TWI714745B - 光束掃描裝置及圖案描繪裝置 - Google Patents

光束掃描裝置及圖案描繪裝置 Download PDF

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TWI714745B
TWI714745B TW106110234A TW106110234A TWI714745B TW I714745 B TWI714745 B TW I714745B TW 106110234 A TW106110234 A TW 106110234A TW 106110234 A TW106110234 A TW 106110234A TW I714745 B TWI714745 B TW I714745B
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鈴木智也
加藤正紀
木內徹
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日商尼康股份有限公司
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
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Abstract

本發明之將藉由反射面之角度會變化之多面鏡(PM)而偏向之光束(LBn)投射至基板(P)之掃描單元(Un)具備：再反射光學系統(CY2、M10)，其反射最初於多面鏡(PM)反射之第1反射光束(LBn)而產生朝向多面鏡(PM)之第2反射光束(LBn)，並且於與多面鏡(PM)之偏向方向交叉之非偏向方向上使第2反射光束(LBn)收斂；及掃描用光學系統(FT、CY3)，其入射第2反射光束(LBn)於多面鏡(PM)再次反射所得之第3反射光束(LBn)並朝向基板(P)射出。

Description

光束掃描裝置及圖案描繪裝置
本發明係關於一種掃描照射至對象物之被照射面上之光束之光點之光束掃描裝置、及使用此種光束掃描裝置來描繪曝光既定之圖案之圖案描繪裝置。
一直以來，已知作為事務用之高速印表機，為了將雷射光束之光點投射至感光鼓等被照射體(對象物)，且一面藉由旋轉多面鏡使光點於一維方向進行主掃描，一面使被照射體於與主掃描線方向正交之副掃描方向移動，從而於被照射體上描繪所需之圖案或圖像(文字、圖形、照片等)，例如使用如下文所示之日本特開昭61-7818號公報之光掃描裝置。
於該日本特開昭61-7818號公報中揭示，設置以旋轉軸為中心旋轉之具有偏向反射面之旋轉多面鏡、及以稜線與旋轉軸正交之方式與偏向反射面對向之2片修正用平面鏡，使向旋轉多面鏡之偏向反射面之入射光束於與修正用平面鏡之間往返一次而作為掃描光束向掃描面引導，藉此對因偏向反射面之面傾斜等導致之掃描線之變形進行光學修正。於日本特開昭61-7818號公報中，以向包含旋轉軸且與2片修正用平面鏡之稜線正交之平面之掃描光束之投影像與和旋轉軸正交之平面所成之角度(射出角 度)成為5°~15°之方式設定2片修正用平面鏡之配置及入射光束之入射角。
如日本特開昭61-7818號公報之第2圖(或第8圖至第10圖)所示，於將最初入射至旋轉多面鏡之偏向反射面之光束、及於2片修正用平面鏡反射而第二次入射至旋轉多面鏡之偏向反射面之光束於旋轉軸之方向上設為偏向反射面上之相同位置之情形時，2片修正用平面鏡所成之角度(夾角β)成為未達90°之銳角。於此情形時，若旋轉多面鏡之偏向反射面相對於與旋轉軸平行之面傾斜，則於2片修正用平面鏡反射而返回至旋轉多面鏡之偏向反射面之光束相對於最初入射至旋轉多面鏡之偏向反射面之光束之位置會於旋轉軸之方向上大幅地位移。因此，必須預先確保旋轉多面鏡之偏向反射面之旋轉軸方向之尺寸以應對該位移。由此，旋轉多面鏡之輕量化產生限制，旋轉多面鏡之旋轉速度之上限受到制約。
本發明之第1態樣係一種光束掃描裝置，其係將藉由反射面之角度會變化之可動反射構件而偏向之光束投射至被照射體者，且具備：再反射光學系統，其具備第1光學構件，該第1光學構件反射最初於上述可動反射構件反射之第1反射光束而產生朝向上述可動反射構件之第2反射光束，並且於與藉由上述可動反射構件產生之上述光束之偏向方向交叉之非偏向方向上使上述第2反射光束收斂；及掃描用光學系統，其入射上述第2反射光束於上述可動反射構件再次反射所得之第3反射光束並朝向上述被照射體射出。
本發明之第2態樣係一種光束掃描裝置，其係將藉由具有反 射面之朝向互不相同之複數個反射面之可動反射構件而偏向之光束投射至被照射體者，且具備：再反射光學系統，其入射於上述可動反射構件之第1反射面反射所得之第1反射光束，而產生朝向上述可動反射構件之與上述第1反射面不同之第2反射面前進之第2反射光束；及掃描用光學系統，其入射於上述可動反射構件之上述第2反射面反射之第3反射光束並投射至上述被照射體。
本發明之第3態樣係一種圖案描繪裝置，其在使基板於既定之方向移動之狀態下，使用本發明之第1態樣或第2態樣之上述光束掃描裝置，將上述光束投射至作為上述被照射體之上述基板上，且使上述光束於與上述既定之方向交叉之主掃描方向掃描，藉此於上述基板上描繪圖案。
10‧‧‧器件製造系統
12‧‧‧基板搬送機構
14‧‧‧光源裝置
14a‧‧‧控制電路
16‧‧‧描繪頭
18‧‧‧控制裝置
20‧‧‧多面鏡驅動控制部
22‧‧‧AOM驅動控制部
24‧‧‧控制器
AM1~AM4、AMm‧‧‧對準顯微鏡
AOM1~AOM6‧‧‧選擇用光學元件
AX1、AX2、AX3、AX4、AXa、AXb、AXf、AXf1、AXf2‧‧‧光軸
AXo‧‧‧中心軸
AXp‧‧‧旋轉軸
BDU‧‧‧光束切換部
Cg‧‧‧旋轉(振動)中心軸
CY1、CY2、CY3、CYa~CYd‧‧‧柱面透鏡
DR‧‧‧轉筒
DO‧‧‧遮光板
E‧‧‧設置面
ECV‧‧‧調溫腔室
EN1a~EN3a、EN1b~EN3b‧‧‧編碼器頭
ep‧‧‧光瞳面
EPC‧‧‧邊緣位置控制器
EX‧‧‧曝光裝置
fa‧‧‧前側焦點之距離
fb‧‧‧後側焦點之距離
FT、FT1‧‧‧f θ透鏡
FT2‧‧‧成像透鏡
G1‧‧‧聚光透鏡
G2a、G2b‧‧‧準直透鏡
G20、G30、G31、G50‧‧‧中繼透鏡系統
G50a、G50b‧‧‧透鏡系統
GM‧‧‧檢流計鏡
HF1~HF6‧‧‧驅動訊號(高頻訊號)
IM1~IM6‧‧‧入射鏡
LB、LBn、LB1~LB6‧‧‧光束
LB1a‧‧‧入射光束
LB1b‧‧‧第1反射光束
LB1c‧‧‧第2反射光束
LB1d‧‧‧第3反射光束
LTC‧‧‧時脈訊號
Lx1、Lx2、Lx3、Lx4‧‧‧方位線
M1~M3、M10、M11、M12、M20、M30、M50、M51、M52、M60、M61、MRa、MRb‧‧‧反射鏡
m10‧‧‧第1反射面
m11‧‧‧第2反射面
MK1~MK4‧‧‧對準用標記
OP1~OP6‧‧‧原點感測器
opa‧‧‧光束送光系統
opb‧‧‧光束受光系統
P‧‧‧基板
p1、p2‧‧‧面
PBS、PBS1、PBS2‧‧‧偏振分光鏡
PM‧‧‧多面鏡
Po‧‧‧基準面
Poc‧‧‧中心面
PR1、PR2‧‧‧製程裝置
QP、QP1、QP2‧‧‧λ/4波片
Qs‧‧‧偏振分離面
R1~R3‧‧‧驅動滾筒
RM1~RM6‧‧‧旋轉驅動源
RP、RPa、RPb‧‧‧反射面
RT1、RT2‧‧‧張力調整滾筒
SDa、SDb‧‧‧標度部
Sft‧‧‧軸
SL、SL1~SL6‧‧‧描繪線
SP‧‧‧光點
SU1、SU2‧‧‧抗振單元
SZ1~SZ6‧‧‧原點訊號
TR‧‧‧吸收體
U1~U6、U1a~U6a、Unb、U1b~U6b、U1d‧‧‧掃描單元
Vw1~Vw4‧‧‧觀察區域
W‧‧‧曝光區域
X、Y、Z‧‧‧方向
ZZ
θ 1、θ m、θ w1、θ w2‧‧‧角度
-θ 1‧‧‧斜率角度
θ g‧‧‧偏轉角度
△θ‧‧‧角度變化量
圖1係表示第1實施形態之包含對基板實施曝光處理之曝光裝置之器件製造系統之概略構成的圖。
圖2係表示於圖2所示之轉筒捲繞有基板之狀態之詳細圖。
圖3係表示於基板上掃描之光點之描繪線及形成於基板上之對準用標記之圖。
圖4係圖1所示之光束切換部之概略構成圖。
圖5係表示圖4所示之選擇用光學元件及入射鏡周圍之具體構成的圖。
圖6係表示圖1所示之掃描單元之構成之立體圖。
圖7係自+Y方向觀察圖6所示之掃描單元時之圖。
圖8係對在圖6所示之多面鏡PM之反射面反射2次時之光束之反射角 度進行說明。
圖9係說明1次掃描所需之多面鏡之旋轉角度之圖。
圖10係表示圖1所示之曝光裝置之電性構成之圖。
圖11係表示第1實施形態之變形例1中之掃描單元之構成的圖。
圖12係第1實施形態之變形例2中之用以使多面鏡之反射面2次反射光束之構成圖。
圖13A係自-Y方向觀察第2實施形態之掃描單元之構成時之圖，圖13B係自+Z方向觀察第2實施形態之掃描單元之構成時之圖。
圖14係表示第2實施形態之變形例1中之掃描單元之配置例之圖。
圖15係第3實施形態中之用以使多面鏡2次反射描繪用光束之構成圖。
圖16係第3實施形態之變形例1中之用以使多面鏡2次反射光束之構成圖。
圖17係表示第1~第3實施形態之變形例中之掃描單元之構成之圖。
對於本發明之態樣之光束掃描裝置及圖案描繪裝置，列舉較佳之實施形態，且一面參照隨附之圖式，一面於下文詳細地進行說明。再者，本發明之態樣並不限定於該等實施形態，亦包含添加多種變更或改良者。亦即，於以下所記載之構成要素中，包含業者可容易地設想者、實質上相同者，以下所記載之構成要素可適當地進行組合。又，可於不脫離本發明之主旨之範圍內進行構成要素之各種省略、置換或變更。
[第1實施形態]
圖1係表示第1實施形態之包含對基板(被照射體)P實施曝光處理之曝光裝置EX之器件製造系統10之概略構成之圖。再者，於以下之說明中，設定只要未特別說明，則將重力方向設為Z方向之XYZ正交座標系統，且依照圖中所示之箭頭說明X方向、Y方向、及Z方向。
器件製造系統10係對基板P實施既定之處理(曝光處理等)而製造電子器件之系統(基板處理裝置)。器件製造系統10係構築有例如製造作為電子器件之軟性顯示器、膜狀之觸控面板、液晶顯示面板用之膜狀之彩色濾光片、軟性配線、或軟性感測器等之生產線之製造系統。以下，作為電子器件，以軟性顯示器為前提進行說明。作為軟性顯示器，有例如有機EL顯示器、液晶顯示器等。器件製造系統10具有所謂的捲對捲(Roll To Roll)方式之構造，即，自將軟性(可撓性)之片狀之基板(薄片基板)P捲成捲筒狀之未圖示之供給輥送出基板P，於對所送出之基板P連續實施各種處理之後，藉由未圖示之回收輥捲取各種處理後之基板P。因此，各種處理後之基板P成為複數個器件於基板P之搬送方向相連之狀態，而成為多倒角用之基板。自上述供給輥送出之基板P依序於製程裝置PR1、曝光裝置EX、及製程裝置PR2被實施各種處理，並藉由上述回收輥予以捲取。基板P具有基板P之移動方向(搬送方向)成為長邊方向(長尺寸)、寬度方向成為短邊方向(短尺寸)之帶狀之形狀。
於本實施形態中，X方向係於與Z方向正交之水平面內基板P自供給輥朝向回收輥之方向，且係基板P之長尺寸方向(長邊方向)。Y方向係於與Z方向正交之水平面內與X方向正交之方向，且係基板P之寬度方向(短尺寸方向)。再者，將-Z方向設為重力起作用之方向(重力方向)， 將基板P之搬送方向設為+X方向。
基板P例如使用樹脂膜、或由不鏽鋼等金屬或合金所構成之箔(foil)等。作為樹脂膜之材質例如亦可使用包含聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚酯樹脂、乙烯-乙烯醇共聚物樹脂、聚氯乙烯樹脂、纖維素樹脂、聚醯胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、及乙酸乙烯酯樹脂中之至少1種以上者。又，基板P之厚度或剛性(楊氏模數)只要為如於通過器件製造系統10之搬送路徑時不會於基板P產生因彎曲導致之折痕或非可逆之皺褶之範圍即可。作為基板P之母材，厚度為10μm~200μm以下之PET(聚對苯二甲酸乙二酯)或PEN(聚萘二甲酸乙二酯)等之膜為較佳之薄片基板之典型。
由於存在基板P於器件製造系統10內被實施之各處理中受熱之情形，故而較佳為選定熱膨脹係數不太大之材質之基板P。例如，可藉由將無機填料混合於樹脂膜而抑制熱膨脹係數。無機填料例如可為氧化鈦、氧化鋅、氧化鋁、或氧化矽等。又，基板P可為藉由浮式法等製造之厚度100μm左右、或35μm左右之極薄玻璃之單層體，亦可為於該極薄玻璃貼合上述樹脂膜、箔等而成之積層體。
且說，基板P之可撓性(flexibility)係指即便對基板P施加自重程度之力亦可不剪斷或斷裂而將該基板P彎曲之性質。又，藉由自重程度之力而彎曲之性質亦包含於可撓性。又，可撓性之程度根據基板P之材質、大小、厚度、成膜於基板P上之層構造、溫度、或濕度等環境等而變化。總之，只要於將基板P準確地捲繞於本實施形態之器件製造系統10內之搬送路徑上所設置之各種搬送用滾筒、轉筒等搬送方向轉換用構件之 情形時可不彎曲而出現折痕、或破損(產生破碎或裂紋)而順利地搬送基板P，則可稱為可撓性之範圍。
製程裝置(處理裝置)PR1一面將自供給輥輸送來之基板P朝向曝光裝置EX以既定之速度於沿著長尺寸方向之搬送方向(+X方向)搬送，一面對送往曝光裝置EX之基板P進行前步驟之處理。藉由該前步驟之處理，送往曝光裝置EX之基板P成為於其表面形成有感光性功能層(光感應層)之基板(感光基板)。
該感光性功能層以溶液形式塗佈於基板P上，且藉由乾燥而成為層(膜)。感光性功能層之典型者係光阻劑(液狀或乾膜狀)，但作為無需進行顯影處理之材料，有受到紫外線之照射之部分之親/撥液性被改質之感光性矽烷偶合劑(SAM)、或於受到紫外線之照射之部分顯露鍍覆還原基之感光性還原劑等。於作為感光性功能層使用感光性矽烷偶合劑之情形時，基板P上之經紫外線曝光之圖案部分自撥液性改質為親液性。因此，藉由於成為親液性之部分之上選擇塗佈含有導電性墨水(含有銀或銅等導電性奈米粒子之墨水)或半導體材料之液體等，可形成要成為構成薄膜電晶體(TFT)等之電極、半導體、絕緣或連接用之配線之圖案層。於作為感光性功能層使用感光性還原劑之情形時，於基板P上之經紫外線曝光之圖案部分顯露鍍覆還原基。因此，曝光後，立即將基板P於含有鈀離子等之鍍覆液中浸漬固定時間，藉此形成(析出)鈀之圖案層。此種鍍覆處理係加成(additive)之製程，但除此以外，亦可以作為減成(subtractive)之製程之蝕刻處理為前提。於此情形時，送往曝光裝置EX之基板P亦可為將母材設為PET或PEN且於其表面全面或選擇性地蒸鍍鋁(Al)或銅(Cu)等 金屬性薄膜，且進一步於其上積層光阻劑層而成者。
曝光裝置(處理裝置)EX係一面將自製程裝置PR1搬送來之基板P朝向製程裝置PR2以既定之速度於搬送方向(+X方向)搬送、一面對基板P進行曝光處理之處理裝置。曝光裝置EX對基板P之表面(感光性功能層之表面、即感光面)照射與電子器件用之圖案(例如構成電子器件之TFT之電極或配線等之圖案)相應之光圖案。藉此，於感光性功能層形成與上述圖案對應之潛像(改質部)。
於本實施形態中，曝光裝置EX係不使用遮罩之直接成像方式之曝光裝置、所謂的光柵掃描方式之曝光裝置(圖案描繪裝置)。曝光裝置EX一面於+X方向(既定之方向、副掃描方向)搬送基板P，一面將曝光用之脈衝狀之光束LB(脈衝光束)之光點SP於基板P之被照射面(感光面)上於既定之掃描方向(Y方向)一維地掃描(主掃描)，並且將光點SP之強度根據圖案資料(描繪資料、圖案資訊)高速地調變(導通/斷開)。藉此，於基板P之被照射面描繪曝光與電子器件、電路或配線等之既定之圖案對應之光圖案。亦即，於基板P之副掃描、及光點SP之主掃描中，光點SP於基板P之被照射面(感光性功能層之表面)上相對地二維掃描，從而於基板P之被照射面描繪曝光既定之圖案。又，由於基板P係沿著搬送方向(+X方向)被搬送，故而藉由曝光裝置EX而曝光圖案之曝光區域W沿著基板P之長尺寸方向隔開既定之間隔而設置複數個(參照圖3)。由於在該曝光區域W形成電子器件，故而曝光區域W亦為器件形成區域。
製程裝置(處理裝置)PR2一面將自曝光裝置EX輸送來之基板P朝向回收輥以既定之速度於沿著長尺寸方向之搬送方向(+X方向) 搬送，一面進行對經曝光裝置EX曝光處理之基板P之後續步驟之處理(例如，鍍覆處理或顯影、蝕刻處理等)。藉由該後續步驟之處理，而於基板P上形成器件之圖案層。
其次，對曝光裝置EX進一步詳細地進行說明。曝光裝置EX收納於調溫腔室ECV內。該調溫腔室ECV藉由將內部保持為既定之溫度、既定之濕度而抑制於內部搬送之基板P之因溫度導致之形狀變化，並且抑制基板P之吸濕性或伴隨著搬送而產生之靜電之帶電等。調溫腔室ECV係經由被動或主動之抗振單元SU1、SU2而配置於製造工廠之設置面E。抗振單元SU1、SU2減少來自設置面E之振動。該設置面E可為工廠之地面本身，亦可為專用地設置於地面上以製造出水平面之設置基座(底座)上之面。曝光裝置EX至少具備基板搬送機構12、光源裝置14、光束切換部BDU、描繪頭16、控制裝置18、複數個對準顯微鏡AMm(再者，m=1、2、3、4)、及複數個編碼器頭ENja、ENjb(再者，j=1、2、3)。控制裝置18係控制曝光裝置EX之各部者。該控制裝置18包含電腦及記錄有程式之記錄媒體等，藉由該電腦執行程式而作為本實施形態之控制裝置18發揮功能。
基板搬送機構12係構成器件製造系統10之基板搬送裝置之一部分者，且將自製程裝置PR1搬送之基板P於曝光裝置EX內以既定之速度搬送之後，以既定之速度送出至製程裝置PR2。基板搬送機構12自基板P之搬送方向之上游側(-X方向側)依序具有邊緣位置控制器EPC、驅動滾筒R1、張力調整滾筒RT1、轉筒(圓筒轉筒)DR、張力調整滾筒RT2、驅動滾筒R2、及驅動滾筒R3。藉由將基板P架設於基板搬送機構12之邊緣位置控制器EPC、驅動滾筒R1~R3、張力調整滾筒RT1、RT2、及轉筒 (圓筒轉筒)DR而規定於曝光裝置EX內搬送之基板P之搬送路徑。
邊緣位置控制器EPC調整自製程裝置PR1搬送之基板P之寬度方向(Y方向且基板P之短尺寸方向)上之位置。亦即，邊緣位置控制器EPC以於施加有既定之張力之狀態下被搬送之基板P之寬度方向之端部(邊緣)之位置處於相對於目標位置為±十數μm~數十μm左右之範圍(容許範圍)內之方式，使基板P於寬度方向移動，從而調整基板P之寬度方向上之位置。邊緣位置控制器EPC具有供基板P以施加有既定之張力之狀態架設之滾筒、及檢測基板P之寬度方向之端部(邊緣)之位置之未圖示之邊緣感測器(端部檢測部)。邊緣位置控制器EPC基於上述邊緣感測器所檢測出之檢測訊號，使邊緣位置控制器EPC之上述滾筒於Y方向移動，從而調整基板P之寬度方向上之位置。驅動滾筒(夾壓滾筒)R1一面保持自邊緣位置控制器EPC搬送之基板P之正面及背面兩面，一面旋轉，從而將基板P朝向轉筒DR搬送。再者，邊緣位置控制器EPC亦可以捲繞於轉筒DR之基板P之長尺寸方向相對於轉筒DR之中心軸AXo始終正交之方式適當調整基板P之寬度方向上之位置，並且以修正基板P之行進方向上之斜率誤差之方式適當地調整邊緣位置控制器EPC之上述滾筒之旋轉軸與Y軸之平行度。
轉筒DR具有於與重力起作用之Z方向交叉之Y方向延伸之中心軸AXo、及離中心軸AXo固定半徑之圓筒狀之外周面。轉筒DR一面沿著該外周面(圓周面)使基板P之一部分於長尺寸方向呈圓筒面狀彎曲地予以支持(保持)，一面以中心軸AXo為中心旋轉而將基板P於+X方向搬送。轉筒DR於其外周面支持供來自描繪頭16之光束LB(光點SP) 投射之基板P上之區域(部分)。轉筒DR自與供形成電子器件之面(形成有感光面之側之面)為相反側之面(背面)側支持(密接保持)基板P。於轉筒DR之Y方向之兩側，以轉筒DR繞著中心軸AXo旋轉之方式設置有由環狀之軸承支持之軸Sft。轉筒DR藉由將來自由控制裝置18控制之未圖示之旋轉驅動源(例如，馬達或減速機構等)之旋轉轉矩賦予至軸Sft而繞著中心軸AXo以固定之旋轉速度旋轉。再者，為方便起見，將包含中心軸AXo且與YZ平面平行之平面稱為中心面Poc。
驅動滾筒(夾壓滾筒)R2、R3沿著基板P之搬送方向(+X方向)隔開既定之間隔而配置，且對曝光後之基板P賦予既定之鬆弛量(餘量)。驅動滾筒R2、R3與驅動滾筒R1同樣地，一面保持基板P之正面及背面兩面，一面旋轉，而將基板P朝向製程裝置PR2搬送。張力調整滾筒RT1、RT2係向-Z方向被施壓，而對被捲繞至轉筒DR且被支持之基板P於長尺寸方向賦予既定之張力。藉此，使賦予至繞掛於轉筒DR之基板P之長尺寸方向之張力穩定化為既定之範圍內。控制裝置18藉由控制未圖示之旋轉驅動源(例如，馬達或減速機構等)而使驅動滾筒R1~R3旋轉。再者，驅動滾筒R1~R3之旋轉軸、及張力調整滾筒RT1、RT2之旋轉軸與轉筒DR之中心軸AXo平行。
光源裝置14產生並射出脈衝狀之光束(脈衝光束、脈衝光、雷射)LB。該光束LB係於370nm以下之波長頻帶具有峰值波長之紫外線光，且將光束LB之發光頻率(振盪頻率、既定頻率)設為Fa。光源裝置14射出之光束LB經由光束切換部BDU而入射至描繪頭16。光源裝置14依照控制裝置18之控制，以發光頻率Fa發出並射出光束LB。該光源裝置 14可由產生紅外波長區域之脈衝光之半導體雷射元件、光纖放大器、及將經放大之紅外波長區域之脈衝光轉換為紫外波長區域之脈衝光之波長轉換元件(高次諧波產生元件)等構成。藉由以此方式構成光源裝置14，可獲得振盪頻率Fa為數百MHz、且1脈衝光之發光時間為皮秒(picosecond)左右之高亮度之紫外線之脈衝光。再者，使光源裝置14射出之光束LB成為平行光束之光。於本第1實施形態中，作為光源裝置14採用如日本特開2015-210437號公報(參照圖17)所示之光源裝置。又，光源裝置14射出之光束LB設為作為直線偏振光之P偏振光。
光束切換部BDU使光束LB入射至構成描繪頭16之複數個掃描單元Un(再者，n=1、2、……、6)中之任一掃描單元Un，並且切換供光束LB入射之掃描單元Un。又，光束切換部BDU將供光束LB入射之掃描單元Un於掃描單元U1~U6中依序切換。亦即，將光束LB(LBn)分時分配給各掃描單元Un。例如，光束切換部BDU將供光束LB入射之掃描單元Un依照U1→U2→U3→U4→U5→U6之順序進行切換。再者，存在將經由光束切換部BDU而入射至掃描單元Un之來自光源裝置14之光束LB表示為LBn之情形。而且，存在以LB1表示入射至掃描單元U1之光束LBn且同樣地以LB2~LB6表示入射至掃描單元U2~U6之光束LBn之情形。
光束切換部BDU以光束LB入射至進行光點SP之掃描之掃描單元Un之方式，切換供光束LBn入射之掃描單元Un。再者，進行光點SP之掃描之掃描單元Un依照U1→U2→U3→U4→U5→U6之順序進行切換。
描繪頭16成為將同一構成之複數個掃描單元Un(U1~U6)排列而成之所謂的多掃描型之描繪頭。描繪頭16藉由複數個掃描單元Un (U1~U6)而於由轉筒DR之外周面(圓周面)支持之基板P之一部分描繪圖案。各掃描單元Un(U1~U6)一面將來自光束切換部BDU之光束LBn投射至基板P上(基板P之被照射面上)，一面於基板P上聚光(收斂)光束LBn。藉此，投射至基板P上之光束LBn(LB1~LB6)成為光點SP。又，各掃描單元Un(U1~U6)具有多面鏡PM，使用旋轉之多面鏡PM於主掃描方向(Y方向)掃描要投射至基板P上之光束LBn(LB1~LB6)之光點SP。藉由該光點SP之掃描，而於基板P上規定出描繪1行量之圖案之直線性之描繪線(掃描線)SLn(再者，n=1、2、……、6)。亦即，描繪線SLn係表示光束LBn之光點SP在基板P上之掃描軌跡者。
掃描單元U1沿著描繪線SL1掃描光點SP，同樣地，掃描單元U2~U6沿著描繪線SL2~SL6掃描光點SP。如圖2、圖3所示，複數個掃描單元Un(U1~U6)之描繪線SLn(SL1~SL6)隔著中心面Poc(參照圖1、圖3)而於轉筒DR之圓周方向呈錯位排列配置為2行。第奇數號描繪線SL1、SL3、SL5位於相對於中心面Poc為基板P之搬送方向之上游側(-X方向側)之基板P之被照射面上，且沿著Y方向隔開既定之間隔而配置為1行。第偶數號描繪線SL2、SL4、SL6位於相對於中心面Poc為基板P之搬送方向之下游側(+X方向側)之基板P之被照射面上，且沿著Y方向隔開既定之間隔而配置為1行。
因此，複數個掃描單元Un(U1~U6)亦隔著中心面Poc而於基板P之搬送方向呈錯位排列配置為2行(參照圖2)。亦即，第奇數號掃描單元U1、U3、U5配置在相對於中心面Poc為基板P之搬送方向之上游側(-X方向側)，且沿著Y方向隔開既定之間隔而配置為1行。第偶數號掃 描單元U2、U4、U6配置在相對於中心面Poc為基板P之搬送方向之下游側(+X方向側)，且沿著Y方向隔開既定之間隔而配置為1行。第奇數號掃描單元U1、U3、U5與第偶數號掃描單元U2、U4、U6自XZ平面觀察時相對於中心面Poc對稱地設置。
設定為，於X方向上，第奇數號描繪線SL1、SL3、SL5與第偶數號描繪線SL2、SL4、SL6相互隔開，但於Y方向(基板P之寬度方向、主掃描方向)上未相互分離而相接。描繪線SL1~SL6與基板P之寬度方向(Y方向)、亦即轉筒DR之中心軸AXo大致平行。再者，所謂將描繪線SLn於Y方向相接係指使藉由描繪線SLn之各者描繪之圖案之端部彼此於Y方向上鄰接或一部分重複。於使藉由描繪線SLn之各者描繪之圖案之端部彼此重複之情形時，例如宜在相對於各描繪線SLn之長度而言包含描繪起始點或描繪結束點在內於Y方向上數%以下之範圍使之重複。
如此，以複數個掃描單元Un(U1~U6)全部覆蓋曝光區域W之寬度方向之全部之方式，各掃描單元Un(U1~U6)分擔掃描區域。藉此，各掃描單元Un(U1~U6)可於在基板P之寬度方向分割成之複數個區域(描繪範圍)之每一個描繪圖案。例如，若將1個掃描單元Un之Y方向之掃描長度(描繪線SLn之長度)設為20~60mm左右，則藉由將第奇數號掃描單元U1、U3、U5之3個與第偶數號掃描單元U2、U4、U6之3個共6個掃描單元Un於Y方向配置，而使能夠描繪之Y方向之寬度擴展至120~360mm左右。各描繪線SLn(SL1~SL6)之長度(描繪範圍之長度)原則上設為相同。亦即，沿著描繪線SL1~SL6之各者掃描之光束LBn之光點SP之掃描距離原則上設為相同。
於本實施形態之情形時，因來自光源裝置14之光束LB為脈衝光，故而，於主掃描期間投射至描繪線SLn上之光點SP根據光束LB之振盪頻率Fa(例如，100MHz)而離散。因此，必須使由光束LB之1脈衝光投射之光點SP與由下一個1脈衝光投射之光點SP於主掃描方向重疊。該重疊之量係根據光點SP之大小Φ、光點SP之掃描速度(主掃描之速度)Vs、及光束LB之振盪頻率Fa而設定。光點SP之有效大小Φ係於光點SP之強度分佈以高斯分佈近似之情形時，由光點SP之峰值強度之1/e2(或1/2)決定。於本實施形態中，以光點SP相對於有效之大小(尺寸)Φ重疊Φ×1/2左右之方式，設定光點SP之掃描速度Vs及振盪頻率Fa。因此，光點SP之沿著主掃描方向之投射間隔成為Φ/2。因此，較理想為，於副掃描方向(與描繪線SLn正交之方向)上，亦以於沿著描繪線SLn之光點SP之1次掃描與下一掃描之間，基板P於圓周方向上移動光點SP之有效之大小Φ之大致1/2之距離之方式，設定轉筒DR之旋轉速度。進一步，於將在Y方向上相鄰之描繪線SLn於主掃描方向連接之情形時，亦較理想為使之重疊Φ/2。於本實施形態中，將光點SP之大小(尺寸)Φ設為3μm。
各掃描單元Un(U1~U6)至少於XZ平面上以各光束LBn朝向轉筒DR之中心軸AXo前進之方式朝向基板P投射各光束LBn。藉此，自各掃描單元Un(U1~U6)朝向基板P前進之光束LBn之光路(光束中心軸)於XZ平面上與基板P之被照射面之法線平行。此時，自第奇數號掃描單元U1、U3、U5朝向基板P投射之光束LB1、LB3、LB5之光軸(中心軸)於XZ平面上成為相同方向，且與下述方位線Lx2(參照圖1)重疊。又，自第偶數號掃描單元U2、U4、U6朝向基板P投射之光束LB2、LB4、LB6 之光軸(中心軸)於XZ平面上成為相同方向，且與下述方位線Lx3(參照圖1)重疊。該方位線Lx2與方位線Lx3於XZ平面上以角度相對於中心面Poc成為±θ 1之方式設定(參照圖1)。亦即，於XZ平面上，自第奇數號掃描單元U1、U3、U5朝向基板P投射之光束LB之行進方向與自第偶數號掃描單元U2、U4、U6朝向基板P投射之光束之行進方向相對於中心面Poc對稱。又，各掃描單元Un(U1~U6)以照射至描繪線SLn(SL1~SL6)之光束LBn於與YZ平面平行之面內相對於基板P之被照射面垂直之方式朝向基板P照射光束LBn。即，於被照射面上之光點SP之主掃描方向上，投射至基板P之光束LBn(LB1~LB6)以遠心之狀態被掃描。
圖1所示之複數個對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)係用以檢測圖3所示之形成於基板P之複數個對準用標記MKm(MK1~MK4)者，且沿著Y方向設置有複數個(於本第1實施形態中為4個)。複數個標記MKm(MK1~MK4)係用以使描繪於基板P之被照射面上之曝光區域W之既定之圖案與基板P相對地對位(對準)之基準標記。複數個對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)於由轉筒DR之外周面(圓周面)支持之基板P上檢測複數個標記MKm(MK1~MK4)。複數個對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)設置於較來自描繪頭16之光束LBn(LB1~LB6)之光點SP所照射之基板P上之被照射區域(由描繪線SL1~SL6包圍之區域)更靠基板P之搬送方向之上游側(-X方向側)。
對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)具有：光源，其將對準用之照明光投射至基板P；觀察光學系統(包含物鏡)，其獲得基板P之表面之包含標記MKm之局部區域(觀察區域)Vwm(Vw1~Vw4)之放大像； 及CCD、CMOS等攝像元件，其等在基板P於搬送方向移動期間，以與基板P之搬送速度Vt對應之高速快門拍攝該放大像。複數個對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)之各者拍攝之攝像訊號(圖像資料)被送至控制裝置18。控制裝置18藉由進行該送來之複數個攝像訊號之圖像解析，而檢測基板P上之標記MKm(MK1~MK4)之位置(標記位置資訊)。再者，對準用之照明光係相對於基板P上之感光性功能層基本不具有感度之波長區域之光、例如波長500~800nm左右之光。
複數個標記MK1~MK4設置於各曝光區域W之周圍。標記MK1、MK4係於曝光區域W之基板P之寬度方向之兩側沿著基板P之長尺寸方向以固定之間隔Dh形成有複數個。標記MK1形成於基板P之寬度方向之-Y方向側，標記MK4形成於基板P之寬度方向之+Y方向側。此種標記MK1、MK4配置成，於基板P未受到較大之張力或受到熱處理而變形之狀態下，於基板P之長尺寸方向(X方向)上成為相同位置。進一步，標記MK2、MK3於標記MK1與標記MK4之間且曝光區域W之+X方向側與-X方向側之空白部沿著基板P之寬度方向(短尺寸方向)形成。標記MK2形成於基板P之寬度方向之-Y方向側，標記MK3形成於基板P之+Y方向側。
進一步，排列於基板P之-Y方向側之端部之標記MK1與空白部之標記MK2之Y方向之間隔、空白部之標記MK2與標記MK3之Y方向之間隔、及排列於基板P之+Y方向側之端部之標記MK4與空白部之標記MK3之Y方向之間隔均設定為相同距離。該等標記MKm(MK1~MK4)可於形成第1層圖案層時一同形成。例如，可於曝光第1層圖案時，於供 曝光圖案之曝光區域W之周圍亦一同曝光標記MKm用之圖案。再者，標記MKm亦可形成於曝光區域W內。例如，亦可於曝光區域W內且沿著曝光區域W之輪廓形成。又，亦可將形成於曝光區域W內之電子器件之圖案中之既定位置之圖案部分、或既定形狀之部分用作標記MKm。
如圖3所示，對準顯微鏡AM1以拍攝存在於物鏡之觀察區域(檢測區域)Vw1內之標記MK1之方式配置。同樣地，對準顯微鏡AM2~AM4以拍攝存在於物鏡之觀察區域Vw2~Vw4內之標記MK2~MK4之方式配置。因此，複數個對準顯微鏡AM1~AM4係與複數個標記MK1~MK4之位置對應地，自基板P之-Y方向側以AM1~AM4之順序沿著基板P之寬度方向設置。
複數個對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)係設置成，於X方向上，曝光位置(描繪線SL1~SL6)與觀察區域Vwm(Vw1~Vw4)之距離較曝光區域W之X方向之長度短。再者，設置於Y方向之對準顯微鏡AMm之數量可根據形成於基板P之寬度方向之標記MKm之數量而變更。又，各觀察區域Vwm(Vw1~Vw4)之基板P之被照射面上之大小係根據標記MK1~MK4之大小或對準精度(位置測量精度)而設定，為100~500μm見方左右之大小。
再者，於本第1實施形態中，於X方向上，使第奇數號掃描單元U1、U3、U5之描繪線SL1、SL3、SL5與第偶數號掃描單元U2、U4、U6之描繪線SL2、SL4、SL6在基板P上之位置近接，因此，於描繪線SL1、SL3、SL5之上游側配置有複數個對準顯微鏡AM(AM1~AM4)。然而，於第奇數號掃描單元U1、U3、U5之描繪線SL1、SL3、SL5與第偶數號掃描 單元U2、U4、U6之描繪線SL2、SL4、SL6在基板P上之位置於圓周方向相隔既定距離以上之情形時，亦可與沿著X方向(基板P之搬送方向)配置之第奇數號掃描單元U1、U3、U5及第偶數號掃描單元U2、U4、U6對應而分別設置複數個對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)。亦即，於X方向上，於第奇數號描繪線SL1、SL3、SL5之上游側之同一位置將複數個對準顯微鏡AM(AM1~AM4)沿著Y方向設置成1行，並且於X方向上，於第偶數號描繪線SL1、SL3、SL5之下游側且描繪線SL2、SL4、SL6之上游側之同一位置將複數個對準顯微鏡AM(AM1~AM4)沿著Y方向設置成1行。
如圖2所示，於轉筒DR之兩端部，設置有遍及轉筒DR之外周面之圓周方向之整體形成為環狀的具有刻度之標度部SDa、SDb。該標度部SDa、SDb係於轉筒DR之外周面之圓周方向以固定之間距(例如，20μm)刻設有凹狀或凸狀之柵線(刻度)之繞射光柵，且構成為增量型之標度。該標度部SDa、SDb繞著中心軸AXo而與轉筒DR一體地旋轉。作為讀取標度部SDa、SDb之標度讀取頭之複數個編碼器頭EN1a~EN3a、EN1b~EN3b以與該標度部SDa、SDb對向之方式設置(參照圖1、圖2)。
編碼器頭ENja、ENjb係對標度部SDa、SDb之各者投射測量用之光束而光學檢測轉筒DR之旋轉角度位置者。與設置於轉筒DR之-Y方向側之端部之標度部SDa對向地，設置有3個編碼器頭ENja(EN1a、EN2a、EN3a)。同樣地，與設置於轉筒DR之+Y方向側之端部之標度部SDb對向地，設置有3個編碼器頭ENjb(EN1b、EN2b、EN3b)。
編碼器頭EN1a、EN1b係設置在相對於中心面Poc為基板P之搬送方向之上游側(-X方向側)，且配置於方位線Lx1上(參照圖1、圖 2)。方位線Lx1成為於XZ平面上連結編碼器頭EN1a、EN1b之測量用光束之於標度部SDa、SDb上之投射位置(讀取位置)與中心軸AXo之線。又，方位線Lx1成為於XZ平面上連結各對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)之觀察區域Vwm(Vw1~Vw4)與中心軸AXo之線。亦即，複數個對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)亦配置於方位線Lx1上。
編碼器頭EN2a、EN2b係設置在相對於中心面Poc為基板P之搬送方向之上游側(-X方向側)，且設置於較編碼器頭EN1a、EN1b更靠基板P之搬送方向之下游側(+X方向側)。編碼器頭EN2a、EN2b配置於方位線Lx2上(參照圖1、圖2)。方位線Lx2成為於XZ平面上連結編碼器頭EN2a、EN2b之測量用光束之於標度部SDa、SDb上之投射位置(讀取位置)與中心軸AXo之線。
編碼器頭EN3a、EN3b係設置在相對於中心面Poc為基板P之搬送方向之下游側(+X方向側)，且配置於方位線Lx3上(參照圖1、圖2)。方位線Lx3成為於XZ平面上連結編碼器頭EN3a、EN3b之測量用光束之於標度部SDa、SDb上之投射位置(讀取位置)與中心軸AXo之線。
再者，於與第偶數號掃描單元U2、U4、U6對應而將複數個對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)沿著Y方向配置成1行之情形時，於供設置複數個對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)之方位線Lx4上另行設置編碼器頭EN4a、EN4b。於此情形時，對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)及編碼器頭EN4a、EN4b設置於第奇數號掃描單元U1、U3、U5與第偶數號掃描單元U2、U4、U6之間。再者，當然，方位線Lx4係通過中心軸AXo之線。
各編碼器頭ENja(EN1a~EN3a)、ENjb(EN1b~EN3b)藉 由朝向標度部SDa、SDb投射測量用光束且光電檢測其反射光束(繞射光)，而將作為脈衝訊號之檢測訊號(雙相訊號)輸出至控制裝置18。控制裝置18藉由對各編碼器頭ENja(EN1a~EN3a)之檢測訊號(雙相訊號)進行內插處理並藉由數位計數器將標度部SDa、SDb之格子之移動量進行計數，而以次微米之解析度測量轉筒DR之旋轉角度位置及角度變化。根據該轉筒DR之角度變化、即藉由數位計數器計數之脈衝訊號之頻率(或週期)，亦可測量基板P之搬送速度Vt。
基於來自編碼器頭EN1a、EN1b之各者之檢測訊號(雙相訊號)之數位計數值之任一者或其平均值用作自方位線Lx1上觀察之轉筒DR之旋轉角度位置。同樣地，基於編碼器頭EN2a、EN2b之各者之數位計數值之任一者或平均值用作自方位線Lx2觀察之轉筒DR之旋轉角度位置，基於編碼器頭EN3a、EN3b之各者之數位計數值之任一者或平均值用作自方位線Lx3觀察之轉筒DR之旋轉角度位置。再者，除因轉筒DR之製造誤差等導致轉筒DR相對於中心軸AXo偏心旋轉之情形以外，原則上基於編碼器頭EN1a、EN1b各者之數位計數值設為相同。以同樣之方式，基於編碼器頭EN2a、EN2b各者之數位計數值亦設為相同，基於編碼器頭EN3a、EN3b之各者之數位計數值亦設為相同。
藉由使用由該複數個對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)、標度部SDa、SDb、及複數個編碼器頭ENja(EN1a~EN3a)、ENjb(EN1b~EN3b)所構成之對準系統，可高精度地掌握基板P之搬送狀態(是否歪斜)、曝光區域W之位置、描繪線SL1~SL6在基板P上之位置等。如此一來，對於將複數個編碼器頭ENja(EN1a~EN3a)、ENjb(EN1b~EN3b)配置於沿著 圓筒面形成為環狀之標度部SDa、SDb之周圍之構成，例如，揭示於國際公開第2013/146184號公報。
其次，使用圖4對光束切換部BDU之構成簡單地進行說明。光束切換部BDU例如如國際公開第2015/166910號公報中所詳細說明般，具有複數個選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)、複數個反射鏡M1~M3、複數個入射鏡IMn(IM1~IM6)、及吸收體TR。選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)係對光束LB具有透過性者，且係由超音波訊號驅動之聲光調變元件(AOM：Acousto-Optic Modulator)。該複數個選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)及複數個入射鏡IMn(IM1~IM6)係與複數個掃描單元Un(U1~U6)對應地設置。例如，選擇用光學元件AOM1及入射鏡IM1係與掃描單元U1對應地設置，同樣地，選擇用光學元件AOM2~AOM6及入射鏡IM2~IM6係分別與掃描單元U2~U6對應地設置。
來自光源裝置14之光束LB藉由反射鏡M1~M3而使其光路彎曲並引導至吸收體TR。以下，以選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)均為斷開狀態(未施加超音波訊號之狀態)之情形詳細地進行敍述。
來自光源裝置14之光束LB與X軸平行地於+X方向前進並入射至反射鏡M1。於反射鏡M1向+Y方向反射之光束LB以上述順序直接透過選擇用光學元件AOM1、AOM3、AOM5之後，到達至反射鏡M2。於反射鏡M2向+X方向反射之光束LB入射至反射鏡M3。於反射鏡M3向-Y方向反射之光束LB以上述順序直接透過選擇用光學元件AOM2、AOM4、AOM6之後，被引導至吸收體TR。該吸收體TR係為了抑制光束LB向外部之洩漏而吸收光束LB之光阱。
各選擇用光學元件AOMn係若被施加超音波訊號(高頻訊號)，則產生使入射之光束(0次光)LB以與高頻之頻率對應之繞射角繞射所得之1次繞射光作為射出光束(光束LBn)。因此，自選擇用光學元件AOM1作為1次繞射光而射出之光束成為LB1，同樣地，自選擇用光學元件AOM2~AOM6作為1次繞射光而射出之光束成為LB2~LB6。如此，各選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)發揮使來自光源裝置14之光束LB之光路偏向之功能。但是，實際之聲光調變元件之1次繞射光之產生效率為0次光之80%左右，因此，藉由各選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)之各者而偏向之光束LBn(LB1~LB6)較原來之光束LB之強度降低。又，於選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)之任一者為導通狀態時，未繞射而直行之0次光殘留20%左右，但其最終由吸收體TR吸收。
作為藉由選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)而偏向之1次繞射光之光束LBn(LB1~LB6)被投射至對應之入射鏡IMn(IM1~IM6)。入射鏡IMn(IM1~IM6)係將入射之光束LBn(LB1~LB6)引導至對應之掃描單元Un(U1~U6)之導光構件。例如，藉由選擇用光學元件AOM1而偏向之光束LB1入射至入射鏡IM1之後，被引導至掃描單元U1。
各選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)可使用構成、功能、作用等彼此相同者。複數個選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)依照來自控制裝置18之驅動訊號(高頻訊號)之導通/斷開，而將使入射之光束LB繞射所得之繞射光之產生導通/斷開。例如，選擇用光學元件AOM1於未被施加來自控制裝置18之驅動訊號(高頻訊號)而為斷開之狀態時，則不使入射之來自光源裝置14之光束LB繞射而使其透過。因此，透過選 擇用光學元件AOM1之光束LB入射至選擇用光學元件AOM3。另一方面，選擇用光學元件AOM1於被施加來自控制裝置18之驅動訊號(高頻訊號)而為導通狀態時，則使入射之光束LB繞射而朝向入射鏡IM1。亦即，根據該驅動訊號，選擇用光學元件AOM1切換為導通。以如此之方式，藉由將複數個選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)中之任一者切換為導通，可將光束LBn引導至任一掃描單元Un，且可切換供光束LBn入射之掃描單元Un。於本第1實施形態中，將供光束LBn入射之掃描單元Un以U1→U2→U3→U4→U5→U6之順序進行切換，因此，只要將切換為導通之選擇用光學元件AOMm以AOM1→AOM2→AOM3→AOM4→AOM5→AOM6之順序進行切換即可。再者，於圖4所示之例中，表示將選擇用光學元件AOM6切換為導通而使光束LB6入射至掃描單元U6之狀態。
圖5係表示選擇用光學元件AOMn及入射鏡IMn周圍之具體之構成的圖。原則上，選擇用光學元件AOMn及入射鏡IMn周圍之構成彼此相同，因此，僅對選擇用光學元件AOM1及入射鏡IM1周圍之構成進行說明。
對於選擇用光學元件AOM1，例如入射具有1mm左右之微小之直徑(第1直徑)之平行光束之光束LB。於未輸入作為高頻訊號(超音波訊號)之驅動訊號之狀態時(驅動訊號斷開)，選擇用光學元件AOM1使入射之光束LB不繞射而直接透過。透過之光束LB透過設置於其光路上之聚光透鏡G1及準直透鏡G2a而入射至後段之選擇用光學元件AOM3。將此時通過選擇用光學元件AOM1而通過聚光透鏡G1及準直透鏡G2a之光束LB之光軸(中心軸)設為AXa。聚光透鏡G1將透過選擇用光學元件AOM1 之光束LB在位於聚光透鏡G1與準直透鏡G2a之間之後側焦點聚光。準直透鏡G2a使藉由聚光透鏡G1而聚光之後發散之光束LB成為平行光束。藉由準直透鏡G2a而成為平行光束之光束LB之直徑成為第1直徑。聚光透鏡G1之後側焦點與準直透鏡G2a之前側焦點於既定之容許範圍內一致。該聚光透鏡G1與準直透鏡G2a構成等倍之中繼透鏡系統。又，聚光透鏡G1之前側焦點與藉由選擇用光學元件AOM1產生之偏向位置於既定之容許範圍內一致。於圖5中，以fa表示聚光透鏡G1之前側焦點之距離，以fb表示後側焦點之距離。
另一方面，於入射有作為高頻訊號之驅動訊號之狀態時，選擇用光學元件AOM1產生使入射之光束LB以與高頻訊號之頻率對應之繞射角偏向之光束LB1(1次繞射光)。以與高頻訊號之頻率對應之繞射角朝-Z方向偏向之光束LB1透過聚光透鏡G1而入射至設置於聚光透鏡G1之後側焦點之位置、或其附近之位置之入射鏡(由於使光束朝-Z方向落射，故而亦稱為落射鏡)IM1。聚光透鏡G1以朝-Z方向偏向之光束LB1之光軸(中心軸)AXb與光束LB之光軸AXa平行之方式使光束LB1彎曲且使光束LB1於入射鏡IM1之反射面上或其附近聚光(收斂)。藉由相對於透過選擇用光學元件AOM1之光束LB而設置於-Z方向側之入射鏡IM1而朝-Z方向反射之光束LB1經由準直透鏡G2b而入射至掃描單元U6。準直透鏡G2b將藉由聚光透鏡G1而被聚光之後發散之光束LB1設為與第1直徑相同之直徑之平行光束。聚光透鏡G1之後側焦點與準直透鏡G2b之前側焦點於既定之容許範圍內一致。該聚光透鏡G1與準直透鏡G2b構成等倍之中繼透鏡系統。
其次，使用圖6、圖7對掃描單元(光束掃描裝置)Un之 構成進行說明。各掃描單元Un(U1~U6)為相同構成，因此，僅對掃描單元U1簡單地進行說明。圖6係表示掃描單元U1之構成之立體圖，圖7係自+Y方向觀察圖6所示之掃描單元U1時之圖。掃描單元U1具備柱面透鏡CY1、偏振分光鏡PBS、λ/4波片QP、多面鏡(可動反射構件)PM、柱面透鏡CY2、反射鏡M10、f θ透鏡FT、反射鏡M11、及柱面透鏡CY3。
於圖5所示之入射鏡(導光構件)IM1朝-Z方向反射之平行光束之光束LB1藉由未圖式之擴束器光學系統而轉換為較第1直徑(例如，1mm左右)擴大之既定之直徑(例如，數mm)之平行光束之後，沿著與Z軸平行之光軸AX1入射至掃描單元U1。入射至掃描單元U1之光束LB1(以下，有時稱為入射光束LB1a)通過設置於光軸AX1上之於Y方向具有母線之柱面透鏡(第2光學構件)CY1而入射至偏振分光鏡PBS。偏振分光鏡PBS之偏振分離面Qs係相對於XY平面傾斜45度，使P偏振光之光透過，且反射沿與P偏振光正交之方向偏振之直線偏振光(S偏振光)之光者。由於光源裝置14射出之光束LB為P偏振光，故而經由柱面透鏡CY1而入射至偏振分光鏡PBS之光沿著光軸AX1透過偏振分光鏡PBS並透過設置於偏振分光鏡PBS之-Z方向側之λ/4波片QP之後，被引導至多面鏡PM之反射面RP。再者，該偏振分光鏡PBS及λ/4波片QP構成分光構件。
多面鏡PM係具有旋轉軸AXp、及繞著旋轉軸AXp而與旋轉軸AXp平行地形成之複數個反射面RP(本第1實施形態中將反射面RP之數量Np設為8)之旋轉多面鏡。多面鏡PM配置為與旋轉軸AXp正交之平面相對於XY平面傾斜45度，以使得自偏振分光鏡PBS入射至多面鏡PM之反射面RP之入射光束LB1a朝向設置於多面鏡PM之-X方向側之位置之 反射鏡M10反射。多面鏡PM為了將光束LB1之光點SP於基板P之被照射面上掃描而以旋轉軸AXp為中心旋轉。可藉由使該多面鏡PM以旋轉軸AXp為中心於既定之旋轉方向旋轉而使照射至反射面RP之脈衝狀之光束LB1a之反射角連續地變化。藉此，可藉由1個反射面RP使光束LB1偏向，而將照射至基板P之被照射面上之光束LB1之光點SP沿主掃描方向(基板P之寬度方向、Y方向)掃描。因此，於多面鏡PM旋轉一圈時，於基板P之被照射面上沿著描繪線SL1掃描光點SP之次數最大成為與反射面RP之數量相同之8次。再者，多面鏡PM於控制裝置18之控制下藉由旋轉驅動源(例如，馬達等)RM1(參照圖10)而以固定之速度旋轉。
多面鏡PM於包含與X軸平行地設定之光軸AX2之與XY平面平行之面內使自偏振分光鏡PBS入射之入射光束LB1a偏向，並且以光軸AX2為中心於Y方向偏向。柱面透鏡CY1之沿Y方向延伸之母線位於該入射光束LB1a進行偏振之平面(與XY平面平行之平面)上。該光軸AX2與光軸AX1正交，且包含光軸AX1、AX2、及旋轉軸AXp之平面與XZ平面平行。
於Y方向具有母線之柱面透鏡(第2光學構件)CY1在與基於多面鏡PM之主掃描方向(旋轉方向、偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向或旋轉軸AXp之方向)上，使入射之光束LB1於多面鏡PM之反射面RP上收斂。亦即，柱面透鏡CY1使光束LB1於反射面RP上收斂為於Y方向延伸之狹縫狀(長橢圓狀)。再者，於Y方向具有母線之柱面透鏡CY1在基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)上未將入射之入射光束LB1a收斂而使其作為平行光透過。
藉由多面鏡PM之反射面RP而朝-X方向側反射之入射光束LB1a之反射光(以下，有時稱為第1反射光束LB1b)通過柱面透鏡(第1光學構件)CY2而入射至反射鏡M10。於反射面RP反射之第1反射光束LB1b在與基於多面鏡PM之主掃描方向正交之非掃描方向(Z方向)上，一面發散，一面入射至柱面透鏡CY2，但藉由於Y方向具有母線之柱面透鏡CY2而成為平行光。因此，要入射至反射鏡M10之第1反射光束LB1b成為與要入射至柱面透鏡CY1之入射光束LB1a大致相同直徑之平行光束。再者，柱面透鏡CY1之後側焦點與柱面透鏡CY2之前側焦點於供入射光束LB1a入射之多面鏡PM之反射面RP上於既定之容許範圍內一致。
反射鏡M10將最初由多面鏡PM之反射面RP反射之第1反射光束LB1b再次朝向多面鏡PM之反射面RP反射。由反射鏡M10反射之第1反射光束LB1b之反射光(以下，有時稱為第2反射光束LB1c)入射至最初反射入射光束LB1a之反射面RP。以下，為了使說明容易理解，以RPa表示供透過偏振分光鏡PBS之入射光束LB1a入射之多面鏡PM之反射面RP。因此，將第1反射光束LB1b朝向反射鏡M10反射之反射面RP與供由反射鏡M10反射之第2反射光束LB1c入射之反射面RP一同成為反射面RPa。於反射鏡M10反射之第2反射光束LB1c通過柱面透鏡CY2而入射至反射面RPa。因此，再次入射至反射面RPa之第2反射光束LB1c藉由該柱面透鏡CY2而在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向或旋轉軸AXp之方向)上於反射面RPa上收斂。亦即，柱面透鏡CY2將第2反射光束LB1c於反射面RPa上收斂為於Y方向延伸之狹縫狀(長橢圓狀)。在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正 交之非掃描方向(Z方向或旋轉軸AXp之方向)上，基於柱面透鏡CY1之反射面RPa上之收斂位置與基於柱面透鏡CY2之反射面RPa上之收斂位置設定為相同位置。亦即，在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向或旋轉軸AXp之方向)上，最初入射至反射面RPa之入射光束LB1a之位置與再次(第2次)入射之第2反射光束LB1c之位置設定為大致相同之位置。藉此，可使多面鏡PM之厚度(旋轉軸AXp方向之長度)較薄。又，藉由母線與Y方向平行之柱面透鏡CY1、CY2、及下述柱面透鏡CY3，即便存在反射面RPa相對於旋轉軸AXp之方向傾斜之情形，亦可抑制其影響。例如，可抑制照射至基板P之被照射面上之光束LB1之光點SP(描繪線SL1)之照射位置因多面鏡PM之各反射面RP各自之微小之斜率誤差而於X方向偏移。再者，反射鏡M10及柱面透鏡CY2構成再反射光學系統。
多面鏡PM之反射面RPa將由反射鏡M10反射之第2反射光束LB1c朝向+Z方向側反射。多面鏡PM於包含與Z軸平行之光軸AX1且與YZ平面平行之面內使自反射鏡M10入射之第2反射光束LB1c偏向。由多面鏡PM之反射面RPa再次反射之第2反射光束LB1c之反射光(以下，有時稱為第3反射光束LB1d)再次入射至偏振分光鏡PBS。此處，於多面鏡PM與偏振分光鏡PBS之間設置有λ/4波片QP，因此，透過偏振分光鏡PBS而入射至多面鏡PM之反射面RPa之光束LB1a自P偏振光轉換為圓偏振光之光。又，於多面鏡PM之反射面RPa反射而再次入射至偏振分光鏡PBS之光束LB1d自圓偏振光轉換為S偏振光之光。因此，第3反射光束LB1d藉由相對於XY平面傾斜45度之偏振分光鏡PBS之偏振分離面Qs而朝+X 方向側反射。
由偏振分離面Qs反射向+X方向側之第3反射光束LB1d入射至具有與X軸平行之光軸AXf之f θ透鏡FT。f θ透鏡FT係將由多面鏡PM反射之第3反射光束LB1d於包含光軸AXf且與XY平面平行之面內以與光軸AXf平行之方式投射至反射鏡M11(最終為基板P)之遠心系統之掃描透鏡。f θ透鏡FT將以光軸AXf為中心投射至反射鏡M11(最終為基板P)之第3反射光束LB1d於Y方向掃描。光束LB1向f θ透鏡FT之入射角θ根據多面鏡PM之旋轉角(θ/4)而變化。f θ透鏡FT經由反射鏡M11及柱面透鏡CY3而將光束LB1(LB1d)投射至與該入射角θ成正比之基板P之被照射面上之像高位置。若將焦點距離設為fo且將像高位置設為y，則f θ透鏡FT以滿足y=fo×θ之關係(畸變像差)之方式設計。因此，能夠藉由該f θ透鏡FT而將光束LB1於Y方向準確地以等速進行掃描。包含光軸AX1、AX2、AXf之平面與XZ平面平行，於向f θ透鏡FT之入射角θ為0度時，入射至f θ透鏡FT之光束LB1(LB1d)之主光線沿著光軸AXf上前進。
再者，於本第1實施形態中，使光束LB1於多面鏡PM之反射面RPa反射兩次，因此，光束LB1向f θ透鏡FT之入射角θ成為多面鏡PM之旋轉角之4倍。然而，於使光束LB1反射至多面鏡PM之反射面RPa僅1次之情形時，光束LB1向f θ透鏡FT之入射角θ成為多面鏡PM之旋轉角之2倍。因此，藉由使光束LB1反射至多面鏡PM之反射面RPa兩次，可將光點SP之掃描速度設為2倍。利用圖8於下文中對該情況詳細地進行說明。
於反射鏡M10反射並入射至多面鏡PM之第2反射光束LB1c在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向)上，藉由柱面透鏡CY2而於反射面RPa上收斂。因此，於反射面RPa反射而朝向f θ透鏡FT之第3反射光束LB1d在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向)上，一面發散，一面入射至f θ透鏡FT。另一方面，於反射鏡M10反射並入射至多面鏡PM之第2反射光束LB1c在基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)上成為平行光。因此，於反射面RPa反射並朝向f θ透鏡FT之第3反射光束LB1d在基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)上成為平行光束。
f θ透鏡FT在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向)上使一面發散、一面入射之第3反射光束LB1d成為大致平行光。f θ透鏡FT在基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)上使入射之平行光之第3反射光束LB1d於基板P上收斂。因此，f θ透鏡FT之前側焦點位於供光束LB(LB1a、LB1c)入射之多面鏡PM之反射面RPa上，後側焦點位於基板P上。透過f θ透鏡FT之光束LB1d藉由反射鏡M11而彎折之後，通過於Y方向具有母線之柱面透鏡(第3光學構件)CY3而到達至基板P。反射鏡M11於XZ平面上，以第3反射光束LB1d之光軸與方位線Lx2重疊而前進之方式將第3反射光束LB1d朝向基板P反射。柱面透鏡CY3在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向)上，使透過f θ透鏡FT之平行光之第3反射光束LB1d於基板P上收斂。因此，投射至基板P之光束LB1藉由f θ透鏡FT及柱面透鏡CY3而於基板P上收斂為光點SP。再者，柱面透鏡CY3之後側焦點位於基 板P上。該f θ透鏡FT及柱面透鏡CY3構成掃描用光學系統。
再者，於圖7中，以藉由反射鏡M11而朝-Z方向反射之光束LB1d之主光線(或f θ透鏡FT之光軸AXf)於與XZ平面平行之面內相對於Z軸傾斜角度θ 1之方式，配置反射鏡M11及柱面透鏡CY3。該角度θ 1與圖1中所示之方位線Lx2(或Lx3)自中心面Poc之斜率角度±θ 1對應。因此，反射鏡M11之反射面(平面)以相對於XY平面成為角度(45°-θ/2)之方式傾斜配置。然而，於將圖6、圖7之掃描單元Un(U1~U6)之各者自圖示之狀態相對於XY平面整體傾斜角度θ 1之情形時，反射鏡M11之反射面配置為與光軸AXf以45°交叉，以便將來自f θ透鏡FT之光束LB1d之主光線於XZ面內以90°反射。
其次，圖8係對由多面鏡PM之反射面RPa反射2次時之光束LB1之反射角度進行說明。再者，於圖8中，為了使光束LB1之光路容易理解而模式性地進行表示，因此，多面鏡PM、偏振分光鏡PBS、柱面透鏡CY2、及反射鏡M10之配置與圖7、圖8所示者略微不同。
於圖8中，將供入射光束LB1a入射之多面鏡PM之反射面RPa相對於基準面Po之角度變化量設為△θ。該基準面Po設為包含多面鏡PM之旋轉軸AXp且與沿Y方向延伸之面平行之面。再者，於反射面RPa相對於基準面Po之角度變化量△θ為0度之情形時，沿著光軸AX1而入射至多面鏡PM之反射面RPa之入射光束LB1a沿著光軸AX2而入射至反射鏡M10。因此，於此情形時，於反射鏡M10反射之第2反射光束LB1c沿著光軸AX2入射至多面鏡PM之反射面RPa，在該處被反射之第3反射光束LB1d沿著光軸AX1向偏振分光鏡PBS前進，其後，於f θ透鏡FT之光軸 AXf上通過。再者，若於光束LB1之光路上觀察，則光軸AX1、AX2、AXf在同軸上。
透過柱面透鏡CY1及偏振分光鏡PBS而入射至多面鏡PM之反射面RPa之入射光束LB1a之第1反射光束LB1b以與角度變化量△θ對應之角度向反射鏡M10側反射。此時，於XY平面上，自反射面RPa朝向反射鏡M10之第1反射光束LB1b相對於光軸AX2之入射角度之變化量成為2×△θ。由反射鏡M10反射之第2反射光束LB1c再次入射至多面鏡PM之反射面RPa之後，經由偏振分光鏡PBS而向f θ透鏡FT引導。此時，第3反射光束LB1d以與角度變化量△θ對應之角度被再次反射而入射至f θ透鏡FT。因此，於XY平面上，第3反射光束LB1d相對於f θ透鏡FT之光軸AXf之入射角度之變化量成為4×△θ。如此，使光束LB1a於多面鏡PM之反射面RPa第1次反射時之第1反射光束LB1b之偏向角成為多面鏡PM之反射面RPa之角度變化量△θ之2倍，於反射面RP被第2次反射之第3反射光束LB1d之偏向角(向f θ透鏡FT之入射角)成為反射面RPa之角度變化量△θ之4倍。因此，於將掃描光束LB1(LB1d)之光點SP之描繪線SL1之掃描長度設為固定之情形時，與使之於反射面RPa反射1次而進行掃描之情形相比，若使之於反射面RPa反射2次而進行掃描，則可將有效之掃描所需之多面鏡PM之旋轉角度設為一半。
圖9係說明1次掃描所需之多面鏡PM之旋轉角度之圖。圖9所示之角度θ m係多面鏡PM旋轉1反射面RP之角度。於本第1實施形態中，多面鏡PM為具有8個反射面RP之旋轉多面鏡，因此，角度θ m成為45度(=360度/8)。於多面鏡PM旋轉角度θ m之期間，實際上有助於 光點SP之掃描之角度θ w較角度θ m小。而且，於將描繪線SL1之掃描長度設為固定之情形時，將使之於反射面RPa反射1次而掃描光點SP之情形時之角度θ w設為θ w1，將使之於反射面RPa反射2次而掃描光點SP之情形時之角度θ w設為θ w2。此處，角度θ w1設為能夠將於反射面RPa反射1次之光束(LB1a)通入至f θ透鏡FT1之角度範圍。
如上所述，於使之於反射面RPa反射1次之情形時，向f θ透鏡FT之入射角度成為反射面RPa之角度變化量△θ之2倍，若使之於反射面RPa反射2次，則向f θ透鏡FT之入射角度之變化(偏向角)成為反射面RPa之角度變化量△θ之4倍，因此，角度θ w1、θ w2成為θ w2=1/2×θ w1。因此，若將角度θ w1例如設為15度，則於反射面RPa使之反射1次而掃描光點SP之情形時之反射面RPa之掃描效率α 1成為α 1=θ w1/θ m=15度/45度=1/3，於反射面RPa使之反射2次而掃描光點SP之情形時之反射面RPa之掃描效率α 2成為α 2=θ w2/θ m=7.5度/45度=1/6。
因此，於多面鏡PM之反射面RPa旋轉1反射面RP之期間，將選擇用光學元件AOM1~AOM6依序逐一切換為導通，藉此，可將供光束LBn入射之掃描單元Un例如以U1→U2→U3→U4→U5→U6之順序進行切換。亦即，由於有助於實際掃描之旋轉角度θ w2為7.5度，故而多面鏡PM旋轉1個反射面RP之角度(45°)中之無助於實際掃描之旋轉角達37.5度，該期間未使光束LBn入射至掃描單元U1之多面鏡PM，而變得無用。因此，藉由於該無用之期間選擇性地切換光束LBn並使其分時入射至其他掃描單元U2~U6，可有效地活用光束LBn。再者，於各掃描單元Un(U1~U6) 開始光點SP之掃描起至開始下一掃描之前，多面鏡PM旋轉45度。
此處，複數個掃描單元Un例如為了以U1→U2→U3→U4→U5→U6之順序掃描光點SP，必須使各掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM同步旋轉，且其旋轉角度位置必須成為既定之相位關係。又，必須將光束切換部BDU之複數個選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)中之任一個切換為導通，於掃描單元Un可掃描光點SP之期間使光束LBn入射至該掃描單元Un。以下，使用圖10說明為了實現該情況而設置於圖1中所示之控制裝置18內之控制電路系統之概略性構成。
首先，最初對複數個掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM之旋轉控制進行說明。於各掃描單元Un(U1~U6)，設置有原點感測器OPn(OP1~OP6)。各原點感測器OPn(OP1~OP6)係若掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM之反射面RP之旋轉位置來到能夠開始藉由反射面RP之光點SP之掃描之既定位置，則產生脈衝狀之原點訊號SZn(SZ1~SZ6)。換言之，各原點感測器OPn(OP1~OP6)於接下來要進行光點SP之掃描之反射面RP之角度成為既定之角度位置時，產生原點訊號SZn(SZ1~SZ6)。由於多面鏡PM具有8個反射面RP，故而原點感測器OPn(OP1~OP6)於掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM旋轉一圈之期間，輸出8次原點訊號SZn(SZ1~SZ6)。該各原點感測器OPn(OP1~OP6)產生之原點訊號SZn(SZ1~SZ6)被送至控制裝置18之多面鏡驅動控制部20。原點感測器OPn具有：光束送光系統opa，其將對基板P之感光性功能層非感光之波長區域之雷射光束Bga相對於反射面RP射出；及光束受光系統opb，其接收於反射面RP反射之雷射光束Bga(連續發光)之反射光束Bgb並產生原點訊號SZ1。
各掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM藉由藉由包含馬達等之旋轉驅動源RMn(RM1~RM6)之驅動而以旋轉軸AXp為中心旋轉。多面鏡驅動控制部20藉由控制使各掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM旋轉之旋轉驅動源RMn(RM1~RM6)，而控制多面鏡PM之旋轉。多面鏡驅動控制部20基於原點訊號SZn(SZ1~SZ6)，以複數個掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM之旋轉角度位置成為既定之相位關係之方式，使複數個掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM同步旋轉。亦即，以複數個掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM之旋轉速度(轉數)彼此相同且旋轉角度位置之相位逐一偏移固定之角度之方式，控制複數個掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM之旋轉。
有助於光點SP之實際掃描之角度θ w2於本實施形態中為7.5度，因此，多面鏡驅動控制部20以於複數個掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM之旋轉角度位置逐一錯開7.5度之狀態下等速旋轉之方式，同步控制複數個掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM之旋轉。於本第1實施形態中，供光束LBn入射之掃描單元Un之順序、亦即進行光點SP之掃描之掃描單元Un之順序設為U1→U2→U3→U4→U5→U6，因此，以依照該順序將複數個掃描單元Un(U1~U6)之各者之多面鏡PM之旋轉角度位置逐一錯開7.5度之方式進行控制。
具體而言，多面鏡驅動控制部20以將來自掃描單元U1之原點感測器OP1之原點訊號SZ1設為基準使來自掃描單元U2之原點感測器OP2之原點訊號SZ2延遲時間Ts而產生之方式，同步控制掃描單元U2之多面鏡PM之旋轉。該時間Ts係多面鏡PM旋轉7.5度所需之時間。又，多 面鏡驅動控制部20以將原點訊號SZ1設為基準使來自掃描單元U3之原點感測器OP3之原點訊號SZ3延遲2×時間Ts而產生之方式，同步控制掃描單元U3之多面鏡PM之旋轉。以同樣之方式，以將原點訊號SZ1設為基準使原點訊號SZ4、SZ5、SZ6之各者延遲3×時間Ts、4×時間Ts、5×時間Ts而產生之方式，同步控制掃描單元U4~U6之各多面鏡PM之旋轉。再者，多面鏡驅動控制部20將所取得之原點訊號SZ1~Z6輸出至圖10所示之AOM驅動控制部22。
其次，對將複數個選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)切換為導通之時點進行說明。圖10所示之AOM驅動控制部(光束切換驅動控制部)22控制光束切換部BDU之複數個選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)，於自1個掃描單元Un開始光點SP之掃描起至開始下一掃描之前，將來自光源裝置14之光束LB(LBn)分時依序分配至6個掃描單元Un(U1~U6)。
具體而言，AOM驅動控制部22係若產生原點訊號SZn(SZ1~SZ6)，則自原點訊號SZn產生後固定時間(導通時間Ton)對與產生原點訊號SZn(SZ1~SZ6)之掃描單元Un(U1~U6)對應之選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)施加驅動訊號(高頻訊號)HFn(HF1~HF6)。藉此，被施加驅動訊號(高頻訊號)HFn之選擇用光學元件AOMn於導通時間Ton成為導通狀態，從而可使光束LBn入射至對應之掃描單元Un。又，由於使光束LBn入射至產生原點訊號SZn之掃描單元Un，故而能夠使光束LBn入射至可進行光點SP之掃描之掃描單元Un。再者，該導通時間Ton係多面鏡PM旋轉7.5度之時間Ts以下之時間。
於6個掃描單元U1~U6產生之原點訊號SZ1~SZ6係以時間Ts間隔且以SZ1→SZ2→SZ3→SZ4→SZ5→SZ6之順序產生。因此，對複數個選擇用光學元件AOM1~AOM6，以時間Ts間隔且以HF1→HF2→HF3→HF4→HF5→HF6之順序施加驅動訊號(高頻訊號)HFn。因此，可將供來自光源裝置14之光束LBn入射之1個掃描單元Un以時間Ts間隔且以U1→U2→U3→U4→U5→U6之順序進行切換，且複數個掃描單元Un(U1~U6)能以該順序進行光點SP之掃描。
光源裝置14具有控制電路14a。控制電路14a以如下方式控制光源裝置14之未圖示之半導體雷射元件，即，以振盪頻率Fa產生時脈訊號LTC，且響應該時脈訊號LTC而發出種光。該半導體雷射元件發出之紅外區域之種光藉由光纖放大器而被放大，且藉由波長轉換元件而將經放大之紅外波長區域之脈衝光轉換為紫外波長區域之脈衝光。該轉換而成之紫外波長區域之脈衝光作為光束LB而自光源裝置14輸出。又，光源裝置14射出之光束LB成為根據由供該光束LB(LBn)入射之掃描單元Un描繪之1行(1描繪線SLn)量之圖案而將其強度調變為高位準及低位準之光束LBn。例如，於光束LBn入射至掃描單元U1之期間，自光源裝置14射出之光束LB之強度根據由掃描單元U1描繪之1描繪線SL1之圖案而進行強度調變。此種光源裝置14之構成如上述般揭示於日本特開2015-210437號公報。該控制電路14a產生之時脈訊號LTC被輸出至設置於控制裝置18內之多面鏡驅動控制部20、AOM驅動控制部22、及控制器24。多面鏡驅動控制部20、AOM驅動控制部22、及控制器24依照時脈訊號LTC而動作。再者，控制器24作為控制多面鏡驅動控制部20、AOM驅動控制部22、及 光源裝置14之統括控制部發揮功能。多面鏡驅動控制部20將所取得之原點訊號SZn(SZ1~SZ6)輸出至控制器24，控制器24使用原點訊號SZn(SZ1~SZ6)對接下來要進行光點SP之掃描之掃描單元Un(U1~U6)進行管理。然後，控制器24將接下來要進行光點SP之掃描之掃描單元Un所描繪之1行量(光點SP之1次之掃描量)之圖案資訊輸出至光源裝置14。光源裝置14以與時脈訊號LTC之週期對應之時間解析度對基於該圖案資訊而射出之光束LB之強度高速地進行調變。
如此，將使多面鏡PM之反射面RPa兩次反射光束LBn而偏振之光束LBn之光點SP投射至基板P上，因此，可加快光點SP之掃描速度。又，由於可降低多面鏡PM之反射面RP之掃描效率，亦即，可減小有助於實際掃描之多面鏡PM之旋轉角度，故而可於多面鏡PM旋轉1反射面RP之期間將光束LBn分時分配至更多之掃描單元Un。又，使用柱面透鏡CY1、CY2，在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向或旋轉軸AXp之方向)上將最初入射至反射面RPa之光束LB1與再次(第2次)入射之光束LB1之位置設定為相同之位置。藉此，可使多面鏡PM之厚度(旋轉軸AXp方向之長度)較薄。因此，可使多面鏡PM輕量化，多面鏡PM之旋轉速度提高。
又，如圖9所說明般，由於藉由多面鏡PM而掃描光束LBn(LB1d)時之偏向角(旋轉角度)θ w2成為一半，故而藉由多面鏡PM之1個反射面RPa之掃描效率α 1亦成為一半之1/6，但於掃描效率α 1保持為1/3即可之情形時，由於可將與多面鏡PM之1個反射面RP對應之角度θ m設為一半，故而可使用16反射面RP之多面鏡作為多面鏡PM。進一步， 於本實施形態中，將圖6、圖7所示之反射鏡M10之反射面設為與YZ平面平行之平面進行說明，但亦可設為曲率半徑較大之凹球面狀、或凹圓筒面狀之曲面。可藉由將反射鏡M10之反射面設為曲面，而修正或緩和可能因多面鏡PM之反射面RP與旋轉軸AXp錯開而產生之反射光束LB1b之Z方向之微小之位置變化所導致之影響(描繪線SLn之畸變等)。
[第1實施形態之變形例]
上述第1實施形態能夠以如下方式進行變形。
(變形例1)圖11係表示變形例1中之掃描單元U1a之構成之圖。再者，對於與上述第1實施形態同樣之構成附註相同之符號。又，於本變形例1中，與圖11之掃描單元U1a相同之構成之6個掃描單元Una(U1a~U6a)亦以如圖2所示之配置設置。由於複數個掃描單元Una(U1a~U6a)成為相同構成，故而列舉掃描單元U1a為例進行說明。掃描單元U1a具備反射鏡M12、柱面透鏡CY1、偏振分光鏡PBS、λ/4波片QP、多面鏡PM、柱面透鏡CY2、反射鏡M10、f θ透鏡FT、及柱面透鏡CY3。再者，偏振分光鏡PBS及λ/4波片QP構成分光構件，柱面透鏡CY1及反射鏡M10構成再反射光學系統。又，f θ透鏡FT及柱面透鏡CY3構成掃描用光學系統。
藉由圖5所示之入射鏡(作為導光構件之落射鏡)IM1而朝-Z方向反射並被擴大至既定之直徑之平行光束之光束LB1沿著與Z軸平行之光軸AX1入射至掃描單元U1a。入射至掃描單元U1a之光束LB1(以下，有時稱為入射光束LB1a)藉由以45°設置於光軸AX1上之反射鏡M12而沿著與X軸平行之光軸AX3朝-X方向反射。藉由反射鏡M12而朝-X方向反 射之入射光束LB1a經由設置於光軸AX3上之於Y方向具有母線之柱面透鏡CY1、偏振分光鏡PBS、及λ/4波片QP而入射至多面鏡PM之反射面RPa。再者，雖已於上述第1實施形態中進行了敍述，但仍要附帶一說，光束LB1係P偏振光之光，偏振分光鏡PBS使P偏振光之光透過且反射S偏振光之光。
多面鏡PM配置為與多面鏡PM之旋轉軸AXp正交之平面相對於XY平面傾斜未達45°之微小之角度，以使得自反射鏡M12入射至多面鏡PM之反射面RPa之入射光束LB1a朝向設置於多面鏡PM之+X方向側之位置且偏振分光鏡PBS之+Z方向側之位置之反射鏡M10反射。多面鏡PM於包含光軸AX4且相對於XY平面傾斜之平面內使於反射面RPa反射之入射光束LB1a之反射光(以下，第1反射光束LB1b)偏向。柱面透鏡CY2之沿Y方向延伸之母線位於該第1反射光束LB1b被偏振之平面上。包含光軸AX1、AX3、AX4、及旋轉軸AXp之平面與XZ平面平行。
於Y方向具有母線之柱面透鏡CY1在與基於多面鏡PM之主掃描方向(旋轉方向、偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向或旋轉軸AXp之方向)上使入射之入射光束LB1a於多面鏡PM之反射面RPa上收斂。亦即，柱面透鏡CY1使入射光束LB1a於反射面RPa上收斂為於Y方向延伸之狹縫狀(長橢圓狀)。
藉由多面鏡PM之反射面RPa而反射之第1反射光束LB1b通過柱面透鏡CY2而入射至反射鏡M10。於反射面RPa反射之第1反射光束LB1b在與基於多面鏡PM之主掃描方向正交之非掃描方向(Z方向)上一面發散、一面入射至柱面透鏡CY2，但藉由於Y方向具有母線之柱面透 鏡CY2而成為平行光。因此，要入射至反射鏡M10之第1反射光束LB1b成為與要入射至柱面透鏡CY1之入射光束LB1a大致相同之直徑之平行光束。再者，柱面透鏡CY1之後側焦點與柱面透鏡CY2之前側焦點於反射面RPa上在既定之容許範圍內一致。
反射鏡M10將最初由多面鏡PM之反射面RPa反射之第1反射光束LB1b再次朝向多面鏡PM之反射面RPa反射。於反射鏡M10反射之第1反射光束LB1b之反射光(以下，有時稱為第2反射光束LB1c)通過柱面透鏡CY2而入射至反射面RPa。因此，藉由該柱面透鏡CY2而入射至反射面RPa之第2反射光束LB1c在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向或旋轉軸AXp之方向)上於反射面RPa上收斂。亦即，柱面透鏡CY2將第2反射光束LB1c於反射面RPa上收斂為於Y方向延伸之狹縫狀(長橢圓狀)。在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向或旋轉軸AXp之方向)上，基於柱面透鏡CY1之反射面RPa上之收斂位置與基於柱面透鏡CY2之反射面RPa上之收斂位置設定為大致相同之位置。藉此，可使多面鏡PM之厚度(旋轉軸AXp方向之長度)較薄。
多面鏡PM之反射面RPa將由反射鏡M10反射之第2反射光束LB1c朝向+X方向側反射。有時將由該反射面RPa再次反射之光束LB1(第2反射光束LB1c)之反射光稱為第3反射光束LB1d。多面鏡PM於包含與X軸平行之光軸AX3且與XY平面平行之面內使第3反射光束LB1d偏向，並且以光軸AX3為中心沿Y方向偏向。由多面鏡PM之反射面RPa再次反射之第3反射光束LB1d入射至偏振分光鏡PBS。由於在多面鏡PM 與偏振分光鏡PBS之間設置有λ/4波片QP，故而由多面鏡PM之反射面RP再次反射而入射至偏振分光鏡PBS之第3反射光束LB1d藉由偏振分光鏡PBS之偏振分離面Qs而朝向基板P向-Z方向側反射。偏振分離面Qs於XZ平面上，以光束LB1d之光軸與方位線Lx2及f θ透鏡FT之光軸AXf重疊而前進之方式朝向f θ透鏡FT反射光束LB1d。
f θ透鏡FT係將由多面鏡PM反射之光束LB1d之主光線於包含光軸AXf之與XZ平面正交之平面內以與光軸AXf平行之方式投射至基板P之遠心系統之掃描透鏡。f θ透鏡FT將以光軸AXf為中心投射至基板P之光束LB1d沿Y方向掃描。光束LB1d向f θ透鏡FT之入射角θ根據多面鏡PM之旋轉角(θ/4)而變化。f θ透鏡FT經由柱面透鏡CY3而將光束LB1d投射至與該入射角θ成正比之基板P之被照射面上之像高位置。又，藉由f θ透鏡FT及柱面透鏡CY3，投射至基板P之光束LB1d於基板P上收斂為光點SP。包含光軸AX1、AX3、AX4、AXf之平面與XZ平面平行，且於向f θ透鏡FT之入射角θ為0度時，入射至f θ透鏡FT之光束LB1d沿著光軸AXf上前進。再者，f θ透鏡FT之前側焦點位於供光束LB入射之多面鏡PM之反射面RPa上，後側焦點位於基板P上。又，柱面透鏡CY3之後側焦點位於基板P上。於本變形例1中，亦可發揮與上述第1實施形態同等之作用、效果。進一步，於本變形例中，將入射至多面鏡PM之反射面RPa之光束LB1a或光束LB1c之入射角度設為比圖6、圖7之情形(入射角度為45°)小。因此，與圖6、圖7之情形相比，可減少可能因多面鏡PM之反射面RP與旋轉軸AXp錯開產生之反射光束LB1b、LB1d之Z方向之微小之位置變化所導致之影響(描繪線SLn之畸變之程度)。
(變形例2)圖12係變形例2中之用以使多面鏡PM之反射面RPa兩次反射光束LBn之構成圖。再者，對於與上述第1實施形態同樣之構成附註相同之符號。藉由未圖示之於Y方向具有母線之柱面透鏡，入射至多面鏡PM之光束LB1a在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向)上於反射面RPa上收斂。由多面鏡PM之反射面RPa反射之光束LB1b經由中繼透鏡系統G20而入射至反射鏡M20。反射鏡M20將入射之光束LB1b朝向多面鏡PM之反射面RPa反射。於反射鏡M20反射之光束LB1b之反射光束LB1c再次通過中繼透鏡系統G20而入射至多面鏡PM之反射面RPa。藉由該中繼透鏡系統G20，反射面RPa與反射鏡M20成為共軛關係。因此，要入射至反射鏡M20之光束LB1b在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向)上，於反射鏡M20之反射面上收斂於Z方向。又，自反射鏡M20入射至多面鏡PM之反射面RPa之光束LB1c亦在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向)上，於反射面RPa上收斂於Z方向。而且，再次入射至多面鏡PM之反射面RPa之光束LB1c朝向f θ透鏡FT成為光束LB1d而反射。再者，於與多面鏡PM之掃描方向正交之Z方向上，最初入射至反射面RPa之光束LB1a之收斂位置與再次入射至反射面RPa之光束LB1c之收斂位置大致一致。於本變形例2中，亦可發揮與上述第1實施形態同等之效果。進一步，藉由作為中繼透鏡系統G20使用短焦點距離者，可縮短自多面鏡PM至反射鏡M20之光路長度，或可縮小透鏡之口徑。
[第2實施形態]
其次，對第2實施形態之掃描單元U1b進行說明。圖13A係自-Y方向 觀察第2實施形態之掃描單元U1b之構成時之圖，圖13B係自+Z方向觀察第2實施形態之掃描單元U1b之構成時之圖。再者，對於與上述第1實施形態同樣之構成，附註同樣之符號。又，由於掃描單元Unb(U1b~U6b)具有相同構成，故而僅舉掃描單元U1b為例進行說明。進一步，於本第2實施形態中，基板P係與XY平面平行地向+X方向搬送。掃描單元U1b具備於Y方向具有母線之柱面透鏡CYa~CYd、偏振分光鏡PBS1、PBS2、λ/4波片QP1、QP2、f θ透鏡FT1、成像透鏡FT2、多面鏡PM、及反射鏡M30。再者，偏振分光鏡PBS1、PBS2及λ/4波片QP1、QP2構成分光構件，f θ透鏡FT1及柱面透鏡(第3光學構件)CYd構成掃描用光學系統。又，柱面透鏡(第1光學構件)CYb、CYc及反射鏡M30構成再反射光學系統。
藉由圖5所示之入射鏡(導光構件)IM1而朝-Z方向反射之平行光束之光束LB1沿著與Z軸平行之光軸AX1入射至掃描單元U1b。再者，於本實施形態中，要入射至掃描單元U1b之光束LB1(以下，有時稱為入射光束LB1a)係藉由未圖示之聚光透鏡而於面p1上聚光為圓形之點之後入射至掃描單元U1b，因此係一面發散，一面入射至掃描單元U1b。入射至掃描單元U1b之入射光束LB1a透過沿著光軸AX1設置之於Y方向具有母線之柱面透鏡(第2光學構件)CYa而入射至偏振分光鏡PBS1。偏振分光鏡PBS1之偏振分離面Qs相對於XY平面傾斜45度，且反射P偏振光之光，使S偏振光之光透過。因此，通過柱面透鏡CYa而入射至偏振分光鏡PBS1之入射光束LB1a(P偏振光之光)藉由偏振分光鏡PBS1之偏振分離面Qs而朝-X方向側反射。藉由偏振分光鏡PBS1之偏振分離面Qs而朝-X方向反射之入射光束LB1a經由設置於偏振分光鏡PBS1之-X方向之λ/4波 片QP1及f θ透鏡FT1而入射至多面鏡PM之反射面RPa。f θ透鏡FT1之光軸AXf1與X軸平行，多面鏡PM之旋轉軸AXp與Z軸平行地設定。包含該光軸AXf1及旋轉軸AXp之平面與XZ平面平行。此時，入射光束LB1a自f θ透鏡FT1之射出側入射至f θ透鏡FT1。再者，多面鏡PM之反射面RP配置於f θ透鏡FT1之入射光瞳之位置(前側焦點之位置)。
此處，柱面透鏡CYa在與基於多面鏡PM之主掃描方向(旋轉方向、偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向)上使一面發散、一面入射之入射光束LB1a成為平行光(參照圖13A)。又，柱面透鏡CYa在基於多面鏡PM之主掃描方向(旋轉方向、偏向方向)上使一面發散、一面入射之入射光束LB1a直接透過(參照圖13B)。再者，柱面透鏡CYa之前側焦點設定於面p1上。f θ透鏡FT1在與基於多面鏡PM之主掃描方向(旋轉方向、偏向方向)正交之非掃描方向上，使藉由柱面透鏡CYa而成為平行光之入射光束LB1a於多面鏡PM之反射面RPa收斂(參照圖13A)。又，f θ透鏡FT1在作為基於多面鏡PM之主掃描方向(旋轉方向、偏向方向)之XY平面內，使一面發散、一面入射之光束LB1a成為平行光(參照圖13B)。藉此，投射至反射面RPa之入射光束LB1a於反射面RP上收斂為於Y方向延伸之狹縫狀(長橢圓狀)(參照圖13A、圖13B)。
再者，於XZ平面，自偏振分光鏡PBS1經由f θ透鏡FT1而朝向多面鏡PM之反射面RPa前進之入射光束LB1a通過f θ透鏡FT1之光軸AXf1之+Z方向側之位置而入射至反射面RPa，且於反射面RPa上收斂之位置與f θ透鏡FT1之光軸AXf1大致一致(參照圖13A)。又，於XY平面，自偏振分光鏡PBS1經由f θ透鏡FT1而朝向多面鏡PM之反射面RPa 前進之入射光束LB1a與f θ透鏡FT1之光軸AXf1重疊而入射至反射面RPa(參照圖13B)。此處，多面鏡PM之反射面RPa設定於f θ透鏡FT1之光瞳位置(前側焦點之位置)，f θ透鏡FT1之後側焦點設定於圖13A、圖13B中之於+X方向遠離偏振分光鏡PBS1之面p2之位置。面p2被設定為與面p1光學共軛之關係，並且設定為最終亦與基板P之表面共軛之關係。
多面鏡PM之反射面RPa將入射之入射光束LB1a朝向f θ透鏡FT1向+X方向側反射。藉由多面鏡PM之旋轉，入射之入射光束LB1a朝Y方向偏向。由反射面RPa反射之入射光束LB1a之反射光(以下，稱為第1反射光束LB1b)藉由旋轉後之多面鏡PM而於XY平面上以光軸AXf1為中心朝Y方向偏向。於反射面RPa反射之第1反射光束LB1b於XZ平面上通過f θ透鏡FT1之光軸AXf1之-Z方向側而入射至f θ透鏡FT1。
自反射面RPa朝向f θ透鏡FT之第1反射光束LB1b在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向上一面發散、一面入射至f θ透鏡FT1，但藉由f θ透鏡FT1而成為平行光(參照圖13A)。又，自反射面RPa朝向f θ透鏡FT之第1反射光束LB1b在包含基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)之XY面內，作為平行光入射至f θ透鏡FT1，但藉由f θ透鏡FT1而於面p2上收斂為圓形之點(參照圖13B)。
透過f θ透鏡FT1之第1反射光束LB1b透過λ/4波片QP2而入射至偏振分光鏡PBS2。該λ/4波片QP2及偏振分光鏡PBS2介隔遮光板DO而配置於λ/4波片QP1及偏振分光鏡PBS1之-Z方向側。該遮光板DO設置於包含f θ透鏡FT1之光軸AXf1且與XY平面平行之平面上。偏振分光鏡PBS1之偏振分離面Qs相對於XY平面傾斜45度，且反射P偏振 光之光，使S偏振光之光透過。此處，最初入射至多面鏡PM之入射光束LB1a藉由λ/4波片QP1而自P偏振光轉換為圓偏振光之光，最初於多面鏡PM反射之第1反射光束LB1b藉由λ/4波片QP2而自圓偏振光轉換為S偏振光之光。因此，入射至偏振分光鏡PBS2之第1反射光束LB1b直接透過偏振分光鏡PBS2。
透過偏振分光鏡PBS2而向-X方向側前進之第1反射光束LB1b通過配置於偏振分光鏡PBS2之+X方向側之柱面透鏡(第1光學構件)CYb及成像透鏡FT2而入射至反射鏡M30。後側焦點設定於面p2上之柱面透鏡CYb在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向)上，使透過f θ透鏡FT1及偏振分光鏡PBS2之平行光之第1反射光束LB1b於面p2上收斂(參照圖13A)。該面p2亦為f θ透鏡FT1之後側焦點之位置，因此，在基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)上，透過f θ透鏡FT1及偏振分光鏡PBS2之第1反射光束LB1b亦於面p2上收斂(參照圖13B)。該面p1與面p2成為共軛關係。再者，反射鏡M30為了像差修正而作為凹球面反射鏡配置於成像透鏡FT2之後側焦點之位置、即光瞳位置，但原理上亦可為平面反射鏡。進一步，將成像透鏡FT2與反射鏡M30組合而成之系統作為於面p2側具有遠心之成像特性的等倍之中繼光學系統發揮功能，且將藉由光束LB1b之收斂而聚光於面p2之光點再次作為光束LB1c收斂而成之光點而成像於面p2上之不同之位置。
因此，經由成像透鏡FT2而朝向反射鏡M30之第1反射光束LB1b以發散之狀態入射至成像透鏡FT2，但於藉由成像透鏡FT2而成為平行光束之後，入射至反射鏡M30。再者，成像透鏡FT2之光軸AXf2與f θ 透鏡FT1之光軸AXf1設定於同軸上。要入射至成像透鏡FT2之第1反射光束LB1b係於XZ平面上通過光軸AXf2之-Z方向側而入射至成像透鏡FT2，且於反射鏡M30上，第1反射光束LB1b之中心軸與光軸AXf2一致(參照圖13A)。該成像透鏡FT2之後側焦點(光瞳面)之位置設定於面p2上。
由反射鏡M30朝-X方向側反射之第1反射光束LB1b之反射光(以下，稱為第2反射光束LB1c)通過成像透鏡FT2及柱面透鏡(第1光學構件)CYc而再次入射至偏振分光鏡PBS1。第2反射光束LB1c通過光軸AXf2之+Z方向側而入射至成像透鏡FT2。成像透鏡FT2將由反射鏡M30反射之平行光束之第2反射光束LB1c於面p2上收斂為圓形之點。於面p2收斂之第2反射光束LB1c一面發散，一面入射至具有與Y軸平行之母線之柱面透鏡CYc之後，入射至偏振分光鏡PBS1。入射至偏振分光鏡PBS1之第2反射光束LB1c在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(Z方向)上藉由柱面透鏡CYc而成為平行光，且在基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)上直接一面發散、一面入射至偏振分光鏡PBS1。由於要入射至偏振分光鏡PBS1之第2反射光束LB1c成為S偏振光之光，故而直接透過偏振分光鏡PBS1。透過偏振分光鏡PBS1之第2反射光束LB1c通過λ/4波片QP1及f θ透鏡FT1而再次入射至多面鏡PM之反射面RPa。第2反射光束LB1c自f θ透鏡FT1之射出側入射至f θ透鏡FT1。
f θ透鏡FT1將入射之第2反射光束LB1c於多面鏡PM之反射面RP(RPa)上收斂為於Y方向延伸之狹縫狀(長橢圓狀)。此時，在與多面鏡PM之掃描方向(偏向方向)正交之Z方向上，第2反射光束LB1c 之反射面RPa上之入射位置與入射光束LB1a之反射面RPa上之入射位置一致。由反射面RPa再次反射之第2反射光束LB1c之反射光(以下，稱為第3反射光束LB1d)通過f θ透鏡FT1及λ/4波片QP2而入射至偏振分光鏡PBS2。此處，再次入射至多面鏡PM之第2反射光束LB1c藉由λ/4波片QP1而自S偏振光轉換為圓偏振光之光，於多面鏡PM再次反射之第3反射光束LB1d藉由λ/4波片QP2而自圓偏振光轉換為P偏振光之光。因此，要入射至偏振分光鏡PBS2之第3反射光束LB1d藉由偏振分光鏡PBS2之偏振分離面Qs而朝-Z方向反射而投射至基板P。藉由偏振分離面Qs而朝-Z方向反射之第3反射光束LB1d通過柱面透鏡(第3光學構件)CYd而投射至基板P。自掃描單元U1b朝向基板P投射之光束LB1(第3反射光束LB1d)沿著基板P之法線投射。
此處，f θ透鏡FT1在多面鏡PM之掃描方向(偏向方向)上使由反射面RPa反射而入射之平行光之第3反射光束LB1d於基板P上收斂。又，f θ透鏡FT1在與多面鏡PM之掃描方向(偏向方向)正交之方向上，使由反射面RPa反射而一面發散、一面入射之第3反射光束LB1d成為平行光，但藉由柱面透鏡CYd而收斂於基板P上。藉此，要投射至基板P之光束LB1(第3反射光束LB1d)係成為光點SP而投射至基板P。如此，面p1、面p2、及基板P彼此成為共軛關係。
此處，如圖13A所示，於與多面鏡PM之掃描方向(偏向方向)正交之方向(於XZ平面)上，自多面鏡PM之反射面RPa朝向反射鏡M10之第1反射光束LB1b之光路、形狀與自反射鏡M30朝向多面鏡PM之反射面RPa之第2反射光束LB1c之光路、形狀相對於包含光軸AXf1(AXf2) 且與XY平面平行之平面對稱。又，自偏振分光鏡PBS1最初朝向多面鏡PM之反射面RPa之入射光束LB1a之光路、形狀與自偏振分光鏡PBS1再次朝向多面鏡PM之反射面RPa之第2反射光束LB1c之光路、形狀在與多面鏡PM之掃描方向(偏向方向)正交之方向(於XZ平面)上相同。進一步，自多面鏡PM之反射面RPa朝向偏振分光鏡PBS2之第1反射光束LB1b之光路、形狀與自多面鏡PM之反射面RPa朝向偏振分光鏡PBS2之第3反射光束LB1d之光路、形狀在與多面鏡PM之掃描方向(偏向方向)正交之方向(於XZ平面)上相同。
另一方面，如圖13B所示，於多面鏡PM之掃描方向(偏向方向)上(於XY平面上)，根據多面鏡PM之反射面RPa之角度，第1反射光束LB1b~第3反射光束LB1d之光路不同。此處，將反射面RPa相對於YZ平面之角度設為△θ。於多面鏡PM之掃描方向(偏向方向)上(於XY平面上)，由多面鏡PM之反射面RPa反射而入射至f θ透鏡FT1之第1反射光束LB1b之中心軸(主光線)相對於f θ透鏡FT1之光軸AXf1(入射光束LB1a之中心軸)之角度(絕對值)成為2×△θ。又，於多面鏡PM之掃描方向(偏向方向)上(於XY平面上)，再次入射至多面鏡PM之反射面RP之第2反射光束LB1c之中心軸(主光線)相對於f θ透鏡FT1之光軸AXf1(入射光束LB1a之中心軸)之角度(絕對值)成為2×△θ。因此，於多面鏡PM之掃描方向(偏向方向)上(於XY平面上)，由多面鏡PM之反射面RPa反射而入射至f θ透鏡FT1之第1反射光束LB1b之中心軸(主光線)或收斂發散狀態、與再次入射至多面鏡PM之反射面RP之第2反射光束LB1c之中心軸(主光線)或收斂發散狀態相對於光軸AXf1(入 射光束LB1a之中心軸)對稱。又，於多面鏡PM之掃描方向(偏向方向)上(於XY平面上)，由多面鏡PM之反射面RPa反射而入射至f θ透鏡FT1之第3反射光束LB1d之光軸(中心軸)相對於f θ透鏡FT1之光軸AXf1(入射光束LB1a之中心軸)之角度(絕對值)成為4×△θ。
因此，於上述第2實施形態中，亦可發揮與上述第1實施形態同等之效果。圖13A、圖13B所示之將成像透鏡FT2與反射鏡M30組合而成之系統係與上文之圖12中所示之中繼透鏡系統G20同樣之遠心等倍中繼光學系統，且藉由作為成像透鏡FT2使用短焦點距離者，可使自面p2至反射鏡M30之構成小型化。
[第2實施形態之變形例]
上述第2實施形態能夠如下述般變形。
(變形例1)於上述第2實施形態之掃描單元Unb之情形時，掃描單元Unb於f θ透鏡FT1及成像透鏡FT2之光軸AXf1、AXf2方向變長。因此，如圖14所示，於藉由上述第1實施形態中所說明之轉筒DR使基板P彎曲而支持該基板P並且將上述第2實施形態所示之掃描單元Unb沿著基板P之搬送方向配置複數個之情形時，必須按照沿著基板P之搬送方向(X方向)配置之複數個掃描單元Unb之奇數號及偶數號而於X方向(轉筒DR之圓周方向)相隔配置。藉此，沿著搬送方向配置之複數個掃描單元Unb之描繪線SLn(光點SP之投射位置)間之距離變長。因此，若於基板P之搬送方向上，僅設置有複數個掃描單元Unb之上游側之1個對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)，則有時對準精度會降低。因此，於本變形例1中，如圖14所示，相對於沿著基板P之搬送方向設置之第奇數號掃描單元 Unb及第偶數號掃描單元Unb各自之位置，於基板P之搬送方向之上游側設置複數個對準顯微鏡AMm(AM1~AM4)即可。
(變形例2)於上述第2實施形態中，使1個光束LB1a入射至1個掃描單元Unb，但亦可使2個光束LBn(LB1a)於Y方向略微隔開而入射至1個掃描單元Unb之柱面透鏡CYa。於此情形時，要入射至柱面透鏡CYa之2個光束LB1a之各中心軸與光軸AX1平行且位於與包含光軸AX1之YZ平面平行之平面上。藉此，由於藉由2個光點SP而進行掃描，故而可更高速地描繪圖案。又，藉由以2個光點SP之掃描區域分擔之方式使2個光束LB1a入射至掃描單元Unb，可將有助於多面鏡PM之實際掃描之旋轉角度進一步變成一半。
[第3實施形態]
於上述第1及第2實施形態(亦包含變形例)中，以第1次將光束LBn(LB1a)反射之多面鏡PM之反射面RP與第2次將光束LBn(LB1c)反射之多面鏡PM之反射面RP相同之方式，使光束LBn入射至多面鏡PM。然而，於本第3實施形態中，以第1次將光束LBn反射之多面鏡PM之反射面RP與第2次將光束LBn反射之多面鏡PM之反射面RP不同之方式，變更再反射光學構件之構成。
圖15係第3實施形態中之用以使多面鏡PM兩次反射描繪用光束LBn之構成圖。再者，對於與上述第1、第2實施形態同樣之構成，附註相同之符號。於本實施形態中，以第1次將光束LBn反射之多面鏡PM之反射面RP與第2次將光束LBn反射之多面鏡PM之反射面RP不同之方式構成再反射光學構件。
於圖15中，藉由未圖示之於Y方向具有母線之柱面透鏡，使入射至多面鏡PM之光束LB1a在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(旋轉軸AXp之方向)上於反射面RPa上收斂。由多面鏡PM之反射面RPa反射之光束LB1b通過中繼透鏡系統G30入射至反射鏡M50並由反射鏡M50反射之後，入射至反射鏡M51。藉由該中繼透鏡系統G30，反射面RPa與反射鏡M51成為共軛關係。因此，要入射至反射鏡M51之光束LB1b在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(旋轉軸AXp之方向)上於反射鏡M51之反射面上收斂。又，由反射鏡M51反射之光束LB1c被反射鏡M52反射之後，通過中繼透鏡系統G31而入射至多面鏡PM之反射面RP。供光束LB1c通過中繼透鏡系統G31而入射之反射面RP係與反射面RPa不同之反射面RP(以下，RPb)。藉由中繼透鏡系統G31，反射鏡M51與反射面RPb成為共軛關係。因此，要入射至反射面RPb之光束LB1c在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(旋轉軸AXp之方向)上，於反射面RPb上收斂。然後，於多面鏡PM之反射面RPb反射之光束LB1d朝向f θ透鏡FT反射。再者，於與多面鏡PM之掃描方向正交之方向上，光束LBn於反射面RPa上收斂之位置(旋轉軸AXp延伸之方向之位置)與光束LBn於反射面RPb上收斂之位置(旋轉軸AXp延伸之方向之位置)一致。
於以上之本實施形態中，藉由圖15中之中繼透鏡系統G30、G31及反射鏡M50、M51、M52構成再反射光學系統，且發揮與上述第1實施形態同等之作用、效果。
(變形例1)圖16係第3實施形態(圖15)之變形例1中 之用以使多面鏡PM兩次反射光束LBn之構成圖。再者，對於與上述第3實施形態同樣之構成附註相同之符號。於本變形例1中，以第1次將光束LBn反射之多面鏡PM之反射面RP與第2次將光束LBn反射之多面鏡PM之反射面RP不同之方式，使光束LBn入射至多面鏡PM之再反射光學系統之構成與圖15之構成不同。
藉由未圖示之於Y方向具有母線之柱面透鏡，使要入射至多面鏡PM之光束LB1a在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(旋轉軸AXp之方向)上於反射面RPa上收斂。由多面鏡PM之反射面RPa反射之光束LB1b通過透鏡系統G50a之後，入射至反射鏡M60。於反射鏡M60反射之光束LB1b入射至反射鏡M61。由反射鏡M61反射之光束LB1c通過透鏡系統G50b入射至多面鏡PM之反射面RPb。該反射面RPb係與反射面RPa不同之反射面RP。該透鏡系統G50a、G50b構成於光路中之中間位置(反射鏡M60、M61之間)形成光瞳面ep之中繼透鏡系統G50，且藉由該中繼透鏡系統G50，反射面RPa、RPb彼此成為共軛關係。因此，要入射至反射面RPb之光束LB1c在與基於多面鏡PM之主掃描方向(偏向方向)正交之非掃描方向(旋轉軸AXp之方向)上於反射面RPb上收斂。然後，於多面鏡PM之反射面RPb反射之光束LBn朝向f θ透鏡FT反射。再者，於與多面鏡PM之掃描方向正交之方向上，光束LB1a於反射面RPa上收斂之位置(旋轉軸AXp延伸之方向之位置)與光束LBn於反射面RPb上收斂之位置(旋轉軸AXp延伸之方向之位置)一致。於本變形例1中，亦可發揮與上述第1實施形態同等之效果。
[第1~第3實施形態之變形例]
於上述各實施形態中，使用多面鏡PM作為可動反射構件，但亦可使用檢流計鏡等擺動反射構件使光束LBn偏向。又，於使用檢流計鏡GM之情形時，亦可設為如圖17所示之掃描單元U1d。再者，對於與上述第1~第3實施形態同樣之構成，附註同樣之符號。又，由於掃描單元Und(U1d~U6d)具有相同構成，故而僅舉掃描單元U1d為例進行說明。
f θ透鏡FT之光軸AXf與正交座標系統XYZ之X軸平行地配置，檢流計鏡(可動反射構件、擺動反射構件)GM之旋轉(振動)中心軸Cg與Z軸平行地配置。檢流計鏡GM之第1反射面m10與第2反射面m11以與Z軸平行並且於圍繞旋轉中心軸Cg之振動之中立位置(偏轉角度為0度)相對於f θ透鏡FT之光軸AXf於XY面內成為45度之角度之方式進行設定。該檢流計鏡GM於既定之偏轉角度±θ g之範圍內振動(擺動)。於將第1反射面m10例如設為檢流計鏡GM之表面之情形時，第2反射面m11成為檢流計鏡GM之背面。
入射至掃描單元U1d之光束LB1(以下，入射光束LB1a)藉由反射鏡等而使其光路彎折之後，沿-Y方向前進，並入射至檢流計鏡GM之第1反射面m10。由檢流計鏡GM之第1反射面m10反射之入射光束LB1a之反射光(以下，第1反射光束LB1b)被反射鏡MRa、MRb反射並再次入射至檢流計鏡GM。此時，由反射鏡MRa、MRb反射之第1反射光束LB1b之反射光(以下，第2反射光束LB1c)入射至檢流計鏡GM之第2反射面m11。於第2反射面m11反射之第2反射光束LB1c之反射光(以下，第3反射光束LB1d)通過f θ透鏡FT而作為光點SP投射至基板P。
再者，於使用檢流計鏡GM之光束掃描單元中，未設置用以 修正反射面之面傾斜之柱面透鏡，但於必須進行面傾斜修正之情形時，只要於與掃描方向正交之方向上，將包含使入射光束LB1a與第2反射光束LB1c之各者於第1反射面m10上及第2反射面m11上收斂之柱面透鏡之光學系統設置於光束LB之光路上即可。於此情形時，於f θ透鏡FT與基板P之間，設置有於與檢流計鏡GM之掃描方向正交之方向上使第3反射光束LB1d於基板P上收斂之柱面透鏡。藉由圖17所示之構成，即便於使用檢流計鏡GM之情形時，亦可使令入射光束LB1a偏向之第1反射面m10與令第2反射光束LB1c偏向之第2反射面m11不同。又，由於檢流計鏡GM之偏轉角度為±θ g，故而，以光軸AXf為中心於±4 θ g之範圍內偏向之第3反射光束LB1d入射至f θ透鏡FT。因此，於本變形例中，亦可發揮與上述第1實施形態同等之效果。檢流計鏡GM於偏轉角之範圍之兩端，線性較差，因此，通常於包含振動之振幅角之中央位置之線性較佳之較窄之偏轉角範圍內進行光束掃描，但藉由如圖17般設置藉由反射鏡MRa、MRb之再反射光學構件，能夠於較寬之角度範圍內進行線性較佳之光束掃描。
AX1‧‧‧光軸
AX2‧‧‧光軸
AXf‧‧‧光軸
AXp‧‧‧旋轉軸
CY1‧‧‧柱面透鏡
CY2‧‧‧柱面透鏡
CY3‧‧‧柱面透鏡
FT‧‧‧f θ透鏡
LB1‧‧‧光束
LB1a‧‧‧入射光束
LB1b‧‧‧第1反射光束
LB1c‧‧‧第2反射光束
LB1d‧‧‧第3反射光束
Lx2‧‧‧方位線
M10‧‧‧反射鏡
M11‧‧‧反射鏡
P‧‧‧基板
PBS‧‧‧偏振分光鏡
PM‧‧‧多面鏡
QP‧‧‧λ/4波片
Qs‧‧‧偏振分離面
RP‧‧‧反射面
RPa‧‧‧反射面
SP‧‧‧光點
U1‧‧‧掃描單元
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
θ 1‧‧‧角度

Claims (14)

  1. 一種光束掃描裝置，其係將藉由反射面之角度會變化之可動反射構件而將偏向之來自光源裝置的光束投射至被照射體者，且具備：再反射光學系統，其具備第1光學構件，該第1光學構件係反射最初於上述可動反射構件反射之第1反射光束而產生朝向上述可動反射構件之第2反射光束，並且於與藉由上述可動反射構件產生之上述光束之偏向方向交叉之非偏向方向上使上述第2反射光束收斂；掃描用光學系統，其入射上述第2反射光束於上述可動反射構件再次反射所得之第3反射光束，並朝向上述被照射體射出；及分光構件，其配置於上述可動反射構件與上述掃描用光學系統之間之光路，且以最初將來自上述光源裝置之上述光束入射至上述可動反射構件之方式引導，並且以將於上述可動反射構件再次反射所得之上述第3反射光束入射至上述掃描用光學系統之方式引導。
  2. 如申請專利範圍第1項之光束掃描裝置，其中最初入射至上述可動反射構件之上述光束與再次入射之上述第2反射光束於上述可動反射構件之反射面上在上述非偏向方向上設定於相同之位置。
  3. 如申請專利範圍第2項之光束掃描裝置，其中上述可動反射構件，係具有多個反射面的旋轉多面鏡；該光束掃描裝置進一步具備使最初入射至該旋轉多面鏡之反射面之上述光束於上述非偏向方向上收斂之第2光學構件，且上述掃描用光學系統具有入射於上述旋轉多面鏡之反射面再次反 射所得之上述第3反射光束之fθ透鏡系統、及使自上述fθ透鏡系統朝向上述被照射體之上述第3反射光束於上述非偏向方向上收斂之第3光學構件。
  4. 如申請專利範圍第3項之光束掃描裝置，其中上述分光構件包含配置於入射來自上述光源裝置之上述光束之側的偏振分光鏡、及配置於上述旋轉多面鏡與上述偏振分光鏡之間之光路的波片，且將最初入射至上述旋轉多面鏡的反射面之上述光束設為直線偏振光。
  5. 如申請專利範圍第4項之光束掃描裝置，其中上述第1光學構件係以上述焦點位於上述旋轉多面鏡之反射面之方式設置之柱面透鏡；上述再反射光學系統進一步包含配置於上述柱面透鏡之後側的反射鏡。
  6. 如申請專利範圍第5項之光束掃描裝置，其中上述第2光學構件係以後側焦點位於上述旋轉多面鏡之反射面之方式設置之柱面透鏡。
  7. 一種光束掃描裝置，其係對繞旋轉軸旋轉之旋轉多面鏡的複數個反射面之各個照射來自光源裝置的光束，且將經上述反射面之各個偏向之光束，經由掃描用光學系統投射至被照射體並進行一維掃描，且具備：第1柱面透鏡，入射來自上述光源裝置之上述光束，並於上述旋轉多面鏡之反射面上在與旋轉方向正交之非偏向方向上使之收斂並照射； 再反射光學系統，其包含第2柱面透鏡，該第2柱面透鏡係入射最初於上述旋轉多面鏡之反射面反射之第1反射光束而產生以朝向上述旋轉多面鏡之反射面之方式反射之第2反射光束，並且於上述旋轉多面鏡之反射面上在上述非偏向方向上使上述第2反射光束收斂；分光構件，其設置於上述旋轉多面鏡與上述掃描用光學系統之間之光路，且以最初將來自上述光源裝置之上述光束入射至上述旋轉多面鏡之反射面之方式引導，並且以將上述第2反射光束於上述旋轉多面鏡之反射面再次反射所得的第3反射光束入射至上述掃描用光學系統之方式引導。
  8. 如申請專利範圍第7項之光束掃描裝置，其中最初入射至上述旋轉多面鏡之反射面的上述光束、與再次入射之上述第2反射光束，於上述旋轉多面鏡之反射面上在上述非偏向方向上設定於同一位置。
  9. 如申請專利範圍第8項之光束掃描裝置，其中上述再反射光學系統，進一步包含配置於上述第2柱面透鏡之後側的反射鏡；上述第2柱面透鏡之前側焦點，設定於上述旋轉多面鏡之反射面的位置。
  10. 如申請專利範圍第9項之光束掃描裝置，其中上述分光構件，包含配置於入射來自上述光源裝置之上述光束之側的偏振分光鏡、及配置於上述旋轉多面鏡與上述偏振分光鏡之間之光路的波片，且將最初入射至上述旋轉多面鏡的反射面之上述光束設為直線 偏振光。
  11. 一種圖案描繪裝置，其係於使基板於既定之方向移動之狀態下，使用申請專利範圍第1至10項中任一項之光束掃描裝置，將來自上述掃描用光學系統之上述第3反射光束投射至作為上述被照射體之上述基板上，且使上述第3反射光束於與上述非偏向方向交叉之主掃描方向掃描，藉此於上述基板上描繪圖案。
  12. 如申請專利範圍第11項之圖案描繪裝置，其中沿著上述基板之移動方向及上述主掃描方向之至少一方向配置有複數個上述光束掃描裝置。
  13. 如申請專利範圍第12項之圖案描繪裝置，其具備用以檢測形成於上述基板之既定之標記之對準系統，且上述對準系統與沿著上述基板之移動方向配置之複數個上述光束掃描裝置之位置對應而分別設置。
  14. 如申請專利範圍第11至13項中任一項之圖案描繪裝置，其中上述基板係可撓性之長條之薄片基板，且該圖案描繪裝置進一步具備轉筒，該轉筒具有於與上述薄片基板之長尺寸方向交叉之寬度方向延伸之中心軸、及離上述中心軸固定半徑之圓筒狀之外周面，且上述轉筒一面照著上述外周面使上述薄片基板之一部分於上述長尺寸方向彎曲地予以支持，一面以上述中心軸為中心旋轉而使上述薄片基板於上述長尺寸方向移動，且上述光束掃描裝置將來自上述掃描用光學系統之上述第3反射光 束投射至由上述轉筒支持之上述薄片基板上。
TW106110234A 2016-03-30 2017-03-28 光束掃描裝置及圖案描繪裝置 TWI714745B (zh)

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