KR20200062260A - 패턴 묘화 장치 - Google Patents

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KR20200062260A
KR20200062260A KR1020207011896A KR20207011896A KR20200062260A KR 20200062260 A KR20200062260 A KR 20200062260A KR 1020207011896 A KR1020207011896 A KR 1020207011896A KR 20207011896 A KR20207011896 A KR 20207011896A KR 20200062260 A KR20200062260 A KR 20200062260A
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마사키 가토
슈이치 나카야마
요시아키 기토
도모나리 스즈키
마사카즈 호리
요스케 하야시다
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

패턴 묘화 장치(EX)는, 묘화빔(LBn)의 스폿광(SP)을 주주사 방향으로 주사하여 패턴을 묘화하는 묘화 유닛(Un)과, 기판(P)과 묘화 유닛(Un)을 부주사 방향으로 상대 이동시키기 위한 이동 기구를 구비한다. 패턴 묘화 장치(EX)는, 선택용 광학 소자(OSn)를 이용하여, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을, 전기신호에 의한 광학 특성의 변화에 의해서 소정의 편향 각도로 편향시켜 묘화빔(LBn)으로서 묘화 유닛(Un)에 입사시키는 제1 상태와, 묘화 유닛(Un)에 비입사로 하는 제2 상태로 택일적으로 전환하고, 제1 상태일 때에, 묘화 유닛(Un)으로부터 투사되는 스폿광(SP)을 부주사 방향으로 소정의 양만큼 시프트시키기 위해, 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 편향 각도를 변화시키도록 전기신호를 제어하고, 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 편향 각도의 변화에 따라서 생기는 스폿광(SP)의 강도 변화를, 선택용 광학 소자(OSn)의 광학 특성에 따라 보정한다.

Description

패턴 묘화 장치
본 발명은, 피조사체(被照射體) 상에 조사되는 스폿광을 주사(走査)하여 패턴을 묘화(描畵)하는 패턴 묘화 장치에 관한 것이다.
회전 폴리곤 미러를 이용한 묘화 장치로서, 예를 들면, 일본특허공개 제2008-200964호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 폴리곤 미러를 가지는 레이저 노광부(露光部)를 복수 구비하며, 폴리곤 미러에 의해서 노광 빔이 주사되는 주(主)주사 방향에서의 주사 영역의 일부(단부)를 중복시키고, 복수의 레이저 노광부로부터의 노광 빔에 의해 분담하여 화상(畵像)을 묘화하는 화상 형성 장치가 알려져 있다. 일본특허공개 제2008-200964호 공보의 장치에서는, 주사 영역의 단부에서 중복되는 영역에서 노광 빔이, 폴리곤 미러의 복수의 반사면의 면 틸트(tilt)의 차이에 따라, 주주사 방향과 직교한 부(副)주사 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. 또, 일본특허공개 제2008-200964호 공보에는, 폴리곤 미러를 포함하는 레이저 노광부를 기계적으로 부주사 방향으로 이동시키는 기구를 마련하고, 화상의 중복 영역에서의 어긋남을 줄이도록 조정하는 것도 개시되어 있다.
본 발명의 제1 형태는, 기판 상에 투사되는 묘화(描畵) 빔의 스폿광을 주주사(主走査) 방향으로 1차원으로 주사하여 패턴을 묘화하기 위한 묘화 유닛과, 상기 기판과 상기 묘화 유닛을 상기 주주사 방향과 교차하는 부(副)주사 방향으로 상대 이동시키기 위한 이동 기구를 구비한 패턴 묘화 장치로서, 상기 묘화빔의 근원이 되는 빔을 출력하는 광원 장치와, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을, 전기신호에 의한 광학 특성의 변화에 의해서 소정의 편향 각도로 편향시켜 상기 묘화빔으로서 상기 묘화 유닛에 입사시키는 제1 상태와, 상기 묘화 유닛에 비입사(非入射)로 하는 제2 상태로 택일적으로 전환되는 선택용 광학 소자와, 상기 제1 상태일 때에, 상기 묘화 유닛으로부터 투사되는 상기 스폿광을 상기 부주사 방향으로 소정의 양만큼 시프트시키기 위해, 상기 선택용 광학 소자에 의한 상기 편향 각도를 변화시키도록 상기 전기신호를 제어하는 시프트 제어부와, 상기 선택용 광학 소자에 의한 상기 편향 각도의 변화에 따라서 생기는 상기 스폿광의 강도 변화를 보정하는 강도 보정부를 구비한다.
본 발명의 제2 형태는, 플렉시블한 기판 상에 묘화빔의 스폿광을 투사하여 주주사 방향으로 1차원으로 주사함과 아울러, 상기 기판을 상기 주주사 방향과 교차하는 부주사 방향으로 이동시키는 것에 의해서, 상기 기판 상에 2차원의 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 묘화빔의 근원이 되는 빔을 출력하는 광원 장치와, 회전축의 둘레에 배치된 복수의 반사면을 가지며, 상기 묘화빔을 상기 반사면에서 상기 주주사 방향에 대응한 방향으로 각도를 바꾸어 반사시키는 회전 다면경(多面鏡)과, 상기 회전 다면경의 각 반사면에서 반사된 상기 묘화빔을 입사시켜 상기 기판 상에서 스폿광으로 집광하여 상기 주주사 방향으로 주사하는 주사용 광학계를 구비한 묘화 유닛과, 중심축으로부터 일정 반경의 원통면 모양의 외주면을 가지며, 상기 기판을 상기 외주면을 따라서 만곡된 상태로 지지하여 상기 중심축의 둘레로 소정의 회전 속도로 회전하는 것에 의해, 상기 기판을 상기 부주사 방향으로 이동시키는 회전 드럼과, 상기 회전 드럼의 회전 속도의 변동에 의해서 생기는 상기 기판의 상기 부주사 방향에 관한 속도 변동을 계측하는 속도 오차 계측부와, 상기 기판의 속도 변동에 추종하여, 상기 회전 다면경의 회전 속도를 규정의 회전 속도에 대해서 순차 변화시키는 회전 제어부와, 상기 회전 다면경의 상기 회전 속도의 변화에 따라서, 상기 묘화 유닛에 의해서 묘화되는 패턴의 상기 주주사 방향에 관한 묘화 길이를 조정하는 조정부를 구비한다.
본 발명의 제3 형태는, 기판 상에 투사되는 묘화빔의 스폿광을 주주사 방향 및 상기 주주사 방향과 교차하는 부주사 방향으로 주사함으로써, 상기 기판 상에 2차원의 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 묘화빔의 근원이 되는 빔을 출력하는 광원 장치와, 복수의 반사면을 가지며, 상기 광원 장치로부터의 상기 묘화빔을 상기 반사면에서 상기 주주사 방향에 대응한 방향으로 각도를 바꾸어 반사시키는 회전 다면경과, 상기 회전 다면경의 각 반사면에서 반사된 상기 묘화빔을 상기 기판 상에서 스폿광으로 집광하여 상기 주주사 방향으로 주사하는 주사용 광학계를 구비한 묘화 유닛과, 상기 기판과 상기 묘화 유닛을 상기 부주사 방향으로 상대 이동시키기 위한 이동 기구와, 상기 스폿광이 상기 주주사 방향으로 1차원으로 주사되는 묘화 기간 중에 생기는 상기 회전 다면경의 상기 반사면 상의 반사 불균일에 기인한 상기 스폿광의 강도 변화 특성이 허용 범위 이상으로 변동하고 있을 때에는, 상기 묘화 기간 중에 상기 묘화빔의 강도를 상기 강도 변화 특성에 따라 보정하는 묘화 제어 장치를 구비한다.
본 발명의 제4 형태는, 기판 상에 묘화빔의 스폿광을 투사하여 주주사 방향으로 1차원으로 주사함과 아울러, 상기 기판을 상기 주주사 방향과 교차하는 부주사 방향으로 이동시키는 것에 의해서, 상기 기판 상에 2차원의 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 묘화빔의 근원이 되는 빔을 출력하는 광원 장치와, 회전축의 둘레에 배치된 복수의 반사면을 가지며, 상기 묘화빔을 상기 반사면에서 상기 주주사 방향에 대응한 방향으로 각도를 바꾸어 반사시키는 회전 다면경과, 상기 회전 다면경의 각 반사면에서 반사된 상기 묘화빔을 입사시켜 상기 기판 상에서 스폿광으로 집광하여 상기 주주사 방향으로 주사하는 주사용 광학계를 가지는 묘화 유닛과, 상기 기판을 지지하여, 상기 기판을 상기 부주사 방향을 따라서 소정 속도로 이동시키는 기판 이동 부재와, 상기 부주사 방향을 따라서 상기 기판 상에 소정 간격으로 형성되는 복수의 마크 각각을 순차 검출하는 얼라이먼트계와, 상기 기판 이동 부재의 이동 위치를 계측하는 위치 계측부에 의해서, 상기 기판의 상기 부주사 방향의 이동 위치의 오차를 계측하는 오차 계측부와, 상기 기판의 상기 이동 위치의 오차가 저감되도록, 상기 회전 다면경의 회전 속도를 규정의 회전 속도에 대해서 순차 변화시키는 회전 제어부를 구비한다.
도 1은 제1 실시 형태에 의한 패턴 묘화 장치의 개략적인 전체 구성을 정면측으로부터 본 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 6개의 묘화 유닛 중 1개의 구체적인 내부 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1 중의 빔 전환부에 포함되는 선택용 광학 소자(AOM), 선택 미러, 및 릴레이 광학계의 구체적인 광학 배치를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 선택용 광학 소자(AOM)의 배치 조건과 회절 동작(편향 동작)을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 선택용 광학 소자(AOM)로부터의 각 회절광(0차광을 포함함)의 강도의 비율을 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 6은 광원 장치로부터의 빔을 6개의 묘화 유닛에 택일적으로 나누기 위한 빔 전환부, 묘화 제어 장치, 및 광량 계측부의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1 또는 도 6에 나타내는 광원 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1에 나타낸 회전 드럼의 구동 제어부, 도 6에 나타낸 묘화 제어 장치, 및 광원 장치의 전체적인 제휴 관계를 설명하는 제어계 블록도이다.
도 9는 도 8에 나타낸 묘화 제어 장치 내에 마련되는 선택용 광학 소자 제어부의 구체적인 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 10은 선택용 광학 소자(AOM)에 부여되는 구동 신호의 주파수 변화에 대한 주(主)회절빔의 강도 변화의 특성예와, 스폿광의 위치 변화의 모습을 설명하는 도면이다.
도 11은 선택용 광학 소자(AOM)에 부여되는 구동 신호의 RF전력의 변화에 대한 회절 효율의 변화 특성의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 9에 나타낸 선택용 광학 소자 제어부에 의한 보정 정보(ΔFCn, ΔACn)의 연산이나 설정의 타이밍의 일 예를 설명하는 타임 차트이다.
도 13은 도 1 또는 도 8에 나타낸 패턴 묘화 장치에서 노광되는 기판 상에 설정되는 묘화 라인과 얼라이먼트계의 배치, 및 기판 상의 얼라이먼트 마크의 배치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13에 나타낸 기판이, 부주사 방향으로 부분적으로 미소(微小) 신축했을 때의 겹침 오차를, 선택용 광학 소자(AOM)에 의한 X시프터 기구를 사용하여 저감하는 동작을 모식적으로 설명하는 그래프이다.
도 15는 도 3에 나타낸 선택용 광학 소자(AOM) 뒤의 선택 미러의 빔 선택과 빔 시프트의 모습을 설명하는 광로도(光路圖)이다.
도 16은 도 2에 나타낸 폴리곤 미러의 반사면으로부터 기판까지의 빔의 거동을 설명하는 광로도이다.
도 17a, 도 17b는, 제2 실시 형태로서 도 2의 묘화 유닛 내에 마련되는 평행 평판(HVP)을 포함하는 빔 익스팬더계로부터 개구 조리개까지의 광로를 전개하여 나타낸 도면이다.
도 18은 기판이 부주사 방향으로 선형 신축되어 있었던 경우에, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구에 의해서 묘화 위치를 보정하는 동작예를 설명하는 그래프이다.
도 19는 제2 실시 형태의 변형예로서, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구와 선택용 광학 소자(AOM)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구를 병용 하여, 묘화 위치를 보정하는 동작예를 설명하는 그래프이다.
도 20은 제3 실시 형태를 설명하기 위해, 도 1 또는 도 8에 나타낸 회전 드럼(DR)과 묘화 유닛(Un), 및 도 13에 나타낸 얼라이먼트계(AMn) 각각의 배치 관계를 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)의 방향으로부터 본 도면이다.
도 21은 제4 실시 형태로서, 묘화 유닛(Un)에 의해서 연속한 패턴을 묘화할 때에, 회전 드럼(DR)의 회전 속도가 변동된 경우의 보정 방법을 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 22는 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치와 회전 드럼(DR)에 의해 지지되는 기판의 이동 속도의 변동(속도 불균일)의 일 예를 과장하여 나타내는 그래프이다.
도 23은 제4 실시 형태의 변형예 1로서, 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치(기판의 이동 위치)를 계측하는 엔코더의 계측값과 클록 신호를 이용한, 기판의 이동 속도의 변동의 계측예를 설명하는 그래프이다.
도 24는 도 23과 같이 하여 구해진 기판의 이동 속도의 변동의 계측 결과에 근거하여, 일정 시간마다의 기판의 이동 속도의 표준 속도(또는 평균 속도)에 대한 변동률을 소프트웨어 계산에 의해 구한 그래프이다.
도 25는 제4 실시 형태의 변형예 2로서, 도 23과 같은 기판의 이동 속도의 변동량이나 변동률을 하드웨어적인 구성에 의해 거의 리얼 타임으로 계측하기 위한 회로 블록도이다.
도 26은 제5 실시 형태로서, 기판이 부주사 방향으로 이동하고 있을 때의 속도 변동에 추종하여 폴리곤 미러의 회전 속도를 조정했을 때에 발생하는 주주사 방향의 묘화 배율 오차의 일 예를 과장하여 나타내는 도면이다.
도 27은 제6 실시 형태로서 사용되는 8면의 폴리곤 미러에서, 그 1개의 반사면에서 반사되어 fθ 렌즈계를 향하는 묘화용의 빔의 모습을 설명하는 사시도이다.
도 28은 도 27의 폴리곤 미러의 1개의 반사면에 투사되는 빔의 배치와, 그 반사면의 일부분에 반사율이 저하된 부분이 생긴 경우의 일 예를 설명하는 도면이다.
도 29는 도 28에 나타낸 폴리곤 미러의 반사면에 의해서 묘화 시간 중에 기판 상에서 주사되는 스폿광의 강도 변화의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 30은 제6 실시 형태에서의 폴리곤 미러의 반사면마다의 반사율의 차이나 반사면 상의 반사 불균일을 구하기 위해, 제1 계측 방법으로서의 테스트 노광의 모습을 설명하는 도면이다.
도 31은 폴리곤 미러의 1개의 반사면의 반사 불균일에 의해서, 도 30에 나타낸 테스트 노광에 의해서 노광되는 계측 패턴에 묘화 오차(선폭 오차, 치수 오차)가 생기는 모습을 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 32는 제6 실시 형태에서의 폴리곤 미러의 반사면마다의 반사율의 차이나 반사면 상의 반사 불균일을 구하기 위해, 제2 계측 방법으로서, 회전 드럼에 형성된 기준 패턴으로부터의 반사광을 묘화 유닛 내의 광전 센서로 계측하는 방법에 의해 얻어지는 광전 신호의 파형의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 33은 도 32에 나타낸 회전 드럼의 1개소의 기준 패턴이 묘화 유닛으로부터의 스폿광에 의해서 주사되는 모습을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 34는 제6 실시 형태에서의 폴리곤 미러의 반사면마다의 반사율의 차이나 반사면 상의 반사 불균일을 구하기 위해, 제3 계측 방법으로서, 회전 드럼에 의해 지지된 기판 상에 겹쳐 지지할 수 있는 기준 반사판(시트재)을 이용할 때의 기준 반사판의 장착의 모습을 설명하는 사시도이다.
본 발명 형태에 관한 패턴 묘화 장치에 대해서, 바람직한 실시 형태를 들어, 첨부의 도면을 참조하면서 이하, 상세하게 설명한다. 또, 본 발명 형태는, 이들 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변경 또는 개량을 가한 것도 포함된다. 즉, 이하에 기재한 구성요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되며, 이하에 기재한 구성요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성요소의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.
［제1 실시 형태］
도 1은, 제1 실시 형태에 의한 패턴 묘화 장치(노광 장치)(EX)의 개략적인 전체 구성을 나타내는 사시도이다. 도 1에서, 특별히 언급이 없는 한 중력 방향을 Z방향으로 하는 XYZ 직교좌표계를 설정하고, 도면에 나타내는 화살표를 따라서 X방향, Y방향, 및 Z방향으로 한다.
패턴 묘화 장치(EX)는, 가요성(可撓性)의 시트 기판(P)(이하, 간단히 '기판(P')이라고도 함)에 노광(露光) 처리를 실시하여, 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 시스템에서 사용된다. 디바이스 제조 시스템은, 예를 들면, 전자 디바이스로서의 플렉시블·디스플레이, 필름 모양의 터치 패널, 액정 표시 패널용의 필름 모양의 칼라 필터, 플렉시블 배선, 또는, 플렉시블·센서 등을 제조하는 제조 라인이 구축된 제조 시스템이다. 플렉시블 전자 디바이스의 일 예로서, 예를 들면, 유기 EL디스플레이, 액정 디스플레이 등의 표시 패널이나 웨어러블(wearable) 센서 시트 등이 있다. 시트 기판(P)은, 예를 들면, 수지 필름, 혹은, 스테인리스강 등의 금속 또는 합금으로 이루어지는 박(箔)(포일(foil)) 등이 이용된다. 수지 필름의 재질로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리염화비닐 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스틸렌 수지, 및 아세트산 비닐 수지 중, 적어도 1개 이상을 포함한 것을 이용해도 괜찮다. 또, 시트 기판(P)의 두께나 강성(영률)은, 디바이스 제조 시스템이나 패턴 묘화 장치(EX)의 반송로를 통과할 때에, 시트 기판(P)에 좌굴(座屈)에 의한 접힌 금이나 비가역적인 주름이 생기지 않는 범위이면 좋다. 시트 기판(P)의 모재(母材)로서, 두께가 25μm~200μm 정도의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프타 레이트) 등의 필름이 사용된다.
시트 기판(P)은, 디바이스 제조 시스템 내에서 실시되는 각 처리에서 열을 받는 경우가 있기 때문에, 열팽창 계수가 현저하게 크지 않은 재질을 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 괜찮다. 또, 시트 기판(P)은, 플로트법 등에 의해 제조된 두께 100μm 정도의 매우 얇은 유리의 단층체라도 좋고, 이 매우 얇은 유리에 상기의 수지 필름이나 박 등을 접합시킨 적층체라도 괜찮다. 또, 셀룰로오스 나노 파이버(CNF)를 함유한 수백 μm 이하의 두께의 필름(이하, 'CNF 시트 기판'이라고도 함)은, PET 등의 필름에 비해 고온(예를 들면 200℃ 정도)의 처리에도 견디고, CNF의 함유율을 높임으로써 선(線)열팽창 계수를 동이나 알루미늄 정도로 할 수 있다. 따라서, CNF 시트 기판은, 동에 의한 배선 패턴을 형성하여 전자 부품(반도체 소자, 저항기, 콘덴서 등)을 실장하거나, 고온 처리가 필요하게 되는 박막 트랜지스터(TFT)를 직접 형성하거나 하여 플렉시블 전자 디바이스를 제조하는 경우의 기판으로 해도 적합하다. 특히, 전자 디바이스를 제조하는 경우, 습식 처리 후에는 건조 가열 처리가 필요하지만, 그 때에 내열성이 높고, 저신축성이기 때문에, 장척(長尺)의 시트 기판을 연속하여 복수의 처리 장치에 통과시키는 롤·투·롤 방식의 제조 라인의 구축이 용이하게 되어, 생산성의 향상을 기대할 수 있다.
그런데, 시트 기판(P)의 가요성(flexibility)은, 시트 기판(P)에 자중 정도의 힘을 가해도 전단(剪斷)하거나 파단하거나 하지 않고, 그 시트 기판(P)을 휘게 하는 것이 가능한 성질을 말한다. 또, 자중 정도의 힘에 의해서 굴곡하는 성질도 가요성에 포함된다. 또, 시트 기판(P)의 재질, 크기, 두께, 기판(P) 상에 성막(成膜)되는 층 구조, 온도, 또는, 습도 등의 환경 등에 따라서, 가요성의 정도는 변한다. 어쨌든, 디바이스 제조 시스템(패턴 묘화 장치(EX)) 내의 반송로에 마련되는 각종의 반송용 롤러, 회전 드럼 등의 반송 방향 전환용의 부재에 시트 기판(P)을 바르게 감은 경우에, 좌굴하여 접힌 금이 생기거나, 파손(깨짐이나 갈라짐이 발생)되거나 하지 않고, 시트 기판(P)을 매끄럽게 반송할 수 있으면, 가요성의 범위라고 할 수 있다. 패턴 묘화 장치(EX)에 보내어져 오는 시트 기판(P)에는, 전(前)공정의 처리에 의해서, 그 표면에 감광성 기능층(광 감응층)이 형성되어 있다.
그 감광성 기능층은, 용액으로서 기판(P) 상에 도포되고, 건조하는 것에 의해서 층(막)이 된다. 감광성 기능층의 전형적인 것은 포토레지스트(액상(液狀) 또는 드라이 필름 모양)이지만, 현상(現像) 처리가 불필요한 재료로서, 자외선의 조사를 받는 부분의 친발액성이 개질되는 감광성 실란 커플링제(SAM), 혹은 자외선의 조사를 받는 부분의 도금 환원기가 드러나는 포지티브형, 또는 자외선의 조사를 받는 부분의 도금 환원능을 상쇄하는 네거티브형의 감광성 환원제 등이 있다. 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우에는, 시트 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분이 발액성으로부터 친액성으로 개질된다. 그 때문에, 친액성이 된 부분 위에 도전성 잉크(은이나 동 등의 도전성 나노 입자를 함유하는 잉크) 또는 반도체 재료를 함유한 액체 등을 선택 도포함으로써, 박막 트랜지스터(TFT) 등을 구성하는 전극, 반도체, 절연, 혹은 접속용의 배선이 되는 패턴층을 형성할 수 있다. 또, 감광성 기능층은, 적외 파장역(250~400nm정도)에 감도를 가지는 것이면, 그 외의 것, 예를 들면 자외선 경화 수지를 박막(薄膜) 모양으로 도포한 층이라도 괜찮다.
감광성 기능층으로서, 포지티브형의 감광성 환원제를 이용하는 경우에는, 시트 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분에 도금 환원기가 드러난다. 그 때문에, 노광 후, 시트 기판(P)을 즉시 팔라듐 이온 등을 포함하는 무전해 도금액 중에 일정 시간 침지(浸漬)함으로써, 팔라듐에 의한 패턴층이 형성(석출)된다. 이러한 도금 처리는 애더티브(additive)한 프로세스이지만, 그 외, 서브트랙티브(subtractive)한 프로세스로서의 에칭 처리를 전제로 해도 괜찮다. 그 경우, 패턴 묘화 장치(EX)로 보내어지는 시트 기판(P)은, 모재를 PET나 PEN으로 하고, 그 표면에 알루미늄(Al)이나 동(Cu) 등의 금속성 박막을 전면(全面) 또는 선택적으로 증착하고, 그 위에 포토레지스트(photoresist)층을 더 적층한 것으로 하는 것이 좋다.
패턴 묘화 장치(EX)는, 전(前)공정의 프로세스 장치로부터 반송되어 온 시트 기판(P)을 후(後)공정의 프로세스 장치(단일의 처리부 또는 복수의 처리부를 포함함)를 향해서 소정의 속도로 반송하면서, 시트 기판(P)에 대해서 노광 처리(패턴 묘화)를 행한다. 패턴 묘화 장치(EX)는, 시트 기판(P)의 표면(감광성 기능층의 표면, 즉 감광면)에, 전자 디바이스용의 패턴(예를 들면, 전자 디바이스를 구성하는 배선 패턴, TFT의 전극이나 배선 등의 패턴)에 따른 광 패턴을 조사한다. 이것에 의해, 감광성 기능층에 각종의 패턴에 대응한 잠상(潛像)(개질부)이 형성된다.
〔패턴 묘화 장치의 전체 구성〕
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서의 패턴 묘화 장치(EX)는, 마스크를 이용하지 않은 직묘(直描) 방식의 노광 장치, 이른바 스폿 주사 방식의 노광 장치이다. 묘화 장치(EX)는, 부주사를 위해서 기판(P)을 원통면 모양으로 지지하여 장척(長尺) 방향으로 반송하는 회전 드럼(DR)(기판 이동 부재)과, 회전 드럼(DR)에 의해 원통면 모양으로 지지된 기판(P)의 부분마다 패턴 노광을 행하는 복수(여기에서는 6개)의 묘화 유닛(Un(U1~U6))을 구비하며, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각은, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 노광용의 펄스 모양의 빔(LB)(펄스 빔)의 스폿광을, 시트 기판(P)(이하, 간단히 '기판(P')이라고도 함)의 피조사면(감광면) 상에서 소정의 주사 방향(Y방향)으로 폴리곤 미러(주사 부재)(PM)에 의해 1차원으로 주사(주주사)하면서, 스폿광의 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 장척 방향의 반송(부주사)과 스폿광의 주주사에 의해, 스폿광이 기판(P)의 피조사면(감광성 기능층의 표면) 상에서 상대적으로 2차원 주사되어, 기판(P)의 피조사면에 소정의 패턴이 묘화 노광된다. 또, 기판(P)은, 회전 드럼(DR)의 회전에 의해서 장척 방향으로 지령된 속도로 반송되므로, 묘화 장치(EX)에 의해서 패턴이 묘화되는 피노광 영역은, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 복수 마련되는 것이 된다. 이 피노광 영역에 전자 디바이스가 형성되므로, 피노광 영역은 디바이스 형성 영역이기도 하다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 회전 드럼(DR)은, Y방향으로 연장됨과 아울러 중력이 작용하는 방향과 교차한 방향으로 연장된 중심축(AXo)과, 중심축(AXo)으로부터 일정 반경의 원통 모양의 외주면을 가진다. 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양단에는 중심축(AXo)과 동축으로 샤프트가 마련되고, 회전 드럼(DR)은, 그 샤프트에 의해서 묘화 장치(EX) 내의 지지 부재(본체 프레임부)에 베어링을 매개로 하여 축지지된다. 샤프트는, 모터 등의 회전축과 동축으로 결합된다. 회전 드럼(DR)은, 이 외주면(원주면)을 따라서 기판(P)의 일부를 장척 방향으로 원통면 모양으로 만곡시켜 지지하면서(감으면서), 중심축(AXo)을 중심으로 하여 회전하여 기판(P)을 장척 방향으로 반송한다. 회전 드럼(DR)은, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각으로부터의 주사 빔(스폿광)이 투사되는 기판(P) 상의 묘화 영역(스폿광에 의한 묘화 라인(SL1~SL6)을 포함하는 부분)을 그 외주면에서 지지한다. 회전 드럼(DR)은, 전자 디바이스가 형성되는 면(감광면)의 반대측의 면(이면)측에서 기판(P)을 밀착 지지한다.
광원 장치(펄스 광원 장치)(LS)는, 펄스 모양의 빔(펄스 빔, 펄스광, 레이저)(LB)을 발생하여 사출한다. 이 빔(LB)은, 240~400nm 정도의 적외 파장 대역 중 어느 하나에 피크 파장을 가지며, 파장폭이 수십 pm 정도의 자외선 광이고, 시트 기판(P)의 감광층에 대해서 감도(感度)를 가진다. 광원 장치(LS)는, 여기에서는 도시하지 않은 묘화 제어 장치(200)(나중의 도 6 참조)의 제어에 따라서, 주파수(발진 주파수, 소정 주파수)(Fa)로 펄스 모양으로 발광하는 빔(LB)을 사출한다. 이 광원 장치(LS)는, 적외 파장역의 펄스 모양의 종광(種光)을 발생시키는 반도체 레이저 소자, 파이버 증폭기, 및 증폭된 적외 파장역의 종광을 355nm의 적외 파장의 펄스광으로 변환하는 파장 변환 소자(고조파 발생 소자) 등으로 구성되는 파이버 앰프 레이저 광원으로 한다. 이와 같이 광원 장치(LS)를 구성함으로써, 발진 주파수(Fa)가 수백 MHz이고, 1펄스광의 발광 시간이 수십 피코초 이하의 고휘도인 자외선의 펄스광이 얻어진다. 또, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)은, 그 빔 지름이 1mm 정도, 혹은 그것 이하의 가는 평행 광속(光束)이 되어 있는 것으로 한다. 광원 장치(LS)를 파이버 앰프 레이저 광원으로 하고, 묘화 데이터를 구성하는 화소의 상태(논리값에 의해 「0」이나 「1」)에 따라서, 파이버 증폭기에 입사하는 적외 파장역의 종광의 상태를 변화시켜 빔(LB)의 펄스 발생을 고속으로 온/오프하는 구성에 대해서는, 예를 들면, 국제공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있다.
광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)은, 복수의 스위칭 소자로서의 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))와, 복수의 반사 미러(M1~M12)와, 복수의 선택 미러(IMn(IM1~IM6))와, 흡수체(TR) 등으로 구성되는 빔 전환부를 거쳐, 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 선택적(택일적)으로 공급된다. 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))는, 빔(LB)에 대해서 투과성을 가지는 것이며, 초음파 신호(RF전력)에 의해 구동되어, 입사된 빔(LB)의 1차 회절광(주회절빔)을 묘화용의 빔(LBn)으로서 소정의 각도로 편향시켜 사출하는 음향 광학 변조 소자, 혹은 음향 광학 편향 소자(AOM：Acousto-Optic Modulator)로 구성된다. 복수의 선택용 광학 소자(OSn) 및 복수의 선택 미러(IMn)는, 복수의 묘화 유닛(Un) 각각에 대응하여 마련되어 있다. 예를 들면, 선택용 광학 소자(OS1)와 선택 미러(IM1)는, 묘화 유닛(U1)에 대응하여 마련되고, 마찬가지로, 선택용 광학 소자(OS2~OS6) 및 선택 미러(IM2~IM6)는, 각각 묘화 유닛(U2~U6)에 대응하여 마련되어 있다.
광원 장치(LS)로부터 빔(LB)은, 반사 미러(M1~M12)에 의해서 그 광로가 XY면과 평행한 면 내에서 꾸불꾸불 모양으로 구부려지면서, 선택용 광학 소자(OS5, OS6, OS3, OS4, OS1, OS2)의 순서로 투과하여, 흡수체(TR)까지 안내된다. 이하, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))가 모두 오프 상태(초음파 신호가 인가되지 않고, 1차 회절광이 발생하고 있지 않는 비동작 상태)의 경우로 상술한다. 또, 도 1에서는 도시를 생략했지만, 반사 미러(M1)로부터 흡수체(TR)까지의 빔 광로 중에는 복수의 렌즈(광학 소자)가 마련되고, 이 복수의 렌즈는, 빔(LB)을 평행 광속으로부터 수렴 하거나, 수렴 후에 발산하는 빔(LB)을 평행 광속으로 되돌리거나 한다. 그 구성은 나중에 도 3을 이용하여 설명한다.
도 1에서, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은, X축과 평행하게 -X방향으로 진행하여 반사 미러(M1)에 입사한다. 반사 미러(M1)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M2)에 입사한다. 반사 미러(M2)에서 ＋X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS5)를 직선적으로 투과하여 반사 미러(M3)에 이른다. 반사 미러(M3)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M4)에 입사한다. 반사 미러(M4)에서 -X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS6)를 직선적으로 투과하여 반사 미러(M5)에 이른다. 반사 미러(M5)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M6)에 입사한다. 반사 미러(M6)에서 ＋X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS3)를 직선적으로 투과하여 반사 미러(M7)에 이른다. 반사 미러(M7)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M8)에 입사한다. 반사 미러(M8)에서 -X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS4)를 직선적으로 투과하여 반사 미러(M9)에 이른다. 반사 미러(M9)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은 반사 미러(M10)에 입사한다. 반사 미러(M10)에서 ＋X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS1)를 직선적으로 투과하여 반사 미러(M11)에 이른다. 반사 미러(M11)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M12)에 입사한다. 반사 미러(M12)에서 -X방향으로 반사한 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS2)를 직선적으로 투과하여 흡수체(TR)에 안내된다. 이 흡수체(TR)는, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))가 모두 오프 상태일 때에, 거의 감쇠하지 않고 투과하여 오는 광원 장치(LS)로부터의 고휘도의 빔(LB)이 외부로 누설되는 것을 방지하기 위한 광 트랩이다.
각 선택용 광학 소자(OSn)는, 초음파 신호(고주파 신호)가 인가되면, 입사된 빔(0차광)(LB)을, 고주파대(40~200MHz) 중 소정의 주파수(규정 주파수, 중심 주파수)에 따른 회절각으로 회절시킨 1차 회절광(주회절빔)을 사출 빔(묘화용의 빔(LBn))으로서 발생시키는 것이다. 따라서, 선택용 광학 소자(OS1)로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB1이 되고, 마찬가지로 선택용 광학 소자(OS2~OS6) 각각으로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB2~LB6이 된다. 이와 같이, 각 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 광로를 편향시키는 기능을 발휘한다. 본 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))가 온 상태가 되어 1차 회절광으로서의 빔(LBn(LB1~LB6))을 발생시키고 있는 동작 상태인 것을, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))가 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 편향(또는 선택)시킨 상태로서 설명한다. 단, 실제의 음향 광학 변조 소자는, 브래그(Bragg) 회절 조건에서 사용한 경우, 주회절빔의 최대의 발생 효율이 0차광의 70~80% 정도이기 때문에, 선택용 광학 소자(OSn) 각각에서 편향된 빔(LBn(LB1~LB6))은, 원래의 빔(LB)의 강도보다 저하되어 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 중 선택된 1개만이 일정 시간만큼 온 상태(편향 상태)가 되도록, 묘화 제어 장치(200)(도 6 참조)에 의해서 제어된다. 선택된 1개의 선택용 광학 소자(OSn)가 온 상태일 때, 그 선택용 광학 소자(OSn)에서 회절되지 않고 직진하는 0차광(0차 회절빔)이 20% 정도 잔존하지만, 그것은 최종적으로 흡수체(TR)에 의해서 흡수된다. 또, 규정 주파수는, 본 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))를 브래그 회절 조건으로 정확하게 작동시키기 위한 주파수이며, 고주파 신호(구동 신호)의 규정 주파수로부터의 변화(증감)는, 정밀한 브래그 회절 조건을 의도적으로 제외하여 주회절빔의 발생 효율(회절 효율)을 저하시키게 된다.
선택용 광학 소자(OSn) 각각은, 편향된 1차 회절광인 묘화용의 빔(LBn(LB1~LB6))을, 입사되는 빔(LB)에 대해서 -Z방향으로 편향시키도록 설치된다. 선택용 광학 소자(OSn) 각각에서 편향된 빔(LBn(LB1~LB6))은, 선택용 광학 소자(OSn) 각각으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 마련된 선택 미러(IMn(IM1~IM6))에 투사된다. 각 선택 미러(IMn)는, 입사된 빔(LBn(LB1~LB6))을 -Z방향으로 반사함으로써, 빔(LBn(LB1~LB6))을 각각 대응하는 묘화 유닛(Un(U1~U6))으로 안내한다.
각 선택용 광학 소자(OSn)의 구성, 기능, 작용 등은 서로 동일한 것을 이용하는 것으로 한다. 복수의 선택용 광학 소자(OSn) 각각은, 묘화 제어 장치(200)(도 6 참조)로부터의 구동 신호(초음파 신호)의 온/오프에 따라서, 입사된 빔(LB)을 회절시킨 회절광(빔(LBn))의 발생을 온/오프한다. 예를 들면, 선택용 광학 소자(OS5)는, 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않고 오프 상태일 때, 입사한 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 편향(회절)시키지 않고 투과한다. 따라서, 선택용 광학 소자(OS5)를 투과한 빔(LB)은, 반사 미러(M3)에 입사한다. 한편, 선택용 광학 소자(OS5)가 온 상태일 때, 입사된 빔(LB)을 편향(회절)시켜 선택 미러(IM5)를 향하게 한다. 즉, 이 구동 신호의 온/오프에 의해서 선택용 광학 소자(OS5)에 의한 스위칭(빔 선택) 동작이 제어된다. 이와 같이 하여, 각 선택용 광학 소자(OSn)의 스위칭 동작에 의해, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 어느 하나의 묘화 유닛(Un)으로 안내할 수 있고, 또한, 빔(LBn)이 입사하는 묘화 유닛(Un)을 전환할 수 있다. 이와 같이, 복수의 선택용 광학 소자(OSn)를 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이 순차적으로 통과하도록 직렬(시리얼)로 배치하여, 대응하는 묘화 유닛(Un)에 시분할로 빔(LBn)을 공급하는 구성에 대해서도, 국제공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있다.
빔 전환부를 구성하는 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각이 일정 시간만큼 온 상태가 되는 순서는, 예를 들면, OS1 → OS2 → OS3 → OS4 → OS5 → OS6 → OS1 → … 혹은, OS1 → OS3 → OS5 → OS2 → OS4 → OS6 → OS1 → …과 같이, 미리 정해져 있다. 이 순서는, 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 설정되는 스폿광에 의한 주사 개시 타이밍의 순서에 의해서 정해진다. 즉, 본 실시 형태에서는, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 마련되는 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도의 동기와 함께, 회전 각도의 위상도 동기시킴으로써, 묘화 유닛(U1~U6) 중 어느 하나에서의 폴리곤 미러의 1개의 반사면이, 기판(P) 상에서 1회의 스폿 주사를 행하도록, 시분할로 전환할 수 있다. 그 때문에, 묘화 유닛(Un) 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도의 위상이 소정의 관계로 동기한 상태이면, 묘화 유닛(Un)의 스폿 주사의 순서는 어떤 것이라도 괜찮다. 도 1의 구성에서는, 기판(P)의 반송 방향(회전 드럼(DR)의 외주면이 둘레 방향으로 이동하는 방향)의 상류측에 3개의 묘화 유닛(U1, U3, U5)(홀수번의 유닛)이 Y방향으로 늘어놓아서 배치되고, 기판(P)의 반송 방향의 하류측에 3개의 묘화 유닛(U2, U4, U6)(짝수번의 유닛)이 Y방향으로 늘어놓아서 배치된다.
이 경우, 기판(P)으로의 패턴 묘화는, 상류측의 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)으로부터 개시되고, 기판(P)이 일정 길이 보내어지면, 하류측의 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)도 패턴 묘화를 개시하게 되므로, 묘화 유닛(Un)의 스폿 주사의 순서를, U1 → U3 → U5 → U2 → U4 → U6→ U1 → …로 설정할 수 있다. 그 때문에, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각이 일정 시간만큼 온 상태가 되는 순서는, OS1 → OS3 → OS5 → OS2 → OS4 → OS6 → OS1 → …과 같이 정하는 것이 좋다. 또, 묘화해야 할 패턴이 없는 묘화 유닛(Un)에 대응한 선택용 광학 소자(OSn)가 온 상태가 되는 순서일 때라도, 그 선택용 광학 소자(OSn)의 온/오프의 변환 제어를 묘화 데이터에 근거하여 행하는 것에 의해서, 그 선택용 광학 소자(OSn)는 강제적으로 오프 상태로 유지되므로, 그 묘화 유닛(Un)에 의한 스폿 주사는 행해지지 않는다.
본 실시 형태에서는, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 입사시켜 온 빔(LB1~LB6)을 주주사하기 위한 폴리곤 미러(PM) 각각이, 동일한 회전 속도로 정밀하게 회전하면서, 서로 일정한 회전 각도 위상을 유지하도록 동기 제어된다. 이것에 의해서, 묘화 유닛(U1~U6) 각각으로부터 기판(P)에 투사되는 빔(LB1~LB6) 각각의 주주사의 타이밍(스폿광(SP)의 주주사 기간)을, 서로 중복하지 않도록 설정할 수 있다. 따라서, 빔 전환부에 마련된 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프의 전환을, 6개의 폴리곤 미러(PM) 각각의 회전 각도 위치에 동기하여 제어함으로써, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 복수의 묘화 유닛(Un) 각각에 시분할로 나눈 효율적인 노광 처리를 할 수 있다.
6개의 폴리곤 미러(PM) 각각의 회전 각도의 위상 맞춤과, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프의 전환 타이밍과의 동기 제어에 대해서는, 국제공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있지만, 8면 폴리곤 미러(PM)의 경우, 주사 효율로서, 1개의 반사면분(分)의 회전 각도(45도) 중 1/3 정도가, 기판(P) 상에서의 스폿광(SP)의 1주사에 대응하므로, 6개의 폴리곤 미러(PM)를 상대적으로 15도씩 회전 각도의 위상을 늦추어 회전시킴과 아울러, 각 폴리곤 미러(PM)가 8개의 반사면을 1면 건너뛰어 빔(LBn)을 주사하도록 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프의 전환이 제어된다. 이와 같이, 폴리곤 미러(PM)의 반사면을 1면 건너뛰어 사용한 묘화 방식에 대해서도, 국제공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 묘화 장치(EX)는, 동일 구성의 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))을 배열한, 이른바 멀티 헤드형의 직묘 노광 장치로 되어 있다. 묘화 유닛(Un) 각각은, 회전 드럼(DR)의 외주면(원주면)에 의해 지지되어 있는 기판(P)의 Y방향으로 구획된 부분 영역마다 패턴을 묘화한다. 각 묘화 유닛(Un(U1~U6))은, 빔 전환부로부터의 빔(LBn)을 기판(P) 상(기판(P)의 피조사면 상)에 투사하면서, 기판(P) 상에서 빔(LBn)을 집광(수렴)한다. 이것에 의해, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))은 스폿광이 된다. 또, 각 묘화 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 회전에 의해서, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿광은 주주사 방향(Y방향)으로 주사된다. 이 스폿광의 주사에 의해서, 기판(P) 상에, 1라인분의 패턴의 묘화를 위한 직선적인 묘화 라인(주사 라인)(SLn)(또, n=1, 2, …, 6)이 규정된다. 묘화 라인(SLn)은, 빔(LBn)의 스폿광의 기판(P) 상에서의 주사 궤적이기도 하다.
묘화 유닛(U1)은, 스폿광을 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사하고, 마찬가지로, 묘화 유닛(U2~U6)은, 스폿광을 묘화 라인(SL2~SL6)을 따라서 주사한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 포함하며 YZ면과 평행한 중심면(pcc)을 사이에 두고, 회전 드럼(DR)의 둘레 방향으로 2열로 지그재그 배열로 배치된다. 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 중심면(pcc)에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)의 기판(P)의 피조사면 상에 위치하고, 또한, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)은, 중심면에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)의 기판(P)의 피조사면 상에 위치하고, 또한, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 그 때문에, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))도, 중심면(pcc)을 사이에 두고 기판(P)의 반송 방향으로 2열로 지그재그 배열로 배치되고, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)과, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)은, XZ평면 내에서 보면, 중심면(pcc)에 포함되는 Z축과 평행한 선분을 중심으로 하여 회전 대칭으로 마련되어 있다.
X방향(기판(P)의 반송 방향, 혹은 부주사 방향)에 관해서는, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)과 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)이 서로 이간하고 있지만, Y방향(기판(P)의 폭방향, 주주사 방향)에 관해서는 서로의 묘화 개시점이나 묘화 종료점이 Y방향으로 분리되지 않고 서로 이어지도록 설정되어 있다. 묘화 라인(SL1~SL6)은, 기판(P)의 폭방향, 즉 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)과 대략 평행으로 되어 있다. 또, 묘화 라인(SLn)을 Y방향으로 서로 잇는다는 것은, Y방향으로 서로 이웃한 묘화 라인(SLn) 각각에 의해 묘화되는 패턴이 기판(P) 상에서 Y방향으로 서로 이어지도록, 묘화 라인(SLn)의 단부끼리의 Y방향의 위치를 인접 또는 일부 중복시키는 관계로 하는 것을 의미한다. 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 중복시키는 경우에는, 예를 들면, 각 묘화 라인(SLn)의 길이에 대해서, 묘화 개시점, 또는 묘화 종료점을 포함하여 Y방향으로 수% 이하의 범위에서 중복시키면 좋다.
이와 같이, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))은, 전부에서 기판(P) 상의 노광 영역(패턴 형성 영역)의 폭방향의 치수를 커버하도록, Y방향의 주사 영역(주주사 범위의 구획)을 분담하고 있다. 예를 들면, 1개의 묘화 유닛(Un)에 의한 Y방향의 주주사 범위(묘화 라인(SLn)의 길이)를 30~60mm 정도로 하면, 합계 6개의 묘화 유닛(U1~U6)를 Y방향으로 배치하는 것에 의해서, 묘화 가능한 노광 영역(패턴 형성 영역)의 Y방향의 폭을 180~360mm 정도까지 넓힐 수 있다. 또, 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 스폿광의 주사 거리도, 원칙적으로 동일하게 한다.
본 실시 형태의 경우, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이, 수십 피코초 이하의 발광 시간의 펄스광이기 때문에, 주주사 동안에 묘화 라인(SLn) 상에 투사되는 스폿광은, 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)(예를 들면, 400MHz)에 따라서 이산적이 된다. 그 때문에, 빔(LB)의 1펄스광에 의해서 투사되는 스폿광과 다음의 1펄스광에 의해서 투사되는 스폿광을, 주주사 방향으로 오버랩시킬 필요가 있다. 그 오버랩의 양은, 스폿광의 실효적인 사이즈(φ), 스폿광의 주사 속도(주주사의 속도)(Vs), 및 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)에 의해서 설정된다. 스폿광의 실효적인 사이즈(직경)(φ)는, 스폿광의 강도 분포가 가우스(Gauss) 분포로 근사되는 경우, 스폿광의 피크 강도의 1/e2(또는 반값 전체 폭의 1/2)의 강도가 되는 폭 치수로 정해진다. 본 실시 형태에서는, 실효적인 사이즈(치수)(φ)에 대해서, 스폿광이 φ×1/2 정도로 오버랩되도록, 스폿광의 주사 속도(Vs)(폴리곤 미러(PM)의 회전 속도) 및 발진 주파수(Fa)가 설정된다. 따라서, 펄스 모양의 스폿광의 주주사 방향을 따른 투사 간격은 φ／2가 된다. 그 때문에, 부주사 방향(묘화 라인(SLn)과 교차한 방향)에 관해서도, 묘화 라인(SLn)을 따른 스폿광의 1회의 주사와, 다음의 주사와 사이에서, 기판(P)이 스폿광의 실효적인 사이즈(φ)의 대략 1/2의 거리만큼 이동하도록 설정하는 것이 바람직하다. 게다가, Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SLn)을 주주사 방향으로 잇는 경우도, φ／2만큼 오버랩시키는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 스폿광의 기판(P) 상에서의 실효적인 사이즈(치수)(φ)를, 묘화 데이터 상에서 설정되는 1화소의 치수(가로, 세로 2μm×2μm)와 동일한 정도의 2~3μm로 한다.
각 묘화 유닛(Un(U1~U6))은, XZ평면 내에서 보았을 때, 각 빔(LBn)이 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 향해 진행되도록 설정된다. 이것에 의해, 각 묘화 유닛(Un(U1~U6))으로부터 기판(P)을 향해 진행되는 빔(LBn)의 광로(빔 주광선)는, XZ평면에서, 기판(P)의 피조사면(정확하게는 접평면(接平面))의 법선과 평행하게 된다. 또, 각 묘화 유닛(Un(U1~U6))으로부터 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 조사되는 빔(LBn)은, 원통면 모양으로 만곡된 기판(P)의 표면의 묘화 라인(SLn)에서의 접평면에 대해서, 항상 수직이 되도록 기판(P)을 향해서 투사된다. 즉, 스폿광의 주주사 방향에 관해서, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))은 텔레센트릭한 상태로 주사된다.
도 1에 나타내는 묘화 유닛(빔 주사 장치)(Un)은, 동일 구성으로 되어 있기 때문에, 도 1 중에서는 묘화 유닛(U1)에 대해서만 간단히 설명한다. 묘화 유닛(U1)의 상세 구성은 나중에 도 2에서 설명한다. 묘화 유닛(U1)은, 반사 미러(M20~M24), 폴리곤 미러(PM), 및 fθ 렌즈계(묘화용 주사 렌즈)(FT)를 적어도 구비하고 있다. 도 1에서는 도시하고 있지 않지만, 빔(LB1)의 진행 방향으로부터 보아 폴리곤 미러(PM)의 직전과, fθ 렌즈계(f-θ 렌즈계)(FT)의 후방 각각에는 실린드리칼 렌즈가 마련되고, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP)의 틸트 오차에 의한 스폿광(묘화 라인(SL1))의 부주사 방향으로의 위치 변동이 보정된다.
선택 미러(IM1)에서 -Z방향으로 반사된 빔(LB1)은, 묘화 유닛(U1) 내에 마련되는 반사 미러(M20)에 입사하고, 반사 미러(M20)에서 반사된 빔(LB1)은, -X방향으로 진행하여 반사 미러(M21)에 입사한다. 반사 미러(M21)에서 -Z방향으로 반사한 빔(LB1)은, 반사 미러(M22)에 입사하고, 반사 미러(M22)에서 반사한 빔(LB1)은, ＋X방향으로 진행하여 반사 미러(M23)에 입사한다. 반사 미러(M23)는, 입사된 빔(LB1)이 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)을 향하도록, XY평면과 평행한 면 내에서 빔(LB1)을 절곡한다.
폴리곤 미러(PM)는, 입사된 빔(LB1)을, fθ 렌즈계(FT)를 향해서 ＋X방향측으로 반사한다. 폴리곤 미러(PM)는, 빔(LB1)의 스폿광을 기판(P)의 피조사면 상에서 주사하기 위해서, 입사된 빔(LB1)을 XY평면과 평행한 면 내에서 1차원으로 편향(반사)시킨다. 구체적으로는, 폴리곤 미러(회전 다면경, 주사 부재)(PM)는, Z축 방향으로 연장되는 회전축(AXp)과, 회전축(AXp)의 둘레로 회전축(AXp)과 평행하게 형성된 복수의 반사면(RP)(본 실시 형태에서는 반사면(RP)의 수(Np)를 8로 함)을 가지는 회전 다면경이다. 회전축(AXp)을 중심으로 이 폴리곤 미러(PM)를 소정의 회전 방향으로 회전시킴으로써 반사면에 조사되는 펄스 모양의 빔(LB1)의 반사각을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 1개의 반사면(RP)에 의해서 빔(LB1)이 편향되어, 기판(P)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LB1)의 스폿광을 주주사 방향(기판(P)의 폭방향, Y방향)을 따라서 주사할 수 있다. 이 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 1회전에 의해, 기판(P)의 피조사면 상의 묘화 라인(SL1)을 따른 스폿광의 주사 횟수는, 최대로 반사면(RP)의 수와 동일한 8회가 된다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면을 1면 건너뛰어 사용한 경우에는, 폴리곤 미러(PM)의 1회전에 의해 기판(P)의 피조사면 상에 스폿광이 주사되는 횟수는 4회가 된다.
fθ 렌즈계(주사계 렌즈, 주사용 광학계)(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 반사된 빔(LB1)을, 반사 미러(M24)에 투사하는 텔레센트릭계의 스캔 렌즈이다. fθ 렌즈계(FT)를 투과한 빔(LB1)은, 반사 미러(M24)(및 실린드리칼 렌즈)를 거쳐 스폿광이 되어 기판(P) 상에 집광된다. 이 때, 반사 미러(M24)는, XZ평면에 관해서, 빔(LB1)이 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 향해 진행되도록, 빔(LB1)을 기판(P)을 향해서 반사시킨다. 빔(LB1)의 fθ 렌즈계(FT)로의 입사각(θ)(fθ 렌즈계(FT)의 광축으로부터의 편각)은, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ／2)에 따라 변한다. fθ 렌즈계(FT)는, 반사 미러(M24)를 거쳐, 그 입사각(θ)에 비례한 기판(P)의 피조사면 상의 상고(像高) 위치에 빔(LB1)을 투사한다. fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리를 fo로 하고, 상고 위치를 yo로 하면, fθ 렌즈계(FT)는, yo=fo×θ의 관계(왜곡 수차)를 만족하도록 설계되어 있다. 따라서, 이 fθ 렌즈계(FT)에 의해서, 빔(LB1)을 Y방향으로 정확하게 등속으로 주사하는 것이 가능하게 된다. 또, fθ 렌즈계(FT)에 입사하는 빔(LB1)이 폴리곤 미러(PM)에 의해서 1차원으로 편향되는 면(XY면과 평행)은, fθ 렌즈계(FT)의 광축을 포함하는 면으로 한다.
〔묘화 유닛(Un)의 광학 구성〕
다음으로, 도 2를 참조하여 묘화 유닛(Un(U1~U6))의 광학적인 구성에 대해 설명하지만, 여기에서는, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)을 상정하여 구성을 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 묘화 유닛(Un) 내에는, 빔(LBn)의 입사 위치로부터 피조사면(기판(P))까지의 빔(LBn)의 진행 방향을 따라서, 반사 미러(M20), 렌즈계(Gu1), 석영에 의한 평행 평판(HVP), 렌즈계(Gu2), 반사 미러(M20a), 편광 빔 스플리터(BS1), 개구 조리개(NPA), 반사 미러(M21), 제1 실린드리칼 렌즈(CYa), 반사 미러(M22), 렌즈계(Gu3), 반사 미러(M23), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈계(FT), 반사 미러(M24), 및 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)가, 유닛 프레임 내에 일체가 되도록 마련된다. 유닛 프레임은 장치 본체로부터 단독으로 떼어낼 수 있도록 구성된다. 반사 미러(M20)에서 -X방향으로 반사되어 반사 미러(M20a)를 향하는 빔(LBn)의 광로 중의 2개의 렌즈계(Gu1, Gu2)는, 입사해서 오는 빔(LBn)(직경이 1mm 이하)의 단면의 직경을 수 mm(일 예로서는 8mm) 정도로 확대한 평행 광속으로 변환하는 빔 익스팬더계로서 구성된다. 빔 익스팬더계에서 확대된 빔(LBn)은, 반사 미러(M20a)에서 -Y방향으로 반사된 후, 편광 빔 스플리터(BS1)에 입사한다. 빔(LBn)은, 편광 빔 스플리터(BS1)에서 -X방향으로 효율적으로 반사되는 직선 편광으로 설정되어 있다. 또, 편광 빔 스플리터(BS1)의 개구 조리개(NPA)측의 면에는 1/4 파장판이 마련되어 있다.
편광 빔 스플리터(BS1)에서 반사된 빔(LBn)(원 편광)은, 원형 개구를 가지는 개구 조리개(NPA)에 의해서, 빔(LB1)의 강도 프로파일 상의 주변부(예를 들면 저변의 1/e2 이하의 강도 부분)가 컷된다. 개구 조리개(NPA)를 투과하여 반사 미러(M21)에서 -Z방향으로 반사된 빔(LBn)은, 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)에 입사한다. 게다가, 묘화 유닛(Un) 내에는, 묘화 유닛(Un)의 묘화 개시 가능 타이밍(스폿광(SP)의 주사 개시 타이밍)을 검출하기 위해서, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP)의 각도 위치를 검지하는 원점 센서(원점 검출기)로서의 빔 송광계(送光系)(60a)와 빔 수광계(60b)가 마련된다. 또, 묘화 유닛(Un) 내에는, 기판(P)의 피조사면(또는 회전 드럼(DR)의 표면)에서 반사한 빔(LBn)의 반사광을, fθ 렌즈계(FT), 폴리곤 미러(PM), 및 편광 빔 스플리터(BS1) 등을 거쳐 검출하기 위한 렌즈계(Gu4)와 광 검출기(광전 센서)(DTo)가 마련된다. 광전 센서(DTo)로서는, PIN 포토 다이오드, 애벌란시·포토 다이오드(APD), 금속-반도체-금속(MSM) 포토 다이오드 등을 이용할 수 있다.
묘화 유닛(Un)에 입사된 빔(LBn)은, Z축과 평행한 축선(Le)을 따라서 -Z방향으로 진행하고, XY평면에 대해서 45° 경사진 반사 미러(M20)에 입사한다. 반사 미러(M20)에서 반사된 빔(LBn)은, 반사 미러(M20)로부터 렌즈계(Gu1), 평행 평판(HVP), 렌즈계(Gu2)를 통과하여 -X방향으로 떨어진 반사 미러(M20a)를 향해서 평행 광속이 되어서 진행된다. 반사 미러(M20a)는, YZ평면에 대해서 45° 경사져 배치되고, 입사된 빔(LBn)을 편광 빔 스플리터(BS1)를 향해서 -Y방향으로 반사시킨다. 편광 빔 스플리터(BS1)의 편광 분리면은 YZ평면에 대해서 45° 경사져 배치되고, P편광의 빔을 반사시키며, P편광과 직교하는 방향으로 편광된 직선 편광(S편광)의 빔을 투과시킨다. 묘화 유닛(Un)에 입사하는 빔(LBn)을 P편광의 빔으로 하면, 편광 빔 스플리터(BS1)는, 반사 미러(M20a)로부터의 빔(LBn)을 -X방향으로 반사시켜 개구 조리개(NPA)를 거쳐 반사 미러(M21)측으로 안내한다. 반사 미러(M21)는 XY평면에 대해서 45° 경사져 배치되고, 입사된 빔(LBn)을 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)를 통과하도록 반사 미러(M22)를 향해서 -Z방향으로 반사시킨다. 반사 미러(M22)는, XY평면에 대해서 45° 경사져 배치되고, 렌즈계(Gu3)를 통과하도록, 입사된 빔(LBn)을 반사 미러(M23)를 향해서 ＋X방향으로 반사시킨다. 반사 미러(M23)는, 입사된 빔(LB1)을 폴리곤 미러(PM)를 향해서 반사시킨다.
제1 실린드리칼 렌즈(CYa)는, 도 2 중에서는 Y방향(주주사 방향)으로 빔(LBn)을 수렴하는 굴절력을 가지며, X방향(부주사 방향)으로는 굴절력을 가지지 않도록, 모선(母線) 방향이 설정되는 비등방성의 굴절 광학 소자이다. 따라서, 실린드리칼 렌즈(CYa)를 통과한 후의 빔(LBn)은, 결과적으로, 주주사 방향(폴리곤 미러(PM)에 의한 빔의 편향 방향)에 관해서는 수렴 빔이 되고, 부주사 방향(폴리곤 미러(PM)의 회전축(AXp)의 방향)에 관해서는 평행 빔이 된다. 게다가, 실린드리칼 렌즈(CYa)를 통과한 빔(LBn)을 렌즈계(Gu3)(집광 렌즈)에 통과시키는 것에 의해, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 상에 조사되는 빔(LBn)은, 주주사 방향(폴리곤 미러(PM)에 의한 빔의 편향 방향)에 관해서는 평행 상태가 되고, 부주사 방향(폴리곤 미러(PM)의 회전축(AXp)의 방향)에 관해서는 슬릿 모양으로 연장되어 집광하는 수렴 상태가 되도록 변환된다.
폴리곤 미러(PM)는, 입사된 빔(LB1)을 X축과 평행한 광축(AXf)을 가지는 fθ 렌즈계(FT)를 향해서 ＋X방향측으로 반사시킨다. 폴리곤 미러(PM)는, 빔(LB1)의 스폿광(SP)을 기판(P)의 피조사면 상에서 주사하기 위해서, 입사된 빔(LB1)을 XY평면과 평행한 면 내에서 1차원으로 편향(반사)시킨다. 폴리곤 미러(PM)는, Z축 방향으로 연장되는 회전축(AXp)의 둘레에 형성된 복수의 반사면(본 실시 형태에서는 정팔각형의 각 변)을 가지며, 회전축(AXp)과 동축의 회전 모터(RM)에 의해서 회전된다. 회전 모터(RM)는, 묘화 제어 장치(200)(도 6 참조)에 의해서, 지정된 회전 속도(예를 들면, 3만~4만rpm 정도)로 회전한다. 앞서 설명한 바와 같이, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 실효적인 길이(예를 들면, 50mm)는, 이 폴리곤 미러(PM)에 의해서 스폿광(SP)을 주사할 수 있는 최대 주사 길이(예를 들면, 52mm) 이하의 길이로 설정되어 있고, 초기 설정(설계상)에서는, 최대 주사 길이의 중앙에 묘화 라인(SLn)의 중심점(fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)이 통과하는 점)이 설정되어 있다.
제1 실린드리칼 렌즈(CYa)와 렌즈계(Gu3)에 의해서, 빔(LBn)은 폴리곤 미러(PM)의 반사면 상에서 XY평면과 평행한 방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 수렴한다. 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)(및 렌즈계(Gu3))와, 후술의 실린드리칼 렌즈(CYb)에 의해서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면이 Z축(회전축(AXp))과 평행한 상태로부터 경사진 경우라도, 기판(P)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LB1)(묘화 라인(SL1))의 조사 위치가 부주사 방향으로 어긋나는 것을 억제할 수 있다.
빔(LBn)의 fθ 렌즈계(FT)로의 입사각(θ)(광축(AXf)에 대한 각도)은, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ／2)에 따라 변한다. 빔(LBn)의 fθ 렌즈계(FT)로의 입사각(θ)이 0도일 때, fθ 렌즈계(FT)에 입사된 빔(LBn)은, 광축(AXf) 상을 따라서 진행된다. fθ 렌즈계(FT)로부터의 빔(LBn)은, 반사 미러(M24)에서 -Z방향으로 반사되고, 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)를 거쳐 기판(P)을 향해서 투사된다. fθ 렌즈계(FT) 및 모선이 Y방향과 평행한 실린드리칼 렌즈(CYb), 또한 빔 익스팬더계(렌즈계(Gu1, Gu2))와 개구 조리개(NPA)의 작용에 의해서, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LB1)은 기판(P)의 피조사면 상에서 직경 수μm 정도(예를 들면, 2~3μm)의 미소한 스폿광(SP)으로 수렴된다. 이상과 같이, 묘화 유닛(Un)에 입사된 빔(LBn)은, XZ평면 내에서 보았을 때, 반사 미러(M20)로부터 기판(P)까지 コ자 모양으로 크랭크된 광로를 따라서 절곡되며, -Z방향으로 진행하여 기판(P)에 투사된다.
도 2에 나타낸 축선(Le)은, 반사 미러(M20)에 입사되는 빔(LBn)의 중심선을 연장한 것인데, 이 축선(Le)은, 반사 미러(M24)에서 -Z방향으로 절곡된 fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)과 동축이 되도록 배치된다. 이와 같이 배치하는 것에 의해서, 묘화 유닛(Un)의 전체(반사 미러(M20)로부터 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)까지의 부재를 일체로 유지하는 유닛 프레임)를 축선(Le)의 둘레로 미소 회전시킬 수 있어, 묘화 라인(SLn)의 XY면 내에서의 미소한 경사를 고정밀도로 조정할 수 있다. 이상의 묘화 유닛(Un)은, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 대해서 동일하게 구성된다. 이것에 의해서, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각이 빔(LB1~LB6)의 각 스폿광(SP)을 주주사 방향(Y방향)으로 1차원으로 주사하면서, 기판(P)을 장척 방향으로 반송하는 것에 의해서, 기판(P)의 피조사면이 스폿광(SP)에 의해서 상대적으로 2차원 주사되고, 기판(P) 상에는 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의해 묘화되는 패턴이 Y방향으로 서로 이어진 상태로 노광된다. 또, 묘화 유닛(Un) 내의 반사 미러(M20~M24) 각각은, 묘화용의 빔(LBn)의 파장(예를 들면, 355nm)에서 약간이나마 투과율(예를 들면 1% 이하)을 가지는 표면 반사형의 레이저 미러로 구성된다.
일 예로서, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 실효적인 주사 길이(LT)를 50mm, 스폿광(SP)의 실효적인 직경(φ)을 4μm, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 펄스 발광의 발진 주파수(Fa)를 400MHz로 하고, 묘화 라인(SLn)(주주사 방향)을 따라서 스폿광(SP)이 직경(φ)의 1/2씩 오버랩하도록 펄스 발광시키는 경우, 스폿광(SP)의 펄스 발광의 주주사 방향의 간격은 기판(P) 상에서 2μm가 되고, 이것은 발진 주파수(Fa)의 주기(Tf(=1/Fa))인 2.5nS(1/400MHz)에 대응한다. 또, 이 경우, 묘화 데이터 상에서 규정되는 화소 사이즈(Pxy)를, 기판(P) 상에서 가로, 세로 4μm로 설정되는 것으로 하면, 1화소는 주주사 방향과 부주사 방향 각각에 관해서 스폿광(SP)의 2펄스분으로 노광된다. 따라서, 스폿광(SP)의 주주사 방향의 주사 속도(Vsp)와 발진 주파수(Fa)는, Vsp=(φ／2)/Tf=(φ／2)·Fa의 관계가 되도록 설정된다. 한편, 주사 속도(Vsp)는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)(rpm)와, 실효적인 주사 길이(LT)와, 폴리곤 미러(PM)의 반사면의 수(Np)(=8)와, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP)에 의한 주사 효율 1/α에 근거하여, 이하와 같이 정해진다.
Vsp=(8·α·VR·LT)/60〔mm/초〕　…　식 1
따라서, 발진 주파수(Fa)(주기(Tf))와 회전 속도(VR)(rpm)는, 이하의 관계가 되도록 설정된다.
(φ／2)/Tf=(8·α·VR·LT)/60　　…　식 2
이상으로부터, 발진 주파수(Fa)를 400MHz(Tf=2.5nS), 스폿광(SP)의 직경(φ)을 4μm로 했을 때, 발진 주파수(Fa)로부터 규정되는 주사 속도(Vsp)는, 0.8μm/nS(=2μm/2.5nS)가 된다. 이 주사 속도(Vsp)에 대응시키기 위해서는, 주사 효율(1/α)을 0.3(α≒3.33), 주사 길이(LT)를 50mm로 했을 때, 식 2의 관계로부터, 8면의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)를 36000rpm로 설정하면 좋다. 또, 본 실시 형태에서는, 빔(LBn)의 2펄스분을 주주사 방향과 부주사 방향 각각에 관해서, 스폿광(SP)의 직경(φ)의 1/2만큼 오버랩시켜 1화소로 하지만, 노광량(DOSE량)을 높이기 위해, 스폿광(SP)의 직경(φ)의 2/3씩 오버랩시킨 3펄스분, 또는 스폿광(SP)의 직경(φ)의 3/4씩 오버랩시킨 4펄스분을 1화소로 하도록 설정해도 괜찮다. 따라서, 1화소당 스폿광(SP)의 펄스수를 Nsp로 하면, 앞의 식 2의 관계식은, 일반화하여 이하의 식 3과 같이 나타낼 수 있다.
(φ／Nsp)/Tf=(Np·α·VR·LT)/60　　…　식 3
이 식 3의 관계를 만족하도록, 광원 장치(LS)의 발진 주파수(Fa)(주기(Tf))와 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR) 중 어느 일방이 조정된다.
그런데, 도 2에 나타내는 원점 센서를 구성하는 빔 수광계(60b)는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 회전 각도 위치가, 반사면(RP)에 의한 묘화용의 빔(LBn)의 스폿광(SP)의 주사가 개시 가능하게 되는 직전의 소정 위치(규정 각도 위치, 원점 각도 위치)에 온 순간에 파형 변화되는 원점 신호('동기 신호', '타이밍 신호'라고도 함)(SZn)를 발생한다. 폴리곤 미러(PM)는, 8개의 반사면(RP)을 가지므로, 빔 수광계(60b)는, 폴리곤 미러(PM)의 1회전 중에 8회의 원점 신호(SZn)(8회의 파형 변화)를 출력하게 된다. 원점 신호(SZn)는, 묘화 제어 장치(200)에 보내어지고, 원점 신호(SZn)가 발생하고 나서, 소정의 지연 시간만큼 경과한 후에 스폿광(SP)의 묘화 라인(SLn)을 따른 묘화가 개시된다. 원점 신호(SZn)는, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 마련된 빔 수광계(60b)로부터, 각각 원점 신호(SZ1~SZ6)로서 출력된다.
그런데, 도 2 중의 렌즈계(Gu1, Gu2)에 의한 빔 익스팬더계 안에 배치한 평행 평판(HVP)은, 도 2 중의 Y축(주주사 방향)과 평행한 회전축의 둘레로 경사 가능하게 구성되며, 그 경사각을 변화시키는 것에 의해, 기판(P) 상에서 주사되는 스폿광(SP)의 주사 궤적인 묘화 라인(SLn)을 부주사 방향으로 미소량(예를 들면, 스폿광(SP)의 실효적인 사이즈(φ)의 수배~십수배 정도)만큼 시프트시킬 수 있다. 도 2에서, 렌즈계(Gu1)는, 입사된 빔(LBn)(평행 광속)을 평행 평판(HVP)의 직전의 위치에서 빔 웨이스트가 되도록 수렴시킨 후, 발산시킨 상태에서 평행 평판(HVP)을 통해 렌즈계(Gu2)에 입사시킨다. 렌즈계(Gu2)는, 발산하여 입사해 오는 빔(LBn)을, 예를 들면 8mm 정도의 직경의 평행 광속로 변환한다. 편광 빔 스플리터(BS1) 뒤에 배치되는 개구 조리개(NPA)는, 렌즈계(Gu2)(빔 익스팬더계)의 후측 초점 거리의 위치에 배치된다. 게다가, 개구 조리개(NPA)는, 실린드리칼 렌즈(CYa)와 렌즈계(Gu3)에 의해서, 주주사 방향에 관해서는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)과 광학적으로 공역(共役)인 관계로 설정되어 있다. 부주사 방향(폴리곤 미러(PM)의 회전축(AXp)의 방향)에 관해서는, 개구 조리개(NPA)와 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)은, 실린드리칼 렌즈(CYa)와 렌즈계(Gu3)의 합성 광학계에 의해서, 눈동자와 상면(像面)의 관계가 되도록 설정된다. 즉, 평행 광속이 된 빔(LBn)이 통과하는 개구 조리개(NPA)의 위치를 동면(瞳面)으로 하면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)은 부주사 방향에 관해서 빔(LBn)이 빔 웨이스트가 되어 수렴하는 상면에 상당한다.
따라서, 평행 평판(HVP)을 빔 익스팬더계(렌즈계(Gu1, Gu2))의 광축에 대해 수직인 중립 상태로부터 소정 각도만큼 기울이면, 렌즈계(Gu2)에 입사하는 빔(LBn)은 도 2 중에서 Z방향으로 평행 이동하고, 그 결과, 개구 조리개(NPA)에 입사하는 빔(LBn)(평행 광속)은, 광축에 대해 약간 부주사 방향으로 경사져 개구 조리개(NPA)의 원형 개구를 투과한다. 그 때, 개구 조리개(NPA)가 렌즈계(Gu2)(빔 익스팬더계)의 후측 초점 거리의 위치에 배치되어 있으므로, 개구 조리개(NPA) 상에서의 빔(LBn)의 조사 위치는 변위하지 않는다. 광축에 대해 약간 경사져 개구 조리개(NPA)를 투과한 빔(LBn)은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 상에서는 부주사 방향에 관해서 수렴하지만, 그 수렴 위치는 부주사 방향(폴리곤 미러(PM)의 회전축(AXp)의 방향)으로 약간 변위한다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)과 기판(P)의 표면은, 부주사 방향에 관해서, fθ 렌즈계(FT)와 실린드리칼 렌즈(CYb)의 합성 광학계에 의해서 공역(결상) 관계로 되어 있으므로, 평행 평판(HVP)을 중립 상태로부터 기울이면, 그 경사량에 따라 기판(P) 상에 투사되는 스폿광(SP)은 부주사 방향으로 시프트한다.
〔빔 전환부 내의 릴레이 광학계〕
도 3은, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 및 선택 미러(IMn(IM1~IM6)) 주위의 구체적인 구성을 나타내는 도면인데, 여기에서는 설명을 간단히 하기 위해, 도 1 중에 나타낸 빔 전환부 중에서, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 마지막으로 입사시키는 선택용 광학 소자(OS2)와, 그 1개 직전의 선택용 광학 소자(OS1)와의 주위의 구성을 대표하여 나타낸다. 선택용 광학 소자(OS1)에는, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)이, 예를 들면 직경 1mm 이하의 미소한 지름(제1 지름)의 평행 광속으로서 브래그 회절의 조건을 만족하도록 입사한다. 고주파 신호(RF전력)인 구동 신호(DF1)가 입력되어 있지 않은 기간(구동 신호(DF1)가 오프)에서는, 입사된 빔(LB)이 선택용 광학 소자(OS1)에서 회절되지 않고 그대로 투과한다. 투과한 빔(LB)은, 그 광로 상에 광축(AXa)을 따라서 마련된 집광 렌즈(Ga) 및 콜리메이트 렌즈(Gb)를 투과하여, 후단의 선택용 광학 소자(OS2)에 입사한다. 이 때 선택용 광학 소자(OS1)를 통과하여 집광 렌즈(Ga) 및 콜리메이트 렌즈(Gb)를 통과하는 빔(LB)은, 광축(AXa)과 동축으로 되어 있다. 집광 렌즈(Ga)는, 선택용 광학 소자(OS1)를 투과한 빔(LB)(평행 광속)을, 집광 렌즈(Ga)와 콜리메이트 렌즈(Gb)와의 사이에 위치하는 면(Ps)의 위치에서 빔 웨이스트가 되도록 집광시킨다. 콜리메이트 렌즈(Gb)는, 면(Ps)의 위치로부터 발산하는 빔(LB)을 평행 광속으로 한다. 콜리메이트 렌즈(Gb)에 의해서 평행 광속이 된 빔(LB)의 지름은 제1 지름이 된다.
여기서, 집광 렌즈(Ga)의 후측 초점 위치와 콜리메이트 렌즈(Gb)의 전측 초점 위치는, 소정의 허용 범위 내에서 면(Ps)과 일치하고 있고, 집광 렌즈(Ga)의 전측 초점 위치는 선택용 광학 소자(OS1) 내의 회절점과 소정의 허용 범위 내에서 일치하도록 배치되며, 콜리메이트 렌즈(Gb)의 후측 초점 위치는 선택용 광학 소자(OS2) 내의 회절점과 소정의 허용 범위 내에서 일치하도록 배치된다. 따라서, 집광 렌즈(Ga)와 콜리메이트 렌즈(Gb)는, 선택용 광학 소자(OS1) 내의 회절점(빔의 편향 영역)과 다음 단계의 선택용 광학 소자(OS2) 내의 회절점(빔의 편향 영역)을, 광학적으로 공역인 관계로 하는 등배의 릴레이 광학계(도립(倒立)의 결상계)로서 기능한다. 그 때문에, 면(Ps)의 위치에는 릴레이 광학계(렌즈(Ga, Gb))의 동면이 형성된다.
한편, 구동 신호(DF1)가 선택용 광학 소자(OS1)에 인가되는 온 상태의 기간에는, 브래그 회절의 조건으로 입사된 빔(LB)은 선택용 광학 소자(OS1)에 의해서 회절된 빔(LB1)(1차 회절광, 주회절빔)과, 회절되지 않았던 0차의 빔(LB1z)으로 나누어진다. 브래그 회절의 조건을 만족하도록 빔(LB)의 선택용 광학 소자(OS1)로의 입사 각도를 설정하면, 0차의 빔(LB1z)에 대해서, 회절각이 예를 들면 정방향의 ＋1차 회절빔(LB1)만이 강하게 발생하고, 부방향의 -1차 회절빔(LB1')이나, 다른 2차 회절빔 등은 이론상으로는 거의 발생하지 않는다. 그 때문에, 브래그 회절의 조건을 만족하는 경우, 입사하는 빔(LB)의 강도를 100%로 하고, 선택용 광학 소자(OS1)의 투과율에 의한 저하를 무시했을 때, 회절된 빔(LB1)의 강도는 최대로 70~80% 정도이며, 나머지의 30~20% 정도가 0차의 빔(LB1z)의 강도가 된다. 0차의 빔(LB1z)은, 집광 렌즈(Ga)와 콜리메이트 렌즈(Gb)에 의한 릴레이 광학계를 통과하고, 게다가 후단의 선택용 광학 소자(OS2)를 투과하여 흡수체(TR)에서 흡수된다. 고주파의 구동 신호(DF1)의 주파수에 따른 회절각으로 -Z방향으로 편향된 주회절빔(LB1)(평행 광속)은, 집광 렌즈(Ga)를 투과하여, 면(Ps) 상에 마련된 선택 미러(IM1)를 향한다. 집광 렌즈(Ga)의 전측 초점 위치가 선택용 광학 소자(OS1) 내의 회절점과 광학적으로 공역이므로, 집광 렌즈(Ga)로부터 선택 미러(IM1)를 향하는 빔(LB1)은, 광축(AXa)으로부터 편심된 위치를 광축(AXa)과 평행하게 진행되어, 면(Ps)의 위치에서 빔 웨이스트가 되도록 집광(수렴)된다. 그 빔 웨이스트의 위치는, 묘화 유닛(U1)을 거쳐 기판(P) 상에 투사되는 스폿광(SP)과 광학적으로 공역이 되도록 설정되어 있다.
선택 미러(IM1)의 반사면을 면(Ps)의 위치 또는 그 근방을 배치하는 것에 의해서, 선택용 광학 소자(OS1)에 의해 편향(회절)된 묘화용의 주회절빔(LB1)은, 선택 미러(IM1)에서 -Z방향으로 반사되고, 애퍼처(aperture)(AP1)와 콜리메이트 렌즈(Gc)를 거쳐 축선(Le)(앞의 도 2 참조)을 따라서 묘화 유닛(U1)에 입사한다. 콜리메이트 렌즈(Gc)는, 집광 렌즈(Ga)에 의해서 수렴/발산된 빔(LB1)을, 콜리메이트 렌즈(Gc)의 광축(축선(Le))과 동축인 평행 광속으로 한다. 콜리메이트 렌즈(Gc)에 의해서 평행 광속이 된 빔(LB1)의 지름은 제1 지름과 거의 동일하게 된다. 집광 렌즈(Ga)의 후측 초점과 콜리메이트 렌즈(Gc)의 전측 초점은, 소정의 허용 범위 내에서, 선택 미러(IM1)의 반사면 또는 그 근방에 배치된다. 애퍼처(AP1)는, 선택 미러(IM1)의 반사면에서 반사될 수 있는 주회절빔(LB1) 이외의 고차 회절빔(2차 광 등)을 차폐한다.
이상과 같이, 집광 렌즈(Ga)의 전측 초점 위치와 선택용 광학 소자(OS1) 내의 회절점을 광학적으로 공역하고, 집광 렌즈(Ga)의 후측 초점 위치인 면(Ps)에 선택 미러(IM1)를 배치하면, 선택용 광학 소자(OS1)에 의해 회절된 빔(LB1)(주회절빔)이 빔 웨이스트가 되는 위치에서, 확실히 선택(스위칭)할 수 있다. 다른 선택용 광학 소자(OS3~OS6) 사이, 즉, 선택용 광학 소자(OS5)와 선택용 광학 소자(OS6) 사이, 선택용 광학 소자(OS6)와 선택용 광학 소자(OS3) 사이, 선택용 광학 소자(OS3)와 선택용 광학 소자(OS4) 사이, 및 선택용 광학 소자(OS4)와 선택용 광학 소자(OS1) 사이에서도, 동일한 집광 렌즈(Ga)와 콜리메이트 렌즈(Gb)로 구성되는 등 배의 릴레이 광학계(도립의 결상계)가 마련된다.
그렇지만, 선택용 광학 소자(OS1)가 이상적인 브래그 회절의 조건으로부터 벗어난 상태에서 동작하면, 이론상은 발생하지 않는 -1차 회절빔(LB1')이 누설광으로서 발생하는 경우가 있다. -1차 회절빔(LB1')(평행 광속)은, 선택용 광학 소자(OS1)에서 0차의 빔(LB1z)에 관해서 주회절빔(LB1)과 대칭적인 회절각(편향각)에서 발생하여 집광 렌즈(Ga)에 입사되고, 면(Ps)에서 빔 웨이스트가 되어 수렴 한다. 면(Ps) 상에서, -1차 회절빔(LB1')의 집광점은, 0차의 빔(LB1z)의 집광점을 사이에 두고 주회절빔(LB1)의 집광점과 대칭으로 위치한다. 선택 미러(IM1)는 주회절빔(LB1)만을 반사하므로, 다른 0차의 빔(LB1z)과 -1차 회절빔(LB1')은, 그대로 콜리메이트 렌즈(Gb)에 입사되고, 오프 상태로 되어 있는 후단의 선택용 광학 소자(OS2)에 입사하게 된다. -1차 회절빔(LB1')은 선택용 광학 소자(OS2)를 그대로 투과하게 되는데, 그 때의 입사 각도(출사 각도)는 선택용 광학 소자(OS2)가 온 상태가 되었을 때의 회절각(편향각)과 동일하게 되어 있다. 그 때문에, 선택용 광학 소자(OS2)를 그대로 투과한 -1차 회절빔(LB1')(누설광, 미광(迷光))은, 선택용 광학 소자(OS2)의 후단의 집광 렌즈(Ga)에서 수렴되고, 후단의 선택 미러(IM2)에서 반사되어, 후단의 묘화 유닛(U2)에 입사하게 된다.
따라서, 선택용 광학 소자(OS1)가 온 상태가 되어 묘화 유닛(U1)이 스폿광(SP)의 주사에 의해서 패턴 묘화할 때, 동일한 묘화 데이터에 의해 강도 변조된 -1차 회절빔(LB1')(부회절빔, 누설광)이 묘화 유닛(U2)에 입사하여, 묘화 라인(SL2) 상에 본래의 패턴과 다른 패턴(노이즈 패턴)을 묘화하도록 스폿광(SP)이 주사되게 된다. -1차 회절빔(LB1')의 강도(광량)는, 묘화 유닛(U2)에 의해 주사되는 본래의 빔(LB2)(＋1차 회절빔)의 강도에 대해서 낮기는 하지만, 시트 기판(P) 상의 감광층에 대해서 여분의 노광량이 부여되는 상태, 즉, 노이즈 패턴에 의한 피노광 상태가 되어, 최종적으로 시트 기판(P) 상에 묘화되는 패턴의 품질이 크게 악화되는 경우가 있다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 선택용 광학 소자(OS1)에 의해 발생한 -1차 회절빔(LB1')(노이즈 광이 되는 부회절빔)의 후단의 선택용 광학 소자(OS2)로의 입사를 저지하기 위해, 나이프 엣지 모양의 차폐판(저지 광학 부재)(IM1')을 면(Ps)의 위치의 근방에 배치한다. 차폐판(IM1')은, 선택 미러(IM1)에 대해서 광축(AXa)(0차의 빔(LB1z))의 둘레로 180°회전시켜서 배치된다.
차폐판(IM1')은, 다른 선택용 광학 소자(OS5)와 선택용 광학 소자(OS6) 사이의 릴레이 광학계(렌즈계(Ga, Gb)) 중, 선택용 광학 소자(OS6)와 선택용 광학 소자(OS3) 사이의 릴레이 광학계(렌즈계(Ga, Gb)) 중간, 선택용 광학 소자(OS3)와 선택용 광학 소자(OS4) 사이의 릴레이 광학계(렌즈계(Ga, Gb)) 중간, 선택용 광학 소자(OS4)와 선택용 광학 소자(OS1) 사이의 릴레이 광학계(렌즈계(Ga, Gb)) 중간, 및 선택용 광학 소자(OS2) 뒤의 위치(동면) 각각에도, 마찬가지로 차폐판(IM5', IM6', IM3', IM4', IM2')으로서 마련된다. 또, 이하의 설명에서는, 선택용 광학 소자(OS1~OS6)로부터 노이즈 광으로서 발생하는 -1차 회절빔(LB1'~LB6')을 총칭하여 LBn', 차폐판(IM1'~IM6')를 총칭하여 IMn'라고 한다.
〔선택용 광학 소자(AOM)의 회절 동작〕
다음으로 도 4, 도 5를 참조하여, 선택용 광학 소자(OSn)의 회절 동작에 대해 설명한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 선택용 광학 소자(OSn)는, 입사하는 빔(LB)을 회절하기 위한 결정체(혹은 석영)(AOG)와, 결정체(AOG)의 한 변에 접착되어, RF전력(구동 신호(DFn))에 의해서 결정체(AOG) 내에 주기적인 굴절률 분포(투과형의 위상 회절 격자)를 생성시키기 위한 초음파 진동자(VD)로 구성된다. 여기서, 입사되는 빔(LB)의 축선, 주회절빔(LBn)의 축선, 및 노이즈 광으로서의 -1차 회절빔(LBn')의 축선을 포함하는 평면 내에 포함되고, 또한 결정체(AOG) 내에 생성되는 회절 격자의 주기 방향과 직교하는 축선을 Lga라고 한다. 입사되는 빔(LB)의 축선과 축선(Lga)과의 이루는 각도(θB)를, 결정체(AOG)의 굴절률, 빔(LB)의 파장, 진동 주파수 등에 의해서 정해지는 특정의 각도로 하면, 브래그 회절의 상태가 되어, 결정체(AOG)로부터는 1개의 주회절빔(LBn)만이 발생한다. 브래그 회절의 조건이 되는 각도(θB)를 브래그각이라고도 한다. 그 때문에, 결정체(AOG)는, 입사면(Pin)과 사출면(Pout)이 서로 평행하게 됨과 아울러, 축선(Lga)과 수직이 아니라 브래그각(θB)으로 입사하는 빔(LB)과 수직이 되도록 형성된다. 이것에 의해, 선택용 광학 소자(OSn)를 투과하는 빔(LB), 또는 0차의 빔(LBnz)은, 결정체(AOG)에 의해서 횡시프트되지 않고 직진한다. 그렇지만, 결정체(AOG)의 온도 변화, RF전력(구동 신호(DFn))의 주파수 변화, 입사되는 빔(LB)의 브래그각(B)으로부터의 약간 각도 변화, 환경 온도나 기압의 변화 등의 영향에 의해, 이상적인 브래그 회절의 조건으로부터 벗어나서 오면, 노이즈 광으로서의 -1차 회절빔(LBn')(부회절빔)이 발생한다. -1차 회절빔(LBn')은, 0차의 빔(LBnz)에 대한 주회절빔(LBn)의 회절각(+Δθd)과 대칭인 회절각(-Δθd)에서 발생한다.
도 5는, 선택용 광학 소자(OSn) (결정체(AOG))로부터 사출되는 회절광(0차광도 포함함)의 강도 배분의 일 예를 나타내는 그래프이며, 세로축은 입사된 빔(LB)의 강도를 100%로 했을 때에 사출되는 0차의 빔(LBnz), ＋1차 회절빔(주회절빔)(LBn), -1차 회절빔(LBn')의 강도의 비율을 나타낸다. 또, 여기에서는 2차 이상의 회절빔은 발생하지 않는 것으로 한다. 선택용 광학 소자(OSn)에 RF전력이 인가되어 있지 않은 오프 상태일 때, ＋1차 회절빔(LBn)과 -1차 회절빔(LBn')은 발생하지 않고, 0차의 빔(LBnz)만이 높은 비율, 예를 들면 입사된 빔(LB)의 강도에 대해서, 선택용 광학 소자(OSn)(결정체(AOG))의 투과율(η)(예를 들면 약 98%)을 곱한 비율로 발생한다. 선택용 광학 소자(OSn)에 RF전력이 인가된 온 상태일 때에는, RF전력의 크기(구동 신호(DFn)의 진폭)에 따른 효율(β)로, ＋1차 회절빔(LBn)이 발생한다. 결정체(AOG)의 물성에 따라서도 다르지만, 효율은 최대로 80% 정도이며, 투과율(η)(≒0.98)을 고려하는 ＋1차 회절빔(LBn)의 강도는 빔(LB)의 강도에 대해서 최대로 약 78%(β×η)가 된다. 따라서, 온 상태일 때에 회절되지 않았던 0차의 회절빔(LBnz)의 강도는, 나머지의 약 20%가 된다. 그렇지만, 노이즈 광으로서의 -1차 회절빔(LBn')이 발생하면, 그것에 따라서, ＋1차 회절빔(LBn)과 0차의 회절빔(LBnz)의 각 강도의 비율은 이상적인 상태(카탈로그값)로부터 저하된다.
본 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn) 각각에 인가되는 RF전력(구동 신호(DFn))의 주파수를 규정값으로부터 바꾸어, 선택용 광학 소자(OSn)에서의 주회절빔(LBn)의 회절 각도를 조정하는 기능을 이용하여, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn)의 스폿광(SP)을 부주사 방향으로 미소량(±수μm 정도)만큼 고속으로 시프트시킨다. 이 시프트 기능은, 스폿광(SP)이 기판(P) 상을 주사하고 있는 동안이라도, 구동 신호(DFn)의 주파수를 소정 범위에서 변화시키는 것, 즉 구동 신호(DFn)를 고속으로 주파수 변조시킴으로써 실현할 수 있다. 구동 신호(DFn)의 주파수를 규정값으로부터 변경한 경우, 선택용 광학 소자(AOM)(OSn)는 브래그 회절의 조건으로부터 어긋나 동작하는 경우가 있으며, 선택용 광학 소자(OSn)의 회절 효율의 변화와 함께, 노이즈 광으로서의 -1차 회절빔(LBn')(부회절빔)의 강도가 커지는 경우가 있다. 노이즈 광으로서의 -1차 회절빔(LBn')은 차폐판(IMn')(저지 광학 부재)에 의해서 컷되므로, 후단의 묘화 유닛(Un)으로의 입사는 저지할 수 있지만, 주회절빔(LBn)의 강도(광량)가 변동하게 된다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn)에 인가되는 구동 신호(DFn)의 주파수 변조에 의한 스폿광(SP)의 부주사 방향(X방향)으로의 시프트 기능(선택용 광학 소자(OSn)에 의한 X시프트 기능)을 작동시킬 때에는, 아울러 선택용 광학 소자(OSn)의 회절 효율을 조정하여 묘화용의 주회절빔(LBn)의 강도를 조정하도록 제어한다.
〔묘화 제어계〕
다음으로, 이상과 같은 제어를 행하기 위해, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 의한 패턴 묘화의 제어, 및 스폿광(SP)의 강도나 노광량을 조정하기 위한 제어를 행하는 묘화 제어계의 개략 구성을 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은, 도 1에 나타낸 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 선택적으로 공급하는 빔 전환부(선택용 광학 소자(OS1~OS6), 반사 미러(M1~M12), 선택 미러(IM1~IM6), 릴레이 광학계 등을 포함함)의 모식적인 배치를 나타냄과 아울러, 광원 장치(LS), 묘화 제어 장치(묘화 제어부)(200), 및 광량 계측부(202)의 접속 관계를 나타낸다. 묘화 제어 장치(묘화 제어부)(200)는, 도 2에 나타낸 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 빔 수광계(60b)로부터의 원점 신호(SZ1~SZ6)를 입력하여, 각 묘화 유닛(Un)의 패턴 묘화의 타이밍을 결정함과 아울러, 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각에 진폭(전력)과 주파수가 조정된 구동 신호(DF1~DF6)를 출력한다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은, 반사 미러(M1, M2)에서 반사되어, 선택용 광학 소자(OS5, OS6, OS3, OS4, OS1, OS2)를 차례로 통과한 후, 도 1에 나타낸 흡수체(TR)에 입사하지만, 도 6에서는, 광로 중의 반사 미러(M1, M7, M8)만을 나타내고, 선택용 광학 소자(OS2)와 흡수체(TR) 사이에 반사 미러(M13)가 빔 전환부로서 추가된다. 반사 미러(M13)는, 선택용 광학 소자(OS2)를 통과하여 선택 미러(IM2)에서 반사되지 않았던 0차 회절빔을 흡수체(TR)를 향해서 반사시킨다. 빔 전환부에 포함되는 반사 미러(M1~M13)나 선택 미러(IM1~IM6)는, 묘화 유닛(Un) 내의 반사 미러(M20~M24)와 동일한 레이저 미러이며, 빔(LB)의 파장(예를 들면, 355nm)에서 약간이나마 투과율(예를 들면 1% 이하)을 가지고 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 반사 미러(M1)의 이면측에는, 광원 장치(LS)로부터 사출된 빔(LB)의 강도(광량)를 검출하는 광전 센서(DTa)가 마련되고, 반사 미러(M13)의 이면측에는, 모든 선택용 광학 소자(OS1~OS6)가 오프 상태일 때에 투과해 오는 빔(LB) 자체, 또는 온 상태의 선택용 광학 소자(OSn)에 의해 회절되지 않았던 빔(LB)의 0차 회절빔(LBnz)을 검출하는 광전 센서(DTb)가 마련된다. 광전 센서(DTa, DTb)는, 도 2 중에 나타낸 광전 센서(DTo)와 마찬가지로, PIN 포토 다이오드, 애벌란시·포토 다이오드(APD), 금속-반도체-금속(MSM) 포토 다이오드 중 어느 하나로 구성된다. 광전 센서(DTa)로부터 출력되는 광전 신호(Sa)는, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)의 원래의 강도(광량)를 모니터하기 위해 광량 계측부(202)에 보내어지고, 광전 센서(DTb)로부터 출력되는 광전 신호(Sb)도, 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6)의 투과율의 변동이나 회절 효율의 변동을 모니터하기 위해 광량 계측부(202)에 보내어진다. 광전 센서(DTo)로부터 출력되는 광전 신호(So)도, 회전 드럼(DR)의 외주면에 형성된 기준 패턴이나 기판(P) 상에 형성된 기초 패턴, 혹은 얼라이먼트 마크로부터의 반사광량을 계측하기 위해 광량 계측부(202)에 보내어진다. 또, 도 6에서는 선택용 광학 소자(OS4)만이 온 상태가 되었을 때의 모습을 나타내며, 선택용 광학 소자(OS4)에서 회절된 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 ＋1차 회절(주회절) 빔이 빔(LB4)으로서 묘화 유닛(U4)에 공급된다.
광원 장치(LS)는, 빔(LB)을 주파수(Fa)로 펄스 발광시키기 위한 클록 신호(LTC)(예를 들면, 400MHz)를 생성하는데, 그 클록 신호(LTC)는 묘화 제어 장치(200)와 광량 계측부(202)에 보내어진다. 묘화 제어 장치(200)는, 스폿광(SP)의 1주사 중에 묘화되는 화소수분(分)에 대응한 비트수를 포함하는 묘화 비트열 데이터(SDn)(n는 묘화 유닛(U1~U6) 중 어느 하나에 대응한 수)를 광원 장치(LS)에 송출한다. 게다가 광원 장치(LS)와 묘화 제어 장치(200)는, 인터페이스 버스(시리얼 버스라도 좋음)(SJ)를 매개로 하여, 각종의 제어 정보(커맨드나 파라미터)를 교환한다.
〔광원 장치(LS)〕
광원 장치(LS)는, 도 7에 나타내는 바와 같은 파이버 앰프 레이저 광원(광 증폭기와 파장 변환 소자에 의해서 자외 펄스광을 발생하는 레이저 광원)으로 한다. 도 7의 파이버 앰프 레이저 광원(LS)의 구성은, 예를 들면 국제공개 제2015/166910호 팜플렛에 상세하게 개시되어 있으므로, 여기에서는 간단히 설명한다. 도 7에서, 광원 장치(LS)는, 빔(LB)을 주파수(Fa)로 펄스 발광시키기 위한 클록 신호(LTC)를 생성하는 신호 발생부(120a)를 포함하는 제어 회로(120)와, 클록 신호(LTC)에 응답하여 적외 파장역으로 펄스 발광하는 2종류의 종광(S1, S2)을 생성하는 종광 발생부(135)를 포함한다. 종광 발생부(135)는, DFB 반도체 레이저 소자(130, 132), 렌즈(GLa, GLb), 편광 빔 스플리터(134) 등을 포함하며, DFB 반도체 레이저 소자(130)는, 클록 신호(LTC)(예를 들면, 400MHz)에 응답하여 피크 강도가 크게 준예(峻銳), 혹은 첨예(尖銳)한 펄스 모양의 종광(S1)을 발생하고, DFB 반도체 레이저 소자(132)는, 클록 신호(LTC)에 응답하여 피크 강도가 작게 완만(시간적으로 브로드)한 펄스 모양의 종광(S2)을 발생한다. 종광(S1)과 종광(S2)은 발광 타이밍이 동기(일치)하고 있음과 아울러, 1펄스당 에너지(피크 강도×발광 시간)가 대략 동일하게 되도록 설정된다. 게다가 DFB 반도체 레이저 소자(130)가 발생하는 종광(S1)의 편광 상태는 S편광으로 설정되고, DFB 반도체 레이저 소자(132)가 발생하는 종광(S2)의 편광 상태는 P편광으로 설정된다. 편광 빔 스플리터(134)는, DFB 반도체 레이저 소자(130)로부터의 S편광의 종광(S1)을 투과시켜 전기 광학 소자(포켈스 셀(Pockels Cell), 카셀(carcel) 등에 의한 EO소자)(136)로 안내함과 아울러, DFB 반도체 레이저 소자(132)로부터의 P편광의 종광(S2)을 반사시켜 전기 광학 소자(136)로 안내한다.
전기 광학 소자(136)는, 도 6의 묘화 제어 장치(200)로부터 보내어져 오는 묘화 비트열 데이터(SDn)에 따라서, 2종류의 종광(S1, S2)의 편광 상태를 구동 회로(136a)에 의해 고속으로 전환한다. 구동 회로(136a)에 입력되는 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1화소분의 논리 정보가 L(「0」) 상태일 때, 전기 광학 소자(136)는 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸지 않고 그대로 편광 빔 스플리터(138)로 안내하며, 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1화소분의 논리 정보가 H(「1」) 상태일 때, 전기 광학 소자(136)는 입사된 종광(S1, S2)의 편광 방향을 90도 회전시켜 편광 빔 스플리터(138)로 안내한다. 따라서, 전기 광학 소자(136)는, 묘화 비트열 데이터(SDn)의 화소의 논리 정보가 H상태(「1」)일 때에는, S편광의 종광(S1)을 P편광의 종광(S1)으로 변환하고, P편광의 종광(S2)을 S편광의 종광(S2)으로 변환한다. 편광 빔 스플리터(138)는, P편광의 광을 투과시켜 렌즈(GLc)를 거쳐 컴바이너(144)로 안내하고, S편광의 광을 반사시켜 흡수체(140)로 안내하는 것이다. 편광 빔 스플리터(138)를 투과하는 종광(S1와 S2 중 어느 일방)을 종광 빔(Lse)으로 한다. 광 파이버(142a)를 통과하여 컴바이너(144)로 안내되는 여기 광원(142)으로부터의 여기광(펌프(pump) 광, 차지(charge) 광)은, 편광 빔 스플리터(138)로부터 사출되어 오는 종광 빔(Lse)과 합성되어, 파이버 광 증폭기(146)에 입사한다.
파이버 광 증폭기(146)에 도핑되어 있는 레이저 매질을 여기광(廬起光)에 의해 여기하는 것에 의해, 파이버 광 증폭기(146) 내를 통과하는 동안에 종광 빔(Lse)이 증폭된다. 증폭된 종광 빔(Lse)은, 파이버 광 증폭기(146)의 사출단(146a)으로부터 소정의 발산각을 따라서 방사(放射)되고, 렌즈(GLd)를 통과하여 제1 파장 변환 광학 소자(148)에 집광되도록 입사된다. 제1 파장 변환 광학 소자(148)는, 제2 고조파 발생(Second Harmonic Generation：SHG)에 의해서, 입사된 종광 빔(Lse)(파장 λ)에 대해서, 파장이 λ의 1/2인 제2 고조파를 생성한다. 종광 빔(Lse)의 제2 고조파(파장 λ／2)와 원래의 종광 빔(Lse)(파장 λ)은, 렌즈(GLe)를 거쳐 제2 파장 변환 광학 소자(150)에 집광되도록 입사된다. 제2 파장 변환 광학 소자(150)는, 제2 고조파(파장 λ／2)와 종광 빔(Lse)(파장 λ)과의 화주파 발생(Sum Frequency Generation：SFG)에 의해, 파장이 λ의 1/3인 제3 고조파를 발생한다. 이 제3 고조파가, 370mm 이하인 파장 대역(예를 들면, 355nm)에 피크 파장을 가지는 자외 펄스광(빔(LB))이 된다. 제2 파장 변환 광학 소자(150)로부터 발생하는 빔(LB)(발산 광속)은, 렌즈(GLf)에 의해서, 빔 지름이 1mm 정도의 평행 광속으로 변환되어 광원 장치(LS)로부터 사출된다.
구동 회로(136a)에 인가되는 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1화소분의 논리 정보가 L(「0」)인 경우(해당 화소를 노광하지 않는 비묘화 상태일 때), 전기 광학 소자(136)는 입사된 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸지 않고 그대로 편광 빔 스플리터(138)로 안내한다. 그 때문에, 컴바이너(144)에 입사되는 종광 빔(Lse)은 종광(S2) 본래의 것이 된다. 파이버 광 증폭기(146)(혹은 파장 변환 광학 소자(148), 150)는, 그러한 피크 강도가 낮고, 시간적으로 브로드한 둔한 특성의 종광(S2)에 대한 증폭 효율(혹은 파장 변환 효율)이 낮기 때문에, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 P편광의 빔(LB)은, 노광에 필요한 에너지까지 증폭되지 않는 펄스광이 된다. 이러한 종광(S2) 본래에서 생성되는 빔(LB)의 에너지는 매우 낮고, 기판(P)에 조사되는 스폿광(SP)의 강도는 매우 저레벨이 된다. 이와 같이, 광원 장치(LS)로부터는 비묘화 상태일 때에도, 미약하기는 하지만 자외 펄스광의 빔(LB)이 계속 사출되므로, 그러한 비묘화 상태일 때에 사출되는 빔(LB)을, 오프·빔(오프·펄스광)이라고도 한다.
한편, 구동 회로(136a)에 인가되는 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1화소분의 논리 정보가 H(「1」)인 경우(해당 화소를 노광하는 묘화 상태일 때), 전기 광학 소자(136)는 입사된 종광(S1, S2)의 편광 상태를 바꾸어 편광 빔 스플리터(138)로 안내한다. 그 때문에, 컴바이너(144)에 입사되는 종광 빔(Lse)은 종광(S1) 본래의 것이 된다. 종광(S1) 본래의 종광 빔(Lse)의 발광 프로파일은, 피크 강도가 크게 첨예하므로, 종광 빔(Lse)은 파이버 광 증폭기(146)(혹은 파장 변환 광학 소자(148), 150)에 의해서 효율적으로 증폭(혹은 파장 변환)되고, 광원 장치(LS)로부터 출력되는 P편광의 빔(LB)은 기판(P)의 노광에 필요한 에너지를 가진다. 묘화 상태일 때에 광원 장치(LS)로부터 출력되는 빔(LB)은, 비묘화 상태일 때에 사출되는 오프·빔(오프·펄스광)과 구별하기 위해서, 온·빔(온·펄스광)이라고도 한다. 이와 같이, 광원 장치(LS)로서의 파이버 앰프 레이저 광원 내에, 2종류의 종광(S1, S2) 중 어느 일방을 묘화용 광 변조기로서의 전기 광학 소자(136)에서 선택하고 나서 광 증폭하는 것에 의해, 파이버 앰프 레이저 광원을, 묘화 데이터(SDn)에 응답하여 고속으로 버스트(burst) 발광하는 자외 펄스 광원으로 할 수 있다.
그런데, 도 6에 나타낸 묘화 제어 장치(200)는, 묘화 유닛(U1~U6) 각각으로부터의 원점 신호(SZ1~SZ6)를 입력하여, 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 일치시킴과 아울러, 그 회전 각도 위치(회전의 위상)를 서로 소정의 관계로 하도록 폴리곤 미러(PM)의 회전을 동기 제어하는 기능도 구비한다. 게다가 묘화 제어 장치(200)는, 원점 신호(SZ1~SZ6)에 근거하여, 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 스폿광(SP)에 의한 묘화 라인(SL1~SL6)에 의해 묘화해야 할 묘화 비트열 데이터(SDn)를 기억하는 메모리를 포함한다. 묘화 제어 장치(200)에는, 메모리에 기억된 묘화 비트열 데이터(SDn)의 1화소분의 데이터(1비트)를 빔(LB)의 어느 펄스분으로 묘화할지가 미리 설정되어 있다. 예를 들면, 1화소를 빔(LB)의 2펄스(주주사 방향과 부주사 방향 각각에 2개의 스폿광(SP))로 묘화하기로 설정되어 있는 경우, 묘화 비트열 데이터(SDn)의 데이터는, 클록 신호(LTC)의 2클록 펄스마다 1화소분(1비트)씩 읽어내어져, 도 7의 구동 회로(136a)에 인가된다.
〔전체적인 제어계〕
도 8은, 도 1에 나타낸 회전 드럼(DR)의 구동 제어부(210), 도 6에 나타낸 묘화 제어 장치(200), 도 7에 나타낸 광원 장치(LS), 및 도 1 중의 묘화 유닛(U1~U6)(Un：여기에서는 대표하여 1개만 나타냄)이 연계하여 패턴 묘화를 행할 때의 전체적인 제어계를 나타내는 블록도이다. 도 8에서, 회전 드럼(DR)에는 중심축(AXo)과 동축으로 Y방향으로 연장된 샤프트가 마련되고, 이 샤프트는 모터나 서보 회로 등을 포함하는 구동 제어부(210)에 의해서 회전 제어된다. 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치(기판(P)의 둘레 방향의 이동 위치)를 계측하기 위해, 회전 드럼(DR)의 Y방향의 단부측에는 중심축(AXo)과 동축으로 원반 모양 또는 링 모양의 스케일 부재(ESD)가 고정되고, 회전 드럼(DR)과 함께 XZ면 내에서 회전한다. 스케일 부재(ESD)의 중심축(AXo)과 평행한 외주면에는, 그 둘레 방향을 따라서 일정 피치(예를 들면 20μm 정도)로 격자 모양의 눈금이 새겨 마련되어 있다. 도 8에서는, 스케일 부재(ESD)의 직경을 회전 드럼(DR)의 외주면의 직경보다도 작게 나타냈지만, 스케일 부재(ESD)의 중심축(AXo)으로부터의 반경과 회전 드럼의 외주면의 반경은 동일하게 하는 것이 좋으며, 동일하게 할 수 없는 경우에도 반경의 차이가 ±10% 정도의 범위 내로 모여 있게 해 두는 것이 바람직하다. 또, 도 8에서도, 중심축(AXo)을 포함하는 YZ면과 평행한 면이 중심면(pcc)이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 회전 드럼(DR)을 XZ면 내에서 본 경우(Y방향으로부터 본 경우), 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)의 각 축선(Le)(도 2 참조)과 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)의 각 축선(Le)(도 2 참조)은, 중심면(pcc)에 대해서 일정 각도, 예를 들면 10°~20° 정도로 설정된다. 단, 도 8에서는 설명을 간단히 하기 위해, 홀수번의 묘화 유닛(Un)만을 도시하고 있다. 게다가, 회전 드럼(DR)에 감겨져 반송되는 기판(P)의 진행 방향에 관해서 홀수번의 묘화 유닛(Un)의 상류측에는, 기판(P)에 형성된 십자 모양의 얼라이먼트 마크(혹은 회전 드럼(DR)의 외주면에 형성된 기준 패턴)의 위치를 검출하기 위한 마크 검출계로서의 얼라이먼트계(AMn)의 복수(AM1~AM4)가 Y방향으로 늘어놓아 마련된다. 얼라이먼트계(AMn)는 기판(P) 상에서 가로, 세로 200~500μm 정도의 검출 시야(검출 영역)를 가지며, 얼라이먼트계(AMn)는 검출 영역 내에 나타나는 마크의 상(像)을 고속 셔터 스피드로 촬상하는 CCD 또는 CMOS에 의한 촬상 소자를 구비한다. 촬상 소자에 의해 촬상(캡처(capture))된 마크의 상(像)을 포함하는 화상 신호는, 마크 위치 검출부(212)에 의해서 화상 해석되고, 촬상된 마크상(mark像)의 중심 위치와 검출 영역 내의 기준 위치(중심점)와의 상대적인 2차원(주주사 방향과 부주사 방향)의 위치 어긋남량에 관한 정보가 생성된다.
게다가 스케일 부재(ESD)의 주위에는, 그 외주면과 대향하도록, 눈금의 이동을 읽어내기 위한 적어도 3개의 엔코더 헤드(독해 헤드, 검출 헤드)(EH1, EH2, EH3)가 마련된다. 단, 도 8에서는 엔코더 헤드(EH3)의 도시는 생략했다. XZ면 내에서, 엔코더 헤드(EH1)는 중심축(AXo)으로부터 보았을 때 얼라이먼트계(AMn)의 검출 영역과 동일한 방위가 되도록 설정되고, 엔코더 헤드(EH2)는 중심축(AXo)으로부터 보았을 때 홀수번의 묘화 유닛(Un)의 묘화 위치(묘화 라인(SL1, SL3, SL5))와 동일한 방위가 되도록 설정되며, 엔코더 헤드(EH3)(도시하지 않음)는 중심축(AXo)으로부터 보았을 때 짝수번의 묘화 유닛(Un)의 묘화 위치(묘화 라인(SL2, SL4, SL6))와 동일한 방위가 되도록 설정된다. 엔코더 헤드(EH1, EH2(및 EH3)) 각각은, 스케일 부재(ESD)의 눈금의 둘레 방향의 이동에 따라 주기적으로 레벨 변화됨과 아울러 90도의 위상차를 가지는 2상(相) 신호를 회전 위치 검출부(214)에 출력한다. 회전 위치 검출부(214)는, 엔코더 헤드(EH1, EH2(및 EH3)) 각각으로부터의 2상 신호를 계수하는 카운터 회로를 포함하며, 눈금의 이동량(위치 변화)을, 화소 치수 또는 스폿광(SP)의 실효적인 직경(φ)의 절반 이하, 바람직하게는 1/10 이하의 서브 미크론의 분해능(예를 들면 0.2μm)으로 디지털 계수한 계측값(이동 위치 정보, 계수값)을 순차 생성한다. 여기서, 스케일 부재(ESD), 엔코더 헤드(EH1, EH2, EH3), 회전 위치 검출부(214)(카운터 회로 등)는 엔코더 계측계를 구성하고, 회전 위치 검출부(214)에서 생성되는 계측값(이동 위치 정보, 계수값)은, 기판(P)의 부주사 방향의 이동 위치의 변화를 나타내는 것이 된다.
마크 위치 검출부(212)는, 얼라이먼트계(AMn)의 촬상 소자가 검출 영역 내에서 마크의 상을 화상 캡처한 순간에 회전 위치 검출부(214)에서 생성되는 계측값(이동 위치 정보, 계수값)을 래치(latch)하여 기억한다. 게다가 마크 위치 검출부(212)는, 화상 해석에 의해서 구하여지는 마크상의 상대적인 위치 어긋남량과 래치한 계측값(이동 위치 정보, 계수값)에 근거하여, 기판(P) 상의 마크의 위치를 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치와 서브 미크론의 정밀도로 대응시켜 산출한 위치 정보를 묘화 제어 장치(200)에 출력한다. 또, 엔코더 헤드(EH1, EH2(및 EH3)) 각각에 대응하여 회전 위치 검출부(214) 내에 마련되는 카운터 회로는, 엔코더 헤드(EH1, EH2(및 EH3)) 각각이 스케일 부재(ESD)의 눈금 중의 둘레 방향의 1개소에 마련된 영점(零点) 마크를 검출하면 영 리셋된다.
앞의 도 2에 나타내는 바와 같이, 묘화 유닛(Un) 내에 마련되는 평행 평판(HVP)은, 경사량을 바꾸는 피에조 모터(PZM), 보이스 코일 모터(VCM) 등의 구동원과, 평행 평판(HVP)의 중립 상태로부터의 경사량을 계측하는 센서를 포함하는 구동 제어부(216)에 의해서 제어된다. 구동 제어부(216)는, 묘화 제어 장치(200)로부터의 지령에 근거하여, 묘화 유닛(Un)이 패턴 묘화하고 있는 동안도 평행 평판(HVP)의 경사 각도 위치를 연속적으로 변화시킬 수 있다.
도 6에 나타낸 묘화 제어 장치(200) 내에는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 선택용 소자 제어부(200A), 폴리곤 제어부(200B), 묘화 제어부(200C)가 마련된다. 선택용 소자 제어부(200A)는, 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각으로부터의 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))에 응답하여, 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 대응한 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 중 어느 하나에 구동 신호(DFn)를 인가한다. 선택용 소자 제어부(200A)에는, 다음의 도 9에서 설명하지만, 구동 신호(DFn)의 진폭(RF전력)이나 주파수를 조정하는 기능이 마련된다. 폴리곤 제어부(회전 모터 제어부)(200B)는, 묘화 유닛(Un) 각각의 폴리곤 미러(PM)를 회전시키는 회전 모터(RM)를, 회전 속도 3~4만rpm 사이의 지령된 속도에 대해서, ±수rpm 이내, 바람직하게는 ±2rpm 이내의 정밀도로 정밀하게 회전 제어한다. 폴리곤 제어부(200B)에 의한 회전 모터(RM)의 제어에는, 회전 위치 검출부(214)에서 계측되는 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치(기판(P)의 이동 위치)의 정보, 및 원점 신호(SZn)의 정보도 사용된다. 묘화 제어부(200C)는, 묘화 유닛(Un) 각각이 기판(P) 상에 묘화해야 할 패턴에 대응한 묘화 패턴 정보(비트 맵 데이터)를 기억하는 메모리 회로와, 각 묘화 유닛(Un)으로부터의 원점 신호(SZn)와 회전 위치 검출부(214)에서 계측되는 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치(기판(P)의 이동 위치)의 정보에 근거하여, 대응하는 묘화 유닛(Un)에 의해 묘화해야 할 묘화 비트열 데이터(SDn)를 메모리 회로로부터 읽어내어, 클록 신호(LTC)에 응답하여 광원 장치(LS)에 보내는 데이터 송출 회로 등을 구비한다.
게다가, 묘화 제어부(200C)는, 마크 위치 검출부(212)에서 계측되는 얼라이먼트 마크의 위치 정보에 근거하여, 기판(P) 상의 패턴 형성 영역(이미 기초 패턴이 형성되어 있는 경우도 있음)과 묘화 위치(묘화 라인(SL1~SL6) 각각)와의 주주사 방향(Y방향)과 부주사 방향(X방향) 각각에 관한 위치 오차의 정보를 추정 연산하거나, 회전 위치 검출부(214)에서 계측되는 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치의 정보에 근거하여, 기판(P)의 부주사 방향의 이동 속도의 오차나 속도 불균일에 기인한 이동 위치 오차의 정보를 추정 연산하거나 하는 프로세서 등을 구비한다. 그 프로세서는, 추정 연산된 패턴 형성 영역의 위치 오차의 정보나 기판(P)의 이동 위치 오차의 정보에 근거하여, 묘화 유닛(Un) 각각에 의한 패턴 묘화 위치를 조정(보정)하기 위한 보정 정보를 생성한다. 본 실시 형태에서, 묘화 제어부(200C)의 프로세서에서 생성되는 보정 정보에는, 묘화 유닛(Un) 각각에 의한 묘화 라인(SLn)(스폿광(SP))의 위치를 부주사 방향(X방향)으로 시프트시키는 조정량, 조정의 타이밍, 혹은 조정을 위한 기구의 지정 등에 관한 정보가 포함되어 있다. 본 실시 형태에서는, 묘화 라인(SLn)(스폿광(SP))의 위치를 부주사 방향(X방향)으로 시프트시키는 보정 기구로서, 묘화 유닛(Un) 각각에 대응하여 마련된 경사각이 조정되는 평행 평판(HVP)과 주파수 변조되는 선택용 광학 소자(OSn) 중 어느 일방, 또는 양쪽 모두가 이용된다.
앞서 설명한 바와 같이, 평행 평판(HVP)의 경사에 의해 묘화 라인(SLn)(스폿광(SP))을 X방향으로 시프트하는 기구(평행 평판(HVP)에 의한 X시프터 기구라고도 함)는, 기계적인 보정 기구이기 때문에, 응답성은 낮지만 비교적으로 큰 스트로크(예를 들면 ±수십 μm 정도)로 묘화 라인(SLn)(스폿광(SP))을 시프트시킬 수 있다. 한편, 선택용 광학 소자(OSn)의 주파수 변조에 의해 묘화 라인(SLn)(스폿광(SP))을 X방향으로 시프트하는 기구(선택용 광학 소자(OSn)에 의한 X시프터 기구, 혹은 AOM에 의한 X시프터 기구라고도 함)는, 전기적인 보정 기구이기 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면(RP)마다의 빔(LBn)의 주사 타이밍에 응답하여, 고속으로 묘화 라인(SLn)(스폿광(SP))을 시프트시킬 수 있지만, 선택용 광학 소자(OSn)의 주파수 변조에 의한 주회절빔(LBn)의 회절각(도 4에 나타낸 ＋Δθd)의 조정 범위가 좁기 때문에, 시프트량은 ±수μm 정도가 된다.
〔선택용 광학 소자의 제어부〕
도 9는, 도 8의 선택용 소자 제어부(200A)의 구체적인 회로 블록을 나타내고, 선택용 소자 제어부(200A)는, 프로세서를 포함하며 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))를 입력함과 아울러, 묘화 제어부(200C)의 프로세서에서 생성되는 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 X시프터 기구를 위한 보정 정보를 입력하는 제어 회로부(250)와, 구동 신호(DF1~DF6)를 출력하는 6개의 회로부(CCB1~CCB6)로 구성된다. 회로부(CCB1~CCB6)는, 모두 동일한 구성이므로, 대표하여 회로부(CCB1)의 구성을 설명한다. 선택용 소자 제어부(200A)에는, 선택용 광학 소자(OSn)에 인가되는 구동 신호(DFn)의 기준 주파수(중심 주파수)가 되는 기준 신호(RFo)를 발생하는 기준 발진기(260)가 마련된다. 제어 회로부(250)는, 묘화 제어부(200C)로부터의 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 X시프터 기구를 위한 보정 정보에 근거하여, 구동 신호(DFn)의 진폭(전력)의 기준값으로부터의 보정량에 관한 보정 정보(ΔAC1~ΔAC6)와, 구동 신호(DFn)의 기준 신호(RFo)의 중심 주파수로부터의 보정량에 관한 보정 정보(ΔFC1~ΔFC6)를 생성한다. 게다가 제어 회로부(250)는, 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))의 입력에 근거하여, 대응하는 선택용 광학 소자(OSn)에 인가하는 구동 신호(DFn)의 온(인가)/오프(비인가)를 제어하는 스위치 신호(LP1~LP6)를 생성한다.
회로부(CCB1(CCBn))는, 기준 발진기(260)로부터의 기준 신호(RFo)와, 제어 회로부(250)로부터의 보정 정보(ΔFC1(ΔFCn))에 근거하여, 구동 신호(DF1(DFn))의 근원이 되는 주파수 변조된 고주파 신호를 생성하는 주파수 변조 회로(251)와, 제어 회로부(250)로부터의 보정 정보(ΔAC1(ΔACn))에 근거하여, 주파수 변조 회로(251)에서 생성된 고주파 신호의 진폭(게인(gain))을 조정하는 진폭 조정 회로(252)와, 진폭 조정된 고주파 신호를 전력 증폭한 구동 신호(DF1(DFn))를 생성함과 아울러, 제어 회로부(250)로부터의 스위치 신호(LP1(LPn))에 응답하여 구동 신호(DF1(DFn))의 온/오프를 전환하는 전력 증폭 회로(253)를 구비한다. 다른 회로부(CCB2~CCB6)에도, 동일한 주파수 변조 회로(251), 진폭 조정 회로(252), 전력 증폭 회로(253)가 마련된다.
AOM에 의한 선택용 광학 소자(OSn)는, 구동 신호(DFn)의 주파수를 변화시킴으로써 회절각을 조정할 수 있지만, 브래그 회절의 조건이 바뀌는 것에 의한 회절 효율의 변화에 의해, 묘화용의 빔(LBn)의 강도가 변화되는 경우가 있다. 그 강도 변화의 주파수 의존성은, 선택용 광학 소자(OSn)의 결정체(AOG)의 재료에 따라서 다르다. 도 10은, 선택용 광학 소자(AOM)(OSn)에 의한 빔(주회절빔)(LBn)의 강도 변화의 주파수 의존성의 특성예와 스폿광(SP)의 X시프트량과의 관계를 모식적으로 설명하는 그래프이다. 도 10에서, 가로축은 구동 신호(DFn)의 주파수(MHz)를 나타내고, 세로축은 구동 신호(DFn)가 규정 주파수(중심 주파수)(fcc)일 때에 얻어지는 빔(주회절빔)(LBn)의 강도를 100%로 한 상대적인 강도비(%)를 나타낸다. 강도 변화의 주파수 의존성은 선택용 광학 소자(OSn)의 결정체(AOG)의 재료에 따라서 다르지만, 일 예로서 특성(Ka), 특성(Kb)과 같이 된다. 특성(Ka)은, 규정 주파수(fcc)에 대해서 변화폭(변화량)(Δfc)만큼 구동 신호(DFn)의 주파수를 변화시켰을 때, 특성(Ka)의 강도비의 변화 경향은, 특성(Kb)의 강도비의 변화 경향에 비해 크게 되어 있다. 즉, 특성(Ka)은 특성(Kb)에 비해 주파수 변화에 대한 빔(LBn)의 강도 저하가 급준(急峻)하고, 주파수 변화에 의한 스폿광(SP)의 시프트량을 크게 할 수 없는 것을 의미한다. 또, 도 10에서는, 주파수의 변화폭(Δfc)에 대한 스폿광(SP)의 시프트량(ΔXsf)은, 다른 재료의 결정체(AOG)(특성(Ka, Kb))라도 동일하게 했지만, 실제는 결정체(AOG) 내에서의 초음파의 진행 속도의 차이에 따라 다르다.
도 10의 특성(Ka, Kb)에서는, 구동 신호(DFn)의 주파수의 변화폭(Δfc)에 대해서 스폿광(SP)은 4μm 정도만큼 시프트하는 것으로 하고, 특성(Ka)에서는 강도비가 87% 정도, 특성(Kb)에서는 강도비가 96% 정도가 되는 것으로 한다. 주파수의 변화폭(Δfc)이 더 커지면, 특성(Ka)의 경우에는 강도비가 급격하게 저하되어 간다. 도 9 중의 제어 회로부(250)는, 사용하는 선택용 광학 소자(OSn)의 도 10과 같은 특성(Ka), 혹은 특성(Kb)에 대응한 테이블이나 근사 함수식을 기억하고, 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 X시프터 기구에 의한 스폿광(SP)의 위치의 보정량(시프트량)이 설정되면, 그 시프트량에 대응한 구동 신호(DFn)의 주파수의 변화량을 테이블 또는 근사 함수식으로부터 구하여 보정 정보(ΔFCn)로서 주파수 변조 회로(251)에 출력한다. 아울러, 제어 회로부(250)는, 그 보정 정보(ΔFCn)(주파수의 변화폭)에 대응한 강도비를 특성(Ka, 또는 Kb)의 테이블 또는 근사 함수식으로부터 구하고, 저하된 강도비를 원래의 상태로 되돌리는 구동 신호(DFn)의 진폭의 보정 정보(ΔACn)를 진폭 조정 회로(252)에 출력한다. 보정 정보(ΔFCn, ΔACn)는, 폴리곤 미러(PM)가 1회전하는 동안에 8회 발생하는 펄스 모양의 원점 신호(SZn) 사이의 타이밍(1면 건너뛰는 경우에는 1개 걸러 4회)으로 갱신되어 제어 회로부(250)로부터 출력된다. 따라서, 전력 증폭 회로(253)로부터 선택용 광학 소자(OSn)에 인가되는 구동 신호(DFn)는, 원점 신호(SZn)의 1펄스의 발생 후의 패턴 묘화의 직전에, 스폿광(SP)의 부주사 방향으로의 지정된 시프트량에 대응한 주파수로 보정됨과 아울러, 주파수 변화에 의한 강도비의 저감이 보정되는 진폭으로 조정된다. 또, 제어 회로부(250)에서 생성되는 보정 정보(ΔACn(ΔAC1~ΔAC6))는, 묘화 유닛(Un) 각각으로부터 기판(P)에 투사되는 빔(LBn)의 강도(광량)가 허용 범위 내로 모이게 하기 위해서도 사용된다.
도 11은, 선택용 광학 소자(AOM)(OSn)에 공급되는 구동 신호(DFn)의 진폭(RF전력)과, 회절 효율(β)(입사된 빔(LB)의 강도에 대한 ＋1차 회절빔(LBn)의 강도의 비율)과의 관계 특성의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 11에서, 가로축은 선택용 광학 소자(AOM)(OSn)에 투입되는 RF전력(구동 신호(DFn)의 진폭)을 나타내고, 세로축은 브래그 회절에서 사용되는 선택용 광학 소자(OSn)의 ＋1차 회절빔(주회절빔)의 회절 효율(β)(%)을 나타내고 있다. 도 11과 같이, 회절 효율(β)은 RF전력의 증가에 따라 최대의 회절 효율(βmax)에 이르고, 그것 이상으로 RF전력을 증가시켜도 회절 효율(β)이 감소하는 특성을 가진다. 따라서, 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각의 회절 효율의 조정(구동 신호(DFn)의 진폭 설정)은, 최대의 회절 효율(βmax)을 고려하여 행해진다. 도 9에 나타낸 제어 회로부(250)는, 도 11과 같은 특성에 근거하여, 구동 신호(DFn)의 진폭 변화와, 선택용 광학 소자(OSn)의 회절 효율(β)의 변화(및 그 회절 효율(β)의 변화로부터 추정되는 ＋1차 회절빔으로서의 빔(LBn)의 강도 변화)와의 상관관계를 미리 구하고, 테이블 또는 함수식으로 기억하고 있다. 따라서, 제어 회로부(250)에서 생성되는 보정 정보(ΔACn)는, 최종적으로는 도 11과 같은 회절 효율(β)의 특성에 대응한 테이블 또는 함수식을 참조하여 설정된다.
도 12는, 이상과 같은 보정 정보(ΔFCn, ΔACn)의 설정 타이밍을 모식적으로 나타내는 타임 차트이다. 원점 신호(SZn)는, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP)이 소정 각도 위치가 될 때마다 펄스 모양으로 발생하지만, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도에 불균일이 없이 일정하고, 폴리곤 미러(PM)의 형상 오차(꼭지각의 각도 편차)가 없다고 하면, 펄스 모양의 원점 신호(SZn)의 H레벨의 첫 시작 타이밍의 시간적인 간격(Trp)은 일정하게 된다. 예를 들면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면 수를 8면, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)를 37500rpm로 하면, 폴리곤 미러(PM)의 1회전의 시간은 1.60mS가 되고, 시간 간격(Trp)은 0.2mS(200μS)가 된다. 묘화 유닛(Un)에 의한 패턴 묘화 시간(묘화 라인(SLn)을 따른 스폿광(SP)의 1회의 주사 시간)(TSn)은, 주사 효율 1/α에 따라서, TSn ≤ Trp/α가 된다. 앞의 도 6~도 8에서 설명한 묘화 비트열 데이터(SDn)는, 원점 신호(SZn)의 1펄스가 발생하고 나서 소정의 지연 시간(ΔTD) 후에, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스에 응답하여 화소마다의 비트 데이터를 광원 장치(LS)의 구동 회로(136a)(도 7)에 송출한다. 원점 신호(SZn)의 1펄스가 발생한 직후로서 지연 시간(ΔTD)의 경과 전에, 도 9에 나타낸 선택용 소자 제어부(200A)의 제어 회로부(250)는, 선택해야 할 선택용 광학 소자(OSn)를 온 상태로 전환하기 위해서 스위치 신호(LPn)를 H레벨로 하고, 묘화 시간(TSn)이 경과하면 즉시 스위치 신호(LPn)를 L레벨로 한다.
도 12 중에 설정 타이밍으로서 나타내는 바와 같이, 보정 정보(ΔFCn, ΔACn)의 갱신은 스위치 신호(LPn)가 L레벨(선택용 광학 소자(OSn)가 오프 상태)의 기간 중에 실행되지만, 스위치 신호(LPn)가 L레벨이 될 때마다 순차 실행할 필요는 없다. 예를 들면, 일정한 시간 인터벌이나 인터럽트(interrupt) 처리에 의해서 보정 정보(ΔFCn, ΔACn)가 연산되었을 때에, 제어 회로부(250)가 전회(前回)의 연산 결과와의 차분량에 근거하여 갱신의 여부를 판단하고, 갱신이 필요하다고 판단했을 때에는, 스위치 신호(LPn)가 L레벨이 되는 타이밍으로 보정 정보(ΔFCn, ΔACn)의 갱신을 실행한다. 보정 정보(ΔFCn, ΔACn)의 연산 타이밍은, 예를 들면, 도 8에 나타낸 엔코더 헤드(EH1, EH2(및 EH3))와 회전 위치 검출부(214)에 의해서 계측되는 기판(P)의 위치가 소정량만큼 이동할 때마다로 설정할 수 있다.
〔AOM에 의한 X시프터 기구의 동작예〕
다음으로, 도 8, 도 9에서 나타낸 선택용 광학 소자(OSn)(AOM)에 의한 X시프터 기구를 이용하여, 기판(P) 상에 형성된 기초 패턴층(퍼스트 레이어)에 겹침 노광할 때의 겹침 오차를 저감하는 동작예를, 도 13, 도 14를 참조하여 설명한다. 도 13은, 기초 패턴층을 포함하는 복수의 패턴 형성 영역(디바이스 영역)(APF)과, 각 패턴 형성 영역(APF)에 대해서 소정의 위치 관계로 배열되는 얼라이먼트용의 복수의 마크(MK1~MK4)가 형성된 기판(P)을, XY면 내에서 평면 모양으로 전개한 모습을 나타낸다. 게다가 도 13에는, 그러한 기판(P) 상에 설정되는 6개의 묘화 라인(SL1~SL6)과, 얼라이먼트 현미경(얼라이먼트계)(AM1~AM4)의 각 검출 영역(Vw1~Vw4)과의 각 배치 관계도 나타내어진다. 또, 얼라이먼트 현미경(AMn)의 각 검출 영역(Vwn)의 중심을 통과하는 Y축과 평행한 선분의 연장 상에는, 계측시의 아베(Abbe) 오차를 최소로 하도록, 엔코더 헤드(EH1)에 의한 스케일 부재(ESD)(도 8 참조)의 눈금의 읽어냄 위치가 설정된다. 마찬가지로, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 각각을 포함하고 Y축과 평행한 선분의 연장 상에는, 계측시의 아베 오차를 최소로 하도록, 엔코더 헤드(EH2)에 의한 스케일 부재(ESD)의 눈금의 읽어냄 위치가 설정되고, 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 각각을 포함하고 Y축과 평행한 선분의 연장 상에는, 계측시의 아베 오차를 최소로 하도록 엔코더 헤드(EH3)에 의한 스케일 부재(ESD)의 눈금의 읽어냄 위치가 설정된다. 이러한 엔코더 헤드(EH1~EH3)의 배치는, 예를 들면, 국제공개 제2013/146184호 팜플렛에 개시되어 있다.
기판(P) 상의 마크(MK1)는, 기판(P)의 -Y방향측의 단부 부근에 X방향(장척 방향)을 따라서 일정한 피치(예를 들면, 5mm 피치)로 형성되고, 마크(MK4)는, 기판(P)의 ＋Y방향측의 단부 부근에 X방향(장척 방향)을 따라서 일정한 피치(예를 들면, 5mm 피치)로 형성된다. 마크(MK1)와 마크(MK4)의 X방향의 위치는 동일하게 되도록 형성되고, 마크(MK1)와 마크(MK4) 사이에 형성되는 마크(MK2, MK3)는, 패턴 형성 영역(APF)의 ＋X방향측(하류측)의 단부 부근과 -X방향측(상류측)의 단부 부근에, 마크(MK1, MK4)와 함께 Y방향으로 일렬로 늘어서도록 배치된다.
앞서 설명한 바와 같이, 도 8 중의 회전 위치 검출부(214)에 마련되는 엔코더 헤드(EH1~EH3) 각각에 대응한 카운터 회로는, 엔코더 헤드(EH1~EH3) 각각이 스케일 부재(ESD)의 눈금의 둘레 방향의 1개소에 마련된 영점 마크를 검출하면 영(零) 리셋된다. 그래서, 기판(P) 상의 패턴 형성 영역(APF)의 ＋X방향측(하류측)의 단부 근방에 형성된 마크(MK1~MK4)가, 각각 얼라이먼트 현미경(AM1~AM4)의 각 검출 영역(Vw1~Vw4)에서 검출되었을 때에 엔코더 헤드(EH1)에서 계측되는 스케일 부재(ESD)의 눈금 위치(카운터 회로의 계수값)를 묘화 개시 위치로서 기억하고, 그 묘화 개시 위치를 기준으로 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 패턴 묘화 동작을 제어한다. 구체적으로는, 엔코더 헤드(EH2)에서 계측되는 스케일 부재(ESD)의 눈금 위치(카운터 회로의 계수값)가 기억된 묘화 개시 위치가 되면, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)에 의한 패턴 묘화(겹침 노광)를 개시하고, 엔코더 헤드(EH3)에서 계측되는 스케일 부재(ESD)의 눈금 위치(카운터 회로의 계수값)가 기억된 묘화 개시 위치가 되면, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)에 의한 패턴 묘화(겹침 노광)를 개시한다. 이렇게 하여 패턴 형성 영역(APF)에 대한 패턴 묘화가 개시되면, 본 실시 형태에 의한 패턴 묘화 장치에서는, 도 8에 나타낸 묘화 제어부(200C)에 의해서, 패턴 형성 영역(APF)의 Y방향의 양측 각각에 배치된 마크(MK1, MK4)의 얼라이먼트 현미경(AM1, AM4) 각각에 의한 위치 검출 결과와, 엔코더 헤드(EH1)에 의한 계측값에 근거하여, 기판(P)의 2차원적인 위치 오차(겹침 오차)가, 묘화 라인(SL1~SL6)에서의 패턴 묘화의 직전에 순차 추정 연산된다. 여기서, 기판(P)이 패턴 형성 영역(APF)을 포함하는 범위에서 X방향(부주사 방향, 장척 방향)으로만 부분적으로 미소 신축하여 겹침 정밀도를 악화시킬 수 있는 경우에, AOM에 의한 X시프터 기구를 사용하여 겹침 오차를 저감하는 동작을, 도 14의 차트(그래프)도(圖)를 참조하여 설명한다.
본 실시 형태에서는, 기판(P)은 장척 방향으로 일정한 텐션(장력)이 주어진 상태에서 회전 드럼(DR)의 외주면에 밀착하여 지지되는데, 그 장력의 크기(N/m)나 장력 변동에 의해서, 기판(P)은 많든 적든 신축을 동반하여 회전 드럼(DR)에 의해 지지된다. 게다가, 기초 패턴층을 형성할 때의 열처리나 습식 처리에 의해서도, 기판(P)에 부분적인 신축이 발생하는 경우가 있다. 도 14에서는, 회전 드럼(DR)에 의해 지지되는 기판(P)에 X방향으로 ±수μm 정도의 신축이 발생하고 있는 것으로 한다. 도 14의 가로축은, 엔코더 헤드(EH1)에서 계측되는 스케일 부재(ESD)의 눈금의 이동 위치인 엔코더 계측 위치(즉, 기판(P)의 이동 위치)와, X방향으로 소정 피치로 형성된 복수의 마크(MK1(MK1a~MK1j))의 각 위치와의 관계를 나타낸다. 도 14의 세로축은, 엔코더 계측 위치를 기준으로 하여 계측되는 X방향의 겹침 오차량(ΔXer(μm))과, AOM에 의한 X시프터 기구에 의한 스폿광(SP)을 겹침 오차량(ΔXer)에 따라 X방향(부주사 방향)으로 시프트 보정하기 위한 구동 신호(DFn)의 주파수 보정량(±Δfc)을 나타낸다. 또, 엔코더 계측 위치의 위치(PXa, PXb, …, PXj) 각각은, 마크(MK1)의 X방향의 설계상의 간격(피치)에 대응한 위치를 나타내고, 위치(PXa)는, 패턴 형성 영역(APF)의 묘화 개시측의 단부에 형성된 마크(MK1a)(선두의 마크)의 얼라이먼트 현미경(AM1)에 의한 검출 위치와 합치시키는 것으로 한다. 따라서, 기판(P)의 X방향의 신축을 무시할 수 있을 정도로 작으면, 마크(MK1a)로부터 X방향으로 늘어서는 마크(MK1b, MK1c, …, MK1j) 각각은, 엔코더 계측 위치(PXb, PXc, …, PXj) 각각에 정확하게 위치지어진다.
그렇지만, 기판(P)의 X방향의 신축에 의해, 도 14와 같이, 엔코더 계측 위치(PXb, PXc, …, PXj) 각각에 대해서, 마크(MK1b, MK1c, …, MK1j) 각각은, 부분적으로 X방향으로 미소하게 어긋나 위치한다. 그 위치 어긋남이 X방향에 관한 겹침 오차량(ΔXer)의 특성(FPX)으로서, 얼라이먼트 현미경(AM1)에 의한 각 마크(MK1a~MK1j)의 검출 위치와, 엔코더 헤드(EH1)에 의해 계측되는 기판(P)의 이동 위치(엔코더 계측 위치)에 근거하여 순차 계측된다. 도 14에서, 선두(1번째)의 마크(MK1a)로부터 7번째에 위치하는 마크(MK1g)는, 엔코더 계측 위치(PXg)와 거의 일치하여 위치하지만, 선두의 마크(MK1a)로부터 4번째의 마크(MK1d)까지는, 대응하는 엔코더 계측 위치(PXb, PXc, PXd) 각각에 대한 마크(MK1b, MK1c, MK1d)의 각 위치 어긋남이 -X방향으로 발생하고, 그 위치 어긋남량이 점차 증대되는 경향이 발생되어 있다. 그리고, 4번째의 마크(MK1d)로부터 7번째의 마크(MK1g)까지는, 대응하는 엔코더 계측 위치(PXd, PXe, PXf) 각각에 대한 마크(MK1d, MK1e, MK1f)의 각 위치 어긋남량이 점차 감소하는 경향이 발생되어 있다. 게다가, 8번째의 마크(MK1h)로부터 10번째의 마크(MK1j)까지는, 대응하는 엔코더 계측 위치(PXh, PXi, PXj) 각각에 대한 마크(MK1h, MK1i, MK1j)의 각 위치 어긋남이 ＋X방향으로 발생하고, 그 위치 어긋남량이 점차 증대되는 경향이 발생되어 있다.
이상과 같은 경향을 나타낸 경우, 기판(P)은, 선두의 마크(MK1a)의 위치(패턴 형성 영역(APF)의 묘화 선두 위치의 근방)로부터 마크(MK1d)의 위치까지 사이에서의 X방향으로 미소한 비율로 줄어들게 되고, 마크(MK1d)의 위치로부터 마크(MK1j)의 위치까지의 사이에서 X방향으로 미소한 비율로 신장되게 된다. 이 경우, 선두의 마크(MK1a)의 검출 위치, 즉 엔코더 계측 위치(PXa)를 스타트 기준으로 하여, 엔코더 계측 위치에만 근거하여 겹침 패턴의 묘화(세컨드 노광)를 행하면, 기판(P) 상의 기초 패턴층에 대해서, 겹침 노광되는 패턴은, 특성(FPX)에서 나타내는 바와 같이 위치(PXg)(마크(MK1g))까지는 ＋X방향으로 위치 어긋난 상태가 되고, 위치(PXg) 이후는 -X방향으로 위치 어긋난 상태가 된다. 그 위치 어긋남량이 겹침 오차량(ΔXer)이며, 도 14의 예에서는, 위치(PXa~PXj) 사이에서 ±4μm 정도의 폭으로 겹침 오차량(ΔXer)이 발생해 버린다.
그래서 본 실시 형태에서는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 X방향의 위치, 혹은 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 X방향의 위치에, 패턴 형성 영역(APF)의 X방향의 단부(묘화 개시단)가 도달하기까지, 선두의 마크(MK1a)(및 마크(MK1a)에 대응하여 기판(P)의 폭방향의 반대측에 형성된 마크(MK4)a)로부터 세어, 2번째 ~ 3번째의 마크(MK1b(MK4b)~MK1c(MK4c)), 바람직하게는 그것 이상 번째의 마크(MK1(MK4))를 얼라이먼트 현미경(AM1(AM4))에 의해 순차 검출하고, 각 마크(MK1(MK4))의 X방향의 배열 오차(피치 오차)에 근거하여 특성(FPX)을 추정한다. 즉, 도 8에 나타낸 묘화 제어 장치(200) 내의 묘화 제어부(200C)는, 기판(P) 상의 패턴 형성 영역(APF)의 묘화 개시단(開始端)이, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 위치, 혹은 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 위치에 이르기 전에, X방향으로 늘어서는 복수의 마크(MK1(MK4))의 위치를 순차적으로 미리 읽어 계측하고, 그 계측 결과에 근거하여 특성(FPX)의 부분적인 경향을 순차, 추정 연산한다. 예를 들면, 홀수번의 묘화 라인(SLn), 혹은 짝수번의 묘화 라인(SLn) 각각에 의한 패턴 묘화가 개시되기 전에, 선두의 마크(MK1a(MK4a))로부터 4번째의 마크(MK1d(MK4d))까지의 4개의 마크(MK1(MK4))가 미리 읽어 계측 가능한 경우, 묘화 제어부(200C)는, 기판(P)의 X방향의 이동에 따라서, 순차, n번째로부터 (n＋3)번째의 4개의 마크(MK1(MK4))의 각 계측 위치에 근거하여, 그 4개의 마크(MK1(MK4))가 존재하는 기판(P)의 X방향의 구간에 관한 특성(FPX)을 순차 추정 연산한다.
특성(FPX)이, 예를 들면, 선두의 1번째의 마크(MK1a)(위치(PXa))로부터 4번째의 마크(MK1d)(위치(PXd)) 사이의 구간에 대해서 추정 연산된 직후에, 패턴 형성 영역(APF)의 묘화 개시단이 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)에 이른다. 그 때, 선두의 마크(MK1a)로부터 2번째의 마크(MK1b)까지의 구간에서의 겹침 오차량(ΔXer)의 변화 경향(변화량)은, 특성(FPX)으로서 이미 특정되어 있으므로, 도 8에 나타낸 묘화 제어 장치(200) 내의 선택용 소자 제어부(200A)(상세하게는 도 9의 제어 회로부(250))는, 마크(MK1a~MK1b)의 구간에서의 겹침 오차량(ΔXer)의 변화에 대응한 보정 정보(ΔFCn)를, 앞의 도 10에서 설명한 특성(Ka 또는 Kb)에 근거하여 생성하고, 주파수 변조 회로(251)에 인가한다. 이 경우, 보정 정보(ΔFCn)는, 엔코더 계측 위치가 위치(PXa~PXb)로 변화하여 가는 것에 동기하여, 기준 발진기(260)로부터의 기준 신호(RFo)의 주파수 변조도(주파수 보정량(Δfc))를, 겹침 오차량(ΔXer)의 변화가 상쇄되는 연속적인 함수, 또는 이산적인 함수(스텝 함수)로서 생성된다. 도 14에 나타낸 특성(FFC)은, 생성되는 보정 정보(ΔFCn)의 일 예를 나타내고, 여기에서는, 엔코더 계측에 의해 특정되는 위치(PXa~PXj) 각각 사이에서의 주파수 보정량(Δfc)을 직선 근사하는 것으로 한다.
이상과 같은 제어에 의해, 기판(P) 상의 패턴 형성 영역(APF)에 대한 패턴 묘화(겹침 노광)할 때에, 묘화 유닛(Un) 각각으로부터 투사되는 스폿광(SP)의 부주사 방향에 관한 위치가, 기판(P)의 부주사 방향(X방향)의 이동에 동기하여, 미리 읽어진 마크(MK1(MK4))의 X방향의 검출 위치에 근거하여 사전에 추정 연산된 겹침 오차량(ΔXer)을 억제(또는 상쇄)하도록 X방향으로 순차 미소 시프트된다. 그 때문에, 패턴 형성 영역(APF)에 이미 형성되어 있는 기초 패턴층에 새로운 패턴(세컨드 패턴)을 겹침 노광할 때의 겹침 정밀도는, 기판(P)이 전체적으로 신축하거나, 부분적으로 신축하거나 하고 있어도, 비약적으로 향상된다. 이러한 고정밀화에 의해서, 박막 트랜지스터 등의 미크론 오더의 미세한 전자 디바이스를, 변형되기 쉬운 플렉시블한 기판(P) 상에 직접 형성하는 것이 가능해진다.
게다가 본 실시 형태에서는, 도 14의 특성(FFC)과 같이, 선택용 광학 소자(OSn)의 구동 신호(DFn)의 주파수를 변조시켰을 때에 생길 수 있는 선택용 광학 소자(OSn)의 효율 변화에 기인한 묘화용의 빔(LBn)의 강도 변화를 보정하는 보정 정보(ΔACn)를, 도 9의 제어 회로부(250)에서 생성하여, 최종적으로 기판(P) 상에 투사되는 스폿광(SP)의 강도가, 6개의 묘화 유닛(Un) 사이에서 허용 범위 내에 모이도록 제어된다. 구체적으로는, 도 14와 같이 하여 구하여지는 특성(FFC)에 근거하여 설정되는 주파수 변조도(주파수 보정량(Δfc))에 따른 묘화용의 빔(LBn)의 강도비(감쇠율)를, 도 10에 나타낸 특성(Ka 또는 Kb)으로부터 구하고, 그 감쇠량(효율의 저하분)을 보충하기 위해 필요한 구동 신호(DFn)의 진폭(RF전력)의 보정량을, 앞의 도 11에 예시한 회절 효율(β)의 특성으로부터 구한다. 이러한 처리는, 도 9의 제어 회로부(250)에 의해서 실행되고, 구하여진 구동 신호(DFn)의 진폭(RF전력)의 보정량이 보정 정보(ΔACn)로서 생성된다. 보정 정보(ΔACn)는, AOM에 의한 X시프터 기구를 작동시키기 위한 보정 정보(ΔFCn)(도 14의 주파수 보정량의 특성)와 마찬가지로, 진폭(RF전력)을 연속적, 또는 스텝 모양으로 바꾸는 함수에 의해 생성되고, 보정 정보(ΔFCn)와 동일한 타이밍으로, 도 9의 진폭 조정 회로(252)에 인가된다.
이상, 본 실시 형태에 의하면, AOM(선택용 광학 소자(OSn))에 의한 X시프터 기구를 이용하는 것에 의해, 기판(P)의 신축 등에 의해서 생기는 겹침 오차가 비약적으로 저감되어, 겹침 정밀도를 높일 수 있다. 게다가, 주주사 방향(Y방향)으로 인접하는 묘화 유닛(Un) 각각에 의해 묘화된 패턴끼리의 이음 정밀도(특히 X방향의 이음 정밀도)는, 종래의 일본특허공개 제2008-200964호 공보와 같이 복수의 폴리곤 미러 사이에서의 반사면의 조합(회전 방향의 각도 위상)을 조정하는 등의 시간이 걸리는 방법을 이용하지 않아도 향상시킬 수 있다. 2개의 묘화 유닛(Un) 사이에서 정상적인 이음 오차(폴리곤 미러(PM)의 반사면마다)가 생기는 경우, 2개의 묘화 유닛(Un) 중 적어도 일방의 AOM(선택용 광학 소자(OSn))에 의한 X시프터 기구에, 그 이음 오차량에 따른 오프셋값을 보정 정보(ΔFCn)에 더하는 것만으로, 용이하게 이음 정밀도를 향상시킬 수 있다. 아울러, X시프터 기구를 작동시켰을 때에 생길 수 있는 묘화용의 빔(LBn)의 강도 변화(노광량 오차)도 동시에 보정할 수 있다. 그 때문에, 묘화 유닛(Un) 각각에서 묘화되는 최소 선폭의 패턴의 치수 불균형을 작게 할 수 있다.
여기서 도 15, 도 16을 이용하여, AOM(선택용 광학 소자(OSn))에 의한 X시프터 기구를 동작시켰을 때의 묘화용의 빔(LBn)(스폿광(SP))의 시프트의 모습을 설명한다. 도 15는 도 3에 나타낸 선택용 광학 소자(OS1(OSn)) 뒤의 선택 미러(분기(分岐) 반사경)(IM1)에서의 빔 선택과 빔 시프트의 모습을 설명하는 도면, 도 16은 도 2에 나타낸 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)으로부터 기판(P)까지의 빔의 거동을 설명하는 도면이다.
도 3에서 설명한 바와 같이, 선택 미러(IM1(IMn))는, 릴레이 광학계(렌즈(Ga, Gb)) 사이의 면(Ps)(동면(瞳面))의 근방에 배치된다. 선택용 광학 소자(OS1)의 편향 위치와 면(Ps)은, 릴레이 광학계의 렌즈(Ga)에 의해서 눈동자 위치와 상면(像面)의 관계로 되어 있다. 그 때문에, 렌즈(Ga)로부터 선택 미러(IM1)의 반사면(XY면에 대해서 45°)을 향하는 묘화용의 빔(LB1)의 중심축(주광선)은, 선택용 광학 소자(OS1)의 구동 신호(DF1)가 규정 주파수(fcc)(도 14)일 때에, 렌즈(Ga)(릴레이 광학계)의 광축(AXa)과 동축으로 진행되는 0차의 빔(LB1z)의 주광선과 평행으로, 광축(AXa)으로부터 -Z방향으로 ΔSF0만큼 시프트되어 있다. 그 경우, 선택 미러(IM1)의 반사면에서 -Z방향으로 반사된 빔(LB1)은, 렌즈(Gc)의 광축(AX1)과 동축으로 진행되고, 렌즈(Gc)에 의해서 발산 광속으로부터 평행 광속으로 변환되어, 도 2에 나타낸 묘화 유닛(U1(Un))의 미러(M20)를 향한다. 그 상태로부터, 선택용 광학 소자(OS1)의 구동 신호(DF1)의 주파수를 규정 주파수(fcc)로부터 ＋Δfc만큼 높게 하면, 선택용 광학 소자(OS1)로부터 사출되는 빔(LB1)의 회절각(＋Δθd)(도 4 참조)이 규정 각도로부터 증가하고, 선택 미러(IM1)에 이르는 빔(LB1)은, 광축(AXa)으로부터 -Z방향으로 ΔSF1만큼 평행 시프트된 중심축(AX1')을 따라서 진행되는 빔(LB1')이 된다. 이와 같이, 구동 신호(DF1)의 주파수의 변화량(Δfc)에 따라서, 선택 미러(IM1)를 향하는 빔(LB1')의 중심축(AX1')은, 규정 위치(광축(AX1)의 위치)로부터 변위량(ΔSF1-ΔSF0)만큼 Z방향으로 횡시프트(평행 이동)한다.
선택 미러(IM1)의 반사면에서 -Z방향으로 반사되어 렌즈(Gc)를 향하는 빔(LB1')의 중심축(AX1')은, 렌즈(Gc)의 광축(AX1)과 평행이며, 선택 미러(IM1)의 반사면(면(Ps))이 렌즈(Gc)의 전측 초점 위치의 근방에 설정되어 있으므로, 렌즈(Gc)로부터 사출된 빔(LB1')은, 광축(AX1)에 대해서 XZ면 내에서 약간 경사진 평행 광속으로 변환된다. 본 실시 형태에서는, 면(Ps)이 묘화 유닛(U1(Un))을 사이에 두고 최종적으로 기판(P)의 표면과 공역으로 설정되어 있으므로, 기판(P) 상에 집광되는 스폿광(SP)도, 변위량(ΔSF1-ΔSF0)에 비례한 미소량만큼 규정 위치(초기 위치)로부터 부주사 방향(X방향)으로 시프트된다.
도 16은, 묘화 유닛(U1(Un)) 내의 회전축(AXp) 둘레로 회전하는 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면(RP)으로부터 기판(P)까지의 광로를 전개하여 Y방향(주주사 방향)으로부터 본 도면이며, 알기 쉽게 하기 위해, 반사면(RP)의 회전축(AXp) 방향의 치수나 빔(LB1)의 시프트의 모습을 과장하여 나타낸다. 선택용 광학 소자(OS1)에 의해서 규정의 회절각으로 편향된 빔(LB1)은, XY면과 평행한 면 내에서 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 입사되어 반사된다. 반사면(RP)에 입사되는 빔(LB1)은, XZ면 내에서는 도 2에 나타낸 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)와 렌즈계(Gu3)의 합성 광학계에 의해 반사면(RP) 상에서 Z방향으로 수렴된다. 반사면(RP)에서 반사된 빔(LB1)은, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)을 포함하는 XY면과 평행한 면 내에서, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도에 따라 고속으로 편향되고, fθ 렌즈계(FT)와 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)를 거쳐, 기판(P) 상에 스폿광(SP)으로서 집광된다. 스폿광(SP)은 도 16에서는 지면과 수직인 방향으로 1차원 주사된다.
한편, 도 15와 같이, 선택 미러(IM1)의 반사면에 의해 빔(LB1)에 대해서 변위량(ΔSF1-ΔSF0)만큼 횡시프트된 빔(LB1')은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 상의 빔(LB1)의 조사 위치에 대해서 약간 Z방향(부주사 방향)으로 어긋난 위치에 입사한다. 그것에 의해서, 반사면(RP)에서 반사된 빔(LB1')의 광로는, XZ면 내에서는 빔(LB1)의 광로와 약간 어긋난 상태에서, fθ 렌즈계(FT)와 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)를 통과하여, 기판(P) 상에 스폿광(SP')으로서 집광된다. 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)은, 광학적으로는 fθ 렌즈계(FT)의 동면에 배치되지만, 2개의 실린드리칼 렌즈(CYa, CYb)에 의한 면 틸트 보정의 작용에 의해서, 도 16의 XZ면 내에서는, 반사면(RP)과 기판(P)의 표면과는 공역 관계로 되어 있다. 따라서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 상에 조사되는 빔(LB1)이 빔(LB1')과 같이 Z방향으로 약간 시프트되면, 기판(P) 상의 스폿광(SP)도 스폿광(SP')과 같이 부주사 방향으로 ΔSFp만큼 시프트된다. 또, 도 15에서 설명한 바와 같이, 선택 미러(IM1)의 반사면에서 반사한 직후의 빔(LB1) 및 횡시프트된 빔(LB1')의 각 중심 광선(주광선)은, 모두 렌즈(Gc)의 광축(AX1)과 평행한 관계(텔레센트릭한 상태)로 되어 있다. 그 때문에, 도 16에 나타낸 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 상에 입사하는 빔(LB1)의 중심 광선과 횡시프트된 빔(LB1')의 중심 광선은, XZ면 내(부주사 방향)에서는, 모두 fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)과 평행한 관계(텔레센트릭한 상태)가 된다. 게다가 부주사 방향에 관해서는, 반사면(RP)과 기판(P)의 표면이 공역 관계로 되어 있으므로, 실린드리칼 렌즈(CYb)로부터 기판(P)의 표면을 향하는 빔(LB1)의 중심 광선과 횡시프트된 빔(LB1')의 중심 광선은, XZ면 내(부주사 방향)에서는, 모두 fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)과 평행한 관계(텔레센트릭한 상태)가 된다.
이상과 같이, 선택용 광학 소자(OS1)의 구동 신호(DF1)의 주파수를 규정 주파수(fcc)로부터 ±Δfc만큼 변화시키는 것에 의해, 스폿광(SP)을 부주사 방향으로 ±ΔSFp만큼 시프트시킬 수 있다. 그 시프트량(｜SFp｜)은, 선택용 광학 소자(OS1) 본래의 편향각(회절각(Δθd))의 최대 범위, 선택 미러(IM1)의 반사면의 크기, 묘화 유닛(U1) 내의 폴리곤 미러(PM)까지의 광학계(릴레이계)의 배율, 폴리곤 미러(PM)의 반사면의 Z방향(부주사 방향)의 치수, 폴리곤 미러(PM)로부터 기판(P)까지의 배율(fθ 렌즈계(FT)의 배율) 등에 의한 제한을 받지만, 스폿광(SP)의 기판(P) 상의 실효적인 사이즈(지름)의 수 배 정도(혹은 묘화 데이터 상에서 정의되는 화소 치수(Pxy)의 수 배 정도)의 범위로 설정된다. 또, 이상에서는 선택용 광학 소자(OS1) 및 묘화 유닛(U1)에 관해서 설명했지만, 다른 선택용 광학 소자(OS2~OS6), 및 묘화 유닛(U2~U6)에 관해서도, 도 15, 도 16과 동일하게 구성된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))를, 스위치 신호(LPn(LP1~LP6))에 응답한 빔의 스위칭 기능과, 보정 정보(ΔFCn(ΔFC1~ΔFC6))에 응답한 스폿광(SP)의 시프트 기능을 위해 겸용할 수 있으므로, 각 묘화 유닛(Un(U1~U6))에 빔을 공급하는 빔 송광계(送光系)의 구성이 간단하게 된다. 게다가, 묘화 유닛(Un)마다 빔 선택용과 스폿광(SP)의 시프트용의 음향 광학 변조 소자(AOM나 AOD)를 따로 따로 마련하는 경우에 비해, 발열원을 줄일 수 있어, 패턴 묘화 장치(노광 장치)(EX)의 온도 안정성을 높일 수 있다. 특히, 음향 광학 변조 소자를 구동하는 드라이브 회로는, 구동 신호(DFn)가 80~200MHz 정도의 고주파이기 때문에, 신호 케이블을 짧게 할 필요성으로부터, 음향 광학 변조 소자의 근처에 배치된다. 그렇지만 드라이브 회로는 큰 발열원이 된다. 드라이브 회로를 냉각하는 기구를 마련해도, 그 수가 많으면 장치 내의 온도가 단시간에 상승하기 쉬워져, 광학계(렌즈나 미러)의 온도 변화에 의한 변동으로, 묘화 정밀도가 저하될 가능성이 있다. 그 때문에, 열원이 되는 드라이브 회로, 및 음향 광학 변조 소자는 적은 편이 바람직하다. 또, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각이, 온도 변화의 영향을 받아, 1차 회절광으로서 편향되는 빔(LBn)의 회절각을 변동시키는 경우, 본 실시 형태에서는, 도 9에 나타낸 보정 정보(ΔFCn(ΔFC1~ΔFC6))의 값을, 온도 센서에 의해 계측한 온도 변화에 근거하여 조정하는 피드백 제어계를 마련하는 것에 의해, 회절각의 변동에 의한 영향을 용이하게 상쇄할 수도 있다.
본 실시 형태의 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 빔 시프트 기능은, 복수의 묘화 유닛(Un) 각각으로부터의 빔(LBn)의 스폿광(SPn)에 의한 묘화 라인(SLn)의 위치를, 고속으로 부주사 방향으로 미세 조정할 수 있다. 그 때문에, 인접하는 묘화 유닛(Un)(유닛 프레임) 각각을, 도 2에 나타낸 축선(Le) 둘레로 미소 회전시켜 각 묘화 라인(SLn)의 경사를 조정한 후, 묘화 라인(SLn)을 부주사 방향으로 시프트시키는 것에 의해서, 겹침 정밀도를 높임과 아울러, 각 묘화 라인(SLn)의 단부에서의 패턴 묘화시의 이음 정밀도를 높이는 것도 가능해진다.
[제2 실시 형태］
AOM(선택용 광학 소자(OSn))에 의한 X시프터 기구에 의해서, 묘화 유닛(Un) 각각으로부터 투사되는 빔(LBn)의 스폿광(SP)에 의한 주사 궤적(묘화 라인(SLn))을 X방향(부주사 방향)으로 시프트시키는 보정 기구는, 기판(P)의 X방향의 신축량이 비교적으로 작은 범위(예를 들면, ±수μm 이내)의 경우에는 양호하게 기능한다. 그렇지만, 기판(P)의 부분적인 신축(로컬인 신축)이 그것 이상이 된 경우에는, 선택용 광학 소자(OSn)에 인가되는 구동 신호(DFn)의 주파수가 규정 주파수(fcc)로부터 크게 어긋나게 되며, 도 10의 특성(Ka, Kb)과 같이 강도비(회절 효율(β))가 급격하게 저하된다. 그래서, 기판(P)의 X방향의 이동에 따라서, 패턴 형성 영역(APF)에 부수한 마크(MK1(MK4))의 각 위치를 순차 계측하여 기판(P)의 X방향의 구간에 관한 특성(FPX)을 순차 추정 연산해 가는 과정에서, 묘화 직전까지 계측된 특성(FPX)(X방향의 겹침 오차량)의 결과가, AOM(선택용 광학 소자(OSn))에 의한 X시프터 기구에 의한 시프트 보정 가능한 범위를 넘을수록 크게 변화되는 경향을 나타낸 경우, 혹은, 이미 노광 처리된 선행의 패턴 형성 영역(APF)에서의 특성(FPX)으로부터 신축이 큰 것이 판명되어 있는 경우, 도 8의 묘화 제어 장치(200)는, 도 2 또는 도 8에 나타낸 기계 광학적인 X시프터 기구로서의 평행 평판(HVP)에 의한 시프트 기능을 단독 사용, 또는 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구와 병용하도록 제어를 전환한다.
평행 평판(HVP)에 의한 시프트 기능을 단독으로 사용하는 경우에는, 패턴 형성 영역(APF)에 부수한 마크(MK1~MK4)의 각 위치를 순차 계측하여, 도 14와 마찬가지로 특성(FPX)을 순차 추정 연산하면서, 엔코더 계측 위치(기판(P)의 X방향의 이동 위치)에 따라 평행 평판(HVP)의 경사량을, 특성(FPX)이 보정되도록 연속적 또는 단계적으로 변화시키면 좋다. 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구의 응답성(추종성)은, 평행 평판(HVP)을 경사시키는 구동계의 서보 제어의 응답 특성에 의존한다. 따라서, 기계 광학적인 X시프터 기구의 응답성에 의해서, 추종 가능한 특성(FPX) 중의 변화율(그래프 상의 기울기)의 최대값(한계값)이 정해져 온다. 추정 연산에 의해서 순차 구하여지는 특성(FPX) 중의 변화율이, 상정되는 한계값을 넘는 급준한 변화를 나타낸 경우, 또한 기계 광학적인 X시프터 기구는 다 추종할 수 없게 된다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 기계 광학적인 X시프터 기구와 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구를 병용한다.
도 17a, 도 17b는, 도 2에 나타낸 묘화 유닛(Un) 내의 빔 익스팬더계의 렌즈계(Gu1)로부터 개구 조리개(NPA)까지의 광로를 전개한 상태를 나타내고, 평행 평판(HVP)의 경사에 의해서 묘화 라인(SLn)이 시프트되는 모습을 설명하는 것이다. 도 17a는, 평행 평판(HVP)의 서로 평행한 입사면과 사출면이 빔(LBn)의 중심선(주광선)에 대해서 90도로 되어 있는 상태, 즉 평행 평판(HVP)이 XZ면 내에서 경사져 있지 않은 상태를 나타내는 도면이다. 도 17b는, 평행 평판(HVP)의 서로 평행한 입사면과 사출면이 빔(LBn)의 중심선(주광선)에 대해서 90도로부터 경사져 있는 상태, 즉 평행 평판(HVP)이 YZ면에 대해서 각도(η)만큼 경사져 있는 상태를 나타내는 도면이다.
게다가, 도 17a, 도 17b에서는, 평행 평판(HVP)이 경사져 있지 않은 상태(각도 η=0도)일 때, 렌즈계(Gu1, Gu2)의 광축(AXe)은 개구 조리개(NPA)의 원형 개구의 중심을 통과하도록 설정되고, 빔 익스팬더계에 입사하는 빔(LBn)의 중심 광선은 광축(AXe)과 동축이 되도록 조정되어 있는 것으로 한다. 또, 렌즈계(Gu2)의 후측 초점의 위치는 개구 조리개(NPA)의 원형 개구의 위치에 일치하도록 배치된다. 개구 조리개(NPA)의 위치는, 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)와 렌즈계(Gu3)의 합성 광학계에 의해서, 부주사 방향에 관해서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 위치(혹은 fθ 렌즈계(FT)의 전측 초점의 위치)로부터 보면, 거의 눈동자의 위치가 되도록 설정되어 있다. 한편으로, 주주사 방향에 관해서는, 개구 조리개(NPA)는, fθ 렌즈계(FT)의 전측 초점의 위치인 입사 눈동자의 위치와 광학적으로 공역이 되도록 배치되어 있다. 그 때문에, 평행 평판(HVP)을 각도(η)만큼 기울인 경우, 평행 평판(HVP)을 투과하여 렌즈계(Gu2)에 입사되는 빔(LBn)(여기에서는 발산 광속)의 중심 광선은, 광축(AXe)에 대해서 -Z방향으로 미소하게 평행 이동하고, 렌즈계(Gu2)로부터 사출되는 빔(LBn)은 평행 광속으로 변환됨과 아울러, 빔(LBn)의 중심 광선은 광축(AXe)에 대해서 약간 경사진다.
렌즈계(Gu2)의 후측 초점의 위치는 개구 조리개(NPA)의 원형 개구의 위치에 일치하도록 배치되어 있으므로, 렌즈계(Gu2)로부터 경사져 사출되는 빔(LBn)(평행 광속)은, 개구 조리개(NPA) 상에서 Z방향으로 어긋나지 않고, 원형 개구에 계속 투사된다. 따라서, 개구 조리개(NPA)의 원형 개구를 통과한 빔(LBn)은, 강도 분포 상의 1/e2의 저변의 강도를 정확히 컷한 상태에서, 광축(AXe)에 대해서 XZ면 내에서 부주사 방향으로 약간 경사진 각도로, 후단의 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)와 렌즈계(Gu3)의 합성 광학계를 향한다. 개구 조리개(NPA)는, 부주사 방향에 관해서는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)으로부터 보면 눈동자 위치에 대응하고 있다. 그 때문에, 개구 조리개(NPA)의 원형 개구를 통과한 빔(LBn)의 부주사 방향에 관한 경사각에 따라서, 폴리곤 미러(PM)에 입사되는 빔(LBn)(부주사 방향에 관해서 수렴)의 반사면(RP) 상에서의 위치는, 도 16에서 설명한 반사면(RP)에 입사되는 빔(LB1)과 횡시프트된 빔(LB1')과의 관계와 마찬가지로, 약간 Z방향(부주사 방향)으로 시프트된다. 따라서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에서 반사된 빔(LBn)은, 도 16에서 나타내는 바와 같이, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)을 포함하는 XY면과 평행한 면에 대해서 약간 Z방향(부주사 방향)으로 시프트된 상태로 fθ 렌즈계(FT)에 입사된다. 그 결과, fθ 렌즈계(FT)와 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)에 의해, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn)의 스폿광(SP)을 부주사 방향으로 약간 시프트시킬 수 있다.
평행 평판(HVP)의 경사에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구에서는, 기판(P) 상의 스폿광(SP)(묘화 라인(SLn))의 위치를 부주사 방향으로 ±수십 μm 정도(예를 들면, ±50μm)의 범위에서 시프트할 수 있어, 기판(P)의 X방향(부주사 방향)에 관한 큰 신축에 대응할 수 있다. 예를 들면, 도 13에 나타낸 패턴 형성 영역(디바이스 영역)(APF)의 부주사 방향(X방향)에 관한 설계상의 길이(길이 치수)가 420mm(A3용지의 긴 길이 방향 치수)인 경우, 각종의 프로세스의 영향이나 회전 드럼(DR)에 의해 지지되었을 때의 텐션의 영향 등에 의해, 기판(P)이 부주사 방향으로 균일하게 100ppm 정도 선형 신축하고 있었다고 하면, 묘화 노광시의 실제의 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수는 420mm에 대해서 42μm만큼 신축되어 있게 된다. 이와 같이, 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수의 범위에 걸쳐서 기판(P)이 선형 신축되어 있는 경우에는, 평행 평판(HVP)의 경사에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구를 단독으로 사용한 것만으로도, 겹침 정밀도나 이음 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 18은, 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수의 범위에 걸쳐 기판(P)이 선형 신축되어 있었던 경우의 기계 광학적인 X시프터 기구에 의한 묘화 위치의 부주사 방향으로의 보정 동작을 설명하는 그래프이다. 도 18에서, 가로축은 엔코더 시스템에 의해서 계측되는 기판(P)의 부주사 위치를 나타낸다. 도 18의 하측의 그래프는, 부주사 위치에서의 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수의 범위와, 기판(P)의 신축 오차량(ΔXer(μm))의 변화를 나타내고, 도 18의 상측의 그래프는 패턴 형성 영역(APF)의 묘화 개시 위치로부터 묘화 종료 위치까지 사이의 평행 평판(HVP)의 경사각(η)의 변화 특성(A 또는 B)을 나타낸다. 또, 도 18에서는, 도 14에서 나타낸 마크 위치(MK1a~MK1j)는 생략하지만, 설계상의 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수가 기판(P)의 선형 신장에 의해서 약 42μm만큼 신장되어 있는(길게 되어 있는) 것으로 한다. 실제로, 기판(P)이 수지제의 시트인 경우, 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수의 범위에 걸치는 선형 신축의 오차(실신축 오차)는 미크론 오더로는 깔끔한 선형이 아니라, 선형으로부터의 다소의 편차를 가진다. 그래서, 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수의 범위의 실신축 오차 특성을 미리 파악하여, 그 선형 근사 특성을 도 18의 하측의 그래프와 같이 구하고, 선형 근사 특성에 대한 실신축 오차 특성의 편차가 허용 범위(예를 들면 필요하게 되는 겹침 정밀도나 이음 정밀도) 이하인 경우에는, 도 18의 상측의 그래프의 변화 특성(A)으로 나타내는 바와 같이, 묘화 개시 위치에서 경사각(η)이 제로(중립 위치)로 설정되는 평행 평판(HVP)을, 패턴 형성 영역(APF)의 부주사 방향의 묘화 위치의 변화에 비례하여 선형으로 경사각(η)을 변화시키고, 패턴 형성 영역(APF)의 묘화 종료 위치에서 경사각(ηa)이 되도록 제어한다.
평행 평판(HVP)의 경사각(η)이 제로로부터 ηa까지의 변화폭(Δηf)에 의해서, 묘화 유닛(Un) 각각의 묘화 라인(SLn)은, 묘화 개시 위치로부터 묘화 종료 위치까지의 묘화 동작 중에, 기판(P)의 반송 방향(도 13 중의 ＋X방향)과 반대 방향(도 13 중의 -X방향)으로 신축 오차량(ΔXer)(약 42μm)분만큼 서서히 시프트되게 된다. 또, 선형 신축 오차에만 대응하는 경우에는, 묘화 개시 위치로부터 묘화 종료 위치까지의 평행 평판(HVP)의 경사각(η)의 변화폭(Δηf)이 확보되어 있으면 되며, 변화 특성(B)과 같이 묘화 개시 위치에서의 평행 평판(HVP)의 경사각(η)의 초기값은 임의로 설정할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)의 스트로크 범위에서, 묘화 라인(SLn)을 ±50μm(폭으로 100μm) 정도만큼 부주사 방향으로 시프트할 수 있으므로, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 부방향으로부터 정방향, 또는 정방향으로부터 부방향으로 최대의 스트로크로 변화시키는 것에 의해, 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수(420mm)에 대해서, 최대 100μm의 신장 오차 또는 수축 오차에 대응할 수 있다. 이것은, 기판(P)의 약 238ppm까지의 신축 오차에 대응할 수 있는 것을 의미한다.
패턴 형성 영역(APF)에 대해서 패턴을 묘화 노광하는 동안, 회전 드럼(DR)은 일정한 각속도로 회전되므로, 기판(P)은 일정한 기존의 속도로 부주사 방향으로 반송된다. 따라서, 기판(P)의 기지(旣知)의 반송 속도와 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수(420mm)에 의해, 도 18 중의 묘화 개시 위치로부터 묘화 종료 위치까지의 소요 시간(초수(秒數))도 판명되어 있다. 그 때문에, 평행 평판(HVP)의 변화 특성(A 또는 B)을 따른 경사각(η)의 구동을 시간 기준으로 제어할 수도 있다. 평행 평판(HVP)의 경사각을 변화시키기 위한 구동 제어부(216)(도 8)의 구동원으로서 스텝모터(펄스 모터)를 이용하는 경우에는, 구동 펄스의 주파수를 바꾸는 것(구동 레이트의 변경)에 의해, 묘화 개시 위치로부터 묘화 종료 위치까지의 소요 시간(초수)에 대응한 경사각(η)의 변화폭(Δηf)을 줄 수 있다. 그 외, 구동원으로서 피에조 모터, 보이스 코일 모터, DC모터 중 어느 하나를 이용하는 경우에도, 단위시간당 구동량을 일정하게 하는 제어에 의해, 마찬가지로 묘화 개시 위치로부터 묘화 종료 위치까지의 소요 시간(초수)에 대응한 경사각(η)의 변화폭(Δηf)을 줄 수 있다.
또, 도 8에 나타낸 회전 위치 검출부(214)에서 리얼 타임으로 계측되는 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치, 즉 기판(P)의 부주사 방향으로의 이동 위치의 변화에 응답하여, 평행 평판(HVP)의 구동 제어부(216)(구동원)를 서보 제어하는 구성으로 해도 좋다. 이 경우, 회전 위치 검출부(214) 내의 카운터 회로에서 리얼 타임으로 계측되는 기판(P)의 이동 위치 정보를, 도 8의 묘화 제어 장치(200)를 거쳐 구동 제어부(216)에 보내고, 묘화 개시 위치로부터 묘화 종료 위치까지의 기판(P)의 이동 위치의 변화에 비례시켜 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 순차 변화시키면 좋다. 회전 드럼(DR)은, 도 8의 구동 제어부(210)에 의해서, 지령된 속도로 등속 회전하도록 제어되지만, 회전 드럼(DR)에 걸어 돌려지는 기판(P)에 부여되는 텐션의 변화등에 의해, 회전 속도에 약간 불균일이 생기는 경우도 있다. 회전 속도의 불균일은, 기판(P)의 부주사 방향으로의 이동 속도의 변동이 되어, 부주사 방향에 관한 묘화 위치의 변동이 된다. 그 묘화 위치의 변동은, 회전 위치 검출부(214)에서 계측되는 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치(기판(P)의 이동 위치)의 시간적인 변동으로서 포착할 수 있으므로, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 회전 위치 검출부(214)의 계측 결과에 응답하여 서보 제어하면, 회전 드럼(DR)의 회전 속도의 불균일에 의한 기판(P)의 속도 변동(이동량의 시간적인 변동)에 기인한 위치 오차를 누적시키지 않고, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 기판(P) 상의 패턴 형성 영역(APF)의 실제의 길이 치수에 맞추어 정확하게 변화시킬 수 있다.
게다가, 도 8에 나타낸 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 각도 위치를 검출하는 빔 수광계(60b)로부터의 원점 신호(SZn)에 근거하여, 평행 평판(HVP)의 구동 제어부(216)(구동원)를 서보 제어하는 구성으로 해도 괜찮다. 이 경우, 폴리곤 미러(PM)의 반사면의 수를 8, 회전 속도를 36000rpm로 하면, 폴리곤 미러(PM)는 1초동안에 600회전하므로, 묘화 유닛(Un)으로부터의 원점 신호(SZn)는 4800Hz의 펄스 모양 파형으로서 출력된다. 평행 평판(HVP)의 구동 제어부(216)는, 이러한 높은 주파수에 응답할 수 없기 때문에, 예를 들면, 원점 신호(SZn)의 주파수를 1/100~1/300로 분주(分周)한 타이밍 펄스 신호(48Hz~16Hz)를, 도 8의 묘화 제어 장치(200) 내 또는 구동 제어부(216) 내에서 생성하고, 그 타이밍 펄스 신호의 주기의 타이밍으로 평행 평판(HVP)의 구동 제어부(216)를 서보 제어하면 좋다.
［제2 실시 형태의 변형예 1］
다음으로, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구와 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구를 병용하는 예를, 도 19를 참조하여 설명한다. 도 19는, 앞의 도 14와 마찬가지로, 겹침 오차량(ΔXer)의 특성(FPX) 중, 1번째의 마크(MK1a)로부터 5번째의 마크(MK1e)까지 대응한 엔코더 계측 위치(PXa~PXe)의 범위에서, 겹침 오차량(ΔXer)이 최대로 20μm 정도 발생한 경우를 과장하여 예시하는 그래프이다. 단, 마크 위치(MK1a~MK1e)의 도시는 생략한다. 도 19의 특성(FPX)은, 도 14에서 설명한 바와 같이, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5) 각각이, 기판(P) 상의 묘화 선두 위치로부터 묘화를 개시하기 전까지, 미리 읽음에 의해서 마크 검출계로서의 얼라이먼트 현미경(AM1)에서 검출되는 마크(MK1a~MK1e)의 각 검출 위치와, 엔코더 헤드(EH1)에 의해 계측되는 기판(P)의 이동 위치(엔코더 계측 위치)에 근거하여 계측된 것이다. 이 특성(FPX)에 대해서, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구에 의한 묘화 라인(SLn)의 부주사 방향으로의 위치 보정의 보정 특성(C)을, 커브 피팅(fitting), 최소 제곱 근사 등의 연산으로부터 추정한다. 그 때, 보정 특성(C) 상의 임의의 점에서의 미분값(기울기)이, 평행 평판(HVP)의 구동 제어부(216)의 응답 한계(응답 슬루율(slew rate))를 넘지 않는 조건하에서 보정 특성(C)이 추정 연산된다.
다음으로, 실측된 겹침 오차량(ΔXer)의 특성(FPX)과, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구를 동작시켰을 때에 추정되는 보정 특성(C)과의 차분량(ΔXSb, ΔXSc, ΔXSd, ΔXSe)을, 마크(MK1a~MK1e) 각각의 위치에 대응한 엔코더 계측 위치(PXb~PXe)마다 연산한다. 또, 위치(PXa)(묘화 선두 위치에 가까운 마크(MK1a)의 위치)에서는 차분량을 영으로 한다. 차분량(ΔXSb, ΔXSc, ΔXSd, ΔXSe)은, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구에 의해서는 보정할 수 없는 잔차분(殘差分)이며, 이 차분량(ΔXSb, ΔXSc, ΔXSd, ΔXSe)은, 도 19의 상측의 그래프에 나타내는 바와 같이, 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구에 의해서 보정된다. 그 때문에, 보정 특성(C)을 추정 연산에 의해 설정할 때에는, 위치(PXb~PXe)마다 산정되는 차분량(ΔXSb, ΔXSc, ΔXSd, ΔXSe) 각각이, 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구에 의해서 묘화 라인(SLn)을 시프트 가능한 범위 내가 되도록 설정된다.
보정 특성(C)이 정해지면, 도 14에 나타낸 특성(FFC)의 설정 방법법과 마찬가지로, 도 8에 나타낸 묘화 제어 장치(200) 내의 선택용 소자 제어부(200A)(상세하게는 도 9의 제어 회로부(250))는, 위치(PXa)로부터 위치(PXb, PXc, PXd, PXe)와 기판(P)이 순차 이동해 감에 따라 생기는 차분량(ΔXSb~ΔXSe) 각각에 대응한 보정 정보(ΔFCn)(규정 주파수(fcc)로부터의 편차량(-Δfcb, -Δfcc, -Δfcd, -Δfce))을, 앞의 도 10에서 설명한 특성(Ka 또는 Kb)에 근거하여 생성하고, 그들 편차량(-Δfcb, -Δfcc, -Δfcd, -Δfce)의 엔벨로프(envelope)에 상당한 특성(FFC')을, 도 8의 주파수 변조 회로(251)에 인가한다. 이 경우, 보정 정보(ΔFCn)는, 엔코더 계측 위치가 위치(PXa~PXb)로 변화해 가는 것에 동기하여, 기준 발진기(260)로부터의 기준 신호(RFo)의 주파수 변조도(주파수 보정량(Δfc))를 특성(FFC')과 같이 변화시켜, 겹침 오차량(ΔXer)의 차분량(ΔXSb, ΔXSc, ΔXSd, ΔXSe) 각각이 상쇄되는 연속적인 함수, 또는 이산적인 함수(스텝 함수)로서 생성된다.
이상과 같이 하여, 묘화 유닛(Un) 각각에 관해서, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구와 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구를 병용하여 묘화 라인(SLn) 각각의 부주사 방향의 위치를 보정하는 것에 의해, 기판(P) 상의 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수의 방향의 비선형인 신축에 대해서도, 겹침 오차나 이음 오차의 정도를 스폿광(SP) 또는 화소 사이즈, 혹은 그것 이하의 오더로 하는 것이 가능하게 된다. 그것에 의해, 기판(P)에 선형 신축뿐만이 아니라 묘화 라인(SLn) 각각에 대응한 분할된 패턴 묘화 영역마다의 비선형 신축에 대해서도, 겹침 정밀도, 이음 정밀도를 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수에 걸쳐 양호하게 유지할 수 있다.
또, 도 19의 보정 특성(C)은, 보정 특성(C) 상의 임의의 점에서의 미분값(기울기)이 평행 평판(HVP)의 구동 제어부(216)의 응답 한계(응답 슬루율(slew rate))를 넘지 않는 조건으로서, 또한, 차분량(ΔXSb, ΔXSc, ΔXSd, ΔXSe) 각각이, 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구에 의한 묘화 라인(SLn)의 시프트 가능 범위(예를 들면 ±50μm) 내가 되는 조건하에서 추정 연산된다. 그렇지만, 미리 읽어냄에 의해서 검출되는 마크(MK1a~MK1e)의 위치 검출 결과에 근거하여 특정되는 비선형 신축이 극단적으로 커서, 그들 조건을 만족시키지 못하여 보정 특성(C)을 설정할 수 없는 경우도 있다. 그 경우에는, 미리 읽어냄에 의한 얼라이먼트 계측의 결과에 의해, 비선형 신축의 보정을 따른 패턴 묘화가 불가능하다는 취지의 경고를 발생한다. 이 경고가 발생한 경우, 패턴 형성 영역(APF)에 대한 패턴 노광의 동작을 정지할지, 또는 그대로 패턴 노광할지 중 어느 하나를 실행하고, 그 패턴 형성 영역(APF)에 대해서 노광 에러가 발생한 취지의 플래그가 남겨진다.
또, 도 18, 도 19와 같이, 1개의 패턴 형성 영역(APF)의 노광 중에, 평행 평판(HVP)에 의한 기계적인 X시프터 기구에 의한 보정을 행한 직후, 다음의 패턴 형성 영역(APF)의 노광에 대비하여, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)은 초기의 각도로 복귀된다. 그 때, 패턴 형성 영역(APF)의 묘화 종료 위치에서의 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을, 묘화 개시 위치에서의 평행 평판(HVP)의 경사각(η)(초기 각도)으로 되돌리기 위해 필요하게 되는 최대의 시간, 여기에서는 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 최대 스트로크 범위에서 변화시켰을 때에 필요로 하는 시간과 기판(P)의 반송 속도(부주사 속도)를 감안하여, 도 13에 나타낸 기판(P) 상에 배치되는 복수의 패턴 형성 영역(APF) 사이의 부주사 방향(장척 방향)의 여백부의 길이(여백 간격 길이)가 설정된다. 예를 들면, 기판(P)의 반송 속도를 10mm/초, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 최대 스트로크 범위에 걸쳐 변화시켰을 때에 필요로 하는 시간을 2초로 하면, 복수의 패턴 형성 영역(APF) 사이의 여백 간격 길이는 20mm 이상으로 설정된다.
[제3 실시 형태］
앞서 설명한 바와 같이, 도 8에 나타낸 회전 위치 검출부(214)에서 리얼 타임으로 계측되는 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치(기판(P)의 부주사 방향으로의 이동 위치)의 변화에 응답하여, 평행 평판(HVP)에 의한 기계적인 X시프터 기구의 구동 제어부(216)를 서보 제어하면, 회전 드럼(DR)의 회전 속도의 변동에 의한 기판(P)의 부주사 속도의 변동에 기인한 겹침 정밀도나 이음 정밀도의 저하를 막을 수 있다. 그래서, 도 20을 참조하여 회전 드럼(DR)의 회전 속도의 변동에 의한 영향을 설명한다. 도 20은, 도 1이나 도 8에 나타낸 회전 드럼(DR), 도 2에 나타낸 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각의 축선(Le(Le1~Le6)), 도 1에 나타낸 묘화 라인(SLn(SL1~SL6)), 및 도 13에 나타낸 얼라이먼트계(AMn(AM1~AM4)) 각각의 검출 영역(Vwn(Vw1~Vw4))의 배치를, 회전 드럼(DR)의 샤프트(Sft)의 중심축(AXo)과 수직인 면 내(XZ면 내)에서 본 도면이다. 또, 도 20에서, 얼라이먼트계(AMn(AM1~AM4)) 각각의 검출 영역(Vwn(Vw1~Vw4)) 내의 중심점을 통과하여 중심축(AXo)과 교차하는 선을 축선(LA1~LA4)으로 한다. 축선(LA1~LA4) 각각은, 얼라이먼트계(AMn)로서의 얼라이먼트 현미경(AM1~AM4) 각각의 대물렌즈의 광축에 상당한다.
홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5) 각각의 축선(Le1, Le3, Le5)은, XZ면 내에서는 중심면(pcc)에 대해서 경사 각도(-θm(deg))만큼 경사져 설정되고, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6) 각각의 축선(Le2, Le4, Le6)은, XZ면 내에서는 중심면(pcc)에 대해서 경사 각도(＋θm(deg))만큼 경사져 설정된다. 따라서, 홀수번의 축선(Le1, Le3, Le5)과 짝수번의 축선(Le2, Le4, Le6)은 중심축(AXo) 둘레로 열림 각도(2θm)로 설치된다. 게다가, 얼라이먼트계(AMn)의 축선(LA1~LA4)과 홀수번의 축선(Le1, Le3, Le5)은 열림 각도(θma(deg))로 설치되고, 얼라이먼트계(AMn)의 축선(LA1~LA4)과 짝수번의 축선(Le2, Le4, Le6)은 열림 각도(θmb(deg))로 설치된다. 따라서, 경사 각도(θm), 열림 각도(θma, θmb)는, θmb=θma＋2θm의 관계로 설치되어 있다. 또, 도 20에서, 시계 방향으로 회전하는 회전 드럼(DR)의 외주면에 밀착하여 원통면 모양으로 만곡된 기판(P)의 표면의 반경을 Rdd(mm)로 하지만, 통상은 기판(P)의 두께가 반경(Rdd)에 대해서 충분히 작으므로(예를 들면 1/100 이하), 반경(Rdd)은 실질적으로 회전 드럼(DR)의 외주면의 반경과 동일하게 간주해도 좋다.
여기서, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5) 각각의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 위치로부터, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6) 각각의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 위치까지 기판(P)이 원통면을 따라서 둘레 방향으로 이동하는 둘레 길이 거리를 L(2θm)로 하면, 원주율을 π로 하여 둘레 길이 거리(L(2θm))는, L(2θm)=2πRdd(2θm/360°)로 나타내어진다. 기판(P)이 둘레 길이 거리(L(2θm))만큼 이동하는 동안에, 회전 드럼(DR)의 회전 속도에 변동(속도 불균일)이 생기면, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)(이하, 간단히 '홀수번의 묘화 라인(SLn)'라고도 함)에 의해 기판(P) 상에 묘화된 패턴과, 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)(이하, 간단히 '짝수번의 묘화 라인(SLn)'라고도 함)에 의해 기판(P) 상에 묘화된 패턴이, 부주사 방향(기판(P)의 이동 방향)으로 위치가 어긋나게 된다. 통상, 기판(P)의 이동 속도로서 지령된 기준 속도를 Vdo(mm/초)로 하면, 둘레 길이 거리(L(2θm))만큼 이동하는데 필요로 하는 기준 시간(To(2θm))은, 기준 속도(Vdo)에 대응하여, To(2θm)= L(2θm)/Vdo가 되고, 각 묘화 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도, 및 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면마다의 스폿광의 묘화 개시 타이밍의 주기는, 그 기준 시간(To(2θm))에 맞추어 설정되어 있다.
그렇지만, 기판(P)이 둘레 길이 거리(L(2θm))만큼 이동하는 동안에, 기준 속도(Vdo)가 변동량(ΔVdw(%))만큼 변화했다고 하면, 기준 시간(To(2θm)) 동안에 이동하는 기판(P)의 둘레 길이 거리(L'(2θm))는, L'(2θm)=Vdo(1＋ΔVdw)To(2θm)가 되고, 둘레 길이 거리(L(2θm))에 대한 오차량(ΔEv(mm))은, L'(2θm)- L(2θm)으로부터, ΔEv=ΔVdw·Vdo·To(2θm)=ΔVdw· L(2θm)가 된다. 일 예로서, 회전 드럼(DR)의 반경(Rdd)을 135mm, 경사 각도(θm)를 13°로 하면, 회전 드럼(DR)의 외주면의 전체 둘레 길이는 848.229mm, 둘레 길이 거리(L(2θm))는 61.261mm가 된다. 게다가 기준 속도(Vdo)를 10mm/초로 하면, 기준 시간(To(2θm))는 6.126초가 되고, 기준 시간(To(2θm)) 동안에 생기는 기준 속도(Vdo)로부터의 변동량(ΔVdw)이 ±0.02%라고 하면, 둘레 길이 거리(L'(2θm))는 61.273mm, 또는 61.249mm가 되며, 오차량(ΔEv)은 약 ±12.25μm가 된다. 이와 같이, 기판(P)이 홀수번의 묘화 라인(SLn)으로부터 짝수번의 묘화 라인(SLn)까지의 약 61mm의 둘레 길이 거리(L(2θm))를 이동하는 동안에, 기판(P)의 이동 속도가 기준 속도(Vdo)(10mm/초)로부터 ±0.02% 변화한 것만으로, 기판(P)의 이동거리에는 ±12μm 정도의 오차량(ΔEv)이 발생한다. 따라서, 그 오차량(ΔEv)이, 홀수번의 묘화 라인(SLn) 각각에 의해 묘화되는 패턴과 짝수번의 묘화 라인(SLn) 각각에 의해 묘화되는 패턴과의 부주사 방향에 관한 이음 오차, 혹은 기초 패턴과의 겹침 오차가 된다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 도 8 또는 도 13에 나타낸 엔코더 헤드(EH1~EH3)와 회전 위치 검출부(214)에 의해서, 회전 드럼(DR)의 회전 속도의 불균일(기판(P)의 이동 속도의 변동)을 순차 계측하고, 그 계측된 속도 변동에 기인하여 생기는 오차량(ΔEv)이 저감되도록, 도 8에 나타낸 평행 평판(HVP)에 의한 기계적인 X시프터 기구의 구동 제어부(216)를 서보 제어한다. 단, 기판(P)의 이동 속도에 변동이 생겨도, 회전 위치 검출부(214) 내의 카운터 회로에서 계측되는 기판(P)의 부주사 방향의 위치 계측 결과에는 아무런 영향도 주지 않는다. 그 때문에, 회전 위치 검출부(214) 내의 카운터 회로에서 계측되는 기판(P)의 부주사 방향의 위치(회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치)의 계측값에 따라서, 평행 평판(HVP)의 구동 제어부(216)를 서보 제어하는 것에 의해, 결과적으로, 기판(P)의 이동 속도의 변동에 의한 오차량(ΔEv)의 발생도 억제한 상태에서, 기판(P) 상에 패턴 묘화가 행해지게 된다. 따라서, 엔코더 헤드(EH1~EH3)를 이용한 기판(P)의 이동 위치에 따라 구동 제어부(216)를 서보 제어하는 것에 의해, 회전 드럼(DR)의 1회전 중에 생기는 회전 속도 불균일의 변화 경향이 어떠한 것이라도, 응답 가능한 범위 내이면 평행 평판(HVP)의 경사각(η)의 변화를 추종시킬 수 있다.
또 상술의 설명에서는, 도 20에서, 기판(P)이 홀수번의 묘화 라인(SLn)으로부터 짝수번의 묘화 라인(SLn)까지의 약 61mm의 둘레 길이 거리(L(2θm))를 이동하는 동안에, 기판(P)의 이동 속도가 기준 속도(Vdo)로부터 ΔVdw만큼 변화하는 것으로 했다. 그렇지만, 기판(P)의 이동 속도의 변동은, 기판(P)이 얼라이먼트계(AMn)의 검출 영역(Vw1~Vw4)의 위치로부터 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 위치까지 이동하는 동안의 시간(To(θma)), 또는 검출 영역(Vw1~Vw4)의 위치로부터 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 위치까지 이동하는 동안의 시간(To(θmb)) 동안에도 동일하게 일어날 수 있다. 시간(To(θma))은, 열림 각도(θma)에 대응한 기판(P)의 둘레 길이 거리(L(θma))와 기준 속도(Vdo)에 의해, To(θma)=L(θma)/Vdo로 나타내어지고, 시간(To(θmb))은, 열림 각도(θmb)에 대응한 기판(P)의 둘레 길이 거리(L(θmb))와 기준 속도(Vdo)에 의해, To(θmb)=L(θmb)/Vdo로 나타내어진다. 시간(To(θma)) 중, 또는 시간(To(θmb)) 중에 생기는 기판(P)의 이동 속도의 변동도, 결과적으로는, 홀수번의 묘화 라인(SLn) 각각에 의해 묘화되는 패턴과 짝수번의 묘화 라인(SLn) 각각에 의해 묘화되는 패턴과의 부주사 방향에 관한 이음 오차, 혹은 기초 패턴과의 겹침 오차가 되지만, 평행 평판(HVP)에 의한 기계적인 X시프터 기구의 구동 제어부(216)를 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치의 계측 결과에 근거하여 서보 제어함으로써, 그 이음 오차, 혹은 겹침 오차를 저감시킬 수 있다. 또, 본 실시 형태에서도, 앞의 제2 실시 형태의 변형예 1에서 설명한 것과 마찬가지로, 평행 평판(HVP)에 의한 기계적인 X시프터 기구와 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구를 병용할 수 있다.
[제4 실시 형태］
회전 드럼(DR)의 회전 속도의 변동에 의해 생기는 기판(P)의 이동 속도의 기준 속도(Vdo)로부터의 변동이 있어도, 평행 평판(HVP)에 의한 기계적인 X시프터 기구(또는 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구)를 이용하는 것에 의해, 기판(P) 상에 노광되는 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수를, 설계상의 치수에 맞추거나, 혹은 기판(P) 상에 이미 형성된 기초층의 패턴 형성 영역의 치수에 맞출 수 있다. 그렇지만, 기판(P)의 장척 방향의 신축율이 큰 경우, 연속 노광되는 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수가 큰 경우, 혹은 기판(P)의 부주사 방향으로의 이동 속도의 변동이 크게 된 경우(이동 속도를 의도적으로 조정한 경우도 포함함), 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 바꿀 수 있는 최대 스트로크로 제한되어, 묘화 유닛(Un) 각각에 의한 패턴 묘화 위치(묘화 라인(SLn))의 부주사 방향으로의 보정이 한계에 이르러 버려, 그것 이상의 보정을 할 수 없는 경우가 있다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 기판(P)의 부주사 방향으로의 이동 속도의 변동, 또는 기판(P)의 부주사 방향으로의 신축에 따라서, 도 8에 나타낸 폴리곤 제어부(200B)에 의해, 묘화 유닛(Un) 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 규정값으로부터 동적으로 미세 조정하도록 제어한다. 기판(P)의 신축이나 이동 속도의 변동이 없는 경우, 폴리곤 미러(PM)는, 기판(P) 상의 스폿광(SP)의 실효적인 직경(φ), 스폿광(SP)에 의한 1개의 주(主)주사(제1 주사선)와 다음의 주주사(제2 주사선)와의 기판(P) 상에서의 부주사 방향에서의 간격(예를 들면, φ／2), 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 발진 주파수(Fa), 및 기판(P)의 부주사 방향으로의 이동의 기준 속도(Vdo)에 의해서 일의적으로 설정되는 회전 속도(VR)로 회전한다. 그래서, 도 21을 참조하여, 묘화 유닛(Un)이 부주사 방향으로 소정 길이로 연속된 패턴(PTa)을 묘화할 때에, 회전 드럼(DR)의 회전 속도의 변동에 의해, 기판(P)의 이동 속도가 기준 속도(Vdo)보다도 ＋ΔVdw만큼 증가한 경우에서의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)의 보정 방법에 대해 설명한다.
도 21의〔A〕는, 가로축에 시간을 취하고, 세로축에 스폿광(SP)의 주주사 위치를 취하며, 기판(P)이 기준 속도(Vdo)로 정확하게 이동하고 있는 동안에, 묘화 데이터에 근거하여, 부주사 방향으로 늘어서는 N개의 주사선(1, 2, … N-2, N-1, N) 각각을 따른 스폿광(SP)의 주사에 의해, 패턴(PTa)이 노광되는 모습을 나타낸다. 이 때, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)는, N개의 주사선(1~N) 각각의 기판(P) 상에서의 부주사 방향의 간격(시간 간격)이, 스폿광(SP)의 직경(φ)의 1/2이 되도록 설정되고, 패턴(PTa)의 부주사 방향의 화소수는 주사선(1~N)의 갯수(N)의 1/2로 설정되어 있는 것으로 한다. 또, 도 21의〔A〕의 경우, 패턴(PTa)의 묘화 개시점로부터 종료점까지의 묘화 시간을 TS로 한다. 그렇지만, 기판(P)의 이동 속도만이 기준 속도(Vdo)로부터 ＋ΔVdw만큼 변화된 상태(속도가 증가된 상태)에서 동일 패턴(PTa)을 묘화하면, 스폿광(SP)에 의한 N개의 주사선(1~N)(화소수(N/2))에 의한 묘화 시간(TS)은 변하지 않기 때문에, 기판(P) 상에 노광된 패턴(PTa')은, 본래의 부주사 방향의 치수(설계값)에 대해서 오차(ΔLk)만큼 길게 묘화된다. 예를 들면, 패턴(PTa)의 부주사 방향에 관한 설계상의 치수가 100mm이고, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv(=ΔVdw/Vdo))이 ＋0.05%이었던 경우, 치수의 오차(ΔLk)는 50μm가 된다. 이것은, N개의 주사선(1~N) 각각의 기판(P) 상에서의 부주사 방향의 간격이, 본래의 설계상의 간격에 대해서 변동률(βv)만큼 증가한 것을 의미한다.
그래서, 도 21의〔B〕에 나타내는 바와 같이, 기판(P)의 이동 속도가 ＋ΔVdw만큼 증가했던 것에 대응하여, 패턴(PTa)의 설계상의 묘화 시간(TS)을 오차(ΔLk)의 묘화 시간에 대응한 보정 시간(ΔTss)만큼 짧게 한 묘화 시간(TS')이 되도록 보정한다. 도 21의〔B〕는, 가로축에 시간을 취하고, 세로축에 스폿광(SP)의 주주사 위치를 취하며, 기판(P)이 기준 속도(Vdo)에 대해서 ΔVdw만큼 빠른 속도로 이동하고 있는 동안(묘화 시간(TS') 동안)에, 묘화 데이터에 근거하여, 부주사 방향으로 늘어서는 N개의 주사선(1~N) 각각을 따른 스폿광(SP)의 주사에 의해서 패턴(PTa)(화소수(N/2))을 노광하는 모습을 나타낸다. 따라서, 도 21의〔B〕와 같이, 묘화 시간(TS'(＜TS)) 동안에, N개의 주사선(1~N)(화소수(N/2))에 의한 묘화를 행하기 위해, N개의 주사선(1~N) 각각의 기판(P) 상에서의 부주사 방향의 간격이 본래의 설계상의 간격에 대해서 변동률(βv(%))만큼 감소하도록, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)를 변동률(βv(%))만큼 높이면 좋다. 앞의 수치예와 같이, 기판(P)의 이동 속도가 기준 속도(Vdo)에 대해서 0.05%만큼 증가하고 있는 경우에는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)도 0.05%만큼 증가시키면 되고, 반대로, 기판(P)의 이동 속도가 기준 속도(Vdo)에 대해서 ΔVdw만큼 감소하고 있는 경우에는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)도 변동률(βv(%))만큼 감소시키면 된다. 이것은, 앞의 도 12에서 나타낸 원점 신호(SZn)의 펄스 모양으로 반복 발생하는 파형의 첫 시작의 시간 간격(Trp)을, 변동률(βv(%))만큼 증감시키는 것에 상당한다.
폴리곤 미러(PM)의 회전 제어를 행하는 도 8의 폴리곤 제어부(200B)에는, 모터(RM)를 클록 신호의 주파수(위상)에 동기한 회전 속도로 정밀하게 회전 구동하는 PLL(Phase Locked Loop) 서보 제어계 등이 마련되고, 그 제어 정밀도(제어 분해능)는 ±수rpm 정도이다. 그 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 기준이 되는 회전 속도(VR)를 36000rpm로 한 경우에는, ±0.02% 정도까지의 정밀도로 속도 조정이 가능하다. 또, 고속 회전이 요구되는 폴리곤 미러(PM)는, 경합금(알루미늄 등)이나 세라믹스의 모재에 의해 회전축의 방향의 두께가 수mm 이하가 되도록 만들어져 있기 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 변경할 때의 제어 응답성(시정수(時定數))은, 회전 드럼(DR)의 회전 속도의 변동(기판(P)의 이동 속도의 변동)의 변화 레이트에 비해 충분히 짧다. 따라서, 기판(P)의 부주사 방향으로의 이동 속도의 변동(회전 드럼(DR)의 회전 속도의 변동) 특성을 소정의 정밀도로 계측할 수 있으면, 그 속도 변동에 추종시켜 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 동적으로 조정하는 것에 의해, 기판(P) 상에 노광되는 패턴 형성 영역(APF)의 길이 치수, 또는 패턴 형성 영역(APF) 내에 묘화되는 개개의 패턴의 부주사 방향의 치수는, 기판(P)의 이동 속도의 변동에 의한 영향, 즉 부주사 방향에 관한 패턴 묘화 배율 오차의 발생을 억제하여, 소정 치수가 되도록 제어된다.
그 때문에, 패턴 묘화 위치가 회전 드럼(DR)의 회전 속도의 변동(속도 불균일)에 의해서 부주사 방향으로 위치 어긋나 버리는 경우, 평행 평판(HVP)에 의한 기계적인 X시프터 기구를 이용하지 않아도, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도의 보정에 의해서, 그 위치 어긋남을 수정하는 것이 가능하게 된다. 게다가, 얼라이먼트계(AMn)를 이용한 마크 위치의 계측 결과로부터, 기판(P) 자체의 부주사 방향의 신축이 큰 것이 판명된 경우에도, 마찬가지로 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도의 보정에 의해서, 기판(P) 상에 이미 형성되어 있는 기초층의 패턴과의 겹침 정밀도를 양호하게 유지할 수 있다. 물론, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도의 동적인 조정에 의한 보정 기구와, 평행 평판(HVP)에 의한 기계적인 X시프터 기구(또는 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구)를 병용하는 것도 가능하다. 그 경우, 가로축에 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치, 세로축에 기판(P)의 이동 속도를 취한 도 22의 그래프에 과장하여 나타내는 바와 같이, 회전 드럼(DR)의 1회전 중에서의 기판(P)의 실이동 속도 특성의 평균 속도값(Vdr)을 계측하고, 제어계가 지령하는 기준 속도(Vdo)와의 차분값을 구하며, 그 차분값에 의해 정해지는 변동률(βv)〔βv=(Vdr-Vdo)/Vdo(%)〕에 근거하여, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)를 변동률(βv)만큼 보정한다. 게다가, 회전 드럼(DR)의 1회전마다의 주기적인 회전 속도 변동(속도 불균일)에 의해 생기는 기판(P)의 실이동 속도의 평균 속도(Vdr)로부터의 속도 오차분(ΔVpp)에 대해서는, 평행 평판(HVP)에 의한 기계적인 X시프터 기구(또는 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구)에 의한 보정으로 대응시켜도 좋다. 이러한 제어로 하면, 속도 오차분(ΔVpp)은 평균 속도(Vdr)를 중심으로 작은 진폭으로 주기적으로 변화되는 경향이 되기 때문에, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 경사 가능한 스트로크 범위 내에서 사용할 수 있다.
［제4 실시 형태의 변형예 1］
도 23은, 기판(P)의 이동 속도의 변동에 추종시켜, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 동적으로 조정할 때에, 기판(P)의 이동 속도의 변동을 계측하는 방법의 일 예를 설명하는 그래프이며, 가로축은 시간축(초)을 나타내고, 세로축은 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치(기판(P)의 이동 위치)를 계측하는 엔코더 헤드(EH2, EH3) 중 어느 하나에 대응한 회전 위치 검출부(214)(도 8 참조)의 카운터 회로에서 검출되는 엔코더 계측값(DEn)을 나타낸다. 도 23에서, 시간축을 따라 일정 시간(ΔTC)(예를 들면 5초)마다 설정되는 시각(Tc0, Tc1, Tc2, …, Tc9)은, 정확한 클록 신호의 클록 펄스를 계수하여 얻어지는 샘플링 타이밍을 나타낸다. 또, 도 23 중의 일정한 기울기를 가지는 직선은, 기판(P)의 이동 속도로서 지령되는 기준 속도(Vdo)에 대응한 기준 특성(Fvo)을 나타내고, 실특성(FVr)은 도 22에 나타낸 실이동 속도 특성의 일부분에 대응한 것이다. 게다가, 시각(Tc0)은, 묘화 유닛(Un)에 의한 묘화 라인(SLn)이 패턴 묘화 영역(APF)의 묘화 개시 위치와 일치한 묘화 개시 시각으로 한다. 도 8의 회전 위치 검출부(214)는, 시각(Tc0)~시각(Tc9) …, 각각에서, 그 시점의 엔코더 계측값(DE0, DE1, DE2, …, DE9, …)을 샘플링(기억)한다.
기준 특성(Fvo) 상에서, 일정 시간(ΔTC) 동안의 엔코더 계측값의 변화량(기판(P)의 이동량)(ΔDEr)은, 시각(Tc1~Tc9) 중 어디에서도 일정하다. 그렇지만, 실특성(FVr) 상에서는, 기판(P)의 이동 속도에 변동이 생기는 것에 의해, 일정 시간(ΔTC) 동안의 엔코더 계측값의 변화량(기판(P)의 이동량)은 일정하게 되지 않는다. 그래서, 속도 오차 계측부로서 기능하는 도 8의 묘화 제어 장치(묘화 제어부) (200), 또는 회전 위치 검출부(214)는, 묘화 동작 중에 순차 샘플링되는 엔코더 계측값(DE0, DE1, DE2, …, DEn)을 이용하여, 시각(Tc1, Tc2, …, Tcn)의 각 타이밍마다 이하의 연산을 행하여, 기준 속도(Vdo)에 대한 기판(P)의 이동 속도의 변동률(오차분)(βvn(%))를 산출한다. 단, n은 1 이상의 정수(整數)로 한다.
βvn=〔｛DE(n)-DE(n-1)｝/ΔDEr-1〕/100
도 24는, 이러한 연산에 의해서 순차 구하여지는 변동률(βvn)을, βv1, βv2, βv3, …, βv9의 순서로, 시간축을 따라 플롯한 일 예의 그래프이다. 도 24에서, 가로축은 도 23의 가로축과 동일한 스케일의 시간(초)을 나타내고, 세로축은 변동률(βvn(%))을 나타낸다. 도 24에서는, 묘화 개시점의 시각(Tc0)에서, 기판(P)의 이동 속도는 기준 속도(Vd0)에 대해서 약 ＋0.045%만큼 증가하고 있고, 그 후, 서서히 이동 속도가 감소하여, 시각 Tc6에서 거의 기준 속도(Vdo)가 된 후, 시각(Tc9)에서 기판(P)의 이동 속도는 기준 속도(Vdo)에 대해서 약 -0.02%만큼 감소하고 있다. 도 8의 묘화 제어 장치(묘화 제어부)(200)는, 묘화 동작 중의 시각(Tc1, Tc2, Tc3, …) 각각에서 계측되는 변동률(βv1, βv2, βv3, …)에 대응하여 순차 보정된 회전 속도로 폴리곤 미러(PM)가 회전하도록, 폴리곤 제어부(200B)에 회전 속도 보정의 지령값을 출력한다. 그 때, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 폴리곤 미러(PM)는, 각각 사이에서의 회전 각도의 위상 관계를 소정의 상태(예를 들면, 반사면의 회전 각도에서 15°의 차이)로 유지하면서, 항상 회전 속도가 동일하게 되도록 동시에 회전 속도의 보정이 행해진다.
또, 앞의 도 6에서는, 1개의 광원 장치(LS)로부터 사출되는 묘화용의 빔(LB)을, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 중 어느 하나에 시분할로 스위칭하여 공급하도록 했지만, 광원 장치(LS)를 2개 마련하고, 제1 광원 장치(LS)는, 3개의 묘화 유닛(U1, U3, U5)(홀수번) 중 어느 하나에 시분할로 스위칭하여 묘화용의 빔(LB)을 공급하고, 제2 광원 장치(LS)는, 3개의 묘화 유닛(U2, U4, U6)(짝수번) 중 어느 하나에 시분할로 스위칭하여 묘화용의 빔(LB)을 공급하도록 해도 좋다. 이 경우, 폴리곤 제어부(200B)는, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5) 각각의 폴리곤 미러(PM) 사이에서의 회전 각도의 위상 관계를 소정의 상태로 유지하면서, 항상 회전 속도가 동일하게 되도록 회전 속도를 보정하고, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6) 각각의 폴리곤 미러(PM) 사이에서의 회전 각도의 위상 관계를 소정의 상태로 유지하면서, 항상 회전 속도가 동일하게 되도록 회전 속도를 보정한다. 또, 도 23, 도 24에 나타내는 바와 같은 변동률(βvn)을 구하기 위한 엔코더 계측값(DEn)은, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5) 각각에 관해서는, 도 13에 나타낸 엔코더 헤드(EH2)에 의한 계측값을 이용하고, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6) 각각에 관해서는, 도 13에 나타낸 엔코더 헤드(EH3)에 의한 계측값을 이용하도록 해도 좋다.
［제4 실시 형태의 변형예 2］
도 25는, 도 23, 도 24와 같이, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βvn)을 소프트웨어 연산에 의해서 구하는 것이 아니라, 하드웨어적인 구성으로 기판(P)의 이동 속도의 변동을 거의 리얼 타임으로 계측하기 위한 회로 블록도를 나타낸다. 도 25의 회로 구성은, 도 8에 나타낸 묘화 제어 장치(묘화 제어부)(200) 내, 혹은 회전 위치 검출부(214) 내에 마련되고, 엔코더 헤드(EH1~EH3) 중 적어도 1개를 이용하여 회전 위치 검출부(214) 내의 카운터 회로부에서 계수되는 엔코더 펄스의 주파수와, 기판(P)의 이동 속도의 지령값에 대응한 주파수로 생성되는 클록 펄스의 주파수와의 차분값을 리얼 타임으로 계측하는 것이다.
도 13(또는 도 8)에 나타낸 엔코더 헤드(EH1~EH3) 각각은, 스케일 부재(ESD)의 눈금의 이동에 따라서 위상차 90°로 생성되는 업 펄스 신호(UpP)와 다운 펄스 신호(DnP)를 발생시킴과 아울러, 영점 마크의 검출시에 영 리셋용의 영 펄스 신호(ZR)를 발생한다. 회전 위치 검출부(214) 내에 마련되는 카운터 회로(300)는, 업 펄스 신호(UpP)에 응답하여 계측값(계수값)(300A)을 증가시키고, 다운 펄스 신호(DnP)에 응답하여 계측값(300A)을 감소시키며, 영 펄스 신호(ZR)에 응답하여 계측값(300A)을 영으로 리셋한다. 카운터 회로(300)의 계측값(300A)은, 예를 들면 24비트의 패러렐(parallel) 데이터 버스를 매개로 하여 보정 맵 메모리부(302)에, 어드레스 정보로서 출력된다. 보정 맵 메모리부(302)는, 계측값(300A)의 변화에 응답하여, 스케일 부재(ESD)의 눈금의 1주분(周分)에 걸치는 오차(편심 오차, 진원도 오차, 눈금 피치 오차, 계측의 아베(Abbe) 오차 등)를 리얼 타임으로 보정한 회전 각도 위치(기판(P)의 이동 위치)에 대응한 위치 정보(302A)를, 계측값(300A)과 동일한 분해능의 24비트의 패러렐 데이터로서 순차 출력한다. 24비트의 위치 정보(302A) 중, 예를 들면 최하위 비트(LSB)의 신호(펄스)는, 분주 회로(304)에 의해서 적당한 주파수대로 변환되어, 펄스 신호(304A)로서 업/다운(U/D) 카운터 회로(306)의 업 카운트 입력에 인가된다. 펄스 신호(304A)는, 스케일 부재(ESD)의 눈금의 이동 속도, 즉 기판(P)의 이동 속도에 대응한 주파수를 가진다. 또, 분주 회로(304)를 생략하여, 위치 정보(302A) 중 LSB의 신호를 펄스 신호(304A)로서 직접 U/D카운터 회로(306)에 인가해도 좋다.
U/D카운터 회로(306)는, 묘화 제어 장치(200)로부터의 지령 정보(306B)에 응답하여, 계수 동작에 의해 순차 변화할 수 있는 계수값과 제로의 고정값 중 어느 하나를, 변동 정보(306A)로서 폴리곤 제어부(200B)에 출력한다. U/D카운터 회로(306)의 다운 카운트 입력에는, 가변 클록 발생 회로(308)로부터의 클록 펄스 신호(308A)가 인가된다. 가변 클록 발생 회로(308)는, 묘화 제어 장치(200)에서 생성되는 기판(P)의 이동 속도(예를 들면, 도 22에 나타낸 기준 속도(Vdo), 또는 실이동 속도 특성의 평균 속도(Vdr))에 대응한 속도 정보(308B)를 입력하고, 기판(P)이 기준 속도(Vdo), 또는 평균 속도(Vdr)와 동일한 속도로 정밀하게 이동하고 있을 때 출력되는 펄스 신호(304A)와 동일한 주파수가 되는 클록 펄스 신호(308A)를 발생한다. 따라서, 클록 펄스 신호(308A)의 주파수는, 기판(P)의 지정된 이동 속도(기준 속도(Vdo)나 평균 속도(Vdr))에 따라 변화한다.
이상의 구성에서, 예를 들면, 기판(P) 상의 하나의 패턴 형성 영역(APF)에 대해서 패턴 묘화를 행하는 경우, 패턴 형성 영역(APF)의 묘화 개시 위치가 묘화 라인(SLn)에 이르기 직전에, U/D카운터 회로(306)는, 지령 정보(306B)에 근거하여, 업 카운트 입력에 인가되는 펄스 신호(304A)와, 다운 카운트 입력에 인가되는 클록 펄스 신호(308A)를 순차 계수하는 액티브 상태로 전환된다. 기판(P)의 실제의 이동 속도가, 기준 속도(Vdo), 또는 평균 속도(Vdr)와 일치하고 있을 때, U/D카운터 회로(306)에서 계수되는 계수값(변동 정보(306A))은, 거의 일정값(예를 들면, 제로 또는 제로에 가까운 값)으로 안정되어 있다. 그렇지만, 기판(P)의 실제의 이동 속도가, 기준 속도(Vdo), 또는 평균 속도(Vdr)에 대해서 약간이라도 빠른 경우에는, U/D카운터 회로(306)로부터의 변동 정보(306A)인 계수값이 서서히 증가하고, 반대로 약간이라도 늦은 경우에는, U/D카운터 회로(306)로부터의 변동 정보(306A)인 계수값이 서서히 감소한다.
폴리곤 제어부(200B)(도 8 참조)는, U/D카운터 회로(306)로부터의 변동 정보(306A)(계수값, 계측값)의 증감에 따라서, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도가 증감되도록 모터(RM)를 서보 제어한다. 그 서보 제어의 응답 시간(수밀리 초~수십 밀리 초) 정도의 지연 시간 후, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도의 증감이 완료했다고 간주하여, 묘화 제어 장치(200)는, 그 증감분에 대응하여, 클록 펄스 신호(308A)의 주파수를 증감시키도록, 가변 클록 발생 회로(308)에 인가되고 있는 속도 정보(308B)에 오프셋을 더한다. 이러한 제어를 패턴 형성 영역(APF)의 노광 동작 중에 계속하는 것에 의해서, U/D카운터 회로(306)의 업 카운트 입력에 인가되는 펄스 신호(304A)의 주파수의 증감(기판(P)의 이동 속도의 증감)에 추종하여, U/D카운터 회로(306)의 다운 카운트 입력에 인가되는 클록 펄스 신호(308A)의 주파수도 증감(폴리곤 미러(PM)의 회전 속도가 증감)되어, 결과적으로 U/D카운터 회로(306)로부터의 변동 정보(306A)가, 거의 일정값으로 안정되도록 제어된다.
일 예로서, 스케일 부재(ESD)의 눈금의 직경(중심축(AXo)으로부터의 반경의 2배)이, 회전 드럼(DR)의 외주면의 직경과 동일하고, 기판(P)의 부주사 방향으로의 이동 속도(기준 속도(Vdo) 또는 평균 속도(Vdr))가 10mm/초로 설정되는 경우, 스케일 부재(ESD)의 눈금도 둘레 방향으로 10mm/초로 이동한다. 보정 맵 메모리부(302)로부터 출력되는 24비트의 위치 정보(302A) 중 최하위 비트(LSB)로 규정되는 계측의 분해능이 0.2μm 일 때, LSB의 신호의 주파수는 50KHz(10mm/0.2μm)가 된다. 도 25 중의 분주 회로(304)를 생략한 경우, 기판(P)의 이동 속도의 기준 속도(Vdo) 또는 평균 속도(Vdr)에 대한 변동률(βv)이 ±0.02% 일 때, U/D카운터 회로(306)의 업 카운트 입력에 인가되는 펄스 신호(304A)의 주파수는, ±10Hz(1초 동안에 10펄스) 변동한다. U/D카운터 회로(306)의 다운 카운트 입력에 인가되는 클록 펄스 신호(308A)의 초기 주파수는, 기준 속도(Vdo) 또는 평균 속도(Vdr)에 대응하여 50KHz로 설정되므로, U/D카운터 회로(306)로부터의 변동 정보(306A)는, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)이 ±0.02% 일 때, 1초당 10카운트씩 증가, 또는 감소하는 계수값이 된다.
그 때문에, 폴리곤 제어부(200B)는, 단위시간(예를 들면, 0.5초, 1초, 혹은 수 초라도 괜찮음)당의 변동 정보(306A)의 증감량을 순차 모니터링하고, 예를 들면, 0.02%(1초 동안의 변동 정보(306A)의 증감량/10)과 같이 간단한 연산에 의해서 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)을 구하여, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도를 변동률(βv)만큼 증감시킨다. 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도가 변동률(βv)만큼 증감되면, 폴리곤 제어부(200B)(묘화 제어 장치(200))는, 그 증감분에 대응하여, 클록 펄스 신호(308A)의 주파수가 50KHz로부터 10Hz분만큼 증감되도록, 가변 클록 발생 회로(308)에 인가되고 있는 속도 정보(308B)에 오프셋을 더한다. 이것에 의해서, U/D카운터 회로(306)로부터의 변동 정보(306A)는, 그 시점에서의 계수값에 안정되게 추이한다. 이상의 본 변형예에 의하면, U/D카운터 회로(306)는, 회전 드럼(DR)의 회전 속도의 변동에 의해 기판(P)의 부주사 방향의 이동 속도에 변동이 생긴 경우, 그 속도 변동에 추종하도록 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)가 보정되어 있는지(정상적으로 서보 제어되어 있는지)의 여부를 판정하는 추종 판정 회로이기도 하다. 따라서, U/D카운터 회로(306)로부터의 변동 정보(306A)(계수값)가 시간과 함께 크게 증감하지 않고 소정의 값으로 안정되어 있으면, 추종의 서보 제어가 양호하게 행해지게 된다.
이상의 실시 형태에서, 기판(P)의 반송 방향에 관해서 회전 드럼(DR) 상류측이나 하류측에는, 기판(P)에 장척 방향의 텐션(장력)을 부여하는 기구(텐션 서보 기구 등)가 마련되고, 그것에 의해서, 기판(P)은 회전 드럼(DR)의 외주면에 소정의 텐션을 가지고 밀착 지지된다. 텐션 서보 기구의 응답성이나 시정수(時定數) 등의 관계에 의해, 기판(P)에 부여되는 텐션의 크기는, 단시간(초단위)으로는 과도 응답적으로 크게 변화되는 경우도 있고, 그 영향을 받아, 회전 드럼(DR)의 회전 속도는 랜덤으로 변동되기 쉽다. 그러한 경우에도, 본 실시 형태와 같이, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도의 미세 조정, 또는 도 18에 나타낸 기계 광학적인 X시프터 기구(평행 평판(HVP))와의 병용에 의해서, 기판(P)의 부주사 방향의 이동 속도의 랜덤인 변동에 기인하여 생기는 묘화 패턴의 품질의 열화, 기초층에 대한 겹침 정밀도의 열화, 이음 정밀도의 열화 등을 억제하는 것이 가능하다.
또, 장척이 아니라 매엽의 기판(P)을, XY평면 내에서 2차원 이동하는 기판 스테이지(기판 이동 부재)의 평탄한 기판 홀더 상에 평면 모양으로 재치(흡착)한 상태에서, 기판 스테이지를 부주사 방향으로 등속도로 이동시키면서, 묘화 유닛(Un)으로부터의 빔(LBn)의 스폿광(SP)을 주주사 방향으로 주사하는 구성의 직묘 노광기에서도, 기판 스테이지의 위치를 계측하는 측장(測長) 간섭계의 계측 위치의 변화로부터 구하여지는 속도에 변동이 생길 수 있는 경우에는, 마찬가지로, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도의 미세 조정, 또는 기계 광학적인 X시프터 기구(평행 평판(HVP))의 병용에 의해서, 기판 테이블의 속도 변동에 기인한 묘화 패턴의 품질의 열화, 기초층에 대한 겹침 정밀도의 열화, 이음 정밀도의 열화 등을 억제하는 것이 가능하다. 또, 평탄한 기판 홀더에 매엽의 기판(P)을 평면 모양으로 지지하는 직묘 노광기에서는, 복수의 묘화 유닛(Un)과 광원 장치(LS)를 포함하는 빔 전환부를 일체적으로 지지하는 노광 기구 본체부를 기판 홀더에 대해서 부주사 방향으로 1차원으로, 또는 부주사 방향과 주주사 방향의 이차원으로 이동시키는 구동 기구를 마련하여, 기판(P)에 패턴을 묘화할 때에, 각 묘화 유닛(Un)으로부터의 빔(LBn)(스폿광(SP))과 기판(P)을 부주사 방향으로 소정 속도로 상대 이동시키도록 해도 괜찮다.
［제5 실시 형태］
앞의 제4 실시 형태와 같이, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)에 추종하여 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)를 증감하면, 도 26에 나타내는 바와 같이, 묘화 유닛(Un)의 묘화 라인(SLn)에 의해서 묘화되는 영역의 주주사 방향의 치수가, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)의 변화율에 따라 신축해 버린다. 도 26에서, 우측에는 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)의 일 예를 나타내고, 좌측에는, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)에 따라 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)를 동적으로 미세 조정한 상태에서, 1개의 묘화 유닛(U1)(묘화 라인(SL1))에 의해서 기판(P) 상에 패턴을 묘화했을 때의 모습을 과장하여 나타낸다. 묘화 유닛(U1)으로부터 기판(P) 상에 투사되는 스폿광(SP)은, 도 13에 나타내는 바와 같이, 묘화 라인(SL1)을 따라서 -Y방향으로 주사된다. 또, 도 26에서는, 일 예로서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)마다 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사되는 스폿광(SP)의 주사 궤적 중, 1, 40, 80, …, 880과 같이 40회마다, 즉 8면의 폴리곤 미러(PM)가 5회전할 때마다 묘화되는 주사 궤적만을 나타낸다. 게다가, 스폿광(SP)에 의한 주주사 방향(Y방향)의 묘화 개시점은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)마다 흩어지지 않도록, 도 12에서 설명한 지연 시간(ΔTD)을 반사면(RP)마다 미세 조정함으로써, 동일 위치에 설정되어 있는 것으로 한다.
기판(P)이 지정된 속도(기준 속도(Vdo), 또는 평균 속도(Vdr))로 정확하게 이동하여 변동률(βv)이 제로(%)인 동안, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)(rpm)는 기준 속도로 설정되고, 묘화 라인(SL1)을 따라서 묘화 가능한 실효적인 묘화 범위는 실효 주사 길이(LT)(예를 들면 50mm)로 되어 있다. 스폿광(SP)의 실효 사이즈(φ)와 동일한 정도로 설정되는 1화소의 치수를 가로, 세로 2μm로 한 경우, 실효 주사 길이(LT)(50mm)는 25000화소로 구성된다. 게다가, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)(주기(Tf))와, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)(rpm)는, 앞의 식 2에서 나타내는 바와 같이, (φ／2)/Tf=(8·α·VR·LT)/60의 관계, 또는 앞의 식 3에서 나타내는 바와 같이, (φ／Nsp)/Tf=(Np·α·VR·LT)/60의 관계가 유지되도록 설정된다. 그 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)를 기준 속도로부터 증가시키는 경우에는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)를 증가(주기(Tf)를 감소)시키고, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)를 기준 속도로부터 감소시키는 경우에는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)를 감소(주기(Tf)를 증가)시킬 필요가 있다.
도 26에 나타낸 주사 궤적(1~880) 각각은, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)에 추종하여 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)를 동적으로 미세 조정할 때에, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)(주기(Tf))를 동적으로 보정하지 않고, 초기의 일정 주파수 하에서 패턴 묘화한 경우의 실효 주사 길이(LT)의 변동을 과장하여 모식적으로 나타낸 것이다. 예를 들면, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)이 ＋0.02%가 된 경우, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)는, 그 변동률(βv)에 추종하여 0.02%만큼 증가된다. 이것에 따라서, 기판(P) 상의 스폿광(SP)의 주사 속도(Vsp)도 0.02%만큼 증가하므로, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)(주기(Tf))가, 변동률(βv=0)일 때로 설정된 주파수 그대로 하면, 기판(P) 상에 주기(Tf)에 대응하여 묘화되는 실효 주사 길이(LT)에 포함되는 25000화소 각각의 주주사 방향의 치수가 0.02%만큼 신장(확대)되게 되며, 그 결과, 도 26의 주사 궤적(360) 부근에서는 실효 주사 길이(LT)가 0.02%만큼 확대되게 된다. 반대로, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)이 -0.01%로 된 경우, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)는, 그 변동률(βv)에 추종하여 0.01%만큼 감소된다. 이것에 따라서, 기판(P) 상의 스폿광(SP)의 주사 속도(Vsp)도 0.01%만큼 감소하므로, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)(주기(Tf))가, 변동률(βv)=0일 때에 설정된 주파수 그대로이면, 기판(P) 상에 주기(Tf)에 대응하여 묘화되는 실효 주사 길이(LT)에 포함되는 25000화소 각각의 주주사 방향의 치수가 0.01%만큼 수축(축소)되게 되며, 그 결과, 도 26의 주사 궤적 800부근에서는 실효 주사 길이(LT)가 0.01%만큼 축소되게 된다. 즉, 기판(P)에 묘화되는 패턴의 주주사 방향에 관한 치수 오차, 소위, 묘화 배율의 오차가 생긴다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)에 대응하여 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)(rpm)를 증감시킴과 아울러, 그 회전 속도(VR)(rpm)를 증감에 대응하여 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)(주기(Tf))를 미세 조정하도록, 도 7에 나타낸 광원 장치(LS) 내의 제어 회로(120)에서, 클록 신호(LTC)를 생성하는 신호 발생부(120a)를 제어한다. 수백MHz대의 클록 신호(LTC)의 주파수(Fa)를 0.01%(100ppm) 이하의 분해능으로 가변하게 하는 구성으로서는, 수정(水晶) 발진자(發振子)로부터의 안정된 클록 펄스의 누적 가산값을 어드레스값으로 하는 ROM(Read Only Memory) 내의 정현파의 파형 데이터를 읽어내어 DA(Digital-Analog) 컨버터에 의해 정현파 신호를 생성하는 다이렉트·디지털·신시사이저(DDS) 회로와, 그 정현파 신호를 입력하여 소망의 주파수의 클록 신호(LTC)를 출력하는 PLL 신시사이저 회로를 조합시킨 주파수 가변 클록 발생기의 회로 구성을 이용할 수 있다. 혹은, 신호 발생부(120a)로서 국제공개 제2015/152218호 팜플렛이나 국제공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같이, 스폿광(SP)의 실효 주사 길이(LT)에 걸치는 1회의 주사 중의 이산적인 복수의 시점 각각에서, 클록 신호(LTC)의 1개소의 주기(Tf)를 일정한 비율(%)만큼 단축 또는 신장시키는 회로 구성을 마련해도 좋다.
그러한 회로 구성을 마련한 신호 발생부(120a)는, 주주사 방향에 관한 묘화 배율을 조정하는 배율 조정부로서 기능하고, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)에 응답한 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)의 증감에 연동하여, 클록 신호(LTC)의 주파수를 증감, 또는 클록 신호(LTC)의 주기(Tf)를 부분적으로 증감시킨다. 예를 들면, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)이 ＋0.02%가 된 경우, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)가 변동률(βv)에 추종하여 0.02%만큼 증가됨과 아울러, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)도 0.02%만큼 증가(주기(Tf)는 0.02%만 큼 저감)된다. 반대로, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)이 -0.02%가 된 경우, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)가 변동률(βv)에 추종하여 0.02%만큼 저감됨과 아울러, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 발진 주파수(Fa)도 0.02%만큼 저감(주기(Tf)는 0.02%만큼 증가)된다. 이상에 의해, 기판(P) 상에 묘화되는 실효 주사 길이(LT)에 포함되는 25000화소 각각의 주주사 방향의 치수는 당초의 값(2μm)으로 유지되게 되고, 실효 주사 길이(LT)의 신축이 방지되어, 묘화 유닛(U1)에 의해서 기판(P)에 묘화되는 패턴의 부주사 방향과 주주사 방향의 각 치수는, 설계 정보(묘화 데이터)에서 설정된 것과 같은 값이 된다.
또, 기판(P)의 이동 속도의 변동률(βv)은, 단순하게는, 기판 이동 부재(회전 드럼(DR), 기판 스테이지)의 이동 속도를 계측하는 속도 계측부(도 8 중의 헤드부(EH1, EH2)와 회전 위치 검출부(214))에서 구해진다. 그렇지만, 기판(P) 상에 도 13, 도 14와 같이 부주사 방향으로 일정한 간격으로 복수의 마크(MK1, MK4)가 형성되고, 그들 마크(MK1, MK4)를 기준으로 하여 패턴 묘화 위치(특히 부주사 방향의 위치)를 제어하여 겹침 노광하는 경우에는, 도 14에 나타낸 특성(FPX)에 근거하여 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)를 동적으로 변화시켜도 괜찮다. 그 경우, 폴리곤 미러(PM)와 주사용 광학계(fθ 렌즈계(FT))를 가지는 묘화 유닛(Un)과, 기판(P)을 부주사 방향(X방향)을 따라서 소정 속도로 이동시키는 기판 이동 부재(회전 드럼(DR)나 기판 스테이지)와, 부주사 방향을 따라서 기판(P) 상에 소정 간격으로 형성되는 복수의 마크(MK1, MK4) 각각을 순차 검출하는 얼라이먼트계(AMn)와, 기판 이동 부재의 이동 위치를 계측하는 위치 계측부(엔코더 헤드(EH1, EH2)와 회전 위치 검출부(214), 혹은 측장 간섭계)에 의해서, 기판(P)의 부주사 방향의 이동 위치의 오차(도 14 중의 특성(FPX))를 계측하는 오차 계측부(도 8 중의 묘화 제어 장치(200)에 의해서 계측됨)와, 기판(P)의 이동 위치의 오차(특성(FPX))가 저감되도록, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도(VR)를 규정의 값에 대해서 순차 변화시키는 회전 제어부(도 8 중의 폴리곤 제어부(200B))에 의해서, 패턴 묘화가 행해진다.
[제6 실시 형태］
앞의 도 16에서 설명한 바와 같이, 묘화 유닛(Un) 내의 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구, 또는 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구를 동작시키면, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)에 투사되는 빔(LBn)은, 폴리곤 미러(PM)의 회전 중심축(AXp)의 방향(부주사 방향)으로 약간 변위된다. 이런 종류의 폴리곤 미러(PM)의 모재는 알루미늄 등으로 만들어지고, 반사면(RP)은 알루미늄의 표면을 광학 연마하여 평탄하게 한 후, 적외 파장역에 대해서 높은 반사율을 가지는 보호막(산화 방지막, 유전체 다층막 등)에 의해 코팅되어 있다. 그렇지만, 폴리곤 미러(PM)는 고속 회전하기 때문에, 분위기 중에 부유하는 수미크론~수십 미크론의 오더의 먼지가 반사면(RP)과 접촉하여 스치는 것에 의해, 장기 사용 중에 보호막이 서서히 데미지를 받기도 한다. 보호막에 미크론 오더의 미세한 흠이 많아지면, 묘화용의 빔(LBn)이 적외 파장역이기 때문에, 반사면(RP)의 반사율이 저하되는 경우가 있다. 또, 8개의 반사면(RP) 각각의 반사율이 면 내에서 일률적으로 저하된 경우에는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 강도를 증가시키는 것만으로, 노광량의 저하를 억제하는 것이 가능하다. 단, 폴리곤 미러(PM)의 8개의 반사면(RP)마다 반사율이 다르게 되는 경우, 또는 반사면(RP)의 면 내에서 반사율에 불균일이 생긴 경우에는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 강도를 조정하는 것만으로는, 묘화되는 패턴의 노광량의 불균일을 묘화 유닛(Un)마다 보정할 수 없다.
그래서 본 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)마다, 반사면 내에서의 평균적인 반사율이나 반사율의 위치적인 불균일에 의한 빔(LBn)(스폿광(SP))의 강도 변동의 경향을 가끔 계측하여, 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 회절 효율의 조정에 의해서 묘화용의 빔(LBn)의 강도가 고속으로 보정되도록, 도 9에 나타낸 제어 회로부(250)로부터의 보정 정보(ΔACn)에 의해서 구동 신호(DFn)의 진폭을 제어한다.
여기서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)과, 그곳에 투사되는 묘화용의 빔(LBn)과의 배치 관계에 대해서, 도 27을 이용하여 설명한다. 도 27은, 8면의 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면(RP)에 투사되고, 그곳에서 반사하여 fθ 렌즈계(FT)를 향하는 묘화용의 빔(LBn)의 모습을 나타내는 사시도이다. 도 27에서, AXg는, 앞의 도 2에 나타낸 렌즈계(Gu3)의 광축이며, AXf는 fθ 렌즈계(FT)의 광축이다. 광축(AXg)을 따라서 반사면(RP) 상에 투사되는 빔(LBn)은, 도 2 중의 실린드리칼 렌즈(CYa)와 렌즈계(Gu3)의 합성계에 의해서, 반사면(RP) 상에서는 주주사 방향(도 27 중의 XY면과 평행한 면 내)에 관해서 슬릿 모양으로 연장된 집광 스폿(SPs)이 된다. 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면(RP)의 주주사 방향에 관한 치수(편의상, 장변 치수라고 함)를 Lpm로 하고, 부주사 방향(회전 중심축(AXp)의 방향으로서 Z축과 평행한 방향)에 관한 치수(편의상, 단변 치수라고 함)를 Hpm로 했을 때, 슬릿 모양의 집광 스폿(SPs)의 주주사 방향의 치수(Lsp)와 부주사 방향의 치수(Hsp)는, 각각, Lsp＜Lpm, Hsp＜Hpm로 설정된다.
평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구, 및 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구를 중립 상태(초기 상태)로 설정한 경우, 슬릿 모양의 집광 스폿(SPs)은 부주사 방향(Z축 방향)에 관해서 반사면(RP) 상의 중앙에 위치한다. 앞의 도 16에서 설명한 바와 같이, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구, 또는 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구를 동작시키면, 집광 스폿(SPs)은 반사면(RP) 상에서 부주사 방향(Z축 방향)으로 시프트된다. 선택용 광학 소자(OSn)에 의한 전기 광학적인 X시프터 기구는, 선택용 광학 소자(OSn)의 특성에 기인하여 시프트 가능한 범위가 작고, 집광 스폿(SPs)은 반사면(RP)의 단변 치수(Hpm) 내에서 여유를 가져 부주사 방향으로 미소 시프트한다. 한편, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구는, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 중립 위치로부터 증대시켰을 때에, 집광 스폿(SPs)이 부주사 방향으로 시프트하여 반사면(RP)의 단변 치수(Hpm)로부터 비어져 나오지 않는 범위에서 사용된다.
또, 1개의 반사면(RP) 상에 투사되는 집광 스폿(SPs)은, 8면의 폴리곤 미러(PM)의 경우, 45°의 회전 각도 중에서 주사 효율 1/α에 대응한 각도(45°／α)만큼 회전하는 동안, 반사면(RP) 상을 주주사 방향(장변 치수(Lpm)의 방향)으로 이동한다. 즉, 집광 스폿(SPs)의 주주사 방향의 치수(Lsp)는, 폴리곤 미러(PM)가 각도(45°／α)만큼 회전하는 동안, 반사면(RP)의 장변 치수(Lpm)로부터 비어져 나오지 않도록 설정되어 있다. 또, 집광 스폿(SPs)의 주주사 방향의 치수(Lsp)는, 이후의 fθ 렌즈계(FT)에 의해서 기판(P) 상에 스폿광(SP)으로서 집광되는 빔(LBn)의 주주사 방향의 개구수(NA)를 규정하고, 개구수를 크게 하는, 즉 집광 스폿(SPs)의 치수(Lsp)를 크게 하는 것에 의해서, 기판(P) 상에 투사되는 스폿광(SP)의 실효적인 사이즈(φ)를 작게 할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 기판(P) 상에서 필요하게 되는 스폿광(SP)의 실효 사이즈(φ), fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리, 및 빔(LBn)의 파장에 근거하여, 집광 스폿(SPs)의 치수(Lsp)가 결정되고, 게다가, fθ 렌즈계(FT)에 입사하는 빔(LBn)의 주사각 범위(광축(AXf)에 대한 각도 범위)로 정해지는 폴리곤 미러(PM)의 회전 각도(45°／α)의 동안, 집광 스폿(SPs)의 전체가 주주사 방향에 관해서 1개의 반사면(RP)으로부터 비어져 나오지 않는 관계를 만족하도록, 반사면(RP)의 장변 치수(Lpm)가 설정되어 있다.
이상으로부터, 특히 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구를 동작시켜, 기판(P) 상의 스폿광(SP)을 부주사 방향으로 크게 시프트시키는 경우, 슬릿 모양의 집광 스폿(SPs)은, 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면(RP) 상을 주주사 방향으로 장변 치수(Lpm)에 걸쳐 이동할 뿐만 아니라, 부주사 방향으로도 단변 치수(Hpm)에 걸쳐 이동하게 되며, 반사면(RP)의 전면(全面) 어딘가에 부분적으로 반사율이 저하되도록 변화되는 부분(반사 불균일)이 생기면, 그 반사 불균일에 기인하여, 기판(P)에 묘화되는 패턴의 노광량이 부분적으로 저하되게 된다.
도 28은, 부분적으로 반사율이 변화된 상태의 반사면(RP)의 일 예를 나타내며, 반사면(RP)은, 폴리곤 미러(PM)의 회전에 의해, 도 28 중에서는 집광 스폿(SPs)에 대해서 오른쪽에서 왼쪽으로 이동한다. 따라서, 반사면(RP) 내에서 보면, 집광 스폿(SPs)이 반사면(RP)의 장변 치수(Lpm)에 걸쳐 왼쪽에서 오른쪽으로 이동해 간다. 도 28에서는, 반사율이 저하된 부분으로서, 반사 불균일 부분(DB1)과 반사 불균일 부분(DB2)을 예시한다. 반사 불균일 부분(DB1)은, 예를 들면, 묘화 유닛(Un) 내의 구동 기구나 가동 기구에 사용되고 있는 윤활제(오일, 그리스) 등이 미스트가 되어 비산했을 때에, 박막 모양이 되어 반사면(RP)의 우측(폴리곤 미러(PM)의 회전 방향의 반대측)의 부분에 부착된 것이다. 또, 반사 불균일 부분(DB2)은, 예를 들면, 경년(經年) 변화에 의해, 반사면(RP)의 표면에 코팅되어 있던 보호막 중, 반사면(RP)의 하측(Z축의 부(負)측)의 부분이 열화된 상태를 나타내고 있다. 집광 스폿(SPs)은, 이 반사면(RP)에 의한 빔(LBn)의 1회의 편향 주사 사이의 묘화 시간(TSn)(도 12 참조) 내에, 반사면(RP)의 장변 치수(Lpm)에 걸쳐 왼쪽에서 오른쪽으로 이동한다.
도 28과 같이, 집광 스폿(SPs)이 부주사 방향에 관해서 반사면(RP) 상의 중앙(단변 치수(Hpm)의 거의 중앙)에 위치한 상태에서 패턴 묘화가 행해진 경우, 집광 스폿(SPs)은, 묘화 시간(TSn)의 개시 직후부터 반사면(RP) 내의 반사 불균일 부분(DB1)를 조사하기 시작하고, 묘화 시간(TSn)의 중간점 이후에는 반사 불균일 부분(DB1)의 전체를 덮도록 조사된다. 이러한 반사 불균일 부분(DB1)이 반사면(RP) 상에 존재하면, 반사 불균일 부분(DB1)에서의 반사율의 저하의 정도에도 따르지만, 기판(P) 상에 투사되는 스폿광(SP)의 강도(조도)는, 예를 들면, 도 29의 (A)에서 나타내는 특성(INa)과 같이 된다. 도 29는, 앞의 도 12와 마찬가지로, 원점 신호(SZn)의 펄스의 첫 시작으로부터 소정의 지연 시간(ΔTD) 후에, 묘화 시간(TSn) 동안에 송출되는 묘화 비트열 데이터(SDn)의 파형과 함께, 도 28과 같은 반사면(RP)에서 주사되는 스폿광(SP)의 강도 변화의 일 예를 나타내는 그래프이며, 도 29의 (A)의 특성(INa)은, 도 28 중의 반사 불균일 부분(DB1)만의 영향에 의한 스폿광(SP)의 강도 변화의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 29의 (A)에서, 세로축은 스폿광(SP)의 강도(조도)를 나타내고, 가로축은 시간을 나타낸다. 반사면(RP) 상에서 집광 스폿(SPs)이 주주사 방향으로 이동하는 동안에 반사율이 저하되는 부분이 없는 경우에 얻어지는 기판(P) 상의 스폿광(SP)의 강도를 규정값(Inr)(기판(P)의 감광층에 적정 노광량을 부여하기 위한 강도값)으로 한다. 도 28에 나타낸 반사면(RP) 상의 반사 불균일 부분(DB1)의 영향에 의해, 스폿광(SP)의 강도는, 묘화 시간(TSn) 내의 주사 개시 직후는 규정값(Inr)으로 되어 있지만, 묘화 시간(TSn)의 중간 시점 이후는 서서히 저하되고, 묘화 시간(TSn)의 종료 시점에서는 규정값(Inr)으로부터 ΔIna만큼 감쇠되고 있다. 스폿광(SP)의 강도가 감광층에 적정 노광량을 부여하기 위해 필요한 허용 범위로부터 벗어나 있는 경우, 묘화 시간(TSn) 내에 묘화되는 패턴은 노광량 부족이 되어, 패턴 품질은 큰 폭으로 악화된다.
또, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구의 동작에 의해, 도 28의 반사면(RP) 상에서, 집광 스폿(SPs)이 부주사 방향의 -Z방향으로 변위하여, 단변 치수(Hpm) 내의 가장 하측에 위치했다고 하면, 반사면(RP) 상의 반사 불균일 부분(DB2)의 영향에 의해, 도 29의 (B)의 특성(INb)에 나타내는 바와 같이, 스폿광(SP)의 강도는, 묘화 시간(TSn) 내의 주사 개시시에 규정값(Inr)보다도 큰 폭으로 저하된 값에서 시작되고, 묘화 시간(TSn)의 경과에 따라서 서서히 상승하는 경향이 된다. 특성(INb)의 경우, 스폿광(SP)의 강도는, 묘화 시간(TSn)의 개시 시점이 가장 낮고, 규정값(Inr)으로부터 감쇠량(ΔInb)만큼 저하되어 있다. 또, 반사면(RP) 상에 반사 불균일 부분(DB2)만이 존재하고 있는 경우, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구의 동작에 의해, 집광 스폿(SPs)이 반사면(RP) 상의 상부 부분(＋Z방향측)으로부터 도 28과 같은 중앙 부분까지 연속적으로 변위되고 있는 동안, 묘화 시간(TSn) 내에서의 스폿광(SP)의 강도는, 특성(INb')과 같이 거의 규정값(Inr)으로 안정되어 있다. 그렇지만, 집광 스폿(SPs)이 반사면(RP) 상의 중앙 부분으로부터 하부 부분(-Z방향측)까지 연속적으로 변위되고 있는 동안, 묘화 시간(TSn) 내에서 스폿광(SP)의 강도는, 거의 규정값(Inr)으로 안정되어 있던 상태(특성(INb'))로부터, 서서히 도 29의 (B)의 특성(INb)으로 변이되어 가게 된다.
그래서 본 실시 형태에서는, 폴리곤 미러(PM)의 8개의 반사면(RP) 각각에 대해서, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구의 동작에 의해서, 묘화 시간(TSn) 내에서의 스폿광(SP)의 강도 변화의 특성을 미리 계측하고, 반사면(RP) 상의 반사 불균일 부분의 영향에 의해서, 적정 노광량이 얻어지는 허용 범위 이상으로 스폿광(SP)의 강도가 변동하고 있는 경우에는, 그 강도 변동도 보정되도록, 도 9에 나타낸 제어 회로부(250)가 출력하는 보정 정보(ΔACn)를 생성하고, 선택용 광학 소자(OSn)의 구동 신호(DFn)의 진폭 제어(진폭 변조)에 의해서 회절 효율을 조정하여 묘화용의 빔(LBn)의 강도를 고속으로 보정한다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn)와 도 9의 회로부(CCBn), 제어 회로부(250) 등이, 빔(LBn)의 강도를 보정하는 강도 조정부로서 기능한다. 그 경우, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP)에서 반사된 후의 빔(LBn)의 강도 변화를 계측할 필요가 있다. 본 실시 형태에서는, 이하의 3개의 계측 방법(제1 ~ 제3 계측 방법) 중 어느 하나에 의해서, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP)의 반사 불균일 부분의 영향에 의한 스폿광(SP)의 강도 변화 특성을 계측하고, 강도 보정이 필요한 반사면(RP)에 대해서는 보정 정보(ΔACn)용의 데이터(보정 커브 특성)를, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP) 마다 생성한다.
〔제1 계측 방법〕
제1 계측 방법은, 묘화 라인(SLn)을 따른 실효 주사 길이(LT) 내에 일정 간격(예를 들면, 실효 주사 길이(LT)의 1/10의 간격)으로 배치되는 해상력 차트 등의 계측용 패턴을, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구를 스트로크 가능 범위에서 단계적으로 변화시키면서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)마다 테스트 프린트(테스트 노광)하는 방법이다. 이 제1 계측 방법에서는, 감광층이 형성된 매엽(枚葉)의 시트 기판을 회전 드럼(DR)의 외주면에 감아 밀착 고정한다. 매엽의 시트 기판은, 장척의 기판(P)과 동일한 재질의 것이라도 좋지만, 회전 드럼(DR)으로 감을 때의 변형을 줄이기 위해, 기판(P)과 거의 동일한 두께로 강성(영률)이 높은 금속박(매우 얇은 스테인리스 시트 등)이나 매우 얇은 시트 유리, 혹은 장척의 기판(P)과 동일한 PET, PEN 등의 수지제의 필름 시트의 표면에 알루미늄이나 동의 층을 1μm~수μm 정도의 두께로 적층한 것이라도 괜찮다.
도 30은, 테스트 노광용으로 준비된 매엽의 시트 기판(이하, '테스트용 기판(P')'이라고 함)에, 1개의 묘화 유닛(Un)에 의해서 묘화되는 테스트 패턴의 배열의 일 예를 모식적으로 나타낸 것이다. 묘화 유닛(Un)에 의한 스폿광(SP)의 실효 주사 길이(LT)(패턴 묘화가 가능한 최대 범위) 내에는, 주주사 방향(Y방향)으로 일정 간격으로 배치되는 10개의 계측 패턴 영역(TE0, TE1, TE2, …, TE9)(총칭하는 경우에는 'TEj'이라고 함)이 마련된다. 직사각형 모양의 계측 패턴 영역(TEj) 각각의 테스트용 기판(P') 상에서의 치수는 가로, 세로 1mm ~ 2mm 정도이며, 실효 주사 길이(LT)를 50mm로 한 경우, Y방향의 양단측의 계측 패턴 영역(TE0, TE9)의 각 중심점은, 실효 주사 길이(LT)의 단부로부터 약 2.5mm 내측에 배치되고, 계측 패턴 영역(TE0~TE9) 각각의 중심점은 Y방향으로 약 5mm의 간격으로 배치된다. 계측 패턴 영역(TEj) 내에는, 도 30의 하부에 나타내는 바와 같이, 부주사 방향(X방향)으로 연장된 라인 패턴을 주주사 방향(Y방향)으로 일정 피치로 배치한 라인＆스페이스(L＆S) 패턴을, 라인폭과 피치를 단계적으로 다르게 하여 Y방향으로 늘어놓은 세로의 L＆S테스트 패턴군(TSPv)과, 주주사 방향으로 연장된 라인 패턴을 부주사 방향으로 일정 피치로 배치한 라인＆스페이스(L＆S) 패턴을, 라인폭과 피치를 단계적으로 다르게 하여 Y방향으로 늘어놓은 가로의 L＆S테스트 패턴군(TSPh)이, 해상력 차트로서 마련된다.
게다가, 계측 패턴 영역(TEj) 내에는, 세로 방향(부주사 방향)으로 가늘고 긴 쐐기 모양 패턴을 횡방향(주주사 방향)으로 늘어놓은 세로의 쐐기 패턴군(KSBv)과, 횡방향(주주사 방향)으로 가늘고 긴 쐐기 모양 패턴을 세로 방향(부주사 방향)으로 늘어놓은 가로의 쐐기 패턴군(KSBh)이, 노광량 계측용 패턴(도스(dose) 모니터)으로서 마련되어 있다. 쐐기 패턴군(KSBv, KSBh) 각각은, 흰 패턴부(스폿광(SP)에 의해 묘화되는 노광부) 또는 검은 패턴부(스폿광(SP)에 의해 묘화되지 않은 미노광부) 중에서 가장 가늘게 되어 있는 선단 부분(KTp), 혹은 쐐기 모양 패턴의 길이 방향의 치수가 감광층의 현상 후에 어느 정도 충실히 묘화(노광)되었는지를 관찰하여, 노광량의 적부(適否)를 판정하기 위해 이용된다. 또, 쐐기 모양 패턴을 노광하여 노광량의 적부를 판정하는 방법은, 예를 들면 미국특허 제4908656호 명세서에 개시되어 있다.
테스트 노광시에는, 주주사 방향을 따라서 실효 주사 길이(LT) 내에서 일 예로 배치되는 10개의 계측 패턴 영역(TE0~TE9)은, 폴리곤 미러(PM)의 8개의 반사면(RP) 중 1개의 반사면(RP)에 의해서만 묘화되도록, 도 12에 나타낸 원점 신호(SZn)의 파형 상의 펄스 변화(첫 시작 타이밍)의 8회 중 1회에 응답하여, 계측 패턴 영역(TEj) 내의 계측용 패턴군(TSPv, TSPh, KSBv, KSBh)에 대응하여 생성된 묘화 데이터를 묘화한다. 그래서, 폴리곤 미러(PM)의 8개의 반사면(RP)을, 각각 반사면(RPa, RPb, RPc, RPd, RPe, RPf, RPg, RPh)으로 한다. 8개의 반사면(RPa~RPh) 중, 어느 반사면을 사용하여 계측 패턴 영역(TEj) 내에 계측용 패턴군(TSPv, TSPh, KSBv, KSBh)을 묘화할지는, 폴리곤 미러(PM)가 1회전할 때마다 모터(RM)(도 2, 도 8 참조) 내의 엔코더로부터 출력되는 제로점 펄스 신호에 의해서 특정된다. 따라서, 도 30에 나타내는 바와 같이, 부주사 방향(X방향)의 1열째에 배치되는 10개의 계측 패턴 영역(TE0~TE9)은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에 의해서만 묘화되고, 부주사 방향의 2열째에 배치되는 10개의 계측 패턴 영역(TE0~TE9)은, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPb)에 의해서만 묘화되며, 이하 마찬가지로, 3열째~8열째 각각의 계측 패턴 영역(TEj)(10개)은, 각각 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPc~RPh)의 순서로 어느 하나에 의해서만 묘화된다. 이와 같이, 테스트 노광은, 폴리곤 미러(PM)의 1회전 중에 1개의 반사면만에 의해서 스폿광(SP)이 1회 주사되는 면 건너뜀 주사에 의해 행해지기 때문에, 테스트 노광시에는, 회전 드럼(DR)의 회전 속도를 조정하여, 테스트용 기판(P')의 이동 속도가, 폴리곤 미러(PM)의 8개의 반사면(RP) 전부를 사용하여 패턴 묘화할 때에 설정되는 기준 속도(Vdo)(또는 평균 속도(Vdr))의 1/8(1/반사면수)로 저하되도록 설정된다.
게다가, 테스트 노광시에는, 평행 평판(HVP)에 의한 기계 광학적인 X시프터 기구를 스트로크 범위에서 단계적으로 변화시킨다. 구체적으로는, 도 30에 나타내는 바와 같이, 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각에 의해 묘화되는 최초의 8열분의 계측 패턴 영역(TEj)(10개×8열)을 노광하는 동안에는, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 η0으로 설정한다. 경사각(η0)은, 예를 들면, 도 28에서 집광 스폿(SPs)이 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP(RPa~RPh)) 상에서, 가장 상부(＋Z방향)에 위치하는 값(스트로크 범위의 상한)이 된다. 계속하여, 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각에 의해 묘화되는 다음의 8열분의 계측 패턴 영역(TEj)(10개×8열)을 노광하는 동안에는, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)이 η1로 설정된다. 이하 마찬가지로 하여, 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각에 의해 묘화되는 8열분의 계측 패턴 영역(TEj)(10개×8열)을 노광할 때마다, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 η2, η3, …로 바꾸고, 마지막에 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각에 의해 묘화되는 8열분의 계측 패턴 영역(TEj)(10개×8열)을 노광할 때에는, 도 28에서 집광 스폿(SPs)이 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP(RPa~RPh)) 상에서, 가장 하부(-Z방향)에 위치하는 값(스트로크 범위의 하한)이 되도록, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)이 설정된다. 평행 평판(HVP)의 경사각(η)의 η0→η1, η1→η2, …의 단계적인 변화량(Δηn)은, 스트로크 범위 내에서 적절히 설정할 수 있지만, 일 예로서는, 도 27에 나타낸 집광 스폿(SPs)이 부주사 방향(Z방향)으로 치수(Hsp)만큼 변위되는 양으로 설정된다. 다른 예로서는, 집광 스폿(SPs)이 반사면(RP(RPa~RPh))의 단변 치수(Hpm) 내에서 부주사 방향으로 변위 가능한 스트로크 범위를 적당한 수로 분할(예를 들면 10분할)하고, 그 분할된 수만큼 집광 스폿(SPs)이 단계적으로 부주사 방향(Z방향)으로 변위되도록, 평행 평판(HVP)의 경사각의 변화량(Δηn)을 설정해도 좋다.
도 30에서, 1개의 계측 패턴 영역(TEj)의 치수는 가로, 세로 2mm 정도이기 때문에, 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각에 의해 순차 계측 패턴 영역(TEj)을 노광할 때에는, 부주사 방향으로 늘어서는 계측 패턴 영역(TEj)의 중심 간격이 2mm 이상으로 되어 있으면 좋다. 그렇지만, 나중의 검사시의 시인성을 고려하여, 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각에 의해 순차 계측 패턴 영역(TEj)을 노광할 때에는, 중심 간격을 4mm 정도로 한다. 게다가, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 변화량(Δηn)만큼 조정한 후에 노광되는 계측 패턴 영역(TEj)의 열과, 그 직전에 노광된 계측 패턴 영역(TEj)의 열, 즉, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPh)에 의해서만 노광된 계측 패턴 영역(TEj)의 열과 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에 의해서만 노광된 계측 패턴 영역(TEj)의 열은, 검사시의 시인성을 고려하여, 부주사 방향으로 12mm 정도만큼 간극을 두고 늘어서도록 노광된다. 따라서, 도 30에서, 평행 평판(HVP)의 경사각이 경사각(η0, η1, η2, …) 중 어느 하나로 설정된 상태에서 노광되는 8열분의 계측 패턴 영역(TEj)(10개×8열)의 부주사 방향의 길이는, 약 30mm(4mm×7＋2mm)가 되고, 설정되는 평행 평판(HVP)의 경사각(η)이 η0~η9의 10점으로 하면, 폴리곤 미러(PM)의 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각에 의해 노광되는 계측 패턴 영역(TEj)의 열은 80열(8열×10점)이 된다. 테스트용 기판(P') 상에서, 그 80열분에 걸치는 테스트 노광 영역의 부주사 방향에 관한 치수는, 약 408mm(30mm×10점＋12mm×9)가 된다. 따라서, 매엽의 테스트용 기판(P')의 부주사 방향에 관한 길이는, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)과 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)과의 부주사 방향의 간격(도 20에서 일 예로서 설명한 각도(2θm)에 대응한 둘레 길이 거리 61.261mm)와, 테스트용 기판(P')을 회전 드럼(DR)으로 붙일 때의 주위 여백부(약 20mm)를 가미하여 500mm 이상이면 좋다.
이상과 같은 테스트 노광은, 동시에 다른 묘화 유닛(Un) 각각에서도 동일하게 실행되고, 테스트 노광된 테스트용 기판(P')은 회전 드럼(DR)으로부터 떼어내어져, 현상 처리, 건조 처리, 혹은 필요하면 동박층이나 알루미늄층의 에칭 등을 거친 후, 현미경에 의해 확대된 패턴상(像)을 촬상하여 패턴상의 일부의 치수나 선폭 등을 계측하는 검사 장치에 장착된다. 검사 장치는, 패턴 묘화 장치(EX)와 동일한 회전 드럼(DR)과 엔코더 계측 시스템(스케일 부재(ESD)와 엔코더 헤드(EHn) 등)을 구비한 롤 스테이지부와, 회전 드럼의 외주면에 감겨진 테스트용 기판(P') 상에서, 회전 드럼의 회전축의 방향으로 늘어선 복수의 계측 패턴 영역(TEj) 각각에 형성된 계측용 패턴군(TSPv, TSPh, KSBv, KSBh)의 확대상을 선택적으로 촬상하기 위해, 회전축의 방향으로 직선 이동 가능하게 마련된 단일 또는 복수의 현미경 시스템(얼라이먼트계(AMn)와 동일한 구성)을 구비하고 있다.
검사 장치의 회전 드럼에 감겨진 테스트용 기판(P')에 형성된 계측용 패턴군(TSPv, TSPh, KSBv, KSBh) 각각은, 회전 드럼의 정속 회전 중에, 현미경 시스템의 회전축 방향으로의 이동도 행하면서, 촬상 소자(CCD, CMOS)에 의해서 순차 캡처되어, 형성된 L＆S테스트 패턴군(TSPv, TSPh)의 선폭의 상태, 혹은 쐐기 패턴군(KSBv, KSBh)의 선단 부분(KTp)의 형상이나 쐐기 모양 패턴의 길이 방향의 치수등이 화상 해석에 의해서 계측된다.
도 31은, 일 예로서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에 의해서만 묘화된 계측 패턴 영역(TEj)마다의 계측용 패턴군(TSPv, TSPh, KSBv, KSBh)의 묘화 오차(선폭 오차나 치수 오차 등)의 계측 결과를 모식적으로 나타낸 그래프이다. 도 31에서, 가로축은 실효 주사 길이(LT) 내에서의 계측 패턴 영역(TE0~TE9)의 각 위치를 나타내고, 세로축은 묘화된 L＆S테스트 패턴군(TSPv, TSPh)에서의 해상 선폭의 오차, 혹은 쐐기 패턴군(KSBv, KSBh)의 선단 부분(KTp)의 형상(치수) 오차나 쐐기 모양 패턴의 길이 방향의 치수 오차의 설계값으로부터의 편차(%)를 나타낸다. 특히, 쐐기 패턴군(KSBv, KSBh)의 쐐기 모양 패턴의 길이 방향의 치수 오차는, 노광량의 변화에 대해서 민감하게 변화한다.
또, 도 31에서는, 테스트 노광시에 설정된 평행 평판(HVP)의 경사각(η0~η9) 중 η0, η2, η4, η6, η8 각각으로 노광된 L＆S테스트 패턴군(TSPv, TSPh)이나 쐐기 패턴군(KSBv, KSBh)으로부터 구해진 묘화 오차를 플롯하고 있다. 이러한 계측 결과에 의하면, 평행 평판(HVP)의 경사각이 η0~η4(또는 η5)까지의 사이는, 실효 주사 길이(LT) 내의 각 위치에서 묘화 오차(선폭 오차 등이나 쐐기 패턴의 치수 오차 등)가 허용 범위 내(예를 들면, 설계값에 대해서 ±10% 이내)로서, 적정한 노광량(빔(LBn)의 강도의 적정 범위)이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 그렇지만, 평행 평판(HVP)의 경사각이 η6 이후(η6~η9)가 되면, 묘화 오차(선폭 오차 등이나 쐐기 패턴의 치수 오차 등)가 허용 범위로부터 벗어나고, 적정한 노광량이 얻어지고 있지 않은 것을 알 수 있다. 그래서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에 의한 패턴 묘화시에는, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을 η6~η9로 변화시켜 갈 때에는, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn)의 강도가 실효 주사 길이(LT) 내에서 연속적으로 허용 범위 내가 되도록 보정된다. 마찬가지로, 다른 반사면(RPb~RPh) 각각에 대해서도, 평행 평판(HVP)의 경사각(η0~η9)마다의 묘화 오차(선폭 오차나 치수 오차 등)를 계측하여, 노광량이 적정이라고 간주할 수 있는 허용 범위(빔(LBn)의 강도의 적정 범위)로부터 벗어나는 경우에는, 마찬가지로 하여 빔(LBn)의 강도가 보정된다.
그 보정을 위해, 앞의 도 9에 나타낸 제어 회로부(250)는, 테스트 노광에 의한 계측 결과에 근거하여, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh)마다 작성되는 평행 평판(HVP)의 경사각(η0~η9) 각각에서의 강도 보정 특성에 근사시킨 커브 정보를 기억하고, 그 커브 정보를, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)에 따라 전환하여 보정 정보(ΔACn)로서 원점 신호(SZn)의 각 펄스 파형의 변화마다(반사면(RP)마다) 전환하여 출력한다.
〔제2 계측 방법〕
제2 계측 방법은, 패턴 묘화 장치(노광 장치)(EX)의 회전 드럼(DR)에 기판(P)이 걸어 둘러져 있지 않은 상태에서, 회전 드럼(DR)의 외주면에 형성된 기준 패턴을 묘화 라인(SLn) 상에 위치 결정하고, 묘화 유닛(Un)으로부터의 빔(LBn)의 스폿광(SP)에 의해, 기준 패턴을 주사했을 때에 발생하는 반사광의 강도 변화를, 도 2에 나타낸 광전 센서(DTo)로부터의 광전 신호(So)에 근거하여 계측하는 방법이다. 회전 드럼(DR)의 외주면에 기준 패턴을 형성하는 구성은, 예를 들면 국제공개 제2014/034161호 팜플렛에 개시되어 있다.
도 32는, 묘화 라인(SLn)을 따라서 회전 드럼(DR)의 외주면 상에 일정 간격으로 형성된 10개소의 기준 패턴(RMPa, RMPb, … RMPj)의 배치와, 광전 센서(DTo)로부터의 광전 신호(So)의 파형의 일 예를 나타낸다. 기준 패턴(RMPa, RMPb, … RMPj) 각각은, 예를 들면, 선폭이 100μm인 선 모양 패턴을 묘화 라인(SLn)에 대해서 45°만큼 기울여 십자 모양으로 교차시킨 형상으로 배치된다. 회전 드럼(DR)은, 묘화 라인(SLn)(스폿광(SP))이 기준 패턴(RMPa, RMPb, … RMPj) 각각의 십자 모양의 교차부를 횡단하도록 회전하여 위치 결정된다. 그리고, 묘화 라인(SLn) 중의 실효 주사 길이(LT) 내의 모든 화소를 온 상태(노광하는 상태)로 하는 묘화 데이터에 근거하여, 스폿광(SP)에 의해서 실효 주사 길이(LT) 내의 기준 패턴(RMPa, RMPb, … RMPj) 각각이 주사된다. 십자 모양으로 교차한 기준 패턴(RMPa, RMPb, … RMPj) 각각과, 그들 주변 영역에서는, 빔(LBn)에 대한 반사율이 다르도록 설정된다. 도 32에서는, 기준 패턴(RMPa, RMPb, … RMPj) 각각의 반사율이 주변 영역의 반사율에 비해서 크게 되도록 설정되어 있다. 그 때문에, 도 32의 하부에 나타내는 바와 같이, 광전 센서(DTo)는, 스폿광(SP)이 기준 패턴(RMPa, RMPb, … RMPj) 각각의 교차부를 횡단할 때마다 펄스 모양으로 신호 강도가 커지는 파형이 되는 광전 신호(So)를 출력한다. 단, 빔(LBn)(스폿광(SP))에 대한 기준 패턴(RMPa, RMPb, … RMPj) 각각의 반사율은 20%보다도 작게 설정하는 것이 좋다.
도 32의 하부에 나타내는 바와 같은 광전 신호(So)의 파형은, 앞의 도 6에서 설명한 광량 계측부(202) 내의 AD 변환 회로를 통해서 파형 메모리에 보존된다. 광량 계측부(202) 내, 또는 도 6이나 도 8에 나타낸 묘화 제어 장치(묘화 제어부) (200) 내에 마련되는 CPU는, 광전 신호(So)의 파형 중의 기준 패턴(RMPa, RMPb, … RMPj) 각각에 대응한 10개의 피크부의 강도를 구하고, 그들 10개의 피크부 각각의 강도가 적정 노광량이 되는 규정값에 대해서 어떻게 변화되고 있는지를 계측한다. 도 32에 나타낸 광전 신호(So)의 파형은, 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면(RP)에서 얻어진 파형의 일 예이며, 이러한 파형은 폴리곤 미러(PM)의 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각이 빔(LBn)을 주사할 때마다 발생한다. 그렇지만, 반사면(RPa~RPh) 각각에 반사율의 차이나 불균일이 있는 경우, 반사면(RPa~RPh)마다 발생하는 광전 신호(So)의 파형 상의 강도 변화는 동일하게는 되지 않는다. 도 32에서는, 일 예로서, 1개의 반사면(RP)에 관해서 얻어진 광전 신호(So)의 파형이 실효 주사 길이(LT)의 중간 위치로부터 주사 종료 위치 사이에서, 강도가 기정값으로부터 서서히 저하되는 경향으로 되어 있다.
본 계측 방법에서도, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을, 스트로크 범위의 각도(η0~η9) 각각으로 바꾸고는, 도 32와 같은 광전 신호(So)의 파형을 얻어, 평행 평판(HVP)의 경사각(η0~η9)마다, 도 29에서 나타낸 바와 같은 반사면(RPa~RPh)마다의 반사율의 변화나 불균일을 계측할 수 있다. 그 때, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)의 변화에 따라서, 스폿광(SP)에 의한 묘화 라인(SLn)은 기준 패턴(RMPa, RMPb, … RMPj) 각각에 대해서 부주사 방향으로 시프트하게 된다. 도 33은, 대표하여 기준 패턴(RMPa) 상에서의 묘화 라인(SLn)의 시프트의 모습을 모식적으로 나타낸 도면이다. 기준 패턴(RMPa)을 구성하는 경사 45도의 선 모양 패턴의 각 선폭을 100μm로 한 경우, 묘화 라인(SLn)과 평행이고 기준 패턴(RMPa)의 교차부의 중심점을 통과하는 중심선(CCL) 상에 묘화 라인(SLn)이 위치하면, 스폿광(SP)이 기준 패턴(RMPa) 상을 주사하는 길이는 약 140μm가 된다. 또, 중심선(CCL)으로부터 부주사 방향으로 약 ±70μm의 범위 내에서는, 스폿광(SP)이 기준 패턴(RMPa)의 교차부 상을 계속 주사하므로, 기준 패턴(RMPa)에 대응한 광전 신호(So) 중의 파형은 도 32와 같은 단일의 펄스 모양이 된다. 게다가, 묘화 라인(SLn)이 중심선(CCL)으로부터 부주사 방향으로 약 ±70μm 이상으로 떨어지면, 스폿광(SP)은 기준 패턴(RMPa)의 교차부로부터 벗어나, 교차전의 2개의 선 모양 패턴(선폭 100μm) 각각을 횡단하도록 주사된다. 그 때문에, 광전 신호(So) 중의 기준 패턴(RMPa)에 대응한 파형은 2산(山)의 펄스 모양이 된다. 본 계측법에서는, 기준 패턴(RMPa, RMPb, … RMPj) 각각에 대응한 광전 신호(So) 중의 파형은 단일의 펄스 모양이 바람직하다. 그렇지만, 2산의 펄스 모양으로 되었다고 해도, 그 2산의 펄스 파형은 주주사 방향으로 매우 접근하고 있기 때문에, 그 피크값은 실질적으로 동일하다고 간주할 수 있으므로, 마찬가지로 실효 주사 길이(LT) 내에서의 스폿광(SP)의 강도의 변화 경향을 계측할 수 있다. 또, 기준 패턴(RMPa, RMPb, … RMPj) 각각은, 부주사 방향으로 직선적으로 연장된 선 모양 패턴이라도 괜찮은 것은 말할 필요도 없다.
〔제3 계측 방법〕
제3 계측 방법은, 패턴 묘화 장치(노광 장치)(EX)의 묘화 유닛(Un) 내에 마련된 광전 센서(DTo)로부터의 광전 신호(So)를 이용하여, 폴리곤 미러(PM)의 8개의 반사면(RPa~RPh) 각각의 반사율의 변화나 반사 불균일을 계측하는 점에서, 제2 계측 방법과 동일하지만, 본 계측 방법에서는, 디바이스 제조용의 기판(P)이 회전 드럼(DR)에 의해 지지된 상태에서도 계측할 수 있도록 한다. 그 때문에, 본 계측 방법에서는, 회전을 정지한 회전 드럼(DR)의 외주면에 의해 지지되어 있는 기판(P)의 표면 상에, 일정한 반사율의 영역을 가지는 플렉시블한 얇은 기준 반사판(시트재)을 겹쳐 재치한다. 기준 반사판은, 적어도 묘화 유닛(Un) 각각에 의한 묘화 라인(SLn)을 포함하는 영역에만, 혹은 전면(全面)에 형성된 반사막을 가진다. 기준 반사판은, 일 예로서, 두께가 50~100μm, 주주사 방향의 폭이 회전 드럼(DR)의 외주면의 축(AXo) 방향의 폭과 동일한 정도의 치수, 부주사 방향의 길이가 홀수번과 짝수번의 묘화 라인(SLn)의 둘레 방향의 간격보다는 길고, 기판(P)의 회전 드럼(DR)의 외주면과 밀착하고 있는 둘레 방향의 길이보다는 짧은 치수가 되는 매엽의 폴리이미드 필름을 모재로서 형성된다. 기준 반사판은, 폴리이미드 필름의 표면에 NiP(니켈-인)나 Cu(동)에 의한 기초 금속층을 형성하고, 게다가 그 표면에 반사막으로서의 Au(금)의 도금층을 적층하여 만들어진다. 기초 금속층은, 모재가 되는 폴리이미드 필름의 표면의 전면(全面)에 형성하고, Au(금)의 도금층은, 6개의 묘화 라인(SLn) 각각을 포함하는 부분 영역에만 선택적으로 형성해도 좋다. 게다가, 기준 반사판의 다른 모재로서는, 100μm 이하의 두께를 가지는 스테인리스의 매우 얇은 시트재, 만곡 가능한 매우 얇은 유리 시트재 등을 이용할 수 있다.
도 34는, 그러한 기준 반사판(RFS)을 회전 드럼(DR)의 외주면에 의해 지지되어 있는 기판(P) 상에 서로 겹치는 모습을 모식적으로 나타낸 사시도이다. 도 34에서, 기준 반사판(RFS)의 표면에는, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을 포함하는 영역 치수로 Y방향(주주사 방향)으로 가늘고 길게 형성된 반사막(RFa)과, 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을 포함하는 영역 치수로 Y방향으로 가늘고 길게 형성된 반사막(RFb)이 마련되어 있다. 반사막(RFa, RFb)의 부주사 방향(둘레 방향)의 치수는, 기준 반사판(RFS)의 회전 드럼(DR)의 외주면(기판(P)) 상에서의 수작업에 의한 위치 맞춤 정밀도도 고려하여 설정되지만, 일 예로서는 5~15mm 정도이다. 묘화 라인(SLn) 중의 실효 주사 길이(LT)를 50mm로 한 경우, 반사막(RFa, RFb)의 주주사 방향(Y방향)의 치수는, 250mm 이상 필요하지만, 수작업에 의한 위치 맞춤 정밀도도 고려하여, 260mm 정도로 설정된다.
기준 반사판(RFS)은, 회전 드럼(DR)의 외주면(기판(P)의 표면)과 묘화 유닛(Un)과 사이의 간극 내에 수작업에 의해서 삽입되고, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)이 반사막(RFa) 상에 위치하고, 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)이 반사막(RFb) 상에 위치하도록 만곡시켜 기판(P) 상에 서로 겹쳐진다. 거의 위치가 어긋나지 않게 서로 겹쳐지면, 기준 반사판(RFS)의 4모퉁이의 엣지부(RFc)를, 회전 드럼(DR)의 외주면의 Y방향의 양단부(DRa, DRb)에 점착 테이프 등에 의해 고정한다. 그 때, 기준 반사판(RFS)은, 하부의 기판(P)과 확실히 밀착하는 적당한 텐션을 주면서, 회전 드럼(DR)의 양단부(DRa, DRb)에 고정된다.
본 계측 방법에서도, 평행 평판(HVP)의 경사각(η)을, 스트로크 범위의 각도(η0~η9) 각각으로 바꾸고는, 묘화 라인(SLn) 각각을 따른 모든 화소를 온 상태로 하는 묘화 데이터에 근거하여 스폿광(SP)을 주사하면서, 광전 센서(DTo)로부터의 광전 신호(So)의 파형을 메모리에 보존하는 것에 의해, 평행 평판(HVP)의 경사각(η0~η9)마다, 도 29에서 나타낸 바와 같은 반사면(RPa~RPh)마다의 반사율의 변화나 불균일을 계측할 수 있다. 또, 기준 반사판(RFS) 상의 반사막(RFa, RFb) 각각을, 부주사 방향으로 연장된 라인 패턴을 주주사 방향으로 일정 피치로 형성한 반사형의 회절 격자 패턴 또는 L＆S패턴으로 해도 좋다. 이 경우, 회절 격자 또는 L＆S를 이루는 다수의 라인 패턴 각각은 Au(금)에 의한 반사막으로서 형성되므로, 광전 센서(DTo)로부터의 광전 신호(So)의 파형은, 회절 격자 패턴이나 L＆S패턴의 피치에 따라 주기적으로 레벨 변화되는 파형이 된다.
기준 반사판(RFS)을 이용한 계측 방법에서는, 기본적으로는 회전 드럼(DR)을 정지(靜止)시켜 두지만, 묘화 라인(SLn)과 기준 반사판(RFS) 상의 반사막(RFa, RFb)(또는 회절 격자 패턴 또는 L＆S패턴)을 상대적으로 부주사 방향으로 의도적으로 미소량 변위시키도록, 회전 드럼(DR)을 약간의 각도만큼 회전(이것에 따라서 기판(P)도 약간 이동)시켜, 동일한 계측을 반복해도 괜찮다. 또, 기준 반사판(RFS)이 겹쳐지는 기판(P) 상의 영역은, 기판(P)의 장척 방향으로 배열되는 복수의 패턴 형성 영역(APF)(도 13 참조) 사이의 여백부 중, 특정의 여백부를 기준 반사판(RFS)의 부주사 방향의 치수 이상으로 길게 설정한 영역으로 하는 것도 가능하다. 게다가, 기준 반사판(RFS)의 표면에 형성되는 반사막(RFa, RFb)(또는 회절 격자 패턴 또는 L＆S패턴)은, 묘화 라인(SLn) 각각의 범위 내에서 부분적인 반사율의 저하(불균일)가 생기면, 기준으로서 사용할 수 없다. 그 때문에, 기준 반사판(RFS)은 청정한 환경 내에서 보관함과 아울러, 가끔, 반사율의 불균일이 생기고 있지 않은지를 다른 계측기에 의해 검정하는 것이 좋다.
이상에서 설명한 3개의 계측 방법 중 어느 하나에 의해서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh) 각각의 반사율의 차이, 각 반사면(RPa~RPh)의 반사 불균일 등을 정기적으로 정밀하게 계측할 수 있으므로, 기판(P) 상에 전자 디바이스용의 실패턴을 묘화할 때의 국소적인 노광량의 불균일을 고정밀도로 보정할 수 있고, 기판(P) 상에 연속하여 형성되는 전자 디바이스(박막 트랜지스터, 유기 EL 발광소자, 센서 소자, 미세화 다층 배선 등)의 품질을 장기간에 걸쳐 안정적으로 유지하는 것이 가능해진다.
[제7 실시 형태］
앞의 도 27~도 29에서 설명한 바와 같이, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh) 각각의 반사율의 차이, 각 반사면(RPa~RPh)의 반사 불균일 등에 기인한 스폿광(SP)의 강도 변동은, 앞의 도 9에서 설명한 선택용 소자 제어부(200A)에서 생성되는 구동 신호(DFn)의 인가/비인가에 의해서 스위칭되는 음향 광학 변조 소자에 의한 선택용 광학 소자(OSn)를 이용하여, 구동 신호(고주파 신호)(DFn)의 진폭(RF전력)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh)마다 고속으로 조정(변조)함으로써 보정했다. 이와 같이, 스폿광(SP)(빔(LBn))의 강도를 고속으로 변조시키기 위해, 본 실시 형태에서는, 예를 들면, 국제공개 제2017/057415호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같이, 회절 현상을 사용하지 않는 전기 광학 소자와 편광 빔 스플리터를 조합시킨 빔 강도 변조 기구를 이용해도 좋다. 전기 광학 소자는, 포켈스(Pockels) 효과 또는 커(Kerr) 효과를 나타내는 결정체에 입사되는 빔(직선 편광)의 편광 방향을, 결정체에 인가되는 전압(전계)에 따라 회전시켜 사출하는 광학 소자이다. 전기 광학 소자를 통과한 빔을, 편광 빔 스플리터(편광판, 검광자라도 괜찮음)에 통과시키면, 편광 빔 스플리터의 편광 분리면(또는 편광판, 검광자)으로부터 특정 방향의 직선 편광 성분만을 취출할 수 있다. 취출되는 직선 편광 성분의 강도는, 전기 광학 소자에 인가된 전압에 따라 회전하여 사출되는 빔의 편광 방향에 따라서, 편광 빔 스플리터(또는 편광판이나 검광자)의 투과율(예를 들면 90%)과 소광비(消光比)(예를 들면 1/100)로 정해지는 범위 내에서 고속으로 변조 가능하다.
이와 같이, 전기 광학 소자와 편광 빔 스플리터(또는 편광판이나 검광자)를 조합시킨 빔 강도 조정 기구는, 앞의 도 1, 또는 도 6에 나타낸 빔 전환부의 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각을 통과하여 묘화 유닛(U1~U6) 각각을 향하는 빔(LB1~LB6n)의 각 광로 중에 마련할 수 있다. 그렇지만, 도 6에서 설명한 바와 같이, 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6)는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 시리얼로 통과시키도록 배치되고, 또한, 어느 하나만이 빔(LB)의 회절빔인 묘화용의 빔(LBn)을, 폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면에 의한 스폿광(SP)의 주사 시간(도 12 중의 묘화 시간(TSn)) 동안만 발생하는 스위치 신호(LPn)에 의해 구동 제어된다. 그 때문에, 전기 광학 소자와 편광 빔 스플리터(또는 편광판이나 검광자)를 조합시킨 빔 강도 조정 기구는, 도 1, 또는 도 6에 나타낸 광원 장치(LS)로부터 빔 전환부의 최초(1단째)의 선택용 광학 소자(OS5)까지의 광로 중으로서, 빔(LB)이 가는 평행 광속으로 되어 있는 구간에만 마련할 수 있다.
이 경우, 스위치 신호(LPn)에 의해 온 상태가 되는 1개의 선택용 광학 소자(OSn)에 대응한 1개의 묘화 유닛(Un) 내의 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh) 중 어느 하나의 반사율 저하나 반사 불균일에 기인하는 스폿광(SP)의 강도 변동(묘화 시간(TSn) 중)을 보정하는 강도 보정 데이터(강도 변조 특성)가, 앞의 도 30~도 34에서 설명한 3개 정도의 계측 방법 중 어느 하나에 의해 작성된다. 빔 강도 조정 기구의 전기 광학 소자에는, 선택된 묘화 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh) 중 하나에 대응한 강도 보정 데이터(강도 변조 특성)에 따라서 강도 변조되는 전압이 순차 인가된다. 이와 같이, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa~RPh) 각각의 반사율의 차이나 반사 불균일에 의한 스폿광(SP)의 강도 변동을 전기 광학 소자와 편광 빔 스플리터(또는 편광판이나 검광자)를 조합시킨 빔 강도 조정 기구를 마련하면, 음향 광학 변조 소자에 의한 선택용 광학 소자(OSn) 각각을, 반사면(RPa~RPh) 각각의 반사율의 차이나 반사 불균일에 기인한 스폿광(SP)의 강도 보정에 이용하지 않아도 됨과 아울러, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 강도의 변동(펄스광의 피크 강도의 완만한 변동)에 대해서도, 1개소의 빔 강도 조정 기구(전기 광학 소자)에 의해 간단히 조정 가능하게 되기 때문에, 스폿광(SP)(빔(LBn))의 강도 보정의 제어상의 자유도가 넓어진다.

Claims (26)

  1. 기판 상에 투사되는 묘화(描畵) 빔의 스폿광을 주주사(主走査) 방향으로 1차원으로 주사하여 패턴을 묘화하기 위한 묘화 유닛과, 상기 기판과 상기 묘화 유닛을 상기 주주사 방향과 교차하는 부(副)주사 방향으로 상대 이동시키기 위한 이동 기구를 구비한 패턴 묘화 장치로서,
    상기 묘화빔의 근원이 되는 빔을 출력하는 광원 장치와,
    상기 광원 장치로부터의 상기 빔을, 전기신호에 의한 광학 특성의 변화에 의해서 소정의 편향 각도로 편향시켜 상기 묘화빔으로서 상기 묘화 유닛에 입사시키는 제1 상태와, 상기 묘화 유닛에 비(非)입사로 하는 제2 상태로 택일적으로 전환되는 선택용 광학 소자와,
    상기 제1 상태일 때에, 상기 묘화 유닛으로부터 투사되는 상기 스폿광을 상기 부주사 방향으로 소정의 양만큼 시프트시키기 위해, 상기 선택용 광학 소자에 의한 상기 편향 각도를 변화시키도록 상기 전기신호를 제어하는 시프트 제어부와,
    상기 선택용 광학 소자에 의한 상기 편향 각도의 변화에 따라서 생기는 상기 스폿광의 강도 변화를 보정하는 강도 보정부를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 묘화 유닛은, 상기 묘화빔을 상기 주주사 방향에 대응한 방향으로 각도를 바꾸어 반사시키는 복수의 반사면을 가지는 회전 다면경(多面鏡)과, 상기 회전 다면경의 각 반사면에서 반사된 상기 묘화빔을 입사시켜 상기 기판 상에서 스폿광으로 집광하는 주사용 광학계를 구비하며,
    상기 선택용 광학 소자에 의한 상기 편향 각도의 변화에 의해서, 상기 회전 다면경의 반사면 상에 조사되는 상기 묘화빔의 위치가 상기 부주사 방향에 대응한 방향으로 시프트되는 패턴 묘화 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 선택용 광학 소자는, 상기 전기신호로서 고주파 신호가 인가되었을 때에, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔의 회절빔을, 상기 고주파 신호의 주파수에 대응한 상기 소정의 편향 각도로 상기 묘화 유닛을 향하는 상기 묘화빔으로서 발생시킴과 아울러, 상기 묘화빔의 강도를 상기 고주파 신호의 진폭에 따라 발생시키는 음향 광학 변조 소자인 패턴 묘화 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 시프트 제어부는, 상기 음향 광학 변조 소자에 인가되는 상기 고주파 신호의 주파수를 규정 주파수로부터 증가 또는 감소시키는 주파수 변조 회로를 가지며,
    상기 강도 보정부는, 상기 음향 광학 변조 소자에 인가되는 상기 고주파 신호의 주파수의 변화에 따라 상기 고주파 신호의 진폭을 연동하여 증감시키는 진폭 조정 회로를 가지는 패턴 묘화 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 진폭 조정 회로는, 상기 음향 광학 변조 소자로부터의 상기 회절빔의 강도가 상기 규정 주파수로부터의 변화량에 따라 변화하는 변화 경향에 근거하여 상기 고주파 신호의 진폭을 보정하는 패턴 묘화 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 묘화해야 할 패턴에 대응한 묘화 데이터를 기억하는 묘화 제어부를 구비하며,
    상기 광원 장치는, 상기 기판에 투사되는 상기 스폿광의 강도가 상기 패턴에 따라 변조되도록, 사출되는 상기 빔의 강도를 상기 묘화 데이터에 응답하여 변조하는 묘화용 광 변조기를 가지는 패턴 묘화 장치.
  7. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 묘화 유닛은, 상기 회전 다면경의 복수의 반사면 각각이 소정의 각도 위치가 된 것을 나타내는 원점 신호를 출력하는 원점 검출기를 구비하며,
    상기 시프트 제어부와 상기 강도 보정부는, 상기 음향 광학 변조 소자에 인가되는 상기 고주파 신호의 주파수, 및 상기 고주파 신호의 진폭을, 상기 원점 신호에 응답하여, 상기 회전 다면경의 반사면에서 반사되는 상기 묘화빔이 상기 주사용 광학계에 비입사가 되는 기간에 증가 또는 감소시키는 패턴 묘화 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 강도 보정부는, 상기 회전 다면경의 복수의 반사면 각각의 반사율의 차이에 의한 상기 스폿광의 강도의 변동이 보정되도록, 상기 음향 광학 변조 소자에 인가되는 상기 고주파 신호의 진폭을 상기 원점 신호에 응답하여 보정하는 패턴 묘화 장치.
  9. 플렉시블한 기판 상에 묘화빔의 스폿광을 투사하여 주주사 방향으로 1차원으로 주사함과 아울러, 상기 기판을 상기 주주사 방향과 교차하는 부주사 방향으로 이동시키는 것에 의해서, 상기 기판 상에 2차원의 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
    상기 묘화빔의 근원이 되는 빔을 출력하는 광원 장치와,
    회전축의 둘레에 배치된 복수의 반사면을 가지며, 상기 묘화빔을 상기 반사면에서 상기 주주사 방향에 대응한 방향으로 각도를 바꾸어 반사시키는 회전 다면경과, 상기 회전 다면경의 각 반사면에서 반사된 상기 묘화빔을 입사시켜 상기 기판 상에서 스폿광으로 집광하여 상기 주주사 방향으로 주사하는 주사용 광학계를 구비한 묘화 유닛과,
    중심축으로부터 일정 반경의 원통면 모양의 외주면을 가지며, 상기 기판을 상기 외주면을 따라서 만곡된 상태로 지지하여 상기 중심축의 둘레로 소정의 회전 속도로 회전하는 것에 의해, 상기 기판을 상기 부주사 방향으로 이동시키는 회전 드럼과,
    상기 회전 드럼의 회전 속도의 변동에 의해서 생기는 상기 기판의 상기 부주사 방향에 관한 속도 변동을 계측하는 속도 오차 계측부와,
    상기 기판의 속도 변동에 추종하여, 상기 회전 다면경의 회전 속도를 규정의 회전 속도에 대해서 순차 변화시키는 회전 제어부와,
    상기 회전 다면경의 상기 회전 속도의 변화에 따라서, 상기 묘화 유닛에 의해서 묘화되는 패턴의 상기 주주사 방향에 관한 묘화 길이를 조정하는 조정부를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 광원 장치는, 상기 묘화빔을 주기(Tf)로 펄스 발광하는 펄스 광원이며,
    상기 스폿광의 실효적인 직경을 φ, 상기 주기(Tf)마다 펄스 발광되는 상기 스폿광이 상기 기판 상에 묘화되는 패턴의 1화소분(分)에 걸쳐 오버랩하는 상기 스폿광의 수를 Nsp(2이상), 상기 스폿광의 상기 주주사 방향에 관한 실효적인 주사 길이를 LT(mm), 상기 회전 다면경의 반사면의 수를 Np, 상기 회전 다면경의 각 반사면에 의한 상기 묘화빔의 주사 효율을 1/α, 상기 회전 다면경의 상기 회전 속도를 VR(rpm)로 했을 때,
    (φ／Nsp)/Tf=(Np·α·VR·LT)/60
    의 관계가 되도록, 상기 주기(Tf)와 상기 회전 속도(VR)가 설정되는 패턴 묘화 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 광원 장치는, 상기 묘화빔을 주기(Tf)로 펄스 발광시키기 위한 클록 신호를 생성하는 신호 발생부를 포함하며,
    상기 신호 발생부는, 상기 클록 신호의 주파수(1/Tf)를 0.01% 이하의 분해능에 의해 가변으로 하는 주파수 가변 클록 발생기를, 배율 조정부로서 구비하는 패턴 묘화 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 광원 장치는, 상기 묘화빔을 주기(Tf)로 펄스 발광시키기 위한 클록 신호를 생성하는 신호 발생부를 포함하며,
    상기 신호 발생부는, 상기 스폿광의 실효적인 주사 길이(LT)에 걸치는 1회의 주사 중의 이산적인 복수의 시점 각각에서, 상기 클록 신호의 주기(Tf)를 일정한 비율(%)만큼 단축 또는 신장시키는 회로 구성을, 상기 조정부로서 구비하는 패턴 묘화 장치.
  13. 청구항 9 중 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 묘화해야 할 패턴에 대응한 묘화 데이터를 기억하는 묘화 제어부를 구비하며,
    상기 광원 장치는, 상기 주주사 방향으로 주사되는 상기 스폿광의 강도가 상기 패턴에 따라 변조되도록, 사출되는 상기 빔의 강도를 상기 묘화 데이터에 응답하여 변조하여 상기 묘화빔을 생성하는 묘화용 광 변조기를 가지는 패턴 묘화 장치.
  14. 청구항 9 중 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 드럼의 회전 각도 위치의 변화를 순차 검출하고, 상기 기판의 상기 부주사 방향의 이동 위치의 변화에 따른 위치 정보를 디지털 계수값으로서 출력하는 카운터 회로를 포함하는 엔코더 계측계와,
    상기 회전 제어부에 의해서 상기 회전 다면경이 제어된 회전 속도로 회전시키는 회전 모터를 구비하며,
    상기 속도 오차 계측부는, 상기 엔코더 계측계로부터의 상기 위치 정보에 근거하여, 상기 기판의 이동 속도의 변동에 추종하여 상기 회전 모터의 회전 속도가 보정되어 있는지의 여부를 판정하는 추종 판정 회로를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 추종 판정 회로는, 상기 회전 모터의 회전 속도에 따른 주파수로 설정되는 클록 펄스 신호와, 상기 엔코더 계측계의 카운터 회로로부터 출력되는 펄스 신호와의 주파수의 차이를 계측하는 패턴 묘화 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 회전 제어부는, 상기 추종 판정 회로에서 계측되는 상기 주파수의 차이에 근거하여 상기 회전 모터의 회전 속도를 서보 제어하는 패턴 묘화 장치.
  17. 기판 상에 투사되는 묘화빔의 스폿광을 주주사 방향 및 상기 주주사 방향과 교차하는 부주사 방향으로 주사함으로써, 상기 기판 상에 2차원의 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
    상기 묘화빔의 근원이 되는 빔을 출력하는 광원 장치와,
    복수의 반사면을 가지며, 상기 광원 장치로부터의 상기 묘화빔을 상기 반사면에서 상기 주주사 방향에 대응한 방향으로 각도를 바꾸어 반사시키는 회전 다면경과, 상기 회전 다면경의 각 반사면에서 반사된 상기 묘화빔을 상기 기판 상에서 스폿광으로 집광하여 상기 주주사 방향으로 주사하는 주사용 광학계를 구비한 묘화 유닛과,
    상기 기판과 상기 묘화 유닛을 상기 부주사 방향으로 상대 이동시키기 위한 이동 기구와,
    상기 스폿광이 상기 주주사 방향으로 1차원으로 주사되는 묘화 기간 중에 생기는 상기 회전 다면경의 상기 반사면 상의 반사 불균일에 기인한 상기 스폿광의 강도 변화 특성이 허용 범위 이상으로 변동하고 있을 때에는, 상기 묘화 기간 중에 상기 묘화빔의 강도를 상기 강도 변화 특성에 따라 보정하는 묘화 제어 장치를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 광원 장치와 상기 묘화 유닛 사이에 마련되고, 상기 묘화 제어 장치로부터의 고주파 신호가 인가되었을 때에, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔의 회절빔을, 상기 고주파 신호의 진폭에 따른 강도로, 또한 상기 고주파 신호의 주파수에 따른 회절각으로 상기 묘화 유닛을 향해서 상기 묘화빔으로서 발생시키는 음향 광학 변조 소자를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 묘화 제어 장치는, 상기 음향 광학 변조 소자에 인가되는 상기 고주파 신호의 진폭을, 상기 회전 다면경의 상기 반사면 상의 반사 불균일에 기인한 상기 강도 변화 특성에 따라 변조하는 강도 조정부를 가지는 패턴 묘화 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 이동 기구는, 상기 기판을 원통면 모양으로 만곡시켜 지지하는 외주면을 가지며, 상기 주주사 방향과 평행하게 설정되는 중심축의 둘레로 회전하여 상기 기판을 둘레 방향을 따른 상기 부주사 방향으로 이동시키는 회전 드럼인 패턴 묘화 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 묘화 유닛은, 상기 회전 드럼의 외주면에 형성된 기준 패턴, 또는 상기 회전 드럼의 외주면에 의해 지지되는 기판 상에 형성된 기준 패턴을, 상기 스폿광에 의해 상기 주주사 방향으로 1차원으로 주사했을 때에 발생하는 반사광의 강도 변화에 따른 광전(光電) 신호를 출력하는 광전 센서를 가지며,
    상기 묘화 제어 장치는, 상기 광전 센서로부터의 상기 광전 신호에 근거하여, 상기 회전 다면경의 상기 반사면 상의 반사 불균일에 기인한 상기 강도 변화 특성을 결정하는 패턴 묘화 장치.
  22. 청구항 19 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 묘화 유닛은, 상기 회전 다면경의 복수의 반사면 각각이 소정의 각도 위치가 된 것을 나타내는 원점 신호를 출력하는 원점 검출기를 구비하며,
    상기 강도 조정부는, 상기 원점 신호에 응답하여, 상기 음향 광학 변조 소자에 인가되는 상기 고주파 신호의 진폭을 상기 회전 다면경의 반사면마다 보정하는 패턴 묘화 장치.
  23. 청구항 18 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 묘화 유닛은, 상기 기판 상에 투사되는 상기 스폿광을 상기 부주사 방향으로 시프트시키기 위해, 상기 회전 다면경의 반사면 상에 조사되는 상기 묘화빔을 상기 부주사 방향에 대응한 방향으로 시프트시키는 기계 광학적인 시프터 기구를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  24. 청구항 23에 있어서,
    강도 조정부는, 상기 기계 광학적인 시프터 기구에 의한 상기 묘화빔의 상기 회전 다면경의 반사면 상의 시프트에 따라 변화하는 상기 반사 불균일의 변화에 기인한 상기 강도 변화 특성에 근거하여, 상기 고주파 신호의 진폭을 보정하는 패턴 묘화 장치.
  25. 기판 상에 묘화빔의 스폿광을 투사하여 주주사 방향으로 1차원으로 주사함과 아울러, 상기 기판을 상기 주주사 방향과 교차하는 부주사 방향으로 이동시키는 것에 의해서, 상기 기판 상에 2차원의 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
    상기 묘화빔의 근원이 되는 빔을 출력하는 광원 장치와,
    회전축의 둘레에 배치된 복수의 반사면을 가지며, 상기 묘화빔을 상기 반사면에서 상기 주주사 방향에 대응한 방향으로 각도를 바꾸어 반사시키는 회전 다면경과, 상기 회전 다면경의 각 반사면에서 반사된 상기 묘화빔을 입사시켜 상기 기판 상에서 스폿광으로 집광하여 상기 주주사 방향으로 주사하는 주사용 광학계를 가지는 묘화 유닛과,
    상기 기판을 지지하여, 상기 기판을 상기 부주사 방향을 따라서 소정 속도로 이동시키는 기판 이동 부재와,
    상기 부주사 방향을 따라서 상기 기판 상에 소정 간격으로 형성되는 복수의 마크 각각을 순차 검출하는 얼라이먼트계와, 상기 기판 이동 부재의 이동 위치를 계측하는 위치 계측부에 의해서, 상기 기판의 상기 부주사 방향의 이동 위치의 오차를 계측하는 오차 계측부와,
    상기 기판의 상기 이동 위치의 오차가 저감되도록, 상기 회전 다면경의 회전 속도를 규정의 회전 속도에 대해서 순차 변화시키는 회전 제어부를 구비하는 패턴 묘화 장치.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 회전 제어부에 의해서 상기 회전 다면경이 제어된 회전 속도로 회전시키는 회전 모터와,
    상기 회전 모터에 의한 상기 회전 다면경의 상기 회전 속도의 변화에 따라서, 상기 묘화 유닛에 의해서 묘화되는 패턴의 상기 주주사 방향에 관한 묘화 배율을 조정하는 배율 조정부를 더 구비하는 패턴 묘화 장치.
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