TWI811646B - 描繪裝置 - Google Patents

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TWI811646B
TWI811646B TW110108326A TW110108326A TWI811646B TW I811646 B TWI811646 B TW I811646B TW 110108326 A TW110108326 A TW 110108326A TW 110108326 A TW110108326 A TW 110108326A TW I811646 B TWI811646 B TW I811646B
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加藤正紀
中山修一
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日商尼康股份有限公司
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Abstract

作為於基板（P）上一維地掃描光束（LBn）之光束掃描裝置的掃描單元（Un），具備於一方向具有聚焦力之第1柱面透鏡（CY1）、使透過第1柱面透鏡（CY1）之光束（LBn）偏向以便進行一維掃描之多面鏡（PM）、將以遠心之狀態偏向之光束（LBn）投射至基板（P）之fθ透鏡系統（FT）、及入射透過fθ透鏡系統（FT）之光束（LBn）且於一方向具有聚焦力之第2柱面透鏡（CY2），第1柱面透鏡（CY1）與第2柱面透鏡（CY2）於彼此正交之方向具有聚焦力，該掃描單元（Un）進而具備設置於第1柱面透鏡（CY1）與多面鏡（PM）之間之透鏡系統（G10）。

Description

描繪裝置
本發明係關於一種為於基板描繪特定圖案而沿主掃描方向一維地掃描光束之光束掃描裝置、及使用該光束掃描裝置描繪特定圖案之描繪裝置。
已知，藉由使用fθ透鏡系統及多面鏡(旋轉多面鏡)，可等速地掃描投射至感光材料上之光束。一般之多面鏡之各反射面係與正交於多面鏡之旋轉面(包含旋轉方向之平面)之方向平行地形成，但實際之反射面伴隨有如相對於與多面鏡之旋轉面正交之方向略微傾斜之誤差，即所謂面傾斜(傾斜)誤差。該誤差因每一反射面而異，故藉由fθ透鏡系統於感光材料上成像之光點之像位置(光束之投射位置)，於每個反射面有所偏移。
為防止該投射位置之偏移，於下述日本專利特開平8-297255號公報中，在多面鏡之前方與fθ透鏡系統之後此2處，配置有僅在相對於多面鏡之偏向方向(掃描方向、多面鏡之旋轉方向)正交之方向具有折射力之柱面透鏡。即，配置有如母線與光束之掃描方向平行之2個柱面透鏡。藉此，於與光束之掃描方向(主掃描方向)正交之方向(副掃描方向)上，可使多面鏡之反射面上與感光材料之被照射面成為共軛關係，即使面斜率誤差因多面鏡之反射面而異，亦可使光束於感光材料上之投射位置在副掃描方向固定。
然而，如日本專利特開平8-297255號公報所述，將配置於多面鏡前方的第1柱面透鏡、及配置於fθ透鏡系統(由多片球面透鏡所構成)之後的 第2柱面透鏡之各個由單透鏡構成，且使第1柱面透鏡之母線與第2柱面透鏡之母線平行之情形時，存在難以進行用以將由柱面透鏡所產生之像差(例如光束之球面像差)良好地降低之光學設計(像差修正)等問題。
本發明之第1態樣之光束掃描裝置，係一面將來自光源裝置之光束投射至被照射體、一面於上述被照射體上一維地掃描上述光束，其具備：第1光學構件，其將上述光束聚光於對應上述一維方向之第1方向；光束偏向構件，其使通過上述第1光學構件之上述光束射入，為進行上述一維掃描而使上述光束偏向於上述第1方向；掃描用光學系統，其使以上述光束偏向構件偏向之上述光束射入，並投射向上述被照射體；第2光學構件，其使通過上述掃描用光學系統之上述光束射入，並將上述光束聚光於與上述第1方向正交之第2方向；及透鏡系統，其設置於上述第1光學構件與上述光束偏向構件之間，將通過上述第1光學構件之上述光束於上述光束偏向構件之位置聚光於上述第2方向。
本發明之第2態樣之描繪裝置，係一面於被照射體上在主掃描方向掃描來自光源裝置之光束，一面使上述被照射體與上述光束於副掃描方向相對移動，以於上述被照射體描繪圖案，其具備：可動偏向構件，其為於上述主掃描方向掃描上述光束，而上述光束射入並使其於上述主掃描方向一維偏向；掃描用光學系統，其使以上述可動偏向構件一維偏向之上述光束射入，並將上述光束聚光投射至上述被照射體上；第1光學構件，其具有異向性之折射力，將朝向上述可動偏向構件之上述光束收聚於上述主掃描方向；第2光學構件，其具有異向性之折射力，將自上述掃描用光學系統射出而朝向上述被照射體之上述光束收聚於上述副掃描方向；及第3光學構件，其設置於上述第1光學構件與上述可動偏向構件之間，且具有使收聚於上述主掃描方向之上述光束射入，並將之轉換為於 上述副掃描方向收聚之光束並使其朝向上述可動偏向構件射出之等向性之折射力。
本發明之第3態樣之描繪裝置，係一面將被可動偏向構件偏向於第1方向之光束，以掃描用光學系統投射至被照射體上，一面於上述被照射體上沿上述第1方向進行一維掃描，以於上述被照射體描繪圖案，其具備：第1調整光學系統，其包含第1透鏡構件，該第1透鏡構件具有用以使投射至上述可動偏向構件之上述光束在與上述第1方向正交之第2方向收聚之異向性折射力；及第2調整光學系統，其包含第2透鏡構件，該第2透鏡構件具有用以使從上述掃描用光學系統朝向上述被照射體之上述光束在上述第2方向收聚之異向性折射力；將上述光束之波長設為λ，將投射至上述被照射體之上述光束在上述第1方向之數值孔徑設為NAy，將在上述第2方向之數值孔徑設為NAx，將投射至上述被照射體之上述光束在上述第1方向之球面像差設為S1，將在上述第2方向之球面像差設為S2時，上述第1透鏡構件與上述第2透鏡構件，被設定為滿足如下兩個條件之任一者：S1<λ/NAy 2且S2<λ/NAx 2、及｜S1-S2｜<λ/NAy 2且｜S1-S2｜<λ/NAx 2。
本發明之第4態樣之描繪裝置，係沿被照射體上之主掃描方向一維掃描圖案描繪用之光束，並且使上述被照射體與上述光束在與上述主掃描方向交叉之副掃描方向相對移動，以於上述被照射體描繪圖案，其具備：光束產生裝置，係用以產生上述光束；擴束器，其將來自上述光束產生裝置之上述光束轉換為使光束直徑擴大而成之平行光束；光束偏向構件，係使經上述擴束器轉換後之上述光束射入後，使其向與上述主掃描方向對應之方向一維偏向；掃描用光學系統，係使上述一維偏向後之上述光束射入，並將上述光束之光點聚光於上述被照射體上；第1光學系統，其包含第1光學元件，該第1光學元件設置於上述擴束器與上述光束偏向構件之間，具有用以使經上述擴束器轉換後之上述光束射入，並使投射至上述光束偏向構件上之上述光束在與上述副掃描方向對應之方向收 聚之異向性折射力；第2光學系統，其包含第2光學元件，該第2光學元件具有用以使從上述掃描用光學系統射出、朝向上述被照射體之上述光束在上述副掃描方向收聚之異向性折射力；及偏移用光學構件，其設置於上述擴束器之光路中，使上述光束之光路往與上述副掃描方向對應之方向偏移。
10:元件製造系統
12:基板搬送機構
14:光源裝置
16:描繪頭
18:控制裝置
AOM1~AOM6、AOMn:選擇用光學元件
AXa、AXe、AXf:光軸
AXb、AXo:中心軸
AXp:旋轉軸
BDU:光束切換部
BE:擴束器
Be1、Be2:透鏡系統
CY1:第1柱面透鏡
CY2:第2柱面透鏡
DR:旋轉筒(圓筒轉筒)
E:設置面
ECV:調溫室
EPC:邊緣位置控制器
EX:曝光裝置(處理裝置)
FT:fθ透鏡系統
G1:聚光透鏡
G2a、G2b:準直透鏡
G10:透鏡系統(第3光學構件)
G10a、G10b:球面透鏡
HVP:平行板
IM1~IM6、IMn:入射鏡
LB、LB1~LB6、LBn:光束
LG1~LG5、LGa~LGd:球面透鏡
LLa、LLb、LLc:光線
Lpr:主光線(光束中心線)
M1~M12、M20~M24:反射鏡
P:基板
p1、p2:面
PA:孔徑光闌
PM:多面鏡
Poc:中心面
PR1、PR2:加工裝置(處理裝置)
R1、R2、R3:驅動滾筒
RT1、RT2:張力調整滾筒
RP:反射面
SL1~SL6:描繪線
Sft:軸
SP:光點
SU1、SU2:抗振單元
TR:吸收體
U1~U6、Un:掃描單元
Zma、Zmb、Zmc、Zsa、Zsb、Zsc:聚焦位置
β、βa、βb、βc:傾斜角(入射角)
η:角度
[圖1]係顯示實施形態之包含對基板實施曝光處理之曝光裝置的元件製造系統之概略構成的圖。
[圖2]係顯示圖1所示之光束切換部及描繪頭之概略構成並且表示描繪頭之各掃描單元之掃描線於基板上之配置關係的圖。
[圖3]係顯示圖2所示之光束切換部之選擇用光學元件及入射鏡周圍之具體構成之圖。
[圖4]係顯示圖2所示之掃描單元之具體構成之圖，且係自與包含光束之掃描方向(偏向方向)之平面(與XY平面平行之平面)正交之平面(XZ平面)觀察所得之圖。
[圖5]係自與包含光束之偏向方向(主掃描方向)之平面平行之平面觀察圖4所示之孔徑光闌至基板之光束的概略圖。
[圖6]係顯示比較例1之光學設計例中之透鏡資料之圖。
[圖7]係於與包含光束之偏向方向(光點之主掃描方向)之平面平行之面內觀察比較例1中之擴束器至基板(像面)之光束之狀態的概略圖。
[圖8]係自與光束之主掃描方向正交之平面觀察圖7所示之擴束器至多面鏡之反射面之光束之狀態的概略圖。
[圖9]係自與光束之主掃描方向正交之平面觀察圖7所示之多面鏡之反射面至基板(像面)之光束之狀態的概略圖。
[圖10]係將自fθ透鏡系統投射至基板(像面)之光束之主掃描方向上的球面像差之產生狀態誇大而加以說明的圖。
[圖11]係將自fθ透鏡系統投射至基板(像面)之光束之副掃描方向上的球面像差之產生狀態誇大而加以說明的圖。
[圖12]係模擬藉由比較例1之光學設計例而產生之光束之主掃描方向與副掃描方向之球面像差特性所得之曲線圖。
[圖13]係顯示比較例1中之主掃描方向之球面像差與副掃描方向之球面像差之差分之球面像差特性的曲線圖。
[圖14]係顯示實施例1之光學設計例中之透鏡資料之圖。
[圖15]係於與包含光束之偏向方向(光點之主掃描方向)之平面平行之面內觀察實施例1中之擴束器至基板(像面)之光束之狀態的概略圖。
[圖16]係於與光束之主掃描方向正交之面內觀察圖15所示之擴束器至多面鏡之反射面之光束之狀態的概略圖。
[圖17]係於與光束之主掃描方向正交之面內觀察圖15所示之多面鏡之反射面至基板(像面)之光束之狀態的概略圖。
[圖18]係模擬藉由實施例1之光學設計例而產生之光束之主掃描方向與副掃描方向之球面像差特性所得之曲線圖。
[圖19]係顯示實施例1中之主掃描方向之球面像差與副掃描方向之球面像差之差分之球面像差特性的曲線圖。
[圖20]A係顯示平行板於XZ面內不傾斜之狀態之圖，圖20B係表示平行板相對於YZ面傾斜角度η之狀態之圖。
關於本發明之態樣之光束掃描裝置及描繪裝置，揭示較佳之實施 形態，並一面參照隨附之圖式，一面於以下進行詳細說明。再者，本發明之態樣並不限定於該等實施形態，亦包括添加各種變更或改良而成者。即，以下所記載之構成要素中包含業者可容易設想者、實質上相同者，且以下所記載之構成要素可適當組合。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係顯示第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的元件製造系統10之概略構成的圖。再者，於以下之說明中，只要無特別說明，便設定以重力方向為Z方向之XYZ正交座標系統，並按照圖示之箭頭，對X方向、Y方向、及Z方向進行說明。
元件製造系統10係對基板P實施特定處理(曝光處理等)而製造電子元件之系統(基板處理裝置)。元件製造系統10例如係構建出製造作為電子元件之撓性顯示器、膜狀之觸控面板、液晶顯示面板用之膜狀之彩色濾光片、撓性配線、或撓性感測器等之生產線的製造系統。以下，作為電子元件以撓性顯示器為前提進行說明。作為撓性顯示器，例如存在有機EL顯示器、液晶顯示器等。元件製造系統10具有所謂輥對輥(Roll To Roll)方式之構造，即：自呈捲筒狀捲繞有撓性(可撓性)之片狀基板(薄片基板)P之未圖示之供給輥送出基板P，並對所送出之基板P連續地實施各種處理，然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成為複數個元件於基板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依序藉由加工裝置PR1、曝光裝置EX、及加工裝置PR2被施以各種處理，並藉由上述回收輥而被捲取。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)且寬度方向成為短邊方向(短尺寸)之帶狀之形狀。
於本第1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。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方向設定為重力起作用之方向(重力方向)，將基板P之搬送方向設定為+X方向。
基板P例如可使用樹脂膜、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，例如可使用包含聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚酯樹脂、乙烯-乙烯酯共聚物樹脂、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至少一種以上者。又，基板P之厚度及剛性(楊氏模數)只要處於如在通過元件製造系統10之搬送路徑時基板P不會產生挫曲所致之折痕及不可逆性之皺褶之範圍內即可。作為基板P之母材，厚度為25μm~200μm左右之PET(聚對苯二甲酸乙二酯)及PEN(聚萘二甲酸乙二酯)等膜係較佳之薄片基板之典型。
基板P有於在元件製造系統10內被實施之各處理中受熱之情形，因此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中而抑制熱膨脹係數。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既可為藉由浮式法等而製造之厚度為100μm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，所謂基板P之可撓性(flexibility)係指即便對基板P施加自重程度之力其亦不會斷折或斷裂而可將該基板P弄彎之性質。又，藉由自重程度之力而屈曲之性質亦包含於可撓性。又，可撓性之程度會根據基板P之材質、大小、厚度、成膜於基板P上之層構造、溫度、或濕度等環境等而改變。總之，只要於將基板P確實地捲繞在設置於本第1實施形態之元件製造系統10內之搬送路徑上之各種搬送用滾筒、旋轉筒等搬送方向轉換用構件之情形時可不發生挫曲而造成折痕、或發生破損(發生破碎或產生裂紋)地順利搬送基板P，便能稱為可撓性之範圍。
加工裝置(處理裝置)PR1一面將自供給輥送來之基板P向曝光裝置EX以特定速度於沿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(感光層)之基板(感光基板)。
該感光性功能層係以溶液形式塗佈於基板P上並進行乾燥，藉此成為層(膜)。感光性功能層之典型例為光阻劑(液狀或乾膜狀)，但作為無需顯影處理之材料，有受到紫外線照射之部分之親撥液性被改質之感光性矽烷偶合劑(SAM)、或於受到紫外線照射之部分顯露鍍覆還原基之感光性還原劑等。於使用感光性矽烷偶合劑作為感光性功能層之情形時，基板P上之藉由紫外線而曝光之圖案部分自撥液性改質為親液性。因此，可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，而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的圖案層。於使用感光性還原劑作為感光性功能層之情形時，於基板P上之藉由紫外線而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)由鈀所構成之圖案層。此種鍍覆處理係加成(additive)製程，此外亦能以作為減成(subtractive)製程之蝕刻處理為前提。於該情形時，送往曝光裝置EX之基板P可為將母材設為PET或PEN並於其表面整面或選擇性地蒸鍍鋁(Al)或銅(Cu)等金屬性薄膜，進而於其上積層光阻劑層而形成者。
曝光裝置(處理裝置)EX係一面將自加工裝置PR1搬送來之基板P向加工裝置PR2以特定速度於搬送方向(+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向基板P之表面(感光性功能層之表面，即感光面)照射與電子元件用之圖案(例如，構成電子元件之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影(改質部)。
於本第1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即所謂光柵掃描方式之曝光裝置(描繪裝置)。曝光裝置EX一面於+X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)上沿既定掃描方向(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(接通/斷開)。藉此，於基板P之被照射面描繪曝光與電子元件、電路或配線等之特定圖案對應之光圖案。即，藉由基板P之副掃描、及光點SP之主掃描，於基板P之被照射面(感光性功能層之表面)上相對性地二維掃描光點SP，而於基板P之被照射面描繪曝光特定圖案。又，由於基板P係沿搬送方向(+X方向)而搬送，故而藉由曝光裝置EX被曝光圖案之曝光區域係沿基板P之長尺寸方向隔開特定間隔而設置有複數個。由於係在該曝光區域形成電子元件，故而曝光區域亦為元件形成區域。
加工裝置(處理裝置)PR2一面將自曝光裝置EX送來之基板P向回收輥以特定速度於沿長尺寸方向之搬送方向(+X方向)搬送，一面對經曝光裝置EX曝光處理後之基板P進行後續步驟之處理(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上形成元件之圖案層。
其次，亦參照圖2~圖5，對曝光裝置EX進而詳細地進行說明。曝光裝置EX如圖1所示收納於調溫室ECV內。該調溫室ECV將內部保持為特定溫度、特定濕度，藉此抑制於內部搬送之基板P之因溫度所導致之形狀變化，並且抑制基板P之吸濕性及伴隨於搬送而產生之靜電之帶電等。調溫室ECV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既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台(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、及控制裝置18。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，其藉由該電腦執行程式，而作為本第1實施形態之控制裝置18發揮功能。
基板搬送機構12係構成元件製造系統10之基板搬送裝置之一部分者，將自加工裝置PR1搬送之基板P於曝光裝置EX內以特定速度搬送後，以特定速度送出至加工裝置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、旋轉筒(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、及旋轉筒(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調整自加工裝置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。即，邊緣位置控制器EPC係以呈被施加特定張力之狀態搬送之基板P之寬度方向之端部(邊緣)之位置處在相對於目標位置±十數μm~數十μm左右之範圍(容許範圍)之方式，使基板P於寬度方向移動，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呈被施加特定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)之位置的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，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之正背兩面，一面旋轉，而將基板P向旋轉筒DR搬送。再者，邊緣位置控制器EPC亦可以捲繞於旋轉筒DR之基板P之長尺寸方向相對於旋轉筒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。
旋轉筒DR具有沿Y方向延伸並且沿與重力起作用之方向交叉之方向延伸之中心軸AXo、及與中心軸AXo相距固定半徑之圓筒狀之外周面。旋轉筒DR一面沿循其外周面(圓周面)使基板P之一部分於長尺寸方向彎曲成圓筒面狀地予以支持(保持)，一面以中心軸AXo為中心旋轉而於+X方向(長尺寸方向)搬送基板P。旋轉筒DR係以其外周面支持被投射來自描繪頭16之光束LB(光點SP)之基板P上之區域(部分)。旋轉筒DR係自與供形成電子元件之面(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。於旋轉筒DR之Y方向之兩側，設置有以旋轉筒DR繞中心軸AXo旋轉之方式由環狀之軸承支持之軸Sft。旋轉筒DR係藉由對軸Sft賦予來自由控制裝置18控制之未圖示之旋轉驅動源(例如，馬達或減速機構等)之轉矩，而繞中心軸AXo以固定旋轉速度旋轉。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係沿基板P之搬送方向(+X方向)隔開特定間隔而配置，對曝光後之基板P賦予既定鬆弛度(裕度)。驅動滾筒R2、R3與驅動滾筒R1同樣地，一面保持基板P之正背兩面，一面旋轉，而將基板P向加工裝置PR2搬送。張力調整滾筒RT1、RT2係向-Z方向被賦能，對被捲繞至旋轉筒DR且受到支持之基板P於長尺寸方向賦予特定張力。藉此，使賦予至繞掛於旋轉筒DR之基板P之長尺寸方向之張力穩定化為特定範圍內。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之旋轉軸與旋轉筒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，將光束LB 之發光頻率(振盪頻率、特定頻率)設為Fa。光源裝置14所射出之光束LB經由光束切換部BDU而入射至描繪頭16。光源裝置14按照控制裝置18之控制，以發光頻率Fa發出並射出光束LB。該光源裝置14亦可為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、及將放大後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(諧波產生元件)等所構成之光纖放大器雷射光源。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數微微秒左右之高亮度之紫外線之脈衝光。再者，自光源裝置14之射出窗射出之光束LB成為其光束直徑為1mm左右、或1mm以下之較細之平行光束。
關於光束切換部BDU，亦參照圖2於下文詳細地加以敍述，其具有複數個光學性切換元件，該等複數個切換元件以使光束LB分時入射至構成描繪頭16之複數個掃描單元Un(再者，n=1、2、...、6)中之任一個掃描單元Un的方式進行切換。複數個切換元件係於掃描單元U1~U6之中依序切換供光束LB入射之掃描單元Un。例如，光束切換部BDU反覆實施以U1→U2→U3→U4→U5→U6之順序切換供光束LB入射之掃描單元Un的動作。再者，有時會將經由光束切換部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。而且，有時會以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各個之光束LBn。
如圖2所示，於掃描單元U1~U6之各個，設置有用以主掃描所入射之光束LB1~LB6之多面鏡PM。於本第1實施形態中，各掃描單元Un之多面鏡PM之各個係以一面用相同之旋轉速度精密地旋轉、一面彼此保持固定之旋轉角度相位之方式得到同步控制。藉此，可將自掃描單元U1~U6之各個投射至基板P之光束LB1~LB6各自之主掃描之時序(光點SP之主掃描期間)以不彼此重疊之方式進行設定。因此，光束切換部BDU能夠將光束LB切換地供給至掃描單元 Un之任一者以使光束LB入射至進行光點SP之掃描的掃描單元Un之任一者，即分時地配給光束LB。再者，進行光點SP之主掃描的掃描單元Un(供光束LBn入射之掃描單元Un)係以U1→U2→U3→U4→U5→U6→U1...之順序反覆。關於如此地將來自光源裝置14之光束LB分時配給至複數個掃描單元Un各個之構成，揭示於國際公開第2015/166910號公報。
如圖2所示，描繪頭16成為將相同構成之複數個掃描單元Un(U1~U6)排列而成之所謂多光束型之描繪頭。描繪頭16於由旋轉筒DR之外周面(圓周面)支持之基板P之一部分，藉由複數個掃描單元Un(U1~U6)而描繪圖案。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上將光束LBn聚光(收聚)。藉此，投射至基板P上之光束LBn(LB1~LB6)成為光點SP。又，藉由各掃描單元Un(U1~U6)之多面鏡PM之旋轉，而於主掃描方向(Y方向)掃描投射至基板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行之圖案之直線性之描繪線(掃描線)SLn(再者，n=1、2、...、6)。即，描繪線SLn係表示光束LBn之光點SP於基板P上之掃描軌跡。
掃描單元U1沿描繪線SL1掃描光點SP，同樣地，掃描單元U2~U6沿描繪線SL2~SL6掃描光點SP。如圖2所示，複數個掃描單元Un(U1~U6)之描繪線SLn(SL1~SL6)係隔著中心面Poc(參照圖1)於旋轉筒DR之圓周方向呈2行以錯位排列而配置。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Y方向隔開特定間隔配置成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Y方向隔開特定間隔配置成1行。
因此，複數個掃描單元Un(U1~U6)亦係隔著中心面Poc於基板 P之搬送方向呈2行以錯位排列而配置。即，第奇數號掃描單元U1、U3、U5係相對於中心面Poc在基板P之搬送方向之上游側(-X方向側)沿Y方向隔開特定間隔配置成1行。第偶數號掃描單元U2、U4、U6係在相對於中心面Poc為基板P之搬送方向之下游側(+X方向側)沿Y方向隔開特定間隔配置成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對稱而設置。
第奇數號描繪線SL1、SL3、SL5與第偶數號描繪線SL2、SL4、SL6彼此分隔，但於Y方向(基板P之寬度方向、主掃描方向)上不彼此分離而接續。描繪線SL1~SL6與基板P之寬度方向、即旋轉筒DR之中心軸AXo大致平行。再者，所謂使描繪線SLn於Y方向接續係指使描繪線SLn之端部彼此於Y方向上鄰接或部分重疊。於使描繪線SLn之端部彼此重疊之情形時，例如可使其在相對於各描繪線SLn之長度而言包含描繪起始點、或描繪結束點在內於Y方向百分之幾以下之範圍內重疊。
如此，以複數個掃描單元Un(U1~U6)全部覆蓋曝光區域之寬度方向之整體之方式，由各掃描單元Un(U1~U6)分擔掃描區域。藉此，各掃描單元Un(U1~U6)可於沿基板P之寬度方向分割而成之複數個區域(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)設定為20~60mm左右，則藉由於Y方向配置第奇數號掃描單元U1、U3、U5此3個、及第偶數號掃描單元U2、U4、U6此3個共計6個掃描單元Un，而將可描繪之Y方向之寬度擴大至120~360mm左右。各描繪線SLn(SL1~SL6)之長度(描繪範圍之長度)原則上設定為相同。即，沿描繪線SL1~SL6之各個而掃描之光束LBn之光點SP之掃描距離原則上設定為相同。
於本第1實施形態之情形時，來自光源裝置14之光束LB係脈衝光，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，400MHz)而成為離散性。因此，需要使藉由光束LB之1脈衝光而投射之光點SP與藉由下一個1脈衝光而投射之光點SP於主掃描方向重疊。該重疊之量係根據光點SP之大小
Figure 110108326-A0305-02-0017-1
、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(直徑)
Figure 110108326-A0305-02-0017-2
於光點SP之強度分佈近似於高斯分佈之情形時，由成為光點SP之峰值強度之1/e2(或1/2)之強度之寬度尺寸所決定。於本第1實施形態中，以光點SP相對於有效大小(尺寸)
Figure 110108326-A0305-02-0017-3
重疊
Figure 110108326-A0305-02-0017-4
×1/2左右之方式，而設定光點SP之掃描速度Vs(多面鏡PM之旋轉速度)及振盪頻率Fa。因此，脈衝狀之光點SP之沿主掃描方向之投射間隔成為
Figure 110108326-A0305-02-0017-5
/2。因此，於副掃描方向(與描繪線SLn正交之方向)上，亦較理想為，以於沿描繪線SLn之光點SP之1次掃描與下次掃描之間，基板P以光點SP之有效大小
Figure 110108326-A0305-02-0017-6
之大致1/2之距離移動之方式進行設定。進而，在使於Y方向相鄰之描繪線SLn於主掃描方向連接之情形時，較理想亦為使其等重疊
Figure 110108326-A0305-02-0017-7
/2。於本第1實施形態中，將光點SP之大小(尺寸)
Figure 110108326-A0305-02-0017-8
設定為3μm左右。
各掃描單元Un(U1~U6)係於至少XZ平面上以各光束LBn朝向旋轉筒DR之中心軸AXo行進之方式，向基板P照射各光束LBn。藉此，自各掃描單元Un(U1~U6)朝向基板P行進之光束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，於XZ平面，若將自第奇數號掃描單元U1、U3、U5向基板P投射之光束LB之行進方向(將描繪線SL1、SL3、SL5與中心軸AXo連接之方向)與中心面Poc之角度設為-θ1，則自第偶數號掃描單元U2、U4、U6向基板P投射之光束LB之行進方向(將描繪線SL2、SL4、SL6與中心軸AXo連接之方向)與中心面Poc之角度成為+θ1。即，於XZ平面，自第奇數號掃描單元U1、U3、U5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向基板P投射之光束之行進方向相對於中心面Poc而對稱。又，各掃描單元Un(U1~U6)係以照射至描繪線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，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)係以遠心之狀態被掃描。
進而，使用圖2對光束切換部BDU及描繪頭16之掃描單元Un(U1~U6)之構成簡單地進行說明。光束切換部BDU具有複數個作為切換元件之選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)、複數個反射鏡M1~M12、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)係對應於複數個掃描單元Un(U1~U6)而設置。例如，選擇用光學元件AOM1及入射鏡IM1係對應於掃描單元U1而設置，同樣地，選擇用光學元件AOM2~AOM6及入射鏡IM2~IM6係對應於掃描單元U2~U6而設置。
光束LB自光源裝置14藉由反射鏡M1~M12而使其光路彎成曲折小路狀，而被導引至吸收體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)之情形進行詳細敍述。再者，雖於圖2中省略了圖示，但於反射鏡M1至吸收體TR之光束光路中設置有複數個透鏡，以將光束LB自平行光束收聚，或將收聚後發散之光束LB恢復為平行光束。關於其構成將使用圖3於下文進行敍述。
於圖2中，來自光源裝置14之光束LB與X軸平行地於-X方向行進而入射至反射鏡M1。於反射鏡M1朝-Y方向反射之光束LB入射至反射鏡M2。於反射鏡M2朝+X方向反射之光束LB筆直地透過選擇用光學元件AOM5而到達反射鏡M3。於反射鏡M3朝-Y方向反射之光束LB入射至反射鏡M4。於反射鏡M4朝-X方向反射之光束LB筆直地透過選擇用光學元件AOM6而到達反射鏡 M5。於反射鏡M5朝-Y方向反射之光束LB入射至反射鏡M6。於反射鏡M6朝+X方向反射之光束LB筆直地透過選擇用光學元件AOM3而到達反射鏡M7。於反射鏡M7朝-Y方向反射之光束LB入射至反射鏡M8。於反射鏡M8朝-X方向反射之光束LB筆直地透過選擇用光學元件AOM4而到達反射鏡M9。於反射鏡M9朝-Y方向反射之光束LB入射至反射鏡M10。於反射鏡M10朝+X方向反射之光束LB筆直地透過選擇用光學元件AOM1而到達反射鏡M11。於反射鏡M11朝-Y方向反射之光束LB入射至反射鏡M12。於反射鏡M12朝-X方向反射之光束LB筆直地透過選擇用光學元件AOM2而被導引至吸收體TR。該吸收體TR係吸收光束LB以抑制光束LB向外部溢漏之光阱。
各選擇用光學元件AOMn若被施加超音波訊號(高頻訊號)，則產生使所入射之光束(0次光)LB以與高頻之頻率對應之繞射角繞射而成之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)之各個而偏向之光束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)之任一者為接通狀態時，未經繞射而直線行進之0次光殘存20%左右，但其最終亦被吸收體TR吸收。
複數個選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)之各個係以使作為偏向後之1次繞射光之光束LBn(LB1~LB6)相對於所要入射之光束LB朝-Z方向偏向之方式設置。自選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)之各個偏向而射出之光束LBn(LB1~LB6)投射至設置於與選擇用光學元件AOMn (AOM1~AOM6)之各個相距特定距離之位置的入射鏡IMn(IM1~IM6)。各入射鏡IMn(IM1~IM6)藉由將所入射之光束LBn(LB1~LB6)向-Z方向反射，而將光束LBn(LB1~LB6)導引至對應之掃描單元Un(U1~U6)。再者，入射鏡IMn之各個係使光束LBn之各個向-Z方向落射，故而亦被稱為落射用鏡。
各選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)亦可使用構成、功能、作用等彼此相同者。複數個選擇用光學元件AOMn(AOM1~AOM6)根據來自控制裝置18之驅動訊號(高頻訊號)之接通/斷開，而接通/斷開使所入射之光束LB繞射而成之繞射光之產生。例如，選擇用光學元件AOM5於未被施加來自控制裝置18之驅動訊號(高頻訊號)而為斷開狀態時，使所入射之來自光源裝置14之光束LB不繞射而透過。因此，透過選擇用光學元件AOM5之光束LB入射至反射鏡M3。另一方面，選擇用光學元件AOM5於被施加來自控制裝置18之驅動訊號(高頻訊號)而為接通狀態時，使所入射之光束LB繞射而朝向入射鏡IM5。即，藉由該驅動訊號而使選擇用光學元件AOM6切換。藉由以此方式切換各選擇用光學元件AOMn，可將光束LBn導引至任一掃描單元Un，且可切換供光束LBn入射之掃描單元Un。
圖1所示之控制裝置18基於與所欲描繪之圖案對應之圖案資料(描繪資料)，而以1脈衝單位控制自光源裝置14射出之脈衝狀之光束LB之接通/斷開。關於在將光源裝置14設定為光纖放大器雷射光源之情形時，基於圖案資料而接通/斷開(調變)來自光源裝置14之脈衝狀之光束LB之構成，於上述國際公開第2015/166910號公報中亦有所揭示。此處，對圖案資料簡單地進行說明。圖案資料(描繪資料、設計資訊)係針對每個掃描單元Un而設置，且將利用各掃描單元Un而描繪之圖案按照根據光點SP之大小而設定之尺寸之像素進行分割，將複數個像素之各個以與所欲描繪之圖案對應之邏輯資訊(像素資料)表示。即，該圖案資料係由以將沿光點SP之主掃描方向(Y方向)之方向設為列方向且將沿 基板P之副掃描方向(X方向)之方向設為行方向之方式被二維分解之複數個像素之邏輯資訊所構成的點陣圖資料。該像素之邏輯資訊係「0」或「1」之1位元之資料。「0」之邏輯資訊意味著使照射至基板P之光點SP之強度為低位準(非描繪)，「1」之邏輯資訊意味著使照射至基板P上之光點SP之強度為高位準(描繪)。
圖案資料之1行像素之邏輯資訊對應於1條描繪線SLn(SL1~SL6)。因此，1行像素之數量係根據基板P之被照射面上之像素之尺寸及描繪線SLn之長度而決定。該1像素之尺寸Pxy設定為與光點SP之大小
Figure 110108326-A0305-02-0021-9
同等程度或其以上，例如，於光點SP之有效大小
Figure 110108326-A0305-02-0021-10
為3μm之情形時，1像素之尺寸Pxy設定為3μm見方程度以上。根據1行像素之邏輯資訊，而調變沿1條描繪線SLn(SL1~SL6)投射至基板P之光點SP之強度。於光源裝置14係光纖放大器雷射光源之情形時，如國際公開2015/166910號公報中所揭示般，入射至光纖放大器之紅外波長區域之脈衝狀之種光(發光頻率Fa)根據自控制裝置18送來之圖案資料之像素之邏輯資訊「1」、「0」，而高速地切換為峰值強度大而迅急的脈衝光、及峰值強度低的緩慢的脈衝光之任一者。
再者，選擇用光學元件AOMn係當入射至選擇用光學元件AOMn之光束LB之直徑變小時繞射效率及響應性變高。因此，於使入射至選擇用光學元件AOMn之光束LB為平行光束之情形時，亦可設置如入射至選擇用光學元件AOMn之光束LB之直徑以平行光束之狀態縮小之光束整形光學系統。於本第1實施形態中，將自光源裝置14射出之光束LB設定為直徑為1mm以下之平行光束，因此能直接以此狀態透射選擇用光學元件AOMn。
於以上之圖2、圖3之構成中，光源裝置14及光束切換部BDU構成向掃描單元Un之各個供給描繪用之光束LBn之光束供給單元(光束產生裝置)。若更嚴密地定義，則相對於圖2中之掃描單元U5之光束供給單元係由光源裝置14、鏡M1、M2、選擇用光學元件AOM5、及入射鏡IM5所構成，相對於掃描單 元U6之光束供給單元係由光源裝置14、鏡M1~M4、選擇用光學元件AOM5、AOM6、及入射鏡IM6所構成，相對於掃描單元U3之光束供給單元係由光源裝置14、鏡M1~M6、選擇用光學元件AOM5、AOM6、AOM3、及入射鏡IM3所構成，相對於掃描單元U4之光束供給單元係由光源裝置14、鏡M1~M8、選擇用光學元件AOM5、AOM6、AOM3、AOM4、及入射鏡IM4所構成，相對於掃描單元U1之光束供給單元係由光源裝置14、鏡M1~M10、選擇用光學元件AOM5、AOM6、AOM3、AOM4、AOM1、及入射鏡IM1所構成，而且，相對於掃描單元U2之光束供給單元係由光源裝置14、鏡M1~M12、選擇用光學元件AOM5、AOM6、AOM3、AOM4、AOM1、AOM2、及入射鏡IM2所構成。
其次，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)形成為相同構成，因此僅對掃描單元U1簡單地進行說明。掃描單元U1至少具備反射鏡M20~M24、多面鏡PM、及fθ透鏡系統FT。再者，雖於圖2中未加以圖示，但自光束LB1之行進方向觀察，於多面鏡PM之前方配置有第1柱面透鏡CY1，於fθ透鏡系統FT之後設置有第2柱面透鏡CY2。關於第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2將於下文參照圖4詳細地進行說明。
藉由入射鏡IM1向-Z方向反射後之光束LB1入射至反射鏡M20，於反射鏡M20反射後之光束LB1於-X方向行進而入射至反射鏡M21。藉由反射鏡M21向-Z方向反射後之光束LB1入射至反射鏡M22，於反射鏡M22反射後之光束LB1於+X方向行進而入射至反射鏡M23。反射鏡M23將所入射之光束LB1向多面鏡PM之反射面RP反射。
多面鏡PM將所入射之光束LB1朝向fθ透鏡系統FT而向+X方向側反射。多面鏡PM為了於基板P之被照射面上掃描光束LB1之光點SP，而使所入射之光束LB1於與XY平面平行之面內一維地偏向(反射)。具體而言，多面鏡(旋轉多面鏡、可動偏向構件)PM係具有沿Z軸方向延伸之旋轉軸AXp、及形成於旋 轉軸AXp周圍之複數個反射面RP(於本第1實施形態中將反射面RP之數量Np設為8)之旋轉多面鏡。藉由使該多面鏡PM以旋轉軸AXp為中心沿既定旋轉方向旋轉，可使照射至反射面RP之脈衝狀之光束LB1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，而沿主掃描方向(基板P之寬度方向、Y方向)掃描照射至基板P之被照射面上之光束LB1之光點SP。即，可藉由1個反射面RP，而沿主掃描方向掃描光束LB1之光點SP。因此，多面鏡PM之1旋轉中，於基板P之被照射面上掃描光點SP之描繪線SL1之數量最大為與反射面RP之數量相同之8條。多面鏡PM於控制裝置18之控制之下，以由未圖示之旋轉驅動源(例如，數位馬達等)指令之速度準確地旋轉。
fθ透鏡系統(掃描系統透鏡、掃描用光學系統)FT係將藉由多面鏡PM而反射後之光束LB1投射至反射鏡M24之遠心系統之掃描透鏡。透過fθ透鏡系統FT之光束LB1經由反射鏡M24成為光點SP而投射至基板P上。此時，反射鏡M24係於XZ平面上，以光束LB1朝向旋轉筒DR之中心軸AXo行進之方式，將光束LB1向基板P反射。光束LB1朝向fθ透鏡系統FT之入射角θ係根據多面鏡PM之旋轉角(θ/2)而改變。fθ透鏡系統FT經由反射鏡M24，而將光束LB1投射至與其入射角θ成正比之基板P之被照射面上之像高位置。若將焦距設為fo，將像高位置設為yo，則fθ透鏡系統FT係以滿足yo=fo×θ之關係(畸變像差)之方式而設計。因此，藉由該fθ透鏡系統FT，可於Y方向準確地以等速掃描光束LB1。再者，要入射至fθ透鏡系統FT之光束LB1藉由多面鏡PM而一維地偏向之面(與XY面平行)成為包含fθ透鏡系統FT之光軸AXf之面。
圖3係表示選擇用光學元件AOMn及入射鏡IMn周圍之具體構成之圖。再者，選擇用光學元件AOMn及入射鏡IMn周圍之構成互為相同，故而此處僅以選擇用光學元件AOM1及入射鏡IM1周圍之構成為代表而進行說明。
向選擇用光學元件AOM1入射光束LB，該光束LB係如圖2所示通 過前段之選擇用光學元件AOM4、反射鏡M9、M10後，成為例如直徑1mm以下之微小之直徑(第1直徑)之平行光束者。於未被輸入作為高頻訊號(超音波訊號)之驅動訊號之期間(驅動訊號斷開)，選擇用光學元件AOM1不使所入射之光束LB繞射而使其直接透過。所透過之光束LB透過沿光軸AXa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AOM2。此時通過選擇用光學元件AOM1後通過聚光透鏡G1及準直透鏡G2a之光束LB之中心軸於光軸AXa上通過。聚光透鏡G1係以使透過選擇用光學元件AOM1之光束LB(平行光束)在位於聚光透鏡G1與準直透鏡G2a之間之面p1之位置成為光束腰之方式將該光束LB聚光。準直透鏡G2a使於藉由聚光透鏡G1聚光後發散之光束LB成為平行光束。藉由準直透鏡G2a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之前側焦點於既定容許範圍內一致，聚光透鏡G1之前側焦點與選擇用光學元件AOM1內之繞射點於既定容許範圍內一致。該聚光透鏡G1與準直透鏡G2a構成中繼透鏡系統。
另一方面，於作為高頻訊號之驅動訊號施加於選擇用光學元件AOM1之期間，選擇用光學元件AOM1產生使所入射之光束LB繞射而成之光束LB1(繞射光)。以與高頻訊號之頻率對應之繞射角向-Z方向偏向之光束LB1(平行光束)透過聚光透鏡G1，而入射至設置於面p1上之入射鏡IM1。聚光透鏡G1係以如下方式聚光(收聚)光束LB1：以向-Z方向偏向之光束LB1之中心軸AXb與光束LB通過之光軸AXa平行之方式使光束LB1折射，且使光束LB1於入射鏡IM1之反射面上或其附近成為光束腰。藉由相對於透過選擇用光學元件AOM1之光束LB之光路靠-Z方向側而設置之入射鏡IM1，光束LB1得以向-Z方向反射，並經由準直透鏡G2b而入射至掃描單元U1。準直透鏡G2b使藉由聚光透鏡G1而收聚/發散之光束LB1成為與準直透鏡G2b之光軸同軸之平行光束。藉由準直透鏡G2b成為平行光束之光束LB1之直徑成為第1直徑。聚光透鏡G1之後側焦點與準直透 鏡G2b之前側焦點於既定容許範圍內一致。該聚光透鏡G1與準直透鏡G2b構成中繼透鏡系統。再者，圖3之聚光透鏡G1、準直透鏡G2a、G2b亦係以與圖3相同之條件配置於圖2所示之其他選擇用光學元件AOM2~AOM6各個之後之光路上。
且說，於圖2所示之掃描單元U1中，使fθ透鏡系統FT之光軸與XY面平行而圖示，故而以自掃描單元U1投射至基板P之光束LB1之中心軸(主光線)朝向旋轉筒DR之中心軸AXo之方式，相對於XY面以45度以外之角度傾斜而配置前端之反射鏡M24之反射平面。然而，於以fθ透鏡系統FT之光軸相對於XY面而傾斜之方式使掃描單元U1~U6各個之整體於XZ面內傾斜之情形時，亦可形成為如fθ透鏡系統FT之光軸藉由反射鏡M24而呈90度彎折之構成。
圖4係表示掃描單元U1之具體構成之圖，且係自與包含光束LB1之掃描方向(偏向方向)之平面(與XY平面平行之平面)正交之平面(XZ平面)觀察所得之圖。再者，於圖4中，fθ透鏡系統FT之光軸AXf係與XY面平行而配置，前端之反射鏡M24係以使光軸AXf呈90度彎折之方式配置。於掃描單元U1內，沿光束LB1之入射位置至被照射面(基板P)之光束LB1之送光路徑，設置有反射鏡M20、擴束器BE、傾斜角可變之平行板HVP、孔徑光闌PA、反射鏡M21、第1柱面透鏡CY1、球面透鏡G10a、反射鏡M22、球面透鏡G10b、反射鏡M23、多面鏡PM、fθ透鏡系統FT、反射鏡M24、及第2柱面透鏡CY2。
藉由圖3所示之入射鏡IM1向-Z方向反射後之平行光束之光束LB1入射至相對於XY平面傾斜45度之反射鏡M20。該反射鏡M20將所入射之光束LB1朝向自反射鏡M20向-X方向遠離之反射鏡M21往-X方向反射。於反射鏡M20反射後之光束LB1透過擴束器BE及孔徑光闌PA而入射至反射鏡M21。擴束器BE使所透過之光束LB1之直徑擴大。擴束器BE具有聚光透鏡Be1、及使於藉由聚光透鏡Be1收聚後發散之光束LB1成為平行光束之準直透鏡Be2。藉由該擴束器BE易於將光束LB6照射至孔徑光闌PA之開口部分。再者，於聚光透鏡Be1與 準直透鏡Be2之間，配置有石英之平行板HVP作為偏移用光學構件，該平行板HVP可藉由未圖示之驅動馬達等在與XZ面平行之面內變更相對於光束LBn之傾斜角度。藉由改變該平行板HVP之傾斜角，可使於基板P上掃描之光點SP之掃描軌跡即描繪線SLn於副掃描方向以微少量(例如，光點SP之有效直徑
Figure 110108326-A0305-02-0026-11
之數倍~十數倍左右)偏移。關於該功能將於下文加以詳細敍述。
反射鏡M21係相對於YZ平面傾斜45度而配置，其將所入射之光束LB1朝向自反射鏡M21向-Z方向遠離之反射鏡M22往-Z方向反射。藉由反射鏡M21而向-Z方向反射後之光束LB1透過第1柱面透鏡CY1(第1光學構件)及球面透鏡G10a後，到達反射鏡M22。反射鏡M22係相對於XY平面傾斜45度而配置，其將所入射之光束LB1朝向反射鏡M23往+X方向反射。於反射鏡M22反射後之光束LB1經由球面透鏡G10b而入射至反射鏡M23。反射鏡M23使所入射之光束LB1朝向多面鏡(旋轉多面鏡、可動偏向構件)PM，於與XY面平行之面內彎折。多面鏡PM之1個反射面RP將所入射之光束LB1朝向具有沿X軸方向延伸之光軸AXf之fθ透鏡系統FT往+X方向反射。該球面透鏡G10a與球面透鏡G10b構成透鏡系統(第3光學構件)G10。球面透鏡G10a、G10b具有等向性之折射力。
由單透鏡所構成之平凸之第1柱面透鏡CY1係於一方向具有折射力(聚焦力)之透鏡，具有異向性之折射力。圖5係將孔徑光闌PA至基板P之光束LB之光路於XY面上展開，並自與包含光束LB之偏向方向(主掃描方向)之平面平行之平面進行觀察的概略圖。如圖5所示，第1柱面透鏡CY1係在基於多面鏡PM之光束LB1之偏向方向(與多面鏡PM之旋轉軸AXp垂直之面內之主掃描方向、旋轉方向)上，以使所入射之光束LB1在位於多面鏡PM之前方之面p2成為光束腰之方式，一維地聚光(收聚)該光束LB1。將該多面鏡PM之前方之聚光位置(面p2之位置)設定為第1位置。該第1位置係透鏡系統G10(球面透鏡G10a、10b)之前方之位置。又，第1柱面透鏡CY1在與基於多面鏡PM之光束LB1之偏向 方向(主掃描方向)正交之方向(副掃描方向)上，不使所入射之光束LB1聚光而使其直接以平行光束之形式透過(參照圖4)。如此，第1柱面透鏡CY1具有沿與X方向平行之方向(副掃描方向)延伸之母線，以使透過第1柱面透鏡CY1之光束LB1於與多面鏡PM之偏向方向正交之方向(副掃描方向)上不聚光。
透鏡系統G10(球面透鏡G10a、G10b)在基於多面鏡PM之光束LB1之偏向方向(主掃描方向、旋轉方向)上，使於藉由第1柱面透鏡CY1聚光後發散之光束LB1成為大致平行光束(參照圖5)。又，透鏡系統G10(球面透鏡G10a、G10b)於與多面鏡PM之光束LB1之偏向方向正交之方向(副掃描方向)上，使透過第1柱面透鏡CY1之平行光束之光束LB1於多面鏡PM之反射面RP上聚光(收聚)(參照圖4)。藉此，要投射至多面鏡PM之光束LB1於反射面RP上收聚成在與XY平面平行之面內延伸之長條狀(長橢圓狀)。如此，藉由第1柱面透鏡CY1及透鏡系統G10與下述第2柱面透鏡CY2，即便有反射面RP相對於Z方向而傾斜之情形(反射面RP相對於XY平面之法線之傾斜)，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(描繪線SL1)之照射位置因多面鏡PM之各反射面RP各自之微小斜率誤差(面傾斜)而於X方向偏移，即，可進行各反射面RP之面傾斜修正。再者，經反射面RP反射後之光束LB1在基於多面鏡PM之光束LB1之偏向方向(主掃描方向、旋轉方向)上，直接以大致平行光束之形態入射至fθ透鏡系統FT，於與多面鏡PM之光束LB1之偏向方向正交之方向(副掃描方向)上，在以既定數值孔徑(NA)發散之狀態下入射至fθ透鏡系統FT。
再者，第1柱面透鏡CY1之與多面鏡PM之偏向方向(光點SP之主掃描方向)上之折射力對應之後側焦點及透鏡系統G10之前側焦點設定為於既定容許範圍內在面p2上一致。透鏡系統G10之後側焦點與fθ透鏡系統FT之前側焦點設定為於既定容許範圍內在多面鏡PM之偏向位置(反射面RP上)一致。
fθ透鏡系統FT在基於多面鏡PM之光束LB1之偏向方向(主掃描 方向、旋轉方向)上，如圖5所示，使經反射面RP反射後之大致平行光束之光束LB1於基板P上收聚(聚光)。進而，fθ透鏡系統FT如圖4所示，於與多面鏡PM之光束LB1之偏向方向正交之方向(副掃描方向)上，使經反射面RP反射後發散之光束LB1成為大致平行光束，而將其向第2柱面透鏡CY2投射。
由單透鏡所構成之平凸之第2柱面透鏡(第2光學構件)CY2係於與Y方向(主掃描方向)平行之方向具有母線且於一方向(副掃描方向)持有具有聚焦力之異向性之折射力的透鏡。第2柱面透鏡CY2在基於多面鏡PM之光束LB1之偏向方向(主掃描方向、旋轉方向)上，使所入射之光束LB1按原樣直接透過。因此，如圖5所示，透過第2柱面透鏡CY2之光束LB1在基於多面鏡PM之光束LB1之偏向方向(主掃描方向、旋轉方向)上，藉由fθ透鏡系統FT之折射力於基板P上以成為光束腰之方式聚光。另一方面，第2柱面透鏡CY2在與基於多面鏡PM之光束LB1之偏向方向(主掃描方向)正交之方向(副掃描方向)上，如圖4所示，使所入射之大致平行光束之光束LB1於基板P上以成為光束腰之方式聚光(收聚)。因此，要投射至基板P之光束LB1於基板P上成為大致圓形之光點SP(例如，直徑為3μm)。如上所述，第1柱面透鏡CY1與第2柱面透鏡CY2係以於彼此正交之方向具有聚焦力(折射力)之方式，且以母線彼此正交之方式配置。藉此，第1柱面透鏡CY1以於透鏡系統G10之前方之面p2使光束LBn於主掃描方向上一維地收聚後，於多面鏡PM之反射面RP上使光束LBn於副掃描方向上一維地收聚之方式發揮功能，第2柱面透鏡CY2以使fθ透鏡系統FT之後之光束LBn於副掃描方向上一維地收聚之方式發揮功能。
如此，以母線彼此正交之方式設置有由單透鏡所構成之第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2，故而可藉由透鏡系統G10，良好地修正基於多面鏡PM之光束LBn之偏向方向(主掃描方向)及與主掃描方向正交之副掃描方向此兩個方向上之光束LBn之球面像差。因此，可抑制基板P上之成像性能之劣化。 又，藉由設置第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2，亦可與習知同樣地進行抑制因多面鏡PM之反射面RP各自之微小斜率誤差(面傾斜)而導致的描繪線SLn向X方向(副掃描方向)之偏移，即進行面傾斜修正。
再者，要投射至基板P上之光束LBn之光點SP之聚光位置(最佳聚焦位置)係以於主掃描方向(偏向方向)、及與主掃描方向正交之副掃描方向於既定容許範圍內一致之方式進行光學設計。又，要投射至基板P上之光束LBn(光點SP)之主掃描方向上之數值孔徑NAy、及與主掃描方向正交之副掃描方向上之數值孔徑NAx係以於既定容許範圍內相等(一致)之方式進行設計。再者，於本第1實施形態中，數值孔徑NAx≒數值孔徑NAy，故而有時亦僅以NA表示要投射至基板P之光束LBn之數值孔徑。光束LBn之球面像差係以如下相對偏差加以表示，該相對偏差係使光束LBn朝向設計上之最佳聚焦面收聚時，相對於光束LBn之中心軸(主光線)傾斜角(向最佳聚焦面之入射角度)β不同之光線之各個聚光的位置之聚焦方向之相對偏差。相對於光束LBn之與最佳聚焦面垂直之中心軸(主光線)呈傾斜角β之光線係以藉由sinβ而計算之數值孔徑Naβ表示。光束LBn之最大之數值孔徑NA係根據光束LBn之波長λ、光點SP之有效直徑
Figure 110108326-A0305-02-0029-12
、及fθ透鏡系統FT之焦距而大致決定。
其次，對第1柱面透鏡CY1、第2柱面透鏡CY2、透鏡系統G10、及fθ透鏡系統FT各自之焦距、孔徑光闌PA之孔徑光闌直徑、以及擴束器BE之擴大倍率之決定方法進行說明。再者，以fC1表示第1柱面透鏡CY1之焦距，以fC2表示第2柱面透鏡CY2之焦距，以fG表示透鏡系統G10之焦距，以fθ表示fθ透鏡系統FT之焦距。又，將孔徑光闌PA之孔徑光闌直徑設為
Figure 110108326-A0305-02-0029-13
a。
焦距fC1、fC2、fG、fθ具有下述所示之式(1)之關係。基於該式(1)，決定第1柱面透鏡CY1、第2柱面透鏡CY2、透鏡系統G10、及fθ透鏡系統FT各自之焦距，藉此可使要投射至基板P之光束LBn之數值孔徑NAx與數值孔徑NAy相 等。
fG 2/fC1=fθ2/fC2...(1)
又，孔徑光闌直徑
Figure 110108326-A0305-02-0030-14
a與數值孔徑NA(=NAx≒NAy)具有下述所示之式(2)之關係。
Figure 110108326-A0305-02-0030-28
藉由基於該式(2)決定孔徑光闌直徑
Figure 110108326-A0305-02-0030-15
a，可獲得所期望之數值孔徑。又，擴束器BE之擴大倍率越大，被孔徑光闌PA遮擋之光量變得越多，因此光量損耗變得越大。另一方面，擴束器BE之擴大倍率越小，於像面(基板P上)之有效之數值孔徑變得越小，因此解像度(光點SP之直徑
Figure 110108326-A0305-02-0030-16
之微細度)降低。因此，較理想為考慮到光量與解像度之平衡而設定最佳之擴束器BE之擴大倍率。
又，於第1柱面透鏡CY1、第2柱面透鏡CY2、及fθ透鏡系統FT等之各光學規格大致已定之情形時，以光束LBn之主掃描方向(偏向方向)上之球面像差S1、及與光束LBn之主掃描方向正交之副掃描方向上之球面像差S2至少滿足下述所示之式(3)~(6)中任一個條件之方式，設定透鏡系統G10(球面透鏡G10a、10b)之光學規格。又，於僅fθ透鏡系統FT之光學規格大致已定之情形時，以滿足式(3)~(6)中任一個條件之方式，設定透鏡系統G10(球面透鏡G10a、10b)之光學規格、及第1柱面透鏡CY1與第2柱面透鏡CY2之各光學規格。
｜S1-S2｜<SC1×fθ2/fG 2-SC2...(3)
S1<SC1×fθ2/fG 2，且S2<SC2...(4)
｜S1-S2｜<λ/NAy 2，且｜S1-S2｜<λ/NAx 2...(5)
S1<λ/NAy 2，且S2<λ/NAx 2...(6)
其中，｜S1-S2｜表示球面像差S1與球面像差S2之差之絕對值，SC1表示由第1柱面透鏡CY1單體所產生之球面像差，SC2表示由第2柱面透鏡CY2單體所產生之球面像差，λ表示光束LBn之波長。再者，球面像差S1與球面像差S2之差之絕對 值｜S1-S2｜若為｜S2-S1｜亦相同。又，列舉掃描單元U1為例進行了說明，當然對於其他掃描單元U2~U6亦同樣地進行光學設計。
此處，於習知之方式，即，使第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2之各母線之延長方向均與主掃描方向(Y方向)平行地進行設定之情形時，焦距fC1、fC2、fθ具有下述所示之式(7)之關係。於該情形時，僅藉由母線之延長方向與Y方向平行之第1柱面透鏡CY1，要投射至多面鏡PM之反射面RP之光束LBn於反射面RP上便被收聚成沿與XY平面平行之方向(主掃描方向)延伸之長條狀(長橢圓狀)，因此無需透鏡系統G10。
fC1×fC2=fθ2...(7)
又，孔徑光闌PA之圓形開口之直徑
Figure 110108326-A0305-02-0031-17
a與數值孔徑NA具有下述所示之式(8)之關係。
Figure 110108326-A0305-02-0031-26
[實施例]
將本第1實施形態之面傾斜修正與習知之方式之面傾斜修正加以比較。因需要儘可能於相同條件下對兩者加以比較，故數值孔徑NA及要入射至掃描單元Un之光束LBn之規格互為相同。該光束LBn係波長為354.7nm之單色光且於與光軸中心(光束中心線)相距0.25mm之位置強度成為1/e2之非偏光之高斯光束。數值孔徑NA分為包含主掃描方向(偏向方向)之平面(YZ平面)內之數值孔徑NAy、及包含與主掃描方向正交之方向(副掃描方向)之平面(XZ平面)內之數值孔徑NAx而處理，且NAy=NAx=0.06。又，對於fθ透鏡系統FT及第2柱面透鏡CY2，亦為本第1實施形態與習知之方式中採用相同者。將fθ透鏡系統FT之焦距fθ設為fθ=100mm，將由單透鏡所構成之平凸之第2柱面透鏡CY2之焦距fC2設為fC2=14.5mm。再者，為可僅評估由第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2所產生之球面像差之影響，fθ透鏡系統FT設定為具有不會產生像差之理想之 f-θ特性的透鏡。首先，藉由比較例1對習知之方式之掃描單元Un的面傾斜修正用之光學系統之具體設計例進行說明，然後藉由實施例1對本第1實施形態之掃描單元Un的面傾斜修正用之光學系統之具體設計例進行說明。再者，於本第1實施形態與習知之方式中，對彼此之間構成共通之構件、或功能共通之構件標註相同之符號而進行說明。又，為簡單起見，於設計例(透鏡資料)中省略反射鏡M21、M22、M23之各個。
(比較例1)
於比較例1中，將第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2之母線均設定於主掃描方向(Y方向)，且未設置透鏡系統G10。圖6表示比較例1中之擴束器BE至第2柱面透鏡CY2之光學設計例之透鏡資料。圖7係於與包含光束LBn之偏向方向(光點SP之掃描方向)之平面平行之面內表示比較例1中之擴束器BE至基板(像面)P之光束LBn之狀態的概略圖。圖8係自與光束LBn之偏向方向(主掃描方向)正交之平面(包含副掃描方向之面)觀察圖7所示之擴束器BE至多面鏡PM之反射面RP之光束LBn之狀態的概略圖。圖9係自與光束LBn之偏向方向(主掃描方向)正交之平面觀察圖7所示之多面鏡PM之反射面RP至基板(像面)P之光束LBn之狀態的概略圖。再者，於圖6中，多面鏡PM之反射後，將面間隔與曲率半徑之正負符號對調而表示。圖7~圖9係表示以遵循圖6之數值例之縮小比例配置比較例1中之擴束器BE~基板P之各光學構件(第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2等)之情況的圖。
入射至掃描單元Un之平行光束之光束LBn(有效之光束直徑
Figure 110108326-A0305-02-0032-18
設定為0.5mm)於轉換為利用由5片球面透鏡LG1~LG5所構成之擴束器BE擴大之平行光束後，藉由孔徑光闌PA而整形為特定直徑之圓形剖面之光束。孔徑光闌PA之孔徑光闌直徑
Figure 110108326-A0305-02-0032-19
a係基於上述式(8)，而設定為12mm。又，以強度成為軸上之1/e2之位置成為孔徑光闌直徑
Figure 110108326-A0305-02-0032-20
a之半徑即6mm之方式，將擴束器BE之擴大 倍率設定為24倍。此時，孔徑光闌PA所造成之光量損耗之比率成為約13.5%。
配置於擴束器BE之後方且由單透鏡所構成之平凸之第1柱面透鏡CY1在與基於多面鏡PM之光束LBn之偏向方向(主掃描方向)正交之方向上，將所入射之光束LBn聚光於多面鏡PM之反射面RP上(參照圖8)。第1柱面透鏡CY1之焦距fC1係基於上述式(7)，而設定為fC1=693.1mm。多面鏡PM之反射面RP位於第1柱面透鏡CY1之後側焦點。再者，在基於多面鏡PM之光束LBn之偏向方向(主掃描方向)上，透過第1柱面透鏡CY1之光束LBn保持平行光狀態(參照圖7)。因此，要投射至多面鏡PM之光束LBn於反射面RP上收聚成沿偏向方向延伸之長條狀(長橢圓狀)。
於多面鏡PM之反射面RP反射後之光束LBn以與多面鏡PM之旋轉角度對應之角度，入射至焦距fθ為100mm之fθ透鏡系統FT。多面鏡PM之反射面RP係以到達fθ透鏡系統FT之前側焦點之位置之方式配置。因此，fθ透鏡系統FT在基於多面鏡PM之光束LBn之偏向方向(主掃描方向)上，將於多面鏡PM之反射面RP反射後之光束LBn以遠心之狀態聚光於基板P之被照射面(像面)上(參照圖7)。另一方面，fθ透鏡系統FT在與基於多面鏡PM之光束LBn之偏向方向(主掃描方向)正交之副掃描方向上，使於多面鏡PM之反射面RP反射並發散之光束LBn成為平行光(參照圖9)。
透過fθ透鏡系統FT之光束LBn藉由配置於fθ透鏡系統FT之後方且焦距fC2為14.5mm之第2柱面透鏡CY2，在基於多面鏡PM之光束LBn之副掃描方向上亦聚光於基板P之被照射面(像面)上(參照圖9)。該第2柱面透鏡CY2之位置係以基於多面鏡PM之光束LBn之主掃描方向上之聚光位置與副掃描方向上之聚光位置於聚焦方向上在既定容許範圍內一致之方式確定，且設定為該聚光位置成為基板P之被照射面(像面)。
如此，於經由第1柱面透鏡CY1、fθ透鏡系統FT、及第2柱面透鏡 CY2所造就之光路，而將光束LBn於基板P上聚光為光點SP之情形時，會產生如光束LBn之聚光位置於主掃描方向與副掃描方向大不相同之像差。其起因在於光束LBn收聚為光點時所產生之球面像差。圖10、圖11係對朝向基板P之光束LBn之球面像差之狀態進行說明的圖，圖10表示光束LBn之主掃描方向上之球面像差之狀態，圖11表示光束LBn之副掃描方向上之球面像差之狀態。
如圖10所示，光束LBn於主掃描方向上成為具有某種粗度之平行光束而入射至fθ透鏡系統FT，主要藉由fθ透鏡系統FT而聚光於主光線(光束中心線)Lpr上之既定Z位置(聚焦位置)。此時，第2柱面透鏡CY2單純作為平行板而發揮作用。自fθ透鏡系統FT射出之光束LBn之主掃描方向上之最大之數值孔徑NAy係基於朝向聚光點之光線LLa相對於主光線Lpr之傾斜角(入射角)βa按NAy=sinβa而決定。光束LBn中包含入射角小於光線LLa之入射角βa之光線LLb(將入射角設為βb)、入射角小於光線LLb之入射角βb之光線LLc(將入射角設為βc)等。此處，若入射角βa之光線LLa之聚光點係Z軸方向之聚焦位置Zma，則入射角βb之光線LLb之聚光點之聚焦位置Zmb、入射角βc之光線LLc之聚光點之聚焦位置Zmc均相對於聚焦位置Zma在Z軸方向偏移。此種偏移係球面像差。
又，如圖11所示，光束LBn於副掃描方向上，成為發散光束而入射至fθ透鏡系統FT，於藉由fθ透鏡系統FT轉換為平行光束後，受到第2柱面透鏡CY2之折射作用，而聚光於主光線(光束中心線)Lpr上之既定Z位置(聚焦位置)。自第2柱面透鏡CY2射出之光束LBn之副掃描方向上之最大之數值孔徑NAx設定為與主掃描方向上之最大之數值孔徑NAy一致。因此，於副掃描方向上，按NAx=sinβa而決定之光線LLa(入射角βa)聚光之聚焦位置Zsa、入射角小於入射角βa之光線LLb(將入射角設為βb)聚光之聚焦位置Zsb、入射角小於入射角βb之光線LLc(將入射角設為βc)聚光之聚焦位置Zsc之各個亦因球面像差而於Z軸方向(聚焦方向)偏移。再者，於圖10、圖11中，以於fθ透鏡系統FT至基板P之光路 產生球面像差之方式進行了說明，到達基板P之光束LBn中所產生之實際之球面像差受到供自圖2之光源裝置14射出之光束通過之各種光學構件(透鏡、AOM、反射鏡)之影響。
圖12及圖13係基於圖6所示之比較例1之透鏡資料，將光束LBn之最大之數值孔徑NA(=NAy≒NAx)設為0.06進行模擬所得之光束LBn之球面像差特性，橫軸表示將設計上之最佳聚焦位置設為零點之聚焦位置(μm)，縱軸表示將與光束LBn之最大之數值孔徑NA對應之光線LLa之最大入射角βa(NAa=sinβa)標準化為1.0(βmax)之入射角β。因此，於圖12、圖13中，例如入射角β為0.5意味著最大入射角βa之一半之角度。進而，圖12中之實線所示之特性(A)係投射至基板P之光束LBn的主掃描方向上之球面像差特性，虛線所示之特性(B)係投射至基板P之光束LBn的副掃描方向上之球面像差特性。圖13中所示之特性(C)係表示圖12中之特性(A)與特性(B)之差分〔(B)-(A)〕所造成之球面像差特性，根據作為光點SP而投射至基板P上之光束LBn之入射角度β，最佳聚焦位置偏移，而產生數十μm之球面像差。
此處，圖12中之特性(A)係由擴束器BE及fθ透鏡系統FT所產生之球面像差，圖12中之特性(B)係由擴束器BE、第1柱面透鏡CY1、fθ透鏡系統FT、及第2柱面透鏡CY2之合成系統所產生之球面像差。因此，特性(A)與特性(B)之差分之特性(C)主要與由第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2所產生之球面像差特性對應。
(實施例1)
於實施例1中，如上所述，將第1柱面透鏡CY1之母線之延長方向設定為副掃描方向(X方向)，將第2柱面透鏡CY2之母線之延長方向設定為主掃描方向(Y方向)，且於第1柱面透鏡CY1與多面鏡PM之間設置有透鏡系統G10。圖14表示實施例1中之擴束器BE至第2柱面透鏡CY2之光學設計用之透鏡資料。又，圖15係 於與包含光束LBn之偏向方向(光點SP之掃描方向)之平面平行之面內觀察實施例1中之擴束器BE至基板(像面)P之光束LBn之狀態的概略圖。圖16係於與光束LBn之偏向方向(主掃描方向)正交之面內(包含副掃描方向之面內)觀察圖15所示之擴束器BE至多面鏡PM之反射面RP之光束LBn之狀態的概略圖。圖17係於與光束LBn之偏向方向(主掃描方向)正交之面內(包含副掃描方向之面內)觀察圖15所示之多面鏡PM之反射面RP至基板(像面)P之光束LBn的概略圖。再者，於圖14中，多面鏡PM之反射後，將面間隔與曲率半徑之正負符號對調而表示。圖15~圖17表示以遵循圖14之數值例之實際縮小比例配置實施例1中之擴束器BE~基板P之各光學構件(第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2等)的情況。
於實施例1中，以第1柱面透鏡CY1至像面(基板P之被照射面)之距離(光路長度)與比較例1相比短300mm左右之方式，基於上述式(1)，將透鏡系統G10之焦距fG設定為fG=201.2mm，將第1柱面透鏡CY1之焦距fC1設定為fC1=58mm。藉此，於本實施例1中，與比較例1之設計例相比，可實現節省空間之光學系統。進而，亦可縮小掃描單元Un之殼體，因此亦可謀求輕量化。
入射至掃描單元Un之平行光束之光束LBn(有效直徑為0.5mm)於利用由4片球面透鏡LGa~LGd所構成之擴束器BE擴大後，藉由孔徑光闌PA而整形為既定光束直徑。孔徑光闌PA之孔徑光闌直徑
Figure 110108326-A0305-02-0036-21
a係基於上述式(2)，而設定為3.5mm。於藉由擴束器BE擴大後之光束中，以在與中心相距孔徑光闌直徑
Figure 110108326-A0305-02-0036-22
a之一半即1.75mm之位置，強度成為軸上之1/e2之方式，將擴束器BE之擴大倍率設定為7倍。如此，與比較例1相比，擴束器BE之擴大倍率變小，因此易於進行擴束器BE之設計，亦可縮小由擴束器BE產生之球面像差。
配置於擴束器BE之後方、由單透鏡所構成、且焦距fC1為58mm之平凸之第1柱面透鏡CY1在基於多面鏡PM之光束LBn之偏向方向(主掃描方向)上，將所入射之光束LBn聚光於第1柱面透鏡CY1之後側焦點之面p2(第1位置) (參照圖15)。該面位置p2位於第1柱面透鏡CY1與配置於第1柱面透鏡CY1之後方側之透鏡系統G10之間。再者，在與基於多面鏡PM之光束LBn之偏向方向(主掃描方向)正交之副掃描方向上，透過第1柱面透鏡CY1之光束LBn保持平行光狀態(參照圖16)。
由2片球面透鏡G10a、G10b所構成之透鏡系統G10(焦距fG=201.2mm)係以透鏡系統G10之前側焦點與第1柱面透鏡CY1之後側焦點之位置(面p2)於既定容許範圍內一致之方式配置。因此，透過透鏡系統G10之光束LBn於光束LBn之主掃描方向上係平行光束之狀態(參照圖15)，於與光束LBn之主掃描方向正交之副掃描方向上聚光於多面鏡PM之反射面RP上(參照圖16)。多面鏡PM之反射面RP係以到達透鏡系統G10之後側焦點之位置之方式設定。因此，要投射至多面鏡PM之光束LBn於反射面RP上收聚成沿偏向方向(主掃描方向)延伸之長條狀(長橢圓狀)。
於多面鏡PM之反射面RP反射後之光束LBn以與多面鏡PM之旋轉角度對應之角度入射至焦距fθ=100mm之fθ透鏡系統FT。fθ透鏡系統FT係以多面鏡PM之反射面RP到達fθ透鏡系統FT之前側焦點之位置之方式配置。因此，fθ透鏡系統FT在基於多面鏡PM之光束LBn之偏向方向(主掃描方向)上，將於多面鏡PM之反射面RP反射後之光束LBn以遠心之狀態(光束LBn之主光線Lpr與fθ透鏡系統FT之光軸AXf始終平行之狀態)聚光於基板P之被照射面(像面)上(參照圖15)。另一方面，於與主掃描方向正交之副掃描方向上，fθ透鏡系統FT將於多面鏡PM之反射面RP反射而成為發散光束之光束LBn轉換為平行光束(參照圖17)。
最後，透過fθ透鏡系統FT之光束LBn藉由配置於fθ透鏡系統FT之後方且焦距fC2=14.5mm之第2柱面透鏡CY2，在與基於多面鏡PM之光束LBn之偏向方向(主掃描方向)正交之副掃描方向上，亦以成為光點SP之方式聚光於基 板P之被照射面(像面)上(參照圖17)。該第2柱面透鏡CY2之位置係以基於多面鏡PM之光束LBn之主掃描方向上之聚光位置與副掃描方向上之聚光位置於聚焦方向上在既定容許範圍內一致之方式確定，且設定為該聚光位置成為基板P之被照射面(像面)。於以上之圖14~圖17(及圖4、圖5)之構成中，擴束器BE、孔徑光闌PA、反射鏡M21、第1柱面透鏡CY1、反射鏡M22、透鏡系統G10、反射鏡M23為止之光學系統係作為包含具有異向性之折射力的第1光學元件或第1透鏡構件(第1柱面透鏡CY1)之第1調整光學系統而發揮功能，該第1調整光學系統用以使要投射至多面鏡PM(可動偏向構件)之光束LBn於與主掃描方向正交之副掃描方向上收聚。進而，於圖14~圖17(及圖4、圖5)之構成中，fθ透鏡系統FT(掃描用光學系統)之後之反射鏡M24及第2柱面透鏡CY2係作為包含具有異向性之折射力的第2光學元件或第2透鏡構件(第2柱面透鏡CY2)之第2調整光學系統而發揮功能，該第2調整光學系統用以使自fθ透鏡系統FT朝向基板P之光束LBn於副掃描方向上收聚。
圖18及圖19係基於圖14所示之實施例1之透鏡資料將光束LBn之最大之數值孔徑NAa設為0.06進行模擬所得之光束LBn之球面像差特性，橫軸表示將設計上之最佳聚焦位置設為零點之聚焦位置(μm)，縱軸表示與上文之圖12、圖13同樣地標準化之入射角β。圖18中之實線所示之特性(A)係投射至基板P之光束LBn之主掃描方向上之球面像差特性，虛線所示之特性(B)係投射至基板P之光束LBn之副掃描方向上之球面像差特性。又，圖19中所示之特性(C)係表示圖18中之特性(A)與特性(B)之差分〔(B)-(A)〕所造成之球面像差特性。此處，圖18中之特性(A)係由擴束器BE、第1柱面透鏡CY1、透鏡系統G10、及fθ透鏡系統FT之合成系統所產生之球面像差，圖18中之特性(B)係由擴束器BE、透鏡系統G10、fθ透鏡系統FT、及第2柱面透鏡CY2之合成系統所產生之球面像差。因此，特性(A)與特性(B)之差分之特性(C)主要與由第1柱面透 鏡CY1及第2柱面透鏡CY2所產生之球面像差特性對應。
模擬之結果，與上文之圖12所示之比較例1之球面像差的特性(A)、(B)相比，於實施例1之情形時像差分之絕對值縮小1位數左右。如由圖18中之特性(A)可知，藉由透鏡系統G10而修正由第1柱面透鏡CY1所產生之球面像差，因此基本不會發生作為光點SP而投射至基板P上之光束LBn之與入射角度β對應的最佳聚焦位置之偏移。該偏移即球面像差滿足上述式(4)、(6)之條件。同樣地，如由圖18中之特性(B)可知，藉由透鏡系統G10而修正由第2柱面透鏡CY2所產生之球面像差，因此基本不會發生作為光點SP而投射至基板P上之光束LBn之與入射角度β對應的最佳聚焦位置之偏移。該偏移即球面像差滿足上述式(4)、(6)之條件。而且，如由圖19之特性(C)可知，藉由透鏡系統G10而修正由第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2所產生之球面像差，因此基本不會發生作為光點SP而投射至基板P上之光束LBn之與入射角β對應的最佳聚焦位置之差分。該最佳聚焦位置之差分即球面像差之差分滿足上述式(3)、(5)之條件。如此，預先縮小投射至基板P之光束之球面像差與進而縮小能夠描繪之圖案之最小線寬(高解像化)相對應，對於為縮小投射至基板P上之光點SP之有效直徑而將光束LBn之最大之數值孔徑NAa增大至0.07以上之情形有效。
如上所述，本第1實施形態中之掃描單元Un為了一面將來自光源裝置14之光束LBn投射至基板P，一面於基板P上一維地掃描光束LBn，而具備：第1柱面透鏡CY1，其於一方向具有聚焦力；多面鏡PM，其入射透過第1柱面透鏡CY1之光束LBn，為進行一維掃描而使上述光束LBn偏向；fθ透鏡系統FT，其入射藉由多面鏡PM而偏向之光束LBn，並以遠心之狀態將光束LBn投射至基板P；及第2柱面透鏡CY2，其入射透過fθ透鏡系統FT之光束LBn，且於一方向具有聚焦力；而且，將第1柱面透鏡CY1與第2柱面透鏡CY2以於彼此正交之方向具有聚焦力(折射力)之方式配置，進而於第1柱面透鏡CY1與多面鏡PM之間設置有 用以修正像差(球面像差)之透鏡系統G10。
藉此，可修正因多面鏡PM之各反射面所致之面傾斜而產生之光束LBn之投射位置之偏移，並且能以簡單之構成修正由第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2所產生之球面像差。因此，可抑制光點SP之成像性能之劣化，從而提高於基板P上描繪之圖案之解像度(微細度)。又，可使第1柱面透鏡CY1之焦距fC1及第2柱面透鏡CY2之焦距fC2均小於fθ透鏡系統FT之焦距fθ，因此可實現節省空間之光學系統(參照圖7~圖9及圖15~圖17)，亦可縮小掃描單元Un之殼體，故而亦可謀求輕量化。
第1柱面透鏡CY1於多面鏡PM之偏向方向上，將所入射之光束LBn聚光於多面鏡PM之前方，透鏡系統G10於上述偏向方向上，使藉由第1柱面透鏡CY1聚光而發散後之光束LBn成為平行光，且於與上述偏向方向正交之副掃描方向上，將所入射之光束LBn聚光於多面鏡PM之反射面RP上。藉此，可將要投射至多面鏡PM之光束LBn於反射面RP上收聚成沿偏向方向延伸之長條狀(長橢圓狀)。而且，fθ透鏡系統FT於上述偏向方向上，將所入射之光束LBn聚光於基板P上，且於與上述偏向方向正交之方向上，使藉由透鏡系統G10於反射面RP上聚光而發散後之光束LB成為平行光，第2柱面透鏡CY2於與上述偏向方向正交之方向上，將所入射之光束LBn聚光於基板P上。藉此，即便有反射面RP相對於Z方向而傾斜之情形(反射面RP相對於XY平面之法線之傾斜)，由於反射面RP與基板P於副掃描方向上呈共軛關係(成像關係)，故而亦可抑制反射面RP各自之光束LBn之投射位置於副掃描方向偏移。
〔變形例1〕
根據本第1實施形態，第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2之各個如實施例1(圖14)所示，光束入射側之面形成為於副掃描方向上具有固定之曲率半徑之圓筒面，光束射出側之面形成為平面，且由透鏡所構成。然而，第1柱面透鏡CY1 及第2柱面透鏡CY2之各個之圓筒面亦可形成為將曲率半徑略微不同之複數個面平順地連接而成之彎曲面(於與母線垂直之剖面形狀中為非球面)。又，亦可將第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2之各個之平面側加工成於主掃描方向、或副掃描方向具有既定曲率半徑(∞以外之有限值)之圓筒面狀。又，要入射至掃描單元Un之各個之光束LBn(光源裝置14之射出光束)之波長λ並不限於實施例1及比較例1中所設定之紫外區域之波長354.7nm，亦可為其他波長(可見區域、紅外區域之光)。又，若藉由透鏡系統G10進行消色差，則可使波長不同之複數個光束同軸(或平行)地入射至多面鏡PM，從而能以波長不同之複數個光點SP掃描基板P之表面。或者，藉由透鏡系統G10之消色差，亦可使光束LBn成為相對於中心波長於固定之波長範圍內分佈強度之寬波段光。又，光束LBn既可具有偏光成分而不具有非偏光成分，亦可為光束剖面內之強度分佈並非高斯分佈而是均一之強度分佈(大致矩形或梯形之分佈)。
〔變形例2〕
於上述第1實施形態中，使用多面鏡PM使光束LBn偏向，但亦可使用能夠擺動之檢流計鏡(可動偏向構件、擺動反射鏡)使光束LBn偏向。於該情形時，經檢流計鏡反射後之光束LBn亦經由fθ透鏡系統FT而投射至基板P(被照射面)，故而於需要對檢流計鏡之反射面之面傾斜實施修正之情形時，只要於檢流計鏡之前方同樣地設置第1柱面透鏡CY1及透鏡系統G10，並於fθ透鏡系統FT之後設置第2柱面透鏡CY2即可。又，透鏡系統G10係由2片球面透鏡G10a、G10b所構成，但亦可由單一透鏡、或3片以上之透鏡所構成。又，構成透鏡系統G10之球面透鏡G10a、G10b亦可由非球面透鏡所構成。進而，使用柱面透鏡作為第1光學構件CY1及第2光學構件CY2，但只要是一方向之折射力相對於與該方向正交之方向之折射力而言相對較大的透鏡即可。例如，亦可採用複曲面透鏡或變形透鏡作為第1光學構件CY1及第2光學構件CY2。
〔變形例3〕
根據本第1實施形態，第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2之各個係由單透鏡所構成。藉此，第1柱面透鏡CY1及第2柱面透鏡CY2之製作及組裝(調整)變得簡單，可抑制成本。然而，為實施光束LBn之球面像差之修正，亦可特別地以多片透鏡構成第2柱面透鏡CY2。於以多片(例如2片)透鏡構成第2柱面透鏡CY2之情形時，需要進行用以使多片透鏡間之母線彼此之旋轉方位高精度地一致的調整作業。再者，於以多片(例如2片)透鏡構成第2柱面透鏡CY2之情形時，可使第1柱面透鏡CY1之母線延伸之方向如比較例1般與主掃描方向平行，即便省略透鏡系統G10，亦可良好地修正投射至基板P之光束LBn之球面像差。但於該情形時，如比較例1所示，需要使第1柱面透鏡CY1之焦距fC1長於fθ透鏡系統FT之焦距fθ，因此掃描單元Un之光路之全長變長。然而，有時亦將第2柱面透鏡CY2之焦距fC2設定為相對於fθ透鏡系統FT之焦距fθ較小，而將球面像差抑制得較小。
於該變形例3、或實施例1(圖14~圖17)中，可獲得一種光束掃描裝置(或描繪裝置)，其係於基板P(被照射體)一維地掃描光束LBn之光點SP者，且設置有：第1柱面透鏡CY1(第1光學構件)，其係用以向用於使光束LBn偏向之多面鏡PM(光束偏向構件)之反射面RP上，投射於副掃描方向上收聚之光束LBn；fθ透鏡系統FT(掃描用光學系統)，其係用以入射經多面鏡PM偏向之光束LBn，並將其向基板P投射，且於基板P上進行一維掃描；及第2柱面透鏡CY2(第2光學構件)，其配置於基板P與fθ透鏡系統FT之間，由將自fθ透鏡系統FT射出之光束LBn於副掃描方向收聚之單透鏡或多片透鏡所構成；藉由使fθ透鏡系統FT之焦距fθ與第2柱面透鏡CY2之焦距fC2之關係為fθ>fC2，而降低了伴有既定數值孔徑而投射至基板P之光束LBn之球面像差。
[第2實施形態]
於上文之圖4中亦簡單地進行了說明，於掃描單元Un內之構成擴束器BE之 透鏡系統Be1、Be2之間之光路中，為使描繪線SLn於副掃描方向(X方向)微小偏移，而設置有作為軟體用光學構件之能夠傾斜的平行板HVP。圖20A、圖20B係對因平行板HVP之傾斜而描繪線SLn偏移之情況進行說明者，圖20A係表示平行板HVP之彼此平行之入射面與射出面相對於光束LBn之中心線(主光線)呈90度之狀態的圖，即表示平行板HVP於XZ面內不傾斜之狀態之圖。圖20B係表示平行板HVP之彼此平行之入射面與射出面相對於光束LBn之中心線(主光線)自90度傾斜之情形時，即平行板HVP相對於YZ面以角度η而傾斜之狀態之圖。
進而，於圖20A、圖20B中，在平行板HVP不傾斜之狀態(角度η=0度)時，透鏡系統Be1、Be2之光軸Axe設定為通過孔徑光闌PA之圓形開口之中心，要入射至擴束器BE之光束LBn之中心線調整為與光軸AXe同軸。又，透鏡系統Be2之後側焦點之位置配置為與孔徑光闌PA之圓形開口之位置一致。孔徑光闌PA之位置設定為，藉由上文之圖16所示之第1柱面透鏡CY1及透鏡系統G10(球面透鏡G10a、10b)，於副掃描方向上自多面鏡PM之反射面RP之位置(或fθ透鏡系統FT之前側焦點之位置)觀察時，成為大致光瞳之位置。另一方面，於主掃描方向上，孔徑光闌PA配置為與fθ透鏡系統FT之前側焦點之位置即入射光瞳之位置光學共軛。因此，於使平行板HVP以角度η而傾斜之情形時，透過平行板HVP入射至透鏡系統Be2之光束LBn(此處為發散光束)之中心線相對於光軸Axe向-Z方向微小地平行移動，自透鏡系統Be2射出之光束LBn轉換為平行光束，並且光束LBn之中心線相對於光軸Axe略微傾斜。
因透鏡系統Be2之後側焦點之位置係配置為與孔徑光闌PA之圓形開口之位置一致，故自透鏡系統Be2傾斜地射出之光束LBn(平行光束)不會於孔徑光闌PA上向Z方向偏移，而繼續投射至圓形開口。因此，通過孔徑光闌PA之圓形開口之光束LBn於強度分佈上之1/e2之平緩區之強度已被準確地減弱之狀態下，以相對於光軸Axe在XZ面內於副掃描方向略微傾斜之角度，射向後段之第 1柱面透鏡CY1。孔徑光闌PA於副掃描方向上自多面鏡PM之反射面RP觀察時，對應於光瞳位置，根據通過孔徑光闌PA之圓形開口之光束LBn之副掃描方向上之傾斜角，要入射至多面鏡PM之反射面RP之光束LBn(於副掃描方向上收聚)於反射面上之位置略微偏移。因此，於多面鏡PM之反射面RP反射後之光束LBn亦以相對於包含圖4所示之fθ透鏡系統FT之光軸AXf且與XY面平行之面略微向Z方向偏移之狀態，入射至fθ透鏡系統FT。其結果，於上文之圖17所示之光路之情形時，要入射至第2柱面透鏡CY2之光束LBn於副掃描方向略微傾斜，要投射至基板P上之光束LBn之光點SP之位置向副掃描方向略微偏移。再者，於圖4、圖20中，將構成擴束器BE之透鏡系統Be1、Be2之兩者設定為具有正折射力之球面透鏡(凸透鏡)，但亦可將光束LBn之入射側之透鏡系統Be1設定為具有負折射力之球面透鏡(凹透鏡)。於該情形時，自透鏡系統Be1射出之光束LBn並不收聚而成為發散光束入射至透鏡系統Be2，並藉由透鏡系統Be2轉換為光束直徑經擴大之平行光束。
於如上文之比較例1般，使第1柱面透鏡CY1之母線與第2柱面透鏡CY2之母線彼此平行地配置，且以單透鏡構成第2柱面透鏡CY2之情形時，如圖12、圖13所示，殘存較大之球面像差。因此，若將平行板HVP設置於比較例1之擴束器BE(圖7、圖8)內並使其傾斜，則會因要入射至第2柱面透鏡CY2之光束LBn之位置或傾斜於副掃描方向略微變化，而產生更大之球面像差。與此相對地，於如實施例1般，將第1柱面透鏡CY1之母線與第2柱面透鏡CY2之母線以彼此正交之關係進行配置，並且設置有透鏡系統G10之情形時，或如變形例3中所說明般以多片透鏡構成第2柱面透鏡CY2之情形時，可如圖18、圖19所示將球面像差分良好地修正至光點SP之有效大小(直徑)
Figure 110108326-A0305-02-0044-23
以下。因此，於使平行板HVP傾斜時，因要入射至第2柱面透鏡CY2之光束LBn之位置或傾斜於副掃描方向略微變化而產生之球面像差分之增量亦被抑製得較小。
因圖4(圖20)所示之平行板HVP係設置於掃描單元Un之各個，故可使掃描單元Un各自之平行板HVP之傾斜角度η連續地變化，藉此可使於基板P上描繪之圖案之副掃描方向之局部部分以微小比率伸縮。因此，即便有於基板P之長尺寸方向(副掃描方向)上基板P部分地伸縮之情形，亦可良好地維持第2層用之圖案相對於已形成在基板P上之基底圖案(第1層圖案)重疊曝光(描繪)時之重疊精度。基板P之長尺寸方向(副掃描方向)之局部伸縮例如可藉由如下方法於掃描單元Un之各個實施圖案描繪前預測：將於長尺寸方向以固定間距(例如10mm)形成於基板P之寬度方向兩側的對準標記利用對準顯微鏡擴大，並利用攝像元件依序進行拍攝，對標記位置之長尺寸方向之變化(標記之間距變化等)進行圖像解析。對準標記之配置及對準顯微鏡之配置等之一例揭示於例如國際公開第2015/152218號公報。
10:元件製造系統
12:基板搬送機構
14:光源裝置
16:描繪頭
18:控制裝置
AXo:中心軸
BDU:光束切換部
DR:旋轉筒(圓筒轉筒)
E:設置面
ECV:調溫室
EPC:邊緣位置控制器
EX:曝光裝置(處理裝置)
LB、LB1~LB6:光束
P:基板
Poc:中心面
PR1、PR2:加工裝置(處理裝置)
R1、R2、R3:驅動滾筒
RT1、RT2:張力調整滾筒
Sft:軸
SP:光點
SU1、SU2:抗振單元
U1~U6:掃描單元

Claims (22)

  1. 一種描繪裝置，係一面於被照射體上在主掃描方向掃描來自光源裝置之光束，一面使上述被照射體與上述光束於副掃描方向相對移動，以於上述被照射體描繪圖案，其具備：可動偏向構件，其為了於上述主掃描方向掃描上述光束，而上述光束射入並使其於上述主掃描方向一維偏向；掃描用光學系統，其使以上述可動偏向構件一維偏向之上述光束射入，並將上述光束聚光投射至上述被照射體上；第1光學構件，其具有異向性之折射力，將朝向上述可動偏向構件之上述光束收聚於上述主掃描方向；第2光學構件，其具有異向性之折射力，將自上述掃描用光學系統射出而朝向上述被照射體之上述光束收聚於上述副掃描方向；及第3光學構件，其設置於上述第1光學構件與上述可動偏向構件之間，且具有使收聚於上述主掃描方向之上述光束射入，並將之轉換為於上述副掃描方向收聚之光束並使其朝向上述可動偏向構件射出之等向性之折射力。
  2. 如請求項1之描繪裝置，其中，上述第1光學構件，使朝向上述可動偏向構件之上述光束在上述第1光學構件與上述可動偏向構件之間之第1位置，於上述主掃描方向聚光成光束腰，於上述副掃描方向成為非聚光之狀態。
  3. 如請求項2之描繪裝置，其中，上述第3光學構件，使來自上述第1光學構件之上述光束在上述可動偏向構件之偏向位置，於上述副掃描方向聚光成光束腰，於上述主掃描方向成為非聚光之狀態。
  4. 如請求項3之描繪裝置，其中，使上述第1光學構件之與在上述主掃描方向之折射力對應之後側焦點之位置、與上述第3光學構件之前側焦點之位置與上述第1位置一致； 使上述第3光學構件之後側焦點之位置與上述掃描用光學系統之前側焦點之位置，與上述可動偏向構件之偏向位置一致。
  5. 如請求項1至4中任一項之描繪裝置，其中，使投射至上述被照射體上之上述光束的上述主掃描方向之數值孔徑、與上述副掃描方向之數值孔徑一致。
  6. 如請求項5之描繪裝置，其中，係設定為將上述第1光學構件之與在上述主掃描方向之折射力對應之焦距設為fC1，將上述第2光學構件的與上述副掃描方向上之折射力對應之焦距設為fC2，將上述第3光學構件之焦距設為fG，以及將上述掃描用光學系統之焦距設為fθ時，滿足如下關係：fG 2/fC1=fθ2/fC2。
  7. 如請求項6之描繪裝置，其進一步具備孔徑光闌，該孔徑光闌將射入上述第1光學構件之上述光束整形為既定直徑之圓形剖面之光束。
  8. 如請求項7之描繪裝置，其中，係設定為投射至上述被照射體上之上述光束之數值孔徑NA與藉由上述孔徑光闌整形後之上述光束之直徑
    Figure 110108326-A0305-02-0049-24
    a，滿足如下關係：
    Figure 110108326-A0305-02-0049-29
  9. 如請求項1至4中任一項之描繪裝置，其中，上述第1光學構件及上述第2光學構件係由具有異向性之折射力之單透鏡構成，上述第3光學構件係由具有等向性之折射力之複數片透鏡構成。
  10. 如請求項1至4中任一項之描繪裝置，其中，上述第1光學構件及上述第2光學構件，包含在與上述光束行進之光路垂直之面內彼此正交之方向之折射力不同之柱面透鏡、複曲面透鏡、及變形透鏡之任一種；上述第3光學構件，包含在與上述光束行進之光路垂直之面內具有等向性之折射力之球面透鏡或非球面透鏡。
  11. 如請求項1至4中任一項之描繪裝置，其中，上述可動偏向構件係具有使上述光束反射之反射面、且該反射面之角度於上述主掃描方向變化之旋轉多面鏡、或擺動反射鏡；上述掃描用光學系統，係被上述可動偏向構件偏向之上述光束之偏向角與投射至上述被照射體上之上述光束之像高位置成正比關係的fθ透鏡系統。
  12. 一種描繪裝置，係一面將被可動偏向構件偏向於第1方向之光束，以掃描用光學系統投射至被照射體上，一面於上述被照射體上沿上述第1方向進行一維掃描，以於上述被照射體描繪圖案，其具備：第1調整光學系統，其包含第1透鏡構件，該第1透鏡構件具有用以使投射至上述可動偏向構件之上述光束在與上述第1方向正交之第2方向收聚之異向性折射力；及第2調整光學系統，其包含第2透鏡構件，該第2透鏡構件具有用以使從上述掃描用光學系統朝向上述被照射體之上述光束在上述第2方向收聚之異向性折射力；將上述光束之波長設為λ，將投射至上述被照射體之上述光束在上述第1方向之數值孔徑設為NAy，將在上述第2方向之數值孔徑設為NAx，將投射至上述被照射體之上述光束在上述第1方向之球面像差設為S1，將在上述第2方向之球面像差設為S2時，上述第1透鏡構件與上述第2透鏡構件，被設定為滿足如下兩個條件之任一者：S1<λ/NAy 2且S2<λ/NAx 2及｜S1-S2｜<λ/NAy 2且｜S1-S2｜<λ/NAx 2。
  13. 如請求項12之描繪裝置，其中，上述第1調整光學系統包含第3透鏡構件，該第3透鏡構件具有使通過上述第1透鏡構件之上述光束射入後投射向上述可動偏向構件之等向性折射力； 上述第1透鏡構件，係配置成在上述第3透鏡構件之前方之位置使上述光束在上述第1方向收聚。
  14. 如請求項13之描繪裝置，其進一步具備發出上述光束之光源裝置；上述第1調整光學系統，進一步包含擴大從上述光源裝置射出之上述光束之直徑的擴束器系統。
  15. 如請求項14之描繪裝置，其中，在上述第1方向之上述球面像差S1，係由上述擴束器系統、上述第1透鏡構件、上述第3透鏡構件、及上述掃描用光學系統產生；在上述第2方向之上述球面像差S2，係由上述擴束器系統、上述第3透鏡構件、上述掃描用光學系統、及上述第2透鏡構件產生。
  16. 一種描繪裝置，係沿被照射體上之主掃描方向一維掃描圖案描繪用之光束，並且使上述被照射體與上述光束在與上述主掃描方向交叉之副掃描方向相對移動，以於上述被照射體描繪圖案，其具備：光束產生裝置，係用以產生上述光束；擴束器，其將來自上述光束產生裝置之上述光束轉換為使光束直徑擴大而成之平行光束；光束偏向構件，係使經上述擴束器轉換後之上述光束射入後，使其向與上述主掃描方向對應之方向一維偏向；掃描用光學系統，係使上述一維偏向後之上述光束射入，並將上述光束之光點聚光於上述被照射體上；第1光學系統，其設置於上述擴束器與上述光束偏向構件之間，包含具有異向性折射力之第1光學元件，上述第1光學系統使經上述擴束器轉換後之上述光束射入，並使投射至上述光束偏向構件上之上述光束在與上述副掃描方向對應 之方向收聚；第2光學系統，其包含具有異向性折射力之第2光學元件，上述第2光學系統使從上述掃描用光學系統射出、朝向上述被照射體之上述光束在上述副掃描方向收聚；及偏移用光學構件，其設置於上述擴束器之光路中，使上述光束之光路往與上述副掃描方向對應之方向偏移。
  17. 如請求項16之描繪裝置，其中，上述擴束器包含使來自上述光束產生裝置之上述光束射入之第1透鏡系統、及將通過該第1透鏡系統之上述光束轉換為平行光束之第2透鏡系統；上述偏移用光學構件，係傾斜角可變地配置於上述第1透鏡系統與上述第2透鏡系統之間的平行板。
  18. 如請求項17之描繪裝置，其進一步具備孔徑光闌，該孔徑光闌配置於上述擴束器之上述第2透鏡系統之後側焦點之位置，將經上述擴束器擴大後之上述光束之強度分佈上之平緩區的強度減弱。
  19. 如請求項18之描繪裝置，其中，上述光束偏向構件具有反射面，該反射面將來自上述擴束器之上述光束反射向上述掃描用光學系統，且在對應上述主掃描方向之方向角度會變化；上述光束偏向構件之上述反射面，在與上述副掃描方向對應之方向，係藉由上述掃描用光學系統及上述第2光學系統配置成與上述被照射體成光學共軛，在與上述主掃描方向對應之方向，則配置在上述掃描用光學系統之前側焦點之位置。
  20. 如請求項19之描繪裝置，其中，上述孔徑光闌之位置，自上述光束偏向構件之上述反射面觀察時，在與上述副掃描方向對應之方向係設定在上述第1光學系統之大致光瞳之位置，在與上述主掃描方向對應之方向則係設定 為藉由上述第1光學系統與上述光束偏向構件之上述反射面之位置或上述掃描用光學系統之前側焦點之位置成光學共軛。
  21. 如請求項20之描繪裝置，其中，上述第1光學系統之上述第1光學元件係僅在與上述主掃描方向對應之方向具有折射力、且使通過上述孔徑光闌之上述光束射入的第1柱面透鏡；上述第2光學系統之上述第2光學元件係僅在與上述副掃描方向對應之方向具有折射力的第2柱面透鏡。
  22. 如請求項21之描繪裝置，其中，上述第1光學系統，包含球面或非球面之透鏡，該球面或非球面之透鏡具有使通過上述第1柱面透鏡之上述光束射入後，朝向上述光束偏向構件之上述反射面射出之等向性折射力。
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