KR20190053950A - 빔 주사 장치 및 패턴 묘화 장치 - Google Patents

Abstract

묘화 유닛(Un)은, 각도 가변의 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에서 편향된 가공용 빔(LBn)을 입사하여, 기판(P)에 가공용 빔(LBn)을 스폿 광(SP)으로서 집광하는 굴절력을 가지는 fθ 렌즈계(FT)를 구비하고, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 각도 변화에 따른 주사 속도로 스폿 광(SP)을 주사한다. 묘화 유닛(Un)은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)을 향해서 투사된 원점 검출용의 레이저 빔(Bga)의 반사 빔(Bgb)을 수광하여, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)이 소정 각도로 되는 시점을 나타내는 원점 신호(SZn)를 출력하는 광전 변환 소자(DTo)와, fθ 렌즈계(FT)의 굴절력보다도 작은 굴절력으로 설정되며, 반사 빔(Bgb)을 광전 변환 소자(DTo)에 스폿 광(SPr)으로서 집광하는 렌즈계(GLb)를 구비한다.

Description

빔 주사 장치 및 패턴 묘화 장치

본 발명은, 대상물의 피조사면 상에 조사되는 빔의 스폿 광(spot光)을 주사(走査)하는 빔 주사 장치, 및 그러한 빔 주사 장치를 이용하여 소정의 패턴을 묘화(描畵) 노광하는 패턴 묘화 장치에 관한 것이다.

종래, 레이저 빔의 스폿 광을 피조사체(가공 대상물)에 투사하고, 또한, 스폿 광을 주사 미러(폴리곤 미러)에 의해서 1차원 방향으로 주(主)주사하면서, 피조사체를 주주사선 방향과 직교한 부(副)주사 방향으로 이동시켜, 피조사체 상에 소망하는 패턴이나 화상(문자, 도형 등)을 형성하기 위해서, 예를 들면, 일본특허공개 2005-262260호 공보와 같은 레이저 가공 장치(광 주사 장치)를 이용하는 것이 알려져 있다.

일본특허공개 2005-262260호 공보에는, 발진기(1)로부터의 레이저광을 반사시켜 피가공물에 조사되는 레이저광의 피가공물 상에서의 조사 위치를 Y방향(부주사 방향)으로 보정하는 갈바노 미러와, 갈바노 미러에서 반사된 레이저광을 반사하여 피가공물 상으로 X방향(주주사 방향)으로 주사하는 폴리곤 미러와, 갈바노 미러에서 반사된 레이저광을 피가공물 상에 집광하는 fθ 렌즈와, 레이저광이 fθ 렌즈를 통과할 때에 발생하는 왜곡 수차(收差)에 대응하여, 레이저광의 피가공물 상에서의 Y방향의 조사 위치 오차를 보정하도록 갈바노 미러의 반사 각도를 제어함과 아울러, 레이저광의 피가공물 상에서의 X방향의 조사 위치 오차를 보정하도록 발진기에 의한 레이저광의 펄스 발진 간격을 제어하는 제어부를 마련하는 것이 개시되어 있다. 또한 일본특허공개 2005-262260호 공보의 도 8에는, 폴리곤 미러의 각 반사면의 단부를 폴리곤 미러의 회전 중에 검출하기 위한 검출 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 폴리곤 미러의 각 반사면의 단부에서 반사한 검출 레이저광의 반사광을 수광하여 단부 검출 신호를 생성하는 디텍터를 마련하고, 단부 검출 신호에 기초하여 발진기에서의 펄스 발진의 타이밍을 일본특허공개 2005-262260호 공보의 도 9에 나타나 있는 것과 같이 제어하는 구성이 나타나 있다.

일본특허공개 2005-262260호 공보와 같은 폴리곤 미러를 사용한 레이저 가공 장치(빔 주사 장치)에서는, 폴리곤 미러의 회전을 고속으로 할수록, 피가공물의 가공 처리 시간을 단축할 수 있고, 생산성을 높일 수 있다. 그렇지만, 폴리곤 미러의 회전을 고속으로 할수록, 주주사 방향에 관한 가공 위치의 편차가 눈에 띄는 경우가 있다.

본 발명의 제1 양태는, 각도 가변의 주사 부재의 반사면에서 편향된 가공용 빔을 입사하여, 피조사체에 상기 가공용 빔을 스폿으로서 집광하는 굴절력을 가지는 주사용 광학계를 구비한 빔 주사 장치로서, 상기 주사 부재의 반사면을 향해서 투사된 원점 검출용 빔의 반사 빔을 수광하여, 상기 주사 부재의 반사면이 소정 각도로 되는 시점을 나타내는 원점 신호를 출력하는 광전 검출기와, 상기 주사용 광학계의 굴절력보다도 작은 굴절력으로 설정되고, 상기 반사 빔을 상기 광전 검출기에 스폿으로서 집광하는 집광 광학계를 구비한다.

본 발명의 제2 양태는, 각도 가변의 주사 부재의 반사면에서 편향된 가공용 빔을 입사하여, 피조사체에 상기 가공용 빔을 스폿으로서 집광하는 굴절력을 가지는 주사용 광학계를 구비한 빔 주사 장치로서, 상기 주사 부재의 반사면을 향해서 투사된 원점 검출용 빔의 반사 빔을 수광하여, 상기 주사 부재의 반사면이 소정 각도로 되는 시점을 나타내는 원점 신호를 출력하는 광전 검출기와, 상기 광전 검출기 상에서 주사되는 상기 원점 검출용 빔의 반사 빔의 주사 속도를, 상기 가공용 빔의 스폿의 상기 피조사체 상에서의 주사 속도보다도 빠르게 하는 광학 부재를 구비한다.

본 발명의 제3 양태는, 각도 가변의 주사 부재의 반사면에서 편향된 묘화용 빔을 입사하여, 기판에 상기 묘화용 빔을 스폿으로서 집광하는 굴절력을 가지는 주사용 광학계를 구비하고, 상기 주사 부재의 반사면의 각도 변화에 따른 속도로 상기 스폿을 주사하면서, 상기 묘화용 빔의 강도를 패턴에 따라 변조하여, 상기 기판에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 주사 부재의 반사면을 향해서 투사된 원점 검출용 빔의 반사 빔을 수광하여, 상기 주사 부재의 반사면이 소정 각도로 되는 시점을 나타내는 원점 신호를 출력하는 광전 검출기와, 상기 주사용 광학계의 굴절력보다도 작은 굴절력으로 설정되고, 상기 반사 빔을 상기 광전 검출기에 스폿으로서 집광하는 집광 광학계를 구비한다.

본 발명의 제4 양태는, 각도 가변의 주사 부재의 반사면에서 편향된 묘화용 빔을 입사하여, 기판에 상기 묘화용 빔을 스폿으로서 집광하는 굴절력을 가지는 주사용 광학계를 구비하고, 상기 주사 부재의 반사면의 각도 변화에 따른 속도로 상기 스폿을 주사하면서, 상기 묘화용 빔의 강도를 패턴에 따라 변조하여, 상기 기판에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 주사 부재의 반사면을 향해서 투사된 원점 검출용 빔의 반사 빔을 수광하여, 상기 주사 부재의 반사면이 소정 각도로 되는 시점을 나타내는 원점 신호를 출력하는 광전 검출기와, 상기 광전 검출기 상에서 주사되는 상기 원점 검출용 빔의 반사 빔의 주사 속도를, 상기 묘화용 빔의 스폿의 상기 기판 상에서의 주사 속도보다도 빠르게 하는 광학 부재를 구비한다.

도 1은 제1 실시 형태의 기판에 노광 처리를 실시하는 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 묘화 유닛의 구체적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 묘화 유닛 내에서의 폴리곤 미러, fθ 렌즈계, 및 원점 센서를 구성하는 빔 수광부 등의 배치를 XY면 내에서 본 도면이다.
도 4는 도 2, 도 3에 나타낸 빔 송광부와 빔 수광부와의 배치를 간략화하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3 또는 도 4에 나타낸 광전 변환 소자의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 광원 장치로부터의 빔을 6개의 묘화 유닛의 어느 하나에 선택적으로 나누기 위한 선택용 광학 소자를 포함하는 빔 전환부의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 선택용 광학 소자 및 입사 미러 주위의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 3 또는 도 4에 나타낸 8면의 폴리곤 미러의 평면도이다.
도 9는 원점 신호의 발생 타이밍의 재현성(편차)을 계측하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 폴리곤 미러의 속도 변동에 의한 시간 오차분을 예상하는 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 소정의 조건하에서, 도 9와 같은 방법으로 폴리곤 미러의 반사면의 각각에 대응하여 발생하는 원점 신호의 재현성을 실측한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 11과는 다른 조건하에서, 도 9와 같은 방법으로 폴리곤 미러의 반사면의 각각에 대응하여 발생하는 원점 신호의 재현성을 실측한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은 도 3에 나타낸 제1 실시 형태에서의 원점 센서(빔 송광부와 빔 수광부)의 배치를 변경한 변형예를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 3에 나타낸 제1 실시 형태에서의 원점 센서의 빔 수광부의 렌즈계를, 오목면 반사 미러로 바꿔 놓은 변형예를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 3에 나타낸 제1 실시 형태에서의 원점 센서의 빔 수광부의 렌즈계를, 실린드리칼 렌즈로 바꿔 놓은 변형예를 나타내는 도면이다.
도 16은 제2 실시 형태에 의한 묘화 유닛의 일부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 17은 폴리곤 미러의 하나의 반사면에 의해서 빔이 주사될 때에, 묘화 제어 장치에 의해서 선택 제어되는 선택용 광학 소자의 구동 신호의 상태와, 그 때에 광원 장치로부터 출력되는 빔의 펄스 발진의 상태와, 도 16에 나타내는 광전 변환 소자로부터 출력되는 원점 신호의 상태를 나타내는 타임 차트이다.
도 18은 제2 실시 형태의 변형예 1에서의 빔 수광부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 19는 제3 실시 형태에 의한 묘화 유닛의 일부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 20은 제4 실시 형태에 의한 묘화 유닛의 일부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은 제5 실시 형태에 의한 원점 센서(빔 송광부, 빔 수광부)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 22는 폴리곤 미러를 대신하여 갈바노 미러를 이용한 경우의 묘화 유닛의 구성의 일부를 나타내는 도면이다.

본 발명의 양태에 관한 빔 주사 장치 및 패턴 묘화 장치에 대해서, 바람직한 실시 형태를 들어, 첨부의 도면을 참조하면서 이하, 상세하게 설명한다. 또, 본 발명의 양태는, 이들 실시 형태로 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 조합하는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.

［제1 실시 형태］

도 1은, 제1 실시 형태의 기판(피조사체)(P)에 노광 처리를 실시하는 노광 장치(패턴 묘화 장치)(EX)의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 또, 이하의 설명에서는, 특별히 언급이 없는 한, 중력 방향을 Z방향으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 도면에 나타내는 화살표에 따라서, X방향, Y방향, 및 Z방향을 설명한다.

노광 장치(EX)는, 기판(P)에 소정의 처리(노광 처리 등)를 실시하여, 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 시스템으로 사용되는 기판 처리 장치이다. 디바이스 제조 시스템은, 예를 들면, 전자 디바이스로서의 플렉시블·디스플레이, 필름 모양의 터치 패널, 액정 표시 패널용의 필름 모양의 칼라 필터, 플렉시블 배선, 또는, 플렉시블·센서 등을 제조하는 제조 라인이 구축된 제조 시스템이다. 이하, 전자 디바이스로서 플렉시블·디스플레이를 전제로 하여 설명한다. 플렉시블·디스플레이로서는, 예를 들면, 유기 EL디스플레이, 액정 디스플레이 등이 있다. 디바이스 제조 시스템은, 플렉시블(가요성)의 시트 모양의 기판(시트 기판)(P)을 롤 모양으로 감은 도시하지 않은 공급 롤로부터 기판(P)이 송출되고, 송출된 기판(P)에 대해서 각종 처리를 연속적으로 실시한 후, 각종 처리 후의 기판(P)을 도시하지 않은 회수 롤에서 권취하는, 이른바, 롤·투·롤(Roll To Roll) 방식의 생산 방식을 가진다. 그 때문에, 각종 처리 후의 기판(P)은, 복수의 디바이스(표시 패널)가 기판(P)의 반송 방향으로 이어진 상태로 배열되는 다면취(多面取)용의 기판으로 되어 있다. 공급 롤로부터 보내진 기판(P)은, 순차적으로, 전(前)공정의 프로세스 장치, 노광 장치(EX), 및 후(後)공정의 프로세스 장치를 통과하여 각종 처리가 실시되어, 회수 롤에서 권취된다. 기판(P)은, 기판(P)의 이동 방향(반송 방향)이 긴 길이 방향(장척(長尺) 방향)이 되고, 폭방향이 짧은 길이 방향(단척(短尺) 방향)이 되는 띠 모양의 형상을 가진다.

기판(P)은, 예를 들면, 수지 필름, 혹은, 스테인리스강 등의 금속 또는 합금으로 이루어지는 박(箔)(포일(foil)) 등이 이용된다. 수지 필름의 재질로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리염화비닐 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스틸렌 수지, 및 아세트산 비닐 수지 중, 적어도 1개 이상을 포함한 것을 이용해도 괜찮다. 또, 기판(P)의 두께나 강성(영률)은, 디바이스 제조 시스템이나 노광 장치(EX)의 반송로를 통과할 때에, 기판(P)에 좌굴(座屈)에 의한 접힌 자국이나 비가역적인 주름이 생기지 않는 범위이면 좋다. 기판(P)의 모재(母材)로서 두께가 25μm~200μm 정도의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프타레이트) 등의 필름은, 바람직한 시트 기판의 전형이다.

기판(P)은, 디바이스 제조 시스템 내에서 실시되는 각 처리에서 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 좋다. 또, 기판(P)은, 플로트법 등으로 제조된 두께 100μm 정도의 매우 얇은 유리의 단층체라도 좋고, 이 매우 얇은 유리에 상기의 수지 필름, 박 등을 접합시킨 적층체라도 좋다.

그런데, 기판(P)의 가요성(flexibility)은, 기판(P)에 자중(自重) 정도의 힘을 가해도 전단(剪斷) 하거나 파단하거나 하지 않고, 그 기판(P)을 휘게 하는 것이 가능한 성질을 말한다. 또, 자중 정도의 힘에 의해서 굴곡하는 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. 결국, 디바이스 제조 시스템(노광 장치(EX)) 내의 반송로에 마련되는 각종의 반송용 롤러, 회전 드럼 등의 반송 방향 전환용의 부재에 기판(P)을 올바르게 감는 경우에, 좌굴하여 접힌 자국이 생기거나, 파손(깨짐이나 균열이 발생)하거나 하지 않고, 기판(P)을 매끄럽게 반송할 수 있으면, 가요성의 범위라고 할 수 있다.

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

이 감광성 기능층은, 용액으로서 기판(P) 상에 도포되고, 건조하는 것에 의해서 층(막)이 된다. 감광성 기능층의 전형적인 것은 포토레지스트(photoresist)(액상(液狀) 또는 드라이 필름상(狀))이지만, 현상(現像) 처리가 불필요한 재료로서, 자외선의 조사를 받은 부분의 친발액성(親撥液性)이 개질되는 감광성 실란 커플링제(SAM), 혹은 자외선의 조사를 받는 부분에 도금 환원기가 드러나는 감광성 환원제 등이 있다. 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우에는, 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분이 발액성으로부터 친액성에 개질된다. 그 때문에, 친액성이 된 부분 상에 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 접속용 배선이 되는 패턴층을 형성할 수 있다. 감광성 기능층으로서, 감광성 환원제를 이용하는 경우에는, 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분에 도금 환원기가 드러난다. 그 때문에, 노광 후, 기판(P)을 즉시 팔라듐 이온 등을 포함하는 도금액 중에 일정 시간 침지(浸漬)함으로써, 팔라듐에 의한 패턴층이 형성(석출)된다. 이러한 도금 처리는 애더티브(additive)인 프로세스이지만, 그 외, 서브트랙티브(subtractive)한 프로세스로서의 에칭 처리를 전제로 해도 괜찮다. 그 경우, 노광 장치(EX)로 보내어지는 기판(P)은, 모재를 PET나 PEN로 하고, 그 표면에 알루미늄(Al)이나 동(Cu) 등의 금속성 박막을 전면(全面) 또는 선택적으로 증착하며, 추가로 그 위에 포토레지스트층을 적층한 것으로 하는 것이 좋다.

노광 장치(처리 장치)(EX)는, 전공정의 프로세스 장치로부터 반송되어 온 기판(P)을 후공정의 프로세스 장치(단일의 처리부 또는 복수의 처리부를 포함함)를 향해서 소정의 속도로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 노광 처리를 행하는 처리 장치이다. 노광 장치(EX)는, 기판(P)의 표면(감광성 기능층의 표면, 즉, 감광면)에, 전자 디바이스용의 패턴(예를 들면, 전자 디바이스를 구성하는 TFT의 전극이나 배선 등의 패턴)에 따른 광 패턴을 조사한다. 이것에 의해, 감광성 기능층에 상기 패턴에 대응한 잠상(潛像)(개질부)이 형성된다.

본 실시 형태에서, 노광 장치(EX)는, 도 1에 나타내는 바와 같이 마스크를 이용하지 않은 직묘(直描) 방식의 노광 장치, 이른바 스폿 주사 방식의 노광 장치(묘화 장치)이다. 노광 장치(EX)는, 부주사를 위해서 기판(P)을 지지하여 장척 방향으로 반송하는 회전 드럼(DR)과, 회전 드럼(DR)에서 원통면 모양으로 지지되는 기판(P)의 부분마다 패턴 노광을 행하는 복수(여기에서는 6개)의 묘화 유닛(Un(U1~U6))을 구비하고, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))의 각각은, 노광용 펄스 모양의 빔(LB)(펄스 빔)의 스폿 광(SP)을, 기판(P)의 피조사면(감광면) 상에서 소정의 주사 방향(Y방향)으로 폴리곤 미러(주사 부재)에서 1차원으로 주사(주주사) 하면서, 스폿 광(SP)의 강도를 패턴 데이터(묘화 데이터, 패턴 정보)에 따라 고속으로 변조(온/오프)한다. 이것에 의해, 기판(P)의 피조사면에 전자 디바이스, 회로 또는 배선 등의 소정의 패턴에 따른 광 패턴이 묘화 노광된다. 즉, 기판(P)의 부주사와, 스폿 광(SP)의 주주사에 의해, 스폿 광(SP)이 기판(P)의 피조사면(감광성 기능층의 표면) 상에서 상대적으로 2차원 주사되어, 기판(P)의 피조사면에 소정의 패턴이 묘화 노광된다. 또, 기판(P)은, 장척 방향을 따라서 반송되고 있으므로, 노광 장치(EX)에 의해서 패턴이 노광되는 피노광 영역은, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 복수 마련되는 것이 된다. 이 피노광 영역에 전자 디바이스가 형성되므로, 피노광 영역은 디바이스 형성 영역이기도 하다.

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

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

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

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

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

각 선택용 광학 소자(OSn)는, 초음파 신호(고주파 신호)가 인가되면, 입사한 빔(0차 광)(LB)을, 고주파의 주파수에 따른 회절각으로 회절시킨 1차 회절광을 사출 빔(빔(LBn))으로서 발생시키는 것이다. 따라서, 선택용 광학 소자(OS1)로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB1이 되며, 마찬가지로 선택용 광학 소자(OS2~OS6)로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB2~LB6가 된다. 이와 같이, 각 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 광로를 편향하는 기능을 발휘한다. 단, 실제의 음향 광학 변조 소자는, 1차 회절광의 발생 효율이 0차 광의 80% 정도이기 때문에, 선택용 광학 소자(OSn)의 각각에서 편향된 빔(LBn(LB1~LB6))은, 원래의 빔(LB)의 강도보다 저하되어 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 중 선택된 1개만이 일정 시간만 온 상태가 되도록, 도시하지 않은 묘화 제어 장치에 의해서 제어된다. 선택된 1개의 선택용 광학 소자(OSn)가 온 상태일 때, 그 선택용 광학 소자(OSn)에서 회절되지 않고 직진하는 0차 광이 20% 정도 잔존하지만, 그것은 최종적으로 흡수체(TR)에 의해서 흡수된다.

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

각 선택용 광학 소자(OSn)의 구성, 기능, 작용 등은 서로 동일한 것을 이용해도 괜찮다. 복수의 선택용 광학 소자(OSn)의 각각은, 묘화 제어 장치로부터의 구동 신호(초음파 신호)의 온/오프에 따라서, 입사한 빔(LB)을 회절시킨 회절광의 발생을 온/오프 한다. 예를 들면, 선택용 광학 소자(OS5)는, 묘화 제어 장치로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않고 오프 상태일 때, 입사한 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 회절시키지 않고 투과한다. 따라서, 선택용 광학 소자(OS5)를 투과한 빔(LB)은, 반사 미러(M3)에 입사한다. 한편, 선택용 광학 소자(OS5)가 온 상태일 때, 입사한 빔(LB)을 회절시켜 입사 미러(IM5)로 향하게 한다. 즉, 이 구동 신호의 온/오프에 의해서 선택용 광학 소자(OS5)에 의한 스위칭(빔 선택) 동작이 제어된다. 이와 같이 하여, 각 선택용 광학 소자(OSn)의 스위칭 동작에 의해, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 어느 하나의 묘화 유닛(Un)으로 안내할 수 있고, 또한, 빔(LBn)이 입사하는 묘화 유닛(Un)을 전환할 수 있다. 이와 같이, 복수의 선택용 광학 소자(OSn)를 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)에 대해서 직렬(시리얼)로 배치하고, 대응하는 묘화 유닛(Un)에 시분할(時分割)로 빔(LBn)을 공급하는 구성에 대해서는, 국제공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있다.

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

이 경우, 기판(P)으로의 패턴 묘화는, 상류측의 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)으로부터 개시되며, 기판(P)이 일정 길이 보내지면, 하류측의 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)도 패턴 묘화를 개시하게 되므로, 묘화 유닛(Un)의 스폿 주사의 순서를, U1→U3→U5→U2→U4→U6→U1→…으로 설정할 수 있다. 그 때문에, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))의 각각이 일정 시간만 온 상태가 되는 순서는, OS1→OS3→OS5→OS2→OS4→OS6→OS1→…과 같이 정해져 있다. 또, 묘화해야 할 패턴이 없는 묘화 유닛(Un)에 대응한 선택용 광학 소자(OSn)가 온 상태가 되는 순서의 경우라도, 선택용 광학 소자(OSn)의 온/오프 변환 제어를 묘화 데이터에 기초하여 행하는 것에 의해서, 강제적으로 오프 상태로 유지되므로, 그 묘화 유닛(Un)에 의한 스폿 주사는 행하여 지지 않는다.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Vsp = (8·α·VR·LT) / 60〔mm/초〕

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

(φ ／ 2) / Tf = (8·α·VR·LT) / 60 … 식 (1)

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

도 2에 나타내는 원점 센서를 구성하는 빔 수광부(60b)는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 회전 위치가, 반사면(RP)에 의한 묘화용 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 주사가 개시 가능으로 되기 직전의 소정 위치에 온 순간에 파형 변화하는 원점 신호(SZn)를 발생한다. 폴리곤 미러(PM)는, 8개의 반사면(RP)을 가지므로, 빔 수광부(60b)는, 폴리곤 미러(PM)의 1회전 중에 8회의 원점 신호(SZn)를 출력하게 된다. 원점 신호(SZn)는, 도시하지 않은 묘화 제어 장치에 보내지며, 원점 신호(SZn)가 발생하고 나서, 소정의 지연 시간 Tdn만큼 경과한 후에 스폿 광(SP)의 묘화 라인(SLn)에 따른 주사가 개시된다.

도 3은, 묘화 유닛(Un) 내에서의 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈계(FT), 및 원점 센서 등을 구성하는 빔 수광부(60b)의 배치를 XY면 내에서 본 도면이다. 도 3에서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 중 하나의 반사면(RPa)을 향해서, 빔 송광부(60a)로부터의 레이저 빔(Bga)이 투사되며, 묘화용 빔(LBn)의 스폿 광(SP)이 묘화 라인(SLn)의 묘화 개시점에 위치한 순간의 반사면(RPa)의 각도 상태를 나타내고 있다. 여기서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP(RPa))은, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)과 직교하는 입사 동면(瞳面)에 위치하도록 배치된다. 정확하게는, fθ 렌즈계(FT)에 입사하는 빔(LBn)의 주광선이 광축(AXf)과 동축으로 된 순간의 반사면(RP(RPa))의 각도 위치에 있어서, 반사 미러(M23)로부터 폴리곤 미러(PM)로 향하는 빔(LBn)의 주광선과 광축(AXf)이 교차하는 위치에 반사면(RP(RPa))이 설정된다. 또, fθ 렌즈계(FT)의 주면으로부터 기판(P)의 표면(스폿 광(SP)의 집광점)까지의 거리가 초점 거리 fo이다.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

다음에, N주분에 걸쳐 취득된 주회 시간 TDa~TDh의 각각의 평균 주회 시간 ave(TDa)~ave(TDh)를 계산한다. 예를 들면, 주회 시간 TDa는 주회수 N(N=1, 2, 3…)에 대응하여, TDa(1), TDa(2), TDa(3),…TDa(N)로서 기억되므로, 평균 주회 시간 ave(TDa)는,〔TDa(1)＋TDa(2)＋TDa(3)＋…＋TDa(N)〕/N로 구해진다.

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

[실측예]

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

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

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

도 12는, 도 11에서 실측한 묘화 유닛(Un)과 동일한 구성의 다른 묘화 유닛을 이용하고, 렌즈계(GLb)의 초점 거리 Fgs를 2 Fgs≒fo로 바꾸어 도 11과 마찬가지로 재현성을 실측한 결과를 나타낸다. 도 12의 세로축과 가로축은 도 11과 동일한 것을 나타내지만, 도 12의 세로축의 스케일은 1 눈금이 2nS(도 11에서는 5nS)로 되어 있다. 스폿 광(SPr)의 광전 변환 소자(DTo) 상에서의 주사 속도를 스폿 광(SP)의 기판(P) 상에서의 주사 속도의 2배 정도로 하는 것에 의해서, 간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 각각의 편차의 분포로부터 계산되는 3σ값은, 1.3nS~2.5nS가 되며, 도 11의 경우에 비해서 대략 절반으로 개선되었다. 따라서 이 경우, 스폿 광(SP)의 직경 φ을 4μm, 1화소 사이즈 Pxy를 기판(P) 상에서 4μm 각(角: 정사각형의 한변의 길이), 1화소분을 스폿 광(SP)의 2펄스분으로 묘화하면, 묘화 라인(SLn)을 따라서 묘화되는 패턴의 주주사 방향의 위치의 편차는, 2.5μm 정도로 반감된다. 또, 도 12에 나타낸 간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 편차의 경향과, 앞선 도 11에 나타낸 간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 편차의 경향과는 나노초 단위로 보면 크게 다르지만, 이것은 도 11과 도 12의 각각의 재현성의 실측에서 사용한 폴리곤 미러(PM) 사이에서 각 정각의 각도 오차의 경향이 다른 개체 차이(가공 오차)나 회전시의 편심 오차의 차이에 의하는 것으로 생각된다. 간격 시간 ΔTma~ΔTmh의 편차 오차는, 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)로부터 묘화 개시 시점까지 설정되는 지연 시간을, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh) 마다 조정함으로써 보정할 수 있다.

이상, 본 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh)에 투사되는 원점 센서용 빔(Bga)을, 반사면(RPa~RPh)의 회전 방향의 치수에 대해서 소정의 굵기(예를 들면 1~2mm 지름) 이상이 되도록 한 평행 광속으로 함으로써, 반사면(RPa~RPh)의 각각의 표면의 거칠기(연마 자국 등)에 의한 영향을 저감하여, 평균적인 표면의 각도 변화를 정밀하게 검출할 수 있다. 한편, 광전 변환 소자(DTo) 상에 집광되는 반사 빔(Bgb)의 스폿 광(SPr)의 지름 치수는, 빔 주사 방향의 수광면(PD1, PD2)의 폭 치수와 수광면(PD1와PD2)의 사이의 불감대의 폭에 따라 적절히 설정된다. 스폿 광(SPr)의 주사 방향의 지름 치수는, 도 5의 (A)와 같은 신호 파형을 얻어지도록, 수광면(PD1, PD2) 중의 작은 편의 폭 치수보다도 작고, 불감대의 폭보다도 크게 되도록 하는 조건으로 설정된다. 따라서, 반사 빔(Bgb)을 입사하는 렌즈계(GLb)의 초점 거리 Fgs는, 그러한 조건을 만족하도록, fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리 fo보다도 길어지도록 설정된다.

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

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

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

[제1 실시 형태의 변형예 1]

도 13은, 도 3에 나타낸 제1 실시 형태에서의 원점 센서(빔 송광부(60a)와 빔 수광부(60b))의 배치를 변경한 변형예를 나타내고, 도 3 중의 부재와 동일한 부재에는 동일한 부호를 교부하고 있다. 도 13의 변형예에서는, 원점 센서의 빔 송광부(60a)로부터의 빔(Bga)이 투사되는 폴리곤 미러(PM)의 반사면이, 묘화용 빔(LBn)이 투사되는 폴리곤 미러(PM)의 반사면에 대해서, 폴리곤 미러(PM)의 회전 방향의 직전 측에 위치하도록 설정되어 있다. 도 13에서는, 묘화용 빔(LBn)이 반사면(RPa)에 투사되는 폴리곤 미러(PM)의 각도 위치에 있어서, 원점 검출용 빔(Bga)은 2면 직전의 반사면(RPc)에 투사되도록 배치되며, 반사면(RPc)에서 반사한 반사 빔(Bgb)은 빔 수광부(60b)의 렌즈계(GLb)를 거쳐 광전 변환 소자(DTo) 상에 집광되도록 배치된다. 이와 같이, 묘화용 빔(LBn)이 투사되는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)과 다른 반사면(RPc)에 원점 검출용 빔(Bga)을 투사하도록 배치하면, 원점 센서를 구성하는 빔 송광부(60a)나 빔 수광부(60b)의 배치의 자유도가 넓어져, 반도체 레이저 광원(LDo), 렌즈계(GLa, GLb), 광전 변환 소자(DTo), 및 반사 미러(Mb) 등을 보다 안정하게 설치할 수 있어, 원점 신호(SZn)의 재현성을 더욱 향상시키는 것이 가능하다. 또, 도 13에서는, 반사면(RPa)의 2면 직전의 반사면(RPc)을 검출하도록 원점 센서를 배치했지만, 1면 직전의 반사면(RPb)에 대해서 레이저 빔(Bga)을 투사하고, 반사면(RPb)의 각도 위치에 따라 발생하는 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)을 기준으로 하여, 반사면(RPb)에 의해서 묘화용 빔(LBn)이 주사되는 타이밍에서 묘화 동작을 실시해도 괜찮다.

[제1 실시 형태의 변형예 2]

도 14는, 도 3에 나타낸 제1 실시 형태에서의 원점 센서의 빔 수광부(60b)의 렌즈계(GLb)를, 오목면 반사 미러(집광 광학계)(GLc)로 바꿔 놓은 변형예를 나타내고, 그 외의 도 3 중의 부재와 동일한 부재에는 동일한 부호를 교부하고 있다. 도 14의 변형예에서는, 빔 송광부(60a)(반도체 레이저 광원(LDo), 렌즈계(GLa))로부터의 빔(Bga)의 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에서의 반사 빔(Bgb)을, 오목면 반사 미러(GLc)에 의해서 광전 변환 소자(DTo)를 향해서 반사시킴과 아울러, 광전 변환 소자(DTo) 상에서 스폿 광(SPr)으로서 집광한다. 즉, 도 14에 나타내는 오목면 반사 미러(GLc)는, 도 3 중의 반사 미러(Mb)와 렌즈계(GLb)의 각 기능을 겸비한 광학 부재가 된다. 본 변형예에서도, 오목면 반사 미러(GLc)의 초점 거리는, fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리 fo보다도 길게 설정되며, 바람직하게는 2배 이상으로 설정된다.

[제1 실시 형태의 변형예 3]

도 15는, 도 3에 나타낸 제1 실시 형태에서의 원점 센서의 빔 수광부(60b)의 렌즈계(GLb)를, 실린드리칼 렌즈(집광 광학계)(GLd)로 바꿔 놓은 변형예를 나타내고, 그 외의 도 3 중의 부재와 동일한 부재에는 동일한 부호를 교부하고 있다. 도 15의 (A)는, 폴리곤 미러(PM)의 하나의 반사면(RPa)에 투사되는 원점 검출용 빔(Bga)의 반사 빔(Bgb)이 1차원 주사되는 면(XY면) 내에서의 실린드리칼 렌즈(GLd)와 광전 변환 소자(DTo)의 배치 관계를 나타내고, 도 15의 (B)는, 폴리곤 미러(PM)의 회전축(AXp)과 평행한 면(XZ면) 내에서의 반사 빔(Bgb), 실린드리칼 렌즈(GLd), 광전 변환 소자(DTo)의 배치 관계를 나타낸다. 실린드리칼 렌즈(GLd)는, 반사 빔(Bgb)의 1차원 주사의 면 내(XY면 내)에서 정(正)의 굴절력(볼록 렌즈 작용)을 가지고, 1차원 주사의 면과 수직인 Z축방향(회전축(AXp)이 연장되는 방향)으로는 평행 평판으로서 기능한다. 이와 같이, Z축방향으로 모선을 가지는 실린드리칼 렌즈(GLd)의 XY면 내에서의 초점 거리는, fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리 fo보다도 길게 설정되며, 바람직하게는 2배 이상으로 설정된다. 따라서, 광전 변환 소자(DTo) 상에 집광되는 반사 빔(Bgb)은, Z축방향으로 연장된 가는 슬릿 모양의 스폿 광(SPr)이 된다. 또, 실린드리칼 렌즈(GLd)는, 도 14와 마찬가지로, 모선을 Z축과 평행하게 한 원통면 모양의 오목 반사면을 가지는 실린드리칼 오목면 반사 미러로 바꾸어도 괜찮다.

이상의 변형예 2, 변형예 3을 포함하여, 본 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)에서 반사한 원점 검출용 반사 빔(Bgb)을, 적어도 주주사 방향에 관해서 집광하는 굴절력을 가지는 광학 부재(정(正) 렌즈, 오목면 반사 미러, 실린드리칼 모양의 렌즈나 반사 미러)를 마련하고, 그 광학 부재의 초점 거리 Fgs를 fθ 렌즈계(FT)와 같은 주사용 렌즈계의 초점 거리 fo보다도 길게, 바람직하게는 2배 이상으로 설정한다. 이것은, 원점 검출용 반사 빔(Bgb)을 집광(수렴)하는 광학 부재의 주주사 방향에 관한 굴절력을, 주사용 렌즈계의 주주사 방향에 관한 굴절력보다도 작게, 바람직하게는 1/2 이하로 설정하는 것을 의미한다.

[제2 실시 형태]

도 16은, 제2 실시 형태에 의한 묘화 유닛(Un)의 일부의 구성을 나타내며, 제1 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 미러(M23), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈계(FT), 및 제2 실린드리칼 렌즈(CYb) 등의 배치는, 기본적으로 도 3의 구성과 마찬가지이다. 본 실시 형태에 의한 묘화 유닛(Un)은, 기판(P) 상의 스폿 광(SP)의 최대 주사 범위 Lxa 중, 패턴 묘화에 사용되는 묘화 라인(SLn)의 주사 개시점의 직전에서, 묘화용 빔(LBn)을 원점 검출용 빔으로서 검출하여, 원점 신호(SZn)를 생성하도록 한 원점 센서를 구비한다. 그 때문에 본 실시 형태에서는, 기판(P)과 실린드리칼 렌즈(CYb)와의 사이의 공간에 배치되며, 최대 주사 범위 Lxa 내의 주사 개시 부근에서 주광선(Le1)을 따라서 진행되는 빔(LBn)을 Y방향으로 반사하는 반사 미러(Mh)와, 반사 미러(Mh)에서 반사된 빔(LBn)이 스폿 광(SPr)으로서 집광되는 면과 공역인 면(Pdr)을 형성하도록 광축(AXh)을 따라서 배치되는 렌즈계(확대 광학계)(GLe)와, 면(Pdr)에 배치되는 광전 변환 소자(DTo)를 마련한다.

도 16과 같이, 반사 미러(Mh)는, 주광선(Le1)을 따라서 묘화 라인(SLn)의 주사 개시점으로 진행되는 빔(LBn)을 차단하지 않도록, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)에 대해서 45도 기울여서 배치되며, 주광선(Le2)을 따라서 진행되는 빔(LBn)에 의한 스폿 광(SPr)은 광축(AXf)과 평행한 기판(P)에 대응한 면 내에 형성된다. 렌즈계(GLe)는 스폿 광(SPr)을 공역면(Pdr) 상에 2배 이상으로 확대한 스폿 광(SPr)의 상(SPr')을 결상(結像)한다. 따라서, 빔(LBn)이 반사 미러(Mh)에서 반사되면, 스폿 광(SPr)의 상(SPr')은, 스폿 광(SPr)의 주사 속도의 2배 이상의 속도로 광전 변환 소자(DTo) 상을 X축방향(광축(AXf)과 평행한 방향)으로 이동한다. 본 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)에 의해 주사되는 빔(LBn)이 반사 미러(Mh)에 입사하는 범위 내에서, 연속적으로 400MHz로 펄스 발광되도록, 도 6중의 묘화 제어 장치(200)에 의해서 광원 장치(LS)의 발진이 제어된다.

도 17은, 폴리곤 미러(PM)의 하나의 반사면에 의해서 빔(LBn)이 주사될 때에, 묘화 제어 장치(200)에 의해서 선택 제어되는 선택용 광학 소자(OSn)의 구동 신호(DFn)의 상태와, 그 때에 광원 장치(LS)로부터 출력되는 빔(LBn)의 펄스 발진의 상태와, 도 16의 광전 변환 소자(DTo)로부터 출력되는 원점 신호(SZn)의 상태를 나타내는 타임 차트이다. 도 17에서, 선택용 광학 소자(OSn)의 구동 신호(DFn)는, 최대 주사 범위 Lxa 중의 주사 개시점 직후의 범위 ΔYw의 기간만큼 H레벨이 되어, 선택용 광학 소자(OSn)를 온 상태로 한다. 범위 ΔYw는, fθ 렌즈계(FT)와 실린드리칼 렌즈(CYb)를 거쳐 투사되는 빔(LBn)이, 도 16에서 나타낸 반사 미러(Mh)에 입사하는 기간에 상당한다. 묘화 제어 장치(200)는, 범위 ΔYw에서 구동 신호(DFn)가 H레벨의 동안만큼, 광원 장치(LS)가 400MHz로 연속 발진하는 빔(LB(LBn))을 출력하도록 제어한다. 따라서, 범위 ΔYw에 대응한 기간 중, 스폿 광(SPr)의 상(SPr')이 공역면(Pdr)을 따라서 일차원 주사되며, 광전 변환 소자(DTo)로부터의 원점 신호(SZn)는, 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 원점 시각(Tog)에서 L레벨로 천이한다. 묘화 제어 장치(200)는, 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)으로부터 일정 시간 후에, 다시 선택용 광학 소자(OSn)의 구동 신호(DFn)를 H레벨로 하여, 묘화 라인(SLn)에 대응한 기간 중만큼 선택용 광학 소자(OSn)를 온 상태로 한다. 또한, 선택용 광학 소자(OSn)가 온 상태가 되어 원점 시각(Tog)으로부터 일정한 지연 시간 Δto 후에 묘화 라인(SLn)을 따른 패턴 묘화를 하도록, 묘화 제어 장치(200)는 묘화 데이터(SDn)에 응답하여 광원 장치(LS)의 빔(LB(LBn))의 펄스 발진을 제어한다. 이상, 본 실시 형태에서는, fθ 렌즈계(FT)를 거쳐 반사 미러(Mh)에 입사하는 기간 중의 빔(LBn)이 원점 검출용 빔으로서 사용되며, 광전 변환 소자(DTo)를 횡단하는 스폿 광(SPr)의 상(SPr')은, 기판(P) 상에 투사되는 스폿 광(SP)의 주사 속도에 대해서 2배 이상의 속도로 이동한다. 그 때문에, 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)의 발생 타이밍의 재현성을 향상시킬 수 있다.

[제2 실시 형태의 변형예 1]

그런데, 본 실시 형태에서는, 원점 검출용 빔으로서 펄스 발광하는 빔(LBn)을 이용하는 것이므로, 광전 변환 소자(DTo)의 수광면(PD1, PD2)의 각각으로부터의 출력 신호(STa, STb)가, 도 5의 (A)와 같이 연속한 매끄러운 파형이 되지 않거나, 스폿 광(SPr)의 상(SPr')의 지름 치수가 수광면(PD1와PD2)의 사이의 불감대의 폭보다도 작아지거나 할 가능성이 있다. 그래서, 도 18에 나타내는 바와 같이, 광전 변환 소자(DTo)와 렌즈계(GLe)와의 사이에, 원점 검출용 빔(LBn)의 주사 방향으로 주기(격자 피치)를 가지는 투과형의 회절 격자판(GPL)을 마련하고, 광전 변환 소자(DTo)로 향하는 빔(LBn)을 회절 현상에 의해서 넓혀, 1펄스분의 빔(LBn)의 회절광(0차 광, ±1차 광, ±2차 광 등)이 수광면(PD1)과 수광면(PD2)의 사이의 불감대의 폭을 걸치도록 설정한다. 본 변형예에서는, 회절 격자판(GPL)에 의해서 회절 현상에 의해 빔(LBn)의 분포를 주사 방향으로 넓혔지만, 도 18에서, 광축(AH)이 연장되는 방향(Y축방향)과 주사 방향(X축방향) 각각과 직교하는 Z축방향으로 모선을 가지며, 오목면 모양의 원통면을 가지는 실린드리칼 렌즈(부(負)의 굴절력)를, 회절 격자판(GPL)의 위치에 배치해도 괜찮다. 이 경우, 광전 변환 소자(DTo)의 수광면은, 반사 미러(Mh)의 직후에 집광한 스폿 광(SPr)의 면과 광학적으로 공역은 되지 않지만, 수광면(PD1, PD2) 상에는 주사 방향으로 타원 모양으로 잡아 늘려진 강도 분포를 가진 빔(LBn(Ldf))이 투사된다.

[제3 실시 형태]

도 19는, 제3 실시 형태에 의한 묘화 유닛(Un)의 일부의 구성을 나타내며, 제1 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 미러(M23'), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈계(FT), 및 제2 실린드리칼 렌즈(CYb), 및 실린드리칼 렌즈(CYb)와 기판(P)의 사이에 배치되는 반사 미러(Mh), 렌즈계(GLe), 광전 변환 소자(DTo)는, 기본적으로 도 16의 구성과 마찬가지로 배치된다. 또한 본 실시 형태에 의한 묘화 유닛(Un)에서는, 실린드리칼 렌즈(CYa)와 폴리곤 미러(PM)의 사이에 배치되는 반사 미러(M23')를, 파장 선택성을 가지는 다이크로익(dichroic) 미러로 하고, 원점 검출용 빔(Bga)(빔(LBn)과 다른 파장의 연속 광)을, 반사 미러(M23')의 뒤측으로부터 폴리곤 미러(PM)를 향해서 투사하도록 구성한다. 반사 미러(M23')는, 예를 들면 자외 파장역의 355nm의 파장을 가지는 묘화용 빔(LBn)에 대해서는 높은 반사율을 가지며, 파장이 450nm 이상의 원점 검출용 빔(Bga)에 대해서는 높은 투과율을 가지는 파장 선택 특성을 구비한다. 또, 도 19의 XY면 내에 있어서, 반사 미러(M23')로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)을 향하는 묘화용 빔(LBn)의 입사 방위에 대해, 원점 검출용 빔(Bga)(평행 광속)의 입사 방위가 주주사 방향으로 각도 Δε만큼 어긋나도록 설정된다. 이것에 의해서, 반사 미러(M23')를 투과한 원점 검출용 빔(Bga)은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에서 반사된 반사 빔(Bgb)이 되어 fθ 렌즈계(FT)에 입사한다. 반사 빔(Bgb)은, 묘화용 빔(LBn)과 함께 주주사 방향으로 동일한 속도로 일차원 주사된다.

도 19에서의 폴리곤 미러(PM)의 회전 방향(시계회전)과, 폴리곤 미러(PM)에 입사하는 묘화용 빔(LBn)과 원점 검출용 빔(Bga)과의 각도 Δε의 차이에 의해, 묘화용 빔(LBn)의 스폿 광(SP)이 묘화 라인(SLn)의 주사 개시점에 이르기 전에, 원점 검출용 빔(Bga)의 반사 빔(Bgb)은 fθ 렌즈계(FT)와 실린드리칼 렌즈(CYb)를 거쳐 반사 미러(Mh)에 입사하고, 스폿 광(SPr)이 되도록 집광된다. 반사 미러(Mh)에서 반사된 반사 빔(Bgb)은, 렌즈계(GLe)를 거쳐 광전 변환 소자(DTo) 상에서 스폿 광(SPr)의 상(SPr')으로서 재결상된다. 본 실시 형태에서도, 렌즈계(GLe)를 2배 이상의 확대 결상계로 함으로써, 스폿 광(SPr)의 상(SPr')의 광전 변환 소자(DTo) 상에서의 주사 속도는, 묘화용 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 주사 속도에 대해서 2배 이상으로 설정된다. 또, 도 19에 나타내는 바와 같이, 원점 검출용 빔(Bga)은, 반사 미러(M23')를 통과하지 않고 반사 미러(M23')의 옆의 광로(Lpt)를 통과하여 폴리곤 미러(PM)에 투사하도록 배치해도 괜찮다. 이 경우, 반사 미러(M23')는 다이크로익 미러로 할 필요는 없지만, 묘화용 빔(LBn)에 대한 원점 검출용 빔(Bga)의 각도 Δε가 커지게 되므로, 원점 신호(SZn)의 원점 시각(Tog)으로부터 스폿 광(SP)이 묘화 라인(SLn)의 주사 개시점으로 올 때까지의 시간은 조금 길어진다.

[제4 실시 형태]

도 20은, 제4 실시 형태에 의한 묘화 유닛(Un)의 일부의 구성을 나타내며, 제1 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 미러(M23), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈계(FT), 및 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)는, 기본적으로 도 16(도 3)의 구성과 마찬가지로 배치된다. 본 실시 형태에서는, 원점 검출용 빔(Bga)을 기판(P)측으로부터 실린드리칼 렌즈(CYb), fθ 렌즈계(FT)를 거쳐 폴리곤 미러(PM)를 향해서 투사하도록 빔 송광부(60a)를 마련하고, 폴리곤 미러(PM)에서 반사된 반사 빔(Bgb)이, 렌즈계(GLb), 반사 미러(Mb), 광전 변환 소자(DTo)로 구성되는 빔 수광부(60b)에서 검출되도록 구성된다. 도 20에서, 렌즈계(GLb), 반사 미러(Mb), 광전 변환 소자(DTo)의 광학적인 배치 관계는, 도 3의 것과 동일하다. 도 20에서, 빔 송광부(60a)는 도 4에 나타내는 바와 같이 반도체 레이저 광원(LDo)과 렌즈계(GLa)를 포함하며, 평행 광속이 된 빔(Bga)을 발생한다. 빔 송광부(60a)로부터의 빔(Bga)은, 렌즈계(GLu)와 반사 미러(Mh1)를 거쳐, 스폿 광(SPz)으로서 집광된 후, 도 16에서 나타낸 반사 미러(Mh)와 마찬가지로 배치되는 반사 미러(Mh2)에 의해서, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)과 평행한 주광선(Le2)이 되도록 반사되며, 실린드리칼 렌즈(CYb)와 fθ 렌즈계(FT)를 통과하여 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에 투사된다.

폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에서 반사된 빔(Bga)의 반사 빔(Bgb)은, 반사 미러(M23)의 옆을 통과하여 렌즈계(GLb)에 입사하며, 광전 변환 소자(DTo) 상에서 스폿 광(SPr)이 되도록 집광된다. 스폿 광(SPr)의 위치는, XY평면(주주사의 면 내)에 있어서 광학적으로 스폿 광(SPz)과 공역이 된다. 또, 빔 송광부(60a)로부터 광전 변환 소자(DTo)까지의 원점 검출용 빔(Bga)이나 반사 빔(Bgb)의 광로 중에는, 실린드리칼 렌즈(CYb)가 있기 때문에, 도 20의 경우, 광전 변환 소자(DTo) 상을 횡단하는 스폿 광(SPr)은, 앞의 도 15와 마찬가지로, Z축방향(폴리곤 미러(PM)의 회전축(AXp)이 연장되는 방향)으로 연장된 가는 슬릿 모양이 된다. 이상의 본 실시 형태에서도, 렌즈계(GLb)의 초점 거리 Fgs를 fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리 fo보다도 길게 하는 것에 의해서, 광전 변환 소자(DTo) 상을 횡단하는 스폿 광(SPr)의 주사 속도를 기판(P) 상의 스폿 광(SP)의 주사 속도보다도 빠르게 할 수 있다.

[제5 실시 형태]

도 21은, 제5 실시 형태에 의한 원점 센서(빔 송광부(60a), 빔 수광부(60b))의 구성을 XY면 내에서 본 도면이다. 도 21에서, 앞서 각 실시 형태나 변형예의 부재와 동일한 기능의 부재에는 동일한 부호를 교부하고 있다. 도 21에서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 중 하나의 반사면(RPa)을 향해서, 묘화용 빔(LBn)이 투사되며, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)의 하나 이웃(하나 직전)의 반사면(RPb)에, 빔 송광부(60a)로부터의 레이저 빔(원점 검출용 빔)(Bga)이 투사되어 있다. 또, 도 21에서의 반사면(RPa)의 각도 위치는, 묘화용 빔(LBn)의 스폿 광(SP)이 묘화 라인(SLn)의 묘화 개시점에 위치하기 직전의 상태를 나타내고 있다. 여기서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP(RPa))은, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)과 직교하는 입사 동면에 위치하도록 배치된다. 정확하게는, fθ 렌즈계(FT)에 입사하는 빔(LBn)의 주광선이 광축(AXf)과 동축으로 된 순간의 반사면(RP(RPa))의 각도 위치에 있어서, 반사 미러(M23)로부터 폴리곤 미러(PM)를 향하는 빔(LBn)의 주광선과 광축(AXf)이 교차하는 위치에 반사면(RP(RPa))이 설정된다. 또, fθ 렌즈계(FT)의 주면으로부터 기판(P)의 표면(스폿 광(SP)의 집광점)까지의 거리가 초점 거리 fo이다.

빔 송광부(60a)로부터의 빔(Bga)은, 기판(P)의 감광성 기능층에 대해서 감광성이 낮은 파장역의 평행 광속으로서 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPb)에 투사된다. 반사면(RPb)에서 반사한 빔(Bga)의 반사 빔(Bgb)은, XY면과 수직인 반사면을 가지는 반사 미러(MRa)를 향한다. 반사 미러(MRa)에서 반사한 빔(Bgb)의 반사 빔(Bgc)은, 다시 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPb)을 향해서 투사된다. 반사면(RPb)에서 반사한 빔(Bgc)의 반사 빔(Bgd)은, 빔 수광부(60b)에서 수광된다. 빔 수광부(60b)는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPb)(및 다른 각 반사면(RP))이 XY면 내에서 특정의 각도 위치로 된 순간에, 도 21과 같이 진행되는 빔(Bgd)을 수광하며, 펄스 모양의 원점 신호(SZn)를 출력한다. 도 21에서는, 빔(Bga)을 단순한 선으로서 나타냈지만, 실제로는, 도 4로 나타낸 바와 같이, 반도체 레이저 광원(LDo)과 콜리메이트 렌즈(GLa)에 의해서, XY면 내에서 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 회전 방향에 관해서 소정의 폭을 가지는 평행 광속으로 변환된다. 마찬가지로, 도 21에서는 빔(Bgd)을 단순한 선으로서 나타냈지만, 실제로는, XY면 내에서 소정의 폭을 가지는 평행 광속이 되며, 빔(Bgd)은 폴리곤 미러(PM)의 회전에 따라 빔 수광부(60b)에 대해서 화살표 Aw와 같이 주사된다. 그 때문에, 도 21의 빔 수광부(60b)도, 도 4와 마찬가지로, 빔(Bgd)을 광전 변환 소자(DTo) 상에 스폿 광(SPr)으로서 집광하는 집광 렌즈(GLb)를 가진다.

본 실시 형태에서는, 도 21에 나타낸 반사 미러(MRa)를 이용하여, 원점 검출용 빔(Bga)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP(RPb))에서 2회 반사시킨 후의 빔(Bgd)의 스폿 광(SPr)을 광전 변환 소자(DTo)에서 수광하도록 구성했다. 그 때문에, 도 5에 나타낸 수광면(PD1, PD2) 상에서의 스폿 광(SPr)의 주사 속도 Vh는, 원점 검출용 빔(Bga)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP(RPb))에서 1회 반사시켜 광전 변환 소자(DTo)에서 수광하는 경우와 비교해서 2배 이상으로 할 수 있다. 이것에 의해서 본 실시 형태에서는, 묘화용 빔(LBn)(스폿 광(SP))의 기판(P) 상에서의 주사 속도 Vsp에 비해, 광전 변환 소자(DTo) 상의 원점 검출용 빔(Bgd)(스폿 광(SPr))의 주사 속도 Vh를 2배 정도로 빠르게 할 수 있어, 원점 신호(SZn)의 발생 타이밍의 재현성(3σ값)을 양호하게 할 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 빔 수광부(60b)에 마련되는 집광 렌즈(GLb)의 굴절력(초점 거리 Fgs에 대응)과 fθ 렌즈계(FT)의 굴절력(초점 거리 fo에 대응)이 동일해도, 광전 변환 소자(DTo) 상을 횡단하는 스폿 광(SPr)의 주사 속도 Vh는, 기판(P) 상에서 주사되는 스폿 광(SP)의 주사 속도 Vsp의 2배로 빠르게 된다.

[그 외의 변형예]

빔 주사 장치로서, 폴리곤 미러(PM)를 대신하여, 회전축(APx)의 둘레에 일정한 각도 범위에서 왕복 진동하는 갈바노 미러(주사 부재)(GVM)를 이용하는 묘화 장치나 가공 장치도 있다. 도 22는, 그러한 빔 주사 장치의 일례를 나타내며, 회전축(APx)의 둘레에 일정한 각도 범위에서 왕복 진동하는 갈바노 미러(GVM)의 반사면에 묘화용(가공용)의 빔(LBn)(펄스 광 또는 연속 광)이 투사되며, 반사된 빔(LBn)은 fθ 렌즈계(FT)를 거쳐 기판(P) 상의 묘화(가공) 라인(SLn)에 스폿 광(SP)으로서 투사된다. 갈바노 미러(GVM)가 소정 각도로 된 순간을 원점 위치로서 검출하기 위해서, 묘화용(가공용) 빔(LBn)을 반사하는 갈바노 미러(GVM)의 반사면(혹은, 그 뒤측의 반사면)에, 도 4와 마찬가지로 하여 원점 검출용 빔(Bga)(평행 광속)을 투사하며, 그 반사 빔(Bgb)을 반사 미러(Mb)와 렌즈계(GLb)를 거쳐, 광전 변환 소자(DTo) 상에 스폿 광(SPr)으로서 집광하는 구성을 마련한다. 이 경우도, 렌즈계(GLb)의 초점 거리 Fgs는, fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리 fo보다도 길게 설정되며, 바람직하게는, Fgs＞2·fo로 설정된다.

Claims (26)

1. 각도 가변의 주사 부재의 반사면에서 편향된 가공용 빔을 입사하여, 피조사체에 상기 가공용 빔을 스폿으로서 집광하는 굴절력을 가지는 주사용 광학계를 구비한 빔 주사 장치로서,
   상기 주사 부재의 반사면을 향해서 투사된 원점 검출용 빔의 반사 빔을 수광하여, 상기 주사 부재의 반사면이 소정 각도로 되는 시점을 나타내는 원점 신호를 출력하는 광전 검출기와,
   상기 주사용 광학계의 굴절력보다도 작은 굴절력으로 설정되며, 상기 반사 빔을 상기 광전 검출기에 스폿으로서 집광하는 집광 광학계를 구비하는 빔 주사 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 주사용 광학계의 굴절력에 대응한 초점 거리를 fo, 상기 집광 광학계의 굴절력에 대응한 초점 거리를 Fgs로 했을 때, Fgs＞fo로 설정되는 빔 주사 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 초점 거리 fo에 대해서 상기 초점 거리 Fgs를 2배 이상으로 설정하는 빔 주사 장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   연속 발광하는 광원으로부터의 빔을 평행 광속으로 성형하여 상기 원점 검출용 빔으로서 출력하는 빔 송광부를 구비하는 빔 주사 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 피조사체에 투사되는 상기 가공용 빔은, 자외 파장역에서 펄스 발광하는 펄스 광원 장치로부터 생성되는 빔 주사 장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 집광 광학계는, 상기 가공용 빔이 상기 주사용 광학계에 비입사가 되는 블랭크 기간 중에 상기 주사 부재의 반사면에 의해서 편향되는 방향으로서, 상기 블랭크 기간 중에 상기 가공용 빔을 상기 원점 검출용 빔으로서 입사 가능한 방향으로 배치되는 빔 주사 장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가공용 빔이 상기 주사용 광학계를 거쳐 주사되는 주사 범위의 단부 부근에서, 상기 주사용 광학계의 일부의 광로를 통과한 상기 가공용 빔을 입사하여, 상기 주사용 광학계에서 집광된 스폿의 확대상(像)을 형성하는 확대 광학계를 구비하고,
   상기 주사용 광학계의 일부의 광로와 상기 확대 광학계와의 합성계를 상기 집광 광학계로 하며,
   상기 광전 검출기는, 상기 확대 광학계에서 확대된 상기 가공용 빔의 스폿의 확대상을 수광하도록 배치되는 빔 주사 장치.
8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 원점 검출용 빔이 상기 주사용 광학계를 거쳐 주사되는 주사 범위의 단부 부근에서, 상기 주사용 광학계의 일부의 광로를 통과한 상기 원점 검출용 빔을 입사하여, 상기 주사용 광학계에서 집광된 스폿의 확대상을 형성하는 확대 광학계를 구비하고,
   상기 주사용 광학계의 일부의 광로와 상기 확대 광학계와의 합성계를 상기 집광 광학계로 하며,
   상기 광전 검출기는, 상기 확대 광학계에서 확대된 상기 원점 검출용 빔의 스폿의 확대상을 수광하도록 배치되는 빔 주사 장치.
9. 청구항 4에 있어서,
   상기 빔 송광부는, 상기 원점 검출용 빔이 상기 피조사체의 측으로부터 상기 주사용 광학계에 입사하여 상기 주사 부재의 반사면을 향하도록 배치되는 빔 주사 장치.
10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주사 부재는, 복수의 반사면을 가지며 회전축의 둘레로 회전하는 회전 다면경, 혹은 회전축의 둘레로 왕복 진동하는 갈바노 미러이며,
    상기 주사용 광학계는, 상기 주사 부재에서 편향된 상기 가공용 빔의 편향각과, 상기 피조사체 상에서의 상기 가공용 빔의 스폿의 상고(像高) 위치를 비례 관계로 한 f-θ렌즈계인 빔 주사 장치.
11. 각도 가변의 주사 부재의 반사면에서 편향된 가공용 빔을 입사하여, 피조사체에 상기 가공용 빔을 스폿으로서 집광하는 굴절력을 가지는 주사용 광학계를 구비한 빔 주사 장치로서,
    상기 주사 부재의 반사면을 향해서 투사된 원점 검출용 빔의 반사 빔을 수광하여, 상기 주사 부재의 반사면이 소정 각도로 되는 시점을 나타내는 원점 신호를 출력하는 광전 검출기와,
    상기 광전 검출기 상에서 주사되는 상기 원점 검출용 빔의 반사 빔의 주사 속도를, 상기 가공용 빔의 스폿의 상기 피조사체 상에서의 주사 속도보다도 빠르게 하는 광학 부재를 구비하는 빔 주사 장치.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 광학 부재는, 상기 주사 부재의 반사면에서 반사된 상기 원점 검출용 빔의 상기 반사 빔을 상기 광전 검출기 상에 스폿으로서 집광하는 굴절력을 가지는 집광 광학계로서,
    상기 집광 광학계의 굴절력에 대응한 초점 거리를 상기 주사용 광학계의 굴절력에 대응한 초점 거리보다도 길게 한 빔 주사 장치.
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 광학 부재는, 상기 주사 부재의 반사면에서 반사된 상기 원점 검출용 빔의 상기 반사 빔을 상기 주사 부재의 반사면을 향해서 반사하는 반사부와,
    상기 주사 부재에서 2회째에 반사한 상기 원점 검출용 빔의 반사 빔을 상기 광전 검출기 상에 스폿으로서 집광하는 굴절력을 가지는 집광 광학계를 구비하는 빔 주사 장치.
14. 각도 가변의 주사 부재의 반사면에서 편향된 묘화용 빔을 입사하여, 기판에 상기 묘화용 빔을 스폿으로서 집광하는 굴절력을 가지는 주사용 광학계를 구비하고, 상기 주사 부재의 반사면의 각도 변화에 따른 속도로 상기 스폿을 주사하면서, 상기 묘화용 빔의 강도를 패턴에 따라 변조하여, 상기 기판에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
    상기 주사 부재의 반사면을 향해서 투사된 원점 검출용 빔의 반사 빔을 수광하며,
    상기 주사 부재의 반사면이 소정 각도로 되는 시점을 나타내는 원점 신호를 출력하는 광전 검출기와,
    상기 주사용 광학계의 굴절력보다도 작은 굴절력으로 설정되며, 상기 반사 빔을 상기 광전 검출기에 스폿으로서 집광하는 집광 광학계를 구비하는 패턴 묘화 장치.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 주사용 광학계의 굴절력에 대응한 초점 거리를 fo, 상기 집광 광학계의 굴절력에 대응한 초점 거리를 Fgs로 했을 때, Fgs＞fo로 설정되는 패턴 묘화 장치.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 초점 거리 fo에 대해서 상기 초점 거리 Fgs를 2배 이상으로 설정하는 패턴 묘화 장치.
17. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    연속 발광하는 광원으로부터의 빔을 평행 광속으로 성형하여 상기 원점 검출용 빔으로서 출력하는 빔 송광부를 구비하는 패턴 묘화 장치.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 기판에 투사되는 상기 묘화용 빔은, 자외 파장역에서 펄스 발광하는 펄스 광원 장치로부터 생성되는 패턴 묘화 장치.
19. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집광 광학계는, 상기 묘화용 빔이 상기 주사용 광학계에 비입사가 되는 기간 중에 상기 주사 부재의 반사면에 의해서 편향되는 방향으로서, 상기 비입사가 되는 기간 중에 상기 묘화용 빔을 상기 원점 검출용 빔으로서 입사 가능한 방향으로 배치되는 패턴 묘화 장치.
20. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 묘화용 빔이 상기 주사용 광학계를 거쳐 주사되는 주사 범위의 단부 부근에서, 상기 주사용 광학계의 일부의 광로를 통과한 상기 묘화용 빔을 입사하여, 상기 주사용 광학계에서 집광된 스폿의 확대상을 형성하는 확대 광학계를 구비하고,
    상기 주사용 광학계의 일부의 광로와 상기 확대 광학계와의 합성계를 상기 집광 광학계로 하며,
    상기 광전 검출기는, 상기 확대 광학계에서 확대된 상기 묘화용 빔의 스폿의 확대상을 수광하도록 배치되는 패턴 묘화 장치.
21. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원점 검출용 빔이 상기 주사용 광학계를 거쳐 주사되는 주사 범위의 단부 부근에서, 상기 주사용 광학계의 일부의 광로를 통과한 상기 원점 검출용 빔을 입사하여, 상기 주사용 광학계에서 집광된 스폿의 확대상을 형성하는 확대 광학계를 구비하고,
    상기 주사용 광학계의 일부의 광로와 상기 확대 광학계와의 합성계를 상기 집광 광학계로 하며,
    상기 광전 검출기는, 상기 확대 광학계에서 확대된 상기 원점 검출용 빔의 스폿의 확대상을 수광하도록 배치되는 패턴 묘화 장치.
22. 청구항 17에 있어서,
    상기 빔 송광부는, 상기 원점 검출용 빔이 상기 기판의 측으로부터 상기 주사용 광학계에 입사하여 상기 주사 부재의 반사면을 향하도록 배치되는 패턴 묘화 장치.
23. 청구항 14 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주사 부재는, 복수의 반사면을 가지며 회전축의 둘레로 회전하는 회전 다면경, 혹은 회전축의 둘레로 왕복 진동하는 갈바노 미러이며,
    상기 주사용 광학계는, 상기 주사 부재에서 편향된 상기 묘화용 빔의 편향각과, 상기 기판 상에서의 상기 묘화용 빔의 스폿의 상고(像高) 위치를 비례 관계로 한 f-θ렌즈계인 패턴 묘화 장치.
24. 각도 가변의 주사 부재의 반사면에서 편향된 묘화용 빔을 입사하여, 기판에 상기 묘화용 빔을 스폿으로서 집광하는 굴절력을 가지는 주사용 광학계를 구비하고, 상기 주사 부재의 반사면의 각도 변화에 따른 속도로 상기 스폿을 주사하면서, 상기 묘화용 빔의 강도를 패턴에 따라 변조하여, 상기 기판에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
    상기 주사 부재의 반사면을 향해서 투사된 원점 검출용 빔의 반사 빔을 수광하여, 상기 주사 부재의 반사면이 소정 각도로 되는 시점을 나타내는 원점 신호를 출력하는 광전 검출기와,
    상기 광전 검출기 상에서 주사되는 상기 원점 검출용 빔의 반사 빔의 주사 속도를, 상기 묘화용 빔의 스폿의 상기 기판 상에서의 주사 속도보다도 빠르게 하는 광학 부재를 구비하는 패턴 묘화 장치.
25. 청구항 24에 있어서,
    상기 광학 부재는, 상기 주사 부재의 반사면에서 반사된 상기 원점 검출용 빔의 상기 반사 빔을 상기 광전 검출기 상에 스폿으로서 집광하는 굴절력을 가지는 집광 광학계로서, 상기 집광 광학계의 굴절력에 대응한 초점 거리를 상기 주사용 광학계의 굴절력에 대응한 초점 거리보다도 길게 한 패턴 묘화 장치.
26. 청구항 24에 있어서,
    상기 광학 부재는, 상기 주사 부재의 반사면에서 반사된 상기 원점 검출용 빔의 상기 반사 빔을 상기 주사 부재의 반사면을 향해서 반사하는 반사부와,
    상기 주사 부재에서 2회째에 반사한 상기 원점 검출용 빔의 반사 빔을 상기 광전 검출기 상에 스폿으로서 집광하는 굴절력을 가지는 집광 광학계를 구비하는 패턴 묘화 장치.

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