KR20230004748A - 패턴 형성 장치 - Google Patents

Abstract

패턴 형성 장치는, 기판 상에 패턴을 형성하는 패턴 형성 기구와, 기판 상에 형성된 마크를 검출하는 마크 검출 기구를 구비한다. 마크 검출 기구는, 기판 상에 설정되는 검출 영역 내에 조명광을 투사함과 아울러, 그 반사광을 입사하는 대물 광학계와, 반사광에 의해서 생성되는 검출 영역 내의 상을 검출하는 상 검출계와, 대물 광학계와 상 검출계와의 사이의 광로 중에 배치되는 광 분할기를 가진다. 패턴 형성 장치는, 광 분할기를 향하여 조명광을 투사하여, 대물 광학계의 동면에 조명광의 광원상을 형성하는 조명계와, 대물 광학계의 동면 내에 형성되는 광원상의 위치를 변화시키는 조정 기구를 구비한다.

Description

패턴 형성 장치

본 발명은, 기판 상의 형성 영역 내에 패턴을 형성할 때에, 형성 위치를 위치 맞춤시키는 얼라이먼트계를 갖는 패턴 형성 장치에 관한 것이다.

장척(長尺) 플렉서블 기판 상에 패턴을 형성하기 위해, 기판의 장척 방향과 직교한 단척(短尺) 방향(폭 방향)으로 복수의 노광 헤드가 늘어 놓여진 노광부가 마련되고, 기판을 장척 방향으로 이동시키면서 복수의 노광 헤드 각각에서 패턴을 묘화(노광)하는 묘화 장치가, 예를 들면, 일본 특허 공개 2006-106097호 공보에 개시되어 있다.

일본 특허 공개 2006-106097호 공보의 묘화 장치에서는, 도 1~도 4에 나타내어져 있는 바와 같이, 플렉서블 기판(100)에 패턴을 노광하는 노광부(30)보다도, 기판(100)의 반송 방향의 하류측에, 예를 들면 2대의 카메라부(40)를 갖는 얼라이먼트부(22)가 마련되어 있다. 얼라이먼트부(22)는, 플렉서블 기판(100)에 형성된 얼라이먼트 마크(102)(도 10)를 카메라부(40)에서 검출하고 있다. 그 카메라부(40)는, 도 4에 나타내어져 있는 바와 같이, 기판(100) 상의 촬상 위치를 기판(100)의 폭 방향으로 바꿀 수 있도록, 가이드 레일(34)에 따라 이동 가능하게 마련되어 있다. 또한, 카메라부(40)의 기판(100)측에 마련된 렌즈(44)의 돌출 선단부에는, 링 모양의 스트로보(strobo)(46)가 배치되고, 기판(100)의 얼라이먼트 마크(102) 등을 촬상할 때에, 기판(100)을 스트로보 발광에 의해 조명하고 있다.

일본 특허 공개 2006-106097호 공보의 장치 구성에서는, 얼라이먼트부(22)의 카메라부(40)가 이동 가능한 구성으로 되어 있기 때문에, 원하는 위치로 이동하여 정지했을 때의 카메라부(40)가 약간의 기울어진 오차, 즉 렌즈(44)의 광축이 기판(100)의 표면과 수직인 상태로부터 약간의 기울어진 텔레센트릭 오차가 발생하기 쉽다. 일반적으로, 이러한 종류의 패턴 묘화 장치에서는, 묘화 가능한 최소 선폭값의 1/10 이하의 정밀도로, 얼라이먼트 마크를 위치 계측할 필요가 있고, 이를 위해서는, 촬상한 얼라이먼트 마크의 양측의 엣지부의 상(像) 콘트라스트가 양호하게 맞추어져 있을 필요가 있다. 그렇지만, 텔레센트릭 오차가 생기면, 얼라이먼트 마크의 양측의 엣지부의 상 콘트라스트 사이의 대칭성이 무너져, 얼라이먼트 마크의 위치 계측 결과에 오차가 생긴다. 일본 특허 공개 2006-106097호 공보의 경우, 텔레센트릭 오차를 보정하려면, 카메라부(40) 전체의 기울기를 미세 조정하는 기구가 필요하지만, 그 만큼 얼라이먼트부(22)의 구성이 대규모로 된다.

본 발명의 제1 태양은, 제1 방향으로 이동하는 기판 상(上)의 소정 영역에 패턴을 형성하는 패턴 형성 기구와, 상기 기판 상에 형성된 마크를 검출하는 마크 검출 기구를 구비한 패턴 형성 장치로서, 상기 마크 검출 기구는, 상기 기판 상에 설정되는 검출 영역 내에 조명광을 투사함과 아울러, 상기 검출 영역 내에서 발생하는 반사광을 입사하는 대물 광학계와, 상기 대물 광학계에 입사한 상기 반사광에 의해서 생성되는 상기 검출 영역 내의 상(像)을 검출하는 상 검출계와, 상기 검출 영역을 상기 조명광으로 낙사(落射) 조명하기 위해서, 상기 대물 광학계와 상기 상 검출계와의 사이의 광로 중에 배치되는 광 분할기를 갖고, 상기 광 분할기를 향하여 상기 조명광을 투사하여, 상기 대물 광학계의 동면(瞳面)에 상기 조명광의 광원상(光源像)을 형성하는 조명계와, 상기 대물 광학계의 상기 동면 내에 형성되는 상기 광원의 위치를 변화시키는 조정 기구를 구비한다.

본 발명의 제2 태양은, 제1 방향으로 이동하는 기판 상(上)의 소정 영역에 전자 디바이스용 패턴을 형성하는 패턴 형성 장치로서, 상기 기판을 지지하여 상기 제1 방향으로 이동시키는 기판 지지 기구와, 상기 제1 방향으로 이동하는 상기 기판의 상기 소정 영역에 상기 패턴을 형성하는 패턴 형성 기구와, 상기 기판 상에 형성된 기판 마크를, 상기 기판의 이동에 관하여 상기 패턴 형성 기구의 상류측에 배치된 검출 영역 내에서 광학적으로 검출하기 위해, 상기 검출 영역을 향하여 조명광을 낙사 조명함과 아울러, 상기 검출 영역 내에 나타나는 상기 기판 마크로부터의 반사광이 입사하는 대물 광학계와, 상기 대물 광학계로부터의 상기 반사광이 입사하여 상기 기판 마크의 상(像)을 검출하는 상 검출계와, 상기 대물 광학계와 상기 상 검출계의 사이에 배치되고, 상기 조명광을 상기 대물 광학계를 향하게 함과 아울러 상기 대물 광학계로부터의 상기 반사광을 상기 상 검출계를 향하게 하는 광 분할계를 갖는 얼라이먼트계와, 상기 광 분할계를 향하여 상기 조명광을 투사하여, 상기 대물 광학계의 동면에 상기 조명광의 광원상을 형성하는 조명계와, 상기 대물 광학계의 상기 동면과 상기 광원상과의 상대 위치를 상기 동면의 면 내에서 시프트시키는 조정 기구를 구비한다.

도 1은, 제1 실시 형태에 의한 패턴 묘화 장치(EX)의 개략적인 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 패턴 묘화 장치(EX)에서의 묘화 유닛(U1~U6)의 배치와 얼라이먼트계(ALGn)의 배치를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3은, 도 1의 패턴 묘화 장치(EX)에서의 묘화 유닛(U1~U6) 중, 대표하여 묘화 유닛(U1) 내의 상세 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는, 도 2에 나타낸 회전 드럼(DR)과 7개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG7)와 기준 바(bar) 부재(RB)와의 배치 관계를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 도 4에 나타낸 묘화 라인(SL1~SL6)과 얼라이먼트계(ALG1~ALG7) 각각의 검출 영역(AD1~AD7)과의 배치 관계와, 회전 드럼(DR)의 회전 각도의 변화를 계측하는 인코더 계측계의 배치를 나타낸 도면이다.
도 6의 (a)는 기준 바 부재(RB)의 7개소에 형성되는 기준 마크(RM1~RM7)의 배치의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 6의 (b)는 촬상 영역(DIS')과 기준 마크(RM1)와의 배치 관계의 일 예를 과장하여 나타낸 도면이며, 도 6의 (c)는 촬상 영역(DIS')과 기준 마크(RM2)와의 배치 관계의 일 예를 과장하여 나타낸 도면이다.
도 7은, 얼라이먼트계(ALGn)(ALG1~ALG7)의 상세한 광학 구성과, 얼라이먼트계(ALGn)에 조명광을 공급하는 조명계(ILU)의 광학 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은, 텔레센트릭 오차가 있는 경우에, 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL)로부터의 낙사 조명에 의해서 기판(P)으로부터 발생하는 반사광(LRf)의 검출 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는, 텔레센트릭 오차에 의한 영향을 보정했을 경우에, 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL)로부터의 낙사 조명에 의해서 기판(P)으로부터 발생하는 반사광(LRf)의 검출 상태를 설명하는 도면이다.
도 10은, 얼라이먼트계(ALGn)에 조명광을 공급하기 위해서의 도광 부재의 제2 실시 형태에 의한 광학 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은, 얼라이먼트계(ALGn)에 공급되는 조명광으로서, 할로겐화 주석을 봉입한 메탈 할라이드 램프의 발광 파장 특성의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 도 10에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn)를 위한 조명계(조명 유닛)(ILU)의 변형예 1을 나타내는 개략도이다.
도 13은, 다이클로익 미러(DCM)의 파장 선택 특성과 LED 광원(LD1, LD2) 각각의 발광 파장 특성과의 일 예를 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 14는, 도 7 또는 도 10에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn)에 조명계(ILU)로부터의 조명광(ILb)을 전송하는 도광 부재의 광학 구성의 변형을 나타내는 도면이다.
도 15는, 도 14에 나타낸 광 파이버속(fiber 束)(ILF)의 입사단(ILFa)의 면 내에 형성되는 광원상(SOa)의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 16은, 도 7, 도 10에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn)의 변형예에 의한 광학 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 17은, 도 14에 나타낸 조명계(조명 유닛)(ILU) 내에서 광원상(SOa')을 형성하는 광원부(ILS)의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 18은, 도 12, 도 17에 적용되는 광원부(ILS) 중, 다이클로익 미러(DCM) 부근의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 19는, 도 14에 나타낸 광원부(ILS)의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 20은, 도 7, 도 10, 도 16 중 어느 하나의 얼라이먼트계(ALGn) 각각에 조명광(ILb)을 공급하기 위해, 도 14의 구성에 의한 도광 부재를 이용했을 경우의 조명계(ILU)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은, 제3 실시 형태에 의한 얼라이먼트계(ALGn)와 조명계(조명 유닛)(ILU)의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 22는, 도 21에 나타낸 쐐기 프리즘(DP1, DP2)에 의한 기능을 과장하여 설명하는 사시도이다.

본 발명의 태양에 관한 기판 처리 장치(패턴 형성 장치)에 대하여, 바람직한 실시 형태를 들어, 첨부의 도면을 참조하면서 이하, 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명의 태양은, 이들 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 다양한 변경 또는 개량을 더한 것도 포함된다. 즉, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되고, 이하에 기재한 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 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 노광하는 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 설명에서는, 특히 언급하지 않는 한, 중력 방향을 Z 방향으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 도면에 나타내는 화살표에 따라서 X 방향, Y 방향, 및 Z 방향을 설정한다.

패턴 묘화 장치(EX)는, 기판(P) 상에 도포된 포토레지스트(photoresist) 등의 감광성 기능층에 전자 디바이스용의 미세 패턴을 노광하여, 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 시스템으로 사용된다. 디바이스 제조에서는, 예를 들면, 플렉서블·디스플레이, 필름 모양의 터치 패널, 액정 표시 패널용의 필름 모양의 컬러 필터, 플렉서블 배선, 또는, 플렉서블·센서 등의 전자 디바이스를 제조하기 위해, 패턴 묘화 장치 이외에도 복수 종류의 제조 장치가 사용된다. 디바이스 제조 시스템은, 플렉서블(가요성)의 시트 모양의 기판(시트 기판)(P)을 롤 모양으로 감은 도시하지 않는 공급 롤로부터 기판(P)이 송출되고, 송출된 기판(P)에 대하여 각종 처리를 연속적으로 행한 후, 각종 처리 후의 기판(P)을 도시하지 않는 회수 롤로 권취(卷取)하는, 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)으로 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 된다. 또한, 기판(P)의 두께나 강성(영률)은, 디바이스 제조 시스템이나 패턴 묘화 장치(EX)의 반송로를 통과할 때에, 기판(P)에 좌굴(座屈)에 의한 접은 자국이나 비가역적인 주름이 생기지 않는 듯한 범위이면 된다. 기판(P)의 모재로서, 두께가 25μm~200μm 정도의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트), 폴리이미드 등의 필름은, 바람직한 시트 기판의 전형이다. 또한, 기판(P)은, 플로트법 등으로 제조된 두께 30~100μm 정도의 극박(極薄) 글래스의 단층체, 그 극박 글래스에 상기의 수지 필름, 금속박 등을 접합시킨 적층체, 혹은, 나노 셀룰로오스를 함유하여 표면을 평활 처리한 종이 조각이어도 된다.

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 필름상)이지만, 현상 처리가 불필요한 재료로서, 자외선의 조사를 받은 부분의 친발액성(親撥液性)이 개질되는 감광성 실란 커플링제(SAM), 혹은 자외선의 조사를 받은 부분에 도금 환원기가 노출되거나, 자외선의 조사를 받은 부분의 도금 환원기가 제거되거나 하는 감광성 환원제 등이 있다. 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우는, 기판(P) 상의 자외선으로 노광된 패턴 부분이 발액성으로부터 친액성으로 개질된다. 그 때문에, 친액성이 된 부분 위에 도전성 잉크(은이나 구리 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 경우는, 기판(P) 상의 자외선으로 노광된 패턴 부분, 혹은 비노광으로 된 패턴 부분에 도금 환원기가 노출된다. 그 때문에, 노광 후, 기판(P)을 즉시 팔라듐 이온 또는 구리 이온 등을 포함하는 도금액 중에 일정 시간 침지하는 무전해 도금에 의해서, 패턴층이 형성(석출)된다. 이러한 도금 처리는 애디티브(additive)(가산식)의 프로세스이지만, 그 외, 서브트랙티브(subtractive)(감산식)의 프로세스로서의 에칭 처리를 전제로 하여도 된다. 그 경우, 패턴 묘화 장치(EX)에 보내지는 기판(P)은, 모재를 PET나 PEN으로 하고, 그 표면에 알루미늄(Al)이나 구리(Cu) 등의 금속성 박막을 전면(全面) 또는 선택적으로 증착하고, 그 위에 포토레지스트층을 더 적층한 것으로 된다.

도 1에 나타낸 패턴 묘화 장치(EX)는, 마스크를 이용하지 않는 직묘 방식의 노광 장치, 이른바 스폿 주사 방식의 노광 장치이며, 전(前)공정의 프로세스 장치로부터 반송되어 온 기판(P)을 후공정의 프로세스 장치(단일의 처리부 또는 복수의 처리부를 포함함)를 향하여 소정의 속도로 장척 방향으로 반송한다. 그 반송에 동기(同期)하여, 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 것의 패턴 형상에 따른 광 패턴을, 묘화 데이터에 따라 강도 변조되는 스폿 광의 Y 방향으로의 고속 주사(주(主)주사)와 기판(P)의 장척 방향으로의 이동(부(副)주사)에 의해서 형성한다.

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

도 1과 같이, 회전 드럼(DR)은, Y 방향으로 연장됨과 아울러 중력이 작용할 방향과 교차한 방향으로 연장된 중심축(AXo)과, 중심축(AXo)으로부터 일정 반경의 원통 모양의 외주면을 가진다. 회전 드럼(DR)은, 그 외 외주면(원주면)을 따라 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 Y 방향의 양측에는, 회전 드럼(DR)을 중심축(AXo) 둘레로 회전시키도록 베어링에 의해 지지되는 미도시의 샤프트가 마련된다. 그 샤프트에는, 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등)으로부터의 회전 토크가 주어지고, 회전 드럼(DR)은 중심축(AXo) 둘레에 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 것의 중심 파장)을 가지는 자외선 광이다. 광원 장치(LS)는, 여기에서는 미도시한 묘화 제어 장치의 제어에 따라, 예를 들면, 100MHz~400MHz의 범위 중 어느 것의 주파수(발진 주파수, 소정 주파수)(FPL)로 펄스 상태의 빔(LB)을 사출한다. 본 실시의 형태에서는, 광원 장치(LS)를 파장 변환 소자에 의해서 자외선 광을 발생하는 레이저 광원 장치로 한다.

구체적으로는, 적외 파장역의 펄스 광을 발생하는 반도체 레이저 소자, 파이버 증폭기, 및, 증폭된 적외 파장역의 펄스 광을 자외 파장역의 펄스 광으로 변환하는 파장 변환 소자(고조파 발생 소자) 등으로 구성되는 파이버 앰프 레이저 광원으로 한다. 이와 같이 광원 장치(LS)를 구성함으로써, 1 펄스 광의 발광 시간이 십수 피코 초~수십 피코 초 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 따라 빔(LB)의 펄스 발생을 고속으로 온/오프 하는(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 광속(光束)으로 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 미러(선택 미러라고도 부름)(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 대하여 투과성을 가지는 것이며, 초음파 신호로 구동되어, 입사한 빔(LB)의 ±1차 회절광의 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 구불구불 모양으로 구부러지고, 흡수체(TR)까지 안내된다. 이하, 선택용 광학 소자(OSn)(OS1~OS6)가 모두 오프 상태(초음파 신호가 인가되지 않고, 1차 회절광이 발생되고 있지 않는 상태)의 경우로 상세히 서술한다. 또한, 도 1에서는 도시를 생략하였지만, 반사 미러(M1)로부터 흡수체(TR)까지의 빔 광로 중에는 복수의 렌즈에 의한 릴레이계가 마련된다. 릴레이계는, 자세히는, 국제 공개 제2017/057415호에 개시되어 있는 것과 같이, 광원 장치(LS)로부터 빔(LB)의 광로에 따라 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 1에서, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은 -X 방향으로 진행하여 반사 미러(M1)에서 -Y 방향으로 반사되어, 반사 미러(M2)에 입사한다. 반사 미러(M2)에서 +X 방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS5)를 스트레이트하게 투과하여 반사 미러(M3)에 도달한다. 반사 미러(M3)에서 -Y 방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M4)에서 -X 방향으로 반사되고, 선택용 광학 소자(OS6)를 스트레이트하게 투과하여 반사 미러(M5)에 도달한다. 반사 미러(M5)에서 -Y 방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M6)에 도달한다. 반사 미러(M6)에서 +X 방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS3)를 스트레이트하게 투과하여 반사 미러(M7)에 도달한다. 반사 미러(M7)에서 -Y 방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M8)에서 -X 방향으로 반사된 후, 선택용 광학 소자(OS4)를 스트레이트하게 투과하여 반사 미러(M9)에 도달한다. 반사 미러(M9)에서 -Y 방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M10)에서 +X 방향으로 반사된 후, 선택용 광학 소자(OS1)를 스트레이트하게 투과하여 반사 미러(M11)에 도달한다. 반사 미러(M11)에서 -Y 방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M12)에서 -X 방향으로 반사된 후, 선택용 광학 소자(OS2)를 스트레이트하게 투과하여 흡수체(TR)로 안내된다. 이 흡수체(TR)는, 빔(LB)의 외부로의 누설을 억제하기 위해서 빔(LB)을 흡수하는 광 트랩이며, 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)으로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB1으로 되고, 마찬가지로 선택용 광학 소자(OS2~OS6) 각각으로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB2~LB6으로 된다. 이와 같이, 각 선택용 광학 소자(OSn)(OS1~OS6)는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 광로를 편향시키는 기능을 발휘한다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn)(OS1~OS6) 중 선택된 1개만이 일정 시간만큼 온 상태(고주파 신호가 인가된 상태)가 되도록, 미도시한 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 잔존하지만, 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 대하여 -Z 방향으로 편향하도록 설치된다. 선택용 광학 소자(OSn) 각각에서 편향되어 사출하는 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 -Z 방향으로 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 것이며, 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 1개의 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)에 배치하고, 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 상태로 되는 순서는, 묘화 유닛(Un)(U1~U6) 각각에 설정되는 스폿 광에 의한 주사 개시 타이밍의 순서에 의해서 정해진다. 본 실시의 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 1개에서의 폴리곤 미러의 1개의 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 어떠한 것이어도 된다. 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 Y 방향으로 늘어서 배치되고, 기판(P)의 반송 방향의 하류측에 3개의 묘화 유닛(U2, U4, U6)이 Y 방향으로 늘어서 배치된다.

이 경우, 기판(P) 상의 1개의 피노광 영역에 대한 패턴 묘화는, 상류측의 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)으로부터 개시되고, 기판(P)이 일정 길이 보내지면, 하류측의 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)도 패턴 묘화를 개시하게 되므로, 묘화 유닛(Un)의 스폿 주사의 순서를, U1→U3→U5→U2→U4→U6→U1…로 설정할 수 있다. 따라서, 선택용 광학 소자(OSn)(OS1~OS6) 각각이 일정 시간만큼 온 상태로 되는 순서도, OS1→OS3→OS5→OS2→OS4→OS6→OS1→…의 순서로 정해진다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에는, 입사하여 온 빔(LB1~LB6)을 주주사하기 위한 폴리곤 미러(PM)가 마련된다. 본 실시의 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 전환을, 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 대하여도, 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)에 의해 지지되어 있는 기판(P)의 Y 방향(주주사 방향)으로 구획된 부분 영역 마다에 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 2~4μm의 스폿 광이 된다. 또한, 각 묘화 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 회전에 의해서, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn)(LB1~LB6) 각각의 스폿 광이 주주사 방향(Y 방향)으로 주사된다. 이 스폿 광의 주사에 의해서, 기판(P) 상에, 1 라인 분의 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) 상에서의 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 지그재그 배열로 배치되고, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 중심면에 대하여 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X 방향측)의 기판(P)의 피조사면 상에 위치하고, 또한, Y 방향을 따라 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)은, 중심면에 대하여 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X 방향측)의 기판(P)의 피조사면 상에 위치하고, 또한, Y 방향을 따라 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(Y 방향으로부터 봄), 중심면에 대하여 대칭으로 마련되어 있다.

X 방향(기판(P)의 반송 방향)에 관하여는, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)과 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)이 서로 이간하여 있지만, Y 방향(기판(P)의 폭 방향, 주주사 방향)에 관하여는, 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 Y 방향으로 이어 맞춘다는 것은, 묘화 라인(SLn)의 단부끼리의 Y 방향의 위치를 인접 또는 일부 중복시키는 것과 같은 관계로 하는 것을 의미한다. 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 Y 방향으로 중복시키는 경우는, 예를 들면, 각 묘화 라인(SLn)의 길이에 대하여, 묘화 개시점, 또는 묘화 종료점을 포함하여 Y 방향으로 1~5%의 범위에서 중복시키면 된다.

복수의 묘화 유닛(Un)(U1~U6)은, 전부에 의해 기판(P) 상의 노광 영역(패턴 형성 영역)의 폭 방향의 치수를 커버하도록, Y 방향의 주사 영역(주주사 범위의 구획)을 분담하고 있다. 예를 들면, 1개의 묘화 유닛(Un)에 의한 Y 방향의 주주사 범위(묘화 라인(SLn)의 길이)를 30~60mm 정도로 하면, 6개의 묘화 유닛(U1~U6)을 Y 방향으로 배치하는 것에 의해서, 묘화 가능한 노광 영역의 Y 방향의 폭을 180~360mm 정도까지 넓히고 있다. 또한, 각 묘화 라인(SLn)(SL1~SL6)의 길이(묘화 범위의 길이)는, 원칙으로서 동일로 한다. 즉, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 따라 주사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 주사 거리는, 원칙으로서 동일로 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, XZ면 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, XZ평면에서, 기판(P)의 만곡한 표면 상의 묘화 라인(SLn)의 위치에서의 접평면에 대하여 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 관하여, 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)(n는 2 이상의 정수)의 배치를 구체적으로 나타낸 도면이며, 도 2 중의 직교 좌표계 XYZ의 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 Y 방향의 양측에는, 중심축(AXo) 둘레를 회전하도록 환(環) 모양의 베어링에 의해 지지되는 샤프트(Sft)가 마련되고, 샤프트(Sft)는 미도시의 회전 구동원(다이렉트 드라이브 모터 등)의 회전축과 접합되어 있다. 또한, 중심축(AXo)을 포함하여 YZ면과 평행한 면을 중심면(CPo)으로 한다. Y 방향(기판(P)의 폭 방향)으로부터 보았을 때, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)과 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)은 중심면(CPo)을 사이에 두고 대칭적으로 배치된다. 도 2와 같이, 직교 좌표계 XYZ의 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 회전으로 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 따라 강도 변조된 직경 0.5mm 정도의 평행 광속)을, 최종적으로 기판(P) 상에 스폿 광(SP)으로서 집광하는 fθ 렌즈계(FT)와, 스폿 광(SP)을 Y 방향으로 주주사하여 묘화 라인(SL1)을 형성하는 폴리곤 미러(PM) 등을 포함하는 묘화 유닛(U1)의 상세 구성을 나타내는 사시도이다. 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 기울어져 있기 때문에, 묘화 유닛(U1)(및 U2~U6) 내에서는, 직교 좌표계 XYZ에 대하여 기울어진 직교 좌표계 XtYtZt를 설정한다. 그 직교 좌표계 XtYtZt에서, Yt 방향은 Y 방향과 동일하고, Zt 방향은, 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, Xt 방향은 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 3에서, 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 -Xt 방향으로 되도록 빔(LB1)을 90도로 반사시킨다. 미러(M30)에서 반사된 빔(LB1)의 광로에 따라 배치되는 렌즈(L6, L7, L8, L9)는, 미러(M30)에서 반사된 가는 빔(LB1)(직경이 약 0.5mm)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 마련되고, Zt축과 평행한 회전축(AXh) 둘레로 회전(경사) 가능하게 구성된다. 평행 평판(HVP)의 경사량을 바꾸는 것에 의해, 기판(P) 상에 투사되는 스폿 광(SP)의 위치를 부주사 방향(Xt 방향, 기판(P)의 이동 방향인 부주사 방향)으로, 스폿 광(SP)의 실효적인 직경(φp)의 수 배~십수 배의 거리 범위에서 시프트시킬 수 있다. 편광 빔 스플리터(PBS)는, 렌즈(L9)를 통과하여 확대되어 미러(M31)에서 -Yt 방향으로 반사되는 빔(LB1)(평행 광속)을 입사한다. 빔(LB1)을 직선 S편광으로 하면, 편광 빔 스플리터(PBS)는, 빔(LB1)을 편광 분리면에서 90% 이상의 강도로 반사시키고, 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 원 편광으로 변환된다.

1/4 파장판(QW)을 투과한 빔(LB1)(평행 광속)은, 미러(M32)에 의해서 -Zt 방향으로 반사되고, 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)(모선이 Yt축과 평행)에 입사하고, 공간 안의 면(Pv)에서의 Xt 방향의 폭이 매우 작고, Yt 방향으로 수 mm(개구 조리개(AP)의 개구 지름과 같음)의 길이로 연장된 슬릿 모양의 강도 분포에 집광된다. 면(Pv)에서 1 차원 방향만 수렴된 빔(LB1)은, 2매 세트의 구면 렌즈계의 초군(初群)의 구면 렌즈(L10)를 통과하여, 미러(M33)에서 +Xt 방향으로 반사된 후, 2매 세트의 구면 렌즈계의 후군(後群)의 구면 렌즈(L11)를 통과하여 +Xt 방향으로 진행한다. 구면 렌즈(L11)로부터 사출한 후의 빔(LB1)은, 미러(M34)에 의해서 +Zt 방향으로 반사된 후, 미러(M35)에 의해서 +Yt 방향으로 반사된다. 미러(M34)와 미러(M35)는, 미러(M35)로부터 +Yt 방향으로 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 +Yt 방향으로 진행하는 빔(LB1)은, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf1)을 사이에 두고 미러(M35)의 반대 측에 배치되는 미러(M36)에 의해서 반사되어, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에 투사된다.

제1 실린드리칼 렌즈(CYa)와 2매 세트의 구면 렌즈계의 작용에 의해서, 구면 렌즈(L11)를 통과한 직후에 미러(M34)에 입사하는 빔(LB1)은, Zt 방향에 관하여는 거의 평행 광속의 상태로 되고, Yt 방향에 관해서는 수렴 광속 의 상태로 된다. 또한, 도 3에서는 구면 렌즈계를 주점(主点) 사이 거리의 조정을 위해 구면 렌즈(L10, L11)의 2매로 구성하였지만, 1매의 구면 렌즈만으로 구성해도 된다.

미러(M36)의 반사면은, Zt축과 평행함과 아울러 XtZt면과 평행으로 광축(AXf1)을 포함하는 면에 대하여 22.5°의 협각으로 배치된다. 이것에 의해, 미러(M36)로부터 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)을 향하는 빔(LB1)의 주광선(중심 광선), 즉 제1 실린드리칼 렌즈(CYa)나 구면 렌즈계(렌즈(L10, L11))의 광축의 연장에서, 미러(M36)로부터 폴리곤 미러(PM)까지의 광축은, XtYt면과 평행한 면 내에서, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf1)에 대하여 45°의 각도로 설정된다. 또한, 도 3에서, 미러(M36)에서 반사하여 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)을 향하는 빔(LB1)은, Zt 방향에 관하여는 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa) 상에서 집광하도록 수렴 광속의 상태로 되고, XtYt면과 평행한 면 내에서는 거의 평행 광속의 상태로 되고, 반사면(RPa) 상에서는 주주사 방향, 즉 폴리곤 미러(PM)의 회전 중심축(AXp)을 중심으로 하는 내접원의 접선 방향으로 슬릿 모양으로 연장된 강도 분포가 되도록 집광된다.

폴리곤 미러(PM)의 반사면(RPa)에서 반사된 빔(LB1)은, 텔레센트릭 fθ 렌즈계(FT)를 통과한 후, 미러(M37)에서 -Zt 방향으로 직각으로 반사되고, 제2 실린드리칼 렌즈(CYb)(모선의 방향은 Yt 방향)에 입사하여, 기판(P) 상에 스폿 광(SP)으로서 집광된다. 본 실시의 형태에서는, 미러(M37)에서 -Zt 방향으로 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 -Zt 방향으로 입사하는 빔(LB1)의 중심 광선이, Zt축과 평행한 선분(LE1)(다른 묘화 유닛(U2~U6) 각각에 대하여는 선분(LE2~LE6)으로 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~U6)도 마찬가지)의 지지 프레임 전체를 선분(LE1)(LE2~LE6) 둘레로 미소 회전 가능하게 하는 기구에 대해서는, 예를 들면 국제 공개 제2016/152758호에 개시되어 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 피주사면에 설치되는 피조사체(기판(P), 또는 회전 드럼(DR)의 외주면)의 표면에 스폿 광(SP)을 투사했을 때에 발생하는 반사광의 강도를 검출하기 위해, 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 돌아온다. 피조사체의 표면에 투사되는 스폿 광(SP)은 원 편광이며, 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 P 편광으로 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 바로 앞의 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 송광 빔이 투사된다. 또한, 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 Y 방향으로부터 보아 회전 드럼(DR)의 회전 중심축(AXo)을 향함과 아울러, 선분(LE1, LE3, LE5)이 중심면(CPo)에 대하여 각도 -θc만큼 반시계 방향으로 기울도록 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 Y 방향으로부터 보아 회전 드럼(DR)의 회전 중심축(AXo)을 향함과 아울러, 선분(LE2, LE4, LE6)이 중심면(CPo)에 대하여 각도 +θc만 시계 방향으로 기울도록 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 작아지도록 설정된다.

본 실시의 형태에서, 복수의 얼라이먼트계(ALGn)는 Y 방향으로 소정 간격으로 늘어서게 되어, 각각 기판(P) 상의 마크 등을 검출하는 대물 렌즈계(대물 광학계)를 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 관하여, 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 기준 바 부재(RB)가 부설되어 있다.

기준 바 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 캘리브레이션(calibration)할 때, 혹은 묘화 라인(SL1~SL6)의 위치와 복수의 검출 영역의 각 위치와의 둘레 방향(기판(P)의 이동 방향)의 간격(베이스 라인 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 기울도록 설정된다.

도 4는, 도 2에 나타낸 회전 드럼(DR)과 얼라이먼트계(ALGn)와 기준 바 부재(RB)와의 배치 관계를 나타내는 사시도이며, 직교 좌표계 XYZ는 앞의 도 1 또는 도 2의 직교 좌표계 XYZ와 동일하게 설정된다. 본 실시의 형태에서는, 동일 구성의 7개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG7)(총칭하여 ALGn라고 함)가 Y 방향으로 소정의 간격으로 직선적으로 배치된다. 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(대물 광학계)(OBL)의 광축(AXs)은, 대물 렌즈계(OBL)와 기판(P)(회전 드럼(DR)의 외주면(DRs))과의 사이에 배치된 평면 미러(Mb)에 의해서 절곡되어 기판(P) 상의 검출 영역(관찰 시야) (Adn)(AD1~AD7)의 중심점을 통과하도록 설정된다. 대물 렌즈계(OBL)와 평면 미러(Mb)와의 사이의 광로 중에는, 광축(AXs)과 수직인 면에 대하여 기울어진 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)(합성 광학 부재)가 마련된다.

얼라이먼트계(ALGn)는, 또한, 광 파이버속(ILF)으로부터 공급되는 조명광(ILb)을 대물 렌즈계(OBL)에 입사시키고, 검출 영역(ADn)을 낙사 조명하기 위한 광 분할기(빔 스플리터)(BS2)와, 대물 렌즈계(OBL)와, 광 분할기(BS2)를 거쳐 입사하는 검출 영역(ADn)으로부터의 반사광을, 결상용 렌즈계(Gb)를 rjcu 수광하고, 검출 영역(ADn) 내에 나타나는 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(기판 마크)의 확대상(擴大像)을 촬상하는 촬상부(촬상 소자)(DIS)를 갖는다. 도 4에서는, 얼라이먼트계(ALG1, ALG2)에 대해서만, 평면 미러(Mb), 빔 스플리터(BS1), 대물 렌즈계(OBL), 광 분할기(BS2), 결상용 렌즈계(Gb), 촬상부(촬상 소자)(DIS)에 의한 구성을 도시하였지만, 다른 얼라이먼트계(ALG3~ALG7) 각각에 대해서도 마찬가지의 구성을 가지고, 얼라이먼트계(ALG3~ALG7) 각각의 광축(AXs)도, 각각 기판(P) 상에 설정되는 검출 영역(AD3~AD7)(도 4에서는 도시 생략)의 중심점을 통과하도록 설정된다.

또한, 앞의 도 1, 도 2에 나타낸 구성과 마찬가지로, 도 4에서도 기판(P) 상에는 6개의 묘화 라인(SL1~SL6)이 설정된다. 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 회전 드럼(DR)의 회전에 의한 기판(P)의 반송 방향(부주사 방향)에 관하여, 얼라이먼트계(ALGn)의 검출 영역(ADn)의 하류측에 배치되고, 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)은, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 하류측에 배치된다. 묘화 라인(SL1)은, 기판(P) 상의 둘레 방향으로 연장된 선(OL01)과 선(OL12)과의 Y 방향의 사이의 영역에서 패턴을 묘화하고, 묘화 라인(SL2)은, 기판(P) 상의 둘레 방향으로 연장된 선(OL12)과 선(OL23)과의 Y 방향의 사이의 영역에서 패턴을 묘화한다. 선(OL12)은, 묘화 라인(SL1)에서 노광되는 패턴과 묘화 라인(SL2)에서 노광되는 패턴이 Y 방향으로 이어지는 이음부(또는 일부 오버랩하여 노광되는 부분)을 나타낸다.

다른 선(OL23, OL34, OL45, OL56)에 대해서도 마찬가지이며, 선(OL23)은, 묘화 라인(SL2)과 묘화 라인(SL3)에 의해서 노광되는 패턴의 이음부를 나타내고, 선(OL34)은, 묘화 라인(SL3)과 묘화 라인(SL4)에 의해서 노광되는 패턴의 이음부를 나타내고, 선(OL45)은, 묘화 라인(SL4)과 묘화 라인(SL5)에 의해서 노광되는 패턴의 이음부를 나타내고, 선(OL56)은, 묘화 라인(SL5)과 묘화 라인(SL6)에 의해서 노광되는 패턴의 이음부를 나타낸다. 또한, 본 실시의 형태에서, 얼라이먼트계(ALG1)의 검출 영역(AD1)은, 선(OL01)보다도 +Y 방향으로 시프트한 묘화 라인(SL1)에 의한 묘화 영역 내의 주위에 배치되고, 얼라이먼트계(ALG7)의 검출 영역(AD7)도, 마찬가지로 묘화 라인(SL6)에 의한 묘화 영역 내의 주위에 배치된다. 다른 얼라이먼트계(ALG2~ALG6)의 각 검출 영역(AD2~AD6)은, 각각, 선(OL12, OL23, OL34, OL45, OL56) 상에 배치된다.

기준 바 부재(RB)는, 저열 팽창 계수의 재료(인바(invar), 세라믹스, 석영 등)로 Y 방향으로 가늘고 길게 성형되고, 7개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG7) 각각의 빔 스플리터(BS1)의 근방에 부설된다. 기준 바 부재(RB)의 재료로서는, 경량화도 가능한 세라믹스로 하는 것이 바람직하고, 특히, 산화 마그네슘(MgO), 산화 알루미늄(Al₂O₃), 이산화 규소(SiO₂)의 3 성분으로 구성되는 코지라이트계 세라믹스로 하면 괜찮다. 기준 바 부재(RB)의 빔 스플리터(BS1)와 대향하는 참조면(RBa) 상에는, 얼라이먼트계(ALG1)(ALG2~ALG7도 마찬가지)의 기판(P) 상의 검출 영역(AD1)(AD2~AD7)과 대응한 위치에 검출 영역(AR1)이 설정된다. 참조면(RBa)의 검출 영역(AR1) 내에는, 빔 스플리터(BS1)를 통해서 대물 렌즈계(OBL)로 관찰 가능한 기준 마크(기준 패턴)(RM1)가 형성되어 있다. 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상에는, 다른 얼라이먼트계(ALG2~ALG7) 각각의 빔 스플리터(BS1)를 통해서 대물 렌즈계(OBL)로 관찰 가능한 검출 영역(AR2~AR7)(AR3~AR7는 도시 생략)이 설정되고, 각 검출 영역(AR2~AR7) 내에는, 마찬가지의 기준 마크(기준 패턴)(RM2~RM7)가 형성되어 있다.

따라서, 본 실시의 형태에서의 얼라이먼트계(ALGn)(n=1~7)는, 대물 렌즈계(OBL)의 선단측에 배치된 빔 스플리터(BS1)를 통해서, 검출 영역(ADn)(n=1~7) 내에 나타나는 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(또는 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs) 상에 형성된 기준 패턴)와, 검출 영역(ARn)(n=1~7) 내로 설정되는 기준 바 부재(RB)의 기준 마크를, 촬상부(DIS)에 의해서, 동시에 또는 택일적으로 관찰하는 것이 가능하게 된다. 기준 바 부재(기준 지표 부재)(RB)의 참조면(RBa) 상에 형성되는 기준 마크(기준 지표 마크)(RM1~RM7)는, 설계 상에서 설정되는 검출 영역(AD1~AD7)의 Y 방향의 간격 거리에 대응한 위치 각각에 형성되어 있다.

도 5는, 도 4에 나타낸 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 의한 묘화 라인(SL1~SL6)과 얼라이먼트계(ALG1~ALG7) 각각의 검출 영역(AD1~AD7)과의 배치 관계와, 회전 드럼(DR)의 회전 각도의 변화(기판(P)의 둘레 방향의 위치 변화)를 계측하는 인코더 계측계의 배치를, 직교 좌표계 XYZ의 XY면과 평행한 면 내에서 본 도면이다. 회전 드럼(DR)의 Y 방향의 양단의 샤프트(Sft) 각각에는, 중심축(AXo)과 동축에 스케일 원반(SDa, SDb)이 회전 드럼(DR)과 함께 회전하도록 고정되어 있다. 스케일 원반(SDa, SDb)의 직경은 회전 드럼(DR)의 직경과 동일한 것이 바람직하지만, 직경의 상대 차이가 ±20% 이내이면 된다. 스케일 원반(SDa, SDb)의 원통면 모양의 외주면에는, 둘레 방향으로 일정한 피치로 새겨진 회절 격자 모양의 눈금(Gm)이 형성되어 있다. 또한, 눈금(Gm)은 회전 드럼(DR)의 Y 방향의 양단측 각각의 외주면에 직접 형성되어도 된다.

스케일 원반(SDa)의 주위에는, 눈금(Gm)의 둘레 방향의 이동량을 계측하는 광학식의 3개의 엔코더 헤드(EHa1, EHa2, EHa3)가 스케일 원반(SDa)의 외주면의 둘레 방향으로 늘어서 마련되고, 스케일 원반(SDb)의 주위에는, 눈금(Gm)의 둘레 방향의 이동량을 계측하는 광학식의 3개의 엔코더 헤드(EHb1, EHb2, EHb3)가 스케일 원반(SDb)의 외주면의 둘레 방향으로 늘어서 마련된다. 한쌍의 엔코더 헤드(EHa1, EHb1)에 의한 눈금(Gm)의 둘레 방향의 판독 위치는, Y 방향으로 일렬로 늘어서는 얼라이먼트계(ALG1~ALG7)의 각 검출 영역(AD1~AD7)의 둘레 방향의 각도 위치와 동일하게 되도록 설정된다. 마찬가지로, 한쌍의 엔코더 헤드(EHa2, EHb2)에 의한 눈금(Gm)의 둘레 방향의 판독 위치는, Y 방향으로 일렬로 늘어서는 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)의 둘레 방향의 각도 위치와 동일하게 되도록 설정되고, 한쌍의 엔코더 헤드(EHa3, EHb3)에 의한 눈금(Gm)의 둘레 방향의 판독 위치는, Y 방향으로 일렬로 늘어서는 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)의 둘레 방향의 각도 위치와 동일하게 되도록 설정된다. 이러한 엔코더 헤드의 배치를 가지는 엔코더 계측 시스템은, 예를 들면 국제 공개 제2013/146184호에 개시되는 것과 같이, 계측의 아베(Abbe) 오차를 최소로 할 수 있다.

또한, 도 5에서, 6개의 묘화 라인(SL1~SL6)에 의해서 이음 노광 가능한 Y 방향의 최대 치수를 WAy, 기판(P)의 폭 방향(Y 방향)의 치수(단척 길이)를 LPy로 하면, 기판(P)의 단척 길이 LPy는, 회전 드럼(DR)의 외주면의 Y 방향의 치수보다도 작고, 또한 Y 방향의 양단측에 설정되는 얼라이먼트계(ALG1, ALG7) 각각의 검출 영역(AD1, AD7)의 Y 방향의 간격 치수보다도 커지도록 설정된다. 기판(P) 상의 -Y 방향의 단부에는 X 방향(부주사 방향)으로 일정 간격(예를 들면, 5~20mm)으로 얼라이먼트 마크(기판 마크)(MK1)가 열 모양으로 배치되고, 기판(P) 상의 +Y 방향의 단부에는 X 방향(부주사 방향)으로 일정 간격(예를 들면, 5~20mm)으로 얼라이먼트 마크(MK7)가 열 모양으로 배치된다. 얼라이먼트 마크(MK1)는, 얼라이먼트계(ALG1)의 검출 영역(AD1) 내에 나타나는 위치에 형성되고, 얼라이먼트 마크(MK7)는, 얼라이먼트계(ALG7)의 검출 영역(AD7) 내에 나타나는 위치에 형성된다.

기판(P) 상에는, 또한, 얼라이먼트계(ALG2~ALG6)의 각 검출 영역(AD2~AD6) 내에 나타나도록 배치되는 얼라이먼트 마크(도 5에서는 미도시하였지만, MK2~MK6)도 형성된다. 양단측의 얼라이먼트 마크(MK1, MK7)는, 기판(P) 상의 장척 방향을 따라 연속하여 형성되지만, 다른 얼라이먼트 마크(MK2~MK6)는, 장척 방향의 적당한 거리(치수) 마다 형성된다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의한 선 모양의 영역, 또는 묘화 라인(SL1~SL6)의 전체로 둘러싸이는 직사각형의 영역이 패턴 형성 영역에 상당한다.

도 6의 (a)는, 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상의 Y 방향의 7개소에 형성되는 기준 마크(RM1~RM7)(RM3~RM6는 생략)의 배치의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 6의 (a)에서는, 참조면(RBa)과 평행한 평면을 직교 좌표계 X'Y'Z'의 X'Y'면으로 하고, 참조면(RBa)의 법선과 평행한 축선을 Z'축으로 한다. 여기에서도, 직교 좌표계 X'Y'Z'의 Y'축은 직교 좌표계 XYZ의 Y축과 평행하다. 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상에는, Y' 방향(Y 방향)으로 연장된 가상적인 직선(CRy)을 따라, 기준 마크(RM1~RM7)가 Y' 방향으로 소정의 간격 치수로 형성되어 있다. 즉, 기준 마크(RM1~RM7) 각각의 중심점(CR1, CR2, …,CR7)은, 가상적인 직선(CRy) 상에 정밀하게 위치 결정되어 있다.

여기서, 기준 마크(RM1)의 중심점(CR1)과 기준 마크(RM2)의 중심점(CR2)과의 Y' 방향(Y 방향)의 간격을 치수 LBS12, 기준 마크(RM3)의 중심점(CR3)과 중심점(CR2)과의 Y' 방향(Y 방향)의 간격을 치수 LBS23, 기준 마크(RM4)의 중심점(CR4)과 중심점(CR3)과의 Y' 방향(Y 방향)의 간격을 치수 LBS34, 기준 마크(RM5)의 중심점(CR5)과 중심점(CR4)과의 Y' 방향(Y 방향)의 간격을 치수 LBS45, 기준 마크(RM6)의 중심점(CR6)과 중심점(CR5)과의 Y' 방향(Y 방향)의 간격을 치수 LBS56, 그리고 기준 마크(RM7)의 중심점(CR7)과 중심점(CR6)과의 Y' 방향(Y 방향)의 간격을 치수 LBS67로 한다. 본 실시의 형태에서는, 치수 LBS12와 치수(LBS67)는 동일한 값으로 설정되고, 치수 LBS23, LBS34, LBS45, LBS56는 동일한 값으로 설정된다.

도 6의 (b)는, 얼라이먼트계(ALG1)의 촬상 소자(DIS)에 의한 촬상 영역(DIS')과 기준 바 부재(RB) 상의 기준 마크(RM1)와의 X'Y'면 내에서의 배치 관계의 일 예를 과장하여 나타낸 것이며, 도 6의 (c)는, 얼라이먼트계(ALG2)의 촬상 소자(DIS)에 의한 촬상 영역(DIS')과 기준 바 부재(RB) 상의 기준 마크(RM2)와의 X'Y'면 내에서의 배치 관계의 일 예를 과장하여 나타낸 것이다. 도 6의 (b)에서의, 2 차원의 촬상 영역(DIS')의 X' 방향과 Y' 방향과의 중심점(기준점)을 CC1로 하면, 기준 바 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 6의 (b)에서는, 그 설치 오차 ΔC1은, 기준 마크(RM1)의 중심점(CR1)을 기준(원점)으로 하고, X' 방향으로 +ΔXC1(μm), Y' 방향으로 +ΔYC1(μm)으로 되어 있다.

마찬가지로, 도 6의 (c)에서의, 2 차원의 촬상 영역(DIS')의 X' 방향과 Y' 방향과의 중심점(기준점)을 CC2로 하면, 기준 바 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 6의 (c)에서는, 그 설치 오차 ΔC2는, 기준 마크(RM2)의 중심점(CR2)을 기준(원점)으로 하고, X' 방향으로 -ΔXC2(μm), Y' 방향으로 -ΔYC2(μm)로 되어 있다. 또한, 촬상 영역(DIS')의 중심점(CC1, CC2)이란, 촬상면에 2 차원의 매트릭스 모양에 분포하는 다수의 촬상 화소 중 중앙에 위치하는 특정의 1개의 촬상 화소에 대응한 것으로 하지만, 엄밀하게 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)이라고 하여도 된다.

또한, 다른 얼라이먼트계(ALG3~ALG7) 각각에 대하여도, 마찬가지로, 각 촬상 영역(DIS')의 중심점(CC3~CC7) 각각과 기준 마크(RM3~RM7)의 각 중심점(CR3~CR7)과의 사이에, 설치 오차 ΔC3~ΔC7가 있는 것으로 한다. 그들 설치 오차 ΔC1~ΔC7에 관한 정보는, 장치의 조립 시, 장치 가동 중의 적당한 타이밍에 실시되는 조정(캘리브레이션) 작업 시, 혹은 장치의 보수 점검(메인터넌스)의 작업 시에, 얼라이먼트계(ALG1~ALG7) 각각의 촬상 소자(DIS)로부터의 영상 신호의 화상 해석에 의해서 구해지고, 적절히 갱신할 수 있다. 또한, 도 6의 (b), 도 6의 (c)에서의, 기준 마크(RM1, RM2)(RM3~RM7도 마찬가지)는 촬상 영역(DIS') 내의 네 모퉁이에 L자 모양으로 나타나도록 설정되어 있지만, 십자 모양의 마크 형상으로 하여 촬상 영역(DIS') 내의 중앙 부분, 또는 중심으로부터 왼쪽 또는 오른쪽으로 치우친 부분에 나타나도록 설정해도 된다.

도 7은, 본 실시의 형태에 의한 얼라이먼트계(ALGn)(n=1~7)의 광학 구성을 나타내는 도면이며, 직교 좌표계 XYZ는, 앞의 도 1~도 5와 마찬가지로 설정되어 있다. 또한, 직교 좌표계 XtYtZt는, 앞의 도 3에 나타낸 것과 동일하다. 또한 도 7에서, 앞의 도 4, 도 5에서 설명한 부재나 구성과 동일한 것에는 동일한 부호를 붙인다. 본 실시의 형태에서는, 얼라이먼트계(ALGn)로서, 작동 거리(워킹 디스턴스)를 10cm 이상으로 설정한 광학 현미경을 이용한다. 이러한 현미경은, 예를 들면 주식회사 모리텍스로부터 머신 비전용 렌즈로서 판매되고 있고, 그것을 이용할 수도 있다.

본 실시의 형태에서는, 도 7과 같이, 얼라이먼트계(ALGn)의 전체는 저열 팽창 계수의 금속 또는 세라믹스에 의한 지지 브래킷(미도시)에 고정되어 있다. 지지 브래킷은 XZ면과 평행한 판 모양으로 형성되고, 묘화 유닛(U1~U6)을 지지하는 장치 프레임부에 접속된 구조 부분(메트로로지 프레임)에 고정된다. 지지 브래킷에는, 평면 미러(Mb)와 대물 렌즈계(OBL), 평면 미러(Mb)와 대물 렌즈계(OBL)와의 사이의 광로 중에, 광축(AXs)과 수직인 면에 대하여 XZ면 내에서 각도 θe(θe>0)만큼 기울여서 배치되는 석영 등의 투과 광학 글래스재에 의한 플레이트형(평행 평판 모양)의 빔 스플리터(BS1)(합성 광학 부재), 얼라이먼트계(ALGn)의 검출 영역(ADn)을 낙사 조명하도록 조명계(조명 유닛)(ILU)로부터의 조명광(ILb)을 안내하는 빔 스플리터(BS2), 결상용 렌즈계(Gb), 및 촬상 소자(DIS)가 고정되어 있다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 낙사 조명용의 조명광(ILb)은, 조명계(ILU)로부터 광 파이버속(멀티 모드 파이버)(ILF)을 거쳐, 그 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)으로부터 빔 스플리터(BS2)를 향하여 공급된다. 도 7에서, 빔 스플리터(BS2)의 결상용 렌즈계(Gb)측에는, 대물 렌즈계(OBL)의 동면(개구 조임면)(Ep)이 형성되고, 빔 스플리터(BS2)의 광 파이버속(ILF)측에도 대물 렌즈계(OBL)의 동면(개구 조임면)(Ep')이 형성된다. 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)은, 동면(Ep')과 거의 일치하도록 배치되고, 출사단(ILFb)이 각 검출 영역(ADn 또는 ARn)에 조사되는 조명광(ILb)의 면광원상(面光源像)으로 된다. 광 파이버속(ILF)은, 다수 개의 광 파이버 소선을 묶은 도광 부재로서 구성되고, 출사단(ILFb)에 형성되는 면광원상은, 입사단(ILFa)에 형성되는 조명광(ILb)의 광 강도 분포의 형상을 보존한 것이 된다.

광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)으로부터의 조명광(ILb)은, 빔 스플리터(BS2)로 반사되어 대물 렌즈계(OBL)에 입사하고, 빔 스플리터(BS1)를 투과한 후, 평면 미러(Mb)에서 반사되어 기판(P) 상의 검출 영역(ADn)(얼라이먼트 마크(MKn))에 투사된다. 기판(P) 상의 검출 영역(ADn)에서 반사한 광은, 빔 스플리터(BS1)와 대물 렌즈계(OBL)를 거쳐 결상 광속(반사광)(Bma)으로 되어 빔 스플리터(BS2)를 투과하고, 결상용 렌즈계(Gb)를 거쳐 촬상 소자(DIS)에 도달한다. 촬상 소자(DIS)의 촬상면(Pis)은, 기판(P) 상의 검출 영역(ADn)의 면과 광학적으로 공역인 관계(결상 관계)로 설정됨과 아울러, 빔 스플리터(BS1)를 통해서 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa)(검출 영역(ARn))과도 광학적으로 공역인 관계(결상 관계)로 설정된다.

본 실시의 형태에서는, 대물 렌즈계(OBL)로부터 사출하는 조명광(ILb)의 강도 중 20~40%정도가, 각도 θe에 의존하고, 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)의 표면(광 분할면으로서, 광 합성면)(Bsp)에서 반사되어, 기준 바 부재(RB)로 향한다. 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa)은 광학적으로 기판(P)의 표면과 대응한 위치로 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 따라 빔 스플리터(BS1)에 도달하고, 표면(Bsp)에서 반사되고, 결상 광속(Bma)과 합성되어 대물 렌즈계(OBL)에 입사한다. 또한, 도 7에 나타낸 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)는 무편광 타입으로 되고, 석영 이외의 글래스재여도 된다.

따라서, 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)으로부터 조명광(ILb)이 투사되면, 기판(P) 상에 설정되는 검출 영역(ADn)과 기준 바 부재(RB) 상에 설정되는 검출 영역(ARn) 양방이 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(像)(혹은 회전 드럼(DR) 상(上)의 기준 패턴의 상(像))과, 검출 영역(ARn) 내의 기준 마크(RMn)의 상이 합성되어 동시에 결상한다. 촬상 소자(DIS)는, 촬상되는 얼라이먼트 마크(MKn)와 기준 마크(RMn)와의 각 상에 따른 영상 신호를 출력한다. 본 실시의 형태에서는, 대물 렌즈계(OBL)에 의한 현미경 광학계의 동면(Ep')의 위치에, 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)이 위치하도록 설정되고, 거의 원 모양의 외형을 이루는 출사단(ILFb)이 동면(Ep') 내에서 2차 광원상이 되고, 텔레센트릭 낙사 조명(케일러 조명)이 행해진다.

이상의 도 7에서 나타낸 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)는, 대물 렌즈계(OBL)의 광축(AXs)과 수직인 면에 대하여 각도 θe만큼 기울어져, 대물 렌즈계(OBL)로부터 사출되는 조명광(ILb)을 얼라이먼트계(ALGn)의 하방 공간에 배치되는 기준 바 부재(RB)를 향하도록 구성하였다. 그렇지만, 기준 바 부재(RB)가 얼라이먼트계(ALGn)의 상방 공간에 연설(延設)되는 경우는, 광축(AXs)과 수직인 면에 대한 빔 스플리터(BS1)의 기울기를 역방향(-θe)으로 설정하면 된다. 또한, 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)의 두께는, 광학적인 모든 수차(비점수차 등)의 발생을 적게 함과 아울러, 면 정밀도를 악화시키는 변형이나 스트레인을 일으키지 않는 강성을 가지는 범위에서, 최대한 얇게 하는 것이 좋다.

또한, 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)의 표면을 반사 방지막(AR 코트)을 형성하지 않는 무구(無垢)의 상태로 함으로써, 각도 θe에 의존하여 광 분할면(광 합성면)(Bsp)에 적절한 반사율을 갖게 할 수 있다. 또한, 각도 θe는, 광축(AXs)과 광축(AXs')과의 이루는 각도 2θe(XZ면 내에서의 기준 바 부재(RB)의 배치)에 의해서 정해지지만, 각도 θe가, 예를 들면 45° 이상이 되면, 기준 바 부재(RB)를 향하는 조명광(ILb)의 강도가 증대하고, 기판(P)으로 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. 또한, 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)의 두께는 1mm 이하, 예를 들면 0.1mm여도 되고, 각도 θe를 조정 가능하게 하는 구조를 마련해도 된다.

도 7에 나타낸 조명계(조명 유닛)(ILU)는, LED 등의 고체 광원 또는 할로겐 램프 광원을 포함하는 광원부(ILS)와, 렌즈계(GR)와, 투과 글래스재에 의한 2매의 평행 평판(SFy, SFz)을 구비한다. 렌즈계(GR)는, 광원부(ILS)로부터의 조명광(ILb)을, 광 파이버속(ILF)의 원형의 입사단(ILFa) 상에서 소정의 직경의 원형 분포가 되도록 집광한다. 평행 평판(SFy)은, 도 7 중의 좌표계 XtYtZt 내의 Zt축과 평행한 축 둘레로 경사 가능하게 마련되고, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa) 상에 집광되는 조명광(ILb)의 Yt 방향의 위치를 시프트 조정한다. 평행 평판(SFz)는, 도 7 중의 좌표계 XtYtZt 내의 Yt축과 평행한 축 둘레로 경사 가능하게 마련되고, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa) 상에 집광되는 조명광(ILb)의 Zt 방향의 위치를 시프트 조정한다.

본 실시의 형태에서는, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)과 출사단(ILFb)이 광학적으로 대응하고 있기 때문에, 입사단(ILFa) 상에 집광되는 조명광(ILb)의 위치를 시프트 조정함으로써, 출사단(ILFb)에 광원상으로서 형성되는 조명광(ILb)(원형)의 분포를, 동면(Ep') 내(광축(AXs)과 수직인 면 내)에서 가로 시프트시킬 수 있다. 본 실시의 형태에서는, 경사 가능한 평행 평판(SFy, SFz)에 의해서, 광원상의 위치를 변화시켜 얼라이먼트계(ALGn)의 텔레센트릭 오차(기판(P)의 표면의 수선에 대한 대물 렌즈계(OBL)의 광축(AXs)의 기울기 오차)에 의한 영향을 보정하는 조정 기구가 구성된다. 또한, 평행 평판(SFy, SFz)의 기울기 조정은, 수동이어도 되고, 소형 액츄에이터(피에조 모터 등)를 이용하여 전동화하여도 된다.

여기서, 얼라이먼트계(ALGn)의 텔레센트릭 오차의 발생과 그 영향에 대하여, 도 8을 참조해 설명한다. 도 8은, 도 7 중의 대물 렌즈계(OBL)와 빔 스플리터(BS2)와 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)과의 광학 배치를 모식적으로 나타낸 도면이며, 평면 미러(Mb)와 빔 스플리터(BS1)는 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 8에서의, 대물 렌즈계(OBL)를 통과하는 광축(AXs)은, 빔 스플리터(BS2)에서 90°로 구부러져, 광 파이버속(ILF)의 원형의 출사단(ILFb)의 중심을 통과하는 것으로 한다. 또한, 텔레센트릭 오차를 설명하기 위해, 기판(P)의 표면(검출 영역(ADn))과 광축(AXs)과의 이루는 각도가 상대적으로 90°로부터 약간 기울어져 있는 것으로 한다.

빔 스플리터(BS2)의 조명계(ILU)측의 동면(Ep')에 위치하는 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)의 최대 직경은, 동면(Ep')의 직경(φe)과 동등하거나, 약간의 작게 설정된다. 그리고, 출사단(ILFb)에 형성되는 조명광(ILb)에 의한 광원상을 SOb로 하면, 그 직경(φs)은 출사단(ILFb)의 최대 직경의 절반 정도 (40~60%)로 설정되어 있는 것으로 한다. 기판(P) 상의 검출 영역(ADn)에 조사되는 조명광(ILb)의 개구수(확산각)(NAi)는, 대물 렌즈계(OBL)의 초점 거리(fob)와 동면(Ep')의 광원상(SOb)의 직경(φs)에 기초하여, NAi≒sin(φs/2/fob)로 규정된다. 또한, 동면(Ep')의 직경(φe)과 광원상(SOb)의 직경(φs)과의 비(φs/φe)는 σ값(≤1)으로 불리고, 광원상(SOb)의 직경(φs)을 바꾸는 것, 즉 σ값을 바꾸는 것에 의해서, 조명광(ILb)의 개구수(NAi)를 조정할 수 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 광축(AXs)은 광원상(SOb)의 중심점(Y축과 Z'축의 교점)으로 일치하여 있는 것으로 하면, 대물 렌즈계(OBL)로부터 사출하는 조명광(ILb)의 주광선(광원상(SOb)의 광축(AXs) 상의 중심점으로부터 발생하는 광선)은, 광축(AXs)과 평행으로 되어 기판(P) 상에 도달한다. 그러나, 기판(P)의 표면의 법선과 광축(AXs)이 상대적으로 약간의 기울어져 있기 때문에, 검출 영역(ADn)에서 정규 반사한 반사광(LRf)의 주광선도, 광축(AXs)에 대하여 기울어진 상태에서 대물 렌즈계(OBL)에 입사한다. 대물 렌즈계(OBL)를 투과한 반사광(LRf)의 주광선은, 빔 스플리터(BS2)의 결상용 렌즈계(Gb)측의 동면(Ep) 내의 광축(AXs) 상의 위치로부터, 예를 들면 Z'축을 따른 방향으로 편심된 위치에서 교차(집광)한다. 따라서, 동면(Ep) 내에는, 중심점(Y축과 Z'축의 교점)으로부터 +Z' 방향으로 편심되고, 광 파이버속(ILF)의 출사단 상(ILFb')과, 반사광(LRf)에 의한 직경(φs)의 반사 광원상(Sob')이 형성된다.

도 8에서, 동면(Ep) 내에는 반사 광원상(SOb')의 전체가 위치하고 있지만, 반사 광원상(SOb')의 주위에는, 추가로 기판(P)의 표면(검출 영역(ADn))으로부터 발생하는 산란광이나 회절광이 소정의 확산으로 분포한다. 텔레센트릭 오차에 의해서, 그들 산란광이나 회절광의 일부가 원형의 동면(Ep)으로부터 돌출되는 것으로 되어, 결상용 렌즈계(Gb)에 입사하는 결상 광속(Bma)의 대칭성이 무너지게 되어, 촬상 소자(DIS)에서 촬상되는 얼라이먼트 마크(MKn)의 상질(像質), 특히 텔레센트릭 오차가 생긴 방향에 관한 얼라이먼트 마크(MKn)의 엣지 상(像)이 열화한다. 그 때문에, 영상 신호에 기초한 화상 해석에 의한 얼라이먼트 마크(MKn)의 위치 계측에 오차가 생기게 된다.

텔레센트릭 오차가 도 8의 상태보다도 커지게 되면, 반사 광원상(SOb') 자체도 원형의 동면(Ep)으로부터 비어져 나오게(찍히지 않게) 되고, 결상용 렌즈계(Gb)에 입사하는 반사 광원상(SOb')의 광량(0차 반사광량)이 감소함과 아울러, 산란광이나 회절광의 동면(Ep) 내에서의 대칭성이 큰 폭으로 무너지게 된다. 그 때문에, 촬상 소자(DIS)에서 촬상되는 얼라이먼트 마크(MKn)의 마크 상의 밝기가 큰 폭으로 감소함과 아울러, 마크상의 상질도 큰 폭으로 열화한다.

그래서, 본 실시의 형태에서는, 앞의 도 7에 나타낸 평행 평판(SFy, SFz)을 이용하여, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)에 집광하는 조명광(ILb)의 광원상을 입사단(ILFa)의 면 내에서 시프트시켜, 텔레센트릭 오차에 의한 영향을 보정한다. 도 9는, 도 8과 마찬가지로 도 7 중의 대물 렌즈계(OBL)와 빔 스플리터(BS2)와 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)과의 광학 배치를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 평행 평판(SFy, SFz)(특히 평행 평판(SFz))의 조정에 의해, 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)에 형성되는 광원상(SOb)의 중심점을, 광축(AXs)의 위치로부터 +Z' 방향으로 시프트시킬 수 있다.

이것에 의해서, 대물 렌즈계(OBL)로부터 기판(P) 상의 검출 영역(ADn)에 조사되는 조명광(ILb)의 주광선은, 광축(AXs)과 평행한 상태로부터, 얼라이먼트계(ALGn)의 텔레센트릭 오차에 대응한 각도만큼 기울어지고, 기판(P)의 표면으로부터의 반사광(LRf)의 주광선을 광축(AXs)과 평행으로 설정할 수 있다. 그 때문에, 동면(Ep) 내에는, 중심점(Y축과 Z'축의 교점)과 동심 모양으로 광 파이버속(ILF)의 출사단 상(ILFb')과, 반사광(LRf)에 의한 직경(φs)의 반사 광원상(SOb')이 형성된다. 따라서, 결상용 렌즈계(Gb)에 입사하는 결상 광속(Bma)의 대칭성이 유지되고, 촬상 소자(DIS)에서 촬상되는 얼라이먼트 마크(MKn)의 상질(엣지 상)의 열화를 방지할 수 있다. 또한, 2개의 평행 평판(SFy, SFz)의 경사 조정에 의해서, 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)에 형성되는 광원상(SOb)의 위치를, 동면(Ep') 내에서 Y축 방향과 Z'축 방향으로 독립적으로 조정할 수 있으므로, 2 차원(Y축 방향과 Z'축 방향)의 텔레센트릭 오차에 대응할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시의 형태에서는, 평행 평판(SFy, SFz)의 경사 조정에 의해서, 얼라이먼트계(ALGn)의 텔레센트릭 오차에 의한 영향을 보정하도록 했지만, 평행 평판(SFy, SFz)이 마련되지 않는 경우는, 도 7 중의 렌즈계(GR)를 경사 가능하게 해도 좋고, 또한, 조명계(ILU)와 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)과의 상대적인 위치 관계를 Y축 방향이나 Z'축 방향으로 물리적으로 조정하는 조정 기구(미동 기구)를 마련해도 된다. 또한, 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)을, 빔 스플리터(BS2)에 대하여, 동면(Ep')을 따라 2 차원으로 미동시키는 조정 기구(미동 기구)를 마련해도 된다. 요컨데, 본 실시의 형태에서는, 낙사 조명형의 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL)의 동면(Ep')에 형성되는 광원상의 위치를 가로 시프트(편심)시킴으로써, 얼라이먼트계(ALGn)를 조립한 후에 잔류하는 텔레센트릭 오차에 의한 마크 상의 상질 열화를 보정할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 낙사 조명용의 조명광(ILb)을 전송하는 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)측에서 광원상을 시프트시키는 구성으로 하였다. 그 때문에, 복수의 얼라이먼트계(ALGn)가 조밀하게 늘어서, 텔레센트릭 오차를 허용 범위까지 몰아 넣는 수동 조정(얼라이먼트계(ALGn)를 지지하는 지지 브래킷의 자세 조정 등)이 어려운 경우에서도, 잔류한 텔레센트릭 오차에 의한 악영향을 간단하게 저감시킬 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 10은, 제2 실시 형태에 의한 얼라이먼트계(ALGn)의 개략적인 광학 구성을 나타내는 도면이며, 직교 좌표계 XYZ와 직교 좌표계 XtYtZt는, 앞의 도 7과 마찬가지로 설정된다. 또한, 도 10의 얼라이먼트계(ALGn)에서, 도 7의 얼라이먼트계(ALGn)의 광학 부재나 배치 관계와 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 본 실시의 형태에서는, 대물 렌즈계(OBL)와 평면 미러(Mb)의 사이의 광로 중에 배치되는 플레이트형의 빔 스플리터(BS1)에 파장 선택 특성을 갖게 하고, 기판(P) 상에 설정되는 검출 영역(ADn) 내에 나타나는 얼라이먼트 마크(MKn)를 조사하는 조명광(ILb)의 파장 성분과, 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상에 설정되는 검출 영역(ARn) 내의 기준 마크(RMn)를 조사하는 조명광(ILb)의 파장 성분을 다르게 하는 구성으로 한다.

도 10에서, 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)은, 대물 렌즈계(OBL)의 동면(Ep')의 위치 또는 그 근방에 배치되고, 출사단(ILFb)과 큐브형의 빔 스플리터(BS2)와의 사이에서 동면(Ep')의 위치에는, 얇은 확산판(불투명 유리)(Gdf)이 마련된다. 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)과 확산판(Gdf)은, 도 10에 나타내는 것과 같이 광축 방향의 간격을 두지 않고 밀접시켜도 된다. 그 확산판(Gdf)에 의해서, 동면(Ep')에 형성되는 광원상(SOb)의 강도 분포가 부드럽게 되어, 균일성이 향상된다.

본 실시의 형태에서는, 광 파이버속(ILF)에서 전송되는 조명광(ILb)은, 예를 들면, 400nm~700nm의 파장 대역에 강도 분포를 갖는 메탈 할라이드 램프를 포함하는 조명계(조명 유닛)(ILU)로부터 공급된다. 그 조명광(ILb) 중에서, 예를 들면, 파장이 480nm보다도 짧은 성분을 조명광(ILb1)으로 하고, 파장이 480nm보다도 긴 성분을 조명광(ILb2)으로 한다. 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)으로부터의 조명광(ILb)은, 무편광(無偏光)으로 파장 선택 특성이 없는 빔 스플리터(BS2)에서 반사되어 대물 렌즈계(OBL)로 입사하고, 빔 스플리터(BS1)에 도달한다.

도 10의 빔 스플리터(BS1)는, 예를 들면, 파장 480nm를 크로스오버 파장으로 한 다이클로익 미러로서 구성되고, 조명광(ILb) 중, 파장 성분이 480nm보다도 짧은 조명광(ILb1)은, 빔 스플리터(BS1)의 대물 렌즈계(OBL)측의 표면(Bsp)에서 반사되고, 기준 바 부재(RB)를 향한다. 동시에, 조명광(ILb) 중, 파장 성분이 480nm보다도 긴 조명광(ILb2)은, 빔 스플리터(BS1)의 대물 렌즈계(OBL)측의 표면(Bsp)을 투과하여, 평면 미러(Mb)를 거쳐 기판(P)을 향한다. 빔 스플리터(BS1)의 표면(Bsp)에는, 크로스오버 파장이 480nm의 다이클로익 미러가 되도록 설계된 유전체 다층막이 형성되고, 빔 스플리터(BS1)의 뒤측의 이면(Bsp')에는 반사 방지막(AR 코트층)이 형성되어 있다.

빔 스플리터(BS1)에서 반사한 조명광(ILb1)에 의해서 조사된 기준 바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)(검출 영역(ARn))로부터의 반사 광속(Bmr)은, 다시, 빔 스플리터(BS1)의 표면(Bsp)에서 반사하여 대물 렌즈계(OBL)에 입사한다. 한편, 빔 스플리터(BS1)를 투과한 조명광(ILb2)에 의해서 조사된 기판(P)의 얼라이먼트 마크(MKn)(검출 영역(ADn))로부터의 결상 광속(반사광)(Bma)은, 다시, 빔 스플리터(BS1)를 투과하여 대물 렌즈계(OBL)에 입사한다. 대물 렌즈계(OBL)에 입사한 반사 광속(Bmr)과 결상 광속(반사광)(Bma)은, 빔 스플리터(BS2)를 투과하여, 결상용 렌즈계(Gb)를 거쳐 결상 광속으로 된 촬상 소자(DIS)의 촬상면(Pis)에 도달한다. 이것에 의해서, 얼라이먼트 마크(MKn)의 상과 기준 마크(RMn)의 상을, 촬상 소자(DIS)에 의해서 동시에 검출할 수 있다.

본 실시의 형태에서도, 앞의 도 7과 마찬가지로, 평행 평판(SFy, SFz)에 의해서, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)에 입사되는 조명광(ILb)을 Y축 방향과 Z'축 방향으로 시프트시켜, 잔존하는 텔레센트릭 오차에 의한 악영향을 저감시킬 수 있다. 본 실시의 형태에서는, 광 파이버속(ILF)에 조명광(ILb)(ILb1, ILb2)을 공급하는 조명계(ILU)의 광원부(ILS)로서, 예를 들면, 도 11에 나타내는 바와 같은 파장 특성을 갖는 메탈 할라이드 램프가 사용된다. 도 11은, 할로겐화 주석을 봉입한 메탈 할라이드 램프의 발광 파장 특성의 일 예를 나타내는 그래프이며, 가로축은 파장(nm)을 나타내고, 세로축은 상대적인 발광 강도(%)를 나타낸다.

도 11에 나타낸 발광 파장 특성에서, 파장 480nm보다도 짧은 파장 성분(자외 파장)의 조명광(ILb1)은, 기판(P)의 표면에 형성된 감광층(포토레지스트 등)을 감광시킬 우려가 있지만, 본 실시의 형태에서는, 빔 스플리터(BS1)의 파장 선택 특성에 의해, 기판(P)에는 감광성을 가지는 파장 성분이 조사되지 않는 구성으로 되어 있다. 또한, 기판(P)에 조사되는 조명광(ILb2)은, 파장 480nm~650nm의 넓은 대역을 가지므로, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)를 광 투과성의 감광층이나 박막층을 통하여 관찰할 때에 생길 수 있는 간섭 현상을 저감시킬 수 있다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 빔 스플리터(BS1)의 다이클로익 미러로서의 크로스오버 파장을 480nm로 설정하였지만, 기판(P)의 표면에 형성되는 감광층의 감광 파장 특성에 따라 임의의 파장으로 설정된다.

또한, 빔 스플리터(BS1)의 다이클로익 미러로서의 크로스오버 파장보다도 짧은 파장 대역의 광을 발생하는 제1 광원으로부터의 조명광(ILb1)과, 크로스오버 파장보다도 긴 파장 대역의 광을 발생하는 제2 광원으로부터의 조명광(ILb2)을 동축으로 합성하여, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)에 입사시키도록 해도 된다. 그 경우, 제1 광원과 제2 광원의 발광 강도를 개별로 제어함으로써, 촬상 소자(DIS)에서 관찰되는 얼라이먼트 마크(MKn)의 상과 기준 마크(RMn)의 상과의 조도의 밸런스를 조정할 수 있다. 혹은, 빔 스플리터(BS1)와 기준 바 부재(RB)와의 사이의 광로 중에, 투과율을 전기적으로 바꿀 수 있는 액정 셔터를 마련하여 밸런스를 조정해도 된다. 액정 셔터를 마련했을 경우, 그 투과율을 최소로 하는 것에 의해, 기준 바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)의 촬상 소자(DIS)에 의한 관찰이 저지되어 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)만이 관찰된다.

이상, 본 실시의 형태에 의하면, 얼라이먼트계(ALGn)의 빔 스플리터(BS1)에 파장 선택 특성을 갖게 하고, 기준 바 부재(RB) 상의 검출 영역(ARn)으로의 조명광(ILb1)과, 기판(P) 상의 검출 영역(ADn)으로의 조명광(ILb2)을 파장 대역으로 분리하였으므로, 앞의 도 7의 구성과 비교하면, 기판(P)으로부터의 결상 광 광속(반사광)(Bma)과 기준 바 부재(RB)로부터의 반사 광속(Bmr)의 각 광량의 저감을 억제할 수 있다. 또한, 촬상 소자(DIS)를 칼라 촬상 소자로 하면, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)의 상(像)과 기준 바 부재(RB) 상의 기준 마크(RMn)의 상을, 화상 처리 시에 색에 의해서 용이하게 분리할 수 있으므로, 오검출 등을 저감할 수 있다는 이점도 있다.

(변형예 1)

도 12는, 도 10의 얼라이먼트계(ALGn)를 위한 조명계(조명 유닛)(ILU)의 변형예를 나타내는 개략도이다. 본 변형예에서는, 얼라이먼트계(ALGn)의 빔 스플리터(BS1)의 파장 선택 특성을 이용하여, 발광 파장 특성이 다른 2종의 고휘도 LED(발광 다이오드) 광원을 이용한다. 도 12에서, 제1 광원으로서의 LED 광원(LD1)은, 빔 스플리터(BS1)의 크로스오버 파장(예를 들면 480nm)보다도 짧은 파장역(예를 들면 청색)에 발광 피크 파장을 갖는 조명광(ILb1)을 출력하고, 제2 광원으로서의 LED 광원(LD2)은, 빔 스플리터(BS1)의 크로스오버 파장(예를 들면 480nm)보다도 긴 파장역(예를 들면 녹색~적색)에 복수의 발광 피크 파장을 갖는 조명광(ILb2)을 출력한다. LED 광원(LD1)으로부터의 조명광(ILb1)은, 집광 렌즈계(GS1)에서 집광되면서, 다이클로익 미러(DCM)에서 직각으로 반사된 후, 평행 평판(SFy, SFz)을 투과하여 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa) 상에 광원상(SOa)으로서 결상된다.

마찬가지로, LED 광원(LD2)으로부터의 조명광(ILb2)은, 집광 렌즈계(GS2)에서 집광되면서, 다이클로익 미러(DCM)를 투과하여, 조명광(ILb1)과 동축으로 합성된 후, 평행 평판(SFy, SFz)을 투과하여 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa) 상에 광원상(SOa)으로서 결상된다. 도 12의 다이클로익 미러(DCM)의 파장 선택 특성은, 얼라이먼트계(ALGn)의 빔 스플리터(BS1)의 파장 선택 특성과 마찬가지로 설정되고, 크로스오버 파장은, 예를 들면 480nm로 설정된다.

도 13은, 다이클로익 미러(DCM)의 파장 선택 특성과 LED 광원(LD1, LD2) 각각의 발광 파장 특성을 모식적으로 나타낸 그래프이며, 가로축은 파장(nm)을 나타내고, 세로축은 다이클로익 미러(DCM)의 투과율/반사율(%)을 나타낸다. 다이클로익 미러(DCM)는, 파장 480nm보다도 짧은 파장 대역의 광에 대하여는, 90~95%의 반사율을 가짐과 아울러, 5% 이하의 투과율을 가지고, 파장 480nm보다도 긴 파장 대역의 광에 대하여는, 90~95%의 투과율을 가짐과 아울러, 5% 이하의 반사율을 가진다. LED 광원(LD1)은, 일 예로서 파장 440nm 부근에 발광 피크 파장을 가지는 청색의 조명광(ILb1)을 출력하지만, 그 발광 피크 파장은 460nm보다도 짧으면 된다. LED 광원(LD2)은, 다색 발광형의 발광 다이오드로 구성되고, 일 예로서 파장 520nm 부근에 발광 피크 파장을 가지는 녹색의 광과, 파장 590nm 부근에 발광 피크 파장을 가지는 황색의 광과, 파장 670nm 부근에 발광 피크 파장을 가지는 적색의 광이 합성된 조명광(ILb2)을 출력한다.

또한, 도 12에 나타내는 바와 같이, LED 광원(LD1, LD2) 각각의 발광 강도(구동 전류)는, 조명 제어부(LCU)에 의해서 개별로 조정 가능하게 되고, 기판(P)의 표면의 반사율의 변화에 따라, 조명광(ILb1, ILb2)의 조도 밸런스를 최적으로 조정할 수 있다. 또한, LED 광원(LD2)은, 다색 발광형의 발광 다이오드 대신에 할로겐 램프로 바꾸어, 520nm보다도 짧은 파장 대역을 컷하는 파장 필터를 통하여, 집광 렌즈계(GS2)에 조명광(ILb2)을 입사시키도록 하여도 된다. 또한, 도 12 중의 집광 렌즈계(GS1, GS2)의 초점 거리(f값)나 광축 방향의 위치를 바꿀 수 있는 구성으로 하는 것에 의해, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa) 상에 형성되는 광원상(SOa)의 사이즈(직경)를 변경할 수 있고, 결과적으로 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL)를 거친 낙사 조명의 개구수(NA값)를 조정할 수 있다. 또한, 집광 렌즈계(GS1, GS2)의 초점 거리나 광축 방향의 위치를 각각 개별로 가변으로 했을 경우, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa) 상에 형성되는 조명광(ILb1)에 의한 광원상(SOa)의 직경과, 조명광(ILb2)에 의한 광원상(SOa)의 직경을 다르게 할 수 있다.

(변형예 2)

도 14는, 도 7 또는 도 10에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn)에 조명계(ILU)로부터의 조명광(ILb)을 전송하는 도광 부재의 광학 구성의 변형을 나타내는 도면이다. 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL)에 의한 기판(P) 상의 검출 영역(ADn)이나 기준 바 부재(RB) 상의 검출 영역(ARn)은, 1mm각(角)~0.6mm 각(角) 정도의 사이즈이며, 대물 렌즈계(OBL)의 동면(Ep, Ep')의 최대 지름(φe)은 5mm~10mm 정도가 된다. 한편, 광 파이버속(ILF)으로서는, 가격이나 유연성의 관점으로부터, 입사단(ILFa)이나 출사단(ILFb)의 유효 직경(번들 지름)이 1mm~3mm 정도의 것을 사용하는 경우가 있다. 이 경우, 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)에 형성되는 광원상(SOb)(도 8 또는 도 9 참조)을, 동면(Ep') 내의 중심점으로부터 Y축 방향이나 Z'축 방향으로 크게 위치 조정(시프트 이동)시키는 것이 곤란하게 된다.

그래서, 본 변형예에서는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 조명계(ILU) 내의 광원부(ILS)로 만들어지는 직경(φc)의 광원상(SOa')으로부터의 조명광(ILb)을, 평행 평판(SFy, SFz)을 거쳐, 정(正)의 렌즈(Gw1)와 정의 렌즈(Gw2)에 의한 배율(MJ1)의 축소 결상계(LK1)를 통과하여, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)에 집광한다. 축소 결상계(LK1)는, 광원부(ILS)의 광원상(SOa')의 위치와 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)을 광학적으로 공역 관계로 함과 아울러, 직경(φc)의 광원상(SOa')을 배율(MJ1)로 축소하여 입사단(ILFa)에 결상한다. 예를 들면, 광원상(SOa')의 직경(φc)이 6mm이고, 광 파이버속(ILF)의 번들 지름이 1mm인 경우, 축소 결상계(LK1)의 배율(MJ1)은 1/10배 정도로 설정되고, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)에 형성되는 광원상(SOa)의 직경(φs')는 0.6mm가 된다. 또한, 광원상(SOa')의 직경(φc)이 6mm이고, 광 파이버속(ILF)의 번들 지름이 2mm인 경우, 축소 결상계(LK1)의 배율(MJ1)은 1/5배 정도로 설정되고, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)에 형성되는 광원상(SOa)의 직경(φs')은 1.2mm가 된다.

도 14에 나타내는 바와 같이, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)(출사단(ILFb)도 마찬가지)에는, 묶인 다수 개의 광 파이버 소선(FBu)의 단면이 조밀 상태로 원형 모양으로 배열되어 있다. 광 파이버속(ILF)은, 앞의 도 7, 도 10의 광 파이버속(ILF)과 마찬가지로 멀티 모드의 것이 사용되고, 입사단(ILFa)에 형성되는 광원상(SOa)을, 그 형상, 치수, 배치를 보존한 상태로 출사단(ILFb)에 광원상(SOb)으로서 형성한다. 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)에 형성되는 광원상(SOb)으로부터의 조명광(ILb)은, 정의 렌즈(Gw3)와 정의 렌즈(Gw4)에 의한 배율(MJ2)의 확대 결상계(LK2)를 통하여, 도 7 또는 도 10에 나타낸 동면(Ep')에 집광된다. 확대 결상계(LK2)는, 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)의 위치와 동면(Ep')을 광학적으로 공역 관계로 함과 아울러, 출사단(ILFb)의 광원상(SOb)의 직경을 배율(MJ2)로 확대하여 동면(Ep')에 직경(φs)의 광원상(SOc')으로서 결상한다. 본 변형예에서는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 동면(Ep')의 위치에 도 10과 마찬가지의 확산판(Gdf)이 마련되어 있지만, 도 7과 같이 생략하여도 된다.

앞의 수치예와 같이, 광 파이버속(ILF)의 번들 지름이 1mm이고, 축소 결상계(LK1)의 배율(MJ1)이 1/10배인 경우, 확대 결상계(LK2)의 배율(MJ2)은 약 8배로 설정되고, 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)에 형성되는 직경 0.6mm의 광원상(SOb)은, 동면(Ep')에서 직경(φs)이 약 4.8mm의 광원상(SOc')으로 확대된다. 또한, 광 파이버속(ILF)의 번들 지름이 2mm이고, 축소 결상계(LK1)의 배율(MJ1)이 1/5배인 경우, 확대 결상계(LK2)의 배율(MJ2)은 약 4배로 설정되고, 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)에 형성되는 직경 1.2mm의 광원상(SOb)은, 동면(Ep')에서 직경(φs)이 약 4.8mm의 광원상(SOc')으로 확대된다. 일 예로서 동면(Ep')(Ep)의 최대 직경이 8mm인 경우, 광원상(SOc')의 직경(φs)이 4.8mm인 경우의 σ값은, 약 0.6(=4.8/8)된다.

이상의 도 14의 구성에서, 축소 결상계(LK1)의 배율(MJ1)과 확대 결상계(LK2)의 배율(MJ2)은, 광원부(ILS)에서 만들어지는 광원상(SOa')의 치수(직경), 동면(Ep')에 형성하는 광원상(SOc')의 치수(직경), 및 광 파이버속(ILF)의 번들 지름에 따라 적절히 설정된다. 단, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)의 번들 지름과, 입사단(ILFa)에 형성되는 광원상(SOa)의 직경(φs')과, 도 14 중의 평행 평판(SFy, SFz)에 의한 광원상(SOa)의 시프트 범위의 사이에는 소정의 조건이 존재한다. 그것을, 도 15를 참조하여 설명한다.

도 15는, 도 14에 나타낸 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)의 면 내에 형성되는 광원상(SOa)의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이며, Y축과 Z'축은 도 14와 마찬가지로 설정된다. 도 15에서, 광 파이버 소선이 묶인 광 파이버속(ILF)의 주위는, 사선으로 나타낸 차광성의 피복재(튜브)로 덮여 있다. 원형 모양의 입사단(ILFa)의 중심점을 Y축과 Z'축의 교점(Oc)(도 14에서 나타낸 광축(AXs)이 통과하는 원점(Oc)이라고도 함)으로 하고, 입사단(ILFa)의 직경(번들 지름)을 φbd로 한다. 또한, 원형 모양의 직경(φs')의 광원상(SOa)이 입사단(ILFa) 내로부터는 비어져 나오지 않고 위치 시프트 가능한 범위는, 광원상(SOa)의 중심점(Cso)이, 원점(Oc)을 중심으로 한 반경 Rss의 원형의 영역(Cs) 내에 위치하는 범위이다.

도 14에 나타낸 평행 평판(SFy, SFz)의 각 경사각이 초기 상태(광축(AXs)과 수직인 상태)일 때에, 광원상(SOa)의 중심점(Cso)이 원점(Oc)과 일치하는 것으로 하고, 평행 평판(SFy, SFz)의 각 경사각의 조정에 의해서, 광원상(SOa)의 중심점(Cso)이 원점(Oc)으로부터 Y축 방향으로 ΔYs만큼 위치 시프트하고, Z'축 방향으로 ΔZs만큼 위치 시프트하는 것으로 한다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 입사단(ILFa)의 직경(φbd)과 광원상(SOa)의 직경(φs')은, 당연한 전제이지만, φbd>φs'의 관계로 설정된다. 또한, 얼라이먼트계(ALGn)의 광학 특성과 텔레센트릭 오차의 조정 범위(영역(Cs)의 반경 Rss의 길이에 상당)를 고려하여, 광원상(SOa)의 직경(φs')은 직경(φbd)의 0.2~0.8배의 범위로 설정된다. 그리고, 광원상(SOa)의 위치 시프트량 ΔYs, ΔZs의 범위는, φbd>φs'의 전제 조건 하에서,

(φbd－φs')/2≥Rss²=(ΔYs)²＋ΔZs)²

의 관계를 만족하도록 설정된다.

일 예로서, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)의 직경(φbd)을 2mm, 광원상(SOa)의 직경(φs')을 0.4mm로 했을 경우, 영역(Cs)의 반경 Rss의 최대값은 0.8mm가 된다. 이 경우, 도 14에 나타낸 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)에 형성되는 광원상(SOb)도 직경(φs')과 동일하게 0.4mm가 되고, 확대 결상계(LK2)의 배율(MJ2)을 4배로 하면, 얼라이먼트계(ALGn)의 동면(Ep')에 형성되는 광원상(SOc')의 직경(φs')은 1.6mm가 되고, 광원상(SOc')의 중심점의 위치 시프트의 최대 범위는, 최대의 반경 Rss(0.8mm)의 4배의 반경 3.2mm의 원형 영역 내로 된다. 또한, 이 경우의 얼라이먼트계(ALGn)의 동면(Ep')의 실효적인 직경은 8mm~10mm로 설정되어 있다.

이상과 같은 조건의 경우, 도 14 중의 광원부(ILS)의 광원상(SOa')의 직경(φc)은 축소 결상계(LK1)의 배율 MJ1(1/10배)로부터, φc=φs'/MJ1(=4mm)로 된다. 또한, 평행 평판(SFy, SFz)의 경사각은, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)측으로부터 보았을 때, 광원상(SOa')의 중심점이, 광축(AXs)으로부터 최대의 반경 Rss/MJ1(=8mm)의 원형의 범위 내에서 상대적으로 위치 시프트하는 범위에서 조정된다. 즉, 평행 평판(SFy, SFz)의 경사각의 조정폭을 넓게 할 수 있고, 입사단(ILFa)에 형성되는 광원상(SOa), 및 동면(Ep')에 형성되는 광원상(SOc')의 위치 시프트를 정밀하게 실시할 수 있다. 또한, 도 14에서는, 평행 평판(SFy, SFz)을 광원부(ILS)와 축소 결상계(LK1)의 사이에 마련했지만, 평행 평판(SFy, SFz)은 확대 결상계(LK2)와 동면(Ep')와의 사이에 마련해도 된다.

또한, 평행 평판(SFy, SFz)을 생략하고, 광원부(ILS) 자체를 Y축 방향과 Z'축 방향과의 2 차원으로 이동시키는 가동 기구, 혹은 광 파이버속(ILF)의 출사단(ILFb)과 확대 결상계(LK2)를 일체적으로 유지하여, 동면(Ep')을 따른 면 내에서 2 차원으로 이동시키는 가동 기구를 마련해도 된다. 특히, 축소 결상계(LK1)의 배율(MJ1)의 역수를 확대 결상계(LK2)의 배율(MJ2)보다도 크게 해 두고, 축소 결상계(LK1) 측에 마련한 평행 평판(SFy, SFz), 또는 광원부(ILS) 자체를 이동시키는 가동 기구를 이용하면, 얼라이먼트계(ALGn)로부터 광 파이버속(ILF)의 길이 분만큼 떨어진 원격 위치에서, 잔존하는 텔레센트릭 오차의 영향을, 용이하게 또한 정밀하게 개선할 수 있다.

이상의 각 실시 형태나 각 변형예에서는, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)의 검출 시에 생기는 잔존 텔레센트릭 오차에 의한 악영향을 저감하기 위해, 복수의 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 동면(Ep')에 형성되는 광원상(SOb 또는 SOc')을 시프트시켰다. 그 때문에, 복수의 얼라이먼트계(ALGn)(ALG1~ALG7) 각각에 대응하여 배치된 기준 바 부재(RB) 상의 기준 마크(RMn) 각각에 대한 텔레센트릭 오차에 의한 영향이 발생할 수 있다. 그렇지만, 기준 바 부재(RB) 상의 기준 마크(RMn)는, 예를 들면 크롬 등의 금속에 의해 0.1μm 이하(예를 들면, 500Å 정도)의 박막으로서 구성되어 있기 때문에, 잔존한 텔레센트릭 오차의 범위 내에서는, 기준 마크(RMn)의 엣지부의 상질의 열화는 거의 생기지 않는다.

(변형예 3)

도 16은, 앞의 도 7, 도 10에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn)의 변형예에 의한 광학 구성을 모식적으로 나타내는 도면이며, 본 변형예에서는 빔 스플리터(BS1)를 큐브형으로 변경한다. 도 16에서, 직교 좌표계 XtYtZt는 앞의 도 7, 도 10과 동일하게 설정되고, 또한, 도 16 중의 광학 부재나 그 배치 등에 대하여도, 도 7 또는 도 10과 동일한 기능의 것에는 동일한 부호를 붙인다.

도 16에 나타내는 바와 같이, 대물 렌즈계(OBL)와 평면 미러(Mb)와의 사이의 광로 중에는, XtZt면과 평행한 면 내에서의 단면 형상이 5각형의 석영에 의한 제1 프리즘(PSMa)과, 삼각형의 석영에 의한 제2 프리즘을 광 분할면(Bsp)으로 접합시킨 큐브형의 빔 스플리터(BS1)가 배치된다. 프리즘(PSMa)은, 대물 렌즈계(OBL)와 대향한 광축(AXs)과 수직인 투과면(BS1a)과, 광축(AXs)과 평행으로 배치된 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa)과 평행이고 면(BS1a)과 직각인 투과면(BS1c)과, XtZt면 내에서 보았을 때에 광축(AXs)과 수직인 면에 대해서 각도 θe'만큼 기울어진 광 분할면(Bsp)과 Zt 방향에 관하여 광축(AXs)을 사이에 두고 면(BS1c)의 반대측에 위치하는 반사면(BS1b)을 가진다. 또한, 프리즘(PSMb)은, 광 분할면(Bsp)에 대하여는 기울어져 평면 미러(Mb)측에 위치하고, 광축(AXs)과 수직인 투과면(BS1d)을 가진다.

광 분할면(Bsp)의 각도 θe'는, 본 변형예에서는 22.5도로 설정되고, 반사면(BS1b)도, XtZt면 내에서 보았을 때에 광축(AXs)에 대하여 22.5도만큼 기울어져 설정된다. 따라서, 광 분할면(Bsp)에서 반사되는 광축(AXs1)은 광축(AXs)에 대하여 45도가 되고, 반사면(BS1b)에서 반사되는 광축(AXs')은 광축(AXs)과 90도가 된다. 또한, 본 변형예의 빔 스플리터(BS1)의 광 분할면(Bsp)은, 앞의 도 7과 마찬가지로, 대물 렌즈계(OBL)로부터의 조명광(ILb)을 소정의 비율로 투과광과 반사광에 진폭 분할하는 구성이어도 되고, 혹은 앞의 도 10과 마찬가지로, 대물 렌즈계(OBL)로부터의 조명광(ILb)의 파장 분포에 따라 투과 파장 성분과 반사 파장 성분에 파장 분할하는 구성(다이클로익 미러 면)이어도 된다. 또한, 빔 스플리터(BS1)의 광 분할면(Bsp)을 편광 분리면으로 하는 유전체 다층막으로 형성해도 된다. 그 경우, 광원상(SOb, 또는 SOc')을 형성하는 조명광(ILb)은, 서로 직교하는 2개의 직선 편광(P편광과 S편광)을 소정의 조도로 포함하도록 구성된다.

도 16의 구성에서, 빔 스플리터(BS2)는, P편광과 S편광을 포함하는 조명광(ILb)을 반사하여 대물 렌즈계(OBL)에 입사시키고, 대물 렌즈계(OBL)로부터의 조명광(ILb)은, 빔 스플리터(BS1)의 투과면(BS1a)으로부터 입사하여 광 분할면(Bsp)에 도달한다. 광 분할면(Bsp)에 대한 광축(AXs)의 입사각은 각도 90 -θe'이며, 그 입사각에서 광 분할면(Bsp)이 브루스터각(Brewster's angle)이 되도록 설정되어 있으면, 조명광(ILb) 내의 P편광 성분의 광량의 대부분이 투과하여 빔 스플리터(BS1)의 투과면(BS1d)으로부터 사출하고, 평면 미러(Mb)를 거쳐 기판(P) 상에 조사된다. 또한, 조명광(ILb) 내의 S편광 성분은, 그 절반 이상의 광량이 광 분할면(Bsp)에서 반사되어 나머지의 광량이 투과한다.

조사된 조명광(ILb)에 의한 기판(P)(얼라이먼트 마크(MKn))로부터의 결상 광속(반사광)(Bma)에는, P편광 성분과, P편광 성분보다도 적은 광량비의 S편광 성분이 포함된다. 그 결상 광속(Bma)은 빔 스플리터(BS1)를 역진(逆進)하여, 대물 렌즈계(OBL)를 거쳐 빔 스플리터(BS2)에 도달한다. 결상 광속(Bma) 중 P편광 성분은, 빔 스플리터(BS1)의 광 분할면(Bsp)을 거의 투과하고, 결상 광속(Bma) 중 S편광 성분은, 그 절반 이하의 광량만이 투과하여 대물 렌즈계(OBL)에 입사한다.

한편, 빔 스플리터(BS1)의 광 분할면(Bsp)에서 반사된 조명광(ILb)의 S편광 성분은, 빔 스플리터(BS1)의 반사면(BS1b)에서 반사되어, 투과면(BS1c)을 통과하고, 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa)에 조사된다. 조사된 조명광(ILb)에 의한 참조면(RBa)(기준 마크(RMn))로부터의 반사광속(Bmr)(S편광 성분만)은, 빔 스플리터(BS1)를 역진하고, 대물 렌즈계(OBL)를 거쳐 빔 스플리터(BS2)에 도달한다. 이것에 의해서, 기준 마크(RMn)로부터의 반사 광속(Bmr)에 의한 상과, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)로부터의 결상 광속(반사광)(Bma)에 의한 상이 합성되고, 도 7 또는 도 10에 나타낸 촬상 소자(DIS)에 의해서 촬상된다.

본 변형예의 경우, 광원상(SOb 또는 SOc')을 형성하는 조명광(ILb)의 파장 대역은, 예를 들면, 기판(P) 상의 감광층에 대하여 비감광성의 파장역으로 설정된다. 또한, 조명광(ILb)에 포함되는 P편광 성분의 광량과 S편광 성분의 광량은, 각각 개별로 조정 가능하게 해두면 된다. 또한, 본 변형예예서의 빔 스플리터(BS1)의 광 분할면(Bsp)을, 파장 선택성을 가지는 다이클로익 미러 면으로 하는 경우는, 앞의 도 10~도 13에서 설명한 구성과 같이, 조명광(ILb)에 파장 분포 특성을 갖게 하면 된다.

(변형예 4)

도 17은, 도 14에 나타낸 조명계(조명 유닛)(ILU) 내에서 광원상(SOa')을 형성하는 광원부(ILS)의 변형예를 나타낸다. 본 변형예의 광원부(ILS)는, 앞의 도 12에 나타낸 구성과 마찬가지의 LED 광원(LD1), 집광 렌즈계(GS1), 및 다이클로익 미러(DCM)를 구비하고, LED 광원(LD1)은, 예를 들면 480nm보다도 짧은 파장역(예를 들면 청색)에 발광 피크 파장을 가지는 조명광(ILb1)을 다이클로익 미러(DCM)를 향해서 주광선이 평행이 되도록 출력한다. 본 변형예의 광원부(ILS)는, 또한, 소형의 할로겐 램프 또는 방전 램프(이하, 간단하게 램프 광원이라고 함)(LVp), 타원면경(Mh), 미러(Mg), 및 집광 렌즈계(GS2)를 구비하고, 램프 광원(LVp)의 발광점(휘점)(Sv)으로부터의 조명광(ILb2)을, 광축과 수직인 면 내에서의 강도 분포가 고리 띠 모양이 되도록 타원면경(Mh)에서 집광한 후, 미러(Mg)와 집광 렌즈계(GS2)를 거쳐 다이클로익 미러(DCM)를 향해서 출력한다.

다이클로익 미러(DCM)는, 앞의 도 13에 나타낸 파장 특성과 같이, 크로스오버 파장이 약 480nm로 설정되고, LED 광원(LD1)으로부터의 조명광(ILb1)에 대하여는 90% 이상의 반사율을 가지고, 파장이 480nm보다도 긴 파장 대역의 광에 대해서는 90% 이상의 투과율을 가진다. 그 때문에, 램프 광원(LVp)으로부터의 조명광(ILb2)은, 다이클로익 미러(DCM)를 투과한 후에 파장 480nm보다도 긴 파장 대역으로 제한된 광으로 된다. 램프 광원(LVp)의 발광점(휘점)(Sv)은 타원면경(Mh)의 제1 초점에 배치되고, 조명광(ILb2)은 미러(Mg)의 위치, 또는 그 근방의 위치인 제2 초점의 위치에서 집광된 후에 발산하여, 집광 렌즈계(콘덴서 렌즈계)(GS2)에 입사하여, 주광선이 평행한 광속으로 변환된다.

본 변형예의 광원부(ILS)에서는, 다이클로익 미러(DCM)를 투과한 조명광(ILb2)은, 소정의 외경과 내경을 가지는 고리 띠 모양의 강도 분포로 설정되고, 다이클로익 미러(DCM)에서 반사된 조명광(ILb1)은, 조명광(ILb2)의 고리 띠 모양 강도 분포의 내경과 동등, 또는 그 내경보다도 조금 큰 지름의 원형 모양의 강도 분포로 설정된다. 고리 띠 모양 강도 분포의 조명광(ILb2)과 원형 모양 강도 분포의 조명광(ILb1)은, 광축(AXs)을 중심으로 하여 동축에 합성된 조명광(ILb)이 되고, 마이크로·플라이 아이·렌즈계(MFL)에 입사한다. 마이크로·플라이 아이·렌즈계(MFL)는, 다수의 미소 볼록 렌즈 소자(예를 들면, 직경이 0.5mm 이하)를 광축(AXs)과 수직인 면 내에 매트릭스 모양으로 늘어놓은 것이며, 마이크로·플라이 아이·렌즈계(MFL)의 사출면(Epo)은, LED 광원(LD1)의 발광점, 및 램프 광원(LVp)의 발광점(Sv)과 광학적으로 공역인 관계가 되어, 사출면(Epo)에는, 다수의 점 광원상이 원형 영역 내에 매트릭스 모양으로 배치된 2차의 광원상이 형성된다.

사출면(Epo)에 형성되는 광원상으로부터의 조명광(ILb)은, 렌즈계(GS3, GS4)에서 구성되는 축소 릴레이 광학계에 입사하고, 사출면(Epo)과 광학적으로 공역인 면에 축소된 광원상(SOa')이 형성된다. 렌즈계(GS3)와 렌즈계(GS4)의 사이에는 시야 조리개(FAP)가 배치되지만, 그 위치는, 광학적으로는 기판(P)의 표면, 및 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa)과 공역인 관계로 되어 있다. 도 17에 나타낸 광원상(SOa')은, 외경이 반경 Rr2이고 내경이 반경 Rr2'인 고리 띠 모양 분포의 조명광(ILb2)과, 반경 Rr1인 원형 모양 분포의 조명광(ILb1)으로 형성되고, 반경 Rr2'<반경 Rr1<반경 Rr2의 관계로 함으로써, 광원상(SOa')의 면 내에서, 반경 Rr2'과 반경 Rr1과의 사이의 영역에서는 조명광(ILb1)과 조명광(ILb2) 양방이 분포한다.

도 17 중의 광원상(SOa')은 앞의 도 14에 나타낸 광원상(SOa')이 되고, 광원상(SOa')으로부터의 조명광(ILb)은, 평행 평판(SFy, SFz)을 거쳐 축소 결상계(LK1)에 입사한다. 도 17 중의 광원상(SOa')의 광 강도 분포는, 도 14 중의 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)에 축소하여 형성된다. 광 파이버속(ILF)은, 입사단(ILFa)에서의 광 강도 분포의 형상을 보존한 상태(합동 또는 상사(相似)의 상태)에서, 출사단(ILFb)에 광 강도 분포를 전달한다. 따라서, 도 14 중의 확대 결상계(LK2)를 거쳐 동면(Ep')에 형성되는 광원상(SOc')의 광 강도 분포는, 도 17 중의 광원상(SOa)의 광 강도 분포와 상사형이 된다.

또한, 본 변형예에서 생성된 조명광(ILb)(원형 분포의 조명광(ILb1)과 고리 띠 분포의 조명광(ILb2))은, 앞의 도 16(또는 도 10)에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn)의 빔 스플리터(BS2), 대물 렌즈계(OBL)를 거쳐, 파장 선택 특성을 가지는 빔 스플리터(BS1)에 도달한다. 빔 스플리터(BS1)는, 예를 들면, 480nm보다도 긴 파장 대역의 광을 투과하여, 그것보다도 짧은 파장 대역의 광은 반사하므로, 조명광(ILb) 중 고리 띠 분포의 조명광(ILb2)은 광 분할면(Bsp)(다이클로익 미러 면)을 투과하여, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)(또는 회전 드럼(DR)의 외주면(DRs) 상의 기준 패턴)를 낙사 조명한다. 한편, 조명광(ILb) 중 원형 분포의 조명광(ILb1)은 광 분할면(Bsp)에서 반사하여, 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa) 상의 기준 마크(RMn)를 낙사 조명한다.

본 변형예에서는, 대물 렌즈계(OBL)를 거쳐 기판(P) 상에 조사되는 조명광(ILb)(ILb2)이, 이른바 고리 띠 조명이 되어 있으므로, 촬상 소자(DIS)의 촬상면에 형성되는 얼라이먼트 마크(MKn)(또는 회전 드럼(DR) 상의 기준 패턴)의 상의 상질(특히 엣지의 콘트라스트)을 양호하게 하거나, 초점 심도를 넓히거나 할 수 있다. 또한, 앞의 도 12의 구성에서 설명한 것과 마찬가지로, 도 17 중의 집광 렌즈계(GS1, GS2) 각각의 초점 거리(f값)나 광축 방향의 위치를 개별로 가변으로 함으로써, 최종적으로 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL)의 동면(Ep')에 형성되는 조명광(ILb1)에 의한 원형 모양의 면 광원상의 직경(도 17 중의 반경 Rr1에 대응)과 조명광(ILb2)에 의한 고리 띠 모양의 면 광원상의 외경(도 17 중의 반경 Rr2에 대응)을 개별로 조정할 수 있다.

(변형예 5)

도 18은, 앞의 도 12, 도 17에 적용되는 광원부(ILS) 중, 다이클로익 미러(DCM) 부근의 변형예를 나타낸다. 본 변형예에서는, 앞의 도 7, 도 14에서 나타낸 평행 평판(SFy, SFz)을, 조명광(ILb1)을 집광 또는 콜리메이트하는 집광 렌즈계(GS1)와 다이클로익 미러(DCM)와의 사이의 광로 중, 및, 조명광(ILb2)을 집광 또는 콜리메이트하는 집광 렌즈계(GS2)와 다이클로익 미러(DCM)와의 사이의 광로 중에 배치한다. 이것에 의해서, 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)에 형성되는 조명광(ILb1)(단파장 대역)에 의한 광원상과, 조명광(ILb2)(장파장 대역)에 의한 광원상을, Y축 방향과 Z'축 방향으로 개별로 위치 시프트시킬 수 있다. 따라서, 본 변형예에 의하면, 얼라이먼트계(ALGn)의 빔 스플리터(BS1)에 파장 선택성을 갖게하는 구성과의 조합에 의해, 대물 렌즈계(OBL)와 기판(P)의 표면과의 사이의 텔레센트릭 오차에 의한 영향과, 대물 렌즈계(OBL)와 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa)과의 사이의 텔레센트릭 오차에 의한 영향을 독립하여 보정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 앞의 도 7 또는 도 14에서 나타낸 평행 평판(SFy, SFz)에 의해서, 대물 렌즈계(OBL)와 기판(P)의 표면과의 사이의 텔레센트릭 오차에 의한 영향을 보정한 후, 그 보정에 의해서 부차적으로 생길 수 있는 대물 렌즈계(OBL)와 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa)과의 사이의 텔레센트릭 오차에 의한 영향을, 집광 렌즈계(GS1)와 다이클로익 미러(DCM)와의 사이에 마련되어 조명광(ILb1)을 투과하는 평행 평판(SFy, SFz)에 의해서 보정해도 된다. 그 경우는, 도 18 중의 집광 렌즈계(GS2)와 다이클로익 미러(DCM)와의 사이의 조명광(ILb2)을 투과하는 평행 평판(SFy, SFz)을 생략할 수 있다.

(변형예 6)

또한, 도 10, 도 16과 같은 얼라이먼트계(ALGn)의 빔 스플리터(BS1)의 광 분할면(Bsp)을 편광 분리면으로 하고, 기판(P)의 표면에 조사되는 조명광(ILb)과 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa)에 조사되는 조명광(ILb)을, 직교한 P편광 성분과 S편광 성분으로 분리하는 경우도, 평행 평판(SFy, SFz)의 배치를 바꿈으로써, 얼라이먼트계(ALGn)의 기판(P)에 대한 텔레센트릭 오차에 의한 영향과, 기준 바 부재(RB)에 대한 텔레센트릭 오차에 의한 영향을 개별로 보정할 수 있다.

도 19는, 예를 들면, 앞의 도 14에 나타낸 광원부(ILS)의 변형예를 나타내는 도면이며, 도 19의 광원부(ILS)를 이용하는 경우, 앞의 도 7, 도 10, 도 16 각각에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn)의 빔 스플리터(BS2)는 진폭 분할형으로 설정되고, 빔 스플리터(BS1)의 광 분할면(Bsp)은 편광 분리면으로 되어, 낙사 조명의 조명광(ILb)에 포함되는 P편광 성분은 광 분할면(Bsp)을 투과하고, S편광 성분은 광 분할면(Bsp)에서 반사되도록 구성된다. 도 19에서, 고체 광원(반도체 레이저 광원, LED 광원 등)으로부터의 원 편광의 광속(ILo)은, 진폭 분할형의 빔 스플리터(BS4)에 입사한다. 빔 스플리터(BS4)를 투과한 원 편광의 광속(ILo)은, 파장판(1/4λ 판)(QWP)을 투과하여, 직선 S편광의 조명광(ILb1)에 변환되고, 미러(MJa)로 직각으로 절곡되고 나서, 평행 평판(SFz, SFy)을 통과하여, 편광 빔 스플리터(BS5)에 입사한다. 직선 S편광의 조명광(ILb1)은, 편광 빔 스플리터(BS5)의 편광 분리면에서 90% 이상의 반사율로 직각으로 반사되고, 광원상(SOa')으로서 집광된다.

한편, 빔 스플리터(BS4)에서 직각으로 반사된 원 편광의 광속(ILo)은, 파장판(1/2λ 판, 또는 2매의 1/4λ 판)(HWP)을 투과하고, 직선 P편광의 조명광(ILb2)으로 변환된 후, 평행 평판(SFz, SFy)을 통과하여 미러(MJb)에서 직각으로 반사된 후, 편광 빔 스플리터(BS5)에 입사한다. 직선 P편광의 조명광(ILb2)은, 편광 빔 스플리터(BS5)의 편광 분리면을 90% 이상의 투과율로 직진하고, 광원상(SOa')으로서 집광된다. 본 변형예에서도, 직선 S편광의 조명광(ILb1)과 직선 P편광의 조명광(ILb2)을 포함하는 광원상(SOa')으로부터의 조명광(ILb)은, 앞의 도 14에 나타낸 축소 결상계(LK1)를 거쳐 광 파이버속(ILF)의 입사단(ILFa)에 입사하고, 최종적으로 얼라이먼트계(ALGn)의 동면(Ep')에 광원상(SOc')으로 되어 형성된다.

동면(Ep')에 형성되는 광원상(SOc')에는 P편광 성분과 S편광 성분이 포함되어 있지만, P편광 성분의 광원상(SOc')은, 도 19 중의 조명광(ILb2)의 광로 중에 배치된 평행 평판(SFz, SFy)의 경사각의 조정에 의해서 동면(Ep') 내에서 2 차원으로 위치 시프트할 수 있어 기판(P)의 표면에 대한 텔레센트릭 오차에 의한 영향을 보정할 수 있다. 또한, S편광 성분의 광원상(SOc')은, 도 19 중의 조명광(ILb1)의 광로 중에 배치된 평행 평판(SFz, SFy)의 경사각의 조정에 의해서 동면(Ep') 내에서 2 차원으로 위치 시프트할 수 있어 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa)에 대한 텔레센트릭 오차에 의한 영향을 보정할 수 있다. 또한, 도 14와 같이, 광원상(SOa')과 축소 결상계(LK1)와의 사이에 평행 평판(SFz, SFy)을 마련해 두는 경우는, 도 19에 나타낸 조명광(ILb1)의 광로 중에 배치된 평행 평판(SFz, SFy)과 조명광(ILb2)의 광로 중에 배치된 평행 평판(SFz, SFy) 중 어느 일방은 생략해도 된다.

(변형예 7)

도 20은, 앞의 도 7, 도 10, 도 16 중 어느 얼라이먼트계(ALGn)(n=1~7) 각각에 조명광(ILb)을 공급하기 위해, 앞의 도 14의 구성에 의한 도광 부재를 이용했을 경우의 조명계(ILU)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 본 변형예에서는, 7개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG7) 각각에 공급되는 조명광(ILb)을, 1개의 광원부(LPO)로부터의 광을 분배하는 광 분배부(BDU)를 거쳐 얻도록 한다. 도 20에서, 7개의 얼라이먼트계(ALG1~ALG7)는 동일한 구성이므로, 대표하여 얼라이먼트계(ALG1)의 개략 구성만을 설명하고, 다른 얼라이먼트계(ALG2~ALG7)에 대한 상세 구성의 설명은 생략한다. 광원부(LPO)는, 고휘도의 수은 방전 램프나 할로겐 램프 등을 포함하고, 광 분배부(BDU)는 진폭 분할형의 복수의 빔 스플리터와 복수의 미러에 의해서, 광원부(LPO)로부터의 광속을 동일한 강도의 8개의 광속으로 분할한다.

광 분배부(BDU)에서 분할된 8의 광속 각각은, 광 파이버속(FB1~FB8)에 공급되고, 그 안의 7개의 광 파이버속(FB1~FB7)은, 각각, 도 14 중에 나타낸 축소 결상계(LK1)에 공급된다. 또한, 도 20에서, 광 파이버속(FB8)은 예비로서 마련되고, 통상은 사용되지 않는다. 광 파이버속(FB1~FB7) 각각의 출사단에 형성되는 광원상은, 도 14에 나타낸 광원부(ILS)의 광원상(SOa')에 상당하고, 광 파이버속(FB1~FB7) 각각으로부터의 광속(조명광(ILb))은, 각각 축소 결상계(LK1), 평행 평판(SFz, SFy)을 거쳐 광 파이버속(ILF)에 입사하고, 추가로 확대 결상계(LK2)를 거쳐 얼라이먼트계(ALG1~ALG7) 각각의 동면(Ep')에 광원상(SOc')으로서 집광된다.

본 변형예에서는, 광원부(LPO)로서 수은 방전 램프나 할로겐 램프를 이용했을 경우, 광원부(LPO)로부터의 광속(조명광(ILb))의 파장 특성은, 예를 들면 파장 480nm보다도 짧은 파장 대역과 긴 파장 대역에 강도 분포를 가지므로, 얼라이먼트계(ALG1~ALG7) 각각의 빔 스플리터(BS1)의 광 분할면(Bsp)에 파장 선택 특성을 갖게 함으로써, 기판(P)의 표면(얼라이먼트 마크(MKn))을 낙사 조명하는 조명광(ILb)과, 기준 바 부재(RB)의 참조면(RBa)(기준 마크(RMn))를 낙사 조명하는 조명광(ILb)과의 강도를 개별로 조정할 수도 있다. 그 때문에, 예를 들면, 앞의 도 7, 도 10, 도 16에 나타낸 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 빔 스플리터(BS1)와 기준 바 부재(RB)와의 사이에, 감광 필터(ND필터)나 전기적으로 투과율을 조정할 수 있는 액정 셔터 등을 마련해도 된다. 또한, 얼라이먼트계(ALGn) 각각의 빔 스플리터(BS1)와 평면 미러(Mb)와의 사이에, 예를 들면, 파장 400nm(감광층에 대하여 비감광인 파장)보다도 짧은 파장 대역의 광을 차단하는 파장 필터를 마련해도 된다.

또한, 도 20에서는, 축소 결상계(LK1)와 확대 결상계(LK2)와 광 파이버속(ILF)으로 구성되는 도광 부재를 이용했지만, 광 파이버속(FB1~FB7) 각각의 출사단을 얼라이먼트계(ALG1~ALG7)의 각 동면(Ep')의 위치 또는 그 근방 위치에 직접 배치해도 된다. 그 경우, 텔레센트릭 오차에 대한 보정은, 광 파이버속(FB1~FB7) 각각의 입사단에 조사되는 광속(조명광(ILb))과 입사단과의 상대적인 위치를 가로 시프트시키기 위해 경사 가능한 투과성의 평행 평판을 광 분배부(BDU) 내에 마련함으로써 가능하게 된다. 그 경우, 광 파이버속(FB1~FB7)은, 그 출사단에 형성되는 광속(조명광(ILb))의 강도 분포가 입사단에 형성되는 광속의 강도 분포의 형상을 보존하는 타입으로 설정된다.

또한, 도 20의 광 분배부(BDU)에서는, 광원부(LPO)로부터의 광속을 8 분할(짝수 분할)하도록 설정하였는데, 이것은, 복수의 진폭 분할형의 빔 스플리터 각각의 반사율과 투과율을 50%로 할 수 있음과 아울러, 분할된 광속 각각의 강도를 동일하게 할 수 있기 때문이다. 또한, 광 분배부(BDU) 내에는, 광 파이버속(FB1~FB7) 각각에 입사하는 광속의 파장 대역을, 400~700nm 정도로 제한하는 밴드 패스 필터를 마련해도 된다.

(제3 실시 형태)

도 21은, 제3 실시 형태에 의한 얼라이먼트계(ALGn)와 조명계(조명 유닛)(ILU)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시의 형태에서는, 얼라이먼트계(ALGn)의 대물 렌즈계(OBL)의 동면(Ep')에 형성하는 광원상(SOb)의 위치를 가로 시프트 시키기 위한 구성으로서 2매의 회전 가능한 쐐기 프리즘(DP1, DP2)을 이용한다. 도 21에서, 앞의 도 7, 도 10, 또는 도 16에 나타낸 부재와 동일한 기능의 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있으므로, 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 기준 바 부재(RB)의 기준 마크(RMn)를 검출하지 않는 구성으로 하기 때문에, 기판(P)과 대물 렌즈계(OBL)의 사이에 배치되는 빔 스플리터(BS1)는 생략되어 있다.

도 21의 얼라이먼트계(ALGn)는, 기판(P)측으로부터, 평면 미러(Mb), 대물 렌즈계(OBL), 빔 스플리터(BS2), 결상용 렌즈계(Gb), 및 촬상 소자(DIS)를 구비하고, 기판(P) 상의 얼라이먼트 마크(MKn)의 확대상이 촬상 소자(DIS)의 촬상면(Pis)에 결상된다. 본 실시의 형태에서의 조명계(ILU)는, 광원부(ILS)에서 생성된 광원상(SOa)을, 대물 렌즈계(OBL)의 동면(Ep')에 광원상(SOb)으로서 결상하는 릴레이 렌즈계(G10, G11)를 구비한다. 렌즈계(G10)와 렌즈계(G11)와의 광축(AXj) 방향의 사이에는, 시야 조리개판(FAP)이 배치되고, 렌즈계(G10)는 시야 조리개판(FAP)을 텔레센트릭으로 케일러 조명한다. 시야 조리개판(FAP)은, 렌즈계(G11), 빔 스플리터(BS2), 평면 미러(MJc), 대물 렌즈계(OBL), 평면 미러(Mb)에 의해서, 기판(P)의 표면과 공역인 관계(결상 관계)가 되도록 설정된다. 시야 조리개판(FAP)의 직사각형의 개구부(투명부)를 통과한 조명광(ILb)은, 기판(P) 상의 검출 영역(관찰 시야)(ADn)을 균일한 조도 분포로 조명한다. 즉, 기판(P) 상의 검출 영역(관찰 시야)(ADn)의 형상은, 시야 조리개판(FAP)의 직사각형의 개구부(투명부)의 형상과 유사하게 되어 있다.

또한 본 실시의 형태에서는, 조명계(ILU)의 렌즈계(G10)와 시야 조리개판(FAP)과의 사이에, 릴레이 렌즈계(G10, G11)의 광축(AXj)을 중심으로 하여 360도 회전 가능한 2매의 쐐기 프리즘(DP1, DP2)(꼭지각이 동일함)이 광축(AXj)을 따라 배치된다. 쐐기 프리즘(DP1, DP2)은, 예를 들면, 도 22에 과장하여 나타내는 바와 같이, 각각의 회전 각도를 조정하는 것에 의해서, 렌즈계(G10)의 본래의 광축(AXj)을 광축(AXj')과 같이, 임의의 방향으로 미소량 기울일 수 있다. 도 22에서, 쐐기 프리즘(DP1)의 렌즈계(G10)측의 입사면(DP1a)은, 광축(AXj)과 수직으로 설정되고, 출사 면(DP1b)은 광축(AXj)과 수직인 면에 대해서 기울어진 경사면으로 설정되고, 입사면(DP1a)과 출사면(DP1b)이 꼭지각을 이루고 있다. 마찬가지로, 쐐기 프리즘(DP2)의 쐐기 프리즘(DP1)측의 입사면(DP2a)은, 광축(AXj)과 수직인 면에 대하여 기울어진 경사면으로 설정되고, 출사면(DP2b)은 광축(AXj)과 수직으로 설정되고, 입사면(DP2a)과 출사면(DP2b)이 꼭지각을 이루고 있다.

그 때문에, 쐐기 프리즘(DP1, DP2) 각각의 회전 각도 위치를 바꾸는 것에 의해서, 쐐기 프리즘(DP2)으로부터 일정 거리(Lxx)의 위치에서, 광축(AXj')을, 본래의 광축(AXj)을 중심으로 하는 원(Cdp) 내의 임의의 위치를 지나도록 경사시킬 수 있다. 따라서, 도 21에 나타낸 시야 조리개판(FAP)을 조사하는 조명광(ILb)의 주광선은, 쐐기 프리즘(DP1, DP2)에 의해서, 본래의 광축(AXj)에 대하여 기울일 수 있고, 동면(Ep')에 형성되는 광원상(SOb)을 가로 시프트시킬 수 있다. 시야 조리개판(FAP)의 개구부와 기판(P)의 표면은 공역 관계로 설정되어 있으므로, 기판(P) 상의 검출 영역(ADn)을 조명하는 조명광(ILb)의 주광선을 대물 렌즈계(OBL)의 광축(AXs)에 대하여 경사시킬 수 있어, 얼라이먼트계(ALGn)의 잔류한 텔레센트릭 오차를 보정할 수 있다. 본 실시의 형태에서는, 조명계(조명 유닛)(ILU)의 광축(AXj)을 기울이는 쐐기 프리즘(DP1, DP2)이, 대물 광학계(OBL)의 동면(Ep') 내에서 광원상(SOb)을 가로 시프트시키는 조정 기구에 상당한다.

또한, 도 21에서, 빔 스플리터(BS2)의 위치를, 광축(AXs)을 따라 대물 렌즈계(OBL)로부터 멀어지는 방향으로 바꾸면, 동면(Ep, Ep')은, 큐브형의 빔 스플리터(BS2)의 내부의 위치, 또는 빔 스플리터(BS2)의 대물 렌즈계(OBL)측의 면의 근방의 위치과 겹쳐져 형성된다. 도 21과 같이, 빔 스플리터(BS2)의 전에 어떠한 렌즈계(G10, G11)가 배치되는 경우, 예를 들면, 앞의 도 14와 같이 확대 결상계(LK2)가 마련되는 경우는, 빔 스플리터(BS2)의 광축(AXs) 방향의 위치를 바꾸어, 동면(Ep, Ep')을 빔 스플리터(BS2)와 대물 렌즈계(OBL)와의 사이에 겹쳐서 형성할 수 있다. 또한, 도 21에서는, 조명계(ILU) 내의 기판(P)의 표면과 공역인 위치에 시야 조리개판(FAP)을 마련했지만, 시야 조리개판(FAP)은 생략해도 상관없다.

도 21, 도 22에서는, 조정 기구로서 2개의 쐐기 프리즘(DP1, DP2)만을 마련했지만, 추가로 더 1세트의 쐐기 프리즘(2개)을 광로를 따라 추가해도 된다. 1세트의 쐐기 프리즘(DP1, DP2)만의 회전 조정으로는, 광축(AXj')의 기울기 방위의 설정이 극좌표 기준으로 행해지는데 대하여, 2세트 째의 쐐기 프리즘(2개)을 추가하는 것(합계 4매의 쐐기 프리즘)에 의해, 광축(AXj')축의 기울기 방위의 설정을 직교 좌표 기준으로 행할 수 있어 취급이 용이하게 됨과 아울러, 꼭지각의 공차(오차)에 의해 조정 불능이 되는 영역을 저감시킬 수 있다. 또한, 2세트의 쐐기 프리즘 세트(2개)를 이용한 광축의 각도 조정 기구는, 앞의 도 1에 나타낸 광원 장치(펄스 광원 장치)(LS)로부터 사출되는 빔의 광로 중에 마련할 수도 있다.

이상의 각 실시 형태나 각 변형예에서는, 얼라이먼트계(ALGn)는 복수(2 이상)를 상정했지만, 단일이어도 된다. 또한, 얼라이먼트계(ALGn)는, 노광 장치 이외에, 잉크젯 방식 등으로 정밀한 패턴이 묘화 가능한 인쇄 장치, 기판(P) 상에 형성된 패턴을 검사하는 검사 장치, 형성된 패턴의 일부를 레이저 빔 등으로 제거, 수정, 수복하는 가공 장치에 대해도 마찬가지로 설치 가능하다. 또한, 얼라이먼트계(ALGn)에 의한 관찰 대상은, 기판(P) 상에 설치된 얼라이먼트 마크(기판 마크)에 한정되지 않고, 임의의 패턴(예를 들면, 해상력 차트의 라인＆스페이스 패턴, 겹침 오차를 확인하기 위한 BOX in BOX 패턴, 실제의 디바이스용의 일부의 패턴)이어도 된다.

ADn, ARn: 검출 영역
ALGn: 얼라이먼트계
AXs, AXs', AXj: 광축
BS1, BS2: 빔 스플리터
Bsp: 광 분할면
DIS: 촬상 소자
DP1, DP2: 쐐기 프리즘
Ep, Ep': 동면
EX: 패턴 묘화 장치
Gb: 결상용 렌즈계
ILb: 조명광
ILF: 광 파이버속
ILS: 광원부
ILU: 조명계, 조명 유닛
MKn: 얼라이먼트 마크
OBL: 대물 렌즈계
P: 기판
RMn: 기준 마크
SFy, SFz: 평행 평판
SOa, SOa', SOb, SOb', SOc': 광원상
Un: 묘화 유닛(패턴 형성 기구)

Claims (15)

1. 제1 방향으로 이동하는 기판 상(上)의 소정 영역에 패턴을 형성하는 패턴 형성 기구와, 상기 기판 상에 형성된 마크를 검출하는 마크 검출 기구를 구비한 패턴 형성 장치로서,
   상기 마크 검출 기구는,
   상기 기판 상에 설정된 검출 영역 내에 조명광을 투사함과 아울러, 상기 검출 영역 내에서 발생하는 반사광을 입사하는 대물 광학계와, 상기 대물 광학계에 입사한 상기 반사광에 의해서 생성되는 상기 검출 영역 내의 상(像)을 검출하는 상 검출계와, 상기 검출 영역을 상기 조명광으로 낙사(落射) 조명하기 위해서, 상기 대물 광학계와 상기 상 검출계와의 사이의 광로 중에 배치되는 광 분할기를 갖고,
   상기 광 분할기를 향하여 상기 조명광을 투사하여, 상기 대물 광학계의 동면(瞳面)에 상기 조명광의 광원상(光源像)을 형성하는 조명계와,
   상기 대물 광학계의 상기 동면 내에 형성되는 상기 광원의 위치를 변화시키는 조정 기구를 구비하는, 패턴 형성 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 조명계는,
   광원으로부터 발생하는 상기 조명광을 집광하여 상기 광원상을 형성하는 집광 렌즈계를 포함하는 광원부와,
   상기 대물 광학계의 상기 동면에 상기 광원상을 릴레이하는 도광 부재를 갖고,
   상기 조정 기구는, 상기 도광 부재의 입사단(入射端)에 형성되는 상기 광원상의 위치를 상기 입사단의 면 내에서 조정하여, 상기 대물 광학계의 상기 동면 내에 형성되는 상기 광원상의 위치를 변화시키는, 패턴 형성 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 도광 부재는, 상기 입사단에 형성되는 상기 광원상의 강도 분포를 상기 도광 부재의 출사단(出射端)에 동일한 강도 분포를 보존하여 전송하는 광 파이버속(fiber 束)인, 패턴 형성 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 도광 부재는,
   상기 광원상을 상기 광 파이버속의 상기 입사단에 축소하여 형성하는 축소 결상계와, 상기 광 파이버속의 상기 출사단에 전송된 상기 광원상을 상기 대물 광학계의 상기 동면 내에 확대하여 형성하는 확대 결상계를 포함하는, 패턴 형성 장치.
5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 조정 기구는, 상기 도광 부재의 상기 입사단을 향하는 상기 조명광을 투과시킴과 아울러, 상기 조명광의 진행 방향을 가로 시프트 시키는 경사 가능한 평행 평판을 갖는, 패턴 형성 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 평행 평판은, 상기 조명광의 진행 방형을 따라 늘어서 배치되는 제1 평행 평판과 제2 평행 평판으로 구성되고, 상기 제1 평행 평판의 경사 방향과 상기 제2 평행 평판의 경사 방향을 직교시킨, 패턴 형성 장치.
7. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 조정 기구는, 상기 도광 부재의 상기 입사단에 형성되는 상기 광원상의 위치를 상기 입사단의 면 내에서 변화시키기 위해, 상기 도광 부재의 상기 입사단과 상기 조명계를 상대적으로 미동(微動)시키는 미동 기구로 구성되는, 패턴 형성 장치.
8. 제1 방향으로 이동하는 기판 상(上)의 소정 영역에 전자 디바이스용 패턴을 형성하는 패턴 형성 장치로서,
   상기 기판을 지지하여 상기 제1 방향으로 이동시키는 기판 지지 기구와,
   상기 제1 방향으로 이동하는 상기 기판의 상기 소정 영역에 상기 패턴을 형성하는 패턴 형성 기구와,
   상기 기판 상에 형성된 기판 마크를, 상기 기판의 이동에 관하여 상기 패턴 형성 기구의 상류측에 배치된 검출 영역 내에서 광학적으로 검출하기 위해, 상기 검출 영역을 향하여 조명광을 낙사 조명함과 아울러, 상기 검출 영역 내에 나타나는 상기 기판 마크로부터의 반사광이 입사하는 대물 광학계와, 상기 대물 광학계로부터의 상기 반사광이 입사하여 상기 기판 마크의 상(像)을 검출하는 상 검출계와, 상기 대물 광학계와 상기 상 검출계의 사이에 배치되고, 상기 조명광을 상기 대물 광학계를 향함과 아울러 상기 대물 광학계로부터의 상기 반사광을 상기 상 검출계를 향하는 광 분할계를 갖는 얼라이먼트계와,
   상기 광 분할계를 향하여 상기 조명광을 투사하여, 상기 대물 광학계의 동면에 상기 조명광의 광원상을 형성하는 조명계와,
   상기 대물 광학계의 상기 동면과 상기 광원상과의 상대 위치를 상기 동면의 면 내에서 시프트시키는 조정 기구를 구비한, 패턴 형성 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 조명계는,
   광원으로부터 발생하는 상기 조명광을 집광하여 상기 광원상을 형성하는 집광 렌즈계를 포함하는 광원부와,
   상기 대물 광학계의 상기 동면에 상기 광원상의 강도 분포를 보존하여 릴레이하는 도광 부재를 갖는, 패턴 형성 장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 도광 부재는, 상기 광원부로부터의 상기 조명광을 입사하는 입사단과 상기 조명광을 출사하는 출사단을 갖고, 상기 입사단에 형성되는 상기 광원상의 강도 분포를 보존하여 상기 출사단에 전송하는 광 파이버속을 포함하는, 패턴 형성 장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 조정 기구는, 상기 광 파이버속의 상기 입사단을 향하는 상기 조명광을 투과시킴과 아울러, 상기 조명광의 진행 방향을 가로 시프트시키는 경사 가능한 평행 평판을 갖는, 패턴 형성 장치.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 평행 평판은, 상기 조명광의 진행 방향을 따라 나란히 배치되는 제1 평행 평판과 제2 평행 평판으로 구성되고, 상기 제1 평행 평판의 경사 방향과 상기 제2 평행 평판의 경사 방향을 직교시킨, 패턴 형성 장치.
13. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 조정 기구는, 상기 광원상을 상기 동면 내에서 가로 시프트시키도록, 상기 도광 부재의 상기 조명광의 입사측과 상기 조명계를 상대적으로 미동시키는 미동 기구로 구성되는, 패턴 형성 장치.
14. 청구항 8에 있어서,
    상기 조명계는, 광원부의 광원으로부터 발생하는 상기 조명광을 집광하여 상기 대물 광학계의 상기 동면에 상기 광원상을 형성하는 릴레이 렌즈계를 구비하고,
    상기 조정 기구는, 상기 릴레이 렌즈계의 사이에 형성되는 상기 기판의 표면과 공역(共役)인 면을 통과하는 상기 조명광의 주광선을 기울이는 쐐기 프리즘으로 구성되는, 패턴 형성 장치.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 쐐기 프리즘은, 상기 릴레이 렌즈계의 광축을 따라 늘어서 배치되는 제1 쐐기 프리즘과 제2 쐐기 프리즘을 포함하고,
    상기 제1 쐐기 프리즘과 상기 제2 쐐기 프리즘은, 각각 상기 릴레이 렌즈계의 광축 둘레로 회전 가능하게 구성되는, 패턴 형성 장치.

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