KR20190055243A - 패턴 묘화 장치 및 패턴 묘화 방법 - Google Patents

패턴 묘화 장치 및 패턴 묘화 방법 Download PDF

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Abstract

　패턴 묘화 장치(EX)는, 복수의 묘화 유닛(Un)에 의해서 묘화해야 할 기판(P) 상의 피노광 영역의 위치를 계측하는 위치 계측부(MU)와, 묘화 유닛(Un) 각각에 의해 묘화되는 패턴의 피노광 영역에 대한 위치 오차를 저감하기 위해서, 위치 계측부(MU)에서 계측된 위치에 근거하여 묘화 유닛(Un) 각각에 의한 스폿 광(SP)의 위치를 기판(P)의 이동 중에 제2 방향으로 조정하는 제1 조정 부재(HVP)와, 묘화 유닛(Un) 각각에 의해 묘화되는 패턴의 제2 방향에 관한 이음 오차를 저감하기 위해서, 묘화 유닛(Un) 각각에 의한 스폿 광(SP)의 위치를 기판(P)의 이동 중에 제1 조정 부재(HVP)보다도 높은 응답성으로 제2 방향으로 조정하는 제2 조정 부재(AOM1)를 구비한다.

Description

패턴 묘화 장치 및 패턴 묘화 방법
본 발명은, 피조사체 상에 조사되는 스폿(spot) 광을 주사하여 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치 및 패턴 묘화 방법에 관한 것이다.
회전 폴리곤 미러를 이용한 묘화 장치로서, 예를 들면, 일본 특허공개 제2008-200964호 공보에 개시되고 있는 것과 같이, 폴리곤 미러를 가지는 레이저 노광부를 복수 구비하며, 폴리곤 미러에 의해서 노광 빔이 주사되는 주주사 방향에 있어서의 주사 영역의 일부(단부)를 중복시켜, 복수의 레이저 노광부로부터의 노광 빔에 의해 분담하여 화상을 묘화하는 화상 형성 장치가 알려져 있다. 일본 특허공개 제2008-200964호 공보의 장치에서는, 주사 영역의 단부에서 중복하는 영역에서 노광 빔이, 폴리곤 미러의 복수의 반사면의 틸팅(tilting)의 차이에 따라, 주주사 방향과 직교한 부주사 방향으로 어긋나는 것을 저감하기 위해서, 복수의 레이저 노광부 각각의 폴리곤 미러의 회전을 동기시킬 때에, 1개의 폴리곤 미러에 의해서 묘화되는 화상과, 다른 폴리곤 미러에 의해서 묘화되는 화상과의 중복 영역에서, 화상의 부주사 방향의 어긋남이 적게 되도록, 2개의 폴리곤 미러의 반사면의 조합(회전 방향의 각도 위상)을 조정하고 있다. 또한, 일본 특허공개 제2008-200964호 공보에는, 폴리곤 미러를 포함하는 레이저 노광부를 기계적으로 부주사 방향으로 이동시키는 기구를 마련하여, 화상의 중복 영역에서의 어긋남을 줄이도록 조정하는 것도 개시되어 있다.
본 발명의 제1 양태는, 기판 상에 스폿으로서 집광되는 묘화 빔을 제1 방향으로 주사하여 패턴을 묘화하는 묘화 유닛이 상기 제1 방향으로 복수 배치되며, 상기 기판의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로의 이동에 의해, 복수의 상기 묘화 유닛에 의해 묘화되는 패턴을 상기 제1 방향으로 이어 맞춰 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 복수의 묘화 유닛에 의해서 묘화해야 할 상기 기판 상의 피노광 영역의 위치를 계측하는 위치 계측부와, 상기 묘화 유닛 각각에 의해 묘화되는 패턴의 상기 피노광 영역에 대한 위치 오차를 저감하기 위해서, 상기 위치 계측부에서 계측된 위치에 근거하여 상기 묘화 유닛 각각에 의한 상기 스폿의 위치를 상기 기판의 이동 중에 상기 제2 방향으로 조정하는 제1 조정 부재와, 상기 묘화 유닛 각각에 의해 묘화되는 패턴의 상기 제2 방향에 관한 이음 오차를 저감하기 위해서, 상기 묘화 유닛 각각에 의한 상기 스폿의 위치를 상기 기판의 이동 중에 상기 제1 조정 부재보다도 높은 응답성으로 상기 제2 방향으로 조정하는 제2 조정 부재를 구비한다.
본 발명의 제2 양태는, 제1 방향으로 배치된 복수의 묘화 유닛 각각으로부터 투사되는 묘화 빔의 스폿을 기판 상에서 상기 제1 방향으로 주사하고, 상기 기판을 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이동시켜, 상기 복수의 묘화 유닛 각각에 의해 묘화되는 패턴을 상기 제1 방향으로 이어서 묘화하는 패턴 묘화 방법으로서, 상기 기판에 형성된 기준 패턴의 위치를 상기 기판의 이동 중에 검출하고, 상기 기판 상의 피노광 영역의 위치를 계측하는 계측 단계와, 상기 묘화 유닛 각각에 의해 묘화되는 패턴을, 상기 계측 단계에서 계측된 위치에 근거하여 상기 피노광 영역에 위치 맞춤하기 위해서, 상기 묘화 유닛 각각에 의한 상기 스폿의 위치를 상기 기판의 이동 중에 상기 제2 방향으로 조정하는 제1 조정 단계와, 상기 묘화 유닛 각각에 의해 묘화되는 패턴의 상기 제2 방향에 관한 이음 오차를 저감하기 위해서, 상기 묘화 유닛 각각에 의한 상기 스폿의 위치를, 상기 제1 조정 단계보다도 미세하게 상기 제2 방향으로 조정하는 제2 조정 단계를 포함한다.
본 발명의 제3 양태는, 기판 상에 묘화해야 할 패턴에 따라 강도 변조된 묘화 빔을 주주사 방향으로 1차원 주사하는 회전 다면경과, 1차원 주사된 상기 묘화 빔을 상기 기판 상에 스폿 광으로서 집광하는 주사용 광학계를 구비하며, 상기 스폿 광의 상기 주주사 방향의 주사와, 상기 기판과 상기 스폿 광과의 상기 주주사 방향과 교차한 부주사 방향으로의 상대 이동에 의해서, 상기 기판 상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 주주사 방향으로 1차원 주사되는 상기 스폿 광을 상기 부주사 방향으로 위치 조정하기 위해서, 상기 회전 다면경에 입사하기 전의 상기 묘화 빔의 광로 중, 또는 상기 회전 다면경으로부터 상기 기판까지의 상기 묘화 빔의 광로 중에 배치되는 기계 광학적인 제1 조정 부재와, 상기 주주사 방향으로 1차원 주사되는 상기 스폿 광을 상기 부주사 방향으로 위치 조정하기 위해서, 상기 회전 다면경에 입사하기 전의 상기 묘화 빔의 광로 중으로서, 상기 제1 조정 부재보다도 직전의 광로 중에 배치되는 전기 광학적인 제2 조정 부재를 구비한다.
도 1은 기판에 노광 처리를 실시하는 제1 실시 형태에 의한 패턴 노광 장치를 포함하는 디바이스 제조 시스템의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 노광 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 회전 드럼에 기판이 감겨진 상태를 나타내는 상세도이다.
도 4는 기판 상에서 주사되는 스폿 광의 묘화 라인 및 기판 상에 형성된 얼라이먼트 마크를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2에 나타내는 주사 유닛의 광학적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2에 나타내는 빔 전환부의 구성도이다.
도 7은 도 2에 나타내는 광원 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에 나타내는 광원 장치 내의 신호 발생부가 발생하는 클록 신호와 묘화 비트열 데이터와 편광 빔 스플리터로부터 사출되는 빔과의 관계를 나타내는 타임 차트이다.
도 9는 도 2에 나타내는 노광 장치의 전기적인 제어계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 5에 나타낸 주사 유닛 내의 원점 센서로부터 출력되는 원점 신호 및 원점 신호에 따라 도 9에 나타내는 선택 소자 구동 제어부가 생성하는 입사 허가 신호를 나타내는 타임 차트이다.
도 11은 도 2에 나타내는 광원 장치 내의 신호 발생부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 12는 도 11에 나타내는 신호 발생부의 각 부로부터 출력되는 신호를 나타내는 타임 차트이다.
도 13의 13A는, 국소 배율 보정이 행하여지지 않은 경우에 묘화되는 패턴을 설명하는 도면이며, 도 13의 13B는, 도 12에 나타내는 타임 차트에 따라서 국소 배율 보정(축소)이 행하여진 경우에 묘화되는 패턴을 설명하는 도면이다.
도 14는 제1 실시 형태에 있어서의 선택용 광학 소자 대신에 마련되는 변형예 1에 의한 빔 전환부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 15는 도 6에 나타낸 빔 전환부에 있어서의 선택용 광학 소자를 도 14의 변형예 1로 치환한 경우의 변형예 2에 의한 빔 전환부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15에 나타낸 변형예 2의 빔 전환부에 조립되는 빔 시프터의 상세한 광학 배치를 나타내는 도면이다.
도 17의 17A는, 변형예 3으로서 선택용 광학 소자 대신에 사용되는 프리즘 모양의 전기 광학 소자를 나타내며, 도 17의 17B는, 다른 전기 광학 소자의 예를 나타내는 도면이다.
도 18은 제2 실시 형태에 있어서의 광원 장치의 펄스 광 발생부 내의 파장 변환부의 구성을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 19는 제2 실시 형태에 있어서의 광원 장치로부터 최초의 선택용 광학 소자까지의 빔의 광로를 나타내는 도면이다.
도 20은 제2 실시 형태에 있어서의 선택용 광학 소자로부터 다음단의 선택용 광학 소자까지의 광로와 선택용 광학 소자의 드라이버 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은 제2 실시 형태에 있어서의 선택용 광학 소자의 뒤의 선택용 유닛측 입사 미러에서의 빔 선택과 빔 시프트의 모습을 설명하는 도면이다.
도 22는 제2 실시 형태에 있어서의 폴리곤 미러로부터 기판까지의 빔의 거동을 설명하는 도면이다.
도 23은 제3 실시 형태에 있어서의 주사 유닛의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 24의 24A는, 도 23에 나타낸 주사 유닛 내에 마련되는 평행 평판에 의해서 빔 위치가 조정되는 모습을 설명하는 도면이며, 평행 평판의 서로 평행한 입사면과 사출면이 빔의 중심선(주광선)에 대해서 90도로 되어 있는 상태를 나타내는 도면, 도 24의 24B는, 도 23에 나타낸 주사 유닛 내에 마련되는 평행 평판에 의해서 빔 위치가 조정되는 모습을 설명하는 도면이며, 평행 평판의 서로 평행한 입사면과 사출면이 빔의 중심선(주광선)에 대해서 90도로부터 기울어져 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 25는 제4 실시 형태에 있어서의 패턴 묘화 장치를 제어하는 제어 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 26은 도 23에 나타낸 주사 유닛(묘화 유닛) 내의 광로의 일부의 광로에 있어서의 빔의 상태를 모식적으로 과장해서 나타낸 것이다.
도 27은 도 23에 나타낸 주사 유닛(묘화 유닛)의 폴리곤 미러로부터 기판까지의 광학계 배치를 나타낸 것이다.
본 발명의 양태에 관한 패턴 묘화 장치 및 패턴 묘화 방법으로 대해서, 바람직한 실시 형태를 들어 첨부의 도면을 참조하면서 이하, 상세하게 설명한다. 또한 본 발명의 양태는, 이들 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 다양한 변경 또는 개량을 더한 것도 포함된다. 즉, 이하에 기재한 구성요소에는, 당업자가 용이하게 생각 할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되며, 이하에 기재한 구성요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성요소의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.
[제1 실시 형태]
도 1은, 제1 실시 형태의 기판(피조사체)(P)에 노광 처리를 실시하는 노광 장치(EX)를 포함하는 디바이스 제조 시스템(10)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 또한 이하의 설명에 대해서는, 특별히 언급하지 않는 한, 중력 방향을 Z방향으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 도면에 나타내는 화살표에 따라서, X방향, Y방향, 및 Z방향을 설명한다.
디바이스 제조 시스템(10)은, 기판(P)에 소정의 처리(노광 처리 등)를 실시하여, 전자 디바이스를 제조하는 시스템(기판 처리 장치)이다. 디바이스 제조 시스템(10)은, 예를 들면, 전자 디바이스로서의 플렉서블·디스플레이, 필름 모양의 터치 패널, 액정 표시 패널용의 필름 모양의 칼라 필터, 플렉서블 배선, 또는 플렉서블·센서 등을 제조하는 제조 라인이 구축된 제조 시스템이다. 이하, 전자 디바이스로서 플렉서블·디스플레이를 전제로 하여 설명한다. 플렉서블·디스플레이로서는, 예를 들면, 유기 EL디스플레이, 액정 디스플레이 등이 있다. 디바이스 제조 시스템(10)은, 가요성의 시트 모양의 기판(시트 기판)(P)을 롤 모양으로 감은 공급 롤(FR1)로부터 기판(P)이 송출되고, 송출된 기판(P)에 대해서 각종 처리를 연속적으로 실시한 후, 각종 처리 후의 기판(P)을 회수 롤(FR2)로 권취하는, 이른바, 롤·투·롤(Roll　To　Roll) 방식의 구조를 가진다. 기판(P)은, 기판(P)의 이동 방향(반송 방향)이 긴 길이 방향(장척(長尺))이 되고, 폭 방향이 짧은 길이 방향(단척(短尺))이 되는 띠모양의 형상을 가진다. 제1 실시 형태에 있어서는, 필름 모양의 기판(P)이, 적어도 처리 장치(제1 처리 장치)(PR1), 처리 장치(제2 처리 장치)(PR2), 노광 장치(제3 처리 장치)(EX), 처리 장치(제4 처리 장치)(PR3), 및 처리 장치(제5 처리 장치)(PR4)를 거쳐, 회수 롤(FR2)에 권취될 때까지의 예를 나타내고 있다.
또한, 본 제1 실시 형태에서는, X방향은, 수평면 내에 있어서, 기판(P)이 공급 롤(FR1)로부터 회수 롤(FR2)을 향하는 방향(반송 방향)이다. Y방향은, 수평면 내에 있어서 X방향에 직교하는 방향이며, 기판(P)의 폭 방향(단척 방향)이다. Z방향은, X방향과 Y방향에 직교하는 방향(상방향)이며, 중력이 작용하는 방향과 평행이다.
기판(P)은, 예를 들면, 수지 필름, 혹은 스테인레스강 등의 금속 또는 합금으로 이루어지는 박(포일) 등이 이용된다. 수지 필름의 재질로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리염화비닐 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지, 폴리스티렌 수지, 및 아세트산 비닐 수지 중, 적어도 1개 이상을 포함하는 것을 이용해도 된다. 또한, 기판(P)의 두께나 강성(영률(Young's modulus))은, 디바이스 제조 시스템(10)의 반송로를 통과할 때에, 기판(P)에 좌굴에 의한 접힌 자국이나 비가역적인 주름이 생기지 않는 범위이면 된다. 기판(P)의 모재로서 두께가 25㎛~200㎛ 정도의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프타레이트) 등의 필름은, 적합한 시트 기판의 전형이다.
기판(P)은, 처리 장치(PR1), 처리 장치(PR2), 노광 장치(EX), 처리 장치(PR3), 및 처리 장치(PR4)에서 실시되는 각 처리에 있어서 열을 받는 경우가 있기 때문에, 열팽창 계수가 현저하게 크지 않은 재질의 기판(P)을 선정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 무기 필러를 수지 필름에 혼합하는 것에 의해서 열팽창 계수를 억제할 수 있다. 무기 필러는, 예를 들면, 산화 티탄, 산화 아연, 알루미나, 또는 산화 규소 등이라도 된다. 또한, 기판(P)은, 플로트법 등으로 제조된 두께 100㎛ 정도의 극박(極薄) 유리의 단층체라도 되고, 이 극박 유리에 상기의 수지 필름, 박 등을 접합한 적층체라도 된다.
그런데, 기판(P)의 가요성(flexibility)이란, 기판(P)에 자중 정도의 힘을 더해도 전단하거나 파단하거나 하지는 않고, 그 기판(P)을 휘게 하는 것이 가능한 성질을 말한다. 또한, 자중 정도의 힘에 의해서 굴곡하는 성질도 가요성에 포함된다. 또한, 기판(P)의 재질, 크기, 두께, 기판(P) 상에 성막되는 층 구조, 온도, 또는, 습도 등의 환경 등에 따라서, 가요성의 정도는 변화한다. 어쨌든, 본 제1 실시 형태에 의한 디바이스 제조 시스템(10) 내의 반송로에 마련되는 각종의 반송용 롤러, 회전 드럼 등의 반송 방향 전환용 부재에 기판(P)을 올바르게 감았을 경우에, 좌굴되어 접힌 자국이 생기거나, 파손(깨짐이나 균열이 발생)하거나 하지 않고 , 기판(P)을 매끄럽게 반송할 수 있으면, 가요성의 범위라고 할 수 있다.
처리 장치(PR1)는, 공급 롤(FR1)로부터 반송되어 온 기판(P)을 처리 장치(PR2)를 향해서 소정의 속도로 장척 방향을 따른 반송 방향(+X방향)으로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 도포 처리를 행하는 도포 장치이다. 처리 장치(PR1)는, 기판(P)의 표면에 감광성 기능액을 선택적으로 또는 균일하게 도포한다. 이 감광성 기능액이 표면에 도포된 기판(P)은 처리 장치(PR2)를 향해서 반송된다.
처리 장치(PR2)는, 처리 장치(PR1)로부터 반송되어 온 기판(P)을 노광 장치(EX)를 향해서 소정의 속도로 반송 방향(+X방향)으로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 건조 처리를 행하는 건조 장치이다. 처리 장치(PR2)는, 열풍 또는 드라이 에어 등의 건조용 에어(온풍)를 기판(P)의 표면에 내뿜는 블로어, 적외선 광원, 세라믹 히터 등에 의해서 감광성 기능액에 포함되는 용제 또는 물을 제거하여, 감광성 기능액을 건조시킨다. 이것에 의해, 기판(P)의 표면에 감광성 기능층(광 감응층)이 되는 막이 선택적으로 또는 균일하게 형성된다. 또한 드라이 필름을 기판(P)의 표면에 접합함으로써, 기판(P)의 표면에 감광성 기능층을 형성해도 된다. 이 경우는, 처리 장치(PR1) 및 처리 장치(PR2)에 대신하여, 드라이 필름을 기판(P)에 접합하는 접합 장치(처리 장치)를 마련하면 좋다.
여기서, 이 감광성 기능액(층)의 전형적인 것은 포토레지스트(액(液) 모양 또는 드라이 필름 모양)이지만, 현상 처리가 불필요한 재료로서 자외선의 조사를 받은 부분의 친발액성이 개질되는 감광성 실란 커플링제(SAM), 혹은 자외선의 조사를 받은 부분에 도금 환원기가 드러나는 감광성 환원제 등이 있다. 감광성 기능액(층)으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우는, 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분이 발액성으로부터 친액성에 개질된다. 그 때문에, 친액성이 된 부분 위에 도전성 잉크(은이나 동 등의 도전성 나노 입자를 함유하는 잉크) 또는 반도체 재료를 함유한 액체 등을 선택 도포함으로써, 박막 트랜지스터(TFT) 등을 구성하는 전극, 반도체, 절연, 혹은 접속용의 배선이 되는 패턴층을 형성할 수 있다. 감광성 기능액(층)으로서 감광성 환원제를 이용하는 경우는, 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분에 도금 환원기가 드러난다. 그 때문에, 노광 후, 기판(P)을 즉시 팔라듐 이온 등을 포함하는 도금액 중에 일정 시간 침지함으로써, 팔라듐에 의한 패턴층이 형성(석출)된다. 이러한 도금 처리는 애더티브(additive)인 프로세스이지만, 그 외, 서브트랙티브(subtractive)인 프로세스로서의 에칭 처리를 전제로 해도 된다. 그 경우에는, 노광 장치(EX)로 공급되는 기판(P)은, 모재를 PET나 PEN로 하고, 그 표면에 알루미늄(Al)이나 동(Cu) 등의 금속성 박막을 전면에 또는 선택적으로 증착하며, 그 위에 포토레지스트층을 더 적층한 것으로 해도 된다. 본 제1 실시 형태에서는, 감광성 기능액(층)으로서 감광성 환원제가 이용된다.
노광 장치(EX)는, 처리 장치(PR2)로부터 반송되어 온 기판(P)을 처리 장치(PR3)를 향해서 소정의 속도로 반송 방향(+X방향)으로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 노광 처리를 행하는 처리 장치이다. 노광 장치(EX)는, 기판(P)의 표면(감광성 기능층의 표면, 즉, 감광면)에, 전자 디바이스용의 패턴(예를 들면, 전자 디바이스를 구성하는 TFT의 전극이나 배선 등의 패턴)에 따른 광 패턴을 조사한다. 이것에 의해, 감광성 기능층에 상기 패턴에 대응한 잠상(潛像)(개질부)이 형성된다.
본 제1 실시 형태에 있어서는, 노광 장치(EX)는, 마스크를 이용하지 않는 직묘 방식의 노광 장치, 이른바 래스터 스캔 방식의 노광 장치(패턴 묘화 장치)이다. 후에 상세하게 설명하지만, 노광 장치(EX)는, 기판(P)을 +X방향(부주사 방향)으로 반송하면서, 노광용의 펄스 모양의 빔(LB)(펄스 빔)의 스폿 광(SP)을, 기판(P)의 피조사면(감광면) 상에서 소정의 주사 방향(Y방향)으로 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 상에서 상대적으로 2차원 주사되어, 기판(P)에 소정의 패턴이 묘화 노광된다. 또한, 기판(P)은, 반송 방향(+X방향)을 따라서 반송되고 있으므로, 노광 장치(EX)에 의해서 패턴이 노광되는 피노광 영역(W)은, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 복수 마련되는 것이 된다(도 4 참조). 이 피노광 영역(W)에 전자 디바이스가 형성되므로, 피노광 영역(W)은, 디바이스 형성 영역이기도 하다. 또한 전자 디바이스는, 복수의 패턴층(패턴이 형성된 층)이 겹쳐짐으로써 구성되므로, 노광 장치(EX)에 의해서 각 층에 대응한 패턴이 노광되도록 해도 된다.
처리 장치(PR3)는, 노광 장치(EX)로부터 반송되어 온 기판(P)을 처리 장치(PR4)를 향해서 소정의 속도로 반송 방향(+X방향)으로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 습식 처리를 행하는 습식 처리 장치이다. 본 제1 실시 형태에서는, 처리 장치(PR3)는, 기판(P)에 대해서 습식 처리의 일종인 도금 처리를 행한다. 즉, 기판(P)을 처리조에 저장된 도금액에 소정 시간 침지한다. 이것에 의해, 감광성 기능층의 표면에 잠상에 따른 패턴층이 석출(형성)된다. 즉, 기판(P)의 감광성 기능층상의 스폿 광(SP)의 조사 부분과 비조사 부분의 차이에 따라, 기판(P) 상에 소정의 재료(예를 들면, 팔라듐)가 선택적으로 형성되고, 이것이 패턴층이 된다.
또한, 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우는, 습식 처리의 일종인 액체(예를 들면, 도전성 잉크 등을 함유한 액체)의 도포 처리 또는 도금 처리가 처리 장치(PR3)에 의해서 행해진다. 이 경우에도, 감광성 기능층의 표면에 잠상에 따른 패턴층이 형성된다. 즉, 기판(P)의 감광성 기능층의 스폿 광(SP)의 조사 부분과 피조사 부분의 차이에 따라, 기판(P) 상에 소정의 재료(예를 들면, 도전성 잉크 또는 팔라듐 등)가 선택적으로 형성되고, 이것이 패턴층이 된다. 또한, 감광성 기능층으로서 포토레지스트를 채용하는 경우는, 처리 장치(PR3)에 의해서, 습식 처리의 일종인 현상 처리를 행하여진다. 이 경우는, 이 현상 처리에 의해서, 잠상에 따른 패턴이 감광성 기능층(포토레지스트)에 형성된다.
처리 장치(PR4)는, 처리 장치(PR3)로부터 반송되어 온 기판(P)을 회수 롤(FR2)을 향해서 소정의 속도로 반송 방향(+X방향)으로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 세정·건조 처리를 행하는 세정·건조 장치이다. 처리 장치(PR4)는, 습식 처리가 실시된 기판(P)에 대해서 순수(純水)에 의한 세정을 행하고, 그 후 유리 전이 온도 이하에서, 기판(P)의 수분 함유율이 소정값 이하가 될 때까지 건조시킨다.
또한, 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용했을 경우는, 처리 장치(PR4)는, 기판(P)에 대해서 아닐 처리와 건조 처리를 행하는 아닐·건조 장치라도 된다. 아닐 처리는, 도포된 도전성 잉크에 함유되는 나노 입자끼리의 전기적인 결합을 강고하게 하기 위해서, 예를 들면, 스트로보(strobo) 램프로부터의 고휘도의 펄스 광을 기판(P)에 조사한다. 감광성 기능층으로서 포토레지스트를 채용했을 경우는, 처리 장치(PR4)와 회수 롤(FR2)의 사이에, 에칭 처리를 행하는 처리 장치(습식 처리 장치)(PR5)와, 에칭 처리가 실시된 기판(P)에 대해서 세정·건조 처리를 행하는 처리 장치(세정·건조 장치)(PR6)를 마련해도 된다. 이것에 의해, 감광성 기능층으로서 포토레지스트를 채용했을 경우는, 에칭 처리가 실시됨으로써, 기판(P)에 패턴층이 형성된다. 즉, 기판(P)의 감광성 기능층의 스폿 광(SP)의 조사 부분과 피조사 부분의 차이에 따라, 기판(P) 상에 소정의 재료(예를 들면, 알루미늄(Al) 또는 동(Cu) 등)이 선택적으로 형성되며, 이것이 패턴층이 된다. 처리 장치(PR5, PR6)는, 보내져 온 기판(P)을 회수 롤(FR2)을 향해서 소정의 속도로 기판(P)을 반송 방향(+X방향)으로 반송하는 기능을 가진다. 복수의 처리 장치(PR1~PR4)(필요에 따라서 처리 장치(PR5, PR6)도 포함함)가, 기판(P)을 +X방향으로 반송하는 기능은 기판 반송 장치로서 구성된다.
이와 같이 하여, 각 처리가 실시된 기판(P)은 회수 롤(FR2)에 의해서 회수된다. 디바이스 제조 시스템(10)의 적어도 각 처리를 거쳐, 1개의 패턴층이 기판(P) 상에 형성된다. 앞서 설명한 것과 같이, 전자 디바이스는, 복수의 패턴층이 겹쳐지는 것에 의해 구성되므로, 전자 디바이스를 생성하기 위해서, 도 1에 나타내는 것과 같은 디바이스 제조 시스템(10)의 각 처리를 적어도 2회는 거쳐야 한다. 그 때문에, 기판(P)이 권취된 회수 롤(FR2)을 공급 롤(FR1)로서 다른 디바이스 제조 시스템(10)에 장착함으로써, 패턴층을 적층할 수 있다. 그러한 동작을 반복하여, 전자 디바이스가 형성된다. 처리 후의 기판(P)은, 복수의 전자 디바이스가 소정의 간격을 두고 기판(P)의 장척 방향을 따라서 늘어선 상태가 된다. 즉, 기판(P)은, 다면취(多面取)용의 기판으로 되어 있다.
전자 디바이스가 늘어선 상태로 형성된 기판(P)을 회수한 회수 롤(FR2)은, 도시하지 않은 다이싱 장치에 장착되어도 된다. 회수 롤(FR2)이 장착된 다이싱 장치는, 처리 후의 기판(P)을 전자 디바이스(디바이스 형성 영역인 피노광 영역(W))마다로 분할(다이싱)함으로써, 복수의 매엽이 된 전자 디바이스로 한다. 기판(P)의 치수는, 예를 들면, 폭 방향(단척이 되는 방향)의 치수가 10cm~2m 정도이며, 길이 방향(장척이 되는 방향)의 치수가 10m 이상이다. 또한 기판(P)의 치수는, 상기한 치수로 한정되지 않는다.
도 2는, 노광 장치(EX)의 구성을 나타내는 구성도이다. 노광 장치(EX)는, 온조(溫調) 챔버(ECV) 내에 격납되어 있다. 이 온조 챔버(ECV)는, 내부를 소정의 온도, 소정의 습도로 유지함으로써, 내부에 있어서 반송되는 기판(P)의 온도에 의한 형상 변화를 억제함과 아울러, 기판(P)의 흡습성이나 반송에 수반하여 발생하는 정전기의 대전 등을 고려한 습도로 설정된다. 온조 챔버(ECV)는, 패시브 또는 액티브한 방진 유닛(SU1, SU2)을 통해서 제조 공장의 설치면(E)에 배치된다. 방진 유닛(SU1, SU2)은, 설치면(E)으로부터의 진동을 저감한다. 이 설치면(E)은, 공장의 바닥면 자체라도 되고, 수평면을 내기 위해서 바닥면 상에 전용으로 설치되는 설치 토대(페데스탈) 상의 면이라도 된다. 노광 장치(EX)는, 기판 반송 기구(12)와, 동일 구성의 2개의 광원 장치(광원)(LS(LSa, LSb))와, 빔 전환부(전기 광학 편향 장치를 포함함)(BDU)와, 노광 헤드(주사 장치)(14)와, 제어 장치(16)와, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m, AM2m)(또한, m=1, 2, 3, 4)와, 복수의 인코더(ENja, ENjb)(또한, j=1, 2, 3, 4)를 적어도 구비하고 있다. 제어 장치(제어부)(16)는, 노광 장치(EX)의 각 부를 제어하는 것이다. 이 제어 장치(16)는, 컴퓨터와 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 포함하며, 이 컴퓨터가 프로그램을 실행함으로써, 본 제1 실시 형태의 제어 장치(16)로서 기능한다.
기판 반송 기구(12)는, 디바이스 제조 시스템(10)의 상기 기판 반송 장치의 일부를 구성하는 것으로, 처리 장치(PR2)로부터 반송되는 기판(P)을, 노광 장치(EX) 내에서 소정의 속도로 반송한 후, 처리 장치(PR3)에 소정의 속도로 송출한다. 이 기판 반송 기구(12)에 의해서, 노광 장치(EX) 내에서 반송되는 기판(P)의 반송로가 규정된다. 기판 반송 기구(12)는, 기판(P)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, 처리 장치(PR2)로부터 반송되는 기판(P)의 폭 방향(Y방향으로 기판(P)의 단척 방향)에 있어서의 위치를 조정한다. 즉, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 소정의 텐션이 걸려진 상태로 반송되고 있는 기판(P)의 폭 방향의 단부(엣지)에 있어서의 위치가, 목표 위치에 대해서 ±십수㎛~수십㎛ 정도의 범위(허용 범위)에 들어가도록, 기판(P)을 폭 방향으로 이동시켜, 기판(P)의 폭 방향에 있어서의 위치를 조정한다. 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 소정의 텐션이 걸려진 상태로 기판(P)이 걸쳐진 롤러와, 기판(P)의 폭 방향의 단부(엣지)의 위치를 검출하는 도시하지 않은 엣지 센서(단부 검출부)를 가진다. 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 상기 엣지 센서가 검출한 검출 신호에 근거하여, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)의 상기 롤러를 Y방향으로 이동시켜, 기판(P)의 폭 방향에 있어서의 위치를 조정한다. 구동 롤러(니프 롤러)(R1)는, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)로부터 반송되는 기판(P)의 표리 양면을 유지하면서 회전하고, 기판(P)을 회전 드럼(DR)으로 향하여 반송한다. 또한 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는, 회전 드럼(DR)에 감기는 기판(P)의 장척 방향이, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)에 대해서 항상 직교하도록, 기판(P)의 폭 방향에 있어서의 위치를 적절하게 조정함과 아울러, 기판(P)의 진행 방향에 있어서의 기울기 오차를 보정하도록, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)의 상기 롤러의 회전축과 Y축과의 평행도를 적절하게 조정해도 된다.
회전 드럼(DR)은, Y방향으로 연장됨과 아울러 중력이 작용하는 방향과 교차한 방향으로 연장된 중심축(AXo)과, 중심축(AXo)로부터 일정 반경의 원통 모양의 외주면을 가진다. 회전 드럼(DR)은, 이 외주면(원주면)에 따라 기판(P)의 일부를 장척 방향으로 원통면 모양으로 만곡시켜 지지(유지)하면서, 중심축(AXo)을 중심으로 회전하여 기판(P)을 +X방향으로 반송한다. 회전 드럼(DR)은, 노광 헤드(14)로부터의 빔(LB)(스폿 광(SP))이 투사되는 기판(P) 상의 영역(부분)을 그 외주면에 의해서 지지한다. 회전 드럼(DR)은, 전자 디바이스가 형성되는 면(감광면이 형성된 측의 면)과는 반대측의 면(이면)측으로부터 기판(P)을 지지(밀착 유지)한다. 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양측에는, 회전 드럼(DR)이 중심축(AXo)의 둘레를 회전하도록 환상(環狀)의 베어링에 의해 지지된 샤프트(Sft)가 마련되어 있다. 이 샤프트(Sft)는, 제어 장치(16)에 의해서 제어되는 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등)으로부터의 회전 토크가 주어짐으로써 중심축(AXo) 둘레로 일정한 회전 속도로 회전한다. 또한 편의적으로, 중심축(AXo)을 포함하고, YZ평면과 평행한 평면을 '중심면(Poc)'이라고 부른다.
구동 롤러(니프 롤러)(R2, R3)는, 기판(P)의 반송 방향(+X방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 배치되어 있으며, 노광 후의 기판(P)에 소정의 처짐(여유)을 주고 있다. 구동 롤러(R2, R3)는, 구동 롤러(R1)와 마찬가지로, 기판(P)의 표리 양면을 유지하면서 회전하고, 기판(P)을 처리 장치(PR3)를 향하여 반송한다. 텐션 조정 롤러(RT1, RT2)는, -Z방향으로 가압되고 있으며, 회전 드럼(DR)에 감겨져 지지되어 있는 기판(P)에 장척 방향으로 소정의 텐션을 주고 있다. 이것에 의해, 회전 드럼(DR)에 걸리는 기판(P)에 부여되는 장척 방향의 텐션을 소정의 범위 내로 안정화 시키고 있다. 제어 장치(16)는, 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속기 등)을 제어함으로써, 구동 롤러(R1~R3)를 회전시킨다. 또한 구동 롤러(R1~R3)의 회전축 및 텐션 조정 롤러(RT1, RT2)의 회전축은, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)과 평행하다.
광원 장치(LS(LSa, LSb))는, 펄스 모양의 빔(펄스 빔, 펄스 광, 레이저)(LB)을 발생하여 사출한다. 이 빔(LB)은, 370㎚(SBb) 이하의 파장 대역에 피크 파장을 가지는 자외선 광으로, 빔(LB)의 발광 주파수(발진 주파수, 소정 주파수)를 Fa로 한다. 광원 장치(LS(LSa, LSb))가 사출한 빔(LB)은, 빔 전환부(BDU)를 거쳐 노광 헤드(14)에 입사한다. 광원 장치(LS(LSa, LSb))는, 제어 장치(16)의 제어에 따라서, 발광 주파수 Fa로 빔(LB)을 발광하여 사출한다. 이 광원 장치(LS(LSa, LSb))의 구성은, 후에 상세하게 설명하지만, 제1 실시 형태에서는, 적외 파장역의 펄스 광을 발생하는 반도체 레이저 소자, 파이버 증폭기, 증폭된 적외 파장역의 펄스 광을 자외 파장역의 펄스 광으로 변환하는 파장 변환 소자(고조파 발생 소자) 등으로 구성되고, 발진 주파수 Fa가 수백 MHz이며, 1펄스 광의 발광 시간이 피코초 정도의 고휘도인 자외선의 펄스 광이 얻어지는 파이버 앰프 레이저 광원(고조파 레이저 광원)을 이용하는 것으로 한다. 또한 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LB)과, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LB)을 구별하기 위해서, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LB)을 LBa, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LB)을 LBb로 나타내는 경우가 있다.
빔 전환부(BDU)는, 노광 헤드(14)를 구성하는 복수의 주사 유닛(Un)(또한, n=1, 2,…, 6) 중 2개의 주사 유닛(Un)에, 2의 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB(LBa, LBb))을 입사시킴과 아울러, 빔(LB(LBa, LBb))이 입사하는 주사 유닛(Un)을 전환한다. 상세하게는, 빔 전환부(BDU)는, 3개의 주사 유닛(U1~U3) 중 1개의 주사 유닛(Un)에 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)을 입사시키고, 3개의 주사 유닛(U4~U6) 중 1개의 주사 유닛(Un)에, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)을 입사시킨다. 또한, 빔 전환부(BDU)는, 빔(LBa)이 입사하는 주사 유닛(Un)을 주사 유닛(U1~U3) 중에서 전환하고, 빔(LBb)이 입사하는 주사 유닛(Un)을 주사 유닛(U4~U6) 중에서 전환한다.
빔 전환부(BDU)는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(묘화 유닛)(Un)에 빔(LBn)이 입사하도록, 빔(LBa, LBb)이 입사하는 주사 유닛(Un)을 전환한다. 즉, 빔 전환부(BDU)는, 주사 유닛(U1~U3) 중, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 1개의 주사 유닛(Un)에, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)을 입사시킨다. 마찬가지로 빔 전환부(BDU)는, 주사 유닛(U4~U6) 중, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 1개의 주사 유닛(Un)에, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)을 입사시킨다. 이 빔 전환부(BDU)에 대해서는 후에 상세하게 설명한다. 또한, 주사 유닛(U1~U3)에 관해서는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)이, U1→U2→U3의 차례로 전환되고, 주사 유닛(U4~U6)에 관해서는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)이, U4→U5→U6의 차례로 전환되는 것으로 한다. 또한, 이상의 빔 전환부(BDU)나 광원 장치(LS(LSa, LSb))의 구성은, 예를 들면 국제 공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있는데, 후에 도 6, 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
노광 헤드(14)는, 동일 구성의 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))을 배열한, 이른바 멀티 빔형의 노광 헤드로 되어 있다. 노광 헤드(14)는, 회전 드럼(DR)의 외주면(원주면)에 의해 지지되고 있는 기판(P)의 일부분에, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서 패턴을 묘화한다. 노광 헤드(14)는, 기판(P)에 대해서 전자 디바이스용의 패턴 노광을 반복하여 행하기 때문에, 패턴이 노광되는 피노광 영역(전자 디바이스 형성 영역)(W)은, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 복수 마련되어 있다(도 4 참조). 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 소정의 배치 관계로 배치되어 있다. 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 중심면(Poc)을 사이에 두고 기판(P)의 반송 방향으로 2열로 지그재그 배열로 배치된다. 홀수번의 주사 유닛(U1, U3, U5)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에서, 또한, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 짝수번의 주사 유닛(U2, U4, U6)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)에서, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 홀수번의 주사 유닛(U1, U3, U5)과 짝수번의 주사 유닛(U2, U4, U6)은, XZ면 내에서 보면 중심면(Poc)에 대해서 대칭으로 마련되어 있다.
각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB)을 기판(P)의 피조사면 상에서 스폿 광(SP)으로 수렴하도록 투사하면서, 그 스폿 광(SP)을, 회전하는 폴리곤 미러(PM)(도 5 참조)에 의해서 1차원으로 주사한다. 이 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(편향 부재)(PM)에 의해서, 기판(P)의 피조사면 상에서 스폿 광(SP)이 1차원으로 주사된다. 이 스폿 광(SP)의 주사에 의해서, 기판(P) 상(기판(P)의 피조사면 상)에, 1라인분의 패턴이 묘화되는 직선적인 묘화 라인(주사선)(SLn)(또한, n=1, 2,…, 6)이 규정된다. 이 주사 유닛(Un)의 구성에 대해서는, 후에 자세하게 설명한다.
주사 유닛(U1)은, 스폿 광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사하고, 마찬가지로 주사 유닛(U2~U6)은, 스폿 광(SP)을 묘화 라인(SL2~SL6)을 따라서 주사한다. 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 도 3, 도 4에 나타내는 것과 같이, Y방향(기판(P)의 폭 방향, 주주사 방향)에 관해서 서로 분리되지 않고, 이어 맞춰지도록 설정되어 있다. 또한 빔 전환부(BDU)를 거쳐 주사 유닛(Un)에 입사하는 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB)을, LBn으로 나타내는 경우가 있다. 그리고, 주사 유닛(U1)에 입사하는 빔(LBn)을 LB1로 나타내고, 마찬가지로 주사 유닛(U2~U6)에 입사하는 빔(LBn)을 LB2~LB6로 나타내는 경우가 있다. 이 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서 주사되는 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿 광(SP)의 주사 궤적을 나타내는 것이다. 주사 유닛(Un)에 입사하는 빔(LBn)은, 소정의 방향으로 편광된 직선 편광(P편광 또는 S편광)의 빔이라도 되고, 본 제1 실시 형태에서는, P편광의 빔으로 한다.
도 4에 나타내는 것과 같이, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은 모두에 의해 피노광 영역(W)의 폭 방향의 모두를 커버하도록, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 주사 영역을 분담하고 있다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 기판(P)의 폭 방향으로 분할된 복수의 영역(묘화 범위)마다 패턴을 묘화할 수 있다. 예를 들면, 1개의 주사 유닛(Un)에 의한 Y방향의 주사 길이(묘화 라인(SLn)의 길이)를 20~60㎜ 정도로 하면, 홀수번의 주사 유닛(U1, U3, U5)의 3개와, 짝수번의 주사 유닛(U2, U4, U6)의 3개의 합계 6개의 주사 유닛(Un)을 Y방향으로 배치하는 것에 의해서, 묘화 가능한 Y방향의 폭을 120~360㎜ 정도까지 넓히고 있다. 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 길이(묘화 범위의 길이)는, 원칙적으로 동일하게 한다. 즉, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각을 따라서 주사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 주사 거리는, 원칙적으로 동일하게 한다. 또한 피노광 영역(W)의 폭을 넓게 하고 싶은 경우는, 묘화 라인(SLn) 자체의 길이를 길게 하거나, Y방향으로 배치하는 주사 유닛(Un)의 수를 늘리는 것으로 대응할 수 있다.
또한 실제의 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 스폿 광(SP)이 피조사면 상을 실제로 주사할 수 있는 최대의 길이(최대 주사 길이)보다도 약간의 짧게 설정된다. 예를 들면, 주주사 방향(Y방향)의 묘화 배율이 초기값(배율 보정 없음)의 경우에 패턴 묘화 가능한 묘화 라인(SLn)의 주사 길이를 30㎜로 하면, 스폿 광(SP)의 피조사면 상에서의 최대 주사 길이는, 묘화 라인(SLn)의 묘화 개시점(주사 개시점)측과 묘화 종료점(주사 종료점)측 각각에 0.5㎜ 정도의 여유를 갖게 하여, 31㎜ 정도로 설정되어 있다. 이와 같이 설정하는 것에 의해서, 스폿 광(SP)의 최대 주사 길이 31㎜의 범위 내에서, 30㎜의 묘화 라인(SLn)의 위치를 주주사 방향으로 미세 조정하거나 묘화 배율을 미세 조정하거나 하는 것이 가능하게 된다. 스폿 광(SP)의 최대 주사 길이는 31㎜로 한정되는 것은 아니고, 주로 주사 유닛(Un) 내의 폴리곤 미러(회전 폴리곤 미러)(PM)의 뒤에 마련되는 fθ 렌즈(FT)(도 5 참조)의 구경에 의해서 정해진다.
복수의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 중심면(Poc)을 사이에 두고, 회전 드럼(DR)의 둘레 방향으로 2열로 지그재그 배열로 배치된다. 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)의 기판(P)의 피조사면 상에 위치한다. 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)은, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)의 기판(P)의 피조사면 상에 위치한다. 묘화 라인(SL1~SL6)은, 기판(P)의 폭 방향, 즉, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)과 대략 병행하게 되어 있다.
묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 기판(P)의 폭 방향(주주사 방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 직선 상에 1열로 배치되어 있다. 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)도 마찬가지로 기판(P)의 폭 방향(주주사 방향)을 따라서 소정의 간격을 두고 직선 상에 1열로 배치되어 있다. 이 때, 묘화 라인(SL2)은, 기판(P)의 폭 방향에 관해서, 묘화 라인(SL1)과 묘화 라인(SL3)과의 사이에 배치된다. 마찬가지로 묘화 라인(SL3)은, 기판(P)의 폭 방향에 관해서, 묘화 라인(SL2)과 묘화 라인(SL4)과의 사이에 배치되어 있다. 묘화 라인(SL4)은, 기판(P)의 폭 방향에 관해서, 묘화 라인(SL3)과 묘화 라인(SL5)과의 사이에 배치되며, 묘화 라인(SL5)은, 기판(P)의 폭 방향에 관해서, 묘화 라인(SL4)과 묘화 라인(SL6)과의 사이에 배치되어 있다. 이와 같이, 복수의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, Y방향(주주사 방향)에 관해서, 서로 어긋나도록 배치되어 있다.
홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 각각을 따라서 주사되는 빔(LB1, LB3, LB5)의 스폿 광(SP)의 주주사 방향은, 1차원의 방향으로 되어 있고, 동일한 방향으로 되어 있다. 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 각각을 따라서 주사되는 빔(LB2, LB4, LB6)의 스폿 광(SP)의 주주사 방향은, 1차원 방향으로 되어 있고, 동일한 방향으로 되어 있다. 이 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을 따라서 주사되는 빔(LB1, LB3, LB5)의 스폿 광(SP)의 주주사 방향과, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을 따라서 주사되는 빔(LB2, LB4, LB6)의 스폿 광(SP)의 주주사 방향과는 서로 역방향이라도 된다. 본 제1 실시 형태에서는, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을 따라서 주사되는 빔(LB1, LB3, LB5)의 스폿 광(SP)의 주주사 방향은 -Y방향이다. 또한, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을 따라서 주사되는 빔(LB2, LB4, LB6)의 스폿 광(SP)의 주주사 방향은 +Y방향이다. 이것에 의해, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 묘화 개시점측의 단부와, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 묘화 개시점측의 단부는 Y방향에 관해서 인접 또는 일부 중복한다. 또한, 묘화 라인(SL3, SL5)의 묘화 종료점측의 단부와, 묘화 라인(SL2, SL4)의 묘화 종료점측의 단부는 Y방향에 관해서 인접 또는 일부 중복한다. Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 일부 중복시키도록, 각 묘화 라인(SLn)을 배치하는 경우에는, 예를 들면, 각 묘화 라인(SLn)의 길이에 대해서, 묘화 개시점, 또는 묘화 종료점을 포함하여 Y방향으로 수% 이하의 범위에서 중복시키면 된다. 또한 묘화 라인(SLn)을 Y방향으로 이어 맞춘다는 것은, 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 Y방향에 관해서 인접(밀접) 또는 일부 중복시키는 것을 의미한다.
또한, 묘화 라인(SLn)의 부주사 방향의 폭(X방향의 치수)은, 스폿 광(SP)의 사이즈(직경) φ에 따른 굵기이다. 예를 들면, 스폿 광(SP)의 사이즈(치수) φ가 3㎛인 경우는, 묘화 라인(SLn)의 폭도 3㎛가 된다. 스폿 광(SP)은, 소정의 길이(예를 들면, 스폿 광(SP)의 사이즈 φ의 1/2로 함)만큼 오버랩되도록, 묘화 라인(SLn)을 따라서 투사되어도 된다. 또한, Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SLn)(예를 들면, 묘화 라인(SL1)과 묘화 라인(SL2))끼리를 서로 잇는 경우에도, 소정의 길이(예를 들면, 스폿 광(SP)의 사이즈 φ의 1/2)만큼 오버랩시키는 것이 좋다.
본 제1 실시 형태의 경우, 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB(LBa, LBb))이 펄스 광이기 때문에, 주주사의 동안에 묘화 라인(SLn) 상에 투사되는 스폿 광(SP)은, 빔(LB(LBa, LBb))의 발진 주파수 Fa(예를 들면, 400MHz)에 따라 이산적으로 된다. 그 때문에, 빔(LB)의 1펄스 광에 의해서 투사되는 스폿 광(SP)과 다음의 1펄스 광에 의해서 투사되는 스폿 광(SP)을, 주주사 방향으로 오버랩시킬 필요가 있다. 그 오버랩량은, 스폿 광(SP)의 사이즈 φ, 스폿 광(SP)의 주사 속도(주주사의 속도) Vs, 및 빔(LB)의 발진 주파수 Fa에 의해서 설정된다. 스폿 광(SP)의 실효적인 사이즈 φ는, 스폿 광(SP)의 강도 분포가 가우스 분포로 근사되는 경우, 스폿 광(SP)의 피크 강도의 1/e2(또는 1/2)로 정해진다. 본 제1 실시 형태에서는, 실효적인 사이즈(치수) φ에 대해서, φ×1/2 정도 스폿 광(SP)이 오버랩되도록, 스폿 광(SP)의 주사 속도 Vs 및 발진 주파수 Fa가 설정된다. 따라서, 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 사이에, 기판(P)이 스폿 광(SP)의 실효적인 사이즈 φ의 대략 1/2의 거리만큼 이동하도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 기판(P) 상의 감광성 기능층으로의 노광량의 설정은, 빔(LB)(펄스 광)의 피크값의 조정으로 가능하지만, 빔(LB)의 강도를 올릴 수 없는 상황에서 노광량을 증대시키고 싶은 경우는, 스폿 광(SP)의 주주사 방향의 주사 속도 Vs의 저하, 빔(LB)의 발진 주파수 Fa의 증대, 혹은 기판(P)의 부주사 방향의 반송 속도 Vt의 저하 등의 어느 하나에 의해서, 스폿 광(SP)의 주주사 방향 또는 부주사 방향에 관한 오버랩량을 증가시키면 된다. 스폿 광(SP)의 주주사 방향의 주사 속도 Vs는, 폴리곤 미러(PM)의 회전수(회전 속도 Vp)에 비례하여 빨라진다.
각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 적어도 XZ평면에 있어서, 각 빔(LBn)이 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 향해 진행하도록, 각 빔(LBn)을 기판(P)을 향해서 조사한다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))로부터 기판(P)을 향해 진행하는 빔(LBn)의 광로(빔 중심축)는, XZ평면에 있어서, 기판(P)의 피조사면의 법선과 평행하게 된다. 또한, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 조사하는 빔(LBn)이, YZ평면과 평행한 면 내에서는 기판(P)의 피조사면에 대해서 수직이 되도록, 빔(LBn)을 기판(P)을 향해서 조사한다. 즉, 피조사면에서의 스폿 광(SP)의 주주사 방향에 관해서, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))은 텔레센트릭한 상태로 주사된다. 여기서, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서 규정되는 소정의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 각 중점을 통과하여 기판(P)의 피조사면과 수직인 선(또는 '광축'이라고도 부름)을, '조사 중심축(Len(Le1~Le6))'이라고 부른다.
이 각 조사 중심축(Len(Le1~Le6))은, XZ평면에 있어서, 묘화 라인(SL1~SL6)과 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 홀수번의 주사 유닛(U1, U3, U5) 각각의 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)은, XZ평면에 있어서 동일한 방향으로 되어 있고, 짝수번의 주사 유닛(U2, U4, U6) 각각의 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)은, XZ평면에 있어서 동일한 방향으로 되어 있다. 또한, 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)과 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)은, XZ평면에 있어서, 중심면(Poc)에 대해서 각도가 ±θ1이 되도록 설정되어 있다(도 2 참조).
도 2에 나타낸 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14), AM2m(AM21~AM24))은, 도 4에 나타내는 기판(P)에 형성된 복수의 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))를 검출하기 위한 것으로, Y방향을 따라서 복수(본 제1 실시 형태에서는 4개) 마련되어 있다. 복수의 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))는, 기판(P)의 피조사면 상의 피노광 영역(W)에 묘화되는 소정의 패턴과, 기판(P)을 상대적으로 위치 맞춤하기(얼라이먼트하기) 위한 기준 마크이다. 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14), AM2m(AM21~AM24))은, 회전 드럼(DR)의 외주면(원주면)에 의해 지지되어 있는 기판(P) 상에서, 복수의 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))를 검출한다. 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))은, 노광 헤드(14)로부터의 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿 광(SP)에 의한 기판(P) 상의 피조사 영역(묘화 라인(SL1~SL6)으로 둘러싸인 영역)보다도 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에 마련되어 있다. 또한, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))은, 노광 헤드(14)로부터 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿 광(SP)에 의한 기판(P) 상의 피조사 영역(묘화 라인(SL1~SL6)으로 둘러싸인 영역)보다도 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)에 마련되어 있다.
얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14), AM2m(AM21~AM24))은, 얼라이먼트용의 조명광을 기판(P)에 투사하는 광원과, 기판(P)의 표면의 얼라이먼트 마크(MKm)를 포함하는 국소 영역(관찰 영역)(Vw1m(Vw11~Vw14), Vw2m(Vw21~Vw24))의 확대상을 얻는 관찰 광학계(대물 렌즈를 포함함)와, 그 확대상을 기판(P)이 반송 방향으로 이동하고 있는 동안에, 기판(P)의 반송 속도 Vt에 따른 고속 셔터로 촬상하는 CCD, CMOS 등의 촬상 소자를 가진다. 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14), AM2m(AM21~AM24)) 각각이 촬상한 촬상 신호(화상 데이터)는 제어 장치(16)로 보내진다. 제어 장치(16)의 마크 위치 검출부(106)(도 9 참조)는, 이 보내져 온 복수의 촬상 신호의 화상 해석을 행함으로써, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치(마크 위치 정보)를 검출한다. 또한 얼라이먼트용의 조명광은, 기판(P) 상의 감광성 기능층에 대해서 거의 감도를 가지지 않는 파장역의 광, 예를 들면, 파장 500~800㎚(SBb) 정도의 광이다.
복수의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)는, 각 피노광 영역(W)의 주위에 마련되어 있다. 얼라이먼트 마크(MK1, MK4)는, 피노광 영역(W)의 기판(P)의 폭 방향의 양측에, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 일정한 간격(Dh)으로 복수 형성되어 있다. 얼라이먼트 마크(MK1)는, 기판(P)의 폭 방향의 -Y방향측에, 얼라이먼트 마크(MK4)는, 기판(P)의 폭 방향의 +Y방향측에 각각 형성되어 있다. 이러한 얼라이먼트 마크(MK1, MK4)는, 기판(P)이 큰 텐션을 받거나 열프로세스를 받거나 하여 변형되어 있지 않는 상태에서는, 기판(P)의 장척 방향(X방향)에 관해서 동일 위치가 되도록 배치된다. 또한, 얼라이먼트 마크(MK2, MK3)는, 얼라이먼트 마크(MK1)와 얼라이먼트 마크(MK4)의 사이로서, 피노광 영역(W)의 +X방향측과 -X방향측과의 여백부에 기판(P)의 폭 방향(단척 방향)을 따라서 형성되어 있다. 얼라이먼트 마크(MK2, MK3)는, 피노광 영역(W)과 피노광 영역(W)과의 사이에 형성되어 있다. 얼라이먼트 마크(MK2)는, 기판(P)의 폭 방향의 -Y방향측에, 얼라이먼트 마크(MK3)는, 기판(P)의 +Y방향측에 형성되어 있다.
또한, 기판(P)의 -Y방향측의 단부에 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(P)의 +Y방향측의 단부에 배열되는 얼라이먼트 마크(MK4)와 여백부의 얼라이먼트 마크(MK3)와의 Y방향의 간격은, 모두 동일한 거리로 설정되어 있다. 이들 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))는, 제1 층의 패턴층의 형성시에 함께 형성되어도 된다. 예를 들면, 제1 층의 패턴을 노광할 때에, 패턴이 노광되는 피노광 영역(W)의 주위에 얼라이먼트 마크용의 패턴도 함께 노광해도 된다. 또한 얼라이먼트 마크(MKm)는, 피노광 영역(W) 내에 형성되어도 된다. 예를 들면, 피노광 영역(W) 내로서, 피노광 영역(W)의 윤곽을 따라서 형성되어도 된다. 또한, 피노광 영역(W) 내에 형성되는 전자 디바이스의 패턴 중의 특정 위치의 패턴 부분, 혹은 특정 형상의 부분을 얼라이먼트 마크(MKm)로서 이용해도 된다.
얼라이먼트 현미경(AM11, AM21)은, 도 4에 나타내는 것과 같이, 대물 렌즈에 의한 관찰 영역(검출 영역)(Vw11, Vw21) 내에 존재하는 얼라이먼트 마크(MK1)를 촬상하도록 배치된다. 마찬가지로, 얼라이먼트 현미경(AM12~AM14, AM22~AM24)은, 대물 렌즈에 의한 관찰 영역(Vw12~Vw14, Vw22~Vw24) 내에 존재하는 얼라이먼트 마크(MK2~MK4)를 촬상하도록 배치된다. 따라서, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM11~AM14, AM21~AM24)은, 복수의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)의 위치에 대응하여, 기판(P)의 -Y방향측으로부터 AM11~AM14, AM21~AM24의 순서로 기판(P)의 폭 방향을 따라서 마련되어 있다. 또한 도 3에 있어서는, 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))의 관찰 영역(Vw2m(Vw21~Vw24))의 도시를 생략하고 있다.
복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))은, X방향에 관해서, 노광 위치(묘화 라인(SL1~SL6))와 관찰 영역(Vw1m(Vw11~Vw14))과의 거리가, 피노광 영역(W)의 X방향의 길이보다도 짧아지도록 마련되어 있다. 복수의 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))도 마찬가지로 X방향에 관해서, 노광 위치(묘화 라인(SL1~SL6))와 관찰 영역(Vw2m(Vw21~Vw24))과의 거리가, 피노광 영역(W)의 X방향의 길이보다도 짧아지도록 마련되어 있다. 또한 Y방향으로 마련되는 얼라이먼트 현미경(AM1m, AM2m)의 수는, 기판(P)의 폭 방향으로 형성되는 얼라이먼트 마크(MKm)의 수에 따라 변경 가능하다. 또한, 각 관찰 영역(Vw1m(Vw11~Vw14), Vw2m(Vw21~Vw24))의 기판(P)의 피조사면 상의 크기는, 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)의 크기나 얼라이먼트 정밀도(위치 계측 정밀도)에 따라 설정되지만, 100~500㎛각(角, 사각형의 한변의 길이) 정도의 크기이다.
도 3에 나타내는 것과 같이, 회전 드럼(DR)의 양단부에는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 둘레 방향의 전체에 걸쳐서 환상으로 형성된 눈금을 가지는 스케일부(SDa, SDb)가 마련되어 있다. 이 스케일부(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, 인크리멘탈형의 스케일로서 구성된다. 이 스케일부(SDa, SDb)는, 중심축(AXo)을 중심으로 회전 드럼(DR)과 일체로 회전한다. 스케일부(SDa, SDb)를 읽어내는 스케일 독취(讀取, 읽어냄) 헤드로서의 복수의 인코더(ENja, ENjb)(또한, j=1, 2, 3, 4)는, 이 스케일부(SDa, SDb)와 대향하도록 마련되어 있다(도 2, 도 3 참조). 또한 도 3에 있어서는, 인코더(EN4a, EN4b)의 도시를 생략하고 있다.
인코더(ENja, ENjb)는, 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치를 광학적으로 검출하는 것이다. 회전 드럼(DR)의 -Y방향측의 단부에 마련된 스케일부(SDa)에 대향하여, 4개의 인코더(ENja(EN1a, EN2a, EN3a, EN4a))가 마련되어 있다. 마찬가지로 회전 드럼(DR)의 +Y방향측의 단부에 마련된 스케일부(SDb)에 대향하여, 4개의 인코더(ENjb(EN1b, EN2b, EN3b, EN4b))가 마련되어 있다.
인코더(EN1a, EN1b)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에 마련되어 있고, 설치 방위선(Lx1) 상에 배치되어 있다(도 2, 도 3 참조). 설치 방위선(Lx1)은, XZ평면에 있어서, 인코더(EN1a, EN1b)의 계측용의 광 빔의 스케일부(SDa, SDb) 상으로의 투사 위치(독취 위치)와 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 또한, 설치 방위선(Lx1)은, XZ평면에 있어서, 각 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))의 관찰 영역(Vw1m(Vw11~Vw14))과 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 즉, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))도 설치 방위선(Lx1) 상에 배치되어 있다.
인코더(EN2a, EN2b)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)에 마련되어 있고, 또한, 인코더(EN1a, EN1b)보다 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)에 마련되어 있다. 인코더(EN2a, EN2b)는, 설치 방위선(Lx2) 상에 배치되어 있다(도 2, 도 3 참조). 설치 방위선(Lx2)은, XZ평면에 있어서, 인코더(EN2a, EN2b)의 계측용의 광 빔의 스케일부(SDa, SDb) 상으로의 투사 위치(독취 위치)와 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다.이 설치 방위선(Lx2)은, XZ평면에 있어서, 조사 중심축(Le1, Le3, Le5)과 동일한 각도 위치가 되어 겹쳐져 있다.
인코더(EN3a, EN3b)는, 중심면(Poc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)에 마련되어 있고, 설치 방위선(Lx3) 상에 배치되어 있다(도 2, 도 3 참조). 설치 방위선(Lx3)은, XZ평면에 있어서, 인코더(EN3a, EN3b)의 계측용의 광 빔의 스케일부(SDa, SDb) 상으로의 투사 위치(독취 위치)와 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 이 설치 방위선(Lx3)은, XZ평면에 있어서, 조사 중심축(Le2, Le4, Le6)과 동일 각도 위치가 되어 겹쳐져 있다. 따라서, 설치 방위선(Lx2)과 설치 방위선(Lx3)은, XZ평면에 있어서, 중심면(Poc)에 대해서 각도가 ±θ1이 되도록 설정되어 있다(도 2 참조).
인코더(EN4a, EN4b)는, 인코더(EN3a, EN3b)보다 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)에 마련되어 있고, 설치 방위선(Lx4) 상에 배치되어 있다(도 2 참조). 설치 방위선(Lx4)은, XZ평면에 있어서, 인코더(EN4a, EN4b)의 계측용의 광 빔의 스케일부(SDa, SDb) 상으로의 투사 위치(독취 위치)와 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 또한, 설치 방위선(Lx4)은, XZ평면에 있어서, 각 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))의 관찰 영역(Vw2m(Vw21~Vw24))과 중심축(AXo)을 잇는 선으로 되어 있다. 즉, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))도 설치 방위선(Lx4) 상에 배치되어 있다. 이 설치 방위선(Lx1)과 설치 방위선(Lx4)은, XZ평면에 있어서, 중심면(Poc)에 대해서 각도가 ±θ2가 되도록 설정되어 있다(도 2 참조).
각 인코더(ENja(EN1a~EN4a), ENjb(EN1b~EN4b))는, 스케일부(SDa, SDb)를 향해서 계측용의 광 빔을 투사하고, 그 반사 광속(회절광)을 광전 검출하는 것에 의해, 펄스 신호인 검출 신호를 제어 장치(16)에 출력한다. 제어 장치(16)의 회전 위치 검출부(108)(도 9 참조)는, 그 검출 신호(펄스 신호)를 카운트함으로써, 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치 및 각도 변화를 서브 미크론의 분해능으로 계측한다. 이 회전 드럼(DR)의 각도 변화로부터, 기판(P)의 반송 속도 Vt도 계측할 수 있다. 회전 위치 검출부(108)는, 각 인코더(ENja(EN1a~EN4a), ENjb(EN1b~EN4b))로부터의 검출 신호를 각각 개별적으로 카운트한다.
구체적으로는, 회전 위치 검출부(108)는, 복수의 카운터 회로(CNja(CN1a~CN4a), CNjb(CN1b~CN4b))를 가진다. 카운터 회로(CN1a)는, 인코더(EN1a)로부터의 검출 신호를 카운트하고, 카운터 회로(CN1b)는, 인코더(EN1b)로부터의 검출 신호를 카운트한다. 마찬가지로 하여, 카운터 회로(CN2a~CN4a, CN2b~CN4b)는, 인코더(EN2a~EN4a, EN2b~EN4b)로부터의 검출 신호를 카운트한다. 이 각 카운터 회로(CNja(CN1a~CN4a), CNjb(CN1b~CN4b))는, 각 인코더(ENja(EN1a~EN4a), ENjb(EN1b~EN4b))가 스케일부(SDa, SDb)의 둘레 방향의 일부에 형성된 도 3에 나타내는 원점 마크(원점 패턴)(ZZ)를 검출하면, 원점 마크(ZZ)를 검출한 인코더(ENja, ENjb)에 대응하는 카운트값을 0으로 리셋한다.
이 카운터 회로(CN1a, CN1b)의 카운트값 중 어느 일방 혹은 그 평균값은, 설치 방위선(Lx1) 상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치로서 이용되고, 카운터 회로(CN2a, CN2b)의 카운트값 중 어느 일방 혹은 평균값은, 설치 방위선(Lx2) 상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치로서 이용된다. 마찬가지로 카운터 회로(CN3a, CN3b)의 카운트값 중 어느 일방 혹은 평균값은, 설치 방위선(Lx3) 상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치로서 이용되고, 카운터 회로(CN4a, CN4b)의 카운트값 중 어느 일방 혹은 그 평균값은, 설치 방위선(Lx4) 상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치로서 이용된다. 또한 회전 드럼(DR)의 제조 오차 등에 의해서 회전 드럼(DR)이 중심축(AXo)에 대해서 편심하여 회전하고 있는 경우를 제외하고, 원칙적으로 카운터 회로(CN1a, CN1b)의 카운트값은 동일하게 된다. 마찬가지로 하여, 카운터 회로(CN2a, CN2b)의 카운트값도 동일하게 되며, 카운터 회로(CN3a, CN3b)의 카운트값, 카운터 회로(CN4a, CN4b)의 카운트값도 각각 동일하게 된다.
앞서 설명한 것과 같이, 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))과 인코더(EN1a, EN1b)는, 설치 방위선(Lx1) 상에 배치되며, 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))과 인코더(EN4a, EN4b)는, 설치 방위선(Lx4) 상에 배치되어 있다. 따라서, 복수의 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))이 촬상한 복수의 촬상 신호의 마크 위치 검출부(106)의 화상 해석에 의한 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치 검출과, 얼라이먼트 현미경(AM1m)이 촬상한 순간의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치의 정보(인코더(EN1a, EN1b)에 근거하는 카운트값)에 근거하여, 설치 방위선(Lx1) 상에 있어서의 기판(P)의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다. 마찬가지로 복수의 얼라이먼트 현미경(AM2m(AM21~AM24))이 촬상한 복수의 촬상 신호의 마크 위치 검출부(106)의 화상 해석에 의한 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치 검출과, 얼라이먼트 현미경(AM2m)이 촬상한 순간의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치의 정보(인코더(EN4a, EN4b)에 근거하는 카운트값)에 근거하여, 설치 방위선(Lx4) 상에 있어서의 기판(P)의 위치를 고정밀도로 계측할 수 있다.
또한, 인코더(EN1a, EN1b)로부터의 검출 신호의 카운트값과, 인코더(EN2a, EN2b)로부터의 검출 신호의 카운트값과, 인코더(EN3a, EN3b)로부터의 검출 신호의 카운트값과, 인코더(EN4a, EN4b)로부터의 검출 신호의 카운트값은, 각 인코더(ENja, ENjb)가 원점 마크(ZZ)를 검출한 순간에 제로로 리셋된다. 그 때문에, 인코더(EN1a, EN1b)에 근거하는 카운트값이 제1 값(예를 들면, 100)일 때의, 회전 드럼(DR)에 감겨져 있는 기판(P)의 설치 방위선(Lx1) 상에 있어서의 위치를 제1 위치로 했을 경우에, 기판(P) 상의 제1 위치가 설치 방위선(Lx2) 상의 위치(묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 위치)까지 반송되면, 인코더(EN2a, EN2b)에 근거하는 카운트값은 제1 값(예를 들면, 100)이 된다. 마찬가지로 기판(P) 상의 제1 위치가 설치 방위선(Lx3) 상의 위치(묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 위치)까지 반송되면, 인코더(EN3a, EN3b)에 근거하는 검출 신호의 카운트값은 제1 값(예를 들면, 100)이 된다. 마찬가지로 기판(P) 상의 제1 위치가 설치 방위선(Lx4) 상의 위치까지 반송되면, 인코더(EN4a, EN4b)에 근거하는 검출 신호의 카운트값은 제1 값(예를 들면, 100)이 된다.
그런데, 기판(P)은, 회전 드럼(DR)의 양단의 스케일부(SDa, SDb)보다 내측에 감겨져 있다. 도 2에서는, 스케일부(SDa, SDb)의 외주면의 중심축(AXo)으로부터의 반경을, 회전 드럼(DR)의 외주면의 중심축(AXo)으로부터의 반경보다 작게 설정했다. 그렇지만, 도 3에 나타내는 것과 같이, 스케일부(SDa, SDb)의 외주면을, 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(P)의 외주면과 동일면이 되도록 설정해도 된다. 즉, 스케일부(SDa, SDb)의 외주면의 중심축(AXo)으로부터의 반경(거리)과 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(P)의 외주면(피조사면)의 중심축(AXo)으로부터의 반경(거리)이 동일하게 되도록 설정해도 된다. 이것에 의해, 각 인코더(ENja(EN1a~EN4a), ENjb(EN1b~EN4b))는, 회전 드럼(DR)에 감긴 기판(P)의 피조사면과 동일한 지름 방향의 위치에서 스케일부(SDa, SDb)를 검출할 수 있다. 따라서, 인코더(ENja, ENjb)에 의한 계측 위치와 처리 위치(묘화 라인(SL1~SL6))가 회전 드럼(DR)의 지름 방향으로 다른 것에 의해 생기는 아베 오차를 작게 할 수 있다.
다만, 피조사체로서의 기판(P)의 두께는 십수㎛~수백㎛로 크게 다르기 때문에, 스케일부(SDa, SDb)의 외주면의 반경과, 회전 드럼(DR)에 감겨진 기판(P)의 외주면의 반경을 항상 동일하게 하는 것은 어렵다. 그 때문에, 도 3에 나타낸 스케일부(SDa, SDb)의 경우, 그 외주면(스케일면)의 반경은, 회전 드럼(DR)의 외주면의 반경과 일치하도록 설정된다. 또한, 스케일부(SDa, SDb)를 개별의 원반으로 구성하고, 그 원반(스케일 원반)을 회전 드럼(DR)의 샤프트(Sft)에 동축으로 장착하는 것도 가능하다. 그 경우도, 아베 오차가 허용값 내로 들어가는 정도로, 스케일 원반의 외주면(스케일면)의 반경과 회전 드럼(DR)의 외주면의 반경을 맞춰 두는 것이 좋다.
이상으로부터, 얼라이먼트 현미경(AM1m(AM11~AM14))에 의해서 검출된 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))의 기판(P) 상의 위치와, 인코더(EN1a, EN1b)에 근거하는 카운트값(카운터 회로(CN1a, CN1b)의 카운트값 중 어느 일방 혹은 평균값)에 근거하여, 제어 장치(16)에 의해서 기판(P)의 장척 방향(X방향)에 있어서의 피노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치가 결정된다. 또한 피노광 영역(W)의 X방향의 길이는 이미 기지(旣知)이므로, 제어 장치(16)는, 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))를 소정 개수 검출할 때마다, 묘화 노광의 개시 위치로서 결정한다. 그리고, 노광 개시 위치가 결정되었을 때의 인코더(EN1a, EN1b)에 근거하는 카운트값을 제1 값(예를 들면, 100)으로 했을 경우에는, 인코더(EN2a, EN2b)에 근거하는 카운트값이 제1 값(예를 들면, 100)이 되면, 기판(P)의 장척 방향에 있어서의 피노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 상에 위치한다. 따라서, 주사 유닛(U1, U3, U5)은, 인코더(EN2a, EN2b)의 카운트값에 근거하여, 스폿 광(SP)의 주사를 개시할 수 있다. 또한, 인코더(EN3a, EN3b)에 근거하는 카운트값이 제1 값(예를 들면, 100)이 되면, 기판(P)의 장척 방향에 있어서의 피노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 상에 위치한다. 따라서, 주사 유닛(U2, U4, U6)은, 인코더(EN3a, EN3b)의 카운트값에 근거하여, 스폿 광(SP)의 주사를 개시할 수 있다.
그런데, 도 2에 있어서, 통상은, 텐션 조정 롤러(RT1, RT2)가 기판(P)에 장척 방향으로 소정의 텐션을 줌으로써, 기판(P)은, 회전 드럼(DR)에 밀착하면서, 회전 드럼(DR)의 회전과 하나가 되어 반송된다. 그러나, 회전 드럼(DR)의 회전 속도 Vp가 빠르거나, 텐션 조정 롤러(RT1, RT2)가 기판(P)에 주는 텐션이 너무 낮아지거나, 너무 높아지거나 하는 등의 이유에 의해, 기판(P)의 회전 드럼(DR)에 대한 미끄러짐이 발생할 가능성이 있다. 기판(P)의 회전 드럼(DR)에 대한 미끄러짐이 발생하지 않는 상태일 때는, 인코더(EN4a, EN4b)에 근거하는 카운트값이, 얼라이먼트 마크(MKmA)(어느 특정의 얼라이먼트 마크(MKm))를 얼라이먼트 현미경(AM1m)이 촬상한 순간의 인코더(EN1a, EN1b)에 근거하는 카운트값(예를 들면, 150)과 동일한 값이 되었을 경우에는, 얼라이먼트 현미경(AM2m)에 의해서, 이 얼라이먼트 마크(MKmA)가 검출된다.
그렇지만, 기판(P)의 회전 드럼(DR)에 대한 미끄러짐이 발생하고 있는 경우에는, 인코더(EN4a, EN4b)에 근거하는 카운트값이, 얼라이먼트 마크(MKmA)를 얼라이먼트 현미경(AM1m)이 촬상한 순간의 인코더(EN1a, EN1b)에 근거하는 카운트값(예를 들면, 150)과 동일한 값이 되어도, 얼라이먼트 현미경(AM2m)에 의해서, 이 얼라이먼트 마크(MKmA)가 검출되지 않는다. 이 경우는, 인코더(EN4a, EN4b)에 근거하는 카운트값이, 예를 들면, 150을 지나고 나서, 얼라이먼트 현미경(AM2m)에 의해서, 얼라이먼트 마크(MKmA)가 검출되게 된다. 따라서, 얼라이먼트 마크(MKmA)를 얼라이먼트 현미경(AM1m)이 촬상한 순간의 인코더(EN1a, EN1b)에 근거하는 카운트값과, 얼라이먼트 마크(MKmA)를 얼라이먼트 현미경(AM2m)이 촬상한 순간의 인코더(EN4a, EN4b)의 카운트값에 근거하여, 기판(P)에 대한 미끄러짐량을 구할 수 있다. 이와 같이, 이 얼라이먼트 현미경(AM2m) 및 인코더(EN4a, EN4b)를 추가 설치함으로써, 기판(P)의 미끄러짐량을 측정할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 주사 유닛(Un(U1~U6))의 광학적인 구성에 대해 설명한다. 또한 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 동일한 구성을 가지기 때문에, 주사 유닛(묘화 유닛)(U1)에 대해서만 설명하고, 다른 주사 유닛(Un)에 대해서는 그 설명을 생략한다. 또한, 도 5에 있어서는, 조사 중심축(Len(Le1))과 평행한 방향을 Zt방향으로 하고, Zt방향과 직교하는 평면 상에 있어서, 기판(P)이 처리 장치(PR2)로부터 노광 장치(EX)를 거쳐 처리 장치(PR3)를 향하는 방향을 Xt방향으로 하고, Zt방향과 직교하는 평면 상에 있어서, Xt방향과 직교하는 방향을 Yt방향으로 한다. 즉, 도 5의 Xt, Yt, Zt의 3차원 좌표는, 도 2의 X, Y, Z의 3차원 좌표를, Y축을 중심으로 Z축 방향이 조사 중심축(Len(Le1))과 평행이 되도록 회전시킨 3차원 좌표이다.
도 5에 나타내는 것과 같이, 주사 유닛(U1) 내에는, 빔(LB1)의 입사 위치로부터 피조사면(기판(P))까지의 빔(LB1)의 진행 방향을 따라서, 반사 미러(M10), 빔 익스팬더(BE), 반사 미러(M11), 편광 빔 스플리터(BS1), 반사 미러(M12), 시프트 광학 부재(광 투과성의 평행 평판)(SR), 편향 조정 광학 부재(프리즘)(DP), 필드 애퍼처(FA), 반사 미러(M13), λ/4 파장판(QW), 실린드리컬 렌즈(CYa), 반사 미러(M14), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈(FT), 반사 미러(M15), 실린드리컬 렌즈(CYb)가 마련된다. 또한, 주사 유닛(U1) 내에는, 주사 유닛(U1)의 묘화 개시 가능 타이밍을 검출하는 원점 센서(원점 검출기)(OP1)와, 피조사면(기판(P))으로부터의 반사광을 편광 빔 스플리터(BS1)를 거쳐 검출하기 위한 광학 렌즈계(G10) 및 광 검출기(DT)가 마련된다.
주사 유닛(U1)에 입사하는 빔(LB1)은, -Zt방향을 향해서 진행하며, XtYt 평면에 대해서 45° 기울어진 반사 미러(M10)에 입사한다. 이 주사 유닛(U1)에 입사하는 빔(LB1)의 축선은, 조사 중심축(Le1)과 동축으로 되도록 반사 미러(M10)에 입사한다. 반사 미러(M10)는, 빔(LB1)을 주사 유닛(U1)에 입사시키는 입사 광학 부재로서 기능하고, 입사한 빔(LB1)을, Xt축과 평행하게 설정되는 광축(AXa)을 따라서, 반사 미러(M10)로부터 -Xt방향으로 떨어진 반사 미러(M11)를 향해서 -Xt방향으로 반사한다. 따라서, 광축(AXa)은 XtZt 평면과 평행한 면 내에서 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 배치되며, 입사한 빔(LB1)(광축(AXa))을 편광 빔 스플리터(BS1)를 향해서 -Yt방향으로 반사한다. 반사 미러(M11)에 대해서 -Yt방향으로 떨어져 설치되어 있는 편광 빔 스플리터(BS1)의 편광 분리면은, YtZt 평면에 대해서 45° 기울어져 배치되며, P편광의 빔을 반사하고, P편광과 직교하는 방향으로 편광된 직선 편광(S편광)의 빔을 투과하는 것이다. 주사 유닛(U1)에 입사하는 빔(LB1)은, P편광의 빔이므로, 편광 빔 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 배치되며, 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 시프트 광학 부재(SR), 편향 조정 광학 부재(DP), 및 필드 애퍼처(시야 조리개)(FA)를 통과하여, 반사 미러(M13)에 입사한다. 시프트 광학 부재(SR)는, 빔(LB1)의 진행 방향(광축(AXc))과 직교하는 평면(XtYt 평면) 내에 있어서, 빔(LB1)의 단면 내의 중심 위치를 2차원적으로 조정한다. 시프트 광학 부재(SR)는, 광축(AXc)을 따라서 배치되는 2매의 석영의 평행 평판(Sr1, Sr2)으로 구성되고, 평행 평판(Sr1)은, Xt축 둘레로 경사 가능하고, 평행 평판(Sr2)은, Yt축 둘레로 경사 가능하다. 이 평행 평판(Sr1, Sr2)이 각각, Xt축, Yt축 둘레로 경사짐으로써, 빔(LB1)의 진행 방향과 직교하는 XtYt 평면에 있어서, 빔(LB1)의 중심의 위치를 2차원으로 미소량 시프트한다. 이 평행 평판(Sr1, Sr2)은, 제어 장치(16)의 제어하에, 도시하지 않은 액츄에이터(구동부)에 의해서 구동된다. 시프트 광학 부재(SR) 중 평행 평판(Sr2)은, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LB1)의 스폿 광(SP)을 부주사 방향(도 4에 있어서의 X방향)으로, 예를 들면 스폿 광(SP)의 사이즈 φ, 혹은 화소 사이즈의 수배~십수배의 범위에서 시프트시키는 기계 광학적인 빔 위치 조정 부재(제1 조정 부재, 제1 조정 광학 부재)로서 기능한다.
편향 조정 광학 부재(DP)는, 반사 미러(M12)에서 반사되어 시프트 광학 부재(SR)를 통광하여 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) 각각은 독립하여 광축(AXc)을 중심으로 360° 회전 가능하게 마련되어 있다. 2개의 프리즘(Dp1, Dp2)의 회전 각도 위치를 조정하는 것에 의해서, 반사 미러(M13)에 이르는 빔(LB1)의 축선과 광축(AXc)과의 평행 내기, 또는, 기판(P)의 피조사면에 이르는 빔(LB1)의 축선과 조사 중심축(Le1)과의 평행 내기가 행하여진다. 또한 2개의 프리즘(Dp1, Dp2)에 의해서 편향 조정된 후의 빔(LB1)은, 빔(LB1)의 단면과 평행한 면 내에서 횡 시프트하고 있는 경우가 있으며, 그 횡 시프트는 앞의 시프트 광학 부재(SR)에 의해서 원래로 되돌릴 수 있다. 이 프리즘(Dp1, Dp2)은, 제어 장치(16)의 제어하에, 도시하지 않은 액츄에이터(구동부)에 의해서 구동된다.
이와 같이, 시프트 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 주변부(저변 부분)를 커트(차폐)하는 조리개이다. 필드 애퍼처(FA)의 원형 개구를, 구경을 조정할 수 있는 가변 홍채 조리개로 하면, 스폿 광(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 실린드리컬 렌즈(CYa)를 거쳐 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 스폿 광(SP)을 기판(P)의 피조사면 상에서 주사하기 위해서, 입사한 빔(LB1)을 XtYt 평면과 평행한 면 내에서 1차원으로 편향(반사)한다. 구체적으로는, 폴리곤 미러(PM)는, Zt축 방향으로 연장되는 회전축(AXp)과, 회전축(AXp)의 주위에 형성된 복수의 반사면(RP)(본 실시의 형태에서는 반사면(RP)의 수 Np를 8로 함)를 가진다. 회전축(AXp)을 중심으로 이 폴리곤 미러(PM)를 소정의 회전 방향으로 회전시킴으로써 반사면(RP)에 조사되는 펄스 모양의 빔(LB1)의 반사각을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 1개의 반사면(RP)에 의해서 빔(LB1)의 반사 방향이 편향되고, 기판(P)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LB1)의 스폿 광(SP)을 주주사 방향(기판(P)의 폭 방향, Yt방향)을 따라서 주사할 수 있다.
즉, 1개의 반사면(RP)에 의해서, 빔(LB1)의 스폿 광(SP)을 주주사 방향을 따라서 주사할 수 있다. 이 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 1회전으로, 기판(P)의 피조사면 상에 스폿 광(SP)이 주사되는 묘화 라인(SL1)의 수는, 최대로 반사면(RP)의 수와 동일한 8개가 된다. 폴리곤 미러(PM)는, 제어 장치(16)의 제어하에, 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등)(RM)에 의해서 일정한 속도로 회전한다. 앞서 설명한 것과 같이, 묘화 라인(SL1)의 실효적인 길이(예를 들면, 30㎜)는, 이 폴리곤 미러(PM)에 의해서 스폿 광(SP)을 주사할 수 있는 최대 주사 길이(예를 들면, 31㎜) 이하의 길이로 설정되어 있고, 초기 설정(설계상)에서는, 최대 주사 길이의 중앙에 묘화 라인(SL1)의 중심점(조사 중심축(Le1)이 통과하는 점)이 설정되어 있다.
실린드리컬 렌즈(CYa)는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(회전 방향)과 직교하는 비(非)주사 방향(Zt방향)에 관해서, 입사한 빔(LB1)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 상에 수렴한다. 즉, 실린드리컬 렌즈(CYa)는, 빔(LB1)을 반사면(RP) 상에서 XtYt 평면과 평행한 방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 수렴한다. 모선이 Yt방향과 평행하게 되어 있는 실린드리컬 렌즈(CYa)와, 후술의 실린드리컬 렌즈(CYb)에 의해서, 반사면(RP)이 Zt방향에 대해서 기울어져 있는 경우(XtYt 평면의 법선에 대한 반사면(RP)의 기울어짐)가 있어도, 그 영향을 억제할 수 있다. 즉, 기판(P)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LB1)(묘화 라인(SL1))의 조사 위치는, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP)이 회전축(AXp)과 평행한 상태로부터 약간 기울어져 있었다고 해도, Xt방향으로 어긋나는 것이 억제된다.
Xt축 방향으로 연장되는 광축(AXf)을 가지는 fθ 렌즈(주사용 렌즈계)(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 반사된 빔(LB1)을, XtYt 평면에 있어서, 광축(AXf)과 평행이 되도록 반사 미러(M15)에 투사하는 텔레센트릭계의 스캔 렌즈이다. 빔(LB1)의 fθ 렌즈(FT)로의 입사각 θ는, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ/2)에 따라 변화한다. fθ 렌즈(FT)는, 반사 미러(M15) 및 실린드리컬 렌즈(CYb)를 거쳐, 그 입사각 θ에 비례한 기판(P)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 관계(왜곡 수차)를 만족하도록 설계되어 있다. 따라서, 이 fθ 렌즈(FT)에 의해서, 빔(LB1)을 Yt방향(Y방향)으로 정확하게 등속으로 주사하는 것이 가능하게 된다. 빔(LB1)의 fθ 렌즈(FT)로의 입사각 θ가 0도일 때에, fθ 렌즈(FT)에 입사한 빔(LB1)은, 광축(AXf) 상을 따라서 진행한다.
반사 미러(M15)는, fθ 렌즈(FT)로부터의 빔(LB1)을, 실린드리컬 렌즈(CYb)를 통과하도록 기판(P)을 향해서 -Zt방향으로 반사한다. fθ 렌즈(FT) 및 모선이 Yt방향과 평행하게 되어 있는 실린드리컬 렌즈(CYb)에 의해서, 기판(P)에 투사되는 빔(LB1)이 기판(P)의 피조사면 상에서 직경 수㎛ 정도(예를 들면, 3㎛)의 미소한 스폿 광(SP)으로 수렴된다. 또한, 기판(P)의 피조사면 상에 투사되는 스폿 광(SP)은, 폴리곤 미러(PM)에 의해서, Yt방향으로 연장되는 묘화 라인(SL1)에 의해서 1차원 주사된다. 또한 fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)과 조사 중심축(Le1)은, 동일한 평면상에 있으며, 그 평면은 XtZt 평면과 평행이다. 따라서, 광축(AXf) 상으로 진행한 빔(LB1)은, 반사 미러(M15)에 의해서 -Zt방향으로 반사하고, 조사 중심축(Le1)과 동축으로 되어 기판(P)에 투사된다. 본 제1 실시 형태에 있어서, 적어도 fθ 렌즈(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 편향된 빔(LB1)을 기판(P)의 피조사면에 투사하는 투사 광학계로서 기능한다. 또한, 적어도 반사 부재(반사 미러(M11~M15)) 및 편광 빔 스플리터(BS1)는, 반사 미러(M10)로부터 기판(P)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, 주사 유닛(U1) 내를 통과하는 빔(LB1)은, 대략 U자 모양 또는 コ자 모양의 광로를 통과한 후, -Zt방향으로 진행하여 기판(P)에 투사된다.
이와 같이, 기판(P)이 X방향으로 반송되고 있는 상태에서, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서, 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿 광(SP)을 주주사 방향(Y방향)으로 일차원으로 주사함으로써, 스폿 광(SP)을 기판(P)의 피조사면에 상대적으로 2차원 주사할 수 있다.
또한 일례로서 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 실효적인 길이를 30㎜로 하고, 실효적인 사이즈 φ가 3㎛의 펄스 모양의 스폿 광(SP)의 1/2씩, 즉, 1.5㎛씩, 오버랩시키면서 스폿 광(SP)을 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))을 따라서 기판(P)의 피조사면 상에 조사하는 경우는, 스폿 광(SP)은, 1.5㎛의 간격으로 조사된다. 따라서, 1회의 주사로 조사되는 스폿 광(SP)의 펄스 수는, 20000(=30[㎜]/1.5[㎛])이 된다. 또한, 부주사 방향에 대해서도 스폿 광(SP)의 주사가 1.5㎛의 간격으로 행해지는 것으로 하면, 기판(P)의 부주사 방향의 전송 속도(반송 속도) Vt[㎜/sec]는, 묘화 라인(SLn)을 따른 1회의 주사 개시(묘화 개시) 시점과 다음의 주사 개시 시점과의 시간차를 Tpx[μsec]라고 하면, 1.5[㎛]/Tpx[μsec]가 된다. 이 시간차 Tpx는, 8개의 반사면(RP)의 폴리곤 미러(PM)가 1면분(45도=360도/8)만큼 회전하는 시간이다. 이 경우, 폴리곤 미러(PM)의 1회전의 시간이, 8×Tpx[μsec]가 되도록 설정될 필요가 있다.
한편, 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP)에서 반사한 빔(LB1)이 유효하게 fθ 렌즈(FT)에 입사하는 최대 입사 각도(스폿 광(SP)의 최대 주사 길이에 대응)는, fθ 렌즈(FT)의 초점 거리와 최대 주사 길이, 및 폴리곤 미러(PM)의 1 반사면(RP)에 입사하는 빔(LB1)의 주주사 방향의 굵기(개구수：NA)에 의해서 대체로 정해져 버린다. 일례로서 8 반사면(RP)의 폴리곤 미러(PM)인 경우는, 1 반사면(RP)분의 회전 각도 45도 중에서 실(實)주사에 기여하는 회전 각도 α의 비율(주사 효율)은, α/45도로 나타내진다. 본 제1 실시 형태에서는, 실주사에 기여하는 회전 각도 α를 15도로 하므로, 주사 효율은 1/3(=15도/45도)이 되고, fθ 렌즈(FT)의 최대 입사각은 30도(광축(AXf)을 중심으로 ±15도)가 된다. 그 때문에, 묘화 라인(SLn)의 최대 주사 길이(예를 들면, 31㎜)분만큼 스폿 광(SP)을 주사하는데 필요한 시간 Ts[μsec]는, Ts=Tpx×주사 효율이 된다. 본 제1 실시 형태에 있어서의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 실효적인 주사 길이를 30㎜로 하므로, 이 묘화 라인(SLn)을 따른 스폿 광(SP)의 1 주사의 주사 시간 Tsp[μsec]는, Tsp=Ts×30[㎜]/31[㎜]가 된다. 따라서, 이 시간 Tsp의 동안에, 20000의 스폿 광(SP)(펄스 광)을 조사할 필요가 있으므로, 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB)의 발광 주파수(발진 주파수) Fa는, Fa≒20000/Tsp[μsec]가 된다.
도 5에 나타내는 원점 센서(OP1)는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 회전 위치가, 반사면(RP)에 의한 스폿 광(SP)의 주사가 개시 가능한 소정 위치에 오면 원점 신호(SZ1)를 발생한다. 환언하면, 원점 센서(OP1)는, 지금부터 스폿 광(SP)의 주사를 행할 반사면(RP)의 각도가 소정의 각도 위치로 되었을 때에 원점 신호(SZ1)를 발생한다. 폴리곤 미러(PM)는, 8개의 반사면(RP)를 가지므로, 원점 센서(OP1)는, 폴리곤 미러(PM)가 1회전하는 기간에, 8회 원점 신호(SZ1)를 출력하게 된다. 이 원점 센서(OP1)가 발생한 원점 신호(SZ1)는, 제어 장치(16)에 보내진다. 원점 센서(OP1)가 원점 신호(SZ1)를 발생하고 나서, 지연 시간 Td1 경과 후에 스폿 광(SP)의 묘화 라인(SL1)을 따른 주사가 개시된다. 즉, 이 원점 신호(SZ1)는, 주사 유닛(U1)에 의한 스폿 광(SP)의 묘화 개시 타이밍(주사 개시 타이밍)을 나타내는 정보로 되어 있다.
원점 센서(OP1)는, 기판(P)의 감광성 기능층에 대해서 비감광성의 파장역의 레이저 빔(Bga)을 반사면(RP)에 대해서 사출하는 빔 송광계(opa)와, 반사면(RP)에서 반사한 레이저 빔(Bga)의 반사 빔(Bgb)을 수광하여 원점 신호(SZ1)를 발생하는 빔 수광계(opb)를 가진다. 빔 송광계(opa)는, 도시하지 않지만, 레이저 빔(Bga)을 사출하는 광원과, 광원이 발광한 레이저 빔(Bga)을 반사면(RP)에 투사하는 광학 부재(반사 미러나 렌즈 등)를 가진다. 빔 수광계(opb)는, 도시하지 않지만, 수광한 반사 빔(Bgb)을 수광하여 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자를 포함하는 수광부와, 반사면(RP)에서 반사한 반사 빔(Bgb)을 상기 수광부로 안내하는 광학 부재(반사 미러나 렌즈 등)를 가진다. 빔 송광계(opa)와 빔 수광계(opb)는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 위치가, 반사면(RP)에 의한 스폿 광(SP)의 주사가 개시되기 직전의 소정 위치로 왔을 때에, 빔 송광계(opa)가 사출한 레이저 빔(Bga)의 반사 빔(Bgb)을 빔 수광계(opb)가 수광할 수 있는 위치에 마련되어 있다. 또한 주사 유닛(U2~U6)에 마련되어 있는 원점 센서(OPn)를 OP2~OP6로 나타내고, 원점 센서(OP2~OP6)에서 발생하는 원점 신호(SZn)를 SZ2~SZ6로 나타낸다. 제어 장치(16)는, 이 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))에 근거하여, 어느 주사 유닛(Un)이 지금부터 스폿 광(SP)의 주사를 행할지를 관리하고 있다. 또한, 원점 신호(SZ2~SZ6)가 발생하고 나서, 주사 유닛(U2~U6)에 의한 묘화 라인(SL2~SL6)을 따른 스폿 광(SP)의 주사를 개시할 때까지의 지연 시간 Tdn를 Td2~Td6로 나타내는 경우가 있다.
도 5에 나타내는 광 검출기(DT)는, 입사한 광을 광전 변환하는 광전 변환 소자를 가진다. 회전 드럼(DR)의 표면에는, 미리 결정된 기준 패턴이 형성되어 있다. 이 기준 패턴이 형성된 회전 드럼(DR) 상의 부분은, 빔(LB1)의 파장역에 대해서 낮은 반사율(10~50%)의 소재로 구성되며, 기준 패턴이 형성되어 있지 않은 회전 드럼(DR) 상의 다른 부분은, 반사율이 10% 이하의 재료 또는 광을 흡수하는 재료로 구성된다. 그 때문에, 기판(P)이 감겨져 있지 않은 상태(또는 기판(P)의 투명부를 통과한 상태)에서, 회전 드럼(DR)의 기준 패턴이 형성된 영역에 주사 유닛(U1)로부터 빔(LB1)의 스폿 광(SP)을 조사하면, 그 반사광이, 실린드리컬 렌즈(CYb), 반사 미러(M15), fθ 렌즈(FT), 폴리곤 미러(PM), 반사 미러(M14), 실린드리컬 렌즈(CYa), λ/4 파장판(QW), 반사 미러(M13), 필드 애퍼처(FA), 편향 조정 광학 부재(DP), 시프트 광학 부재(SR), 및 반사 미러(M12)를 통과하여 편광 빔 스플리터(BS1)에 입사한다. 여기서, 편광 빔 스플리터(BS1)와 기판(P)과의 사이, 구체적으로는, 반사 미러(M13)와 실린드리컬 렌즈(CYa)와의 사이에는, λ/4 파장판(QW)이 마련되어 있다. 이것에 의해, 기판(P)에 조사되는 빔(LB1)은, 이 λ/4 파장판(QW)에 의해서 P편광으로부터 원(圓)편광의 빔(LB1)으로 변환되며, 기판(P)으로부터 편광 빔 스플리터(BS1)에 입사하는 반사광은, 이 λ/4 파장판(QW)에 의해서, 원편광으로부터 S편광으로 변환된다. 따라서, 기판(P)으로부터의 반사광은 편광 빔 스플리터(BS1)를 투과하고, 광학 렌즈계(G10)를 거쳐 광 검출기(DT)에 입사한다.
이 때, 펄스 모양의 빔(LB1)이 연속하여 주사 유닛(U1)에 입사되는 상태에서, 회전 드럼(DR)을 회전하여 주사 유닛(U1)이 스폿 광(SP)을 주사함으로써, 회전 드럼(DR)의 외주면에는, 스폿 광(SP)이 2차원적으로 조사된다. 따라서, 회전 드럼(DR)에 형성된 기준 패턴의 화상 신호(반사 강도에 따른 광전 신호)를 광 검출기(DT)에 의해서 취득할 수 있다.
구체적으로는, 광 검출기(DT)로부터 출력되는 광전 신호의 강도 변화를, 빔(LB1)(스폿 광(SP))의 펄스 발광을 위한 클록 신호(LTC)(광원 장치(LS)에서 만들어짐)에 응답하여, 디지털 샘플링함으로써 Yt방향의 1차원의 화상 데이터로서 취득한다. 또한, 묘화 라인(SL1) 상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치를 계측하는 인코더(EN2a, EN2b)의 계측값에 응답하여, 부주사 방향의 일정 거리(예를 들면, 스폿 광(SP)의 사이즈 φ의 1/2)마다 Yt방향의 1차원의 화상 데이터를 Xt방향으로 늘어 놓는 것에 의해, 회전 드럼(DR)의 표면의 2차원의 화상 정보를 취득할 수 있다. 제어 장치(16)는, 이 취득한 회전 드럼(DR)의 기준 패턴의 2차원의 화상 정보에 근거하여, 주사 유닛(U1)의 묘화 라인(SL1)의 기울기를 계측한다. 이 묘화 라인(SL1)의 기울기는, 각 주사 유닛(Un(U1~U6)) 사이에 있어서의 상대적인 기울기 라도 되고, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)에 대한 기울기(절대적인 기울기)라도 된다. 또한 마찬가지로 하여, 각 묘화 라인(SL2~SL6)의 기울기도 계측할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한 광 검출기(DT)로부터 얻어지는 기준 패턴의 2차원의 화상 정보를 해석하는 것에 의해, 각 묘화 라인(SL2~SL6)의 기울기 오차 이외에, 각 묘화 라인(SL2~SL6)의 묘화 개시점이나 묘화 종료점의 위치 오차의 확인, 각 묘화 라인(SL2~SL6)의 이음 오차의 확인 등을 할 수 있어, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 캘리브레이션을 할 수 있다.
복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6)) 각각이 조사 중심축(Len(Le1~Le6)) 둘레로 회동(회전)할 수 있도록, 도시하지 않은 본체 프레임에 유지되어 있다. 이 각 주사 유닛(Un(U1~U6))이, 조사 중심축(Len(Le1~Le6)) 둘레로 회동하면, 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))도, 기판(P)의 피조사면 상에서 조사 중심축(Len(Le1~Le6)) 둘레로 회동한다. 따라서, 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, Y방향에 대해서 기울어지게 된다. 각 주사 유닛(Un(U1~U6))이 조사 중심축(Len(Le1~Le6)) 둘레로 회동했을 경우라도, 각 주사 유닛(Un(U1~U6)) 내를 통과하는 빔(LBn(LB1~LB6))과 각 주사 유닛(Un(U1~U6)) 내의 광학적인 부재와의 상대적인 위치 관계는 변화하지 않는다. 따라서, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))은, 기판(P)의 피조사면 상에서 회동한 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))을 따라서 스폿 광(SP)을 주사할 수 있다. 이 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 조사 중심축(Len(Le1~Le6)) 둘레의 회동은, 제어 장치(16)의 제어하에, 도시하지 않은 액츄에이터에 의해서 행해진다.
그 때문에, 제어 장치(16)는, 계측한 각 묘화 라인(SLn)의 기울기에 따라, 주사 유닛(Un(U1~U6))을 조사 중심축(Len(Le1~Le6)) 둘레로 회동시킴으로써, 복수의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 평행 상태를 유지할 수 있다. 또한, 얼라이먼트 현미경(AM1m, AM2m)를 이용하여 검출한 얼라이먼트 마크(MKm)의 위치에 근거하여, 기판(P)이나 피노광 영역(W)이 왜곡되어(변형되어) 있는 경우는, 그것에 따라 묘화하는 패턴도 왜곡시킬 필요성이 있다. 그 때문에, 제어 장치(16)는, 기판(P)이나 피노광 영역(W)이 왜곡되어 있다고(변형되어 되어 있다고) 판단했을 경우는, 주사 유닛(Un(U1~U6))을 조사 중심축(Len(Le1~Le6)) 둘레로 회동시킴으로써, 기판(P)이나 피노광 영역(W)의 왜곡(변형)에 따라 각 묘화 라인(SLn)을 Y방향에 대해서 미소하게 경사시킨다. 그 때, 본 실시의 형태에 있어서는, 후에 설명하는 것과 같이, 각 묘화 라인(SLn)을 따라서 묘화되는 패턴을, 지정된 배율(예를 들면, ppm 오더)에 따라 신축시키는 제어, 혹은 각 묘화 라인(SLn)을 개별적으로 부주사 방향(도 5 중의 Xt방향)으로 미소하게 시프트시키는 제어가 가능하게 되어 있다.
또한, 주사 유닛(Un)의 조사 중심축(Len)과, 주사 유닛(Un)이 실제로 회동하는 축(회동 중심축)이 완전하게 일치하고 있지 않아도, 소정의 허용 범위 내에서 양자가 동축이면 된다. 이 소정의 허용 범위는, 주사 유닛(Un)을 각도 θsm만큼 회동시켰을 때의 실제의 묘화 라인(SLn)의 묘화 개시점(또는 묘화 종료점)과, 조사 중심축(Len)과 회동 중심축이 완전하게 일치한다고 가정했을 때에 주사 유닛(Un)을 소정의 각도 θsm만큼 회동시켰을 때의 설계상의 묘화 라인(SLn)의 묘화 개시점(또는 묘화 종료점)과의 차분량이, 스폿 광(SP)의 주주사 방향에 관해서, 소정의 거리(예를 들면, 스폿 광(SP)의 사이즈 φ) 이내가 되도록 설정되어 있다. 또한, 주사 유닛(Un)에 실제로 입사하는 빔(LBn)의 광축이, 주사 유닛(Un)의 회동 중심축과 완전하게 일치하고 있지 않아도, 위에서 설명한 소정의 허용 범위 내에서 동축이면 된다.
도 6은, 빔 전환부(BDU)의 구성도이다. 빔 전환부(BDU)는, 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))와, 복수의 집광 렌즈(CD1~CD6)와, 복수의 반사 미러(M1~M14)와, 복수의 유닛측 입사 미러(IM1~IM6(IMn))와, 복수의 콜리메이트 렌즈(CL1~CL6)와, 흡수체(TR1, TR2)를 가진다. 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 빔(LB(LBa, LBb))에 대해서 투과성을 가지는 것이며, 초음파 신호로 구동되는 음향 광학 변조 소자(AOM：Acousto-Optic Modulator)이다. 이들 광학적인 부재(선택용 광학 소자(AOM1~AOM6), 집광 렌즈(CD1~CD6), 반사 미러(M1~M14), 유닛측 입사 미러(IM1~IM6), 콜리메이트 렌즈(CL1~CL6), 및 흡수체(TR1, TR2))는, 판 모양의 지지 부재(IUB)에 의해서 지지되어 있다. 이 지지 부재(IUB)는, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 상부(+Z방향측)에서, 이들 광학적인 부재를 하부(-Z방향측)로부터 지지한다. 따라서, 지지 부재(IUB)는, 발열원이 되는 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))와 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))과의 사이를 단열하는 기능도 구비하고 있다.
광원 장치(LSa)로부터 빔(LBa)은, 반사 미러(M1~M6)에 의해서 그 광로가 구불구불한 모양으로 꺽여져, 흡수체(TR1)까지 안내된다. 또한, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)도 마찬가지로 반사 미러(M7~M14)에 의해서 그 광로가 구불구불한 모양으로 꺽여져, 흡수체(TR2)까지 안내된다. 이하, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))가 모두 오프 상태(초음파 신호가 인가되어 있지 않은 상태)의 경우로, 상세하게 설명한다.
광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)(예를 들면 직경이 1㎜ 이하의 평행 광속)은, Y축과 평행하게 +Y방향으로 진행하여 집광 렌즈(CD1)를 통과하여 반사 미러(M1)에 입사한다. 반사 미러(M1)에서 -X방향으로 반사된 빔(LBa)은, 집광 렌즈(CD1)의 초점 위치(빔 웨이스트 위치)에 배치된 제1 선택용 광학 소자(AOM1)를 스트레이트로 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL1)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M2)에 이른다. 반사 미러(M2)에서 +Y방향으로 반사된 빔(LBa)은, 집광 렌즈(CD2)를 통과한 후에 반사 미러(M3)에서 +X방향으로 반사된다.
반사 미러(M3)에서 +X방향으로 반사된 빔(LBa)은, 집광 렌즈(CD2)의 초점 위치(빔 웨이스트 위치)에 배치된 제2 선택용 광학 소자(AOM2)를 스트레이트로 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL2)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M4)에 이른다. 반사 미러(M4)에서 +Y방향으로 반사된 빔(LBa)은, 집광 렌즈(CD3)를 통과한 후에 반사 미러(M5)에서 -X방향으로 반사된다. 반사 미러(M5)에서 -X방향으로 반사된 빔(LBa)은, 집광 렌즈(CD3)의 초점 위치(빔 웨이스트 위치)에 배치된 제3 선택용 광학 소자(AOM3)를 스트레이트로 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL3)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M6)에 이른다. 반사 미러(M6)에서 +Y방향으로 반사된 빔(LBa)은, 흡수체(TR1)에 입사한다. 이 흡수체(TR1)는, 빔(LBa)의 외부로의 누설을 억제하기 위해서 빔(LBa)을 흡수하는 광 트랩이다.
광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)(예를 들면 직경이 1㎜ 이하의 평행 광속)은, Y축과 평행하게 +Y방향으로 진행하여 반사 미러(M13)에 입사하고, 반사 미러(M13)에서 +X방향으로 반사된 빔(LBb)은 반사 미러(M14)에서 +Y방향으로 반사된다. 반사 미러(M14)에서 +Y방향으로 반사된 빔(LBb)은, 집광 렌즈(CD4)를 통과한 후에 반사 미러(M7)에서 +X방향으로 반사된다. 반사 미러(M7)에서 +X방향으로 반사된 빔(LBb)은, 집광 렌즈(CD4)의 초점 위치(빔 웨이스트 위치)에 배치된 제4 선택용 광학 소자(AOM4)를 스트레이트로 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL4)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M8)에 이른다. 반사 미러(M8)에서 +Y방향으로 반사된 빔(LBb)은, 집광 렌즈(CD5)를 통과한 후에 반사 미러(M9)에서 -X방향으로 반사된다.
반사 미러(M9)에서 -X방향으로 반사된 빔(LBb)은, 집광 렌즈(CD5)의 초점 위치(빔 웨이스트 위치)에 배치된 제5 선택용 광학 소자(AOM5)를 스트레이트로 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL5)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M10)에 이른다. 반사 미러(M10)에서 +Y방향으로 반사된 빔(LBb)은, 집광 렌즈(CD6)를 통과한 후에 반사 미러(M11)에서 +X방향으로 반사된다. 반사 미러(M11)에서 +X방향으로 반사된 빔(LBb)은, 집광 렌즈(CD6)의 초점 위치(빔 웨이스트 위치)에 배치된 제6 선택용 광학 소자(AOM6)를 스트레이트로 투과하고, 콜리메이트 렌즈(CL6)에 의해서 다시 평행 광속으로 되어, 반사 미러(M12)에 이른다. 반사 미러(M12)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LBb)은, 흡수체(TR2)에 입사한다. 이 흡수체(TR2)는, 빔(LBb)의 외부로의 누설을 억제하기 위해서 빔(LBb)을 흡수하는 광 트랩이다.
이상과 같이, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)는, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)을 차례로 투과하도록 빔(LBa)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배치된다. 또한, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)는, 집광 렌즈(CD1~CD3)와 콜리메이트 렌즈(CL1~CL3)에 의해서, 각 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)의 내부에 빔(LBa)의 빔 웨이스트가 형성되도록 배치된다. 이것에 의해, 선택용 광학 소자(음향 광학 변조 소자)(AOM1~AOM3)에 입사하는 빔(LBa)의 지름을 작게 하여, 회절 효율을 높게 함과 아울러 응답성을 높이고 있다. 마찬가지로 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)는, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)을 차례로 투과하도록 빔(LBb)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배치된다. 또한, 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)는, 집광 렌즈(CD4~CD6)와 콜리메이트 렌즈(CL4~CL6)에 의해서, 각 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)의 내부에 빔(LBb)의 빔 웨이스트가 형성되도록 배치된다. 이것에 의해, 선택용 광학 소자(음향 광학 변조 소자)(AOM4~AOM6)에 입사하는 빔(LBb)의 지름을 작게 하여, 회절 효율을 높게 함과 아울러 응답성을 높이고 있다.
각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 초음파 신호(고주파 신호)가 인가되면, 입사한 빔(0차 광)(LB(LBa, LBb))을, 고주파의 주파수에 따른 회절각으로 회절시킨 1차 회절광을 사출 빔(빔(LBn))으로서 발생시키는 것이다. 본 제1 실시 형태에서는, 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6)) 각각으로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔(LBn)을 빔(LB1~LB6)으로 하고, 각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 광원 장치(LSa, LSb)로부터의 빔(LB(LBa, LBb))의 광로를 편향하는 기능을 발휘하는 것으로서 취급한다. 다만, 실제의 음향 광학 변조 소자는, 1차 회절광의 발생 효율이 0차 광의 80% 정도이기 때문에, 각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6)) 각각에서 편향된 빔(LBn(LB1~LB6))은, 원래의 빔(LB(LBa, LBb))의 강도보다는 저하되어 있다. 또한, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 어느 하나가 온 상태일 때, 회절되지 않고 직진하는 0차 광이 20% 정도 잔존하지만, 그것은 최종적으로 흡수체(TR1, TR2)에 의해서 흡수된다.
도 6에 나타내는 것과 같이, 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6)) 각각은, 편향된 1차 회절광인 빔(LBn(LB1~LB6))을, 입사하는 빔(LB(LBa, LBb))에 대해서 -Z방향으로 편향하도록 설치된다. 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6)) 각각으로부터 편향하여 사출하는 빔(LBn(LB1~LB6))은, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6)) 각각으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 마련된 유닛측 입사 미러(IM1~IM6)에 투사되고, 거기서 -Z방향으로 조사 중심축(Le1~Le6)과 동축이 되도록 반사된다. 유닛측 입사 미러(IM1~IM6)(이하, 간단하게 '미러(IM1~IM6)'라고도 부름)에서 반사된 빔(LB1~LB6)은, 지지 부재(IUB)에 형성된 개구부(TH1~TH6) 각각을 통과하여, 조사 중심축(Le1~Le6)을 따르도록 주사 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 입사한다.
또한. 선택용 광학 소자(AOMn)는, 초음파에 의해서 투과 부재 중의 소정 방향으로 굴절률의 주기적인 조밀(粗密) 변화를 일으키게 하는 회절 격자이기 때문에, 입사 빔(LB(LBa, LBb))이 직선 편광(P편광이나 S편광)인 경우, 그 편광 방향과 회절 격자의 주기 방향은, 1차 회절광의 발생 효율(회절 효율)이 가장 높아지도록 설정된다. 도 6과 같이, 각 선택용 광학 소자(AOMn)가 입사한 빔(LB(LBa, LBs))을 -Z방향으로 회절 편향하도록 설치되는 경우, 선택용 광학 소자(AOMn) 내에 생성되는 회절 격자의 주기 방향도 -Z방향이므로, 그것과 정합하도록 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB)의 편광 방향이 설정(조정)된다.
각 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))의 구성, 기능, 작용 등은 서로 동일한 것을 이용해도 된다. 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호(고주파 신호)의 온/오프에 따라서, 입사한 빔(LB(LBa, LBb))을 회절시킨 회절광의 발생을 온/오프한다. 예를 들면, 선택용 광학 소자(AOM1)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않아 오프 인 상태일 때는, 입사한 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)을 회절시키지 않고 투과한다. 따라서, 선택용 광학 소자(AOM1)를 투과한 빔(LBa)은, 콜리메이트 렌즈(CL1)를 투과하여 반사 미러(M2)에 입사한다. 한편, 선택용 광학 소자(AOM1)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되어 온인 상태일 때는, 입사한 빔(LBa)을 회절시켜 미러(IM1)로 향하게 한다. 즉, 이 구동 신호에 의해서 선택용 광학 소자(AOM1)가 스위칭한다. 미러(IM1)는, 선택용 광학 소자(AOM1)에 의해서 회절된 1차 회절광인 빔(LB1)을 선택하여 주사 유닛(U1)측으로 반사한다. 선택용의 미러(IM1)에서 반사한 빔(LB1)은, 지지 부재(IUB)의 개구부(TH1)를 통과하여 조사 중심축(Le1)을 따라서 주사 유닛(U1)에 입사한다. 따라서, 미러(IM1)는, 반사한 빔(LB1)의 광축이 조사 중심축(Le1)과 동축으로 되도록, 입사한 빔(LB1)을 반사한다. 또한, 선택용 광학 소자(AOM1)가 온인 상태일 때, 선택용 광학 소자(AOM1)를 스트레이트로 투과하는 빔(LB)의 0차 광(입사 빔의 20% 정도의 강도)은, 그 후의 콜리메이트 렌즈(CL1~CL3), 집광 렌즈(CD2~CD3), 반사 미러(M2~M6), 및 선택용 광학 소자(AOM2~AOM3)를 투과하여 흡수체(TR1)에 이른다.
마찬가지로 선택용 광학 소자(AOM2, AOM3)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않아 오프인 상태일 때는, 입사한 빔(LBa)(0차 광)를 회절시키지 않고 콜리메이트 렌즈(CL2, CL3)측(반사 미러(M4, M6)측)으로 투과한다. 한편, 선택용 광학 소자(AOM2, AOM3)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호가 인가되어 온인 상태일 때는, 입사한 빔(LBa)의 1차 회절광인 빔(LB2, LB3)을 미러(IM2, IM3)로 향하게 한다. 이 미러(IM2, IM3)는, 선택용 광학 소자(AOM2, AOM3)에 의해서 회절된 빔(LB2, LB3)을 주사 유닛(U2, U3)측으로 반사한다. 미러(IM2, IM3)에서 반사한 빔(LB2, LB3)은, 지지 부재(IUB)의 개구부(TH2, TH3)를 통과하여 조사 중심축(Le2, Le3)과 동축으로 되어 주사 유닛(U2, U3)에 입사한다.
이와 같이, 제어 장치(16)는, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3) 각각에 인가해야 할 구동 신호(고주파 신호)를 온/오프(하이/로)로 하는 것에 의해서, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3) 중 어느 1개를 스위칭하여, 빔(LBa)이 후속의 선택용 광학 소자(AOM2, AOM3) 또는 흡수체(TR1)를 향할지, 편향된 빔(LB1~LB3) 중 하나가, 대응하는 주사 유닛(U1~U3)을 향할지를 전환한다.
또한, 선택용 광학 소자(AOM4)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않아 오프인 상태일 때는, 입사한 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)을 회절시키지 않고 콜리메이트 렌즈(CL4)측(반사 미러(M8)측)으로 투과한다. 한편, 선택용 광학 소자(AOM4)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호가 인가되어 온인 상태일 때는, 입사한 빔(LBb)의 1차 회절광인 빔(LB4)을 미러(IM4)로 향하게 한다. 이 미러(IM4)는, 선택용 광학 소자(AOM4)에 의해서 회절된 빔(LB4)을 주사 유닛(U4)측으로 반사한다. 미러(IM4)에서 반사한 빔(LB4)은, 조사 중심축(Le4)과 동축으로 되어, 지지 부재(IUB)의 개구부(TH4)를 통과하여 주사 유닛(U4)에 입사한다.
마찬가지로 선택용 광학 소자(AOM5, AOM6)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않아 오프인 상태일 때는, 입사한 빔(LBb)을 회절 시키지 않고 콜리메이트 렌즈(CL5, CL6)측(반사 미러(M10, M12)측)으로 투과한다. 한편, 선택용 광학 소자(AOM5, AOM6)는, 제어 장치(16)로부터의 구동 신호가 인가되어 온인 상태일 때는, 입사한 빔(LBb)의 1차 회절광인 빔(LB5, LB6)을 미러(IM5, IM6)로 향하게 한다. 이 미러(IM5, IM6)는, 선택용 광학 소자(AOM5, AOM6)에 의해서 회절된 빔(LB5, LB6)을 주사 유닛(U5, U6)측으로 반사한다. 미러(IM5, IM6)에서 반사한 빔(LB5, LB6)은, 조사 중심축(Le5, Le6)과 동축으로 되어, 지지 부재(IUB)의 개구부(TH5, TH6) 각각을 통과하여 주사 유닛(U5, U6)에 입사한다.
이와 같이, 제어 장치(16)는, 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6) 각각에 인가해야 할 구동 신호(고주파 신호)를 온/오프(하이/로)로 하는 것에 의해서, 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6) 중 어느 1개를 스위칭하여, 빔(LBb)이 후속의 선택용 광학 소자(AOM5, AOM6) 또는 흡수체(TR2)로 향할지, 편향된 빔(LB4~LB6) 중 1개가, 대응하는 주사 유닛(U4~U6)으로 향할지를 전환한다.
이상과 같이, 빔 전환부(BDU)는, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배치된 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM3))를 구비함으로써, 빔(LBa)의 광로를 전환하여 빔(LBn(LB1~LB3))이 입사하는 주사 유닛(Un(U1~U3))을 1개 선택할 수 있다. 따라서, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)의 1차 회절광인 빔(LBn(LB1~LB3))을, 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3)) 각각에 차례로 입사시킬 수 있다. 예를 들면, 주사 유닛(U1)에 빔(LB1)을 입사시키고 싶은 경우에는, 제어 장치(16)가, 복수의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3) 중, 선택용 광학 소자(AOM1)만을 온 상태로 하고, 주사 유닛(U3)에 빔(LB3)를 입사시키고 싶은 경우에는, 선택용 광학 소자(AOM3)만을 온 상태로 하면 된다.
마찬가지로, 빔 전환부(BDU)는, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)의 진행 방향을 따라서 직렬로 배치된 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM4~AOM6))를 구비함으로써, 빔(LBb)의 광로를 전환하여 빔(LBn(LB4~LB6))이 입사하는 주사 유닛(Un(U4~U6))을 1개 선택할 수 있다. 따라서, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)의 1차 회절광인 빔(LBn(LB4~LB6))을, 3개의 주사 유닛(Un(U4~U6)) 각각에 차례로 입사시킬 수 있다. 예를 들면, 주사 유닛(U4)에 빔(LB4)을 입사시키고 싶은 경우에는, 제어 장치(16)가, 복수의 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6) 중, 선택용 광학 소자(AOM4)만을 온 상태로 하고, 주사 유닛(U6)에 빔(LB6)을 입사시키고 싶은 경우에는, 선택용 광학 소자(AOM6)만을 온 상태로 하면 된다.
이 복수의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))에 대응하여 마련되며, 대응하는 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 입사시킬지 여부를 전환하고 있다. 또한 본 제1 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)를 '제1 광학 소자 모듈'이라고 부르며, 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)를 '제2 광학 소자 모듈'이라고 부른다. 또한, 제1 광학 소자 모듈인 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)에 대응하는 주사 유닛(U1~U3)을 '제1 주사 모듈'이라고 부르며, 제2 광학 소자 모듈인 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)에 대응하는 주사 유닛(U4~U6)을 '제2 주사 모듈'이라고 부른다. 따라서, 제1 주사 모듈 중 어느 1개의 주사 유닛(Un)과, 제2 주사 모듈 중 어느 1개의 주사 유닛(Un)에 의해, 스폿 광(SP)의 주사가 병행되어 행해지게 된다.
위에서 설명한 것과 같이, 본 제1 실시 형태에서는, 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 실주사에 기여하는 회전 각도 α를 15도로 하므로, 주사 효율은 1/3이 된다. 따라서, 예를 들면, 1개의 주사 유닛(Un)이 1 반사면(RP)분의 각도(45도) 회전하는 동안에, 스폿 광(SP)의 주사를 행할 수 있는 각도는 15도가 되며, 그 이외의 각도 범위(30도)에서는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하지 못하여, 그 동안에 폴리곤 미러(PM)에 입사하는 빔(LBn)은 낭비하게 된다. 따라서, 어느 1개의 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도가 실주사에 기여하지 않는 각도로 되어 있는 동안에, 그것 이외의 다른 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 입사시킴으로써, 다른 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)에 의해서 스폿 광(SP)의 주사를 행하게 한다. 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율은 1/3이므로, 어느 1개의 주사 유닛(Un)이 스폿 광(SP)을 주사하고 나서 다음의 주사를 행할 때까지의 동안에, 그것 이외의 2개의 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 배분하여, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 것이 가능하다. 그 때문에, 본 제1 실시 형태는, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))을 2개의 그룹(주사 모듈)으로 나누어, 3개의 주사 유닛(U1~U3)을 제1 주사 모듈로 하고, 3개의 주사 유닛(U4~U6)을 제2 주사 모듈로 했다.
이것에 의해, 예를 들면, 주사 유닛(U1)의 폴리곤 미러(PM)가 45도(1반사면(RP)분) 회전하는 동안에, 빔(LBn(LB1~LB3))을 3개의 주사 유닛(U1~U3) 중 어느 1개에 차례로 입사시킬 수 있다. 따라서, 주사 유닛(U1~U3) 각각은, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)을 낭비하지 않고, 차례로 스폿 광(SP)의 주사를 행할 수 있다. 마찬가지로 주사 유닛(U4)의 폴리곤 미러(PM)가 45도(1반사면(RP)분) 회전하는 동안에, 빔(LBn(LB4~LB6))을 3개의 주사 유닛(U4~U6) 중 어느 1개에 차례로 입사시킬 수 있다. 따라서, 주사 유닛(U4~U6)은, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb)을 낭비하지 않고, 차례로 스폿 광(SP)의 주사를 행할 수 있다. 또한, 각 주사 유닛(Un)이 스폿 광(SP)의 주사를 개시하고 나서 다음의 주사를 개시할 때까지 동안에, 폴리곤 미러(PM)는, 정확히 1반사면(RP)분의 각도(45도) 회전하고 있게 된다.
본 제1 실시 형태에서는, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6)) 각각은, 소정의 차례로 스폿 광(SP)의 주사를 행하므로, 이것에 대응하여, 제어 장치(16)는, 각 광학 소자 모듈의 3개의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM3, AOM4~AOM6))를 소정의 차례로 온으로 스위칭하여, 빔(LBn(LB1~LB3, LB4~LB6))이 입사하는 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))을 차례로 전환한다. 예를 들면, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3, U4~U6)의 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 차례가, U1→U2→U3, U4→U5→U6으로 되어 있는 경우는, 제어 장치(16)는, 각 광학 소자 모듈의 3개의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM3, AOM4~AOM6))를, AOM1→AOM2→AOM3, AOM4→AOM5→AOM6의 차례로 온으로 스위칭하여, 빔(LBn)이 입사하는 주사 유닛(Un)을, U1→U2→U3, U4→U5→U6의 차례로 전환한다.
또한, 폴리곤 미러(PM)가 1반사면(RP)분의 각도(45도) 회전하는 동안에, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))이 차례로 스폿 광(SP)의 주사를 행하기 위해서는, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))의 각 폴리곤 미러(PM)가, 다음과 같은 조건을 만족하여 회전할 필요가 있다. 그 조건은, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))의 각 폴리곤 미러(PM)가, 동일한 회전 속도 Vp가 되도록 동기 제어됨과 아울러, 각 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치(각 반사면(RP)의 각도 위치)가 소정의 위상 관계가 되도록 동기 제어될 필요가 있다. 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 Vp가 동일하게 회전하는 것을 '동기 회전'이라고 부른다.
도 7은, 광원 장치(펄스 광원 장치, 펄스 레이저 장치)(LSa(LSb))의 구성을 나타내는 도면이다. 파이버 레이저 장치로서의 광원 장치(LSa(LSb))는, 펄스 광 발생부(20)와, 제어 회로(22)를 구비한다. 펄스 광 발생부(20)는, DFB 반도체 레이저 소자(30, 32), 편광 빔 스플리터(34), 묘화용 광 변조기로서의 전기 광학 소자(강도 변조부)(36), 이 전기 광학 소자(36)의 구동 회로(36a), 편광 빔 스플리터(38), 흡수체(40), 여기 광원(42), 컴바이너(44, combiner), 파이버 광 증폭기(46), 파장 변환 광학 소자(48, 50), 및 복수의 렌즈 소자(GL)를 가진다. 제어 회로(22)는, 클록 신호(LTC) 및 화소 시프트 펄스(BSC)를 발생하는 신호 발생부(22a)를 가진다. 또한, 광원 장치(LSa)의 신호 발생부(22a)로부터 출력되는 화소 시프트 펄스(BSC)와, 광원 장치(LSb)의 신호 발생부(22a)로부터 출력되는 화소 시프트 펄스(BSC)를 구별하기 위해, 광원 장치(LSa)로부터의 화소 시프트 펄스(BSC)를 BSCa로 나타내고, 광원 장치(LSb)로부터의 화소 시프트 펄스(BSC)를 BSCb로 나타내는 경우가 있다.
DFB 반도체 레이저 소자(제1 고체 레이저 소자)(30)는, 도시하지 않은 Q 스위치 등의 펄스파의 시작계와 협동하여, 소정 주파수인 발진 주파수 Fa(예를 들면, 400MHz)로 준예(俊銳) 혹은 첨예(尖銳)의 펄스 모양의 종광(種光)(펄스 빔, 빔)(S1)을 발생하고, DFB 반도체 레이저 소자(제2 고체 레이저 소자)(32)는, 소정 주파수인 발진 주파수 Fa(예를 들면, 400MHz)로 완만(시간적으로 브로드)한 펄스 모양의 종광(펄스 빔, 빔)(S2)을 발생한다. DFB 반도체 레이저 소자(30)가 발생하는 종광(S1)과, DFB 반도체 레이저 소자(32)가 발생하는 종광(S2)은, 발광 타이밍이 동기하고 있다. 종광(S1, S2)은, 모두 1펄스당의 에너지는 대략 동일하지만, 편광 상태가 서로 달라, 피크 강도는 종광(S1)이 강하다. 이 종광(S1)과 종광(S2)은, 직선 편광의 광이며, 그 편광 방향은 서로 직교하고 있다. 본 제1 실시 형태에서는, DFB 반도체 레이저 소자(30)가 발생하는 종광(S1)의 편광 상태를 S편광으로 하고, DFB 반도체 레이저 소자(32)가 발생하는 종광(S2)의 편광 상태를 P편광으로 하여 설명한다. 이 종광(S1, S2)은, 적외 파장역의 광이다.
제어 회로(22)는, 신호 발생부(22a)로부터 보내져 온 클록 신호(LTC)의 클록 펄스에 응답하여 종광(S1, S2)이 발광하도록 DFB 반도체 레이저 소자(30, 32)를 제어한다. 이것에 의해, 이 DFB 반도체 레이저 소자(30, 32)는, 클록 신호(LTC)의 각 클록 펄스(발진 주파수 Fa)에 응답하여, 소정 주파수(발진 주파수) Fa로 종광(S1, S2)을 발광한다. 이 제어 회로(22)는, 제어 장치(16)에 의해서 제어된다. 이 클록 신호(LTC)의 클록 펄스의 주기(=1/Fa)를, '기준 주기 Ta'라고 부른다. DFB 반도체 레이저 소자(30, 32)에서 발생한 종광(S1, S2)은, 편광 빔 스플리터(34)로 안내된다.
또한, 이 기준 클록 신호가 되는 클록 신호(LTC)는, 상세하게는 후술하지만, 비트맵 모양의 패턴 데이터의 메모리 회로 중의 행방향의 어드레스를 지정하기 위한 카운터부 각각에 공급되는 화소 시프트 펄스(BSC(BSCa, BSCb))의 베이스가 되는 것이다. 또한, 신호 발생부(22a)에는, 기판(P)의 피조사면 상에 있어서의 묘화 라인(SLn)의 전체 배율 보정을 행하기 위한 전체 배율 보정 정보(TMg)와, 묘화 라인(SLn)의 국소 배율 보정을 행하기 위한 국소 배율 보정 정보(CMgn(CMg1~CMg6))가 제어 장치(16)로부터 입력된다. 후에 자세하게 설명하지만, 이것에 의해, 기판(P)의 피조사면 상에 있어서의 묘화 라인(SLn)에 의해 묘화되는 패턴의 길이(패턴 묘화 길이)를 미세 조정할 수 있다. 이 패턴 묘화 길이의 신축(주사 길이의 미세 조정)은, 묘화 라인(SLn)의 최대 주사 길이(예를 들면, 31㎜) 내에서, 예를 들면 ±1000ppm 정도의 범위에서 행할 수 있다. 또한 본 제1 실시 형태에서의 전체 배율 보정이란, 간단하게 설명하면, 묘화 데이터상의 1화소(1비트)에 포함되는 스폿 광의 수는 일정하게 한 채로, 주주사 방향을 따라서 투사되는 스폿 광(SP)의 투사 간격(즉, 스폿 광의 발진 주파수)을 일률적으로 미세 조정함으로써, 묘화 라인(SLn) 전체의 주사 방향의 묘화 배율을 똑같이 보정하는 것이다. 또한, 본 제1 실시 형태로의 국소 배율 보정이란, 간단하게 설명하면, 1묘화 라인 상에 설정되는 이산적인 복수의 보정점 각각에 위치하는 1화소(1비트)를 대상으로, 그 보정점의 화소에 있어서의 스폿 광(SP)의 주주사 방향의 간격을, 정규의 간격(예를 들면 스폿 광(SP)의 사이즈 φ의 1/2)으로부터 조금 증감시킴으로써, 기판 상에 묘화되는 각 보정점에서의 화소의 사이즈를 주주사 방향으로 약간 신축시키는 것이다.
편광 빔 스플리터(34)는, S편광의 광을 투과하고, P편광의 광을 반사하는 것으로, DFB 반도체 레이저 소자(30)가 발생한 종광(S1)과, DFB 반도체 레이저 소자(32)가 발생한 종광(S2)을, 전기 광학 소자(36)로 안내한다. 상세하게는, 편광 빔 스플리터(34)는, DFB 반도체 레이저 소자(30)가 발생한 S편광의 종광(S1)을 투과함으로써 종광(S1)을 전기 광학 소자(36)로 안내한다. 또한, 편광 빔 스플리터(34)는, DFB 반도체 레이저 소자(32)가 발생한 P편광의 종광(S2)을 반사함으로써 종광(S2)을 전기 광학 소자(36)로 안내한다. DFB 반도체 레이저 소자(30, 32), 및 편광 빔 스플리터(34)는, 종광(S1, S2)을 생성하는 펄스 광원부(35)를 구성한다.
전기 광학 소자(강도 변조부)(36)는, 종광(S1, S2)에 대해서 투과성을 가지는 것으로, 예를 들면, 전기 광학 변조기(EOM：Electro-Optic Modulator)가 이용된다. 전기 광학 소자(36)는, 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 하이/로 상태에 응답하여, 종광(S1, S2)의 편광 상태를 구동 회로(36a)에 의해서 전환하는 것이다. 묘화 비트열 데이터(SBa)는, 주사 유닛(U1~U3) 각각이 노광해야 할 패턴에 따른 패턴 데이터(비트 패턴)에 근거하여 생성되는 것이고, 묘화 비트열 데이터(SBb)는, 주사 유닛(U4~U6) 각각이 노광해야 할 패턴에 따른 패턴 데이터(비트 패턴)에 근거하여 생성되는 것이다. 따라서, 묘화 비트열 데이터(SBa)는, 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 입력되고, 묘화 비트열 데이터(SBb)는, 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 입력된다. DFB 반도체 레이저 소자(30), DFB 반도체 레이저 소자(32) 각각으로부터의 종광(S1, S2)은 파장역이 800㎚ 이상으로 길기 때문에, 전기 광학 소자(36)로서, 편광 상태의 변경 응답성이 GHz 정도의 것을 사용할 수 있다.
패턴 데이터(묘화 데이터)는, 주사 유닛(Un)마다 마련되며, 각 주사 유닛(Un)에 의해서 묘화되는 패턴을, 스폿 광(SP)의 사이즈 φ에 따라 설정되는 치수 Pxy의 화소에 의해서 분할하고, 복수의 화소 각각을 상기 패턴에 따른 논리 정보(화소 데이터)로 나타낸 것이다. 즉, 이 패턴 데이터는, 스폿 광(SP)의 주주사 방향(Y방향)을 따른 방향을 행방향으로 하고, 기판(P)의 부반송 방향(X방향)을 따른 방향을 열방향으로 하도록 2차원으로 분해된 복수의 화소의 논리 정보로 구성되어 있는 비트맵 데이터이다. 이 화소의 논리 정보는,「0」 또는「1」의 1비트의 데이터이다.「0」의 논리 정보는, 기판(P)에 조사하는 스폿 광(SP)의 강도를 저레벨(비(非)묘화)로 하는 것을 의미하고,「1」의 논리 정보는, 기판(P) 상에 조사하는 스폿 광(SP)의 강도를 고레벨(묘화)로 하는 것을 의미한다. 또한, 화소의 치수 Pxy의 주주사 방향(Y방향)의 치수를 Py로 하고, 부주사 방향(X방향)의 치수를 Px로 한다.
패턴 데이터의 1열(列)분(分)의 화소의 논리 정보는, 1개분의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 대응하는 것이다. 따라서, 1열분의 화소의 수는, 기판(P)의 피조사면 상에서의 화소의 치수 Pxy와 묘화 라인(SLn)의 길이에 따라 정해진다. 이 1화소의 치수 Pxy는, 스폿 광(SP)의 사이즈 φ와 동일한 정도, 혹은 그 이상으로 설정되며, 예를 들면, 스폿 광(SP)의 실효적인 사이즈 φ가 3㎛인 경우는, 1화소의 치수 Pxy는, 3㎛각(角, 사각형의 한변의 길이) 정도 이상으로 설정된다. 1열분의 화소의 논리 정보에 따라, 1개의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))을 따라서 기판(P)에 투사되는 스폿 광(SP)의 강도가 변조된다. 이 1열분의 화소의 논리 정보를 '시리얼 데이터(DLn)'라고 부른다. 즉, 패턴 데이터는, 시리얼 데이터(DLn)가 열방향으로 늘어 놓여진 비트맵 데이터이다. 주사 유닛(U1)의 패턴 데이터의 시리얼 데이터(DLn)를 DL1로 나타내고, 마찬가지로 주사 유닛(U2~U6)의 패턴 데이터의 시리얼 데이터(DLn)를 DL2~DL6로 나타낸다.
또한, 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3(U4~U6))은, 소정의 차례로 스폿 광(SP)의 주사를 1회씩 행하는 동작을 반복하기 때문에, 그것에 대응하여, 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3(U4~U6))의 패턴 데이터의 시리얼 데이터(DL1~DL3(DL4~DL6))도, 소정의 차례로, 광원 장치(LSa(LSb))의 구동 회로(36a)에 출력된다. 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 차례로 출력되는 시리얼 데이터(DL1~DL3)를 '묘화 비트열 데이터(SBa)'라고 부르며, 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 차례로 출력되는 시리얼 데이터(DL4~DL6)를 '묘화 비트열 데이터(SBb)'라고 부른다.
예를 들면, 제1 주사 모듈에 있어서, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)의 차례가, U1→U2→U3인 경우는, 먼저, 1열분의 시리얼 데이터(DL1)가 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 출력되고, 이어서 1열분의 시리얼 데이터(DL2)가 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 출력되는 등의 방식으로, 묘화 비트열 데이터(SBa)를 구성하는 1열분의 시리얼 데이터(DL1~DL3)가, DL1→DL2→DL3의 차례로 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 출력된다. 그 후, 다음의 열의 시리얼 데이터(DL1~DL3)가, DL1→DL2→DL3의 차례로 묘화 비트열 데이터(SBa)로서 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 출력된다. 마찬가지로 제2 주사 모듈에 있어서, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)의 차례가, U4→U5→U6인 경우는, 먼저, 1열분의 시리얼 데이터(DL4)가 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 출력되고, 이어서 1열분의 시리얼 데이터(DL5)가 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 출력되는 등의 방식으로, 묘화 비트열 데이터(SBb)를 구성하는 1열분의 시리얼 데이터(DL4~DL6)가, DL4→DL5→DL6의 차례로 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 출력된다. 그 후, 다음의 열의 시리얼 데이터(DL4~DL6)가, DL4→DL5→DL6의 차례로 묘화 비트열 데이터(SBb)로서 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 출력된다. 이 광원 장치(LSa(LSb))의 구동 회로(36a)에 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))를 출력하는 구체적인 구성에 대해서는 다음에 상세하게 설명한다.
구동 회로(36a)에 입력되는 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 1화소분의 논리 정보가 로(「0」) 상태일 때, 전기 광학 소자(36)는 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸지 않고 그대로 편광 빔 스플리터(38)로 안내한다. 한편으로, 구동 회로(36a)에 입력되는 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 1화소분의 논리 정보가 하이(「1」) 상태일 때, 전기 광학 소자(36)는 입사한 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸어, 즉, 편광 방향을 90도 바꾸어 편광 빔 스플리터(38)로 안내한다. 이와 같이 구동 회로(36a)가 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))에 근거하여 전기 광학 소자(36)를 구동하는 것에 의해서, 전기 광학 소자(36)는, 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 화소의 논리 정보가 하이 상태(「1」)일 때는, S편광의 종광(S1)을 P편광의 종광(S1)으로 변환하고, P편광의 종광(S2)을 S편광의 종광(S2)으로 변환한다.
편광 빔 스플리터(38)는, P편광의 광을 투과하여 렌즈 소자(GL)를 거쳐 컴바이너(44)로 안내하고, S편광의 광을 반사시켜 흡수체(40)로 안내하는 것이다. 이 편광 빔 스플리터(38)를 투과하는 광(종광)을 빔(Lse)으로 나타낸다. 이 펄스 모양의 빔(Lse)의 발진 주파수는 Fa가 된다. 여기 광원(42)는 여기광을 발생하고, 이 발생한 여기광은, 광 파이버(42a)를 통과하여 컴바이너(44)로 안내된다. 컴바이너(44)는, 편광 빔 스플리터(38)로부터 조사된 빔(Lse)과 여기광을 합성하여, 파이버 광 증폭기(46)에 출력한다. 파이버 광 증폭기(46)는, 여기광에 의해서 여기되는 레이저 매질이 도프되어 있다. 따라서, 합성된 빔(Lse) 및 여기광이 전송하는 파이버 광 증폭기(46) 내에서는, 여기광에 의해서 레이저 매질이 여기되는 것에 의해, 종광으로서의 빔(Lse)이 증폭된다. 파이버 광 증폭기(46) 내에 도프되는 레이저 매질로서는, 에르븀(Er), 이테르븀(Yb), 툴륨(Tm) 등의 희토류 원소가 이용된다. 이 증폭된 빔(Lse)은, 파이버 광 증폭기(46)의 사출단(46a)으로부터 소정의 발산각을 수반하여 방사되고, 렌즈 소자(GL)에 의해서 수렴 또는 콜리메이트되어 파장 변환 광학 소자(48)에 입사한다.
파장 변환 광학 소자(제1 파장 변환 광학 소자)(48)는, 제2 고조파 발생(Second Harmonic Generation：SHG)에 의해서, 입사한 빔(Lse)(파장 λ)을, 파장이 λ의 1/2인 제2 고조파로 변환한다. 파장 변환 광학 소자(48)로서 의사(疑似) 위상 정합(Quasi Phase Matching：QPM) 결정인 PPLN(Periodically Poled LiNbO3) 결정이 적합하게 이용된다. 또한 PPLT(Periodically Poled LiTaO3) 결정 등을 이용하는 것도 가능하다.
파장 변환 광학 소자(제2 파장 변환 광학 소자)(50)는, 파장 변환 광학 소자(48)가 변환한 제2 고조파(파장 λ/2)와 파장 변환 광학 소자(48)에 의해서 변환 되지 않고 잔류한 종광(파장 λ)과의 합주파 발생(Sum Frequency Generation：SFG)에 의해, 파장이 λ의 1/3인 제3 고조파를 발생한다. 이 제3 고조파가, 370㎜ 이하의 파장 대역(예를 들면, 355㎚)에 피크 파장을 가지는 자외선 광(빔(LB))이 된다.
도 8에 나타내는 것과 같이, 구동 회로(36a)에 인가하는 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 1화소분의 논리 정보가 로(「0」)인 경우는, 전기 광학 소자(강도 변조부)(36)는, 입사한 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸지 않고 그대로 편광 빔 스플리터(38)로 안내한다. 그 때문에, 편광 빔 스플리터(38)를 투과하는 빔(Lse)은 종광(S2)이 된다. 따라서, 광원 장치(LSa(LSb))로부터 최종적으로 출력되는 P편광인 빔(LBa(LBb))은, DFB 반도체 레이저 소자(32)로부터의 종광(S2)과 동일한 발진 프로파일(시간 특성)을 가진다. 즉, 이 경우는, 빔(LBa(LBb))은, 펄스의 피크 강도가 낮고, 시간적으로 브로드인 둔해진 특성으로 된다. 파이버 광 증폭기(46)는, 그러한 피크 강도가 낮은 종광(S2)에 대한 증폭 효율이 낮기 때문에, 광원 장치(LSa(LSb))로부터 사출되는 빔(LBa(LBb))은, 노광에 필요한 에너지까지 증폭되지 않는 광이 된다. 따라서, 노광이라고 하는 관점에서 보면, 실질적으로 광원 장치(LSa(LSb))는 빔(LBa(LBb))을 사출하고 있지 않는 것과 동일한 결과가 된다. 즉, 기판(P)에 조사되는 스폿 광(SP)의 강도는 저레벨이 된다. 다만, 패턴의 노광을 하지 않는 기간(비노광 기간)에는, 종광(S2) 유래의 자외역의 빔(LBa(LBb))이 약간의 강도라도 계속 조사된다. 그 때문에, 묘화 라인(SL1~SL6)이, 장시간, 기판(P) 상의 동일한 위치에 있는 상태가 계속되는 경우(예를 들면, 반송계의 트러블에 의해서 기판(P)이 정지하고 있는 경우 등)에는, 광원 장치(LSa(LSb))의 빔(LBa(LBb))의 사출창(도시 생략)에 가동 셔터를 마련하고, 사출창을 닫도록 하면 좋다.
한편, 도 8에 나타내는 것과 같이, 구동 회로(36a)에 인가하는 묘화 비트열 데이터(SBa(SBb))의 1화소분의 논리 정보가 하이(「1」)인 경우는, 전기 광학 소자(강도 변조부)(36)는, 입사한 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸어 편광 빔 스플리터(38)로 안내한다. 그 때문에, 편광 빔 스플리터(38)를 투과하는 빔(Lse)은 종광(S1)이 된다. 따라서, 광원 장치(LSa(LSb))로부터 사출되는 빔(LBa(LBb))은, DFB 반도체 레이저 소자(30)로부터의 종광(S1)에 유래하여 생성된 것이 된다. DFB 반도체 레이저 소자(30)로부터의 종광(S1)은 피크 강도가 강하기 때문에, 파이버 광 증폭기(46)에 의해서 효율적으로 증폭되고, 광원 장치(LSa(LSb))로부터 출력되는 P편광의 빔(LBa(LBb))은, 기판(P)의 노광에 필요한 에너지를 가진다. 즉, 기판(P)에 조사되는 스폿 광(SP)의 강도는 고레벨이 된다.
이와 같이, 광원 장치(LSa(LSb)) 내에, 묘화용 광 변조기로서의 전기 광학 소자(36)를 마련했으므로, 1개의 전기 광학 소자(강도 변조부)(36)를 제어함으로써, 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3(U4~U6))에 의해서 주사되는 스폿 광(SP)의 강도를, 묘화해야 할 패턴에 따라 변조시킬 수 있다. 따라서, 광원 장치(LSa(LSb))로부터 사출되는 빔(LBa(LBb))은, 강도 변조된 묘화 빔이 된다.
또한, 도 7의 구성에 있어서, DFB 반도체 레이저 소자(32) 및 편광 빔 스플리터(34)를 생략하고, DFB 반도체 레이저 소자(30)로부터의 종광(S1)만을, 패턴 데이터(묘화 비트열 데이터(SBa, SBb) 또는 시리얼 데이터(DLn))에 근거하는 전기 광학 소자(36)의 편광 상태의 전환에 의해, 파이버 광 증폭기(46)에 버스트파 모양으로 도광하는 것도 생각할 수 있다. 그렇지만, 이 구성을 채용하면, 종광(S1)의 파이버 광 증폭기(46)로의 입사 주기성이 묘화해야 할 패턴에 따라 크게 어지럽혀진다. 즉, 파이버 광 증폭기(46)에 DFB 반도체 레이저 소자(30)로부터의 종광(S1)이 입사하지 않는 상태가 계속된 후에, 파이버 광 증폭기(46)에 종광(S1)이 입사하면, 입사 직후의 종광(S1)은 통상일 때보다도 큰 증폭율로 증폭되고, 파이버 광 증폭기(46)로부터는, 규정 이상의 큰 강도를 가지는 빔(자이언트 펄스)이 수(數) 펄스분에 걸쳐 발생한다고 하는 문제가 있다. 그래서, 본 제1 실시 형태에서는, 바람직한 양태로서 파이버 광 증폭기(46)에 종광(S1)이 입사하지 않는 기간에, DFB 반도체 레이저 소자(32)로부터의 종광(S2)(피크 강도가 낮은 브로드인 펄스 광)을 파이버 광 증폭기(46)에 입사함으로써, 이러한 문제를 해결하고 있다.
또한, 전기 광학 소자(36)를 스위칭하도록 했지만, 패턴 데이터(묘화 비트열 데이터(SBa, SBb), 또는 시리얼 데이터(DLn))에 근거하여, DFB 반도체 레이저 소자(30, 32)를 구동하도록 해도 된다. 이 경우는, 이 DFB 반도체 레이저 소자(30, 32)가, 묘화용 광 변조기(강도 변조부)로서 기능한다. 즉, 제어 회로(22)는, 묘화 비트열 데이터((SBa)(DL1~DL3), SBb(DL4~DL6))에 근거하여, DFB 반도체 레이저 소자(30, 32)를 제어하여, 소정 주파수 Fa로 펄스 모양으로 발진하는 종광(S1, S2)을 선택적(택일적)으로 발생시킨다. 이 경우는, 편광 빔 스플리터(34, 38), 전기 광학 소자(36), 및 흡수체(40)는 불필요하게 되고, DFB 반도체 레이저 소자(30, 32) 중 어느 일방으로부터 선택적으로 펄스 발진되는 종광(S1, S2) 중 일방이, 직접 컴바이너(44)에 입사한다. 이 때, 제어 회로(22)는, DFB 반도체 레이저 소자(30)로부터의 종광(S1)과, DFB 반도체 레이저 소자(32)로부터의 종광(S2)이 동시에 파이버 광 증폭기(46)에 입사하지 않도록, 각 DFB 반도체 레이저 소자(30, 32)의 구동을 제어한다. 즉, 기판(P)에 각 빔(LBn)의 스폿 광(SP)을 조사하는 경우는, 종광(S1)만이 파이버 광 증폭기(46)에 입사하도록 DFB 반도체 레이저 소자(30)를 제어한다. 또한, 기판(P)에 각 빔(LBn)의 스폿 광(SP)을 조사하지 않는(스폿 광(SP)의 강도를 매우 낮게 하는) 경우에는, 종광(S2)만이 파이버 광 증폭기(46)에 입사하도록 DFB 반도체 레이저 소자(32)를 제어한다. 이와 같이, 기판(P)에 빔(LBn)을 조사할지 여부는, 화소의 논리 정보(하이/로)에 근거하여 결정된다. 또한, 이 경우의 종광(S1, S2)의 편광 상태는 모두 P편광으로 괜찮다.
여기서, 광원 장치(LSa(LSb))는, 스폿 광(SP)의 주사 중에, 기판(P)의 피조사면 상의 치수 Pxy의 1화소에 대해서, 스폿 광(SP)이 주주사 방향을 따라서 N개(본 제1 실시 형태에서는, N=2로 함) 투사되도록, 빔(LBa(LBb))을 사출한다. 이 광원 장치(LSa(LSb))로부터 사출되는 빔(LBa(LBb))은, 신호 발생부(22a)가 발생하는 클록 신호(LTC)의 클록 펄스에 응답하여 발생한다. 따라서, 치수 Pxy의 1화소에 대해서 스폿 광(SP)을 N개(N는 2이상의 정수라도 됨) 투사하기 위해서는, 주주사 방향에 있어서의 스폿 광(SP)의 기판(P)에 대한 상대적인 주사 속도를 Vs로 했을 때, 신호 발생부(22a)는, Pxy/(N×Vs) 또는 Py/(N×Vs)로 정해지는 기준 주기 Ta(=1/Fa)로 클록 신호(LTC)의 클록 펄스를 발생할 필요가 있다. 예를 들면, 실효적인 묘화 라인(SLn)의 길이를 30㎜로 하고, 1회의 주사 시간 Tsp를 약 50μsec로 하면, 스폿 광(SP)의 주사 속도 Vs는, 약 600m/sec가 된다. 그리고, 화소의 치수 Pxy(Px 및 Py)가 스폿 광(SP)의 실효적인 사이즈와 동일한 3㎛로서, N이 2인 경우는, 기준 주기 Ta=3㎛/(2×600m/sec)=0.0025μsec가 되고, 그 주파수 Fa(=1/Ta)는, 400MHz가 된다.
이 국소 배율 보정 정보(CMgn(CMg1~CMg6))의 보정 위치 정보(설정값)(Nv)는, 임의로 변경할 수 있고, 묘화 라인(SLn)의 배율에 따라 적절히 설정된다. 예를 들면, 묘화 라인(SLn) 상에 위치하는 보정 화소가 1개가 되도록, 보정 위치 정보(Nv)를 설정해도 된다. 전체 배율 보정 정보(TMg)에 의해서도, 묘화 라인(SL)을 신축시킬 수 있지만, 국소 배율 보정의 쪽이 섬세하고 미세한 배율 보정을 행할 수 있다. 예를 들면, 발진 주파수 Fa가 400MHz이고 묘화 라인(SLn)의 주사 길이(묘화 범위)의 초기값을 30㎜로 했을 경우에, 전체 배율 보정 정보(TMg)에 의해서 묘화 라인(SLn)의 주사 길이를 15㎛(비율 500ppm)만큼 신축 또는 신장시키는 경우에는, 발진 주파수 Fa를, 약 0.2MHz(비율 500ppm)만큼 크게 또는 작게 해야 하며, 그 조정이 어렵다. 또한, 조정할 수 있었다고 해도, 일정한 지연(시(時)정수)을 가지고 조정 후의 발진 주파수 Fa로 전환되기 때문에, 그 동안은, 소망하는 배율을 얻을 수 없다. 또한, 묘화 배율의 보정비가 500ppm 이하, 예를 들면 수 ppm~수십 ppm 정도로 설정되는 경우는, 광원 장치(LSa(LSb))의 발진 주파수 Fa를 바꾸는 전체 배율 보정 방식 보다도, 이산적인 보정 화소에서의 스폿 광의 수를 증감하는 국소 배율 보정 방식이, 분해능이 높은 보정을 간단하게 행할 수 있다. 물론, 전체 배율 보정 방식과 국소 배율 보정 방식의 모두를 병용하면, 큰 묘화 배율의 보정비에 대응하면서 고분해능보정을 할 수 있다고 하는 이점을 얻을 수 있다.
도 9는, 노광 장치(EX)의 전기적인 구성을 나타내는 블록도이다. 노광 장치(EX)의 제어 장치(16)는, 폴리곤 구동 제어부(100), 선택 소자 구동 제어부(102), 빔 제어 장치(104), 마크 위치 검출부(106), 및 회전 위치 검출부(108)를 가진다. 또한 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 원점 센서(OPn(OP1~OP6))가 출력한 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))는, 폴리곤 구동 제어부(100) 및 선택 소자 구동 제어부(102)에 입력된다. 또한 도 9에 나타내는 예에서는, 광원 장치(LSa(LSb))로부터의 빔(LBa(LBb))이 선택용 광학 소자(AOM2(AOM5))에 의해서 회절되고, 그 1차 회절광인 빔(LB2(LB5))이 주사 유닛(U2(U5))에 입사하고 있는 상태를 나타내고 있다.
폴리곤 구동 제어부(100)는, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 구동 제어한다. 폴리곤 구동 제어부(100)는, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)를 구동시키는 회전 구동원(모터나 감속기 등)(RM)을 가지며, 이 모터의 회전을 구동 제어함으로써, 폴리곤 미러(PM)의 회전을 구동 제어한다. 폴리곤 구동 제어부(100)는, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치가 소정의 위상 관계가 되도록, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))의 폴리곤 미러(PM) 각각을 동기 회전시킨다. 즉, 폴리곤 구동 제어부(100)는, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(회전수) Vp가 서로 동일하고, 또한, 일정한 각도분씩 회전 각도 위치의 위상이 어긋나도록, 복수의 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전을 제어한다. 또한 각 주사 유닛(Un(U1~U6))의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 Vp는, 모두 동일하게 한다.
본 제1 실시 형태에서는, 위에서 설명한 것과 같이, 실주사에 기여하는 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 α를 15도로 하므로, 반사면(RP)이 8개인 팔각형의 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율은 1/3이 된다. 제1 주사 모듈에서는, 3개의 주사 유닛(Un)에 의한 스폿 광(SP)의 주사가, U1→U2→U3의 차례로 행해진다. 따라서, 이 차례로, 이 3개의 주사 유닛(U1~U3) 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치의 위상이 15도씩 어긋난 상태로 등속 회전하도록, 주사 유닛(U1~U3) 각각의 폴리곤 미러(PM)가 폴리곤 구동 제어부(100)에 의해서 동기 제어된다. 또한, 제2 주사 모듈에서는, 3개의 주사 유닛(Un)에 의한 스폿 광(SP)의 주사가, U4→U5→U6의 차례로 행해진다. 따라서, 이 차례로, 3개의 주사 유닛(U4~U6) 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치의 위상이 15도씩 어긋난 상태로 등속 회전하도록, 주사 유닛(U4~U6) 각각의 폴리곤 미러(PM)가 폴리곤 구동 제어부(100)에 의해서 동기 제어된다.
구체적으로는, 도 10에 나타내는 것과 같이, 폴리곤 구동 제어부(100)는, 예를 들면, 제1 주사 모듈에 관해서는, 주사 유닛(U1)의 원점 센서(OP1)로부터의 원점 신호(SZ1)를 기준으로 하여, 주사 유닛(U2)의 원점 센서(OP2)로부터의 원점 신호(SZ2)가 시간 Ts만큼 늦춰져 발생하도록, 주사 유닛(U2)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 위상을 제어한다. 폴리곤 구동 제어부(100)는, 원점 신호(SZ1)를 기준으로 하여, 주사 유닛(U3)의 원점 센서(OP3)로부터의 원점 신호(SZ3)가 2×시간 Ts만큼 늦춰져 발생하도록, 주사 유닛(U3)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 위상을 제어한다. 이 시간 Ts는, 폴리곤 미러(PM)가 15도 회전하는 시간(스폿 광(SP)의 최대 주사 시간)이다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(U1~U3) 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치의 위상차가, U1, U2, U3의 차례로 15도씩 어긋난 상태가 된다. 따라서, 제1 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3)은, U1→U2→U3의 차례로, 스폿 광(SP)의 주사를 행할 수 있다.
제2 주사 모듈에 관해서도 마찬가지로 폴리곤 구동 제어부(100)는, 예를 들면, 주사 유닛(U4)의 원점 센서(OP4)로부터의 원점 신호(SZ4)를 기준으로 하여, 주사 유닛(U5)의 원점 센서(OP5)로부터의 원점 신호(SZ5)가 시간 Ts만큼 늦춰져 발생하도록, 주사 유닛(U5)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 위상을 제어한다. 폴리곤 구동 제어부(100)는, 원점 신호(SZ4)를 기준으로 하여, 주사 유닛(U6)의 원점 센서(OP6)로부터의 원점 신호(SZ6)가 2×시간 Ts만큼 늦춰져 발생하도록, 주사 유닛(U6)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 위상을 제어한다. 이것에 의해, 각 주사 유닛(U4~U6) 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도 위치의 위상이, U4, U5, U6의 차례로 15도씩 어긋난 상태가 된다. 따라서, 제2 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U4~U6))은, U4→U5→U6의 차례로, 스폿 광(SP)의 주사를 행할 수 있다.
선택 소자 구동 제어부(빔 전환 구동 제어부)(102)는, 빔 전환부(BDU)의 각 광학 소자 모듈의 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM3, AOM4~AOM6))를 제어하여, 각 주사 모듈의 1개의 주사 유닛(Un)이 스폿 광(SP)의 주사를 개시하고 나서 다음의 주사를 개시하기까지, 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터의 빔(LB(LBa, LBb))을, 각 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))에 차례로 배분한다. 또한 1개의 주사 유닛(Un)이 스폿 광(SP)의 주사를 개시하고 나서 다음의 주사를 개시하기까지, 폴리곤 미러(PM)는 45도 회전하고 있으며, 그 시간 간격은, 시간 Tpx(=3×Ts)가 된다.
구체적으로는, 선택 소자 구동 제어부(102)는, 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))가 발생하면, 원점 신호(SZn)가 발생하고 나서 일정 시간(온 시간 Ton)만큼, 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))를 발생한 주사 유닛(Un(U1~U6))에 대응하는 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))에 구동 신호(고주파 신호)(HFn(HF1~HF6))를 인가한다. 이것에 의해, 구동 신호(고주파 신호)(HFn)가 인가된 선택용 광학 소자(AOMn)는, 온 시간 Ton만큼 온 상태가 되고, 대응하는 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 입사시킬 수 있다. 또한, 원점 신호(SZn)를 발생한 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 입사시키므로, 스폿 광(SP)의 주사를 행할 수 있는 주사 유닛(Un)에 빔(LBn)을 입사시킬 수 있다. 또한 이 온 시간 Ton는, 시간 Ts 이하의 시간이다.
제1 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3)에서 발생하는 원점 신호(SZ1~SZ3)는, 시간 Ts간격으로, SZ1→SZ2→SZ3의 순서로 발생한다. 그 때문에, 제1 광학 소자 모듈의 각 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)에는, 시간 Ts간격으로, AOM1→AOM2→AOM3의 차례로 구동 신호(고주파 신호)(HF1~HF3)가 온 시간 Ton만큼 인가된다. 따라서, 제1 광학 소자 모듈(AOM1~AOM3)은, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBn(LB1~LB3))이 입사하는 1개의 주사 유닛(Un)을 시간 Ts간격으로, U1→U2→U3의 차례로 전환할 수 있다. 이것에 의해, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)이 시간 Ts간격으로, U1→U2→U3의 차례로 전환되게 된다. 또한, 주사 유닛(U1)이 스폿 광(SP)의 주사를 개시하고 나서 다음의 주사를 개시할 때까지의 시간(Tpx=3×Ts)에, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBn(LB1~LB3))을 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3)) 중 어느 1개에 차례로 입사시킬 수 있다.
마찬가지로 제2 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U4~U6)에서 발생하는 원점 신호(SZ4~SZ6)는, 시간 Ts간격으로, SZ4→SZ5→SZ6의 순서로 발생한다. 그 때문에 제2 광학 소자 모듈의 각 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)에는, 시간 Ts간격으로, AOM4→AOM5→AOM6의 차례로 구동 신호(고주파 신호)(HF4~HF6)가 온 시간 Ton만큼 인가된다. 따라서, 제2 광학 소자 모듈(AOM4~AOM6)은, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBn(LB4~LB6))이 입사하는 1개의 주사 유닛(Un)을 시간 Ts간격으로, U4→U5→U6의 차례로 전환할 수 있다. 이것에 의해, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)이 시간 Ts간격으로, U4→U5→U6의 차례로 전환되게 된다. 또한, 주사 유닛(U4)이 스폿 광(SP)의 주사를 개시하고 나서 다음의 주사를 개시할 때까지의 시간(Tpx=3×Ts)에, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBn(LB4~LB6))을 3개의 주사 유닛(Un(U4~U6)) 중 어느 1개에 차례로 입사시킬 수 있다.
선택 소자 구동 제어부(102)에 대해 보다 자세하게 설명하면, 선택 소자 구동 제어부(102)는, 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))가 발생하면, 도 10에 나타내는 것과 같이, 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))가 발생하고 나서 일정 시간(온 시간 Ton)만큼 H(하이)로 되는 복수의 입사 허가 신호(LPn(LP1~LP6))를 생성한다. 이 복수의 입사 허가 신호(LPn(LP1~LP6))는, 대응하는 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))를 온 상태로 하는 것을 허가하는 신호이다. 즉, 입사 허가 신호(LPn(LP1~LP6))는, 대응하는 주사 유닛(Un(U1~U6))으로의 빔(LBn(LB1~LB6))의 입사를 허가하는 신호이다. 그리고, 선택 소자 구동 제어부(102)는, 입사 허가 신호(LPn(LP1~LP6))가 H(하이)로 되어 있는 온 시간 Ton만큼, 대응하는 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))에 구동 신호(고주파 신호)(HFn(HF1~HF6))를 인가하여, 대응하는 선택용 광학 소자(AOMn)를 온 상태(1차 회절광을 발생하는 상태)로 한다. 예를 들면, 선택 소자 구동 제어부(102)는, 입사 허가 신호(LP1~LP3)가 H(하이)로 되어 있는 일정 시간 Ton만큼, 대응하는 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)에 구동 신호(HF1~HF3)를 인가한다. 이것에 의해, 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LB1~LB3)이, 대응하는 주사 유닛(U1~U3)에 입사한다. 또한, 선택 소자 구동 제어부(102)는, 입사 허가 신호(LP4~LP6)가 H(하이)로 되어 있는 일정 시간 Ton만큼, 대응하는 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)에 구동 신호(고주파 신호)(HF4~HF6)를 인가한다. 이것에 의해, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LB4~LB6)가, 대응하는 주사 유닛(U4~U6)에 입사한다.
도 10에 나타내는 것과 같이, 제1 광학 소자 모듈의 3개의 선택용 광학 소자(AOM1~AOM3)에 대응하는 입사 허가 신호(LP1~LP3)는, H(하이)로 되는 상승 타이밍이, LP1→LP2→LP3의 순서로 시간 Ts씩 어긋나 있고, 또한, H(하이)로 되는 온 시간 Ton이 서로 중복하는 것은 아니다. 따라서, 빔(LBn(LB1~LB3))이 입사하는 주사 유닛(Un)은, 시간 Ts간격으로, U1→U2→U3의 순서로 전환된다. 마찬가지로 제2 광학 소자 모듈의 3개의 선택용 광학 소자(AOM4~AOM6)에 대응하는 입사 허가 신호(LP4~LP6)는, H(하이)로 되는 상승 타이밍이, LP4→LP5→LP6의 순서로 시간 Ts씩 어긋나 있고, 또한, H(하이)로 되는 온 시간 Ton이 서로 중복하는 것은 아니다. 따라서, 빔(LBn(LB4~LB6))이 입사하는 주사 유닛(Un)은, 시간 Ts간격으로, U4→U5→U6의 순서로 전환된다. 선택 소자 구동 제어부(102)는, 생성한 복수의 입사 허가 신호(LPn(LP1~LP6))를, 빔 제어 장치(104)에 출력한다.
도 9의 빔 제어 장치(빔 제어부)(104)는, 빔(LB(LBa, LBb, LBn))의 발광 주파수 Fa, 빔(LB)의 스폿 광(SP)이 묘화되는 묘화 라인(SLn)의 배율, 및 빔(LB)의 강도 변조를 제어하는 것이다. 빔 제어 장치(104)는, 전체 배율 설정부(110), 국소 배율 설정부(112), 묘화 데이터 출력부(114), 및 노광 제어부(116)를 구비한다. 전체 배율 설정부(전체 배율 보정 정보 기억부)(110)는, 노광 제어부(116)로부터 보내져 온 전체 배율 보정 정보(TMg)를 기억함과 아울러, 전체 배율 보정 정보(TMg)를 광원 장치(LS(LSa, LSb))의 제어 회로(22)의 신호 발생부(22a)에 출력한다. 신호 발생부(22a)의 클록 발생부(60)는, 이 전체 배율 보정 정보(TMg)에 따른 발진 주파수 Fa의 클록 신호(LTC)를 생성한다. 또한 전체 배율 설정부(110)와 국소 배율 설정부(112)의 상세한 구성에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.
국소 배율 설정부(국소 배율 보정 정보 기억부, 보정 정보 기억부)(112)는, 노광 제어부(116)로부터 보내져 온 국소 배율 보정 정보(보정 정보)(CMgn)를 기억함과 아울러, 국소 배율 보정 정보(CMgn)를 광원 장치(LS(LSa, LSb))의 제어 회로(22)의 신호 발생부(22a)에 출력한다. 이 국소 배율 보정 정보(CMgn)에 근거하여, 묘화 라인(SLn) 상의 보정 화소의 위치가 지정(특정)되고, 그 배율이 결정된다. 제어 회로(22)의 신호 발생부(22a)는, 이 국소 배율 보정 정보(CMg)에 근거하여 결정한 보정 화소, 및 그 배율에 따라 화소 시프트 펄스(BSC(BSCa, BSCb))를 출력한다. 또한 국소 배율 설정부(112)는, 노광 제어부(116)로부터 보내져 온 주사 유닛(Un(U1~U6))마다의 국소 배율 보정 정보(CMgn(CMg1~CMg6))를 기억한다. 그리고, 국소 배율 설정부(112)는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un)에 대응하는 국소 배율 보정 정보(CMgn)를 광원 장치(LS(LSa, LSb))의 신호 발생부(22a)에 출력한다. 즉, 국소 배율 설정부(112)는, 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))를 발생한 주사 유닛(Un)에 대응하는 국소 배율 보정 정보(CMgn)를, 이 주사 유닛(Un)에 입사하는 빔(LBn)의 발생원이 되는 광원 장치(LS(LSa, LSb))의 신호 발생부(22a)에 출력한다. 또한 전체 배율 보정 정보(TMg)나 국소 배율 보정 정보(CMgn)에 근거하는 묘화 배율의 보정은, 광원 장치(LS(LSa, LSb))의 제어 회로(22)의 신호 발생부(22a)로부터의 클록 신호(LTC)의 클록 주기를 부분적으로 미세 조정하여 행하여진다. 제어 회로(22)(신호 발생부(22a))의 상세한 구성에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.
예를 들면, 원점 신호(SZn)를 발생한 주사 유닛(Un)(즉, 지금부터 스폿 광(SP)의 주사를 행할 주사 유닛(Un))이, 주사 유닛(U1~U3) 중 어느 하나인 경우에는, 국소 배율 설정부(112)는, 원점 신호(SZn)를 발생한 주사 유닛(Un)에 대응하는 국소 배율 보정 정보(CMgn)를, 광원 장치(LSa)의 신호 발생부(22a)에 출력한다. 마찬가지로 원점 신호(SZn)를 발생한 주사 유닛(Un)이, 주사 유닛(U4~U6) 중 어느 하나인 경우에는, 국소 배율 설정부(112)는, 원점 신호(SZn)를 발생한 주사 유닛(Un)에 대응하는 국소 배율 보정 정보(CMgn)를, 광원 장치(LSb)의 신호 발생부(22a)에 출력한다. 이것에 의해, 주사 모듈마다, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(Un(U1~U3, U4~U6))에 대응하는 화소 시프트 펄스(BSC(BSCa, BSCb))가, 광원 장치(LS(LSa, LSb))의 송출 타이밍 전환부(64)로부터 출력된다. 이것에 의해, 묘화 라인(SLn)마다 개별적으로 주사 길이를 조정할 수 있다.
묘화 데이터 출력부(114)는, 제1 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U1~U3)) 중, 원점 신호(SZn)를 발생한 주사 유닛(Un)(지금부터 스폿 광(SP)의 주사를 행할 주사 유닛(Un))에 대응하는 1열분의 시리얼 데이터(DLn)를 묘화 비트열 데이터(SBa)로서 광원 장치(LSa)의 구동 회로(36a)에 출력한다. 또한, 묘화 데이터 출력부(114)는, 제2 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(Un(U4~U6)) 중, 원점 신호(SZn)를 발생한 주사 유닛(Un)(지금부터 스폿 광(SP)의 주사를 행할 주사 유닛(Un))에 대응하는 1열분의 시리얼 데이터(DLn(DL4~DL6))를 묘화 비트열 데이터(SBb)로서 광원 장치(LSb)의 구동 회로(36a)에 출력한다. 제1 주사 모듈에 관해서는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U1~U3)의 차례는, U1→U2→U3으로 되어 있으므로, 묘화 데이터 출력부(114)는, DL1→DL2→DL3의 차례로 반복되는 시리얼 데이터(DL1~DL3)를 묘화 비트열 데이터(SBa)로서 출력한다. 제2 주사 모듈에 관해서는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U4~U6)의 차례는, U4→U5→U6로 되어 있으므로, 묘화 데이터 출력부(114)는, DL4→DL5→DL6의 차례로 반복되는 시리얼 데이터(DL4~DL6)를 묘화 비트열 데이터(SBb)로서 출력한다.
또한, 도 9에 나타낸 노광 제어부(116)는, 전체 배율 설정부(110), 국소 배율 설정부(112), 및 묘화 데이터 출력부(114)를 제어하는 것이다. 노광 제어부(116)에는, 마크 위치 검출부(106)가 검출한 설치 방위선(Lx1, Lx4) 상에 있어서의 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치 정보와 회전 위치 검출부(108)가 검출한 설치 방위선(Lx1~Lx4) 상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치 정보(카운터 회로(CN1a~CN4a, CN1b~CN4b)에 근거하는 카운트값)이 입력된다. 노광 제어부(116)는, 설치 방위선(Lx1) 상에 있어서의 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치 정보와, 설치 방위선(Lx1) 상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치(카운터 회로(CN1a, CN1b)의 카운트값)에 근거하여, 기판(P)의 부주사 방향(X방향)에 있어서의 피노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치를 검출(결정)한다.
그리고, 노광 제어부(116)는, 묘화 노광의 개시 위치가 검출되었을 때의 설치 방위선(Lx1) 상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치와, 설치 방위선(Lx2) 상에 있어서의 회전 각도 위치(카운터 회로(CN2a, CN2b)에 근거하는 카운트값)에 근거하여, 기판(P)의 묘화 노광의 개시 위치가 설치 방위선(Lx2) 상에 있는 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 상까지 반송되었는지 여부를 판단한다. 노광 제어부(116)는, 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 상까지 반송되었다고 판단하면, 국소 배율 설정부(112) 및 묘화 데이터 출력부(114) 등을 제어하여, 주사 유닛(U1, U3, U5)에 스폿 광(SP)의 주사에 의한 묘화를 개시시킨다.
이 경우는, 노광 제어부(116)는, 주사 유닛(U1, U3)이 묘화 노광을 행하는 타이밍에, 국소 배율 설정부(112)에 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U1, U3)에 대응하는 국소 배율 보정 정보(CMg1, CMg3)를 광원 장치(LSa)의 신호 발생부(22a)에 출력시킨다. 이것에 의해, 광원 장치(LSa)의 신호 발생부(22a)는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U1, U3)의 시리얼 데이터(DL1, DL3)의 화소를 시프트시키는 화소 시프트 펄스(BSCa)를, 국소 배율 보정 정보(CMg1, CMg3)에 따라 발생한다. 이 화소 시프트 펄스(BSCa)에 따라, 묘화 데이터 출력부(114)는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U1, U3)에 대응하는 시리얼 데이터(DL1, DL3)의 각 화소의 논리 정보를 1화소씩 시프트시켜 간다. 마찬가지로 노광 제어부(116)는, 주사 유닛(U5)이 묘화 노광을 행하는 타이밍에, 국소 배율 설정부(112)에, 주사 유닛(U5)에 대응하는 국소 배율 보정 정보(CMg5)를 광원 장치(LSb)의 신호 발생부(22a)에 출력시킨다. 이것에 의해, 광원 장치(LSb)의 신호 발생부(22a)는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U5)에 대응하는 시리얼 데이터(DL5)의 화소를 시프트시키는 화소 시프트 펄스(BSCb)를, 국소 배율 보정 정보(CMg5)에 따라 발생한다. 이 화소 시프트 펄스(BSCb)에 따라, 묘화 데이터 출력부(114)는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U5)의 시리얼 데이터(DL5)의 각 화소의 논리 정보를 1화소씩 시프트시켜 간다.
그 후, 노광 제어부(116)는, 묘화 노광의 개시 위치가 검출되었을 때의 설치 방위선(Lx1) 상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치와, 설치 방위선(Lx3) 상에 있어서의 회전 각도 위치(카운터 회로(CN3a, CN3b)의 카운트값)에 근거하여, 기판(P)의 묘화 노광의 개시 위치가 설치 방위선(Lx3) 상에 있는 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 상까지 반송되었는지 여부를 판단한다. 노광 제어부(116)는, 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 상까지 반송되었다고 판단하면, 국소 배율 설정부(112) 및 묘화 데이터 출력부(114)를 제어하여, 주사 유닛(U2, U4, U6)에 스폿 광(SP)의 주사를 추가로 개시시킨다.
이 경우는, 노광 제어부(116)는, 주사 유닛(U2)가 묘화 노광을 행하는 타이밍에, 국소 배율 설정부(112)에, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U2)에 대응하는 국소 배율 보정 정보(CMg2)를 광원 장치(LSa)의 신호 발생부(22a)에 출력시킨다. 이것에 의해, 광원 장치(LSa)의 신호 발생부(22a)는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U2)의 시리얼 데이터(DL2)의 화소를 시프트시키는 화소 시프트 펄스(BSCa)를, 국소 배율 보정 정보(CMg2)에 따라 발생한다. 이 화소 시프트 펄스(BSCa)에 따라, 묘화 데이터 출력부(114)는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U2)의 시리얼 데이터(DL2)의 각 화소의 논리 정보를 1화소씩 시프트시켜 간다. 마찬가지로 노광 제어부(116)는, 주사 유닛(U4, U6)이 묘화 노광을 행하는 타이밍에, 국소 배율 설정부(112)에, 주사 유닛(U4, U6)에 대응하는 국소 배율 보정 정보(CMg4, CMg6)를 광원 장치(LSb)의 신호 발생부(22a)에 출력시킨다. 이것에 의해, 광원 장치(LSb)의 신호 발생부(22a)는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U4, U6)의 시리얼 데이터(DL4, DL6)의 화소를 시프트시키는 화소 시프트 펄스(BSCb)를, 국소 배율 보정 정보(CMg4, CMg6)에 따라 발생한다. 이 화소 시프트 펄스(BSC)b에 따라, 묘화 데이터 출력부(114)는, 스폿 광(SP)의 주사를 행하는 주사 유닛(U4, U6)의 시리얼 데이터(DL4, DL6)의 각 화소의 논리 정보를 1화소씩 시프트시켜 간다.
앞의 도 4로부터 알 수 있듯이, 기판(P)은 +X방향으로 반송되므로, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 각각에 있어서의 묘화 노광이 선행되고, 기판(P)이 소정 거리만큼 더 반송되고 나서, 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 각각에 있어서의 묘화 노광이 행하여진다. 한편으로, 제1 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U1~U3)의 각 폴리곤 미러(PM), 제2 주사 모듈의 3개의 주사 유닛(U4~U6)의 각 폴리곤 미러(PM)는, 소정의 위상차를 가지고 회전 제어되고 있기 때문에, 원점 신호(SZ1~SZ3, SZ4~SZ6)는, 도 10에 나타내는 것과 같이, 시간 Ts만큼 위상차를 가지고 계속 발생한다. 그 때문에, 도 10에 나타내는 것과 같은 입사 허가 신호(LPn(LP1~LP6))가 발생하고, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)에 있어서의 묘화 노광의 개시 시점으로부터 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)에 있어서의 묘화 노광의 개시 직전까지의 동에도, 시리얼 데이터(DL2, DL4, DL6)가 출력된다. 따라서, 피노광 영역(W)의 묘화 노광의 개시 위치가 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 상에 이르기 전에, 주사 유닛(U2, U4, U6)에 의한 스폿 광(SP)의 주사에 의해서 패턴이 묘화되어 버린다. 그래서, 도 9의 노광 제어부(116)는, 입사 허가 신호(LPn(LP1~LP6))를 논리 연산하는 논리 회로에 의해서, 주사 유닛(U2, U4, U6) 각각에 대응한 시리얼 데이터(DL2, DL4, DL6)의 화소의 시프트가 금지된다.
또한, 노광 제어부(116)는, 마크 위치 검출부(106)가 검출한 설치 방위선(Lx1, Lx4) 상에 있어서의 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))의 위치 정보와, 회전 위치 검출부(108)가 검출한 설치 방위선(Lx1, Lx4) 상에 있어서의 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치 정보에 근거하여, 기판(P) 또는 피노광 영역(W)의 왜곡(변형)을 순서대로 연산한다. 예를 들면, 기판(P)이 장척 방향으로 큰 텐션을 받거나. 열프로세스를 받거나 하여 변형되어 있는 경우에는, 피노광 영역(W)의 형상도 왜곡되어(변형되어), 얼라이먼트 마크(MKm(MK1~MK4))의 배열도, 도 4에 나타내는 것과 같은 직사각 형상으로 되지 않고, 왜곡된(변형된) 상태가 된다. 기판(P) 또는 피노광 영역(W)이 왜곡된 경우는, 그것에 따라서 각 묘화 라인(SLn)의 배율을 변경할 필요가 있으므로, 노광 제어부(116)는, 연산한 기판(P) 또는 피노광 영역(W)의 왜곡에 근거하여, 전체 배율 보정 정보(TMg) 및 국소 배율 보정 정보(CMgn) 중 적어도 일방을 생성한다. 그리고, 이 생성된 전체 배율 보정 정보(TMg) 및 국소 배율 보정 정보(CMgn) 중 적어도 일방은, 전체 배율 설정부(110) 또는 국소 배율 설정부(112)에 출력된다. 이것에 의해, 겹침 노광의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 노광 제어부(116)는, 기판(P) 또는 피노광 영역(W)의 왜곡에 따라서, 각 묘화 라인(SLn)마다 보정 경사각 정보를 생성해도 된다. 이 생성된 보정 경사각 정보에 근거하여, 위에서 설명한 상기 액츄에이터가, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))을 조사 중심축(Len(Le1~Le6)) 둘레로 회동시킨다. 이것에 의해, 겹침 노광의 정밀도가 보다 향상된다. 노광 제어부(116)는, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 의해서 스폿 광(SP)의 주사가 행하여질 때에, 혹은, 스폿 광(SP)의 주사가 소정 횟수 행하여질 때마다, 혹은, 기판(P) 또는 피노광 영역(W)의 왜곡의 경향이 허용 범위를 넘어 바뀌었을 때에, 전체 배율 보정 정보(TMg) 및 국소 배율 보정 정보(CMgn) 중 적어도 일방과, 보정 경사각 정보를 다시 생성해도 된다.
도 11은, 광원 장치(LSa(LSb))의 내부에 마련되는 신호 발생부(22a)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 것과 같이, 신호 발생부(22a)에는, 보정 위치 정보(Nv)와 신축 정보(극성 정보)(POL)를 가지는 국소 배율 보정 정보(CMgn)가, 국소 배율 설정부(112)로부터 보내져 오는 것으로 한다. 이 국소 배율 설정부(112)는, 주사 유닛(Un(U1~U6))마다, 국소 배율 보정 정보(CMgn(CMg1~CMg6))를 기억하고 있다.
신호 발생부(22a)는, 클록 신호 발생부(200), 보정점 지정부(202), 및 클록 전환부(204)를 가진다. 이 클록 신호 발생부(200), 보정점 지정부(202), 및 클록 전환부(204) 등은, FPGA(Field Progra㎜able Gate Array)에 의해 집약하여 구성할 수 있다. 클록 신호 발생부(200)는, φ/Vs으로 정해지는 주기보다도 짧은 기준 주기 Te를 가짐과 아울러, 기준 주기 Te의 1/N의 보정 시간씩 위상차를 준 복수(N개)의 클록 신호(CKp)(p=0, 1, 2,…, N-1)를 생성한다. φ는 스폿 광(SP)의 실효적인 사이즈이고, Vs는 기판(P)에 대한 스폿 광(SP)의 주주사 방향의 상대적인 속도이며, 여기에서는 일례로서 150㎜/sec로 하여 설명한다. 또한 기준 주기 Te가, φ/Vs로 정해지는 주기보다도 긴 경우에는, 주주사 방향을 따라서 조사되는 스폿 광(SP)이 소정의 간격을 두고 이산적으로 기판(P)의 피조사면 상에 조사되어 버린다. 반대로, 기준 주기 Te가, φ/Vs로 정해지는 주기보다도 짧은 경우에는, 스폿 광(SP)이 주주사 방향에 관해서 서로 겹치도록 기판(P)의 피조사면 상에 조사된다. 본 실시의 형태에서는, 원칙적으로 스폿 광(SP)을 사이즈 φ의 1/2씩 오버랩시키기 위해서, 발진 주파수 Fe가 100MHz로 설정되는 것으로 한다. 이 경우, 기준 주기 Te는, 1/Fe=1/100[MHz]=10[nsec]가 되고, φ/Vs=3[㎛]/150[㎜/sec]=20nsec보다 작은 값이 된다. 또, N=50으로 하면, 클록 신호 발생부(200)는, 0.2nsec(=10[nsec]/50)의 위상차가 주어진 50개의 클록 신호(CK0~CK49)를 생성한다.
구체적으로는, 클록 신호 발생부(200)는, 클록 발생부(발진기)(60)와, 복수(N-1개)의 지연 회로(De(De01~De49))를 가진다. 클록 발생부(60)는, 전체 배율 보정 정보(TMg)에 따른 발진 주파수 Fe(=1/Te)로 발진하는 클록 펄스로 이루어지는 클록 신호(CK0)를 발생한다. 본 실시의 형태에서는, 전체 배율 보정 정보(TMg)를 0(보정량 0%)으로 하고, 클록 발생부(60)는, 100MHz의 발진 주파수 Fe(기준 주기 Te=10nsec)로 클록 신호(CK0)를 발생한다.
클록 발생부(60)로부터의 클록 신호(출력 신호)(CK0)는, 직렬로 접속된 복수의 지연 회로(De(De01~De49))의 초단(初段)(선두)의 지연 회로(De01)에 입력됨과 아울러, 클록 전환부(204)의 1번째의 입력 단자에 입력된다. 이 지연 회로(De(De01~De049))는, 입력 신호인 클록 신호(CKp)를 일정 시간(Te/N=0.2 nsec)만큼 지연시켜 출력한다. 따라서, 초단의 지연 회로(De01)는, 클록 발생부(60)가 발생한 클록 신호(CK0)와 동일한 기준 주기 Te(10nsec)이며, 또한, 클록 신호(CK0)에 대해서 0.2nsec의 지연을 가진 클록 신호(출력 신호)(CK1)를 출력한다. 마찬가지로 2단째의 지연 회로(De02)는, 전단의 지연 회로(De01)로부터의 클록 신호(출력 신호)(CK1)와 동일한 기준 주기 Te(10nsec)이며, 또한, 클록 신호(CK1)에 대해서 0.2nsec의 지연을 가진 클록 신호(출력 신호)(CK2)를 출력한다. 3단째 이후의 지연 회로(De03~De49)도 마찬가지로 전단의 지연 회로(De02~De48)로부터의 클록 신호(출력 신호)(CK2~CK48)와 동일한 기준 주기 Te(10nsec)이며, 또한, 클록 신호(CK2~CK48)에 대해서 0.2nsec의 지연을 가진 클록 신호(출력 신호)(CK3~CK49)를 출력한다.
클록 신호(CK0~CK49)는, 0.2nsec씩 위상차가 주어진 신호이기 때문에, 클록 신호(CK0)는, 클록 신호(CK49)와 동일한 기준 주기 Te(10nsec)이며, 또한, 클록 신호(CK49)에 대해서 추가로 0.2nsec의 지연을 가진 클록 신호와, 정확하게 1주기만큼 어긋난 신호가 된다. 따라서, 클록 신호(CK0)는, 실질적으로 클록 신호(CK49)의 각 클록 펄스에 대해서 0.2nsec의 지연 클록 신호로 간주할 수 있다. 지연 회로(De01~De49)로부터의 클록 신호(CK1~CK49)는, 클록 전환부(204)의 2번째~50번째의 입력 단자에 입력된다.
클록 전환부(204)는, 입력된 50개의 클록 신호(CKp(CK0~CK49)) 중, 어느 1개의 클록 신호(CKp)를 선택하고, 선택한 클록 신호(CKp)를 클록 신호(기준 클록 신호)(LTC)로서 출력하는 멀티플렉서(선택 회로)이다. 따라서, 클록 신호(LTC)의 발진 주파수 Fa(=1/Ta)는, 원칙적으로 클록 신호(CK0~CK49)의 발진 주파수 Fe(=1/Ta), 즉, 100MHz와 동일하게 된다. 제어 회로(22)는, 클록 전환부(204)로부터 출력되는 클록 신호(LTC)의 각 클록 펄스에 응답하여 종광(S1, S2)이 발광하도록, DFB 반도체 레이저 소자(30, 32)를 제어한다. 따라서, 광원 장치(LSa(LSb))로부터 사출되는 펄스 모양의 빔(LBa(LBb))의 발진 주파수 Fa는, 원칙적으로 100MHz가 된다.
클록 전환부(204)는, 스폿 광(SP)이 주사선 상에 위치하는 특정의 보정점(CPP)을 통과하는 타이밍에, 클록 신호(LTC)로서 출력하는 클록 신호(CKp), 즉, 빔(LBa(LBb))의 발생에 기인하는 클록 신호(CKp)를, 위상차가 다른 다른 클록 신호(CKp)로 전환한다. 클록 전환부(204)는, 스폿 광(SP)이 보정점(CPP)을 통과하는 타이밍에, 클록 신호(LTC)로서 선택하는 클록 신호(CKp)를, 클록 신호(LTC)로서 현재 선택하고 있는 클록 신호(CKp)에 대해서 0.2nsec만큼 위상차를 가지는 클록 신호(CKp±1)로 전환한다. 이 전환하는 클록 신호(CKp±1)의 위상차의 방향, 즉, 위상이 0.2nsec만큼 지연되는 방향일지 위상이 0.2nsec만큼 앞서는 방향일지는, 국소 배율 보정 정보(보정 정보)(CMgn(CMg1~CMg6))의 일부인 1비트의 신축 정보(극성 정보)(POL)에 따라 결정된다.
신축 정보(POL)가 하이「1」(신장)인 경우에는, 클록 전환부(204)는, 현재 클록 신호(LTC)로서 출력하고 있는 클록 신호(CKp)에 대해서 0.2nsec만큼 위상이 지연된 클록 신호(CKp+1)를 클록 신호(LTC)로서 선택하여 출력한다. 또한, 신축 정보(POL)가 로「0」(축소)인 경우에는, 클록 전환부(204)는, 현재 클록 신호(LTC)로서 출력하고 있는 클록 신호(CKp)에 대해서 0.2nsec만큼 위상이 앞서는 클록 신호(CKp-1)를 클록 신호(LTC)로서 선택하여 출력한다. 예를 들면, 클록 전환부(204)는, 현재 클록 신호(LTC)로서 출력하고 있는 클록 신호(CKp)가 CK11인 경우에 있어서, 신축 정보(POL)가 하이(H)인 경우에는, 클록 신호(LTC)로서 출력하는 클록 신호(CKp)를 클록 신호(CK12)로 전환하고, 신축 정보(POL)가 로(L)인 경우에는, 클록 신호(LTC)로서 출력하는 클록 신호(CKp)를 클록 신호(CK10)로 전환한다. 스폿 광(SP)의 1회의 주사 기간 중에는, 동일한 신축 정보(POL)가 입력된다.
클록 전환부(204)는, 빔 전환부(BDU)에 의해서 빔(LBn)이 입사하는 주사 유닛(Un)에 대응한 국소 배율 보정 정보(CMgn)의 신축 정보(POL)를 이용하여, 클록 신호(LTC)로서 출력되는 클록 신호(CKp)의 위상이 어긋나는 방향(위상이 앞서는 방향일지 지연되는 방향일지)을 결정한다. 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa(LB1~LB3))은 주사 유닛(U1~U3) 중 어느 1개로 안내된다. 따라서, 광원 장치(LSa)의 신호 발생부(22a)의 클록 전환부(204)는, 주사 유닛(U1~U3) 중, 빔(LBn)이 입사하는 1개의 주사 유닛(Un)에 대응하는 국소 배율 보정 정보(CMgn)의 신축 정보(POL)에 근거하여, 클록 신호(LTC)로서 출력되는 클록 신호(CKp)의 위상이 어긋나는 방향을 결정한다. 예를 들면, 주사 유닛(U2)에 빔(LB2)가 입사하는 경우에는, 광원 장치(LSa)의 클록 전환부(204)는, 주사 유닛(U2)에 대응한 국소 배율 보정 정보(CMg2)의 신축 정보(POL)에 근거하여, 클록 신호(LTC)로서 출력되는 클록 신호(CKp)의 위상이 어긋나는 방향을 결정한다.
또한, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb(LB4~LB6))은 주사 유닛(U4~U6) 중 어느 1개로 안내된다. 따라서, 광원 장치(LSb)의 신호 발생부(22a)의 클록 전환부(204)는, 주사 유닛(U4~U6) 중, 빔(LBn)이 입사하는 1개의 주사 유닛(Un)에 대응하는 국소 배율 보정 정보(CMgn)의 신축 정보(POL)에 근거하여, 클록 신호(LTC)로서 출력되는 클록 신호(CKp)의 위상이 어긋나는 방향을 결정한다. 예를 들면, 주사 유닛(U6)에 빔(LB6)이 입사하는 경우에는, 광원 장치(LSb)의 클록 전환부(204)는, 주사 유닛(U6)에 대응한 국소 배율 보정 정보(CMg6)의 신축 정보(POL)에 근거하여, 클록 신호(LTC)로서 출력되는 클록 신호(CKp)의 위상이 어긋나는 방향을 결정한다.
보정점 지정부(202)는, 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6)) 상의 특정의 점을 보정점(CPP)으로서 지정한다. 보정점 지정부(202)는, 국소 배율 보정 정보(보정 정보)(CMgn(CMg1~CMg6)) 중 일부인 보정점(CPP)을 지정하기 위한 보정 위치 정보(설정값)(Nv)에 근거하여 보정점(CPP)을 지정한다. 이 국소 배율 보정 정보(CMgn)의 보정 위치 정보(Nv)는, 묘화 라인(SLn)을 따라서 묘화되는 패턴의 묘화 배율(또는 묘화 라인(SLn)의 주주사 방향에 있어서의 묘화 배율)에 따라, 묘화 라인(SLn) 상의 등간격으로 이산적인 복수의 위치 각각에 보정점(CPP)을 지정하기 위한 정보이며, 보정점(CPP)과 보정점(CPP)과의 거리 간격(등간격)을 나타내는 정보이다. 이것에 의해, 보정점 지정부(202)는, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6)) 상에 등간격으로 이산적으로 배치되는 위치를 보정점(CPP)으로서 지정할 수 있다. 이 보정점(CPP)은, 예를 들면, 묘화 라인(SLn)을 따라서 투사되는 서로 이웃하는 2개의 스폿 광(SP)의 투사 위치(스폿 광(SP)의 중심 위치)의 사이에 설정된다.
보정점 지정부(202)는, 빔 전환부(BDU)에 의해서 빔(LBn)이 입사하는 주사 유닛(Un)에 대응한 국소 배율 보정 정보(CMgn)의 보정 위치 정보(Nv)를 이용하여 보정점(CPP)을 지정한다. 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa(LB1~LB3))이 주사 유닛(U1~U3) 중 어느 1개로 안내되므로, 보정점 지정부(202)는, 주사 유닛(U1~U3) 중, 빔(LBn)이 입사하는 1개의 주사 유닛(Un)에 대응하는 국소 배율 보정 정보(CMgn)의 보정 위치 정보(Nv)에 근거하여 보정점(CPP)을 지정한다. 예를 들면, 주사 유닛(U2)에 빔(LB2)이 입사하는 경우에는, 광원 장치(LSa)의 보정점 지정부(202)는, 주사 유닛(U2)에 대응한 국소 배율 보정 정보(CMg2)의 보정 위치 정보(Nv)에 근거하여, 묘화 라인(SLn2) 상에 등간격으로 이산적으로 배치되는 복수의 위치를 보정점(CPP)으로서 지정한다.
또한, 광원 장치(LSb)로부터의 빔(LBb(LB4~LB6))이 주사 유닛(U4~U6) 중 어느 1개로 안내되므로, 광원 장치(LSb)의 신호 발생부(22a)의 보정점 지정부(202)는, 주사 유닛(U4~U6) 중, 빔(LBn)이 입사하는 1개의 주사 유닛(Un)에 대응하는 국소 배율 보정 정보(CMgn)의 보정 위치 정보(Nv)에 근거하여 보정점(CPP)을 지정한다. 예를 들면, 주사 유닛(U6)에 빔(LB6)이 입사하는 경우에는, 광원 장치(LSb)의 보정점 지정부(202)는, 주사 유닛(U6)에 대응한 국소 배율 보정 정보(CMg6)의 보정 위치 정보(Nv)에 근거하여, 묘화 라인(SLn6) 상에 등간격으로 이산적으로 배치되는 복수의 위치를 보정점(CPP)으로서 지정한다.
이 보정점 지정부(202)에 대해 구체적으로 설명하면, 보정점 지정부(202)는, 분주(分周) 카운터 회로(212)와 시프트 펄스 출력부(214)를 가진다. 분주 카운터 회로(212)는, 감산 카운터이며, 클록 전환부(204)로부터 출력되는 클록 신호(LTC)의 클록 펄스(기준 클록 펄스)가 입력된다. 클록 전환부(204)로부터 출력된 클록 신호(LTC)의 클록 펄스는, 게이트 회로(GTa)를 거쳐 분주 카운터 회로(212)에 입력된다. 게이트 회로(GTa)에는, 주사 유닛(U1~U3) 각각이 묘화 기간인 것을 나타내는 묘화 허가 신호(SQ1~SQ3)가 논리합으로 되어 인가된다. 묘화 허가 신호(SQ1~SQ3)는, 도 10의 입사 허가 신호(LP1~LP3)에 응답하여 생성된다. 게이트 회로(GTa)는, 묘화 허가 신호(SQn)가 하이(H)인 기간에 열리는 게이트이다. 즉, 분주 카운터 회로(212)는, 묘화 허가 신호(SQn)가 하이인 기간 중에만, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스를 카운트하게 된다. 따라서, 광원 장치(LSa)의 게이트 회로(GTa)는, 묘화 허가 신호(SQ1~SQ3) 중 어느 하나가 하이(H)인 기간에 입력된 클록 신호(LTC)의 클록 펄스를 분주 카운터 회로(212)에 출력한다. 마찬가지로 광원 장치(LSb)의 신호 발생부(22a)의 게이트 회로(GTa)에는, 주사 유닛(U4~U6)에 대응하는 3개의 묘화 허가 신호(SQ4~SQ6)가 인가된다. 따라서, 광원 장치(LSb)의 게이트 회로(GTa)는, 묘화 허가 신호(SQ4~SQ6) 중 어느 하나가 하이(H)인 기간에 입력된 클록 신호(LTC)의 클록 펄스를 분주 카운터 회로(212)에 출력한다.
분주 카운터 회로(212)는, 초기의 카운트값이 보정 위치 정보(설정값)(Nv)로 프리세트(preset)되고, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스가 입력될 때마다 카운트값을 디크리먼트(decrement)한다. 분주 카운터 회로(212)는, 카운트값이 0이 되면 1펄스의 일치 신호(Idc)를 시프트 펄스 출력부(214)에 출력한다. 즉, 분주 카운터 회로(212)는, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스를 보정 위치 정보(Nv)분만큼 카운트하면 일치 신호(Idc)를 출력한다. 이 일치 신호(Idc)는, 다음의 클록 펄스가 발생하기 전에 보정점(CPP)이 존재하는 것을 나타내는 정보이다. 또한, 분주 카운터 회로(212)는, 카운트값이 0이 된 후, 다음의 클록 펄스가 입력되면, 카운트값을 보정 위치 정보(Nv)로 프리세트한다. 이것에 의해, 묘화 라인(SLn)을 따라서 등간격으로 보정점(CPP)을 복수 지정할 수 있다.
시프트 펄스 출력부(214)는, 일치 신호(Idc)가 입력되면 시프트 펄스(CS)를 클록 전환부(204)에 출력한다. 이 시프트 펄스(CS)가 발생하면, 클록 전환부(204)는, 클록 신호(LTC)로서 출력하는 클록 신호(CKp)를 전환한다. 이 시프트 펄스(CS)는, 보정점(CPP)을 나타내는 정보이며, 분주 카운터 회로(212)의 카운트값이 0이 된 후, 다음의 클록 펄스가 입력되기 전에 발생한다. 따라서, 분주 카운터 회로(212)의 카운트값을 0으로 한 클록 펄스에 따라 발생한 빔(LBa(LBb))의 스폿 광(SP)의 기판(P) 상에 있어서의 위치와, 다음의 클록 펄스에 따라 발생한 빔(LBa(LBb))의 스폿 광(SP)의 기판(P) 상에 있어서의 위치와의 사이에 보정점(CPP)이 존재하게 된다.
위에서 설명한 것과 같이, 1 묘화 라인(SLn)당 20000개의 스폿 광(SP)을 투사하고, 묘화 라인(SLn) 상에 보정점(CPP)을 등간격으로 이산적으로 40개 배치하면, 스폿 광(SP)(클록 신호(LTC)의 클록 펄스)의 500개 간격으로 보정점(CPP)이 배치되게 되고, 보정 위치 정보(Nv)는 500으로 설정된다.
도 12는, 도 11에 나타내는 신호 발생부(22a)의 각 부로부터 출력되는 신호를 나타내는 타임 차트이다. 클록 신호 발생부(200)가 발생하는 50개의 클록 신호(CK0~CK49)는, 모두 클록 발생부(60)가 출력하는 클록 신호(CK0)와 동일한 기준 주기 Te이지만, 그 위상이 0.2nsec씩 지연된 것으로 되어 있다. 따라서, 예를 들면, 클록 신호(CK3)는, 클록 신호(CK0)에 대해서 0.6nsec 위상이 지연된 것으로 되고, 클록 신호(CK49)는, 클록 신호(CK0)에 대해서 9.8nsec 위상이 지연된 것으로 되어 있다. 분주 카운터 회로(212)가, 클록 전환부(204)로부터 출력되는 클록 신호(LTC)의 클록 펄스를 보정 위치 정보(설정값)(Nv)분만큼 카운트하면 일치 신호(Idc)(도시 생략)를 출력하고, 이것에 따라, 시프트 펄스 출력부(214)가 시프트 펄스(CS)를 출력한다. 시프트 펄스 출력부(214)는, 통상은, 하이(논리값이 1)의 신호를 출력하고 있지만, 일치 신호(Idc)가 출력되면 로(논리값은 0)로 하강하고, 클록 신호(CKp)의 기준 주기 Te의 절반(반주기)의 시간이 경과하면 하이(논리값은 1)로 상승하는 시프트 펄스(CS)를 출력한다. 이것에 의해, 이 시프트 펄스(CS)는, 분주 카운터 회로(212)가 클록 신호(LTC)의 클록 펄스를 보정 위치 정보(설정값)(Nv)분만큼 카운트하고 나서, 다음의 클록 펄스가 입력되기 전에 상승한다.
클록 전환부(204)는, 시프트 펄스(CS)의 상승에 응답하여, 클록 신호(LTC)로서 출력하는 클록 신호(CKp)를, 시프트 펄스(CS)가 발생하기 직전까지 출력하고 있던 클록 신호(CKp)로부터, 신축 정보(POL')에 따른 방향으로 0.2nsec 위상이 어긋난 클록 신호(CKp±1)로 전환된다. 도 12의 예에서는, 시프트 펄스(CS)가 발생하기 직전까지 클록 신호(LTC)로서 출력하고 있던 클록 신호(CKp)인 CK0를, 신축 정보(POL)를 「0」(축소)로 하고 있으므로, 시프트 펄스(CS)의 상승에 응답하여, 클록 신호(CK49)로 전환되어 있다. 이와 같이, 신축 정보(POL)가 「0」인 경우에는, 스폿 광(SP)이 보정점(CPP)을 통과할 때마다(즉, 시프트 펄스(CS)가 발생할 때마다), 클록 전환부(204)는, 위상이 0.2nsec씩 진행되도록 클록 신호(LTC)로서 출력하는 클록 신호(CKp)를 전환한다. 따라서, 클록 신호(LTC)로서 출력(선택)되는 클록 신호(CKp)는, CK0→CK49→CK48→CK47→…의 순서로 전환된다. 이 시프트 펄스(CS)가 발생하는 보정점(CPP)의 위치에서는, 클록 신호(LTC)의 주기가 기준 주기 Te(=10nsec)에 대해서, 0.2nsec 짧은 시간(9.8nsec)이 되고, 그 이후는, 스폿 광(SP)이 다음의 보정점(CPP)을 통과할 때까지(다음의 시프트 펄스(CS)가 발생할 때까지), 클록 신호(LTC)의 주기는 기준 주기 Te(=10nsec)가 된다.
반대로, 신축 정보(POL)가 「1」인 경우에는, 스폿 광(SP)이 보정점(CPP)을 통과할 때마다(즉, 시프트 펄스(CS)가 발생할 때마다), 클록 전환부(204)는, 위상이 0.2nsec씩 지연되도록 클록 신호(LTC)로서 출력(선택)하는 클록 신호(CKp)를 전환한다. 따라서, 클록 신호(LTC)로서 출력(선택)되는 클록 신호(CKp)는, CK0→CK1→CK2→CK3→…의 순서로 전환된다. 이 시프트 펄스(CS)가 발생하는 보정점(CPP)의 위치에서는, 클록 신호(LTC)의 주기가 기준 주기 Te(=10nsec)에 대해서, 0.2nsec 긴 시간(10.2nsec)이 되고, 그 이후는, 스폿 광(SP)이 다음의 보정점(CPP)을 통과할 때까지(다음의 시프트 펄스(CS)가 발생할 때까지), 클록 신호(LTC)의 주기는 기준 주기 Te(=10nsec)가 된다.
본 실시의 형태에서는, 실효적인 사이즈 φ가 3㎛인 스폿 광(SP)이 1.5㎛씩 겹치도록 주주사 방향을 따라서 투사되므로, 보정점(CPP)에 있어서의 클록 신호(LTC)의 주기의 보정 시간(±0.2nsec)는, 0.03㎛(=1.5[㎛]×(±0.2[nsec]/10[nsec]))에 상당하고, 1화소당 ±0.03㎛ 신축하게 된다.
도 13의 13A는, 국소 배율 보정이 행하여지지 않은 경우에 묘화되는 패턴(PP)을 설명하는 도면이며, 도 13의 13B는, 도 12에 나타내는 타임 차트에 따라서 국소 배율 보정(축소)가 행하여진 경우에 묘화되는 패턴(PP)을 설명하는 도면이다. 또한 강도가 고레벨인 스폿 광(SP)을 실선으로 나타내고, 강도가 저레벨 또는 제로인 스폿 광(SP)을 파선으로 나타내고 있다. 도 13의 13A, 도 13의 13B에 나타내는 것과 같이, 클록 신호(LTC)의 각 클록 펄스에 응답하여 발생한 스폿 광(SP)에 의해서 패턴(PP)이 묘화된다. 도 13의 13A와 도 13의 13B의 클록 신호(LTC)와 패턴(PP)을 구별하기 위해서, 도 13의 13A(국소 배율 보정이 행하여지지 않은 경우)의 클록 신호(LTC), 패턴(PP)을, LTC1, PP1로 나타내고, 도 13의 13B(국소 배율 보정이 행하여진 경우)의 클록 신호(LTC), 패턴(PP)을, LTC2, PP2로 나타내고 있다.
국소 배율 보정이 행하여지지 않은 경우는, 도 13의 13A에 나타내는 것과 같이, 묘화되는 각 화소의 치수 Pxy는, 주주사 방향에 대해 일정한 길이가 된다. 또한, 화소의 부주사 방향(X방향)의 길이를 Px로 나타내고, 주주사 방향(Y방향)의 길이를 Py로 나타내고 있다. 도 12에 나타내는 타임 차트에 따라서 국소 배율 보정(축소)을 하면, 도 13의 13B에 나타내는 것과 같이 보정점(CPP)을 포함하는 화소의 치수 Pxy는, 화소의 길이 Py가 ΔPy(=0.03㎛)만큼 줄어든 상태가 된다. 반대로, 신장의 국소 배율 보정을 하면, 보정점(CPP)을 포함하는 화소의 치수 Pxy는, 화소의 길이 Py가 ΔPy(=0.03㎛)만큼 늘어난 상태가 된다.
또한 시리얼 데이터(DLn)의 화소 시프트에 대해서는 특별히 언급하지 않았지만, 클록 전환부(204)로부터 클록 신호(LTC)의 클록 펄스가 2개 출력될 때마다, 도 9에 나타내는 묘화 데이터 출력부(114)는, 광원 장치(LSa(LSb))의 구동 회로(36a)에 출력하는 시리얼 데이터(DLn)의 화소의 논리 정보를 1화소분(1비트분)만큼 시프트한다. 이것에 의해, 스폿 광(SP)(클록 신호(LTC)의 클록 펄스)의 2개가 1화소에 대응하게 된다.
이상과 같이, 본 실시의 형태의 노광 장치(EX)는, 펄스 광원부(35)로부터의 종광(S1, S2)에 따라 생성되는 빔(LB(Lse, LBa, LBb, LBn))의 스폿 광(SP)을 패턴 데이터에 따라 강도 변조하면서, 기판(P) 상의 묘화 라인(SLn)을 따라서 스폿 광(SP)을 상대적으로 주사하는 것에 의해, 기판(P) 상에 패턴을 묘화한다. 노광 장치(EX)는, 클록 신호 발생부(200), 제어 회로(광원 제어부)(22), 및 클록 전환부(204)를 적어도 구비한다. 위에서 설명한 것과 같이, 클록 신호 발생부(200)는, φ/Vs로 정해지는 주기보다도 짧은 기준 주기 Te(예를 들면, 10nsec)를 가짐과 아울러, 기준 주기 Te의 1/N의 보정 시간(예를 들면, 0.2nsec)씩 위상차를 준 복수(N=50개)의 클록 신호(CKp(CK0~CK49))를 생성한다. 제어 회로(광원 제어부)(22)는, 복수의 클록 신호(CKp)의 중 어느 1개의 클록 신호(CKp)(클록 신호(LTC))의 각 클록 펄스에 응답하여 빔(LB)이 발생하도록 펄스 광원부(35)를 제어한다. 클록 전환부(204)는, 스폿 광(SP)이 묘화 라인(SLn) 상에 지정되는 특정의 보정점(CPP)을 통과하는 타이밍에, 빔(LB)의 발생에 기인하는 클록 신호(CKp), 즉, 클록 신호(LTC)로서 출력되는 클록 신호(CKp)를, 위상차가 다른 다른 클록 신호(CKp)로 전환한다. 따라서, 묘화 라인(SLn)(묘화하는 패턴)의 배율을 섬세하게 보정할 수 있어, 미크론 오더에서의 정밀한 겹침 노광을 행할 수 있다.
이 국소 배율 보정 정보(CMgn(CMg1~CMg6))의 보정 위치 정보(설정값)(Nv)는, 임의로 변경할 수 있고, 묘화 라인(SLn)의 배율에 따라 적절히 설정된다. 예를 들면, 묘화 라인(SLn) 상에 위치하는 보정점(CPP)이 1개가 되도록, 보정 위치 정보(Nv)를 설정해도 된다. 또한, 묘화 라인(SLn)에 따른 스폿 광(SP)의 1 주사마다 보정 위치 정보(Nv)의 값을 바꾸어도 되고, 1 주사 중에 스폿 광(SP)이 보정점(CPP)에 올 때마다, 보정 위치 정보(Nv)의 값을 바꾸어도 된다. 이 경우라도, 묘화 라인(SLn) 상의 이산적인 위치에 복수의 보정점(CPP)이 지정되는 것에는 변함은 없지만, 보정 위치 정보(Nv)를 변경함으로써, 보정점(CPP)의 간격을 불균일하게 할 수 있다. 또한, 묘화 라인(SLn)을 따른 빔(LBn)(스폿 광(SP))의 1 주사마다, 혹은 폴리곤 미러(PM)의 1회전마다, 묘화 라인(SLn) 상의 보정 화소의 수는 바꾸지 않고, 보정 화소(보정점(CPP))의 위치를 다르게 하도록 해도 된다.
[제1 실시 형태의 변형예]
상기 제1 실시 형태는, 이하와 같은 변형이 가능하다. 또한 상기의 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 다른 개소를 중심으로 설명한다.
(변형예 1)
상기의 제1 실시 형태에서는, 광원 장치(LSa(LSb))로부터의 빔(LBa(LBb))을 주사 유닛(Un(U1~U6)) 중 어느 하나에 선택적으로 공급하기 위한 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))를 음향 광학 변조 소자로 했다. 즉, 입사 빔에 대해서 소정의 회절각으로 편향되어 출력되는 1차 회절광을 묘화용 빔(LBn)으로서 주사 유닛(Un)에 공급하고 있지만, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))는, 회절 현상을 사용하지 않는 전기 광학 편향 부재라도 된다. 도 14는, 변형예 1에 의한 빔 전환부(BDU) 내의 하나의 주사 유닛(Un)에 대응한 빔 전환부의 구성을 나타내고, 본 변형예에서는, 광원 장치(LSa(LSb))로부터의 빔(LBa(LBb))을 입사하는 전기 광학 소자(OSn)와, 전기 광학 소자(OSn)를 투과한 빔의 편광 특성에 따라, 빔을 투과 또는 반사하는 편광 빔 스플리터(BSn)가, 앞의 도 6에 나타낸 선택용 광학 소자(AOM1)와 유닛측 입사 미러(IM1)의 조합계 대신에 마련된다.
도 14에 있어서, 광원 장치(LSa(LSb))로부터 평행 광속으로 되어 사출되는 빔(LBa(LBb))의 진행 방향을 X축과 평행하게 설정했을 때, 전기 광학 소자(OSn)에 입사하는 빔(LBa(LBb))을 Y방향으로 편광한 직선 편광으로 하고, 전기 광학 소자(OSn)의 Y방향으로 대향한 면에 형성된 전극(EJp, EJm)의 사이에 수Kv의 전압을 인가하면, 전기 광학 소자(OSn)를 투과한 빔은, 입사시의 편광 상태로부터 90도 회전하여 Z방향으로 편광한 직선 편광이 되어, 편광 빔 스플리터(BSn)에 입사한다. 전극(EJp, EJm) 사이에 전압을 인가하지 않는 경우, 전기 광학 소자(OSn)를 투과한 빔은, 입사시의 편광 상태인 그대로 Y방향으로 편광한 직선 편광이 된다. 따라서, 전극(EJp, EJm) 사이의 전압이 영인 오프 상태일 때, 전기 광학 소자(OSn)로부터의 빔은, 입방체 모양의 편광 빔 스플리터(BSn)의 편광 분할면(psp)(XY면과 YZ면 각각에 대해서 45도 기울어진 면)을 그대로 투과한다. 전극(EJp, EJm) 사이에 전압이 인가되는 온 상태일 때, 전기 광학 소자(OSn)로부터의 빔은 편광 빔 스플리터(BSn)의 편광 분할면(psp)에서 반사되어, 묘화 데이터(예를 들면 도 9 중의 묘화 비트열 데이터(SBa, SBb))에 따라 강도 변조된 묘화용 빔(LBn)이 되어 주사 유닛(Un)으로 향한다. 전기 광학 소자(OSn)는, 인가되는 전계 강도의 1승으로 굴절률이 변화하는 포켈스(Pockels) 효과, 또는 인가되는 전계 강도의 2승으로 굴절률이 변화하는 커(Kerr) 효과를 발휘하는 결정 매체 또는 비결정 매체로 구성된다. 또한 전기 광학 소자(OSn)는, 전계 대신에 자계에 의해서 굴절률이 변화하는 패러데이 효과를 발휘하는 결정 매체이어도 된다.
(변형예 2)
도 15는, 도 6에 나타낸 빔 전환부(BDU)를 구성하는 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)와 유닛측 입사 미러(IM1~IM6)를, 도 14의 변형예 1의 구성으로 치환한 경우의 변형예 2를 나타낸다. 광원 장치(LSa)로부터 평행 광속(빔 지름은 1㎜ 이하)으로서 사출되는 직선 편광의 빔(LBa)은, 도 6, 도 9에 나타낸 것과 같은 음향 광학 변조 소자(또는 음향 광학 편향 소자)를 이용한 빔 시프터부(SFTa)를 거쳐, 전기 광학 소자(OS1), 편광 빔 스플리터(BS1), 전기 광학 소자(OS2), 편광 빔 스플리터(BS2), 전기 광학 소자(OS3), 편광 빔 스플리터(BS3)의 순으로 통과한 후, 흡수체(TR1)에 입사한다. 편광 빔 스플리터(BS1)는, 전기 광학 소자(OS1)에 전계가 인가되었을 때, 빔(LBa)을 묘화용 빔(LB1)으로서 주사 유닛(U1)을 향해서 반사한다. 마찬가지로 편광 빔 스플리터(BS2)는, 전기 광학 소자(OS2)에 전계가 인가되었을 때, 빔(LBa)을 묘화용 빔(LB2)으로서 주사 유닛(U2)을 향해서 반사하고, 편광 빔 스플리터(BS3)는, 전기 광학 소자(OS3)에 전계가 인가되었을 때, 빔(LBa)을 묘화용 빔(LB3)으로서 주사 유닛(U3)를 향해서 반사한다. 도 15에서는, 전기 광학 소자(OS1~OS3) 중 전기 광학 소자(OS2)에만 전계가 인가되고, 빔 시프터부(SFTa)로부터 사출되는 빔(LBa)이 빔(LB2)으로서 주사 유닛(U2)에만 입사하고 있다.
마찬가지로, 광원 장치(LSb)로부터 평행 광속(빔 지름은 1㎜ 이하)으로서 사출되는 직선 편광의 빔(LBb)은, 음향 광학 변조 소자(또는 음향 광학 편향 소자)를 이용한 빔 시프터부(SFTb)를 거쳐, 전기 광학 소자(OS4), 편광 빔 스플리터(BS4), 전기 광학 소자(OS5), 편광 빔 스플리터(BS5), 전기 광학 소자(OS6), 편광 빔 스플리터(BS6)의 순으로 통과한 후, 흡수체(TR2)에 입사한다. 편광 빔 스플리터(BS4)는, 전기 광학 소자(OS4)에 전계가 인가되었을 때, 빔(LBb)을 묘화용 빔(LB4)으로서 주사 유닛(U4)을 향해서 반사하고, 편광 빔 스플리터(BS5)는, 전기 광학 소자(OS5)에 전계가 인가되었을 때, 빔(LBb)을 묘화용 빔(LB5)으로서 주사 유닛(U5)을 향해서 반사하며, 편광 빔 스플리터(BS6)는, 전기 광학 소자(OS6)에 전계가 인가되었을 때, 빔(LBb)을 묘화용 빔(LB6)으로서 주사 유닛(U6)을 향해서 반사한다. 도 15에서는, 전기 광학 소자(OS4~OS6) 중 전기 광학 소자(OS6)에만 전계가 인가되고, 빔 시프터부(SFTb)로부터 사출되는 빔(LBb)이 빔(LB6)으로서 주사 유닛(U6)에만 입사하고 있다.
빔 시프터부(SFTa, SFTb)는, 일례로서 음향 광학 편향 소자(AODs)를 이용하여 도 16과 같이 구성된다. 음향 광학 편향 소자(AODs)는, 도 9에 나타나 있는 선택 소자 구동 제어부(102)로부터의 고주파 전력으로서의 구동 신호(HFn)와 마찬가지의 고주파 구동 신호(HGa, HGb)에 의해서 구동된다. 광원 장치(LSa(LSb))로부터의 평행한 빔(LBa(LBb))은, 초점 거리 f1의 렌즈(CG1)의 광축과 동축으로 되어 입사하고, 면(pu)에서 빔 웨이스트가 되도록 집광한다. 음향 광학 편향 소자(AODs)의 편향점은, 면(pu)의 위치에 배치된다. 구동 신호(HGa(HGb))가 오프인 상태에서는, 면(pu)에서 빔 웨이스트가 된 빔(LBa(LBb))은 회절되지 않고, 면(pu)으로부터 초점 거리 f2의 렌즈(CG2)에 입사하며, 평행 광속으로 되어 미러(OM)에서 반사되어 흡수체(TR3)에 입사한다. 구동 신호(HGa(HGb))가 음향 광학 편향 소자(AODs)에 인가된 온 상태일 때, 음향 광학 편향 소자(AODs)는 구동 신호(HGa(HGb))의 주파수에 따른 회절각으로 편향된 빔(LBa(LBb))의 1차 회절광을 생성한다. 그 1차 회절광은, 여기에서는 편향된 빔(LBa(LBb))이라고 부른다. 음향 광학 편향 소자(AODs)의 편향점은, 렌즈(CG2)의 초점 거리 f2의 위치인 면(pu)에 배치되므로, 렌즈(CG2)로부터 사출하는 빔(LBa(LBb))은, 렌즈(CG2)의 광축과 평행한 평행 광속으로 되어, 도 15의 전기 광학 소자(OS1), 또는 전기 광학 소자(OS4)에 입사한다.
음향 광학 편향 소자(AODs)에 인가되는 구동 신호(HGa(HGb))의 주파수를 바꾸는 것에 의해, 렌즈(CG2)로부터 사출하는 빔(LBa(LBb))은, 렌즈(CG2)의 광축과 평행한 상태로, 광축과 수직인 방향으로 위치 시프트한다. 빔(LBa(LBb))의 위치 시프트의 방향은, 도 14에 나타낸 전기 광학 소자(OSn(OS1 또는 OS4))의 입사 단면 상에서 Z방향에 대응하고, 시프트량은 구동 신호(HGa(HGb))의 주파수의 변화량에 대응한다. 본 변형예의 경우, 빔 시프터부(SFTa(SFTb))는 3개의 주사 유닛(U1, U2, U3(U4, U5, U6))에 대해서 공통으로 마련되어 있다. 그 때문에, 음향 광학 편향 소자(AODs)에 인가되는 구동 신호(HGa(HGb))의 주파수는, 도 15의 전기 광학 소자(OS1~OS3) 중 어느 1개, 또는 전기 광학 소자(OS4~OS6) 중 어느 1개가 온 상태가 되는 타이밍에 동기하여 변경(주파수 변조)할 수 있다. 이것에 의해, 전기 광학 소자(OS1~OS3(OS4~OS6))를 통과하는 빔(LBa(LBb))이 도 14 중에서 Z방향으로 평행하게 시프트하고, 편광 빔 스플리터(BS1~BS3(BS4~BS6))에서 반사된 빔(LBn(LB1~LB6))은, 도 14 중에서 X방향으로 평행 시프트한다. 이것에 의해서, 온 상태가 된 전기 광학 소자(OSn)에 대응한 주사 유닛(Un)으로부터의 빔(LBn)의 스폿 광(SP)을, 부주사 방향(X방향)으로 미소량만큼 고속으로 시프트시킬 수 있다.
이상, 본 실시의 형태에서는, 광원 장치(LSa(LSb))로부터의 빔(LBa(LBb))을, 3개의 주사 유닛(U1~U3(U4~U6)) 중 어느 1개에 선택적으로 배분하기 위해서, 편향 작용을 가지지 않는 전기 광학 소자(OS1~OS3(OS4~OS6))를 이용했으므로, 스폿 광(SP)의 위치를 부주사 방향으로 미세 조정하기 위해서, 편향 작용을 가지는 음향 광학 편향 소자(AODs)에 의한 빔 시프터부(SFTa(SFTb))가 마련된다.
(변형예 3)
도 17의 17A 및 17B는, 상기의 실시 형태나 변형예에서 사용된 선택용 광학 소자(AOM1~AOM6)나 음향 광학 편향 소자(AODs) 대신에 마련되며, 회절 작용에 의하지 않는 빔 편향 부재의 일례를 나타낸다. 도 17의 17A는, 소정의 두께로 프리즘 모양(삼각형)으로 형성된 투과성의 결정 매체의 대향하는 평행한 측면(도 17의 17A에서는 상하면)에 전극(EJp, EJm)이 형성된 전기 광학 소자(ODn)를 나타낸다. 결정 매체는, 화학 조성으로서 KDP(KH2PO4), ADP(NH4H2PO4), KDP(KD2PO4), KDA(KH2AsO4), BaTiO3, SRTiO3, LiNbO3, LiTaO3 등으로 나타내어지는 재료이다. 전기 광학 소자(ODn)의 일방의 경사면으로부터 입사한 빔(LBa(LBb))은, 전극(EJp, EJm) 사이의 전계가 영일 때는, 결정 매체의 초기의 굴절률과 공기의 굴절률과의 차이에 따라 편향되어, 타방의 경사면으로부터 사출한다. 전극(EJp, EJm) 사이에 일정치 이상의 전계가 인가되면, 결정 매체의 굴절률이 초기값으로부터 변화하기 때문에, 입사한 빔(LBa(LBb))은, 타방의 경사면으로부터 초기의 각도와 다른 각도로 사출하는 빔(LBn)이 된다. 이러한 전기 광학 소자(ODn)를 이용해도, 광원 장치(LSa(LSb))로부터의 빔(LBa(LBb))을, 주사 유닛(U1~U6) 각각에 시분할로 스위칭하여 공급할 수 있다. 또한, 전기 광학 소자(ODn)에 인가하는 전계 강도를 바꾸는 것에 의해, 사출하는 빔(LBn)의 편향각을 미소하게 고속으로 바꿀 수 있으므로, 전기 광학 소자(ODn)에 스위칭 기능과 함께, 기판(P) 상의 스폿 광(SP)을 부주사 방향으로 미소량 시프트시키는 빔 시프트 기능을 겸비하게 해도 된다. 또한, 도 16과 같은 단독의 빔 시프터부(SFTa(SFTb))의 음향 광학 편향 소자(AODs) 대신에 전기 광학 소자(ODn)를 이용해도 된다.
또한, 도 17의 17B는, 예를 들면, 일본 특허공개 제2014-081575호 공보, 국제 공개 제2005/124398호 팜플렛에 개시되어 있는 KTN(KTa1-xNbxO3) 결정에 의한 전기 광학 소자(KDn)를 이용한 빔 편향 부재의 예를 나타낸다. 도 17의 17B에 있어서, 전기 광학 소자(KDn)는, 빔(LBa(LBb))의 진행 방향을 따라서 긴 각기둥 모양으로 형성된 결정 매체와, 그 결정 매체를 사이에 두고 대향 배치되는 전극(EJp, EJm)으로 구성된다. 전기 광학 소자(KDn)는, 일정한 온도(예를 들면 40도대)로 유지되도록, 온조(溫調) 기능을 가지는 케이스 내에 수납된다. 전극(EJp, EJm) 사이의 전계 강도가 영일 때, 각기둥 모양의 KTN 결정 매체의 일방의 단면으로부터 입사한 빔(LBa(LBb))은, KTN 결정 매체 내를 직진하여, 타방의 단면으로부터 사출한다. 전극(EJp, EJm) 사이에 전계 강도를 인가하면, KTN 결정 매체 내를 통과하는 빔(LBa(LBb))이, 전계의 방향으로 편향되어, 타방의 단면으로부터 빔(LBn)으로서 사출한다. KTN 결정 매체도, 전계의 강도에 의해서 굴절률이 변화하는 재료이지만, 앞서 설명한 각종의 결정 매체와 비교하여, 한 자리수 정도 낮은 전계 강도(수백 V)로 큰 굴절률 변화를 얻을 수 있다. 그 때문에, 전극(EJp, EJm) 사이에 인가하는 전압을 바꾸면, 전기 광학 소자(KDn)로부터 사출하는 빔(LBn)의 원래의 빔(LBa(LBb))에 대한 편향각을 비교적 큰 범위(예를 들면, 0도~5도)에서 고속으로 조정할 수 있다.
이러한 전기 광학 소자(KDn)를 이용해도, 광원 장치(LSa(LSb))로부터의 빔(LBa(LBb))을, 주사 유닛(U1~U6) 각각에 시분할로 스위칭하여 공급할 수 있다. 또한, 전기 광학 소자(KDn)에 인가하는 전계 강도를 바꾸는 것에 의해, 사출하는 빔(LBn)의 편향각을 고속으로 바꿀 수 있으므로, 전기 광학 소자(KDn)에 스위칭 기능과 함께, 기판(P) 상에서의 스폿 광(SP)의 부주사 방향으로의 시프트 기능을 겸비하게 해도 된다. 또한, 도 16과 같은 단독의 빔 시프터부(SFTa(SFTb))의 음향 광학 편향 소자(AODs) 대신에 전기 광학 소자(KDn)를 이용해도 된다.
이상의 제1 실시 형태, 혹은 그들의 각 변형예에 의하면, 묘화 라인(SLn) 각각에 따라서 주사되는 스폿 광(SP)을 부주사 방향으로 시프트시키기 위해서, 주사 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 마련된 시프트 광학 부재(SR)(평행 평판(Sr2))에 의한 기계 광학적인 시프터와, 주사 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 입사하는 빔(LBn)을, 음향 광학 편향 소자(AODs), 전기 광학 소자(OSn, ODn, KDn) 등에 의해 시프트시키는 전기 광학적인 시프터가 마련되어 있다. 따라서, 주사 유닛(Un(U1~U6)) 각각으로부터의 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 주사에 의한 묘화 라인(SLn)의 부주사 방향의 위치 관계를 소정의 상태(초기의 배치 상태 등)로 세트하는 교정(캘리브레이션)시에는, 기계 광학적인 시프터(평행 평판(Sr2))를 이용하고, 그 교정에 의해서도 잔류하는 오차분은 전기 광학적인 시프터(음향 광학 편향 소자(AODs), 전기 광학 소자(OSn, ODn, KDn))에 의해서, 추가로 세밀하게 보정할 수 있다.
[제2 실시 형태]
다음으로, 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한 상기의 실시 형태(변형예도 포함함)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 다른 개소만을 설명한다. 상기 실시 형태로서 설명한 도 6의 구성에서는, 집광 렌즈(CD)와 콜리메이터 렌즈(콜리메이트 렌즈)(LC)에 의한 다수의 릴레이계에 의해서, 광원 장치(LSa(LSb))로부터의 빔(LBa(LBb))에 복수의 빔 웨이스트(집광점)를 만들고, 그 빔 웨이스트의 위치 각각에 선택용 광학 소자(음향 광학 변조 소자)(AOM1~AOM6)를 배치했다. 빔(LBa(LBb))의 빔 웨이스트 위치는, 최종적으로 기판(P)의 표면(빔(LB1~LB6)의 각 스폿 광(SP))과 광학적으로 공역이 되도록 설정되어 있기 때문에, 선택용 광학 소자(음향 광학 변조 소자)(AOM1~AOM6)의 특성 변화 등에 의해서 편향각에 오차가 생겨도, 기판(P) 상의 스폿 광(SP)이 부주사 방향(Xt방향)으로 드리프트(drift)하는 것이 억제된다. 그 때문에, 주사 유닛(Un)마다, 스폿 광(SP)에 의한 묘화 라인(SLn)을 부주사 방향(Xt방향)으로 화소 치수(수㎛) 정도의 범위에서 미세 조정하는 경우에는, 앞의 도 5에 나타낸 주사 유닛(Un) 내의 평행 평판(Sr2)을 기울이면 된다. 또한, 평행 평판(Sr2)의 경사를 자동화하려면, 소형의 피에조 모터나 경사량의 모니터계 등의 기구를 마련하면 된다.
그렇지만, 평행 평판(Sr2)의 경사를 자동화해도, 기계적인 구동이기 때문에, 예를 들면 폴리곤 미러(PM)의 1회전분의 시간에 대응한 높은 응답성을 가진 제어는 어렵다. 그래서, 제2 실시 형태에서는, 앞의 도 7과 같은 광원 장치(LS(LSa, LSb))로부터 각 주사 유닛(Un)까지의 빔 송광계(빔 전환부(BDU))의 광학적인 구성이나 배치를 조금 변경하고, 선택용 광학 소자(음향 광학 변조 소자)(AOM1~AOM6)에, 빔의 스위칭 기능과 함께, 스폿 광(SP)의 위치를 부주사 방향으로 미세 조정하는 시프트 기능을 겸용하여 갖게 하도록 한다. 이하, 본 제2 실시 형태의 구성을 도 18~도 22에 의해 설명한다.
도 18은, 앞의 도 7에 나타낸 광원 장치(LSa(LSb))의 펄스 광 발생부(20) 내의 파장 변환부의 구성을 상세하게 나타내는 도면, 도 19는 광원 장치(LSa(LSb))로부터 최초의 선택용 광학 소자(AOM1)까지의 빔(LBa)(LBb는 생략)의 광로를 나타내는 도면, 도 20은, 선택용 광학 소자(AOM1)로부터 다음 단의 선택용 광학 소자(AOM2)까지의 광로와 선택용 광학 소자(AOM1)의 드라이버 회로의 구성을 나타내는 도면, 도 21은 선택용 광학 소자(AOM1)의 뒤의 선택용의 미러(분기 반사경)(IM1)에서의 빔 선택과 빔 시프트의 모습을 설명하는 도면, 도 22는 폴리곤 미러(PM)로부터 기판(P)까지의 빔의 거동을 설명하는 도면이다.
도 18에 나타내는 것과 같이, 광원 장치(LSa) 내의 파이버 광 증폭기(46)의 사출단(46a)으로부터는, 증폭된 종광(빔)(Lse)이 작은 발산각(NA：개구수)으로 사출한다. 렌즈 소자(GL(GLa))는 종광(Lse)이 제1 파장 변환 소자(파장 변환 광학 소자)(48) 중(中)에서 빔 웨이스트가 되도록 집광한다. 따라서, 제1 파장 변환 소자(48)에서 파장 변환된 1차의 고조파 빔은 발산성을 가지고 렌즈 소자(GL(GLb))에 입사한다. 렌즈 소자(GLb)는 1차의 고조파 빔이 제2 파장 변환 소자(파장 변환 광학 소자)(50) 중(中)에서 빔 웨이스트가 되도록 집광한다. 제2 파장 변환 소자(50)에서 파장 변환된 2차의 고조파 빔은 발산성을 가지고 렌즈 소자(GL(GLc))에 입사한다. 렌즈 소자(GLc)는, 2차의 고조파 빔을 거의 평행한 가는 빔(LBa(LBb))으로 하여, 광원 장치(LSa)의 사출창(20H)으로부터 사출하도록 배치된다. 사출창(20H)으로부터 사출하는 빔(LBa)의 직경은 수㎜ 이하이며, 바람직하게는 1㎜ 정도이다. 이와 같이, 파장 변환 소자(48, 50) 각각은, 렌즈 소자(GLa, GLb)에 의해서 파이버 광 증폭기(46)의 사출단(46a)(발광점)과 광학적으로 공역이 되도록 설정된다. 따라서, 파장 변환 소자(48, 50)의 결정 특성의 변동에 의해서, 생성되는 고조파 빔의 진행 방향이 조금 기울어졌을 경우에도, 사출창(20H)으로부터 사출하는 빔(LBa)의 각도 방향(방위)에 관한 드리프트가 억제된다. 또한 도 18에서는, 렌즈 소자(GLc)와 사출창(20H)을 떨어져 있게 나타내고 있지만, 렌즈 소자(GLc) 자체를 사출창(20H)의 위치에 배치해도 된다.
사출창(20H)으로부터 사출한 빔(LBa)은, 도 19에 나타내는 것과 같이, 2개의 집광 렌즈(CD0, CD1)에 의한 익스팬더계의 광축(AXj)을 따라서 진행하고, 빔 지름이 1/2 정도(0.5㎜ 정도)로 축소된 거의 평행 광속으로 변환되어 1단째의 선택용 광학 소자(AOM1)에 입사한다. 사출창(20H)으로부터의 빔(LBa)은 집광 렌즈(CD0)와 집광 렌즈(CD1)의 사이의 집광 위치(Pep)에서 빔 웨이스트가 된다. 집광 렌즈(CD1)는, 앞의 도 6 중의 집광 렌즈(CD1)로서 마련된다. 또한, 선택용 광학 소자(AOM1) 내의 빔의 편향 위치(Pdf)(회절점)는, 집광 렌즈(CD0, CD1)에 의한 익스팬더계에 의해서, 사출창(20H)과 광학적으로 공역이 되도록 설정된다. 또한, 집광 위치(Pep)는, 도 18 중의 파이버 광 증폭기(46)의 사출단(46a), 파장 변환 소자(48, 50) 각각과 광학적으로 공역이 되도록 설정된다. 또한, 선택용 광학 소자(AOM1)의 빔의 편향 방향, 즉 스위칭시에, 입사한 빔(LBa)의 1차 회절광으로서 사출하는 빔(LB1)의 회절 방향은, Z방향(기판(P) 상의 스폿 광(SP)을 부주사 방향으로 시프트시키는 방향)으로 설정된다. 선택용 광학 소자(AOM1)를 통과하는 빔(LBa)은, 예를 들면, 빔 지름이 약 0.5㎜ 정도의 평행 광속으로 되어 있고, 1차 회절광으로서 사출하는 빔(LB1)도, 빔 지름이 약 0.5㎜ 정도의 평행 광속으로 된다. 즉, 상기 각 실시 형태(변형예도 포함함)에 있어서는, 선택용 광학 소자(AOM1) 내에서 빔 웨이스트가 되도록 빔(LBa(LBb))을 수렴했지만, 본 제2 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(AOM1)를 통과하는 빔(LBa(LBb))을, 미소의 지름을 가지는 평행 광속으로 한다.
도 20에 나타내는 것과 같이, 선택용 광학 소자(AOM1)를 투과한 빔(LBa)과 스위칭시에 1차 회절광으로서 편향되는 빔(LB1)은, 광축(AXj)과 동축으로 배치된 콜리메이터 렌즈(CL1)(도 6 중의 렌즈(CL1)에 상당)에 함께 입사한다. 선택용 광학 소자(AOM1)의 편향 위치(Pdf)는, 콜리메이터 렌즈(CL1)의 전측(前側) 초점의 위치에 설정된다. 따라서, 빔(LBa)과 빔(LB1)은, 콜리메이터 렌즈(집광 렌즈)(CL1)의 후측 초점의 면(Pip)에서 각각 빔 웨이스트가 되도록 수렴된다. 콜리메이터 렌즈(CL1)의 광축(AXj)을 따라서 진행되는 빔(LBa)은, 면(Pip)으로부터 발산한 상태에서 도 6에 나타낸 집광 렌즈(콘덴서 렌즈)(CD2)에 입사하고, 다시 빔 지름이 0.5㎜ 정도의 평행 광속으로 되어, 2단째의 선택용 광학 소자(AOM2)에 입사한다. 2단째의 선택용 광학 소자(AOM2)의 편향 위치(Pdf)는, 콜리메이터 렌즈(CL1)와 집광 렌즈(CD2)에 의한 릴레이계에 의해서, 선택용 광학 소자(AOM1)의 편향 위치(Pdf)와 공역 관계로 배치된다.
도 6에 나타낸 선택용의 미러(IM1)는, 본 제2 실시 형태에서는, 콜리메이터 렌즈(CL1)와 집광 렌즈(CD2)의 사이의 면(Pip)의 근방에 배치된다. 면(Pip)에서는, 빔(LBa, LB1)이 가장 가는 빔 웨이스트로 되어 Z방향으로 분리되므로, 미러(IM1)의 반사면(IM1a)의 배치가 용이하게 된다. 선택용 광학 소자(AOM1)의 편향 위치(Pdf)와 면(Pip)은, 콜리메이터 렌즈(CL1)에 의해서 눈동자 위치와 상(像)면의 관계로 되어 있고, 콜리메이터 렌즈(CL1)로부터 미러(IM1)의 반사면(IM1a)으로 향하는 빔(LB1)의 중심축(주광선)은, 빔(LBa)의 주광선(광축(AXj))과 평행하게 된다. 미러(IM1)의 반사면(IM1a)에서 반사한 빔(LB1)은, 집광 렌즈(CD2)와 동등의 콜리메이터 렌즈(CL1a)에 의해서 평행 광속으로 변환되고, 도 5에 나타낸 주사 유닛(U1)의 미러(M10)로 향한다. 또한 면(Pip)는, 콜리메이터 렌즈(CL1)와 도 19 중의 집광 렌즈(CD1)에 의해서 집광 위치(Pep)와 광학적으로 공역인 관계로 되어 있다. 따라서, 면(Pip)은, 도 18의 파이버 광 증폭기(46)의 사출단(46a), 파장 변환 소자(48, 50) 각각 모두 공역인 관계로 되어 있다. 즉, 면(Pip)은, 렌즈 소자(GLa, GLb, GLc), 집광 렌즈(CD0, CD1) 및 콜리메이트 렌즈(CL1)로 구성되는 릴레이 렌즈계에 의해서, 파이버 광 증폭기(46)의 사출단(46a), 파장 변환 소자(48, 50) 각각과 공역으로 설정되어 있다.
콜리메이터 렌즈(CL1a)의 광축(AXm)은, 도 5 중의 조사 중심축(Le1)과 동축으로 설정되고, 스위칭시의 선택용 광학 소자(AOM1)에 의한 빔(LB1)의 편향각이 규정 각도(기준의 설정각)일 때에, 빔(LB1)의 중심선(주광선)이 광축(AXm)과 동축으로 되도록 콜리메이터 렌즈(CL1a)에 입사한다. 또한, 미러(IM1)의 반사면(IM1a)은, 도 20과 같이, 빔(LBa)의 광로를 차단하지 않도록 빔(LB1)만을 반사함과 아울러, 반사면(IM1a)에 이르는 빔(LB1)이 Z방향으로 약간 시프트된 경우라도 빔(LB1)을 확실하게 반사하는 크기로 설정된다. 다만, 미러(IM1)의 반사면(IM1a)을 면(Pip)의 위치에 배치했을 경우, 반사면(IM1a) 상에 빔(LB1)이 집광한 스폿 광이 만들어지기 때문에, 반사면(IM1a)이 면(Pip)의 위치로부터 조금 어긋나도록 미러(IM1)를 X방향으로 비켜서 배치하는 것이 좋다. 또한, 반사면(IM1a)에는 자외선 내성이 높은 반사막(유전체 다층막)이 형성되어 있다.
본 제2 실시 형태에서는, 앞의 도 9에 나타낸 선택 소자 구동 제어부(102)내에, 선택용 광학 소자(AOM1)에 빔의 스위칭 기능과 시프트 기능 모두를 갖게 하기 위한 드라이브 회로(102A)가 마련된다. 드라이브 회로(102A)는, 선택용 광학 소자(AOM1)에 인가해야 할 구동 신호(HF1)의 주파수를 기준 주파수로부터 바꾸기 위한 보정 신호(FSS)를 받아, 기준 주파수에 대해서 보정해야 할 주파수에 따른 보정 고주파 신호를 생성하는 국부 발진 회로(102A1)(VCO：전압 제어 오실레이터 등)와, 기준 발진기(102S)에서 만들어지는 안정한 주파수의 고주파 신호와, 국부 발진 회로(102A1)로부터의 보정 고주파 신호를 주파수가 가감산되도록 합성하는 혼합 회로(102A2)와, 혼합 회로(102A2)에서 주파수 합성된 고주파 신호를, 선택용 광학 소자(AOM1)의 초음파 진동자의 구동에 적합한 진폭까지 증폭한 구동 신호(HF1)로 변환하는 증폭 회로(102A3)로 구성된다. 증폭 회로(102A3)는, 도 9의 선택 소자 구동 제어부(102)에서 생성되는 입사 허가 신호(LP1)에 응답하여, 고주파의 구동 신호(HF1)를 고레벨과 저레벨(또는 진폭 제로)로 전환하는 스위칭 기능을 구비하고 있다. 따라서, 구동 신호(HF1)가 고레벨인 진폭의 동안(신호(LP1)가 H레벨인 동안), 선택용 광학 소자(AOM1)는 빔(LBa)을 편향하여 빔(LB1)을 생성한다. 이상의 도 20과 같은 미러(IM1)와 콜리메이터 렌즈(CL1a)의 광학계와 드라이브 회로(102A)는, 다른 선택용 광학 소자(AOM2~AOM6) 각각에 대해서도 마찬가지로 마련된다. 이상의 구성에 있어서, 국부 발진 회로(102A1)와 혼합 회로(102A2)는, 보정 신호(FSS)의 값에 따라 구동 신호(HF1)의 주파수를 변화시키는 주파수 변조 회로로서 기능한다.
이 드라이브 회로(102A)에 있어서, 보정 신호(FSS)가 보정량 제로를 나타내는 경우, 증폭 회로(102A3)로부터 출력되는 구동 신호(HF1)의 주파수는, 선택용 광학 소자(AOM1)에 의한 빔(LB1)의 편향각이 규정 각도(기준의 설정각)로 되는 규정 주파수로 설정된다. 보정 신호(FSS)가 보정량 +ΔFs를 나타내는 경우에는, 선택용 광학 소자(AOM1)에 의한 빔(LB1)의 편향각이 규정 각도에 대해서 Δθγ 만큼 증가하도록 구동 신호(HF1)의 주파수가 보정된다. 보정 신호(FSS)가 보정량 -ΔFs를 나타내는 경우에는, 선택용 광학 소자(AOM1)에 의한 빔(LB1)의 편향각이 규정 각도에 대해서 Δθγ만큼 감소하도록 구동 신호(HF1)의 주파수가 보정된다. 빔(LB1)의 편향각이 규정 각도에 대해서 ±Δθγ 변화하면, 미러(IM1)의 반사면(IM1a)에 입사하는 빔(LB1)의 위치가 약간 Z방향으로 시프트하고, 콜리메이터 렌즈(CL1a)로부터 사출하는 빔(LB1)(평행 광속)이 광축(AXm)에 대해서 약간 기울어진 것이 된다. 그 모습을 도 21에 의해 더 설명한다.
도 21은, 선택용 광학 소자(AOM1)에 의해 편향되는 빔(LB1)의 시프트의 모습을 과장하여 나타낸 광로 도면이다. 빔(LB1)이 선택용 광학 소자(AOM1)에 의해서 규정 각도로 편향되어 있는 경우, 빔(LB1)의 중심축은 콜리메이터 렌즈(CL1a)의 광축(AXm)과 동축으로 되어 있다. 이 때, 콜리메이터 렌즈(CL1)로부터 사출한 빔(LB1)의 중심축은, 원래의 빔(LBa)의 중심축(광축(AXj))으로부터 -Z방향으로 ΔSF0만큼 떨어져 있다. 그 상태로부터, 선택용 광학 소자(AOM1)를 구동하는 구동 신호(HF1)의 주파수를, 예를 들면 ΔFs만큼 높게 했다고 하면, 선택용 광학 소자(AOM1)에서의 빔(LB1)의 편향각이 규정 각도에 대해서 Δθγ만큼 증가하고, 미러(IM1)에 이르는 빔(LB1')의 중심축(AXm')은, 광축(AXj)으로부터 -Z방향으로 ΔSF1만큼 떨어져 위치한다. 이와 같이, 구동 신호(HF1)의 주파수의 ΔFs의 변화에 의해서, 미러(IM1)로 향하는 빔(LB1')의 중심축(AXm')은, 규정 위치(광축(AXm)와 동축의 위치)로부터, ΔSF1-ΔSF0만큼 -Z방향으로 횡 시프트(평행 이동)한다.
광축(AXm) 상에는, 면(Pip)에 상당하는 면(Pip')이 존재하고, 그 면(Pip')에서 빔(LB1(LB1'))은 빔 웨이스트가 되도록 집광된다. 면(Pip')으로부터 콜리메이터 렌즈(CL1a)로 향하는 빔(LB1')의 중심축(AXm')은 광축(AXm)와 평행이며, 면(Pip')을 콜리메이터 렌즈(CL1a)의 전측 초점의 위치로 설정함으로써, 콜리메이터 렌즈(CL1a)로부터 사출하는 빔(LB1')은, 광축(AXm)에 대해서 XZ면 내에서 약간의 기울어진 평행 광속으로 변환된다. 본 실시의 형태에서는, 면(Pip')이 최종적으로 기판(P)의 표면(스폿 광(SP))과 공역이 되도록, 주사 유닛(U1) 내의 렌즈계(도 5 중의 렌즈(Be1, Be2), 실린드리컬 렌즈(CYa, CYb), fθ 렌즈(TF)가 배치된다.
도 22는, 주사 유닛(U1) 내의 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면(RP(RPa))으로부터 기판(P)까지의 광로를 전개하여 Yt방향에서 본 도면이다. 선택용 광학 소자(AOM1)에 의해서 규정 각도로 편향된 빔(LB1)은, XtYt면과 평행한 면 내에서 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에 입사하여 반사된다. 반사면(RPa)에 입사하는 빔(LB1)은, XtZt면 내에서는, 도 5에 나타낸 제1 실린드리컬 렌즈(CYa)에 의해 반사면(RPa) 상에서 Zt방향으로 수렴된다. 반사면(RPa)에서 반사한 빔(LB1)은, fθ 렌즈(FT)의 광축(AXf)을 포함하는 XtYt면과 평행한 면 내에서, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도에 따라 고속으로 편향되고, fθ 렌즈(FT)와 제2 실린드리컬 렌즈(CYb)를 거쳐, 기판(P) 상에 스폿 광(SP)으로서 집광된다. 스폿 광(SP)은 도 21에서는 지면과 수직인 방향으로 1차원 주사된다.
한편, 도 21과 같이, 면(Pip')에서 빔(LB1)에 대해서 ΔSF1-ΔSF0만큼 횡 시프트한 빔(LB1')은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa) 상의 빔(LB)의 조사 위치에 대해서 약간 Zt방향으로 어긋난 위치에 입사한다. 그것에 의해서, 반사면(RPa)에서 반사한 빔(LB1')의 광로는, XtZt면 내에서는, 빔(LB1)의 광로와 약간 어긋난 상태에서, fθ 렌즈(FT)와 제2 실린드리컬 렌즈(CYb)를 통과하여, 기판(P) 상에 스폿 광(SP')으로서 집광된다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)은, 광학적으로는 fθ 렌즈(FT)의 동면에 배치되지만, 2개의 실린드리컬 렌즈(CYa, CYb)에 의한 틸팅(tilting) 보정의 작용에 의해서, 도 22의 XtZt면 내에서는, 반사면(RPa)와 기판(P)의 표면과는 공역 관계로 되어 있다. 따라서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa) 상에 조사되는 빔(LB1)이 빔(LB1')과 같이 Zt방향으로 약간 시프트하면, 기판(P) 상의 스폿 광(SP)은 스폿 광(SP')과 같이, 부주사 방향으로 ΔSFp만큼 시프트한다.
이상의 구성과 같이, 선택용 광학 소자(AOM1)의 구동 신호(HF1)의 주파수를 규정 주파수로부터 ±ΔFs만큼 변화시키는 것에 의해, 스폿 광(SP)을 부주사 방향으로 ±ΔSFp만큼 시프트시킬 수 있다. 그 시프트량(|ΔSFp|)은, 선택용 광학 소자(AOM1) 자체의 편향각의 최대 범위, 미러(IM1)의 반사면(IM1a)의 크기, 주사 유닛(U1) 내의 폴리곤 미러(PM)까지의 광학계(릴레이계)의 배율, 폴리곤 미러(PM)의 반사면의 Zt방향의 폭, 폴리곤 미러(PM)로부터 기판(P)까지의 배율(fθ 렌즈(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 범위로 설정된다. 물론, 그 이상의 시프트량으로 설정해도 된다. 또한 선택용 광학 소자(AOM1) 및 주사 유닛(U1)에 관해서 설명했지만, 다른 선택용 광학 소자(AOM2~AOM6) 및 주사 유닛(U2~U6)에 관해서도 마찬가지이다.
이와 같이, 본 실시의 형태에서는, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6))를, 입사 허가 신호(LPn(LP1~LP6))에 응답한 빔의 스위칭 기능과 보정 신호(FSS)에 응답한 스폿 광(SP)의 시프트 기능을 위해서 겸용할 수 있으므로, 각 주사 유닛(Un(U1~U6))에 빔을 공급하는 빔 송광계(빔 전환부(BDU))의 구성이 간단하게 된다. 또한, 주사 유닛(Un)마다 빔 선택용과 스폿 광(SP)의 시프트용의 음향 광학 변조 소자(AOM나 AOD)를 따로 따로 마련하는 경우에 비해, 발열원을 줄일 수 있어, 노광 장치(EX)의 온도 안정성을 높일 수 있다. 특히, 음향 광학 변조 소자를 구동하는 드라이브 회로(102A)는 큰 발열원이 되지만, 구동 신호(HF1)가 50MHz 이상의 고주파이기 때문에, 음향 광학 변조 소자의 근처에 배치된다. 드라이브 회로(102A)를 냉각하는 기구를 마련해도, 그 수가 많으면 장치 내의 온도가 단시간에 상승하기 쉬워지고, 광학계(렌즈나 미러)의 온도 변화에 의한 변동으로, 묘화 정밀도가 저하할 가능성이 있다. 그 때문에, 열원이 되는 드라이브 회로, 및 음향 광학 변조 소자는 적은 것이 바람직하다. 또한, 선택용 광학 소자(AOMn(AOM1~AOM6)) 각각이, 온도 변화의 영향을 받아, 입사 빔(LBa(LBb))의 1차 회절광으로서 편향되는 빔(LBn)의 편향각을 변동시키는 경우, 본 실시의 형태에서는, 도 20의 드라이브 회로(102A)에 주는 보정 신호(FSS)의 값을, 온도 변화에 따라 조정하는 피드백 제어계를 마련하는 것에 의해, 편향각의 변동을 용이하게 상쇄할 수 있다.
본 실시의 형태의 선택용 광학 소자(AOMn)에 의한 빔 시프트 기능은, 복수의 주사 유닛(Un) 각각으로부터의 빔(LBn)의 스폿 광(SPn)에 의한 묘화 라인(SLn)의 위치를, 고속으로 부주사 방향으로 미세 조정할 수 있다. 예를 들면, 도 20에 나타낸 선택용 광학 소자(AOM1)를 입사 허가 신호(LP1)가 H레벨이 될 때마다, 보정 신호(FSS)에 의한 보정량을 바꾸도록 제어하면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면마다, 즉, 스폿 광(SP)의 주사마다, 묘화 라인(SL1)을 부주사 방향으로 화소 사이즈(또는 스폿 광의 사이즈) 정도의 범위에서 시프트할 수 있다. 그 때문에, 인접하는 주사 유닛(Un) 각각을, 조사 중심축(Le1~Le6)의 둘레로 미소 회전시켜 각 묘화 라인(SLn)의 기울기를 조정한 후, 앞의 제1 실시 형태와 같이 하여 묘화 배율을 보정하는 것에 더하여, 제2 실시 형태와 같이 묘화 라인(SLn)을 부주사 방향으로 시프트시키는 것에 의해서, 각 묘화 라인(SLn)의 단부에 있어서의 패턴 묘화시의 이음 정밀도를 높이는 것이 가능해진다. 또한, 기판(P)에 이미 형성된 전자 디바이스를 위한 기초 패턴에 대해서, 새로운 패턴을 겹쳐 맞추어 묘화할 때도, 그 겹침 정밀도를 높일 수 있다.
이상의 제2 실시 형태에서는, 기판(P)의 표면(빔(LBn)이 스폿 광(SP)으로서 집광하는 위치)과, 도 21 중의 면(Pip')은 서로 공역인 관계로 설정되고, 또한 면(Pip'(Pip))은, 광원 장치(LSa(LSb)) 중의 파장 변환 소자(48, 50), 파이버 광 증폭기(46)의 사출단(46a) 각각 모두 서로 공역인 관계로 설정되어 있다. 그 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 중 1개를 일정한 방향으로 정지시킨 상태로 하고, 빔(LBn)을 fθ 렌즈(FT)와 실린드리컬 렌즈(CYb)를 거쳐 기판(P)의 표면의 1점에 스폿 광(SP)으로서 투사했을 경우, 파장 변환 소자(48, 50)의 결정 특성의 변화에 의해서 고조파 빔의 진행 방향이 각도적으로 드리프트해도, 그 영향을 받지 않고 기판(P) 상의 스폿 광(SP)은 정지하고 있다. 이것은, 스폿 광(SP)의 주주사 방향의 주사 개시 위치, 혹은 원점 신호(SD)에 응답한 묘화 개시 위치가, 주주사 방향으로 드리프트하지 않고 안정되어 있는 것을 의미한다. 따라서, 장기적으로 안정된 정밀도로 패턴 묘화가 가능하다.
[제3 실시 형태]
도 23은, 상기 제 2의 실시 형태에 적용되는 주사 유닛(U1(Un))의 구체적인 구성을 나타내는 제3 실시 형태에 의한 도면이며, 빔(LB1)의 주사 방향(편향 방향)을 포함하는 평면(XY평면과 평행한 평면)과 직교하는 평면(XZ평면)에서 본 도면이다. 또한 도 23에서는, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)이 XY면과 평행하게 배치되며, 선단의 반사 미러(M15)가 광축(AXf)을 90도로 절곡하도록 배치되는 것으로 한다. 주사 유닛(U1) 내에는, 빔(LB1)의 입사 위치로부터 피조사면(기판(P))까지의 빔(LB1)의 송광로를 따라서, 반사 미러(M10), 빔 익스팬더(BE), 경사각 가변의 평행 평판(HVP), 개구 조리개(PA), 반사 미러(M12), 제1 실린드리컬 렌즈(CYa), 반사 미러(M13), 반사 미러(M14), 폴리곤 미러(PM)(반사면(RP)), fθ 렌즈계(FT), 반사 미러(M15), 및 제2 실린드리컬 렌즈(CYb)가 마련된다. 도 23의 구성은, 기본적으로 도 5의 구성과 동일하지만, 일부 설명에 불필요한 부재 등은 생략되어 있다. 그리고 본 실시의 형태에서는, 도 5에 마련되어 있던 시프트 광학 부재(SR)의 평행 평판(Sr2)을, 광 투과성의 평행 평판(석영판)(HVP)으로서 마련한다.
도 6에 나타낸 미러(IM1)에 의해서 -Z방향으로 반사된 평행 광속의 빔(LB1)은, XY평면에 대해서 45도 기울어진 반사 미러(M10)에 입사한다. 이 반사 미러(M10)는, 입사한 빔(LB1)을, 반사 미러(M10)로부터 -X방향으로 떨어진 반사 미러(M12)를 향해서 -X방향으로 반사한다. 반사 미러(M10)에서 반사한 빔(LB1)은, 빔 익스팬더(BE) 및 개구 조리개(PA)를 투과하여 반사 미러(M12)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 평행 광속으로 하는 콜리메이트 렌즈(Be2)를 가진다. 이 빔 익스팬더(BE)에 의해 빔(LB6)을 개구 조리개(PA)의 개구 부분에 조사하는 것이 용이하게 된다. 집광 렌즈(Be1)와 콜리메이트 렌즈(Be2)의 사이에는, 도시하지 않은 구동 모터 등에 의해 경사 각도를 변경할 수 있는 석영의 평행 평판(HVP)이 배치되어 있다. 이 평행 평판(HVP)의 경사각을 바꾸는 것에 의해, 기판(P) 상에서 주사되는 스폿 광(SP)의 주사 궤적인 묘화 라인(SLn)을 부주사 방향으로 미소량(예를 들면, 스폿 광(SP)의 실효적인 사이즈 φ의 수배~십수배 정도)만큼 시프트시킬 수 있다.
반사 미러(M12)는, YZ평면에 대해서 45도 기울어져 배치되고, 입사한 빔(LB1)을, 반사 미러(M12)로부터 -Z방향으로 떨어진 반사 미러(M13)를 향해서 -Z방향으로 반사한다. 반사 미러(M12)에서 -Z방향으로 반사된 빔(LB1)은, 제1 실린드리컬 렌즈(CYa)(제1광학 부재)를 투과한 후, 반사 미러(M13)에 이른다. 반사 미러(M13)는, XY평면에 대해서 45도 기울어져 배치되고, 입사한 빔(LB1)을 반사 미러(M14)를 향해서 +X방향으로 반사한다. 반사 미러(M13)에서 반사한 빔(LB1)은, 반사 미러(M14)에서 반사되어 폴리곤 미러(PM)에 투사된다. 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면(RP)은, 입사한 빔(LB1)을, X축 방향으로 연장하는 광축(AXf)을 가지는 fθ 렌즈계(FT)를 향해서 +X방향으로 반사한다.
빔 익스팬더(BE)를 구성하는 렌즈계(Be1, Be2)의 사이에 마련되는 평행 평판(HVP)의 경사각을 바꾸는 것에 의해, 묘화 라인(SLn)을 부주사 방향으로 시프트할 수 있다. 도 24의 24A, 도 24의 24B는, 평행 평판(HVP)의 경사에 의해서 묘화 라인(SLn)이 시프트하는 모습을 설명하는 것으로, 도 24의 24A는, 평행 평판(HVP)의 서로 평행한 입사면과 사출면이 빔(LBn)의 중심선(주광선)에 대해서 90도로 되어 있는 상태를 나타내는 도면이며, 즉 평행 평판(HVP)가 XZ면 내에서 경사져 있지 않는 상태를 나타내는 도면이다. 도 24의 24B는, 평행 평판(HVP)의 서로 평행한 입사면과 사출면이 빔(LBn)의 중심선(주광선)에 대해서 90도로부터 기울어져 있는 경우, 즉 평행 평판(HVP)가 YZ면에 대해서 각도 η만큼 경사져 있는 상태를 나타내는 도면이다.
또한, 도 24의 24A, 도 24의 24B에는, 평행 평판(HVP)이 경사져 있지 않는 상태(각도 η=0도)일 때, 렌즈계(Be1, Be2)의 광축(AXe)은 개구 조리개(PA)의 원형 개구의 중심을 통과하도록 설정되고, 빔 익스팬더(BE)에 입사하는 빔(LBn)의 중심선은 광축(AXe)과 동축으로 되도록 조정되어 있는 것으로 한다. 또한, 렌즈계(Be2)의 후측(後側) 초점의 위치는 개구 조리개(PA)의 원형 개구의 위치에 일치하도록 배치된다. 개구 조리개(PA)의 위치는, 제1 실린드리컬 렌즈(CYa)에 의해서, 부주사 방향에 관해서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 위치(혹은 fθ 렌즈계(FT)의 전측 초점의 위치)에서 보면, 거의 눈동자의 위치가 되도록 설정되어 있다. 한편으로, 주주사 방향에 관해서는, 개구 조리개(PA)는, fθ 렌즈계(FT)의 전측 초점의 위치인 입사동의 위치와 광학적으로 공역이 되도록 배치되어 있다. 그 때문에, 평행 평판(HVP)을 각도 η만큼 기울였을 경우, 평행 평판(HVP)을 투과하여 렌즈계(Be2)에 입사하는 빔(LBn)(여기에서는 발산 광속)의 중심선은, 광축(AXe)에 대해서 -Z방향으로 미소하게 평행 이동하고, 렌즈계(Be2)로부터 사출하는 빔(LBn)은 평행 광속으로 변환됨과 아울러, 빔(LBn)의 중심선은 광축(AXe)에 대해서 약간 기울어진다.
렌즈계(Be2)의 후측 초점의 위치는 개구 조리개(PA)의 원형 개구의 위치에 일치하도록 배치되어 있으므로, 렌즈계(Be2)로부터 기울어져 사출하는 빔(LBn)(평행 광속)은, 개구 조리개(PA) 상에서 Z방향으로 시트프하지는 않고, 원형 개구에 계속 투사된다. 따라서, 개구 조리개(PA)의 원형 개구를 통과한 빔(LBn)은, 강도 분포상의 1/e2의 저변의 강도를 정확하게 커트된 상태에서, 광축(AXe)에 대해서 XZ면 내에서 부주사 방향으로 약간 기울어진 각도로, 후단의 제1 실린드리컬 렌즈(CYa)로 향한다. 개구 조리개(PA)는, 부주사 방향에 관해서는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에서 보면 눈동자 위치에 대응하고 있고, 개구 조리개(PA)의 원형 개구를 통과한 빔(LBn)의 부주사 방향에 관한 경사각에 따라, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 입사하는 빔(LBn)(부주사 방향에 관해서 수렴)의 반사면 상에서의 위치가 약간 시프트한다. 따라서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에서 반사한 빔(LBn)도, 도 23에 나타낸 fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)을 포함하는 XY면과 평행한 면에 대해서 약간 Z방향으로 시프트한 상태에서 fθ 렌즈계(FT)에 입사한다. 그 결과, 제2 실린드리컬 렌즈(CYb)에 입사하는 빔(LBn)이 부주사 방향으로 약간 기울어져, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 위치를 부주사 방향으로 약간 시프트시킬 수 있다.
[제4 실시 형태]
도 25는, 제4 실시 형태에 의한 노광 장치(EX)(패턴 묘화 장치)의 제어 장치(16)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 25에 있어서, 제어 장치(16)를 구성하는 폴리곤 구동 제어부(100), 선택 소자 구동 제어부(102), 빔 제어 장치(104)(노광 제어부(116)), 마크 위치 검출부(106), 및 회전 위치 검출부(108)는, 앞의 도 9에 나타낸 구성과 동일하다. 또한, 도 25에서는, 대표하여 광원 장치(LSa)로부터의 빔(LBa)이 주사 유닛(U1)에 공급되고 있는 상태만을 모식적으로 나타내고, 선택용 광학 소자(AOM1), 콜리메이트 렌즈(CL1), 유닛측 입사 미러(IM1)는 도 20과 동일하게 배치되고, 반사 미러(M10)로부터 제2 실린드리컬 렌즈(CYb)까지의 주사 유닛(U1)은 도 23과 동일하게 구성되는 것으로 한다. 본 실시의 형태에서는, 주사 유닛(U1) 내의 기계 광학적인 빔 시프터로서의 평행 평판(HVP)을 소정의 스트로크로 경사시키기 위한 피에조 모터 등을 포함하는 서보 제어계(DU)와, 기초층 계측부(MU)가 마련된다. 기초층 계측부(MU)는, 주사 유닛(U1) 내의 광 검출기(DT)(도 5 참조)로부터의 광전 신호의 파형 변화를 고속으로 디지털 샘플링하는 회로 구성을 가지고, 겹침 노광을 위해 스폿 광(SP)이 기판(P) 상에 이미 형성되어 있는 기초 패턴(금속층, 절연층, 반도체층 등에 대응)을 주사했을 때에 발생하는 반사광의 강도 변화에 근거하여, 기초 패턴의 주주사 방향이나 부주사 방향에 관한 위치, 혹은 겹침 노광되는 새로운 패턴과 기초 패턴과의 상대적인 위치 오차(겹침 오차)를 계측한다. 기초층 계측부(MU)에서 계측되는 계측 결과, 특히 겹침 오차에 관한 정보는, 도 20에 나타낸 선택 소자 구동 제어부(102) 내의 드라이브 회로(102A)에 인가되는 보정 신호(FSS)를 생성하기 위해 이용된다. 이와 같이, 주사 유닛(Un) 각각에 광 검출기(DT)(도 5 참조)를 마련하고, 위치 계측부로서의 기초층 계측부(MU)를 마련하는 것에 의해, 얼라이먼트용의 마크(MKn)가 없는 피노광 영역(도 4의 디바이스 형성 영역)(W) 내에서의 겹침 정밀도의 확인, 혹은 패턴 노광 중의 기판(P)의 이동 위치(디바이스 형성 영역(W)의 이동 위치)를 확인할 수 있다.
평행 평판(HVP)은, 주사 유닛(Un) 각각에 마련되어 있으므로, 주사 유닛(Un) 마다, 평행 평판(HVP)의 기울기 각도 η를 연속적으로 변화시킴으로써, 기판(P) 상에 묘화되는 패턴의 부주사 방향의 치수를 미소한 비율로 신축시킬 수 있다. 그 때문에, 기판(P)의 장척 방향(부주사 방향)에 관해서 기판(P)이 부분적으로 신축하고 있는 경우라도, 기판(P) 상에 얼라이먼트 마크(MKn)와 함께 형성된 전자 디바이스를 위한 기초 패턴(제1 층 패턴)에 대해서 제2 층용의 패턴을 겹침 노광(묘화)할 때의 겹침 정밀도를 양호하게 유지할 수 있다. 기판(P)의 장척 방향(부주사 방향)의 국소적인 신축은, 예를 들면, 도 4에 나타낸 것과 같이, 기판(P)의 폭 방향의 양측에 장척 방향으로 일정한 피치(예를 들면 10㎜)로 형성되는 얼라이먼트 마크(MK1, MK4)를, 도 25에 나타낸 얼라이먼트 현미경(AM1m)으로 검출함으로써 계측할 수 있다. 구체적으로는, 도 4에 나타낸 것과 같이 얼라이먼트 현미경(AM11, AM14)에 의해서 얼라이먼트 마크(MK1, MK4)를 촬상 소자로 차례로 촬상하고, 마크 위치의 장척 방향의 변화(마크의 피치 변화 등)를, 마크 위치 검출부(106)와 회전 위치 검출부(108) 등에 의해서 노광 제어부(116)에서 해석함으로써 계측할 수 있다. 그래서, 기판(P)의 반송 방향의 부분적인 신축량(스케일링 오차)에 따라, 노광 제어부(116)로부터 서보 제어계(DU)에, 기판(P)의 부주사 방향의 이동 위치(또는 이동량)에 따라, 평행 평판(HVP)을 순차적으로 경사시키는 제어 지령을 준다. 이것에 의해서, 패턴의 묘화 위치를 기판(P)의 이동 위치에 연동하여 부주사 방향으로 서서히 조정할 수 있어, 신축이 큰 기판(P)에 대한 겹침 노광의 정밀도 저하를 억제할 수 있다.
또한, 평행 평판(HVP)은, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)과 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 부주사 방향(기판(P)의 반송 방향)의 간격을 조정하기 위해서도 사용할 수 있다. 예를 들면, 기판(P)의 반송 속도에 완만한 변동이 생겼을 경우, 그 속도 변동에 의해서, 홀수번의 묘화 라인에 의해 묘화되는 패턴과 짝수번의 묘화 라인에 의해 묘화되는 패턴이 부주사 방향으로 미크론 오더로 어긋나게 되어, 이음 정밀도가 열화한다. 그래서, 회전 드럼(DR)의 회전 위치를 계측하는 인코더(ENja, ENjb)(도 25에서는 대표하여 EN1a, EN2a만을 나타냄)로부터의 계측 신호를 카운트하는 회전 위치 검출부(108)에 의해서, 회전 드럼(DR)의 회전 속도의 변동(기판(P)의 속도 변동)을 검출하고, 그 변동의 증감량에 따라 평행 평판(HVP)의 기울기를 서보 제어계(DU)로 구동하도록 해도 된다.
또한, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 빔 시프터(빔 위치 조정 부재, 제1 조정 부재)를 스폿 광(SP)의 부주사 방향으로의 위치 조정의 거친 조정용으로 하고, 도 25에 나타낸 선택용 광학 소자(AOM1)(혹은, 앞의 도 16에 나타낸 음향 광학 편향 소자(AODs), 도 17에 나타낸 전기 광학 소자(ODn, KDn) 등)에 의한 전기 광학적인 빔 시프터(빔 위치 조정 부재, 제2 조정 부재, 제2 조정 광학 부재)를 스폿 광(SP)의 부주사 방향으로의 위치 조정의 미세 조정용으로 하여 병용해도 된다. 도 25와 같이, 평행 평판(HVP)과 선택용 광학 소자(AOM1)(AOMn)를 조합한 경우, 기계 광학적인 빔 시프터로서의 평행 평판(HVP)은, 경사 가능한 스트로크 범위 내에서 기판(P) 상의 스폿 광(SP)을 부주사 방향으로 수십 화소분 (예를 들면, ±100㎛ 정도) 변위시킬 수 있고, 한편, 전기 광학적인 빔 시프터로서의 선택용 광학 소자(AOM1(AOMn))는, 기판(P) 상의 스폿 광(SP)을 부주사 방향으로, 예를 들면 수 화소분 (스폿 광(SP)의 사이즈 φ의 수배 정도)의 미소 범위에서 고속으로 변위시킬 수 있다.
선택용 광학 소자(음향 광학 편향 소자)(AOMn, AODs)나 전기 광학 소자(ODn, KDn) 등에 의한 전기 광학적인 빔 시프터에서는, 도 10에 나타낸 입사 허가 신호(LPn)의 발생마다 보정 신호(FSS)의 값을 바꾸는 것에 의해, 스폿 광(SP)의 부주사 방향의 위치를 1 주사마다 고속으로 미세 조정할 수 있다. 그 때문에, 미세한 패턴을 묘화했을 때의 묘화 품질, 특히 복수의 묘화 라인(SLn) 각각에 의해 묘화되는 패턴을 주주사 방향으로 이었을 때의 이음 오차를 저감할 수 있다. 본 실시의 형태에서는, 일례로서 도 25에 나타낸 광 검출기(DT)와 기초층 계측부(MU)를 이용하여, 거의 리얼 타임으로 이음 오차의 정도를 계측할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 있어서, 묘화 라인(SL1)과 묘화 라인(SL2) 각각에 의해서 묘화되는 패턴이 부주사 방향으로 이어지는 경우에, 기판(P)에 이미 기초 패턴(제1 층 패턴)이 형성되어 있으면, 묘화 라인(SL1)에 의해 패턴 묘화하는 주사 유닛(U1)에 마련된 기초층 계측부(MU)(도 25)에서 계측되는 이음 부분에서의 겹침 오차의 정보와, 묘화 라인(SL2)에 의해 패턴 묘화하는 주사 유닛(U2)에 마련된 동일한 기초층 계측부(MU)에서 계측되는 이음 부분에서의 겹침 오차의 정보를 비교함으로써, 기초 패턴을 기준으로 하여 묘화 라인(SL1)과 묘화 라인(SL2) 각각에 의해 묘화되는 패턴의 부주사 방향에 관한 이음 오차를 확인할 수 있다.
도 4의 경우, 묘화 라인(SL1)에 의해 묘화된 기판(P) 상의 부주사 방향의 위치는, 기판(P)이 묘화 라인(SL1)과 묘화 라인(SL2)의 부주사 방향의 간격분만큼 이동한 후에, 묘화 라인(SL2)에 의해서 묘화되는 것이므로, 그 간격분의 이동의 시간만큼 시간차가 생기지만, 기초층 계측부(MU)에 의한 겹침 오차의 계측을, 기판(P)의 적당한 이동량마다(예를 들면 1㎜ 마다라든지 5㎜ 마다) 순차적으로 행하여 가면, 이음 오차의 경향(오차가 크게 될지 여부)을 파악할 수 있다. 이음 오차가 크게 되는 경향을 나타낸 경우에는, 그 이음 오차가 저감되도록, 주사 유닛(U1)과 주사 유닛(U2) 중 적어도 일방에 대응하여 마련되어 있는 선택 소자 구동 제어부(102) 내의 드라이브 회로(102A)(도 20 참조)에 인가되는 보정 신호(FSS)를, 기초층 계측부(MU)에서 계측되는 이음 오차의 정보에 근거하여 조정하고, 묘화 라인(SL1)과 묘화 라인(SL2) 중 적어도 일방을 따라서 주사되는 스폿 광(SP)의 부주사 방향의 위치를 미세 조정하면 된다.
[다른 변형예 1]
이상의 각 실시 형태나 변형예에서는, 빔(LBn)(스폿 광(SP))을 부주사 방향으로 시프트시키는 기계 광학적인 빔 시프터(위치 조정 부재, 제1 조정 부재)로서의 경사 가능한 평행 평판(Sr2, 또는 HVP)을, 주사 유닛(Un) 내의 미러(M10)로부터 폴리곤 미러(PM)까지의 광로 중에 마련했지만, 폴리곤 미러(PM)로부터 기판(P)까지의 광로 중에 마련해도 된다. 또한, 기계 광학적인 빔 시프터는, 빔 전환부(BDU)의 유닛측 입사 미러(IMn(IM1~IM6))로부터 주사 유닛(Un)의 미러(M10)까지의 광로 중에 마련해도 된다. 앞서 설명한 것과 같이, 기계 광학적인 빔 시프터(제1 조정 부재, 제1 조정 광학 부재)는, 빔(LBn)의 스폿 광(SP)을 비교적으로 큰 범위에서 부주사 방향으로 시프트할 수 있지만, 기계적인 정밀도에 의존한 오차가 잔류하기 쉽기 때문에, 잔류 오차의 저감하기 위해 전기 광학적인 빔 시프터(제2 조정 부재, 제2 조정 광학 부재)를 병용할 수 있다. 그 경우, 전기 광학적인 빔 시프터는, 광원 장치(LSa, LSb)로부터의 빔(LBa, LBb)이 진행되는 광로에 따라서 기계 광학적인 빔 시프터의 직전에 마련하는 것이 좋다.
[다른 변형예 2]
주사 유닛(묘화 유닛)(Un) 각각에는, 빔 익스팬더(BE)를 구성하는 렌즈계(Be1, Be2)가 앞의 도 23에 나타낸 것과 같이, 정의 굴절력을 가지는 볼록 렌즈계에 의해 마련되어 있지만, 도 26에 나타내는 것과 같이, 반사 미러(M10)에서 반사된 빔(LBn)을 입사하는 렌즈계(Be1)를, 부의 굴절력을 가지는 오목 렌즈계(Be1')로 대신하여도 된다. 도 26은, 도 23에 나타낸 주사 유닛(묘화 유닛)(Un) 내의 광로 중, 반사 미러(M10)로부터 개구 조리개(PA)까지의 광로에 있어서의 빔(LBn)의 상태를 모식적으로 과장하여 나타낸 것이다. 반사 미러(M10)에서 반사되는 빔(LBn)은, 실효적인 빔 지름이 1㎜ 이하의 가는 평행 광속으로 되어 오목 렌즈계(Be1')에 입사한다. 렌즈계(Be1')는, 입사한 빔(LBn)을 렌즈계(Be1')의 초점 거리에 따라 발산시키면서, 정의 굴절력을 가지는 볼록 렌즈계(Be2)에 입사시킨다. 오목 렌즈계(Be1')의 전측 초점 거리의 위치와, 볼록 렌즈계(Be2)의 전측 초점 거리의 위치를 일치시키는 것에 의해, 볼록 렌즈계(Be2)로부터 사출하는 빔(LBn)은, 도 23에서 설명한 것과 같이, 실효적인 빔 지름이 확대된 평행 광속으로 되어 개구 조리개(PA)로 향한다. 오목 렌즈계(Be1')와 볼록 렌즈계(Be2)에 의한 빔 익스팬더는, 2개의 볼록 렌즈계(Be1, Be2)에 의한 빔 익스팬더에 비해, 2개의 렌즈계의 사이의 물리적인 거리를 짧게 할 수 있다.
또한, 도 23에 나타낸 주사 유닛(묘화 유닛)(Un)의 빔 익스팬더(BE) 내에는, 기판(P) 상에서 스폿 광(SP)의 주사 궤적인 묘화 라인(SLn)을 부주사 방향(X방향)으로 기계 광학적으로 시프트시키는 평행 평판(HVP)만이 마련되어 있었다. 그렇지만, 묘화 라인(SLn)의 전체를 주주사 방향(Y방향)으로 미세 조정하기 위해서, X방향용의 시프터로서의 평행 평판(HVPx)과, Y방향용의 시프터로서의 평행 평판(HVPy)을 광축(AXe)을 따라서 렌즈계(Be1')와 렌즈계(Be2)의 사이에 마련해도 된다. 이 경우, 평행 평판(HVPx)을 기울이기 위한 회전 중심축(Sy)과, 평행 평판(HVPy)을 기울이기 위한 회전 중심축(Sx)은, 광축(AXe)과 직교하는 면(YZ면과 평행) 내에서는, 서로 직교하도록 설정된다.
[다른 변형예 3]
묘화 라인(SLn)의 전체를 주주사 방향(Y방향)으로 미세 조정하기 위한 기계 광학적인 시프터로서의 평행 평판(HVPy)은, 도 27에 나타내는 것과 같이, fθ 렌즈계(FT)의 뒤에 마련해도 된다. 도 27은, 도 23에 나타낸 주사 유닛(묘화 유닛)(Un) 내의 폴리곤 미러(PM)로부터 기판(P)까지의 광학계 배치를 나타낸 것이다. fθ 렌즈계(FT)의 뒤에는, 빔(LBn)이 주주사 방향(Y방향)으로 주사되고 있기 때문에, 도 27과 같이, 반사 미러(M15)와 제2 실린드리컬 렌즈(CYb)와의 사이에 평행 평판(HVPy)을 마련하는 경우에는, 평행 평판(HVPy)을 실린드리컬 렌즈(CYb)의 Y방향의 치수와 동일한 정도의 길이로 설정한다. 또한, 도 27의 평행 평판(HVPy)을 YZ면과 평행한 면 내에서 기울이기 위한 회전 중심축(Sx)은, X축과 평행하게 설정됨과 아울러, 반사 미러(M15)에 의해 절곡되어 Z축과 평행하게 된 fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)과 직교하도록 설정된다.

Claims (19)

  1. 기판 상에 스폿으로서 집광되는 묘화 빔을 제1 방향으로 주사하여 패턴을 묘화하는 묘화 유닛이 상기 제1 방향으로 복수 배치되고, 상기 기판의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로의 이동에 의해, 복수의 상기 묘화 유닛에 의해 묘화되는 패턴을 상기 제1 방향으로 이어 맞춰 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
    상기 복수의 묘화 유닛에 의해서 묘화해야 할 상기 기판 상의 피노광 영역의 위치를 계측하는 위치 계측부와,
    상기 묘화 유닛 각각에 의해 묘화되는 패턴의 상기 피노광 영역에 대한 위치 오차를 저감하기 위해서, 상기 위치 계측부에서 계측된 위치에 근거하여 상기 묘화 유닛 각각에 의한 상기 스폿의 위치를 상기 기판의 이동 중에 상기 제2 방향으로 조정하는 제1 조정 부재와,
    상기 묘화 유닛 각각에 의해 묘화되는 패턴의 상기 제2 방향에 관한 이음 오차를 저감하기 위해서, 상기 묘화 유닛 각각에 의한 상기 스폿의 위치를 상기 기판의 이동 중에 상기 제1 조정 부재보다도 높은 응답성으로 상기 제2 방향으로 조정하는 제2 조정 부재를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은, 상기 제2 방향을 장척 방향으로 하는 가요성을 가진 시트 기판 으로서, 상기 제2 방향을 따라서 소정의 설계 간격으로 형성된 복수의 마크를 가지고,
    상기 위치 계측부는, 상기 시트 기판의 이동 방향에 관해서 상기 묘화 유닛에 의한 패턴의 묘화 위치의 상류측에서, 상기 복수의 마크 각각의 위치를 차례로 검출하는 마크 위치 검출부를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 조정 부재는, 상기 마크 위치 검출부에 의해서 검출되는 상기 복수의 마크 각각의 상기 제2 방향에 관한 간격의 상기 설계 간격에 대한 오차에 따라 상기 스폿의 위치를 상기 제2 방향으로 조정하는 패턴 묘화 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 묘화 유닛 각각은, 상기 묘화 빔을 상기 제1 방향에 대응한 방향으로 각도를 바꾸어 반사시키는 복수의 반사면을 가지는 회전 다면경과, 상기 회전 다면경의 반사면에서 반사된 상기 묘화 빔을 상기 기판 상에서 스폿으로 집광하는 주사용 광학계를 구비하고,
    상기 제1 조정 부재는, 상기 회전 다면경의 반사면에 투사되는 상기 묘화 빔의 위치를, 상기 회전 다면경의 반사면 상에서 상기 제2 방향에 대응한 방향으로 기계적인 구동에 의해 시프트시키는 기계 광학 시프터인 패턴 묘화 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 묘화 빔을 생성하는 광원 장치를 더 구비하고,
    상기 제2 조정 부재는, 상기 광원 장치로부터 상기 제1 조정 부재의 사이에 마련되고, 상기 회전 다면경의 반사면에 투사되는 상기 묘화 빔의 위치를, 상기 회전 다면경의 반사면 상에서 상기 제2 방향에 대응한 방향으로, 전기적인 물성 제어에 의해 시프트시키는 전기 광학 시프터인 패턴 묘화 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    전기 광학 시프터는, 구동 신호로서 인가되는 고주파 전력의 주파수에 따라 편향각을 조정할 수 있는 음향 광학 변조 소자 또는 음향 광학 편향 소자인 패턴 묘화 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판에는, 상기 복수의 마크와 함께 기초 패턴이 형성되어 있고,
    상기 복수의 묘화 유닛 각각은, 상기 묘화 빔의 스폿의 주사에 의해 상기 기초 패턴에 겹침 노광해야 할 새로운 패턴을 묘화하고 있는 동안, 상기 스폿이 상기 기초 패턴을 주사 했을 때에 발생하는 반사광의 변화를 검출하는 광 검출기를 구비하며,
    상기 위치 계측부는, 상기 복수의 묘화 유닛 각각의 상기 광 검출기로부터의 광전 신호에 근거하여, 상기 기초 패턴을 기준으로 하여, 상기 묘화 유닛 각각에 의해 묘화되는 상기 새로운 패턴의 사이의 이음 오차를 계측하는 기초층 계측부를 포함하는 패턴 묘화 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 조정 부재는, 상기 기초층 계측부에서 계측되는 상기 이음 오차가 저감되도록, 상기 스폿의 위치를 상기 제2 방향으로 조정하는 패턴 묘화 장치.
  9. 제1 방향으로 배치된 복수의 묘화 유닛 각각으로부터 투사되는 묘화 빔의 스폿을 기판 상에서 상기 제1 방향으로 주사하고, 상기 기판을 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이동시켜, 상기 복수의 묘화 유닛 각각에 의해 묘화되는 패턴을 상기 제1 방향으로 이어서 묘화하는 패턴 묘화 방법으로서,
    상기 기판에 형성된 기준 패턴의 위치를 상기 기판의 이동 중에 검출하고, 상기 기판 상의 피노광 영역의 위치를 계측하는 계측 단계와,
    상기 묘화 유닛 각각에 의해 묘화되는 패턴을, 상기 계측 단계에서 계측된 위치에 근거하여 상기 피노광 영역에 위치 맞춤하기 위해서, 상기 묘화 유닛 각각에 의한 상기 스폿의 위치를 상기 기판의 이동 중에 상기 제2 방향으로 조정하는 제1 조정 단계와,
    상기 묘화 유닛 각각에 의해 묘화되는 패턴의 상기 제2 방향에 관한 이음 오차를 저감하기 위해서, 상기 묘화 유닛 각각에 의한 상기 스폿의 위치를, 상기 제1 조정 단계보다도 미세하게 상기 제2 방향으로 조정하는 제2 조정 단계 포함하는 패턴 묘화 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판은, 상기 제2 방향을 장척 방향으로 하는 가요성을 가진 시트 기판 으로서, 상기 기준 패턴은 상기 제2 방향을 따라서 소정의 설계 간격으로 형성된 복수의 마크이며,
    상기 계측 단계는, 상기 시트 기판의 이동 방향에 관해서 상기 묘화 유닛에 의한 패턴의 묘화 위치의 상류측에서, 상기 복수의 마크 각각의 위치를 차례로 검출하는 패턴 묘화 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 조정 단계는, 상기 계측 단계에서 검출되는 상기 복수의 마크 각각의 상기 제2 방향에 관한 간격의 상기 설계 간격에 대한 오차에 따라, 상기 스폿의 위치를 상기 제2 방향으로 조정하는 패턴 묘화 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 묘화 유닛 각각은, 상기 묘화 빔을 상기 제1 방향에 대응한 방향으로 각도를 바꾸어 반사시키는 복수의 반사면을 가지는 회전 다면경과, 상기 회전 다면경의 각 반사면에서 반사된 상기 묘화 빔을 상기 기판 상에서 스폿으로 집광하는 주사용 광학계를 구비하고,
    상기 제1 조정 단계에서는, 상기 회전 다면경의 각 반사면에 투사되는 상기 묘화 빔의 위치를, 상기 회전 다면경의 반사면 상에서 상기 제2 방향에 대응한 방향으로 조정 부재의 기계적인 구동에 의해 시프트시키는 패턴 묘화 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 기판에는, 상기 복수의 마크와 함께 기초 패턴이 형성되어 있고,
    상기 복수의 묘화 유닛 각각에는, 상기 묘화 빔의 스폿의 주사에 의해 상기 기초 패턴에 겹침 노광해야 할 새로운 패턴을 묘화하고 있는 동안, 상기 스폿이 상기 기초 패턴을 주사했을 때에 발생하는 반사광의 변화를 검출하는 광 검출기가 마련되며,
    상기 계측 단계에서는, 상기 복수의 묘화 유닛 각각의 상기 광 검출기로부터의 광전 신호에 근거하여, 상기 기초 패턴을 기준으로 하여, 상기 묘화 유닛 각각에 의해 묘화되는 상기 새로운 패턴의 사이의 이음 오차를 계측하는 패턴 묘화 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2 조정 단계는, 상기 계측 단계에서 계측되는 상기 이음 오차가 저감 되도록, 상기 스폿의 위치를 상기 제2 방향으로 조정하는 패턴 묘화 방법.
  15. 기판 상에 묘화해야 할 패턴에 따라 강도 변조된 묘화 빔을 주주사 방향으로 1차원 주사하는 회전 다면경과, 1차원 주사된 상기 묘화 빔을 상기 기판 상에 스폿 광으로서 집광하는 주사용 광학계를 구비하고, 상기 스폿 광의 상기 주주사 방향의 주사와, 상기 기판과 상기 스폿 광과의 상기 주주사 방향과 교차한 부주사 방향으로의 상대 이동에 의해서, 상기 기판 상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
    상기 주주사 방향으로 1차원 주사되는 상기 스폿 광을 상기 부주사 방향으로 위치 조정하기 위해서, 상기 회전 다면경에 입사하기 전의 상기 묘화 빔의 광로 중, 또는 상기 회전 다면경으로부터 상기 기판까지의 상기 묘화 빔의 광로 중에 배치되는 기계 광학적인 제1 조정 부재와,
    상기 주주사 방향으로 1차원 주사되는 상기 스폿 광을 상기 부주사 방향으로 위치 조정하기 위해서, 상기 회전 다면경에 입사하기 전의 상기 묘화 빔의 광로 중 로서, 상기 제1 조정 부재보다도 직전의 광로 중에 배치되는 전기 광학적인 제2 조정 부재를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 조정 부재는, 상기 회전 다면경의 반사면에 입사하는 상기 묘화 빔의 위치를, 상기 회전 다면경의 반사면 상에서 상기 부주사 방향에 대응한 방향으로 기계적인 구동에 의해 시프트시키는 경사 가능한 투과성의 평행 평판인 패턴 묘화 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 묘화 빔을 생성하는 광원 장치를 더 구비하고,
    상기 제2 조정 부재는, 상기 광원 장치로부터 상기 제1 조정 부재의 사이에 마련되고, 상기 회전 다면경의 반사면에 입사하는 상기 묘화 빔의 위치를, 상기 회전 다면경의 반사면 상에서 상기 부주사 방향에 대응한 방향으로, 전기적인 물성 제어에 의해 시프트시키는 전기 광학 시프터인 패턴 묘화 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    전기 광학 시프터는, 구동 신호로서 인가되는 고주파 전력의 주파수에 따라 편향각을 조정할 수 있는 음향 광학 변조 소자 또는 음향 광학 편향 소자인 패턴 묘화 장치.
  19. 청구항 16 내지 청구항 18 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 회전 다면경의 반사면에 입사하는 상기 묘화 빔의 상기 주주사 방향에 대응한 방향의 빔 지름을 확대하기 위해서, 소정의 간격으로 배치되는 2개의 렌즈계에 의한 빔 익스팬더를 더 구비하고,
    상기 제1 조정 부재로서의 상기 평행 평판은, 상기 2개의 렌즈계의 사이에 마련되는 패턴 묘화 장치.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022092320A1 (ja) * 2020-11-02 2022-05-05 株式会社ニコン パターン露光装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08507410A (ja) * 1992-11-02 1996-08-06 イーテック・システムズ・インコーポレーテッド 改良形レーザパターン発生装置
WO2015166910A1 (ja) * 2014-04-28 2015-11-05 株式会社ニコン パターン描画装置、パターン描画方法、デバイス製造方法、レーザ光源装置、ビーム走査装置、および、ビーム走査方法
JP2016133623A (ja) * 2015-01-19 2016-07-25 株式会社ニコン 基板処理装置及びデバイス製造方法
WO2016152758A1 (ja) * 2015-03-20 2016-09-29 株式会社ニコン ビーム走査装置、ビーム走査方法、および描画装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01237513A (ja) * 1987-05-13 1989-09-22 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 光ビーム偏向走査装置
JPH052152A (ja) * 1990-12-19 1993-01-08 Hitachi Ltd 光ビーム作成方法、装置、それを用いた寸法測定方法、外観検査方法、高さ測定方法、露光方法および半導体集積回路装置の製造方法
CN102253477B (zh) * 2006-03-20 2014-05-28 株式会社尼康 反射折射投影光学系统、扫描曝光装置、微元件的制造方法
WO2014034161A1 (ja) * 2012-08-28 2014-03-06 株式会社ニコン 基板支持装置、及び露光装置
TWI639064B (zh) * 2014-04-01 2018-10-21 日商尼康股份有限公司 基板處理裝置及元件製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08507410A (ja) * 1992-11-02 1996-08-06 イーテック・システムズ・インコーポレーテッド 改良形レーザパターン発生装置
WO2015166910A1 (ja) * 2014-04-28 2015-11-05 株式会社ニコン パターン描画装置、パターン描画方法、デバイス製造方法、レーザ光源装置、ビーム走査装置、および、ビーム走査方法
JP2016133623A (ja) * 2015-01-19 2016-07-25 株式会社ニコン 基板処理装置及びデバイス製造方法
WO2016152758A1 (ja) * 2015-03-20 2016-09-29 株式会社ニコン ビーム走査装置、ビーム走査方法、および描画装置

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