TWI777841B - 圖案曝光裝置 - Google Patents
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Abstract
圖案曝光裝置,具備:設在從第1光源裝置到將圖案描繪至基板上之第1描繪單元之間之第1光束之光路中、分割第1光束之一部分作為第1測量用光束的第1光分割器,設在從第2光源裝置到將圖案描繪至第2描繪單元之間之第2光束之光路中、分割第2光束之一部分作為第2測量用光束的第2光分割器,接收第1測量用光束及第2測量用光束、檢測第1光束與第2光束之相對位置變動或相對傾斜變動的變動檢測光學單元,形成第1測量用光束之光路的第1導光系,以及形成第2測量用光束之光路的第2導光系。
Description
本發明係關於以根據描繪資料調變之描繪光束將電子元件等之圖案曝光至基板上的圖案曝光裝置。
一直以來,於基板上製造微細電子元件之製程中,會實施包含對基板上之光阻層照射對應電子元件之圖案(用以規定配線層、電極層、半導體層、絕緣層等之形狀的圖案)之曝光光束(光束或電子束等)之曝光製程、與使曝光後之基板顯影以使由光阻層之殘膜部與除去部構成之圖案出現之顯影製程的微影處理。作為於該曝光製程使用之曝光裝置,已知有使用固定的形成待曝光圖案之光罩方式、以及根據對應待曝光圖案之描繪資料(CAD資料)動態的對曝光光束進行強度調變之無光罩方式。
特開2002-196270號公報中,作為無光罩方式之曝光裝置,揭露一種將來自雷射光源之雷射光束(beam)以聲光調變器加以調變,使經調變之光束以旋轉之多面鏡之各反射面反覆偏向於一維,並一邊使被多面鏡偏向之光束透過包含fθ透鏡之成像光學系於掃描對象面上成像點光、一邊進行一維掃描的圖案描繪裝置。另於特開2002-196270號公報中,亦揭露了設置用以測量從雷射光源射出之光束之行進方向的傾斜、或射出之光束之橫偏移等變動的光束位置檢測器、以及修正因該變動造成之點光之掃描位置偏移的光學構件。
於特開2002-196270號公報記載之圖案描繪裝置,係對包含1個多面鏡與fθ透鏡之1台描繪單元,供應來自1台雷射光源之光束,但是在以點光之主掃描形成之描繪線(掃描線)所描繪之圖案於主掃描方向接續被曝光之方式排列複數個描繪單元的多描繪頭式曝光裝置中,會有使用複數個雷射光源之情形。此場合,除了須降低從複數個雷射光源之各個射出之光束之個別變動造成之圖案曝光位置之偏移外,亦須降低來自複數個雷射光源各個之光束之相對位置或傾斜之變動造成之接續誤差之發生。
本發明第1態樣之圖案曝光裝置,具備以來自第1光源裝置之第1光束在基板上描繪圖案之第1描繪單元、與以來自第2光源裝置之第2光束在該基板上描繪圖案之第2描繪單元,其特徵在於,具備:第1光分割器,係設在從該第1光源裝置到該第1描繪單元之間之該第1光束之光路中,分割該第1光束之一部分作為第1測量用光束;第2光分割器,係設在從該第2光源裝置到該第2描繪單元之間之該第2光束之光路中,分割該第2光束之一部分作為第2測量用光束;變動檢測光學單元,係接收該第1測量用光束與該第2測量用光束,檢測該第1光束與該第2光束之相對位置變動或相對傾斜變動;第1導光系,係形成從該第1光分割器到該變動檢測光學單元之該第1測量用光束之光路;以及第2導光系,係形成從該第2光分割器到該變動檢測光學單元之該第2測量用光束之光路。
本發明第2態樣之圖案曝光裝置,具備:射出第1光束的第1光源裝置、射出第2光束的第2光源裝置、使該第1光束及該第2光束直列通過的複數個聲光調變元件、以及使從該複數個聲光調變元件產生之該第1光束及該第2光束之繞射光束成為點光,以該點光進行一維掃描以在基板上描繪圖案的複數個描繪單元。
上述目的、特徴及優點,應可從參照所附圖式之以下實施形態之說明容易的理解。
接著,針對本發明態樣之圖案曝光裝置,舉較佳實施形態,一邊參照圖式一邊詳細說明如下。又,本發明之態樣不限於此等實施形態,亦包含施加多種變更或改良之物。也就是說,以下記載之構成要素中,包含該技術領域中具有通常知識者可容易想到者、以及實質相同者,以下記載之構成要素可適當地加以組合。此外,可在不脫離本發明要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係顯示第1實施形態之圖案曝光裝置之概略整體構成的圖。本實施形態之圖案曝光裝置,如圖1所示,係在可撓性長條之片狀基板P(以下,亦僅稱為基板P)上所塗之感光層,藉由點光之掃描以無光罩方式曝光出與電子元件(顯示元件、配線元件、感測器元件等)對應之各種圖案。此種圖案曝光裝置,已揭露於例如國際公開第2015/152218號、國際公開第2015/166910號、國際公開第2016/152758號、國際公開第2017/057415號等。
如圖1所示,本實施形態之圖案曝光裝置EX,係設置在與以重力方向為Z軸之正交座標系XYZ之XY面平行之設置場所(工廠等)之地面。曝光裝置EX,具有:用以安定的支承片狀基板P以一定速度搬送的旋轉筒DR、於片狀基板P之感光層描繪圖案的6個描繪單元MU1~MU6、用以將來自2個雷射光源10A、10B之各個之光束LBa、LBb以時間分割切換分配至描繪單元MU1~MU6之各個的光束切換部BDU、用以使被光束切換部BDU分配之光束LB1、LB2、…以經調整之角度射入描繪單元MU1~MU6之各個的光路調整部BV1~BV6、以及透過物鏡系OBL檢測片狀基板P上之對準標記的複數個對準系ALGn(其中,n=1~5)。
旋轉筒DR,具有:與XY面之Y軸平行之旋轉中心線AXo相距一定半徑之圓筒狀外周面、以及與旋轉中心線AXo同軸的往旋轉筒DR之Y方向兩端側突出的軸Sft。片狀基板P,係沿著旋轉筒DR之大致半周之外周面於長條方向被緊貼支承,藉由來自未圖示之旋轉驅動馬達之旋轉力矩所致之旋轉筒DR之等速旋轉於長條方向以一定速度被搬送。又,片狀基板P之母材,雖係PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)薄膜、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)薄膜、聚醯亞胺薄膜等之樹脂材料,但除此之外,亦可以是例如形成為厚度100μm以下之極薄片狀而具有可撓性之玻璃材料、以壓延等方式形成為薄片狀之不鏽鋼等之金屬材料、或含有纖維素奈米纖維之紙材料等。
複數個描繪單元MU1~MU6,係在旋轉筒DR之上方空間於Y方向排列配置,但在XY面內觀察時,奇數號之描繪單元MU1、MU3、MU5之各個與偶數號之描繪單元MU2、MU4、MU6之各個,係相對與YZ面平行且包含旋轉中心線AXo之中心面Cp配置成對稱。奇數號之描繪單元MU1、MU3、MU5之各個,係以投射至片狀基板P之光束LB1(LB3、LB5)之中心線之延長朝向旋轉中心線AXo、且在XZ面内觀察時相對中心面Cp傾斜角度-θu之方式,安裝在裝置本體之柱框BF。同樣的,偶數號之描繪單元MU2、MU4、MU6之各個,亦係以投射於片狀基板P之光束LB2(LB4、LB6)之中心線之延長朝向旋轉中心線AXo、且在XZ面内觀察時相對中心面Cp傾斜角度+θu之方式,安裝在裝置本體之柱框BF。
圖1所示之描繪單元MU1~MU6之各個安裝於柱框BF之構造,雖已揭露於例如國際公開第2016/152758號,但奇數號之描繪單元MU1、MU3、MU5之各個係設置成能繞旋轉軸LE1(LE3、LE5)在微小角度範圍(例如,±數°以下)旋動,偶數號之描繪單元MU2、MU4、MU6之各個被設置成能繞旋轉軸LE2(LE4、LE6)在微小角度範圍(例如,±數°以下)旋動。旋轉軸LE1(LE3、LE5)、LE2(LE4、LE6)各個之延長線,係配置成與旋轉中心線AXo正交、且配置成通過以來自描繪單元MU1~MU6各個之光束LB1~LB6之掃描形成在片狀基板P上之點光所形成之描繪線之Y方向中點。
描繪單元MU1~MU6之各個之内部構成,例如國際公開第2016/152758號、或國際公開第2019/082850號所揭露,具有複數個反射鏡、複數個透鏡、旋轉多面鏡PM、遠心的fθ透鏡系FT。從光路調整部BV1~BV6之各個射出、射入對應之描繪單元MU1~MU6之各個之光束LB1~LB6之中心線,分別設定為與旋轉軸LE1~LE6同軸。又,在描繪單元MU1~MU6之内部,設定一由與旋轉軸LE1、LE2…之各個平行設定之Zt軸、與Zt軸正交之Xt軸、及Yt軸所規定之正交座標系XtYtZt。因此,該正交座標系XtYtZt之Yt軸與正交座標系XYZ之Y軸平行,正交座標系XtYtZt相對正交座標系XYZ之XY面繞Y軸傾斜角度θu(角度-θu或角度+θu)。
圖1所示之來自雷射光源10A之光束LBa,在光束切換部BDU内依序以時間分割分配至奇數號之描繪單元MU1、MU3、MU5中之任1個,來自雷射光源10B之光束LBb,在光束切換部BDU内依序以時間分割反覆分配至偶數號之描繪單元MU2、MU4、MU6中之任1個。在光束切換部BDU内之光束切換,如國際公開第2016/152758號所揭露,係以聲光調變元件(AOM)進行。於本實施形態,來自雷射光源10A之光束LBa與來自雷射光源10B之光束LBb的相對變動(橫位移誤差或傾斜誤差)係在光束切換部BDU内測量,其詳細留待後述。又,雷射光源10A、10B、以及構成光束切換部BDU之聲光調變元件(AOM)與各種光學構件(反射鏡及透鏡等)係安裝在光學平台OBP上。
圖2係代表性的顯示圖1所示之描繪單元MU1~MU6中之描繪單元MU1之概略内部構成的立體圖。圖2之描繪單元MU1之構成,由於與國際公開第2016/152758號所揭露之構成大致相同,因此僅簡單說明。來自光路調整部BV1之光束LB1(直徑為1mm以下之平行光束),以和Zt軸平行延伸之旋轉軸LE1同軸的射入反射鏡M10,被90度反射通過由透鏡LGa、LGb構成之擴束器後,被反射鏡M11以90度反射而射入偏光分束器PBS。光束LB1,由於是Zt軸方向之直線偏光(S偏光),因此被偏光分束器PBS有效率的反射,再被反射鏡M12以90度反射往-Zt方向前進,被反射鏡M13以90度反射而往+Xt方向前進。被反射鏡M13反射之光束LB1通過1/4波長(λ/4)板QP、第1柱狀透鏡CYa後,被反射鏡M14反射而到達旋轉多面鏡PM之1個反射面Rp1。
被旋轉多面鏡PM之反射面Rp1反射之光束LB1,因旋轉多面鏡PM之旋轉而在XtYt面内偏向,射入具有與Xt軸平行之光軸AXf1的遠心fθ透鏡系F。緊接著fθ透鏡系FT之後,配置將光軸AXf1彎折90度之反射鏡M15,從fθ透鏡系FT射出之光束LB1,被反射鏡M15反射90度而與Zt軸平行。在反射鏡M15與片狀基板P之間配置有第2柱狀透鏡CYb,從fθ透鏡系FT射出之光束LB1,在片狀基板P上被聚光成點光SP,且該點光SP藉由旋轉多面鏡PM之旋轉而以形成和Yt軸(Y軸)平行之描繪線(掃描線)SL1的方式進行一維掃描。
圖2所示之描繪單元MU1中,隔著偏光分束器PBS配置在反射鏡M12之相反側之透鏡系LGc與光電感測器DT,接收因點光SP之投射而從片狀基板P產生之反射光。藉由對來自光電感測器DT之光電訊號之波形進行解析,可獲得片狀基板P上已形成之圖案之位置資訊。又,圖2中,面OPa係透鏡LGa之後側焦點、且設定於透鏡LGb之前側焦點,光束LB1在面OPa之位置聚光成數十μm直徑之光腰。因此,通過透鏡LGb之光束LB1,成為直徑被擴大至數mm以上之平行光束。此外,第1柱狀透鏡CYa、第2柱狀透鏡CYb與fθ透鏡系FT協同動作,來修正旋轉多面鏡PM之各反射面之傾斜之差異造成之點光SP(描繪線SL1)之Xt方向之位置變動。
圖3係顯示被支承於旋轉筒DR之片狀基板P上之描繪線SL1~SL6之配置與對準系ALGn(ALG1~ALG5)之配置的立體圖。圖3中,在旋轉筒DR兩端側之軸Sft,與旋轉中心線AXo同軸的固定有編碼器測量系統之標尺圓盤RSD。在標尺圓盤RSD之外周面,形成有沿周方向以一定節距刻設了格子線之刻度部SD1、SD2。刻度部SD1、SD2之周方向之位置變化,以配置在周方向3處之編碼器讀頭EH1、EH2、EH3以次微米之解析能力加以測量。再者,在標尺圓盤RSD之與XZ面平行之側端面部形成有環帶狀之基準面Rst,該基準面Rst之Y方向之微小變位,以配置在周方向3處之變位感測器YS1、YS2、YS3以次微米之解析能力加以測量。
以描繪單元MU1~MU6之各個形成在片狀基板P上之描繪線SL1~SL6中,位在片狀基板P之搬送方向上游側之奇數號描繪線SL1、SL3、SL5,係與旋轉中心線AXo(Y軸)平行設置、且於Y方向相距一定間隔(大致相當於描繪線長度之尺寸)配置。同樣的,位在片狀基板P之搬送方向下游側之偶數號描繪線SL2、SL4、SL6,係與旋轉中心線AXo(Y軸)平行設置、且於Y方向相距一定間隔(大致相當於描繪線長度之尺寸)配置。以描繪線SL1~SL6之各個描繪之圖案,以伴隨片狀基板P之搬送彼此接續之方式曝光。
於片狀基板P之搬送方向,在奇數號描繪線SL1、SL3、SL5之上游側,作為對準系ALGn,於Y方向以既定間隔配置有5個對準系ALG1~ALG5。對準系ALG1透過物鏡系OBL與前端之反射鏡MR,檢測形成在片狀基板P之-Y方向側端部附近之對準標記,對準系ALG5透過相同的物鏡系OBL與前端之反射MR,檢測形成在片狀基板P之+Y方向側端部附近之對準標記。對準系ALG1~ALG5各個之檢測區域(檢測視野)係於Y方向配置成一列,從該檢測區域之旋轉中心線AXo所見之周方向的方位,係設定成與從編碼器讀頭EH3之讀取位置之旋轉中心線AXo所見之周方向的方位一致。
進一步的,從奇數號描繪線SL1、SL3、SL5之旋轉中心線AXo所見之周方向的方位,與從編碼器讀頭EH1之讀取位置之旋轉中心線AXo所見之周方向的方位設定成一致,從偶數號描繪線SL2、SL4、SL6之旋轉中心線AXo所見之周方向的方位,與從編碼器讀頭EH2之讀取位置之旋轉中心線AXo所見之周方向的方位設定成一致。又,如先前之圖2所示,描繪單元MU1之fθ透鏡系FT之光軸AXf1,係設定成被反射鏡M15彎折,在描繪線SL1之位置相對與片狀基板P之表面相接之切平面垂直。因此,光軸AXf1之延長線係朝向旋轉中心線AXo,且光軸AXf1與片狀基板P之交點為描繪線SL1之Y方向(主掃描方向)長度之中點。
接著,參照圖4、圖5,說明圖1所示之光束切換部BDU之概略構成。於本實施形態,係將測量來自2個雷射光源10A、10B之各個之光束LBa、LBb之變動的功能(機構)設置在光束切換部BDU内。圖4係在與XY面平行之面内所見之光束切換部BDU内之構成的俯視圖,圖5係顯示從圖4中之雷射光源10B到切換用之最初之聲光調變光學元件(AOM)AM6之光路附近之光學構件之配置的立體圖。包含圖4中之雷射光源10A、10B之所有的光學構件,係組裝在圖1中所示之光學平台OBP上。雷射光源10A、10B,係例如國際公開第2015/166910號、國際公開第2018/164087號所說明之光纖放大雷射光源。因此,本實施形態,從描繪單元MU1~MU6之各個投射至片狀基板P上之光束LB1~LB6根據描繪資料之強度調變,亦是將雷射光源10A、10B各個之紅外線帶之種光束,以100MHz以上、例如以應答400MHz之時鐘訊號之光電元件(EO元件)等進行高速切換來進行。
以下,說明來自雷射光源10A、10B之各個之光束LBa、LBb之光路,為便於說明,係從來自雷射光源10B之光束LBb之光路說明。來自雷射光源10B之光束LBb,具有使片狀基板P上之感光層感光之紫外波長帶之波長(例如,波長400nm以下),為直徑1mm程度之平行光束向-X方向射出。來自雷射光源10B之光束LBb,射入穿透率高而反射率低至數%~10%程度之分束器30B,穿透過該處之光束LBb被偶數號描繪單元MU2、MU4、MU6引導,而被分束器30B反射之光束MBb,透過反射鏡31B、透鏡GL1b、反射鏡32B、透鏡GL2b,被用於光束變動之測量,詳情留待後敘。
穿透過分束器30B之光束LBb,在通過對光束LBb之行進方向之傾斜進行微調整、或在與光束垂直之面内使光束LBb微幅橫位移的修正光學系11B後,射入穿透率為數%以下之分束器12B。穿透過該分束器12B之光束,被測量來自雷射光源10B之光束LBb之強度的光量監測器13B接收。被分束器12B反射向-Y方向之光束LBb,被縮小中繼光學系14B轉換成光束徑縮小至1/2程度之0.5mm之平行光束後,被反射鏡系15B轉換向往+X方向前進之光路,以平行光束之狀態射入最初之切換用聲光調變元件AM6。
在聲光調變元件AM6為OFF狀態(非偏向狀態)時,光束LBb直接穿透聲光調變元件AM6,透過聚光透鏡16B、準直透鏡17B、反射鏡18B,以平行光束之狀態射入第2個切換用聲光調變元件AM4。於XY面内,在聚光透鏡16B之後側焦點位置,配置有反射面相對XY面傾斜45度之落射反射鏡IM6。該落射反射鏡IM6係配置成僅使在聲光調變元件AM6為ON狀態(偏向狀態)時產生之1次繞射光束反射向-Z方向,而不會照射於未繞射之0次光束(光束LBb之一部分)。
此處,參照圖5,進一步詳細說明從雷射光源10B到落射反射鏡IM6之光路。如圖5所示,從雷射光源10B射出、通過修正光學系11B、縮小中繼光學系14B之光束LBb,在被構成反射鏡系15B之反射鏡15B1反射向-Z方向後,被反射鏡15B2反射向+X方向。當被反射鏡15B2反射之光束LBb射入ON狀態之聲光調變元件AM6時,從聲光調變元件AM6會產生往-Z方向以一定繞射角偏向之作為1次繞射光束之光束LB6。聲光調變元件AM6係以滿足布拉格(Bragg)繞射條件之方式配置在聚光透鏡16B之前側焦點位置,配置成直接穿透聲光調變元件AM6之光束LBb(或0次光束)與聚光透鏡16B之光軸同時通過。藉由此構成,穿透聚光透鏡16B之作為1次繞射光束之光束LB6,成為與聚光透鏡16B之光軸平行,通過從該光軸往-Z方向偏心之位置後到達落射反射鏡IM6,被反射向-Z方向。
又,射入聚光透鏡16B前之光束LBb(或0次光束)與作為1次繞射光束之光束LB6,雖然皆是直徑為0.5mm程度之平行光束,但在聚光透鏡16B之後側焦點位置係皆成為直徑為0.1~0.2mm程度之光腰,位在於Z方向分離處。因此,能藉由落射反射鏡IM6僅使光束LB6反射向-Z方向。此外,使被分束器30B反射之測量用光束MBb通過之2個透鏡GL1b、GL2b,構成等倍之中繼成像系,如圖4中所示,在透鏡GL2b之後側焦點位置,形成與雷射光源10B之光束LBb之射出口光學共軛的面Psb。又,藉由反射鏡31B、32B、透鏡GL1b、GL2b,構成將測量用光束MBb導向由三角反射鏡33與檢測單元34構成之變動檢測光學單元的導光系。
於本實施形態,雖然導光系是反射鏡31B、32B、透鏡GL1b、GL2b,但亦可以變動檢測光學單元為檢測單元34,包含分束器30B、反射鏡31B、32B、透鏡GL1b、GL2b、及三角反射鏡33中之一方之反射面而成為導光系。
接著,再次回到圖4,繼續進行說明。聚光透鏡16B之後側焦點位置,係設定成與後段之準直透鏡17B之前側焦點位置一致。聚光透鏡16B之光軸與準直透鏡17B之光軸設定為同軸,通過聚光透鏡16B之光束LBb(或0次光束)藉由準直透鏡17B再次轉換成直徑0.5mm程度之平行光束後,被反射鏡18B反射,射入以布拉格繞射條件配置之第2個聲光調變元件AM4。射入聲光調變元件AM4之光束LBb,被反射鏡19B反射向-X方向後,透過與聚光透鏡16B同樣配置之聚光透鏡20B、與準直透鏡17B同樣配置之準直透鏡21B及反射鏡22B,射入以布拉格繞射條件配置之第3個聲光調變元件AM2。此處,聚光透鏡20B之後側焦點位置與準直透鏡21B之前側焦點位置亦是設定成一致。而在聚光透鏡20B之後側焦點位置配置有與落射反射鏡IM6相同之落射反射鏡IM4,僅在聲光調變元件AM4為ON狀態時產生之作為1次繞射光束之光束LB4被落射反射鏡IM4反射向-Z方向。
穿透過第3個聲光調變元件AM2之光束LBb,被反射鏡23B反射向+X方向後,通過聚光透鏡24B與準直透鏡25B射入分束器26B。分束器26B設定為穿透率高而反射率低,穿透過分束器26B之光束LBb(或0次繞射光束)被光束阱27B吸收。被分束器26B反射之一部分光束被光檢測器28B接收,測量穿透3個聲光調變元件AM6、AM4、AM2而來之光束LBb(或0次繞射光束)之強度及位置。在聚光透鏡24B與準直透鏡25B間之光束LBb之光腰位置(聚光透鏡24B之後側焦點位置),配置有與落射反射鏡IM6、落射反射鏡IM4相同之落射反射鏡IM2,僅在聲光調變元件AM2為ON狀態時產生之作為1次繞射光束之光束LB2被落射反射鏡IM2反射向-Z方向。
落射反射鏡IM6、落射反射鏡IM4、落射反射鏡IM2之各個,在XY面内觀察時,係配合偶數號描繪單元MU6、MU4、MU2各自之反射鏡M10(參照圖2)在XY面内之配置。因此,落射反射鏡IM6、落射反射鏡IM4、落射反射鏡IM2之各個,如圖4所示,在XY面内係在與Y軸平行之線Kb上以一定間隔設置,且於Z方向係配置在相同位置。又,雷射光源10A係與雷射光源10B相同之物,進一步的,來自雷射光源10A之光束LBa在XY面内之光路配置(各光學構件之配置),係將來自雷射光源10B之光束LBb之光路配置(各光學構件之配置)於XY面内旋轉180度之狀態。
來自雷射光源10A之光束LBa(例如,波長400nm以下之脈衝光),以直徑為1mm程度之平行光束往+X方向射出。來自雷射光源10A之光束LBa,射入穿透率高而反射率低至數%~10%程度之分束器30A,穿透過該處之光束LBa被導向奇數號描繪單元MU1、MU3、MU5,而被分束器30A反射之光束MBa,透過反射鏡31A、透鏡GL1a、反射鏡32A、透鏡GL2a,使用於光束變動之測量。穿透過分束器30A之光束LBa,在通過對光束LBa之行進方向之傾斜進行微調整、或在與光束垂直之面内使光束LBa微幅橫位移之修正光學系11A後,射入穿透率為數%以下之分束器12A。穿透過該分束器12A之光束,被測量來自雷射光源10A之光束LBa之強度的光量監測器13A接收。
被分束器12A反射向+Y方向之光束LBa,在被縮小光學系14A轉換成光束徑被縮小至1/2程度之0.5mm之平行光束後,被反射鏡系15A(與圖5所示之反射鏡系15B同樣的,包含反射鏡15A1、15A2)轉換往-X方向前進之光路,以平行光束之狀態射入以布拉格繞射條件配置之最初之切換用聲光調變元件AM1。在聲光調變元件AM1為OFF狀態(非偏向狀態)時,光束LBa直接穿透聲光調變元件AM1,透過聚光透鏡16A、準直透鏡17A、反射鏡18A,以平行光束之狀態射入以布拉格繞射條件配置之第2個切換用聲光調變元件AM3。於XY面内,在聚光透鏡16A之後側焦點位置,配置有反射面相對XY面傾斜45度之落射反射鏡IM1。該落射反射鏡IM1,配置成僅使在聲光調變元件AM1為ON狀態(偏向狀態)時產生之1次繞射光束反射向-Z方向,而不照射於未繞射之0次光束(光束LBb之一部分)。
聚光透鏡16A之後側焦點位置,設定成與後段之準直透鏡17A之前側焦點位置一致。聚光透鏡16A之光軸與準直透鏡17A之光軸設置為同軸,通過聚光透鏡16A之光束LBa(或0次光束),被準直透鏡17A再次轉換成直徑為0.5mm程度之平行光束後,被反射鏡18A反射而射入第2個聲光調變元件AM3。射入聲光調變元件AM3之光束LBa,被反射鏡19A反射向+X方向後,透過與聚光透鏡16A同樣配置之聚光透鏡20A、與準直透鏡17A同樣配置之準直透鏡21A、及反射鏡22A,射入以布拉格繞射條件配置之第3個聲光調變元件AM5。
此處,聚光透鏡20A之後側焦點位置與準直透鏡21A之前側焦點位置亦是設定為一致。而在聚光透鏡20A之後側焦點位置配置有與落射反射鏡IM1相同之落射反射鏡IM3,僅在聲光調變元件AM3為ON狀態時產生之作為1次繞射光束之光束LB3被落射反射鏡IM3反射向-Z方向。
穿透過第3個聲光調變元件AM5之光束LBa,被反射鏡23A反射向-X方向,通過聚光透鏡24A與準直透鏡25A射入分束器26A。分束器26A設定為穿透率高而反射率低,穿透過分束器26A之光束LBa(或0次繞射光束)被光束阱27A吸收。被分束器26A反射之一部分光束被光檢測器28A接收,以測量穿透過3個聲光調變元件AM1、AM3、AM5而來之光束LBa(或0次繞射光束)之強度及位置。
在聚光透鏡24A與準直透鏡25A間之光束LBa之光腰位置(聚光透鏡24A之後側焦點位置),配置有與落射反射鏡IM1、落射反射鏡IM3相同之落射反射鏡IM5,僅在聲光調變元件AM5為ON狀態時產生之作為1次繞射光束之光束LB5被落射反射鏡IM5反射向-Z方向。此外,落射反射鏡IM1、落射反射鏡IM3、落射反射鏡IM5之各個,在XY面内觀察時,係配合奇數號描繪單元MU1、MU3、MU5各自之反射鏡M10(圖2參照)在XY面内之配置。因此,落射反射鏡IM1、落射反射鏡IM3、落射反射鏡IM5之各個,如圖4所示,在XY面内係在與Y軸平行之線Ka上以一定間隔設置,且於Z方向係配置在相同位置。
切換用之聲光調變元件AM1~AM6,皆以滿足布拉格繞射條件之方式設置。又,使被分束器30A反射之測量用光束MBa通過之2個透鏡GL1a、GL2a,係構成等倍之中繼成像系,如圖4所示,在透鏡GL2a之後側焦點位置,形成與雷射光源10A之光束LBa之射出口光學共軛之面Psa。又,藉由反射鏡31A、32A、透鏡GL1a、GL2a,構成將測量用光束MBa導向由三角反射鏡33與檢測單元34構成之變動檢測光學單元的導光系。於本實施形態,從雷射光源10A之射出口到三角反射鏡33(以及檢測單元34)之測量用光束MBa之光路長與光路之折返位置,係設定成與從雷射光源10B之射出口到三角反射鏡33(以及檢測單元34)之測量用光束MBb之光路長與光路之折返位置相同。
以上之構成中,雷射光源10A之射出口係設定成透過修正光學系11A與縮小光學系14A,與最初之聲光調變元件AM1内之結晶為光學共軛之關係,雷射光源10B之射出口係設定成透過修正光學系11B與縮小中繼光學系14B,與最初之聲光調變元件AM6内之結晶為光學共軛之關係。進一步的,圖4中之落射反射鏡IM1~IM6各個之反射面之位置,係設定成與設定在描繪單元MU1~MU6各個之内部之面OPa(參照圖2)為光學共軛之關係。其結果,落射反射鏡IM1~IM6各個之反射面之位置(光束LB1~LB6之各個作為光腰而聚光之位置)與聚光在片狀基板P上之點光SP之成像面設定為光學共軛之關係。
從雷射光源10A到光束阱27A及光檢測器28A之在XY面内之光路配置、與從雷射光源10B到光束阱27B及光檢測器28B之在XY面内之光路配置,雖係彼此在XY面内旋轉180度,但該假想之旋轉中心點(點對稱之中心點)PG係設定在圖4中之線Ka與線Kb之X方向中間位置,且位於最-Y方向側之落射反射鏡IM1與最+Y方向側之落射反射鏡IM6之Y方向中間位置。因此,在XY面内連結落射反射鏡IM1與落射反射鏡IM6之假想的線段、連結落射反射鏡IM2與落射反射鏡IM5之假想的線段、以及連結落射反射鏡IM3與落射反射鏡IM4之假想的線段,係設定成在點對稱之中心點PG交叉。由於線Ka與線Kb之X方向中間位置,與圖1、圖3所示之中心面Cp之位置一致,因此中心點PG係位在中心面Cp内。
如圖5所示,從雷射光源10B射出之光束LBb之光軸與通過最初之聲光調變元件AM6之光束LBb之光軸,係設定成藉由反射鏡系15B之2個反射鏡而在Z方向具有既定間隔(高低差)。因此,被緊接在雷射光源10B後配置之分束器30B反射之光束MBb,在聲光調變元件AM1~AM6之+Z方向之上方空間往-Y方向前進,被反射鏡31B往+X方向反射90度,進一步被反射鏡32B往-Y方向反射90度。如圖4所示,從雷射光源10A射出之光束LBa之光軸與通過最初之聲光調變元件AM1之光束LBa之光軸,係設定成藉由反射鏡系15A之2個反射鏡而於Z方向具有既定間隔(高低差)。因此,被緊接在雷射光源10A後配置之分束器30A反射之光束MBa,在聲光調變元件AM1~AM6之+Z方向之上方空間往+Y方向前進,被反射鏡31A往-X方向反射90度,進一步被反射鏡32A往+Y方向反射90度。
再者,被反射鏡32B反射之測量用光束MBb之中心線(透鏡GL1b、GL2b之光軸)與被反射鏡32A反射之測量用光束MBa之中心線(透鏡GL1a、GL2a之光軸),係設定成與Y軸平行地同軸,且與通過中心點PG之XY面之法線交叉。而在中心點PG之位置,配置有使光束MBa與光束MBb之各個皆反射向+X方向之三角反射鏡33,被三角反射鏡33反射而往+X方向前進之光束MBa、MBb(皆為平行光束),射入用以監測光束之變動的檢測單元34。又,以三角反射鏡33與檢測單元34構成變動檢測光學單元。此外,從雷射光源10A之射出口到分束器30A之光路長與從雷射光源10B之射出口到分束器30B之光路長,係設定為相同。
圖6係顯示圖4中之三角反射鏡33與檢測單元34之具體配置關係的立體圖,圖6之正交座標系XYZ設定為與圖4之正交座標系XYZ相同。圖6中,三角反射鏡33,具有使往+Y方向前進之光束MBa直角反射向+X方向的反射面33a、與使往-Y方向前進之光束MBb直角反射向+X方向的反射面33b,反射面33a與反射面33b設定為在XY面内成直角(90度)。與通過中心點PG之Z軸平行之法線,係設定成與到達三角反射鏡33前之光束MBa、MBb之中心線延長正交。
檢測單元34,具有:由沿著光軸AXu配置之一對透鏡34A、34B構成之遠心的縮小中繼光學系(檢測用透鏡系、成像系)、2維攝影元件(CCD感測器或CMOS感測器)34C、分束器(半反射鏡)34E、以及第2攝影元件(CCD感測器或CMOS感測器)34G。光軸AXu係設定成與X軸平行,其延長線設定成與通過中心點PG之Z軸平行之法線正交。一對透鏡34A、34B(檢測用透鏡系、成像系)以既定縮小倍率縮小與光軸AXu平行的射入透鏡34A之2個光束MBa、MBb在YZ面内之間隔及各個之光束直徑後,投射於第1攝影元件34C之成像面。此處,透鏡34A之前側焦點位置係設定成與圖4中所示之面Psa及面Psb一致。因此,攝影元件34C之成像面係設定成與雷射光源10A之射出口與雷射光源10B之射出口之各個成共軛關係(成像關係)。
在一對透鏡34A、34B之間,射入透鏡34A之2個光束MBa、MBb(平行光束)之各個收斂成光腰,且設定彼此交叉之聚光面Ph。聚光面Ph係透鏡34A之後側焦點位置、且設定為透鏡34B之前側焦點位置(透鏡34A、34B構成之成像系之光瞳面位置)。配置在透鏡34A與聚光面Ph之間之分束器(半反射鏡)34E之反射面,係設定成相對XY面成45°,將穿透過透鏡34A之光束MBa、MBb之一部分反射向-Z方向。被分束器(半反射鏡)34E反射之光束MBa、MBb之一部分,作為點光聚光於設置在透鏡34A之後側焦點位置(亦即,對應聚光面Ph之位置)之第2攝影元件34G之成像面上的大致相同位置。又,圖6中雖省略圖示,但在測量用光束MBa、MBb之照度相對攝影元件34C、34G之攝影靈敏度較高之情形時,可在從三角反射鏡33到分束器(半反射鏡)34E間之光路中配置減光濾鏡(ND filter)。
圖6之檢測單元34之構成中,在例如投射於三角反射鏡33之反射面33a之光束MBa,從規定之位置(設計上位置)往+X方向平行位移ΔXa之情形時,射入透鏡34A之光束MBa會於+Y方向平行位移與ΔXa相同量之ΔYa。此場合,形成在聚光面Ph之光束MBa之光腰之位置,在聚光面Ph内不會從光軸AXu之位置變動。因此,聚光在第2攝影元件34G之成像面上之光束MBa之點光之位置亦不會變化。同樣的,射入透鏡34A之光束MBa往+Y方向平行位移ΔYa之情形時,通過聚光面Ph上之中心(光軸AXu通過之位置)之光束MBa之中心線,在XY面内會從規定之狀態(設計上狀態)產生傾斜。因此,當假設由透鏡34A、34B構成之縮小中繼光學系之縮小倍率為β時,成像在第1攝影元件34C之成像面上之光束MBa之位置,會從規定之位置(設計上位置)往-Y方向位移β・ΔYa(=β・ΔXa)。
又,投射於三角反射鏡33之反射面33a之光束MBa,例如,在XY面内從規定之狀態(設計上狀態)傾斜Δθa之情形時,射入透鏡34A之光束MBa,亦會在XY面内從規定之狀態(與光軸AXu平行之狀態)傾斜Δθa。此傾斜Δθa,係與光束LBa在雷射光源10A之射出口位置之傾斜對應。此場合,形成在聚光面Ph之光束MBa之光腰之位置,在聚光面Ph内會從光軸AXu之位置往Y方向變動ΔYθa,而成像在第2攝影元件34G之成像面上之光束MBa之點光之位置,會從規定之位置(光軸AXu通過之位置)往Y方向位移與傾斜ΔYθa之大小相應之量。
另一方面,由透鏡34A、34B構成之縮小中繼光學系,就結果而言,係使與雷射光源10A之光束LBa之射出口成共軛之面Psa(參照圖4)與第1攝影元件34C之成像面成為成像關係,因此,當在雷射光源10A之射出口之位置僅光束LBa之傾斜產生變化之情形時,成像在第1攝影元件34C之成像面上之光束MBa之位置不會變化。如前所述,第1攝影元件34C可檢測測量用光束MBa、MBb(亦即,光束LBa、LBb)各個之變動中之平行位置變化的成分,而第2攝影元件34G可檢測測量用光束MBa、MBb(亦即,光束LBa、LBb)各個之變動中之傾斜變化的成分。
圖7係以示意方式顯示投射在第1攝影元件34C之成像面之光束MBa、MBb之狀態的圖,圖8係以示意方式顯示投射在第2攝影元件34G之成像面之光束MBa、MBb之點光之狀態的圖。圖7中,設定在成像面上之Y軸與Z軸,係與圖4~圖6之各圖中所設定之正交座標系XYZ之Y軸與Z軸對應,並與在雷射光源10A、10B各個之射出口面的光束LBa、LBb之各個之Y方向與Z方向之位置變位方向對應。設定在成像面上之基準點CFa,係表示來自雷射光源10A之光束LBa在沒有平行位移之情形下射出時,測量用光束MBa投射之位置。同樣的,設定在成像面上之基準點CFb,係表示來自雷射光源10B之光束LBb在沒有平行位移之情形下射出時,測量用光束MBb投射之位置。
如圖7所示,在光束MBa相對基準點CFa往-Y方向與+Z方向偏移之情形時,從雷射光源10A之射出口射出之光束LBa係於-Y方向與+Z方向平行偏移。同樣的,光束MBb相對基準點CFb之投射位置之偏移,係表示從雷射光源10B之射出口射出之光束LBb往Y方向或Z方向之平行偏移。藉由未圖示之控制部對攝影元件34C之影像資訊進行解析處理,求出光束LBa、LBb各個之平行位移之誤差量(光束MBa從基準點CFa之偏移量、與光束MBb從基準點CFb之偏移量)。根據求出之誤差量,針對光束LBa係以圖4所示之修正光學系11A修正平行位移之誤差,而針對光束LBb則以圖4所示之修正光學系11B修正平行位移之誤差。
又,圖8中,設定在第2攝影元件34G之成像面上之θy軸,係表示在雷射光源10A、10B各個之射出口的光束LBa、LBb之各個在XY面内之Y方向之傾斜量,θz軸表示在雷射光源10A、10B各個之射出口的光束LBa、LBb之各個在XZ面内之Z方向傾斜量。又,成像面上之基準點CFg,係代表來自雷射光源10A、10B各個之光束LBa、LBb在沒有傾斜之情形下射出時,測量用光束MBa、MBb之各點光投射之位置。又,θz方向,在雷射光源10A、10B為光纖放大雷射光源之情形時,亦是設在内部之波長轉換元件(2倍波、3倍波等之諧波產生結晶)之走離(walk off)方位。
圖8之例中,光束MBa之點光與基準點CFg大致一致,光束MBb之點光則從基準點CFg往-θz方向變位投射。因此,可判斷來自雷射光源10B之光束LBb從射出口往-θz方向傾斜射出。藉由未圖示之控制部對攝影元件34G之影像資訊進行解析處理,求出光束LBa、LBb各個之傾斜誤差量(光束MBa之點光從基準點CFg之偏移量、與光束MBb之點光從基準點CFg之偏移量)。根據求出之傾斜之誤差量,針對光束LBa係以圖4所示之修正光學系11A修正傾斜誤差,針對光束LBb則以圖4所示之修正光學系11B修正傾斜誤差。
又,投射於第2攝影元件34G之成像面上之光束MBa、MBb各個之點光,由於設計上係設定為皆位於基準點CFg,故而,即使如圖8所示,作為點光彼此錯開而被拍攝,亦無法判斷該等點光究竟是來自於光束LBa之測量用光束MBa、亦或是來自光束LBb之測量用光束MBb。因此,利用在片狀基板P上描繪圖案時,會有僅雷射光源10A射出光束LBa之期間、與僅有雷射光源10B射出光束LBb之期間的情形,以光束MBa、MBb中任一方投射在攝影元件34G之成像面上之時序,對來自攝影元件34G之影像資訊進行取樣即可。
或著,在圖4中從分束器30A到三角反射鏡33間之測量用光束MBa之光路中、與從分束器30B到三角反射鏡33間之測量用光束MBb之光路中的任一方、或其兩方設置光閘(可動遮光板),來進行光束MBa、MBb中至少一方不會投射於攝影元件34G之成像面的選擇。
圖9係顯示圖4、圖5所示之修正光學系11B(圖4中之修正光學系11A亦同)之具體光學構成之一例的立體圖。圖9之正交座標系XYZ,係設定成與圖4~圖6之各個中所設定之正交座標系XYZ相同。來自分束器30B(參照圖5)之光束LBb(平行光束),射入由與光軸AXb正交且能繞與Y軸平行之中心線SF1傾斜之石英製平行平板HV1、以及與光軸AXb正交且能繞與Z軸平行之中心線SF2傾斜之石英製平行平板HV2所構成的移束器(beam shifter)。光束LBb因平行平板HV1之傾斜而往Z方向平行位移,因平行平板HV2之傾斜而往Y方向平行位移。
穿透過平行平板HV2之光束LBb,在通過可繞光軸AXb旋轉之石英製稜鏡板RD1後,穿透可繞光軸AXb旋轉之石英製稜鏡板RD2。稜鏡板RD1、RD2之各個,係形成為與光軸AXb垂直之第1面與相對該第1面傾斜之第2面對向之楔狀。藉由調整2個稜鏡板RD1、RD2各個之繞光軸AXb之角度,可微調整從稜鏡板RD2射出之光束LBb之行進方向之傾斜。
平行平板HV1、HV2各個之傾斜調整、以及稜鏡板RD1、RD2各個之旋轉角度之調整,可根據以圖6所示之攝影元件34C、34G之各個所測量之平行位移之誤差量與傾斜誤差量,藉由以來自未圖示之控制部之指令控制之致動器加以驅動之構成據以實施。又,圖4中所示之修正光學系11A,亦與圖9所示之修正光學系11B同樣構成。
以上,本實施形態,係將從空間上分離配置之2個雷射光源10A、10B之各個射出之各光束LBa、LBb之一部分以分束器30A、30B(30A、30B中之一方相當於第1光分割器、另一方相當於第2光分割器)加以分割,以作為測量用光束MBa、MBb後,將到測量光束變動之檢測單元34為止之光束MBa側及光束MBb側之光路配置(反射鏡等之配置)與光路長設定為完全相同。又,可將到使測量用之2個光束MBa、MBb彼此平行接近之狀態加以合成之三角反射鏡33的光路長設定的較長。如此,即使是從雷射光源10A、10B之各個射出之光束LBa、LBb之些微的變動(平行位移誤差或傾斜誤差),在攝影元件34C、34G之成像面上亦能映出成為較大的位置偏移。
由圖1~圖5之構成可知,當從雷射光源10A射出之光束LBa與從雷射光源10B射出之光束LBb之相對位置關係、相對傾斜變動時,會有奇數號描繪線SL1、SL3、SL5與偶數號描繪線SL2、SL4、SL6之相對位置關係產生誤差之情形,以描繪線SL1~SL6之各個描繪之圖案之接合精度將會降低。以下,使用圖10~圖14,說明因來自雷射光源10A、10B之各個之光束LBa、LBb之射出狀態變化(平行位移誤差與傾斜誤差),而使得以描繪線SL1~SL6之各個所描繪之圖案會產生何種位置偏移。
圖10係說明從圖5所示之雷射光源10B到最初之聲光調變元件AM6之光路中,來自雷射光源10B之光束LBb平行位移時之光束LBb之位移狀態的立體圖。圖10中,從雷射光源10B之射出口射出之光束LBb,如箭頭Ay1所示,從既定光軸AXb(參照圖9)往-Y方向位移(平行移動)之情形時,剛通過分束器30B、修正光學系11B後之光束LBb,亦如箭頭Ay2所示,往-Y方向位移。因此,被分束器12B反射而往-Y方向前進之光束LBb,在射入縮小中繼光學系14B之前一刻會往-X方向位移。由於縮小中繼光學系14B亦係形成倒立反轉像之成像系,因此從縮小中繼光學系14B射出之光束LBb,如箭頭Ay3所示,會往+X方向位移。再者,被反射鏡15B2彎折向+X方向之光束LBb,如箭頭Ay4所示,在從既定光軸AXb往-Z方向平行位移之狀態下射入聲光調變元件AM6。
又,從雷射光源10B之射出口射出之光束LBb,如箭頭Az1所示,在從既定光軸AXb(參照圖9)往+Z方向位移(平行移動)之情形時,通過分束器30B、修正光學系11B、分束器12B及縮小中繼光學系14B被反射鏡15B1反射向-Z方向之光束LBb,如箭頭Az3所示,會往-Y方向位移。因此,被反射鏡15B2彎折向+X方向之光束LBb,會如箭頭Az4所示在從既定光軸AXb往-Y方向平行位移之狀態下射入聲光調變元件AM6。又,從雷射光源10B之射出口射出之光束LBb如箭頭Ay1所示的平行位移之情形時,被分束器30B反射之測定用光束MBb,如箭頭Ay5所示,會往-X方向位移,在從雷射光源10B射出之光束LBb如箭頭Az1所示的平行位移之情形時,測定用光束MBb會如箭頭Az5所示往+Z方向位移。
圖11係誇張顯示來自雷射光源10B之光束LBb如圖10中之箭頭Ay1所示,往-Y方向平行位移時,朝向偶數號描繪單元MU2、MU4、MU6之各個之描繪用光束LB2、LB4、LB6之狀態的圖。圖11中,為易於理解,係假設並無由圖9所示之修正光學系11B進行之光束LBa之位置及傾斜之調整。再者,於圖4所說明之偶數號聲光調變元件AM6、AM4、AM2,來自雷射光源10B之光束LBb係直列通過,因此,圖11中,將從最初之聲光調變元件AM6到聚光透鏡16B、落射反射鏡IM6、準直透鏡17B之光路顯示於上段,將從第2個聲光調變元件AM4到聚光透鏡20B、落射反射鏡IM4、準直透鏡21B之光路顯示於中段,將從第3個聲光調變元件AM2到聚光透鏡24B、落射反射鏡IM2、準直透鏡25B之光路顯示於下段。又,圖10之正交座標系XYZ係設定為與圖4及圖5之正交座標系XYZ相同。
如圖11所示,當射入最初之聲光調變元件AM6之光束LBb相對既定光軸AXb,如圖10所示之箭頭Ay4般往-Z方向平行位移時,不會被ON狀態之聲光調變元件AM6偏向而直線行進之0次繞射光束,在聚光透鏡16B之後側焦點位置、亦即在落射反射鏡IM6之位置與光軸AXb交叉後,藉由準直透鏡17B而再次成為與光軸AXb平行之平行光束,在往+Z方向平行位移之狀態下射入第2個聲光調變元件AM4。被ON狀態之聲光調變元件AM6以既定繞射角偏向之1次繞射光束,作為描繪用光束LB6在落射反射鏡IM6之位置收斂成光腰。
由於聲光調變元件AM6配置在聚光透鏡16B之前側焦點位置、落射反射鏡IM6配置在聚光透鏡16B之後側焦點位置,因此從聚光透鏡16B朝向落射反射鏡IM6之光束LB6,在XZ面内不與光軸AXb平行而傾斜。然而,在落射反射鏡IM6之位置收斂之光束LB6之光腰之位置,在YZ面内,即使射入聲光調變元件AM6之光束LBb如箭頭Ay4所示般平行位移,亦不會變化。不過,被落射反射鏡IM6反射之光束LB6,相對由描繪單元MU6内之透鏡LGa、LGb構成之擴束器(參照圖2)之光軸延長的光軸AX6,則是在XZ面内往-X方向傾斜。
在最初之聲光調變元件AM6為OFF狀態下,射入聲光調變元件AM6之光束LBb如箭頭Ay4所示般往-Z方向平行位移之情形時,光束LBb通過聲光調變元件AM6、聚光透鏡16B、準直透鏡17B後,以在XZ面内之+Z方向平行位移之狀態下射入第2個聲光調變元件AM4。此處亦同樣地,聲光調變元件AM4係配置在聚光透鏡20B之前側焦點位置、落射反射鏡IM4係配置在聚光透鏡20B之後側焦點位置。在聲光調變元件AM4為ON狀態時,未被聲光調變元件AM4偏向而直線行進之0次繞射光束,在聚光透鏡20B之後側焦點位置、亦即在落射反射鏡IM4之位置與光軸AXb交叉後,藉由準直透鏡21B再次成為與光軸AXb平行之平行光束,以往-Z方向平行位移之狀態射入第3個聲光調變元件AM2。
又,被ON狀態之聲光調變元件AM4以既定繞射角偏向之1次繞射光束,作為描繪用光束LB4在落射反射鏡IM4之位置收斂成光腰。從聚光透鏡20B朝向落射反射鏡IM4之光束LB4,在XZ面内不與光軸AXb平行而傾斜。然而,在落射反射鏡IM4之位置收斂之光束LB4之光腰之位置,在YZ面内,即使射入聲光調變元件AM4之光束LBb往+Z方向平行位移,亦不會變化。不過,被落射反射鏡IM4反射之光束LB4,相對由描繪單元MU4内之透鏡LGa、LGb構成之擴束器(參照圖2)之光軸延長的光軸AX4,則是在XZ面内往-X方向傾斜。
在最初之聲光調變元件AM6與第2個聲光調變元件AM4皆為OFF狀態下,射入聲光調變元件AM6之光束LBb如箭頭Ay4所示般往-Z方向平行位移之情形時,光束LBb在通過聲光調變元件AM6、聚光透鏡16B、準直透鏡17B、聲光調變元件AM4、聚光透鏡20B、準直透鏡21B後,以往XZ面内之-Z方向平行位移之狀態射入第3個聲光調變元件AM2。此處亦同樣地,聲光調變元件AM2係配置在聚光透鏡24B之前側焦點位置、落射反射鏡IM2係配置在聚光透鏡24B之後側焦點位置。聲光調變元件AM2為ON狀態時,不被聲光調變元件AM2偏向而直線行進之0次繞射光束,在聚光透鏡24B之後側焦點位置、亦即在落射反射鏡IM4之位置與光軸AXb交叉後,藉由準直透鏡25B再次成為與光軸AXb平行之平行光束。
又,被ON狀態之聲光調變元件AM2以既定繞射角偏向之1次繞射光束,作為描繪用光束LB2在落射反射鏡IM2之位置收斂成光腰。從聚光透鏡24B朝向落射反射鏡IM2之光束LB2,在XZ面内不與光軸AXb平行而傾斜。然而,在落射反射鏡IM2之位置收斂之光束LB2之光腰之位置,即使在YZ面内射入聲光調變元件AM2之光束LBb往-Z方向平行位移,亦不會變化。不過,被落射反射鏡IM2反射之光束LB2,相對由描繪單元MU2内之透鏡LGa、LGb構成之擴束器(參照圖2)之光軸延長的光軸AX2,則是在XZ面内往-X方向傾斜。
如以上所述,在從雷射光源10B射出之光束LBb如圖10所示之箭頭Ay1般以往Y方向平行位移之方式變動之情形時,在落射反射鏡IM6、IM4、IM2各個之位置形成之光束LB6、LB4、LB2之各光腰之位置不會變化。該等光腰(聚光點),最終會與從描繪單元MU6、MU4、MU2之各個投射於片狀基板P上之光束LB6、LB4、LB2之各個在片狀基板P上之點光SP成共軛關係(成像關係)。因此,即使從雷射光源10B射出之光束LBb如圖10之箭頭Ay1所示般往Y方向平行位移,偶數號描繪線SL6、SL4、SL2之位置亦不會變動。
關於此點,被供應來自雷射光源10A之光束LBa之奇數號描繪單元MU1、MU3、MU5亦是相同,即使從雷射光源10A射出之光束LBa在圖4中往Y方向平行位移,奇數號描繪線SL1、SL3、SL5之位置亦不會變動。不過,如圖11所示,從落射反射鏡IM1~IM6之各個朝向描繪單元MU1~MU6之各個之光束LB1~LB6,會產生在XZ面内之傾斜。
該等傾斜,稱為所謂的遠心誤差,係投射於片狀基板P表面之光束LB1~LB6之中心線相對片狀基板P表面之法線的傾斜。由於遠心誤差造成之影響(點光SP往副掃描方向之位置偏移)會在散焦時產生,因此將光束LB1~LB6之各個聚光成為點光SP之焦點面與片狀基板P之表面,恆設定在焦點深度(Depth Of Focus)之範圍内較佳。在無法忽視遠心誤差造成之影響時,可藉由圖9所示之平行平板HV2,進行使來自雷射光源10A、10B各個之光束LBa、LBb往Y方向平行移動之調整。
接著,針對從雷射光源10B之射出口射出之光束LBb,如圖10所示之箭頭Az1般往+Z方向平行位移之情形,參照圖12說明之。圖12係誇張顯示在來自雷射光源10B之光束LBb如圖10中之箭頭Az1般往+Z方向平行位移時,朝向偶數號描繪單元MU2、MU4、MU6之各個之描繪用光束LB2、LB4、LB6之狀態的圖。又,圖12之正交座標系XYZ與圖4中之正交座標系XYZ相同。如以圖10所說明般,當來自雷射光源10B之光束LBb如箭頭Az1般往+Z方向平行位移時,射入最初之聲光調變元件AM6之光束LBb,會如箭頭Az4般,相對既定光軸AXb往-Y方向平行位移。
由於聲光調變元件AM6、AM4、AM2各個之ON狀態時之繞射方向,在與XZ面平行之面内為-Z方向,因此圖12中,從ON狀態之聲光調變元件AM6射出之作為1次繞射光束之光束LB6,在XY面内係與光軸AXb平行的前進而射入聚光透鏡16B。通過聚光透鏡16B之光束LB6,在落射反射鏡IM6之反射面之Y方向中心(從光軸AXb往-Z方向偏移之位置)成為光腰,且被反射向-Z方向。另一方面,來自聲光調變元件AM6之0次繞射光束,在落射反射鏡IM6上方之空間與光軸AXb交叉後,通過準直透鏡17B成為與光軸AXb平行之平行光束,射入第2個聲光調變元件AM4。因此,即使射入聲光調變元件AM6之光束LBb如箭頭Az4般往Y方向平行位移,聚光在落射反射鏡IM6之位置之光束LB6之光腰位置在XY面亦不會變化。
在射入聲光調變元件AM6之光束LBb如箭頭Az4般往Y方向平行位移,最初之聲光調變元件AM6為off狀態之情形時,於聲光調變元件AM4會射入相對光軸AXb往-Y方向平行位移之光束LBb。當聲光調變元件AM4成為ON狀態時,從聲光調變元件AM4射出之作為1次繞射光束之光束LB4,在XY面内係與光軸AXb平行前進而射入聚光透鏡20B。通過聚光透鏡20B之光束LB4,在落射反射鏡IM4之反射面之Y方向中心(從光軸AXb往-Z方向偏移之位置)成為光腰,且被反射向-Z方向。
另一方面,來自聲光調變元件AM4之0次繞射光束,在落射反射鏡IM4上方之空間與光軸AXb交叉後,通過準直透鏡21B成為與光軸AXb平行之平行光束,射入第3個聲光調變元件AM2。因此,即使射入最初之聲光調變元件AM6之光束LBb如箭頭Az4般往Y方向平行位移,聚光在落射反射鏡IM4之位置之光束LB4之光腰位置在XY面亦不會變化。
同樣的,在射入聲光調變元件AM6之光束LBb如箭頭Az4般往Y方向平行位移,最初之聲光調變元件AM6與第2個聲光調變元件AM4皆為OFF狀態之情形時,於聲光調變元件AM2會射入相對光軸AXb往-Y方向平行位移之光束LBb。當聲光調變元件AM2成為ON狀態時,從聲光調變元件AM2射出之作為1次繞射光束之光束LB2,在XY面内係與光軸AXb平行的前進而射入聚光透鏡24B。通過聚光透鏡24B之光束LB2,在落射反射鏡IM2之反射面之Y方向中心(從光軸AXb往-Z方向偏移之位置)成為光腰,且被反射向-Z方向。又,來自聲光調變元件AM2之0次繞射光束,在落射反射鏡IM2上方之空間與光軸AXb交叉後,通過準直透鏡25B成為與光軸AXb平行之平行光束前進。因此,即使射入最初之聲光調變元件AM6之光束LBb如箭頭Az4般往Y方向平行位移,聚光在落射反射鏡IM4之位置之光束LB4之光腰位置在XY面亦不會變化。
如以上所述,即使在從雷射光源10B射出之光束LBb,如圖10所示之箭頭Az1般產生往Z方向平行位移之變動之情形時,在落射反射鏡IM6、IM4、IM2各個之位置形成之光束LB6、LB4、LB2之各光腰之位置亦不會變化。因此,即使從雷射光源10B射出之光束LBb如圖10之箭頭Az1般往Z方向平行位移,偶數號描繪線SL6、SL4、SL2之位置亦不會變動。
此點,被供應來自雷射光源10A之光束LBa之奇數號描繪單元MU1、MU3、MU5亦同,即使從雷射光源10A射出之光束LBa於圖4中往Z方向平行位移,奇數號描繪線SL1、SL3、SL5之位置亦不會變動。不過,如圖12中所示,在從落射反射鏡IM1~IM6之各個朝向描繪單元MU1~MU6之各個之光束LB1~LB6,會產生相對與XZ面平行之面傾斜的遠心誤差。因此,在無法忽視遠心誤差造成之影響時,可藉由圖9所示之平行平板HV1使來自雷射光源10A、10B各個之光束LBa、LBb往Z方向平行移動,據以調整對最初之聲光調變元件AM6、AM1之射入狀態(與光軸AXb之同軸性)即可。
接著,說明光束LBb從雷射光源10B之射出口傾斜射出之情形。雷射光源10B之射出口,係藉由圖4、圖5、圖10之各個中所示之修正光學系11B與縮小中繼光學系14B,設定成與最初之聲光調變元件AM6内之結晶成共軛關係。設縮小中繼光學系14B之縮小率為1/Mb(Mb>1)時,射入聲光調變元件AM6之光束LBb相對光軸AXb之傾斜角,與光束LBb在雷射光源10B之射出口相對光軸AXb之傾斜角相較,以和縮小率1/Mb之倒數相應之比率變大。
圖13係誇張顯示射入最初之聲光調變元件AM6之光束LBb在與XZ面平行之面内相對光軸AXb傾斜時,朝向偶數號描繪單元MU2、MU4、MU6之各個之描繪用光束LB2、LB4、LB6之狀態的圖。在不進行以先前之圖9所示之修正光學系11B内之2個稜鏡板RD1、RD2對光束LBb之傾斜修正的狀態下,來自雷射光源10B之射出口之光束LBb在與XY面平行之面内往Y方向傾斜時,射入聲光調變元件AM6之光束LBb,會在與XZ面平行之内相對光軸AXb傾斜。又,圖13之正交座標系XYZ,係設定為與先前之圖4、圖12之正交座標系XYZ相同。
如圖13所示,當射入ON狀態之最初之聲光調變元件AM6之光束LBb,在與XZ面平行之面内相對光軸AXb往反時鐘方向些微傾斜時,未被聲光調變元件AM6繞射之0次繞射光束即以相對光軸AXb傾斜之狀態射入聚光透鏡16B。該0次繞射光束,從光軸AXb往+Z方向些微的偏心而與光軸AXb平行的在從聚光透鏡16B到準直透鏡17B之光路中前進,在中間之落射反射鏡IM6之上方空間成為光腰。從準直透鏡17B射出之0次繞射光束,在與XZ面平行之面内相對光軸AXb往順時鐘方向些微傾斜前進。
另一方面,被聲光調變元件AM6繞射之作為1次繞射光束之光束LB6,相對0次繞射光束以既定繞射角偏向後射入聚光透鏡16B,從聚光透鏡16B射出之光束LB6,與光軸AXb平行的在從光軸AXb往-Z方向分離之光路中前進,被落射反射鏡IM6以和光軸AX6平行的反射向-Z方向。然而,被落射反射鏡IM6反射之光束LB6,相對光軸AX6往-X方向偏心。因此,由於光束LB6成為光腰之聚光點,在XY面内係從原本之光軸AX6之位置往-X方向偏移,因此從描繪單元MU6投射於片狀基板P上之光束LB6之點光SP,亦往與-X方向對應之副掃描方向(圖2中之Xt方向)變位。
進一步的,在射入聲光調變元件AM6之光束LBb在與XZ面平行之面内相對光軸AXb往反時鐘方向些微傾斜,最初之聲光調變元件AM6為OFF狀態之情形時,於聲光調變元件AM4,會有光束LBb在與XZ面平行之面内相對光軸AXb於順時鐘方向些微傾斜射入。當聲光調變元件AM4成為ON狀態時,未被聲光調變元件AM4繞射之0次繞射光束在相對光軸AXb傾斜之狀態下射入聚光透鏡20B。該0次繞射光束,從光軸AXb往-Z方向些微偏心而與光軸AXb平行的在從聚光透鏡20B到準直透鏡21B之光路中前進,在中間之落射反射鏡IM4之上方空間成為光腰。從準直透鏡21B射出之0次繞射光束,在與XZ面平行之面内相對光軸AXb往反時鐘方向些微傾斜前進。
另一方面,被聲光調變元件AM4繞射之作為1次繞射光束之光束LB4,雖係相對0次繞射光束以既定繞射角偏向射入聚光透鏡20B,但從聚光透鏡20B射出之光束LB4,與光軸AXb平行的在從光軸AXb往-Z方向分離之光路中前進,被落射反射鏡IM4反射向-Z方向而與光軸AX4平行。但被落射反射鏡IM4反射之光束LB4,係相對光軸AX4往-X方向偏心。承上,由於光束LB4成為光腰之聚光點,在XY面内會從原本之光軸AX4之位置往-X方向偏移,因此從描繪單元MU4投射於片狀基板P上之光束LB4之點光SP,亦會往與-X方向對應之副掃描方向(圖2中之Xt方向)變位。
進一步的,在射入聲光調變元件AM6之光束LBb在與XZ面平行之面内相對光軸AXb往反時鐘方向些微傾斜,而聲光調變元件AM6、AM4皆為OFF狀態之情形時,於聲光調變元件AM2,光束LBb在與XZ面平行之面内相對光軸AXb往反時鐘方向些微傾斜射入。當聲光調變元件AM2成為ON狀態時,未被聲光調變元件AM2繞射之0次繞射光束以相對光軸AXb傾斜之狀態射入聚光透鏡24B。該0次繞射光束,從光軸AXb往+Z方向些微偏心而與光軸AXb平行的在從聚光透鏡24B到準直透鏡25B之光路中前進,在中間之落射反射鏡IM2之上方空間成為光腰。從準直透鏡25B射出之0次繞射光束,在與XZ面平行之面内相對光軸AXb往順時鐘方向些微傾斜前進。
另一方面,被聲光調變元件AM2繞射之作為1次繞射光束之光束LB2,雖係相對0次繞射光束以既定繞射角偏向而射入聚光透鏡24B,但從聚光透鏡24B射出之光束LB2,與光軸AXb平行的在從光軸AXb往-Z方向分離之光路中前進,被落射反射鏡IM2反射向-Z方向而與光軸AX2平行。然而,被落射反射鏡IM2反射之光束LB2,會相對光軸AX4往-X方向偏心。因此,由於光束LB2成為光腰之聚光點,在XY面内從原本之光軸AX2之位置往-X方向偏移,因此從描繪單元MU2投射於片狀基板P上之光束LB2之點光SP,亦會往與-X方向對應之副掃描方向(圖2中之Xt方向)變位。
如以上所述,從雷射光源10B射出之光束LBb,在與圖5或圖9中與XY面平行之面内相對既定光軸AXb傾斜時,在落射反射鏡IM6、IM4、IM2各個之位置形成之光束LB6、LB4、LB2之各光腰之位置皆會往+X方向或-X方向變位。因此,偶數號描繪線SL6、SL4、SL2之位置往副掃描方向(圖2中之Xt方向)變動。此情形,被供應來自雷射光源10A之光束LBa之奇數號描繪單元MU1、MU3、MU5亦同,在從雷射光源10A射出之光束LBa,在與圖4中之XY面平行之面内相對既定光軸(設計上之光軸)傾斜時,在落射反射鏡IM1、IM3、IM5各個之位置形成之光束LB1、LB3、LB5之各光腰之位置皆會往+X方向或-X方向變位。因此,奇數號描繪線SL1、SL3、SL5之位置往副掃描方向(圖2中之Xt方向)變動。
圖14係誇張顯示來自雷射光源10B之射出口之光束LBb在與XZ面平行之面内相對光軸AXb傾斜,其結果,射入最初之聲光調變元件AM6之光束LBb在與XY面平行之面内相對光軸AXb傾斜時,朝向偶數號描繪單元MU2、MU4、MU6各個之描繪用光束LB2、LB4、LB6之狀態的圖。在不進行以先前之圖9所示之修正光學系11B内之2個稜鏡板RD1、RD2對光束LBb之傾斜修正的狀態下,來自雷射光源10B之射出口之光束LBb在與XZ面平行之面内往Z方向傾斜時,射入聲光調變元件AM6之光束LBb,會在與XY面平行之面内相對光軸AXb傾斜。又,圖14之正交座標系XYZ係設定為與先前之圖4、圖12之正交座標系XYZ相同。
如圖14所示,當射入ON狀態之最初之聲光調變元件AM6之光束LBb,在與XY面平行之面内相對光軸AXb往順時鐘方向些微傾斜時,未被聲光調變元件AM6繞射之0次繞射光束,在XY面内,會往與射入之光束LBb相同方向直線前進射入聚光透鏡16B。該0次繞射光束,從光軸AXb往-Y方向些微偏心而與光軸AXb平行的在從聚光透鏡16B到準直透鏡17B之光路中前進,在中間之落射反射鏡IM6之上方空間成為光腰。從準直透鏡17B射出之0次繞射光束,在與XY面平行之面内相對光軸AXb往反時鐘方向些微傾斜前進。
另一方面,被聲光調變元件AM6繞射之作為1次繞射光束之光束LB6,在XY面内係通過與0次繞射光束相同之光路,並往-Z方向以既定繞射角偏向而射入聚光透鏡16B。從聚光透鏡16B射出之光束LB6,與光軸AXb平行的在從光軸AXb往-Y方向分離之光路中前進,被落射反射鏡IM6反射向-Z方向而與光軸AX6平行。然而,被落射反射鏡IM6反射之光束LB6,會相對光軸AXb及光軸AX6往-Y方向偏心。因此,由於光束LB6成為光腰之聚光點,在XY面内會從原本之光軸AX6之位置往-Y方向偏移,因此從描繪單元MU6投射於片狀基板P上之光束LB6之點光SP,亦往與-Y方向對應之主掃描方向(圖2中之Yt方向)變位。亦即,以光束LB6之點光之掃描形成之描繪線SL6之整體,會從設計上之位置往主掃描方向位移。
進一步的,在射入聲光調變元件AM6之光束LBb,如圖14所示在與XY面平行之面内相對光軸AXb往順時鐘方向些微傾斜,聲光調變元件AM6為OFF狀態之情形時,於聲光調變元件AM4,光束LBb在與XY面平行之面内相對光軸AXb往反時鐘方向些微傾斜射入。當聲光調變元件AM4成為ON狀態時,未被聲光調變元件AM4繞射之0次繞射光束,在XY面内,會往與射入之光束LBb相同方向直線前進以傾斜狀態射入聚光透鏡20B。該0次繞射光束,從光軸AXb往-Y方向些微偏心而與光軸AXb平行的在從聚光透鏡20B到準直透鏡21B之光路中前進,在中間之落射反射鏡IM4之上方空間成為光腰。從準直透鏡21B射出之0次繞射光束,在與XY面平行之面内相對光軸AXb往反時鐘方向些微傾斜前進。
另一方面,被聲光調變元件AM4繞射之作為1次繞射光束之光束LB4,在XY面内會通過與0次繞射光束相同之光路,並相對0次繞射光束以既定繞射角往-Z方向偏向而射入聚光透鏡20B。從聚光透鏡20B射出之光束LB4,與光軸AXb平行的在從光軸AXb往-Y方向分離之光路中前進,被落射反射鏡IM4反射向-Z方向而與光軸AX4平行。然而,被落射反射鏡IM2反射之光束LB4,會相對光軸AXb及光軸AX4往-Y方向偏心。因此,由於光束LB4成為光腰之聚光點,在XY面内會從原本之光軸AX4之位置往-Y方向偏移,因此從描繪單元MU4投射於片狀基板P上之光束LB4之點光SP,亦往與-Y方向對應之副掃描方向(圖2中之Xt方向)變位。亦即,以光束LB4之點光之掃描形成之描繪線SL4之整體會從設計上之位置往主掃描方向位移。描繪線SL4在片狀基板P上之位移方向,與描繪線SL6之位移方向相同。
進一步的,在射入聲光調變元件AM6之光束LBb,如圖14所示,在與XY面平行之面内相對光軸AXb往順時鐘方向些微傾斜,聲光調變元件AM6、AM4皆為OFF狀態之情形時,於聲光調變元件AM2,光束LBb在與XY面平行之面内相對光軸AXb往順時鐘方向些微傾斜射入。當聲光調變元件AM2成為ON狀態時,未被聲光調變元件AM2繞射之0次繞射光束以在XY面内相對光軸AXb傾斜之狀態射入聚光透鏡24B。該0次繞射光束,從光軸AXb往-Y方向些微偏心而與光軸AXb平行的在從聚光透鏡24B到準直透鏡25B之光路中前進,在中間之落射反射鏡IM2之上方空間成為光腰。從準直透鏡25B射出之0次繞射光束,在與XY面平行之面内相對光軸AXb往反時鐘方向些微傾斜前進。
另一方面,被聲光調變元件AM2繞射之作為1次繞射光束之光束LB2,在XY面内會通過與0次繞射光束相同之光路,並相對0次繞射光束以既定繞射角往-Z方向偏向而射入聚光透鏡24B。從聚光透鏡24B射出之光束LB2,與光軸AXb平行的在從光軸AXb往-Y方向分離之光路中前進,被落射反射鏡IM2反射向-Z方向而與光軸AX2平行。然而,被落射反射鏡IM2反射之光束LB2,會相對光軸AXb及光軸AX2往-Y方向偏心。因此,由於光束LB2成為光腰之聚光點,在XY面内會從原本之光軸AX2之位置往-Y方向偏移,因此從描繪單元MU2投射於片狀基板P上之光束LB2之點光SP,亦往與-Y方向對應之副掃描方向(圖2中之Xt方向)變位。亦即,以光束LB2之點光之掃描形成之描繪線SL2之整體會從設計上之位置往主掃描方向位移。描繪線SL2之位移方向,與描繪線SL6、SL4之位移方向相同。
如以上所述,在來自雷射光源10B之射出口之光束LBb,在XZ面内相對光軸AXb傾斜之情形時,形成在片狀基板P上之偶數號描繪線SL2、SL4、SL6,會同時往主掃描方向(圖2之Yt方向)以相同量位移。此種狀態,在以來自雷射光源10A之光束LBa生成之奇數號光束LB1、LB3、LB5、以及奇數號描繪線SL1、SL3、SL5亦會同樣產生。
不過,奇數號描繪單元MU1、MU3、MU5之組與偶數號描繪單元MU2、MU4、MU6之組,係繞通過圖4所示之中心點PG之法線旋轉180°之配置。因此,在從雷射光源10A射出之光束LBa與從雷射光源10B射出之光束LBb,分別相對既定光軸在XZ面内皆往+Z方向或-Z方向傾斜之情形時,奇數號描繪線SL1、SL3、SL5與偶數號描繪線SL2、SL4、SL6,會在片狀基板P上,於Y(Yt)方向彼此往相反方向位移。相反的,從雷射光源10A射出之光束LBa相對既定光軸在XZ面内往+Z方向傾斜角度ΔθLa,從雷射光源10B射出之光束LBb相對既定光軸在XZ面内往-Z方向傾斜角度ΔθLb,角度ΔθLa與角度ΔθLb相等之情形時,奇數號描繪線SL1、SL3、SL5與偶數號描繪線SL2、SL4、SL6,會往Y方向之相同方向以相同量位移。
如上述以圖11、圖12所做之說明,在來自雷射光源10A、10B各個之射出口之光束LBa、LBb,產生相對設計上之光軸平行位移之變動之情形時,描繪線SL1~SL6之各個在片狀基板P上之位置雖不會大幅變動,但會產生遠心誤差。另一方面,如以圖13、圖14所做之說明,在來自雷射光源10A、10B各個之射出口之光束LBa、LBb,產生相對設計上之光軸傾斜之變動之情形時,描繪線SL1~SL6之各個在片狀基板P上之位置,會視該傾斜方向與傾斜量而往X方向(副掃描方向)或Y方向(主掃描方向)產生位置變動。
於本實施形態,由於能藉由圖6所示之檢測單元34,將來自雷射光源10A之射出口之光束LBa、與來自雷射光源10B之射出口之光束LBb之相對平行位移之變動量與相對傾斜變動量加以分離測量,因此可調整包含如圖9所示之平行平板HV1、HV2與稜鏡板RD1、RD2之修正光學系11A、11B,以降低因描繪線SL1~SL6各個之位置變動造成之接續誤差。
〔變形例1〕
由圖4所示之2個透鏡GL1a、GL2a構成之中繼成像系、與由2個透鏡GL1b、GL2b構成之中繼成像系之各個之倍率,可以是等倍以外之放大或縮小。例如,可將各中繼成像系之倍率設定為放大倍率α,以使成像在圖4中之面Psa與面Psb之各個之雷射光源10A、10B之各射出口之像放大α倍。舉一例而言,將放大倍率α設為4倍(α=4),將由圖6所示之透鏡34A、34B構成之縮小中繼光學系之縮小倍率β設為1/2(β=0.5)時,光束MBa、MBb在攝影元件34C之成像面上之位置變位量,將成為光束LBa、LBb在雷射光源10A、10B之各射出口之平行位移誤差量之2倍(=α×β),而能提高測量靈敏度。
又,亦可將由2個透鏡GL1a、GL2a構成之中繼成像系、與由2個透鏡GL1b、GL2b構成之中繼成像系各個之倍率設為縮小倍率γ,以將成像在面Psa與面Psb之各個之雷射光源10A、10B之各射出口之像縮小至γ倍。例如,將縮小倍率γ設為1/2(γ=0.5)、將由圖6所示之透鏡34A、34B構成之縮小中繼光學系之縮小倍率β亦設為1/2(β=0.5)時,光束LBa、LBb在雷射光源10A、10B之各射出口之各傾斜之變化量、與光束MBa、MBb在攝影元件34G之成像面上之各點光之位置之變位量的比例常數,與將由透鏡GL1a、GL2a構成之中繼成像系與由透鏡GL1b、GL2b構成之中繼成像系設為等倍之情形相較變大,可提升測量靈敏度。
基於以上所述,亦可做成可切換之構成,亦即將由檢測單元34内之透鏡34A、34B構成之縮小中繼光學系設為等倍(縮小倍率β=1),將由透鏡GL1a、GL2a構成之中繼成像系與由透鏡GL1b、GL2b構成之中繼成像系之各個之倍率,在以攝影元件34C測量從雷射光源10A、10B之各個射出之光束LBa、LBb之平行位移之誤差時設為放大倍率,而在以攝影元件34G測量光束LBa、LBb之傾斜誤差時設為縮小倍率。
〔第2實施形態〕
亦可藉由大致直接利用先前之圖4~圖10之構成的光束切換部BDU,並使圖2所示之描繪單元MU1~MU6各個之内部構成稍微變形,來進行一邊從描繪單元MU1~MU6之各個將2個或3個點光同時投射於片狀基板P上、一邊沿描繪線SL1~SL6之各個進行掃描的多點(multi-spot)化。
圖15A~圖15C係用以說明射入光束切換部BDU之最初之聲光調變元件AM6之來自雷射光源10B之光束LBb之射入狀態與繞射效率的圖。圖15A係從正交座標系XYZ之XZ面内所見之聲光調變元件AM6的圖,來自雷射光源10B之光束LBb,一般係與光軸AXb同軸的射入聲光調變元件AM6。由於聲光調變元件AM6係相對射入之光束LBb(平行光束)設置成滿足布拉格繞射條件,因此作為1次繞射光束之光束LB6會相對光軸AXb往-Z方向以既定繞射角偏向前進。此時,若使射入聲光調變元件AM6之光束LBb從與光軸AXb同軸之狀態在與XZ面平行之面内傾斜射入角θz時,與該射入角θz成正比的,作為1次繞射光束之光束LB6亦在與XZ面平行之面内傾斜。
又,圖15B係在正交座標系XYZ之XY面内所見之聲光調變元件AM6的圖,來自雷射光源10B之光束LBb,一般會與光軸AXb同軸的射入聲光調變元件AM6。由於聲光調變元件AM6係相對射入之光束LBb(平行光束)配置成滿足布拉格繞射條件,因此作為1次繞射光束之光束LB6,在XY面内觀察時會與光軸AXb平行的前進。此時,若使射入聲光調變元件AM6之光束LBb從與光軸AXb同軸之狀態在與XY面平行之面内(非繞射方向之面内)傾斜射入角θy時,作為1次繞射光束之光束LB6,在XY面内會保持該射入角θy,在XZ面内則往-Z方向以既定繞射角偏向前進。
如圖15C所示的,測量了比較圖15A之情形與圖15B之情形時,來自聲光調變元件AM6之光束LB6(1次繞射光束)之強度。圖15C係以示意方式顯示光束LB6(1次繞射光束)相對於射入聲光調變元件AM6之光束LBb之繞射方向之射入角θz、以及非繞射方向之射入角θy之強度變化的圖表。圖15C之橫軸表示射入角θz與射入角θy,原點(0)表示光束LBb與光軸AXb同軸的射入聲光調變元件AM6之狀態,圖15C之縱軸表示光束LB6(1次繞射光束)相對於射入之光束LBb之強度的強度比率的繞射效率(%)。
圖15C所示之圖表中之特性CCz係表示圖15A之情形時之繞射效率變化,圖15C所示之圖表中之特性CCy則表示圖15B之情形時之繞射效率變化。由此特性CCz、CCy清楚可知,以圖15A所示方式射入之光束LBb從一般狀態往聲光調變元件AM6之繞射方向以角度θz傾斜之情形時,由於會脫離布拉格繞射條件,因此相對於該射入角θz之變化,繞射效率會急遽降低。相對於此,以圖15B所示方式射入之光束LBb從一般狀態往與聲光調變元件AM6之繞射方向正交之方向(非繞射方向)以角度θy傾斜之情形時,相對於該射入角θy之變化的繞射效率降低是較和緩的。
因此,於本實施形態,在XY面内觀察時,係在最初之聲光調變元件AM6内使2條光束(平行光束)如圖15C所示,相對光軸AXb成角度±θya之方式交叉後射入。此時,射入最初之聲光調變元件AM6之2條光束,係從分別為相同構成之其他雷射光源(例如10B1、10B2)供應。
圖16係顯示在第2實施形態之光束切換部BDU之最初之聲光調變元件AM6到落射反射鏡IM6之光路中之2條光束之狀態的立體圖。圖16之正交座標系XYZ,係設定為與圖4之正交座標系XYZ相同,射入最初之聲光調變元件AM6之2條光束(皆為平行光束),係從分別為相同構成之其他雷射光源(例如10B1、10B2)所供應之光束LSa、LSb。如以圖15C所做之說明,光束LSa對聲光調變元件AM6之射入角,係設定成在XY面内從光軸AXb為角度-θya,光束LSb對聲光調變元件AM6之射入角,係設定成在XY面内從光軸AXb為角度+θya。2條光束LSa、LSb之各個,成為直徑為1mm~0.5mm程度之平行光束,在聲光調變元件AM6之結晶内交叉前進後,直接成為直線前進之0次繞射光束LSa0、LSb0(虛線)而射入聚光透鏡16B。
在聲光調變元件AM6為ON狀態時,從聲光調變元件AM6產生相對於0次繞射光束LSa0往-Z方向以既定繞射角偏向之1次繞射光束LSa1(實線)、與相對0次繞射光束LSb0往-Z方向以既定繞射角偏向之1次繞射光束LSb1(實線),分別射入聚光透鏡16B。從聚光透鏡16B射出之0次繞射光束LSa0、LSb0,分別在與XY面平行之面内從光軸AXb往+Y方向與-Y方向平行位移相同距離之狀態下,通過落射反射鏡IM6之上方空間,射入下一個準直透鏡17B。
另一方面,從聚光透鏡16B射出之1次繞射光束LSa1,在XZ面内觀察時,從0次繞射光束LSa0往-Z方向平行位移而與光軸AXb平行的前進,被落射反射鏡IM6朝下之45°之反射面反射向-Z方向。同樣的,從聚光透鏡16B射出之1次繞射光束LSb1,在XZ面内觀察時,從0次繞射光束LSb0往-Z方向平行位移而與光軸AXb平行前進,被落射反射鏡IM6朝下之45°之反射面反射向-Z方向。此處,將被落射反射鏡IM6之反射面反射向-Z方向之1次繞射光束LSa1設為光束LB6a、將1次繞射光束LSb1設為光束LB6b。
如以先前之圖11~圖14所做之說明,將通過落射反射鏡IM6之反射面之Y方向中心而與光軸AXb正交之軸線設為光軸AX6時,光束LB6a係以從光軸AX6往+Y方向平行位移既定距離ΔYL之狀態前進,光束LB6b係以從光軸AX6往-Y方向平行位移既定距離ΔYL之狀態前進。由於落射反射鏡IM6之反射面係設定在聚光透鏡16B之後側焦點位置,因此,光束LB6a、LB6b之各個在落射反射鏡IM6之反射面之位置成為光腰後再成為發散光束前進。光腰在落射反射鏡IM6之反射面之直徑為數十μm程度。
如先前以圖4所做之說明,第2個聲光調變元件AM4係藉由聚光透鏡16B與準直透鏡17B構成之等倍的中繼系,設定成與最初之聲光調變元件AM6成光學共軛,第3個聲光調變元件AM2係藉由聚光透鏡20B與準直透鏡21B構成之等倍的中繼系,設定成與第2個聲光調變元件AM4成光學共軛。因此,圖16所示之聲光調變元件AM6為OFF狀態之情形時,在不產生1次繞射光束LSa1、LSb1之情形下,沿著0次繞射光束LSa0、LSb0之光路,射入聲光調變元件AM6之光束LSa、LSb直接通過聚光透鏡16B、準直透鏡17B而射入第2個聲光調變元件AM4。此時,2條光束LSa、LSb之各個對聲光調變元件AM4之射入角度(在XY面内相對光軸AXb之傾斜角),與射入聲光調變元件AM6之光束LSa、LSb之射入角度相同。同樣的,在最初之聲光調變元件AM6與第2個聲光調變元件AM4皆為OFF狀態之情形下,2條光束LSa、LSb之各個對第3個聲光調變元件AM2之射入角度(在XY面内相對光軸AXb之傾斜角),亦與射入聲光調變元件AM6之光束LSa、LSb之射入角度相同。
被圖16之落射反射鏡IM6反射向-Z方向之2條光束LB6a、LB6b之各個雖成為發散光,但其主光線(中心光線)分別與光軸AX6平行。在落射反射鏡IM6之位置,2條光束LB6a、LB6b於Y方向分離之情形時,2條光束LB6a、LB6b射入圖2所示之描繪單元MU1(MU2~MU6亦同)之反射鏡M10,最終投射於片狀基板P上之2個點光,成為彼此於Y(Yt)方向、亦即於主掃描方向以一定間隔(將圖16中之間隔2ΔYL以既定比率縮小之距離)偏移。此點,與先前以圖14所說明之狀態相符。
其次,於本實施形態,稍微改變了圖1所示之光路調整部BV1~BV6各個之光學構成。於先前之第1實施形態,光路調整部BV1~BV6之各個係以複數個反射鏡、複數個透鏡構成之中繼光學系、可傾斜之石英平行平板等構成。於本實施形態,則係在光路調整部BV6(BV1~BV5亦同)内,設置使射入描繪單元MU6(MU1~MU5亦同)之最初之反射鏡M10的2條光束LB6a、LB6b繞光軸旋轉90度之旋轉器機構。又,以下之說明中,在表示描繪單元MU1~MU6之任一者時會有記載成描繪單元MUn(n=1~6),射入描繪單元MUn之各個之2條光束記載成光束LBna、LBnb(n=1~6)之情形。
圖17係誇張顯示通過從圖16所示之落射反射鏡IM6通過光路調整部BV6(參照圖1)到描繪單元MU6内之透鏡LGa(參照圖2)之光路之2條光束LB6a、LB6b之狀態的圖。圖17中之正交座標系XYZ與描繪單元MU6内之正交座標系XtYtZt,分別設定成與圖1~圖6及圖16相同。圖17係在XZ面内所見之光路圖,通過落射反射鏡IM6之Y方向中心之光軸AX6之延長線,係設定成與使描繪單元MU6之整體微幅旋轉時之旋轉中心的旋轉軸LE6(相當於圖2中之LE1)同軸。
被落射反射鏡IM6反射向-Z方向之2條光束LB6a、LB6b(發散光),在圖17中看起來是在與紙面垂直之方向(Y方向)重疊,位於隔著光軸AX6於Y方向對稱之位置而射入光路調整部BV6。光路調整部BV6,係由在XZ面内相對45度傾斜配置之反射鏡M30、M31、M32、相對YZ面以45°+θu/2(θu請參照圖1)之角度配置之反射鏡M33、透鏡Gv1、Gv2、Gv3、及影像旋轉器(以下,簡稱為旋轉器)IRD構成。旋轉器IRD,例如特開平8-334698號公報、國際公開第2018/164087號所揭示,係由與光軸AX6交叉且於光軸方向配置成山形之2個反射面、與和該2個反射面之山形之稜線分離配置成與光軸AX6平行之第3反射面構成。
圖17中,來自落射反射鏡IM6之2條光束LB6a、LB6b,被反射鏡M30直角反射向+X方向而射入透鏡Gv1。透鏡Gv1之前側焦點,係設定成在落射反射鏡IM6之反射面、亦即光束LB6a、LB6b各個之光腰之位置。因此,通過透鏡Gv1之光束LB6a、LB6b雖然皆被轉換成平行光束,但在XY面内觀察時,在透鏡Gv1之後側焦點之面Pva交叉。面Pva,係藉由圖16所示之聚光透鏡16B與透鏡Gv1所構成之中繼系,設定成與聲光調變元件AM6光學共軛。於面Pva交叉之2條光束LB6a、LB6b,被反射鏡M31直角反射向-Z方向,射入前側焦點設定在面Pva之位置的透鏡Gv2。
通過透鏡Gv2之2條光束LB6a、LB6b,分別被轉換成收斂光束,並再次隔著光軸AX6通過與光軸AX6平行之光路後,被反射鏡M32直角反射向-X方向。2條光束LB6a、LB6b之各個,在透鏡Gv2之後側焦點之面Pvb之位置收斂成光腰後,一邊發散一邊射入旋轉器IRD。面Pvb,藉由透鏡Gv1、Gv2構成之中繼系,而與落射反射鏡IM6之反射面(或其極近旁)成共軛關係。因此,在與YZ面平行之面Pvb上,光束LB6a、LB6b各個之點光(光腰位置)位於隔著光軸AX6於Y方向對稱之位置。
旋轉器IRD,係以和光軸AX6平行之第3反射面相對XY面與XZ面之雙方傾斜45°之方式,繞光軸AX6旋轉配置。據此,射入旋轉器IRD之2條光束LB6a、LB6b,在整體繞光軸AX6旋轉90°之狀態下,從旋轉器IRD射出而射入透鏡Gv3。從旋轉器IRD射出之2條光束LB6a、LB6b,雖皆成為發散光束,主光線(中心光線)則與光軸AX6平行。再者,透鏡Gv3之前側焦點,係包含旋轉器IRD之光路長被設定在面Pvb之位置,因此通過透鏡Gv3之光束LB6a、LB6b,分別被轉換成平行光束,並且在XZ面内傾斜成彼此交叉。
光束LB6a、LB6b,被相對YZ面傾斜角度(45°+θu/2)之反射鏡M33反射向-Z方向,在相對XY面傾斜角度θu之面Pvc之位置交叉後,射入描繪單元MU6内之反射鏡M10。被反射鏡M10反射向-Xt方向之光束LB6a、LB6b(皆為平行光束)之各個,分別相對透鏡LGa之光軸(光軸AX6)在XtZt面内傾斜射入構成圖2所示之擴束器之最初的透鏡LGa。由於透鏡LGa之前側焦點係設定在面Pvc之位置,因此在透鏡LGa之後側焦點之面OPa上,在隔著光軸於Zt方向之對稱位置形成光束LB6a、LB6b各個之點(光腰)SP6a、SP6b。
面OPa,最終與由描繪單元MU6内之fθ透鏡系FT與第2柱狀透鏡CYb所設定之成像面(片狀基板P之表面)成為共軛關係。因此,從描繪單元MU6投射於片狀基板P上之2條光束LB6a、LB6b各個之點光,在Xt方向(副掃描方向)相距既定間隔聚光。針對其他描繪單元MU1~MU5之各個,亦與圖17同樣的,藉由設置包含旋轉器IRD之光路調整部BV1~BV5,即能使2條光束LBna、LBnb各個之點光於Xt方向(副掃描方向)相距既定間隔聚光。因此,於本實施形態,係設置用以產生對偶數號描繪單元MU6、MU4、MU2之各個供應2條光束LBna、LBnb的2個雷射光源10B1、10B2、與用以產生對奇數號描繪單元MU1、MU3、MU5之各個供應2條光束LBna、LBnb的2個雷射光源10A1、10A2之合計4台雷射光源。
本實施形態中,亦可如先前之圖4、圖6所示,將雷射光源10A1與雷射光源10B1相對中心點PG配置成點對稱,將雷射光源10A2與雷射光源10B2相對中心點PG配置成點對稱。又,圖6所示之三角反射鏡33與檢測單元34,可分為接收來自雷射光源10A1之光束與來自雷射光源10B1之光束的組、與接收來自雷射光源10A2之光束與接收來自雷射光源10B2之光束的組的兩組。此外,在將從描繪單元MUn(n=1~6)之各個投射於片狀基板P上之光束LBna(n=1~6)所形成之片狀基板P上之點光設為點光SPa、光束LBnb(n=1~6)所形成之片狀基板P上之點光設為點光SPb時,最好是能正確的監測(測量)片狀基板P上之2個點光SPa、SPb之位置變動。
圖18係顯示將來自適用於本實施形態之4個雷射光源10A1、10A2、10B1、10B2之各個之光束,導向最初之聲光調變元件AM6、AM1之光路之一例的圖。圖18之正交座標系XYZ設定為與先前之圖4相同,又,與圖4中之構件或配置相同者係賦予相同符號。於Y方向並列配置之雷射光源10A1、10A2,分別將光束LSA1、LSA2(平行光束)往+X方向射出。光束LSA1被反射鏡M40a斜向反射向+Y方向,光束LSA2被反射鏡M40b斜向反射向-Y方向。被反射鏡M40a反射之光束LSA1與被反射鏡M40b反射之光束LSA2,被V字反射鏡M40c之2個反射面之各個,在XY面内以既定交叉角度反射。
被V字反射鏡M40c反射之2條光束LSA1、LSA2之各個,如以先前之圖15C所做之說明,射入調整為適於最初之聲光調變元件AM1之射入角±θya的稜鏡塊VP1。從稜鏡塊VP1射出之2條光束LSA1、LSA2(平行光束),以在XY面内相對光軸AXa具有既定傾斜之方式前進,在最初之聲光調變元件AM1之結晶内交叉。再者,在從稜鏡塊VP1到最初之聲光調變元件AM1之光路中,設有:可繞光軸AXa旋轉之1/2波長板WP1、與將2條光束LSA1、LSA2各個之一部分作為測量用光束MBa’反射向+Y方向之偏光分束器PBS1。在偏光分束器PBS1之2條光束LSA1、LSA2之穿透強度、與作為測量用光束MBa’而分歧之反射強度的比率,可藉由1/2波長板WP1之旋轉角度加以調整。
測量用光束MBa’(包含2條光束LSA1、LSA2各個之一部分之強度),係由先前之圖6所說明之三角反射鏡33與檢測單元34受光,以測量光束LSA1、LSA2之相對變動量。又,為修正來自雷射光源10A1、10A2各個之射出口之光束LSA1、LSA2之位置及傾斜之變動,在雷射光源10A1與反射鏡M40a間之光路中、以及雷射光源10A2與反射鏡M40b間之光路中,設有如先前之圖9所示之修正光學系,又,圖18中雖省略圖示,但在偏光分束器PBS1到檢測單元34之光路中,視需要,設有由圖4所示之透鏡GL1a、GL2a等構成之中繼光學系。
被供應至偶數號描繪單元MU6、MU4、MU2之各個之2條光束LSB1、LSB2,分別從雷射光源10B1、10B2射出。來自雷射光源10B1之光束LSB1,透過與反射鏡M40a相同之反射鏡M42a、與V字反射鏡M40c相同之V字反射鏡M42c、與稜鏡塊VP1相同之稜鏡塊VP2,在XY面内相對光軸AXb以既定角度傾斜,射入最初之聲光調變元件AM6。再者,來自雷射光源10B2之光束LSB2,透過與反射鏡M40b相同之反射鏡M42b、V字反射鏡M42c、稜鏡塊VP2,在XY面内相對光軸AXb以既定角度傾斜,射入最初之聲光調變元件AM6。
在稜鏡塊VP2與聲光調變元件AM6間之光路中,配置有1/2波長板WP2與偏光分束器PBS2,使2條光束LSB1、LSB2各個之一部分分歧之測量用光束MBb’透過三角反射鏡33被檢測單元34受光。於本實施形態,由雷射光源10A1、10A2、反射鏡M40a、M40b、V字反射鏡M40c、稜鏡塊VP1、1/2波長板WP1及偏光分束器PBS1構成之光學配置之整體、與由雷射光源10B1、10B2、反射鏡M42a、M42b、V字反射鏡M42c、稜鏡塊VP2、1/2波長板WP2及偏光分束器PBS2構成之光學配置之整體,亦是在XY面内相對中心點PG成點對稱關係。
以上之圖18中,由反射鏡M40a、M40b、V字反射鏡M40c及稜鏡塊VP1構成之光學系(或由反射鏡M42a、M42b、V字反射鏡M42c及稜鏡塊VP2構成之光學系),具有在最初之聲光調變元件AM1(或AM6)内,將2條光束LSA1、LSA2(或LSB1、LSB2)於非繞射方向(Y方向)以既定交叉角(例如,0°<θy≦1°)相交之方式加以合成之合成光學系的功能。
此外,從雷射光源10A到三角反射鏡33(或檢測單元34)之測量用光束MBa’(MBa)之光路配置、與從雷射光源10B到三角反射鏡33(或檢測單元34)之測量用光束MBb’(MBb)之光路配置,不一定必須是繞中心點PG旋轉180°之點對稱關係,亦可以是在XY面内為線對稱之關係,此點,先前之圖4之光束切換部BDU之構成亦同。具體而言,可以是相對與中心點PG之法線正交之X軸平行之中心線成線對稱之配置、或相對與中心點PG之法線正交之Y軸平行之中心線成線對稱之配置。
圖19係以示意方式顯示圖16~圖18所示構成之第2實施形態中,投射於片狀基板P上之2個點光SPa、SPb之掃描狀況的圖,此處,代表性的顯示從圖17所示之描繪單元MU6投射之2條光束LB6a、LB6b之各個所形成之點光SPa、SPb之主掃描之狀況。如圖17所示,當2條光束LB6a、LB6b射入描繪單元MU6時,於片狀基板P上,如圖19所示,2個點光SPa、SPb於Xt方向(副掃描方向)位於以中心間隔ΔXS分離之位置。此處,設點光SPa、SPb各個之有效直徑(峰值強度值之1/e
2、或1/2之強度值下之直徑)為φs(μm)時,中心間隔ΔXS,及被設定為例如ΔXS≧1.5・φs之關係。然而,在欲縮小光學性各種像差之影響之情形時,中心間隔ΔXS可小至ΔXS=0.5・φs(點光SPa、SPb為直徑φs之一半且彼此重疊(overlap)之狀態)。相反的,當中心間隔ΔXS為直徑φs之10倍以上時,因各種像差之影響使點光SPa、SPb之形狀產生變形且遠心誤差增大。因此,設α為1以上之整數時,中心間隔ΔXS,作為一般式,可設定為ΔXS≧0.5・α・φs(α=1、2、3…)。
在雷射光源10B1、10B2為振盪頻率400MHz之光纖放大雷射光源之情形時,點光SPa、SPb之各個會於主掃描方向之Yt方向(Y方向)以2.5nS週期之時鐘信號CLK應答進行脈衝照射。因此,點光SPa、SPb係於Yt方向設定成以直徑φs之1/2重疊。亦即,以點光SPa、SPb之Yt方向之掃描速度Vss成Vss=(φs/2μm)/2.5Ns之方式,設定多面鏡PM之旋轉速度。同樣的,片狀基板P之Xt方向之移動速度,亦設定成於Xt方向以點光SPa或SPb之直徑φs之1/2重疊。因此,從描繪單元MU6僅投射單一之點光SP之情形時,係以在片狀基板P上藉由點光SP之掃描,如圖19所示,形成於Xt方向以ΔXT(=φs/2)之節距排列之描繪線SL6a、SL6a’、SL6b、SL6b’、…、SL6f、SL6f’…之各個之方式,設定片狀基板P之移動速度。
另一方面,如圖19所示,2個點光SPa、SPb於Xt方向排列配置之情形時,點光SPa、SPb因多面鏡PM之旋轉而同時於掃描方向掃描。因此,如圖19之右側所示,為了使最終的打在片狀基板P上之點光,於Xt方向以φ/2之間隔重疊,只要以2個點光SPa、SPb之同時掃描形成之1次的描繪線成為SL6a、SL6b、SL6c、…之方式,使片狀基板P移動即可。因此,無論是單一之點光SP之情形、2個點光SPa、SPb之情形,當不改變多面鏡PM之旋轉速度時(使掃描速度Vss相同),在如圖19般做成2個點光SPa、SPb之情形時,即能使片狀基板P之Xt方向之移動速度成為2倍,亦即使片狀基板P之曝光處理時間為1/2。
本變形例中,雖係使來自2台雷射光源10A1、10A2(或10B1、10B2)之2條光束LSA1、LSA2(或LSB1、LSB2),在光束切換部BDU内之聲光調變元件AMn之位置成既定交叉角度之方式通過,但亦可設置3台雷射光源,以在聲光調變元件AMn之位置使3條光束交叉。第3條光束,係設定成與通過光束切換部BDU内之最初之聲光調變元件AM1或AM6之光軸AXa或AXb同軸。此場合,從描繪單元MUn之各個投射於片狀基板P上之第3個點光,係設定在圖19所示之2個點光SPa、SPb之間。3個點光,雖係設定成在圖19中於Xt方向彼此不重疊者較佳,但亦可將3個點光各個之Xt方向之中心間隔ΔXS,設定為ΔXS=0.5・φs(於Xt方向排列之點光各重疊直徑φs之1/2之狀態)。
〔變形例2〕
圖20係顯示先前之圖2所示之描繪單元MUn(MU1~MU6)之變形例的立體圖。圖20之描繪單元MUn之構成,由於已揭露於例如國際公開第2019/082850號,因此僅簡單說明,圖20中之構件與圖2中之構件具有相同功能者係賦予相同符號。又,正交座標系XtYtZt之設定亦與圖2相同。本變形例與圖2之主要相異點,係在第1柱狀透鏡CYa與多面鏡PM間之光路中,設有由透鏡LGd與透鏡LGe構成之成像系,且在從透鏡LGe到多面鏡PM間之光路中,設有使光路折返之3個反射鏡M14a、M14b、M14c。由透鏡LGd、LGe構成之成像系,使第1柱狀透鏡CYa之後側焦點位置與多面鏡PM之反射面Rp1成為成像關係。
圖20之描繪單元MUn,亦如以圖16~圖18所做之說明,從2個雷射光源10A1、10A2(或10B1、10B2)之各個透過光束切換部BDU之落射反射鏡IMn(n=1~6)與光路調整部BVn(n=1~6),供應2條光束LBna、LBnb。不過,因描繪單元MUn内之透鏡LGd、LGe構成之成像系與3個反射鏡M14a、M14b、M14c形成之光路彎折,省略了圖17所示之光路調整部BVn(n=1~6)内之旋轉器IRD。因此,圖17中,被描繪單元MU6之反射鏡M10反射、而射入透鏡LGa之2個光束LB6a、LB6b(平行光束)之各個,成為包含透鏡LGa之光軸在與XtYt面平行之面内相對光軸對稱傾斜。因此,形成在圖17所示之面OPa之點(光腰)SP6a、SP6b之各個,係為在與光軸交叉往Yt方向(Y方向)延伸之線上。
在使用以上變形例2之描繪單元MUn(n=1~6)之情形時,亦如圖19所示,可將2個點光SPa、SPb於Xt方向以一定之中心間隔ΔXS配置,因此可將片狀基板P之曝光處理時間短至使用單一點光SP之曝光處理時間之1/2。又,圖20中之光電感測器DT,由於係設置在與投射於片狀基板P上之2個點光SPa、SPb光學共軛之位置,因此係以個別接收因點光SPa之投射而來自片狀基板P之反射光、與因點光SPb之投射而來自片狀基板P之反射光的2分割光電元件構成。
〔變形例3〕
以上之第1實施形態及第2實施形態中,係使用一邊藉由多面鏡PM與fθ透鏡系,對投射於被照射面之片狀基板P上之點光SP(或SPa、SPb)根據描繪資料應答進行強度調變、一邊進行1維掃描之點掃描式的描繪單元MUn(n=1~6)。然而,描繪單元MUn之構成,亦可以是將以在數位反射鏡裝置(DMD)及空間光調變器(SLM:Spatial Light Modulator)之反射光生成之可變光強度分布,藉由投影成像系投射於片狀基板P上之無光罩曝光方式。
此場合,由1個DMD(或SLM)與1個投影成像系構成1個描繪單元,將複數個該描繪單元排列於片狀基板P之寬度方向(Y方向)。作為對複數個描繪單元之各個供應曝光用光束(對DMD及SLM之照明光束)之光源裝置,在使用複數個雷射光源之情形時,可使用如先前之圖6所示之檢測單元34,正確的監測(測量)從各雷射光源射出之光束之變動。
〔變形例4〕
圖21係使先前之圖17所示之光路調整部BV6之一部分構成變形的立體圖,正交座標系XYZ設定成與圖17及圖16相同。如以圖16所做之說明,於聲光調變元件AM6,2條光束LSa、LSb(平行光束)以在XY面内夾著光軸AXb成一定交叉角之方式射入。在聲光調變元件AM6為ON狀態時產生之光束LSa之1次繞射光束LSa1與光束LSb之1次繞射光束LSb1,係藉由聚光透鏡16B在落射反射鏡IM6之反射面(從與XY面平行之面傾斜45度)之位置聚光成光腰。被落射反射鏡IM6之反射面反射向-Z方向之2條1次繞射光束LSa1、LSb1,分別作為光束LB6a、LB6b射入反射鏡M30a。
反射鏡M30a之反射面係從與XY面平行之面傾斜45度配置,光束LB6a、LB6b被反射向-X方向。被反射鏡M30a反射之光束LB6a、LB6b,在被具有從與XZ面平行之面傾斜45度之反射面的反射鏡M30b反射向-Y方向後,被反射面從與XY面平行之面傾斜45度之反射鏡M30c反射向-Z方向。被反射鏡M30c反射之2條光束LB6a、LB6b,射入圖17所示之透鏡Gv1。光束LB6a、LB6b各個之主光線(中心光線),在從落射反射鏡IM6透過反射鏡M30a、M30b、M30c到透鏡Gv1之光路内,係與透鏡Gv1之光軸AX6平行,隔著光軸AX6位於對稱之位置。又,透鏡Gv1之前側焦點,透過由反射鏡M30a、M30b、M30c構成之光路,設定在落射反射鏡IM6之反射面之位置。
如圖21所示,藉由在落射反射鏡IM6之後設置反射鏡M30a、M30b、M30c,2條光束LB6a、LB6b(發散光束)各個之中心光線對透鏡Gv1之射入位置,夾著光軸AX6之位置於Y方向分離ΔYL。圖21之反射鏡M30a、M30b、M30c,具有與圖17所示之光路調整部BV6内之影像旋轉器IRD相同之功能。被其他落射反射鏡IM1~IM5之各個反射向-Z方向之2條光束LBna、LBnb(n=1~5),亦是同樣的,透過圖21之反射鏡M30a、M30b、M30c射入光路調整部BVn(n=1~5)之各個中所含之透鏡Gv1。
使用本變形例之情形時,可藉由卸除圖17所示之旋轉器IRD之狀態之光路調整部BVn(n=1~6)與圖20所示之描繪單元MUn(n=1~6),在使圖19所示之2個點光SPa、SPb於Xt方向分離中心間隔ΔXS配置之狀態下,沿描繪線SLn(n=1~6)進行主掃描。根據本變形例,由圖17所示之透鏡Gv1~Gv3、反射鏡M31~M33、及圖21之反射鏡M30a、M30b、M30c,構成光路調整部BVn(n=1~6)。
〔變形例5〕
如先前之圖4、圖5所示,使來自雷射光源10A、10B之各個之光束LBa、LBb之光量(能量)之一部分分歧為測量用光束MBa、MBb之分束器30A、30B,亦可以是偏光分束器(相當於圖18所說明之PBS1、PBS2)。此場合,在圖4(或圖5)所示之雷射光源10A與分束器30A之間,以及雷射光源10B與分束器30B之間,設置可旋轉之1/2波長板(相當於圖18所說明之WP1、WP2)。藉由該1/2波長板之旋轉角度位置,可調整穿透過分束器30A(30B)之曝光用光束LBa(LBb)與被分束器30A(30B)反射之測量用光束MBa(MBb)的光量比。因此,藉由個別調整雷射光源10A側之1/2波長板與雷射光源10B側之1/2波長板之各旋轉角度,亦能進行使從奇數號描繪單元MU1、MU3、MU5之各個投射於片狀基板P之點光SP之強度、與從偶數號描繪單元MU2、MU4、MU6之各個投射於片狀基板P之點光SP之強度一致的調整。
〔變形例6〕
先前之圖1~圖6所示之第1實施形態中,供應曝光用光束LBa之雷射光源(第1光源裝置)10A係對奇數號之3個描繪單元MU1、MU3、MU5設置,供應曝光用光束LBb之雷射光源(第2光源裝置)10B係對偶數號之3個描繪單元MU2、MU4、MU6設置。然而,在將以2個描繪單元之各個描繪之圖案彼此加以接續曝光之圖案描繪裝置(曝光裝置)中,針對2個描繪單元之各個設置1台雷射光源(光源裝置)之裝置構成之情形時,亦設置相同之檢測單元34。又,供應來自1台雷射光源(光源裝置)之光束之3個描繪單元組設置4組,以合計12個描繪單元MU1~MU12進行接續曝光之情形時,係設置4台雷射光源。此場合,因來自4台雷射光源各個之光束LBa、LBb、LBc、LBd之分歧所生成之測量用光束MBa、MBb、MBc、MBd之光路,例如係設定成如圖22所示。
圖22係以示意方式顯示因來自4台雷射光源10A、10B、10C、10D各個之光束LBa、LBb、LBc、LBd之分岐所生成之測量用光束MBa、MBb、MBc、MBd之光路的圖。圖22中,正交座標系XYZ之X方向係片狀基板P移動之副掃描方向,Y方向係從12個描繪單元MU1~MU12之各個投射之點光之主掃描方向。本變形例中,從雷射光源10A之射出口往+X方向放射出之光束LBa,被定向成透過分束器30A、12A等,以直列方式通過圖4所示之奇數號聲光調變元件AM1、AM3、AM5,供應至奇數號描繪單元MU1、MU3、MU5。又,雷射光源10B,於本變形例中,於X方向與雷射光源10A背靠背配置。從雷射光源10B之射出口往-X方向放射出之光束LBb,被定向成透過分束器30B、12B等,以直列方式通過圖4所示之偶數號聲光調變元件AM2、AM4、AM6,供應至偶數號描繪單元MU2、MU4、MU6。
圖22所示之中心點PG,與圖4中之中心點PG同樣的,代表12個描繪單元MU1~MU12在XY面内之配置之點對稱中心點。其餘2個雷射光源10C、10D之配置,係將2個雷射光源10A、10B之配置繞中心點PG旋轉180°之點對稱關係。又,2個雷射光源10A、10B與2個雷射光源10C、10D,係相對通過中心點PG而與X軸平行設定之中心線,在XY面内亦成對稱的配置關係。
從雷射光源10C之射出口往+X方向放射出之光束LBc,被定向成透過分束器30C、12C等,以直列方式通過奇數號聲光調變元件AM11、AM9、AM7,供應至奇數號描繪單元MU11、MU9、MU7。從於X方向與雷射光源10C背靠背配置之雷射光源10D之射出口往-X方向放射出之光束LBd,被定向成透過分束器30D、12D等,以直列方式通過偶數號聲光調變元件AM12、AM10、AM8,供應至偶數號描繪單元MU12、MU10、MU8。
來自雷射光源10A之光束LBa被分束器30A分歧之測量用光束MBa,透過反射鏡31A及未圖示之中繼光學系(圖4中之透鏡GL1a、GL2a),朝向配置在中心點PG之三角反射鏡33’。來自雷射光源10B之光束LBb被分束器30B分歧之測量用光束MBb,透過反射鏡31B及未圖示之中繼光學系,朝向配置在中心點PG之三角反射鏡33’。來自雷射光源10C之光束LBc被分束器30C分歧之測量用光束MBc,透過反射鏡31C及未圖示之中繼光學系,朝向配置在中心點PG之三角反射鏡33’。同樣的,來自雷射光源10D之光束LBd被分束器30D分歧之測量用光束MBd,透過反射鏡31D及未圖示之中繼光學系,朝向配置在中心點PG之三角反射鏡33’。
圖23係顯示構成變動光學檢測系之三角反射鏡33’與檢測單元34之配置關係的立體圖,正交座標系XYZ與圖22中之設定相同。如圖22所示,朝向三角反射鏡33’之4條測量用光束MBa、MBb、MBc、MBd,被設定成構成彼此與Y軸平行之光路。三角反射鏡33’,具有以稜線與X軸平行之方式從XY面傾斜45°之2個反射面33a’、33b’。往+Y方向前進之2條測量用光束MBa、MBb,被三角反射鏡33’之反射面33a’分別反射向+Z方向,以和光軸AXu平行之狀態射入與圖6相同構成之檢測單元34之透鏡34A。同樣的,往-Y方向前進之2條測量用光束MBc、MBd,被三角反射鏡33’之反射面33b’分別反射向+Z方向,以和光軸AXu平行之狀態射入檢測單元34之透鏡34A。
圖23之檢測單元34,亦與圖6同樣的,具備透鏡34B、分束器(半反射鏡)34E、第1攝影元件34C、第2攝影元件34G,在將攝影元件34C之成像面分割為4象限時,測量用光束MBa、MBb、MBc、MBd投射在各個象限内。又,在攝影元件34G之成像面之大致中央,形成4個測量用光束MBa、MBb、MBc、MBd各個之聚光點。因此,在以攝影元件34G進行變動測量時,擷取以4個測量用光束MBa、MBb、MBc、MBd之任一者被供應之時序、亦即以4個雷射光源10A、10B、10C、10D之任一者震盪出光束之時序拍攝之影像資訊即可。
如本變形例般,使用4個雷射光源(光源裝置)10A、10B、10C、10D之圖案曝光裝置中,亦可將形成從各雷射光源到三角反射鏡33’(變動檢測光學單元)之測量用光束MBa、MBb、MBc、MBd各個之光路之光學構件(反射鏡及透鏡)之配置及光路長設定為相同。再者,如圖22所示,可將測量用光束MBa、MBb、MBc、MBd各個之光路,設定成在XY面内觀察時,相對中心點PG成點對稱之關係、或相對與通過中心點PG之Y軸或X軸平行之線成線對稱之關係。從而,由於能將從4個雷射光源10A、10B、10C、10D之各個射出之光束LBa、LBb、LBc、LBd之變動測量時之測量靈敏度及測量精度設定為相同,因此能正確地取得4個光束LBa、LBb、LBc、LBd之相對位移變動及傾斜變動。
又,圖22中,雖係例示1台雷射光源對3個描繪單元供應光束之構成,但不限定於此,亦可以是具備複數台(2台以上)雷射光源(光源裝置),就每1台雷射光源,將射出之光束分配供應至2個以上之描繪單元之構成的圖案曝光裝置。
10A、10A1、10A2、10B、10B1、10B2、10C、10D:雷射光源
11A、11B:修正光學系
12A、12B、26A、26B、30A~30D、34E:分束器
13A、13B:光量監測器
14A、14B:縮小光學系
15A、15B:反射鏡系
16A、16B、20A、20B、24A、24B:聚光透鏡
17A、17B、21A、21B、25A、25B:準直透鏡
18A、18B、19A、19B:反射鏡
22A、22B、23A、23B、31A、31B、32A、32B:反射鏡
27A、27B:光束阱
28A、28B:光檢測器
33、33’:三角反射鏡
34:檢測單元
34C、34G:攝影元件
ALG1~ALG5、ALGn:對準系
AM1~AM12、AMn:聲光調變元件
AXa、AXb、AXf1~AXf6、AX1~AX6、AXu:光軸
AXo:旋轉中心線
BDU:光束切換部
BV1~BV6、BVn:光路調整部
CFa、CFb、CFg:基準點
Cp:中心面
DR:旋轉筒
EH1~EH3:編碼器讀頭
FT:fθ透鏡系
GL1a、GL1b、GL2a、GL2b、Gv1~Gv3:透鏡
HV1、HV2:平行平板
IM1~IM6、IMn:落射反射鏡
IRD:影像旋轉器
Ka、Kb:與Y軸平行之線
LB1~LB6、LBa、LBb:光束
M10~M15、M30~M33、M40a~M40c、M42a~M42c:反射鏡
MBa、MBa’、MBb、MBb’、MBc、MBd:測量用光束
MU1~MU12、MUn:描繪單元
P:片狀基板
PBS1、PBS2:偏光分束器
PG:點對稱之中心點
PM:旋轉多面鏡
RD1、RD2:稜鏡板
RSD:標尺圓盤
SL1~SL6、SLn:描繪線
SP、SPa、SPb:點光
[圖1]係顯示第1實施形態之圖案曝光裝置之概略整體構成的前視圖。
[圖2]係代表性的顯示圖1所示之描繪單元MU1~MU6中之描繪單元MU1之概略内部構成的立體圖。
[圖3]係顯示被圖1所示之旋轉筒DR支承之片狀基板P上所設定之描繪線SL1~SL6之配置、與對準系ALGn(ALG1~ALG5)之配置的立體圖。
[圖4]係在與XY面平行之面内所見之圖1所示之光束切換部BDU内之光學構成的俯視圖。
[圖5]係顯示從圖4所示之雷射光源10B到切換用最初之聲光調變光學元件(AOM)AM6之光路附近之各光學構件配置的立體圖。
[圖6]係顯示圖4所示之三角反射鏡33與檢測單元34之具體配置關係的立體圖。
[圖7]係以示意方式顯示投射在圖6所示之第1攝影元件34C之成像面之光束MBa、MBb之狀態的圖。
[圖8]係以示意方式顯示投射在圖6所示之第2攝影元件34G之成像面之光束MBa、MBb之點光之狀態的圖。
[圖9]係顯示圖4、圖5所示之修正光學系11B之具體光學構成之一例的立體圖。
[圖10]係顯示光束LBb在從圖5所示之雷射光源10B到最初之聲光調變元件AM6之光路中平行位移之狀況的立體圖。
[圖11]係誇張顯示在來自雷射光源10B之光束LBb往-Y方向平行位移時,朝向偶數號描繪單元MU2、MU4、MU6各個之描繪用光束LB2、LB4、LB6之狀態的圖。
[圖12]係誇張顯示在來自雷射光源10B之光束LBb往+Z方向平行位移時,朝向偶數號描繪單元MU2、MU4、MU6各個之描繪用光束LB2、LB4、LB6之狀態的圖。
[圖13]係誇張顯示在射入最初之聲光調變元件AM6之光束LBb傾斜時,朝向偶數號描繪單元MU2、MU4、MU6各個之描繪用光束LB2、LB4、LB6之狀態的圖。
[圖14]係誇張顯示在射入最初之聲光調變元件AM6之光束LBb傾斜於與圖13所說明之方向正交之方向時,朝向偶數號描繪單元MU2、MU4、MU6各個之描繪用光束LB2、LB4、LB6之狀態的圖。
[圖15A]~[圖15C]係說明射入光束切換部BDU之最初之聲光調變元件AM6之來自雷射光源10B之光束LBb之射入狀態與繞射效率的圖,圖15A係在正交座標系XYZ之XZ面内所見之聲光調變元件AM6的圖、圖15B係在正交座標系XYZ之XY面内所見之聲光調變元件AM6的圖、圖15C係以示意方式顯示射入聲光調變元件AM6之光束LBb之繞射方向之射入角θz、以及光束LB6(1次繞射光束)相對非繞射方向之射入角θy之強度變化的圖表。
[圖16]係顯示第2實施形態從光束切換部BDU之最初之聲光調變元件AM6到落射反射鏡IM6之光路中之2條光束之狀態的立體圖。
[圖17]係誇張顯示通過從圖16所示之落射反射鏡IM6到光路調整部BV6後到達描繪單元MU6内之透鏡LGa之光路之2條光束LB6a、LB6b之狀態的圖。
[圖18]係顯示將來自適用於第2實施形態之4個雷射光源10A1、10A2、10B1、10B2各個之光束導向最初之聲光調變元件AM6、AM1之一光路例的圖。
[圖19]係以示意方式顯示在圖16~圖18所示之第2實施形態中,投射於片狀基板P上之2個點光SPa、SPb之掃描狀況的圖。
[圖20]係顯示圖2所示之描繪單元MU1(MU2~MU6亦同)之變形例的立體圖。
[圖21]係顯示圖17所示之光路調整部BV6之一部分之變形例的立體圖。
[圖22]係以示意方式顯示使用4台雷射光源之情形時之4條測量用光束之光路之變形例的圖。
[圖23]係顯示圖22之變形例之情形時之變動光學檢測系(三角反射鏡33’與檢測單元34)之配置關係的立體圖。
10A、10B:雷射光源
11A、11B:修正光學系
12A、12B、26A、26B、30A、30B:分束器
13A、13B:光量監測器
14A、14B:縮小光學系
15A、15B:反射鏡系
16A、16B、20A、20B、24A、24B:聚光透鏡
17A、17B、21A、21B、25A、25B:準直透鏡
18A、18B、19A、19B:反射鏡
22A、22B、23A、23B、31A、31B、32A、32B:反射鏡
27A、27B:光束阱
28A、28B:光檢測器
33:三角反射鏡
34:檢測單元
AM1、AM2、AM3、AM4、AM5、AM6:聲光調變元件
GL1a、GL1b、GL2a、GL2b:透鏡
IM1~IM6:落射反射鏡
Ka、Kb:與Y軸平行之線
LBa、LBb:光束
MBa、MBb:測量用光束
PG:點對稱之中心點
Psa:面
Claims (9)
- 一種圖案曝光裝置,具備以來自第1光源裝置之第1光束在基板上描繪圖案之第1描繪單元、與以來自第2光源裝置之第2光束在該基板上描繪圖案之第2描繪單元,其特徵在於,具備:第1光分割器,係設在從該第1光源裝置到該第1描繪單元之間之該第1光束之光路中,分割該第1光束之一部分作為第1測量用光束;第2光分割器,係設在從該第2光源裝置到該第2描繪單元之間之該第2光束之光路中,分割該第2光束之一部分作為第2測量用光束;變動檢測光學單元,係接收該第1測量用光束與該第2測量用光束,檢測該第1光束與該第2光束之相對位置變動或相對傾斜變動;第1導光系,係形成從該第1光分割器到該變動檢測光學單元之該第1測量用光束之光路;以及第2導光系,係形成從該第2光分割器到該變動檢測光學單元之該第2測量用光束之光路。
- 如請求項1所述之圖案曝光裝置,其中,相對於該變動檢測光學單元,將該第1導光系與該第2導光系配置成點對稱或線對稱。
- 如請求項1或2所述之圖案曝光裝置,其中,該變動檢測光學單元包含來自該第1導光系之該第1測量用光束與來自該第2導光系之該第2測量用光束射入的檢測用透鏡系、以及可接收通過該檢測用透鏡系之該第1測量用光束與該第2測量用光束的攝影元件。
- 如請求項3所述之圖案曝光裝置,其中,該第1導光系與該第2導光系之各個,包含以和該檢測用透鏡系之光軸平行之方式引導該第1測量用光束與該第2測量用光束使之射入該檢測用透鏡系的複數個反射鏡。
- 如請求項3所述之圖案曝光裝置,其中,該第1導光系包含與該第1光源裝置之該第1光束之射出口形成光學共軛之第1面的中繼光學系,該第2導光系包含與該第2光源裝置之該第2光束之射出口形成光學共軛之第2面的中繼光學系,該變動檢測光學單元之該檢測用透鏡系將該第1面之共軛面與該第2面之共軛面形成在相同成像面。
- 如請求項5所述之圖案曝光裝置,其中,該攝影元件包含第1攝影元件,此第1攝影元件係配置在以該檢測用透鏡系形成之該成像面,用以檢測該第1光束在該第1光源裝置之射出口之橫位移變動、與該第2光束在該第2光源裝置之射出口之橫位移變動。
- 如請求項5所述之圖案曝光裝置,其中,該攝影元件包含第2攝影元件,此第2攝影元件係以接收在該檢測用透鏡系之光瞳面之位置形成之該第1測量用光束與該第2測量用光束各個之聚光點之方式配置,用以檢測該第1光束在該第1光源裝置之射出口之傾斜變動、與該第2光束在該第2光源裝置之射出口之傾斜變動。
- 如請求項5所述之圖案曝光裝置,其中,該檢測用透鏡系係在該成像面以既定縮小倍率成像出該第1面與該第2面之遠心的縮小中繼光學系。
- 如請求項1所述之圖案曝光裝置,其中,從該第1光源裝置之該第1光束之射出口經由該第1光分割器與該第1導光系到該變動檢測光學單元之光路長、與從該第2光源裝置之該第2光束之射出口經由該第2光分割器與該第2導光系到該變動檢測光學單元之光路長設定為相同。
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