CN111638631A - 图案曝光装置、光束扫描装置、及图案描绘装置 - Google Patents
图案曝光装置、光束扫描装置、及图案描绘装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的光束扫描装置,是一边将光束的点光投射于对象物的被照射面、一边进行该点光于该被照射面上沿扫描线的一维扫描,其具备:射入光束的入射光学构件、将来自入射光学构件的光束为进行扫描而加以偏向的扫描用偏向构件、射入经偏向的光束后投射于被照射面的投射光学系、以及支承入射光学构件、扫描用偏向构件及投射光学系、可绕与照射中心轴在既定容许范围内成同轴的第1旋转中心轴旋转的支承架,该照射中心轴系相对该被照射面垂直通过以该点光的扫描在该被照射面上形成的扫描线的中点。
Description
本申请是分案申请,原案的申请号为201680017014.1(PCT/JP2016/058644),申请日为2016年03月18日,发明名称为“光束扫描装置、光束扫描方法、及描绘装置”。
技术领域
本发明是关于以照射于对象物被照射面上的光束的点光进行扫描,以描绘曝光出既定图案的光束扫描装置、光束扫描方法、及描绘装置。
背景技术
一直以来,作为事务用高速印表机,广为人知的是一边将激光光束的点光投射于感光筒等的被照射体(对象物)、一边藉由旋转多面镜沿主扫描线进行点光的一维方向主扫描,并使被照射体往与主扫描线方向正交的副扫描方向移动,以在被照射体上描绘出所欲的图案及图像(文字、图形、照片等)。
于特开平8-11348号公报中,揭示一种用以调整光束的主扫描线的倾斜的光束扫描装置。特开平8-11348号公报中记载的光束扫描装置,具备往光束的照射方向倾斜的板片、与载置在板片上的光学单元,此板片被载置在本体上。藉由使板片相对本体往主扫描方向旋转,据以使光学单元旋转以调整主扫描线的倾斜。由于此调整,主扫描线的中点的两侧长度会变得不同,因此再藉由使光学单元相对板片往主扫描方向旋转,据以将主扫描线的中点的两侧长度调整成相等。而扫描线本身的二维位置偏移或主扫描线方向的倍率误差,则以距光学单元的感光体的距离调整或沿主扫描线描绘的写入时机的电性控制来加以修正。又,光学单元,在内部一体的具备射出为进行描绘而经调变的光束的光源、将该光束变为平行光的准直透镜、旋转多面镜、及fθ透镜。
然而,于特开平8-11348号公报,是以远离主扫描线的位置为中心使光学单元旋转,因此为调整主扫描线的倾斜,必须进行多阶段的调整(板片相对本体的旋转调整、光学单元相对板片的旋转调整、光学单元距感光体的距离调整、以及描绘的写入时序的修正等)。尤其是,使用波长400nm以下的紫外线光束的点光,精密描绘最小线幅数μm~数十μm程度的图案的电子元件用光束扫描装置,由于有在图案描绘的进行中微调扫描线倾斜(主扫描线方向相对与副扫描方向正交的方向的倾斜)的情形,因此期望能简单的调整扫描线的倾斜。本件发明的实施形态,即能解决此课题。
发明内容
本发明第1态样的光束扫描装置,一边将来自光源装置的光束的点光投射于对象物的被照射面、一边使该点光于该被照射面上进行一维扫描,其具备:入射光学构件,供来自该光源装置的该光束入射;扫描用偏向构件,使来自该入射光学构件的该光束为进行该一维扫描而偏向;投射光学系,使经偏向的该光束入射后投射于该被照射面;以及支承架,支承该入射光学构件、该扫描用偏向构件及该投射光学系,可绕与照射中心轴在既定容许范围内成同轴的第1旋转中心轴旋转,该照射中心轴系相对该被照射面垂直通过以该点光的扫描在该被照射面上形成的扫描线上的特定点。
本发明第2态样的一种光束扫描装置,一边将来自光源装置的光束的点光照射于对象物的被照射面上、一边进行该点光于该被照射面上的一维扫描,其具备:入射光学构件,供来自该光源装置的该光束入射;扫描用偏向构件,使来自该入射光学构件的该光束为进行该一维扫描而偏向;投射光学系,使经偏向的该光束入射后投射于该被照射面;以及像旋转光学系,设在该被照射面与该投射光学系之间,使因该点光的扫描而在该被照射面上形成的扫描线绕旋转中心轴旋转,该旋转中心轴系与相对该被照射面垂直通过扫描线上的特定点的照射中心轴在既定容许范围内同轴。
本发明第3态样的光束扫描方法,使用光束扫描装置一边将来自光源装置的光束的点光投射于对象物的被照射面、一边进行该点光在该被照射面上的一维扫描,其包含:使来自光源装置的该光束入射该光束扫描装置的入射步骤;使入射的该光束为进行该一维扫描而偏向的偏向步骤;使经偏向的该光束入射后投射于该被照射面的投射步骤;以及使因该点光的扫描而在该被照射面上形成的扫描线绕旋转中心轴旋转的旋转步骤,该旋转中心轴系与相对该被照射面垂直通过扫描线上的特定点的照射中心轴在既定容许范围内同轴。
本发明第4态样的描绘装置,一边将来自光源装置的光束的点光投射于对象物的被照射面、一边进行该点光在该被照射面上的一维扫描,其具备:入射光学构件,供来自该光源装置的该光束入射;扫描用偏向构件,使来自该入射光学构件的该光束为进行该一维扫描而偏向;投射光学系,使经偏向的该光束入射后投射于该被照射面;支承架,支承该入射光学构件、该扫描用偏向构件及该投射光学系;旋转支承机构,将该支承架以能绕与该被照射面的法线平行的第1旋转中心轴旋转的状态,支承于装置本体;以及光导入光学系,以入射该入射光学构件的该光束的入射轴与该第1旋转中心轴在既定容许范围内成同轴的方式,将来自该光源装置的该光束导向该入射光学构件。
本发明第5态样的描绘装置,一边将来自光源装置的光束的点光投射于对象物的被照射面、一边进行该点光在该被照射面上的一维扫描,其具备:扫描用偏向构件,使来自该光源装置的该光束为进行该一维扫描而偏向;投射光学系,使经偏向的该光束入射后投射于该被照射面;支承架,支承该扫描用偏向构件、及该投射光学系;以及结合构件,在将通过因该点光的扫描而在该被照射面上形成的扫描线上的特定点的该被照射面的法线设为照射中心轴时,以该支承架对装置本体的支承部分被限制在从该照射中心轴的既定半径内区域的方式,将该支承架与该装置本体加以结合。
本发明第6态样的光束扫描装置,其一边将投射于对象物被照射面的光束于该被照射面上会聚成点光、一边进行该点光的一维扫描,其具备:偏向构件,使入射光束反射、并使反射光束在既定角度的范围内偏向,据以进行该点光的扫描;送光光学系,使该入射光束朝向该偏向构件;以及投射光学系,使来自该送光光学系的该入射光束入射后投射向该偏向构件,并使该反射光束入射后将该反射光束的该点光投射于该被照射面。
本发明第7态样的描绘装置,进行投射于对象物被照射面的光束的一维扫描以描绘既定图案,其具备:偏向构件,使该光束为进行一维扫描而偏向;送光光学系,使来自光源装置的该光束入射、并使的朝向该偏向构件;以及投射光学系,使来自该送光光学系的该光束入射后投射于该偏向构件、并将被该偏向构件反射的该光束投射于该被照射面。
本发明第8态样的描绘装置,将投射于被照射体的描绘用光束藉由旋转多面镜的旋转反复进行扫描,以在该被照射体上描绘既定图案,其具备:原点检测部,在侦测到该旋转多面镜的多个反射面中、与反射该描绘用光束的第1反射面不同的第2反射面成为既定角度位置时,产生原点讯号;以及控制装置,以该原点讯号产生后到该第2反射面成为该第1反射面为止的该旋转多面镜的旋转速度决定的既定时间为基准,以从该原点讯号产生后既定的延迟的时序,指示以该描绘用光束进行的描绘开始。
附图说明
图1是包含对实施形态的基板施以曝光处理的曝光装置的元件制造***的概略构成图。
图2是详细显示卷绕有基板的图1的旋转筒的图。
图3是显示点光的描绘线及基板上形成的对准标记的图。
图4是图1的曝光装置的主要部位放大图。
图5是详细显示图4的光导入光学系的光学构成的图。
图6是用以说明以图5的描绘用光学元件进行的光路切换的概略说明图。
图7是图4的光束扫描装置的光学构成的图。
图8是显示设在图7的多面镜周边的原点感测器的构成的图。
图9是显示原点讯号的产生时序与描绘开始时序的关系的图。
图10是显示以图4的第2机架部构成的光束扫描装置的保持构造的剖面图。
图11是图10的XI-XI线剖面图。
图12是显示保持图4及图10、11中所示的多个光束扫描装置的构造体的立体图。
图13是显示图12所示的构造体与曝光装置本体部的安装构造的立体图。
图14是显示以图4的曝光头曝光既定图案的曝光区域的变形状态的图。
图15是显示变形例1的光束扫描装置的光学构成的图。
图16是显示变形例2的光束扫描装置的光学构成的图。
图17A是变形例4的光束扫描装置的光学构成在与XtZt平面平行的面内所见的图、图17B变形例4的光束扫描装置的光学构成在与YtZt平面平行的面内所见的图。
图18A是变形例5的光束扫描装置的光学构成在与XtYt平面平行的面内所见的图、图18B变形例5的光束扫描装置的光学构成在与YtZt平面平行的面内所见的图。
图19显示变形例6的光束扫描装置的光学构成的图。
图20是显示配置多个图19的光束扫描装置的情形时的构成的图。
图21是说明使光束扫描装置形成的描绘线倾斜时的描绘位置误差的图。
图22是说明在光束扫描装置的旋转中心偏移的情形时,使描绘线倾斜时的描绘位置误差的图。
图23是显示第2实施形态的光束扫描装置的构成的图。
具体实施方式
针对本发明态样的光束扫描装置、光束扫描方法及描绘装置,举较佳实施形态、并参照所附图面详细说明如下。又,本发明的态样,当然不限定于此等实施形态,亦包含各种变化或施以改良。也就是说,以下所记载的构成要素中,包含发明所属技术领域中具有通常知识者容易思及之物、以及实质上相同之物,以下记载的构成要素亦可适当的加以组合。此外,在不脱离本发明要旨的范围内可进行构成要素的各种省略、置换或变更。
图1是包含对实施形态的基板(被照射体对象物)FS施以曝光处理的曝光装置EX的元件制造***10的概略构成图。又,以下的说明中,若未特别指明,是设定一以重力方向为Z方向的XYZ正交座标系,依图中所示的箭头,说明X方向、Y方向、及Z方向。
元件制造***10,例如,建构有制造作为电子元件的可挠性显示器、可挠性配线、可挠性感测器等的制造线的制造***。以下,作为前提,是以作为电子元件的可挠性显示器来进行说明。作为可挠性显示器,有例如有机EL显示器、液晶显示器等。元件制造***10,具有将可挠性的片状基板(片材基板)FS卷绕成卷筒状的未图示的供应卷送出基板FS,在对送出的基板FS连续的施以各种处理后,将各种处理后的基板FS以未图示的回收卷加以卷绕的所谓的卷对卷(Roll To Roll)方式的构造。基板FS,具有以基板FS的移动方向为长边方向(长条)、宽度方向为短边方向(短条)的带状形状。经各种处理后的基板FS,成为多个电子元件沿长边方向连接的状态,为可取多面用的基板。从前述供应卷送来的基板FS,依序被以处理装置PR1、曝光装置EX、及处理装置PR2等施以各种处理后,以前述回收卷加以卷绕。
又,X方向是于水平面内、从处理装置PR1经曝光装置EX朝向处理装置PR2的方向(搬送方向)。Y方向是于水平面内、与X方向正交的方向,为基板FS的宽度方向(短边方向)。Z方向是与X方向及Y方向正交的方向(上方向),与重力作用的方向平行。
基板FS,例如是使用由树脂薄膜、或不锈钢等的金属或合金形成的箔(foil)等。作为树脂薄膜的材质,可使用至少包含例如聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂、乙烯乙烯基共聚物树脂、聚氯乙烯树脂、纤维素树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯乙烯树脂、乙酸乙烯脂树脂等材料中的一种以上者。此外,基板FS的厚度及刚性(杨氏系数),只要是在通过曝光装置EX的搬送路径时不会于基板FS产生因弯折造成的折痕及非可逆的皱褶的范围即可。作为基板FS的母材,厚度25μm~200μm程度的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)或PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)等的薄膜,是非常合适的片材基板的典型。
基板FS,由于在以处理装置PR1、曝光装置EX及处理装置PR2实施的各处理中会有受热的情形,因此以选择热膨胀系数不会显着变大材质的基板FS较佳。例如,可藉由将无机填料混合于树脂薄膜来抑制热膨胀系数。无机填料,可以是例如氧化钛、氧化锌、氧化铝、或氧化硅等。此外,基板FS可以是以浮制法等制造的厚度100μm程度的极薄玻璃的单层体、或于此极薄玻璃贴合上述树脂薄膜、或箔等的积层体。
又,基板FS的可挠性(flexibility),是指对基板FS施加本身重量程度的力亦不致于产生剪断或断裂、而能使该基板FS挠曲的性质。而可挠性亦包含因自重程度的力而弯曲的性质。又,可挠性的程度会因基板FS的材质、大小、厚度、基板FS上成膜的层构造、温度、湿度等的环境等而改变。无论何者,只要是在将基板FS正确的卷绕于设在本实施形态的元件制造***10内的搬送路的各种搬送用卷筒、旋转筒等搬送方向转换用构件时,不会弯折而产生折痕、破损(产生破洞或裂开),能顺畅的搬送基板FS的话,皆为可挠性的范围。
处理装置PR1,是对以曝光装置EX进行曝光处理的基板FS进行前工艺的处理。处理装置PR1将经前工艺的处理的基板FS送向曝光装置EX。藉由此前工艺的处理,被送往曝光装置EX的基板FS,即成为其表面形成有感光性功能层(感光层)的基板(感光基板)FS。
此感光性功能层,是以溶液的形式涂布于基板FS上,经由干燥成为层(膜)。典型的感光性功能层,有光阻剂(液状或干薄膜状)作为无需显影处理的材料,另有受紫外线照射的部分的亲拨液性经改质的感光性硅烷耦合剂(SAM)、或受紫外线照射的部分露出镀敷还元基的感光性还元材等。作为感光性机能层使用感光性硅烷耦合剂时,由于基板FS上被紫外线曝光的图案部分由拨液性被改质为亲液性。因此可在成为亲液性的部分上选择性涂布导电性墨水(含有银或铜等导电性奈米粒子的墨水)、或含有半导体材料的液体等,据以形成构成薄膜电晶体(TFT)等的电极、半导体、绝缘、或作为连接用配线或电极的图案层。作为感光性机能层使用感光性还元材时,由于会在基板FS上被紫外线曝光的图案部分露出镀敷还元基。因此,曝光后,立即将基板P浸渍于含钯离子等的镀敷液中一定时间,以形成(析出)钯的图案层。此种镀敷处理,在以作为添加剂(additive)式处理、除此之外、作为减色(subtractive)式处理的蚀刻处理为前提的情形时,被送至曝光装置EX的基板FS,可以是以PET或PEN为母材,于其表面全面或选择性的蒸镀铝(Al)或铜(Cu)等的金属制薄膜,再于其上积层光阻剂层。
本实施形态中,曝光装置EX是不使用光罩的直接描绘方式的曝光装置、所谓的逐线扫描(raster scan)方式的曝光装置,对从处理装置PR1供应的基板FS的被照射面(感光面)对应用以形成显示器用电子元件、电路或配线等的既定图案的光图案。曝光装置EX,一边将基板FS往+X方向(副扫描方向)搬送、一边以曝光用的光束LB的点光SP在基板FS的被照射面上于既定扫描方向(Y方向)进行一维扫描(主扫描),根据图案资料(描绘资料)高速调变(ON/OFF)点光SP的强度,详情将于后叙。据此,于基板FS的被照射面描绘曝光出对应电子元件、电路或配线等既定图案的光图案。也就是说,透过基板FS的副扫描与点光SP的主扫描,点光SP在基板FS的被照射面上相对的进行二维扫描,于基板FS描绘曝光出既定图案。又,由于电子元件是重叠多个图案层(形成有图案的层)构成,因此藉由曝光装置EX使对应各层的图案曝光。
处理装置PR2,对以曝光装置EX进行曝光处理后的基板FS进行后工艺的处理(例如镀敷处理及显影、蚀刻处理等)。藉由此后工艺的处理,于基板FS上形成电子元件的图案层。又,由于电子元件是多个图案层重叠构成,因此在藉由元件制造***10的各处理于第1层形成图案后,再度,经元件制造***10的各处理,于第2层形成图案。
接着,详细说明曝光装置EX。曝光装置EX被收纳在调温室ECV内。此调温室ECV,藉由将内部保持于既定温度,以抑制在内部搬送的基板FS因温度而产生的形状变化。调温室ECV透过被动或主动式防振单元SU1、SU2配置在制造工厂的设置面E。防振单元SU1、SU2,降低来自设置面E的振动。此设置面E可以是工厂的地面本身、亦可以是为做出水平面而在地面上设置的设置底座(pedestal)上的面。曝光装置EX,至少具备基板搬送机构12、光源装置(脉冲光源装置)14、曝光头16、控制装置18、以及多个对准显微镜ALG(ALG1~ALG4)。
基板搬送机构12,将从处理装置PR1搬送来的基板FS在曝光装置EX内以既定速度搬送后,以既定速度送出至处理装置PR2。藉由此基板搬送机构12,规定在曝光装置EX内搬送的基板FS的搬送路径。基板搬送机构12,从基板FS的搬送方向上游侧(-X方向侧)起依序具有边缘位置控制器EPC、驱动滚轮R1、张力调整滚轮RT1、旋转筒(圆筒)DR、张力调整滚轮RT2、驱动滚轮R2、及驱动滚轮R3。
边缘位置控制器EPC,是用以调整从处理装置PR1搬送而来的基板FS在宽度方向(Y方向、基板FS的短边方向)的位置。也就是说,边缘位置控制器EPC使基板FS往宽度方向移动来调整基板FS在宽度方向的位置,以使被以既定张力的状态搬送而来的基板FS的宽度方向的端部(边缘)的位置,相对目标位置能控制在±十数μm~数十μm程度的范围(容许范围)。边缘位置控制器EPC,具有张挂基板FS滚轮、与检测基板FS的宽度方向端部(边缘)的位置的未图示的边缘感测器(端部检测部),根据边缘感测器检测的检测讯号,使边缘位置控制器EPC的前述滚轮往Y方向移动,以调整基板FS在宽度方向的位置。驱动滚轮R1,一边保持从边缘位置控制器EPC搬送而来的基板FS的表背两面、一边旋转,将基板FS搬送向旋转筒DR。又,边缘位置控制器EPC,可适当调整边缘位置控制器EPC的滚轮的旋转轴与Y轴的平行度,以修正基板FS在宽度方向的位置、与基板FS在行进方向的倾斜误差,使卷绕于旋转筒DR的基板FS的长边方向相对旋转筒DR的中心轴AXo恒成正交。
旋转筒DR,具有延伸于Y方向且延伸于与重力作用的Z方向交叉的方向的中心轴AXo、与距中心轴AXo一定半径的圆筒状外周面,一边顺着外周面(圆周面)将基板FS的一部分支承于长边方向、一边以中心轴AXo为中心旋转将基板FS往+X方向搬送。旋转筒DR,将来自曝光头16的光束LB(点光SP)投射的基板FS上的曝光区域(部分)以该圆周面加以支承。于旋转筒DR的Y方向两侧,具有以绕中心轴AXo旋转的方式被环状轴承支承的轴Sft。此轴Sft,被赋予来自以控制装置18控制的未图示的旋转驱动源(例如,马达或减速机构等)的旋转力矩而绕中心轴AXo旋转。又,为方便起见,将包含中心轴AXo、与YZ面平行的面称为中心面Poc。
驱动滚轮R2、R3,沿基板FS的搬送方向(+X方向)相距既定间隔配置,对曝光后的基板FS赋予既定松弛。驱动滚轮R2、R3与驱动滚轮R1同样的,一边保持基板FS的表背两面一边旋转,将基板FS搬送向处理装置PR2。驱动滚轮R2、R3,相对旋转筒DR设置在搬送方向的下游侧(+X方向侧),此驱动滚轮R2相对驱动滚轮R3设置在搬送方向的上游侧(-X方向侧)。张力调整滚轮RT1、RT2,被弹压向-Z方向,对卷绕支承于旋转筒DR的基板FS于长边方向赋予既定张力。据此,使作用于旋转筒DR的对基板FS赋予的长边方向的张力,在既定范围内安定化。又,控制装置18藉控制未图示的旋转驱动源(例如,马达或减速机等),使驱动滚轮R1~R3旋转。
光源装置14具有光源(脉冲光源),射出脉冲状的光束(脉冲光、激光)LB。此光束LB是在370nm以下的波长带具有峰值波长的紫外光,设光束LB的发光频率为Fe。光源装置14射出的光束LB,射入曝光头16。光源装置14依据控制装置18的控制,以发光频率Fe震荡出光束LB后射出。又,作为光源装置14,可使用以发出红外波长带的脉冲光的半导体激光元件、光纤增幅器、将经增幅的红外波长带的脉冲光转换为紫外波长带的脉冲光的波长转换元件(高谐波产生元件)等构成的光纤增幅激光光源。此场合,可获得发光频率(发振频率)Fe为数百MHz、1脉冲光的发光时间为皮秒程度的高辉度的紫外线脉冲光。
曝光头16,具备光束LB分别入射的多个光束扫描装置MD(MD1~MD6)。曝光头16,在被旋转筒DR的圆周面支承的基板FS的一部分,藉由多个光束扫描装置MD1~MD6描绘既定图案。曝光头16,是排列相同构成的多个光束扫描装置MD1~MD6的所谓的多光束型曝光头。由于曝光头16是对基板FS重复进行电子元件用的图案曝光,因此曝光出图案的曝光区域W(1个电子元件的形成区域)是沿基板FS的长边方向相距既定间隔设置多个(参照图3)。
亦如图2所示,奇数号的光束扫描装置(光束扫描单元)MD1、MD3、MD5系相对中心面Poc配置在基板FS的搬送方向上游侧(-X方向侧)、且于Y方向并列配置。偶数号的光束扫描装置(光束扫描单元)MD2、MD4、MD6是相对中心面Poc配置在基板FS的搬送方向下游侧(+X方向侧)、且于Y方向并列配置。奇数号的光束扫描装置MD1、MD3、MD5与偶数号的光束扫描装置MD2、MD4、MD6,相对中心面Poc对称设置。
光束扫描装置MD,一边将来自光源装置14的光束LB以在基板FS的被照射面上会聚成点光SP的方式投射、一边以该点光SP在基板FS的被照射面上沿既定直线的描绘线SLn进行一维扫描。多个光束扫描装置MD1~MD6的描绘线(扫描线)SLn,如图2、图3所示,是被设定为于Y方向(基板FS的宽度方向、扫描方向)在彼此不分离的情形下接合。以下,亦有将射入各光束扫描装置MD(MD1~MD6)的光束LB称为LB1~LB6的情形。射入此各光束扫描装置MD(MD1~MD6)的光束LB(LB1~LB6),是偏光于既定方向的直线偏光(P偏光或S偏光)的光束,于本实施形态,是射入P偏光的光束。又,亦有将光束扫描装置MD1的描绘线SLn称为SL1、将光束扫描装置MD2~MD6的描绘线SLn称为SL2~SL6的情形。
如图3所示,以多个光束扫描装置MD1~MD6的全部覆盖曝光区域W的宽度方向全部的方式,各光束扫描装置MD(MD1~MD6)分担扫描区域。据此,各光束扫描装置MD(MD1~MD6),即能再被分割于基板FS的宽度方向的多个区域的每一个描绘图案。例如,若设1个光束扫描装置MD的Y方向扫描宽度(描绘线SLn的长度)为30~60mm程度时,藉由将奇数号的光束扫描装置MD1、MD3、MD5的3个、与偶数号的光束扫描装置MD2、MD4、MD6的3个,合计6个光束扫描装置MD配置于Y方向,将可描绘的Y方向宽度扩展至180~360mm程度。各描绘线SL1~SL6的长度,原则上相同。也就是说,沿描绘线SL1~SL6各个扫描的光束LB的点光SP的扫描距离相同。
又,实际的描绘线SLn(SL1~SL6),是设定为较点光SP在被照射面上可实际扫描的最大长度略短。例如,当设主扫描方向(Y方向)的描绘倍率在初期值(无倍率修正)时可图案描绘的描绘线SLn的最大长为50mm时,点光SP在被照射面上的最大扫描长,是使描绘线SLn的扫描开始点侧与扫描结束点侧分别具有0.5mm程度的余裕,而设定为51mm程度。藉由此种设定,在点光SP的最大扫描长51mm的范围内,可将50mm的描绘线SLn的位置于主扫描方向微调整、或将描绘倍率予以微调整。
描绘线SL1~SL6,夹着中心面Poc于旋转筒DR的周方向配置成2行。奇数号的描绘线SL1、SL3、SL5,相对中心面Poc位于基板FS的搬送方向上游侧(-X方向侧)的基板FS的被照射面上。偶数号的描绘线SL2、SL4、SL6,相对中心面Poc位于基板FS的搬送方向下游侧(+X方向侧)的基板FS的被照射面上。描绘线SL1~SL6,于基板FS的宽度方向、也就是说、沿旋转筒DR的中心轴AXo大致平行。
描绘线SL1、SL3、SL5,沿基板FS的宽度方向(扫描方向)相距既定间隔配置在直线上。描绘线SL2、SL4、SL6亦同样的,沿基板FS的宽度方向(扫描方向)相距既定间隔配置在直线上。此时,描绘线SL2是于基板FS的宽度方向,配置在描绘线SL1与描绘线SL3之间。同样的,描绘线SL3于基板FS的宽度方向,配置在描绘线SL2与描绘线SL4之间。描绘线SL4于基板FS的宽度方向,配置在描绘线SL3与描绘线SL5之间,描绘线SL5于基板FS的宽度方向,配置在描绘线SL4与描绘线SL6之间。
沿奇数号的描绘线SL1、SL3、SL5的各个扫描的光束LB的点光SP的扫描方向,为一维方向且为相同方向。沿偶数号的描绘线SL2、SL4、SL6的各个扫描的光束LB的点光SP的扫描方向,为一维方向且为相同方向。此沿描绘线SL1、SL3、SL5扫描的光束LB的点光SP的扫描方向、与沿描绘线SL2、SL4、SL6扫描的光束LB的点光SP的扫描方向,为彼此相反的方向。详言之,此沿描绘线SL1、SL3、SL5扫描的光束LB的点光SP的扫描方向为-Y方向,沿描绘线SL2、SL4、SL6扫描的光束LB的点光SP的扫描方向为+Y方向。据此,描绘线SL1、SL3、SL5的描绘开始位置(描绘开始点的位置)与描绘线SL2、SL4、SL6的描绘开始位置,即于Y方向相邻接(或部分重复)。此外,描绘线SL3、SL5的描绘结束位置(描绘结束点的位置)与描绘线SL2、SL4的描绘结束位置,于Y方向相邻接(或部分重复)。使在Y方向相邻的描绘线SLn的端部彼此部分重复时,例如,相对各描绘线SLn的长度,可包含描绘开始位置、或描绘结束位置在Y方向以数%以下的范围使的重复。
又,此描绘线SLn的副扫描方向的宽度,是对应点光SP的尺寸(直径)φ的粗细。例如,点光SP的尺寸φ为3μm时,各描绘线SLn的宽度亦为3μm。点光SP,亦可以仅既定长度(例如,点光SP的尺寸φ的一半)重叠的方式,沿描绘线SLn照射。此外,在使于Y方向相邻的描绘线SLn(例如,描绘线SL1与描绘线SL2)彼此相邻的情形(接合的情形),亦以仅既定长度(例如,点光SP的尺寸φ的一半)重叠较佳。
本实施形态的情形,由于来自光源装置14的光束LB为脉冲光,因此在主扫描之间投射于描绘线SLn上的点光SP,会反应光束LB的震荡频率Fe而成离散的。因此,必须使以光束LB的1脉冲光投射的点光SP与下一个以1脉冲光投射的点光SP,在主扫描方向重叠(overlap)。此重叠的量,是根据点光SP的尺寸φ、点光SP的扫描速度、光束LB的震荡振频率Fe设定,在点光SP的强度分布为高斯分布而近似的情形时,相对于以点光SP的峰值强度的1/e2(或1/2)决定的实效直径尺寸φ,使之重叠φ/2程度较佳。因此,于副扫描方向(与描绘线SLn正交的方向),最好是能设定在沿描绘线SLn的点光SP的一次扫描与下一次扫描之间,基板FS移动点光SP的实效尺寸φ的大致1/2以下的距离。又,对基板FS上感光性功能层的曝光量的设定,虽能藉由光束LB(脉冲光)的峰值的调整进行,但欲在不提升光束LB强度的状况下增大曝光量的情形时,可藉由降低点光SP的主扫描方向的扫描速度、增大光束LB的震荡频率Fe、或降低基板FS的副扫描方向的搬送速度等中的任一方法,使点光SP于主扫描方向或副扫描方向的重叠量增加至实效尺寸φ的1/2以上即可。
各光束扫描装置MD(MD1~MD6),以至少在XZ平面,光束LB(LB1~LB6)相对基板FS的被照射面成垂直的方式,将光束LB(LB1~LB6)照射向基板FS。也就是说,各光束扫描装置MD(MD1~MD6),是以在XZ平面,朝向旋转筒DR的中心轴AXo行进的方式,亦即以和被照射面的法线同轴(平行)的方式,将光束LB(LB1~LB6)照射(投射)于基板FS。此外,各光束扫描装置MD(MD1~MD6),以照射于描绘线SLn(SL1~SL6)的光束LB(LB1~LB6)在与YZ平面平行的面内相对基板FS的被照射面成垂直的方式,将光束LB(LB1~LB6)照射向基板FS。亦即,于点光SP在被照射面的主扫描方向,投射于基板FS的光束LB(LB1~LB6)以远心状态扫描。此处,将通过以各光束扫描装置MD(MD1~MD6)规定的描绘线SLn(SL1~SL6)的中点(中心点)、与基板FS的被照射面垂直的线(亦称光轴)称为照射中心轴Le(Le1~Le6)。
此各照射中心轴Le1~Le6,是于XZ平面,将描绘线SL1~SL6与中心轴AXo加以连结的线。奇数号的光束扫描装置MD1、MD3、MD5各个的照射中心轴Le1、Le3、Le5于XZ平面为相同方向,奇数号的光束扫描装置MD2、MD4、MD6各个的照射中心轴Le2、Le4、Le6于XZ平面为相同方向。又,于XZ平面,照射中心轴Le1、Le3、Le5与照射中心轴Le2、Le4、Le6是设定为相对中心面Poc的角度为±θ(参照图4)。
如图2所示,于旋转筒DR的两端部,设有在旋转筒DR的外周面周方向全体具有形成为环状的刻度的标尺部SD(SDa、SDb)。此标尺部SD(SDa、SDb)是在旋转筒DR的外周面周方向以一定间距(例如,20μm)刻设有凹状或凸状格子线的绕射光栅,构成为递增型标尺。此标尺部SD(SDa、SDb)绕中心轴AXo与旋转筒DR一体旋转。又,以和此标尺部SD(SDa、SDb)对向的方式,设有多个编码器(标尺读取头)EC。此编码器EC,是以光学方式检测旋转筒DR的旋转位置之物。与设在旋转筒DR的-Y方向侧端部的标尺部SDa对向设有2个编码器EC(EC1a、EC2a),与设在旋转筒DR的+Y方向侧端部的标尺部SDb对向设有2个编码器EC(EC1b、EC2b)。
编码器EC(EC1a、EC1b、EC2a、EC2b),藉由向标尺部SD(SDa、SDb)投射测量用的光束,并对其反射光束(绕射光)进行光电检测,据以将对应标尺部SD(SDa、SDb)的周方向位置变化的检测讯号输出至控制装置18。控制装置18,可藉由将该检测讯号以未图示的计数电路进行内挿以进行数位处理,以次微米的解析能力测量旋转筒DR的角度变化、亦即、其外周面的周方向位置变化。控制装置18,亦可从旋转筒DR的角度变化测量基板FS的搬送速度。
编码器EC1a、EC1b,相对中心面Poc设在基板FS的搬送方向上游侧(-X方向侧),于XZ平面,配置在与照射中心轴Le1、Le3、Le5相同线上。也就是说,于XZ平面,连结从编码器EC1a、EC1b投射的测量用光束对标尺部SDa、SDb上的投射位置(读取位置)与中心轴AXo的线,是配置在与照射中心轴Le1、Le3、Le5相同线上。同样的,编码器EC2a、EC2b,相对中心面Poc设在基板FS的搬送方向下游侧(+X方向侧),于XZ平面,配置在与照射中心轴Le2、Le4、Le6相同线上。也就是说,于XZ平面,连结从编码器EC2a、EC2b投射的测量用光束对标尺部SDa、SDb上的投射位置(读取位置)与中心轴AXo的线,是配置在与照射中心轴Le2、Le4、Le6相同线上。
又,基板FS是卷绕在较旋转筒DR两端的标尺部SDa、SDb的内侧。标尺部SD(SDa、SDb)的外周面被设定为与卷绕在旋转筒DR的基板FS的外周面为同一面。也就是说,标尺部SD(SDa、SDb)到外周面的中心轴AXo的半径(距离)、与卷绕在旋转筒DR的基板FS到外周面的中心轴AXo的半径(距离),被设定为相同。据此,编码器EC(EC1a、EC1b、EC2a、EC2b)能在与卷绕于旋转筒DR的基板FS的被照射面相同径方向的位置检测标尺部SD(SDa、SDb),减小测量位置与处理位置(点光SP的扫描位置等)因在旋转筒DR的径方向相异所产生的阿贝误差。
不过,由于作为被照射体的基板FS的厚度从十数μm~数百μm有相当大的差异,因此欲使标尺部SD(SDa、SDb)的外周面的半径与卷绕在旋转筒DR的基板FS的外周面的半径恒为相同是不容易的。因此,在图2所示的标尺部SD(SDa、SDb)的情形时,其外周面(标尺面)的半径是设定为与旋转筒DR的外周面的半径一致。进一步的,亦可以个别的圆盘构成标尺部SD,将该圆盘(标尺圆盘)同轴安装于旋转筒DR的轴Sft。此时,使标尺圆盘的外周面(标尺面)的半径与旋转筒DR的外周面的半径一致,以将阿贝误差控制在容许值内的程度较佳。
图1所示的对准显微镜ALG(ALG1~ALG4),如图3所示,是用以检测形成在基板FS的对准标记MK(MK1~MK4),沿Y方向设有多个(本实施形态中为4个)。对准标记MK(MK1~MK4),是用以进行描绘在基板FS的被照射面上的曝光区域W的既定图案、与基板FS的相对位置对准的基准标记。对准显微镜ALG(ALG1~ALG4),在被旋转筒DR的圆周面支承的基板FS上,检测对准标记MK(MK1~MK4)。对准显微镜ALG(ALG1~ALG4),较来自曝光头16的光束LB(LB1~LB6)的点光SP对基板FS上的被照射区域,设置在基板FS的搬送方向上游侧(-X方向侧)。
对准显微镜ALG(ALG1~ALG4),具有将对准用照明光投射于基板FS的光源、用以取得基板FS表面包含对准标记MK(MK1~MK4)的局部区域的放大像的观察光学系(含物镜)、以及将该放大像在基板FS移动于搬送方向的期间以高速快门拍摄的CCD、CMOS等的摄影元件。对准显微镜ALG(ALG1~ALG4)拍摄的摄影讯号被送至控制装置18。控制装置18根据摄影讯号的影像解析、与拍摄瞬间的旋转筒DR的旋转位置的资讯(以读取图2所示的标尺部SD的编码器EC加以测量),检测对准标记MK(MK1~MK4)的位置,以检测基板FS的位置。又,对准用照明光系对基板FS上的感光性功能层几乎不具有感度的波长带的光、例如波长500~800nm程度的光。
对准标记MK1~MK4设在各曝光区域W的周围。对准标记MK1、MK4,在曝光区域W的基板FS的宽度方向两侧,沿基板FS的长边方向以一定间隔Dh形成有多个。对准标记MK1形成在基板FS的宽度方向的-Y方向侧,对准标记MK4形成在基板FS的宽度方向的+Y方向侧。此种对准标记MK1、MK4,在基板FS承受大的张力、热处理而不变形的状态下,于基板FS的长边方向(X方向)配置在同一位置。再者,对准标记MK2、MK3,是在对准标记MK1与对准标记MK4之间,在曝光区域W的+X方向侧与-X方向侧的余白部沿基板FS的宽度方向(短尺方向)形成。对准标记MK2形成在基板FS的宽度方向的-Y方向侧,对准标记MK3形成在基板FS的+Y方向侧。此外,排列在基板FS的-Y方向侧端部的对准标记MK1与余白部的对准标记MK2在Y方向的间隔、余白部的对准标记MK2与对准标记MK3在Y方向的间隔、以及排列在基板FS的+Y方向侧端部的对准标记MK4与余白部的对准标记MK3在Y方向的间隔,皆设定为相同距离。此等对准标记MK(MK1~MK4),可在第1层的图案层的形成时一起形成。例如,在曝光第1层的图案时,可在图案曝光的曝光区域W的周围将对准标记用的图案一起曝光。又,对准标记MK可形成在曝光区域W内。例如,可在曝光区域W内、沿曝光区域W的轮廓形成。
对准显微镜ALG1是配置成拍摄存在于物镜的观察区域(检测区域)Vw1内的对准标记MK1。同样的,对准显微镜ALG2~ALG4亦配置成拍摄存在于物镜的观察区域Vw2~Vw4内的对准标记MK2~MK4。因此,多个对准显微镜ALG1~ALG4是对应多个对准标记MK1~MK4的位置,从基板FS的-Y方向侧起以对准显微镜ALG1~ALG4的顺序设置。对准显微镜ALG(ALG1~ALG4)是设置成于X方向,曝光位置(描绘线SL1~SL6)与对准显微镜ALG的观察区域Vw(Vw1~Vw4)的距离,较曝光区域W的X方向的长度短。又,设于Y方向的对准显微镜ALG的数量,可视形成在基板FS的宽度方向的对准标记MK的数量变更。此外,观察区域Vw1~Vw4在基板FS的被照射面上的大小虽是反应对准标记MK1~MK4的大小及对准精度(位置测量精度)而设定,但是在100~500μm方形程度的大小。
图4是曝光装置EX的主要部位放大图。曝光装置EX进一步具备多个光导入光学系BDU(BDU1~BDU6)、与本体架UB。光导入光学系BDU(BDU1~BDU6)将来自光源装置14的光束LB(LB1~LB6)导向光束扫描装置MD(MD1~MD6)。光导入光学系BDU1将光束LB1导向光束扫描装置MD1,光导入光学系BDU2将光束LB2导向光束扫描装置MD2。同样的,光导入光学系BDU3~BDU6将光束LB3~LB6导向光束扫描装置MD3~MD6。来自光源装置14的光束LB,透过未图示的分束器、或切换用的光偏向器等的光学构件,分歧或选择性的射入各光导入光学系BDU1~BDU6。光导入光学系BDU(BDU1~BDU6),具有将以光束扫描装置MD(MD1~MD6)投射至基板FS的被照射面上的点光SP的强度根据图案资料高速地进行调变(ON/OFF)的描绘用光学元件AOM(AOM1~AOM6)。描绘用光学元件AOM是音声光学调变器(Acousto-OpticModulator)。此图案资料,储存在控制装置18的未图示的记忆区域。
本体架UB,用以保持多个光导入光学系BDU1~BDU6与多个光束扫描装置MD1~MD6。本体架UB,具有保持多个光导入光学系BDU1~BDU6的第1机架部Ub1、与保持多个光束扫描装置MD1~MD6的第2机架部Ub2。第1机架部Ub1,在以第2机架部Ub2保持的多个光束扫描装置MD1~MD6的上方(+Z方向侧),保持多个光导入光学系BDU1~BDU6。奇数号的光导入光学系BDU1、BDU3、BDU5系以和奇数号的光束扫描装置MD1、MD3、MD5的位置对应,相对中心面Poc配置在基板FS的搬送方向上游侧(-X方向侧)的方式,被保持于第1机架部Ub1。偶数号的光导入光学系BDU2、BDU4、BDU6,同样的,是以和偶数号的光束扫描装置MD2、MD4、MD6的位置对应,相对中心面Poc配置在基板FS的搬送方向下游侧(+X方向侧)的方式,被保持于第1机架部Ub1。关于此光导入光学系BDU的构成,于后详细说明。
第1机架部Ub1从下方(-Z方向侧)支承多个光导入光学系BDU1~BDU6。于第1机架部Ub1,对应多个光导入光学系BDU1~BDU6设有多个开口部Hs(Hs1~Hs6)。藉由此多个开口部Hs1~Hs6,从多个光导入光学系BDU1~BDU6射出的光束LB1~LB6即在不会被第1机架部Ub1遮蔽的情形下,射入对应的光束扫描装置MD1~MD6。也就是说,从光导入光学系BDU(BDU1~BDU6)射出的光束LB(LB1~LB6)通过开口部Hs(Hs1~Hs6)射入光束扫描装置MD(MD1~MD6)。
第2机架部Ub2,将光束扫描装置MD(MD1~MD6)的各个保持成能绕照射中心轴Le(Le1~Le6)旋转。也就是说,藉由第2机架部Ub2,各光束扫描装置MD(MD1~MD6)可绕照射中心轴Le(Le1~Le6)旋转。关于此第2机架部Ub2对光束扫描装置MD的保持构造,于后详细说明。
图5是显示光导入光学系BDU的光学构成的详图、图6是用以说明以描绘用光学元件AOM进行的光路切换(光束LB的ON/OFF)的概略说明图。奇数号的光导入光学系BDU1、BDU3、BDU5与偶数号的光导入光学系BDU2、BDU4、BDU6,是相对中心面Poc对称设置。又,由于各光导入光学系BDU(BDU1~BDU6)具有相同构成,因此仅针对光导入光学系BDU1加以说明,省略对其他光导入光学系BDU的说明。
光导入光学系BDU1,除描绘用光学元件AOM1外,具有光学透镜系G1、G2、与反射镜M1~M5。于描绘用光学元件AOM1,光束LB1以在描绘用光学元件AOM1内成光腰的方式射入。描绘用光学元件AOM1,如图6所示,在来自控制装置18的驱动讯号(高频讯号)为OFF(Low)状态时,使入射的光束LB1穿透吸收体AB,在来自控制装置18的驱动讯号(高频讯号)为ON(High)状态时,则使入射的光束LB1绕射后的1次绕射光朝向反射镜M1。吸收体AB,是为抑制光束LB1漏至外部而吸收光束LB1的光捕捉器。控制装置18,根据图案资料使待施加至描绘用光学元件AOM1的驱动讯号(高频讯号)高速地进行ON/OFF(High/Low),据以切换使光束LB1朝向反射镜M1(描绘用光学元件AOM1为ON)、或朝向吸收体AB(描绘用光学元件AOM1为OFF)。此事,在基板FS的被照射面上看时,即代表从光束扫描装置MD1到达被照射面(基板FS)的光束LB1的点光SP的强度,根据图案资料高速地被调变为高位准与低位准(例如零位准)的任一者。
图案资料,是以沿点光SP的扫描方向(Y方向)的方向为列方向、沿基板FS的搬送方向(X方向)的方向为行方向、以分解为二维的多个像素资料构成的位元图(bit map)资料。此像素资料,是「0」或「1」的1位元资料。「0」的像素资料是代表将照射在基板FS上的点光SP的强度设定为低位准,「1」的像素资料则代表将照射于基板FS上的点光SP的强度设定为高位准之意。因此,控制装置18,在像素资料为「0」时,将OFF的驱动讯号(高频讯号)输出至光导入光学系BDU1的描绘用光学元件AOM1,在像素资料为「1」时,将ON的驱动讯号(高频讯号)输出至描绘用光学元件AOM1。此图案资料的1行份的像素资料的数量,是反应在被照射面上的像素尺寸与描绘线SLn的长度决定,1像素的尺寸由点光SP的尺寸φ决定。如先前的说明,在使被照射面上持续照射的点光SP仅以尺寸φ的1/2程度重叠时,1像素的尺寸是设定为点光SP的尺寸φ的程度、或高于此。例如,点光SP的实效尺寸φ为3μm(重叠量为1.5μm)的情形时,1像素的尺寸设定为3μm方形程度、或高于此。因此,为进行更微细的图案的描绘,需将点光SP的实效尺寸φ设定得更小、以将1像素的尺寸设定得更小。因此,在使点光SP仅重叠尺寸φ的1/2程度时,沿描绘线SL1投射的点光SP的数量(脉冲数)即为图案资料的1行份像素资料的数的2倍。此图案资料储存在未图示的记忆体中。又,亦有将1行份像素资料称为像素资料行Dw的情形,图案资料是多个像素资料行Dw(Dw1、Dw2、···、Dwn)排列于行方向的位元图资料。
详言之,控制装置18读出图案资料的像素资料行(1行份的像素资料)Dw(例如,Dw1),与光束扫描装置MD1进行的点光SP的扫描同步,将根据所读出的像素资料行Dw1的像素资料的驱动讯号依序输出至光导入光学系BDU1的描绘用光学元件AOM1。具体而言,就沿描绘线SL1每投射点光SP的2脉冲份的时序,使读出的像素资料行Dw1中选择的1像素份的资料沿列方向偏移,并将根据所选择的1像素份的资料的驱动讯号依序输出至描绘用光学元件AOM1。据此,对照射在基板FS的照射面上的点光SP的每2脉冲,将其强度根据像素资料加以调变。控制装置18,在点光SP的扫描结束时,读出下一行的像素资料行Dw2。并随着光束扫描装置MD1的点光SP的扫描开始,将根据读出的像素资料行Dw2的像素资料的驱动讯号,依输出至光导入光学系BDU1的描绘用光学元件AOM1。以此方式,在每次开始点光SP的扫描时,将根据下一行的像素资料行Dw的像素资料的驱动讯号依输出至描绘用光学元件AOM1。据此,即能描绘曝光出根据图案资料的图案。又,图案资料就每一光束扫描装置MD设置。
来自描绘用光学元件AOM1的光束LB1,透过光束成形用的光学透镜系G1射入吸收体AB或反射镜M1。也就是说,无论描绘用光学元件AOM1为ON、或为OFF,通过描绘用光学元件AOM1的光束LB1亦会穿透光学透镜系G1。当描绘用光学元件AOM1被切换为ON,光束LB1射入反射镜M1时,光束LB1即因图5中的反射镜M1~M5而使其光路弯折,从反射镜M5射出向光束扫描装置MD1。此时,反射镜M5是使光束LB1与照射中心轴Le1成同轴的方式射出。也就是说,以光导入光学系BDU1的反射镜M1~M5,将该光路弯折成来自光导入光学系BDU1的光束LB1的轴线成为与设定在光束扫描装置MD1的照射中心轴Le1同轴射入光束扫描装置MD1。又,在反射镜M4与反射镜M5之间设有光束成形用的光学透镜系G2。此外,至少由多个光束扫描装置MD(MD1~MD6)构成的曝光头16与光导入光学系BDU(BDU1~BDU6),构成本实施形态的描绘装置。又,本体架UB亦可构成为描绘装置的一部分。
其次,参照图7(及图5),说明光束扫描装置MD的光学构成。由于各光束扫描装置MD(MD1~MD6)具有相同构成,因此仅针对光束扫描装置MD1加以说明,针对其他光束扫描装置MD则省略说明。又,图7(及图5)中,是以和照射中心轴Le(Le1)平行的方向为Zt方向,以在与Zt方向正交的平面上、基板FS从处理装置PR1经由曝光装置EX朝向处理装置PR2的方向为Xt方向,以在与Zt方向正交的平面上、与Xt方向正交的方向为Yt方向。也就是说,图7(及图5)的Xt、Yt、Zt的三维座标,是将图1的X、Y、Z的三维座标以Y轴为中心、旋转成Z轴方向与照射中心轴Le(Le1)平行的三维座标。
如图7所示,于光束扫描装置MD1内,沿着从光束LB1的入射位置到被照射面(基板FS)的光束LB1的行进方向,设有反射镜M10、扩束器BE、反射镜M11、偏光分束器BS1、反射镜M12、像偏移光学构件(平行平板)SR、偏向调整光学构件(棱镜)DP、场孔径FA、反射镜M13、λ/4波长板QW、柱面透镜CYa、反射镜M14、多面镜(polygon mirror)PM、fθ透镜FT、反射镜M15、柱面透镜CYb。进一步的,于光束扫描装置MD1内,设有透过偏光分束器BS1用以检测来自被照射面(基板FS)的反射光的光学透镜系G10及光检测器DT1。
射入光束扫描装置MD1的光束LB1,朝-Zt方向行进,射入相对XtYt平面倾斜45°的反射镜M10。射入此光束扫描装置MD1的光束LB1的轴线,是以和照射中心轴Le1成同轴的方式射入反射镜M10。反射镜M10,其功能是作为使光束LB1射入光束扫描装置MD1的入射光学构件,将入射的光束LB1沿着与Xt轴平行设定的光轴AXa,朝反射镜M11反射向-Xt方向。因此,光轴AXa在与XtZt平面平行的面内,与照射中心轴Le1正交。被反射镜M10反射的光束LB1,穿透过沿光轴AXa配置的扩束器BE射入反射镜M11。扩束器BE,用以使穿透的光束LB1的直径放大。扩束器BE,具有聚光透镜Be1、以及使被聚光透镜Be1会聚后放射的光束LB1成为平行光的准直透镜Be2。
反射镜M11相对YtZt平面倾斜45°配置,将入射的光束LB1(光轴AXa)朝着偏光分束器BS1反射向-Yt方向。偏光分束器BS1的偏光分离面,相对YtZt平面倾斜45°配置,用以使P偏光的光束反射、使偏光在与P偏光正交的方向的直线偏光(S偏光)的光束穿透。射入光束扫描装置MD1的光束LB1,由于是P偏光的光束,因此偏光分束器BS1将来自反射镜M11的光束LB1反射向-Xt方向以导向反射镜M12侧。
反射镜M12相对XtYt平面倾斜45°配置,将入射的光束LB1朝从反射镜M12于-Zt方向分离的反射镜M13反射向-Zt方向。被反射镜M12反射的光束LB1,沿着与Zt轴平行的光轴AXc通过像偏移光学构件SR、偏向调整光学构件DP、及场孔径(视野光阑)FA,射入反射镜M13。像偏移光学构件SR,是在与光束LB1的行进方向(光轴AXc)正交的平面(XtYt平面)内,进行光束LB1的剖面内的中心位置的二维调整。像偏移光学构件SR以沿着光轴AXc配置的2片石英的平行平板Sr1、Sr2构成,平行平板Sr1可绕Xt轴倾斜、平行平板Sr2则可绕Yt轴倾斜。藉由此平行平板Sr1、Sr2分别绕Xt轴、Yt轴倾斜,在与光束LB1的行进方向正交的XtYt平面,使光束LB1的中心位置二维微量偏移。此平行平板Sr1、Sr2是在控制装置18的控制下,以未图示的致动器(驱动部)加以驱动。
偏向调整光学构件DP,是用以微调整被反射镜M12反射后通过像偏移光学构件SR而来的光束LB1相对光轴AXc的倾斜。偏向调整光学构件DP以沿着光轴AXc配置的2个楔状棱镜Dp1、Dp2构成,各个棱镜Dp1、Dp2被设置成能独立的以光轴AXc为中心360°旋转。藉由调整2个棱镜Dp1、Dp2的旋转角度位置,使到达反射镜M12的光束LB1的轴线与光轴AXc的平行、或使到达被照射面(基板FS)的光束LB1的轴线与照射中心轴Le1的平行。又,被2个棱镜Dp1、Dp2偏向调整后的光束LB1会有在与光束LB的剖面平行的面内横移的情形,此横移可藉由先前的像偏移光学构件SR使其回到原来状态。此棱镜Dp1、Dp2是在控制装置18的控制下,以未图示的致动器(驱动部)加以驱动。
如前所述,通过像偏移光学构件SR与偏向调整光学构件DP的光束LB1,穿透过场孔径(field aperture)FA的圆形开口到达反射镜M13。场孔径FA的圆形开口,是用以将被扩束器BE放大的光束LB1的剖面内的强度分布的和缓部分加以去除的光阑。若将场孔径FA的圆形开口更换为可调整口径的可变光彩光阑的话,即能调整点光SP的强度(辉度)。
反射镜M13相对XtYt平面倾斜45°配置,将入射的光束LB1朝反射镜M14反射向+Xt方向。被反射镜M13反射的光束LB1,透过λ/4波长板QW及柱面透镜CYa射入反射镜M14。反射镜M14,将入射的光束LB1反射向多面镜(旋转多面镜、扫描用偏向构件)PM。多面镜PM,将入射的光束LB1朝具有与Xt轴平行的光轴AXf的fθ透镜FT反射向+Xt方向侧。多面镜PM,为了使光束LB1的点光SP在基板FS的被照射面上扫描,使入射的光束LB1在与XtYt平面平行的面内偏向(反射)。具体而言,多面镜PM,具有延伸于Zt轴方向的旋转轴AXp、与形成在旋转轴AXp周围的多个反射面RP(本实施形态中,为8个反射面RP)。藉由使此多面镜PM以旋转轴AXp为中心往既定旋转方向旋转,即能使照射于反射面RP的脉冲状的光束LB1的反射角连续变化。据此,能以1个反射面RP使光束LB1的反射方向偏向,使照射在基板FS的被照射面上的光束LB1的点光SP,沿扫描方向(基板FS的宽度方向、Yt方向)扫描。
也就是说,可藉由1个反射面RP,使光束LB1的点光SP沿描绘线SL1扫描。因此,以多面镜PM的1旋转,点光SP在基板FS的被照射面上扫描的描绘线SL1的数量,为与反射面RP的数量相同的8条。多面镜PM藉由包含马达等的多面镜驱动部RM以一定速度旋转。以多面镜驱动部RM进行的多面镜PM的旋转,由控制装置18加以控制。如先前的说明,描绘线SL1的实效长度(例如50mm)是设定为能以此多面镜PM扫描点光SP的最大扫描长(例如51mm)以下的长度,初期设定(设计上)下,于最大扫描长的中央设定描绘线SL1的中心点(照射中心轴Le1通过)。
例如,设描绘线SL1的实效长度为50mm,一边使实效尺寸φ为4μm的点光SP每2.0μm重叠、一边使点光SP沿描绘线SL1照射在基板FS的被照射面上时,以一次扫描照射的点光SP(脉冲光)的数为25000(=50mm/2.0μm)。又,若设基板FS的副扫描方向的行进速度(搬送速度)Vt为8mm/秒,于副扫描方向点光SP的扫描亦以2.0μm之间隔进行的话,沿描绘线SL1的一次的扫描开始时点与次一扫描开始时点的时间差Tpx,即为250μ秒(=2.0μm/(8mm/秒))。此时间差Tpx,是8反射面RP的多面镜PM旋转1面份的角度45°(=360°/8)的时间。此时,由于多面镜PM的1旋转的时间设定为2.0m秒(=8×250μ秒),因此多面镜PM的旋转速度Vp设定为毎秒500旋转(=1/2.0m秒)、亦即3万rpm。
另一方面,于多面镜PM的1反射面RP反射的光束LB1有效射入fθ透镜FT的最大入射视角(对应点光SP的最大扫描长),大致就由fθ透镜FT的焦点距离与最大扫描长所决定。例如,若是8反射面RP的多面镜PM时,1反射面RP份的旋转角度45°中、有助于实扫描的旋转角度的比率(扫描效率αp)约为1/3程度,对应fθ透镜FT的最大入射视角(±15°的范围、亦即30°的范围)。因此,沿描绘线SL1的点光SP的1扫描的实效时间Tss为Tss≒Tpx/3,若是先前的数值例时,时间Tss为83.33···μ秒。因此,由于需在此时间Tss的期间,照射25000的点光SP(脉冲光),所以来自光源装置14的脉冲状的光束LB的发光频率Fe,为Fe=25000次/83.333···μ秒=300MHz。
承上所述,除点光SP的尺寸φ(μm)、光源装置14的发光频率Fe(Hz)外,另设描绘线SLn的长度为LBL(μm)、点光SP的重叠率为Uo(0<Uo<1)、基板FS的搬送速度为Vt(μm/秒)、多面镜PM的反射面RP数为Np、多面镜PM每一反射面RP的扫描效率为αp(0<αp<1)、且φ·(1-Uo)=YP(μm)时,多面镜PM的旋转速度Vp(rps)即以Vp=Vt/(Np·YP)表示,发光频率Fe(Hz)以Fe=LBL·Vt/(αp·YP2)表示。将此2个关系式以搬送速度Vt加以整合时,即成下式。
Vt=(Vp·Np·YP)=(Fe·αp·YP2/LBL)
因此,以满足此关系的方式,调整基板FS的搬送速度Vt(μm/秒)、多面镜PM的旋转速度Vp(rps)、光源装置14的发光频率Fe(Hz)。
再次回到关于图7的说明,柱面透镜CYa在与多面镜PM形成的扫描方向(旋转方向)正交的非扫描方向(Zt方向),使入射的光束LB1在多面镜PM的反射面RP上会聚成狭缝状。即使因母线与Yt方向平行的柱面透镜CYa,而有使反射面RP相对Zt方向倾斜的情形(反射面RP相对XtYt平面的法线的倾斜),亦能抑制其影响,以抑制照射在基板FS的被照射面上的光束LB1的照射位置偏于Xt方向的情形。
具有延伸于Xt轴方向的光轴AXf的fθ透镜FT,是将被多面镜PM反射的光束LB1,以在XtYt平面与光轴AXf平行的方式投射向反射镜M15的远心系扫描透镜。光束LB1对fθ透镜FT的入射角θ根据多面镜PM的旋转角(θ/2)而变化。fθ透镜FT,透过反射镜M15及柱面透镜CYb,将光束LB1投射于与该入射角θ成正比的基板FS的被照射面上的像高位置。设焦点距离为fo、像高位置为y时,fθ透镜FT被设计成满足y=fo·θ的关系。因此,藉由此fθ透镜FT,可将光束LB1正确的等速扫描于Yt方向(Y方向)。射入fθ透镜FT的入射角θ为0度时,射入fθ透镜FT的光束LB1沿光轴AXf上前进。
反射镜M15,将射入的光束LB1透过柱面透镜CYb朝基板FS反射向-Zt方向。藉由fθ透镜FT、及母线与Yt方向平行的柱面透镜CYb,投射至基板FS的光束LB1在基板FS的被照射面上会聚成直径数μm程度(例如,3μm)的微小点光SP。又,投射至基板FS的被照射面上的点光SP,藉由多面镜PM以延伸于Yt方向的描绘线SL1进行一维扫描。此外,fθ透镜FT的光轴AXf与照射中心轴Le1在同一平面上,该平面与XtZt平面平行。因此,于光轴AXf上行进的光束LB1被反射镜M15反射向-Zt方向,与照射中心轴Le1成同轴投射于基板FS。本实施形态中,至少fθ透镜FT发挥作为将被多面镜PM偏向的光束LB1投射于基板FS的被照射面的投射光学系的功能。又,至少反射构件(反射镜M11~M15)及偏光分束器BS1发挥作为将从反射镜M10至基板FS的光束LB1的光路加以弯折的光路偏向构件的功能。藉由此光路偏向构件,可使射入反射镜M10的光束LB1的入射轴与照射中心轴Le1成为大致同轴。于XtZt平面,通过光束扫描装置MD1内的光束LB1,在通过大致U字形或C字形的光路后,往-Zt方向前进投射于基板FS。
如上所述,在基板FS被搬送于X方向的状态下,藉由各光束扫描装置MD(MD1~MD6)可将光束LB(LB1~LB6)的点光SP于扫描方向(Y方向)进行一维扫描,据以将点光SP于基板FS的被照射面进行相对的二维扫描。因此,可于基板FS的曝光区域W描绘曝光出既定图案。又,虽将描绘用光学元件AOM(AOM1~AOM6)设置于光导入光学系BDU(BDU1~BDU6),但亦可设置于光束扫描装置MD内。此场合,在反射镜M10与反射镜M14之间设置描绘用光学元件AOM较佳。
光检测器DT1,具有对入射的光进行光电转换的光电转换元件。于旋转筒DR的表面,形成有预先决定的基准图案。形成有此基准图案的旋转筒DR上的部分,是以对光束LB的波长带具低反射率(10~50%)的材料构成,未形成有基准图案的旋转筒DR上的其他部分,则以反射率在10%以下的材料或吸收光的材料构成。因此,在基板FS未被卷绕的状态(或基板FS的透明部通过的状态),将来自光束扫描装置MD1的光束LB1的点光SP照射于旋转筒DR的形成有基准图案的区域时,其反射光即通过柱面透镜CYb、反射镜M15、fθ透镜FT、多面镜PM、反射镜M14、柱面透镜CYa、λ/4波长板QW、反射镜M13、场孔径FA、偏向调整光学构件DP、像偏移光学构件SR、及反射镜M12射入偏光分束器BS1。此处,在偏光分束器BS1与基板FS之间、具体而言在反射镜M13与柱面透镜CYa之间设有λ/4波长板QW。如此,照射于基板FS的光束LB1即被此λ/4波长板QW从P偏光转换成圆偏光的光束LB1,从基板FS射入偏光分束器BS1的反射光,即被此λ/4波长板QW从圆偏光转换成S偏光。因此,来自基板FS的反射光穿透偏光分束器BS1、透过光学透镜系G10射入光检测器DT1。
此时,在使光导入光学系BDU1的描绘用光学元件AOM1在ON的状态下,也就是说,在脉冲状的光束LB1连续射入光束扫描装置MD1的状态下,藉由使旋转筒DR旋转由光束扫描装置MD1进行点光SP的扫描,于旋转筒DR的外周面,二维的照射点光SP。因此,即能以光检测器DT1取得形成在旋转筒DR的基准图案的影像。
具体而言,是将从光检测器DT1输出的光电讯号的强度变化,回应用以进行点光SP的脉冲发光的时钟脉冲讯号(于光源装置14内作成),就各扫描时间进行数位取样,据以作为Yt方向的一维影像资料加以取得。进一步的,回应测量旋转筒DR的旋转角度位置的编码器EC的测量值,就副扫描方向的一定距离(例如,点光SP的尺寸φ的1/2)将Yt方向的一维影像资料排列于Xt方向,据以取得旋转筒DR表面的二维影像资讯。控制装置18根据此取得的旋转筒DR的基准图案的二维影像资讯,测量光束扫描装置MD的描绘线SL1的倾斜。此描绘线SL1的倾斜,可以是在各光束扫描装置MD(MD1~MD6)间的相对的倾斜、亦可以是相对旋转筒DR的中心轴AXo的倾斜(绝对的倾斜)。当然,亦可以同样方式,测量各描绘线SL2~SL6的倾斜。
于光束扫描装置MD1的多面镜PM的周边,如图8所示设有原点感测器20。原点感测器20,是输出显示以各反射面RP进行的点光SP的扫描开始的脉冲状原点讯号SH。原点感测器20,在多面镜PM的旋转位置来到以反射面RP进行的点光SP的扫描开始前的既定位置时,输出原点讯号SH。多面镜PM,可在有效扫描角度范围θs使投射于基板FS的光束LB1偏向。也就是说,以多面镜PM反射的光束LB1的反射方向(偏向方向)进入有效扫描角度范围θs内时,反射的光束LB1即射入fθ透镜FT。因此,原点感测器20,在多面镜PM的旋转位置来到被反射面RP反射的光束LB1的反射方向进入有效扫描角度范围θs内前的既定位置时,即输出原点讯号SH。由于多面镜PM进行1旋转的期间,点光SP的扫描进行8次,因此原点感测器20亦在此1旋转的期间输出8次原点讯号SH。此原点感测器20检测的原点讯号SH被送至控制装置18。原点感测器20输出原点讯号SH后,即开始点光SP沿描绘线SL1的扫描。
原点感测器20,使用即将开始进行点光SP的扫描(光束LB的偏向)的反射面RP的相邻反射面RP(本实施形态中,是多面镜PM的旋转方向的前一个反射面RP),输出原点讯号SH。为便于区别各反射面RP,图8中,将正在进行光束LB1的偏向的反射面RP以RPa表示,并将其他反射面RP,顺着反时钟方向(与多面镜PM的旋转方向相反的方向)以RPb~RPh表示。
原点感测器20具备光束送光系20a,此光束送光系20a具有射出半导体激光等非感光性的波长带的激光光束Bga的光源部22、以及将来自光源部22的激光光束Bga加以反射投射向多面镜PM的反射面RPb的反射镜24、26。又,原点感测器20具备光束受光系20b,此光束受光系20b具有受光部28、将于反射面RPb反射的激光光束Bga的反射光(反射光束Bgb)导向受光部28的反射镜30、32、以及将被反射镜32反射的反射光束Bgb聚光为微小点光的透镜系34。受光部28具有承接被透镜系34聚光的反射光束Bgb的点光的光电转换元件。此处,激光光束Bga投射于多面镜PM的各反射面RP的位置,被设定为成为透镜系34的光瞳面(焦点位置)。
光束送光系20a与光束受光系20b,是设置在当多面镜PM的旋转位置到达开始以反射面RP进行点光SP的扫描的前一刻的既定位置时,可接收光束送光系20a射出的激光光束Bga的反射光束Bgb的位置。也就是说,光束送光系20a与光束受光系20b,设置在进行点光SP的扫描的反射面RP到达既定角度位置时,可接收到光束送光系20a射出的激光光束Bga的反射光束Bgb的位置。又,图8中的符号Msf与旋转轴AXp同轴配置的多面镜驱动部RM的旋转马达的轴。
在受光部28内的前述光电转换元件受光面之前,设有微幅的狭缝开口的遮光体(图示略)。反射面RPb的角度位置在既定角度范围内的期间,反射光束Bgb射入透镜系34,反射光束Bgb的点光在受光部28内的前述遮光体上于一定方向扫描。此扫描中,穿透过遮光体的狭缝开口的反射光束Bgb的点光被前述光电转换元件接收,其受光讯号被增幅器放大后作为脉冲状的原点讯号SH输出。
原点感测器20,如上所述,藉由使光束LB偏向(扫描点光SP)的反射面RPa,使用旋转方向的前一个反射面RPb检测原点讯号SH。因此,当相邻反射面RP(例如,反射面RPa与反射面RPb)彼此所夹的各个角ηj相对设计值(反射面RP为8个时,是135度)具有误差时,即会因该误差的分布,如图9所示,有原点讯号SH的产生时序在各反射面RP有不同的情形。
图9中,将使用反射面RPb产生的原点讯号SH设为SH1。同样的,将使用反射面RPc、RPd、RPe、···产生的原点讯号SH设为SH2、SH3、SH4、···。多面镜PM的相邻反射面RP彼此所夹的角ηj为设计值时,各原点讯号SH(SH1、SH2、SH3、···)的产生时序的间隔为时间Tpx。此时间Tpx,系多面镜PM旋转反射面RP的一面份所需的时间。然而,图9中,因多面镜PM的反射面RP所夹的角ηj的误差,使得使用反射面RPc、RPd产生的原点讯号SH的时序,相对正规的产生时序有偏差。此外,产生原点讯号SH1、SH2、SH3、SH4、···的时间间隔Tp1、Tp2、Tp3、···,因多面镜PM的制造误差,在μ秒等级下,不是一定的。图9所示的时序图中,为Tp1<Tpx、Tp2>Tpx、Tp3<Tpx。又,将反射面RP的数设为Np、多面镜PM的旋转速度设为Vp时,时间Tpx即成为Tpx=1/(Np×Vp)。例如,当旋转速度Vp为3万rpm(=500rps)、多面镜PM的反射面RP数Np为8时,时间Tpx即为250μ秒。又,图9中,为使说明易于理解,夸张显示了各原点讯号SH1、SH2、SH3、···、的产生时序的偏差。
因此,会因多面镜PM的相邻反射面RP彼此所夹的各角ηj的误差,使得以各反射面RP(RPa~RPh)描绘的点光SP在基板FS的被照射面上的描绘开始点(扫描开始点)的位置于主扫描方向有所偏差。如此一来,描绘结束点的位置亦会在主扫描方向有所偏差。也就是说,以各反射面RP描绘的点光SP的描绘开始点及描绘结束点的位置不会沿X方向成直线。此点光SP的描绘开始点及描绘结束点的位置于主扫描方向有所偏差的原因,即不会成为Tp1、Tp2、Tp3、···=Tpx之故。
因此,本实施形态,是如图9所示的时序图般,以产生一个脉冲状的原点讯号SH后经时间Tpx后作为描绘开始点,开始点光SP的描绘。也就是说,在原点讯号SH产生经时间Tpx后,控制装置18即对于光束扫描装置MD1射入光束LB1的光导入光学系BDU1的描绘用光学元件AOM1,依序输出反应像素资料行Dw的像素资料的驱动讯号(ON/OFF)。如此,即能使用于原点讯号SH的检测的反射面RPb、与实际扫描点光SP的反射面RP成为同一反射面。
具体言之,控制装置18在产生原点讯号SH1后经时间Tpx后,对光导入光学系BDU1的描绘用光学元件AOM1,依序输出反应像素资料行Dw1的像素资料的驱动讯号。如此,即能以用于原点讯号SH1的检测的反射面RPb进行点光SP的扫描。其次,控制装置18在原点讯号SH2产生经时间Tpx后,对光导入光学系BDU1的描绘用光学元件AOM1,依序输出反应像素资料行Dw2的像素资料的驱动讯号。如此,即能以用于原点讯号SH2的检测的反射面RPc进行点光SP的扫描。如此,藉由用于原点讯号SH的检测的反射面RP的使用来进行点光SP的扫描,即使是多面镜PM的相邻反射面RP彼此所夹的各角ηj有误差时,亦能抑制以各反射面RP(RPa~RPh)描绘的点光SP在基板FS的被照射面上的描绘开始点及描绘结束点的位置在主扫描方向偏差的情形。
为达成上述目标,多面镜PM旋转45度的时间Tpx必须正确到μ秒等级,也就是说,必须使多面镜PM的速度毫无偏差、精准的以等速度旋转。在使多面镜PM精准的以等速度旋转时,用于原点讯号SH的产生的反射面RP,恒在时间Tpx后正确的旋转45度,成为将光束LB1反射向fθ透镜FT的角度。因此,藉由提高多面镜PM的旋转等速性、亦极力降低一旋转中的速度不均,即能使用于原点讯号SH的产生的反射面RP的位置、与用于使光束LB1偏向进行点光SP的扫描的反射面RP的位置不同。如此,即能提升原点感测器20的配置自由度,设置刚性高且安定的构成的原点感测器。又,作为原点感测器20的检测对象的反射面RP,虽是设为使光束LB1偏向的反射面RP的旋转方向的前一个,但只要是多面镜PM的旋转方向之前即可,不限于前一个。此场合,将作为原点感测器20的检测对象的反射面RP,设为使光束LB1偏向的反射面RP的旋转方向之前n(1以上的整数)个的情形时,只要将描绘开始点设定在原点讯号SH的产生经n×时间Tpx后即可。
进一步的,藉由对从原点感测器20产生的原点讯号SH1、SH2、SH3、···、的各个,将描绘开始点设定在n×时间Tpx后,则对应每一描绘线SL1的像素资料行的读出动作、资料重送(通讯)动作、或修正计算等的处理时间即能有余裕。因此,能确实避免像素资料行的传送错误、像素资料行的错误及局部消失。
又,设多面镜PM的反射面RP的数Np为8、旋转数(旋转速度)Vp为3.6万rpm、扫描效率为αp≦1/3、在基板FS上的点光SP的实效直径φ为3μm、描绘线SL1的长度LBL为50mm、及将副扫描方向(Xt方向)的描绘线SL1的间距(间隔)YP从相对点光SP的直径φ的重叠率Uo(0<Uo<1)而设为YP=φ·(1-Uo)时,在描绘线SL1上的点光SP的一次扫描时间Tss,即为Tss=αp×Tpx=αp×1/(Np×Vp)=1/1.44(m秒)。点光SP在描绘线SL1上的扫描速度Vss,为Vss=LBL/Tss=720(m/秒)。又,重叠率Uo为1/2时,也就是说,使点光SP重叠尺寸φ的1/2时,基板FS的副扫描速度(搬送速度)Vt,成为Vt=YP/Tpx=φ×Np×Vp×(1-Uo)=7200μm/秒,重叠率Uo为2/3时,也就是说,使点光SP重叠尺寸φ的2/3时,成为Vt=4800μm/秒。此外,虽不详细说明,但于光束扫描装置MD2~MD6亦同样的设有原点感测器20。
图10是显示以第2机架部Ub2保持光束扫描装置MD的保持构造的剖面图。由于光束扫描装置MD的保持构造,于各光束扫描装置MD皆相同,因此仅针对光束扫描装置MD1的保持构造加以说明,并省略对其他光束扫描装置MD的保持构造的说明。图10中,亦与图7同样的,使用Xt、Yt、Zt的三维座标进行说明。
光束扫描装置MD1,具有将光学构成构件(反射镜M10~M15、扩束器BE、偏光分束器BS1、像偏移光学构件SR、偏向调整光学构件DP、场孔径FA、λ/4波长板QW、柱面透镜CYa、CYb、多面镜PM、fθ透镜FT、光学透镜系G10、及光检测器DT1)如图7所示的加以支承,能绕照射中心轴Le1旋转的支承架40。支承架40,对应通过光束扫描装置MD1内的光束LB1的光路,具有大致U字形或C字形的形状。支承架40,具有与XtYt平面平行、于Zt方向分离且大致平行配置的2片平行支承部42、44、与闭塞2片平行支承部42、44的一端的闭塞支承部46。闭塞支承部46设置在平行支承部42、44的-Xt方向侧。光束扫描装置MD的光学构成构件(反射镜M10、···多面镜PM、fθ透镜FT、反射镜M15、柱面透镜CYb等)是沿支承架40的外周面配置。
又,虽省略图示,但反射镜M10、M11、扩束器BE、偏光分束器BS1、光学透镜系G10及光检测器DT1,是在平行支承部42的+Zt方向侧的面被支承。同样的虽省略图示,像偏移光学构件SR、偏向调整光学构件DP及场孔径FA,在闭塞支承部46的-Xt方向侧的面被支承。进一步的,虽省略图示,λ/4波长板QW、柱面透镜CYa、CYb、反射镜M14、M15、多面镜PM、fθ透镜FT及原点感测器20,在平行支承部44的-Zt方向侧的面被支承。反射镜M12在平行支承部42的+Zt方向侧的面、或闭塞支承部46的-Xt方向侧的面被支承,反射镜M13在闭塞支承部46的-Xt方向侧的面、或平行支承部44的-Zt方向侧的面被支承。支承架40(尤其是平行支承部44)藉由支承多面镜驱动部RM(旋转马达)来支承多面镜PM。
在2片平行支承部42、44的未设置闭塞支承部46的另一端侧,以挿入的状态设有构成描绘装置的一部分的圆筒(圆管)状支柱构件BX1。在平行支承部42、44的各个与支柱构件BX1之间,装有环状轴承48。支柱构件BX1以固定在第2机架部Ub2的状态被支承。因此,支承架40可相对本体架UB的第2机架部Ub2绕支柱构件BX1旋转。又,支柱构件BX1的中心轴,以和照射中心轴Le1成同轴的方式,描绘装置的一部分的环状轴承48的外轮部被固定在平行支承部42、44的各个,环状轴承48的内轮部被固定在支柱构件BX1的外周面。2处的环状轴承48中、+Zt方向侧的平行支承部42与支柱构件BX1之间的环状轴承48,例如,是以背面组合的斜角滚珠轴承构成,-Zt方向侧的平行支承部44与支柱构件BX1间的环状轴承48则以深槽滚珠轴承构成。光束扫描装置MD1(包含支承架40),是在从整体的重心位置往+X(+Xt)方向偏移的处被支柱构件BX1以相对中心面Poc倾斜θ的状态(图1、图4)支承。如前所述,光束扫描装置MD1是以悬臂方式支承在设于照射中心轴Le1的位置的支柱构件BX1(第2机架部Ub2)。
光束扫描装置MD1,具有使支承架40对第2机架部Ub2旋转的驱动机构50。驱动机构50设在2片平行支承部42、44间的空间。如此,能使光束扫描装置MD1更为小型化。参照图11进一步详细说明此驱动机构50。驱动机构50,具有线性致动器52、可动构件54、被从动构件56、以及弹簧58、60。线性致动器52、可动构件54及弹簧58,被支承在与XtYt平面平行的板状的驱动支承构件62上。在此驱动支承构件62的+Xt方向端部,一体设有与YzZt平面平行、于+Zt方向延伸为板状的铅直部62a。铅直部62a被固定在与第2机架部Ub2的YtZt平面平行的侧面Ub2a。进一步的,于第2机架部Ub2的侧面Ub2a,以圆管状的支柱构件BX1的中心线与照射中心轴Le1成同轴的方式,形成有嵌合保持支柱构件BX1的U字形的凹部Ubx。嵌合在凹部Ubx内的支柱构件BX1,是由驱动支承构件62的铅直部62a与凹部Ubx加以夹持的方式固定。
被从动构件56,是在固定于支承架40的闭塞支承部46的内面侧(+Xt方向的侧面)的状态下被支承。被从动构件56,与承受线性致动器52的线性推力而旋动的可动构件54的一部分抵接,承受-Yt方向的力。据此,光束扫描装置MD1的整体绕支柱构件BX1(照射中心轴Le1)旋转。
进一步详细说明其构成与动作。线性致动器52具有可于Xt方向进退的杆52a,藉由控制装置18的控制,使杆52a往Xt方向进退。杆52a的Xt方向的移动位置,是以高精度的线性编码器等加以测量,其测量值被送至控制装置18。可动构件54能以设在驱动支承构件62的旋转轴54a为中心旋转。可动构件54,具有与杆52a前端的滚轮52b抵接的第1接触部54b、即与被从动构件56的XtZt平面平行的端面部抵接的滚轮(第2接触部)54c。拉伸弹簧58,是以杆52a前端的滚轮52b与可动构件54的第1接触部54b随时抵接的方式,将第1接触部54b弹压向+Xt方向。因此,拉伸弹簧58的一端被固定于驱动支承构件62、另一端被固定于可动构件54的第1接触部54b近旁。拉伸弹簧60,是以旋转自如的轴支在可动构件54的滚轮(第2接触部)54c、与和被从动构件56的XtZt平面平行的端面部随时抵接的方式,产生将可动构件54的滚轮54c拉向被从动构件56侧的弹压力。因此,拉伸弹簧60的一端被固定在可动构件54的滚轮54c的轴部、另一端被固定在被从动构件56。
线性致动器52的杆52a位于Xt方向的移动行程的中点位置的状态时,与滚轮52b抵接的可动构件54的第1接触部54b的接触面、和与滚轮54c抵接的被从动构件56的前述端面部的接触面,被设定成在XtYt平面内正交。又,如图11所示,线性致动器52的杆52a位于中立位置时,当设定一通过照射中心轴Le1与Xt轴平行的线段Pmc时,于XtYt平面内光束扫描装置MD1的重心点即大致被设定在线段Pmc上。进一步的,可动构件54的旋转轴54a与滚轮54c的轴亦被配置在线段Pmc上。
当线性致动器52使杆52a从图11的中立位置往-Xt方向移动时,可动构件54的第1接触部54b即抵抗弹簧58的弹压力被杆52a前端的滚轮52b按压,因此可动构件54以旋转轴54a为中心,于图11的纸面内反时针旋转。如此一来,可动构件54的滚轮54c即将被从动构件56按压向-Yt方向。因此,光束扫描装置MD1(支承架40)的闭塞支承部46侧,即以照射中心轴Le1为中心往-Yt方向侧旋转(亦称-θzt旋转)。又,当线性致动器52从图11的中立位置使杆52a往+Xt方向移动时,因弹簧58的弹压力,可动构件54的第1接触部54b保持与滚轮52b的抵接状态往+Xt方向侧移动。据此,可动构件54即以旋转轴54a为中心于图11的纸面内顺时针旋转,可动构件54的滚轮54c往+Yt方向移动。此时,因弹簧60的弹压力,被从动构件56保持与滚轮54c的抵接状态往+Yt方向移动。因此,光束扫描装置MD1的闭塞支承部46侧即以照射中心轴Le1为中心往+Yt方向侧旋转(亦称+θzt旋转)。
于本实施形态,从可动构件54的旋转轴54a到第1接触部54b的距离,因被设定为较从可动构件54的旋转轴54a到滚轮54c的轴的距离长,因此线性致动器52的杆52a的Xt方向移动量缩小,而成为被从动构件56的Yt方向的移动量。再者,由于从光束扫描装置MD1的机械性的旋转中心圆管状的支柱构件BX1的中心线(照射中心轴Le1),到被赋予旋转驱动力的被从动构件56为止的距离可取得较长,因此可使光束扫描装置MD1相对线性致动器52的杆52a的单位移动量的旋转角度量充分的小,而能以高分解能力(μrad)控制光束扫描装置MD1的旋转角度设定。
如以上的图10(或图4)所示的构成,各光束扫描装置MD1~MD6是相对装置本体(第2机架部Ub2),被圆管状的支柱构件BX1与环状轴承48轴支成可与各照射中心轴Le1~Le6同轴旋转。因此,各光束扫描装置MD1~MD6,在形成于基板FS上的各描绘线SL1~SL6的上方附近被保持于装置本体,各光束扫描装置MD1~MD6的闭塞支承部46侧成为一机械上不受拘束的构成(不牢固的连结于装置本体或本体架UB等的状态)。
因此,即使是在作为各光束扫描装置MD1~MD6的构造体的支承架40(特别是2片平行支承部42、44)因温度变化等而产生热膨胀的情形时,各光束扫描装置MD1~MD6,由于在图10、图11中主要是往-Xt方向(闭塞支承部46侧)热膨胀,因此能抑制各描绘线SL1~SL6沿旋转筒DR外周面的方向产生变动。亦即,亦有将图3中所示的奇数号描绘线SL1、SL3、SL5与偶数号描绘线SL2、SL4、SL6的X方向的间隔,在不受温度变化造成的构造体的热变形的情形下,以微米等级保持于一定距离的优点。再者,将支承各光束扫描装置MD1~MD6的第2机架部Ub2及支柱构件BX1,以低热膨胀系数的金属材料(铟刚等)或玻璃陶瓷材料(商品名:Zerodur等)加以制成,即能进一步做成热性安定的构造。
承上所述,于本实施形态,图10(或图4)所示的圆管状支柱构件BX1与环状轴承48,相当于将支承架40(亦即,光束扫描装置MD整体)相对装置本体、即第2机架部Ub2支承为能绕照射中心轴Le(Le1~Le6)旋转的旋转支承机构。除此之外,于本实施形态,图10所示的上下2处的环状轴承48,相当于将支承架40(亦即,光束扫描装置MD整体)对装置本体(第2机架部Ub2)的支承部分限制在距离照射中心轴Le(Le1~Le6)既定半径(此处,是环状轴承48的外周的半径)内的区域,用以将支承架40结合于装置本体的结合构件。此外,于图10般的构造中,在无需使支承架40(光束扫描装置MD整体)相对装置本体(第2机架部Ub2)进行θzt旋转,可将支承架40牢固的结合于第2机架部Ub2的情形时,只要省略环状轴承48将圆管状的支柱构件BX1的上端部结合于平行支承部42,将支柱构件BX1的下端部结合于平行支承部44即可。此场合,距照射中心轴Le(Le1~Le6)具有既定半径的圆管状的支柱构件BX1,其功能亦是作为结合构件。
图12,是显示于图4(或图10、图11)所示的第2机架部Ub2,安装支柱构件BX1与驱动支承构件62的状态的立体图。第2机架部Ub2是延伸于Y方向的角柱状构件,其-X方向的侧面Ub2a与+X方向的侧面Ub2b,形成为分别相对YZ平面倾斜角度±θ(参照图4)。于第2机架部Ub2的侧面Ub2a,以贯通侧面Ub2a的上下的方式形成嵌入圆管状支柱构件BX1的U字型的凹部Ubx,而与延伸于Zt方向的奇数号的照射中心轴Le1、Le3、Le5的各个同轴。同样的,于第2机架部Ub2的侧面Ub2b,以贯通侧面Ub2b的上下的方式形成有嵌入圆管状的支柱构件BX1的U字型凹部Ubx,而与延伸于Zt方向的偶数号的照射中心轴Le2、Le4、Le6的各个同轴。此外,与驱动支承构件62一体化的铅直部62a(参照图10、图11),以将形成在第2机架部Ub2的侧面Ub2a、Ub2b的凹部Ubx的各个闭塞的方式,固定在侧面Ub2a、Ub2b。此种构造的第2机架部Ub2结合在第3机架部Ub3,此第3机架部Ub3是用以设置在支承旋转筒DR、对准显微镜ALG1~ALG4等的曝光装置EX的本体架(本体架BFa、BFb)上。
图13是显示将图12所示的第3机架部Ub3安装在曝光装置EX的本体架BFa、BFb的构造的立体图。先前的图4中,第2机架部Ub2虽是以悬架状态设在本体架UB的第1机架部Ub1的下部,此处,则是将第2机架部Ub2设置在本体架UB的一部分、用以轴支旋转筒DR的本体架BFa、BFb。第3机架部Ub3,具有以将图4中的本体架UB的第2机架部Ub2固定在中央的延伸于Y方向的角柱状水平部、与在Y方向的两端分别延伸于Z方向的角柱状脚部构成的门型构造。第3机架部Ub3的两侧的脚部,被支承在于Y方向相距一间隔设置的曝光装置EX的本体架BFa、BFb(亦与本体架UB结合)上。本体架BFa、BFb,于图12中虽省略图示,但将图2或图4所示的突出于旋转筒DR的Y方向两端的轴Sft,在与第2机架部Ub2于-Z方向相隔一定距离的位置透过轴承加以轴支。又,本体架BFa、BFb的上端面形成为于Y方向既有一定宽度(例如5cm以上)。
第3机架部Ub3的一脚部,此处是+Y方向侧的脚部,虽是透过底座500固定设置在本体架BFa上,但亦可将于Z方向细长形成的第3机架部Ub3的+Y方向侧的脚部,直接固定设置在本体架BFa上。于第3机架部Ub3的-Y方向侧的脚部下端面,固定形成有作为与Y轴平行的棱线的V字形槽的陀螺构件501,于本体架BFb的上面则以能在该位置滚动的方式支承有嵌合于陀螺构件501的V字槽的钢球502。因此,陀螺构件501与钢球502具有仅能在沿V字槽的Y方向相对移动的自由度。再者,在第3机架部Ub3的-Y方向侧的脚部侧面的突出部Ub4与本体架BFb之间,设有用以赋予陀螺构件501的V字槽恒抵接于钢球502的弹压力的拉伸弹簧503,将第3机架部Ub3(及第2机架部Ub2)弹压向-Z方向。
本实施形态的情形,于第2机架部Ub2,就中心面Poc(参照图4、图5)左右对称的各设有3个相同构造的共6个光束扫描装置MD1~MD6,因此以6个光束扫描装置MD1~MD6构成的曝光头16整体的重心点,于X方向是位于接近中心面Poc的位置。因此,于支承曝光头16整体的负载的第3机架部Ub3的脚部,不易产生往X方向倾斜的方向的应力,而能抑制第3机架部Ub3及第2机架部Ub2产生变形,因此能安定的将曝光头16整体保持在既定位置。
进一步的,非以高价的低热膨胀系数的金属、而是以一般的铁铸造材料、轻金属(铝)等构成本体架BFa、BFb的情形时,本体架BFa、BFb各个的上端部于Y方向的距离,有可能因受到环境温度变化及发热零件(马达、AOM、电性基板等)的影响,在数微米程度的范围变动。或者,亦有可能因旋转筒DR的轴Sft的些微的偏心、连接于轴Sft的马达或减速机的轴偏移、轴支轴Sft的轴承的安装状态等,配合旋转筒DR的旋转周期,于本体架BFa、BFb产生Y方向的应力而导致本体架BFa、BFb的Y方向间隔在数微米程度的范围变动的情形。即使是在有此种本体架BFa、BFb的变动的情形时,如图13所示,由于是以在Y方向具有自由度的陀螺构件501与钢球502支承第3机架部Ub3及第2机架部Ub2,因此即使有此种变动,亦能避免使第3机架部Ub3及第2机架部Ub2变形之虞。
如先前的说明,光束扫描装置MD1~MD6可分别使用图7所示的光检测器DT1与形成在旋转筒DR表面的基准图案,自我测量描绘线SL1~SL6的倾斜角度(倾斜误差)。因此,控制装置18可根据所测量的各描绘线SLn(SL1~SL6)的倾斜角度,驱动各光束扫描装置MD(MD1~MD6)的线性致动器52。如此,即能使各描绘线SLn(SL1~SL6)相对的平行、或使各描绘线SLn」(SL1~SL6)与旋转筒DR的中心轴AXo平行。又,控制装置18,亦可根据使用对准显微镜ALG(ALG1~ALG4)检测的基板FS上的对准标记MK(MK1~MK4)的位置,检测卷绕于旋转筒DR的基板FS的变形、或曝光区域W的变形,并根据此变形驱动各光束扫描装置MD(MD1~MD4)的线性致动器52。如此,能提升形成在下层的图案与新曝光的既定图案的重叠精度。
图14是显示以曝光头16曝光出既定图案的曝光区域W的变形状态的图。曝光区域W的变形是因卷绕在旋转筒DR被搬送的基板FS扭曲而产生。又,即使基板FS未扭曲,亦有因下层的图案层形成时基板FS被扭曲搬送而导致基板FS的曝光区域W本身扭曲变形的情形。
如图14所示,因曝光区域W扭曲变形,因此形成的对准标记MK(MK1~MK4)的位置排列亦非直线,而是成扭曲状态。此外,以虚线所示的曝光区域W’,是显示几乎没有变形的理想的曝光区域。控制装置18,根据使用对准显微镜ALG(ALG1~ALG4)检测的基板FS上的对准标记MK(MK1~MK4)的位置,推定曝光区域W的变形,配合曝光区域W的变形状态,驱动各光束扫描装置MD(MD1~MD6)的线性致动器52。又,在紧接着对曝光区域W的使用描绘线SL1~SL6的描绘曝光开始后,虽能检测较图3所示的对准显微镜ALG1~ALG4的各观察区域Vw1~Vw4在+X方向侧的对准标记MK2、MK3的位置,但较各观察区域Vw1~Vw4位于上游侧(-X方向侧)的对准标记MK2、MK3的位置,在基板FS未被送来进行描绘曝光是无法检测的。因此,控制装置18,例如,亦可根据从在基板FS的长边方向排列的前一个曝光区域W周围所附的对准标记MK1~MK4的各位置的检测结果求出的变形量及变形倾向,推定待曝光现在图案的曝光区域W的变形。
如前所述,于本实施形态,由于能使光束扫描装置MD高精度绕相对基板FS的被照射面垂直通过描绘线SLn的中点(特定点)的照射中心轴Le旋转,因此能简单且精密的调整描绘线SLn的倾斜。如此一来,描绘线SLn即以描绘线SLn的中点为中心在基板FS的被照射面上旋转,因此能在将描绘线SLn的X(Xt)方向、Y(Yt)方向的位置变动控制于最小限度的同时,简单的调整描绘线SLn的倾斜。例如,当使描绘线SLn以离开描绘线SLn的位置为中心点旋转时,描绘线SLn的位置会以该中心点为中心以描绘圆弧的方式大幅移动,但本实施形态中,可将描绘线SLn的两端(扫描开始点与扫描结束点)的各位置变动控制在最小限度。也就是说,藉由描绘线SLn的倾斜调整后的两端的位置变动,就描绘线SLn的中点成对称。
此外,由于不需要进行如特开平8-11348号公报所揭示的复杂的倾斜调整,因此亦不会产生因倾斜调整引起的主扫描方向与副扫描方向的位置偏移。即使调整描绘线SLn的倾斜,因光束扫描装置MD的柱面透镜CYb与基板FS的被照射面的距离固定,因此无需进行如特开平8-11348号公报所揭示的复杂的倾斜调整,不会产生因倾斜调整引起的主扫描方向的倍率偏差。
又,照射中心轴Le可以是相对基板FS的被照射面垂直通过描绘线SLn上的任意点(特定点)的轴。此场合,描绘线SLn虽是以描绘线SLn上的任意点为中心旋转,但与将中心点设定在与描绘线SLn分离的位置的情形相较,可减小描绘线SLn的位置变动(横移)。
再者,于本实施形态,由于是以和垂直通过描绘线SLn的中点的照射中心轴Le大致同轴的方式,使光束LB射入光束扫描装置MD的反射镜M10,因此即使是在光束扫描装置MD绕照射中心轴Le进行θzt旋转的情形时,射入反射镜M10上的光束LB的位置亦不会变。因此,即使是在使光束扫描装置MD进行θzt旋转时的情形时,通过光束扫描装置MD内的光束LB的光路亦不会改变,光束LB能依规定正确的通过光束扫描装置MD内。如此,即使使光束扫描装置MD进行θzt旋转,亦不会产生因光束LB1的光晕等导致点光SP无法投射到基板FS的被照射面、或点光SP投射到脱离倾斜调整后的描绘线SLn的位置等的问题。
藉由光束扫描装置MD的支承架40,光学构成构件(反射镜M10~M15、柱面透镜CYa、CYb、多面镜PM、及fθ透镜FT等)受到支承,支承架40被支承为能相对第2机架部Ub2旋转。此外,由于能以电性方式控制被支承于第2机架部Ub2的线性致动器52,因此可视检测出的对准标记MK的位置、及所测量的描绘线SLn的固有的倾斜,以电性方式自动调整描绘线SLn的倾斜。
又,于图7所示的光束扫描装置MD(MD1~MD6)的光学构成,虽是将描绘线SLn(SL1~SL6)的旋转中心设定在描绘线SLn的中点,但不限于此,只要是在描绘线SLn上的话,偏离中点亦可。具体而言,图7(及图10、图11)的构成中,例如,可使沿光轴AXa配置的反射镜M10、扩束器BE、反射镜M11及圆管状的支柱构件BX1(及环状轴承48),从图7(图11)的位置往+Yt方向平行移动即可。
[变形例]
上述实施形态亦可有以下的变形。
(变形例1)图15是显示变形例1中的光束扫描装置MD的光学构成的图。针对与图7相同的构成赋予相同参照符号、并省略其说明。又,各光束扫描装置MD(MD1~MD6)由于具有相同构成,因此仅说明光束扫描装置MD1,其他光束扫描装置MD则省略说明。
光束扫描装置MD1,具有反射镜M10、扩束器BE、反射镜M20、分束器BS2、反射镜M21、偏光分束器BS3、λ/4波长板QW、反射镜M22~M24、柱面透镜CYa、多面镜PM、fθ透镜FT、反射镜M15、柱面透镜CYb、光检测器DT1、及位置检测器DT2。又,图15中,省略了像偏移光学构件SR与偏向调整光学构件DP。
射入光束扫描装置MD1的光束LB1,朝-Zt方向行进,射入反射镜M10。此射入光束扫描装置MD1的光束LB1,以和照射中心轴Le1成同轴的方式射入反射镜M10。其功能在作为入射光学构件的反射镜M10,将入射的光束LB1朝反射镜M20反射向-Xt方向。被反射镜M10反射的光束LB1,穿透扩束器BE射入反射镜M20。
反射镜M20,将射入的光束LB1朝反射镜M21反射向-Zt方向。于反射镜M20反射的光束LB1,射入分束器BS2。分束器BS2,使射入的光束LB1的一部分穿透朝向反射镜M21、并使射入的光束LB1的其余部分反射向位置检测器DT2。分束器BS2,使较反射的光束LB1的光量更多的光量穿透朝向反射镜M21。例如,穿透的光量与反射的光量的比为9比1。
反射镜M21,将射入的光束LB1朝反射镜M22反射向+Xt方向。于反射镜M21反射的光束LB1,穿透偏光分束器BS3及λ/4波长板QW射入反射镜M22。偏光分束器BS3,使P偏光的光束穿透、并使S偏光的光束LB1反射。射入光束扫描装置MD1的光束LB1,由于是P偏光的光束,因此偏光分束器BS3使来自反射镜M21的光束LB1穿透朝向反射镜M22。
被反射镜M22~M24将其光路弯折的光束LB1,通过柱面透镜CYa射入多面镜PM。柱面透镜CYa的母线被设定为与XtYt平面平行,光束LB1,在具有与Zt轴平行的旋转轴的多面镜PM的反射面RP上,在与XtYt平面平行的方向聚光成狭缝状延伸。多面镜PM,使入射的光束LB1偏向后朝fθ透镜FT反射向+Xt方向侧。多面镜PM,藉由多面镜驱动部(马达)RM以一定速度旋转。具有延伸于Xt轴方向的光轴AXf的fθ透镜FT,透过反射镜M15及柱面透镜CYb,将光束LB1的点光SP投射在与其入射角成正比的基板FS的被照射面上的像高位置。反射镜M15,将射入的光束LB1透过柱面透镜CYb朝基板FS反射向-Zt方向。
藉由fθ透镜FT及母线与Yt方向平行的柱面透镜CYb,投射在基板FS的光束LB1在基板FS的被照射面上会聚成直径数μm程度(例如,3μm)的微小点光SP。此处,至少fθ透镜FT的功能亦是作为将被多面镜PM偏向的光束LB1投射于基板FS的被照射面的投射光学系。又,至少反射构件(反射镜M15、M20~M24)的功能是作为使从反射镜M10到基板FS的光束LB1的光路弯折的光路偏向构件。藉由此光路偏向构件,可使射入反射镜M10的光束LB1的入射轴、与在Zt方向通过描绘线SL1的中点的照射中心轴Le1成为大致同轴。
来自旋转筒DR(或基板FS)的反射光,通过柱面透镜CYb、反射镜M15、fθ透镜FT、多面镜PM、柱面透镜CYa、反射镜M24~M22、及λ/4波长板QW后射入偏光分束器BS3。此处,是藉由设在偏光分束器BS3与基板FS之间,具体而言,设在偏光分束器BS3与反射镜M22之间的λ/4波长板QW,将照射于基板FS的光束LB1从P偏光转换为圆偏光的光束LB1,从基板FS回到偏光分束器BS3的圆偏光的反射光,藉由此λ/4波长板QW,从圆偏光被转换为S偏光的光束LB1。因此,来自基板FS的反射光于偏光分束器BS3反射后射入光检测器DT1。如此,即能以和上述实施形态相同的手法,检测光束扫描装置MD1的描绘线SL1的固有的倾斜。
又,位置检测器DT2是用以检测射入的光束LB1的中心位置,例如使用4分割感测器。此4分割感测器具有4个光二极体(光电转换元件),使用4个光二极体的各个所接收的受光量之差(讯号位准之差),在与光束LB1的行进方向正交的XtZt平面,检测光束LB1的中心位置。即能判断光束LB1相对所欲的位置是否有偏离。亦可在反射镜M10与分束器BS2之间,设置上述实施形态所说明的像偏移光学构件SR或偏向调整光学构件DP。如此一来,控制装置18即能根据位置检测器DT2的检测结果,调整光束LB1的中心位置及倾斜。
(变形例2)图16是显示变形例2中的光束扫描装置MD的光学构成的图。图16中,仅显示与图7或图15相异的部分,图示省略了较多面镜PM靠反射镜M10侧的光学系。针对与图7或图15相同的构成赋予相同参照符号,省略其说明。又,由于各光束扫描装置MD(MD1~MD6)具有相同构成,因此仅说明光束扫描装置MD1,其他光束扫描装置MD的说明则予以省略。
光束扫描装置MD1,具有使描绘线SL1以照射中心轴Le1为中心(以描绘线SL1的中点为中心)旋转的像旋转光学系IR。像旋转光学系IR绕照射中心轴Le1旋转,据以使描绘线SL1旋转。像旋转光学系IR设置在柱面透镜CYb与基板FS的被照射面之间。作为此像旋转光学系IR,可使用例如影像旋转器。像旋转光学系IR设置成通过从柱面透镜CYb射入像旋转光学系IR的光束LB1的扫描轨迹中点的光束LB1的入射轴,与照射中心轴Le1成大致同轴。如此,像旋转光学系IR即能使描绘线SL1以照射中心轴Le1为中心旋转。此像旋转光学系IR,是藉由以控制装置18控制的未图示的致动器(驱动部),绕照射中心轴Le1旋转。
此像旋转光学系IR,虽未图示,例如能以可旋转的方式支承在图10所示的支承架40的平行支承部44的一部分。因此,即使支承架40(光束扫描装置MD1)不是能绕照射中心轴Le1旋转的构造,亦能藉由使像旋转光学系IR绕照射中心轴Le1旋转,据以调整描绘线SL1的倾斜。又,亦可做成支承架40(光束扫描装置MD1)能绕照射中心轴Le1旋转的构成,并使像旋转光学系IR亦能相对支承架40(光束扫描装置MD1)独立绕照射中心轴Le1进行θzt旋转。
如前所述,除光束扫描装置MD1绕照射中心轴Le1的旋转外,由于能使像旋转光学系IR单独的绕照射中心轴Le1旋转,因此可在例如以像旋转光学系IR进行描绘线SL1的倾斜粗调整后,以光束扫描装置MD1整体的旋转进行描绘线SL1的倾斜的微调整。因此,能提升描绘线SL1的倾斜调整的精度。又,在照射中心轴Le1是相对基板FS的被照射面垂直通过描绘线SL1上的任意点的轴的情形时,与此对应的,可使照射中心轴Le1通过从柱面透镜CYb射入像旋转光学系IR的光束LB1的扫描轨迹的任意点。
(变形例3)上述变形例2中,是使光束扫描装置MD(MD1~MD6)绕照射中心轴Le(Le1~Le6)旋转,但光束扫描装置MD(MD1~MD6)亦可不绕照射中心轴Le(Le1~Le6)旋转。此场合,第2机架部Ub2可将光束扫描装置MD(MD1~MD6)的支承架40以无法旋转的固定状态加以保持。此是因光束扫描装置MD(MD1~MD6)不绕照射中心轴Le(Le1~Le6)旋转,亦能藉由图16所示的像旋转光学系IR,使描绘线SLn(SL1~SL6)以照射中心轴Le(Le1~Le6)为中心旋转之故。
(变形例4)图17A、图17B是显示变形例4中的光束扫描装置MD的光学构成的图。图17A、图17B中,针对与图7相同的构成赋予相同参照符号,省略其说明。又,由于各光束扫描装置MD(MD1~MD6)具有相同构成,因此仅说明光束扫描装置MD1,其他光束扫描装置MD则省略说明。此外,图17A是将本变形例4的光束扫描装置MD1在与XtZt平面平行的面内加以观察,而图17B则是将本变形例4的光束扫描装置MD1在与YtZt平面平行的面内加以观察。
光束扫描装置MD1,具有柱面透镜CYa、反射构件RF、fθ透镜FT、多面镜PM、及柱面透镜CYb。往-Zt方向行进射入光束扫描装置MD1的光束LB1,是被设定成与和Zt轴平行通过描绘线SL1的中点的照射中心轴Le1成同轴。本变形例4中,于光束LB1的光路中的光束扫描装置MD1的前设置透镜系GLa,光束LB1在与基板FS的表面光学共轭的面Cjp聚光成点光。于共轭面Cjp聚光的光束LB1,一边等向性的放射、一边沿照射中心轴Le1射入柱面透镜CYa。柱面透镜CYa,被设定成母线与Yt轴平行,以在Xt方向具有折射力。又,刚穿透过柱面透镜CYa的光束LB1,于Xt方向会聚成大致平行光束、于Yt方向则在维持放射状态的情形下往-Zt方向前进。
反射构件RF的上侧的反射面Rf1(相对XtYt平面倾斜45°),以透过柱面透镜CYa射入的光束LB1与光轴AXf平行的射入fθ透镜FT的较光轴AXf上侧的视野区域的方式,将光束LB1反射向-X方向。穿透过fθ透镜FT的上侧(+Zt方向侧)的视野区域的光束LB1,射入多面镜PM的反射面RP(与Zt轴平行)。多面镜PM的反射面RP,于Zt方向是设置在与光轴AXf相同高度位置,设定在fθ透镜FT的瞳面epf的位置或其近旁位置。因此,多面镜PM的旋转轴AXp与fθ透镜FT的光轴AXf,是设定成在与XtZt平面平行的面内正交。藉由柱面透镜CYa与fθ透镜FT,射入多面镜PM的光束LB1,在与多面镜PM形成的扫描方向(旋转方向)正交的非扫描方向(Zt方向)在反射面RP上会聚,投射在反射面RP上成为延伸于与Yt轴平行的方向的狭缝状分布。
由于多面镜PM的反射面RP与Zt轴平行(于XtZt平面内与光轴AXf垂直),因此通过fθ透镜FT的较光轴AXf上侧(+Zt方向侧)的视野区域到达多面镜PM的反射面RP、于该处被反射向+Xt方向侧的光束LB1,通过fθ透镜FT的较光轴AXf下侧(-Zt方向侧)的视野区域,朝向反射构件RF的下侧的反射面Rf2(相对XtYt平面倾斜45°)。因此,射入多面镜PM的光束LB1的光路、与在多面镜PM反射的光束LB的光路,于XtZt平面内,就光轴AXf成对称。在反射构件RF的下侧的反射面Rf2反射、往-Zt方向行进的光束LB1,通过母线与Yt方向平行、于Xt方向具有折射力的柱面透镜CYb,在基板FS上会聚成点光SP。
图17A、图17B所示的变形例4中的光束扫描装置MD1的构成中,从共轭面Cjp到基板FS(被照射面)的光束LB1的光路,由于是就多面镜PM的反射面RP(瞳面epf)成对称的构成,因此投射在基板FS上的点光SP,会成像成聚光在共轭面Cjp的光束LB1的点光的像。因此,在多面镜PM的一个反射面RP成为与光轴AXf正确正交的角度的情形时,从fθ透镜FT射入多面镜PM的反射面RP的光束LB1、与该光束LB1在反射面RP反射而射入fθ透镜FT的光束LB1,在XtYt平面内,成为通过相同光路。此时,照射到反射构件RF的下侧的反射面Rf2的光束LB1,成为反射面Rf2的Yt方向的中央部,投射于基板FS的光束LB1的点光SP,位于描绘线SL1上的中点(照射中心轴Le1通过的点)。
因以多面镜PM的旋转轴AXp为中心的旋转,使多面镜PM的反射面RP从在XtYt平面内与光轴AXf垂直的状态些微倾斜时,在多面镜PM的反射面RP反射、通过fθ透镜FT到达反射构件RF下侧的反射面Rf2的光束LB1,即会反应多面镜PM的旋转在反射面Rf2上往Yt方向偏移。如此,即使是图17A、图17B所示的变形例4的光束扫描装置MD1,亦能沿描绘线SL1进行点光SP的一维扫描。又,图17A、图17B的构成,虽然反射构件RF上侧的反射面Rf1与下侧的反射面Rf2为涵盖沿描绘线SL1的光束LB1的扫描范围,而于Yt方向细长形成,但在分别以不同平面反射镜构成反射面Rf1与反射面Rf2时,形成上侧的反射面Rf1的平面反射镜,可将Yt方向的尺寸缩小至可涵盖从透镜系GLa射入的光束LB1的直径的程度。
柱面透镜CYa的功能在作为使光束LB1射入光束扫描装置MD1的入射光学构件。fθ透镜FT的功能在于,作为将被多面镜PM偏向的光束LB1投射于基板FS的被照射面的投射光学系。又,至少,反射构件RF的反射面Rf1与反射面Rf2的功能在于,作为使从柱面透镜CYa到基板FS的光束LB1的光路弯折的光路偏向构件。藉由此光路偏向构件,可使射入柱面透镜CYa的光束LB1的入射轴与照射中心轴Le1成为大致同轴。
又,图17A、图17B所示的光束扫描装置MD1的光学构成构件(柱面透镜CYa、CYb、反射构件RF、多面镜PM、fθ透镜FT等),与图10、图11所示的支承架40同样的,被支承在可以照射中心轴Le1为中心旋转的支承架。变形例4的构成中,同样的,即使光束扫描装置MD1绕照射中心轴Le1进行θzt旋转,射入柱面透镜CYa的光束LB的位置射不会改变。因此,即使是在使光束扫描装置MD1进行θzt旋转的情形时,通过光束扫描装置MD1内的光束LB的光路亦不会改变,光束LB能如规定的正确通过光束扫描装置MD1内。如此,即使使光束扫描装置MD1进行θzt旋转,亦不会产生因光束LB1的光晕等导致点光SP无法投射至基板FS的表面(被照射面)、或点光SP投射到脱离倾斜调整后的描绘线SLn的位置等问题。
(变形例5)图18A、图18B是显示变形例5中的光束扫描装置MD的光学构成的图。图18A、图18B中,针对与图17A、图17B相同的构成是赋予相同参照符号,省略其说明。又,由于各光束扫描装置MD(MD1~MD6)具有相同构成,因此仅说明光束扫描装置MD1,其他光束扫描装置MD则省略说明。此外,图18A是在与XtYt平面平行的面内观察本变形例5的光束扫描装置MD1,图18B则是在与YtZt平面平行的面内观察本变形例5的光束扫描装置MD1。
变形例5的光束扫描装置MD1,相对于图17A、图17B所示的变形例4的光束扫描装置MD1,其不同点在于使照射中心轴Le1从描绘线SL1的中点的位置往+Yt方向平行移动。因此,将射入光束扫描装置MD1前的光束LB1聚光于共轭面Cjp的透镜系GLa与柱面透镜CYa,是一体的往+Yt方向平行移动配置。变形例5的情形时,当多面镜PM顺时钟方向旋转时,于多面镜PM的反射面RP反射、通过fθ透镜FT照射在反射构件RF下侧的反射面Rf2的光束LB1,扫描于-Yt方向。
如前所述,即使是将先前的图17A、图17B所示的变形例4的构成,改变成如图18A、图18B所示的变形例5般,亦能藉由将照射中心轴Le1的延长线设定成通过描绘线SL1上的任意点(特定点),使光束扫描装置MD1绕照射中心轴Le1进行θzt旋转,并将射入光束扫描装置MD1(柱面透镜CYa)的光束LB1设定成与照射中心轴Le1同轴,即使使光束扫描装置MD1进行θzt旋转,亦能使点光SP沿描绘线SL1正确进行扫描。又,虽能由图18A、图18B所示的构成明显可知,但射入光束扫描装置MD1(柱面透镜CYa)的光束LB1在XtYz平面内的位置,只要是沿描绘线SL1的位置的话,在Yt方向的任何位置皆可。因此,只要事先延长柱面透镜CYa的母线方向的尺寸,即能自由变更射入光束扫描装置MD1(柱面透镜CYa)的光束LB1在XtYz平面内的位置,而有能提升光束LB1的导光路的设定自由度的优点。再者,由于射入光束扫描装置MD1(柱面透镜CYa)的光束LB1在XtYz平面内的位置,于Yt方向能自由设定,因此光束扫描装置MD1的机械性旋转中心轴(照射中心轴Le1)与射入的光束LB1的轴线的同轴性,于Yt方向能高精度的使的一致。
(变形例6)图19、图20是显示变形例6中的光束扫描装置MD的光学构成的图。图19、图20中,针对与图7相同样的构成赋予相同参照符号,并省略其说明。又,由于各光束扫描装置MD(MD1~MD6)具有相同构成,因此仅说明光束扫描装置MD1,其他光束扫描装置MD则省略说明。又,图7中,因是将与fθ透镜FT的光轴AXf平行的方向设为Xt方向,因此于图19、图20中,亦将与fθ透镜FT的光轴AXf平行的方向设为Xt方向、将点光SP的扫描方向设为Yt(Y)方向、并将与Xt方向与Yt方向正交的方向设为Zt方向来进行说明。
图19是在与XtYt平面平行的面内观察本变形例6的光束扫描装置MD1,本变形例6中,射入光束扫描装置MD1的光束LB1的轴线(照射中心轴Le1)设定为与fθ透镜FT的光轴AXf成同轴。亦即,本变形例中,不在fθ透镜FT的后设置使光束LB1弯折的反射镜(反射面),而是构成为从fθ透镜FT射出后通过柱面透镜CYb的扫描光束,直接投射于基板FS。
图19中,从光源装置14射出后经描绘用光学元件AOM1进行强度调变(ON/OFF)的光束LB1,透过透镜系G30、反射镜M30、M31及透镜系G31被导向柱面透镜CYa。射入光束扫描装置MD1的光束LB1,被设定为与照射中心轴Le1成同轴。射入柱面透镜CYa的光束LB1成形为具有既定剖面直径的平行光束。从柱面透镜CYa于反射镜M14反射而到达多面镜PM的反射面RP的光束LB1,于XtYt平面内是在平行光束的状态下,于Zt方向成为被柱面透镜CYa会聚的光束。于多面镜PM反射(偏光)的光束LB1,通过fθ透镜FT、柱面透镜CYb,成点光SP聚光在基板FS的表面(被照射面)。又,图19中,fθ透镜FT的光轴AXf与照射中心轴Le1一致被设定为与Xt轴平行,该等的延长线与旋转筒DR的中心轴(旋转中心轴)AXo正交。
支承本变形例6的光束扫描装置MD1的本体架300,形成有沿描绘线SL1扫描的光束LB1通过的开口部300A,光束扫描装置MD1透过从光轴AXf(照射中心轴Le1)起的半径包含开口部300A的大小的环状轴承301,以可旋转的方式支承于本体架300。环状轴承301的中心线被设定为与光轴AXf(照射中心轴Le1)成同轴,因此光束扫描装置MD1以光轴AXf(照射中心轴Le1)为中心绕Xt轴旋转。将此旋转称为θxt旋转。
图20是将图19所示的变形例6的光束扫描装置MD配置多台的状态,在与XZ平面平行的面内加以观察,于本体架300,于Y方向相距一定间隔设有使来自奇数号光束扫描装置MD1、MD3、MD5各个的扫描光束通过的开口部300A,于Y方向相距一定间隔设有使来自偶数号光束扫描装置MD2、MD4、MD6各个的扫描光束通过的开口部300B。又,图20的变形例6中,卷绕在旋转筒DR的基板FS,在被往-X方向水平搬送而从旋转筒DR的上部卷绕约半周份后,于旋转筒DR的下部脱离被搬往+X方向。因此,此处,包含旋转筒DR的中心轴AXo的中心面Poc与XY平面平行。
此变形例6的构成中,同样的,被设定为以环状轴承301形成的光束扫描装置MD各个的机械性旋转中心为照射中心轴Le1~Le6,射入各光束扫描装置MD的光束LB1~LB6以和各照射中心轴Le1~Le6成同轴的方式被引导,因此与先前的实施形态及各变形例同样的,即使各光束扫描装置MD绕照射中心轴Le1~Le6的各个进行θxt旋转,射入透镜系G30的光束LB1~LB6的姿势位置亦不会改变。因此,即使是在使各光束扫描装置MD进行θxt旋转的情形时,通过各光束扫描装置MD内的光束LB的光路亦不会改变,光束LB可依规定正确的通过光束扫描装置MD内。如此,即使是使各光束扫描装置MD进行θxt旋转,亦不会产生因光束LB1~LB6的光晕等导致点光SP无法投射于基板FS的表面(被照射面)、或点光SP投射到脱离倾斜调整后的描绘线SL1~SL6的位置等问题。
透镜系G30的功能,是作为使光束LB(LB1~LB6)射入光束扫描装置MD(MD1~MD6)的入射光学构件。fθ透镜FT的功能,是作为使经多面镜PM偏向的光束LB1投射于基板FS的被照射面的投射光学系。此外,反射构件(反射镜M14、M30、M31)的功能,则是作为用以弯折从透镜系G30到基板FS的光束LB(LB1~LB6)的光路的光路偏向构件。
〔伴随描绘线的旋转调整的接续误差〕
上述实施形态及各变形例中,藉由光束扫描装置MD的θzt旋转(或θxt旋转)调整了描绘线SLn的倾斜时,描绘线上的描绘开始点与描绘结束点相对调整前的位置会有偏移。图21,例如,显示将初期状态与Yt轴平行的光束扫描装置MD1的描绘线SL1于XtYt平面(被照射面)内反时钟方向旋转角度θss的状态。图21中,为便于说明而夸大显示了角度θss,但实际可旋转的角度θss的最大值仅为±2°程度,极小。图21中,将调整前的描绘线SL1的中点设为CC时,延伸于Zt方向的照射中心轴Le1被设定为通过中点CC,描绘线SL1被设定为以和照射中心轴Le1一致的光束扫描装置MD1的机械性旋转中心轴为中心进行θzt旋转(倾斜)。进一步的,当将描绘线SL1的描绘开始点设为ST、描绘结束点设为SE时,从描绘开始点ST到描绘结束点SE的长度LBL为于Yt方向的实际的图案描绘宽。因此,从描绘开始点ST到中点CC的长度LBh、与从中点CC到描绘结束点SE的长度LBh相等,为LBh=LBL/2。
描绘线SL1从初期状态旋转角度θss时,即成为相对Yt轴倾斜的描绘线SL1a。调整后的描绘线SL1a的描绘开始点STa,从初期的描绘开始点ST偏离(ΔXSa、ΔYSa),调整后的描绘线SL1a的描绘结束点SEa,则从初期的描绘结束点SE偏离(ΔXEa、ΔYEa)。此位置偏离,即为与相邻的光束扫描装置MD2的描绘线SL2描绘的图案的接续误差。例如,相邻光束扫描装置MD2的描绘线SL2相对描绘线SL1a位置于+Yt方向侧,有需要以初期的描绘开始点ST进行接续曝光的情形时,需使调整后的描绘线SL1a的描绘开始点STa往箭头Ar的方向微幅偏移(shift)。此箭头Ar所示的偏移,可藉由些微提早于图9中说明的从原点讯号SH产生时经时间Tpx后进行描绘资料的起头的时序来加以实现。
此处,位置偏离量ΔYSa为LBh·(1-cos(θss)),当设沿箭头Ar的偏移量(长度)为ΔAr时,位置偏离量ΔYSa与偏移量ΔAr即成为ΔYSa=ΔAr·cos(θss),因此,偏移量ΔAr可表示如下。
ΔAr=〔LBh·(1-cos(θss))〕/cos(θss)···(1)
例如,长度LBL为50mm(LBh=25mm)时,角度θss为±0.5°时的偏移量ΔAr约为0.95μm、角度θss为±1.0°时的偏移量ΔAr约为3.8μm、角度θss为±2.0°时的偏移量ΔAr约为15.2μm,角度θss的变化与偏移量ΔAr的变化为2次函数的关系。因此,根据经调整的角度θss算出偏移量ΔAr,将图9所说明的时间Tpx缩短对应该偏移量ΔAr的时间ΔTpx(=ΔAr/点光SP的扫描速度Vss)开始进行描绘资料的起头即可。
又,相邻光束扫描装置MD2的描绘线SL2相对描绘线SL1a位于-Yt方向侧,需要以初期的描绘结束点SE进行接续曝光的情形时,需要使调整后的描绘线SL1a的描绘结束点SEa往箭头Af的方向微幅偏移。此场合,箭头Af方向的偏移量ΔAf,亦与先前的式(1)同样的,是以下式
ΔAf=〔LBh·(1-cos(θss))〕/cos(θss)···(2)
求出。如图21所示,中点CC(Le1)精密的设定在光束扫描装置MD1的旋转中心的情形时,偏移量ΔAr与偏移量ΔAf的绝对值相等。偏移量ΔAf的方向,由于与描绘线SL1a上的点光SP的扫描方向相同,因此,此场合只要使图9所说明的时间Tpx加长对应根据经调整的角度θss的偏移量ΔAf的时间ΔTpx(=ΔAr/点光SP的扫描速度Vss)来开始描绘资料的起头即可。
进一步的,调整角度θss后的描绘线SL1a的描绘开始点STa,相对初期的描绘开始点ST于-Xt方向位置偏离ΔXSa,描绘结束点SEa相对初期的描绘结束点SE于+Xt方向位置偏离ΔXEa。此种Xt方向(副扫描方向)的位置偏离误差ΔXSa、ΔXEa,可藉由对测量旋转筒DR的旋转角度位置的编码器EC的测量值(计数器的输出值),反应加上误差ΔXSa或ΔXEa的偏置(offset)值开始各描绘线SLn的描绘来加以修正。为进行此种微细的修正,编码器EC(及标尺部SD)对旋转筒DR的旋转角度位置的测量解析能力(计数器电路的每1计数的基板FS的移动量)设定在点光SP的尺寸φ的1/2以下、较佳为1/10以下。
以上的图21的说明中,使初期状态与Yt轴平行的光束扫描装置MD1的描绘线SL1在XtYt平面(被照射面)内反时钟旋转角度θss时,照射中心轴Le1设定为通过中点CC,描绘线SL1(亦即,光束扫描装置MD1)设定为以照射中心轴Le1为中心进行θzt旋转(倾斜)。然而,若因决定光束扫描装置MD1的机械性旋转中心轴(以下,称Mrp)的圆管状支柱构件BX1、环状轴承48等的安装误差、及光束LB1射入光束扫描装置MD1的入射位置的误差等,而有描绘线SL1的中点CC(照射中心轴Le1)与光束扫描装置MD1的机械性旋转中心轴Mrp在XtYt平面内的二维位置差误差ΔA(设为ΔAx、ΔAy)时,该位置偏差误差ΔA造成的影响,会加至图21中的误差(ΔXSa,ΔYSa)、误差(ΔXEa、ΔYEa)。
使用图22说明该状态。图22是夸张显示相对图21的状态,光束扫描装置MD1的机械性旋转中心轴(第1旋转中心轴)Mrp与描绘线SL1的中点CC(照射中心轴Le1),具有相对位置偏差误差ΔA(ΔAx、ΔAy)情形时的状态的图。又,此场合,射入光束扫描装置MD1的光束LB1的入射轴,与旋转中心轴Mrp同轴。图22中,针对于图21所说明的符号及记号,省略其说明。如图22所示,于调整前的初期状态,原与Yt轴平行的描绘线SL1,成为以从中点CC(Le1)的位置偏移(shift)误差(ΔAx、ΔAy)的旋转中心轴Mrp为中心倾斜角度θss的描绘线SL1b。描绘线SL1b,因误差(ΔAx、ΔAy)的影响,成为使图21所示的描绘线SL1a于XtYt平面内平行移动。因此,调整后的描绘线SL1b的描绘开始点STb相对于图21的状态下的描绘开始点STa,于-Xt方向偏离误差ΔXcc、于+Yt方向偏离误差ΔYcc。同样的,调整后的描绘线SL1b的描绘结束点SEb相对图21的状态下的描绘结束点SEa,于-Xt方向偏离误差ΔXcc、于+Yt方向偏离误差ΔYcc,调整后的描绘线SL1b的中点CC’(Le1’)亦相对图21的状态下的描绘线SL1的中点CC(Le1),于-Xt方向偏离误差ΔXcc、于+Yt方向偏离误差ΔYcc。
因此,调整后的描绘线SL1b的描绘开始点STb,相对初期的描绘开始点ST,于Xt方向位置偏离(ΔXSa+ΔXcc)、于Yt方向位置偏离(ΔYSa-ΔYcc),调整后的描绘线SL1b的描绘结束点SEb相对初期的描绘结束点SE于Xt方向位置偏离(ΔXEa-ΔXcc)、于Yt方向位置偏离(ΔYEa+ΔYcc)。旋转中心轴Mrp与初期的描绘线SL1的中点CC(Le1)具有误差(ΔAx、ΔAy)的位置偏离所导致的误差份(ΔXcc、ΔYcc),当以初期的描绘线SL1的中点CC为原点(0、0)时,表示如下。
ΔXcc=-ΔAy·sin(θss)+ΔAx·(1-cos(θss))···(3)
ΔYcc=ΔAy·(1-cos(θss))+ΔAx·sin(θss)···(4)
如此图22所示,光束LB1的入射轴线与旋转中心轴Mrp一致,旋转中心轴Mrp与描绘线SL1的中点CC(Le1)于XtYt平面内偏移(shift)误差(ΔAx,ΔAy)的情形时,如先前于图21所说明般,计算出描绘线SL1b的偏移量ΔAr、ΔAf,使图9所说明的时间Tpx缩短、或加长与其对应的时间ΔTpx,来修正图案资料(描绘资料)的起头时序即可。不过,调整后的描绘线SL1b的描绘开始点STb到描绘结束点SEb的长度LBL(例如50mm),必须在点光SP的最大扫描长(例如51mm)的范围内。又,针对副扫描方向(Xt方向),可藉由对测量旋转筒DR的旋转角度位置的编码器EC的测量值(计数器的输出值),回应加上误差(ΔXSa+ΔXcc)或(ΔXEa-ΔXcc)的偏置(offset)的值开始各描绘线SLn的描绘来加以修正。此外,图21、图22中,虽以照射中心轴Le1通过描绘线SLn的中点CC的态样为例做了说明,但亦可如先前的变形例5般,照射中心轴Le1是通过描绘线SLn上的任意点。在此场合,描绘线SLn的偏移量ΔAr、ΔAf的算出原理亦是相同的。
又,例如先前的变形例5(图18A、图18B)般,在使射入光束扫描装置MD1的光束LB1于XtYz平面内的位置于Yt方向错开的情形时,当将光束扫描装置MD1的机械性旋转中心轴Mrp及照射中心轴Le1设定在与描绘线SL1的描绘开始点ST一致的位置、或极接近的位置时,即使描绘线SL1倾斜角度θss,调整后的描绘开始点STb几乎不会从初期的描绘开始点ST的位置变化。因此,调整后的描绘开始点STb与相邻的描绘线接续的情形时,亦可不要描绘线SL1b的点光SP于扫描方向的位置调整(图9中说明的时间Tpx的调整)。
又,光束扫描装置MD1的机械性旋转中心轴Mrp与照射中心轴Le1,于XtYt平面内在既定容许范围ΔQ(ΔBx、ΔBy)内同轴较佳。该容许范围ΔQ,例如在使光束扫描装置MD1机械性的倾斜既定角度θsm时,调整后的描绘线SL1b的描绘开始点STb(或描绘结束点SEb)的实际位置(实位置Apo)、与假设容许范围ΔQ为0的情形时使光束扫描装置MD1倾斜角度θsm时的描绘线SL1b的描绘开始点STb(或描绘结束点SEb)的设计上位置(设计位置Dpo)的差量,于点光SP的扫描方向(图21中的箭头Ar及Af)或Yt方向,设定为例如点光SP的尺寸φ以内。此处,既定角度θsm可设定为光束扫描装置MD1可机械性旋转的上限角度(例如±2°)。为使各光束扫描装置MD(MD1~MD6)的照射中心轴Le(Le1~Le6)与旋转中心轴Mrp在既定容许范围ΔQ内同轴,可在图5所示的各光导入光学系BDU(BDU1~BDU6)的反射镜M1~M5之间,设置图7所示的像偏移光学构件SR及偏向调整光学构件DP中的至少一方。又,支柱构件BX1的中心轴设定为与旋转中心轴Mrp同轴、或与旋转中心轴Mrp及照射中心轴Le在既定容许范围ΔQ成同轴。
又,虽是使射入光束扫描装置MD的光束LB的入射轴与旋转中心轴Mrp一致的方式,使光束LB射入光束扫描装置MD,但亦可以是射入光束扫描装置MD的光束LB的入射轴与旋转中心轴Mrp在既定容许范围ΔQ内同轴。例如,射入光束扫描装置MD的光束LB的入射轴与照射中心轴Le一致,且与旋转中心轴Mrp在既定容许范围ΔQ内同轴。
又,变形例2、3中的像旋转光学系IR亦同样的,只要是像旋转光学系IR的机械性旋转中心轴(第2旋转中心轴)与照射中心轴Le在既定容许范围ΔQ内成同轴即可。此场合,通过从fθ透镜FT射入像旋转光学系IR的光束LB的扫描轨迹中点的光束LB的入射轴与像旋转光学系IR的机械性旋转中心轴,是设定为在既定容许范围ΔQ内成同轴。
以上所说明的实施形态及各变形例的构成中,于可相对曝光装置本体旋转的光束扫描装置MD未搭载光源装置14,但可如公知的装置(特开平08-011348号公报)般,将半导体激光二极体、LED等的小型固体光源设置在光束扫描装置MD(例如支承架40)内,根据描绘资料对该固体光源进行脉冲发光的控制。此场合,无需图5、图6所示的描绘用光学元件AOM。
进一步的,于上述各实施形态及各变形例中,根据描绘资料的点光SP的强度调变(ON/OFF),虽是以例如设置在图5中的光导入光学系BDU(BDU1~BDU6)内的描绘用光学元件AOM(AOM1~AOM6)来进行,但光源装置14是光纤放大器激光光源的情形时,亦可将射入光纤放大器前的红外波长带的种光(脉冲光)的强度根据描绘资料调变为破裂波状,据以将从光源装置14输出的紫外线的脉冲光束本身根据描绘资料调变成破裂波状。此场合,设在光导入光学系BDU内的描绘用光学元件AOM,是用作为是否将来自光源装置14的光束LB导向光束扫描装置MD的选择用光学元件(称为切换元件AOM)。为此,必须使光束扫描装置MD各个的多面镜PM的旋转速度一致,并进行同步控制以使其旋转角度的相位亦保持既定关系。进一步的,设置使来自光源装置14的光束LB依序穿透光束扫描装置MD各个的切换元件AOM的光束送光系(反射镜等),回应多面镜PM的原点讯号SH,在描绘线SLn上的点光SP的一次扫描期间,使各切换元件AOM中的任一个依序成为ON状态的同步控制较佳。
又,上述实施形态及各变形例的曝光装置EX,虽是对被旋转筒DR支承为弯曲的基板FS进行以光束扫描装置MD进行的点光SP的描绘曝光,但亦可以是对被支承为平面状的基板FS进行点光SP的描绘曝光。也就是说,光束扫描装置MD亦可以是对被支承为平面状的基板FS进行点光SP的描绘曝光。此将基板FS的支承为平面状的机构,可使用国际公开第2013/150677号小册子所揭示之物。简言之,藉由卷绕了环状皮带的多个滚轮,将环状皮带支承基板FS的区域规定为平面状。并且在环状皮带的成平面状的区域,使搬送而来的基板FS紧贴于环状皮带加以支承。由于环状皮带是于既定方向以环状方式搬送,因此环状皮带可将支承的基板FS往基板FS的搬送方向搬送。
(第2实施形态)
图23是显示第2实施形态的光束扫描装置MD’的构成,图23的光束扫描装置MD’是可与先前的图5、图7、图10等所示的光束扫描装置MDn(MD1~MD6)的各个置换的构成。关于构成图23的光束扫描装置MD’的构件,与先前的光束扫描装置MDn的构件相同者赋予相同符号,省略其详细说明。本第2实施形态的光束扫描装置MD’,是构成为将射入光导入光学系(亦称为光束分配光学系)BDUn(BDU1~BDU6)内的描绘用光学元件AOMn(AOM1~AOM6)的后聚光的光束LBn(LB1~LB6)的单一模式的光纤SMF传输的光束LBn(LB1~LB6)加以导入。
光纤SMF的射出端Pbo固定在光束扫描装置MDn的反射镜M10的+Zt方向,于射出端Pbo会聚的光束LB1一边以既定数值孔径(NA)放射、一边于反射镜M10反射后射入构成扩束器BE的聚光透镜Be1与准直透镜Be2。光束LB1在聚光透镜Be1与准直透镜Be2间的聚光位置Pb1聚光后,再次成为放射的光束LB1射入准直透镜Be2后被转换为平行光束。从准直透镜Be2射出的光束LB1,与先前的图7同样的,透过反射镜M12、像偏移光学构件SR、偏向调整光学构件DP、场孔径FA、反射镜M13、λ/4波长板QW、柱面透镜CYa、反射镜M14、多面镜PM、fθ透镜FT、反射镜M15、及柱面透镜CYb,聚光在基板FS上成点光SP。形成点光SP的面(基板FS的表面),与聚光位置Pb1及射出端PBo成光学上共轭的关系。又,图23中,省略了图7中所示的反射镜M11、偏光分束器BS1、透镜系G10、光检测器DT1。
于本第2实施形态,光束扫描装置MD’亦是被支柱构件BX1轴支成整体可以照射中心轴Le1为中心在既定角度范围旋动,但光纤SMF的射出端Pbo可固定在从照射中心轴Le1错开的任意位置。高速扫描紫外波长带的光束来进行图案描绘的情形时,视基板FS上的感光性功能层的感度,有时须将光束的能量(点光的每单位面积的照度)设定的相当高。因此,如图23所示的使用单一模式的光纤SMF的光传输,会有无法确保光纤对紫外线的耐受性的情形。然而,在感光性功能层对较紫外波长带长的波长、例如对500nm等级~700nm等级的波长的光具有感度的情形时,如图23所示,即能以单一模式的光纤SMF进行光传输。
图23的光纤SMF的未图示的入射端,配置在先前以图5所示的光导入光学系BDUn内的描绘用光学元件AOMn后的分歧用反射镜M1之后。具体而言,将于反射镜M1反射的描绘用光束LBn藉由聚光透镜转换成以既定NA(数值孔径)聚光的光束,于其聚光点(光腰位置)固定光纤SMF的入射端即可。
Claims (23)
1.一种图案曝光装置,具有以距中心轴既定半径的圆筒状外周面支承片状基板,并绕该中心轴旋转的旋转筒,及在该旋转筒的旋转中于该基板的既定区域上曝光电子元件的图案的曝光头,其中;
该曝光头是在以该中心轴的延伸方向作为主扫描方向时,沿著该主扫描方向配置多个一边以在该基板上成为点光的方式投射图案描绘用的光束,一边在该主扫描方向上扫描该点光的扫描单元,并在将该扫描单元在该主扫描方向依序编号为1号、2号…,且将该旋转筒外周面的周方向作为副扫描方向时,以奇数号的扫描单元与偶数号的扫描单元在绕该中心轴的该副扫描方向上间隔一定角度2θ,且自该多个扫描单元的各个投射至该基板的该光束的延长线朝向该中心轴的方式配置,且该曝光头具备:
本体架,将该旋转筒轴支为可绕该中心轴旋转;
本体机架部,将该奇数号的扫描单元与该偶数号的扫描单元的各个轴支为可个别绕通过借由该点光的扫描形成的描绘线的中央,并与该光束的该延长线平行的旋转中心轴旋转,并与该本体架结合。
2.根据权利要求1所述的图案曝光装置,其中,该本体机架部包含:
第1机架部,与该本体架结合,且支承将该图案描绘用的光束供给至该多个扫描单元的各个的光导入光学系;
呈角柱状的第2机架部,相对于该第1机架部配置于该旋转筒侧,以该奇数号的扫描单元的各个的旋转中心轴与该偶数号的扫描单元的各个的旋转中心轴于该副扫描方向上间隔该角度2θ的方式,延伸设置于该主扫描方向上。
3.根据权利要求2所述的图案曝光装置,其中,该第2机架部的在该主扫描方向上的一端部侧固设于该本体架,且另一端部侧在该主扫描方向上具有自由度并被该本体架支承。
4.根据权利要求3所述的图案曝光装置,其中,该第2机架部的该另一端部侧借由在该主扫描方向上具有自由度的陀螺构件与钢球而被支承于该本体架。
5.根据权利要求3所述的图案曝光装置,其中,该奇数号的扫描单元的数量与该偶数号的扫描单元的数量相同。
6.根据权利要求2到5中任一项所述的图案曝光装置,其中,该光导入光学系具有:
奇数号的光导入光学系,包含以与该奇数号的扫描单元的各个的该旋转中心轴同轴的方式,将该图案描绘用的光束投射至该奇数号的扫描单元的各个的多个反射镜;及
偶数号的光导入光学系,包含以与该偶数号的扫描单元的各个的该旋转中心轴同轴的方式,将该图案描绘用的光束投射至该偶数号的扫描单元的各个的多个反射镜。
7.根据权利要求6所述的图案曝光装置,其中,该奇数号与该偶数号的各个的光导入光学系包含:
音声光学调变器,以将来自光源装置的光束入射,并以作为该图案描绘用的光束依序供给至该扫描单元的各个的方式,设置于每个该扫描单元。
8.根据权利要求7所述的图案曝光装置,其中,该扫描单元包含:
旋转多面镜,用以将该图案描绘用的光束于该主扫描方向进行一维扫描;
fθ透镜,为了将通过该旋转多面镜进行一维扫描的反射光束入射并作为该点光聚光在该基板上而具有与该旋转中心轴垂直的光轴;
反射构件,使自该fθ透镜射出的该反射光束以垂直投射于该基板的表面的方式进行反射;及
支承架,将该旋转多面镜,该fθ透镜,以及该反射构件一体地支承。
9.根据权利要求8所述的图案曝光装置,其中,该多个扫描单元的各个的该支承架,是以能绕该旋转中心轴旋转的方式,借由轴承安装于该第2机架部。
10.一种光束扫描装置,一边将投射至对象物的被照射面的光束在该被照射面上收敛为点光,一边将该点光在主扫描方向上进行一维扫描,其中该光束扫描装置具备:
偏向构件,用以使来自光源装置的入射光束反射,并借由将反射光束于既定角度范围内偏向,使该点光进行扫描;
投射光学系,使经该偏向构件偏向的该反射光束入射,并将该反射光束于该被照射面上聚光成该点光;
光学构件,使来自该光源装置的该入射光束,以从该投射光学系的该被照射面侧入射后前往该偏向构件的方式输送光,且在该入射光束入射至该投射光学系之前的位置,亦即与该被照射面在光学上共轭的共轭面上将该入射光束收敛至点。
11.根据权利要求10所述的光束扫描装置,其中,该光学构件具有:
透镜系,用以将来自该光源装置的该入射光束于该共轭面上收敛成点;及
第1柱面透镜,配置于将被收敛后发散并前进的该入射光束入射的位置,并于该主扫描方向上具有母线;
该投射光学系包含:第2柱面透镜,配置于远心系的fθ透镜,及该被照射面与该fθ透镜之间,并于该主扫描方向上具有母线;
该光学构件是以自该第1柱面透镜射出的该入射光束通过该fθ透镜前往该偏向构件的方式被配置。
12.根据权利要求11所述的光束扫描装置,其中,
该偏向构件是具有形成于旋转轴与该旋转轴周围,用以使该入射光束的反射方向偏向后进行扫描的多个反射面的旋转多面镜,且在与该主扫描方向正交的副扫描方向上,该共轭面,该旋转多面镜的该反射面,以及该被照射面的各个在光学上设定有共轭关系。
13.根据权利要求12所述的光束扫描装置,其中,
该共轭面,投射有该点光的该被照射面,以及该fθ透镜的光轴配置为相互平行;
来自该光源装置的该入射光束,设定为在该副扫描方向上从与该fθ透镜的光轴正交的方向入射至该光学构件;
该投射光学系进一步包含:反射构件,具有以将该入射光束朝向该fθ透镜反射的方式,配置于从该fθ透镜的光轴观察的该副扫描方向的一侧的第1反射面。
14.根据权利要求13所述的光束扫描装置,其中,该投射光学系进一步包含:
反射构件,具有以使从该fθ透镜射出的该反射光束反射并垂直投射至该被照射面的方式,配置于从该fθ透镜的光轴观察的该副扫描方向的另一侧的第2反射面;
该第2柱面透镜是配置于该第2反射面与该被照射面之间。
15.根据权利要求14所述的光束扫描装置,其中,该第1反射面与该第2反射面是以当以因该点光的扫描而通过规定于该被照射面上的扫描线上的特定点并与该被照射面垂直的轴线作为照射中心轴时,从该光源装置往该第1反射面入射的该入射光束的入射轴,与该照射中心轴成为大致同轴的关系的方式配置。
16.根据权利要求10到14中任一项所述的光束扫描装置,其中,进一步具备:
支承架,构成为当以因该点光的扫描而通过规定于该被照射面上的扫描线上的特定点并与该被照射面垂直的轴线作为照射中心轴时,可绕与该照射中心轴在既定的许可范围内成为同轴的旋转中心轴旋转,且将该偏向构件,该光学构件,以及该投射光学系一体地支承;且
将自该光源装置朝向该光学构件入射的该入射光束的入射轴设定为与该旋转中心轴大致同轴。
17.一种图案描绘装置,具有光束扫描单元,其具备用以将作为点光投射在基板上的光束沿主扫描方向进行一维扫描的旋转多面镜,及包含用以将透过该旋转多面镜进行一维扫描的反射光束入射,作为该点光而聚光在该基板上的fθ透镜的投射光学系,且借由将该点光沿该主扫描方向扫描,并将该基板与该光束扫描单元于与该主扫描方向正交的副扫描方向相对移动,于该基板上描绘既定图案,其中该图案描绘装置具备:
光源装置,产生入射至该光束扫描单元的入射光束;
光学构件,以使该入射光束从该fθ透镜的该基板侧入射并往该旋转多面镜前进的方式输送光,且在该入射光束入射至该fθ透镜之前的位置,亦即与该基板的被照射面设定为光学上共轭关系的共轭面上将该入射光束收敛成点。
18.根据权利要求17所述的图案描绘装置,其中,该光学构件具有:
透镜系,用以将来自该光源装置的该入射光束于该共轭面上收敛成点;及
第1柱面透镜,配置于将被收敛后发散并前进的该入射光束入射的位置,使该入射光束于该主扫描方向上成为发散状态,且于该副扫描方向上几乎成为平行光束后朝向该fθ透镜射出;
该投射光学系进一步包含:第2柱面透镜,配置于该fθ透镜与该基板之间,并于该主扫描方向上具有母线。
19.根据权利要求18所述的图案描绘装置,其中,
该共轭面,该旋转多面镜的反射面,以及该基板的表面的各个,于该副扫描方向上设定为相互成为光学上共轭的关系。
20.根据权利要求19所述的图案描绘装置,其中,
来自该光源装置的该入射光束,设定为从与该fθ透镜的光轴正交的方向入射至该光束扫描单元;
该光学构件进一步包含:反射构件,具有以将该入射光束朝向该fθ透镜反射的方式,配置于从该fθ透镜的光轴观察的该副扫描方向的一侧的第1反射面。
21.根据权利要求20所述的图案描绘装置,其中,该投射光学系进一步包含:
反射构件,具有以使从该fθ透镜射出的该反射光束反射并垂直投射至该基板的表面的方式,配置于从该fθ透镜的光轴观察的该副扫描方向的另一侧的第2反射面;
该第2柱面透镜是配置于该第2反射面与该基板之间。
22.根据权利要求21所述的图案描绘装置,其中,该第1反射面与该第2反射面是以当以因该点光的该主扫描方向的扫描而通过规定于该基板上的扫描线上的特定点并与该基板的表面垂直的轴线作为照射中心轴时,从该光源装置往该第1反射面投射的该入射光束的入射轴,与该照射中心轴成为大致同轴的关系的方式配置。
23.根据权利要求22所述的图案描绘装置,其具备:
支承架,构成为可绕与该照射中心轴在既定的许可范围内成为同轴的旋转中心轴旋转,且将该旋转多面镜,该投射光学系,以及该反射构件的该第1反射面与该第2反射面一体地支承;且
将该入射光束的该入射轴设定为与该旋转中心轴大致同轴。
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