시킨다. 예를 들면, 투과하는 광량과 반사하는 광량과의 비는 9대 1이다.
반사 미러(M21)는, 입사한 빔(LB1)을 반사 미러(M22)를 향해서 ＋Xt방향으로 반사시킨다. 반사 미러(M21)에서 반사한 빔(LB1)은, 편광빔 스플리터(BS3) 및 λ/4 파장판(QW)에서 투과하여 반사 미러(M22)에 입사한다. 편광빔 스플리터(BS3)는, P편광의 빔을 투과하여, S편광의 빔(LB1)으로 반사한다. 빔 주사 장치(MD1)에 입사하는 빔(LB1)은, P편광의 빔이므로, 편광빔 스플리터(BS3)는, 반사 미러(M21)로부터의 빔(LB1)을 반사 미러(M22)를 향해서 투과시킨다.
반사 미러(M22~M24)에 의해서 광로가 절곡된 빔(LB1)은, 실린드리칼 렌즈(CYa)를 통과하여 폴리곤 미러(PM)에 입사한다. 실린드리칼 렌즈(CYa)의 모선은 XtYt 평면과 평행하게 설정되며, 빔(LB1)은, Zt축과 평행한 회전축을 가지는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 상에 XtYt 평면과 평행한 방향으로 슬릿 모양으로 연장되어 집광된다. 폴리곤 미러(PM)는, 입사한 빔(LB1)을 편향 fθ 렌즈(FT)를 향해서 ＋Xt방향측으로 반사시킨다. 폴리곤 미러(PM)는, 폴리곤 구동부(모터)(RM)에 의해서 일정한 속도로 회전한다. Xt축 방향으로 연장되는 광축(AXf)을 가지는 fθ 렌즈(FT)는, 반사 미러(M15) 및 실린드리칼 렌즈(CYb)를 매개로 하여, 그 입사각에 비례한 기판(FS)의 피조사면 상의 상고 위치에 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 투사한다. 반사 미러(M15)는, 입사한 빔(LB1)을, 실린드리칼 렌즈(CYb)를 매개로 하여 기판(FS)을 향해서 -Zt방향으로 반사시킨다.
fθ 렌즈(FT) 및 모선이 Yt방향과 평행하게 되어 있는 실린드리칼 렌즈(CYb)에 의해서, 기판(FS)에 투사되는 빔(LB1)이 기판(FS)의 피조사면 상에서 직경 수㎛정도(예를 들면, 3㎛)의 미소한 스폿광(SP)으로 수렴된다. 여기에서도, 적어도 fθ 렌즈(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 편향된 빔(LB1)을 기판(FS)의 피조사면에 투사하는 투사 광학계로서 기능한다. 또, 적어도 반사 부재(반사 미러(M15, M20~M24))는, 반사 미러(M10)로부터 기판(FS)까지의 빔(LB1)의 광로를 절곡하는 광로 편향 부재로서 기능한다. 이 광로 편향 부재에 의해서, 반사 미러(M10)에 입사하는 빔(LB1)의 입사축과, 묘화 라인(SL1)의 중점을 Zt방향으로 통과하는 조사 중심축(Le1)을 대략 동축으로 할 수 있다.
회전 드럼(DR)(또는 기판(FS))으로부터의 반사광은, 실린드리칼 렌즈(CYb), 반사 미러(M15), fθ 렌즈(FT), 폴리곤 미러(PM), 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 미러(M24~M22), 및, λ/4 파장판(QW)을 통과하여 편광빔 스플리터(BS3)에 입사한다. 여기서, 편광빔 스플리터(BS3)와 기판(FS)과의 사이, 구체적으로는, 편광빔 스플리터(BS3)와 반사 미러(M22)와의 사이에 마련된 λ/4 파장판(QW)에 의해, 기판(FS)에 조사되는 빔(LB1)은 P편광으로부터 원편광의 빔(LB1)으로 변환되고, 기판(FS)으로부터 편광빔 스플리터(BS3)까지 되돌아오는 원편광의 반사광은, 이 λ/4 파장판(QW)에 의해서, 원편광으로부터 S편광의 빔(LB1)으로 변환된다. 따라서, 기판(FS)으로부터의 반사광은 편광빔 스플리터(BS3)에서 반사되어 광 검출기(DT1)에 입사한다. 이것에 의해, 상기 실시 형태와 동일한 수법에 의해, 빔 주사 장치(MD1)의 묘화 라인(SL1)의 고유한 기울기를 검출할 수 있다.
또, 위치 검출기(DT2)는, 입사한 빔(LB1)의 중심 위치를 검출하는 것이며, 예를 들면, 4분할 센서가 이용된다. 이 4분할 센서는, 4개의 포토 다이오드(광전 변환 소자)를 가지고, 4개의 포토 다이오드의 각각이 수광한 수광량의 차이(신호 레벨의 차분)를 이용하여, 빔(LB1)의 진행 방향과 직교하는 XtZt 평면에서, 빔(LB1)의 중심 위치를 검출한다. 이것에 의해, 빔(LB1)이 소망의 위치에 대해서 어긋나 있는지 아닌지를 판단할 수 있다. 반사 미러(M10)와 빔 스플리터(BS2)와의 사이에, 상기 실시 형태에서 설명한 상시프트 광학 부재(SR)나 편향 조정 광학 부재(DP)를 마련해도 좋다. 이것에 의해, 제어 장치(18)는, 위치 검출기(DT2)의 검출 결과에 근거하여, 빔(LB1)의 중심 위치나 기울기를 조정할 수 있다.
(변형예 2)
도 16은, 변형예 2에서의 빔 주사 장치(MD)의 광학적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 16에서는, 도 7 또는 도 15와 다른 부분에 대해서만 도시하고 있으며, 폴리곤 미러(PM)로부터 반사 미러(M10)측의 광학계에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 도 7 또는 도 15과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다. 또, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는, 동일한 구성을 가지기 때문에, 빔 주사 장치(MD1)에 대해서만 설명하고, 다른 빔 주사 장치(MD)에 대해서는 설명을 생략한다.
빔 주사 장치(MD1)는, 조사 중심축(Le1)을 중심(묘화 라인(SL1)의 중점을 중심)에 묘화 라인(SL1)을 회전시키는 상회전 광학계(IR)를 가진다. 상회전 광학계(IR)는, 조사 중심축(Le1)의 둘레를 회전함으로써, 묘화 라인(SL1)을 회전시킨다. 상회전 광학계(IR)는, 실린드리칼 렌즈(CYb)와 기판(FS)의 피조사면과의 사이에 마련되어 있다. 이 상회전 광학계(IR)로서, 예를 들면, 이미지 로테이터를 이용할 수 있다. 실린드리칼 렌즈(CYb)로부터 상회전 광학계(IR)에 입사하는 빔(LB1)의 주사 궤적의 중점을 통과하는 빔(LB1)의 입사축은, 조사 중심축(Le1)과 대략 동축이 되도록 상회전 광학계(IR)가 마련되어 있다. 이것에 의해, 상회전 광학계(IR)는, 조사 중심축(Le1)을 중심으로 묘화 라인(SL1)을 회전시킬 수 있다. 이 상회전 광학계(IR)는, 제어 장치(18)에 의해서 제어되는 도시하지 않은 액추에이터(구동부)에 의해서, 조사 중심축(Le1)의 주위를 회전한다.
이 상회전 광학계(IR)는, 도시하지 않지만, 예를 들면, 도 10에 나타낸 지지 프레임(40)의 평행 지지부(44)의 일부에 회전 가능하게 지지시킬 수 있다. 따라서, 지지 프레임(40)(빔 주사 장치(MD1))이 조사 중심축(Le1)의 둘레로 회전 가능한 구조로 되어 있지 않아도, 상회전 광학계(IR)를 조사 중심축(Le1)의 둘레로 회전시킴으로써, 묘화 라인(SL1)의 기울기를 조정할 수 있다. 또, 지지 프레임(40)(빔 주사 장치(MD1))을 조사 중심축(Le1)의 둘레로 회전 가능한 구성으로 함과 아울러, 상회전 광학계(IR)도 지지 프레임(40)(빔 주사 장치(MD1))에 대해서 독립하여 조사 중심축(Le1)의 둘레로 θzt 회전하도록 해도 괜찮다.
이와 같이, 빔 주사 장치(MD1)의 조사 중심축(Le1) 둘레의 회전 외에, 상회전 광학계(IR)를 단독으로 조사 중심축(Le1) 둘레로 회전시킬 수 있으므로, 예를 들면, 상회전 광학계(IR)에 의해 묘화 라인(SL1)의 기울기의 거친 조정을 행한 후, 빔 주사 장치(MD1) 전체의 회전으로 묘화 라인(SL1)의 기울기의 미세 조정을 행할 수 있다. 따라서, 묘화 라인(SL1)의 기울기 조정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또, 조사 중심축(Le1)이, 묘화 라인(SL1) 상의 임의의 점을 기판(FS)의 피조사면에 대해서 수직으로 통과하는 축인 경우는, 그것에 대응하여 조사 중심축(Le1)은, 실린드리칼 렌즈(CYb)로부터 상회전 광학계(IR)에 입사하는 빔(LB1)의 주사 궤적의 임의의 점을 통과하도록 해도 괜찮다.
(변형예 3)
상기 변형예 2에서는, 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))를 조사 중심축(Le(Le1~Le6)) 둘레로 회전시키도록 했지만, 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는, 조사 중심축(Le(Le1~Le6))의 둘레를 회전하지 않아도 좋다. 이 경우, 제2 프레임부(Ub2)는, 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))의 지지 프레임(40)을 회전 불가능하게 고정한 상태로 유지해도 괜찮다. 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))가 조사 중심축(Le(Le1~Le6))의 둘레로 회전하지 않아도, 도 16에 나타낸 상회전 광학계(IR)에 의해서, 묘화 라인((SLn(SL1~SL6))을, 조사 중심축(Le(Le1~Le6))를 중심으로 회전시킬 수 있기 때문이다.
(변형예 4)
도 17a, 도 17b는, 변형예 4에서의 빔 주사 장치(MD)의 광학적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 17a, 도 17b에서는, 도 7과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다. 또, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는, 동일한 구성을 가지기 때문에, 빔 주사 장치(MD1)에 대해서만 설명하고, 다른 빔 주사 장치(MD)에 대해서는 설명을 생략한다. 또, 도 17a는, 본 변형예 4의 빔 주사 장치(MD1)를 XtZt 평면과 평행한 면내에서 본 것이며, 도 17b는, 본 변형예 4의 빔 주사 장치(MD1)를 YtZt 평면과 평행한 면내에서 본 것이다.
빔 주사 장치(MD1)는, 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 부재(RF), fθ 렌즈(FT), 폴리곤 미러(PM), 및, 실린드리칼 렌즈(CYb)를 가진다. 빔 주사 장치(MD1)에 -Zt방향으로 나아가 입사하는 빔(LB1)은, 묘화 라인(SL1)의 중점을 Zt축과 평행하게 통과하는 조사 중심축(Le1)과 동축이 되도록 설정된다. 본 변형예 4에서는, 빔(LB1)의 광로 중의 빔 주사 장치(MD1)의 직전에 렌즈계(GLa)가 마련되고, 기판(FS)의 표면과 광학적으로 공역(共役)인 면(Cjp)에서 빔(LB1)이 스폿광으로 집광된다. 공역면(Cjp)에서 집광한 빔(LB1)은 등방적으로 발산하면서, 조사 중심축(Le1)을 따라서 실린드리칼 렌즈(CYa)에 입사한다. 실린드리칼 렌즈(CYa)는, Xt방향으로 굴절력을 가지도록, 모선이 Yt축과 평행이 되도록 설정된다. 또, 실린드리칼 렌즈(CYa)를 투과한 직후의 빔(LB1)은, Xt방향에 관해서는 거의 평행 광속으로 수렴되고, Yt방향에 관해서는 발산한 상태인 채로 -Zt방향으로 나아간다.
반사 부재(RF)의 상측의 반사면(Rf1)(XtYt 평면에 대해서 45°경사)은, 실린드리칼 렌즈(CYa)를 매개로 하여 입사한 빔(LB1)이, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf) 보다도 상측의 시야 영역에 광축(AXf)과 평행하게 입사하도록, 빔(LB1)을 -X방향으로 반사한다. fθ 렌즈(FT)의 상측(＋Zt방향측)의 시야 영역을 투과한 빔(LB1)은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)(Zt축과 평행)에 입사한다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)은, Zt방향에 관해서는, 광축(AXf)과 동일 높이 위치에 설치되고, fθ 렌즈(FT)의 동면(epf)의 위치 또는 그 근방의 위치에 설정된다. 그 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 회전축(AXp)과 fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)은, XtZt 평면과 평행한 면내에서 직교하도록 설정되어 있다. 실린드리칼 렌즈(CYa)와 fθ 렌즈(FT)에 의해서, 폴리곤 미러(PM)에 입사하는 빔(LB1)은, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주사 방향(회전 방향)과 직교하는 비주사 방향(Zt방향)에 관해서 반사면(RP) 상에서 수렴하고, 반사면(RP) 상에 Yt축과 평행한 방향으로 연장된 슬릿 모양의 분포가 되어 투사된다.
폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)이 Zt축과 평행(XtZt 평면내에서는 광축(AXf)과 수직)이기 때문에, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf) 보다도 상측(＋Zt방향측)의 시야 영역을 통과하여 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 이르고, 그래서 ＋Xt 방향측으로 반사되는 빔(LB1)은, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf) 보다도 하측(-Zt방향측)의 시야 영역을 통과하여, 반사 부재(RF)의 하측의 반사면(Rf2)(XtYt 평면에 대해서 45°경사)을 향한다. 따라서, 폴리곤 미러(PM)에 입사하는 빔(LB1)의 광로와, 폴리곤 미러(PM)에서 반사하는 빔(LB)의 광로는, XtZt 평면 내에서는, 광축(AXf)에 관해서 대칭이 된다. 반사 부재(RF)의 하측의 반사면(Rf2)에서 반사되어 -Zt방향으로 나아가는 빔(LB1)은, 모선이 Yt방향과 평행이고, Xt방향으로 굴절력을 가지는 실린드리칼 렌즈(CYb)를 통과하여, 기판(FS) 상에서 스폿광(SP)이 되도록 수렴된다.
도 17a, 도 17b에 나타내는 변형예 4에서의 빔 주사 장치(MD1)의 구성에서, 공역면(Cjp)으로부터 기판(FS)(피조사면)까지의 빔(LB1)의 광로는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)(동면(epf))에 관해서 대칭적인 계(系)로 되어 있기 때문에, 기판(FS) 상에 투사되는 스폿광(SP)은, 공역면(Cjp)에 집광된 빔(LB1)의 스폿광의 상(像)으로서 결상(結像)된 것이 된다. 따라서, 폴리곤 미러(PM) 중 1개의 반사면(RP)이 광축(AXf)과 정확하게 직교하는 각도가 된 경우, fθ 렌즈(FT)로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 입사하는 빔(LB1)과, 그 빔(LB1)이 반사면(RP)에서 반사하여 fθ 렌즈(FT)에 입사하는 빔(LB1)은, XtYt 평면 내에서는, 동일한 광로를 통과하게 된다. 이 경우, 반사 부재(RF)의 하측의 반사면(Rf2)에 조사되는 빔(LB1)은, 반사면(Rf2)의 Yt방향의 중앙부가 되고, 기판(FS)에 투사되는 빔(LB1)의 스폿광(SP)은, 묘화 라인(SL1) 상의 중점(조사 중심축(Le1)이 통과하는 점)에 위치한다.
폴리곤 미러(PM)의 회전축(AXp)을 중심으로 하는 회전에 의해서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)이 XtYt 평면 내에서 광축(AXf)과 수직인 상태로부터 약간 기울어지면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에서 반사되어, fθ 렌즈(FT)를 통과하여 반사 부재(RF)의 하측의 반사면(Rf2)에 이르는 빔(LB1)은, 폴리곤 미러(PM)의 회전에 따라 반사면(Rf2) 상에서 Yt방향으로 시프트한다. 이것에 의해, 도 17a, 도 17b에 나타내는 변형예 4의 빔 주사 장치(MD1)에서도, 묘화 라인(SL1)을 따라서 스폿광(SP)을 1차원 주사할 수 있다. 또, 도 17a, 도 17b의 구성에서는, 반사 부재(RF)의 상측의 반사면(Rf1)과 하측의 반사면(Rf2)은 묘화 라인(SL1)을 따른 빔(LB1)의 주사 범위를 커버하도록, Yt방향으로 가늘고 길게 형성되어 있지만, 반사면(Rf1)과 반사면(Rf2)을 별도의 평면 미러로 구성하는 경우는, 상측의 반사면(Rf1)을 형성하는 평면 미러는, Yt방향의 치수를 렌즈계(GLa)로부터 입사하는 빔(LB1)의 지름을 커버할 정도로 작게 해도 괜찮다.
실린드리칼 렌즈(CYa)는, 빔(LB1)을 빔 주사 장치(MD1)에 입사시키는 입사 광학 부재로서 기능한다. fθ 렌즈(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 편향된 빔(LB1)을 기판(FS)의 피조사면에 투사하는 투사 광학계로서 기능한다. 또, 적어도, 반사 부재(RF)의 반사면(Rf1)과 반사면(Rf2)은, 실린드리칼 렌즈(CYa)로부터 기판(FS)까지의 빔(LB1)의 광로를 절곡하는 광로 편향 부재로서 기능한다. 이 광로 편향 부재에 의해서, 실린드리칼 렌즈(CYa)에 입사하는 빔(LB1)의 입사축과 조사 중심축(Le1)을 대략 동축으로 할 수 있다.
또, 도 17a, 도 17b에 나타내는 빔 주사 장치(MD1)의 광학적인 구성 부재(실린드리칼 렌즈(CYa, CYb), 반사 부재(RF), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈(FT) 등)는, 도 10, 도 11에 나타낸 지지 프레임(40)과 마찬가지로, 조사 중심축(Le1)을 중심으로 하여 회전 가능한 지지 프레임에 지지된다. 변형예 4의 구성에서도, 빔 주사 장치(MD1)가 조사 중심축(Le1) 둘레로 θzt 회전해도, 실린드리칼 렌즈(CYa)에 입사하는 빔(LB)의 위치는 변하지 않는다. 따라서, 빔 주사 장치(MD1)를 θzt 회전시킨 경우라도, 빔 주사 장치(MD1) 내를 통과하는 빔(LB)의 광로는 변하지 않고, 빔(LB)은, 빔 주사 장치(MD1) 내를 규정한 대로 바르게 통과한다. 이것에 의해, 빔 주사 장치(MD1)를 θzt 회전시켜도, 빔(LB1)의 비네팅 등에 의해서 스폿광(SP)이 기판(FS)의 표면(피조사면)에 투사되지 않거나, 기울기 조정 후의 묘화 라인(SLn)으로부터 벗어난 위치에 스폿광(SP)이 투사된다고 하는 문제가 생기지 않는다.
(변형예 5)
도 18a, 도 18b는, 변형예 5에서의 빔 주사 장치(MD)의 광학적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 18a, 도 18b에서는, 도 17a, 도 17b와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다. 또, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는, 동일한 구성을 가지기 때문에, 빔 주사 장치(MD1)에 대해서만 설명하고, 다른 빔 주사 장치(MD)에 대해서는 설명을 생략한다. 또, 도 18a는, 본 변형예 5의 빔 주사 장치(MD1)를 XtYt 평면과 평행한 면내에서 본 것이며, 도 18b는, 본 변형예 5의 빔 주사 장치(MD1)를 YtZt 평면과 평행한 면내에서 본 것이다.
변형예 5에 의한 빔 주사 장치(MD1)는, 도 17a, 도 17b에 나타내는 변형예 4에 의한 빔 주사 장치(MD1)에 대해서, 조사 중심축(Le1)을 묘화 라인(SL1)의 중점의 위치로부터 ＋Yt방향으로 평행 이동시킨 점이 다르다. 그 때문에, 빔 주사 장치(MD1)에 입사하기 전의 빔(LB1)을 공역면(Cjp)에 집광하는 렌즈계(GLa)와, 실린드리칼 렌즈(CYa)가 일체로 ＋Yt방향으로 평행 이동하여 배치된다. 변형예 5의 경우, 폴리곤 미러(PM)가 시계 방향으로 회전하면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에서 반사되어, fθ 렌즈(FT)를 통과하여 반사 부재(RF)의 하측의 반사면(Rf2)에 조사되는 빔(LB1)은, -Yt방향으로 주사된다.
이와 같이, 앞의 도 17a, 도 17b에 나타내는 변형예 4의 구성을, 도 18a, 도 18b에 나타내는 변형예 5와 같이 바꾸어도, 조사 중심축(Le1)의 연장선을 묘화 라인(SL1) 상의 임의의 점(특정점)을 통과하도록 설정하고, 빔 주사 장치(MD1)를 조사 중심축(Le1)의 둘레로 θzt 회전시킴과 아울러, 빔 주사 장치(MD1)(실린드리칼 렌즈(CYa))에 입사하는 빔(LB1)을 조사 중심축(Le1)과 동축으로 설정하는 것에 의해서, 빔 주사 장치(MD1)를 θzt 회전시켰다고 해도, 스폿광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 정확하게 주사할 수 있다. 또, 도 18a, 도 18b에 나타내는 구성으로부터 분명하지만, 빔 주사 장치(MD1)(실린드리칼 렌즈(CYa))에 입사하는 빔(LB1)의 XtYz 평면 내에서의 위치는, 묘화 라인(SL1)을 따른 위치이면, Yt방향의 어느 위치라도 좋다. 따라서, 실린드리칼 렌즈(CYa)의 모선 방향의 치수를 늘려 두면, 빔 주사 장치(MD1)(실린드리칼 렌즈(CYa))에 입사하는 빔(LB1)의 XtYz 평면 내에서의 위치를 자유롭게 변경할 수 있고, 빔(LB1)의 도광로(導光路)의 설정의 자유도가 향상된다고 하는 이점이 있다. 게다가, 빔 주사 장치(MD1)(실린드리칼 렌즈(CYa))에 입사하는 빔(LB1)의 XtYz 평면 내에서의 위치를, Yt 방향에 관해서는 자유롭게 설정할 수 있으므로, 빔 주사 장치(MD1)의 기계적인 회전 중심축(조사 중심축(Le1))과 입사하는 빔(LB1)의 축선과의 동축성(同軸性)을, Yt방향에 관해서는 고정밀도로 일치시킬 수 있다.
(변형예 6)
도 19, 도 20은, 변형예 6에서의 빔 주사 장치(MD)의 광학적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 19, 도 20에서는, 도 7과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다. 또, 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))는, 동일한 구성을 가지기 때문에, 빔 주사 장치(MD1)에 대해서만 설명하고, 다른 빔 주사 장치(MD)에 대해서는 설명을 생략한다. 또, 도 7에서는, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)과 평행한 방향을 Xt방향으로 했기 때문에, 도 19, 도 20에서도, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)과 평행한 방향을 Xt방향으로 하고, 스폿광(SP)의 주사 방향을 Yt(Y) 방향으로 하며, 이들 Xt방향과 Yt방향과 직교하는 방향을 Zt방향으로서 설명한다.
도 19는, 본 변형예 6의 빔 주사 장치(MD1)를 XtYt 평면과 평행한 면내에서 본 것이며, 본 변형예 6에서는, 빔 주사 장치(MD1)에 입사하는 빔(LB1)의 축선(조사 중심축(Le1))이, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)과 동축이 되도록 설정된다. 즉, 본 변형예에서는, fθ 렌즈(FT) 후에, 빔(LB1)을 절곡하는 미러(반사면)를 마련하지 않고, fθ 렌즈(FT)로부터 사출하여 실린드리칼 렌즈(CYb)를 통과한 주사 빔을, 그대로 기판(FS)에 투사하도록 구성한다.
도 19에서, 광원 장치(14)로부터 사출되어 묘화용 광학 소자(AOM1)에서 강도 변조(온/오프)된 빔(LB1)은, 렌즈계(G30), 미러(M30, M31), 및 렌즈계(G31)를 매개로 하여 실린드리칼 렌즈(CYa)로 안내된다. 빔 주사 장치(MD1)에 입사하는 빔(LB1)은, 조사 중심축(Le1)과 동축이 되도록 설정된다. 실린드리칼 렌즈(CYa)에 입사하는 빔(LB1)은 소정의 단면 직경을 가지는 평행 광속으로 성형된다. 실린드리칼 렌즈(CYa)로부터 반사 미러(M14)에서 반사되어 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 이르는 빔(LB1)은, XtYt 평면내에서는 평행 광속인 채로, Zt방향에 대해서는 실린드리칼 렌즈(CYa)에 의해서 수렴한 광속이 된다. 폴리곤 미러(PM)에서 반사(편광)한 빔(LB1)은, fθ 렌즈(FT), 실린드리칼 렌즈(CYb)를 통과하여, 기판(FS)의 표면(피조사면)에 스폿광(SP)로서 집광된다. 또, 도 19에서, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)과 조사 중심축(Le1)은 일치하여 Xt축과 평행이 되도록 설정되고, 그들 연장선은 회전 드럼(DR)의 중심축(회전 중심축)(AXo)과 직교한다.
본 변형예 6의 빔 주사 장치(MD1)를 지지하는 본체 프레임(300)은, 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사되는 빔(LB1)이 통과하는 개구부(300A)가 형성되고, 빔 주사 장치(MD1)는, 광축(AXf)(조사 중심축(Le1))으로부터의 반경이 개구부(300A)를 포함하는 크기의 고리 모양 베어링(301)을 매개로 하여, 본체 프레임(300)에 회전 가능하게 지지된다. 고리 모양 베어링(301)의 중심선은 광축(AXf)(조사 중심축(Le1))과 동축이 되도록 설정되므로, 빔 주사 장치(MD1)는 광축(AXf)(조사 중심축(Le1))을 중심으로 하여, Xt축 둘레로 회전한다. 이 회전을 'θxt 회전'이라고 부른다.
도 20은, 도 19에 나타낸 변형예 6의 빔 주사 장치(MD)를 복수 배치하는 모습을, XZ평면과 평행한 면내에서 본 것이며, 본체 프레임(300)에는, 홀수번째의 빔 주사 장치(MD1, MD3, MD5)의 각각으로부터의 주사 빔을 통과하는 개구부(300A)가, Y방향으로 일정한 간격을 두고 마련되고, 짝수번째의 빔 주사 장치(MD2, MD4, MD6)의 각각으로부터의 주사 빔을 통과하는 개구부(300B)가, Y방향으로 일정한 간격을 두고 마련된다. 또, 도 20의 변형예 6에서는, 회전 드럼(DR)에 감겨지는 기판(FS)이, -X방향으로 수평으로 반송되어 회전 드럼(DR)의 상부로부터 약 반주분(半周分)만큼 감겨진 후, 회전 드럼(DR)의 하부에서 이탈하여 ＋X방향으로 반송된다. 따라서, 여기에서는, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 포함하는 중심면(Poc)은, XY평면과 평행이 된다.
이 변형예 6의 구성에서도, 고리 모양 베어링(301)에 의한 빔 주사 장치(MD)의 각각의 기계적인 회전 중심이 조사 중심축(Le1~Le6)이 되도록 설정되며, 각 빔 주사 장치(MD)에 입사하는 빔(LB1~LB6)이, 각각의 조사 중심축(Le1~Le6)과 동축이 되도록 안내되므로, 앞의 실시 형태나 각 변형예와 마찬가지로, 각 빔 주사 장치(MD)가 조사 중심축(Le1~Le6)의 각각의 둘레로 θxt 회전해도, 렌즈계(G30)에 입사하는 빔(LB1~LB6)의 자세 위치는 변하지 않는다. 따라서, 각 빔 주사 장치(MD)를θxt 회전시킨 경우라도, 각 빔 주사 장치(MD) 내를 통과하는 빔(LB)의 광로는 변하지 않고, 빔(LB)은 빔 주사 장치(MD) 내를 규정대로 바르게 통과한다. 이것에 의해, 각 빔 주사 장치(MD)를 θxt 회전시켜도, 빔(LB1~LB6)의 비네팅 등에 의해서 스폿광(SP)이 기판(FS)의 표면(피조사면)에 투사되지 않거나, 기울기 조정 후의 묘화 라인(SL1~SL6)으로부터 벗어난 위치에 스폿광(SP)이 투사되거나 한다는 문제가 생기지 않는다.
렌즈계(G30)는, 빔(LB(LB1~LB6))을 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))에 입사시키는 입사 광학 부재로서 기능한다. fθ 렌즈(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 편향된 빔(LB1)을 기판(FS)의 피조사면에 투사하는 투사 광학계로서 기능한다. 또, 반사 부재(반사 미러(M14), M30, M31)는, 렌즈계(G30)로부터 기판(FS)까지의 빔(LB(LB1~LB6))의 광로를 절곡하는 광로 편향 부재로서 기능한다.
[묘화 라인의 회전 조정에 따른 이음 오차]
그런데, 상기 실시 형태 및 각 변형예에서, 빔 주사 장치(MD)의 θzt 회전(또는 θxt 회전)에 의해서 묘화 라인(SLn)의 기울기를 조정한 경우는, 묘화 라인 상의 묘화 개시점과 묘화 종료점이 조정전의 위치에 대해서 어긋나게 된다. 도 21은, 일례로서, 초기 상태에서 Yt축과 평행한 빔 주사 장치(MD1)의 묘화 라인(SL1)을 XtYt 평면(피조사면) 내에서 반시계 방향으로 각도 θss만큼 회전시킨 모습을 나타낸다. 도 21은 설명을 위해서 각도 θss를 과장하여 도시한 것이며, 실제로 회전 가능한 각도 θss의 최대치는 ±2°정도로 매우 작다. 도 21에서, 조정전의 묘화 라인(SL1)의 중점을 CC로 하면, Zt방향으로 연장되는 조사 중심축(Le1)은 중점(CC)을 통과하도록 설정되고, 묘화 라인(SL1)은 조사 중심축(Le1)과 일치한 빔 주사 장치(MD1)의 기계적인 회전 중심축을 중심으로 하여 θzt 회전(경사)하도록 설정되어 있는 것으로 한다. 또한, 묘화 라인(SL1)의 묘화 개시점을 ST, 묘화 종료점을 SE로 하면, 묘화 개시점(ST)으로부터 묘화 종료점(SE)까지의 길이(LBL)가 Yt방향에 관한 실제의 패턴 묘화폭이 된다. 따라서, 묘화 개시점(ST)으로부터 중점(CC)까지의 길이 LBh와, 중점(CC)으로부터 묘화 종료점(SE)까지의 길이 LBh는 동일하고, LBh=LBL/2로 되어 있는 것으로 한다.
묘화 라인(SL1)이 초기 상태로부터 각도 θss만큼 회전하면, Yt축에 대해 기울어진 묘화 라인(SL1a)이 된다. 조정 후의 묘화 라인(SL1a)의 묘화 개시점(STa)은, 초기의 묘화 개시점(ST)으로부터 (ΔXSa,ΔYSa)만큼 위치가 어긋나고, 조정 후의 묘화 라인(SL1a)의 묘화 종료점(SEa)은, 초기의 묘화 종료점(SE)으로부터 (ΔXEa,ΔYEa)만큼 위치가 어긋난다. 이 위치 어긋남은, 이웃의 빔 주사 장치(MD2)의 묘화 라인(SL2)으로 묘화되는 패턴과의 이음 오차가 된다. 예를 들면, 이웃의 빔 주사 장치(MD2)의 묘화 라인(SL2)이 묘화 라인(SL1a)에 대해서 ＋Yt방향측에 위치하고, 초기의 묘화 개시점(ST)에서 이음 노광할 필요가 있는 경우는, 조정 후의 묘화 라인(SL1a)의 묘화 개시점(STa)을 화살표 Ar의 방향으로 미소하게 시프트시킬 필요가 있다. 이 화살표 Ar와 같은 시프트는, 도 9에서 설명한 원점 신호(SH)의 발생으로부터 시간 Tpx 후에 묘화 데이터의 써냄을 행하는 타이밍을, 약간 빠르게 하는 것에 의해서 실현할 수 있다.
여기서, 위치 어긋남량 ΔYSa는, LBh·(1-cos(θss))가 되고, 화살표 Ar을 따른 시프트량(길이)을 ΔAr로 하면, 위치 어긋남량 ΔYSa와 시프트량 ΔAr은, ΔYSa=ΔAr·cos(θss)가 되므로, 시프트량 ΔAr은, 이하와 같이 나타내어진다.
ΔAr=[LBh·(1-cos(θss))]/cos(θss) … (1)
예를 들면, 길이(LBL)가 50mm(LBh=25mm)인 경우, 각도 θss가 ±0.5°일 때의 시프트량 ΔAr은 약 0.95㎛가 되고, 각도 θss가 ±1.0°일 때의 시프트량 ΔAr은 약 3.8㎛가 되며, 각도 θss가 ±2.0°일 때의 시프트량 ΔAr은 약 15.2㎛가 되고, 각도 θss의 변화와 시프트량 ΔAr의 변화는 2차 함수적인 관계가 된다. 따라서, 조정된 각도 θss에 따라 시프트량 ΔAr를 산출하고, 그 시프트량 ΔAr에 대응한 시간 ΔTpx(=ΔAr/스폿광(SP)의 주사 속도 Vss)만큼, 도 9에서 설명한 시간 Tpx를 짧게 하여 묘화 데이터의 써냄을 개시하면 좋다.
또, 이웃의 빔 주사 장치(MD2)의 묘화 라인(SL2)이 묘화 라인(SL1a)에 대해서 -Yt방향측에 위치하고, 초기의 묘화 종료점(SE)에서 이음 노광할 필요가 있는 경우는, 조정 후의 묘화 라인(SL1a)의 묘화 종료점(SEa)을 화살표 Af의 방향으로 미소하게 시프트시킬 필요가 있다. 이 경우도, 화살표 Af의 방향의 시프트량 ΔAf는, 앞의 식 (1)과 마찬가지로,
ΔAf=[LBh·(1-cos(θss))]/cos(θss) … (2)
로 구하여진다. 도 21과 같이, 중점(CC(Le1))이 정밀하게 빔 주사 장치(MD1)의 회전 중심에 설정되어 있는 경우, 시프트량 ΔAr과 시프트량 ΔAf의 절대치는 동일하게 된다. 시프트량 ΔAf의 방향은, 묘화 라인(SL1a) 상의 스폿광(SP)의 주사 방향과 동일하므로, 이 경우는, 조정된 각도 θss에 따른 시프트량 ΔAf에 대응한 시간 ΔTpx(=ΔAr/스폿광(SP)의 주사 속도 Vss)만큼, 도 9에서 설명한 시간 Tpx를 길게 하여 묘화 데이터의 써냄을 개시하면 좋다.
게다가, 각도 θss만큼 조정된 후의 묘화 라인(SL1a)의 묘화 개시점(STa)은, 초기의 묘화 개시점(ST)에 대해서 -Xt방향으로 ΔXSa만큼 위치가 어긋나고, 묘화 종료점(SEa)은 초기의 묘화 종료점(SE)에 대해서 ＋Xt방향으로 ΔXEa만큼 위치가 어긋난다. 이러한 Xt방향(부주사 방향)의 위치 어긋남 오차 ΔXSa,ΔXEa는, 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치를 계측하는 인코더(EC)의 계측치(카운터의 출력치)에 대해서, 오차 ΔXSa 또는 ΔXEa의 오프셋을 더한 값에 응답하여 각 묘화 라인(SLn)의 묘화를 개시함으로써 보정할 수 있다. 이러한 미세한 보정을 위해서, 인코더(EC)(및 스케일부(SD))에 의한 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치의 계측 분해능(카운터 회로의 1카운트당 기판(FS)의 이동량)은, 스폿광(SP)의 사이즈 φ의 1/2 이하, 바람직하게는 1/10 이하로 설정된다.
이상의 도 21에 의한 설명에서는, 초기 상태에서 Yt축과 평행한 빔 주사 장치(MD1)의 묘화 라인(SL1)을 XtYt 평면(피조사면) 내에서 반시계 방향으로 각도 θss만큼 회전시킬 때에, 조사 중심축(Le1)은 중점(CC)을 통과하도록 설정되고, 묘화 라인(SL1)(즉, 빔 주사 장치(MD1))은 조사 중심축(Le1)을 중심으로 하여 θzt 회전(경사)하도록 설정되어 있는 것으로 했다. 그렇지만, 빔 주사 장치(MD1)의 기계적인 회전 중심축(이하, 'Mrp'라고 함)을 결정하는 원관 모양의 지주 부재(BX1), 고리 모양 베어링(48) 등의 장착 오차나, 빔(LB1)의 빔 주사 장치(MD1)에의 입사 위치의 오차 등에 의해서, 묘화 라인(SL1)의 중점(CC)(조사 중심축(Le1))과 빔 주사 장치(MD1)의 기계적인 회전 중심축(Mrp)과의 XtYt 평면 내에서의 2차원적인 위치 어긋남 오차 ΔA(ΔAx,ΔAy로 함)가 있으면, 그 위치 어긋남 오차 ΔA에 의한 영향이, 도 21 중의 오차(ΔXSa,ΔYSa), 오차(ΔXEa,ΔYEa)에 가미된다.
그 모습을, 도 22를 이용하여 설명한다. 도 22는, 도 21과 같은 상태에 대해서, 빔 주사 장치(MD1)의 기계적인 회전 중심축(제1 회전 중심축)(Mrp)과 묘화 라인(SL1)의 중점(CC)(조사 중심축(Le1))이, 상대적으로 위치 어긋남 오차 ΔA(ΔAx,ΔAy)를 가진 경우의 모습을, 과장하여 나타내는 도면이다. 또, 이 경우는, 빔 주사 장치(MD1)에 입사하는 빔(LB1)의 입사축은, 회전 중심축(Mrp)과 동축이다. 도 22에서, 도 21에서 설명한 부호나 기호에 대해서는, 설명을 생략한다. 도 22와 같이, 조정전의 초기 상태에서 Yt축과 평행이었던 묘화 라인(SL1)은, 중점(CC(Le1))의 위치로부터 오차 (ΔAx,ΔAy)만큼 시프트한 회전 중심축(Mrp)을 중심으로, 각도 θss만큼 경사진 묘화 라인(SL1b)이 된다. 묘화 라인(SL1b)은, 오차 (ΔAx,ΔAy)의 영향에 의해, 도 21에서 나타낸 묘화 라인(SL1a)을 XtYt 평면 내에서 평행 이동시키게 된다. 따라서, 조정 후의 묘화 라인(SL1b)의 묘화 개시점(STb)은, 도 21의 상태에서의 묘화 개시점(STa)에 대해서 -Xt방향으로 오차 ΔXcc, ＋Yt방향으로 오차 ΔYcc만큼 어긋난다. 마찬가지로, 조정 후의 묘화 라인(SL1b)의 묘화 종료점(SEb)은, 도 21의 상태에서의 묘화 종료점(SEa)에 대해서 -Xt방향으로 오차 ΔXcc,＋Yt방향으로 오차 ΔYcc만큼 어긋나고, 조정 후의 묘화 라인(SL1b)의 중점(CC'(Le1'))도, 도 21의 상태에서의 묘화 라인(SL1)의 중점(CC(Le1))에 대해서 -Xt방향으로 오차 ΔXcc, ＋Yt방향으로 오차 ΔYcc만큼 어긋난다.
따라서, 조정 후의 묘화 라인(SL1b)의 묘화 개시점(STb)은, 초기의 묘화 개시점(ST)에 대해서, Xt방향으로 (ΔXSa＋ΔXcc), Yt방향으로 (ΔYSa-ΔYcc)만큼 위치가 어긋나고, 조정 후의 묘화 라인(SL1b)의 묘화 종료점(SEb)은, 초기의 묘화 종료점(SE)에 대해서, Xt방향으로 (ΔXEa-ΔXcc), Yt방향으로 (ΔYEa＋ΔYcc)만큼 위치가 어긋난다. 회전 중심축(Mrp)과 초기의 묘화 라인(SL1)의 중점(CC(Le1))이 오차 (ΔAx,ΔAy)의 위치 어긋남을 가지는 것에 의한 오차분 (ΔXcc,ΔYcc)은, 초기의 묘화 라인(SL1)의 중점(CC)을 원점 (0, 0)으로 하면, 이하와 같이 나타내어진다.
ΔXcc=-ΔAy·sin(θss)＋ΔAx·(1-cos(θss)) … (3)
ΔYcc=ΔAy·(1-cos(θss))＋ΔAx·sin(θss) … (4)
이 도 22와 같이, 빔(LB1)의 입사축선과 회전 중심축(Mrp)이 일치하고 있고, 회전 중심축(Mrp)과 묘화 라인(SL1)의 중점(CC(Le1))이, XtYt 평면내에서 오차 (ΔAx,ΔAy)만큼 시프트하고 있는 경우는, 앞의 도 21에서 설명한 바와 같이, 묘화 라인(SL1b)의 시프트량 ΔAr,ΔAf를 계산하여, 그것에 대응한 시간 ΔTpx만큼, 도 9에서 설명한 시간 Tpx를 짧게 하거나, 길게 하거나 하여 패턴 데이터(묘화 데이터)의 써냄 타이밍을 보정하면 좋다. 다만, 조정 후의 묘화 라인(SL1b)의 묘화 개시점(STb)으로부터 묘화 종료점(SEb)까지의 길이(LBL)(예를 들면 50mm)는, 스폿광(SP)의 최대 주사 길이(예를 들면 51mm)의 범위 내일 필요가 있다. 또, 부주사 방향(Xt방향)에 대해서도, 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치를 계측하는 인코더(EC)의 계측치(카운터의 출력치)에 대해서, 오차 (ΔXSa＋ΔXcc) 또는 (ΔXEa-ΔXcc)의 오프셋을 더한 값에 응답하여 각 묘화 라인(SLn)의 묘화를 개시함으로써 보정할 수 있다. 또, 도 21, 도 22에서는, 조사 중심축(Le1)이 묘화 라인(SLn)의 중점(CC)을 통과하는 형태를 예로 하여 설명했지만, 앞의 변형예 5와 같이, 조사 중심축(Le1)이 묘화 라인(SLn) 상의 임의의 점을 통과하는 것이라도 좋다. 이 경우라도, 묘화 라인(SLn)의 시프트량 ΔAr,ΔAf의 산출 원리는 동일하다.
그런데, 예를 들면, 앞의 변형예 5(도 18a, 도 18b)와 같이, 빔 주사 장치(MD1)에 입사하는 빔(LB1)의 XtYz 평면 내에서의 위치를 Yt방향으로 늦추는 경우, 빔 주사 장치(MD1)의 기계적인 회전 중심축(Mrp) 및 조사 중심축(Le1)을, 묘화 라인(SL1)의 묘화 개시점(ST)과 일치한 위치, 또는 매우 가까운 위치에 설정하면, 묘화 라인(SL1)을 각도 θss 기울였다고 해도, 조정 후의 묘화 개시점(STb)은 초기의 묘화 개시점(ST)의 위치로부터 거의 변화하지 않는다. 그 때문에, 조정 후의 묘화 개시점(STb)이 이웃의 묘화 라인과 이어지는 경우, 묘화 라인(SL1b)의 스폿광(SP)의 주사 방향에 관한 위치 조정(도 9에서 설명한 시간 Tpx의 조정)을 불필요하게 할 수도 있다.
또, 빔 주사 장치(MD1)의 기계적인 회전 중심축(Mrp)과 조사 중심축(Le1)은, XtYt 평면 내에서 소정의 허용 범위 ΔQ(ΔBx,ΔBy) 내에서 동축인 것이 좋다. 그 허용 범위 ΔQ는, 예를 들면, 빔 주사 장치(MD1)를 기계적으로 소정의 각도 θsm만큼 기울였을 때, 조정 후의 묘화 라인(SL1b)의 묘화 개시점(STb)(또는 묘화 종료점(SEb))의 실제의 위치(실(實)위치 Apo)와, 허용 범위 ΔQ를 제로로 가정한 경우에 빔 주사 장치(MD1)를 각도 θsm만큼 기울였을 때의 묘화 라인(SL1b)의 묘화 개시점(STb)(또는 묘화 종료점(SEb))의 설계상의 위치(설계 위치 Dpo)와의 차분량이, 스폿광(SP)의 주사 방향(도 21 중의 화살표 Ar나 Af) 또는 Yt방향에 관해서, 예를 들면, 스폿광(SP)의 사이즈 φ 이내가 되도록 설정된다. 여기서, 소정의 각도 θsm은, 빔 주사 장치(MD1)가 기계적으로 회전 가능한 상한(上限) 각도(예를 들면 ±2°)로 설정할 수 있다. 각 빔 주사 장치(MD(MD1~MD6))의 조사 중심축(Le(Le1~Le6))과 회전 중심축(Mrp)을 소정의 허용 범위 ΔQ 내에서 동축으로 하기 위해서, 도 5에 나타내는 각 광 도입 광학계(BDU(BDU1~BDU6))의 반사 미러(M1~M5)의 사이에, 도 7에 나타내는 상시프트 광학 부재(SR) 및 편향 조정 광학 부재(DP) 중 적어도 일방에 마련하도록 해도 괜찮다. 또, 지주 부재(BX1)의 중심축은, 회전 중심축(Mrp)과 동축, 또는 회전 중심축(Mrp) 및 조사 중심축(Le)과 소정의 허용 범위 ΔQ에서 동축이 되도록 설정되어 있다.
또, 빔 주사 장치(MD)에 입사하는 빔(LB)의 입사축이, 회전 중심축(Mrp)과 일치하도록, 빔 주사 장치(MD)에 빔(LB)을 입사시켰지만, 빔 주사 장치(MD)에 입사하는 빔(LB)의 입사축과 회전 중심축(Mrp)이 소정의 허용 범위 ΔQ 내에서 동축이라도 좋다. 예를 들면, 빔 주사 장치(MD)에 입사하는 빔(LB)의 입사축이, 조사 중심축(Le)과 일치함과 아울러, 회전 중심축(Mrp)과 소정의 허용 범위 ΔQ 내에서 동축이라도 좋다.
또, 변형예 2, 3에서의 상회전 광학계(IR)도 마찬가지로, 상회전 광학계(IR)의 기계적인 회전 중심축(제2 회전 중심축)이 조사 중심축(Le)과 소정의 허용 범위ΔQ 내에서 동축으로 되어 있으면 좋다. 이 경우, fθ 렌즈(FT)로부터 상회전 광학계(IR)에 입사하는 빔(LB)의 주사 궤적의 중점을 통과하는 빔(LB)의 입사축과 상회전 광학계(IR)의 기계적인 회전 중심축은 소정의 허용 범위 ΔQ 내에서 동축이 되도록 설정되어 있다.
이상으로 설명한 실시 형태나 각 변형예의 구성에서는, 노광 장치 본체에 대해서 회전 가능한 빔 주사 장치(MD)에는, 광원 장치(14)가 탑재되어 있지 않지만, 종래의 장치(일본특허공개 평08-011348호 공보)와 같이, 반도체 레이저 다이오드, LED 등의 소형의 고체 광원을, 빔 주사 장치(MD)(예를 들면 지지 프레임(40)) 내에 마련하고, 그 고체 광원을 묘화 데이터에 근거하여 펄스 발광하도록 제어해도 괜찮다. 그 경우, 도 5, 도 6에 나타낸 묘화용 광학 소자(AOM)는 불필요하게 된다.
게다가, 상기 각 실시 형태나 각 변형예에서는, 묘화 데이터에 근거한 스폿광(SP)의 강도 변조(온/오프)를, 예를 들면, 도 5 중의 광 도입 광학계(BDU(BDU1~BDU6)) 내에 마련한 묘화용 광학 소자(AOM(AOM1~AOM6))로 행하도록 했지만, 광원 장치(14)를 파이버 앰프 레이저 광원으로 하는 경우는, 파이버 앰프에 입사하기 전의 적외 파장역의 종광(種光)(펄스광)의 강도를, 묘화 데이터에 근거하여 버스트파(burst波) 모양으로 변조(變調)하는 것에 의해서, 광원 장치(14)로부터 출력되는 자외선의 펄스 빔 자체를 묘화 데이터에 따라 버스트파 모양으로 변조시켜도 괜찮다. 그 경우, 광 도입 광학계(BDU) 내에 마련한 묘화용 광학 소자(AOM)는, 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)을 빔 주사 장치(MD)로 안내하는지 아닌지의 선택용 광학 소자(스위칭 소자(AOM)라고 함)로서 사용된다. 그러기 위해서는, 빔 주사 장치(MD)의 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 일치시킴과 아울러, 그 회전 각도의 위상도 소정의 관계를 유지하도록 동기(同期) 제어할 필요가 있다. 게다가, 광원 장치(14)로부터의 빔(LB)이, 빔 주사 장치(MD)의 각각의 스위칭 소자(AOM)를 순차적으로 투과하는 빔 송광계(送光系)(미러 등)를 마련하고, 폴리곤 미러(PM)의 원점 신호(SH)에 응답하여, 묘화 라인(SLn) 상의 스폿광(SP)의 1회의 주사 기간만큼, 각 스위칭 소자(AOM) 중 어느 하나를 순차적으로 온(on) 상태로 하는 동기(同期) 제어로 하는 것이 좋다.
또, 상기 실시 형태 및 각 변형예의 노광 장치(EX)에서는, 회전 드럼(DR)에 의해서 만곡으로 지지되어 있는 기판(FS)에 대해서 빔 주사 장치(MD)에 의한 스폿광(SP)의 묘화 노광을 행했지만, 평면 모양으로 지지되어 있는 기판(FS)에 대해서 스폿광(SP)의 묘화 노광을 행하는 것이라도 좋다. 즉, 빔 주사 장치(MD)는, 평면 모양으로 지지되어 있는 기판(FS)에 대해서 스폿광(SP)의 묘화 노광을 행해도 괜찮다. 이 기판(FS)을 평면 모양으로 지지하는 기구는, 국제공개 제2013/150677호 팜플렛에 개시되어 있는 것을 이용할 수 있다. 간단하게 설명하면, 고리 모양 벨트가 감겨진 복수의 롤러에 의해서, 고리 모양 벨트가 기판(FS)을 지지하는 영역에서는 평면 모양이 되도록 규정된다. 그리고, 고리 모양 벨트의 평면 모양으로 되어 있는 영역에서, 반송되어 오는 기판(FS)이 고리 모양 벨트에 밀착하여 지지된다. 고리 모양 벨트는, 소정의 방향으로 고리 모양으로 반송되고 있으므로, 고리 모양 벨트는, 지지하고 있는 기판(FS)을 기판(FS)의 반송 방향으로 반송할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 23은, 제2 실시 형태에 의한 빔 주사 장치(MD')의 구성을 나타내고, 도 23의 빔 주사 장치(MD')는, 앞의 도 5, 도 7, 도 10 등에 나타낸 빔 주사 장치(MDn(MD1~MD6))의 각각으로 치환할 수 있는 구성으로 되어 있다. 도 23의 빔 주사 장치(MD')를 구성하는 부재에 관해서는, 앞의 빔 주사 장치(MDn)의 부재와 동일한 것에는 동일 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다. 본 제2 실시 형태에 의한 빔 주사 장치(MD')는, 광 도입 광학계('빔 분배 광학계'라고도 함) (BDUn(BDU1~BDU6)) 내의 묘화용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 다음에 집광되는 빔(LBn(LB1~LB6))을 입사하는 단일 모드의 광 파이버(SMF)로 전송되는 빔(LBn(LB1~LB6))을 도입하도록 구성된다.
광 파이버(SMF)의 사출단(Pbo)은, 빔 주사 장치(MDn)의 반사 미러(M10)의 ＋Zt방향으로 고정되고, 사출단(Pbo)에서 수렴한 빔(LB1)은 소정의 개구수(NA)로 발산하면서, 반사 미러(M10)에서 반사하여, 빔 익스팬더(BE)를 구성하는 집광 렌즈(Be1)와 콜리메이트 렌즈(Be2)에 입사한다. 빔(LB1)은, 집광 렌즈(Be1)와 콜리메이트 렌즈(Be2)의 사이의 집광 위치(Pb1)에서 집광한 후, 다시 발산하는 빔(LB1)이 되어 콜리메이트 렌즈(Be2)에 입사하여 평행 광속으로 변환된다. 콜리메이트 렌즈(Be2)로부터 사출한 빔(LB1)은, 앞의 도 7과 마찬가지로, 반사 미러(M12), 상시프트 광학 부재(SR), 편향 조정 광학 부재(DP), 필드 애퍼처(FA), 반사 미러(M13), λ/4 파장판(QW), 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 미러(M14), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈(FT), 반사 미러(M15), 및 실린드리칼 렌즈(CYb)를 매개로 하여, 기판(FS) 상에 스폿광(SP)으로서 집광된다. 스폿광(SP)이 형성되는 면(기판(FS)의 표면)은, 집광 위치(Pb1) 및 사출단(Pbo)과 광학적으로 공역인 관계로 되어 있다. 또, 도 23에서는, 도 7에서 나타낸 미러(M11), 편광빔 스플리터(BS1), 렌즈계(G10), 광 검출기(DT1)는 생략하고 있다.
본 제2 실시 형태에서도, 빔 주사 장치(MD')는 전체로서 조사 중심축(Le1)을 중심으로 소정의 각도 범위에서 회동 가능하도록 지주 부재(BX1)에 축 지지되어 있지만, 광 파이버(SMF)의 사출단(Pbo)은, 조사 중심축(Le1)으로부터 어긋난 임의의 위치에 고정할 수 있다. 자외 파장역의 빔을 고속으로 주사하여 패턴 묘화하는 경우, 기판(FS) 상의 감광성 기능층의 감도에 따라서는, 빔의 에너지(스폿광의 단위면적당 조도)를 상당히 높게 해 둘 필요가 있다. 그 때문에, 도 23과 같이 단일 모드의 광 파이버(SMF)를 사용한 광 전송에서는, 광 파이버의 자외선에 대한 내성을 확보할 수 없는 것도 있다. 그렇지만, 감광성 기능층이, 자외 파장역 보다도 긴 파장, 예를 들면 500nm대(台)~700nm대의 파장의 광에 감도를 가지는 경우는, 도 23과 같이, 단일 모드의 광 파이버(SMF)에 의한 광 전송이 가능해진다.
도 23의 광 파이버(SMF)의 미도시의 입사단은, 앞의 도 5에서 나타낸 광 도입 광학계(BDUn) 내의 묘화용 광학 소자(AOMn) 후의 분기용 미러(M1) 후에 배치된다. 구체적으로는, 미러(M1)에서 반사된 묘화용의 빔(LBn)을 집광 렌즈에 의해서 소정의 NA(개구수)로 집광하는 빔으로 변환하고, 그 집광점(빔 웨이스트(waist) 위치)에, 광 파이버(SMF)의 입사단을 고정해 두면 좋다.

Claims (31)

  1. 광원 장치로부터의 빔의 스폿광을 대상물의 피조사면에 투사하면서, 상기 스폿광을 상기 피조사면 상에서 1차원으로 주사(走査)하는 빔 주사 장치로서,
    상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 입사시키는 입사 광학 부재와,
    상기 입사 광학 부재로부터의 상기 빔을 상기 1차원의 주사를 위해서 편향시키는 주사용 편향 부재와,
    편향된 상기 빔을 입사시켜 상기 피조사면에 투사(投射)하는 투사 광학계와,
    상기 입사 광학 부재, 상기 주사용 편향 부재, 및 상기 투사 광학계를 지지하여, 상기 스폿광의 주사에 의해서 상기 피조사면 상에 형성되는 주사선 상의 특정점을 상기 피조사면에 대해서 수직으로 통과하는 조사 중심축과 소정의 허용 범위 내에서 동축(同軸)이 되는 제1 회전 중심축의 둘레로 회전 가능한 지지 프레임을 구비하는 빔 주사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입사 광학 부재에 입사하는 상기 빔의 입사축은, 상기 조사 중심축과 동축이고,
    상기 조사 중심축이 상기 제1 회전 중심축과 상기 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되도록, 상기 입사 광학 부재로부터 상기 대상물까지의 상기 빔의 광로(光路)를 절곡하는 광로 편향 부재를 구비하며,
    상기 지지 프레임은, 또한 상기 광로 편향 부재를 지지하는 빔 주사 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광로 편향 부재는, 상기 투사 광학계를 매개로 하여 입사 광학 부재로부터의 상기 빔을 상기 주사용 편향 부재측으로 반사시키고, 상기 투사 광학계를 매개로 하여 상기 주사용 편향 부재가 편향시킨 상기 빔을 상기 피조사면으로 반사하는 반사 부재를 가지는 빔 주사 장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 피조사면과 상기 투사 광학계와의 사이에 마련되고, 상기 조사 중심축과 상기 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되는 제2 회전 중심축을 중심으로 상기 주사선을 회전시키는 상(像)회전 광학계를 구비하며,
    상기 지지 프레임은, 또한 상기 상회전 광학계를 회전 가능하게 지지하는 빔 주사 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 회전 중심축이 상기 투사 광학계로부터 상기 상회전 광학계에 입사하는 상기 빔의 주사 궤적의 중점을 통과하는 상기 빔의 입사축과 상기 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되도록 상기 상회전 광학계가 마련되어 있는 빔 주사 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 프레임을 상기 제1 회전 중심축의 둘레로 회전 가능하게 유지하는 본체 프레임에 지지되고, 상기 지지 프레임을 상기 제1 회전 중심축의 둘레로 회전시키는 액추에이터를 구비하는 빔 주사 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 지지 프레임은, 대략 병행하여 배치된 2매의 평행 지지부와, 상기 2매의 평행 지지부의 일단을 막는 폐색 지지부를 가지고,
    상기 입사 광학 부재, 상기 주사용 편향 부재, 및 상기 투사 광학계는, 상기 지지 프레임의 상기 평행 지지부와 상기 폐색 지지부를 따라서 배치되며,
    상기 액추에이터는, 상기 2매의 평행 지지부의 사이에 마련되어 있는 빔 주사 장치.
  8. 광원 장치로부터의 빔의 스폿광을 대상물의 피조사면 상에서 조사하면서, 상기 스폿광을 상기 피조사면 상에서 1차원으로 주사하는 빔 주사 장치로서,
    상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 입사시키는 입사 광학 부재와,
    상기 입사 광학 부재로부터의 상기 빔을 상기 1차원의 주사를 위해서 편향시키는 주사용 편향 부재와,
    편향된 상기 빔을 입사시켜 상기 피조사면에 투사하는 투사 광학계와,
    상기 피조사면과 상기 투사 광학계와의 사이에 마련되고, 상기 스폿광의 주사에 의해서 상기 피조사면 상에 형성되는 주사선 상의 특정점을 상기 피조사면에 대해서 수직으로 통과하는 조사 중심축과 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되는 회전 중심축의 둘레로 상기 주사선을 회전시키는 상회전 광학계를 구비하는 빔 주사 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 회전 중심축이 상기 투사 광학계로부터 상기 상회전 광학계에 입사하는 상기 빔의 주사 궤적의 중점을 통과하는 상기 빔의 입사축과 상기 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되도록 상기 상회전 광학계가 마련되어 있는 빔 주사 장치.
  10. 빔 주사 장치를 이용하여, 광원 장치로부터의 빔의 스폿광을 대상물의 피조사면에 투사하면서, 상기 스폿광을 상기 피조사면 상에서 1차원으로 주사하는 빔 주사 방법으로서,
    상기 빔 주사 장치에 광원 장치로부터의 상기 빔을 입사시키는 입사 스텝과,
    입사한 상기 빔을 상기 1차원의 주사를 위해서 편향시키는 편향 스텝과,
    편향된 상기 빔을 입사시켜 상기 피조사면에 투사하는 투사 스텝과,
    상기 스폿광의 주사에 의해서 상기 피조사면 상에 형성되는 주사선 상의 특정점을 상기 피조사면에 대해서 수직으로 통과하는 조사 중심축과 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되는 회전 중심축의 둘레로 상기 주사선을 회전시키는 회전 스텝을 포함하는 빔 주사 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 회전 스텝은, 제1 상기 회전 중심축을 중심으로 상기 빔 주사 장치를 회전시킴으로써, 상기 제1 회전 중심축을 중심으로 상기 주사선을 회전시키는 빔 주사 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    입사 스텝은, 상기 빔 주사 장치에 입사하는 상기 빔의 입사축이 상기 회전 중심축과 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되도록, 상기 빔을 입사시키는 빔 주사 방법.
  13. 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 스텝은, 제2 상기 회전 중심축의 둘레로 상회전 광학계를 회전시킴으로써, 상기 제2 회전 중심축을 중심으로 상기 주사선을 회전시키는 빔 주사 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 상회전 광학계는, 상기 제2 회전 중심축이 상기 상회전 광학계에 입사하는 상기 빔의 주사 궤적의 중점을 통과하는 상기 빔의 입사축과 상기 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되도록 마련되어 있는 빔 주사 방법.
  15. 광원 장치로부터의 빔의 스폿광을 대상물의 피조사면에 투사하면서, 상기 스폿광을 상기 피조사면 상에서 1차원으로 주사하는 묘화 장치로서,
    상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 받는 입사 광학 부재와,
    상기 입사 광학 부재로부터의 상기 빔을 상기 1차원의 주사를 위해서 편향시키는 주사용 편향 부재와,
    편향된 상기 빔을 입사시켜 상기 피조사면에 투사하는 투사 광학계와,
    상기 입사 광학 부재, 상기 주사용 편향 부재, 및 상기 투사 광학계를 지지하는 지지 프레임과,
    상기 지지 프레임을, 상기 피조사면의 법선과 평행한 제1 회전 중심축의 둘레로 회전 가능한 상태로 장치 본체에 지지하는 회전 지지 기구와,
    상기 입사 광학 부재에 입사하는 상기 빔의 입사축과 상기 제1 회전 중심축이 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되도록, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 상기 입사 광학 부재로 안내하는 광 도입 광학계를 구비하는 묘화 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 피조사면의 법선 중 상기 스폿광의 주사에 의해서 상기 피조사면 상에 형성되는 주사선 상의 특정점을 통과하는 법선을 조사 중심축으로 했을 때, 상기 지지 프레임은, 상기 제1 회전 중심축과 상기 조사 중심축이 소정의 허용 범위 내에서 동축에 설정되도록, 상기 입사 광학 부재로부터 상기 대상물까지의 상기 빔의 광로를 절곡하는 광로 편향 부재를 지지하는 묘화 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 피조사면과 상기 투사 광학계와의 사이에 마련되고, 상기 조사 중심축과 상기 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되는 제2 회전 중심축을 중심으로 상기 주사선을 회전시키는 상회전 광학계를 구비하며,
    상기 지지 프레임은, 추가로 상기 상회전 광학계를 회전 가능하게 지지하는 묘화 장치.
  18. 광원 장치로부터의 빔의 스폿광을 대상물의 피조사면에 투사하면서, 상기 스폿광을 상기 피조사면 상에서 1차원으로 주사하는 묘화 장치로서,
    상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 상기 1차원의 주사를 위해서 편향시키는 주사용 편향 부재와,
    편향된 상기 빔을 입사시켜 상기 피조사면에 투사하는 투사 광학계와,
    상기 주사용 편향 부재, 및 상기 투사 광학계를 지지하는 지지 프레임과,
    상기 스폿광의 주사에 의해서 상기 피조사면 상에 형성되는 주사선 상의 특정점을 통과하는 상기 피조사면의 법선을 조사 중심축으로 했을 때, 상기 지지 프레임의 장치 본체에의 지지 부분이 상기 조사 중심축으로부터 소정의 반경 내의 영역에 제한되도록, 상기 지지 프레임과 상기 장치 본체를 결합하는 결합 부재를 구비하는 묘화 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 결합 부재는, 상기 장치 본체에 마련되는 지주(支柱) 부재에 대해서, 상기 조사 중심축과 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되는 제1 회전 중심축의 둘레로 회전 가능하게, 상기 지지 프레임을 상기 지주 부재에 결합하는 묘화 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 받는 입사 광학 부재와,
    상기 조사 중심축이 상기 제1 회전 중심축과 상기 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되도록, 상기 입사 광학 부재로부터 상기 대상물까지의 상기 빔의 광로를 절곡하는 광로 편향 부재를 구비하며,
    상기 지지 프레임은, 추가로 상기 입사 광학 부재와 상기 광로 편향 부재를 지지하고,
    상기 입사 광학 부재에 입사하는 상기 빔의 입사축은, 상기 조사 중심축과 동축인 묘화 장치.
  21. 청구항 18 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피조사면과 상기 투사 광학계와의 사이에 마련되고, 상기 조사 중심축과 상기 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되는 제2 회전 중심축을 중심으로 상기 주사선을 회전시키는 상회전 광학계를 구비하며,
    상기 지지 프레임은, 또한 상기 상회전 광학계를 회전 가능하게 지지하는 묘화 장치.
  22. 대상물의 피조사면에 투사되는 빔을 상기 피조사면 상에서 스폿광에 수렴하면서, 상기 스폿광을 1차원으로 주사하는 빔 주사 장치로서,
    입사 빔을 반사함과 아울러, 반사빔을 소정 각도의 범위 내에서 편향시킴으로써, 상기 스폿광을 주사시키는 편향 부재와,
    상기 입사 빔을, 상기 편향 부재를 향하게 하도록 송광(送光)하는 송광 광학계와,
    상기 송광 광학계로부터의 상기 입사 빔을 입사시켜 상기 편향 부재에 투사함과 아울러, 상기 반사빔을 입사시켜 상기 반사빔의 상기 스폿광을 상기 피조사면에 투사하는 투사 광학계를 구비하는 빔 주사 장치.
  23. 청구항 22에 있어서,
    렌즈계에 의해서 수렴된 후, 확산된 상기 입사 빔이 상기 송광 광학계에 입사하고,
    상기 렌즈계는, 상기 피조사면과 광학적으로 공역(共役)인 공역면에서 상기 입사 빔을 수렴하는 빔 주사 장치.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 편향 부재는, 회전축과 회전축의 둘레에 형성된 복수의 반사면을 가지는 회전 다면경(多面鏡)이며,
    상기 편향 부재에 의한 상기 반사빔의 주사 방향과 직교하는 방향에 관해서, 상기 입사 빔이 입사하는 상기 반사면과 상기 피조사면은 광학적으로 공역 관계에 있는 빔 주사 장치.
  25. 청구항 22 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송광 광학계는, 상기 편향 부재에 의한 상기 반사빔의 주사 방향으로 모선(母線)을 가지는 실린드리칼 렌즈를 포함하며,
    상기 투사 광학계는, 텔레센트릭계(telecentric系)의 스캔 렌즈인 빔 주사 장치.
  26. 청구항 22 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투사 광학계로부터 상기 편향 부재에 입사하는 상기 입사 빔과, 상기 편향 부재로부터 상기 투사 광학계를 향하는 상기 반사빔은, 상기 편향 부재에 의한 주사 방향과 직교하는 방향에 관해서, 상기 투사 광학계의 광축을 사이에 두고 대칭으로 일정한 각도를 가지는 빔 주사 장치.
  27. 청구항 22 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 부재, 상기 송광 광학계, 및 상기 투사 광학계를 지지하고, 또한, 상기 스폿광의 주사에 의해서 상기 피조사면 상에 규정되는 주사선 상의 특정점을 상기 피조사면에 대해서 수직으로 통과하는 조사 중심축과 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되는 회전 중심축의 둘레로 회전 가능한 지지 프레임을 구비하며,
    상기 송광 광학계에 입사하는 상기 입사 빔의 입사축은, 상기 조사 중심축과 동축인 빔 주사 장치.
  28. 대상물의 피조사면에 투사되는 빔을 1차원으로 주사하여 소정의 패턴을 묘화하는 묘화 장치로서,
    상기 빔을 1차원의 주사를 위해서 편향시키는 편향 부재와,
    광원 장치로부터의 상기 빔을 입사시켜, 상기 편향 부재를 향하게 하도록 송광하는 송광 광학계와,
    상기 송광 광학계로부터의 상기 빔을 입사시켜 상기 편향 부재에 투사함과 아울러, 상기 편향 부재에서 반사한 상기 빔을 상기 피조사면에 투사하는 투사 광학계를 구비하는 묘화 장치.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 편향 부재, 상기 송광 광학계, 및 상기 투사 광학계를 지지하고, 또한, 상기 빔의 주사에 의해서 상기 피조사면 상에 규정되는 주사선 상의 특정점을 상기 피조사면에 대해서 수직으로 통과하는 조사 중심축과 소정의 허용 범위 내에서 동축이 되는 회전 중심축의 둘레로 회전 가능한 지지 프레임을 구비하며,
    상기 송광 광학계에 입사하는 상기 빔의 입사축은, 상기 조사 중심축과 동축인 묘화 장치.
  30. 청구항 28 또는 청구항 29에 있어서,
    상기 피조사면에 투사되는 상기 빔의 강도를 묘화 데이터에 따라 변조시키는 묘화용 광학 소자를 구비하는 묘화 장치.
  31. 피조사체에 투사되는 묘화용 빔을 회전 다면경의 회전에 의해서 반복 주사하여, 상기 피조사체 상에 소정의 패턴을 묘화하는 묘화 장치로서,
    상기 회전 다면경의 복수의 반사면 중 상기 묘화용 빔을 반사하는 제1 반사면과 다른 제2 반사면이 소정의 각도 위치가 된 것을 검지했을 때에 원점 신호를 발생하는 원점 검출부와,
    상기 원점 신호가 발생하고 나서 상기 제2 반사면이 상기 제1 반사면이 될 때까지의 상기 회전 다면경의 회전 속도로 정해지는 소정 시간을 기준으로 하여, 상기 원점 신호의 발생으로부터 소정의 지연된 타이밍에서 상기 묘화용 빔에 의한 묘화 개시를 지시하는 제어 장치를 구비하는 묘화 장치.
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