KR102428752B1 - 패턴 묘화 장치 - Google Patents

Abstract

패턴 묘화 장치(EX)는, 광원 장치(LS)로부터의 빔을 복수의 묘화 유닛(Un)의 어느 1개에 선택적으로 공급하기 위해서, 광원 장치(LS)로부터의 빔을 차례로 통과시키도록 배치되며, 전기적인 제어에 의해서 빔을 묘화 유닛(Un)을 향하게 하는 복수의 선택용 광학 부재(OSn)를 가지는 빔 전환부와, 복수의 묘화 유닛(Un) 중 특정의 묘화 유닛(Un)으로부터 기판(P)에 투사되는 빔의 강도를 조정할 때, 특정의 묘화 유닛(Un)에 대응한 빔 강도 조정부의 조정 가능한 범위 내에서 기판(P)에 투사되는 빔의 강도를 조정하고, 특정의 묘화 유닛(Un) 이외의 다른 묘화 유닛(Un) 각각으로부터 기판(P)에 투사되는 빔의 강도를, 특정의 묘화 유닛(Un)으로부터 기판(P)에 투사되는 빔의 강도와 맞추도록, 다른 묘화 유닛(Un)의 각각 대응한 빔 강도 조정부를 제어하는 제어부(250)를 구비한다.

Description

패턴 묘화 장치

본 발명은, 피조사체로서의 기판 상에서 빔의 스폿(spot)을 주사하여, 기판 상에 소정의 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치에 관한 것이다.

종래, 레이저 빔의 스폿 광을 피조사체(가공 대상물)에 투사하고, 또한, 스폿 광을 주사 미러(폴리곤 미러)에 의해서 1차원 방향으로 주(主)주사하면서, 피조사체를 주주사선 방향과 직교한 부(副)주사 방향으로 이동시켜, 피조사체 상에 소망하는 패턴이나 화상(문자, 도형 등)을 형성하기 위해서, 예를 들면, 일본 특허공개 제2008-195019호 공보와 같은 화상 형성 장치(묘화 장치)가 알려져 있다.

일본 특허공개 제2008-195019호 공보에는, 사진 인화지인 감광재 상에 설정되는 복수의 주사 영역(분담 영역) 각각을 레이저 노광부로부터의 노광 빔으로 분담하여 주사하여 감광재 상에 화상을 형성(묘화)할 때, 복수의 레이저 노광부의 온도 변화에 의해서 노광 빔에 의한 노광량이 변동하지 않도록, 미리 구해져 있는 레이저 노광부의 온도 변화와 노광 빔의 강도 변화와의 관계에 근거하여, 레이저 노광부로부터의 노광 빔의 강도를 조정하여, 각 레이저 노광부가 담당하는 주사 영역의 이음매에서의 농도 불균일을 억제하는 것이 개시되어 있다. 일본 특허공개 제2008-195019호 공보의 화상 형성 장치에는, 3개의 레이저 노광부 각각에, 광의 3 원색에 대응한 적, 녹, 청의 각 파장대의 레이저 광을 출력하는 3개의 레이저 광원과, 3개의 레이저 광원 각각으로부터의 적색 레이저 광, 녹색 레이저 광, 청색 레이저 광의 강도를 화상 데이터에 따라 개별적으로 변조하는 3개의 음향 광학 변조 소자(AOM)와, 3개의 AOM 각각으로부터의 3개의 레이저 광을 1개에 중첩하는 하프 미러와, 중첩된 1개의 레이저 광을 주사하는 회전 폴리곤 미러와, 폴리곤 미러에 의해 주사되는 레이저 광을 감광재 상에서 등속 주사하기 위한 fθ 렌즈 등이 마련되어 있다.

일본 특허공개 제2008-195019호 공보에서는, 레이저 광원이나 AOM를 온조(溫調)부에 의해서 온도 제어하고 있는데, 온도가 설정 온도에 대해서 0.1℃ 이상 변화하면 노광량이 변화한다고 하여, 레이저 광원으로부터의 레이저 광을 화상 데이터에 따라 변조하는 AOM의 변조 레벨을, 온도 센서에서 측정되는 온도 변화에 따라 보정하도록 하고 있다. 즉, 일본 특허공개 제2008-195019호 공보에서는, 케이스 내의 온도가 설정 온도로부터 다소 벗어나, 원래의 온도로 돌아오는 동안에 생길 수 있는 온조 제어 상의 지연이나, 오버 슛 현상이 있었다고 해도, 각 레이저 노광부에서의 노광량의 변동을 AOM의 변조 레벨의 조정으로 보정하여, 감광재 상에서의 분담 영역의 경계에서의 불연속인 노광량의 차이에 의한 농도 불균일을 억제하고 있다.

본 발명의 제1 양태는, 광원 장치로부터의 빔을 주사 부재에 의해서 기판 상에서 주사하여 패턴을 묘화하는 복수의 묘화 유닛에 의해서, 상기 기판 상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 광원 장치로부터의 빔을 상기 복수의 묘화 유닛 중 어느 1개에 선택적으로 공급하기 위해서, 상기 광원 장치로부터의 빔을 차례로 통과시키도록 배치되며, 전기적인 제어에 의해서 상기 빔을 상기 묘화 유닛을 향하게 하는 복수의 선택용 광학 부재를 가지는 빔 전환부와, 상기 복수의 묘화 유닛 중 특정의 묘화 유닛으로부터 상기 기판에 투사되는 빔의 강도를 조정할 때, 상기 특정의 묘화 유닛에 대응한 빔 강도 조정부의 조정 가능한 범위 내에서 상기 기판에 투사되는 빔의 강도를 조정하고, 상기 특정의 묘화 유닛 이외의 다른 묘화 유닛 각각으로부터 상기 기판에 투사되는 빔의 강도를, 상기 특정의 묘화 유닛으로부터 상기 기판에 투사되는 빔의 강도와 맞추도록, 상기 다른 묘화 유닛의 각각 대응한 상기 빔 강도 조정부를 제어하는 제어부를 구비한다.

본 발명의 제2 양태는, 광원 장치로부터의 빔을 주사 부재에 의해서 기판 상에서 주사하여 패턴을 묘화하는 복수의 묘화 유닛에 의해서, 상기 기판 상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 광원 장치로부터의 빔을 상기 복수의 묘화 유닛 중 어느 1개에 선택적으로 공급하기 위해서, 상기 광원 장치로부터의 빔을 차례로 통과시키도록 배치되며, 전기적인 제어에 의해서 상기 빔을 상기 묘화 유닛을 향하게 하는 복수의 선택용 광학 부재를 가지는 빔 전환부와, 상기 복수의 묘화 유닛 각각에 대응하여 마련되며, 상기 기판에 투사되는 빔의 강도를 소정의 범위에서 조정 가능한 복수의 빔 강도 조정부와, 상기 복수의 선택용 광학 부재 중, 상기 광원 장치로부터의 상기 빔을 최후에 입사시키는 상기 선택용 광학 부재에 의해 선택되어 상기 묘화 유닛을 거쳐 상기 기판에 투사되는 빔의 강도의 조정 가능한 범위에 근거하여, 상기 복수의 묘화 유닛 각각으로부터 상기 기판에 투사되는 빔의 강도를 맞추도록 상기 복수의 빔 강도 조정부를 제어하는 제어부를 구비한다.

본 발명의 제3 양태는, 주사 부재에 의해 광원 장치로부터의 빔을 기판 상에서 주사하여 패턴을 묘화하는 복수의 묘화 유닛에 의해서, 상기 기판에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 광원 장치로부터의 빔을 상기 묘화 유닛을 향하게 편향하기 위한 전기 광학적인 선택용 광학 부재가 상기 복수의 묘화 유닛 각각에 대응하여 마련되며, 상기 광원 장치로부터의 빔을 복수의 상기 선택용 광학 부재 각각에 차례로 통과시키도록 도광(導光)하는 복수의 광학 소자를 가지는 빔 전환부와, 상기 광원 장치로부터의 빔을 상기 복수의 묘화 유닛 중 1개에 선택적으로 공급하도록, 상기 복수의 선택용 광학 부재 중 1개에 편향을 위한 구동 신호를 주는 전환 제어부와, 상기 복수의 선택용 광학 부재 중 상기 구동 신호가 주어진 상기 선택용 광학 부재를 투과한 비편향 상태의 빔의 강도를 검출하여, 상기 복수의 묘화 유닛 각각에 공급되는 상기 빔의 강도를 계측하는 빔 강도 계측부를 구비한다.

본 발명의 제4 양태는, 주사 부재에 의해 광원 장치로부터의 빔을 기판 상에서 주사하여 패턴을 묘화하는 복수의 묘화 유닛에 의해서, 상기 기판에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서, 상기 광원 장치로부터의 빔을 상기 묘화 유닛을 향하게 편향하기 위한 음향 광학 변조 소자가 상기 복수의 묘화 유닛 각각에 대응하여 마련되며, 상기 광원 장치로부터의 빔을 복수의 상기 음향 광학 변조 소자 각각에 차례로 통과시키도록 도광하는 복수의 광학 소자를 가지는 빔 전환부와, 상기 광원 장치로부터의 빔을 상기 복수의 묘화 유닛 중 1개에 차례로 공급하도록, 상기 복수의 음향 광학 변조 소자 중 1개를 편향 상태로 전환하는 제어부와, 상기 복수의 음향 광학 변조 소자 중 편향 상태로 되어 있는 상기 음향 광학 변조 소자를 투과한 비편향 상태의 빔의 강도를 검출하여, 상기 복수의 묘화 유닛 각각에 공급되는 상기 빔의 강도를 계측하는 빔 강도 계측부를 구비한다.

도 1은 제1 실시 형태에 의한 패턴 묘화 장치의 개략적인 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 패턴 묘화 장치에 탑재되는 묘화 유닛의 구체적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 선택용 광학 소자와 입사 미러의 구체적인 광학 배치를 나타내는 도면이다.
도 4는 광원 장치로부터의 빔을 6개의 묘화 유닛 중 어느 1개에 선택적으로 배분하기 위한 빔 전환부와 묘화 제어 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 묘화 제어 장치 내에 마련되는 강도 조정 제어부나 드라이브 회로 등의 접속 관계를 설명하는 도면이다.
도 6은 선택용 광학 소자에 인가되는 구동 신호의 RF 전력의 변화에 의한 회절 효율의 변화 특성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7은 묘화 유닛 각각에 공급되는 빔의 강도와, 그 빔의 강도를 조정하는 선택용 광학 소자에서의 조정 가능 범위와의 관계의 일례를 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 8은 광원 장치로부터의 빔의 진행 방향을 따라서 직렬로 늘어 놓여진 복수의 선택용 광학 소자 각각의 효율과 투과율에 의한 영향을 모식적으로 설명하는 도면이다.

본 발명의 양태에 관한 패턴 묘화 장치에 대해서, 바람직한 실시 형태를 들어 첨부의 도면을 참조하면서 이하, 상세하게 설명한다. 또한 본 발명의 양태는, 이들 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변경 또는 개량을 가한 것도 포함된다. 즉, 이하에 기재한 구성요소에는, 당업자가 용이하게 생각할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되며, 이하에 기재한 구성요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성요소의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.

[제1 실시 형태]

도 1은, 제1 실시 형태의 기판(피조사체)(P)에 노광 처리를 실시하는 패턴 묘화 장치(이하, '노광 장치'라고도 함)(EX)의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.또한 이하의 설명에 있어서는, 특별히 언급하지 않는 한, 중력 방향을 Z방향으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 도면에 나타내는 화살표에 따라서, X방향, Y방향, 및 Z방향을 설명한다.

패턴 묘화 장치(EX)는, 기판(P)에 소정의 처리(노광 처리 등)를 실시하여, 전자 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 시스템에서 사용되는 기판 처리 장치이다. 디바이스 제조 시스템은, 예를 들면, 전자 디바이스로서의 플렉서블·디스플레이, 필름 모양의 터치 패널, 액정 표시 패널용의 필름 모양의 칼라 필터, 플렉서블 배선, 또는 플렉서블·센서 등을 제조하는 제조 라인이 구축된 제조 시스템이다. 이하, 전자 디바이스로서 플렉서블·디스플레이를 전제로 하여 설명한다. 플렉서블·디스플레이로서는, 예를 들면, 유기 EL디스플레이, 액정 디스플레이 등이 있다. 디바이스 제조 시스템은, 플렉서블(가요성)의 시트 모양의 기판(시트 기판)(P)을 롤 모양으로 감은 도시하지 않는 공급 롤로부터 기판(P)이 송출되고, 송출된 기판(P)에 대해서 각종 처리를 연속적으로 실시한 후, 각종 처리 후의 기판(P)을 도시하지 않는 회수 롤에 의해 권취하는, 이른바, 롤·투·롤(Roll　To　Roll) 방식의 생산 방식을 가진다. 그 때문에, 각종 처리 후의 기판(P)은, 복수의 디바이스(표시 패널)가 기판(P)의 반송 방향으로 연속한 상태로 배열되는 다면취(多面取)용의 기판으로 되어 있다. 공급 롤로부터 공급된 기판(P)은, 순차적으로, 전(前) 공정의 프로세스 장치, 패턴 묘화 장치(EX), 및 후(後) 공정의 프로세스 장치를 통과하여 각종 처리가 실시되고, 회수 롤에 의해 권취된다. 기판(P)은, 기판(P)의 이동 방향(반송 방향)이 긴 길이 방향(장척(長尺) 방향)되고, 폭방향이 짧은 길이 방향(단척(短尺) 방향)이 되는 띠모양의 형상을 가진다.

기판(P)은, 예를 들면, 수지 필름, 혹은 스테인레스강 등의 금속 또는 합금으로 이루어지는 박(포일) 등이 이용된다. 수지 필름의 재질로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리염화비닐 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지, 폴리스티렌 수지, 및 아세트산 비닐 수지 중, 적어도 1개 이상을 포함한 것을 이용해도 된다. 또한, 기판(P)의 두께나 강성(영률(Young's Modulus)은, 디바이스 제조 시스템이나 패턴 묘화 장치(EX)의 반송로를 통과할 때에, 기판(P)에 좌굴에 의한 접힌 자국이나 비가역적인 주름이 생기지 않는 범위이면 된다. 기판(P)의 모재로서 두께가 25㎛~200㎛ 정도의 PET(폴리에틸렌 테레프 탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프타레이트) 등의 필름은, 적합한 시트 기판의 전형이다.

기판(P)은, 디바이스 제조 시스템 내에서 실시되는 각 처리에 있어서 열을 받는 경우가 있기 때문에, 열팽창 계수가 현저하게 크지 않은 재질의 기판(P)을 선정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 무기 필러를 수지 필름에 혼합하는 것에 의해서 열팽창 계수를 억제할 수 있다. 무기 필러는, 예를 들면, 산화 티탄, 산화 아연, 알루미나, 또는 산화 규소 등이라도 좋다. 또한, 기판(P)은, 플로트법 등에서 제조된 두께 100㎛ 정도의 극박(極薄) 유리의 단층체라도 되고, 이 극박 유리에 상기의 수지 필름, 박 등을 접합한 적층체라도 된다.

그런데, 기판(P)의 가요성(flexibility)이란, 기판(P)에 자중 정도의 힘을 가해도 전단하거나 파단하거나 하지 않고, 그 기판(P)을 휘게 하는 것이 가능한 성질을 말한다. 또한, 자중 정도의 힘에 의해서 굴곡하는 성질도 가요성에 포함된다. 또한, 기판(P)의 재질, 크기, 두께, 기판(P) 상에 성막되는 층 구조, 온도, 또는, 습도 등의 환경 등에 따라서, 가요성의 정도는 변화한다. 어쨌든, 디바이스 제조 시스템(패턴 묘화 장치(EX)) 내의 반송로에 마련되는 각종의 반송용 롤러, 회전 드럼등의 반송 방향 전환용의 부재에 기판(P)을 올바르게 감았을 경우에, 좌굴되어 접힌 자국이 생기거나 파손(깨짐이나 균열이 발생)하거나 하지 않고, 기판(P)을 매끄럽게 반송할 수 있으면, 가요성의 범위라고 할 수 있다.

　전(前) 공정의 프로세스 장치(단일의 처리부 또는 복수의 처리부를 포함함)는, 공급 롤로부터 공급되어 온 기판(P)을 패턴 묘화 장치(EX)를 향해서 소정의 속도로 장척 방향을 따라서 반송하면서, 패턴 묘화 장치(EX)로 공급되는 기판(P)에 대해서 전(前) 공정의 처리를 행한다. 그 전(前) 공정의 처리에 의해, 패턴 묘화 장치(EX)로 공급되어 오는 기판(P)은, 그 표면에 감광성 기능층(광 감응층)이 형성된 기판(감광 기판)으로 되어 있다.

이 감광성 기능층은, 용액으로서 기판(P) 상에 도포되고, 건조하는 것에 의해서 층(막)이 된다. 감광성 기능층의 전형적인 것은 포토레지스트(photoresist)(액(液) 모양 또는 드라이 필름 모양)이지만, 현상 처리가 불필요한 재료로서, 자외선의 조사를 받은 부분의 친발액성이 개질되는 감광성 실란 커플링제(SAM), 혹은 자외선의 조사를 받은 부분에 도금 환원기가 드러나는 감광성 환원제 등이 있다. 감광성 기능층으로서 감광성 실란 커플링제를 이용하는 경우는, 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분이 발액성으로부터 친액성으로 개질된다. 그 때문에, 친액성이 된 부분 위에 도전성 잉크(은이나 동 등의 도전성 나노 입자를 함유하는 잉크) 또는 반도체 재료를 함유한 액체 등을 선택 도포함으로써, 박막 트랜지스터(TFT) 등을 구성하는 전극, 반도체, 절연, 혹은 접속용의 배선이 되는 패턴층을 형성할 수 있다. 감광성 기능층으로서 감광성 환원제를 이용하는 경우는, 기판(P) 상의 자외선에 의해 노광된 패턴 부분에 도금 환원기가 드러난다. 그 때문에, 노광 후, 기판(P)을 즉시 팔라듐 이온 등을 포함한 도금액 중에 일정 시간 침지함으로써, 팔라듐에 의한 패턴층이 형성(석출)된다. 이러한 도금 처리는 애더티브(additive)인 프로세스이지만, 그 외, 서브트랙티브(subtractive)인 프로세스로서의 에칭 처리를 전제로 해도 된다. 그 경우, 패턴 묘화 장치(EX)로 공급되는 기판(P)은, 모재를 PET나 PEN로 하고, 그 표면에 알루미늄(Al)이나 동(Cu) 등의 금속성 박막을 전면(全面)에 또는 선택적으로 증착하고, 그 위에 포토레지스트층을 더 적층한 것으로 하는 것이 좋다.

패턴 묘화 장치(EX)는, 전(前) 공정의 프로세스 장치로부터 반송되어 온 기판(P)을 후(後) 공정의 프로세스 장치(단일의 처리부 또는 복수의 처리부를 포함함)를 향해서 소정의 속도로 반송하면서, 기판(P)에 대해서 노광 처리를 행하는 처리 장치이다. 패턴 묘화 장치(EX)는, 기판(P)의 표면(감광성 기능층의 표면, 즉, 감광면)에, 전자 디바이스용의 패턴(예를 들면, 전자 디바이스를 구성하는 TFT의 전극이나 배선 등의 패턴)에 따른 광 패턴을 조사한다. 이것에 의해, 감광성 기능층에 상기 패턴에 대응한 잠상(潛像)(개질부)이 형성된다.

본 실시 형태에 있어서, 패턴 묘화 장치(EX)는, 도 1에 나타내는 것과 같이 마스크를 이용하지 않는 직묘 방식의 노광 장치, 이른바 스폿 주사 방식의 노광 장치(묘화 장치)이다. 노광 장치(EX)는, 부주사를 위해서 기판(P)을 지지하여 장척 방향으로 반송하는 회전 드럼(DR)과, 회전 드럼(DR)에 의해 원통면 모양으로 지지된 기판(P)의 부분마다 패턴 노광을 행하는 복수(여기에서는 6개)의 묘화 유닛(Un(U1~U6))를 구비하며, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각은, 노광용의 펄스 모양의 빔(LB)(펄스 빔)의 스폿 광(SP)을, 기판(P)의 피조사면(감광면) 상에서 소정의 주사 방향(Y방향)으로 폴리곤 미러(주사 부재)에 의해 1차원으로 주사(주주사)하면서, 스폿 광(SP)의 강도를 패턴 데이터(묘화 데이터, 패턴 정보)에 따라 고속으로 변조(온/오프)한다. 이것에 의해, 기판(P)의 피조사면에 전자 디바이스, 회로 또는 배선 등의 소정의 패턴에 따른 광 패턴이 묘화 노광된다. 즉, 기판(P)의 부주사와 스폿 광(SP)의 주주사에 의해, 스폿 광(SP)이 기판(P)의 피조사면(감광성 기능층의 표면) 상에서 상대적으로 2차원 주사되어, 기판(P)의 피조사면에 소정의 패턴이 묘화 노광된다. 또한, 기판(P)은, 장척 방향을 따라서 반송되고 있으므로, 노광 장치(EX)에 의해서 패턴이 노광되는 피노광 영역은, 기판(P)의 장척 방향을 따라서 소정의 간격을 두고 복수 마련되는 것이 된다. 이 피노광 영역에 전자 디바이스가 형성되므로, 피노광 영역은 디바이스 형성 영역이기도 하다.

도 1에 나타내는 것과 같이, 회전 드럼(DR)은, Y방향으로 연장됨과 아울러 중력이 작용하는 방향과 교차한 방향으로 연장된 중심축(AXo)과, 중심축(AXo)으로부터 일정 반경의 원통 모양의 외주면을 가진다. 회전 드럼(DR)은, 이 외주면(원주면)에 따라서 기판(P)의 일부를 장척 방향으로 원통면 모양으로 만곡시켜 지지(유지)하면서, 중심축(AXo)을 중심으로 회전하여 기판(P)을 장척 방향으로 반송한다. 회전 드럼(DR)은, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각으로부터의 빔(LB)(스폿 광(SP))이 투사되는 기판(P) 상의 영역(부분)을 그 외주면에 의해 지지한다. 회전 드럼(DR)은, 전자 디바이스가 형성되는 면(감광면이 형성된 측의 면)과는 반대측의 면(이면)측으로부터 기판(P)을 지지(밀착 유지)한다. 또한 회전 드럼(DR)의 Y방향의 양측에는, 회전 드럼(DR)을 중심축(AXo)의 둘레로 회전시키도록 베어링에 의해 지지되는 도시하지 않은 샤프트가 마련된다. 그 샤프트에는, 도시하지 않은 회전 구동원(예를 들면, 모터나 감속 기구 등)으로부터의 회전 토크가 주어지고, 회전 드럼(DR)은 중심축(AXo) 둘레로 일정한 회전 속도로 회전한다.

광원 장치(펄스 광원 장치)(LS)는, 펄스 모양의 빔(펄스 빔, 펄스 광, 레이저)(LB)을 발생하여 사출한다. 이 빔(LB)은, 기판(P)의 감광층에 대한 감도를 가지며, 370㎚ 이하의 파장 대역에 피크 파장을 가지는 자외선 광이다. 광원 장치(LS)는, 여기에서는 도시하지 않은 묘화 제어 장치(200)(도 4에서 설명함)의 제어에 따라서, 주파수(발진 주파수, 소정 주파수) Fa로 펄스 모양으로 발광하는 빔(LB)을 사출한다. 이 광원 장치(LS)는, 적외 파장역의 펄스 광을 발생하는 반도체 레이저 소자, 섬유 증폭기, 및 증폭된 적외 파장역의 펄스 광을 자외 파장역의 펄스 광으로 변환하는 파장 변환 소자(고조파 발생 소자) 등으로 구성되는 파이버 앰프 레이저 광원으로 한다. 이와 같이 광원 장치(LS)을 구성함으로써, 발진 주파수 Fa가 수백 MHz에서, 1펄스 광의 발광 시간이 수십 피코초 이하의 고휘도인 자외선의 펄스 광이 얻어진다. 또한 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)은, 그 빔 지름이 1㎜ 정도, 혹은 그것 이하의 가는 평행 광속으로 되어 있는 것으로 한다. 광원 장치(LS)를 파이버 앰프 레이저 광원으로 하고, 묘화 데이터를 구성하는 화소의 상태(논리값으로 「0」이나 「1」)에 따라 빔(LB)의 펄스 발생을 고속으로 온/오프하는 구성에 대해서는, 예를 들면, 국제 공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있다.

광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)은, 복수의 스위칭 소자로서의 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))와, 복수의 반사 미러(M1~M12)와, 복수의 입사 미러(IMn(IM1~IM6))와, 흡수체(TR) 등으로 구성되는 빔 전환부를 거쳐, 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 선택적(택일적)으로 공급된다. 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))는, 빔(LB)에 대해서 투과성을 가지는 것으로, 초음파 신호로 구동되어, 입사한 빔(LB)의 1차 회절광을 묘화용 빔(LBn)으로서 소정의 각도로 편향하여 사출하는 음향 광학 변조 소자(음향 광학 편향 소자)(AOM：Acousto-Optic Modulator)로 구성된다. 복수의 선택용 광학 소자(OSn) 및 복수의 입사 미러(IMn)는, 복수의 묘화 유닛(Un) 각각에 대응하여 마련되어 있다. 예를 들면, 선택용 광학 소자(OS1)와 입사 미러(IM1)는, 묘화 유닛(U1)에 대응하여 마련되며, 마찬가지로 선택용 광학 소자(OS2~OS6) 및 입사 미러(IM2~IM6)는, 각각 묘화 유닛(U2~U6)에 대응하여 마련되어 있다.

광원 장치(LS)로부터 빔(LB)은, 반사 미러(M1~M12)에 의해서 그 광로가 XY면과 평행한 면 내에서 구불 구불한 모양으로 꺽여져, 흡수체(TR)까지 안내된다. 이하, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))가 모두 오프 상태(초음파 신호가 인가되지 않아, 1차 회절광이 발생하고 있지 않는 상태)의 경우로 상세하게 설명한다. 또한 도 1에서는 도시를 생략했지만, 반사 미러(M1)로부터 흡수체(TR)까지의 빔 광로 중에는 복수의 렌즈(광학 소자)가 마련되며, 이 복수의 렌즈는, 빔(LB)을 평행 광속으로부터 수렴하거나, 수렴 후에 발산하는 빔(LB)을 평행 광속으로 되돌리거나 한다. 그 구성은 후에 도 3을 이용하여 설명한다.

도 1에 있어서, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은, X축과 평행하게 -X방향으로 진행하여 반사 미러(M1)에 입사한다. 반사 미러(M1)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M2)에 입사한다. 반사 미러(M2)에서 +X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS5)를 직선적으로 투과하여 반사 미러(M3)에 이른다. 반사 미러(M3)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M4)에 입사한다. 반사 미러(M4)에서 -X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS6)를 직선적으로 투과하여 반사 미러(M5)에 이른다. 반사 미러(M5)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M6)에 입사한다. 반사 미러(M6)에서 +X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS3)를 직선적으로 투과하여 반사 미러(M7)에 이른다. 반사 미러(M7)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M8)에 입사한다. 반사 미러(M8)에서 -X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS4)를 직선적으로 투과하여 반사 미러(M9)에 이른다. 반사 미러(M9)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은 반사 미러(M10)에 입사한다. 반사 미러(M10)에서 +X방향으로 반사된 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS1)를 직선적으로 투과하여 반사 미러(M11)에 이른다. 반사 미러(M11)에서 -Y방향으로 반사된 빔(LB)은, 반사 미러(M12)에 입사한다. 반사 미러(M12)에서 -X방향으로 반사한 빔(LB)은, 선택용 광학 소자(OS2)를 직선적으로 투과하여 흡수체(TR)로 안내된다. 이 흡수체(TR)는, 빔(LB)의 외부로의 누설을 억제하기 위해서 빔(LB)을 흡수하는 광 트랩이다.

각 선택용 광학 소자(OSn)는, 초음파 신호(고주파 신호)가 인가되면, 입사한 빔(0차 광)(LB)을, 고주파의 주파수에 따른 회절각으로 회절시킨 1차 회절광을 사출 빔(묘화용 빔(LBn))으로서 발생시키는 것이다. 따라서, 선택용 광학 소자(OS1)로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB1이 되며, 마찬가지로 선택용 광학 소자(OS2~OS6)로부터 1차 회절광으로서 사출되는 빔이 LB2~LB6이 된다. 이와 같이, 각 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 광로를 편향하는 기능을 발휘한다. 본 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))가 온 상태가 되어 1차 회절광으로서의 빔(LBn(LB1~LB6))을 발생하고 있는 상태인 경우를, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))가 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 편향(또는 선택)한 상태로서 설명한다. 단, 실제의 음향 광학 변조 소자는, 1차 회절광의 최대의 발생 효율이 0차 광의 80% 정도이기 때문에, 선택용 광학 소자(OSn) 각각으로 편향된 빔(LBn(LB1~LB6))은, 원래의 빔(LB)의 강도보다 저하되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 중 선택된 1개만이 일정 시간만 온 상태가 되도록, 묘화 제어 장치(200)(도 4 참조)에 의해서 제어된다. 선택된 1개의 선택용 광학 소자(OSn)가 온 상태 때, 그 선택용 광학 소자(OSn)에 의해 회절되지 않고 직진 하는 0차 광이 20% 정도 잔존하지만, 그것은 최종적으로 흡수체(TR)에 의해서 흡수된다.

선택용 광학 소자(OSn) 각각은, 편향된 1차 회절광인 묘화용 빔(LBn(LB1~LB6))을, 입사하는 빔(LB)에 대해서 -Z방향으로 편향하도록 설치된다. 선택용 광학 소자(OSn) 각각에 의해 편향되어 사출하는 빔(LBn(LB1~LB6))은, 선택용 광학 소자(OSn) 각각으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 마련되 입사 미러(IMn(IM1~IM6))에 투사된다. 각 입사 미러(IMn)는, 입사한 빔(LBn(LB1~LB6))을 -Z방향으로 반사함으로써, 빔(LBn(LB1~LB6))을 각각 대응하는 묘화 유닛(Un(U1~U6))으로 안내한다.

각 선택용 광학 소자(OSn)의 구성, 기능, 작용 등은 서로 동일한 것을 이용해도 된다. 복수의 선택용 광학 소자(OSn) 각각은, 묘화 제어 장치(200)로부터의 구동 신호(초음파 신호)의 온/오프에 따라서, 입사한 빔(LB)을 회절시킨 회절광(빔(LBn))의 발생을 온/오프한다. 예를 들면, 선택용 광학 소자(OS5)는, 묘화 제어 장치(200)로부터의 구동 신호(고주파 신호)가 인가되지 않고 오프 상태일 때, 입사한 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 편향(회절)시키지 않고 투과한다. 따라서, 선택용 광학 소자(OS5)를 투과한 빔(LB)은, 반사 미러(M3)에 입사한다. 한편, 선택용 광학 소자(OS5)가 온 상태일 때, 입사한 빔(LB)을 편향(회절)시켜 입사 미러(IM5)로 향하게 한다. 즉, 이 구동 신호의 온/오프에 의해서 선택용 광학 소자(OS5)에 의한 스위칭(빔 선택) 동작이 제어된다. 이와 같이 하여, 각 선택용 광학 소자(OSn)의 스위칭 동작에 의해, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 어느 1개의 묘화 유닛(Un)로 안내할 수 있고, 또한, 빔(LBn)이 입사하는 묘화 유닛(Un)을 전환할 수 있다. 이와 같이, 복수의 선택용 광학 소자(OSn)를 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이 차례로 통과하도록 직렬(시리얼)로 배치하여, 대응하는 묘화 유닛(Un)에 시분할로 빔(LBn)을 공급하는 구성에 대해서는, 국제 공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있다.

빔 전환부를 구성하는 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각이 일정 시간만 온 상태가 되는 순번은, 예를 들면, OS1→OS2→OS3→OS4→OS5→OS6→OS1→…와 같이, 미리 정해져 있다. 이 순번은, 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 설정되는 스폿 광에 의한 주사 개시 타이밍의 순번에 의해서 정해진다. 즉, 본 실시 형태에서는, 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 마련되는 폴리곤 미러의 회전 속도의 동기와 함께, 회전 각도의 위상도 동기시킴으로써, 묘화 유닛(U1~U6) 중 어느 1개에 있어서의 폴리곤 미러의 1개의 반사면이, 기판(P) 상에서 1회의 스폿 주사를 행하도록, 시분할로 전환할 수 있다. 그 때문에, 묘화 유닛(Un) 각각의 폴리곤 미러의 회전 각도의 위상이 소정의 관계로 동기한 상태이면, 묘화 유닛(Un)의 스폿 주사의 순번 등은 어떤 것이라도 된다. 도 1의 구성에서는, 기판(P)의 반송 방향(회전 드럼(DR)의 외주면이 둘레 방향으로 이동하는 방향)의 상류측에 3개의 묘화 유닛(U1, U3, U5)이 Y방향으로 늘어 놓여 배치되며, 기판(P)의 반송 방향의 하류측에 3개의 묘화 유닛(U2, U4, U6)이 Y방향으로 늘어 놓여 배치된다.

이 경우, 기판(P)으로의 패턴 묘화는, 상류측의 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)으로부터 개시되고, 기판(P)이 일정 길이 보내어지면, 하류측의 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)도 패턴 묘화를 개시하게 되므로, 묘화 유닛(Un)의 스폿 주사의 순번을, U1→U3→U5→U2→U4→U6→U1→…로 설정할 수 있다. 그 때문에, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각이 일정 시간만 온 상태가 되는 순번은, OS1→OS3→OS5→OS2→OS4→OS6→OS1→…과 같이 정해져 있다. 또한 묘화해야 할 패턴이 없는 묘화 유닛(Un)에 대응한 선택용 광학 소자(OSn)가 온 상태가 되는 순번일 때라도, 그 선택용 광학 소자(OSn)의 온/오프의 전환 제어를 묘화 데이터에 근거하여 행하는 것에 의해서, 그 선택용 광학 소자(OSn)는 강제적으로 오프 상태로 유지되므로, 그 묘화 유닛(Un)에 의한 스폿 주사는 행해지지 않는다.

도 1에 나타내는 것과 같이, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에는, 입사하여 온 빔(LB1~LB6)을 주주사하기 위한 폴리곤 미러(PM)가 마련된다. 본 실시 형태에서는, 각 묘화 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM) 각각이, 동일한 회전 속도로 정밀하게 회전하면서, 서로 일정한 회전 각도 위상을 유지하도록 동기 제어된다. 이것에 의해서, 묘화 유닛(U1~U6) 각각으로부터 기판(P)에 투사되는 빔(LB1~LB6) 각각의 주주사의 타이밍(스폿 광(SP)의 주주사 기간)을, 서로 중복되지 않게 설정할 수 있다. 따라서, 빔 전환부에 마련된 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프의 전환을, 6개의 폴리곤 미러(PM) 각각의 회전 각도 위치에 동기하여 제어함으로써, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 복수의 묘화 유닛(Un) 각각에 시분할로 배분한 효율적인 노광 처리를 할 수 있다.

6개의 폴리곤 미러(PM) 각각의 회전 각도의 위상 맞춤과 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프의 전환 타이밍의 동기 제어에 대해서는, 국제 공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있지만, 8면 폴리곤 미러(PM)의 경우, 주사 효율로서 1개의 반사면분의 회전 각도(45도) 중 1/3 정도가, 기판(P) 상에서의 스폿 광(SP)의 1주사에 대응하므로, 6개의 폴리곤 미러(PM)를 상대적으로 15도씩 회전 각도의 위상을 늦추어 회전시킴과 아울러, 각 폴리곤 미러(PM)가 8개의 반사면을 1면 건너 뛰기로 빔(LBn)을 주사하도록 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각의 온/오프의 전환이 제어된다. 이와 같이, 폴리곤 미러(PM)의 반사면을 1면 건너 뛰기를 사용한 묘화 방식에 대해서도, 국제 공개 제2015/166910호 팜플렛에 개시되어 있다.

도 1에 나타내는 것과 같이, 노광 장치(EX)는, 동일 구성의 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))을 배열한, 이른바 멀티 헤드형의 직묘 노광 장치로 되어 있다. 묘화 유닛(Un) 각각은, 회전 드럼(DR)의 외주면(원주면)에 의해 지지되어 있는 기판(P)의 Y방향으로 구획된 부분 영역마다 패턴을 묘화한다. 각 묘화 유닛(Un(U1~U6))은, 빔 전환부로부터의 빔(LBn)을 기판(P) 상(기판(P)의 피조사면 상)에 투사하면서, 기판(P) 상에서 빔(LBn)을 집광(수렴)한다. 이것에 의해, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))은 스폿 광(SP)으로 된다. 또한, 각 묘화 유닛(Un)의 폴리곤 미러(PM)의 회전에 의해서, 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))의 스폿 광(SP)은 주주사 방향(Y방향)으로 주사된다. 이 스폿 광(SP)의 주사에 의해서, 기판(P) 상에, 1 라인분의 패턴의 묘화를 위한 직선적인 묘화 라인(주사 라인)(SLn)(또한, n=1, 2,…, 6)이 규정된다. 묘화 라인(SLn)은, 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 기판(P) 상에 있어서의 주사 궤적이기도 하다.

묘화 유닛(U1)은, 스폿 광(SP)을 묘화 라인(SL1)을 따라서 주사하고, 마찬가지로 묘화 유닛(U2~U6)은, 스폿 광(SP)을 묘화 라인(SL2~SL6)을 따라서 주사한다.도 1에 나타내는 것과 같이, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))의 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))은, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 포함하며 YZ면과 평행한 중심면을 사이에 두고, 회전 드럼(DR)의 둘레 방향으로 2열로 지그재극 배열로 배치된다. 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)은, 중심면에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 상류측(-X방향측)의 기판(P)의 피조사면 상에 위치하고, 또한, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)은 중심면에 대해서 기판(P)의 반송 방향의 하류측(+X방향측)의 기판(P)의 피조사면 상에 위치하고, 또한, Y방향을 따라서 소정의 간격만큼 떨어져 1열로 배치되어 있다. 그 때문에, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))도, 중심면을 사이에 두고 기판(P)의 반송 방향으로 2열로 지그재그 배열로 배치되며, 홀수번의 묘화 유닛(U1, U3, U5)과 짝수번의 묘화 유닛(U2, U4, U6)은, XZ평면 내에서 보면, 중심면에 대해서 대칭으로 마련되어 있다.

X방향(기판(P)의 반송 방향, 혹은 부주사 방향)에 관해서는, 홀수번의 묘화 라인(SL1, SL3, SL5)과 짝수번의 묘화 라인(SL2, SL4, SL6)가 서로 이간(離間)하고 있지만, Y방향(기판(P)의 폭방향, 주주사 방향)에 관해서는 서로 분리되지 않고 이어 맞춤되도록 설정되어 있다. 묘화 라인(SL1~SL6)은, 기판(P)의 폭방향, 즉, 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)과 대략 병행하게 되어 있다. 또한 묘화 라인(SLn)을 Y방향으로 이어 맞춤한다는 것은, Y방향으로 서로 이웃한 묘화 라인(SLn) 각각에 의해 묘화되는 패턴이 기판(P) 상에서 Y방향으로 이어 맞춤되도록, 묘화 라인(SLn)의 단부끼리의 Y방향의 위치를 인접 또는 일부 중복시키는 관계로 하는 것을 의미한다. 묘화 라인(SLn)의 단부끼리를 중복시키는 경우는, 예를 들면, 각 묘화 라인(SLn)의 길이에 대해서, 묘화 개시점, 또는 묘화 종료점을 포함하여 Y방향으로 수% 이하의 범위에서 중복시키면 된다.

이와 같이, 복수의 묘화 유닛(Un(U1~U6))은, 모두에 의해서 기판(P) 상의 노광 영역의 폭방향의 치수를 커버하도록, Y방향의 주사 영역(주주사 범위의 구획)을 분담하고 있다. 예를 들면, 1개의 묘화 유닛(Un)에 의한 Y방향의 주주사 범위(묘화 라인(SLn)의 길이)를 30~60㎜ 정도로 하면, 합계 6개의 묘화 유닛(U1~U6)을 Y방향으로 배치하는 것에 의해서, 묘화 가능한 노광 영역의 Y방향의 폭을 180~360㎜정도까지 넓히고 있다. 또한 각 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 길이(묘화 범위의 길이)는, 원칙적으로 동일하게 한다. 즉, 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 따라서 주사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 주사 거리는, 원칙적으로 동일하게 한다.

본 실시 형태의 경우, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이, 수십 피코초 이하의 발광 시간의 펄스 광인 경우, 주주사의 동안에 묘화 라인(SLn) 상에 투사되는 스폿 광(SP)은, 빔(LB)의 발진 주파수 Fa(예를 들면, 400 MHz)에 따라 이산적으로 된다. 그 때문에, 빔(LB)의 1펄스 광에 의해서 투사되는 스폿 광(SP)과 다음의 1펄스 광에 의해서 투사되는 스폿 광(SP)을, 주주사 방향으로 오버랩시킬 필요가 있다. 그 오버랩량은, 스폿 광(SP)의 사이즈 φ, 스폿 광(SP)의 주사 속도(주주사의 속도) Vs 및 빔(LB)의 발진 주파수 Fa에 의해서 설정된다. 스폿 광(SP)의 실효적인 사이즈(직경) φ는, 스폿 광(SP)의 강도 분포가 가우스 분포로 근사되는 경우, 스폿 광(SP)의 피크 강도의 1/e²(또는 1/2)의 강도가 되는 폭 치수로 정해진다. 본 실시 형태에서는, 실효적인 사이즈(치수) φ에 대해서, φ×1/2 정도 스폿 광(SP)이 오버랩되도록, 스폿 광(SP)의 주사 속도 Vs(폴리곤 미러(PM)의 회전 속도) 및 발진 주파수 Fa가 설정된다. 따라서, 펄스 모양의 스폿 광(SP)의 주주사 방향에 따른 투사 간격은, φ／2가 된다. 그 때문에, 부주사 방향(묘화 라인(SLn)과 교차한 방향)에 관해서도, 묘화 라인(SLn)에 따른 스폿 광(SP)의 1회의 주사와, 다음의 주사와의 사이에, 기판(P)이 스폿 광(SP)의 실효적인 사이즈 φ의 대략 1/2의 거리만큼 이동하도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, Y방향으로 서로 이웃하는 묘화 라인(SLn)을 주주사 방향으로 잇는 경우도, φ／2만큼 오버랩시키는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 스폿 광(SP)의 사이즈(치수) φ를 3~4㎛ 정도로 한다.

각 묘화 유닛(Un(U1~U6))은, XZ평면 내에서 보았을 때, 각 빔(LBn)이 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 향해 진행하도록 설정된다. 이것에 의해, 각 묘화 유닛(Un(U1~U6))으로부터 기판(P)을 향해 진행하는 빔(LBn)의 광로(빔 주광선)는, XZ평면에 있어서, 기판(P)의 피조사면의 법선과 평행이 된다. 또한, 각 묘화 유닛(Un(U1~U6))으로부터 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))에 조사되는 빔(LBn)은, 원통면 모양으로 만곡한 기판(P)의 표면의 묘화 라인(SLn)에서의 접평면에 대해서, 항상 수직이 되도록 기판(P)을 향해서 투사된다. 즉, 스폿 광(SP)의 주주사 방향에 관해서, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn(LB1~LB6))은 텔레센트릭한 상태로 주사된다.

도 1에 나타내는 묘화 유닛(빔 주사 장치)(Un)은, 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 묘화 유닛(U1)에 대해서만 간단하게 설명한다. 묘화 유닛(U1)의 상세 구성은 후에 도 2를 참조하여 설명한다. 묘화 유닛(U1)은, 반사 미러(M20~M24), 폴리곤 미러(PM) 및 fθ 렌즈계(묘화용 주사 렌즈)(FT)를 적어도 구비하고 있다. 또한 도 1에서는, 도시하고 있지 않지만, 빔(LB1)의 진행 방향에서 보아, 폴리곤 미러(PM)의 직전에는 제1 실린드리컬 렌즈(CYa)(도 2 참조)가 배치되고, fθ 렌즈계(f-θ 렌즈계)(FT)의 뒤에 제2 실린드리컬 렌즈(CYb)(도 2 참조)가 마련되어 있다. 제1 실린드리컬 렌즈(CYa)와 제2 실린드리컬 렌즈(CYb)에 의해, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면의 틸팅(tilting) 오차에 의한 스폿 광(SP)(묘화 라인(SL1))의 부주사 방향으로의 위치 변동이 보정된다.

입사 미러(IM1)에서 -Z방향으로 반사된 빔(LB1)은, 묘화 유닛(U1) 내에 마련되는 반사 미러(M20)에 입사하고, 반사 미러(M20)에서 반사한 빔(LB1)은, -X방향으로 진행하여 반사 미러(M21)에 입사한다. 반사 미러(M21)에서 -Z방향으로 반사한 빔(LB1)은, 반사 미러(M22)에 입사하고, 반사 미러(M22)에서 반사한 빔(LB1)은, +X방향으로 진행하여 반사 미러(M23)에 입사한다. 반사 미러(M23)는, 입사한 빔(LB1)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)을 향해서, XY평면과 평행한 면 내에서 절곡하도록 반사한다.

폴리곤 미러(PM)는, 입사한 빔(LB1)을, fθ 렌즈계(FT)를 향해서 +X방향측으로 반사한다. 폴리곤 미러(PM)는, 빔(LB1)의 스폿 광(SP)을 기판(P)의 피조사면 상에서 주사하기 위해서, 입사한 빔(LB1)을 XY평면과 평행한 면 내에서 1 차원으로 편향(반사)한다. 구체적으로는, 폴리곤 미러(회전 다면경, 주사 부재)(PM)는, Z축방향으로 연장하는 회전축(AXp)과, 회전축(AXp)의 둘레에 회전축(AXp)과 평행하게 형성된 복수의 반사면(RP)(본 실시 형태에서는 반사면(RP)의 수 Np를 8로 한다)을 가지는 회전 다면경이다. 회전축(AXp)을 중심으로 이 폴리곤 미러(PM)를 소정의 회전 방향으로 회전시킴으로써 반사면에 조사되는 펄스 모양의 빔(LB1)의 반사각을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 1개의 반사면(RP)에 의해서 빔(LB1)이 편향되어 기판(P)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LB1)의 스폿 광(SP)을 주주사 방향(기판(P)의 폭방향, Y방향)을 따라서 주사할 수 있다. 이 때문에, 폴리곤 미러(PM)의 1회전에 의해, 기판(P)의 피조사면 상에 스폿 광(SP)이 주사되는 묘화 라인(SL1)의 수는, 최대로 반사면(RP)의 수와 동일한 8개가 된다.

fθ 렌즈계(주사계 렌즈, 주사용 광학계)(FT)는, 폴리곤 미러(PM)에 의해서 반사된 빔(LB1)을, 반사 미러(M24)에 투사하는 텔레센트릭계의 스캔 렌즈이다. fθ 렌즈계(FT)를 투과한 빔(LB1)은, 반사 미러(M24)를 거쳐 스폿 광(SP)이 되어 기판(P) 상에 투사된다. 이 때, 반사 미러(M24)는, XZ평면에 관해서, 빔(LB1)이 회전 드럼(DR)의 중심축(AXo)을 향해 진행하도록, 빔(LB1)을 기판(P)을 향해서 반사한다. 빔(LB1)의 fθ 렌즈계(FT)로의 입사각 θ는, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ／2)에 따라 변화한다. fθ 렌즈계(FT)는, 반사 미러(M24)를 거쳐, 그 입사각 θ에 비례한 기판(P)의 피조사면 상의 상고(像高) 위치에 빔(LB1)을 투사한다. fθ 렌즈계(FT)의 초점 거리를 fo로 하고, 상고위치를 yo로 하면, fθ 렌즈계(FT)는, yo = fo×θ의 관계(왜곡 수차)를 만족하도록 설계되어 있다. 따라서, 이 fθ 렌즈계(FT)에 의해서, 빔(LB1)을 Y방향으로 정확하게 등속으로 주사하는 것이 가능하게 된다. 또한 fθ 렌즈계(FT)에 입사하는 빔(LB1)이 폴리곤 미러(PM)에 의해서 1차원으로 편향되는 면(XY면과 평행)은, fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)을 포함하는 면이 된다.

다음으로, 도 2를 참조하여 묘화 유닛(Un(U1~U6))의 광학적인 구성에 대해 설명한다. 도 2에 나타내는 것과 같이, 묘화 유닛(Un) 내에는, 빔(LBn)의 입사 위치로부터 피조사면(기판(P))까지의 빔(LBn)의 진행 방향을 따라서, 반사 미러(M20), 반사 미러(M20a), 편광 빔 스플리터(BS1), 반사 미러(M21), 반사 미러(M22), 제1 실린드리컬 렌즈(CYa), 반사 미러(M23), 폴리곤 미러(PM), fθ 렌즈계(FT), 반사 미러(M24), 제2 실린드리컬 렌즈(CYb)가 마련된다. 또한, 묘화 유닛(Un) 내에는, 묘화 유닛(Un)의 묘화 개시 가능 타이밍(스폿 광(SP)의 주사 개시 타이밍)을 검출하기 위해서, 폴리곤 미러(PM)의 각 반사면의 각도 위치를 검지하는 원점 센서(원점 검출기)로서의 빔 송광계(60a)와 빔 수광계(60b)가 마련된다. 또한, 묘화 유닛(Un) 내에는, 기판(P)의 피조사면(또는 회전 드럼(DR)의 표면)에서 반사한 빔(LBn)의 반사광을, fθ 렌즈계(FT), 폴리곤 미러(PM) 및 편광 빔 스플리터(BS1) 등을 거쳐 검출하기 위한 광 검출기(광전 센서)(DTc)가 마련된다.

묘화 유닛(Un)에 입사하는 빔(LBn)은, Z축과 평행한 광축(AX1)을 따라서 -Z방향으로 진행하여, XY평면에 대해서 45° 기울어진 반사 미러(M20)에 입사한다. 반사 미러(M20)에서 반사한 빔(LBn)은, 반사 미러(M20)로부터 -X방향으로 떨어진 반사 미러(M20a)를 향해서 -X방향으로 진행한다. 반사 미러(M20a)는, YZ평면에 대해서 45°기울어져 배치되고, 입사한 빔(LBn)을 편광 빔 스플리터(BS1)를 향해서 -Y방향으로 반사한다. 편광 빔 스플리터(BS1)의 편광 분리면은 YZ평면에 대해서 45° 기울어져 배치되고, P편광의 빔을 반사하며, P편광과 직교하는 방향으로 편광된 직선 편광(S편광)의 빔을 투과한다. 묘화 유닛(Un)에 입사하는 빔(LBn)을 P편광의 빔으로 하면, 편광 빔 스플리터(BS1)는, 반사 미러(M20a)로부터의 빔(LBn)을 -X방향으로 반사하여 반사 미러(M21)측으로 안내한다. 반사 미러(M21)는 XY평면에 대해서 45° 기울어져 배치되며, 입사한 빔(LBn)을 반사 미러(M21)로부터 -Z방향으로 떨어진 반사 미러(M22)를 향해서 -Z방향으로 반사한다. 반사 미러(M21)에서 반사된 빔(LBn)은, 반사 미러(M22)에 입사한다. 반사 미러(M22)는, XY평면에 대해서 45° 기울어져 배치되고, 입사한 빔(LBn)을 반사 미러(M23)를 향해서 +X방향으로 반사한다. 반사 미러(M22)에서 반사한 빔(LBn)은, 도시하지 않은 λ/4 파장판과 실린드리컬 렌즈(CYa)를 거쳐 반사 미러(M23)에 입사한다. 반사 미러(M23)는, 입사한 빔(LBn)을 폴리곤 미러(PM)를 향해서 반사한다.

폴리곤 미러(PM)는, 입사한 빔(LBn)을 X축과 평행한 광축(AXf)을 가지는 fθ 렌즈계(FT)를 향해서 +X방향측으로 반사한다. 폴리곤 미러(PM)는, 빔(LBn)의 스폿 광(SP)을 기판(P)의 피조사면 상에서 주사하기 위해서, 입사한 빔(LBn)을 XY평면과 평행한 면 내에서 1 차원으로 편향(반사)한다. 폴리곤 미러(PM)는, Z축방향으로 연장하는 회전축(AXp)의 둘레에 형성된 복수의 반사면(본 실시 형태에서는 정팔각형의 각변)을 가져, 회전축(AXp)과 동축의 회전 모터(RM)에 의해서 회전된다. 회전 모터(RM)는, 묘화 제어 장치(200)(도 4 참조)에 마련되는 폴리곤 회전 제어부에 의해서, 일정한 회전 속도(예를 들면, 3만~4만 rpm 정도)로 회전한다. 앞서 설명한 것과 같이, 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 실효적인 길이(예를 들면, 50㎜)는, 이 폴리곤 미러(PM)에 의해서 스폿 광(SP)을 주사할 수 있는 최대 주사 길이(예를 들면, 52㎜) 이하의 길이로 설정되어 있고, 초기 설정(설계상)에서는, 최대 주사 길이의 중앙에 묘화 라인(SLn)의 중심점(fθ 렌즈계(FT)의 광축(AXf)이 통과하는 점)이 설정되어 있다.

실린드리컬 렌즈(CYa)는, 폴리곤 미러(PM)에 의한 주주사 방향(회전 방향)과 직교하는 부주사 방향(Z방향)에 관해서, 입사한 빔(LBn)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면 상에 수렴한다. 즉, 실린드리컬 렌즈(CYa)는, 빔(LBn)을 폴리곤 미러(PM)의 반사면 상에서 XY평면과 평행한 방향으로 연장된 슬릿 모양(긴 타원 모양)으로 수렴한다. 모선이 Y방향과 평행하게 되어 있는 실린드리컬 렌즈(CYa)와, 후술의 실린드리컬 렌즈(CYb)에 의해서, 폴리곤 미러(PM)의 반사면이 Z축(회전축(AXp))과 평행한 상태로부터 기울어진 경우라도, 기판(P)의 피조사면 상에 조사되는 빔(LBn)(묘화 라인(SLn))의 조사 위치가 부주사 방향으로 어긋나는 것을 억제할 수 있다.

빔(LBn)의 fθ 렌즈계(FT)로의 입사각 θ(광축(AXf)에 대한 각도)는, 폴리곤 미러(PM)의 회전각(θ/2)에 따라 변화한다. 빔(LBn)의 fθ 렌즈계(FT)로의 입사각 θ가 0도일 때, fθ 렌즈계(FT)에 입사한 빔(LBn)은, 광축(AXf) 상을 따라서 진행한다. fθ 렌즈계(FT)로부터의 빔(LBn)은, 반사 미러(M24)에서 -Z방향으로 반사되고, 실린드리컬 렌즈(CYb)를 거쳐 기판(P)을 향해서 투사된다. fθ 렌즈계(FT) 및 모선이 Y방향과 평행한 실린드리컬 렌즈(CYb)에 의해서, 기판(P)에 투사되는 빔(LBn)은 기판(P)의 피조사면 상에서 직경 수㎛ 정도(예를 들면, 2~3㎛)의 미소한 스폿 광(SP)으로 수렴된다. 이상과 같이, 묘화 유닛(Un)에 입사한 빔(LBn)은, XZ평면 내에서 보았을 때, 반사 미러(M20)로부터 기판(P)까지 コ자 모양으로 크랭크된 광로를 따라서 절곡되고, -Z방향으로 진행하여 기판(P)에 투사된다. 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 각각이 빔(LB1~LB6)의 각 스폿 광(SP)을 주주사 방향(Y방향)으로 일차원으로 주사하면서, 기판(P)을 장척 방향으로 반송하는 것에 의해서, 기판(P)의 피조사면이 스폿 광(SP)에 의해서 상대적으로 2차원 주사되어 기판(P) 상에는 묘화 라인(SL1~SL6) 각각에 의해 묘화되는 패턴이 Y방향으로 이어 맞춤된 상태로 노광된다.

일례로서 묘화 라인(SLn(SL1~SL6))의 실효적인 주사 길이 LT를 50㎜, 스폿 광(SP)의 실효적인 직경 φ을 4㎛, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 펄스 발광의 발진 주파수 Fa를 400MHz로 하고, 묘화 라인(SLn)(주주사 방향)을 따라서 스폿 광(SP)이 직경 φ의 1/2씩 오버랩되도록 펄스 발광시키는 경우, 스폿 광(SP)의 펄스 발광의 주주사 방향의 간격은 기판(P) 상에서 2㎛가 되며, 이것은 발진 주파수 Fa의 주기 Tf(=1/Fa)인 2.5nS(1/400 MHz)에 대응한다. 또한, 이 경우, 묘화 데이터상에서 규정되는 화소 사이즈 Pxy는, 기판(P) 상에서 4㎛ 각(角, 사각형의 한변 길이)으로 설정되고, 1화소는 주주사 방향과 부주사 방향 각각에 관해서 스폿 광(SP)의 2펄스분으로 노광된다. 따라서, 스폿 광(SP)의 주주사 방향의 주사 속도 Vsp와 발진 주파수 Fa는, Vsp=(φ／2)/Tf=(φ／2)·Fa의 관계가 되도록 설정된다. 한편, 주사 속도 Vsp는, 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 VR(rpm)와, 실효적인 주사 길이 LT와, 폴리곤 미러(PM)의 반사면의 수 Np(=8)와, 폴리곤 미러(PM)의 한 개의 반사면(RP)에 의한 주사 효율 1/α에 근거하여, 이하와 같이 정해진다.

Vsp=(8·α·VR·LT)/60[㎜/초]

따라서, 발진 주파수 Fa(주기 Tf)와 회전 속도 VR(rpm)는, 이하의 관계가 되도록 설정된다.

(φ／2)/Tf=(8·α·VR·LT)/60 … 식 A

발진 주파수 Fa를 400MHz(Tf = 2.5nS), 스폿 광(SP)의 직경 φ을 4㎛로 했을 때, 발진 주파수 Fa로부터 규정되는 주사 속도 Vsp는, 0.8㎛/nS(=2㎛/2.5nS)가 된다. 이 주사 속도 Vsp에 대응시키기 위해서는, 주사 효율 1/α을 0.3(α≒3.33), 주사 길이 LT를 50㎜로 했을 때, 식 A의 관계로부터, 8면의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도 VR를 36000rpm로 설정하면 된다. 또한, 이 경우의 주사 속도 Vsp=0.8㎛/nS는, 시속으로 환산하면 2880Km/h이다.

도 2에 나타내는 원점 센서를 구성하는 빔 수광계(60b)는, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 회전 위치가, 반사면(RP)에 의한 묘화용 빔(LBn)의 스폿 광(SP)의 주사가 개시 가능하게 되기 직전의 소정 위치(규정 각도 위치, 원점 각도 위치)에 온 순간에 파형 변화하는 원점 신호(SZn)를 발생한다. 폴리곤 미러(PM)는, 8개의 반사면(RP)를 가지므로, 빔 수광계(60b)는, 폴리곤 미러(PM)의 1회전 중에 8회의 원점 신호(SZn)를 출력하게 된다. 원점 신호(SZn)는, 묘화 제어 장치(200)(도 4 참조)로 보내지고, 원점 신호(SZn)가 발생하고 나서, 소정의 지연 시간 Tdn만큼 경과한 후에 스폿 광(SP)의 묘화 라인(SLn)을 따른 주사가 개시된다.

도 3은, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 및 입사 미러(IMn(IM1~IM6)) 주위의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 선택용 광학 소자(OSn)에는, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)이, 예를 들면 직경 1㎜ 이하의 미소한 지름(제1 지름)의 평행 광속으로서 입사한다. 고주파 신호(초음파 신호)인 구동 신호(DFn)가 입력되고 있지 않은 기간(구동 신호(DFn)가 오프)에는, 입사한 빔(LB)이 선택용 광학 소자(OSn)에 의해 회절되지 않고 그대로 투과한다. 투과한 빔(LB)은, 그 광로 상에 광축(AXb)을 따라서 마련된 집광 렌즈(Ga) 및 콜리메이트 렌즈(Gb)를 투과하여, 후단의 선택용 광학 소자(OSn)에 입사한다. 이 때 선택용 광학 소자(OSn)를 거쳐 집광 렌즈(Ga) 및 콜리메이트 렌즈(Gb)를 통과하는 빔(LB)은, 광축(AXb)과 동축으로 한다. 집광 렌즈(Ga)는, 선택용 광학 소자(OSn)를 투과한 빔(LB)(평행 광속)을, 집광 렌즈(Ga)와 콜리메이트 렌즈(Gb)와의 사이에 위치하는 면(Ps)의 위치에서 빔 웨이스트가 되도록 집광한다. 콜리메이트 렌즈(Gb)는, 면(Ps)의 위치로부터 발산하는 빔(LB)을 평행 광속으로 한다. 콜리메이트 렌즈(Gb)에 의해서 평행 광속으로 된 빔(LB)의 지름은, 제1 지름이 된다. 집광 렌즈(Ga)의 후측 초점 위치와 콜리메이트 렌즈(Gb)의 전측 초점 위치는, 소정의 허용 범위 내에서 면(Ps)과 일치하고 있고, 집광 렌즈(Ga)의 전측 초점 위치는 선택용 광학 소자(OSn) 내의 회절점과 소정의 허용 범위 내에서 일치하도록 배치된다.

한편, 고주파 신호인 구동 신호(DFn)가 선택용 광학 소자(OSn)에 인가되고 있는 기간에는, 입사한 빔(LB)이 선택용 광학 소자(OSn)에 의해서 회절된 빔(LBn)(1차 회절광)과, 회절되지 않았던 0차의 빔(LBnz)이 발생한다. 입사하는 빔(LB)의 강도를 100%로 하고, 선택용 광학 소자(OSn)의 투과율에 의한 저하를 무시했을 때, 회절된 빔(LBn)의 강도는 최대로 80% 정도이며, 나머지 20% 정도가 0차의 빔(LBnz)의 강도가 된다. 0차의 빔(LBnz)은, 집광 렌즈(Ga)와 콜리메이트 렌즈(Gb)를 통과하고, 또한 후단의 선택용 광학 소자(OSn)를 투과하여 흡수체(TR)에서 흡수된다. 구동 신호(DFn)의 고주파의 주파수에 따른 회절각으로 -Z방향으로 편향된 빔(LBn)(평행 광속)은, 집광 렌즈(Ga)를 투과하여, 면(Ps) 상에 마련된 입사 미러(IMn)로 향한다. 집광 렌즈(Ga)의 전측 초점 위치가 선택용 광학 소자(OSn) 내의 회절점과 광학적으로 공역이므로, 집광 렌즈(Ga)로부터 입사 미러(IMn)로 향하는 빔(LBn)은, 광축(AXb)으로부터 편심한 위치를 광축(AXb)과 평행하게 진행되어, 면(Ps)의 위치에서 빔 웨이스트가 되도록 집광(수렴)된다. 그 빔 웨이스트의 위치는, 묘화 유닛(Un)을 거쳐 기판(P) 상에 투사되는 스폿 광(SP)과 광학적으로 공역이 되도록 설정되어 있다.

입사 미러(IMn)의 반사면 또는 그 근방을 면(Ps)의 위치에 배치하는 것에 의해서, 선택용 광학 소자(OSn)에 의해 편향(회절)된 빔(LBn)은, 입사 미러(IMn)에서 -Z방향으로 반사되고, 콜리메이트 렌즈(Gc)를 거쳐 광축(AX1)(도 2, 도 3 참조)을 따라서 묘화 유닛(Un)에 입사한다. 콜리메이트 렌즈(Gc)는, 집광 렌즈(Ga)에 의해서 수렴/발산된 빔(LBn)을, 콜리메이트 렌즈(Gc)의 광축(AX1)과 동축의 평행 광속로 한다. 콜리메이트 렌즈(Gc)에 의해서 평행 광속으로 된 빔(LBn)의 지름은, 제1 지름과 거의 동일하게 된다. 집광 렌즈(Ga)의 후측 초점과 콜리메이트 렌즈(Gc)의 전측 초점은, 소정의 허용 범위 내에서, 입사 미러(IMn)의 반사면 또는 그 근방에 배치된다.

이상과 같이, 집광 렌즈(Ga)의 전측 초점 위치와 선택용 광학 소자(OSn) 내의 회절점을 광학적으로 공역으로 하고, 집광 렌즈(Ga)의 후측 초점 위치인 면(Ps)에 입사 미러(IMn)를 배치하면, 선택용 광학 소자(OSn)의 구동 신호(DFn)의 주파수를 규정 주파수로부터 ±Δfs만큼 변화시키는 것에 의해, 빔(LBn)의 면(Ps) 상에서의 집광점의 광축(AXb)에 대한 편심량(시프트량)을 변화시킬 수 있다. 그 결과, 묘화 유닛(Un)으로부터 기판(P) 상에 투사되는 빔(LBn)의 스폿 광(SP)을, 부주사 방향으로 ±ΔSFp만큼 시프트시킬 수 있다. 그 시프트량(|ΔSFp|)은, 선택용 광학 소자(OSn) 자체의 편향각의 최대 범위, 입사 미러(IMn)의 반사면의 크기, 묘화 유닛(Un) 내의 폴리곤 미러(PM)까지의 광학계(릴레이계)의 배율, 폴리곤 미러(PM)의 반사면(RP)의 Z방향의 폭, 폴리곤 미러(PM)로부터 기판(P)까지의 배율(fθ 렌즈계(FT)의 배율) 등에 의한 제한을 받지만, 스폿 광(SP)의 기판(P) 상의 실효적인 사이즈(지름) 정도, 혹은 묘화 데이터 상에서 정의되는 화소 치수(Pxy) 정도의 범위에서 조정 가능하다. 이것에 의해서, 묘화 유닛(Un) 각각에 의해 기판(P) 상에 묘화되는 새로운 패턴과 기판(P) 상에 이미 형성된 패턴과의 겹침 오차, 혹은 묘화 유닛(Un) 각각에 의해 기판(P) 상에 묘화되는 새로운 패턴 사이의 이음 오차를, 고정밀도로 또한 고속으로 보정할 수 있다.

도 4는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 중 어느 1개에 선택적으로 배분하기 위한 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))를 포함하는 빔 전환부의 개략적인 구성을 나타낸다. 도 4의 각 부재의 부호는, 도 1에 나타낸 부재와 동일한 것이지만, 도 1 중에 나타낸 반사 미러(M1~M12)는 적절히 생략되어 있다. 파이버 앰프 레이저 광원으로 구성되는 광원 장치(LS)는, 묘화 제어 장치(200)에 접속되어 각종의 제어 정보(SJ)를 교환한다. 광원 장치(LS)는, 내부에 빔(LB)을 펄스 발광시킬 때의 발진 주파수 Fa(예를 들면, 400MHz)의 클록 신호(CLK)를 발생하는 클록 회로를 구비하며, 묘화 제어 장치(200)로부터 보내져 오는 묘화 유닛(Un)마다의 묘화 데이터(SDn)(1화소를 1비트로 하는 비트 맵 데이터로부터의 시리얼 데이터)에 근거하여, 빔(LBn)을 클록 신호(CLK)에 응답하여 버스트 모드(소정의 클록 펄스 수(數)분(分)의 발광과 소정의 클록 펄스 수(數)분(分)의 발광 정지의 반복)로 펄스 발광한다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 광원 장치(LS) 자체가, 패턴 묘화를 위해서 빔(LB)을 강도 변조(펄스 발광의 온/오프의 전환)하고 있다.

묘화 제어 장치(200)는, 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 원점 센서의 빔 수광부(빔 수광계, 수광계)(60b)로부터 출력되는 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))를 입력하여, 묘화 유닛(U1~U6) 각각의 폴리곤 미러(PM)의 회전 속도와 회전 각도 위상이 지정된 상태가 되도록, 폴리곤 미러(PM)의 회전 모터(RM)를 제어하는 폴리곤 회전 제어부와, 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6)) 각각에 공급되는 초음파 신호로서의 구동 신호(DF1~DF6)의 온/오프(인가/비인가)를 원점 신호(SZn(SZ1~SZ6))에 근거하여 제어하는 빔 전환 제어부(후에 도 5에 의해 상세하게 설명한다)를 구비한다. 또한 도 4에서도, 도 1의 배치에 맞추어, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은 선택용 광학 소자 OS5→OS6→OS3→OS4→OS1→OS2의 순번으로 통과하는 것으로 한다. 또, 도 4에서는, 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 중 선택용 광학 소자(OS4)가 선택되어 온 상태가 되고, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)(묘화 유닛(U4)에 의해 묘화되는 패턴의 묘화 데이터(SDn)로 강도 변조되어 있음)을 입사 미러(IM4)를 향해서 편향하며, 빔(LB4)으로서 묘화 유닛(U4)에 공급하고 있는 상태를 나타내고 있다.

이와 같이, 선택용 광학 소자(OS1~OS6)를 빔(LB)의 광로에 직렬로 마련하면, 선택용 광학 소자(OSn) 각각이 가지는 투과율이나 회절 효율에 의해서, 광원 장치(LS)로부터의 선택용 광학 소자(OSn)의 순번에 따라서, 선택된 빔(LB1~LB6)의 강도(펄스 광의 피크 강도)가 다르다. 그 때문에, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 입사하는 빔(LB1~LB6)의 강도(즉, 묘화 유닛(U1~U6) 각각이 기판(P)의 감광층에게 주는 노광량)의 상대차를, 소정의 허용 범위 내(예를 들면,±5% 이내, 바람직하게는 ±2% 이내)로 조정할(맞출) 필요가 있다. 본 실시 형태에서는, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 입사하는 빔(LB1~LB6) 각각의 강도를, 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각을 구동하는 구동 신호(DF1~DF6) 각각의 레벨(고주파 신호의 진폭, 혹은 전력)을 변화시켜 조정한다.

그 때문에 본 실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 것과 같이, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이 통과하는 광로 중에 몇개의 개소에, 빔 강도를 검출하는 광전 센서(DTa, DTb, DT1~DT6)를 마련하고, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 공급되는 빔(LB1~LB6) 각각의 강도를 모니터한다. 도 4에 있어서, 광전 센서(DTa)(제1 광전 센서)는, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)이 도 1 중의 반사 미러(M1)에서 반사될 때에 일정한 비율(예를 들면 수% 이하)로 투과하여 오는 누설 광을 수광하여, 그 강도에 따른 광전 신호를 출력한다. 광전 센서(DTa)로부터의 광전 신호는, 증폭기, 샘플 홀드 회로, 아날로그/디지털 변환기 등을 포함하는 검출 회로(CKa)에 입력되고, 검출 회로(CKa)는 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 강도에 대응한 검출 신호(Sa)를 출력한다. 또한 광원 장치(LS)가 파장 변환 소자를 가지는 경우, 파장 변환 전의 장파장역의 빔이 자외 파장역의 빔(LB)에 중첩하여 출력되는 경우가 있으므로, 광원 장치(LS)의 사출창에 장파장역의 빔을 차단하고 자외 파장역의 빔(LB)을 투과하는 파장 필터를 마련하는 것이 좋다.

광전 센서(DTb)(제2 광전 센서)는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이 6개의 선택용 광학 소자(OS5, OS6, OS3, OS4, OS1, OS2)를 차례로 통과한 후에 입사하는 흡수체(TR)의 직전에 배치된 부분 반사 미러(Mb)를 투과한 빔(0차 광)을 수광한다. 부분 반사 미러(Mb)는, 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 중, 최종단의 선택용 광학 소자(OS2)를 투과하여 온 빔(0차 광)을 흡수체(TR)와 광전 센서(DTb)에 진폭 분할하는 빔 스플리터로서 기능한다. 광전 센서(DTb)로부터 출력되는 광전 신호는, 증폭기, 샘플 홀드 회로, 아날로그/디지털 변환기 등을 포함하는 검출 회로(CKb)에 입력되고, 검출 회로(CKb)는 최종단의 선택용 광학 소자(OS2)를 통과하여 온 빔(0차 광)의 강도에 대응한 검출 신호(Sb)를 출력한다. 여기서, 검출 회로(CKa, CKb)로부터 출력되는 검출 신호(Sa, Sb)는, 광전 센서(DTa)와 광전 센서(DTb) 각각에 수광되는 빔의 강도가 동일한 값이 되도록 조정(교정)되고 있는 것으로 한다.

또한 본 실시 형태에서는, 입사 미러(IMn(IM1~IM6)) 각각에서 반사되어 묘화 유닛(Un(U1~U6)) 각각에 입사한 빔(LBn(LB1~LB6))을 반사하는 반사 미러(M22)의 이측(裏側)에 배치되어, 반사 미러(M22)에서의 빔(LBn)의 누설 광을 수광하는 광전 센서(DT1~DT6)가 마련된다. 반사 미러(M22)의 반사면은, 입사하여 오는 빔(LBn)의 대부분(예를 들면 98% 정도)을 반사하지만, 나머지의 강도분은 누설 광이 되어 투과한다. 도 4에서는 도시를 생략하지만, 광전 센서(DT1~DT6) 각각으로부터의 광전 신호(Sm1~Sm6)는, 각각 검출 회로(CKa, CKb)와 마찬가지의 검출 회로에 의해서 증폭되고, 광전 신호(Sm1~Sm6)의 각 강도에 대응한 계측 신호(디지털값)가 생성된다. 실제의 노광 제어에는, 그들 계측 신호가 사용되지만, 여기에서는 설명을 간단하게 하기 위해, 광전 신호(Sm1~Sm6) 각각의 강도에 근거하여 노광 제어하는 것으로 한다. 광전 신호(Sm1~Sm6)(증폭 후의 계측 신호)의 각 강도는, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 의해서 기판(P)에 투사되는 스폿 광(SP)(빔(LB1~LB6))의 절대적인 강도에 대응하도록, 미리 검출 회로에서의 증폭율 등이 캘리브레이션되어 있다. 따라서, 광전 신호(Sm1~Sm6) 각각의 강도가 소정의 허용 범위 내(예를 들면 ±2% 이내)가 되도록 노광 제어(강도 보정)하면, 묘화 유닛(U1~U6) 각각으로 묘화되는 패턴은, 동일한 노광량(도스(dose)량)으로 노광되게 된다.

도 5는, 도 4의 묘화 제어 장치(200) 내에 마련되고, 묘화 유닛(Un) 각각에서의 노광량을 제어하기 위한 강도 조정 제어부(250)와, 각 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각의 구동 신호(DF1~DF6)를 생성하는 드라이브 회로(251a~251f)의 구성을 나타낸다. 강도 조정 제어부(250)는, 도 4에 나타낸 광전 신호(Sm1~Sm6)(증폭 후의 계측 신호)와, 검출 회로(CKa, CKb)로부터의 검출 신호(Sa, Sb)를 입력함과 아울러, 묘화 제어 장치(200) 내의 주제어 CPU와의 사이에 각종의 제어 정보(IFD)를 교환한다. 드라이브 회로(251a~251f) 각각은, 발진 회로(RF)로부터의 고주파 신호를 입력하여, 게인 조정 회로(252a~252f) 각각으로부터의 조정 신호(Pw1~Pw6)에 따른 진폭(전력)으로 조정된 구동 신호(DF1~DF6)를 출력한다. 강도 조정 제어부(빔 강도 계측부)(250)는, 광전 신호(Sm1~Sm6)와 검출 신호(Sa, Sb), 및 제어 정보(IFD)에 근거하여, 게인 조정 회로(252a~252f) 각각에 조정 신호(Pw1~Pw6)를 변경하기 위한 지령 정보(디지털 목표값)를 연산에 의해 산출하여 송출한다. 본 실시 형태에 있어서, 강도 조정 제어부(250)는, 묘화 유닛(Un) 각각에서의 노광량이 제어 정보(IFD)로 지시되는 목표값에 맞춰지도록, 빔(LB1~LB6) 각각의 강도를 조정한다.

또한 강도 조정 제어부(250)는, 원점 신호(SZ1~SZ6) 각각에 응답하여, 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각을 소정 시간(폴리곤 미러(PM)의 1개의 반사면이 빔(LBn)을 주사하는 기간)만 온 상태로 한 후에 오프 상태로 전환하는 전환 신호(LP1~LP6)를 드라이브 회로(251a~251f)에 출력한다. 드라이브 회로(251a~251f) 각각은, 전환 신호(LP1~LP6)에 응답하여, 구동 신호(DF1~DF6)의 선택용 광학 소자(OS1~OS6)로의 인가 상태와 비인가 상태를 전환한다.

도 6은, 선택용 광학 소자(OSn)로서의 음향 광학 변조 소자에 인가되는 구동 신호(DFn)의 RF 전력(고주파 신호의 진폭)의 변화에 의한 회절 효율의 변화 특성(CCa)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6에 있어서, 가로축은 구동 신호(DFn)의 RF 전력을 나타내고, 세로축은 음향 광학 변조 소자의 회절 효율(입사하는 빔(LB)의 강도에 대한 편향된 빔(LBn)의 강도의 비율) β를 나타낸다. 회절 효율 β는, 조정 가능 범위 ΔKn 내에서 입력되는 RF 전력의 증가에 수반하여 증가하고, 어느 전력값 Pwm에서 최대의 회절 효율(조정 가능 범위 ΔKn의 상한)이 된 후, 서서히 감소하는 경향을 가진다. 최대 효율은, 음향 광학 변조 소자의 결정 매체의 종류에 의해서 다소의 변화는 있지만, 80% 이하이다. 효율 β의 조정 가능 범위 ΔKn의 하한은, 비교적으로 낮은 값까지 넓게 취하고, 그 하한에 대응한 전력값을 Pwo로 한다. 앞서 나타낸 도 3에 있어서, 선택용 광학 소자(OSn)에 입사하는 빔(LB)의 강도를 Eo(100%)로 하고, 선택용 광학 소자(OSn)의 효율을 βn(%), 투과율을 εn(%)로 했을 때, 선택용 광학 소자(OSn)에서 편향되는 빔(LBn)의 강도 Ed는, Ed=εn·βn·Eo로 나타내며, 편향되지 않고 투과한 빔(LBnz)(비편향의 0차 광)의 강도 Es는, Es=εn·(1-βn)·Eo로 나타내어진다. 효율 β의 변화 특성(CCa)는, 선택용 광학 소자(OSn)에 입사하는 빔(LB)의 입사 각도가 미소하게 변동하거나 선택용 광학 소자(OSn)의 결정 매체(혹은 석영)의 온도가 크게 바뀌거나 하면 변화한다. 그 때문에, 동일한 RF 전력을 선택용 광학 소자(OSn)에 주어도 동일한 효율로는 되지 않아, 편향된 빔(LBn)의 강도는 변동해 버린다. 또한, 투과율 εn은, 입사하는 빔(LB)의 결정 매체(혹은 석영)에서의 흡수 특성이나 입사면이나 사출면에 피복된 반사 방지막의 특성 등에 의해서 정해지고, 통상은 변동이 없는 일정값(예를 들면, 95%)로서 취급할 수 있다. 그렇지만, 장시간에 걸쳐 자외 파장역의 빔을 통과하고 있으면, 열화 등에 의해서 투과율 εn도 서서히 변동(저하)하기도 한다.

본 실시 형태에서는, 도 4에 나타낸 광전 센서(DT1~DT6) 각각에서 계측되는 빔(LB1~LB6)의 강도에 대응한 광전 신호(Sm1~Sm6)의 값이, 적정 노광량에 대응하여 설정되는 목표값에 대해서, 예를 들면 ±2% 이내로 억제되도록, 패턴 노광 동작 중에는, 강도 조정 제어부(250)에 의해서 구동 신호(DF1~DF6) 각각의 공급 전력(진폭)을 피드백으로 조정(보정)할 수 있다. 그렇지만, 적정 노광량을 변경할 필요가 생겼을 때에는, 선택용 광학 소자(OSn)의 효율 β를 변화시켜 편향되는 빔(LBn) 각각의 강도를 조정하지만, 그러한 조정에 제한이 생기는 경우가 있다. 그것을, 도 7을 이용하여 설명한다.

도 7은, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 공급되는 빔(LB1~LB6)의 강도와, 빔(LB1~LB6) 각각의 강도를 조정하는 선택용 광학 소자(OS1~OS6)의 조정 가능 범위ΔK1~ΔK6를 모식적으로 나타낸 그래프이다. 도 7에 있어서, 가로축은 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)이 공급되는 순번에 맞추어, 좌측으로부터 묘화 유닛 U5, U6, U3, U4, U1, U2 각각에서의 빔(LBn)의 강도와 조정 가능 범위 ΔKn(ΔK1~ΔK6)를 늘어 놓은 것이다. 도 4(도 1)와 같이, 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6)를 빔(LB)의 광로에 따라서 시리얼로 배치했을 경우, 선택용 광학 소자(OS1~OS6)의 투과율 εn의 정도나 개개의 투과율 εn의 차이에 따라, 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각에 의한 효율 βn의 조정 상태가 달라진다.

예를 들면, 광원 장치(LS)에 가장 가까운 최(最)전단(前段)의 선택용 광학 소자(OS5)에서 편향되는 빔(LB5)의 강도 E5(광전 센서(DT5)에서 계측되는 값)는, 광원 장치(LS)를 사출했을 때의 빔(LB)의 강도를 Eo(광전 센서(DTa)에서 계측되는 값)로 하면, 선택용 광학 소자(OS5)의 투과율 ε5 및 효율 β5에 의해서, E5=ε5·β5·Eo로 나타내어진다. 한편, 광원 장치(LS)로부터 가장 떨어져 있는 최종단의 선택용 광학 소자(OS2)에서 편향되는 빔(LB2)의 강도 E2는, 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 모두의 투과율 εn의 곱과, 효율 β2에 의해서, E2=ε5·ε6·ε3·ε4·ε1·ε2·β2·Eo로 나타내어진다. 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각의 투과율 εn가 동일하고 95%이었다고 하면, 빔(LB5)의 강도 E5는, E5=0.95·β5·Eo가 되고, 빔(LB2)의 강도 E2는, E2=0.735·β2·Eo가 된다. 빔(LB5)의 강도 E5와 빔(LB2)의 강도 E2를 동일하게 설정하기 위해서는, 선택용 광학 소자(OS5)의 효율β5를 낮게 설정하고, 선택용 광학 소자(OS2)의 효율 β2를 높게 설정하게 된다.

선택용 광학 소자(OS5)의 효율 β5를 낮게 설정한다고 하는 것은, 도 6에서 나타낸 효율의 변화 특성(CCa) 상에서 전력값을 낮게 하는 것이며, 선택용 광학 소자(OS2)의 효율 β2를 높게 설정한다고 하는 것은, 전력값을 높게 하는 것이다. 도 7에 나타내는 설정의 경우, 빔(LB1~LB6) 각각의 강도가 목표값에 대해서 허용 범위(예를 들면 ±2%) 내에 설정되어 있다고 했을 때, 최전단의 선택용 광학 소자(OS5)의 효율 β5는, 효율(전력)의 조정 가능 범위 ΔK5의 하측으로 설정되며, 최종단의 선택용 광학 소자(OS2)의 효율 β2는, 효율(전력)의 조정 가능 범위 ΔK2의 상측으로 설정되어 있다. 도 7의 경우, 최종단의 선택용 광학 소자(OS2)는 조정 가능 범위 ΔK2의 상한(전력값 Pwm에 대응)에 가까워지고 있으며, 또한 최전단의 선택용 광학 소자(OS5)는 조정 가능 범위 ΔK5의 하한(전력값 Pwo에 대응)에 가까워지고 있다. 따라서, 도 7에 있어서, 빔(LB1~LB6)의 강도의 목표값을 변경할 때에는, 선택용 광학 소자(OS2)의 효율의 조정 가능 범위 ΔK2의 상한과 선택용 광학 소자(OS5)의 효율의 조정 가능 범위 ΔK5의 하한과의 사이의 강도(노광량) 설정 가능 범위 내로 제한된다.

실제의 장치에서는, 가장 감쇠를 받는 최종단의 선택용 광학 소자(OS2)에서 편향되는 빔(LB2)의 강도가, 기판(P)의 감광층에 대해서 적정 노광량이 되도록, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 최대 강도(파워)는 다소의 여유를 가지고 설정되어 있다. 따라서, 기판(P)의 감광층의 감도의 차이나 감광층의 두께의 차이에 따라 적정 노광량을 조정할 때는, 도 7의 강도(노광량) 설정 가능 범위 내에서 강도의 목표값을 변경할 수 있는지 여부가, 묘화 제어 장치(200) 또는 강도 조정 제어부(250)에 의해서 판정된다. 조정해야 할 적정 노광량에 대응한 빔(LB1~LB6)의 강도의 새로운 목표값이, 도 7의 강도(노광량) 설정 가능 범위 내일 때는, 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각의 효율 βn이 현재 값으로부터 보정되도록, 도 6의 효율 변화 특성(CCa)에 근거하여 구동 신호(DF1~DF6) 각각의 RF 전력이 보정된다.

조정해야 할 적정 노광량에 대응한 빔(LB1~LB6)의 강도의 새로운 목표값이, 도 7의 강도(노광량) 설정 가능 범위보다도 위로 벗어나는 경우, 그대로 조정(보정)했다고 해도, 최종단의 선택용 광학 소자(OS2)에서 편향된 빔(LB2)(묘화 유닛(U2))에 의한 노광량은 부족하게 되고, 목표값이 도 7의 강도(노광량) 설정 가능 범위보다도 아래로 벗어나는 경우, 그대로 조정(보정)했다고 해도, 최전단의 선택용 광학 소자(OS5)에서 편향된 빔(LB5)(묘화 유닛(U5))에 의한 노광량은 오버하게 된다. 본 실시 형태와 같이, 복수의 선택용 광학 소자(OSn)를 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 광로를 따라서 직렬로 배치하는 경우, 광원 장치(LS)의 내부의 부재의 변동이나 열화에 의해서, 빔(LB)의 강도가 서서히 저하하여 왔을 경우, 빔(LBn) 각각의 강도를 목표값으로 유지하기 위해서는, 선택용 광학 소자(OSn) 각각의 효율 βn를 각각 높이게 된다. 그 때문에, 도 7에 나타낸 선택용 광학 소자(OSn) 각각의 효율 βn의 조정 가능 범위 ΔKn는, 목표값에 대해서 상대적으로 하부로 시프트해 간다. 그 경우, 선택용 광학 소자(OSn) 각각의 효율 βn과 투과율 εn가 동일하면, 최종단에 위치하는 선택용 광학 소자(OS2)의 효율 β2의 조정 가능 범위 ΔK2가 처음에 상한에 이르러 버려, 그 이상의 조정을 할 수 없게 된다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 도 4에 나타낸 검출 회로(CKa)로부터의 검출 신호(Sa)에 의해서, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)의 강도 변화를, 묘화 제어 장치(200) 또는 강도 조정 제어부(250)에 의해서 순서대로 모니터하고, 그 강도 변화에 의하지 않고 적정 노광량(도 7의 목표값)이 유지되도록, 특히, 선택용 광학 소자(OSn) 중에서 최종단에 위치하는 선택용 광학 소자(OS2)에서의 효율 β2(RF 전력)의 변경이 조정 가능 범위 ΔK2 내에서 가능한지 여부를 확인한다. 가능한 경우는, 선택용 광학 소자(OS2)를 포함하는 모든 선택용 광학 소자(OSn)의 효율 βn이 조정되도록, 구동 신호(DFn) 각각의 RF 전력(진폭)이 강도 조정 제어부(250)에 의해서 제어된다. 이와 같이, 최종단의 선택용 광학 소자(OS2)에서의 효율 β2(RF 전력)와 조정 가능 범위 ΔK2와의 관계를 확인하는 것은, 모든 선택용 광학 소자(OSn)의 효율 βn과 투과율 εn이 동일하다고 가정했기 때문이며, 제1 실시 형태와 같이, 효율 βn과 투과율 εn을 계측하고, 효율 βn의 변동이나 투과율 εn의 변동이 허용 범위로부터 벗어나는 경향을 나타낸 선택용 광학 소자(OSn)를 특정하며, 그 선택용 광학 소자(OSn)에 있어서의 효율 βn(RF 전력)과 조정 가능 범위 ΔKn과의 관계를 확인하여, 묘화 유닛(Un) 각각에 의한 빔(LBn)의 강도가 맞추어지도록 조정하면 좋다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)이 차례로 통과되도록 마련한 복수의 선택용 광학 소자(음향 광학 변조 소자)(OSn) 각각에 의해서, 빔(LB)을 대응하는 묘화 유닛(Un)의 어느 1개에 선택적으로 공급할 때, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 강도가 저하해도, 선택용 광학 소자(OSn) 각각의 효율(빔 강도의 변화)의 조정 가능 범위 ΔKn 하에서, 묘화 유닛(Un) 각각에 공급되는 빔(LBn)의 각 강도가 조정되므로, 묘화 유닛(Un) 각각에 의해 묘화되는 패턴은 동일한 노광량(예를 들면 ±2%의 허용 범위 내)으로 노광된다. 그 때문에, 묘화 유닛(Un) 각각에 의해 노광되는 패턴의 이음부에서의 선폭의 균일성이 유지된다.

[제2 실시 형태]

상기의 실시 형태에서는, 선택용 광학 소자(OSn) 중에서 특히 최종단에 위치하는 선택용 광학 소자(OS2)에서의 효율 β2(RF 전력)의 조정 가능 범위 ΔK2에 주목하여, 묘화 유닛(Un) 각각에 의한 패턴 묘화가 적정 노광량이 되도록 맞추어질지 여부를 판단했다. 그렇지만, 선택용 광학 소자(OSn) 각각의 효율 βn이 비교적 크게 다른 경우, 도 7과 같이, 최종단의 선택용 광학 소자(OS2)의 효율 β2(RF 전력)의 조정 가능 범위 ΔK2에 주목할 뿐만 아니라, 모든 선택용 광학 소자(OSn)의 효율 βn의 조정 가능 범위 ΔKn로부터, 지정된 적정 노광량(빔(LBn)의 강도의 목표값)이 얻어질지 여부를 판정하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 선택용 광학 소자(OSn) 각각의 효율 βn의 변동의 상태를 적당한 시간 간격으로 파악하고, 조정 가능 범위 ΔKn을 다시 설정할 필요가 있다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 도 4에 나타낸 광전 센서(DTa, DTb) 각각으로부터의 검출 신호(Sa, Sb)를 이용하여, 선택용 광학 소자(OSn) 각각의 효율 βn의 변동을 계측한다.

도 8은, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 진행 방향을 따라서 직렬에 늘어 놓여진 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 중, 3번째의 선택용 광학 소자(OS3)가 온 상태가 되고, 다른 5개의 선택용 광학 소자(OS5, OS6, OS4, OS1, OS2)가 오프 상태 가 되었을 때의 각 빔의 발생 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 8에서는, 선택용 광학 소자(OS3)가 온 상태가 되어 있으므로, 선택용 광학 소자(OS3)에서 비편향인 상태로 진행하는 0차 광으로서의 빔(LB3z)이 광전 센서(DTb)에서 수광되고, 검출 신호(Sb)로서 출력된다. 여기서, 광전 센서(DTa)에서 수광되는 빔(LB)의 강도에 대응한 검출 신호(Sa)의 강도를 Ea로 하고, 모든 선택용 광학 소자(OSn(OS1~OS6))가 오프 상태였을 때에 광전 센서(DTb)에서 수광되는 빔(LB)의 0차 광의 강도에 대응한 검출 신호(Sb)의 강도를 Eb0로 했을 때, 강도 Eb0는 투과율 εn에 의해서 이하의 식 1으로 나타내진다.

Eb0=ε5·ε6·ε3·ε4·ε1·ε2·Ea　…(1)

여기서, 6개의 투과율ε1~ε6의 곱을 Kε로 한다. 또한 강도 Ea와 강도 Eb0를 취득하기 위해서, 묘화 제어 장치(200)는, 모든 선택용 광학 소자(OSn)가 오프 상태일 때, 즉 모든 묘화 유닛(Un)가 패턴 묘화를 행하지 않는 기간 중에, 빔(LB)이 선택용 광학 소자(OSn) 각각을 통과하도록 광원 장치(LS)를 단시간만 펄스 발광시킨다.

다음으로, 최전단의 선택용 광학 소자(OS5)만이 온 상태가 되어 있을 때 광전 센서(DTb)에서 수광되는 0차 광의 강도에 대응한 검출 신호(Sb)의 강도 Eb5는, 선택용 광학 소자(OS5)의 효율 β5가 들어가, 이하의 식 2로 나타내진다.

Eb5=Kε(1-β5) Ea　…(2)

마찬가지로 선택용 광학 소자(OS6, OS3, OS4, OS1, OS2) 각각이 차례로 온 상태가 되었을 때에 광전 센서(DTb)에서 수광되는 0차 광의 강도에 대응한 검출 신호(Sb)의 강도 Eb6, Eb3, Eb4, Eb1, Eb2는, 각각 이하의 식 3~식 7으로 나타내진다.

Eb6=Kε(1-β6) Ea　…(3)

Eb3=Kε(1-β3) Ea　…(4)

Eb4=Kε(1-β4) Ea　…(5)

Eb1=Kε(1-β1) Ea　…(6)

Eb2=Kε(1-β2) Ea　…(7)

이상의 식 1~식 7로부터, 빔 강도 계측부의 기능을 가지는 강도 조정 제어부(250)는, 광전 센서(DTa)에서 수광되는 빔(LB)에 대응한 강도 Ea와, 광전 센서(DTb)에서 수광되는 0차 광의 빔(LBnz)에 대응한 강도 Ebn(Eb1~Eb6)에 근거하여, 계측 시점(패턴 노광 동작 중)에서의 선택용 광학 소자(OSn) 각각의 효율 βn은, 이하의 식 8로 구해진다.

βn=1-(Ebn/Eb0)　…(8)

또한, 패턴 노광 동작 중에, 도 4에서 나타낸 광전 센서(DT1~DT6) 각각에서 검출되는 편향 후의 빔(LB1~LB6)의 각 강도(광전 신호(Sm1~Sm6)의 크기에 대응)를 Es1~Es6로 하면, 계측된 효율 βn에 근거하여, 최전단의 선택용 광학 소자(OS5)의 투과율 ε5는, Es5=ε5·β5·Ea의 관계로부터,

ε5=Es5/(β5·Ea)　…(9)

이 된다.

다음 단의 선택용 광학 소자(OS6)의 투과율 ε6는, Es6=ε6·ε5·β6·Ea의 관계로부터,

ε6=Es6/(ε5·β6·Ea)　…(10)

이 된다.

투과율 ε5는 식 9로 구해지므로, 이것을 식 10에 대입하면, 투과율ε6은,

ε6=(β5·Es6)/(β6·Es5)　…(11)

이 된다.

또한, 다음 단의 선택용 광학 소자(OS3)의 투과율 ε3은, Es3=ε3·ε6·ε5·β3·Ea의 관계로부터,

ε3=Es3/(ε6·ε5·β3·Ea)　…(12)

이 된다.

투과율 ε5, ε6은 식 9, 11으로 구해지므로, ε6·ε5는, ε6·ε5=Es6/(β6·Ea)이 되고, 이것을 식 12에 대입하면, 투과율 ε3은,

ε3=(β6·Es3)/(β3·Es6)　…(13)

이 된다.

이하 마찬가지로 하여, 선택용 광학 소자(OS4)의 투과율 ε4, 선택용 광학 소자(OS1)의 투과율 ε1, 선택용 광학 소자(OS2)의 투과율 ε2는, 각각,

Es4=ε4·ε3·ε5·ε6·β4·Ea,

Es1=ε1·ε4·ε3·ε5·ε6·β1·Ea,

Es2=ε2·ε1·ε4·ε3·ε5·ε6·β2·Ea,

의 관계로부터,

ε4=(β3·Es4)/(β4·Es3)　…(14)

ε1=(β4·Es1)/(β1·Es4)　…(15)

ε2=(β1·Es2)/(β2·Es1)　…(16)

이 된다.

또한, 이러한 연산을 정확하게 행하기 위해서, 광전 센서(DTa, DTb, DT1~DT6) 각각에서 계측되는 신호의 계측값은, 수광하는 빔의 강도의 절대값에 정밀에 대응하도록 미리 교정(캘리브레이션)되어 있는 것으로 한다.

묘화 유닛(Un) 각각으로부터의 빔(LBn)의 강도가 적정 노광량이 되도록 조정되어, 패턴 노광되고 있는 동안에, 이상과 같이 하여, 6개의 선택용 광학 소자(OSn) 각각의 효율 βn과 투과율 εn을 적당한 인터벌, 예를 들면 기판(P) 상의 1개의 노광 영역을 노광하는 시간마다 순서대로 계측해 가면, 노광량이 변동할 가능성이 있는 묘화 유닛(Un)을 특정할 수 있고, 그 변동이 보정되도록, 도 5에서 나타낸 강도 조정 제어부(250)에 의해서, 묘화 유닛(Un)에 대응한 선택용 광학 소자(OSn)의 구동 신호(DFn)를 조정할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 광원 장치(LS)로부터 사출되는 빔(LB)의 강도를 검출하는 광전 센서(DTa) 외에, 6개의 선택용 광학 소자(OS1~OS6)를 투과하여 오는 빔(LB)의 0차 광의 빔의 강도를 검출하는 광전 센서(DTb)와 검출 회로(CKb)에 의한 빔 강도 계측부를 마련함으로써, 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각의 현시점에서의 효율 β1~β6나 그 변동을 간단하게 계측할 수 있다. 따라서, 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각의 열적인 영향에 의한 굴절률의 변동, 그 외의 광학 소자(집광 렌즈나 콜리메이터 렌즈)의 변동에 의한 빔 광로의 약간의 기울기 등에 의해서, 효율 βn이 변동한 선택용 광학 소자(OSn)를 특정할 수 있다. 또한, 계측된 효율 βn의 변동으로부터, 빔(LBn)의 강도를 보정하기 위한 도 7에 나타낸 조정 가능 범위 ΔKn의 확인과 재설정을 할 수 있다.

또한, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 마련되고, 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각에서 편향된 빔(LB1~LB6)의 강도를 검출하는 광전 센서(DT1~DT6)를 이용하면, 선택용 광학 소자(OS1~OS6) 각각의 투과율 ε1~ε6나 그 변동도 간단하게 계측할 수 있으므로, 묘화 유닛(U1~U6) 각각에 의해 묘화되는 패턴을 정확하게 적정 노광량으로 유지하여 노광할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 의하면, 광전 센서(DTa)에서 계측되는 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)의 강도 Ea가 변하여도, 선택용 광학 소자(OSn) 각각의 효율 βn과 투과율 εn이 구해지므로, 묘화 유닛(Un) 내에 마련되는 광전 센서(DT1~DT6) 각각을 사용하지 않아도, 묘화 제어 장치(200) 또는 강도 조정 제어부(250)에 의해서, 묘화 유닛(Un) 각각에 공급되는 빔(LBn)의 강도를 높은 정밀도로 산출(계측)하는 것이 가능해진다.

[변형예 1]

상기의 각 실시 형태에서는, 복수의 선택용 광학 소자(OSn) 각각을 음향 광학 변조 소자(AOM)로서, 회절 효과에 의해서 묘화 유닛(Un) 각각에 빔(LBn)을 편향시켰지만, 전기 광학 소자와 편광 빔 스플리터(편광 분리 소자)를 이용하여, 빔(LBn)을 편향시켜도 된다. 전기 광학 소자는, 화학 조성으로서 KDP(KH₂PO₄), ADP(NH₄H₂PO₄), KDP(KD₂PO₄), KDA(KH₂AsO₄), BaTiO₃, SrTiO₃, LiNbO₃, LiTaO₃ 등으로 나타내어지는 재료이다. 전기 광학 소자는, 인가되는 전계에 의해서 굴절률이 변화하여 입사하는 직선 편광의 빔의 편광 방향을 90° 회전시키는 것이다. 그 때문에, 전기 광학 소자로부터 사출하는 빔을 편향 빔 스플리터에 입사시키면, 편광 방향을 따라 묘화 유닛(Un)을 향해 반사하는 상태와, 비편향으로 투과하는 상태로 고속으로 전환할 수 있다. 본 변형예의 경우, 편향 빔 스플리터에 의해서 전기 광학 소자로부터의 빔을 묘화 유닛(Un)을 향해서 반사시키고 있는 상태일 때, 편향 빔 스플리터를 투과하는 누설 광은, 후단의 선택용 광학 소자(OSn) 각각의 전기 광학 소자와 편광 빔 스플리터를 투과하므로, 도 4에 나타낸 것과 같은 광전 센서(DTb)에 의해서 마찬가지로 검출할 수 있다. 단, 그 누설 광의 강도를 확보하기 위해서, 전기 광학 소자에 입사하는 직선 편광의 빔의 편광 방향을 전기 광학 소자에서 정확하게 90° 회전시키는 것이 아니라, 90°로부터 의도적으로 약간 어긋나도록, 인가하는 전계를 설정하면 좋다.

[변형예 2]

상기의 각 실시 형태에서는, 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 복수의 묘화 유닛(Un) 각각 중 어느 1개에 선택적으로 공급하는 스위칭용의 선택용 광학 소자(OSn)를, 묘화 유닛(Un) 각각으로 향하는 빔(LBn)의 강도 조정용으로 겸용했지만, 스위칭의 기능과 강도 조정의 기능을 다른 광학 부재로 실현해도 된다. 예를 들면, 상기의 실시 형태의 선택용 광학 소자(OSn)는 스위칭용으로만 이용하고, 강도 조정에는 별도로 빔(LBn)의 편광 상태를 제어하여 빔 강도를 보정하는 편광 조정 부재로 해도 된다. 편광 조정 부재로서는, 직선 편광의 빔을 입사하는 전기 광학 소자(전계에 의해서 굴절률이 변화하는 포켈스 효과(Pockels effect)나 커 효과(Kerr effect)에 의해서 편광 방향을 바꾸는 소자)와, 전기 광학 소자를 사출한 빔으로부터 소정 방향의 편광 성분을 투과하는 편광판 등을 조합한 것을 사용할 수 있다. 이러한 편광 조정 부재는, 묘화 유닛(Un) 각각의 내부에 마련해도 되고, 광원 장치(LS)와 최전단의 선택용 광학 소자(OS5)와의 사이에 1개만 마련해도 된다.

[변형예 3]

또한, 개별적으로 강도 조정 부재를 마련하는 경우, 스위칭용의 선택용 광학 소자(OSn) 각각의 효율 βn이나 투과율 εn의 변동이 완만하면, 도 2의 묘화 유닛(Un) 내의 반사 미러(M20)와 반사 미러(M20a)의 사이에 마련되는 도시하지 않은 빔 익스팬더에서 확대된 빔(LBn)의 광로 중에, 투과율이 서서히 변화하도록 농도 분포를 부여한 유리판(가변 ND필터)을 마련하고, 그 유리판 상에서의 빔(LBn)의 투과 위치가 어긋나도록 유리판을 이동시켜 강도 조정해도 되다.

[그 외의 변형예]

이상의 각 실시 형태에서는, 1개의 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 6개의 묘화 유닛(U1~U6) 중 어느 1개에 선택적으로 공급하는 구성으로 했지만, 폴리곤 미러(PM)의 주사 효율 1/α에 따라서는, 광원 장치(LS)를 2대로 하고, 일방의 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은, 예를 들면 홀수번의 3개의 묘화 유닛(U1, U3, U5) 중 어느 1개에 선택적으로 공급하도록 제어하고, 타방의 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)은, 짝수번의 3개의 묘화 유닛(U2, U4, U6) 중 어느 1개에 선택적으로 공급하도록 제어해도 된다. 또한, 1대의 광원 장치(LS)로부터의 빔(LB)을 시분할로 전환하여 공급하는 묘화 유닛은 6개, 3개에 한정되지 않고, 2개 이상이면 된다. 또한, 각 실시 형태의 묘화 유닛은, 회전하는 폴리곤 미러(PM)를 이용하여 빔 주사를 행하였지만, 그 대신에, 회전축(APx)의 주위에 일정한 각도 범위에서 왕복 진동하는 갈바노 미러(주사 부재)를 이용하여, fθ 렌즈계(FT)에 입사하는 빔(LBn)을 주사하여도 된다.

Claims (20)

1. 광원 장치로부터의 빔을 주사 부재에 의해서 기판 상에서 주사하여 패턴을 묘화하는 복수의 묘화 유닛에 의해서, 상기 기판 상에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
   상기 광원 장치로부터의 빔을 상기 복수의 묘화 유닛 중 어느 1개에 선택적으로 공급하기 위해서, 상기 광원 장치로부터의 빔을 차례로 통과시키도록 배치되며, 전기적인 제어에 의해서 상기 빔을 상기 묘화 유닛을 향하게 하는 복수의 음향광학 변조 소자를 가지는 빔 전환부와,
   상기 복수의 묘화 유닛 중 특정의 묘화 유닛으로부터 상기 기판에 투사되는 빔의 강도를 조정하는 빔 강도 조정부와,
   상기 빔 강도 조정부를 제어하는 제어부를 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 복수의 음향 광학 변조 소자의 효율의 조정 가능 범위를 비교하여, 상기 복수의 묘화 유닛 각각으로부터 상기 기판에 투사되는 빔의 강도가 맞추어지도록 상기 빔 강도 조정부를 제어하는 패턴 묘화 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 빔 강도 조정부는, 상기 음향 광학 변조 소자의 효율을 조정하도록, 상기 음향 광학 변조 소자의 구동 신호를 조정하는 드라이브 회로를 포함하는 패턴 묘화 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 복수의 선택용 광학 부재 각각을 구성하는 상기 음향 광학 변조 소자의 효율을 계측하기 위해서, 상기 음향 광학 변조 소자의 복수를 투과하여 오는 상기 광원 장치로부터의 빔의 0차 광의 강도를 검출하는 광전 센서로부터의 신호를 이용하는 패턴 묘화 장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 빔 강도 조정부는, 상기 복수의 묘화 유닛 각각에 대응하여 복수 마련되어 있는 패턴 묘화 장치.
5. 주사 부재에 의해 광원 장치로부터의 빔을 기판 상에서 주사하여 패턴을 묘화하는 복수의 묘화 유닛에 의해서, 상기 기판에 패턴을 묘화하는 패턴 묘화 장치로서,
   상기 광원 장치로부터의 빔을 상기 묘화 유닛을 향하게 편향하기 위한 음향 광학 변조 소자가 상기 복수의 묘화 유닛 각각에 대응하여 마련되며, 상기 광원 장치로부터의 빔을 복수의 상기 음향 광학 변조 소자 각각에 차례로 통과시키도록 도광하는 복수의 광학 소자를 가지는 빔 전환부와,
   상기 광원 장치로부터의 빔을 상기 복수의 묘화 유닛 중 1개에 차례로 공급하도록, 상기 복수의 음향 광학 변조 소자 중 1개를 편향 상태로 전환하는 제어부와,
   상기 복수의 음향 광학 변조 소자 중 편향 상태로 되어 있는 상기 음향 광학 변조 소자를 투과한 비편향 상태의 빔의 강도를 검출하여, 상기 복수의 묘화 유닛 각각에 공급되는 상기 빔의 강도를 계측하는 빔 강도 계측부를 구비하고,
   상기 빔 강도 계측부는, 상기 복수의 음향 광학 변조 소자 중 최전단(最前段)의 음향 광학 변조 소자에 입사하는 상기 광원 장치로부터의 빔의 강도를 검출하는 제1 광전 센서와,
   상기 복수의 음향 광학 변조 소자 각각을 통과한 상기 비편향 상태의 빔의 강도를 검출하는 제2 광전 센서를 구비하는 패턴 묘화 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 빔 강도 계측부는, 상기 제어부에 의해서 상기 복수의 음향 광학 변조 소자 중 1개가 편향 상태로 전환될 때마다 상기 제1 광전 센서와 상기 제2 광전 센서로부터 출력되는 광전 신호에 근거하여, 상기 복수의 음향 광학 변조 소자 각각의 효율에 관한 정보를 연산하는 패턴 묘화 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 빔 강도 계측부는, 상기 복수의 음향 광학 변조 소자 각각에서 편향되어 상기 묘화 유닛 각각에 공급되는 상기 빔을 각각 수광하도록 마련된 복수의 제3 광전 센서를 구비하는 패턴 묘화 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 빔 강도 계측부는, 상기 제2 광전 센서와 상기 복수의 제3 광전 센서 각각으로부터 출력되는 광전 신호와, 상기 복수의 음향 광학 변조 소자 각각의 효율에 관한 정보에 근거하여, 상기 복수의 음향 광학 변조 소자의 투과율에 관한 정보를 연산하는 패턴 묘화 장치.
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