KR20220150942A - 패턴 형성 장치 및 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

제1 방향으로 이동하는 기판 상의 소정 영역에 패턴을 형성하는 패턴 형성 장치는, 기판 상에 제1 방향을 따라서 소정 간격으로 형성된 제1 기판 마크를, 제1 방향에 관해서 소정 영역의 상류측에 설정된 제1 검출 영역 내에서 광학적으로 검출하는 제1 얼라이먼트계와, 제1 방향과 직교한 제2 방향에 관해서 제1 기판 마크로부터 소정 거리만큼 떨어져, 기판 상에 제1 방향을 따라서 소정 간격으로 형성된 제2 기판 마크를, 제1 방향에 관해서 소정 영역의 상류측에 설정된 제2 검출 영역 내에서 광학적으로 검출하는 제2 얼라이먼트계와, 제1, 제2 얼라이먼트계을 따르도록 제2 방향으로 연설되고, 제2 방향에 관해서 제1 검출 영역과 제2 검출 영역 각각에 대응한 부분에 기준 지표 마크가 형성된 기준 지표 부재와, 제1, 제2 얼라이먼트계 각각에 마련되고, 기판 마크로부터의 광이 통과하는 광로 중에 기준 지표 마크로부터의 광이 통과하도록 합성하는 합성 광학 부재를 구비하였다.

Description

패턴 형성 장치 및 패턴 형성 방법

본 발명은, 기판의 폭 방향으로 연설(延設, 연장하여 마련)되는 형성 영역 내에서 패턴을 형성하는 전사 유닛에 의해서, 기판 상에 패턴을 전사하는 패턴 형성 장치 및 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

장척(長尺)의 플렉서블 시트 기판 상에 패턴을 전사하기 위해서, 시트 기판의 장척 방향과 직교한 단척(短尺) 방향(폭 방향)으로 복수의 헤드 어셈블리(전사 유닛)를 늘어 놓고, 시트 기판을 장척 방향으로 이동시키면서 복수의 헤드 어셈블리에 의해 패턴을 묘화(노광)하는 묘화 장치가, 예를 들면, 아래 일본 공개특허 제2006-098726호 공보에 개시되어 있다.

일본 공개특허 제2006-098726호 공보의 묘화 장치에서는, 도 3, 도 7~도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 노광 위치의 상류측에, 예를 들면 4대의 카메라부(52)가 얼라이먼트를 위해서 기재(시트 기판)(28)의 폭 방향으로 배치되고, 노광 동작 전에, 검출용 유닛을 가진 주사용 반송부(26)에 마련된 교정 스케일(42)에 의해서, 4대의 카메라부(52)의 각 위치를 교정하고 있다. 일본 공개특허 제2006-098726호 공보에서는, 장척의 기재(28)를 노광 위치에 있어서 평면 모양으로 흡착 지지함과 아울러, 평탄한 기재(28)의 표면을 따라서 장척 방향으로 이동 가능한 무단 벨트(33)가 마련된다. 그 무단 벨트(33)는, 리니어 이동 기구(20)와 이동 테이블(21)에 의해서 장척 방향으로 이동되는 주사용 반송부(26)에 마련되어 있다. 또한 주사용 반송부(26)에는, 닙 롤러쌍(30), 닙 구동 롤러쌍(32), 출력 가이드 롤러(40) 등이 마련되고, 기재(28)를 무단 벨트(33) 상에서 지지한 상태에서, 4대의 카메라부(52)의 각 위치를 교정할 수 있는 구성으로 되어 있다. 일본 공개특허 제2006-098726호 공보의 묘화 장치에서는, 4대의 카메라부(52) 각각이 기재(28) 상에 형성된 마크(M)의 각 위치에 대응하여 기재(28)의 폭 방향으로 이동 가능하게 구성되고, 교정 스케일(42)은 그 이동 위치를 올바르게 설정하기 위해서 이용된다.

일본 공개특허 제2006-098726호 공보의 장치 구성에서는, 주사용 반송부(26)를 이동시켜, 4대의 카메라부(52)의 직하에 교정 스케일(42)을 위치 결정한 상태에서 교정 동작(소위, 캘리브레이션)이 가능하지만, 노광 대상인 기재(28)의 장치로부터의 떼어냄을 불필요하게 하기 위해서, 주사용 반송부(26)에 탑재되는 무단 벨트(33), 닙 롤러쌍(30), 닙 구동 롤러쌍(32), 출력 가이드 롤러(40) 등의 부수 기구가 필요하게 되어, 주사용 반송부(26)의 중량이 증대하고, 그 이동을 주관하는 리니어 이동 기구(20) 등을 높은 강성으로 안정된 것으로 할 필요가 있어, 장치의 대형화로 연결된다. 또, 교정 스케일(42)은, 리니어 이동 기구(20)에 의해서 1차원 이동하는 주사용 반송부(26)에 장착되어 있기 때문에, 얼라이먼트 정밀도(마크(M)의 위치 검출 정밀도)에 균형을 맞추어, 주사용 반송부(26)의 위치 결정 재현성 등의 정밀도도 충분히 작게 할 필요가 있다.

본 발명의 제1 태양은, 이동 기구에 지지되어 제1 방향으로 이동하는 기판 상의 소정 영역에 전자 디바이스용의 패턴을 형성하는 패턴 형성 장치로서, 상기 이동 기구에 의해 지지되는 상기 기판의 표면 상에서, 상기 제1 방향과 직교한 제2 방향의 치수가 상기 제1 방향의 치수보다도 길게 설정된 패턴 형성 영역 내에서, 상기 기판의 표면에 상기 패턴을 형성하는 패턴 형성 기구와, 상기 기판의 표면에 상기 제1 방향을 따라서 소정 간격으로 형성된 제1 기판 마크를, 상기 기판의 이동의 방향에 관해서 상기 패턴 형성 영역의 상류측에 설정된 제1 검출 영역 내에서 광학적으로 검출하는 제1 얼라이먼트계와, 상기 제2 방향에 관해서 상기 제1 기판 마크로부터 소정 거리만큼 떨어져, 상기 기판의 표면에 상기 제1 방향을 따라서 소정 간격으로 형성된 제2 기판 마크를, 상기 기판의 이동의 방향에 관해서 상기 패턴 형성 영역의 상류측에 설정된 제2 검출 영역 내에서 광학적으로 검출하는 제2 얼라이먼트계와, 상기 제1 얼라이먼트계와 상기 제2 얼라이먼트계를 따르도록 저팽창 재료에 의해서 상기 제2 방향으로 연설되고, 상기 제2 방향에 관해서 상기 제1 검출 영역에 대응한 부분과 상기 제2 검출 영역에 대응한 부분 각각에 지표 패턴이 형성된 기준 지표 부재와, 상기 제1 얼라이먼트계와 상기 제2 얼라이먼트계 각각에 마련되고, 상기 기판 마크로부터의 광이 통과하는 광로 중에 상기 지표 패턴으로부터의 광을 통과시키도록 합성하는 합성 광학 부재를 구비한다.

본 발명의 제2 태양은, 제1 방향으로 이동하는 기판 상의 소정 영역 내에 형성된 전자 디바이스용의 하지(下地) 패턴에 대해서, 새로운 패턴을 겹쳐서 형성하는 패턴 형성 방법으로서, 상기 기판의 상기 제1 방향으로의 이동에 관해서, 상기 기판의 상기 소정 영역 내에 상기 새로운 패턴을 형성하기 위한 패턴 형성 기구에 의한 패턴 형성 영역의 상류측에 설정되는 제1 얼라이먼트계의 제1 검출 영역 내에서, 상기 기판 상에 상기 제1 방향을 따라서 소정 간격으로 형성된 복수의 제1 기판 마크를 순차적으로 광학적으로 검출하는 제1 마크 검출 공정과, 상기 패턴 형성 영역의 상류측이고, 또한 상기 제1 검출 영역으로부터 상기 제1 방향과 직교한 제2 방향으로 소정 간격만큼 떨어져 설정되는 제2 얼라이먼트계의 제2 검출 영역 내에서, 상기 기판 상에 상기 제1 방향을 따라서 소정 간격으로 형성된 복수의 제2 기판 마크를 순차적으로 광학적으로 검출하는 제2 마크 검출 공정과, 상기 제1 얼라이먼트계와 상기 제2 얼라이먼트계를 따르도록 상기 제2 방향으로 연설된 기준 지표 부재 상에, 상기 제1 검출 영역과 상기 제2 검출 영역과의 상기 소정 간격의 설계상의 거리에 대응한 위치 각각에 형성된 2개의 기준 지표 마크 중 일방의 제1 기준 지표 마크를, 상기 제1 마크 검출 공정 시에, 상기 제1 얼라이먼트계의 광로 중에 배치된 합성 광학 부재를 매개로 하여 상기 제1 기판 마크와 동시 검출하고, 상기 2개의 기준 지표 마크 중 타방의 제2 기준 지표 마크를, 상기 제2 마크 검출 공정 시에, 상기 제2 얼라이먼트계의 광로 중에 배치된 합성 광학 부재를 매개로 하여 상기 제2 기판 마크와 동시 검출하는 것에 의해, 상기 기준 지표 마크를 기준으로 한 상기 제1 기판 마크와 상기 제2 기판 마크의 각 위치를 계측하는 제1 계측 공정과, 상기 패턴 형성 기구에 의해서 상기 기판 상의 상기 소정 영역 내에 상기 새로운 패턴을 형성할 때, 상기 제1 계측 공정에서 계측된 상기 제1 기판 마크와 상기 제2 기판 마크의 각 위치에 근거하여 상기 새로운 패턴의 위치를 조정하는 제1 조정 공정을 포함한다.

도 1은 제1 실시 형태에 의한 패턴 묘화 장치(EX)의 개략적인 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 패턴 묘화 장치(EX)에 있어서의 묘화 유닛(U1~U6)의 배치와 얼라이먼트계(ALGn)의 배치를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 패턴 묘화 장치(EX)에 있어서의 묘화 유닛(U1~U6) 중, 대표하여 묘화 유닛(U1) 내의 상세 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 회전 드럼(DR)과 얼라이먼트계(ALGn)와 기준바 부재(RB)와의 배치 관계를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL), 평면 미러(Mb), 빔 스플리터(BS1), 기준바 부재(RB)의 배치 관계를, 도 4의 XY면과 평행한 면 내에서 본 도면이다.
도 6은 도 2~도 5에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn(ALG1~ALG4))의 전체적인 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 4에 나타낸 묘화 라인(SL1~SL6)과 검출 영역(AD1~AD4)과의 배치 관계와, 회전 드럼(DR)의 회전 각도의 변화를 계측하는 인코더 계측계의 배치를 나타낸 도면이다.
도 8은 묘화 유닛(U1~U6), 스케일 원반(SDa), 인코더 헤드(EHa1, EHa2, EHa3), 기준바 부재(RB)의 배치 관계와 지지 구조의 일례를 나타내고, 도 8의 (A)는 스케일 원반(SDa)의 주위를 본 도면이며, 도 8의 (B)는 중심면(CPo)을 따라서 도 8의 (A)의 구조를 파단했을 때의 단면을 ＋X방향측으로부터 -X방향측을 향하여 본 부분 단면도이다.
도 9는, 얼라이먼트계(ALGn(ALG1~ALG4))의 상세한 구성을 나타내는 도면이며, 도 9의 (A)는, 도 6에 나타낸 구성 중의 평면 미러(Mb)를 생략하여 나타낸 광학계의 구성을 나타내고, 도 9의 (B)는 조명계(ILU) 내에 마련되는 조명 시야 조리개(FAn)의 일례를 나타내며, 도 9의 (C)는, 촬상 소자(DIS)에서 촬상되는 기준 마크(RMn)의 확대상(RMn')과 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상(MKn')과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10의 (A)는 기준바 부재(RB)의 4개소에 형성되는 기준 마크(RM1~RM4)의 배치의 일례를 나타내는 도면이고, 도 10의 (B)는 촬상 영역(DIS')과 기준 마크(RM1)와의 배치 관계의 일례를 과장하여 나타낸 도면이며, 도 10의 (C)는 촬상 영역(DIS')과 기준 마크(RM2)와의 배치 관계의 일례를 과장하여 나타낸 도면이다.
도 11은 본 실시 형태에 의한 패턴 묘화 장치(EX)에 마련되는 제어 장치의 일부분의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 실시 형태에 의한 패턴 묘화 장치(EX)의 동작 시퀀스의 일련의 흐름의 일례를 나타내는 플로우 차트도이다.
도 13은 제1 실시 형태에 의한 얼라이먼트계(ALGn)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 10의 (A)에 나타낸 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RMn)를 기준으로 한 얼라이먼트계(ALGn)의 설치 오차 ΔCn을 과장하여 나타낸 도면이다.
도 15는 평면 모양으로 전개된 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs) 상에 형성되는 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…), 얼라이먼트계(ALGn)의 검출 영역(ADn)의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 16은 6개의 묘화 라인(SLn), 4개의 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 촬상 영역(DIS'(검출 영역(ADn)), 및 기준 패턴(FMa) 각각의 배치 일례를 나타낸 도면이다.
도 17은 묘화 라인(SL1)을 생성하는 스폿 광(SP)이, 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(FMa)의 선조(線條) 패턴(Fxc1)를 포함하는 영역을 상대적으로 2차원 주사하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 18은 스폿 광(SP)이 주사되는 묘화 라인(SL1)을 묘화 시의 기준으로 하여, 이웃의 묘화 라인(SL2)과의 상대적인 배치 오차를 결정하는 모습을 설명하는 도면이다.
도 19는 도 12의 플로우 차트 중의 스텝 304에 의해서 결정, 또는 설정되는 캘리브레이션 정보(배치 오차 등)를 모식적으로 과장하여 나타낸 도면이다.
도 20은 도 7에 나타낸 묘화 장치의 얼라이먼트계(ALGn)를 4개에서 7개로 늘렸을 경우의 변형예 1에 의한 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은 도 7, 도 16, 도 20 각각에 나타낸 묘화 라인(SL1~SL6)의 기판(P) 상에서의 배치 관계를 변형하여, 이음부에 오버랩 영역을 마련했을 경우의 변형예 2를 설명하는 도면이다.
도 22는 묘화 라인(SL1)의 주사 개시점측과 묘화 라인(SL2)의 주사 개시점측과의 오버랩 영역(OL12) 내에서 겹침 노광되는 동일한 패턴(2차원의 묘화 데이터 상의 화소 배열)의 상태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 23은 제2 실시 형태에 의한 얼라이먼트계(ALGn)의 광학 구성을 나타내는 도면이다.
도 24는 제3 실시 형태에 의한 얼라이먼트계(ALGn)의 광학 구성을 나타내는 도면이다.
도 25는 도 24에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn)에 있어서의 빔 스플리터(BS1)(합성 광학 부재)의 구성을 변형했을 경우의 변형예 3에 의한 광학 배치를 나타내는 도면이다.
도 26은 제4 실시 형태에 의한 기준바 부재(RB)의 구성을 나타내는 도면으로, 도 26의 (A)는, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상의 구성을 나타내고, 도 26의 (B)는, 도 26의 (A) 중의 기준바 부재(RB)의 CC-CC 화살표 방향으로 본 단면을 나타내며, 도 26의 (C)는 참조면(RBa) 상에 형성되는 기준 마크(RMn)의 구성의 일례를 나타낸다.
도 27은 제5 실시 형태에 의한 마스크레스 노광 장치로서, 디지털·미러·디바이스(DMD)를 이용한 패턴 묘화 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 28은 도 27에 나타낸 패턴 묘화 장치에 있어서의 묘화 유닛(Un) 각각에 의한 투영 영역(IAn)과, 얼라이먼트계(ALGn) 각각에 의한 검출 영역(ADn)의 XY면 내에서의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 29, 얼라이먼트계(ALGn)의 구성에 관한 변형예 5를 설명하는 도면으로, 도 29의 (A)는, 도 24에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn)를 베이스로하여 변형된 광학 구성을 나타내고, 도 29의 (B)는, 빔 스플리터(BS1)의 파장 선택 특성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 30은 도 29의 (A)의 얼라이먼트계(ALGn)에 조명광을 공급하는 조명계(ILU)로서, 다른 파장 특성을 가지는 2개의 고체 광원으로부터의 광을 이용하는 변형예 6에 의한 구성을 나타내는 도면이다.
도 31은 얼라이먼트계(ALGn)의 빔 스플리터(BS1)의 구성과 기준바 부재(RB)의 배치 방향을 변형시킨 변형예 7에 의한 구성을 나타내는 도면이다.
도 32는, 기준바 부재(RB)의 지지 구조에 의한 변형 상태의 차이를 나타내고, 도 32의 (A)는, 기준바 부재(RB)의 길이 방향의 양단 부근을 선접촉하는 받침대(FJ1)에 의해 하부로부터 지지하는 구조를 나타내고, 도 32의 (B)는, 기준바 부재(RB)의 길이 방향의 일방의 단부 부근을 선접촉하는 받침대(FJ1)에 의해 하부로부터 지지하고, 타방의 단부를 장치 프레임(FJ2)에 체결(고착)하는 구조를 나타내고, 도 32의 (C)는, 기준바 부재(RB)의 길이 방향의 양단부를 장치 프레임(FJ2)에 체결(고착)하는 구조를 나타낸다.
도 33은 도 8에서 설명한 지지 부재(103A, 103B)에 의한 기준바 부재(RB)의 지지 구조의 변형예를 나타내는 부분 사시도이다.

본 발명의 태양에 관련되는 기판 처리 장치(패턴 형성 장치) 및 기판 처리 방법(패턴 형성 방법)에 대해서, 적합한 실시 형태를 들어, 첨부의 도면을 참조하면서 이하, 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명의 태양은, 이들 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 다양한 변경 또는 개량을 가한 것도 포함된다. 즉, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되고, 이하에 기재한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.

[제1 실시 형태]

도 1은, 제1 실시 형태에 의한 기판 처리 장치로서, 기판(피조사체)(P)에 패턴을 전사하는 패턴 형성 장치(패턴 묘화 장치)(EX)의 개략 구성을 나타내는 사시도이며, 그 구성은, 국제 공개 제2017/191777호, 국제 공개 제2018/061633호에 개시되어 있는 것과 동일하다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 특별히 언급하지 않는 한, 중력 방향을 Z방향으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 도면에 나타내는 화살표에 따라서 X방향, Y방향, 및 Z방향을 설정한다.

패턴 묘화 장치(EX)는, 기판(P) 상에 도포된 포토레지스트 등의 감광성 기능층에 전자 디바이스용의 미세 패턴을 노광하여, 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 시스템에서 사용된다. 디바이스 제조에서는, 예를 들면, 플렉서블·디스플레이, 필름 모양의 터치 패널, 액정 표시 패널용의 필름 모양의 칼라 필터, 플렉서블 배선, 또는, 플렉서블·센서 등의 전자 디바이스를 제조하기 위해서, 패턴 묘화 장치 이외에도 복수종의 제조 장치가 사용된다. 디바이스 제조 시스템은, 플렉서블(가요성)의 시트 모양의 기판(시트 기판)(P)을 롤 모양을 감은 도시하지 않는 공급롤로부터 기판(P)이 송출되고, 송출된 기판(P)에 대해서 각종 처리를 연속적으로 실시한 후, 각종 처리 후의 기판(P)을 도시하지 않는 회수롤로 권취하는, 이른바 롤·투·롤(Roll　To　Roll) 방식의 생산 방식을 가진다. 그 때문에, 적어도 제조 처리 중의 기판(P) 상에는, 최종 제품이 되는 단위 디바이스(1개의 표시 패널 등)에 대응한 패턴이, 기판(P)의 반송 방향으로 소정의 틈새를 두고 다수 늘어선 상태로 배열된다. 기판(P)은, 그 장척 방향이 기판(P)의 이동 방향(반송 방향)이 되고, 장척 방향과 직교한 단척 방향이 기판(P)의 폭 방향이 되는 띠 모양이다.

기판(P)은, 예를 들면, 수지 필름, 혹은, 스테인리스강 등의 금속 또는 합금으로 이루어지는 박(포일) 등이 이용된다. 수지 필름의 재질로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리염화비닐 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지 및 아세트산 비닐 수지 중, 적어도 1개 이상을 포함한 것을 이용해도 괜찮다. 또, 기판(P)의 두께나 강성(영률)은, 디바이스 제조 시스템이나 패턴 묘화 장치(EX)의 반송로를 지날 때에, 기판(P)에 좌굴에 의한 접힌 자국이나 비가역적인 주름이 생기지 않는 범위이면 된다. 기판(P)의 모재로서, 두께가 25㎛~200㎛ 정도의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트), 폴리이미드 등의 필름은, 적합한 시트 기판의 전형이다. 또, 기판(P)은, 플로트법 등으로 제조된 두께 30~100㎛ 정도의 극박 유리의 단층체, 그 극박 유리에 상기의 수지 필름, 금속박 등을 첩합(貼合)한 적층체, 혹은, 나노 셀룰로오스를 함유하고 표면을 평활 처리한 종이 조각이라도 괜찮다.

기판(P)의 표면에 도포되는 감광성 기능층은, 용액으로서 기판(P) 상에 도포되고, 건조하는 것에 의해서 층(막)이 된다. 감광성 기능층의 전형적인 것은 포토레지스트(액상 또는 드라이 필름 모양)이지만, 현상 처리가 불필요한 재료로서, 자외선의 조사를 받은 부분의 친발액성이 개질되는 감광성 실란 커플링제(SAM), 혹은 자외선의 조사를 받은 부분에 도금 환원기가 드러나는 감광성 환원제 등이 있다. 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우에는, 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분이 발액성으로부터 친액성으로 개질된다. 그 때문에, 친액성으로 된 부분의 위에 도전성 잉크(은이나 동 등의 도전성 나노 입자를 함유하는 잉크) 또는 반도체 재료를 함유한 액체 등을 선택 도포함으로써, 박막 트랜지스터(TFT) 등을 구성하는 전극, 반도체, 절연, 혹은 접속용의 배선이 되는 패턴층을 형성할 수 있다.

감광성 기능층으로서, 감광성 환원제를 이용하는 경우에는, 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분(혹은 비노광으로 된 패턴 부분)에 도금 환원기가 드러난다. 그 때문에, 노광 후, 기판(P)을 즉시 팔라듐 이온 등을 포함하는 도금액 중에 일정 시간 침지하는 무전해 도금에 의해서, 팔라듐에 의한 패턴층이 형성(석출)된다. 이러한 도금 처리는 애더티브(가산식)의 프로세스이지만, 그 외, 서브트랙티브(감산식)의 프로세스로서의 에칭 처리를 전제로 해도 괜찮다. 그 경우, 패턴 묘화 장치(EX)로 보내어지는 기판(P)은, 모재를 PET나 PEN으로 하고, 그 표면에 알루미늄(Al)이나 동(Cu) 등의 금속성 박막을 전면 또는 선택적으로 증착하고, 또한 그 위에 포토레지스트층을 적층한 것으로 된다.

도 1에 나타낸 패턴 묘화 장치(EX)는, 마스크를 이용하지 않는 직묘 방식의 노광 장치, 이른바 스폿 주사 방식의 노광 장치이고, 전(前) 공정의 프로세스 장치로부터 반송되어 온 기판(P)을 후(後) 공정의 프로세스 장치(단일의 처리부 또는 복수의 처리부를 포함함)를 향하여 소정의 속도로 장척 방향으로 반송한다. 그 반송에 동기하여, 패턴 묘화 장치(EX)는, 기판(P)의 감광성 기능층에 전자 디바이스를 구성하는 신호선이나 전원 라인의 배선 패턴, TFT를 구성하는 전극, 반도체 영역, 스루홀 등 중 어느 패턴 형상에 따른 광 패턴을, 묘화 데이터에 따라서 강도 변조되는 스폿 광의 Y방향으로의 고속 주사(주주사(主走査))와 기판(P)의 장척 방향으로의 이동(부주사(副走査))에 의해서 형성한다.

도 1에 있어서, 패턴 묘화 장치(EX)는, 부주사를 위해서 기판(P)을 지지하여 장척 방향으로 반송하는 회전 드럼(DR)과, 회전 드럼(DR)에 의해 원통면 모양으로 지지된 기판(P)의 부분마다에 패턴 노광을 행하는 복수(여기에서는 6개)의 묘화 유닛(Un(U1~U6))을 구비하고, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각은, 노광용의 펄스 상태의 빔(LB)(펄스 빔)의 스폿 광을, 기판(P)의 피조사면(감광면) 상에서 Y방향으로 폴리곤 미러(PM)(주사 부재)에 의해 1차원으로 주사(주주사)하면서, 스폿 광의 강도를 묘화 데이터에 따라서 고속으로 변조(온/오프)한다. 이것에 의해, 기판(P)의 피조사면에 전자 디바이스, 회로 또는 배선 등의 소정의 패턴에 따른 광 패턴이 묘화 노광된다. 또, 기판(P)이 장척 방향을 따라서 연속하여 반송되므로, 패턴 묘화 장치(EX)에 의해서 패턴이 노광되는 기판(P) 상의 피노광 영역(디바이스 형성 영역)은, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격(여백)을 두고 복수개를 설정할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각, 또는 전체에 의해서, 패턴 형성 기구가 구성된다.

도 1과 같이, 회전 드럼(DR)은, Y방향으로 연장됨과 아울러 중력이 작용하는 방향과 교차한 방향으로 연장된 중심축(AXo)과, 중심축(AXo)으로부터 일정 반경의 원통형의 외주면을 가진다. 회전 드럼(DR)은, 그 외주면(원주면)에 모방하여 기판(P)의 일부를 장척 방향으로 원통면 모양으로 만곡시켜 지지(밀착 유지)하면서, 중심축(AXo)을 중심으로 회전하여 기판(P)을 장척 방향으로 반송한다. 회전 드럼(DR)은, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각으로부터의 빔(LB)(스폿 광)이 투사되는 기판(P) 상의 영역(부분)을 그 외주면에서 지지한다. 또한, 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양측에는, 회전 드럼(DR)을 중심축(AXo)을 중심으로 회전시키도록 베어링에 의해 지지되는 도시하지 않은 샤프트가 마련된다. 그 샤프트에는, 도시하지 않는 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등)으로부터의 회전 토크가 주어지고, 회전 드럼(DR)은 중심축(AXo)을 중심으로 일정한 회전 속도로 회전한다.

광원 장치(펄스 광원 장치)(LS)는, 펄스 상태의 빔(펄스 빔, 펄스 광, 레이저)(LB)을 발생시켜 사출한다. 이 빔(LB)은, 기판(P)의 감광성 기능층에 대한 감도를 가지고, 410~200nm의 파장 대역에 피크 파장(예를 들면, 405nm, 365nm, 355nm, 344nm, 308nm, 248nm 등 중 어느 파장)을 가지는 자외선광이다. 광원 장치(LS)는, 여기에서는 도시하지 않은 묘화 제어 장치의 제어에 따라서, 예를 들면, 100MHz~400MHz의 범위 중 어느 주파수(발진 주파수, 소정 주파수)(FPL)로 펄스 상태의 빔(LB)을 사출한다. 본 실시 형태에서는, 광원 장치(LS)를 파장 변환 소자에 의해서 자외선광을 발생시키는 레이저 광원 장치로 한다. 구체적으로는, 적외 파장역의 펄스 광을 발생시키는 반도체 레이저 소자, 파이버 증폭기 및 증폭된 적외 파장역의 펄스 광을 자외 파장역의 펄스 광으로 변환하는 파장 변환 소자(고조파 발생 소자) 등으로 구성되는 파이버 앰프 레이저 광원으로 한다. 이와 같이 광원 장치(LS)를 구성함으로써, 1펄스 광의 발광 시간이 십수 피코초~수십 피코초 이하의 고휘도인 자외선의 펄스 광이 얻어진다. 광원 장치(LS)를 파이버 앰프 레이저 광원으로 하고, 묘화 데이터를 구성하는 화소 비트의 상태(논리값으로 「0」이나 「1」)에 따라서 빔(LB)의 펄스 발생을 고속으로 온/오프하는(스폿 광을 강도 변조하는) 구성에 대해서는, 국제 공개 제2015/166910호, 국제 공개 제2017/057415호에 개시되어 있다. 또한, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)은, 그 빔 지름이 약 1mm, 혹은 그 절반 정도의 가는 평행 광속으로 되어 있는 것으로 한다.

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 낙사(落射) 미러('선택 미러'라고도 칭함)(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 것으로, 초음파 신호에 의해 구동되어, 입사한 빔(LB)의 ±1차 회절광 중 일방만을 효율적으로 발생시키도록, 블랙 회절 조건으로 배치되는 음향 광학 변조 소자(AOM：Acousto-Optic Modulator)로 구성된다. 복수의 선택용 광학 소자(OSn) 및 복수의 낙사 미러(IMn)는, 복수의 묘화 유닛(Un) 각각에 대응하여 마련되어 있다. 예를 들면, 선택용 광학 소자(OS1)와 낙사 미러(IM1)는, 묘화 유닛(U1)에 대응하여 마련되고, 마찬가지로 선택용 광학 소자(OS2~OS6) 및 낙사 미러(IM2~IM6)는, 각각 묘화 유닛(U2~U6)에 대응하여 마련되어 있다.

광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은, 반사 미러(M1~M12)에 의해서 그 광로가 XY면과 평행한 면 내에서 구불 구불한 모양으로 굽혀져, 흡수체(TR)까지 안내된다. 이하, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))가 모두 오프 상태(초음파 신호가 인가되지 않아, 1차 회절광이 발생하고 있지 않는 상태)인 경우에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 도 1에서는 도시를 생략했지만, 반사 미러(M1)로부터 흡수체(TR)까지의 빔 광로 중에는 복수의 렌즈에 의한 릴레이계가 마련된다. 릴레이계는, 자세한 것은, 국제 공개 제2017/057415호에 개시되어 있는 것과 같이, 광원 장치(LS)로부터 빔(LB)의 광로에 따라서 직렬로 늘어서는 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각의 사이에 배치되고, 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각을 광학적으로 서로 공역 관계(결상 관계)로 한다. 또한 각 릴레이계는, 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각의 위치에서는 빔(LB)의 직경을 1mm~0.5mm의 가는 평행 광속으로 유지하면서, 각 릴레이계 내의 중간 위치에서는 직경이 0.2mm 이하의 빔 웨스트가 되도록 수렴한다. 낙사 미러(IM1~IM6) 각각은, 각 릴레이계의 광로 중의 빔 웨스트의 위치에 배치된다.

도 1에 있어서, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은 -X방향으로 진행하여 반사 미러(M1)에서 -Y방향으로 반사되고, 반사 미러(M2)에 입사한다. 반사 미러(M2)에서 ＋X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS5)를 스트레이트로 투과하여 반사 미러(M3)에 이른다. 반사 미러(M3)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M4)에서 -X방향으로 반사되고, 선택용 광학 소자(OS6)를 스트레이트로 투과하여 반사 미러(M5)에 이른다. 반사 미러(M5)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M6)에서 ＋X방향으로 반사되고, 선택용 광학 소자 OS3를 스트레이트로 투과하여 반사 미러(M7)에 이른다. 반사 미러(M7)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M8)에서 -X방향으로 반사된 후, 선택용 광학 소자(OS4)를 스트레이트로 투과하여 반사 미러(M9)에 이른다. 반사 미러(M9)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M10)에서 ＋X방향으로 반사된 후, 선택용 광학 소자(OS1)를 스트레이트로 투과하여 반사 미러(M11)에 이른다. 반사 미러(M11)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M12)에서 -X방향으로 반사된 후, 선택용 광학 소자(OS2)를 스트레이트로 투과하여 흡수체(TR)로 안내된다. 이 흡수체(TR)는, 빔(LB)의 외부로의 누설을 억제하기 위해서 빔(LB)을 흡수하는 광 트랩으로, 광 에너지의 흡수에 의한 발열이 저감되도록 온조(공냉 또는 수냉) 기구를 구비하고 있다.

각 선택용 광학 소자(OSn)는, 초음파 신호(고주파 신호)가 인가되면, 입사한 빔(LB)(0차 광)을, 고주파의 주파수에 따른 회절각으로 회절시킨 1차 회절광을 사출빔(빔(LBn))으로서 발생시킨다. 따라서, 선택용 광학 소자(OS1)로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB1이 되고, 마찬가지로 선택용 광학 소자(OS2~OS6) 각각으로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB2~LB6가 된다. 이와 같이, 각 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 광로를 편향시키는 기능을 발휘한다. 또, 본 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 중 선택된 1개만이 일정 시간만 온 상태(고주파 신호가 인가된 상태)가 되도록, 도시하지 않은 묘화 제어 장치에 의해서 제어된다. 선택된 1개의 선택용 광학 소자(OSn)가 온 상태일 때, 그 선택용 광학 소자(OSn)에서 회절되지 않고 직진하는 0차 광이 10~20% 정도 잔존하는데, 그것은 최종적으로 흡수체(TR)에 의해서 흡수된다.

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

각 선택용 광학 소자(OSn)의 구성, 기능, 작용 등은 서로 동일한 것이고, 복수의 선택용 광학 소자(OSn) 각각은, 묘화 제어 장치로부터의 구동 신호(고주파 신호)의 온/오프에 의해서, 입사한 빔(LB)을 회절시킨 회절광(빔(LB1~LB6))의 발생을 온/오프시키는 스위칭(빔 선택) 동작을 행한다. 이러한 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 빔(LB)의 광로에 직렬(시리얼)로 배치하여, 대응하는 묘화 유닛(Un)에 시분할로 빔(LBn)을 공급하는 구성은, 국제 공개 제2015/166910호에 개시되어 있다.

빔 전환부를 구성하는 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각이 일정 시간만큼 온 상태가 되는 순서는, 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 설정되는 스폿 광에 의한 주사 개시 타이밍의 순서에 의해서 정해진다. 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 하나에 있어서의 폴리곤 미러의 하나의 반사면이, 기판(P) 상에서 1회의 스폿 주사를 행하도록, 시분할로 전환할 수 있다. 그 때문에, 묘화 유닛(Un) 각각의 폴리곤 미러의 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)이 Y방향으로 늘어서 배치되고, 기판(P)의 반송 방향의 하류측에 3개의 묘화 유닛(U2, U4, U6)이 Y방향으로 늘어서 배치된다.

이 경우, 기판(P) 상의 하나의 피노광 영역에 대한 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. 따라서, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각이 일정 시간만큼 온 상태가 되는 순서도, OS1→OS3→OS5→OS2→OS4→OS6→OS1→…의 순서로 정해진다.

도 1에 나타내는 것과 같이, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에는, 입사하여 온 빔(LB1~LB6)를 주주사하기 위한 폴리곤 미러(PM)가 마련된다. 본 실시 형태에서는, 각 묘화 유닛(Un)의 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(스폿 광의 주주사 기간)을, 서로 중복하지 않도록 설정할 수 있다. 따라서, 빔 전환부에 마련된 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프 변환을, 6개의 폴리곤 미러(PM) 각각의 회전 각도 위치에 동기하여 제어함으로써, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 복수의 묘화 유닛(Un) 각각에 시분할로 배분한 효율적인 노광 처리를 할 수 있다. 6개의 폴리곤 미러(PM) 각각의 회전 각도의 위상 맞춤과, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프 전환 타이밍과의 동기 제어에 대해서도, 국제 공개 제2015/166910호에 개시되어 있다.

도 1과 같이, 패턴 묘화 장치(EX)는, 동일 구성의 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))을 배열한, 이른바 멀티 헤드형의 직묘 노광 방식이다. 묘화 유닛(Un) 각각은, 회전 드럼(DR)의 외주면(원주면)에서 지지되어 있는 기판(P)의 Y방향(주주사 방향)으로 구획된 부분 영역마다에 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 직경이 2~4㎛의 스폿 광으로 된다. 또한 각 묘화 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 회전에 의해서, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))의 각각의 스폿 광이 주주사 방향(Y방향)으로 주사된다. 이 스폿 광의 주사에 의해서, 기판(P) 상에, 1 라인분(分)의 패턴의 묘화를 위한 직선적인 묘화 라인(주사 라인)(SLn)(또한, n=1, 2,…, 6)이 규정된다. 묘화 라인(SLn)은, 빔(LBn)의 스폿 광의 기판(P) 상에 있어서의 주사 궤적이다.

복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))의 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 포함하는 YZ면과 평행한 중심면을 사이에 두고, 회전 드럼(DR)의 둘레 방향으로 2열로 지그 재그 배열로 배치되고, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 중심면에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)의 기판(P)의 피조사면 상에 위치하고, 또한, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)은, 중심면에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(＋X방향측)의 기판(P)의 피조사면 상에 위치하고, 또한, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 그 때문에, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)과, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)은, XZ평면 내에서 보면(Y방향에서 보면), 중심면에 대해서 대칭으로 마련되어 있다.

X방향(기판(P)의 반송 방향)에 관해서는, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)과 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)이 서로 이간(離間)하고 있지만, Y방향(기판(P)의 폭 방향, 주주사 방향)에 관해서는, 기판(P) 상에 묘화된 패턴끼리가 서로 분리되지 않고 서로 이어지도록 설정되어 있다. 묘화 라인(SL1~SL6)은, 기판(P)의 폭 방향, 즉, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)과 거의 평행이 되도록 설정되어 있다. 또한, 묘화 라인(SLn)을 Y방향으로 서로 잇는다는 것은, 묘화 라인(SLn)의 단부끼리의 Y방향의 위치를 인접 또는 일부 중복시키는 듯한 관계로 하는 것을 의미한다. 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 Y방향으로 중복시키는 경우에는, 예를 들면, 각 묘화 라인(SLn)의 길이에 대해서, 묘화 개시점, 또는 묘화 종료점을 포함하여 Y방향으로 1~5%의 범위에서 중복시키면 괜찮다.

복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))은, 전부에 의해 기판(P) 상의 노광 영역(패턴 형성 영역)의 폭 방향의 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 정도라고 하면, 6개의 묘화 유닛(U1~U6)을 Y방향으로 배치하는 것에 의해서, 묘화 가능한 노광 영역의 Y방향의 폭을 180~360mm 정도까지 넓히고 있다. 또한, 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 길이(묘화 범위의 길이)는, 원칙으로 동일하게 한다. 즉, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각을 따라서 주사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 주사 거리는, 원칙으로 동일하게 한다.

각 묘화 유닛(Un(U1~U6))은, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면(RP)에서 반사되어 주주사 방향으로 편향되는 빔(LBn)을 입사하는 텔레센트릭한 fθ 렌즈계(묘화용 주사 광학계)(FT)를 구비하고, fθ 렌즈계(FT)로부터 사출하여 기판(P)에 투사되는 각 빔(LBn)은, XZ평면 내에서 보았을 때, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 향하여 진행하도록 설정된다. 이것에 의해, 각 묘화 유닛(Un(U1~U6))으로부터 기판(P)을 향하여 진행하는 빔(LBn)의 주광선은, XZ평면에 있어서, 기판(P)의 만곡한 표면 상의 묘화 라인(SLn)의 위치에서의 접평면(接平面)에 대해서 항상 수직이 되도록 기판(P)을 향하여 투사된다. 즉, 스폿 광(SP)의 주주사 방향, 및 부주사 방향(회전 드럼(DR)의 외주면을 따른 둘레 방향)에 관해서, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))은 텔레센트릭한 상태로 주사된다.

도 2는, 도 1에 나타낸 패턴 묘화 장치(EX)의 회전 드럼(DR)과 6개의 묘화 유닛(U1~U6)의 배치와, 기판(P)에 형성된 얼라이먼트 마크나 회전 드럼(DR)의 표면에 형성된 기준 패턴 등을 검출하는 복수의 얼라이먼트계(ALGn)(n은 2 이상의 정수)의 배치를 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 2 중의 직교 좌표계(XYZ)의 설정은 도 1과 동일하다. 도 2에 나타낸 회전 드럼(DR), 묘화 유닛(U1~U6), 얼라이먼트계(ALGn)의 기본적인 배치는, 예를 들면, 국제 공개 제2016/152758호, 국제 공개 제2017/199658호에 개시되어 있다.

기판(P)을 약 180도의 각도 범위에서 지지하는 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양측에는, 중심축(AXo)을 중심으로 회전하도록 고리 모양의 베어링에 의해 지지되는 샤프트(Sft)가 마련되고, 샤프트(Sft)는 도시하지 않은 회전 구동원의 회전축과 접합되어 있다. 또, 중심축(AXo)을 포함하여 YZ면과 평행한 면을 중심면(CPo)이라고 한다. Y방향(기판(P)의 폭 방향)에서 보았을 때, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)과 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)은 중심면(CPo)를 사이에 두고 대칭적으로 배치된다. 도 2와 같이, 직교 좌표계(XYZ)의 XZ면과 평행한 면 내에서는, 묘화 유닛(U1)(및 U3, U5)은 중심면(CPo)으로부터 반시계 방향으로 일정한 각도 θc만큼 기울어지고, 묘화 유닛(U2)(및 U4, U6)은 중심면(CPo)으로부터 시계 방향으로 일정한 각도 θc만큼 기울어진다. 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 구성은 동일하므로, 대표하여 묘화 유닛(U1)의 구성을 도 3에 나타낸다.

도 3은, 도 1에 나타낸 낙사 미러(IM1)로부터 공급되는 빔(LB1)(묘화 데이터에 따라서 강도 변조된 직경 1mm~0.5mm 정도의 평행 광속)을, 최종적으로 기판(P) 상에 스폿 광(SP)으로서 집광하는 fθ 렌즈계(FT)와, 스폿 광(SP)을 Y방향으로 주주사하여 묘화 라인(SL1)을 형성하는 폴리곤 미러(PM) 등을 포함하는 묘화 유닛(U1)의 상세 구성을 나타내는 사시도이고, 예를 들면 국제 공개 제2019/082850호에 개시되어 있다. 묘화 유닛(U1)(및 U2~U6)의 폴리곤 미러(PM)로부터 fθ 렌즈계(FT)를 통과하는 광축(AXf1)은, 도 2와 같이 직교 좌표계(XYZ) 내에서는 기울어 지므로, 묘화 유닛(U1)(및 U2~U6) 내에서는, 직교 좌표계(XYZ)에 대해서 기울어진 직교 좌표계 XtYtZt를 설정한다. 그 직교 좌표계 XtYtZt에 있어서, Yz방향은 Y방향과 동일하고, Zt방향은, 낙사 미러(IM1)로부터 묘화 유닛(U1)에 입사하는 빔(LB1)의 주광선(중심 광선)의 진행 방향, 혹은 묘화 라인(SL1)의 위치에서 기판(P)의 법선 방향으로 하고, Xt방향은 fθ 렌즈계(FT)를 통과하는 광축(AXf1)의 방향으로 한다. 또한, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6) 각각의 fθ 렌즈계(FT)의 광축은 광축(AXf2)으로 한다.

도 3에 있어서, 묘화 유닛(U1)(및 U2~U6) 내에는, 미러(M30), 렌즈(L6), 렌즈(L7), 석영제의 경사 가능한 평행 평판(HVP), 렌즈(L8, L9), 미러(M31), 편광 빔 스플리터(PBS), 개구 조리개(AP), 1/4 파장판(QW), 미러(M32), 제1 실린드리칼 렌즈(CYa), 렌즈(L10), 미러(M33), 렌즈(L11), 미러(M34, M35, M36), 8면의 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈계(FT), 미러(M37), 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)가, 그 순서로 배치된다. 미러(M30)는, 입사하는 빔(LB1)의 진행 방향이 -Xt방향이 되도록 빔(LB1)을 90도로 반사시킨다. 미러(M30)에서 반사된 빔(LB1)의 광로를 따라서 배치되는 렌즈(L6, L7, L8, L9)는, 미러(M30)에서 반사된 가는 빔(LB1)(직경이 1mm~0.5mm 정도)을, 수 mm 이상(5~10mm의 범위)의 직경의 평행 광속으로 확대하는 빔 익스팬더계를 구성한다.

평행 평판(HVP)은, 빔 익스팬더계의 렌즈(L6~L9)의 사이의 광로 중에 마련되어 Zt축과 평행한 회전축(AXh)을 중심으로 회전(경사) 가능하게 구성된다. 평행 평판(HVP)의 경사량을 바꾸는 것에 의해, 기판(P) 상에 투사되는 스폿 광(SP)의 위치를 부주사 방향(Xt방향, 기판(P)의 이동 방향인 부주사 방향)으로, 스폿 광(SP)의 실효적인 직경 φp의 수배~수십배의 거리 범위에서 시프트시킬 수 있다. 편광 빔 스플리터(PBS)는, 렌즈(L9)를 통과하여 확대되고 미러(M31)에서 -Yt방향으로 반사되는 빔(LB1)(평행 광속)을 입사한다. 빔(LB1)을 직선 P편광으로 하면, 편광 빔 스플리터(PBS)는, 빔(LB1)을 편광 분리면에서 99% 이상의 강도로 반사시켜, 후단의 개구 조리개(AP)를 향하게 한다. 개구 조리개(AP)의 원형 개구를 투과한 빔(LB)은, 1/4 파장판(QW)을 투과할 때에 직선 편광으로부터 원편광으로 변환된다.

1/4 파장판(QW)을 투과한 빔(LB1)(평행 광속)은, 미러(M32)에 의해서 -Zt방향으로 반사되고, 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)(모선이 Yt축과 평행)에 입사하며, 공간 중의 면(Pv)에 있어서 Xt방향의 폭이 매우 작고, Yt방향으로 수 mm(개구 조리개(AP)의 개구 지름과 동일함)의 길이로 연장된 슬릿 모양의 강도 분포로 집광된다. 면(Pv)에서 일차원 방향만 수렴된 빔(LB1)은, 2개 세트의 구면 렌즈계의 초군(初群)의 구면 렌즈(L10)를 지나, 미러(M33)에서 ＋Xt방향으로 반사된 후, 2개 세트의 구면 렌즈계의 후군(後群)의 구면 렌즈(L11)를 지나 ＋Xt방향으로 진행한다. 구면 렌즈(L11)로부터 사출된 후의 빔(LB1)은, 미러(M34)에 의해서 ＋Zt방향으로 반사된 후, 미러(M35)에 의해서 ＋Yt방향으로 반사된다. 미러(M34)와 미러(M35)는, 미러(M35)로부터 ＋Yt방향으로 진행하는 빔(LB1)의 주광선(중심 광선)과 fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf1)이 XtYt면과 평행한 면 내에서 서로 직교하도록 배치되어 있다. 미러(M35)로부터 ＋Yt방향으로 진행하는 빔(LB1)은, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf1)을 사이에 두고 미러(M35)의 반대측에 배치되는 미러(M36)에 의해서 반사되고, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에 투사된다.

제1 실린드리칼 렌즈(CYa)와 2개 세트의 구면 렌즈계의 작용에 의해서, 구면 렌즈(L11)를 통과한 직후에 미러(M34)에 입사하는 빔(LB1)은, Zt방향에 관해서는 거의 평행 광속의 상태가 되고, Yt방향에 관해서는 수렴 광속의 상태가 된다. 또한, 도 3에서는 구면 렌즈계를 주점(主点)간 거리의 조정을 위해 구면 렌즈(L10, L11)의 2매로 구성했지만, 1매의 구면 렌즈만으로 구성해도 괜찮다.

미러(M36)의 반사면은, Zt축과 평행임과 아울러 XtZt면과 평행이고 광축(AXf1)을 포함하는 면에 대해서 22.5°의 협각(挾角)으로 배치된다. 이것에 의해, 미러(M36)로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)를 향하는 빔(LB1)의 주광선(중심 광선), 즉 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)나 구면 렌즈계(렌즈(L10, L11))의 광축의 연장으로, 미러(M36)로부터 폴리곤 미러(PM)까지의 광축은, XtYt면과 평행한 면 내에서, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf1)에 대해서 45°의 각도로 설정된다. 또, 도 3에서, 미러(M36)에 반사하여 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)을 향하는 빔(LB1)은, Zt방향에 관해서는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa) 상에서 집광하도록 수렴 광속의 상태가 되고, XtYt면과 평행한 면 내에서는 거의 평행 광속의 상태가 되며, 반사면(RPa) 상에서는 주주사 방향, 즉 폴리곤 미러(PM)의 회전 중심축(AXp)을 중심으로 하는 내접원의 접선 방향으로 슬릿 모양으로 연장한 강도 분포가 되도록 집광된다.

폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에서 반사된 빔(LB1)은, 텔레센트릭한 fθ 렌즈계(FT)를 통과한 후, 미러(M37)에서 -Zt방향으로 직각으로 반사되어, 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)(모선의 방향은 Yt방향)에 입사하고, 기판(P) 상에 스폿 광(SP)으로서 집광된다. 본 실시 형태에서는, 미러(M37)에서 -Zt방향으로 직각으로 절곡되어, 기판(P)의 표면(회전 드럼(DR)의 외주면)과 수직이 되는 fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf1)과 미러(M30)를 향하여 -Zt방향으로 입사하는 빔(LB1)의 중심 광선이, Zt축과 평행한 선분(LE1)(다른 묘화 유닛(U2~U6) 각각에 대해서는 선분(LE2~LE6)이라고 함)과 동축이 되도록 설정되어 있다. 그러한 설정에 의해서, 묘화 라인(SL1)을 기판(P)(XtYt면과 평행한 면) 내에서 미소량 기울일 때에, 도 3에 나타낸 미러(M30)~ 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)까지의 각 광학 부재를 일체적으로 지지하는 케이스(유닛 지지 프레임)의 전체를, 선분(LE1)을 중심으로 미소 회전시키는 것이 가능하게 된다. 이와 같이, 묘화 유닛(U1)(다른 유닛(U2)~U6도 마찬가지)의 지지 프레임 전체를 선분(LE1(LE2~LE6))을 중심으로 미소 회전 가능하게 하는 기구에 대해서는, 예를 들면 국제 공개 제2016/152758호에 개시되어 있다.

또, 본 실시 형태에서는, 피주사면에 설치되는 피조사체(기판(P), 또는 회전 드럼(DR)의 외주면)의 표면에 스폿 광(SP)을 투사했을 때에 발생하는 반사광의 강도를 검출하기 위해서, 광전 센서(DTR)와 렌즈계(GF)가 마련된다. 피조사체의 표면으로부터의 반사광(특히 정규 반사광)은, 제2 실린드리칼 렌즈(CYb), fθ 렌즈계(FT), 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa), 미러(M36, M35, M34), 구면 렌즈(L11), 미러(M33), 구면 렌즈(L10), 제1 실린드리칼 렌즈(CYa), 미러(M32), 1/4 파장판(QW), 개구 조리개(AP)를 거쳐, 편광 빔 스플리터(PBS)까지 되돌아 온다. 피조사체의 표면에 투사되는 스폿 광(SP)은 원 편광이고, 그 반사광도 원 편광 성분을 많이 포함하고 있기 때문에, 반사광이 1/4 파장판(QW)을 투과하여 편광 빔 스플리터(PBS)를 향할 때, 그 편광 특성은 직선 S편광으로 변환된다. 그 때문에, 피조사체의 표면으로부터의 반사광은 편광 빔 스플리터(PBS)의 편광 분리면을 투과하여 렌즈계(GF)에 입사한다. 렌즈계(GF)에 의해서 피조사체로부터의 반사광이 광전 센서(DTR)의 수광면에 집광되도록, 광전 센서(DTR)의 수광면은 피주사면 상의 스폿 광(SP)과 광학적으로 공역인 관계로 설정된다.

또한, 도 3에서는 도시를 생략했지만, 국제 공개 제2015/166910호, 또는 국제 공개 제2016/152758호에 개시되어 있는 것과 같이, 묘화용의 빔(LB1)이 투사되는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)의 회전 방향의 하나 직전의 반사면(RPb)에는, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면이 묘화 개시 직전의 각도 위치가 된 것을 나타내는 펄스 모양의 원점 신호를 출력하기 위한 원점 센서용의 송광빔이 투사된다. 또, 도 3에 나타낸 묘화 유닛(U1)의 내부의 상세 구성은, 다른 묘화 유닛(U2~U6)에서도 동일하지만, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6) 각각은, 도 3의 묘화 유닛(U1)의 전체를, 선분(LE1)을 중심으로 180도 회전시킨 방향으로 설치된다.

여기서, 다시 도 2를 참조하여, 패턴 묘화 장치(EX)의 구성을 더 설명한다. 도 3에 나타낸 묘화 유닛(U1)을 포함하는 홀수번의 묘화 유닛(U3, U5)은, 선분(LE1, LE3, LE5) 각각의 연장선(즉, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf1)의 연장선)이, 도 2의 Y방향에서 보아 회전 드럼(DR)의 회전 중심축(AXo)을 향함과 아울러, 선분(LE1, LE3, LE5)이 중심면(CPo)에 대해서 각도 -θc만큼 반시계 방향으로 기울어 지도록 설치된다. 한편, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)은, 선분( LE2, LE4, LE6) 각각의 연장선(즉, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf2)의 연장선)이, 도 2의 Y방향에서 보아 회전 드럼(DR)의 회전 중심축(AXo)을 향함과 아울러, 선분( LE2, LE4, LE6)이 중심면(CPo)에 대해서 각도 ＋θc만큼 시계 방향으로 기울어 지도록 설치된다. 각도 ±θc는, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)과 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)이 공간적으로 간섭하지 않는(부딪치지 않는) 범위에서, 가능한 한 작게 되도록 설정된다.

본 실시 형태에 있어서, 복수의 얼라이먼트계(ALGn)는 Y방향으로 소정 간격으로 늘어 놓여져, 각각 기판(P) 상의 마크 등을 검출하는 대물 렌즈계를 구비한다. 그들 대물 렌즈계를 통해서 기판(P) 상에 설정되는 검출 영역(관찰 시야)은, 기판(P)의 이동 방향(회전 드럼(DR)의 외주면의 주회 방향)에 관해서, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 의한 묘화 라인(SL1~SL6)의 위치보다도 상류측에 배치된다. 그 검출 영역(관찰 시야)의 중심을 통과하는 대물 렌즈계 각각의 광축(AXs)의 연장선은, 회전 드럼(DR)의 회전 중심축(AXo)을 향함과 아울러, 검출 영역(관찰 시야)의 위치에서 기판(P)의 표면 또는 회전 드럼(DR)의 외주면과 수직이 되도록 설정된다. 얼라이먼트계(ALGn)의 선단 부근에는 기준 마크(기준 지표 마크)를 형성한 기준 지표 부재로서의 기준바 부재(RB)가 부설되어 있다. 기준바 부재(RB)의 기준 마크는, 대물 렌즈계 각각에 의한 검출 영역(관찰 시야)의 상호의 위치 관계, 또는 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 의한 묘화 라인(SL1~SL6)의 상호의 위치 관계를 캘리브레이션할 때, 혹은 묘화 라인(SL1~SL6)의 위치와 복수의 검출 영역의 각 위치와의 둘레 방향(기판(P)의 이동 방향)의 간격(베이스라인 길이)이나 위치 관계를 계측할 때에 사용된다. 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 광축(AXs)은, XZ면과 평행한 면 내에서 보면, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5) 각각에 의한 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 각도 θc보다도 큰 각도 θa만큼 중심면(CPo)으로부터 반시계 방향으로 기울어 지도록 설정된다.

도 4는, 도 2에 나타낸 회전 드럼(DR)과 얼라이먼트계(ALGn)와 기준바 부재(RB)와의 배치 관계를 나타내는 사시도이고, 직교 좌표계(XYZ)는 앞의 도 1 또는 도 2의 직교 좌표계(XYZ)와 동일하게 설정된다. 본 실시 형태에서는, 4개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG4)가 Y방향으로 소정의 간격으로 직선적으로 배치되고, 얼라이먼트계(ALG1)의 대물 렌즈계(OBL)의 광축(AXs)은, 대물 렌즈계(OBL)와 기판(P)(회전 드럼(DR)의 외주면)과의 사이에 배치된 평면 미러(Mb)와 큐브형의 빔 스플리터(BS1)에 의해서 절곡되고, 기판(P) 상의 검출 영역(관찰 시야)(AD1)의 중심점을 통과하도록 설정된다. 도 4에서는 부호를 생략했지만, 다른 얼라이먼트계(ALG2, ALG3, ALG4) 각각에도, 마찬가지의 대물 렌즈계(OBL), 평면 미러(Mb), 큐브형의 빔 스플리터(BS1)(합성 광학 부재)가 마련되고, 얼라이먼트계(ALG2, ALG3, ALG4) 각각의 광축(AXs)도, 각각 기판(P) 상에 설정되는 검출 영역(관찰 시야)(AD2, AD3, AD4)의 중심점을 통과하도록 설정된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 얼라이먼트계(ALG1)를 제1 얼라이먼트계라고 하고, 얼라이먼트계(ALG4)를 제2 얼라이먼트계라고 하지만, 4개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 중 임의의 하나를 제1 얼라이먼트계라고 하고, 나머지의 3개의 얼라이먼트계 중 임의의 하나를 제2 얼라이먼트계라고 해도 괜찮다.

기준바 부재(RB)는, 저열팽창 계수의 재료(인바, 세라믹스, 석영 등)로 Y방향으로 가늘고 길게 성형되고, 4개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각의 빔 스플리터(BS1)의 근방에 부설된다. 기준바 부재(RB)의 재료로서는, 경량화도 가능한 세라믹스로 하는 것이 바람직하고, 특히, 산화 마그네슘(MgO), 산화 알루미늄(Al₂O₃), 이산화 규소(SiO₂)의 3성분으로 구성되는 코디에라이트(cordierite)계 세라믹스로 하면 괜찮다. 기준바 부재(RB)의 빔 스플리터(BS1)와 대향하는 참조면(RBa) 상에는, 얼라이먼트계(ALG1)의 기판(P) 상의 검출 영역(AD1)과 대응한 위치에 검출 영역(AR1)이 설정된다. 참조면(RBa)의 검출 영역(AR1) 내에는, 빔 스플리터(BS1)와 평면 미러(Mb)를 통해서 대물 렌즈계(OBL)에 의해 관찰 가능한 기준 마크(기준 패턴)가 형성되어 있다. 따라서, 본 실시 형태에서의 얼라이먼트계(ALGn)는, 대물 렌즈계(OBL)의 선단측에 배치된 빔 스플리터(BS1)를 통해서, 검출 영역(AD1) 내에 나타나는 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(또는 회전 드럼(DR)의 외주면 상에 형성된 기준 패턴)와, 검출 영역(AR1) 내에 설정되는 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상의 기준 마크를, 동시에, 또는 택일적으로 관찰하는 것이 가능하게 된다.

도 5는, 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL), 평면 미러(Mb), 입방체 모양의 큐브형의 빔 스플리터(BS1), 및 기준바 부재(RB)의 배치 관계를, 도 4의 XY면과 평행한 면 내에서 본 도면이다. 또한, 직교 좌표계(XYZ)는 도 4, 또는 도 2 중의 직교 좌표계(XYZ)와 동일하게 설정된다. 대물 렌즈계(OBL)로부터 연장되는 광축(AXs)은, 평면 미러(Mb)에 의해서, 기울어진 하부(-Z방향)로 절곡된다. 평면 미러(Mb)의 반사면은, XZ면 내에서 보면, 대물 렌즈계(OBL)로부터 연장하는 광축(AXs)과 수직인 면에 대해서 각도 θk만큼 반시계 방향으로 기울어져 있다. 본 실시 형태의 경우, 얼라이먼트계(ALGn)를 도 2와 같이 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)의 하방(下方) 공간에 배치하는 관계로부터, 대물 렌즈계(OBL)를 통과하는 광축(AXs)은 XZ면 내에서 일정한 각도만큼 XY면에 대해서 기울어진 것이 된다. 도 2에서 설명한 것과 같이, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)의 각 선분(LE1, LE3, LE5)은, 중심면(CPo)에 대해서 각도 -θc만큼 기울어져 있기 때문에, 그것에 맞추어,대물 렌즈계(OBL)를 통과하는 광축(AXs)도, XY면에 대해서 각도 -θc만큼 기울어져 있다. 따라서, XZ면 내에서 보았을 때, 평면 미러(Mb)의 반사면은, YZ면과 평행한 면에 대해서 각도 -(θk＋θc)만큼 반시계 방향으로 기울어진 것이 된다.

평면 미러(Mb)에서 되접혀져 빔 스플리터(BS1)를 향하는 광축(AXs)은, 원래의 광축(AXs)에 대해서 -Z방향으로 각도 2θk만큼 기울어진 것이 되고, 직교 좌표계(XYZ)의 XY면과 평행한 면에 대해서는, 각도 -(θc＋2θk)만큼 기울어진 것이 된다. 빔 스플리터(BS1)는 2개의 직각 프리즘(예를 들면 석영제)의 경사면끼리를 접합한 광 분할면(Bsp)을 가지고, XZ면 내에서 보는 단면 형상은 전체로 거의 정사각형으로 성형되어 있다. 빔 스플리터(BS1)의 평면 미러(Mb)측의 면(PBa)과 기준바 부재(RB)측의 면(PBc)과는 서로 평행임과 아울러, 각각 광 분할면(Bsp)에 대해서 45도로 성형되어 있다. 또한, 빔 스플리터(BS1)의 기판(P)(회전 드럼(DR))과 대향하는 측의 면(PBb)은, 면(PBa)과 면(PBc) 각각과 직교하고, 광 분할면(Bsp)에 대해서도 45도로 성형되어 있다. 그리고, 빔 스플리터(BS1)의 면(PBb)은 기판(P)의 표면(접평면)과 평행하게 설정되고, 면(PBc)은 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)과 평행하게 설정된다.

또, 빔 스플리터(BS1)의 면(PBa)을 수직하게 통과하는 광축(AXs)은, 면(PBc)을 수직하게 통과하여 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)와 수직이 되도록 설정된다. 또한, 빔 스플리터(BS1)의 면(PBa)을 수직하게 통과하여 광 분할면(Bsp)에서 90도에 반사된 광축(AXs)은, 면(PBb)을 수직하게 통과하여 기판(P)의 표면(접평면)과 수직하게 되도록 설정된다. 대물 렌즈계(OBL)의 선단면으로부터 기판(P)의 표면까지의 광로 길이와, 대물 렌즈계(OBL)의 선단면으로부터 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)까지의 광로 길이는 동일하게 설정되고, 빔 스플리터(BS1)는, 대물 렌즈계(OBL)로부터 평면 미러(Mb)의 사이의 광로를 차폐하지 않도록 배치된다. 도 5로부터 분명한 것과 같이, 대물 렌즈계(OBL)의 선단으로부터 기판(P)의 표면, 또는 참조면(RBa)까지의 작동 거리(워킹 디스턴스)는, 평면 미러(Mb)와 빔 스플리터(BS1)를 개재시키므로, 길게 설정된다. 그 작동 거리는, 일례로서 10cm 이상으로 설정된다.

다음으로, 얼라이먼트계(ALGn(ALG1~ALG4))의 전체적인 개략 구성을, 도 6의 사시도를 참조하여 설명한다. 도 6의 직교 좌표계(XYZ)는, 도 4, 도 5의 직교 좌표계(XYZ)와 동일하게 설정된다. 얼라이먼트계(ALGn)에는, 대물 렌즈계(OBL)의 광축(AXs)과 동축으로 배치되는 렌즈계(Gb), 빔 스플리터(BS2), 촬상부(IMS), 조명계(ILU)가 마련되어 있다. 조명계(ILU)로부터의 조명광(ILb)은, 미러(Ma)에서 반사되어 빔 스플리터(BS2)의 하방(-Z방향)의 면으로부터 입사하고, 광 분할면에서 반사되어 렌즈계(Gb)를 투과하여 대물 렌즈계(OBL)에 입사한다. 조명광(ILb)은, 대물 렌즈계(OBL)를 통과하여, 기판(P)측의 검출 영역(ADn(AD1~AD4)), 및 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)측의 검출 영역(ARn(AR1~AR4))을 균일한 조도 분포로 조명한다. 조명광(ILb)의 파장 범위는, 기판(P) 상에 형성된 감광성 기능층(포토레지스트 등)의 감광 파장역으로부터 벗어난 장파장측으로 설정되고, 예를 들면 470nm~650nm로 설정된다.

기판(P)의 이동에 수반하여, 검출 영역(ADn(AD1~AD4)) 내에 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(기판 마크)(MKn(MK1~MK4))가 나타나면, 마크(MKn)를 포함하는 검출 영역(ADn) 내로부터의 반사광의 2차원적인 강도 분포가 변화한다. 검출 영역(ADn)으로부터의 반사광은, 빔 스플리터(BS1), 평면 미러(Mb), 대물 렌즈계(OBL), 렌즈계(Gb), 빔 스플리터(BS2)를 순서대로 통과하여 촬상부(IMS)에서 수광된다. 촬상부(IMS)는, CCD 또는 CMOS 등의 2차원 촬상 소자를 가지고 있고, 마크(MKn)의 상을 촬상한다. 또, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상의 검출 영역(ARn)도 조명광(ILb)에 의해서 조명되고 있으므로, 참조면(RBa) 상의 검출 영역(ARn)으로부터의 반사광도, 빔 스플리터(BS1), 평면 미러(Mb), 대물 렌즈계(OBL), 렌즈계(Gb), 빔 스플리터(BS2)를 순서대로 통과하여 촬상부(IMS)에서 수광된다.

또한, 얼라이먼트 마크(MK1)는 기판(P)의 폭 방향(Y방향)의 일방의 단측(端側)에, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 일정한 간격(예를 들면, 5~20mm)으로 형성되고, 얼라이먼트 마크(MK4)는 기판(P)의 폭 방향(Y방향)의 타방의 단측에, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 일정한 간격(예를 들면, 5~20mm)으로 형성된다. 얼라이먼트 마크(MK2, MK3)는, 기판(P)의 폭 방향의 내측으로서, 장척 방향으로 일정 간격으로 늘어서는 복수의 피노광 영역의 사이의 여백부, 혹은, 피노광 영역 내에서 디바이스용의 패턴이 형성되지 않는 공백 영역에 형성된다.

기판(P) 상에 설정되는 직사각형 모양의 검출 영역(ADn)의 크기와, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상에 설정되는 직사각형 모양의 검출 영역(ARn)의 크기를 맞추었을 경우, 촬상부(IMS)의 촬상 소자의 촬상면 내에는, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn(MK1~MK4))의 상과. 참조면(RBa) 상의 검출 영역(ARn) 내에 형성된 기준 마크(RMn(RM1~RM4))의 상이 동시에 결상되는 타이밍이 존재하므로, 촬상면 내에서는 얼라이먼트 마크(MKn)의 상과 기준 마크(RMn)의 상이 서로 겹치지 않도록, 얼라이먼트 마크(MKn)와 기준 마크(RMn) 각각의 배치나 형상이 설정되어 있다. 얼라이먼트 마크(MKn(MK1~MK4))나 기준 마크(RMn(RM1~RM4))의 배치나 형상의 상세한 것에 대해서는 후술한다.

도 7은, 도 4에 나타낸 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 의한 묘화 라인(SL1~SL6)과 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각의 검출 영역(AD1~AD4)과의 배치 관계와, 회전 드럼(DR)의 회전 각도의 변화(기판(P)의 둘레 방향의 위치 변화)를 계측하는 인코더 계측계의 배치를, 직교 좌표계(XYZ)의 XY면과 평행한 면 내에서 본 도면이다. 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양단의 샤프트(Sft) 각각에는, 중심축(AXo)과 동축으로 스케일 원반(SDa, SDb)(동일 직경)이 회전 드럼(DR)과 함께 회전하도록 고정되어 있다. 스케일 원반(SDa, SDb)의 직경은 회전 드럼(DR)의 직경과 동일한 것이 바람직하지만, 직경의 상대차가 ±20% 이내이면 괜찮다. 스케일 원반(SDa, SDb)의 원통면 모양의 외주면에는, 둘레 방향으로 일정한 피치로 선이 새겨진 회절 격자 모양의 눈금(Gm)이 형성되어 있다. 또한, 눈금(Gm)은 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양단측 각각의 외주면에 직접 형성해도 괜찮다.

스케일 원반(SDa)의 주위에는, 눈금(Gm)의 둘레 방향의 이동량을 계측하는 광학식의 3개의 인코더 헤드(EHa1, EHa2, EHa3)가 스케일 원반(SDa)의 외주면의 둘레 방향으로 늘어 놓여 마련되고, 스케일 원반(SDb)의 주위에는, 눈금(Gm)의 둘레 방향의 이동량을 계측하는 광학식의 3개의 인코더 헤드(EHb1, EHb2, EHb3)가 스케일 원반(SDb)의 외주면의 둘레 방향으로 늘어 놓여 마련된다. 한 쌍의 인코더 헤드(EHa1, EHb1)에 의한 눈금(Gm)의 둘레 방향의 독취(讀取) 위치는, 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각의 Y방향으로 일렬로 늘어 놓은 검출 영역(AD1~AD4)의 둘레 방향의 각도 위치와 동일하게 되도록 설정된다. 마찬가지로 한 쌍의 인코더 헤드(EHa2, EHb2)에 의한 눈금(Gm)의 둘레 방향의 독취 위치는, Y방향으로 일렬로 늘어 놓은 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 둘레 방향의 각도 위치와 동일하게 되도록 설정되고, 한쌍의 인코더 헤드(EHa3, EHb3)에 의한 눈금(Gm)의 둘레 방향의 독취 위치는, Y방향으로 일렬로 늘어 놓은 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 둘레 방향의 각도 위치와 동일하게 되도록 설정된다. 이러한 인코더 헤드의 배치를 가지는 인코더 계측 시스템은, 예를 들면 국제 공개 제2013/146184호에 개시되어 있는데, 계측의 아베 오차를 최소로 할 수 있다.

또, 도 7에서, 6개의 묘화 라인(SL1~SL6)에 의해서 이음 노광 가능한 Y방향의 최대 치수를 WAy, 기판(P)의 폭 방향(Y방향)의 치수(단척 길이)를 LPy라고 하면, 기판(P)의 단척 길이(LPy)는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 Y방향의 치수보다도 작고, 또한 Y방향의 양단측에 설정되는 얼라이먼트계(ALG1, ALG4) 각각의 검출 영역(AD1, AD4)의 Y방향의 간격 치수보다도 크게 되도록 설정된다. 기판(P) 상의 -Y방향의 단부에 X방향(부주사 방향)으로 일정 간격(예를 들면, 5~20mm)으로 형성되는 얼라이먼트 마크(MK1)는, 얼라이먼트계(ALG1)의 검출 영역(AD1) 내에 나타나는 위치에 형성되고, 기판(P) 상의 ＋Y방향의 단부에 X방향(부주사 방향)으로 일정 간격(예를 들면, 5~20mm)으로 형성되는 얼라이먼트 마크(MK4)는, 얼라이먼트계(ALG4)의 검출 영역(AD4) 내에 나타나는 위치에 형성된다. 또한, 얼라이먼트계(ALG1, ALG4)의 각 검출 영역(AD1, AD4)의 Y방향의 간격 치수는, 최대 치수 WAy의 범위 내로 설정된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의한 선 모양의 영역, 또는 묘화 라인(SL1~SL6)의 전체에 의해 둘러싸이는 직사각형의 영역이 패턴 형성 영역에 상당한다.

도 8은, 묘화 유닛(U1~U6), 스케일 원반(SDa), 인코더 헤드(EHa1, EHa2, EHa3), 기준바 부재(RB)의 배치 관계와 지지 구조의 일례를 나타내고, 도 8의 (A)는, 도 2와 마찬가지로 직교 좌표계(XYZ)의 -Y방향측으로부터 ＋Y방향측을 향하여 스케일 원반(SDa)의 주위를 본 도면이고, 도 8의 (B)는, 도 8의 (A) 중의 중심면(CPo)을 따라서 도 8의 (A)의 구조를 파단했을 때의 단면을 ＋X방향측으로부터 -X방향측을 향하여 본 부분 단면도이다.

도 8의 (A), 도 8의 (B)에서, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)과 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)은, 중심면(CPo)를 사이에 두고 대향하도록 지지 프레임부(100)에 장착된다. 지지 프레임부(100)는 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)과 평행하게 Y방향으로 연장한 막대 모양으로 형성되고, 패턴 묘화 장치(EX)의 본체 프레임에 고정되어 있다. 지지 프레임부(100)는, 묘화 유닛(U1~U6) 각각을 각각의 선분(LE1~LE6)을 중심으로 미소 회전 가능하게 축지지한다. 이러한 구조는 국제 공개 제2016/152758호에 개시되어 있다.

지지 프레임부(100)의 -Y방향측의 단부측(스케일 원반(SDa)측)에는, 3개의 인코더 헤드(EHa1, EHa2, EHa3)와 기준바 부재(RB)가 고정되는 원호 모양의 지지판부(103A)와, 그 지지판부(103A)를 지지 프레임부(100)의 -Y방향측의 단부측에 고정하는 지지판부(102A)가 마련된다. 도시하지 않지만, 지지 프레임부(100)의 ＋Y방향측의 단부측(스케일 원반(SDb)측)에는, 마찬가지로 인코더 헤드(EHb1, EHb2, EHb3)와 기준바 부재(RB)가 고정되는 원호 모양의 지지판부(103B)와, 그 지지판부(103B)를 지지 프레임부(100)의 ＋Y방향측의 단부측에 고정하는 지지판부(102B)가 마련된다. 또한, Y방향으로 떨어져 평행하게 위치하는 2개의 원호 모양의 지지판부(103A, 103B)를 연결하기 위해서, Y방향으로 연설(延設)된 연결바 부재(104a, 104b, 104c)가 원호를 따른 3개소 각각에 마련된다. 이상의 구성에 있어서, 지지 프레임부(100)와, 지지판부(102A, 102B, 103A, 103B)와, 연결바 부재(104a, 104b, 104c)는, 저열팽창 계수의 금속 재료나 세라믹스 재료를 이용하여 일체화되도록 조립되어, 기계적인 강성이 높고 온도 변화에 의한 구조 변형이 매우 작은 메트롤로지·프레임(계측 프레임)으로서 구성된다.

기준바 부재(RB)는, 직교 좌표계(XYZ) 내에서, 앞의 도 4~6에 나타낸 것과 같은 자세에서, Y방향으로 떨어진 2개의 원호 모양의 지지판부(103A, 103B) 각각에 걸쳐지도록 고정된다. 지지판부(103A, 103B) 각각에 마련되는 미세 조정 기구(106)는, 기준바 부재(RB)의 XZ면 내에서의 2차원적인 위치나 XZ면 내에서의 기울기 등의 자세를 수 미크론 이하의 오더로 미세 조정한다. 지지판부(103A)측의 미세 조정 기구(106)와 지지판부(103B)측의 미세 조정 기구(106)를 개별로 조정하는 것에 의해서, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)의 YZ면 내에서의 기울기 조정이나 참조면(RBa)의 중심축(AXo)과의 평행도의 조정 등을 행할 수도 있다. 그 미세 조정 기구(106)는, 주로 장치의 캘리브레이션시나 보수 작업시에 사용된다.

다음으로, 도 9를 참조하여 얼라이먼트계(ALGn(ALG1~ALG4))의 광학계의 상세한 것에 대하여 설명한다. 도 9의 (A)에 나타내는 얼라이먼트계(ALGn)는, 앞의 도 6에 나타낸 구성과 동일하지만, 설명을 간단하게 하기 위해서, 도 6 중의 평면 미러(Mb)를 생략하여 대물 렌즈계(OBL)로부터 앞의 광로를 전개하고 있다. 얼라이먼트계(ALGn)의 조명계(ILU)에는, 대물 렌즈계(OBL)에 의해서 규정되는 기판(P)(또는 회전 드럼(DR)의 외주면) 상의 검출 영역(ADn(AD1~AD4))과, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상의 검출 영역(ARn(AR1~AR4)) 각각과 광학적으로 공역인 관계(결상 관계)로 설정되고, 검출 영역(ADn, ARn) 각각에 적절한 조명 범위를 설정하기 위해서, 교환 가능한 복수의 조명 시야 조리개(FAn)가 마련되어 있다. 그 조명 시야 조리개(FAn)는, 도 9의 (B)에 나타내는 것과 같이, 예를 들면 조명 시야 조리개(FA1, FA2, FA3)의 3종류로 구성된다. 전형적인 조명 시야 조리개(FA1)는, 검출 영역(ADn(AD1~AD4))과 검출 영역(ARn(AR1~AR4)) 전체를 동시에 조명광(ILb)으로 조명하도록, 검출 영역(ADn, ARn) 쌍방과 상사형의 직사각형의 개구부를 가진다.

도 9의 (A)에서, 조명 시야 조리개(FA1)의 개구부를 투과한 조명광(ILb)은, 큐브형의 빔 스플리터(BS2)에서 반사되고, 렌즈계(Gb), 대물 렌즈계(OBL)를 통과하여 빔 스플리터(BS1)에서 진폭 분할되고, 기판(P) 상의 검출 영역(ADn) 내를 균일한 강도 분포로 조명함과 아울러, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상의 검출 영역(ARn) 내를 균일한 강도 분포로 조명한다. 참조면(RBa) 상의 검출 영역(ARn) 내에는, 기준 마크(RMn(RM1~RM4))가 정상적으로 소정 위치에 형성되어 있으므로, 검출 영역(ARn)로부터의 반사광(기준 마크(RMn)로부터의 정반사광, 산란광, 회절광을 포함함)은 빔 스플리터(BS1)를 투과한 후, 대물 렌즈계(OBL), 렌즈계(Gb), 빔 스플리터(BS2)를 통과하여, 결상 광속(Bma)이 되어 촬상부(IMS)에 입사한다. 촬상부(IMS)는, 렌즈계(Gc)와 2차원의 촬상 소자(DIS)를 구비하고, 촬상 소자(DIS)의 촬상면은, 기판(P)의 표면(또는 회전 드럼(DR)의 외주면)과 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa) 각각과 광학적으로 공역인 관계(결상 관계)로 설정된다.

도 9의 (C)에 나타내는 것과 같이, 촬상 소자(DIS)의 촬상면에서의 촬상 영역(DIS')은 실질적으로 검출 영역(ADn, ARn)과 상사형으로서, 대물 렌즈계(OBL)와 렌즈계(Gb)에 의해서 규정되는 원형의 상측 시야 범위(Imc) 내에 포함되는 직사각형으로 설정된다. 검출 영역(ARn)으로부터의 반사광에 의해서, 촬상 영역(DIS') 내의 특정의 위치에 기준 마크(RMn)의 확대상(RMn')이 형성된다. 본 실시 형태에서는, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)에 형성되는 기준 마크(RMn)는, 검출 영역(ARn)(촬상 영역(DIS')) 내의 4구석 각각에 배치되는 L자 모양의 선 모양 패턴으로 구성된다. 또한, 도 9의 (C)에서, 촬상 영역(DIS')을 세로 방향으로 2분하는 선과 횡방향으로 2분하는 선과의 교점을 중심점(CCn)이라고 한다. 중심점(CCn)은 촬상면의 중심부에 위치하는 특정의 촬상 화소로 해도 괜찮다.

한편, 조명 시야 조리개(FA1)의 개구부를 투과한 조명광(ILb)에 의해서, 기판(P) 상의 검출 영역(ADn) 내가 균일한 강도 분포로 조명된 상태에서, 검출 영역(ADn) 내에 얼라이먼트 마크(MKn)가 나타나면, 얼라이먼트 마크(MKn)로부터의 정반사광, 산란광, 회절광을 포함하는 반사광이 빔 스플리터(BS1)를 투과한 후, 대물 렌즈계(OBL), 렌즈계(Gb), 빔 스플리터(BS2)를 통과하여 결상 광속(Bma)이 되어 촬상부(IMS)에 입사한다. 촬상부(IMS)의 촬상 소자(DIS)의 촬상면과 기판(P)의 표면이 결상 관계로 되어 있으므로, 촬상 소자(DIS)의 촬상 영역(DIS') 내에는, 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상(MKn')이 형성된다. 기판(P)이 일정한 속도로 일방향으로 계속 이동하고 있으므로, 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상(MKn')은, 촬상 영역(DIS') 내를 화살표 Xp의 방향(X방향)으로 통과하여 간다. 또, 촬상 영역(DIS') 내에서의 기준 마크(RMn)의 확대상(RMn')의 위치와, 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상(MKn')의 위치는, 서로 겹치지 않도록 설정되어 있다. 도 9의 (C)에서는, 얼라이먼트 마크(MKn)(확대상(MKn'))의 형상을, 앞의 도 7의 얼라이먼트 마크(MKn)의 형상에 맞추어 십자 모양의 선 패턴으로 했지만, 그 형상은, 촬상 소자(DIS)로부터의 영상 신호를 화상 해석하는 화상 처리 장치에 의해서 인식 가능한 형상이면, 직사각형(정사각형), 삼각형(쐐기형), 원형 등 중 어느 것이라도 괜찮다.

또, 조명계(ILU)의 조명 시야 조리개(FAn)를, 도 9의 (B)에 나타낸 조명 시야 조리개(FA2)로 전환하면, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상에 설정되는 검출 영역(ARn) 중의 4구석에 위치하는 기준 마크(RMn)를 향하는 조명광이 차폐되고, 촬상 소자(DIS)의 촬상 영역(DIS') 내에는 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상(MKn') 만이 나타난다. 또한, 조명계(ILU)의 조명 시야 조리개(FAn)를, 도 9의 (B)에 나타낸 조명 시야 조리개(FA3)로 전환하면, 기판(P) 상에 설정되는 검출 영역(ADn) 내의 중앙 부분에서 얼라이먼트 마크(MKn)가 통과할 수 있는 부분을 향하는 조명광이 차폐되고, 참조면(RBa) 상의 검출 영역(ARn) 중의 4구석의 부분에 위치하는 기준 마크(RMn)에 조명광이 조사되므로, 촬상 소자(DIS)의 촬상 영역(DIS') 내에는 기준 마크(RMn)의 확대상(RMn')만이 나타난다.

도 10의 (A)는, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상의 Y방향의 4개소에 형성되는 기준 마크(RM1~RM4)(RM3는 생략)의 배치의 일례를 나타내는 도면이다. 도 10의 (A)에서는, 참조면(RBa)과 평행한 평면을 직교 좌표계(X'Y'Z')의 X'Y'면이라고 하고, 참조면(RBa)의 법선과 평행한 축선을 Z'축이라고 한다. 여기에서도, 직교 좌표계(X'Y'Z')의 Y'축은 직교 좌표계(XYZ)의 Y축과 평행이다. 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상에는, Y'방향(Y방향)으로 연장된 가상적인 직선(CRy)을 따라서, 기준 마크(RM1~RM4)가 Y'방향으로 소정의 간격 치수로 형성되어 있다. 즉, 기준 마크(RM1~RM4) 각각의 중심점(CR1, CR2, CR3, CR4)은, 가상적인 직선(CRy) 상에 정밀하게 위치 결정되어 있다. 본 실시 형태에서는, 기준 마크(RM1)의 중심점(CR1)과 기준 마크(RM2)의 중심점(CR2)과의 Y'방향(Y방향)의 간격 치수를 LBS12라고 하면, 다른 기준 마크(RM3)의 중심점(CR3)과 중심점(CR2)과의 Y'방향(Y방향)의 간격 치수 LBS23와, 기준 마크(RM4)의 중심점(CR4)과 중심점(CR3)과의 Y'방향(Y방향)의 간격 치수 LBS34 모두가 간격 치수 LBS12와 동일하게 설정되는 것으로 한다. 그렇지만, 간격 치수 LBS12, 간격 치수 LBS23, 및 간격 치수 LBS34는, 각각 다른 값으로 설정해도 상관없다.

도 10의 (B)는, 얼라이먼트계(ALG1)의 촬상 소자(DIS)의 촬상 영역(DIS')과, 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RM1)와의 X'Y'면 내에서의 배치 관계의 일례를 과장하여 나타낸 것이고, 도 10의 (C)는, 얼라이먼트계(ALG2)의 촬상 소자(DIS)의 촬상 영역(DIS')과 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RM2)와의 X'Y'면 내에서의 배치 관계의 일례를 과장하여 나타낸 것이다. 도 10의 (B)에서, 2차원의 촬상 영역(DIS')의 X'방향과 Y'방향과의 중심점(기준점)을 CC1라고 하면, 기준바 부재(RB)와 얼라이먼트계(ALG1)와의 상대적인 장착 오차에 의해서, 기준 마크(RM1)의 X', Y'방향의 중심점(CR1)과 촬상 영역(DIS')의 중심점(CC1)은, 소정의 설치 오차 ΔC1만큼 어긋난 것으로 되어 있다. 도 10의 (B)에서는, 그 설치 오차 ΔC1는, 기준 마크(RM1)의 중심점(CR1)을 기준(원점)으로 하여, X'방향으로 ＋ΔXC1(㎛), Y'방향으로 ＋ΔYC1(㎛)로 되어 있다.

마찬가지로 도 10의 (C)에서, 2차원의 촬상 영역(DIS')의 X'방향과 Y'방향과의 중심점(기준점)을 CC2라고 하면, 기준바 부재(RB)와 얼라이먼트계(ALG2)와의 상대적인 장착 오차에 의해서, 기준 마크(RM2)의 X', Y'방향의 중심점(CR2)과 촬상 영역(DIS')의 중심점(CC2)은, 소정의 설치 오차 ΔC2만큼 어긋난 것으로 되어 있다. 도 10의 (C)에서는, 그 설치 오차 ΔC2는, 기준 마크(RM2)의 중심점(CR2)을 기준(원점)으로 하여, X'방향으로 -ΔXC2(㎛), Y'방향으로 -ΔYC2(㎛)로 되어 있다. 또한, 촬상 영역(DIS')의 중심점(CC1, CC2)은, 촬상면에 2차원의 매트릭스 모양으로 분포하는 다수의 촬상 화소 중 중앙에 위치하는 특정의 하나의 촬상 화소에 대응한 것으로 하지만, 엄밀하게는 촬상 영역(DIS')의 진정한 중심점일 필요는 없고, 예를 들면 X'방향 또는 Y'방향으로 진정한 중심점으로부터 수개 분~수십개 분만큼 어긋난 특정의 촬상 화소의 위치를 중심점(기준점)(CC1, CC2)으로 해도 괜찮다.

또, 다른 얼라이먼트계(ALG3, ALG4) 각각에 대해서도, 마찬가지로 촬상 영역(DIS')의 중심점(CC3, CC4) 각각과 기준 마크(RM3, RM5)의 중심점(CR3, CR4)과의 사이에, 설치 오차 ΔC3, ΔC4가 있는 것으로 한다. 그러한 설치 오차 ΔC1, ΔC2, ΔC3, ΔC4에 관한 정보는, 장치의 조립시, 장치 가동 중의 적당한 타이밍에 실시되는 조정(캘리브레이션) 작업시, 혹은 장치의 보수 점검(메인터넌스)의 작업시에, 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각의 촬상 소자(DIS)로부터의 영상 신호의 화상 해석에 의해서 구해지고, 적절히 갱신할 수 있다.

도 11은, 본 실시 형태에 의한 패턴 묘화 장치(EX)에 마련되는 제어 장치의 일부분의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다. 도 11에서, 앞의 각 도면에서 설명한 부재나 부품과 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고 있지만, 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs)과, 스케일 원반(SDa(SDb))의 외주면에 새겨진 눈금(Gm)을, 설명을 간단하게 하기 위해 평면으로 전개한 상태로 나타낸다. 그 때문에, 도 11에서는, 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs)과 눈금(Gm)이, 화살표(arx)와 같이 수평 방향(X방향)으로 함께 직진하는 것으로 한다. 또, 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs)에는, 둘레 방향을 따라서 일정한 간격으로 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)이 형성되어 있다. 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…) 각각은, 얼라이먼트계(ALGn(ALG1~ALG4)) 각각에 의한 검출 영역(ADn(AD1~AD4)) 내에 나타나도록, Y방향(회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)의 방향)의 위치나 치수가 설정되어, 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs)에 형성되어 있다. 회전 드럼(DR)에 형성하는 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)의 구성에 대해서는, 예를 들면 국제 공개 제2014/034161호에 개시되어 있다.

또한, 도 11에서는, 지지 프레임부(100)의 축지지되는 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)만을 나타내고, 앞의 도 7, 도 8에서 나타낸 인코더 헤드(EHa1(EHb1), EHa2(EHb2), EHa3(EHb3)) 가운데, 얼라이먼트계(ALGn)의 검출 영역(ADn)의 둘레 방향의 방위와 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)(노광 위치)의 둘레 방향의 방위에 배치되는 인코더 헤드(EHa1(EHb1), EHa2(EHb2))만을 나타낸다. 또, 기준바 부재(RB)는, 도 8에 나타낸 것과 같이, 지지판부(102A, 102B, 103A, 103B)를 매개로, 묘화 유닛(U1~U6)을 지지하는 지지 프레임부(100)과 견뢰하게 결합되어 있다.

그 인코더 헤드(EHa1(EHb1)) 각각으로부터의 계측 신호(예를 들면, 위상이 90도의 2상 신호)는 카운터 회로부(200A)에 입력되고, 카운터 회로부(200A)는, 눈금(Gm)의 격자 피치의 1/32~1/128의 분해능으로 눈금(Gm)의 이동량(즉, 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs) 또는 기판(P)의 이동량)에 대응한 디지털 계수값을 계측 정보(ESa1(ESb1))로서 순차적으로 출력한다. 마찬가지로 인코더 헤드(EHa2(EHb2)) 각각으로부터의 계측 신호(예를 들면, 위상차가 90도인 2상 신호)는 카운터 회로부(200B)에 입력되고, 카운터 회로부(200B)는, 눈금(Gm)의 격자 피치(예를 들면, 20. 48㎛)의 1/32, 1/64, 혹은 1/128의 분해능으로 눈금(Gm)의 이동량(즉, 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs) 또는 기판(P)의 이동량)에 대응한 디지털 계수값을 계측 정보(ESa2(ESb2))로서 순차적으로 출력한다. 또, 스케일 원반(SDa, SDb) 각각의 눈금(Gm)에는, 1회전마다 기점(제로점위치)을 표현하는 제로점 신호를, 인코더 헤드(EHa1(EHb1), EHa2(EHb2), EHa3(EHb3)) 각각으로부터 발생시키기 위한 원점 패턴(ZZo)이 형성되어 있다.

도 11에 나타낸 카운터 회로부(200A)는, 인코더 헤드(EHa1(EHb1))가 원점 패턴(ZZo)을 검출한 순간에 디지털 계수값을 제로 리셋하고, 카운터 회로부(200B)는, 인코더 헤드(EHa2(EHb2))가 원점 패턴(ZZo)을 검출한 순간에 디지털 계수값을 제로 리셋한다. 스케일 원반(SDa)측의 원점 패턴(ZZo)과, 스케일 원반(SDb)측의 원점 패턴(ZZo)은, 회전 드럼(DR)의 회전 방향(둘레 방향)에 관해서, 반드시 정확하게 동일한 방위일 필요는 없고, 대체로 동일한 방위, 예를 들면 각도차로 ±수 도의 범위 내로 설정되어 있으면 된다. 일례로서 레니쇼(Renishaw)제의 광학식 로터리 인코더 시스템을 이용하면, 외주면에 피치 20㎛로 스케일 눈금(Gm)이 새겨진 스케일 원반(SDa, SDb)으로서의 스테인리스제 링과 인코더 헤드에 의해, 스케일 눈금(Gm)의 둘레 방향의 이동량을 0.1㎛ 이하의 분해능으로 계측할 수 있다. 즉, 카운터 회로부(200A, 200B) 내의 디지털 카운터의 최하위 비트(LSB)의 변화를, 기판(P)의 0.1㎛ 정도의 이동량에 대응시킬 수 있다.

또한, 스케일 원반(SDa, SDb)의 스케일 눈금(Gm)이 새겨진 외주면의 반경을 φgm, 회전 드럼(DR)의 외주면의 반경을 φdr이라고 하면, 회전 드럼(DR)의 외주면에 직접적으로 스케일 눈금(Gm)를 새기지 않는 한, 반경 φgm와 반경 φdr을 엄밀하게 일치시키는 것은 어렵다. 그래서, 카운터 회로부(200A, 200B) 내에는, 인코더 헤드(EHa1, EHb1, EHa2, EHb2,…) 각각으로부터의 신호에 근거하여 최초로 디지털 계수되는 카운터값인 LSB에 대응한 단위 이동량(계측 분해능)을 ΔLx라고 했을 때, 회전 드럼(DR)의 외주면의 둘레 방향의 단위 이동량 ΔLxa를, ΔLxa=ΔLx·(φdr/φgm)의 연산에 의해 환산하는 기능이 마련되어 있다. 따라서, 도 11에 나타낸 카운터 회로부(200A, 200B) 각각으로부터 출력되는 계측 정보(ESa1, ESb1, ESa2, ESb2,…)는, 그러한 환산에 의해서, 회전 드럼(DR)의 외주면의 둘레 방향의 이동량(또는 이동 위치)을 직접적으로 나타내는 값으로 할 수 있다.

또, 기판(P)의 원통면 모양으로 만곡한 표면의 둘레 방향의 이동량이나 이동 위치를 정밀하게 계측할 필요도 있으므로, 카운터 회로부(200A, 200B) 내에는, 기판(P)의 두께 Tp에 근거하여, 기판(P)의 표면의 둘레 방향의 단위 이동량 ΔLxb를,ΔLxb=ΔLx·[(φdr＋Tp)/φgm]의 연산에 의해 환산하는 기능도 마련되고, 카운터 회로부(200A, 200B) 각각은, 계측 정보(ESa1, ESb1, ESa2, ESb2,…)로서, 단위 이동량 ΔLxa 외에 단위 이동량 ΔLxb에 근거하여 계측되는 이동량이나 이동 위치를 동시에 출력한다. 일례로서 회전 드럼(DR)의 외주면의 반경 φdr을 134.00mm, 기판(P)의 두께 Tp를 100㎛로 하고, 회전 드럼(DR)을 정확하게 1회전시켰을 경우의 회전 드럼(DR)의 외주면의 이동량(외주면의 전체 둘레 거리)과, 기판(P)의 표면의 이동량을 비교하여 본다.

회전 드럼(DR)의 외주면의 이동량(전체 둘레 거리)은 841.946mm[=2π·φdr]가 되고, 기판(P)의 표면의 이동량은 848.229mm[=2π·(φdr＋Tp)]가 되며, 그 차분(오차 길이) ΔLf는 약 628.3㎛가 된다. 그 오차 길이 ΔLf는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 단위 이동량 ΔLxa에 근거하여 계측되는 이동량에 대해서는, ＋0.746%[=ΔLf/(2π·φdr)]라고 하는 큰 오차가 된다. 따라서, 회전 드럼(DR)에 기판(P)이 통지(通紙)되기 전의 상태로서, 회전 드럼(DR)의 외주면 상의 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)을 검출하는 캘리브레이션 등의 단계에서는, 회전 드럼(DR)의 외주면에 대응한 단위 이동량 ΔLxa에 근거하여 계측되는 이동량이나 이동 위치가 이용되고, 회전 드럼(DR)에 기판(P)이 통지(通紙)된 후의 상태에서, 기판(P) 상에 패턴을 노광하거나, 얼라이먼트 마크(MKn(MK1~MK4))를 검출하거나 하는 단계에서는, 기판(P)의 표면에 대응한 단위 이동량 ΔLxb에 근거하여 계측되는 이동량이나 이동 위치가 이용된다.

홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5) 각각에 마련되는 광전 센서(DTR)로부터의 각 광전 신호(아날로그 전압)는, 3개의 아날로그/디지털 변환 회로를 포함하는 ADC부(202A)에 입력된다. ADC부(202A)는, 묘화 유닛(U1(U3, U5))의 광전 센서(DTR)로부터의 광전 신호의 강도를, 묘화 라인(SL1(SL3, SL5))을 따라서 Y방향으로 주사되는 스폿 광의 단위 주사 이동량 ΔYsp(㎛)마다 클록 펄스를 발생시키는 클록 신호(LTC)에 근거하여 디지털 샘플링한다. 그 단위 주사 이동량 ΔYsp는, 도 1에 나타낸 광원 장치(LS)가 주파수(FPL)(Hz)로 펄스 발진하는 파이버 앰프 레이저 광원에서, 연속한 펄스 발진마다의 스폿 광이 주주사 방향(Y방향)에 관해서 스폿 광의 직경의 1/2 이상으로 겹치도록 스폿 광의 주사 속도 Vsp(㎛/초)를 설정했을 경우, ΔYsp≥Vsp/FPL의 관계가 되도록 설정된다. 이 관계에서, ΔYsp=Vsp/FPL로 했을 경우, 단위 주사 이동량 ΔYsp는 스폿 광의 직경의 1/2 정도가 되고, 클록 신호(LTC)의 주파수는 광원 장치(LS)의 주파수(FPL)와 동일하게 된다. 또, 광원 장치(LS)의 펄스 발진을 위한 주파수(FPL)의 발광 클록 신호를 분주(分周) 회로 등에 의해 1/2의 주파수로 하여 클록 신호(LTC)로서 생성하는 경우에는, ΔYsp=2·Vsp/FPL의 관계가 되고. 단위 주사 이동량 ΔYsp는 스폿 광의 직경과 동일하게 된다.

ADC부(202A)는, 묘화 라인(SL1(SL3, SL5))을 따른 스폿 광의 1회의 주사 중에 단위 주사 이동량 ΔYsp마다 디지털 샘플링되는 다수의 디지털 데이터를 화상 처리부(204A)에 순차적으로 전송한다. 화상 처리부(204A)는, ADC부(202A)에 의해서 디지털 샘플링된 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5) 각각의 광전 센서(DTR)로부터의 광전 신호의 디지털 파형 데이터를, 내부의 화상 메모리에 순차적으로 개별로 기억한다. 그 때, 화상 메모리는, 스폿 광의 1회의 주사 중에 얻어지는 디지털 데이터의 기억 어드레스를, 카운터 회로부(200B)로부터의 계측 정보(ESa2(또는 ESb2))의 변화에 근거하여 순차적으로 갱신한다.

이것에 의해서, 화상 처리부(204A) 내의 화상 메모리에는, 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 각각을 따른 스폿 광의 주사 범위에서, 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs)에 형성된 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…) 등으로부터의 반사광이나, 기판(P) 상에 형성된 반사율이 다른 미세한 패턴 형상 등으로부터의 반사광에 의한 2차원적인 명암 화상 데이터(휘도 정보)가 생성된다.

짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6) 각각에 대해서도, 마찬가지로 광전 센서(DTR)로부터의 광전 신호를 디지털 파형 데이터로 변환하는 도시하지 않은 ADC부(202B)와, 화상 메모리 내에 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6) 각각의 광전 센서(DTR)로부터의 광전 신호의 디지털 파형 데이터를 개별로 기억하는 도시하지 않은 화상 처리부(204B)가 마련된다. ADC부(202B)에 의한 각 광전 센서(DTR)로부터의 광전 신호의 디지털 샘플링은, 도 11 중의 클록 신호(LTC)에 근거하여 행하여지지만, 화상 처리부(204B) 내의 화상 메모리에 일시적으로 기억해야 할 디지털 파형 데이터의 기억 어드레스는, 도 11 중의 카운터 회로부(200B)로부터의 계측 정보(ESa2)(또는 ESb2)가 아니라, 도 8의 (A) 중의 인코더 헤드(EHa3)(또는 EHb3)로부터의 계측 신호(예를 들면, 위상차가 90도인 2상 신호)를 계수하는 도시하지 않은 카운터 회로부(200C)로부터의 계측 정보(ESa3 또는 ESb3라고 함)의 변화에 근거하여 순차적으로 갱신된다. 또한, 도시하지 않은 카운터 회로부(200C)나, 인코더 헤드(EHa3(EHb3))가 원점 패턴(ZZo)을 검출한 순간에 디지털 계수값을 제로 리셋 한다.

이상의 화상 처리부(204A)(및 204B)에서, 화상 메모리 내에 기억되는 2차원의 화상 데이터의 주주사 방향(Y방향)에 관한 화상 중의 위치(화소 위치)는, 디지털 샘플링 개시부터의 클록 신호(LTC)의 클록 펄스의 계수값에 의해서 결정되고, 부주사 방향(X방향)에 관한 화상 중의 위치(화소 위치)는, 카운터 회로부(200B)(및 200C)로부터의 계측 정보(ESa2, ESb2)(및 ESa3, ESb3)에 의해서 결정된다. 그것에 의해, 화상 처리부(204A)(및 204B)는, 화상 메모리 내에 기억되는 2차원의 화상 데이터에 근거하여, 회전 드럼(DR)의 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)의 2차원적인 위치, 즉, 스폿 광에 의한 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 대한 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)의 상대적인 위치를 화상 해석 처리에 의해서 계측한다.

회전 드럼(DR)의 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…), 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RM1~RM4), 혹은 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn(MK1~MK4))를 검출하는 얼라이먼트계(ALGn(ALG1~ALG4)) 각각의 촬상 소자(DIS)로부터의 영상 신호(Vsg)는 화상 해석부(206)에 보내어진다. 화상 해석부(206)는, 각 촬상 소자(DIS)에서 촬상되어 순차적으로 보내어져 오는 촬상 영역(DIS')의 화상 데이터(예를 들면, 1/30초 마다, 또는 1/60초 마다 리프레쉬되는 1 화면분의 데이터)를, 카운터 회로부(200A)로부터의 계측 정보(ESa1)(또는 ESb1)가 지정된 트리거 위치에 대응한 계측값이 된 순간에 화상 메모리에 일시적으로 기억한다. 트리거 위치는, 촬상 대상이 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)인 경우, 촬상 영역(DIS') 내의 거의 중앙에 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)이 위치하는 회전 드럼(DR)의 회전 위치인 때에 카운터 회로부(200A)가 출력하는 계측 정보(ESa1)(또는 ESb1)를 미리 기억함으로써 설정된다.

또, 도 7에 나타낸 것과 같이, 얼라이먼트계(ALG1, ALG4)가 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MK1, MK4)를 촬상 대상으로 하는 경우, 설계 상에서 얼라이먼트 마크(MK1, MK4)의 부주사 방향에 관한 간격(예를 들면, 5~20mm)이 정해져 있으므로, 트리거 위치는, 카운터 회로부(200A)로부터의 계측 정보(ESa1)(또는 ESb1)가, 그 간격값에 대응한 계수값분만큼 증가한 회전 드럼(DR)의 회전 위치마다 설정된다.

화상 해석부(206)는, 얼라이먼트계(ALGn)에 의해서 얼라이먼트 마크(MKn)의 위치를 계측하는 경우에는, 화상 메모리에 기억된 화상 데이터에 근거하여, 앞의 도 9의 (C)에 나타낸 것과 같이, 촬상 영역(DIS') 내의 중심점(CCn)에 대한 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상(MKn')의 중심점의 2차원적인 위치 어긋남량, 혹은, 촬상 영역(DIS') 내에 동시에 나타나 있는 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)의 확대상(RMn')에 대한 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상(MKn')의 중심점의 2차원적인 위치 어긋남량을 화상 해석 처리에 의해서 계측한다. 또, 화상 해석부(206)는, 얼라이먼트계(ALGn)에 의해서 회전 드럼(DR)의 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)의 위치를 계측하는 경우에도, 앞의 도 9의 (C)와 마찬가지로, 촬상 영역(DIS') 내의 중심점(CCn)에 대한 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)의 확대상의 중심점의 2차원적인 위치 어긋남량, 혹은, 촬상 영역(DIS') 내에 동시에 나타나 있는 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)의 확대상(RMn')에 대한 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)의 확대상의 중심점의 2차원적인 위치 어긋남량을 화상 해석 처리에 의해서 계측한다.

또한 화상 해석부(206)는, 앞의 도 10의 (B), 도 10의 (C)에서 설명한 것과 같이, 얼라이먼트계(ALGn)의 각 촬상 영역(DIS') 내의 중심점(CCn(CC1~CC4)) 각각과, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)의 중심점(CRn(CR1~CR4)) 각각과의 설치 오차 ΔCn(ΔC1~ΔC4)의 정보를, 화상 메모리에 기억된 화상 데이터의 화상 해석 처리에 의해서 계측한다.

도 11의 계측 제어부(연산 처리부)(210)는, 화상 처리부(204A(204B))에서 계측된 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 대한 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)의 상대적인 위치 관계의 정보와, 화상 해석부(206)에서 계측되는 각종의 위치 어긋남량의 정보에 근거하여, 얼라이먼트계(ALGn)에서 검출되는 얼라이먼트 마크(MKn)의 위치에 근거하여, 묘화 라인(SLn) 각각을 따른 스폿 광에 의한 묘화 타이밍의 조정량(지연 시간의 설정), 묘화 유닛(Un) 각각의 미소 회전에 의한 묘화 라인(SLn) 각각의 기울기의 조정량, 묘화 라인(SLn) 자체를 부주사 방향으로 미소량만큼 시프트시키기 위한 평행 평판(HVP)(도 3 참조)의 경사의 조정량 등을 고속으로 연산한다. 그러한 조정량의 연산에 있어서, 계측 제어부(연산 처리부)(210)는, 얼라이먼트계(ALGn(ALG1~ALG4))에서 검출되는 기판(P)의 얼라이먼트 마크(MKn(MK1~MK4))의 위치 정보(실측 정보라고 함)를, 도 10에서 설명한 얼라이먼트계(ALGn(ALG1~ALG4))의 설치 오차 정보 ΔC1~ΔC4에 따라서 보정된 보정 위치 정보를 사용한다.

[동작 시퀀스]

도 12는, 제1 실시 형태에서의 교정(캘리브레이션) 시퀀스, 얼라이먼트 시퀀스, 노광 시퀀스의 일련의 동작의 일례를 설명하는 플로우 차트도이다. 도 12에서, 스텝 300, 302, 304는, 장치의 시작시, 또는 장치 가동 중의 적당한 시기에 실행되는 각종의 캘리브레이션 시퀀스이고, 스텝 306은 장치 내의 반송 기구(각종 롤러)나 회전 드럼(DR)에 감광성 기능층이 형성된 기판(P)을 소정의 텐션으로 걸어 돌리는 통지 작업이다. 도 12의 스텝 308~314는, 통지된 기판(P)의 감광성 기능층에 제1 층용의 패턴을 노광하는 퍼스트 노광(1st 노광)의 시퀀스이고, 스텝 316, 318, 320, 322, 324는, 기판(P)의 감광성 기능층에 제2 층 이후의 패턴을 제1 층의 패턴 상에 겹침 노광하는 세컨드 노광(2nd 노광)의 시퀀스와 그 겹침을 위한 얼라이먼트 시퀀스이다.

또, 본 실시 형태에서는, 도 13에 나타내는 것과 같이, 1 롤로부터 공급되는 기판(P)의 장척 방향의 전체 길이에 걸쳐서 복수의 표시 패널용의 피노광 영역(DPA)이 배열되는 것으로 한다. 도 13은, 기판(P)을 평면 상에 잡아 늘린 상태를 나타내고, 패턴 묘화 장치(EX)의 회전 드럼에는, 기판(P)이 선단(Pa)으로부터 화살표(arx)의 방향으로 통지되고, 회전 드럼(DR)의 회전에 의해 종단(Pb)까지 반송된다. 기판(P)의 선단(Pa)으로부터의 최초의 영역(F0)은, 기판(P)을 패턴 묘화 장치(EX)에 통지하여 소정 텐션, 소정 속도로 반송할 수 있는 상태가 될 때까지의 여백부이다. 기판(P) 상의 다음의 영역(F1)에는, 도 7에 나타낸 4개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG4)의 각 검출 영역(AD1~AD4)에서 검출 가능한 것과 같이, 4개의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)가 기판(P)의 폭 방향으로 배치된다. 폭 방향으로 늘어서는 4개의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)는, 장척 방향으로 일정한 간격(예를 들면, 5mm~10mm)으로 복수열이 형성된다. 기판(P) 상의 다음의 영역(F2)으로부터 영역(Fn-1)에는, 피노광 영역(DPA)과 그 주위에 부수한 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)가 일정 길이의 여백부를 사이에 두고 장척 방향으로 다수 형성된다. 기판(P) 상의 마지막 영역(Fn)은, 회전 드럼(DR)에 기판(P)이 걸려 돌려진 상태에도 정상적인 텐션을 유지할 수 없기 때문에, 피노광 영역(DPA)이 형성되지 않는 여백부가 된다.

또한, 도 13에 나타낸 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)는, 피노광 영역(DPA)에 제1 층의 패턴을 노광하는 1st 노광 처리 때에 동시에 노광되고, 노광 처리의 후에 실시되는 에칭 처리나 도금 처리, 다른 성막 처리에 의해서, 제1 층용의 패턴과 함께 형성된다. 그 때문에, 1st 노광 처리가 실시되는 기판(P)의 표면에는, 제1 층용의 패턴이 되는 금속 박막(동, 알루미늄, 니켈), 혹은 불투명한 절연막이 전면(全面)에 성막되고, 추가로 그 금속 박막이나 절연막의 표면에 감광성 기능층을 성막해 두는 것이 좋다.

[스텝 300]

다시, 도 12의 플로우 차트도의 설명으로 돌아와, 장치 기동 후의 통지 전의 상태에서, 스텝 300에서 인코더 계측계의 캘리브레이션이 실행된다. 도 12에서, 스텝 300의 옆에 부기한 [DR]은, 소정의 회전 속도로 회전 드럼(DR)을 회전 구동하는 것을 의미하고, [EH]는, 인코더 계측 시스템의 인코더 헤드(EHa1~EHa3, EHb1~EHb3) 각각을 이용하는 것을 의미한다. 앞의 도 7, 도 11에 나타낸 것과 같이, 회전 드럼(DR)의 양단의 스케일 원반(SDa, SDb)의 외주면(눈금(Gm)의 형성면)은, 가공상의 정밀도로 정해지는 진원 오차(회전 각도 위치에 따라 중심축(AXo)으로부터의 반경이 설계값으로부터 미소하게 변화하는 오차)나, 중심축(AXo)에 대한 장착시의 미소한 편심 오차 등을 포함한다. 또한, 스케일 원반(SDa, SDb)의 외주면에 새겨지는 눈금(Gm)의 둘레 방향의 피치에도, 약간이지만 불균일(피치 오차)이 생길 수 있다.

스텝 300에서는, 그들 진원 오차, 편심 오차, 피치 오차를 정밀하게 파악하고, 인코더 계측시의 오차 보정 맵을 작성한다. 그들 오차를 구하는 방법이나 보정 맵의 작성에 대해서는, 예를 들면, 국제 공개 제2016/013417호, 일본 특허공개 제2017-090243호 공보에 개시되어 있다. 오차 보정 맵은, 도 11에 나타낸 원점 패턴(ZZo)을 기점으로 하여 스케일 원반(SDa, SDb)의 1주분(周分)(360도)을 일정 각도(예를 들면, 5도)로 분할한 회전 위치 마다의 오차 보정량으로서 기억된다. 인코더 헤드(EHa1~EHa3)(EHb1~EHb3) 각각에서 실계측되는 눈금(Gm)의 각도 위치 정보(이동량)는, 각각의 헤드마다 준비된 카운터 회로부(도 11 중의 카운터 회로부(200A, 200B) 등)에서 계측된다. 그래서, 각 카운터 회로부(200A, 200B 등)는, 작성한 오차 보정 맵(오차 보정량)에 의해서 실측값을 보정한 값을 계측 정보(도 11 중의 ESa1, ESb1, ESa2, ESb2 등)로서 출력한다. 인코더 계측계의 캘리브레이션이 완료하면, 다음의 스텝 302에서 얼라이먼트계의 캘리브레이션이 실행된다.

[스텝 302]

도 12에서 스텝 302의 옆에 부기한 [DR], [EH]는, 스텝 300과 마찬가지로, 회전 드럼(DR)의 회전 구동과, 인코더 계측계(인코더 헤드(EHa1~EHa3, EHb1~EHb3))에 의한 계측을 이용하는 것을 의미하고, [RB]는, 앞의 도 4~도 6, 도 8~도 11에 나타낸 기준바 부재(RB)를 이용하는 것을 의미하며, [ALGn]는, 앞의 도 6, 도 9, 도 11에 나타낸 4개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG4)를 이용하는 것을 의미한다.

스텝 302에서는, 4개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각에 의해서, 도 10의 (A)에 나타낸 기준바 부재(RB) 상의 대응하는 기준 마크(RM1~RM4)의 각 위치를, 도 11 중의 화상 해석부(206)에서 계측하고, 도 10의 (B), 도 10의 (C)에서 설명한 것과 같이, 얼라이먼트계(ALG1)의 촬상 영역(DIS')(검출 영역(AD1))의 중심점(CC1)과 기준 마크(RM1)의 중심점(CR1)과의 설치 오차 ΔC1, 얼라이먼트계(ALG2)의 촬상 영역(DIS')(검출 영역(AD2))의 중심점(CC2)과 기준 마크(RM2)의 중심점(CR2)과의 설치 오차 ΔC2, 얼라이먼트계(ALG3)의 촬상 영역(DIS')(검출 영역(AD3))의 중심점(CC3)과 기준 마크(RM3)의 중심점(CR3)과의 설치 오차 ΔC3, 얼라이먼트계(ALG4)의 촬상 영역(DIS')(검출 영역(AD4))의 중심점(CC4)과 기준 마크(RM4)의 중심점(CR4)과의 설치 오차 ΔC4를 계측한다. 그 때, 회전 드럼(DR)을 회전시킨 상태로 하면, 외주면(DRs) 상의 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)의 상(像)도, 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각의 촬상 영역(DIS') 내에 나타나기 때문에, 도 9의 (A)에 나타낸 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각의 조명계(ILU)에 마련되어 있는 조명 시야 조리개(FAn)를, 도 9의 (B)에 나타낸 조명 시야 조리개(FA3)로 전환해도 된다.

이상의 시퀀스에 의해, 도 14에 모식적으로 나타내는 것과 같이, 4개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각의 설치 오차 ΔC1~ΔC4의 정보가 구해진다. 도 14는, 도 10의 (A)에 나타낸 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RM1~RM4)의 각 중심점(CR1~CR4)를 기준으로 한 설치 오차 ΔC1~ΔC4를 과장하여 나타낸 것이다. 기준바 부재(RB) 상의 각 기준 마크(RMn)(n=1~4)의 각 중심점(CRn)(n=1~4)의 상호의 배치 정밀도(간격 오차)는, 기준 마크(RMn)를 형성하는 가공 장치(패터닝 장치)의 위치 결정 정밀도에 의존하지만, 레이저 간섭계가 부착된 위치 결정 스테이지 등을 구비한 가공 장치이면, 설계상의 위치에 대한 배치 정밀도(배치 오차)를 ±0.2㎛이하로 할 수 있다. 따라서, 화상 해석부(206)에서 계측된 설치 오차 정보 ΔCn(n=1~4)는, 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 설계상의 위치로부터의 장착 오차에도 상당하고, ±수㎛ 정도가 되고, 큰 경우는 수십㎛ 정도가 된다.

또한, 스텝 302에서는, 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs)에 형성된 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)의 상을, 얼라이먼트계(ALGn)에서는 검출하는 것에 의해, 기준바 부재(RB) 상의 Y'방향(Y방향)으로 연장된 직선(CRy)과 회전 드럼(DR)의 회전 중심축(AXo)과의 평행도를 확인할 수 있다. 도 15는, 평면 모양으로 전개된 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs) 상에 형성되는 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)과 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각의 검출 영역(AD1~AD4)과의 배치 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 15에서, 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…)은, 외주면(DRs) 상의 둘레 방향을 따른 45°의 위치 마다의 8개소에 마련된다. 기준 패턴(FMa~FMh) 각각은, 회전 드럼(DR)의 회전의 중심축(중심선)(AXo)과 평행하게 Y방향으로 직선적으로 새겨진 직선 패턴(Fyo)과, 직선 패턴(Fyo)과 직교한 둘레 방향으로 연장하여, 검출 영역(AD1~AD4) 각각의 Y방향의 위치에 대응하여 새겨진 선조 패턴(Fx1, Fx2, Fx3, Fx4)으로 구성된다. 4개소의 선조 패턴(Fx1~Fx4)의 Y방향의 간격은, 도 10의 (A)에 나타낸 기준 마크(RM1~RM4)의 간격 치수(LBS12, LBS23, LBS34)와 동일하게 설정되어 있다.

회전 드럼(DR)의 회전에 수반하여, 예를 들면, 얼라이먼트계(ALG1)의 검출 영역(AD1) 내(촬상 영역(DIS') 내)에는, 기준 패턴(FMa~FMh) 각각의 직선 패턴(Fyo)과 선조 패턴(Fx1)과의 교점 부분이, 회전 드럼(DR)의 1회전 중에 8회 나타난다. 기준 패턴(FMa~FMh) 각각이 얼라이먼트계(ALGn)의 검출 영역(ADn) 중에 나타나는 타이밍은, 스케일 원반(SDa, SDb)의 눈금(Gm)의 원점 패턴(ZZo)의 둘레 방향 위치와, 기준 패턴(FMa~FMh) 각각의 둘레 방향 위치와의 관계가 미리 고정된 것(기지)이기 때문에, 인코더 계측계에서 계측되는 회전 드럼(DR)의 회전 각도 위치로부터 특정할 수 있다. 그래서, 얼라이먼트계(ALGn)의 둘레 방향 위치에 대응하여 배치한 인코더 헤드(EHa1(EHb1))로부터의 계측 신호를 입력하는 도 11 중의 카운터 회로부(200A)로부터의 계측 정보(ESa1(ESb1))에 근거하여, 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 검출 영역(ADn) 내에 기준 패턴(FMa~FMh) 각각의 직선 패턴(Fyo)이 나타나는 타이밍(계측 정보(ESa1)가 특정의 계측값이 된 타이밍)으로, 순차적으로, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)(n=1~4)의 상과, 직선 패턴(Fyo)와 선조 패턴(Fxn)(n=1~4)의 교점 부분의 상을, 4개의 촬상 소자(DIS) 각각에서 동시에 샘플링하고, 화상 해석부(206)에 의해서, 그 교점 부분의 중심점(Cfm)과 기준 마크(RMn)(n=1~4)의 중심점(CRn)과의 각각의 위치 어긋남량 ΔCrf1, ΔCrf2, ΔCrf3, ΔCrf4를 계측한다. 그 때, 도 9의 (A)에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 조명계(ILU)에 마련되어 있는 조명 시야 조리개(FAn)는, 도 9의 (B)에 나타낸 조명 시야 조리개(FA1)로 전환된다.

도 11 중의 계측 제어부(연산 처리부)(210)는, 화상 해석부(206)로부터의 위치 어긋남량 ΔCrfn(n=1~4) 가운데, 4개의 검출 영역(ADn) 각각의 위치에서 계측된 외주면(DRs)의 둘레 방향에 관한 위치 어긋남량 성분에 근거하여, 기준 패턴(FMa~FMh) 각각의 직선 패턴(Fyo)과 기준바 부재(RB) 상에 설정되는 직선(CRy)과의 상대적인 기울기 오차 Δθrb를 연산한다. 연산된 기울기 오차 Δθrb는, 간접적으로 회전 드럼(DR)의 회전의 중심선(AXo)과 기준바 부재(RB) 상의 직선(CRy)과의 둘레 방향에 관한 기울기 오차(평행도 오차)로 간주된다. 또한, 기울기 오차 Δθrb는, 외주면(DRs) 상의 8개소의 기준 패턴(FMa~FMh)의 위치마다(회전 드럼(DR)의 45°회전마다) 계측 가능하기 때문에, 8회분의 기울기 오차 Δθrb를 평균화해도 괜찮다.

계측된 기울기 오차 Δθrb는, 통상의 장치 운전시는 허용 범위 내에 들어가도록 설정되어 있지만, 장치의 장기 운휴 후의 가동 재개시, 지진 등에 의한 큰 진동을 받은 후의 재기동시에는, 기울기 오차 Δθrb가 허용 범위를 넘고 있는 경우도 있다. 그래서, 상기와 같이 하여 기울기 오차 Δθrb를 계측하여 허용 범위를 넘고 있었을 경우는, 도 8에 나타낸 미세 조정 기구(106)에 의해서, 기준바 부재(RB)의 기울기를 조정할 수 있다. 단, 미세 조정 기구(106)에 의한 기준바 부재(RB)의 기울기 조정을 했을 경우에는, 스텝 302의 얼라이먼트계 캘리브레이션의 시퀀스가 재차 실행되고, 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 설계상의 위치로부터의 장착 오차인 설치 오차 정보 ΔC1~ΔC4가 재차 계측된다.

또한 스텝 302에서는, 4개의 얼라이먼트계(ALGn)(n=1~4) 각각이, 회전 드럼(DR)의 회전에 수반하여 순차적으로 기준 패턴(FMa~FMh)를 검출 가능하기 때문에, 도 10에 나타낸 것과 같은 각 촬상 영역(DIS')의 중심점(CC1~CC4) 각각의 부주사 방향(도 10 중의 X'방향)의 상대적인 위치 관계가, 기준 패턴(FMa~FMh)을 기준으로 하여 결정된다. 이 경우, 예를 들면, 기준 패턴(FMa)의 직선 패턴(Fyo)이 4개의 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 촬상 영역(DIS') 내에 나타나는 타이밍으로, 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 촬상 소자(DIS)에 의해 직선 패턴(Fyo)과 선조 패턴(Fx1~Fx4)과의 교점부의 화상을 동시에 샘플링함과 아울러, 그 때에 카운터 회로부(200A)로부터 출력되고 있는 계측 정보(ESa1(ESb1))의 값을 기억한다.

도 11 중의 화상 해석부(206)와 계측 제어부(210)에 의해서, 샘플링된 얼라이먼트계(ALG1~ALG4)의 각 화상 데이터를 해석하는 것에 의해, 기준 패턴(FMa)의 직선 패턴(Fyo)에 대한 각 중심점(CC1~CC4)의 부주사 방향(도 10 중의 X'방향)에 관한 위치 어긋남량이 구해진다. 이것에 의해, 카운터 회로부(200A)로부터의 계측 정보(ESa1(ESb1))에 의해서 규정되는 회전 드럼(DR)의 외주면의 좌표계 내에서의 둘레 방향(부주사 방향)에 관한 중심점(CC1~CC4) 각각의 좌표 위치와 중심점(CC1~CC4) 각각의 상대적인 위치 관계(배치 오차)가 결정된다.

[스텝 304]

다음으로, 도 12의 스텝 304에서, 묘화 유닛(Un)(n=1~6)의 캘리브레이션이 실행된다. 여기에서는, 주로, 묘화 유닛(Un) 각각에 의한 묘화 라인(SLn)(n=1~6) 각각의 상대적인 위치 관계의 오차의 계측과 보정을 행하는 묘화 위치 조정 시퀀스와, 얼라이먼트계(ALGn)(n=1~4) 각각의 검출 영역(ADn)(촬상 영역(DIS'))의 중심점(CCn)(n=1~4)과, 묘화 라인(SLn) 각각과의 사이의 부주사 방향(회전 드럼(DR)의 외주면(DRs)의 둘레 방향)에 관한 거리 관계, 혹은 주주사 방향(Y방향)에 관한 거리 관계에 관한 정보를 취득하는 베이스라인 관리 시퀀스가 실행된다. 또한, 도 12의 스텝 304의 옆에 부기한 [DR], [EH]는, 스텝 300, 302와 마찬가지로, 회전 드럼(DR)의 회전 구동과, 인코더 계측계(인코더 헤드(EHa1~EHa3, EHb1~EHb3))에 의한 계측을 이용하는 것을 의미하고, [DTR]는, 앞의 도 3, 도 11에 나타낸 묘화 유닛(Un) 각각에 마련된 광전 센서(DTR)를 이용하는 것을 의미한다.

묘화 위치 조정 시퀀스에서는, 회전 드럼(DR)을 일정한 속도로 회전시키면서, 묘화 유닛(Un) 각각의 폴리곤 미러(회전 다면경)(PM)를 회전 드럼(DR)의 회전 속도(회전 드럼(DR)의 외주면(DRs)의 주(周)속도)에 따라 정해지는 소정의 회전 속도로 회전시킨다. 회전 드럼(DR)의 회전 속도와 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도가 안정되면, 더미의 묘화 데이터에 근거하여 강도 변조된 묘화용의 빔(LBn)(n=1~6)을, 묘화 유닛(Un) 각각으로부터 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs) 상에 투사한다. 더미의 묘화 데이터는, 스폿 광(SP)의 주사 궤적인 묘화 라인(SLn)(n=1~6) 각각의 Y방향의 길이에 걸쳐서, 빔(LBn)(n=1~6) 각각을 항상 On 상태로 변조시키는 것이다.

회전 드럼(DR)의 회전에 수반하여, 묘화 유닛(Un) 각각으로부터 투사되는 빔(LBn)의 각 스폿 광은, 외주면(DRs) 상에 형성된 기준 패턴(FMa, FMb, FMc…) 각각을 순차적으로 주사한다. 각 스폿 광이, 예를 들면 기준 패턴(FMa)(FMb, FMc…이라도 괜찮음)를 주사하면, 앞의 도 11에서 설명한 것과 같이, 묘화 유닛(Un) 각각에 마련된 광전 센서(DTR)가 반사광의 광량 변화에 따른 광전 신호를 출력하고, ADC부(202A(202B)), 화상 처리부(204A(204B))에 의해서, 기준 패턴(FMa)을 포함하는 2차원적인 명암 화상 데이터(휘도 정보)가 생성된다. 여기에서는, 묘화 유닛(Un) 각각으로부터 투사되는 빔(LBn)의 각 스폿 광을 계측 프로브광으로 하여 검출한 2차원적인 명암 화상 데이터에 근거하여, 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(FMa)(FMb, FMc…이라도 괜찮음)를 기준으로 한 묘화 라인(SLn)(n=1~6) 각각의 위치 관계를 계측한다. 또한, 광전 센서(DTR), ADC부(202A(202B)), 및 화상 처리부(204A(204B))에 의해서 반사광 모니터계가 구성되고, 기준 패턴(FMa)(FMb, FMc…이라도 괜찮음)의 명암 화상 데이터 외에, 기판(P) 상에 형성된 패턴이나 얼라이먼트 마크에 대응한 명암 화상 데이터도 취득 가능하다.

도 16은, 앞의 도 7의 구성에 근거하여, 6개의 묘화 라인(SLn), 4개의 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 촬상 영역(DIS'(검출 영역(ADn)), 및 기준 패턴(FMa) 각각의 배치 관계의 일례를, 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs)의 일부를 평면 모양으로 전개하여 나타낸 도면이다. 여기서, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5) 각각을 이루는 스폿 광의 주주사 방향은 -Y방향으로 설정되고, 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6) 각각을 이루는 스폿 광의 주주사 방향은 ＋Y방향으로 설정되는 것으로 한다. 또, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 주주사 방향(Y방향)의 중점(CE1~CE6)은, 앞의 도 2, 도 3, 도 8의 (A)에 나타낸 것과 같이, 묘화 유닛(U1~U6) 각각을 미소 회전시킬 때의 회전 중심선이 되는 선분(LE1~LE6)의 연장이 통과하도록 배치되어 있다.

또한, 도 16 중의 둘레 방향 위치(CXA)는, 인코더 시스템(도 11 중의 카운터 회로부(200A))에서 계측된 얼라이먼트계(ALGn)(n=1~4) 각각의 중심점(CCn)(n=1~4)의 부주사 방향(둘레 방향)의 위치 정보의 평균 연산에 의해서 정해지는 위치, 혹은, 얼라이먼트계(ALGn)(n=1~4) 중에서, Y방향의 양측에 마련되는 2개의 얼라이먼트계(ALG1, ALG4)의 각 중심점(CC1, CC4)의 부주사 방향(둘레 방향)의 위치 정보의 평균 연산에 의해서 정해지는 위치를 나타낸다.

또, 도 15에 나타낸 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs) 상의 기준 패턴(FMa)(FMb, FMc…도 동일함)은, 선조 패턴(Fx1~Fx4) 외에, 직선 패턴(Fyo)과 교차하도록 둘레 방향으로 연장하고, Y방향의 복수의 위치 각각에 배치된 다수의 선조 패턴이, 도 16과 같이 형성되어 있다.

도 16에 나타내는 것과 같이, 얼라이먼트계(ALG1)의 검출 영역(AD1)으로서의 촬상 영역(DIS')(중심점(CC1))에서 검출되는 선조 패턴(Fx1)은, 묘화 라인(SL1)의 주사 범위 내의 주사 종료 부근에 배치되고, 묘화 유닛(U1)의 반사광 모니터계(광전 센서(DTR))에서도 검출 가능한 선조 패턴(Fxe1)을 가진다. 얼라이먼트계(ALG2)의 검출 영역(AD2)으로서의 촬상 영역(DIS')(중심점(CC2))에서 검출되는 선조 패턴(Fx2)은, 묘화 라인(SL2)의 주사 범위 내의 주사 종료 부근에 배치되고, 묘화 유닛(U2)의 반사광 모니터계(광전 센서(DTR))에서도 검출 가능한 선조 패턴(Fxe2)과, 묘화 라인(SL3)의 주사 범위 내의 주사 종료 부근에 배치되고, 묘화 유닛(U3)의 반사광 모니터계(광전 센서(DTR))에서도 검출 가능한 선조 패턴(Fxe3)을 가진다.

마찬가지로 얼라이먼트계(ALG3)의 검출 영역(AD3)으로서의 촬상 영역(DIS')(중심점(CC3))에서 검출되는 선조 패턴(Fx3)은, 묘화 라인(SL4)의 주사 범위 내의 주사 종료 부근에 배치되고, 묘화 유닛(U4)의 반사광 모니터계(광전 센서(DTR))에서도 검출 가능한 선조 패턴(Fxe4)과, 묘화 라인(SL5)의 주사 범위 내의 주사 종료 부근에 배치되고, 묘화 유닛(U5)의 반사광 모니터계(광전 센서(DTR))에서도 검출 가능한 선조 패턴(Fxe5)을 가진다. 또한, 얼라이먼트계(ALG4)의 검출 영역(AD4)으로서의 촬상 영역(DIS')(중심점(CC4))에서 검출되는 선조 패턴(Fx4)은, 묘화 라인(SL6)의 주사 범위 내의 주사 종료 부근에 배치되고, 묘화 유닛(U6)의 반사광 모니터계(광전 센서(DTR))에서도 검출 가능한 선조 패턴(Fxe6)을 가진다.

또한, 기준 패턴(FMa)은, 묘화 라인(SL1)의 주사 범위 내의 주사 개시 부근에 대응한 위치에 배치되는 선조 패턴(Fxs1), 묘화 라인(SL1)의 중점(CE1) 부근에 대응한 위치에 배치되는 선조 패턴(Fxc1), 묘화 라인(SL2)의 주사 범위 내의 주사 개시 부근에 대응한 위치에 배치되는 선조 패턴(Fxs2), 묘화 라인(SL2)의 중점(CE2) 부근에 대응한 위치에 배치되는 선조 패턴(Fxc2), 묘화 라인(SL3)의 주사 범위 내의 주사 개시 부근에 대응한 위치에 배치되는 선조 패턴(Fxs3), 묘화 라인(SL3)의 중점(CE3) 부근에 대응한 위치에 배치되는 선조 패턴(Fxc3), 묘화 라인(SL4)의 주사 범위 내의 주사 개시 부근에 대응한 위치에 배치되는 선조 패턴(Fxs4), 묘화 라인(SL4)의 중점(CE4) 부근에 대응한 위치에 배치되는 선조 패턴(Fxc4), 묘화 라인(SL5)의 주사 범위 내의 주사 개시 부근에 대응한 위치에 배치되는 선조 패턴(Fxs5), 묘화 라인(SL5)의 중점(CE5) 부근에 대응한 위치에 배치되는 선조 패턴(Fxc5) 및 묘화 라인(SL6)의 주사 범위 내의 주사 개시 부근에 대응한 위치에 배치되는 선조 패턴(Fxs6), 묘화 라인(SL6)의 중점(CE6) 부근에 대응한 위치에 배치되는 선조 패턴(Fxc6)을 가진다.

또, 선조 패턴(Fxc1)과 선조 패턴(Fxc2)과의 Y방향의 간격(YJ12), 선조 패턴(Fxc2)과 선조 패턴(Fxc3)과의 Y방향의 간격(YJ23), 선조 패턴(Fxc3)과 선조 패턴(Fxc4)과의 Y방향의 간격(YJ34), 선조 패턴(Fxc4)과 선조 패턴(Fxc5)과의 Y방향의 간격(YJ45) 및 선조 패턴(Fxc5)과 선조 패턴(Fxc6)과의 Y방향의 간격(YJ56)은, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 중점(CE1~CE6) 각각의 사이의 Y방향의 설계상의 간격(예를 들면, 52.00mm)이 되도록 설정되어 있다. 본 실시 형태에서는, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 주사 길이는 동일한 값(예를 들면 52.00mm)으로 설정되기 때문에, 중점(CE1~CE6) 각각의 Y방향으로 서로 이웃한 것끼리의 간격도 동일하게 되도록 설정되는데, 그 간격은, 장치 조립시의 묘화 유닛(U1~U6)의 장착 오차, 각 묘화 유닛(Un) 내의 광학 부재의 장착 오차, 혹은 환경 온도의 변화 등에 의해서, 미크론 오더로 보면 다소의 오차를 수반하고 있다.

그래서, 스텝 304에서의 묘화 위치 조정 시퀀스에서는, 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(FMa)(다른 기준 패턴(FMb, FMc…)이라도 괜찮음)이, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각을 둘레 방향으로 횡단하도록 소정 속도로 회전 드럼(DR)을 회전 이동시키면서, 인코더 헤드(EHa2(EHb2))에 대응한 카운터 회로부(200B)에서 계측되는 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs)의 이동 위치에 관한 계측 정보(ESa2(ESb2))에 근거하여, 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 반사광 모니터계(광전 센서(DTR))를 사용하여, 기준 패턴(FMa)의 대응하는 부분의 명암 화상 데이터를 취득한다. 구체적으로는, 도 11에 나타낸 카운터 회로부(200B)로부터의 계측 정보(ESa2(ESb2))가, 도 16 중의 둘레 방향 위치(CX1)가 된 시점에, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5) 각각의 반사광 모니터계에 의한 명암 화상 데이터의 샘플링을 개시하고, 계측 정보(ESa2(ESb2))가 둘레 방향 위치(CX2)가 된 시점에, 그 샘플링을 종료한다. 또한, 반사광 모니터계에 의한 명암 화상 데이터의 샘플링에 대해서는, 예를 들면, 국제 공개 제2015/152217호, 국제 공개 제2018/066285호에 개시되어 있다.

도 16에서, 둘레 방향 위치(CX1, CX2)는, 카운터 회로부(200B)에 의해서, 예를 들면 0.1㎛의 분해능으로 계측되는 기준 패턴(FMa)의 이동 위치를 나타내고, 기준 패턴(FMa)이 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)을 충분히 횡단할 수 있는 범위로 설정되어 있다. 또한, 둘레 방향 위치(CX1, CX2)는, 인코더 헤드(EHa2 또는 EHb2)를 이용한 인코더 시스템에서, 원점 패턴(ZZo)에 의해서 카운터 회로부(200B) 내의 디지털 카운터가 제로 리셋되고 나서의 이동량(단위 이동량 ΔLxa의 하에서 계측되는 둘레 길이)이기도 하다. 원점 패턴(ZZo)과 기준 패턴(FMa)(또는 다른 기준 패턴(FMb, FMc…))과의 둘레 방향에 관한 각도 위치의 관계, 즉 외주면(DRs) 상에서의 둘레 방향의 간격 거리는, 대체로 판명되어 있으므로, 둘레 방향 위치(CX1, CX2)는 수 mm 이하의 범위에서 설정된다.

짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6) 각각에 대해서도 마찬가지이고, 기준 패턴(FMa)이 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)을 충분히 횡단할 수 있는 둘레 방향 위치(CX3~CX4)의 범위를 둘레 방향으로 이동해 가는 동안에, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6) 각각의 반사광 모니터계에 의한 명암 화상 데이터의 샘플링이 행하여진다. 단, 둘레 방향 위치(CX3, CX4)는, 인코더 헤드(EHa3 또는 EHb3)(도 7, 도 8 참조)를 이용한 인코더 시스템에서, 카운터 회로부(200B)와 마찬가지의 카운터 회로부(200C라고 함) 내의 디지털 카운터가 원점 패턴(ZZo)에 의해서 제로 리셋되고 나서의 이동량(단위 이동량 ΔLxa의 하에서 계측되는 둘레 길이)에 의해서 특정된다.

또, 반사광 모니터계에 의한 명암 화상 데이터의 취득 범위는, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 Y방향의 길이(예를 들면, 52mm)×거리(CX2-CX1, 또는 CX4-CX3로 정해지는 수 mm)로 규정되는 2차원의 영역의 전체인 것이 바람직하다. 그렇지만, 데이터량(화상의 기억 메모리 용량)이 방대해지기 때문에, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 Y방향의 부분적인 영역(예를 들면 Y방향으로 수 mm)으로 제한해도 괜찮다. 예를 들면, 묘화 라인(SL1)에 관해서는, 스폿 광에 의한 주주사의 개시 위치 부근에 배치되는 선조 패턴(Fxs1)을 포함하는 수 mm의 영역, 스폿 광에 의한 주주사의 종료 위치 부근에 배치되는 선조 패턴(Fxe1)을 포함하는 수 mm의 영역 및 스폿 광에 의한 주주사의 중간 위치 부근에 배치되는 선조 패턴(Fxc1)을 포함하는 수 mm의 영역 각각에 대해서만, 명암 화상 데이터를 취득하도록 해도 괜찮다.

도 17은, 일례로서 묘화 라인(SL1)을 생성하는 스폿 광(SP)이, 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs) 상의 기준 패턴(FMa) 중의 선조 패턴(Fxc1)을 포함하는 영역을 상대적으로 2차원 주사하는 모습을 나타낸다. 앞의 도 1에 나타낸 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 발진 주파수(FPL)(도 11에서 설명한 클록 신호(LTC)와 동일함)를 400MHz(주기 2.5nS), 1펄스에 의한 스폿 광(SP)의 실효적인 직경 φp(예를 들면, 근사적인 가우스 분포에 있어서의 피크 강도의 1/e²의 강도가 되는 직경)를 2.5㎛라고 했을 경우, 2.5nS 마다 펄스조사되는 스폿 광(SP)이 주주사 방향(Y방향)으로 단위 주사 이동량 ΔYsp(직경 φp의 1/2인 1. 25㎛)만큼 이동하도록, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도가 설정된다. 또, 묘화 라인(SL1)을 따른 스폿 광(SP)의 주주사는, 회전 드럼(DR)의 외주면이 부주사 방향(둘레 방향)으로 단위 이송량 ΔXsp만큼 이동할 때마다 행하여지고, 그 단위 이송량 ΔXsp가, 스폿 광(SP)의 실효적인 직경 φp의 1/2인 1. 25㎛가 되도록, 회전 드럼(DR)의 회전 속도가 설정된다. 또한, 도 17에서, 부주사 방향에 관해서 주주사 방향의 동일 위치에서 펄스 발광되는 스폿 광(SP)이 늘어서는 것을 부주사 라인(SL1')이라고 한다.

반사광 모니터계(광전 센서(DTR))로부터의 광전 신호의 강도 레벨을, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스마다 ADC부(202A)(도 11)에 의해서, 디지털 샘플링하면, 예를 들면, 1개의 묘화 라인(SL1)을 따라서 도 17의 우측에 나타내는 같은 명암 화상 데이터로서의 신호 파형(Wfy)이 취득된다. 묘화 라인(SL1)이 선조 패턴(Fxc1)을 횡단할 때, 선조 패턴(Fxc1)에서는 스폿 광(SP)의 조사에 의한 정반사광이 주위로부터의 정반사광보다도 저하하기 때문에, 선조 패턴(Fxc1)의 주주사 방향(Y방향)의 엣지 위치(Yac1, Yac2, Yac3, Yac4) 각각에서 신호 파형(Wfy)의 레벨이 변화한다. 도 11에 나타낸 화상 처리부(204A)에 의해서, 신호 파형(Wfy)의 레벨을 적당한 임계값(Vsz)과 비교하는 것에 의해, 4개소의 엣지 위치(Yac1~Yac4)가 결정된다. 또한, 묘화 라인(SL1)을 따른 스폿 광(SP)의 위치는, 묘화 유닛(U1) 내의 원점 센서로부터, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면이 묘화 개시 직전의 각도 위치가 될 때마다 출력되는 원점 신호의 하나의 펄스 발생 시점을 원점 위치(제로점위치)로 하여, 클록 신호(LTC)의 클록 펄스의 계수값(신호 파형(Wfy)을 기억하는 파형 메모리의 어드레스값)으로 지정된다.

화상 처리부(204A)는, 결정된 4개소의 위치(Yac1~Yac4)의 평균적인 위치 PQa1y(=[Yac1＋Yac2＋Yac3＋Yac4]/4)를, 선조 패턴(Fxc1)의 주주사 방향(Y방향)의 중심 위치로서 산출한다. 또한 화상 처리부(204A)는, 도 17의 상방에 나타낸 것과 같이, 신호 파형(Wfy) 중의 위치(Yac2)와 위치(Yac3)의 사이에서 부주사 라인(SL1')을 따라서 얻어지는 신호 파형(Wfx)을 특정한다. 신호 파형(Wfx)은, 위치(Yac2~Yac3)의 사이의 복수의 부주사 라인(SL1') 각각에서 얻어지는 신호 파형(Wfx)을 주주사 방향으로 가산 평균한 것으로 하는 것이 좋다. 화상 처리부(204A)는, 신호 파형(Wfx)의 레벨을 적당한 임계값(Vsz)과 비교하는 것에 의해, 직선 패턴(Fyo)의 부주사 방향에서의 2개소의 엣지 위치(Xac1, Xac2)를 결정하고, 또한 위치(Xac1, Xac2)의 평균적인 위치 PQa1x(=[Xac1＋Xac2]/2)를, 직선 패턴(Fyo)의 부주사 방향의 중심 위치로서 산출한다. 위치(Xac1, Xac2, PQa1x)는, 인코더 시스템의 카운터 회로부(200B)(도 11)에서 계측되는 계측 정보(ESa2, ESb2)(예를 들면, 분해능 0. 1㎛)에 의해서 특정된다.

이상의 연산 처리에 의해, 직선 패턴(Fyo)과 선조 패턴(Fxc1)이 교차하는 부분의 중심점(교점)(PQa1)(도 15 중의 중심점(Cfm)에 상당)의 좌표 위치(PQa1x, PQa1y)가 결정된다. 마찬가지로 ADC부(202A)와 화상 처리부(204A)에 의해서, 도 16에 나타낸 묘화 라인(SL1) 상에서 좌단측(주사 개시측)에 위치하는 선조 패턴(Fxs1)과 직선 패턴(Fyo)과의 교점(PQs1)의 좌표 위치와, 묘화 라인(SL1) 상에서 우단측(주사 종료측)에 위치하는 선조 패턴(Fxe1)과 직선 패턴(Fyo)과의 교점(PQe1)의 좌표 위치가 결정된다. 마찬가지로 다른 묘화 유닛(U2~U6) 각각에 관해서도, 묘화 라인(SL2~SL6) 각각을 따른 스폿 광(SP)의 주주사와 회전 드럼(DR)의 회전(부주사)에 의해서, 선조 패턴(Fxc2~Fxc6) 각각과 직선 패턴(Fyo1)과의 각 교점(PQa2~PQa6)의 좌표 위치가 결정된다. 또한, 묘화 라인(SL2~SL6) 각각의 주사 개시측에 위치하는 선조 패턴(Fxs2~Fxs6) 각각과 직선 패턴(Fyo)과의 교점(PQs2~PQs6)의 각 좌표 위치와, 묘화 라인(SL2~SL6) 각각의 주사 종료측에 위치하는 선조 패턴(Fxe2~Fxe6) 각각과 직선 패턴(Fyo)과의 교점(PQe2~PQe6)의 각 좌표 위치가 결정된다.

회전 드럼(DR) 상의 직선 패턴(Fyo), 선조 패턴(Fxc1~Fxc6, Fxs1~Fxs6, Fxe1~Fxe6) 각각의 배치 상태(예를 들면, 간격(YJ12, YJ23, YJ34, YJ45, YJ56) 등)는, 도 16에 나타낸 것과 같이 기지(旣知)이므로, 계측된 교점(PQa1~PQa6)의 각 좌표 위치에 근거하여, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 중점(CE1~CE6)의 2차원적인 위치 오차가 구해진다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 패턴 묘화시의 기준을 묘화 라인(SL1)이라고 하고, 그 중점(CE1)에 대해서, 다른 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 중점(CE2~CE6)이 어느 정도의 배치 오차로 되어 있는지 구하는 것으로 한다. 물론, 기준으로 해야 할 묘화 라인(SL1)은, 그 외의 묘화 라인(SL2~SL6) 중 어느 하나로 해도 괜찮다.

도 18은, 주사 개시 위치(Yss1)로부터 주사 종료 위치(Yse1)까지의 사이에서 스폿 광(SP)이 주사되는 묘화 라인(SL1)을 묘화시의 기준으로 하여, 이웃의 묘화 라인(SL2)과의 상대적인 배치 오차를 결정하는 모습을 설명하는 도면이다. 다른 묘화 라인(SL3~SL6) 각각에 대해서는, 묘화 라인(SL1)을 기준으로 한 상대적인 배치 오차를 결정하는 경우와, 묘화 라인(SL2)을 기준으로 한 묘화 라인(SL3)의 상대적인 배치 오차, 묘화 라인(SL3)을 기준으로 한 묘화 라인(SL4)의 상대적인 배치 오차, 묘화 라인(SL4)을 기준으로 한 묘화 라인(SL5)의 상대적인 배치 오차, 및 묘화 라인(SL5)을 기준으로 한 묘화 라인(SL6)의 상대적인 배치 오차를 결정하는 경우가 있다. 어느 결정 방법에서도, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 상대적인 위치 오차량(벡터량)을 특정할 수 있다.

도 18에서, 묘화 라인(SL1, SL2)은 모두 회전 오차가 없고, Y축에 대해서 기울어지지 않게 설정되어 있는 것으로 한다. 또, 직선 패턴(Fyo)과 선조 패턴(Fxc1)과의 교점(PQa1)과, 묘화 라인(SL1)의 중점(CE1)은 실제로는 위치가 어긋나 있지만, 도 18에서는 묘화 라인(SL1)을 기준으로 하기 때문에, 교점(PQa1)과 중점(CE1)이 일치한 상태로 나타내고 있다. 또, 묘화 라인(SL1)(중점(CE1))과 묘화 라인(SL2)(중점(CE2))과의 부주사 방향(둘레 방향)의 설계상의 간격을 규정 거리 ΔLM라고 하고, 묘화 라인(SL1)의 중점(CE1)의 교점(PQa1)의 부주사 방향(둘레 방향)의 위치(PQa1x)(도 17)는, 인코더 시스템에서 계측되는 위치(CXs)라고 하며, 그 위치(CXs)로부터 규정 거리 ΔLM만큼 부주사 방향으로 진행하여 인코더 시스템에서 계측되는 점을 위치(CXe)라고 한다.

도 18에서는, 부주사 방향의 위치(CXe)에 기준 패턴(FMa)의 직선 패턴(Fyo)이 위치한 상태를 나타내고, 묘화 라인(SL2)(중점(CE2))은, 상대적인 위치 오차 때문에, 직선 패턴(Fyo) 상에 정밀하게 겹치지 않고, 직선 패턴(Fyo)(위치(CXe))에 대해서 부주사 방향의 부측으로 Δxx2 만큼 위치 오차를 가지고 있다. 위치 오차 Δxx2는, 실측된 묘화 라인(SL2)의 중점(CE2)의 교점(PQa2)의 부주사 방향의 좌표 위치(PQa2x)와, 묘화 라인(SL1)의 중점(CE1)의 교점(PQa1)의 부주사 방향의 좌표 위치(PQa1x)와의 차분 길이와, 규정 거리 ΔLM와에 근거하여, Δxx2=(PQa2x-PQa1x)-ΔLM의 연산에 의해서 구해진다.

묘화 라인(SL1)의 중점(CE1)과 묘화 라인(SL2)의 중점(CE2)의 주주사 방향(Y방향)의 설계상의 간격은, 상대적인 위치 오차가 없으면, 기준 패턴(FMa)의 선조 패턴(Fxc1)과 선조 패턴(Fxc2)의 Y방향의 간격(YJ12)와 일치하고, 묘화 라인(SL1)(중점(CE1))를 기준으로 하면, 묘화 라인(SL2)의 중점(CE2)은 Y방향에 관해서 선조 패턴(Fxc2)과 겹쳐진다. 그렇지만, 실제로는, 도 18에 나타내는 것과 같이, 묘화 라인(SL2)의 중점(CE2)과 선조 패턴(Fxc2)은, Y방향으로 상대적인 위치 오차 Δyy2가 발생할 수 있다. 그 위치 오차 Δyy2는, 묘화 라인(SL2)의 주사 개시 위치(Yss2)와 주사 종료 위치(Yse2)의 사이에서, 주사 개시 위치(Yss2)를 시점으로 한 선조 패턴(Fxc2, Fxs2, Fxe2) 각각의 Y방향 위치를 계측함으로써 구해진다.

이상과 같이 하여, 묘화 라인(SL1)의 중점(CE1)을 기준으로 한 묘화 라인(SL2)의 중점(CE2)의 상대적인 2차원의 위치 오차 (Δxx2,Δyy2)가 결정된다. 여기서, 묘화 라인(SL2)의 중점(CE2)의 위치 오차를 ΔFS2(Δxx2,Δyy2)라고 하고, 묘화 라인(SL1)의 중점(CE1)을 기준으로 한 묘화 라인(SL3~SL6) 각각의 중점(CE3~CE6) 각각의 위치 오차를, ΔFS3(Δxx3, Δyy3), ΔFS4(Δxx4, Δyy4), ΔFS5(Δxx5, Δyy5), ΔFS6(Δxx6, Δyy6)라고 한다. 또한, 이들 위치 오차 ΔFS2~ΔFS6 각각은, 장치 조립시의 조정에 의해, 십수 ㎛ 이하로 설정할 수 있다. 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의한 패턴 묘화시에는, 그들 위치 오차 ΔFS2~ΔFS6에 근거하여, 묘화 유닛(U2~U6) 각각에 의한 패턴 묘화의 타이밍이나 묘화 라인(SL1~SL6)의 부주사 방향의 위치를 미세 조정하는 것에 의해서, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의해서 묘화되는 패턴끼리의 이음 오차를, 묘화 가능한 최소 선폭의 수(數)분의 1 이하, 예를 들면, 최소 선폭이 5㎛인 경우는 이음 오차량을 1㎛(3σ에서 ±0.5㎛) 이하로 할 수 있다.

또, 도 18에는, 묘화 라인(SL1, SL2)(그리고 SL3~SL6)은, Y축에 대해서 기울어져 있지 않은 것(경사 오차가 제로)으로 했지만, 경사의 유무나 경사 오차량은, 묘화 라인(SL1)에 대해서는, 직선 패턴(Fyo)과 선조 패턴(Fxs1)과의 교점 위치와, 직선 패턴(Fyo)과 선조 패턴(Fxe1)과의 교점 위치와의 부주사 방향(둘레 방향)의 위치 오차를 계측함으로써 구해진다. 다른 묘화 라인(SL2~SL6)에 대해서도 마찬가지의 계측에 의해 경사 오차의 유무나 양이 구해진다. 각 묘화 라인(SL1~SL6)의 경사 오차는, 도 3에 나타낸 묘화 유닛(U1~U6) 각각을, 중점(CE1~CE6) 각각을 통과하는 도 3 중의 선분(LE1~LE6)을 중심으로 미소 회전시키는 회전 구동 기구에 의해서 보정된다. 또한, 초기 상태에서는, 묘화 라인(SL2~SL6) 각각이 Y축에 대해서 허용 오차 범위 내에서 평행하게 되도록 설정된다.

도 19는, 이상의 스텝 304에 의해서 결정, 또는 설정되는 캘리브레이션 정보(배치 오차 등)를 모식적으로 과장하여 나타낸 도면이다. 도 19에는, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RM1~RM4)를 기준으로 하여 결정된 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각의 촬상 영역(DIS')의 중심점(CC1~CC4)의 각 설치 오차 ΔC1~ΔC4(벡터)가 나타나고 있다. 또한 도 19에서, 6개의 묘화 라인(SL1~SL6) 중 묘화 라인(SL1)(기판(P)의 반송 방향에 관해서 최초로 묘화가 행하여지는 묘화 라인)를 기준으로 했을 때, 앞의 도 16에서 설명한 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 중심점(CCn)에 관한 부주사 방향(둘레 방향)의 위치(CXA)와, 앞의 도 18에서 설명한 묘화 라인(SL1)(중점(CE1))에 관한 부주사 방향(둘레 방향)의 위치(CXs)와의 둘레 방향의 간격은, 기준 길이(베이스라인 길이) ΔBSL라고 불린다. 기준 길이 ΔBSL는, 장치 환경(온도나 기압)의 변화, 묘화 유닛(U1~U6) 내의 열원(폴리곤 미러(PM)의 회전 모터나 광학 부재 등을 구동하는 액츄에이터)의 영향에 의한 기계 부품의 열변형 등에 의해, 미크론 오더로 변동하는 경우가 있다.

앞서 설명한 것과 같이, 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각의 중심점(CC1~CC4)의 회전 드럼(DR)의 외주면 상에서의 좌표 위치(혹은 배치 오차)는, 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(Fxa)(혹은, Fxb~Fxh)의 선조 패턴(Fxe1, Fxe3, Fxe4, Fxe6) 각각과 직선 패턴(Fyo)과의 교점부를 기준으로 하여 구해지고 있다. 또한, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 중점(CE1~CE6)의 회전 드럼(DR)의 외주면 상에서의 좌표 위치는, 앞의 도 18에서 설명한 것과 같이, 묘화 라인(SL1)의 중점(CE1)을 기준으로 하여 구한 묘화 라인(SL2~SL6) 각각의 중점(CE2~CE6)의 각 위치 오차 ΔFS2(Δxx2,Δyy2), ΔFS3(Δxx3, Δyy3), ΔFS4(Δxx4, Δyy4), ΔFS5(Δxx5, Δyy5), ΔFS6(Δxx6, Δyy6)에 근거하여 특정된다.

이상으로부터, 기준 패턴(Fxa)(혹은, Fxb~Fxh)을 기준으로 하여, 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각의 중심점(CC1~CC4)과, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 중점(CE1~CE6)과의 상대적인 위치 관계가 특정된다. 또한, 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(Fxa)(혹은, Fxb~Fxh)과, 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RM1~RM4)와의 2차원적인 상대 위치 관계도, 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각과 화상 해석부(206) 등에 의한 화상 해석 결과에 근거하여 고정밀도로 구해진다. 따라서, 스텝 300~304까지의 시퀀스를 실행하는 것에 의해서, 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RM1~RM4)를 기준으로 하여 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 좌표 위치(특히 중점(CE1~CE6)의 좌표 위치)의 각 배치 오차(위치 어긋남 오차)가 간접적으로 특정된다.

이것은, 패턴 묘화시에 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의해서 묘화되는 패턴, 특히 1st 노광용의 패턴의 기판(P) 상의 위치가, 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RM1~RM4)의 배열을 정밀하게 따르도록, 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 묘화 타이밍의 보정이나, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 부주사 방향으로의 미세 조정(도 3에 나타낸 평행 평판(HVP)의 경사량의 보정)을 할 수 있는 것을 의미한다. 도 11에 나타낸 계측 제어부(210)은, 스텝 300~304의 실행에 의해서 얻어지는 각종의 캘리브레이션 정보(배치 오차 ΔC1~ΔC4, 위치 오차 ΔFS2~ΔFS6, 기준 길이 ΔBSL, 규정 거리 ΔLM 등)를 기억한다. 또한, 도 19에서, 기준 길이 ΔBSL는, 홀수번의 묘화 라인(SL1(중점(CE1)), SL3(중점(CE3)), SL5(중점(CE5)))의 부주사 방향의 평균적인 위치와, 짝수번의 묘화 라인(SL2(중점(CE2)), SL4(중점(CE4)), SL6(중점(CE6)))의 부주사 방향의 평균적인 위치와의 중간 위치(CXs')와 위치(CXA)와의 사이의 거리로 해도 괜찮다.

[스텝 306]

다음으로, 도 12에 나타낸 동작 시퀀스의 스텝 306에서, 기판(P)의 통지 작업이 행하여진다. 통지 작업에서는, 롤·투·롤 방식의 처리 장치에 장착되는 공급롤에 감겨진 장척의 기판(P)(표면에 감광층이 형성이 끝난 상태)을, 처리 장치 내의 반송 경로를 따라서 통과시킨 후에, 기판(P)의 선단부를 회수롤에 감은 상태로 하고, 그 기판(P)이 소정의 텐션으로 사행하지 않고 반송할 수 있는 상태로 셋업 된다.

[스텝 308]

다음으로, 도 12에 나타낸 동작 시퀀스의 스텝 308에서, 통지된 기판(P)이, 퍼스트(1st) 노광용인지 세컨드(2nd) 노광용인지가 판단되고, 1st 노광용의 기판(P)인 경우는 스텝 310으로 진행되며, 2nd 노광용의 기판(P)인 경우는 스텝 316으로 진행된다. 1st 노광이란, 앞의 도 13에서 나타낸 것과 같은 피노광 영역(DPA) 내에 아무런 패턴도 형성되어 있지 않고, 또한 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)도 형성되어 있지 않은 기판(P)의 감광층에, 제1 층용의 패턴을 노광하는 것을 의미한다. 2nd 노광이란, 피노광 영역(DPA) 내에 어떤 기초 패턴이 형성되어 있고, 또한 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)가 형성되어 있는 기판(P)의 감광층에, 기초 패턴 상에 겹쳐야 할 새로운 패턴을 노광하는 것을 의미한다.

[스텝 310]

스텝 308에서 1st 노광이라고 판단되었을 경우, 도 12에 나타낸 동작 시퀀스의 스텝 310에서, 묘화 유닛(Un)(n=1~6) 각각이 제1 층용의 패턴, 그리고 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)를, 묘화 라인(SL1~SL6)을 따라서 묘화하도록, 묘화 데이터의 다운로드나 광원 장치(LS)로부터의 빔의 강도 조정 등의 셋업이 실행된다. 또한, 1st 노광시에는, 기판(P) 상에 기준이 되는 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)가 형성되어 있지 않기 때문에, 묘화 라인(SL1~SL6)의 위치가 기준이 되어 패턴 묘화이 행하여진다. 본 실시 형태에서는, 계측 제어부(210)에 기억된 각종의 캘리브레이션 정보에 근거하여, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의해서 기판(P) 상에 묘화되는 패턴이, 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RM1~RM4)를 기준으로 하여 배치되도록, 셋업할 수 있다. 또한, 도 12의 스텝 310의 옆에 부기한 [210]은 계측 제어부(210)에 기억된 각종의 캘리브레이션 정보를 이용하는 것을 의미한다.

[스텝 312]

도 12의 스텝 310에서 1st 노광을 위한 셋업이 완료되면, 기판(P)이 설정된 속도로 부주사 방향으로 이동하도록 회전 드럼(DR)이 회전 구동된다. 스텝 300~304와 마찬가지로, 도 12의 스텝 312의 옆에 부기한 [EH]는, 인코더 계측계(여기에서는, 주로 인코더 헤드(EHa2, EHa3, EHb2, EHb3))에 의한 계측 위치 정보를 이용하는 것을 의미한다. 또한, 스텝 312의 옆에 부기한 [LS]는, 도 1에 나타낸 광원 장치(LS)로부터 1st 노광용의 패턴에 대응한 묘화 데이터에 따라서 강도 변조된 빔을, 묘화 유닛(U1~U6) 각각을 향해서 시분할로 공급하는 것을 의미한다. 스텝 312의 1st 노광에 의해서, 기판(P) 상의 감광층에는, 도 13에서 나타낸 것과 같은 배치로, 복수의 피노광 영역(DPA) 각각에 전자 디바이스의 제1 층용의 패턴이 순차적으로 노광됨과 아울러, 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)가 노광된다.

이 1st 노광시에, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의해 묘화되는 패턴의 2차원적인 위치 관계는, 앞의 캘리브레이션에 의해서, 결과적으로 기준바 부재(RB)(기준 마크(RM1~RM4))를 기준으로 하여 정밀하게 설정할 수 있다. 즉, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의해 묘화되는 패턴의 기판(P) 상에서의 묘화 위치를, 절대적인 기준이 되는 안정된 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RM1~RM4)의 배치를 정밀하게 따르도록 배치할 수 있다. 이것은, 1st 노광에 의해 기판(P) 상에 묘화되는 얼라이먼트 마크(MK1~MK4) 각각에 대해서도 마찬가지이고, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4) 각각의 절대적인 위치나 상대 위치 관계는, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RM1~RM4)의 배치를 정밀하게 따른 것이 된다.

[스텝 314]

기판(P)의 감광층으로의 1st 노광의 동작 중에 에러 또는 오차가 생겼을 경우, 묘화 장치의 주제어부(메인 컴퓨터)는, 그 에러나 오차의 발생 상황이나 상태가 특정 가능한 로그 정보를 순차적으로 수집한다. 공급롤로부터의 기판(P)에 대한 노광이 종료되면, 주제어부는 수집한 로그 정보를 해석하여, 당초의 캘리브레이션 상태를 재조정할 필요가 있다고 판단했을 경우에는, 다음의 공급롤의 기판을 통지하기 전에, 재차, 캘리브레이션 동작의 스텝 300, 302 중 어느 것을 실행한다. 로그 정보의 해석의 결과, 특히 재조정이 불필요하다고 판단되었을 경우에도, 다음의 공급롤의 기판에 대한 노광을 위해, 스텝 304의 캘리브레이션 동작을 행하는 것이 좋다. 그것은, 다음의 공급롤의 기판에 대한 노광이 1st 노광이라도, 기판 상에 제조되는 전자 디바이스의 품종이 바뀌거나, 다음의 공급롤의 기판에 대한 노광이 2nd 노광이거나 하기 때문이다.

[스텝 316]

앞의 스텝 308에서, 기판(P)의 감광층에 노광해야 할 패턴이 2nd 노광용인 경우에는, 도 12에 나타낸 동작 시퀀스의 스텝 316에서, 묘화 유닛(Un)(n=1~6) 각각이 제2 층 이후의 패턴을, 묘화 라인(SL1~SL6)을 따라서 묘화하도록, 묘화 데이터의 다운로드나 광원 장치(LS)로부터의 빔의 강도 조정 등의 셋업이 실행된다. 스텝 316의 옆에 부기한 [210]은 계측 제어부(210)에 기억된 각종의 캘리브레이션 정보를 이용하는 것을 의미한다. 또, 2nd 노광용의 기판(P)은, 습식 처리나 가열 처리라고 하는 프로세스를 받고 있으므로, 예측될 수 있는 정상적인 신축 오차나 변형 오차를 수반하고 있는 경우가 있다. 그 때문에, 스텝 316에서는, 필요에 따라서, 기판(P)의 신축 오차나 변형 오차에 관한 정상적인 예측값에 근거하여, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 의한 이음 노광 정밀도나 겹침 정밀도 등의 저하를 억제하도록 묘화 타이밍을 보정하기 위한 정보도 셋업된다. 단, 실제의 2nd 노광의 묘화 동작 중의 묘화 타이밍의 보정, 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 미소 회전 보정, 도 3 중의 평행 평판(HVP)에 의한 묘화 라인(SL1~SL6) 각각의 미소 시프트 보정, 혹은 묘화 배율의 보정 등은, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)의 위치 계측 결과에 근거하여 결정된다.

[스텝 318]과 [스텝 320]

본 실시 형태에서는, 앞의 도 4, 도 7에 나타낸 것과 같이, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)의 각 위치를 얼라이먼트계(ALG1~ALG4)에서 검출하면, 즉시, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의해서 패턴 묘화가 행하여진다. 특히, 기판(P)의 폭 방향(Y방향)의 양단측에 형성되는 얼라이먼트 마크(MK1, MK4)는, 부주사 방향으로 일정 간격으로 복수 마련되어 있으므로, 얼라이먼트계(ALG1, ALG4)에 의한 마크 검출 동작과, 묘화 유닛(U1~U6)에 의한 패턴 묘화 동작은 중첩하고 있다. 도 12의 스텝 318의 옆에 부기한 [ALGn]는, 얼라이먼트계(ALGn)(n=1~4)에 의해서 검출되는 얼라이먼트 마크(MKn)(n=1~4) 각각의 계측 위치 정보를 이용하는 것을 의미하고, [EH]는, 인코더 계측계(인코더 헤드(EHa1~EHa3, EHb1~EHb3))에 의한 계측 위치 정보를 이용하는 것을 의미한다.

또한, 스텝 318의 옆에 부기한 [RB]는, 얼라이먼트 마크(MKn)의 위치 계측시에, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)(n=1~4)를 이용하는 것을 의미하는데, 반드시 이용할 필요는 없다. 얼라이먼트계(ALGn)는, 촬상 영역(DIS') 내에서 기준이 되는 중심점(CCn)을 가지고 있다. 그 때문에, 통상은, 도 9의 (C)에서 나타낸 것과 같이, 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상(MKn')과 중심점(CCn)과의 2차원적인 위치 어긋남량의 계측에 의해서, 얼라이먼트 계측은 완료된다. 그렇지만, 장시간에 걸치는 노광 동작의 동안에는, 얼라이먼트계(ALGn)의 위치가 드리프트하거나, 내부의 광학 부재의 특성이 온도 변화나 대기압 변화에 의해서 변동하거나 함으로써, 캘리브레이션시에 특정한 중심점(CCn) 각각이 상대적으로 위치 변화하는 경우가 있다. 그 위치 변화의 양은, 미크론 오더라도, 그대로 얼라이먼트 마크(MKn)의 계측 위치의 오차량이 되기 때문에, 이음 오차나 겹침 오차를 악화시킨다.

그러한 문제를 피하기 위해서, 스텝 318의 얼라이먼트 계측에서는, 얼라이먼트 마크(MKn)가 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 촬상 영역(DIS') 내에 나타났을 때에, 촬상 영역(DIS') 내의 거의 정해진 위치로 설정되는 기준 마크(RMn)의 확대상(RMn')과, 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상(MKn')을 동시에 화상 샘플링하고, 기준 마크(RMn)의 중심점(CRn)(n=1~4)을 기준으로 하여, 얼라이먼트 마크(MKn) 각각의 확대상(MKn')의 중심점의 2차원적인 위치 어긋남 오차가 계측된다. 앞의 도 13에 나타낸 것과 같이, 기판(P) 상의 피노광 영역(DPA)의 반송 방향에 관한 선단 부분 또는 후단 부분의 여백부 각각에는, 1st 노광의 패터닝에 의해서, 4개의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)가 기판(P)의 폭 방향으로 연장된 선 상을 따라서, 4개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG4) 각각의 검출 영역(AD1~AD4)(도 7 참조)의 각 촬상 영역(DIS')의 배치에 대응한 위치, 즉, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RM1~RM4) 각각의 배치에 대응한 위치에 형성되어 있다.

따라서, 각 피노광 영역(DPA)에 대한 2nd 노광의 직전(또는 직후)에, 동일한 타이밍으로 촬상되는 4개의 기준 마크(RM1~RM4)와 4개의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)와의 상대적인 위치 어긋남을 구함과 아울러, 피노광 영역(DPA)의 양측의 얼라이먼트 마크(MK1, MK4)의 각 위치 어긋남을 구함으로써, 피노광 영역(DPA)의 Y방향의 신축 오차나 변형 오차를 순차적으로 추정하여, 그것에 맞추도록 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의한 패턴의 묘화 위치를, 스텝 320의 2nd 노광 중에 순차적으로 미세 조정한다. 그 미세 조정에서는, 스폿 광(SP)에 의한 묘화 타이밍의 보정, 평행 평판(HVP)에 의한 묘화 라인(SLn)의 시프트 보정, 묘화 유닛(Un)의 미소 회전 보정, 묘화 배율의 보정이 행하여진다. 또한, 도 12의 스텝 320의 옆에 부기한 [EH]는, 인코더 계측계(인코더 헤드(EHa1~EHa3, EHb1~EHb3))에 의한 계측 위치 정보를 이용하는 것을 의미하고, 또한 스텝 320의 옆에 부기한 [LS]는, 도 1에 나타낸 광원 장치(LS)로부터 2nd 노광용의 패턴에 대응한 묘화 데이터에 따라서 강도 변조된 빔을, 묘화 유닛(U1~U6) 각각을 향하여 시분할로 공급하는 것을 의미한다.

또한, 도 12의 스텝 318, 320은, 기판(P) 상의 하나의 피노광 영역(DPA)에 대한 2nd 노광을 나타내고, 기판(P) 상의 노광해야 할 복수의 피노광 영역(DPA)에 대한 2nd 노광이 완료되었는지 여부는, 다음의 스텝 322에서 판단된다. 스텝 322에서, 계속하여 2nd 노광을 다음의 피노광 영역(DPA)에 대해서 행한다고 판단되었을 때에는, 스텝 318, 320이 반복하여 실행된다.

[스텝 324]

모든 피노광 영역(DPA)에 대한 2nd 노광이 완료되면, 스텝 324에서, 노광 동작 중의 각종의 로그 정보(에러 정보, 오차 정보 등)가 수집되고, 2nd 노광이 끝난 기판(P)을 감은 회수롤 등이 묘화 장치로부터 떼어내어지며, 기판(P)은 다음의 프로세스로 반송된다. 기판(P)이 묘화 장치로부터 떼어내어지면, 다시, 앞의 스텝 302, 304의 캘리브레이션 동작이 실행된다. 단, 2nd 노광한 기판(P)의 장척 방향의 길이가 짧고, 2nd 노광의 동작 계속 시간이 비교적으로 단시간인 경우에는, 스텝 324의 후에 스텝 304, 혹은 스텝 306으로부터의 동작을 실행할 수도 있다. 반대로, 2nd 노광의 계속 동작이 장시간에 미치는 경우에는, 스텝 300으로부터의 캘리브레이션 동작을 실행해도 괜찮다.

또한, 스텝 318의 얼라이먼트 계측에서는, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)의 일부가 프로세스 등의 영향으로 데미지를 받고 있거나, 근방에 마크의 선폭 치수와 동일한 정도의 이물(쓰레기)이 부착되어 있거나 함으로써, 얼라이먼트계(ALGn)에서 양호하게 화상 인식되지 않아, 검출 에러를 일으키는 경우도 있다. 그러한 검출 에러가 기판(P)의 소정의 반송 거리에 걸쳐서 계속되는 경우, 2nd 노광의 동작(회전 드럼(DR)에 의한 기판(P)의 순방향으로의 반송)을 일시적으로 정지하고, 리트라이 동작을 행할 수도 있다. 리트라이 동작에서는, 도 11에 나타낸 화상 해석부(206)에 의한 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상(MKn')의 화상 처리 조건(파라미터)이나, 도 9에 나타낸 조명계(ILU)로부터의 조명광(ILb)의 강도의 조정이나 파장 대역의 시프트 등을 행한 후, 기판(P)을 일정 거리만큼 역방향으로 되돌리고 나서, 재차, 순방향으로 반송하면서 얼라이먼트 계측과 2nd 노광을 행한다. 그러한 리트라이 동작의 일례는, 예를 들면, 국제 공개 제2018/030357호에 개시되어 있다.

이상과 같이, 도 12에 나타낸 본 실시 형태에 의한 노광 시퀀스 가운데, 특히 1st 노광 시퀀스(스텝 310, 312)에서는, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 의한 묘화 라인(SL1~SL6)의 절대적인 위치나 상대적인 위치 관계가, 반송계로서의 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)(및 외주면(DRs))에 대해서 정밀하게 위치 설정된 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RM1~RM4)를 기준으로 캘리브레이션되어 있으므로, 시트 모양의 기판(P) 상에 묘화되는 피노광 영역(DPA) 전체의 형상(직사각형)이, 평행사변 형상, 쐐기 형상, 혹은 궁(弓) 형상으로 변형하는 것이 저감된다.

또한, 본 실시 형태에 의한 노광 시퀀스의 2nd 노광 시퀀스(스텝 316, 318, 320)에서는, 얼라이먼트계(ALG1~ALG4)의 각 검출 영역(AD1~AD4)의 상대적인 위치 관계의 드리프트에 영향을 받지 않아, 2nd 노광 중이라도, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MK1~MK4)의 각 위치를, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RM1~RM4)를 기준으로 하여 검출하는 것이 가능하게 된다, 그 때문에, 2nd 노광이 계속하여 장시간 행하여져, 얼라이먼트계(ALGn)에 온도 변화나 기압 변화 등에 의한 드리프트가 생길 수 있는 상황이 되었다고 해도, 기판(P) 상에 늘어서는 복수의 피노광 영역(DPA)의 최초의 피노광 영역(DPA)으로부터 마지막 피노광 영역(DPA)까지, 기판(P)의 위치 검출 정밀도나 2nd 노광의 겹침 정밀도를 일정하게 유지할 수 있다.

[변형예 1]

도 20은, 앞의 도 7에 나타낸 묘화 장치의 얼라이먼트계(ALGn)의 배치의 변형예를 나타내고, 얼라이먼트계(ALGn)를 4개에서 7개로 늘렸을 경우의 모습을, 직교 좌표계(XYZ)의 XY면과 평행한 면 내에서 본 도면이다. 도 20에서, 도 7과 동일한 기능의 부재나 구조에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다. 도 20에서는, 7개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG7)의 검출 영역(AD1~AD7) 각각이, Y방향으로 소정의 간격으로 배치된다. 그 때문에, 본 변형예에서는, 기준바 부재(기준 지표 부재)(RB)의 참조면(RBa) 상에 형성되는 기준 마크(기준 지표 마크)(RMn)도, 설계상의 검출 영역(AD1~AD7)의 Y방향의 간격 거리에 대응한 7개의 위치 각각에, 기준 마크(RM1~RM7)로서 형성되어 있다.

도 7과 마찬가지로, 6개의 묘화 라인(SL1~SL6)에 의해서 이음 노광 가능한 Y방향의 최대 치수를 WAy라고 했을 때, 7개의 검출 영역(AD1~AD7) 중 Y방향의 부측에 위치하는 검출 영역(AD1)은, 최대 치수 WAy 내로서, 묘화 라인(SL1)의 주사 종료 부근에 위치하고, Y방향의 정측에 위치하는 검출 영역(AD7)은, 최대 치수 WAy 내로서, 묘화 라인(SL6)의 주사 종료 부근에 위치한다. 또, Y방향의 위치에 관해서, 검출 영역(AD2)은, 묘화 라인(SL1)의 주사 개시점과 묘화 라인(SL2)의 주사 개시점에 의한 이음 노광 부분에 배치되고, 검출 영역(AD3)은, 묘화 라인(SL2)의 주사 종료점과 묘화 라인(SL3)의 주사 종료점에 의한 이음 노광 부분에 배치되며, 검출 영역(AD4)은, 묘화 라인(SL3)의 주사 개시점과 묘화 라인(SL4)의 주사 개시점에 의한 이음 노광 부분에 배치되고, 검출 영역(AD5)은, 묘화 라인(SL4)의 주사 종료점과 묘화 라인(SL5)의 주사 종료점에 의한 이음 노광 부분에 배치되며, 검출 영역(AD6)은, 묘화 라인(SL5)의 주사 개시점과 묘화 라인(SL6)의 주사 개시점에 의한 이음 노광 부분에 배치된다.

기판(P) 상에 형성되는 얼라이먼트 마크(MKn)도, 기판(P)의 폭 방향(Y방향)에 관해서, 검출 영역(AD1~AD7) 각각의 배치에 대응하여, 7개의 얼라이먼트 마크(MK1~MK7)가 배치된다. 물론, 기판(P)의 폭 방향의 양측 각각에 형성되는 얼라이먼트 마크(MK1, MK7)는, 기판(P)의 장척 방향(부주사 방향)을 따라서 일정한 간격(예를 들면, 10mm)으로 열(列) 모양으로 다수 형성되어 있다. 기판(P) 상의 장척 방향에 관한 피노광 영역(DPA)과 피노광 영역(DPA)의 사이의 여백부에는, Y방향으로 열 모양으로 배치되는 7개의 얼라이먼트 마크(MK1~MK7)를 형성할 수 있고, 2nd 노광의 직전에 피노광 영역(DPA)의 변형 상태를 상세하게 추정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 습식 처리나 가열 처리에 의한 변형이 작은 기판(P)에 대한 2nd 노광의 경우는, 도 12의 스텝 318의 얼라이먼트 계측시에, 얼라이먼트계(ALG2~ALG6) 중 몇 개에 대해서는, 얼라이먼트 마크(MK2~MK6)의 검출을 생략(스킵)할 수도 있다.

[변형예 2]

도 21은, 앞의 도 7, 도 16, 도 20에서 나타낸 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 의한 묘화 라인(SL1~SL6)의 기판(P)(혹은 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs)) 상에서의 배치 관계의 변형예를 나타낸다. 본 변형예에서는, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의해서 기판(P) 상에 묘화되는 패턴의 이음 부분이, Y방향으로 일정한 치수만큼 중첩(오버랩)하도록, 묘화 유닛(U1~U6)이 배치되어 있다. 묘화 유닛(U1~U6) 각각은 동일한 구성이므로, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의한 패턴 묘화 가능한 길이(묘화 길이) ΔMLs는 동일하다. 그 묘화 길이 ΔMLs 중에서, 스폿 광(SP)의 주사 개시점으로부터 일정한 길이 ΔOLs, 또는 스폿 광(SP)의 주사 종료점까지의 일정한 길이 ΔOLs의 범위 각각을, 오버랩 영역(OL12, OL23, OL34, OL45, OL56)(OL45, OL56는 도시하지 않음)이라고 한다.

오버랩 영역(OL12)은, 묘화 라인(SL1)을 따른 스폿 광(SP)의 주사 개시점측의 길이 ΔOLs와, 묘화 라인(SL2)을 따른 스폿 광(SP)의 주사 개시점측의 길이 ΔOLs가 겹쳐진 범위이다. 마찬가지로 오버랩 영역(OL23)은, 묘화 라인(SL2)을 따른 스폿 광(SP)의 주사 종료점측의 길이 ΔOLs와, 묘화 라인(SL3)을 따른 스폿 광(SP)의 주사 종료점측의 길이 ΔOLs가 겹쳐진 범위이고, 오버랩 영역(OL34)은, 묘화 라인(SL3)을 따른 스폿 광(SP)의 주사 개시점측의 길이ΔOLs와, 묘화 라인(SL4)을 따른 스폿 광(SP)의 주사 개시점측의 길이 ΔOLs가 겹쳐진 범위이다. 도 21에서는 도시를 생략했지만, 다른 오버랩 영역(OL45)은, 묘화 라인(SL4)을 따른 스폿 광(SP)의 주사 종료점측의 길이 ΔOLs와, 묘화 라인(SL5)을 따른 스폿 광(SP)의 주사 종료점측의 길이 ΔOLs가 겹쳐진 범위이고, 오버랩 영역(OL56)은, 묘화 라인(SL5)을 따른 스폿 광(SP)의 주사 개시점측의 길이 ΔOLs와, 묘화 라인(SL6)을 따른 스폿 광(SP)의 주사 개시점측의 길이 ΔOLs가 겹쳐진 범위이다.

오버랩 영역의 길이 ΔOLs는, 묘화 라인의 묘화 길이 ΔMLs의 0.5~2%정도로 할 수 있다. 일례로서 묘화 길이 ΔMLs가 50.0mm인 경우, 길이 ΔOLs는, 0.25mm~1.00mm 정도가 된다. 또, 오버랩 영역(OL12, OL23, OL34, OL45, OL56) 내에 묘화되는 패턴은, 동일한 형상으로 기판(P) 상의 동일한 위치에 정밀하게 겹쳐지도록 노광되기 때문에, 그대로 묘화했을 경우에는 2배의 노광량이 되어 버린다. 그래서, 각 오버랩 영역 내에 포함되는 패턴이, 예를 들면 도 22에 나타내는 것과 같이, 체커드 플래그 모양(바둑판 무늬)이 되도록, 묘화 데이터의 수정이 행하여진다.

도 22는, 묘화 라인(SL1)의 주사 개시점측과 묘화 라인(SL2)의 주사 개시점측과의 오버랩 영역(OL12) 내에서 겹침 노광되는 동일 패턴(2차원의 묘화 데이터 상의 화소 배열)의 상태를 나타낸다. 묘화 라인(SL1, SL2)을 따라서 주사되는 스폿 광(SP)의 실효적인 직경에 따라서, 묘화 데이터의 1비트의 기판(P) 상에서의 화소(PIX)의 치수가 설정되어 있다. 묘화 데이터는, 묘화 가능한 최소의 정사각형의 화소(PIX)의 집합으로 규정되고, 그 화소(PIX)에 대해서 스폿 광(SP)(펄스 상태)를 조사할지 비조사로 할지를, 1비트의 논리값의 「0」이나 「1」으로 나타내고 있다. 도 22에 나타내는 것과 같이, 오버랩 영역(OL12) 내에 존재하는 패턴에 대응한 묘화 데이터는, 화소(PIX)를 논리값 「0」(비조사)의 화소(PIXa)(흰색의 정사각형)와 논리값 「1」(조사)의 화소(PIXb)(사선의 정사각형)에 의한 바둑판 무늬 모양으로 분해되어 있다. 또한, 묘화 라인(SL1)에 의해서 묘화되는 오버랩 영역(OL12) 내의 패턴과, 묘화 라인(SL2)에 의해서 묘화되는 오버랩 영역(OL12) 내의 패턴은, 바둑판 무늬 모양으로 배열되는 화소(PIXa)와 화소(PIXb)가 상보적(컨프리멘터리(Complimentary))인 관계로 설정되어 있다.

이와 같이, 오버랩 영역(OL12)(OL23, OL34, OL45, OL56) 내에 존재하는 패턴의 묘화 데이터를, 화소(PIX)마다 논리값을 상보적인 관계로 분해하는 것에 의해, 기판(P) 상의 오버랩 영역에 노광되는 패턴은, 약간의 이음 오차에 의한 영향으로, 눈에 띈 단차 모양이 되거나, 선폭의 비대가 눈에 띄거나 하는 것이 완화된다.

[제2 실시 형태]

도 23은, 제2 실시 형태에 의한 얼라이먼트계(ALGn)의 광학 구성을 나타내는 도면이고, 직교 좌표계(XYZ)는, 앞의 제1 실시 형태에서의 도 2와 마찬가지로 설정되어 있다. 또, 도 23에서, 제1 실시 형태에서의 부재나 구성과 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 본 실시 형태에서는, 앞의 제1 실시 형태에서의 도 4~도 6에 나타낸 것과 같이, 기준바 부재(RB)를 대물 렌즈계(OBL)의 물면(物面)측(기판(P)측)에 마련하는 것이 아니라, 얼라이먼트계(ALGn)의 광로 중에 중간상(中間像)면을 형성하고, 그 중간상면에 대응한 위치에 배치하도록 했다.

도 23에 나타내는 얼라이먼트계(ALGn)는, 기판(P)측에서 배치되는 평면 미러(Mb), 제1 결상 광학계(GLo), 큐브형의 제1 빔 스플리터(BS1)(합성 광학 부재), 제2 결상 광학계(Gd), 제2 빔 스플리터(BS2)로 구성된다. 도시하지 않은 조명계(ILU)(도 6, 도 9 참조)로부터의 조명광(ILb)(비감광성의 파장역의 광)은, 제2 빔 스플리터(BS2)에서 반사되어 광축(AXs)과 동축으로 진행하여, 제2 결상 광학계(Gd)에 입사하고, 제1 빔 스플리터(BS1)에서 투과하는 성분과 반사되는 성분으로 분할된다. 제1 빔 스플리터(BS1)를 투과한 조명광(ILb)은, 중간상면(Pss)을 통과하여 제1 결상 광학계(GLo)에 입사하고, 평면 미러(Mb)에서 반사되어, 기판(P)의 표면(또는 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs))의 검출 영역(ADn)을 균일한 조도로 조명한다.

검출 영역(ADn) 내에, 기판(P)의 얼라이먼트 마크(MKn)(또는, 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs) 상의 기준 패턴(FMa~FMh))이 나타났을 때, 얼라이먼트 마크(MKn)(또는 기준 패턴(FMa~FMh))로부터의 반사광이 제1 결상 광학계(GLo)에 입사하고, 제1 결상 광학계(GLo)는, 중간상면(Pss)에 얼라이먼트 마크(MKn)의 상(MKn')(또는 기준 패턴(FMa~FMh)의 상)을 형성한다. 제1 결상 광학계(GLo)는, 기판(P)측의 작동 거리(워킹 디스턴스)를 비교적으로 크게 취하도록, 저배율(예를 들면, 1~2배의 확대율, 혹은 0.75배의 축소율)로 설정되어 있다. 중간상면(Pss)에서 결상된 얼라이먼트 마크(MKn)(또는 기준 패턴(FMa~FMh))로부터의 반사광은, 제1 빔 스플리터(BS1)를 투과하여 제2 결상 광학계(Gd)에 입사한다.

제2 결상 광학계(Gd)를 통과한 얼라이먼트 마크(MKn)(또는 기준 패턴(FMa~FMh))로부터의 반사광은, 제2 빔 스플리터(BS2)를 투과하여, 결상 광속(Bma)이 되어, 도시를 생략한 촬상 소자(DIS)의 촬상면에 이른다. 제2 결상 광학계(Gd)는, 중간상면(Pss)과 촬상 소자(DIS)의 촬상면을 공역 관계(결상 관계)로 함과 아울러, 중간상면(Pss)에 형성되는 중간상의 확대상을 촬상 소자(DIS)의 촬상면에 재결상한다.

또, 제2 결상 광학계(Gd)를 통과하여 제1 빔 스플리터(BS1)에서 반사된 조명광(ILb)은, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)에 형성된 기준 마크(RMn)를 균일한 조도 분포로 조명한다. 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)은, 제1 빔 스플리터(BS1)를 사이에 두고, 중간상면(Pss)과 광학적으로 대응한 면(Pss')과 일치하도록 배치된다. 그 때문에, 참조면(RBa(면(Pss'))은, 제2 결상 광학계(Gd)를 사이에 두고 촬상 소자(DIS)의 촬상면과 공역 관계(결상 관계)로 되어 있다. 따라서, 조명광(ILb)에 의해 조명된 기준 마크(RMn)로부터의 반사광이, 제1 빔 스플리터(BS1)와 제2 결상 광학계(Gd)를 거쳐 결상 광속(Bma)이 되어 촬상 소자(DIS)의 촬상면에 이르면, 기준 마크(RMn)의 확대상과 얼라이먼트 마크(MKn)(또는 기준 패턴(FMa~FMh))의 확대상을, 촬상면 상에 동시에 결상시킬 수 있다. 도 23의 얼라이먼트계(ALGn)의 경우도, 앞의 도 9에서 설명한 것과 같이, 조명광(ILb)을 사출하는 조명계(ILU) 내의 조명 시야 조리개(FAn)를 교환함으로써, 기준 마크(RMn)의 확대상과 얼라이먼트 마크(MKn)(또는 기준 패턴(FMa~FMh))의 확대상 모두의 동시 촬상과, 어느 일방만의 선택적인 촬상을 전환할 수 있다.

이상, 본 실시 형태에서도, 얼라이먼트계(ALGn)는 Y방향으로 복수 배열되므로, 기준바 부재(RB)는, 그들 복수의 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 제1 빔 스플리터(BS1)의 하방 공간을 Y방향으로 횡단하도록 연설된다. 또, 본 실시 형태에서의 기준바 부재(RB)는, 앞의 제1 실시 형태의 도 4에 나타낸 것과 같이, 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs)(기판(P)의 근처에 배치하지 않아도 되기 때문에, 기준바 부재(RB)의 XZ면 내에서의 외형 치수를 크게 하여 강성을 높일 수 있음과 아울러, 기준바 부재(RB)를 고정하기 위한 지지 기구부(도 8 중의 지지 프레임부(100), 지지판부(102A, 102B, 103A, 103B), 연결바 부재(104a, 104b, 104c)에 상당)를 대형화하여, 강성을 높일 수 있다.

[제3 실시 형태]

도 24는, 제3 실시 형태에 의한 얼라이먼트계(ALGn)의 광학 구성을 나타내는 도면이고, 직교 좌표계(XYZ)는, 앞의 도 2나 도 23과 마찬가지로 설정되어 있다. 또, 도 24에서, 제1 실시 형태나 제2 실시 형태에서의 부재나 구성과 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 본 실시 형태에서는, 얼라이먼트계(ALGn)로서 작동 거리(워킹 디스텐스)가 10cm 이상으로 설정된 광학 현미경을 이용한다. 이러한 현미경은, 예를 들면, 주식회사 모리텍스에서, 머신 비전용 렌즈로서 판매되고 있고, 그것을 이용할 수도 있다.

본 실시 형태에서는, 도 24와 같이, 얼라이먼트계(ALGn)의 전체는 저열팽창 계수의 금속 또는 세라믹스에 의한 지지 브래킷(400)에 고정되어 있다. 지지 브래킷(400)은, XZ면과 평행한 판 모양으로 형성되고, 도 8 중의 지지 프레임부(100)와 접속된 구조 부분(메트롤로지 프레임)에 고정된다. 얼라이먼트계(ALGn)는, 기판(P)(회전 드럼(DR)의 외주면)에 대향하여 배치되는 평면 미러(Mb), 그 평면 미러(Mb)를 지지 브래킷(400)에 고정하는 유지 금물(金物)(401), 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL)와 평면 미러(Mb)와의 사이의 광로 중에, 광축(AXs)과 수직인 면에 대해서 각도 θe(θe＞0)만큼 기울여 배치되는 석영 등의 투과 광학 유리재에 의한 플레이트형(평행 평판 모양)의 빔 스플리터(BS1)(합성 광학 부재), 그 빔 스플리터(BS1)를 지지 브래킷(400)에 고정하는 유지 금물(402), 얼라이먼트계(ALGn)의 검출 영역(ADn)을 낙사(落射) 조명하도록, 조명계(ILU)로부터의 조명광(ILb)을 안내하는 광파이버 다발(404), 그 광파이버 다발(404)의 선단부(사출단)(404a)로부터의 조명광(ILb)을 대물 렌즈계(OBL)를 향해서 반사시킴과 아울러, 기판(P) 등에서 반사하여 대물 렌즈계(OBL)를 거쳐 입사한 결상 광속(Bma)을 투과시키는 빔 스플리터(BS2), 렌즈계(Gb), 및 촬상 소자(DIS)로 구성된다.

본 실시 형태에서는, 대물 렌즈계(OBL)로부터 사출하는 조명광(ILb)의 강도 중 10~30% 정도가, 각도 θe에 의존하여, 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)의 표면(광 분할면으로서, 광 합성면)(Bsp)에서 반사되고, 기준바 부재(RB)를 향한다. 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)은 광학적으로 기판(P)의 표면과 대응한 위치에 설정되고, 참조면(RBa) 상에 설정되는 검출 영역(ARn)은 조명광(ILb)의 일부에 의해서 균일한 조도 분포로 조명된다. 검출 영역(ARn) 내에 배치되는 기준 마크(RMn)에서 발생한 반사 광속(Bmr)은, 광축(AXs')을 따라서 빔 스플리터(BS1)에 이르고, 표면(Bsp)에서 반사되어, 결상 광속(Bma)으로 되어 대물 렌즈계(OBL)에 입사한다. 본 실시 형태에서도, 촬상 소자(DIS)의 촬상면(촬상 영역(DIS'))은, 기판(P)의 표면과 공역 관계(결상 관계)임과 아울러, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)과도 공역 관계(결상 관계)로 설정되어 있다. 또한, 도 24의 구성에서, 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)는 무편광 타입으로 되고, 석영 이외의 유리재라도 괜찮다.

따라서, 광파이버 다발(404)의 사출단(404a)으로부터 조명광(ILb)이 투사되면, 기판(P) 상에 설정되는 검출 영역(ADn)과 기준바 부재(RB) 상에 설정되는 검출 영역(ARn) 모두가 동시에 조명광(ILb)에 의해서 낙사 조명된다. 그 때문에, 촬상 소자(DIS)의 촬상 영역(DIS') 내에는, 검출 영역(ADn) 내에 나타나는 기판(P)의 얼라이먼트 마크(MKn)의 상, 혹은 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(FMa~FMh)의 상과, 검출 영역(ARn) 내의 기준 마크(RMn)의 상이 합성되어 동시에 결상된다. 촬상 소자(DIS)에 의해 촬상되는 얼라이먼트 마크(MKn) 또는 기준 패턴(FMa~FMh), 및 기준 마크(RMn)의 각 상에 따른 영상 신호(Vsg)는, 도 11에 나타낸 화상 해석부(206)에 보내어진다.

본 실시 형태에서는, 대물 렌즈계(OBL)와 렌즈계(Gb)에 의한 현미경 광학계의 동면(瞳面)(Epp)과 대응한 위치에, 광파이버 다발(404)의 사출단(404a)이 위치하도록 설정되고, 거의 원 모양의 외형을 이루는 사출단(404a)이 동면(Epp) 내에서 2차 광원 상(像)이 되어, 텔레센트릭한 낙사 조명(퀼러 조명)이 행하여진다. 그렇지만, 본 실시 형태에서는, 앞의 도 9에서 나타낸 것과 같은 조명 시야 조리개(FA1~FA3)를 이용할 수 없기 때문에, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)를 동시에 촬상할지 여부를 선택하기 위해서, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)의 직전에, 평면 모양의 액정 셔터(410)를 배치한다. 액정 셔터(410)는, 기준바 부재(RB) 상에 설정되는 검출 영역(ARn) 각각(즉, 얼라이먼트계(ALGn) 각각)에 대해서 개별로 마련되고, 앞의 도 11에 나타낸 계측 제어부(210)로부터의 구동 신호(CCs)에 응답하여 광의 투과율을 바꾼다. 액정 셔터(410) 각각은, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)으로부터 일정한 간격이 되도록 기준바 부재(RB)와 평행하게 연설된 판 모양의 지지틀에 고정되어 있다.

액정 셔터(410)는, 구동 신호(CCs)의 전압이 0V일 때에 투과율이 거의 0%가 되고, 전압이 높아짐에 따라서 투과율이 상승하고, 공칭의 최대 전압일 때에 투과율이 95% 이상이 되는 특성을 가진다. 또, 액정 셔터(410)의 표면은, 저반사율이 되도록 반사 방지막이 코트(coat)되어 있다. 따라서, 촬상 소자(DIS)로부터의 영상 신호(Vsg)에 근거하여, 얼라이먼트계(ALGn)를 캘리브레이션하는 단계(도 12 중의 스텝 302) 등일 때에는, 액정 셔터(410)의 투과율을 최대로 하고, 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RMn)의 상을 검출할 수 있도록 한다. 또, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)만, 또는 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(FMa~FMh)만을 검출하는 경우에는, 액정 셔터(410)의 투과율이 최소(0%)로 설정된다.

또한, 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RMn)의 상과 기판(P)의 얼라이먼트 마크(MKn)의 상을 동시에 촬상 소자(DIS)에 의해 촬상하는 경우, 촬상 영역(DIS') 내에서의 기준 마크(RMn)의 상의 콘트라스트에 비해서, 얼라이먼트 마크(MKn)의 상의 콘트라스트가 크게 저하되기도 한다. 그러한 경우는, 액정 셔터(410)의 투과율을 조정함으로써, 콘트라스트의 격차를 개선할 수도 있다.

이상, 본 실시 형태에서는, 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)를 대물 렌즈계(OBL)의 광축(AXs)과 수직인 면에 대해서 각도 θe만큼 기울여, 대물 렌즈계(OBL)로부터 사출되는 조명광(ILb)을 얼라이먼트계(ALGn)의 하방 공간에 배치되는 기준바 부재(RB)를 향하도록 구성했다. 그렇지만, 기준바 부재(RB)가 얼라이먼트계(ALGn)의 상방(上方) 공간으로 연설되는 경우에는, 광축(AXs)과 수직인 면에 대한 빔 스플리터(BS1)의 기울기를 역방향(-θe)으로 설정하면 된다. 또, 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)의 두께는, 광학적인 여러가지 수차(비점 수차 등)의 발생을 적게 함과 아울러, 면 정밀도를 악화시키는 변형이나 스트레인(strain)을 일으키지 않는 강성을 가지는 범위에서, 최대한 얇게 하는 것이 좋다.

또한, 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)의 표면에 반사 방지막(AR 코트)을 형성하지 않는 깨끗한 상태로 함으로써, 각도 θe에 의존하여 광 분할면(광 합성면)(Bsp)에 적당한 반사율을 가지게 할 수 있다. 또, 각도 θe는, 광축(AXs)과 광축(AXs')이 이루는 각도 2θe(XZ면 내에서의 기준바 부재(RB)의 배치)에 의해서 정해지는데, 각도 θe가, 예를 들면 45°이상이 되면, 기준바 부재(RB)를 향하는 조명광(ILb)의 강도가 증대하고, 기판(P)을 향하는 조명광(ILb)의 강도가 극단적으로 저하하게 되므로, 각도 θe는 0°＜θe＜45°의 범위, 더욱 바람직하게는, 5°≤θe≤30°의 범위로 하는 것이 좋다. 또, 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)의 두께는 1mm 이하, 예를 들면 0.1mm이라도 괜찮고, 각도 θe를 조정 가능하게 하는 구조를 마련해도 된다.

[변형예 3]

도 25는, 도 24에 나타낸 제3 실시 형태에서의 빔 스플리터(BS1)(합성 광학 부재)의 변형예를 나타내는 광학 배치도이고, 대물 렌즈계(OBL)의 광축(AXs), 평면 미러(Mb) 등은, 도 24의 XYZ 좌표계 내에서의 배치와 동일하게 마련되어 있다. 본 변형예에서는, 도 25와 같이, 빔 스플리터(BS1)는 큐브형으로 구성되고, 대물 렌즈계(OBL)측에 위치하는 석영에 의한 프리즘 블록(PSMa)과 평면 미러(Mb)측에 위치하는 석영에 의한 프리즘 블록(PSMb)의 첩합(貼合)에 의해서, XZ면과 평행한 면을 따른 단면(斷面)의 전체 형상이 사다리꼴(5각형)이 되도록 구성된다. 프리즘 블록(PSMa)과 프리즘 블록(PSMb)의 첩합면(Bsp)은, 광 분할면으로서 기능하고, 광축(AXs)과 수직인 면에 대해서 각도 θe만큼 XZ면 내에서 기울어 지도록 구성된다. 대물 렌즈계(OBL)로부터 사출하는 조명광(ILb)은, 프리즘 블록(PSMa)의 면(BS1a)으로부터 입사하고, 첩합면(분할면)(Bsp)을 투과한 조명광(ILb)은, 프리즘 블록(PSMb)의 면(BS1b)로부터 사출하여 평면 미러(Mb)에 이른다.

프리즘 블록(PSMa)의 면(BS1a)과 프리즘 블록(PSMb)의 면(BS1b)은, 서로 평행함과 아울러, 광축(AXs)에 수직하게 설정되어 있다. 또, 분할면(Bsp)에서 반사된 조명광(ILb)은, 프리즘 블록(PSMa)의 면(BS1c)으로부터, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)과 수직하게 설정되는 광축(AXs')을 따라서 사출한다. 프리즘 블록(PSMa)의 면(BS1c)은, 광축(AXs')과 수직이 되도록 형성되어 있다. 광축(AXs)과 광축(AXs')이 이루는 각도는, 분할면(Bsp)의 각도 θe의 배각이 되므로, 2θe가 되고, 프리즘 블록(PSMa)의 면(BS1b)과 면(BS1c)은, XZ면 내에서 각도(180°-2θe)를 이룬다. 본 변형예에서도, 첩합면(분할면)(Bsp)에서의 조명광(ILb)의 반사율이 10~30% 정도가 되도록, 첩합면(분할면)(Bsp)에는 유전체막이 형성되어 있다.

이상의 본 변형예에 의하면, 조명광(ILb)에 의해 조명된 기판(P)의 얼라이먼트 마크(MKn), 또는 회전 드럼(DR)의 기준 패턴(FMa~FMh)으로부터의 반사광(결상 광속(Bma))은, 빔 스플리터(BS1)의 광축(AXs)과 수직인 면(BS1b, BS1a)을 통과하여 대물 렌즈계(OBL)에 입사하므로, 얼라이먼트 마크(MKn)나 기준 패턴(FMa~FMh)의 결상시의 광학적인 여러가지 수차의 발생을 작게 할 수 있다. 마찬가지로 조명광(ILb)에 의해 조명된 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)로부터의 반사광(결상 광속(Bmr))은, 빔 스플리터(BS1)의 광축(AXs')과 수직인 면(BS1c)으로부터 입사하고, 광축(AXs)과 수직인 면(BS1a)을 통과하여 대물 렌즈계(OBL)에 입사하므로, 기준 마크(RMn)의 결상시의 광학적인 여러가지 수차의 발생도 작게 할 수 있다.

[제4 실시 형태]

도 26은, 제4 실시 형태에 의한 기준바 부재(RB)의 구성을 나타내는 도면이고, 도 26의 (A)는, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상의 구성을 나타내며, 도 26의 (B)는, 도 26의 (A) 중의 기준바 부재(RB)의 CC-CC 화살표 단면을 나타내고, 도 26의 (C)는 참조면(RBa) 상에 형성되는 기준 마크(RMn)의 구성의 일례를 나타낸다. 본 실시 형태에서는, 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RMn)를, 조정 가능한 조도로 자발광(自發光)시키는 구성으로 한다. 그 때문에, 도 26의 (B)에 나타내는 것과 같이, 기준바 부재(RB)의 모재(RBo)가 되는 금속제 또는 세라믹스제의 각재(角材)의 내부에, 자발광용의 조명광(ILh)을 도광하기 위한 광파이버 다발(450)이 접속된다.

앞의 도 20에 나타낸 것과 같이, 7개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG7)가 마련되는 구성에 따라서, 도 26의 (A)에서도, 얼라이먼트계(ALG1~ALG7)의 각 검출 영역(AD1~AD7)에 대응한 Y방향의 위치 각각에, 기준 마크(RM1~RM7)(중심점(CRn))가 배치된다. 기준바 부재(RB)의 모재(RBo)의 빔 스플리터(BS1)측의 면에는, 얇은 석영판(RBg)이 Y방향으로 연설하여 마련되고, 그 석영판(RBg)의 표면에는 저반사율의 크롬층(차광층)의 증착에 의한 참조면(RBa)이 형성되어 있다. 참조면(RBa)(차광층) 상의 기준 마크(RMn)의 각 위치에는, 도 26의 (C)에 나타내는 것과 같이, 얼라이먼트계(ALGn)의 각 검출 영역(ADn)에 대응한 치수로 직사각 형상의 투과창(WDn)(n=1~7)이 형성되고, 그 내부에 차광층에 의한 기준 마크(RMn)가 배치된다.

석영판(RBg)의 이면측의 모재(RBo)에는, 투과창(WDn) 각각을 포함하는 직경으로 원기둥 모양으로 천공된 개구부(RBz)가 형성되고, 개구부(RBz) 내에는, 광파이버 다발(450)의 사출단으로부터 투사되는 조명광(ILe)를 입사하여, 개개의 투과창(WDn)의 전체를 이면측(석영판(RBg)측)으로부터 균일하게 조명하는 렌즈 부재(452)가 마련된다. 또, 광파이버 다발(450)의 사출단측과 렌즈 부재(452)는, 원관 모양으로 형성된 단열성의 수지 부재(454)를 매개로 하여, 개구부(RBz) 내에 고정된다. 렌즈 부재(452)는, 광파이버 다발(450)의 사출단에 형성되고 다수의 점광원의 원형상의 집합을 2차 광원으로 하여, 투과창(WDn)을 이측(裏側)으로부터 퀼러 조명한다. 도 26의 (B)에 나타낸 렌즈 부재(452)의 광축(AXi)은, 빔 스플리터(BS1)를 거쳐, 앞의 도 5, 도 23, 도 24 각각에서 설명한 대물 렌즈계(OBL)의 광축(AXs)과 허용 오차 내에서 동축이 되도록 설정된다.

본 실시 형태에서는, 기준바 부재(RB)의 모재(RBo) 내에 마련한 렌즈 부재(452)를 통해서, 광파이버 다발(450)로부터의 조명광(ILh)를 투과창(WDn) 내에 조사하는 구성이므로, 얼라이먼트계(ALGn)의 촬상 소자(DIS)에서 관찰되는 기준 마크(RMn)의 확대상(RMn')은, 밝은 배경(흰색) 중에 검은 패턴으로서 나타난다. 또, 조명광(ILh)은, 얼라이먼트계(ALGn)용의 조명광(ILb)을 공급하는 조명계(ILU)(도 6 참조) 내의 광원부로부터 공급할 수도 있는데, 다른 조명계(ILU')를 마련하고, 조명광(ILh)의 조도를 가변으로 하도록 해도 괜찮다. 다른 조명계(ILU')를 이용하는 경우는, 얼라이먼트계(ALGn)용의 조명광(ILb)의 조도와는 관계없이 조명광(ILh)의 조도를 조정하거나, 얼라이먼트계(ALGn)의 캘리브레이션시(도 12의 스텝 302)에만 조명광(ILh)을 조사하고, 얼라이먼트계(ALGn)가 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)를 순차적으로 검출하는 기간에는 조명광(ILh)을 소등하거나 할 수도 있다.

또한, 얼라이먼트계(ALGn)용의 조명광(ILb)과, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)(투과창(WDn))용의 조명광(ILh)과의 파장 특성을 다르게 해도 괜찮다. 예를 들면, 얼라이먼트계(ALGn)용의 조명광(ILb)은, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)의 검출에 적절하도록, 기판(P) 상의 감광층에 대해서는 비감광성이고, 브로드한 파장 대역(예를 들면, 450nm~700nm)을 가지는 광으로 하고, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)(투과창(WDn))용의 조명광(ILh)은, 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL) 등의 결상 광학계에서 발생하는 색수차를 작게 하여 상(像)콘트라스트를 높일 수 있는 단색의 광(비감광성)으로 할 수 있다.

또, 본 실시 형태에서는, 도 26의 (C)에 나타낸 것과 같이, 차광층에서 형성되는 참조면(RBa) 중에 투과성의 투과창(WDn)를 마련하고, 그 투과창(WDn) 내에 차광층에 의한 기준 마크(RMn)를 형성했지만, 투과창(WDn)은 마련하지 않고, 차광층에 의한 참조면(RBa) 중에 투과성의 기준 마크(RMn)를 형성해도 괜찮다. 이 경우, 얼라이먼트계(ALGn)의 촬상 소자(DIS)에 의해 관찰되는 기준 마크(RMn)의 확대상(RMn')은, 어두운 배경(흑) 중에 밝은 패턴(백)으로 되어 나타난다. 그 때문에, 얼라이먼트계(ALGn)가 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)를 검출하고 있는 동안에도, 촬상 영역(DIS') 내에 나타나는 기판(P)의 표면의 전체 화상 중에서, 기준 마크(RMn)의 확대상(RMn')을 높은 콘트라스트로 표시시킬 수 있다.

또한, 얼라이먼트계(ALGn)용의 조명광(ILb)의 조도를, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)용의 조명광(ILh)의 조도와는 별도로 조정 가능하게 하는 것에 의해, 기판(P)의 표면(얼라이먼트 마크(MKn))의 반사율이 낮을 때에는, 얼라이먼트계(ALGn)용의 조명광(ILb)의 조도를 높이고, 기판(P)의 표면(얼라이먼트 마크(MKn))의 반사율이 높을 때에는, 얼라이먼트계(ALGn)용의 조명광(ILb)의 조도를 낮추는 것이 독립적으로 가능하게 된다. 그 때문에, 기판(P)의 표면의 반사율(혹은 흡수율) 등에 변동이 있어도, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)의 화상 해석시의 계측 정밀도의 열화가 억제되어, 안정된 위치 계측이 가능하게 된다. 또한, 본 실시 형태에 의한 도 26의 기준바 부재(RB)는, 앞의 도 23, 도 24, 도 25 각각에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn) 중 어느 것과 조합해도, 그대로 사용할 수 있다.

[제5 실시 형태]

도 27은, 마스크레스(maskless) 노광 장치로서 디지털·미러·디바이스(DMD)를 이용한 패턴 묘화 장치의 개략적인 구성을 나타내고, 직교 좌표계(XYZ)의 Z축은 중력 방향으로 설정되고, Z축과 수직인 XY면은 수평면으로 설정된다. 도 27에서, 피노광체로서의 기판(P)은, XY면과 평행한 면을 따라서 1차원(X방향) 또는 2차원(X방향과 Y방향)으로 병진 이동하는 도시하지 않은 이동 스테이지 상에 재치된다. 본 실시 형태에서는, 기판(P)을 매엽(枚葉)의 평면 모양의 유리 기판, 플라스틱 기판, 또는 금속 기판으로 하지만, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 필름, PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트) 필름, 폴리이미드 필름 등의 수지 시트라도 괜찮다.

본 실시 형태에서도, Y방향으로 일정한 간격으로 일렬로 배치되는 홀수번의 묘화 유닛(패턴 형성 기구)(U1, U3, U5…)와, 홀수번의 묘화 유닛에 대해서 X방향으로 소정의 간격으로 이간 배치됨과 아울러, Y방향으로 일정한 간격으로 배치되는 짝수번의 묘화 유닛(패턴 형성 기구)(U2, U4, U6…)이 마련된다. 도 27에서, 기판(P) 상에는, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5…) 각각에 의한 투영 영역(IA1, IA3, IA5…)과, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6…) 각각에 의한 투영 영역(IA2, IA4, IA6…)이 설정된다. 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5…)과 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6…)은, XZ면 내에서 보면, YZ면과 평행한 중심면(CPo)에 관해서 좌우 대칭으로 배치됨과 아울러, Y방향으로는 투영 영역(IAn)의 Y방향의 치수 정도만큼 시프트되어 배치된다. 홀수번과 짝수번의 묘화 유닛(Un)(n=1, 2, 3…) 각각의 구성은 모두 동일하므로, 여기에서는 대표하여 묘화 유닛(U1)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다.

묘화 유닛(U1)은, 주요 부재의 전체를 지지하는 저열팽창 계수의 금속에 의한 지지 프레임(550)과, 노광용의 조명 빔(LB1)(자외 파장역의 단색광)을 입사하는 조명 광학계(경통)(551)와, 조명 광학계(551)에 의해서 균일한 조도 분포로 된 조명 빔(LB1)을 반사시키는 반사 미러(552)와, 반사 미러(552)로부터의 조명 빔(LB1)에 의해 조사되는 DMD 유닛(553)과, DMD 유닛(553)의 다수의 마이크로·미러 각각의 각도를 패턴 데이터에 따라서 순차적으로 변화시킴으로써 변조되는 묘화 빔을 입사하여, 기판(P) 상의 투영 영역(IA1) 내에 동적인 패턴의 축소상을 투영하는 투영 광학계(경통)(554)로 구성된다.

조명 빔(LB1)은, 레이저 광원으로부터 광파이버 다발을 매개로 하여 조명 광학계(경통)(551)에 입사되고, 조명 광학계(551) 내의 플라이아이 렌즈와 콘덴서 렌즈 등에 의해서 균일한 조도 분포로 되어, DMD 유닛(553)을 퀼러 조명한다. DMD 유닛(553)의 반사면은, XY면 내에서 보면, Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 유닛(U2)에 의한 투영 영역(IA2)과의 이음 노광을 위해, 소정의 각도만큼 기울어져 배치된다. 투영 광학계(경통)(554)는, DMD 유닛(553)의 반사면의 전체를 기판(P) 상의 투영 영역(IA1) 내에 축소 결상하도록, 복수의 렌즈 소자에 의해 직통 모양으로 구성된 양측 텔레센트릭한 결상 광학계로서 구성된다.

한편, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5…)의 -X방향측에는, 복수의 홀수번의 얼라이먼트계(ALG1, ALG3…)가 배치되고, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6…)의 ＋X방향측에는, 복수의 짝수번의 얼라이먼트계(ALG2, ALG4…)가 배치된다. 홀수번의 얼라이먼트계(ALG1, ALG3…)는, 각각의 검출 영역(AD1, AD3…)이 Y방향으로 소정의 간격으로 열 모양으로 위치하도록 마련되고, 짝수번의 얼라이먼트계(ALG2, ALG4…)는, 각각의 검출 영역(AD2, AD4…)이 Y방향으로 소정의 간격으로 열 모양으로 위치하도록 마련된다. 홀수번의 얼라이먼트계(ALG1, ALG3…)와, 짝수번의 얼라이먼트계(ALG2, ALG4…)는, XZ면 내에서 보면, 중심면(CPo)에 대해서 대칭으로 배치된다.

얼라이먼트계(ALGn)(n=1, 2, 3, 4…)의 구성은, 모두 동일하므로, 여기에서는 대표하여 얼라이먼트계(ALG1)의 구성에 대해 상세하게 설명한다. 얼라이먼트계(ALG1)는, 앞의 도 6이나 도 9와 마찬가지로, 조명계(ILU), 촬상 소자(DIS), 대물 렌즈계(OBL), 직육면체 모양의 빔 스플리터(BS1)로 구성되고, 대물 렌즈계(OBL)의 광축(AXs)은 기판(P)의 표면과 수직(Z축과 평행)하게 설정된다. 대물 렌즈계(OBL)와 기판(P)과의 사이의 광로 중에 배치되는 빔 스플리터(BS1)의 측방에는, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5…)의 지지 프레임(550)에 장착 금구(金具)를 매개로 하여 고정되는 제1 기준바 부재(RB)가 배치된다. 제1 기준바 부재(RB)는, 홀수번의 얼라이먼트계(ALG1, ALG3, ALG5…)의 근처를 Y방향으로 관통하도록 길고 가늘게 연설되고, 제1 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)가 형성되는 참조면(RBa)은 YZ면과 평행하게 설정된다. 그 때문에, 빔 스플리터(BS1)와 기준바 부재(RB)와의 사이의 광축(AXs')은 XY면과 평행하면서, 또한 X축과 평행하게 설정된다.

짝수번의 얼라이먼트계(ALG2, ALG4, ALG6…)도 마찬가지로, 대물 렌즈계(OBL)와 기판(P)과의 사이의 광로 중에 빔 스플리터(BS1)가 배치되고, 그 측방에는, 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6…)의 지지 프레임(550)에 장착 금구을 매개로 하여 고정되는 제2 기준바 부재(RB)가 배치된다.

도 28은, 묘화 유닛(Un)(n=1, 2, 3…) 각각에 의한 투영 영역(IAn)(n=1, 2, 3…)과, 얼라이먼트계(ALGn)(n=1, 2, 3…) 각각에 의한 검출 영역(ADn)(n=1, 2, 3…)과의 XY면 내에서의 배치를 나타낸다. DMD 유닛(553)을 XY면 내에서 기울여 배치한 것에 의해, 직사각형상의 투영 영역(IAn) 각각은, Y축과 평행한 선에 대해서 각도 θdm만큼 기울어지도록 배치된다. 또, 투영 영역(IAn)의 Y방향측의 단부 각각은, 서로 이웃하는 홀수번과 짝수번에서 2중 노광되는 오버랩 영역(이음부)(OL12, OL23, OL34, OL45, OL56…)이 형성되도록 배치된다. 또, 홀수번의 얼라이먼트계(ALG1, ALG3…) 각각의 검출 영역(AD1, AD3…)의 Y방향의 배치에 대응하여, 제1 기준바 부재(RB) 상에는 홀수번의 기준 마크(RM1, RM3…)가 형성되고, 짝수번의 얼라이먼트계(ALG2, ALG4…) 각각의 검출 영역(AD2, AD4…)의 Y방향의 배치에 대응하여, 제2 기준바 부재(RB) 상에는 짝수번의 기준 마크(RM2, RM4…)가 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, Y방향을 장변으로 하는 직사각형의 투영 영역(IAn)(n=1, 2, 3…) 각각, 혹은 복수의 투영 영역(IAn)(n=1, 2, 3…) 전체를 포함하는 직사각형의 영역에 의해서, 패턴 형성 영역이 형성된다.

이상의 구성에 의해, 본 실시 형태에서도, 앞의 각 실시 형태와 마찬가지로, 기준바 부재(RB)를 기준으로 하여, 복수의 얼라이먼트계(ALGn)의 드리프트에 의한 상대적인 위치 관계의 변동을, 노광 동작 중이라도 순차적으로 모니터하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 기판(P) 상에 패턴 노광할 때, 기판(P)은 이동 스테이지에 의해서, 예를 들면, ＋X방향으로 일정한 속도로 이동된다. 그 경우, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)는, 주로 홀수번의 얼라이먼트계(ALG1, ALG3…)(검출 영역(AD1, AD3…))에 의해서 검출되고, 그 검출 결과에 근거하여, 홀수번과 짝수번의 묘화 유닛(Un) 각각의 투영 영역(IAn) 내에 투영되는 패턴상(像)의 위치나 투영 타이밍(DMD 유닛(553)에 인가되는 패턴 데이터의 송출 타이밍)이 동적으로 미세 조정된다. 또, 기판(P) 상에 패턴 노광할 때, 이동 스테이지를 -X방향으로 일정한 속도로 이동시켜도 괜찮다. 그 경우에는, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)가, 주로 짝수번의 얼라이먼트계(ALG2, ALG4…)(검출 영역(AD2, AD4…))에 의해서 검출되고, 그 검출 결과에 근거하여, 홀수번과 짝수번의 묘화 유닛(Un) 각각의 투영 영역(IAn) 내에 투영되는 패턴상(像)의 위치나 투영 타이밍이 동적으로 미세 조정된다.

[변형예 4]

도 27, 도 28에 나타낸 DMD 유닛(553)은, 다수의 마이크로·미러 각각을 반사면과 수직인 방향으로 미동(微動)시키고, 서로 이웃한 마이크로·미러와의 사이에서 반사면의 높이에 차이를 주는(위상차를 주는) 공간 광 변조 소자(SLM)로 해도 괜찮다. 또, 복수의 얼라이먼트계를 가지는 패턴 묘화 장치로서는, 마스크레스 노광 장치에 한정되지 않고, 잉크젯식의 프린터 장치라도 괜찮다. 잉크젯 방식에서는, 잉크의 미세한 액적(液滴)을 토출하는 다수의 미소 구멍이 규칙적으로 배열된 토출면을 가지는 패턴 형성 기구로서의 노즐 유닛('묘화 유닛'이라고도 부름)이, 기판(P)과 토출면이 일정한 간격이 되도록 배치된다. 패턴의 묘화(인쇄)시에는, 기판(P)을 일방향(부주사 방향)으로 이동시키면서, 노즐 유닛(묘화 유닛)의 다수의 미소 구멍 각각으로부터 패턴 데이터에 근거하여 기판(P) 상에 선택적으로 액적이 토출된다.

잉크젯식의 프린터 장치에서도, 기판(P) 상에 이미 형성되어 있는 패턴층에 대해서, 정밀하게 위치 결정된 상태로 새로운 패턴을 묘화(겹침 인쇄)할 필요가 있고, 기판(P)의 치수가 크게 되면, 그 변형(면 내의 신축이나 스트레인)을 정밀하게 계측하기 위해서, 기판(P) 상의 복수의 위치에 형성된 얼라이먼트 마크(MKn)의 각 위치를 검출하는 복수의 얼라이먼트계가 필요하게 된다. 그 때문에, 앞의 각 실시 형태나 변형예에서 설명한 것과 같은 기준바 부재(RB)와, 빔 스플리터(BS1)를 가지는 얼라이먼트계(ALGn)를 마련하는 것에 의해, 장시간에 걸쳐서 연속하여 패턴 묘화(겹침 인쇄)하는 동안의 얼라이먼트계(ALGn)의 드리프트에 의해서 생길 수 있는 겹침 오차의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 변형예에서는, 1개의 노즐 유닛(묘화 유닛)에 의한 액적의 토출면의 영역, 혹은 복수의 노즐 유닛을 가지는 경우에는, 그 복수의 노즐 유닛 각각의 액적의 토출면의 전체를 포함하는 영역에 의해서, 패턴 형성 영역이 형성된다.

[변형예 5]

도 29는, 얼라이먼트계(ALGn)의 구성에 관한 변형예를 설명하는 도면이고, 도 29의 (A)는, 앞의 도 24에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn)를 베이스로 한 변형예를 나타낸다. 본 변형예에서는, 얼라이먼트계(ALGn)용의 조명광(ILb)을 광대역의 파장 분포로 하고, 대물 렌즈계(OBL)와 기판(P)과의 사이에 배치되는 빔 스플리터(BS1)(합성 광학 부재)를, 표면에 유전체 다층막을 형성하여 파장 선택성을 갖게 한 다이크로익 미러로서 구성한다. 도 29의 (B)는, 빔 스플리터(BS1)의 파장 선택 특성의 일례를 나타내는 그래프이고, 가로축은 파장 λ(nm)를 나타내고, 세로축은 투과율과 반사율의 크기를 나타낸다. 본 변형예에서는, 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL)로부터 촬상 소자(DIS)까지의 결상 광학계가, 도 29의 (B)에 나타내는 색수차 보정역의 파장 범위 내에서, 양호한 결상 특성이 얻어지도록 수차 보정되어 있는 것으로 한다.

또, 얼라이먼트계(ALGn)용의 조명광(ILb)을 공급하는 조명계(ILU)는, 400nm~700nm 정도의 파장 대역에 걸쳐서 발광 강도를 가지는 할로겐 램프 등의 광원(HLS)과, 광원(HLS)로부터의 광의 파장 분포나 파장 강도를 조정 가능하게 하기 위해서, 복수의 파장 필터가 교환 가능하게 수납된 파장 선택부(WLC)와, 집광 렌즈계(Gk)를 구비하고, 집광 렌즈계(Gk)는, 도 24와 마찬가지로 마련된 광파이버 다발(404)의 입사단(404b)에 조명광(ILb)을 조사한다. 광파이버 다발(404)의 사출단(404a)은, 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL)의 눈동자 위치에 설정되고, 조명광(ILb)은, 빔 스플리터(BS1)(다이크로익 미러)를 거쳐, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn), 혹은 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)를 조명한다.

도 29의 (A)의 빔 스플리터(BS1)(다이크로익 미러)는, 일례로서 도 29의 (B)에 나타내는 것과 같이, 레지스터 감광역이 되는 파장 420nm보다 긴 파장역에 있어서, 투과율 특성과 반사율 특성이 약 500nm 부근에서 크로스오버하는 파장 선택 특성을 가진다. 즉, 파장이 약 550nm보다도 짧은 파장 성분의 광에 대해서는, 반사율이 5% 이상으로 되고, 파장이 약 480nm보다도 긴 파장 성분의 광에 대해서는, 투과율이 5% 이상으로 되는 특성을 가진다. 따라서, 대물 렌즈계(OBL)로부터 사출되어 빔 스플리터(BS1)(다이크로익 미러)에 조사되는 조명광(ILb) 가운데, 파장이 약 550nm보다도 짧은 파장 성분의 광은, 효율적으로 반사되어 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)를 조명한다. 또, 조명광(ILb) 가운데, 파장이 약 480nm보다도 긴 파장 성분의 광은, 효율적으로 투과되어 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)를 조명한다. 또한, 파장 선택부(WLC)는, 전형적으로는, 조명광(ILb)이 색수차 보정역의 파장 대역에 걸쳐서 강도 분포를 가지도록 파장 선택한다.

이와 같이, 본 변형예에서는, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)를 조명하는 조명광(ILb)은, 색수차 보정역 내의 단파장측의 성분의 광으로 설정되고, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)를 조명하는 조명광(ILb)은, 색수차 보정역 내의 장파장측의 성분의 광으로 설정되도록, 파장 선택이 행하여진다. 따라서, 기준바 부재(RB)에 연속하여 조명광(ILb)을 계속 조사하는 필요성이 생겼을 경우에도, 기준바 부재(RB)의 온도를 상승시키기 쉬운 장파장측의 광 성분이 저감되어 있으므로, 기준바 부재(RB) 자체의 열변형을 억제할 수 있다.

[변형예 6]

또한, 상기의 변형예 5에 의하면, 빔 스플리터(BS1)(다이크로익 미러)가 파장 선택 특성을 가지고 있으므로, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)를 조명하는 조명광(ILb)의 조도와, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)를 조명하는 조명광(ILb)의 조도를, 개별로(독립적으로) 조정할 수도 있다. 구체적으로는, 도 30에 나타내는 것과 같이, 발광 파장역이 다른 2개의 고체 광원(LED 등)(LD1, LD2)과, 렌즈계(GS1, GS2)와, 미러(Mc)와, 빔 합성용의 빔 스플리터(BS3)와, 조명광(ILb)을 도 29에 나타낸 광파이버 다발(404)의 입사단에 집광하는 집광 렌즈계(Gk)와, 고체 광원(LD1, LD2)의 발광 강도를 개별적으로 조정 가능한 제어부(LCU)를 구비하는 조명계(ILU)가 마련된다.

렌즈계(GS1)에 의해서 평행 광속으로 변환되는 고체 광원(LD1)으로부터의 빔(ILb1)은, 예를 들면, 파장 420nm~500nm의 사이에, 단일 또는 복수의 중심 파장을 가지는 발광 스펙트럼을 포함하고, 렌즈계(GS2)에 의해서 평행 광속으로 변환되는 고체 광원(LD2)으로부터의 빔(ILb2)은, 예를 들면, 파장 500nm~630nm의 사이에 복수의 중심 파장을 가지는 발광 스펙트럼을 포함하도록 설정된다. 미러(Mc)에서 반사된 렌즈계(GS1)로부터의 빔(ILb1)과 렌즈계(GS2)로부터의 빔(ILb2)은, 빔 스플리터(BS3)에서 동축으로 합성된 조명광(ILb)이 되어 집광 렌즈계(Gk)에 입사하고, 광파이버 다발(404)을 거쳐, 도 29 중의 빔 스플리터(BS2)에 입사한다.

도 30과 같은 조명계(ILU)에 의하면, 제어부(LCU)에서 고체 광원(LD1, LD2) 각각으로부터의 빔(ILb1, ILb2)의 강도를 개별적으로 조정할 수 있으므로, 촬상 소자(DIS)에 의해서, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상과, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)의 확대상을 동시에 촬상할 때, 촬상 화상,내에서 각각의 확대상의 콘트라스트나 휘도를 적절한 밸런스로 조정할 수 있다. 특히, 기판(P)의 표면의 조명광(ILb(ILb2))에 대한 반사율이 대체로 낮아, 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상이 어두운 경우, 고체 광원(LD2)(빔(ILb2))의 발광 강도를 높이고, 고체 광원(LD1)(빔(ILb1))의 발광 강도를 낮춤과 아울러, 촬상 소자(DIS)로부터의 영상 신호(Vsg)의 게인(증폭율)을 높임으로써, 관찰 화상의 명암의 밸런스를 취할 수 있다. 또, 촬상 소자(DIS)를 칼라 화상이 촬상 가능한 것으로 하면, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)(또는 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(FMa~FMh))와, 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RMn)를, 색으로 식별하여 검출할 수 있으므로, 얼라이먼트 마크(MKn)의 상과 기준 마크(RMn)의 상이 촬상 영역(DIS') 내에서 근접하여 나타났을 때의 오검출을 저감할 수 있다.

또한, 빔(ILb1, ILb2) 각각을 원하는 파장 대역으로 설정하기 위해서, 고체 광원(LD1, LD2)를 고휘도의 백색 발광 LED로 하고, 합성용의 빔 스플리터(BS3)의 직전의 빔(ILb1, ILb2)의 각 광로 중에 파장 선택 필터(밴드 패스 필터)를 마련해도 괜찮다. 또한, 합성용의 빔 스플리터(BS3)에서의 광량 손실을 저감하기 위해서, 빔 스플리터(BS3)를 편광 빔 스플리터로 하고, 빔(ILb1)은 빔 스플리터(BS3)의 편광 분리면을 90% 이상 투과하는 직선 편광으로 하며, 빔(ILb2)은 빔 스플리터(BS3)의 편광 분리면에서 90% 이상 반사되는 직선 편광으로 하는 파장판을, 렌즈계(GS1, GS2) 각각의 뒤에 마련해도 괜찮다.

이와 같이, 조명광(ILb)에 편광 특성을 부여할 수 있는 경우에는, 앞의 도 9, 도 23, 도 24, 도 25에서 나타낸 얼라이먼트계(ALGn)의 빔 스플리터(BS1)(합성 광학 부재)도, 광 분할면(또는 광 합성면)(Bsp)에 편광 선택성을 가지는 유전체 다층막을 형성한 편광 빔 스플리터로 할 수 있다. 또, 빔 스플리터(BS1)에서 반사되어, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)를 조명하는 조명광(ILb)은 LED 등으로부터의 근적외 파장역의 광으로 하고, 빔 스플리터(BS1)로부터 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)를 조명하는 조명광(ILb)은, 기판(P) 상의 광 감응층의 감광 파장역(예를 들면, 360nm 이하의 자외 파장역)을 피한 광대(廣帶)의 파장역의 광(이른바, 랜덤 편광인 백색광)으로 해도 괜찮다.

[변형예 7]

도 31은, 대물 렌즈계(OBL)와 기판(P)(회전 드럼(DR)의 외주면(DRs))과의 사이에 배치되는 얼라이먼트계(ALGn)의 빔 스플리터(BS1)의 구성과, 기준바 부재(RB)의 배치 방향에 관한 변형예를 나타내는 도면이다. 본 변형예의 빔 스플리터(BS1)(합성 광학 부재)는, 앞의 도 25의 구성과 마찬가지로, 2개의 프리즘 블록(PSMa, PSMb)을 첩합하고, 그 접촉계면에 광 분할면(Bsp)이 형성되는 구성으로 한다. 단, 대물 렌즈계(OBL)로부터 광축(AXs)을 따라서 프리즘 블록(PSMa)에 입사하고, 광 분할면(Bsp)에서 반사된 일부의 조명광(ILb)은, 프리즘 블록(PSMa)의 면(BS1c)을 전반사면(미러면)으로 하는 것에 의해, 면(BS1c)에서 대물 렌즈계(OBL)를 통과하는 광축(AXs)의 방향으로 절곡된다. 본 변형예에서는, 광 분할면(Bsp)으로부터 연장하는 광축(AXs')이 면(BS1c)(전반사면)에서 절곡되어, 광축(AXs)과 직교하도록 설정된다.

도 31에서의 직교 좌표계(XYZ)는, 앞의 도 23, 도 24와 동일하게 설정되고, 대물 렌즈계(OBL)와 평면 미러(Mb)와의 사이의 광축(AXs)은 XY면에 대해서 기울어져 있다. 빔 스플리터(BS1)는, XZ면 내에서 보면 전체에 5각형으로 형성되고, 대물 렌즈계(OBL)와 대향한 프리즘 블록(PSMa)측의 면(BS1a)과, 평면 미러(Mb)와 대향한 프리즘 블록(PSMb)측의 면(BS1b)은, 서로 평행이면서, 또한 광축(AXs)과 수직하게 설정된다. 면(BS1a)과 면(BS1b)과의 사이로서, 프리즘 블록(PSMa, PSMb)의 접합면인 광 분할면(Bsp)은, 앞의 도 25와 마찬가지로, 광축(AXs)과 수직인 면에 대해서 각도 θe만큼 기울어지도록 설정된다. 따라서, 광 분할면(Bsp)의 위치에서, 광축(AXs)과 광축(AXs')이 이루는 각도는 XZ면 내에 있어서 각도 2θe가 된다.

프리즘 블록(PSMa)의 면(BS1c)(미러면)에서 절곡되어, ＋Z방향측으로 연장하는 광축(AXs')은, 광축(AXs)과 직각으로 교차한 후, 프리즘 블록(PSMa)의 상측의 면(BS1d)을 통과하여, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)(기준 마크(RMn)의 중심점)에 이른다. 면(BS1d)은, XZ면 내에서 보면, 면(BS1a, BS1b) 각각과 직각을 이루고, 또한 광축(AXs)과 평행하게 설정되고, 또한 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)과도 평행하게 설정된다. 따라서, XZ면 내에서의 면(BS1c)(미러면)의 기울기는, 면(BS1c)(미러면)의 위치에서 되접혀 꺽이는 광축(AXs')끼리가 이루는 각도가 각도(90°-2θe)가 되도록 설정되어 있다. 그 각도 θe는, 이론적으로는 0°＜θe＜45°의 범위에서 설정 가능하지만, 조명광(ILb)의 굵기나 개구수, 결상 광속의 굵기, 대물 렌즈계(OBL)의 개구수, 각 부재의 배치 관계의 제한으로부터, 5°≤θe≤35°의 범위로 설정된다. 이것은, 앞의 도 24, 도 25에서의 빔 스플리터(BS1)의 배치에서도 마찬가지이다. 또한, 도 31의 빔 스플리터(BS1)의 경우, 광 분할면(Bsp)의 각도 θe를 22.5°로 설정하면, 광축(AXs)과 광축(AXs')과의 교점, 광 분할면(Bsp) 내의 광축(AXs)이 통과하는 점 및 면(BS1c)(미러면) 내의 광축(AXs')이 되접혀 꺾이는 점의 3점은, XZ면 내에서 직각 이등변 삼각형의 각 정점을 이룬다.

본 변형예에서는, 얼라이먼트계(ALGn)(대물 렌즈계(OBL), 빔 스플리터(BS1) 등)의 하방 공간에 기준바 부재(RB)를 배치하는 것이 어려운 경우에 적용할 수 있다. 또, 도 31의 빔 스플리터(BS1)와 같이, 대물 렌즈계(OBL)를 통과하는 광축(AXs)과, 면(BS1c)으로부터 기준바 부재(RB)를 향하는 광축(AXs')을 직교한 관계로 하는 것에 의해서, 빔 스플리터(BS1)의 전체가 XZ면 내에서 기울어져, 지지 브래킷(400)(도 24 참조)에 장착되었다고 해도, 빔 스플리터(BS1)의 면(BS1b)으로부터 평면 미러(Mb)를 향하는 광축(AXs)과, 빔 스플리터(BS1)의 면(BS1d)으로부터 기준바 부재(RB)를 향하는 광축(AXs')은, 모두 XZ면 내에서 횡방향으로 약간의 평행 시프트하는 것뿐으로, 광축(AXs, AXs')이 기울어지는 것이 아니다. 즉, 텔레센트릭 오차의 발생이 억제된 구성으로 되어 있다. 또, 본 변형예에서도, 프리즘 블록(PSMa)과 프리즘 블록(PSMb)과의 접합면인 광 분할면(Bsp)에는, 파장 선택용, 혹은 편광 분리용의 유전체 다층막을 형성해도 괜찮다.

이상에서 설명한 각 실시 형태나 각 변형예에서, 기준바 부재(RB)는, 그 모재(RBo)를 저열팽창 계수의 재료(Fe-36Ni로 이루어지는 인바 합금, Fe29Ni-17Co로 이루어지는 코발 합금, HfW₂O₈(또는 ZrW₂O₈)와 MgWO₄와의 혼합 소결에 의한 재료, 석영, 코디에라이트계 세라믹스, 유리 세라믹스 등)로 함으로써, 환경의 온도 변화나 열전도에 의한 길이 방향의 치수 변화는 무시할 수 있다. 그렇지만, 기준바 부재(RB)는, 복수의 얼라이먼트계(ALGn)의 배열 방향(Y방향)을 따라서 막대 모양으로 연설된다. 그 때문에, 기준바 부재(RB)의 길이 방향(Y방향)의 치수와 단면 형상의 치수와의 관계에 따라서는, 자신의 자중에 의해서, 얼라이먼트계(ALGn)에 의한 얼라이먼트 마크(MKn)의 위치 검출 정밀도에 비해, 무시할 수 없는 정도로 변형하는(휨이나 만곡을 발생하는) 경우가 있다. 자중에 의한 기준바 부재(RB)의 휨은, 기준바 부재(RB)의 길이 방향의 지지 구조와 물리적인 여러가지 조건에 근거한 재료 역학 계산에 의해서, 그 변형 상태나 휨량을 일의적으로 확인할 수 있다.

도 32는, 기준바 부재(RB)의 지지 구조에 의한 변형 상태의 차이를 나타내고, 도 32의 (A)는, 기준바 부재(RB)의 길이 방향의 양단 부근을 선접촉하는 받침대(FJ1)에 의해 하방으로부터 지지하는 구조를 나타내고, 도 32의 (B)는, 기준바 부재(RB)의 길이 방향의 일방의 단부 부근을 선접촉하는 받침대(FJ1)에 의해 하방으로부터 지지하고, 타방의 단부를 장치 프레임(FJ2)에 체결(고착)하는 구조를 나타내며, 도 32의 (C)는, 기준바 부재(RB)의 길이 방향의 양단부를 장치 프레임(FJ2)에 체결(고착)하는 구조를 나타낸다. 도 32의 (A)~도 32의 (C) 각각에 나타내는 것과 같이, 기준바 부재(RB)의 모재나 치수가 동일해도, 각각의 지지 구조에 의해서, 휨 상태(SV1, SV2, SV3)와 같이 변화한다.

그 휨 상태(SV1, SV2, SV3)에 의한 변형량은, 재료 역학 계산에 의해서 용이하게 산출할 수 있고, 기준바 부재(RB)의 참조면(RBa)에 형성된 기준 마크(RMn)의 상대적인 위치 관계의 오차가 사전에 정밀하게 구해진다. 그 상대적인 위치 관계의 오차는, 앞의 도 12에서 설명한 스텝 302의 얼라이먼트계 캘리브레이션시에, 복수의 얼라이먼트계(ALGn) 각각에 의한 검출 영역(ADn)의 중심점(CCn)(촬상 영역(DIS')의 중심점)의 상대적인 위치 관계를 결정할 때의 보정값으로서 도입된다. 이것에 의해, 복수의 얼라이먼트계(ALGn) 각각은, 기준바 부재(RB)가 휘어 있었다고 해도, 고정밀도로 캘리브레이션된다. 또한, 기준바 부재(RB)의 지지 구조는, 도 32에 나타낸 구성 이외에, 기준바 부재(RB)의 길이 방향의 중앙 부근만을 장치 프레임(FJ2)의 일부에 나사 고정에 의해 체결하고, 양단부는 길이 방향으로 구속하지 않도록 자중을 지지하는 구조로 해도 괜찮다. 그 경우에도, 재료 역학 계산에 의해서 기준바 부재(RB)의 휨 상태를 특정할 수 있다.

[변형예 8]

이상의 각 실시 형태나 각 변형예에서는, 기준바 부재(RB)의 XZ면과 평행한 단면 형상을 직사각형(장방형)으로 했지만, 그 단면 형상은, 삼각형이나 5각형 등의 다각형, 원형(주위의 일부를 평면으로 절단), 혹은 L자 앵글 모양으로 할 수 있다. 또, 기준바 부재(RB)의 경량화를 위해서, 필요한 강성이 얻어지는 범위에서, 중공 구조나 살 빼기 구조로 해도 좋다. 또한, 앞의 도 8에서 설명한 것과 같이, 기준바 부재(RB)를 Y방향의 양단측에서 지지 부재(103A, 103B)(103B는 도시하지 않음)에 의해서 유지하는 경우, 기준바 부재(RB)를 L자 모양의 앵글 부재에 장착해도 된다.

도 33은, 앞의 도 8에서 설명한 지지 부재(103A, 103B)에 의한 기준바 부재(RB)의 지지 구조의 변형예를, 기준바 부재(RB)의 중앙 부근으로부터 ＋Y방향측의 지지 부재(103B)까지의 범위에서 나타내는 부분 사시도이며, 직교 좌표계(XYZ)는 도 8과 동일하게 설정된다. 또, 기준바 부재(RB) 자체의 구성은, 앞의 도 10 또는 도 26과 동일하고, 여기에서는 7개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG7) 각각에 대응하여 7개의 기준 마크(RM1~RM7)가 참조면(RBa) 상에 형성되어 있다. 지지 부재(103A, 103B)의 사이에는, 저열팽창 계수의 금속 재료에 의해서 구성되고, 단면 형상이 L자 모양의 앵글 부재(108)가 Y축과 평행이 되도록 걸쳐진 상태로 지지 부재(103A, 103B)에 고정되어 있다. 단면 형상이 직사각형인 기준바 부재(RB)는, 중앙 부근에 마련된 고정부(109)에 의해서 앵글 부재(108) 상에 걸려진다. 기준바 부재(RB)의 Y방향의 양단측은, Y방향에 관한 구속력이 발생하지 않도록 걸려져 있다.

이와 같이, 앵글 부재(108)를 매개로 하여 기준바 부재(RB)를 장치 프레임(지지 부재(103A, 103B))에 장착하는 것에 의해, 기준바 부재(RB)의 모재로서, 열팽창 계수는 매우 작지만, 자중에 의한 휨량이 크게 되거나, 강성이 낮아 전단하기 쉽거나 하는 재료를 이용할 수 있다. 도 33과 같은 지지 구조로 하면, 그러한 재료라도, XZ면 내에서의 단면적이 작아도, Y방향의 치수를 수십 cm 이상(예를 들면 30 cm 이상)으로 한 기준바 부재(RB)로 할 수 있다. 또한, 앵글 부재(108)는, XZ면과 평행한 면에서의 단면 형상을 L자 모양 이외의 것으로 해도 되고, 단순한 직사각형(장방형, 사다리꼴, 평행 사변형 등), 삼각형, 반원 모양 중 어느 것이라도 된다. 또, 앵글 부재(108)의 길이 방향의 복수 개소 각각에 정밀한 온도 센서(예를 들면, 계측 분해능이 0.2℃ 이하)를 마련하여, 기준바 부재(RB)의 온도 분포의 변화를 모니터해도 된다.

[그 외의 변형예]

이상의 각 실시 형태나 각 변형예에서는, 기판(P)의 Y방향의 단척 길이(LPy)(도 7, 도 20 참조)의 범위에 걸쳐서, 4개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG4), 혹은 7개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG7)를 마련했지만, 기판(P) 자체의 신축이나 면 내에서의 스트레인 변형이 매우 작은 경우, 혹은, 단척 길이(LPy)가 작아, 마스크레스에 의한 노광이나 잉크젯에 의한 인쇄를 위한 묘화 유닛(Un)의 수도 1~2 정도로 되는 경우, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)는, 기판(P)의 Y방향의 양단측 각각에만 형성되기도 한다. 그러한 경우는, 얼라이먼트계(ALGn)도 Y방향으로 떨어진 2개소에 배치되므로, 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(기준 지표 마크)(RMn)도 2개의 얼라이먼트계(ALGn)의 검출 영역(ADn(ARn)) 각각에 대응한 Y방향의 2개소의 위치에 형성해 두면 괜찮다.

기준바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상에서, 기준 마크(기준 지표 마크)(RMn)를 포함하도록 설정되는 직사각형 모양의 검출 영역(ARn)은, 앞의 도 26에서 설명한 자발광 방식의 경우를 제외하고, 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL)로부터의 조명광(ILb)의 일부에 의해서 조명되며, 검출 영역(ARn) 내로부터의 반사광이 대물 렌즈계(OBL)를 거쳐 촬상 소자(DIS)에 의해 촬상되는 구성으로 되어 있다. 그 때문에, 검출 영역(ARn) 내의 기준 마크(RMn) 자체의 반사율과, 그 주위의 배경이 되는 부분(참조면(RBa) 자체)의 반사율에 큰 차이를 주어, 촬상시의 화상의 콘트라스트를 높이는 것이 바람직하다. 기준바 부재(RB)의 모재에 의해서, 참조면(RBa) 자체의 반사율이 높은 경우(예를 들면, 40% 이상인 경우)에는, 기준 마크(RMn) 자체의 반사율이 충분히 낮은 값(예를 들면, 5% 이하)이 되도록 형성되고, 반대로, 참조면(RBa) 자체의 반사율이 낮은 경우(예를 들면, 20% 이하인 경우)에는, 기준 마크(RMn) 자체의 반사율이 충분히 높은 값(예를 들면, 60% 이하)이 되도록 형성된다.

또, 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 대물 렌즈계(OBL)로부터 투사되는 조명광(ILb)을 랜덤 편광으로 하고, 큐브형 또는 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)를 무편광 타입으로 함으로써, 기판(P)에 조사되는 조명광(ILb)도 랜덤 편광으로 할 수 있다. 또한, 큐브형 또는 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)를 편광 타입으로 하고, 편광 분할에 의해 기판(P)을 향하는 직선 편광(P편광)의 조명광(ILb)과 기준바 부재(RB)를 향하는 직선 편광(S편광)의 조명광(ILb)으로 분리하는 구성으로 하고, 조명계(ILU)로부터 대물 렌즈계(OBL)에 입사하는 조명광(ILb)의 P편광 성분과 S편광 성분의 강도비, 또는 원 편광의 타원율을 가변할 수 있도록, 회전 가능한 파장판 등을 마련하여, 조명광의 강도를 조정해도 된다.

각 실시 형태나 각 변형예에서 설명한 얼라이먼트계(ALGn)는, 촬상 소자(DIS)를 이용하여, 기판(P)의 얼라이먼트 마크(MKn)나 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)의 상을 검출하는 화상 검출 방식이었지만, 다른 검출 방식이라도 괜찮다. 예를 들면, 일본 특허 제3077149호 공보에 개시되어 있는 것과 같이, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)를 회절 격자 마크로 하고, 그 회절 격자 마크 상에서 교차하는 2개의 평행 빔을 조사한다. 그리고, 그 2개의 평행 빔의 간섭에 의해 만들어지는 간섭 무늬에 의해서 회절 격자 마크로부터 발생하는 회절광을 호모다인 계측 또는 헤테로다인 계측하여, 회절 격자 마크의 피치 방향의 위치 어긋남을 계측하는 얼라이먼트계를 이용할 수도 있다.

이상과 같이, 복수(2 이상)의 얼라이먼트계(ALGn)를 이용하여 검출되는 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)의 각 위치 정보에 근거하여, 묘화 데이터나 패턴 데이터에 따라서 기판(P) 상에 형성되는 패턴의 위치를 미크론 오더, 또는 서브 미크론 오더로 미세 조정(보정)할 필요가 있는 패터닝 장치(노광 장치, 묘화 장치, 프린트 장치)에서는, 수시간 이상, 경우에 따라 반나절 이상에 걸쳐서 연속적으로 얼라이먼트 마크의 검출 동작과 패턴의 묘화 동작이 중단되지 않고 계속된다. 그 때문에, 그 동안에 생길 수 있는 환경의 온도나 습도의 변화, 장치 내의 열원(모터류나 광원 등)으로부터의 영향 등에 의해서, 얼라이먼트계(ALGn)(기판(P) 상에서의 검출 영역(ADn))의 장치 내에서의 설치 위치가 소기 상태로부터 변동(드리프트)할 우려가 있다.

앞의 각 실시 형태나 각 변형예에서 설명한 얼라이먼트계(ALGn)에서는, 검출 영역(ADn) 내를 관찰하는 대물 렌즈계(OBL)의 광로 중에 빔 스플리터(합성 광학 부재)(BS1)를 배치하고, 복수의 얼라이먼트계(ALGn)(검출 영역(ADn))가 배치되는 방향을 따라서 연설된 기준바 부재(기준 지표 부재)(RB) 상의 기준 마크(RMn)를, 빔 스플리터(BS1)를 매개로 하여 얼라이먼트계(ALGn)에서 적절하게 관찰할 수 있었다. 그것에 의해, 복수의 얼라이먼트계(ALGn)(검출 영역(ADn))의 각 설치 위치의 소기 상태로부터의 변동량이나 각 설치 위치의 상대적인 위치 관계를, 묘화 동작중, 혹은 얼라이먼트 마크(MKn)의 검출 동작 중의 임의의 타이밍에서 계측할 수 있다.

기준바 부재(RB)상의 기준 마크(RMn)를 기준으로 한, 얼라이먼트계(ALGn)의 검출 영역(ADn)(촬상 소자(DIS)의 촬상 영역(DIS')) 각각의 변동량이나, 상대적인 위치 관계를 계측하는 시퀀스는, 앞의 도 12 중의 스텝 302에서 설명한 것과 같이 실행되고, 도 14에 나타낸 설치 오차 정보 ΔCn로서 계측된다. 이와 같이, 복수의 얼라이먼트계(ALGn)의 검출 영역(ADn)(촬상 소자(DIS)의 촬상 영역(DIS')) 각각의 기준바 부재(RB)에 대한 설치 오차 정보 ΔCn를 계측하는 시퀀스를 제2 계측 공정이라고 한다.

또, 앞의 각 실시 형태나 각 변형예에서 설명한 얼라이먼트계(ALGn)는, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn), 혹은 기판 지지 기구로서의 회전 드럼(DR)의 외주면 상의 기준 패턴(FMa~FMh)과, 기준바 부재(RB) 상의 기준 마크(RMn)를 동시에 촬상 소자(DIS)에 의해서 검출할 수 있다. 그 때문에, 앞의 도 12 중의 스텝 318에서 설명한 것과 같이, 복수의 기준 마크(RMn) 각각을 기준으로 하여, 기판(P) 상의 폭 방향으로 늘어선 얼라이먼트 마크(MKn) 각각의 위치 어긋남 오차를 직접적으로 계측할 수 있다. 이와 같이, 복수의 얼라이먼트계(ALGn) 각각에 의해서, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)와 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)(또는 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(FMa~FMh))과의 상대적인 위치 어긋남 오차를 직접 계측하는 시퀀스를 제1 계측 공정이라고 한다.

또한, 앞의 도 12 중의 스텝 318에서도 설명했지만, 복수의 얼라이먼트계(ALGn) 각각은, 앞의 도 10에 나타낸 것과 같이, 촬상 소자(DIS)의 촬상 영역(DIS') 내에 설정되는 기준점(중심점(CCn))에 대한 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)(또는 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴(FMa~FMh))의 위치 어긋남 오차를 계측할 수도 있다. 이 경우, 기준점은, 촬상 소자(DIS)로부터의 영상 신호(Vsg)를 해석하는 화상 해석부(206)(도 11 참조) 내에서 가상적으로 정해지므로, 화상 해석부(206)는 오로지 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상의 해석만을 행하면 된다. 그 때문에, 위치 어긋남 오차를 구하기 위한 연산 처리의 부하가 줄어 들어, 앞의 제1 계측 공정과 비교하면, 얼라이먼트 마크(MKn) 중 하나의 위치 어긋남 계측이 단시간에 완료된다고 하는 이점이 있다.

이러한 계측의 시퀀스를 제3 계측 공정이라고 했을 경우, 제3 계측 공정에서 계측되는 얼라이먼트 마크(MKn) 각각의 위치 어긋남 오차에는, 얼라이먼트계(ALGn)의 검출 영역(ADn)(즉, 촬상 영역(DIS'))의 기준바 부재(RB)에 대한 설치 오차 ΔCn가 포함되어 있지 않다. 따라서, 기준바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)를 기준으로 하여, 기판(P) 상의 피노광 영역(DPA)의 주주사 방향이나 부주사 방향(Y방향)의 위치 어긋남량이나 기판(P)의 면 내에서의 변형량(신축, 스트레임, 기울기 등)을 구할 때에는, 제3 계측 공정에서 계측된 얼라이먼트 마크(MKn)의 위치 어긋남 오차를, 앞의 제2 계측 공정에서 구하여진 설치 오차 정보 ΔCn로 보정하고, 그 보정의 결과로 얻어지는 위치 어긋남 오차의 정보에 근거하여, 패턴의 묘화 동작(도 12 중의 스텝 320)이 행하여진다.

ADn, ARn : 검출 영역 ALGn : 얼라이먼트계
BS1 : 빔 스플리터 Bsp : 광 분할면
EX : 패턴 형성 장치 ILU : 조명계
MKn : 얼라이먼트 마크 OBL : 대물 렌즈계
P : 기판 RB : 기준바 부재(기준 지표 부재)
RMn : 기준 마크 Un : 묘화 유닛(패턴 형성 기구)

Claims (16)

1. 제1 방향으로 이동하는 기판 상의 소정 영역에 전자 디바이스용의 패턴을 형성하는 패턴 형성 장치로서,
   상기 기판의 표면 상에서, 상기 제1 방향과 직교한 제2 방향의 치수가 상기 제1 방향의 치수보다도 길게 설정된 패턴 형성 영역을 가지고, 상기 패턴 형성 영역 내에서 상기 기판의 상기 소정 영역에 상기 패턴을 형성하는 패턴 형성 기구와,
   상기 기판 상에 상기 제1 방향을 따라서 소정 간격으로 형성된 제1 기판 마크를, 상기 제1 방향에 관해서 상기 패턴 형성 영역의 상류측에 설정된 제1 검출 영역 내에서 광학적으로 검출하는 제1 얼라이먼트계와,
   상기 제2 방향에 관해서 상기 제1 기판 마크로부터 소정 거리만큼 떨어져, 상기 기판 상에 상기 제1 방향을 따라서 소정 간격으로 형성된 제2 기판 마크를, 상기 제1 방향에 관해서 상기 패턴 형성 영역의 상류측에 설정된 제2 검출 영역 내에서 광학적으로 검출하는 제2 얼라이먼트계와,
   상기 제1 얼라이먼트계와 상기 제2 얼라이먼트계를 따르도록 상기 제2 방향으로 연설(延設)되고, 상기 제2 방향에 관해서 상기 제1 검출 영역과 상기 제2 검출 영역 각각에 대응한 부분에 기준 지표 마크가 형성된 기준 지표 부재와,
   상기 제1 얼라이먼트계와 상기 제2 얼라이먼트계 각각에 마련되고, 상기 기판 마크로부터의 광이 통과하는 광로 중에 상기 기준 지표 마크로부터의 광이 통과하도록 합성하는 합성 광학 부재를 구비한, 패턴 형성 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 기준 지표 부재에 형성된 상기 기준 지표 마크는, 상기 제1 검출 영역과 상기 제2 검출 영역의 상기 제2 방향에 관한 설계상의 간격에 따른 거리만큼 상기 제2 방향으로 떨어져 형성되고, 상기 합성 광학 부재를 통해서 상기 제1 얼라이먼트계에서 검출되는 제1 기준 지표 마크와, 상기 합성 광학 부재를 통해서 상기 제2 얼라이먼트계에서 검출되는 제2 기준 지표 마크를 포함하는, 패턴 형성 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 얼라이먼트계와 상기 제2 얼라이먼트계 각각은, 상기 기판 상에 설정되는 상기 검출 영역을 향하여 조명광을 투사함과 아울러, 상기 검출 영역 내에 나타나는 상기 기판 마크로부터의 광을 입사하는 대물 렌즈계를 가지고,
   상기 합성 광학 부재는, 상기 기판과 상기 대물 렌즈계의 사이의 광로 중에 배치되고, 상기 조명광을 상기 기준 지표 부재의 상기 기준 지표 마크를 향하여 투사함과 아울러, 상기 기준 지표 마크로부터의 광을 상기 대물 렌즈계로 안내하는 빔 스플리터인, 패턴 형성 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 빔 스플리터는, 상기 대물 렌즈계의 광축과 수직인 면에 대해서 소정 각도만큼 기울어져 배치되는 평행 평판 모양의 투과 광학 유리재이며,
   상기 소정 각도를 5°~30°의 범위로 설정한, 패턴 형성 장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 빔 스플리터는, 상기 대물 렌즈계로부터 투사되는 상기 조명광의 제1 파장 대역의 광은 투과시키고, 상기 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광은 반사시키는 파장 선택성의 다층막이 형성된 광 분할면을 가지는, 패턴 형성 장치.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 빔 스플리터는, 상기 대물 렌즈계로부터 투사되는 상기 조명광의 제1 직선 편광의 광은 투과시키고, 상기 제1 직선 편광과 다른 제2 직선 편광의 광은 반사시키는 편광 선택성의 다층막이 형성된 광 분할면을 가지는, 패턴 형성 장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 기준 지표 부재는, 상기 제2 방향으로 막대 모양으로 연장함과 아울러, 상기 제2 방향에 대해서 수직인 단면이 다각형으로 형성되고, 상기 다각형의 한 변에 대응하여 상기 제2 방향으로 연장하는 1개의 면을 참조면으로 하며, 상기 참조면 상에 상기 제1 기준 지표 마크와 상기 제2 기준 지표 마크가 형성된 기준바 부재인, 패턴 형성 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 기준바 부재의 모재는, 인바 합금, 코발 합금, HfW₂O₈(또는 ZrW₂O₈)와 MgWO₄와의 혼합 소결에 의한 재료, 석영, 코디에라이트계 세라믹스, 유리 세라믹스 중 어느 것에 의한 저열팽창 계수의 재료로 구성되는, 패턴 형성 장치.
9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 기준 지표 부재에는, 상기 기준 지표 마크를 단독으로 조명하기 위한 조명부가 마련되고, 상기 조명부에 의해서 기준 지표 마크로부터 발생하는 광이 상기 합성 광학 부재를 거쳐, 상기 제1 얼라이먼트계와 상기 제2 얼라이먼트계 각각에 입사하도록 설정되는, 패턴 형성 장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 얼라이먼트계와 상기 제2 얼라이먼트계 각각은, 상기 기판 상에 설정되는 상기 검출 영역을 향하여 조명광을 투사함과 아울러, 상기 검출 영역 내에 나타나는 상기 기판 마크로부터의 반사광을 입사하는 대물 렌즈계를 가지고,
    상기 합성 광학 부재는, 상기 기판과 상기 대물 렌즈계의 사이의 광로 중에 배치되고, 상기 기판 마크로부터의 반사광을 입사하여 상기 대물 렌즈계로 안내함과 아울러, 상기 기준 지표 마크로부터의 광을 상기 대물 렌즈계로 안내하는 빔 스플리터인, 패턴 형성 장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기준 지표 부재는, 상기 제2 방향으로 막대 모양으로 연장함과 아울러, 상기 제2 방향에 대해서 수직인 단면이 다각형으로 형성되고, 상기 다각형의 한 변에 대응하여 상기 제2 방향으로 연장하는 1개의 면을 참조면으로 하며, 상기 참조면 상에 상기 제1 기준 지표 마크와 상기 제2 기준 지표 마크가 형성된 기준바 부재인, 패턴 형성 장치.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 빔 스플리터는, 상기 대물 렌즈계의 광축과 수직인 면에 대해서 소정 각도만큼 기울어져 배치되는 평행 평판 모양의 투과광학 소자이고,
    상기 소정 각도를 5°~30°의 범위로 설정한, 패턴 형성 장치.
13. 제1 방향으로 이동하는 기판 상의 소정 영역 내에 형성된 전자 디바이스용의 하지(下地) 패턴에 대해서, 새로운 패턴을 겹쳐서 형성하는 패턴 형성 방법으로서,
    상기 기판의 상기 제1 방향으로의 이동에 관해서, 상기 기판의 상기 소정 영역 내에 상기 새로운 패턴을 형성하기 위한 패턴 형성 기구에 의한 패턴 형성 영역의 상류측에 설정되는 제1 얼라이먼트계의 제1 검출 영역 내에서, 상기 기판 상에 상기 제1 방향을 따라서 소정 간격으로 형성된 복수의 제1 기판 마크를 순차적으로 광학적으로 검출하는 제1 마크 검출 공정과,
    상기 패턴 형성 영역의 상류측이고, 또한 상기 제1 검출 영역으로부터 상기 제1 방향과 직교한 제2 방향으로 소정 간격만큼 떨어져 설정되는 제2 얼라이먼트계의 제2 검출 영역 내에서, 상기 기판 상에 상기 제1 방향을 따라서 소정 간격으로 형성된 복수의 제2 기판 마크를 순차적으로 광학적으로 검출하는 제2 마크 검출 공정과,
    상기 제1 얼라이먼트계와 상기 제2 얼라이먼트계를 따르도록 상기 제2 방향으로 연설된 기준 지표 부재 상에, 상기 제1 검출 영역과 상기 제2 검출 영역과의 상기 소정 간격의 설계상의 거리에 대응한 위치 각각에 형성된 2개의 기준 지표 마크 중 일방의 제1 기준 지표 마크를, 상기 제1 마크 검출 공정시에, 상기 제1 얼라이먼트계의 광로 중에 배치된 합성 광학 부재를 통해서 상기 제1 기판 마크와 동시 검출하고, 상기 2개의 기준 지표 마크 중 타방의 제2 기준 지표 마크를, 상기 제2 마크 검출 공정시에, 상기 제2 얼라이먼트계의 광로 중에 배치된 합성 광학 부재를 통해서 상기 제2 기판 마크와 동시 검출하는 것에 의해, 상기 기준 지표 마크를 기준으로 한 상기 제1 기판 마크와 상기 제2 기판 마크의 각 위치를 계측하는 제1 계측 공정과,
    상기 패턴 형성 기구에 의해서 상기 기판 상의 상기 소정 영역 내에 상기 새로운 패턴을 형성할 때, 상기 제1 계측 공정에서 계측된 상기 제1 기판 마크와 상기 제2 기판 마크의 각 위치에 근거하여 상기 새로운 패턴의 위치를 조정하는 제1 조정 공정을 포함하는, 패턴 형성 방법.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 얼라이먼트계는, 상기 제1 검출 영역 내에 나타나는 상기 제1 기판 마크의 상, 또는 상기 제1 기준 지표 마크의 상을, 상기 합성 광학 부재를 통해서 촬상하는 제1 촬상 소자를 가지고,
    상기 제2 얼라이먼트계는, 상기 제2 검출 영역 내에 나타나는 상기 제2 기판 마크의 상, 또는 상기 제2 기준 지표 마크의 상을, 상기 합성 광학 부재를 통해서 촬상하는 제2 촬상 소자를 가지며,
    상기 제1 촬상 소자의 제1 촬상 영역 내에서의 상기 제1 기준 지표 마크의 상의 위치와 상기 제1 촬상 영역 내의 소정의 기준점과의 상대적인 위치 오차를 계측함과 아울러, 상기 제2 촬상 소자의 제2 촬상 영역 내에서의 상기 제2 기준 지표 마크의 상의 위치와 상기 제2 촬상 영역 내의 소정의 기준점과의 상대적인 위치 오차를 계측하는 것에 의해, 상기 기준 지표 부재를 기준으로 한 상기 제1 얼라이먼트계와 상기 제2 얼라이먼트계 각각의 설치 오차 정보를 취득하는 제2 계측 공정을 더 포함하는, 패턴 형성 방법.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 촬상 소자의 상기 제1 촬상 영역 내에 나타나는 상기 제1 기판 마크의 상의 상기 기준점에 대한 위치 오차를 계측함과 아울러, 상기 제2 촬상 소자의 상기 제2 촬상 영역 내에 나타나는 상기 제2 기판 마크의 상의 상기 기준점에 대한 위치 오차를 계측하는 것에 의해, 상기 기판 상의 상기 소정 영역의 위치 어긋남 정보를 구하는 제3 계측 공정을 더 포함하는, 패턴 형성 방법.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 조정 공정은, 상기 제3 계측 공정에서 구해진 상기 기판 상의 상기 소정 영역의 위치 어긋남 정보를, 상기 제2 계측 공정에서 소득(所得)된 상기 설치 오차 정보에 의해서 보정한 후, 상기 보정된 위치 어긋남 정보를, 상기 제1 계측 공정에서 계측된 상기 제1 기판 마크와 상기 제2 기판 마크의 각 위치의 정보 대신에 이용하여, 상기 새로운 패턴의 위치를 조정하는, 패턴 형성 방법.

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