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技術 ビーム走査装置およびパターン描画装置

出願人 株式会社ニコン
発明者 鈴木智也加藤正紀木内徹
出願日 2017年3月28日 (2年0ヶ月経過) 出願番号 2018-508048
公開日 2019年2月7日 (2ヶ月経過) 公開番号 WO2017-170513
状態 未査定
技術分野 機械的光走査系 FAXの走査装置
主要キーワード 置土台 テンション調整ローラ 金属性薄膜 各観察領域 エッジポジション 光感応層 特定位 デジタルカウンタ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (18)

課題・解決手段

反射面の角度が変わるポリゴンミラー(PM)によって偏向されたビーム(LBn)を基板(P)に投射する走査ユニット(Un)は、ポリゴンミラー(PM)で最初に反射された第1の反射ビーム(LBn)を反射してポリゴンミラー(PM)に向かう第2の反射ビーム(LBn)を生成するとともに、ポリゴンミラー(PM)の偏向方向と交差した非偏向方向に関して第2の反射ビーム(LBn)を収斂させる再反射光学系(CY2、M10)と、第2の反射ビーム(LBn)がポリゴンミラー(PM)で再度反射した第3の反射ビーム(LBn)を入射し、基板(P)に向けて射出する走査用光学系(FT、CY3)と、を備える。

概要

背景

従来より、事務用の高速プリンターとして、レーザビームスポット光感光ドラム等の被照射体対象物)に投射し、且つ、スポット光を回転多面鏡によって1次元方向に主走査しつつ、被照射体を主走査線方向と直交した副走査方向に移動させて、被照射体上に所望するパターンや画像(文字、図形、写真等)を描画するために、例えば、下記に示す特開昭61−7818号公報のような光走査装置を用いることが知られている。

この特開昭61−7818号公報には、回転軸を中心に回転する偏向反射面を有する回転多面鏡と、稜線が回転軸と直交するように偏向反射面に対向された2枚の補正用平面鏡とを設け、回転多面鏡の偏向反射面への入射光ビームを補正用平面鏡との間で一度往復させて走査面へ走査光ビームとして導くことによって、偏向反射面の面倒れ等による走査線の歪みを光学的に修正することが開示されている。特開昭61−7818号公報では、回転軸を含み2枚の補正用平面鏡の稜線に直交する平面への走査光ビームの投影像と、回転軸と直交する平面とのなす角度(射出角度)が5°〜15°になるように、2枚の補正用平面鏡の配置と入射光ビームの入射角とを設定するとしている。

特開昭61−7818号公報の第2図(或いは第8図から第10図)に示されているように、回転多面鏡の偏向反射面に最初に入射する光ビームと、2枚の補正用平面鏡で反射されて回転多面鏡の偏向反射面に2回目に入射する光ビームとを、回転軸の方向において偏向反射面上の同じ位置にする場合、2枚の補正用平面鏡の成す角度(狭角β)は90°未満の鋭角になる。その場合、回転軸と平行な面に対して回転多面鏡の偏向反射面が傾くと、2枚の補正用平面鏡で反射されて回転多面鏡の偏向反射面に戻ってくる光ビームは、回転多面鏡の偏向反射面に最初に入射する光ビームの位置に対して、回転軸の方向に大きく変位することになる。そのため、その変位に対応するように、回転多面鏡の偏向反射面の回転軸方向の寸法を確保しておく必要がある。それよって、回転多面鏡の軽量化に制限が生じ、回転多面鏡の回転速度の上限が律則されることになる。

概要

反射面の角度が変わるポリゴンミラー(PM)によって偏向されたビーム(LBn)を基板(P)に投射する走査ユニット(Un)は、ポリゴンミラー(PM)で最初に反射された第1の反射ビーム(LBn)を反射してポリゴンミラー(PM)に向かう第2の反射ビーム(LBn)を生成するとともに、ポリゴンミラー(PM)の偏向方向と交差した非偏向方向に関して第2の反射ビーム(LBn)を収斂させる再反射光学系(CY2、M10)と、第2の反射ビーム(LBn)がポリゴンミラー(PM)で再度反射した第3の反射ビーム(LBn)を入射し、基板(P)に向けて射出する走査用光学系(FT、CY3)と、を備える。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

反射面の角度が変わる可動反射部材によって偏向されたビーム被照射体投射するビーム走査装置であって、前記可動反射部材で最初に反射された第1の反射ビームを反射して前記可動反射部材に向かう第2の反射ビームを生成するとともに、前記可動反射部材による前記ビームの偏向方向と交差した非偏向方向に関して前記第2の反射ビームを収斂させる第1光学部材を備える再反射光学系と、前記第2の反射ビームが前記可動反射部材で再度反射した第3の反射ビームを入射し、前記被照射体に向けて射出する走査用光学系と、を備えるビーム走査装置。

請求項2

請求項1に記載のビーム走査装置であって、前記可動反射部材に最初に入射する前記ビームと再度入射する前記第2の反射ビームとは、前記可動反射部材の反射面上で前記非偏向方向に関して同じ位置に設定されている、ビーム走査装置。

請求項3

請求項1または2に記載のビーム走査装置であって、前記可動反射部材に最初に入射する前記ビームを前記非偏向方向に関して収斂する第2光学部材をさらに備え、前記走査用光学系は、前記可動反射部材で再度反射した前記第3の反射ビームを入射するfθレンズ系と、前記fθレンズ系から前記被照射体に向かう前記第3の反射ビームを前記非偏向方向に関して収斂する第3光学部材とを備える、ビーム走査装置。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1項に記載のビーム走査装置であって、前記可動反射部材と前記再反射光学系との間に設けられる光分割部材をさらに備え、前記可動反射部材で最初に反射された前記第1の反射ビームは、前記光分割部材を介して前記再反射光学系に入射するとともに、前記再反射光学系から前記可動反射部材に向かう前記第2の反射ビームは、前記光分割部材を介して前記走査用光学系に入射する、ビーム走査装置。

請求項5

請求項4に記載のビーム走査装置であって、前記光分割部材は偏光ビームスプリッタ波長板とを含み、前記可動反射部材に最初に入射する前記ビームを直線偏光とする、ビーム走査装置。

請求項6

請求項1〜3のいずれか1項に記載のビーム走査装置であって、前記可動反射部材に最初に入射する前記ビームを前記走査用光学系の射出側から入射させるように導く導光部材をさらに備え、前記可動反射部材は、前記走査用光学系の射出側から入射した前記ビームを、前記第1の反射ビームとして前記走査用光学系に向けて反射し、前記再反射光学系は、前記可動反射部材で反射され前記走査用光学系を通った前記第1の反射ビームを、前記走査用光学系の射出側から入射して前記可動反射部材に向かう前記第2の反射ビームとして反射し、前記走査用光学系は、さらに前記第2の反射ビームが前記可動反射部材によって再度反射された前記第3の反射ビームを入射して、前記被照射体に向けて射出する、ビーム走査装置。

請求項7

請求項6に記載のビーム走査装置であって、前記走査用光学系と前記再反射光学系との間であって、前記導光部材から前記走査用光学系に入射する前記ビームの光路、および前記再反射光学系で反射して前記走査用光学系を通って前記可動反射部材に向かう前記第2の反射ビームの光路に設けられた第1の光分割部材と、前記走査用光学系と前記再反射光学系との間であって、前記可動反射部材で最初に反射されて前記走査用光学系を通った前記第1の反射ビームの光路、および前記可動反射部材で再度反射され前記走査用光学系を通った前記第3の反射ビームの光路に設けられた第2の光分割部材と、をさらに備え、前記第3の反射ビームを前記第2の光分割部材を介して前記被照射体に投射する、ビーム走査装置。

請求項8

請求項1〜3のいずれか1項に記載のビーム走査装置であって、前記可動反射部材は互いに反射面の向きが異なる複数の反射面を備え、前記可動反射部材は、最初に入射した前記ビームを第1反射面で反射し、前記再反射光学系は、前記第1反射面で反射された前記第1の反射ビームを前記可動反射部材の前記第1反射面とは異なる第2反射面に向けて反射する、ビーム走査装置。

請求項9

互いに反射面の向きが異なる複数の反射面を有する可動反射部材によって偏向されたビームを被照射体に投射するビーム走査装置であって、前記可動反射部材の第1反射面で反射した第1の反射ビームを入射して、前記可動反射部材の前記第1反射面とは異なる第2反射面に向けて進む第2の反射ビームを生成する再反射光学系と、前記可動反射部材の前記第2反射面で反射される第3の反射ビームを入射して、前記被照射体に投射する走査用光学系と、を備えるビーム走査装置。

請求項10

基板を所定の方向に移動させた状態で、請求項1〜9のいずれか1項に記載のビーム走査装置を用いて、前記ビームを前記被照射体である前記基板上に投射し、且つ、前記ビームを前記所定の方向と交差する主査方向走査させることで前記基板上にパターンを描画するパターン描画装置

請求項11

請求項10に記載のパターン描画装置であって、前記基板の移動方向および主走査方向の少なくとも1つの方向に沿って前記ビーム走査装置が複数配置されている、パターン描画装置。

請求項12

請求項11に記載のパターン描画装置であって、前記基板に形成された所定のマークを検出するためのアライメント系を備え、前記アライメント系は、前記基板の移動方向に沿って配置された複数の前記ビーム走査装置の位置に対応してそれぞれ設けられている、パターン描画装置。

請求項13

請求項10〜12のいずれか1項に記載のパターン描画装置であって、前記基板は、可撓性の長尺シート基板であり、前記シート基板の長尺方向と交差する幅方向に延びた中心軸と、前記中心軸から一定半径円筒状の外周面とを有する回転ドラムをさらに備え、前記回転ドラムは、前記外周面に倣って前記シート基板の一部を前記長尺方向に湾曲させて支持しつつ、前記中心軸を中心に回転して前記シート基板を前記長尺方向に移動させ、前記ビーム走査装置は、前記回転ドラムで支持されている前記シート基板上に前記ビームを投射する、パターン描画装置。

技術分野

0001

本発明は、対象物の被照射面上に照射されるビームスポット光走査するビーム走査装置、および、そのようなビーム走査装置を用いて所定のパターン描画露光するパターン描画装置に関する。

背景技術

0002

従来より、事務用の高速プリンターとして、レーザビームのスポット光を感光ドラム等の被照射体(対象物)に投射し、且つ、スポット光を回転多面鏡によって1次元方向に主走査しつつ、被照射体を主走査線方向と直交した副走査方向に移動させて、被照射体上に所望するパターンや画像(文字、図形、写真等)を描画するために、例えば、下記に示す特開昭61−7818号公報のような光走査装置を用いることが知られている。

0003

この特開昭61−7818号公報には、回転軸を中心に回転する偏向反射面を有する回転多面鏡と、稜線が回転軸と直交するように偏向反射面に対向された2枚の補正用平面鏡とを設け、回転多面鏡の偏向反射面への入射光ビームを補正用平面鏡との間で一度往復させて走査面へ走査光ビームとして導くことによって、偏向反射面の面倒れ等による走査線の歪みを光学的に修正することが開示されている。特開昭61−7818号公報では、回転軸を含み2枚の補正用平面鏡の稜線に直交する平面への走査光ビームの投影像と、回転軸と直交する平面とのなす角度(射出角度)が5°〜15°になるように、2枚の補正用平面鏡の配置と入射光ビームの入射角とを設定するとしている。

0004

特開昭61−7818号公報の第2図(或いは第8図から第10図)に示されているように、回転多面鏡の偏向反射面に最初に入射する光ビームと、2枚の補正用平面鏡で反射されて回転多面鏡の偏向反射面に2回目に入射する光ビームとを、回転軸の方向において偏向反射面上の同じ位置にする場合、2枚の補正用平面鏡の成す角度(狭角β)は90°未満の鋭角になる。その場合、回転軸と平行な面に対して回転多面鏡の偏向反射面が傾くと、2枚の補正用平面鏡で反射されて回転多面鏡の偏向反射面に戻ってくる光ビームは、回転多面鏡の偏向反射面に最初に入射する光ビームの位置に対して、回転軸の方向に大きく変位することになる。そのため、その変位に対応するように、回転多面鏡の偏向反射面の回転軸方向の寸法を確保しておく必要がある。それよって、回転多面鏡の軽量化に制限が生じ、回転多面鏡の回転速度の上限が律則されることになる。

0005

本発明の第1の態様は、反射面の角度が変わる可動反射部材によって偏向されたビームを被照射体に投射するビーム走査装置であって、前記可動反射部材で最初に反射された第1の反射ビームを反射して前記可動反射部材に向かう第2の反射ビームを生成するとともに、前記可動反射部材による前記ビームの偏向方向と交差した非偏向方向に関して前記第2の反射ビームを収斂させる第1光学部材を備える再反射光学系と、前記第2の反射ビームが前記可動反射部材で再度反射した第3の反射ビームを入射し、前記被照射体に向けて射出する走査用光学系と、を備える。

0006

本発明の第2の態様は、互いに反射面の向きが異なる複数の反射面を有する可動反射部材によって偏向されたビームを被照射体に投射するビーム走査装置であって、前記可動反射部材の第1反射面で反射した第1の反射ビームを入射して、前記可動反射部材の前記第1反射面とは異なる第2反射面に向けて進む第2の反射ビームを生成する再反射光学系と、前記可動反射部材の前記第2反射面で反射される第3の反射ビームを入射して、前記被照射体に投射する走査用光学系と、を備える。

0007

本発明の第3の態様は、パターン描画装置であって、基板を所定の方向に移動させた状態で、本発明の第1の態様または第2の態様の前記ビーム走査装置を用いて、前記ビームを前記被照射体である前記基板上に投射し、且つ、前記ビームを前記所定の方向と交差する主査方向に走査させることで前記基板上にパターンを描画する。

図面の簡単な説明

0008

第1の実施の形態の基板に露光処理を施す露光装置を含むデバイス製造システム概略構成を示す図である。
図2に示す回転ドラムに基板が巻き付けられた状態を示す詳細図である。
基板上で走査されるスポット光の描画ラインおよび基板上に形成されたアライメント用のマークを示す図である。
図1に示すビーム切換部の概略構成図である。
図4に示す選択用光学素子および入射ミラー回りの具体的な構成を示す図である。
図1に示す走査ユニットの構成を示す斜視図である。
図6に示す走査ユニットを+Y方向からみたときの図である。
図6に示すポリゴンミラーPMの反射面で2回反射されたときのビームの反射角度について説明する。
1回の走査に必要なポリゴンミラーの回転角度を説明する図である。
図1に示す露光装置の電気的な構成を示す図である。
第1の実施の形態の変形例1における走査ユニットの構成を示す図である。
第1の実施の形態の変形例2における、ビームをポリゴンミラーの反射面に2回反射させるための構成図である。
図13Aは、第2の実施の形態の走査ユニットの構成を−Y方向からみたときの図、図13Bは、第2の実施の形態の走査ユニットの構成を+Z方向からみたときの図である。
第2の実施の形態の変形例1における走査ユニットの配置例を示す図である。
第3の実施の形態における、描画用のビームをポリゴンミラーに2回反射させるための構成図である。
第3の実施の形態の変形例1における、ビームをポリゴンミラーに2回反射させるための構成図である。
第1〜第3の実施の形態の変形例における走査ユニットの構成を示す図である。

実施例

0009

本発明の態様に係るビーム走査装置およびパターン描画装置について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。なお、本発明の態様は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、多様な変更または改良を加えたものも含まれる。つまり、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれ、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換または変更を行うことができる。

0010

[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態の基板(被照射体)Pに露光処理を施す露光装置EXを含むデバイス製造システム10の概略構成を示す図である。なお、以下の説明においては、特に断わりのない限り、重力方向をZ方向とするXYZ直交座標系を設定し、図に示す矢印にしたがって、X方向、Y方向、およびZ方向を説明する。

0011

デバイス製造システム10は、基板Pに所定の処理(露光処理等)を施して、電子デバイスを製造するシステム基板処理装置)である。デバイス製造システム10は、例えば、電子デバイスとしてのフレキシブルディスプレイフィルム状のタッチパネル液晶表示パネル用のフィルム状のカラーフィルターフレキシブル配線、または、フレキシブル・センサ等を製造する製造ライン構築された製造システムである。以下、電子デバイスとしてフレキシブル・ディスプレイを前提として説明する。フレキシブル・ディスプレイとしては、例えば、有機ELディスプレイ液晶ディスプレイ等がある。デバイス製造システム10は、フレキシブル(可撓性)のシート状の基板(シート基板)Pをロール状に巻いた図示しない供給ロールから基板Pが送出され、送出された基板Pに対して各種処理を連続的に施した後、各種処理後の基板Pを図示しない回収ロールで巻き取る、いわゆる、ロール・ツー・ロール(Roll To Roll)方式の構造を有する。そのため、各種処理後の基板Pは、複数のデバイスが基板Pの搬送方向に連なった状態となっており、多面取り用の基板となっている。前記供給ロールから送られた基板Pは、順次、プロセス装置PR1、露光装置EX、および、プロセス装置PR2で各種処理が施され、前記回収ロールで巻き取られる。基板Pは、基板Pの移動方向(搬送方向)が長手方向(長尺)となり、幅方向が短手方向短尺)となる帯状の形状を有する。

0012

本実施の形態では、X方向は、Z方向と直交する水平面内において、基板Pが供給ロールから回収ロールに向かう方向であり、基板Pの長尺方向(長手方向)である。Y方向は、Z方向と直交する水平面内においてX方向に直交する方向であり、基板Pの幅方向(短尺方向)である。なお、−Z方向を、重力が働く方向(重力方向)とし、基板Pの搬送方向を+X方向とする。

0013

基板Pは、例えば、樹脂フィルム、若しくは、ステンレス鋼等の金属または合金からなる箔(フォイル)等が用いられる。樹脂フィルムの材質としては、例えば、ポリエチレン樹脂ポリプロピレン樹脂ポリエステル樹脂エチレンビニル共重合体樹脂ポリ塩化ビニル樹脂セルロース樹脂ポリアミド樹脂ポリイミド樹脂ポリカーボネート樹脂ポリスチレン樹脂、および酢酸ビニル樹脂のうち、少なくとも1つ以上を含んだものを用いてもよい。また、基板Pの厚みや剛性ヤング率)は、デバイス製造システム10の搬送路を通る際に、基板Pに座屈による折れ目非可逆的シワが生じないような範囲であればよい。基板Pの母材として、厚みが10μm〜200μm以下のPET(ポリエチレンテレフタレート)やPEN(ポリエチレンナフタレート)等のフィルムは、好適なシート基板の典型である。

0014

基板Pは、デバイス製造システム10内で施される各処理において熱を受ける場合があるため、熱膨張係数が顕著に大きくない材質の基板Pを選定することが好ましい。例えば、無機フィラーを樹脂フィルムに混合することによって熱膨張係数を抑えることができる。無機フィラーは、例えば、酸化チタン酸化亜鉛アルミナ、または酸化ケイ素等でもよい。また、基板Pは、フロート法等で製造された厚さ100μm程度、或いは35μm程度の極薄ガラス単層体であってもよいし、この極薄ガラスに上記の樹脂フィルム、箔等を貼り合わせた積層体であってもよい。

0015

ところで、基板Pの可撓性(flexibility)とは、基板Pに自重程度の力を加えてもせん断したり破断したりすることはなく、その基板Pを撓めることが可能な性質をいう。また、自重程度の力によって屈曲する性質も可撓性に含まれる。また、基板Pの材質、大きさ、厚さ、基板P上に成膜される層構造、温度、または、湿度等の環境等に応じて、可撓性の程度は変わる。いずれにしろ、本実施の形態によるデバイス製造システム10内の搬送路に設けられる各種の搬送用ローラ、回転ドラム等の搬送方向転換用の部材に基板Pを正しく巻き付けた場合に、座屈して折り目がついたり、破損(破れ割れが発生)したりせずに、基板Pを滑らかに搬送できれば、可撓性の範囲といえる。

0016

プロセス装置(処理装置)PR1は、供給ロールから送られてきた基板Pを露光装置EXに向けて所定の速度で長尺方向に沿った搬送方向(+X方向)に搬送しつつ、露光装置EXへ送られる基板Pに対して前工程の処理を行う。この前工程の処理により、露光装置EXへ送られる基板Pは、その表面に感光性機能層光感応層)が形成された基板(感光基板)となっている。

0017

この感光性機能層は、溶液として基板P上に塗布され、乾燥することによって層(膜)となる。感光性機能層の典型的なものはフォトレジスト(液状またはドライフィルム状)であるが、現像処理が不要な材料として、紫外線の照射を受けた部分の親撥液性改質される感光性シランカップリング剤(SAM)、或いは紫外線の照射を受けた部分にメッキ還元基露呈する感光還元剤等がある。感光性機能層として感光性シランカップリング剤を用いる場合は、基板P上の紫外線で露光されたパターン部分が撥液性から親液性に改質される。そのため、親液性となった部分の上に導電性インク(銀や銅等の導電性ナノ粒子を含有するインク)または半導体材料を含有した液体等を選択塗布することで、薄膜トランジスタ(TFT)等を構成する電極半導体絶縁、或いは接続用配線となるパターン層を形成することができる。感光性機能層として、感光性還元剤を用いる場合は、基板P上の紫外線で露光されたパターン部分にメッキ還元基が露呈する。そのため、露光後、基板Pを直ちにパラジウムイオン等を含むメッキ液中に一定時間浸漬することで、パラジウムによるパターン層が形成(析出)される。このようなメッキ処理アディティブ(additive)なプロセスであるが、その他、サブトラクティブ(subtractive)なプロセスとしてのエッチング処理を前提にしてもよい。その場合は、露光装置EXへ送られる基板Pは、母材をPETやPENとし、その表面にアルミニウム(Al)や銅(Cu)等の金属性薄膜を全面または選択的に蒸着し、さらにその上にフォトレジスト層を積層したものであってもよい。

0018

露光装置(処理装置)EXは、プロセス装置PR1から搬送されてきた基板Pをプロセス装置PR2に向けて所定の速度で搬送方向(+X方向)に搬送しつつ、基板Pに対して露光処理を行う処理装置である。露光装置EXは、基板Pの表面(感光性機能層の表面、すなわち、感光面)に、電子デバイス用のパターン(例えば、電子デバイスを構成するTFTの電極や配線等のパターン)に応じた光パターンを照射する。これにより、感光性機能層に前記パターンに対応した潜像(改質部)が形成される。

0019

本実施の形態においては、露光装置EXは、マスクを用いない直描方式の露光装置、いわゆるラスタースキャン方式の露光装置(パターン描画装置)である。露光装置EXは、基板Pを+X方向(所定の方向、副走査方向)に搬送しながら、露光用パルス状のビームLB(パルスビーム)のスポット光SPを、基板Pの被照射面(感光面)上で所定の走査方向(Y方向)に1次元に走査(主走査)しつつ、スポット光SPの強度をパターンデータ(描画データ、パターン情報)に応じて高速変調オンオフ)する。これにより、基板Pの被照射面に電子デバイス、回路または配線等の所定のパターンに応じた光パターンが描画露光される。つまり、基板Pの副走査と、スポット光SPの主走査とで、スポット光SPが基板Pの被照射面(感光性機能層の表面)上で相対的に2次元走査されて、基板Pの被照射面に所定のパターンが描画露光される。また、基板Pは、搬送方向(+X方向)に沿って搬送されているので、露光装置EXによってパターンが露光される露光領域Wは、基板Pの長尺方向に沿って所定の間隔をあけて複数設けられることになる(図3参照)。この露光領域Wに電子デバイスが形成されるので、露光領域Wは、デバイス形成領域でもある。

0020

プロセス装置(処理装置)PR2は、露光装置EXから送られてきた基板Pを回収ロールに向けて所定の速度で長尺方向に沿った搬送方向(+X方向)に搬送しつつ、露光装置EXで露光処理された基板Pに対しての後工程の処理(例えば、メッキ処理または現像・エッチング処理等)を行う。この後工程の処理により、基板P上にデバイスのパターン層が形成される。

0021

次に、露光装置EXについてさらに詳しく説明する。露光装置EXは、温調チャンバーECV内に格納されている。この温調チャンバーECVは、内部を所定の温度、所定の湿度に保つことで、内部において搬送される基板Pの温度による形状変化を抑制するとともに、基板Pの吸湿性や搬送に伴って発生する静電気の帯電等を抑制する。温調チャンバーECVは、パッシブまたはアクティブ防振ユニットSU1、SU2を介して製造工場の設置面Eに配置される。防振ユニットSU1、SU2は、設置面Eからの振動を低減する。この設置面Eは、工場床面自体であってもよいし、水平面を出すために床面上に専用に設置される設置土台ペデスタル)上の面であってもよい。露光装置EXは、基板搬送機構12と、光源装置14と、ビーム切換部BDUと、描画ヘッド16と、制御装置18、複数のアライメント顕微鏡AMm(なお、m=1、2、3、4)と、複数のエンコーダヘッドENja、ENjb(なお、j=1、2、3)とを少なくとも備えている。制御装置18は、露光装置EXの各部を制御するものである。この制御装置18は、コンピュータプログラムが記録された記録媒体等とを含み、該コンピュータがプログラムを実行することで、本実施の形態の制御装置18として機能する。

0022

基板搬送機構12は、デバイス製造システム10の基板搬送装置の一部を構成するものであり、プロセス装置PR1から搬送される基板Pを、露光装置EX内で所定の速度で搬送した後、プロセス装置PR2に所定の速度で送り出す。基板搬送機構12は、基板Pの搬送方向の上流側(−X方向側)から順に、エッジポジションコントローラEPC、駆動ローラR1、テンション調整ローラRT1、回転ドラム(円筒ドラム)DR、テンション調整ローラRT2、駆動ローラR2、および、駆動ローラR3を有している。基板Pが、基板搬送機構12のエッジポジションコントローラEPC、駆動ローラR1〜R3、テンション調整ローラRT1、RT2、および、回転ドラム(円筒ドラム)DRに掛け渡されることで、露光装置EX内で搬送される基板Pの搬送路が規定される。

0023

エッジポジションコントローラEPCは、プロセス装置PR1から搬送される基板Pの幅方向(Y方向であって基板Pの短尺方向)における位置を調整する。つまり、エッジポジションコントローラEPCは、所定のテンションかけられた状態で搬送されている基板Pの幅方向の端部(エッジ)における位置が、目標位置に対して±十数μm〜数十μm程度の範囲(許容範囲)に収まるように、基板Pを幅方向に移動させて、基板Pの幅方向における位置を調整する。エッジポジションコントローラEPCは、所定のテンションがかけられた状態で基板Pが掛け渡されるローラと、基板Pの幅方向の端部(エッジ)の位置を検出する図示しないエッジセンサ端部検出部)とを有する。エッジポジションコントローラEPCは、前記エッジセンサが検出した検出信号に基づいて、エッジポジションコントローラEPCの前記ローラをY方向に移動させて、基板Pの幅方向における位置を調整する。駆動ローラ(ニップローラ)R1は、エッジポジションコントローラEPCから搬送される基板Pの表裏両面を保持しながら回転し、基板Pを回転ドラムDRへ向けて搬送する。なお、エッジポジションコントローラEPCは、回転ドラムDRに巻き付く基板Pの長尺方向が、回転ドラムDRの中心軸AXoに対して常に直交するように、基板Pの幅方向における位置を適宜調整するとともに、基板Pの進行方向における傾き誤差補正するように、エッジポジションコントローラEPCの前記ローラの回転軸とY軸との平行度を適宜調整してもよい。

0024

回転ドラムDRは、重力が働くZ方向と交差したY方向に延びた中心軸AXoと、中心軸AXoから一定半径円筒状の外周面とを有する。回転ドラムDRは、この外周面(円周面)に倣って基板Pの一部を長尺方向に円筒面状湾曲させて支持(保持)しつつ、中心軸AXoを中心に回転して基板Pを+X方向に搬送する。回転ドラムDRは、描画ヘッド16からのビームLB(スポット光SP)が投射される基板P上の領域(部分)をその外周面で支持する。回転ドラムDRは、電子デバイスが形成される面(感光面が形成された側の面)とは反対側の面(裏面)側から基板Pを支持(密着保持)する。回転ドラムDRのY方向の両側には、回転ドラムDRが中心軸AXoの周りを回転するように環状のベアリングで支持されたシャフトSftが設けられている。回転ドラムDRは、制御装置18によって制御される図示しない回転駆動源(例えば、モータ減速機構等)からの回転トルクがシャフトSftに与えられることで中心軸AXo回りに一定の回転速度で回転する。なお、便宜的に、中心軸AXoを含み、YZ平面と平行な平面を中心面Pocと呼ぶ。

0025

駆動ローラ(ニップローラ)R2、R3は、基板Pの搬送方向(+X方向)に沿って所定の間隔を空けて配置されており、露光後の基板Pに所定の弛み(あそび)を与えている。駆動ローラR2、R3は、駆動ローラR1と同様に、基板Pの表裏両面を保持しながら回転し、基板Pをプロセス装置PR2へ向けて搬送する。テンション調整ローラRT1、RT2は、−Z方向に付勢されており、回転ドラムDRに巻き付けられて支持されている基板Pに長尺方向に所定のテンションを与えている。これにより、回転ドラムDRにかかる基板Pに付与される長尺方向のテンションを所定の範囲内に安定化させている。制御装置18は、図示しない回転駆動源(例えば、モータや減速機構等)を制御することで、駆動ローラR1〜R3を回転させる。なお、駆動ローラR1〜R3の回転軸、および、テンション調整ローラRT1、RT2の回転軸は、回転ドラムDRの中心軸AXoと平行している。

0026

光源装置14は、パルス状のビーム(パルスビーム、パルス光レーザ)LBを発生して射出する。このビームLBは、370nm以下の波長帯域ピーク波長を有する紫外線光であり、ビームLBの発光周波数発振周波数所定周波数)をFaとする。光源装置14が射出したビームLBは、ビーム切換部BDUを介して描画ヘッド16に入射する。光源装置14は、制御装置18の制御にしたがって、発光周波数FaでビームLBを発光して射出する。この光源装置14は、赤外波長域のパルス光を発生する半導体レーザ素子ファイバー増幅器、および、増幅された赤外波長域のパルス光を紫外波長域のパルス光に変換する波長変換素子高調波発生素子)等で構成されてもよい。このように光源装置14を構成することで、発振周波数Faが数百MHzで、1パルス光の発光時間がピコ秒程度高輝度な紫外線のパルス光が得られる。なお、光源装置14が射出するビームLBを平行光束の光とする。本第1の実施の形態では、光源装置14として、特開2015−210437号公報(図17参照)に示すような光源装置を採用する。また、光源装置14が射出するビームLBは直線偏光であるP偏光とする。

0027

ビーム切換部BDUは、描画ヘッド16を構成する複数の走査ユニットUn(なお、n=1、2、・・・、6)のうちいずれか1つの走査ユニットUnに、ビームLBを入射させるとともに、ビームLBが入射する走査ユニットUnを切り換える。また、ビーム切換部BDUは、ビームLBが入射する走査ユニットUnを走査ユニットU1〜U6の中で順番に切り換える。つまり、ビームLB(LBn)を時分割各走査ユニットUnに振り分ける。例えば、ビーム切換部BDUは、ビームLBが入射する走査ユニットUnを、U1→U2→U3→U4→U5→U6、の順番で切り換える。なお、ビーム切換部BDUを介して走査ユニットUnに入射する光源装置14からのビームLBをLBnと表す場合がある。そして、走査ユニットU1に入射するビームLBnをLB1で表し、同様に、走査ユニットU2〜U6に入射するビームLBnをLB2〜LB6で表す場合がある。

0028

ビーム切換部BDUは、スポット光SPの走査を行う走査ユニットUnにビームLBが入射するように、ビームLBnが入射する走査ユニットUnを切り換える。なお、スポット光SPの走査を行う走査ユニットUnは、U1→U2→U3→U4→U5→U6、の順番で切り換わるものとする。

0029

描画ヘッド16は、同一構成の複数の走査ユニットUn(U1〜U6)を配列した、いわゆるマルチスキャン型の描画ヘッドとなっている。描画ヘッド16は、回転ドラムDRの外周面(円周面)で支持されている基板Pの一部分に、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)によってパターンを描画する。各走査ユニットUn(U1〜U6)は、ビーム切換部BDUからのビームLBnを基板P上(基板Pの被照射面上)に投射しつつ、基板P上でビームLBnを集光(収斂)する。これにより、基板P上に投射されるビームLBn(LB1〜LB6)は、スポット光SPとなる。また、各走査ユニットUn(U1〜U6)は、ポリゴンミラーPMを有し、回転したポリゴンミラーPMを用いて、基板P上に投射されるビームLBn(LB1〜LB6)のスポット光SPを主走査方向(Y方向)に走査する。このスポット光SPの走査によって、基板P上に、1ライン分のパターンが描画される直線的な描画ライン(走査ライン)SLn(なお、n=1、2、・・・、6)が規定される。つまり、描画ラインSLnは、ビームLBnのスポット光SPの基板P上における走査軌跡を示すものである。

0030

走査ユニットU1は、スポット光SPを描画ラインSL1に沿って走査し、同様に、走査ユニットU2〜U6は、スポット光SPを描画ラインSL2〜SL6に沿って走査する。図2図3に示すように、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)の描画ラインSLn(SL1〜SL6)は、中心面Poc(図1図3参照)を挟んで、回転ドラムDRの周方向に2列に千鳥配列で配置される。奇数番の描画ラインSL1、SL3、SL5は、中心面Pocに対して基板Pの搬送方向の上流側(−X方向側)の基板Pの被照射面上に位置し、且つ、Y方向に沿って所定の間隔だけ離して1列に配置されている。偶数番の描画ラインSL2、SL4、SL6は、中心面Pocに対して基板Pの搬送方向の下流側(+X方向側)の基板Pの被照射面上に位置し、且つ、Y方向に沿って所定の間隔だけ離して1列に配置されている。

0031

そのため、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)も、中心面Pocを挟んで基板Pの搬送方向に2列に千鳥配列で配置される(図2参照)。つまり、奇数番の走査ユニットU1、U3、U5は、中心面Pocに対して基板Pの搬送方向の上流側(−X方向側)で、且つ、Y方向に沿って所定の間隔だけ離して1列に配置されている。偶数番の走査ユニットU2、U4、U6は、中心面Pocに対して基板Pの搬送方向の下流側(+X方向側)で、Y方向に沿って所定の間隔だけ離して1列に配置されている。奇数番の走査ユニットU1、U3、U5と、偶数番の走査ユニットU2、U4、U6とは、XZ平面からみて、中心面Pocに対して対称に設けられている。

0032

X方向に関しては、奇数番の描画ラインSL1、SL3、SL5と偶数番の描画ラインSL2、SL4、SL6とが互いに離間しているが、Y方向(基板Pの幅方向、主走査方向)に関しては互いに分離することなく継ぎ合わされるように設定されている。描画ラインSL1〜SL6は、基板Pの幅方向(Y方向)、つまり、回転ドラムDRの中心軸AXoとほぼ並行となっている。なお、描画ラインSLnをY方向に継ぎ合わせるとは、描画ラインSLnの各々で描画されるパターンの端部同士をY方向に関して隣接または一部重複させることを意味する。描画ラインSLnの各々で描画されるパターンの端部同士を重複させる場合は、例えば、各描画ラインSLnの長さに対して、描画開始点、または描画終了点を含んでY方向に数%以下の範囲で重複させるとよい。

0033

このように、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)は全部で露光領域Wの幅方向の全てをカバーするように、各走査ユニットUn(U1〜U6)は、走査領域を分担している。これにより、各走査ユニットUn(U1〜U6)は、基板Pの幅方向に分割された複数の領域(描画範囲)毎にパターンを描画することができる。例えば、1つの走査ユニットUnによるY方向の走査長(描画ラインSLnの長さ)を20〜60mm程度とすると、奇数番の走査ユニットU1、U3、U5の3個と、偶数番の走査ユニットU2、U4、U6の3個との計6個の走査ユニットUnをY方向に配置することによって、描画可能なY方向の幅を120〜360mm程度まで広げている。各描画ラインSLn(SL1〜SL6)の長さ(描画範囲の長さ)は、原則として同一とする。つまり、描画ラインSL1〜SL6の各々に沿って走査されるビームLBnのスポット光SPの走査距離は、原則として同一とする。

0034

本実施の形態の場合、光源装置14からのビームLBがパルス光であるため、主走査の間に描画ラインSLn上に投射されるスポット光SPは、ビームLBの発振周波数Fa(例えば、100MHz)に応じて離散的になる。そのため、ビームLBの1パルス光によって投射されるスポット光SPと次の1パルス光によって投射されるスポット光SPとを、主走査方向にオーバーラップさせる必要がある。そのオーバーラップの量は、スポット光SPのサイズφ、スポット光SPの走査速度(主走査の速度)Vs、および、ビームLBの発振周波数Faによって設定される。スポット光SPの実効的なサイズφは、スポット光SPの強度分布ガウス分布近似される場合、スポット光SPのピーク強度の1/e2(または1/2)で決まる。本実施の形態では、実効的なサイズ(寸法)φに対して、φ×1/2程度スポット光SPがオーバーラップするように、スポット光SPの走査速度Vsおよび発振周波数Faが設定される。したがって、スポット光SPの主走査方向に沿った投射間隔は、φ/2となる。そのため、副走査方向(描画ラインSLnと直交した方向)に関しても、描画ラインSLnに沿ったスポット光SPの1回の走査と、次の走査との間で、基板Pがスポット光SPの実効的なサイズφのほぼ1/2の距離だけ周方向に移動するように、回転ドラムDRの回転速度を設定することが望ましい。さらに、Y方向に隣り合う描画ラインSLnを主走査方向に継ぐ場合も、φ/2だけオーバーラップさせることが望ましい。本実施の形態では、スポット光SPのサイズ(寸法)φを3μmとする。

0035

各走査ユニットUn(U1〜U6)は、少なくともXZ平面において、各ビームLBnが回転ドラムDRの中心軸AXoに向かって進むように、各ビームLBnを基板Pに向けて投射する。これにより、各走査ユニットUn(U1〜U6)から基板Pに向かって進むビームLBnの光路ビーム中心軸)は、XZ平面において、基板Pの被照射面の法線と平行となる。このとき、奇数番の走査ユニットU1、U3、U5から基板Pに向けて投射されるビームLB1、LB3、LB5の光軸(中心軸)は、XZ平面において同じ方向となっており、後述する方位線Lx2(図1参照)と重なる。また、偶数番の走査ユニットU2、U4、U6から基板Pに向けて投射されるビームLB2、LB4、LB6の光軸(中心軸)は、XZ平面において同じ方向となっており、後述する方位線Lx3(図1参照)と重なる。この方位線Lx2と方位線Lx3とは、XZ平面において、中心面Pocに対して角度が±θ1となるように設定されている(図1参照)。つまり、XZ平面に関して、奇数番の走査ユニットU1、U3、U5から基板Pに向かって投射されるビームLBの進行方向と、偶数番の走査ユニットU2、U4、U6から基板Pに向かって投射されるビームの進行方向とは、中心面Pocに対して対称となっている。また、各走査ユニットUn(U1〜U6)は、描画ラインSLn(SL1〜SL6)に照射するビームLBnが、YZ平面と平行な面内では基板Pの被照射面に対して垂直となるように、ビームLBnを基板Pに向けて照射する。すなわち、被照射面でのスポット光SPの主走査方向に関して、基板Pに投射されるビームLBn(LB1〜LB6)はテレセントリックな状態で走査される。

0036

図1に示した複数のアライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)は、図3に示す基板Pに形成された複数のアライメント用のマークMKm(MK1〜MK4)を検出するためのものであり、Y方向に沿って複数(本第1の実施の形態では、4つ)設けられている。複数のマークMKm(MK1〜MK4)は、基板Pの被照射面上の露光領域Wに描画される所定のパターンと基板Pとを相対的に位置合わせする(アライメントする)ための基準マークである。複数のアライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)は、回転ドラムDRの外周面(円周面)で支持されている基板P上で、複数のマークMKm(MK1〜MK4)を検出する。複数のアライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)は、描画ヘッド16からのビームLBn(LB1〜LB6)のスポット光SPによる基板P上の被照射領域(描画ラインSL1〜SL6で囲まれた領域)よりも基板Pの搬送方向の上流側(−X方向側)に設けられている。

0037

アライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)は、アライメント用の照明光を基板Pに投射する光源と、基板Pの表面のマークMKmを含む局所領域(観察領域)Vwm(Vw1〜Vw4)の拡大像を得る観察光学系対物レンズを含む)と、その拡大像を基板Pが搬送方向に移動している間に、基板Pの搬送速度Vtに応じた高速シャッタ撮像するCCD、CMOS等の撮像素子とを有する。複数のアライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)の各々が撮像した撮像信号(画像データ)は制御装置18に送られる。制御装置18は、この送られてきた複数の撮像信号の画像解析を行うことで、基板P上のマークMKm(MK1〜MK4)の位置(マーク位置情報)を検出する。なお、アライメント用の照明光は、基板P上の感光性機能層に対してほとんど感度を持たない波長域の光、例えば、波長500〜800nm程度の光である。

0038

複数のマークMK1〜MK4は、各露光領域Wの周りに設けられている。マークMK1、MK4は、露光領域Wの基板Pの幅方向の両側に、基板Pの長尺方向に沿って一定の間隔Dhで複数形成されている。マークMK1は、基板Pの幅方向の−Y方向側に、マークMK4は、基板Pの幅方向の+Y方向側にそれぞれ形成されている。このようなマークMK1、MK4は、基板Pが大きなテンションを受けたり、熱プロセスを受けたりして変形していない状態では、基板Pの長尺方向(X方向)に関して同一位置になるように配置される。さらに、マークMK2、MK3は、マークMK1とマークMK4の間であって、露光領域Wの+X方向側と−X方向側との余白部に基板Pの幅方向(短尺方向)に沿って形成されている。マークMK2は、基板Pの幅方向の−Y方向側に、マークMK3は、基板Pの+Y方向側に形成されている。

0039

さらに、基板Pの−Y方向側の端部に配列されるマークMK1と余白部のマークMK2とのY方向の間隔、余白部のマークMK2とマークMK3のY方向の間隔、および基板Pの+Y方向側の端部に配列されるマークMK4と余白部のマークMK3とのY方向の間隔は、いずれも同じ距離に設定されている。これらのマークMKm(MK1〜MK4)は、第1層のパターン層の形成の際に一緒に形成されてもよい。例えば、第1層のパターンを露光する際に、パターンが露光される露光領域Wの周りにマークMKm用のパターンも一緒に露光してもよい。なお、マークMKmは、露光領域W内に形成されてもよい。例えば、露光領域W内であって、露光領域Wの輪郭に沿って形成されてもよい。また、露光領域W内に形成される電子デバイスのパターン中の特定位置のパターン部分、或いは特定形状の部分をマークMKmとして利用してもよい。

0040

アライメント顕微鏡AM1は、図3に示すように、対物レンズによる観察領域(検出領域)Vw1内に存在するマークMK1を撮像するように配置される。同様に、アライメント顕微鏡AM2〜AM4は、対物レンズによる観察領域Vw2〜Vw4内に存在するマークMK2〜MK4を撮像するように配置される。したがって、複数のアライメント顕微鏡AM1〜AM4は、複数のマークMK1〜MK4の位置に対応して、基板Pの−Y方向側からAM1〜AM4の順で基板Pの幅方向に沿って設けられている。

0041

複数のアライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)は、X方向に関して、露光位置(描画ラインSL1〜SL6)と観察領域Vwm(Vw1〜Vw4)との距離が、露光領域WのX方向の長さよりも短くなるように設けられている。なお、Y方向に設けられるアライメント顕微鏡AMmの数は、基板Pの幅方向に形成されるマークMKmの数に応じて変更可能である。また、各観察領域Vwm(Vw1〜Vw4)の基板Pの被照射面上の大きさは、マークMK1〜MK4の大きさやアライメント精度位置計測精度)に応じて設定されるが、100〜500μm角程度の大きさである。

0042

なお、本第1の実施の形態では、X方向に関して、奇数番の走査ユニットU1、U3、U5の描画ラインSL1、SL3、SL5と、偶数番の走査ユニットU2、U4、U6の描画ラインSL2、SL4、SL6との基板P上における位置を近接させたので、描画ラインSL1、SL3、SL5の上流側に複数のアライメント顕微鏡AM(AM1〜AM4)を配置した。しかしながら、奇数番の走査ユニットU1、U3、U5の描画ラインSL1、SL3、SL5と、偶数番の走査ユニットU2、U4、U6の描画ラインSL2、SL4、SL6との基板P上における位置が周方向に所定距離以上離れる場合は、X方向(基板Pの搬送方向)に沿って配置された、奇数番の走査ユニットU1、U3、U5と偶数番の走査ユニットU2、U4、U6とに対応して、複数のアライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)をそれぞれ設けてもよい。つまり、X方向に関して、奇数番の描画ラインSL1、SL3、SL5の上流側の同一位置に複数のアライメント顕微鏡AM(AM1〜AM4)をY方向に沿って1列に設けるとともに、X方向に関して、偶数番の描画ラインSL1、SL3、SL5の下流側であって、描画ラインSL2、SL4、SL6の上流側の同一位置に複数のアライメント顕微鏡AM(AM1〜AM4)をY方向に沿って1列に設ける。

0043

図2に示すように、回転ドラムDRの両端部には、回転ドラムDRの外周面の周方向の全体に亘って環状に形成された目盛を有するスケール部SDa、SDbが設けられている。このスケール部SDa、SDbは、回転ドラムDRの外周面の周方向に一定のピッチ(例えば、20μm)で凹状または凸状の格子線(目盛)を刻設した回折格子であり、インクリメンタル型のスケールとして構成される。このスケール部SDa、SDbは、中心軸AXo回りに回転ドラムDRと一体に回転する。スケール部SDa、SDbを読み取るスケール読取ヘッドとしての複数のエンコーダヘッドEN1a〜EN3a、EN1b〜EN3bは、このスケール部SDa、SDbと対向するように設けられている(図1図2参照)。

0044

エンコーダヘッドENja、ENjbは、スケール部SDa、SDbの各々に計測用のビームを投射して回転ドラムDRの回転角度位置を光学的に検出するものである。回転ドラムDRの−Y方向側の端部に設けられたスケール部SDaに対向して、3つのエンコーダヘッドENja(EN1a、EN2a、EN3a)が設けられている。同様に、回転ドラムDRの+Y方向側の端部に設けられたスケール部SDbに対向して、3つのエンコーダヘッドENjb(EN1b、EN2b、EN3b)が設けられている。

0045

エンコーダヘッドEN1a、EN1bは、中心面Pocに対して基板Pの搬送方向の上流側(−X方向側)に設けられており、方位線Lx1上に配置されている(図1図2参照)。方位線Lx1は、XZ平面において、エンコーダヘッドEN1a、EN1bの計測用の光ビームのスケール部SDa、SDb上への投射位置(読取位置)と、中心軸AXoとを結ぶ線となっている。また、方位線Lx1は、XZ平面において、各アライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)の観察領域Vwm(Vw1〜Vw4)と中心軸AXoとを結ぶ線となっている。つまり、複数のアライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)も方位線Lx1上に配置されている。

0046

エンコーダヘッドEN2a、EN2bは、中心面Pocに対して基板Pの搬送方向の上流側(−X方向側)に設けられており、且つ、エンコーダヘッドEN1a、EN1bより基板Pの搬送方向の下流側(+X方向側)に設けられている。エンコーダヘッドEN2a、EN2bは、方位線Lx2上に配置されている(図1図2参照)。方位線Lx2は、XZ平面において、エンコーダヘッドEN2a、EN2bの計測用の光ビームのスケール部SDa、SDb上への投射位置(読取位置)と、中心軸AXoとを結ぶ線となっている。

0047

エンコーダヘッドEN3a、EN3bは、中心面Pocに対して基板Pの搬送方向の下流側(+X方向側)に設けられており、方位線Lx3上に配置されている(図1図2参照)。方位線Lx3は、XZ平面において、エンコーダヘッドEN3a、EN3bの計測用の光ビームのスケール部SDa、SDb上への投射位置(読取位置)と、中心軸AXoとを結ぶ線となっている。

0048

なお、偶数番の走査ユニットU2、U4、U6に対応して、複数のアライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)をY方向に沿って1列に配置する場合は、複数のアライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)が設置される方位線Lx4上にエンコーダヘッドEN4a、EN4bを別途設ける。この場合、アライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)およびエンコーダヘッドEN4a、EN4bは、奇数番の走査ユニットU1、U3、U5と偶数番の走査ユニットU2、U4、U6との間に設置される。なお、方位線Lx4は、中心軸AXoを通る線であることは言うまでもない。

0049

各エンコーダヘッドENja(EN1a〜EN3a)、ENjb(EN1b〜EN3b)は、スケール部SDa、SDbに向けて計測用の光ビームを投射し、その反射光束回折光)を光電検出することにより、パルス信号である検出信号(2相信号)を制御装置18に出力する。制御装置18は、各エンコーダヘッドENja(EN1a〜EN3a)の検出信号(2相信号)を内挿処理してスケール部SDa、SDbの格子の移動量をデジタルカウンタ計数することで、回転ドラムDRの回転角度位置および角度変化サブミクロン分解能計測する。この回転ドラムDRの角度変化、すなわちデジタルカウンタで計数されるパルス信号の周波数(または周期)から、基板Pの搬送速度Vtも計測することができる。

0050

エンコーダヘッドEN1a、EN1bの各々からの検出信号(2相信号)に基づくデジタル計数値のいずれか一方若しくはその平均値は、方位線Lx1上からみた回転ドラムDRの回転角度位置として用いられる。同様に、エンコーダヘッドEN2a、EN2bの各々に基づくデジタル計数値のいずれか一方若しくは平均値は、方位線Lx2からみた回転ドラムDRの回転角度位置として用いられ、エンコーダヘッドEN3a、EN3bの各々に基づくデジタル計数値のいずれか一方若しくは平均値は、方位線Lx3からみた回転ドラムDRの回転角度位置として用いられる。なお、回転ドラムDRの製造誤差等によって回転ドラムDRが中心軸AXoに対して偏心して回転している場合を除き、原則として、エンコーダヘッドEN1a、EN1bの各々に基づくデジタル計数値は同一とする。同様にして、エンコーダヘッドEN2a、EN2bの各々に基づくデジタル計数値も同一とし、エンコーダヘッドEN3a、EN3bの各々に基づくデジタル計数値も同一とする。

0051

この複数のアライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)、スケール部SDa、SDb、および、複数のエンコーダヘッドENja(EN1a〜EN3a)、ENjb(EN1b〜EN3b)から構成されるアライメント系を用いることで、基板Pの搬送状態(歪んでいるか否か)、露光領域Wの位置、描画ラインSL1〜SL6の基板P上における位置等を高精度に把握することができる。このように、複数のエンコーダヘッドENja(EN1a〜EN3a)、ENjb(EN1b〜EN3b)を、円筒面に沿って環状に形成されたスケール部SDa、SDbの周囲に配置する構成については、例えば、国際公開第2013/146184号パンフレットに開示されている。

0052

次に、図4を用いてビーム切換部BDUの構成を簡単に説明する。ビーム切換部BDUは、例えば、国際公開第2015/166910号パンフレットに詳細に説明されているように、複数の選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)と、複数の反射ミラーM1〜M3と、複数の入射ミラーIMn(IM1〜IM6)と、吸収体TRとを有する。選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)は、ビームLBに対して透過性を有するものであり、超音波信号で駆動される音響光学変調素子(AOM:Acousto-Optic Modulator)である。この複数の選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)および複数の入射ミラーIMn(IM1〜IM6)は、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)に対応して設けられている。例えば、選択用光学素子AOM1および入射ミラーIM1は、走査ユニットU1に対応して設けられ、同様に、選択用光学素子AOM2〜AOM6および入射ミラーIM2〜IM6は、それぞれ走査ユニットU2〜U6に対応して設けられている。

0053

光源装置14からビームLBは、反射ミラーM1〜M3によってその光路が曲げられて、吸収体TRまで導かれる。以下、選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)がいずれもオフ状態(超音波信号が印加されていない状態)の場合で、詳述する。

0054

光源装置14からのビームLBは、X軸と平行に+X方向に進んで反射ミラーM1に入射する。反射ミラーM1で+Y方向に反射したビームLBは、選択用光学素子AOM1、AOM3、AOM5を前記の順でストレートに透過した後、反射ミラーM2に至る。反射ミラーM2で+X方向に反射したビームLBは、反射ミラーM3に入射する。反射ミラーM3で−Y方向に反射したビームLBは、選択用光学素子AOM2、AOM4、AOM6を前記の順でストレートに透過した後、吸収体TRに導かれる。この吸収体TRは、ビームLBの外部への漏れを抑制するためにビームLBを吸収する光トラップである。

0055

各選択用光学素子AOMnは、超音波信号(高周波信号)が印加されると、入射したビーム(0次光)LBを、高周波の周波数に応じた回折角回折させた1次回折光射出ビーム(ビームLBn)として発生させるものである。したがって、選択用光学素子AOM1から1次回折光として射出されるビームがLB1となり、同様に選択用光学素子AOM2〜AOM6から1次回折光として射出されるビームがLB2〜LB6となる。このように、各選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)は、光源装置14からのビームLBの光路を偏向する機能を奏する。ただし、実際の音響光学変調素子は、1次回折光の発生効率が0次光の80%程度であるため、各選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)の各々で偏向されたビームLBn(LB1〜LB6)は、元のビームLBの強度より低下している。また、選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)のいずれか1つがオン状態のとき、回折されずに直進する0次光が20%程度残存するが、それは最終的に吸収体TRによって吸収される。

0056

選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)によって偏向された1次回折光であるビームLBn(LB1〜LB6)は、対応する入射ミラーIMn(IM1〜IM6)に投射される。入射ミラーIMn(IM1〜IM6)は、入射したビームLBn(LB1〜LB6)を対応する走査ユニットUn(U1〜U6)に導く導光部材である。例えば、選択用光学素子AOM1によって偏向されたビームLB1は、入射ミラーIM1に入射した後、走査ユニットU1に導かれる。

0057

各選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)の構成、機能、作用等は互いに同一のものを用いてもよい。複数の選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)は、制御装置18からの駆動信号(高周波信号)のオン/オフにしたがって、入射したビームLBを回折させた回折光の発生をオン/オフする。例えば、選択用光学素子AOM1は、制御装置18からの駆動信号(高周波信号)が印加されずにオフの状態のときは、入射した光源装置14からのビームLBを回折させずに透過する。したがって、選択用光学素子AOM1を透過したビームLBは、選択用光学素子AOM3に入射する。一方、選択用光学素子AOM1は、制御装置18からの駆動信号(高周波信号)が印加されてオンの状態のときは、入射したビームLBを回折させて入射ミラーIM1に向かわせる。つまり、この駆動信号によって選択用光学素子AOM1がオンにスイッチングする。このようにして、複数の選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)のうち、いずれか1つをオンにスイッチングすることで、ビームLBnをいずれか1つの走査ユニットUnに導くことができ、且つ、ビームLBnが入射する走査ユニットUnを切り換えることができる。本第1の実施の形態では、ビームLBnが入射する走査ユニットUnを、U1→U2→U3→U4→U5→U6、の順番で切り換えるので、オンにスイッチングする選択用光学素子AOMmを、AOM1→AOM2→AOM3→AOM4→AOM5→AOM6、の順番で切り換えればよい。なお、図4に示す例では、選択用光学素子AOM6をオンにスイッチングして、ビームLB6を走査ユニットU6に入射させた状態を示している。

0058

図5は、選択用光学素子AOMnおよび入射ミラーIMn回りの具体的な構成を示す図である。原則として、選択用光学素子AOMnおよび入射ミラーIMn回りの構成は互いに同一であることから、選択用光学素子AOM1および入射ミラーIM1回りの構成についてのみ説明する。

0059

選択用光学素子AOM1には、例えば1mm程度の微小な直径(第1の径)を有する平行光束のビームLBが入射する。高周波信号(超音波信号)である駆動信号が入力されていない状態時(駆動信号がオフ)では、選択用光学素子AOM1は、入射したビームLBを回折させずにそのまま透過する。透過したビームLBは、その光路上に設けられた集光レンズG1およびコリメートレンズG2aを透過して、後段の選択用光学素子AOM3に入射する。このとき選択用光学素子AOM1を通って集光レンズG1およびコリメートレンズG2aを通過するビームLBの光軸(中心軸)をAXaとする。集光レンズG1は、選択用光学素子AOM1を透過したビームLBを、集光レンズG1とコリメートレンズG2aとの間に位置する後側焦点で集光する。コリメートレンズG2aは、集光レンズG1によって集光された後、発散したビームLBを平行光束にする。コリメートレンズG2aによって平行光束にされたビームLBの直径は、第1の径となる。集光レンズG1の後側焦点とコリメートレンズG2aの前側焦点とは、所定の許容範囲内で一致している。この集光レンズG1とコリメートレンズG2aとは、等倍のリレーレンズ系を構成する。また、集光レンズG1の前側焦点と選択用光学素子AOM1による偏向位置とは所定の許容範囲内で一致している。図5では、集光レンズG1の前側焦点の距離をfaで表し、後側焦点の距離をfbで表している。

0060

一方、高周波信号である駆動信号が入力されている状態時では、選択用光学素子AOM1は、入射したビームLBを高周波信号の周波数に応じた回折角で偏向したビームLB1(1次回折光)を発生する。高周波信号の周波数に応じた回折角で−Z方向に偏向したビームLB1は、集光レンズG1を透過して、集光レンズG1の後側焦点の位置、またはその近傍の位置に設けられた入射ミラー(ビームを−Z方向に落射させるので落射ミラーとも呼ぶ)IM1に入射する。集光レンズG1は、−Z方向に偏向したビームLB1の光軸(中心軸)AXbがビームLBの光軸AXaと平行となるようにビームLB1を屈曲させ、且つ、ビームLB1を入射ミラーIM1の反射面上、またはその近傍で集光(収斂)する。選択用光学素子AOM1を透過したビームLBに対して−Z方向側に設けられた入射ミラーIM1によって−Z方向に反射されたビームLB1は、コリメートレンズG2bを介して走査ユニットU6に入射する。コリメートレンズG2bは、集光レンズG1によって集光された後、発散したビームLB1を第1の径と同じ直径の平行光束にする。集光レンズG1の後側焦点とコリメートレンズG2bの前側焦点とは、所定の許容範囲内で一致している。この集光レンズG1とコリメートレンズG2bとは、等倍のリレーレンズ系を構成する。

0061

次に、走査ユニット(ビーム走査装置)Unの構成について、図6図7を用いて説明する。各走査ユニットUn(U1〜U6)は、同一構成となっていることから、走査ユニットU1についてのみ簡単に説明する。図6は、走査ユニットU1の構成を示す斜視図、図7は、図6に示す走査ユニットU1を+Y方向からみたときの図である。走査ユニットU1は、シリンドリカルレンズCY1、偏光ビームスプリッタPBS、λ/4波長板QP、ポリゴンミラー(可動反射部材)PM、シリンドリカルレンズCY2、反射ミラーM10、fθレンズFT、反射ミラーM11、および、シリンドリカルレンズCY3を備える。

0062

図5に示した入射ミラー(導光部材)IM1で−Z方向に反射された平行光束のビームLB1は、不図示のビームエキスパンダー光学系によって第1の径(例えば1mm程度)よりも拡大された所定の直径(例えば数mm)の平行光束に変換された後、Z軸と平行な光軸AX1に沿って走査ユニットU1に入射する。走査ユニットU1に入射したビームLB1(以下、入射ビームLB1aと呼ぶ場合がある)は、光軸AX1上に設けられたY方向に母線を有するシリンドリカルレンズ(第2光学部材)CY1を通って偏光ビームスプリッタPBSに入射する。偏光ビームスプリッタPBSの偏光分離面Qsは、XY平面に対して45度傾いており、P偏光の光を透過し、P偏光と直交する方向に偏光した直線偏光(S偏光)の光を反射するものである。光源装置14が射出するビームLBはP偏光なので、シリンドリカルレンズCY1を介して偏光ビームスプリッタPBSに入射した光は、光軸AX1に沿って、偏光ビームスプリッタPBSを透過して、偏光ビームスプリッタPBSの−Z方向側に設けられたλ/4波長板QPを透過した後、ポリゴンミラーPMの反射面RPに導かれる。なお、この偏光ビームスプリッタPBSおよびλ/4波長板QPは光分割部材を構成する。

0063

ポリゴンミラーPMは、回転軸AXpと、回転軸AXpの周りに回転軸AXpと平行に形成された複数の反射面RP(本第1の実施の形態では反射面RPの数Npを8とする)とを有する回転多面鏡である。ポリゴンミラーPMは、偏光ビームスプリッタPBSからポリゴンミラーPMの反射面RPに入射した入射ビームLB1aが、ポリゴンミラーPMの−X方向側の位置に設けられた反射ミラーM10に向けて反射されるように、回転軸AXpと直交する平面がXY平面に対して45度傾くように配置されている。ポリゴンミラーPMは、ビームLB1のスポット光SPを基板Pの被照射面上で走査するために回転軸AXpを中心に回転する。回転軸AXpを中心にこのポリゴンミラーPMを所定の回転方向に回転することで反射面RPに照射されるパルス状のビームLB1aの反射角を連続的に変化させることができる。これにより、1つの反射面RPによってビームLB1が偏向され、基板Pの被照射面上に照射されるビームLB1のスポット光SPを主走査方向(基板Pの幅方向、Y方向)に沿って走査することができる。このため、ポリゴンミラーPMの1回転で、基板Pの被照射面上で描画ラインSL1に沿ってスポット光SPが走査される回数は、最大で反射面RPの数と同じ8回となる。なお、ポリゴンミラーPMは、制御装置18の制御の下、回転駆動源(例えば、モータ等)RM1(図10参照)によって一定の速度で回転する。

0064

ポリゴンミラーPMは、X軸と平行に設定された光軸AX2を含むXY平面と平行な面内で、偏光ビームスプリッタPBSから入射した入射ビームLB1aを偏向するとともに、光軸AX2を中心にY方向に偏向する。この入射ビームLB1aが偏光される平面(XY平面と平行な平面)上にシリンドリカルレンズCY1のY方向に延びる母線が位置する。この光軸AX2は、光軸AX1と直交し、且つ、光軸AX1、AX2、および、回転軸AXpを含む平面は、XZ平面と平行である。

0065

Y方向に母線を有するシリンドリカルレンズ(第2光学部材)CY1は、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(回転方向、偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向または回転軸AXpの方向)に関して、入射したビームLB1をポリゴンミラーPMの反射面RP上で収斂する。つまり、シリンドリカルレンズCY1は、ビームLB1を反射面RP上でY方向に延びたスリット状(長楕円状)に収斂する。なお、Y方向に母線を有するシリンドリカルレンズCY1は、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)に関しては、入射した入射ビームLB1aを収斂することなく平行光として透過する。

0066

ポリゴンミラーPMの反射面RPによって−X方向側に反射された入射ビームLB1aの反射光(以下、第1反射ビームLB1bと呼ぶ場合がある)は、シリンドリカルレンズ(第1光学部材)CY2を通って反射ミラーM10に入射する。反射面RPで反射した第1反射ビームLB1bは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向と直交する非走査方向(Z方向)に関して、発散しながらシリンドリカルレンズCY2に入射するが、Y方向に母線を有するシリンドリカルレンズCY2によって平行光にされる。したがって、反射ミラーM10に入射する第1反射ビームLB1bは、シリンドリカルレンズCY1に入射する入射ビームLB1aとほぼ同じ径の平行光束となる。なお、シリンドリカルレンズCY1の後側焦点とシリンドリカルレンズCY2の前側焦点とは、入射ビームLB1aが入射するポリゴンミラーPMの反射面RP上で所定の許容範囲内で一致している。

0067

反射ミラーM10は、ポリゴンミラーPMの反射面RPによって最初に反射された第1反射ビームLB1bを再びポリゴンミラーPMの反射面RPに向けて反射する。反射ミラーM10で反射された第1反射ビームLB1bの反射光(以下、第2反射ビームLB1cと呼ぶ場合がある)は、最初に入射ビームLB1aを反射した反射面RPに入射する。以下、説明をわかり易くするために、偏光ビームスプリッタPBSを透過した入射ビームLB1aが入射するポリゴンミラーPMの反射面RPをRPaで表す。したがって、第1反射ビームLB1bを反射ミラーM10に向けて反射した反射面RPと、反射ミラーM10で反射された第2反射ビームLB1cが入射する反射面RPとは、ともに反射面RPaとなる。反射ミラーM10で反射した第2反射ビームLB1cは、シリンドリカルレンズCY2を通って反射面RPaに入射する。したがって、反射面RPaに再度入射する第2反射ビームLB1cは、このシリンドリカルレンズCY2によって、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向または回転軸AXpの方向)に関して、反射面RPa上で収斂する。つまり、シリンドリカルレンズCY2は、第2反射ビームLB1cを反射面RPa上でY方向に延びたスリット状(長楕円状)に収斂する。ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向または回転軸AXpの方向)に関して、シリンドリカルレンズCY1による反射面RPa上の収斂位置と、シリンドリカルレンズCY2による反射面RPa上の収斂位置とは同じ位置に設定されている。つまり、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向または回転軸AXpの方向)に関しては、反射面RPaに最初に入射する入射ビームLB1aの位置と再度(2回目に)入射する第2反射ビームLB1cの位置とはほぼ同じ位置に設定されている。これにより、ポリゴンミラーPMの厚さ(回転軸AXp方向の長さ)を薄くすることができる。また、母線がY方向と平行となっているシリンドリカルレンズCY1、CY2と、後述のシリンドリカルレンズCY3とによって、反射面RPaが回転軸AXpの方向に対して傾いている場合があっても、その影響を抑制することができる。例えば、基板Pの被照射面上に照射されるビームLB1によるスポット光SP(描画ラインSL1)の照射位置が、ポリゴンミラーPMの各反射面RP毎の僅かな傾き誤差によってX方向にずれることを抑制することができる。なお、反射ミラーM10およびシリンドリカルレンズCY2は、再反射光学系を構成する。

0068

ポリゴンミラーPMの反射面RPaは、反射ミラーM10で反射された第2反射ビームLB1cを+Z方向側に向けて反射する。ポリゴンミラーPMは、Z軸と平行な光軸AX1を含み、YZ平面と平行な面内で反射ミラーM10から入射した第2反射ビームLB1cを偏向する。ポリゴンミラーPMの反射面RPaで再度反射された第2反射ビームLB1cの反射光(以下、第3反射ビームLB1dと呼ぶ場合がある)は、偏光ビームスプリッタPBSに再度入射する。ここで、ポリゴンミラーPMと偏光ビームスプリッタPBSとの間には、λ/4波長板QPが設けられているため、偏光ビームスプリッタPBSを透過してポリゴンミラーPMの反射面RPaに入射するビームLB1aは、P偏光から円偏光の光に変換される。また、ポリゴンミラーPMの反射面RPaで反射して偏光ビームスプリッタPBSに再度入射するビームLB1dは、円偏光からS偏光の光に変換される。したがって、第3反射ビームLB1dは、XY平面に対して45度傾いた偏光ビームスプリッタPBSの偏光分離面Qsによって+X方向側に反射される。

0069

偏光分離面Qsで+X方向側に反射された第3反射ビームLB1dは、X軸と平行な光軸AXfを有するfθレンズFTに入射する。fθレンズFTは、ポリゴンミラーPMによって反射された第3反射ビームLB1dを、光軸AXfを含み、XY平面と平行な面内において、光軸AXfと平行となるように反射ミラーM11(最終的には基板P)に投射するテレセントリック系スキャンレンズである。fθレンズFTは、光軸AXfを中心に反射ミラーM11(最終的には基板P)に投射する第3反射ビームLB1dをY方向に走査する。ビームLB1のfθレンズFTへの入射角θは、ポリゴンミラーPMの回転角(θ/4)に応じて変わる。fθレンズFTは、反射ミラーM11およびシリンドリカルレンズCY3を介して、その入射角θに比例した基板Pの被照射面上の像高位置にビームLB1(LB1d)を投射する。焦点距離をfoとし、像高位置をyとすると、fθレンズFTは、y=fo×θ、の関係(歪曲収差)を満たすように設計されている。したがって、このfθレンズFTによって、ビームLB1をY方向に正確に等速で走査することが可能になる。光軸AX1、AX2、AXfを含む平面は、XZ平面と平行しており、fθレンズFTへの入射角θが0度のときに、fθレンズFTに入射したビームLB1(LB1d)の主光線は、光軸AXf上に沿って進む。

0070

なお、本第1の実施の形態では、ビームLB1をポリゴンミラーPMの反射面RPaで2回反射させているので、fθレンズFTへのビームLB1の入射角θはポリゴンミラーPMの回転角の4倍となっている。しかし、ビームLB1をポリゴンミラーPMの反射面RPaに1回しか反射させない場合は、fθレンズFTへのビームLB1の入射角θはポリゴンミラーPMの回転角の2倍となる。したがって、ポリゴンミラーPMの反射面RPaに2回ビームLB1を反射させることで、スポット光SPの走査速度を2倍にすることができる。このことは、図8を用いて後で詳細に説明する。

0071

反射ミラーM10で反射してポリゴンミラーPMに入射する第2反射ビームLB1cは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向)に関して、シリンドリカルレンズCY2によって、反射面RPa上で収斂されている。そのため、反射面RPaで反射してfθレンズFTに向かう第3反射ビームLB1dは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向)に関して、発散しながらfθレンズFTに入射する。一方で、反射ミラーM10で反射してポリゴンミラーPMに入射する第2反射ビームLB1cは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)に関して平行光となっている。そのため、反射面RPaで反射してfθレンズFTに向かう第3反射ビームLB1dは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)に関して、平行光束になっている。

0072

fθレンズFTは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向)に関して、発散しながら入射した第3反射ビームLB1dをほぼ平行光にする。fθレンズFTは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)に関して、入射した平行光の第3反射ビームLB1dを基板P上で収斂させる。したがって、fθレンズFTの前側焦点は、ビームLB(LB1a、LB1c)が入射するポリゴンミラーPMの反射面RPa上に位置し、後側焦点は基板P上に位置する。fθレンズFTを透過したビームLB1dは、反射ミラーM11によって折り曲げられた後、Y方向に母線を有するシリンドリカルレンズ(第3光学部材)CY3を通って基板Pに到達する。反射ミラーM11は、XZ平面に関して、第3反射ビームLB1dの光軸が方位線Lx2と重なって進むように、第3反射ビームLB1dを基板Pに向けて反射する。シリンドリカルレンズCY3は、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向)に関して、fθレンズFTを透過した平行光の第3反射ビームLB1dを基板P上で収斂させる。したがって、基板Pに投射されるビームLB1は、fθレンズFTとシリンドリカルレンズCY3とによって基板P上でスポット光SPに収斂される。なお、シリンドリカルレンズCY3の後側焦点は、基板P上に位置する。このfθレンズFTおよびシリンドリカルレンズCY3は、走査用光学系を構成する。

0073

なお、図7では、反射ミラーM11によって−Z方向に反射されるビームLB1dの主光線(またはfθレンズFTの光軸AXf)が、XZ平面と平行な面内でZ軸に対して角度θ1だけ傾くように、反射ミラーM11とシリンドリカルレンズCY3とが配置される。その角度θ1は、図1中に示した方位線Lx2(またはLx3)の中心面Pocからの傾き角度±θ1に対応している。そのため、反射ミラーM11の反射面(平面)は、XY平面に対して角度(45°−θ/2)となるように傾けて配置される。しかしながら、図6図7の走査ユニットUn(U1〜U6)の各々を、図示の状態からXY平面に対して全体に角度θ1だけ傾ける場合は、反射ミラーM11の反射面は、fθレンズFTからのビームLB1dの主光線を、XZ面内で90°で反射するように、光軸AXfと45°で交差するように配置される。

0074

次に、図8は、ポリゴンミラーPMの反射面RPaで2回反射されたときのビームLB1の反射角度について説明する。なお、図8においては、ビームLB1の光路をわかり易くするために模式的に表しているため、ポリゴンミラーPM、偏光ビームスプリッタPBS、シリンドリカルレンズCY2、および、反射ミラーM10の配置は、図7図8に示したものと若干異なっている。

0075

図8においては、入射ビームLB1aが入射するポリゴンミラーPMの反射面RPaの基準面Poに対する角度変化量をΔθとする。この基準面Poは、ポリゴンミラーPMの回転軸AXpを含み、Y方向に延びる面と平行な面とする。なお、反射面RPaの基準面Poに対する角度変化量Δθが0度の場合は、光軸AX1に沿ってポリゴンミラーPMの反射面RPaに入射した入射ビームLB1aは、光軸AX2に沿って反射ミラーM10に入射する。したがって、この場合は、反射ミラーM10で反射した第2反射ビームLB1cは光軸AX2に沿ってポリゴンミラーPMの反射面RPaに入射し、そこで反射された第3反射ビームLB1dは光軸AX1に沿って偏光ビームスプリッタPBSへと進み、その後、fθレンズFTの光軸AXf上を通ることになる。なお、ビームLB1の光路上でみると、光軸AX1、AX2、AXfは、同軸上になる。

0076

シリンドリカルレンズCY1および偏光ビームスプリッタPBSを透過してポリゴンミラーPMの反射面RPaに入射した入射ビームLB1aの第1反射ビームLB1bは、角度変化量Δθに応じた角度で反射ミラーM10側に反射される。このとき、XY平面に関して、反射面RPaから反射ミラーM10に向かう第1反射ビームLB1bの光軸AX2に対する入射角度の変化量は2×Δθとなる。反射ミラーM10で反射された第2反射ビームLB1cは、再びポリゴンミラーPMの反射面RPaに入射した後、偏光ビームスプリッタPBSを介してfθレンズFTへと導かれる。このとき、第3反射ビームLB1dは、角度変化量Δθに応じた角度で再度反射されてfθレンズFTに入射する。したがって、XY平面に関して、第3反射ビームLB1dのfθレンズFTの光軸AXfに対する入射角度の変化量は4×Δθとなる。このように、ビームLB1aをポリゴンミラーPMの反射面RPaで1回目に反射させたときの第1反射ビームLB1bの偏向角は、ポリゴンミラーPMの反射面RPaの角度変化量Δθの2倍となり、反射面RPで2回目に反射される第3反射ビームLB1dの偏向角(fθレンズFTへの入射角)は、反射面RPaの角度変化量Δθの4倍となる。したがって、ビームLB1(LB1d)のスポット光SPが走査される描画ラインSL1の走査長を一定にした場合は、反射面RPaで1回反射させて走査する場合に比べ、反射面RPaで2回反射させて走査すると、実効的な走査に必要なポリゴンミラーPMの回転角度を半分にすることができる。

0077

図9は、1回の走査に必要なポリゴンミラーPMの回転角度を説明する図である。図9に示す角度θmは、ポリゴンミラーPMが1反射面RP分回転する角度である。本第1の実施の形態では、ポリゴンミラーPMは、8つの反射面RPを持つ回転多面鏡であるため、角度θmは、45度(=360度/8)となる。ポリゴンミラーPMが角度θm回転する間のうち、実際にスポット光SPの走査に寄与する角度θwは、角度θmより小さい。そして、描画ラインSL1の走査長を一定にした場合に、反射面RPaで1回反射させてスポット光SPを走査する場合の角度θwをθw1とし、反射面RPaで2回反射させてスポット光SPを走査する場合の角度θwをθw2とする。ここで、角度θw1は、反射面RPaで1回反射されたビーム(LB1a)をfθレンズFT1に通すことが可能な角度範囲とする。

0078

上述したように、反射面RPaで1回反射させた場合はfθレンズFTへの入射角度が反射面RPaの角度変化量Δθの2倍となり、反射面RPaで2回反射させるとfθレンズFTへの入射角度の変化(偏向角)が反射面RPaの角度変化量Δθの4倍となるため、角度θw1、θw2は、θw2=1/2×θw1、となる。したがって、角度θw1を例えば15度すると、反射面RPaで1回反射させてスポット光SPを走査する場合の反射面RPaの走査効率α1は、α1=θw1/θm=15度/45度=1/3、となり、反射面RPaで2回反射させてスポット光SPを走査する場合の反射面RPaの走査効率α2は、α2=θw2/θm=7.5度/45度=1/6、となる。

0079

したがって、ポリゴンミラーPMの反射面RPaが1反射面RP分回転する間に、選択用光学素子AOM1〜AOM6を順番に1つずつオンにスイッチングすることで、ビームLBnが入射する走査ユニットUnを、例えば、U1→U2→U3→U4→U5→U6、の順番で切り換えることができる。つまり、実走査に寄与する回転角度θw2は、7.5度なので、ポリゴンミラーPMが1つの反射面RP分だけ回転する角度(45°)のうち、実走査に寄与しない回転角が37.5度もあり、この期間は、走査ユニットU1のポリゴンミラーPMにビームLBnを入射させることがなく、無駄となる。したがって、この無駄な期間に他の走査ユニットU2〜U6にビームLBnを選択的にスイッチングして時分割で入射させることで、ビームLBnを有効活用することができる。なお、各走査ユニットUn(U1〜U6)は、スポット光SPの走査を開始してから次の走査を開始するまでに、ポリゴンミラーPMは45度回転している。

0080

ここで、複数の走査ユニットUnが、例えば、U1→U2→U3→U4→U5→U6、の順番でスポット光SPを走査するためには、各走査ユニットUn(U1〜U6)のポリゴンミラーPMが、同期して回転している必要があり、且つ、その回転角度位置が所定の位相関係となっている必要がある。また、ビーム切換部BDUの複数の選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)のうち、いずれか1つをオンにスイッチングして、走査ユニットUnがスポット光SPを走査することができる期間にビームLBnをその走査ユニットUnに入射させる必要がある。それを実現するために、図1中に示した制御装置18内に設けられる制御回路系の概略的な構成を、図10を用いて以下説明する。

0081

まず、最初に複数の走査ユニットUn(U1〜U6)のポリゴンミラーPMの回転制御について説明する。各走査ユニットUn(U1〜U6)には、原点センサOPn(OP1〜OP6)が設けられている。各原点センサOPn(OP1〜OP6)は、走査ユニットUn(U1〜U6)のポリゴンミラーPMの反射面RPの回転位置が、反射面RPによるスポット光SPの走査が開始可能な所定位置にくるとパルス状の原点信号SZn(SZ1〜SZ6)を発生する。言い換えるならば、各原点センサOPn(OP1〜OP6)は、これからスポット光SPの走査を行う反射面RPの角度が所定の角度位置になったときに原点信号SZn(SZ1〜SZ6)を発生する。ポリゴンミラーPMは、8つの反射面RPを有するので、原点センサOPn(OP1〜OP6)は、走査ユニットUn(U1〜U6)のポリゴンミラーPMが1回転する期間で、8回の原点信号SZn(SZ1〜SZ6)を出力することになる。この各原点センサOPn(OP1〜OP6)が発生した原点信号SZn(SZ1〜SZ6)は、制御装置18のポリゴン駆動制御部20に送られる。原点センサOPnは、基板Pの感光性機能層に対して非感光となる波長域のレーザビームBgaを反射面RPに対して射出するビーム送光系opaと、反射面RPで反射したレーザビームBga(連続発光)の反射ビームBgbを受光して原点信号SZ1を発生するビーム受光系opbとを有する。

0082

各走査ユニットUn(U1〜U6)のポリゴンミラーPMは、モータ等を含む回転駆動源RMn(RM1〜RM6)による駆動によって、回転軸AXpを中心に回転する。ポリゴン駆動制御部20は、各走査ユニットUn(U1〜U6)のポリゴンミラーPMを回転させる回転駆動源RMn(RM1〜RM6)を制御することで、ポリゴンミラーPMの回転を制御する。ポリゴン駆動制御部20は、原点信号SZn(SZ1〜SZ6)に基づいて、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)のポリゴンミラーPMの回転角度位置が所定の位相関係となるように、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)のポリゴンミラーPMを同期回転させる。つまり、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)のポリゴンミラーPMの回転速度(回転数)が互いに同一で、且つ、一定の角度分ずつ回転角度位置の位相がずれるように、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)のポリゴンミラーPMの回転を制御する。

0083

スポット光SPの実走査に寄与する角度θw2は、本実施の形態では7.5度なので、ポリゴン駆動制御部20は、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)のポリゴンミラーPMの回転角度位置が7.5度ずつずれた状態で等速回転するように、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)のポリゴンミラーPMの回転を同期制御する。本第1の実施の形態では、ビームLBnが入射する走査ユニットUnの順番、つまり、スポット光SPの走査を行う走査ユニットUnの順番は、U1→U2→U3→U4→U5→U6、とするので、この順番で、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)の各々のポリゴンミラーPMの回転角度位置が7.5度ずつずれるように制御する。

0084

具体的には、ポリゴン駆動制御部20は、走査ユニットU1の原点センサOP1からの原点信号SZ1を基準にして、走査ユニットU2の原点センサOP2からの原点信号SZ2が時間Tsだけ遅れて発生するように、走査ユニットU2のポリゴンミラーPMの回転を同期制御する。この時間Tsは、ポリゴンミラーPMが7.5度だけ回転するのに要する時間である。また、ポリゴン駆動制御部20は、原点信号SZ1を基準にして、走査ユニットU3の原点センサOP3からの原点信号SZ3が2×時間Tsだけ遅れて発生するように、走査ユニットU3のポリゴンミラーPMの回転を同期制御する。同様にして、原点信号SZ1を基準にして、原点信号SZ4、SZ5、SZ6の各々が、3×時間Ts、4×時間Ts、5×時間Tsだけ遅れて発生するように、走査ユニットU4〜U6の各ポリゴンミラーPMの回転を同期制御する。なお、ポリゴン駆動制御部20は、取得した原点信号SZ1〜Z6を、図10に示すAOM駆動制御部22に出力する。

0085

次に、複数の選択用光学素子AOMn(AOMn〜AOM6)をオンにスイッチングするタイミングについて説明する。図10に示すAOM駆動制御部(ビーム切換駆動制御部)22は、ビーム切換部BDUの複数の選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)を制御して、1つの走査ユニットUnがスポット光SPの走査を開始してから次の走査を開始するまでに、光源装置14からのビームLB(LBn)を、6つの走査ユニットUn(U1〜U6)に時分割で順番に振り分ける。

0086

具体的には、AOM駆動制御部22は、原点信号SZn(SZ1〜SZ6)が発生すると、原点信号SZnが発生してから一定時間(オン時間Ton)だけ、原点信号SZn(SZ1〜SZ6)を発生した走査ユニットUn(U1〜U6)に対応する選択用光学素子AOMn(AOM1〜AOM6)に駆動信号(高周波信号)HFn(HF1〜HF6)を印加する。これにより、駆動信号(高周波信号)HFnが印加された選択用光学素子AOMnは、オン時間Tonだけオン状態となり、対応する走査ユニットUnにビームLBnを入射させることができる。また、原点信号SZnを発生した走査ユニットUnにビームLBnを入射させるので、スポット光SPの走査を行うことができる走査ユニットUnにビームLBnを入射させることができる。なお、このオン時間Tonは、ポリゴンミラーPMが7.5度回転する時間Ts以下の時間である。

0087

6つの走査ユニットU1〜U6で発生する原点信号SZ1〜SZ6は、時間Ts間隔で、SZ1→SZ2→SZ3→SZ4→SZ5→SZ6、の順で発生する。そのため、複数の選択用光学素子AOM1〜AOM6には、駆動信号(高周波信号)HFnが時間Ts間隔で、HF1→HF2→HF3→HF4→HF5→HF6、の順番で印加される。したがって、光源装置14からのビームLBnが入射する1つの走査ユニットUnを時間Ts間隔で、U1→U2→U3→U4→U5→U6、の順番で切り換えることができ、複数の走査ユニットUn(U1〜U6)は、この順番でスポット光SPの走査を行うことができる。

0088

光源装置14は、制御回路14aを有する。制御回路14aは、発振周波数Faでクロック信号LTCを発生し、このクロック信号LTCに応答して種光を発光するように光源装置14の図示しない半導体レーザ素子を制御する。この半導体レーザ素子が発光した赤外域の種光は、ファイバー増幅器によって増幅され、波長変換素子によって増幅された赤外波長域のパルス光が紫外波長域のパルス光に変換される。この変換された紫外波長域のパルス光がビームLBとして光源装置14から出力することになる。また、光源装置14が射出するビームLBは、そのビームLB(LBn)に入射する走査ユニットUnによって描画される1ライン(1描画ラインSLn)分のパターンに応じて、その強度が高レベル低レベルとに変調されたビームLBnとなっている。例えば、ビームLBnが走査ユニットU1に入射する期間においては、光源装置14から射出されるビームLBの強度が、走査ユニットU1によって描画される1描画ラインSL1分のパターンに応じて強度変調されている。このような光源装置14の構成は、上述したように、特開2015−210437号公報に開示されている。この制御回路14aが発生したクロック信号LTCは、制御装置18内に設けられるポリゴン駆動制御部20、AOM駆動制御部22、および、コントローラ24に出力される。ポリゴン駆動制御部20、AOM駆動制御部22、および、コントローラ24は、クロック信号LTCにしたがって動作する。なお、コントローラ24は、ポリゴン駆動制御部20、AOM駆動制御部22、および、光源装置14を制御する統括制御部として機能する。ポリゴン駆動制御部20は、取得した原点信号SZn(SZ1〜SZ6)をコントローラ24に出力し、コントローラ24は、原点信号SZn(SZ1〜SZ6)を用いて、これからスポット光SPの走査を行う走査ユニットUn(U1〜U6)を管理する。そして、コントローラ24は、これからスポット光SPの走査を行う走査ユニットUnが描画する1ライン分(スポット光SPの1回の走査分)のパターン情報を光源装置14に出力する。光源装置14は、このパターン情報に基づいて射出するビームLBの強度を、クロック信号LTCの周期に応じた時間分解能で高速に変調する。

0089

このように、ビームLBnをポリゴンミラーPMの反射面RPaに2回反射させて偏光されたビームLBnのスポット光SPを基板P上に投射するので、スポット光SPの走査速度を速くすることができる。また、ポリゴンミラーPMの反射面RPの走査効率を下げる、つまり、実走査に寄与するポリゴンミラーPMの回転角度を小さくすることができるので、ポリゴンミラーPMが1反射面RP分回転する間に、ビームLBnをより多くの走査ユニットUnに時分割で振り分けることができる。また、シリンドリカルレンズCY1、CY2を用いて、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向または回転軸AXpの方向)に関して、反射面RPaに最初に入射するビームLB1と再度(2回目に)入射するビームLB1の位置とは同じ位置に設定した。これにより、ポリゴンミラーPMの厚さ(回転軸AXp方向の長さ)を薄くすることができる。したがって、ポリゴンミラーPMを軽量化することができ、ポリゴンミラーPMの回転速度が向上する。

0090

また、図9で説明したように、ポリゴンミラーPMによってビームLBn(LB1d)を走査する際の偏向角(回転角度)θw2が半分になるため、ポリゴンミラーPMの1つの反射面RPaでの走査効率α1も半分の1/6になるとしたが、走査効率α1が1/3のままでよい場合は、ポリゴンミラーPMの1つの反射面RPに対応した角度θmを半分にできるので、ポリゴンミラーPMとして16反射面RPのものを使うことができる。さらに、本実施の形態では、図6図7に示した反射ミラーM10の反射面を、YZ平面と平行な平面として説明したが、曲率半径が大きい凹球面状、または凹円筒面状の曲面としてもよい。反射ミラーM10の反射面を曲面とすることにより、ポリゴンミラーPMの反射面RPと回転軸AXpとがずれていることで生じ得る反射ビームLB1bのZ方向の微少位置変化による影響(描画ラインSLnの歪曲等)を補正、若しくは緩和することができる。

0091

[第1の実施の形態の変形例]
上記第1の実施の形態は、以下のように変形可能である。

0092

(変形例1)図11は、変形例1における走査ユニットU1aの構成を示す図である。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付す。また、本変形例1でも、図11の走査ユニットU1aと同じ構成の6つの走査ユニットUna(U1a〜U6a)が、図2に示すような配置で設けられる。複数の走査ユニットUna(U1a〜U6a)は、同一構成となっていることから、走査ユニットU1aを例に挙げて説明する。走査ユニットU1aは、反射ミラーM12、シリンドリカルレンズCY1、偏光ビームスプリッタPBS、λ/4波長板QP、ポリゴンミラーPM、シリンドリカルレンズCY2、反射ミラーM10、fθレンズFT、および、シリンドリカルレンズCY3を備える。なお、偏光ビームスプリッタPBSおよびλ/4波長板QPは、光分割部材を構成し、シリンドリカルレンズCY1および反射ミラーM10は、再反射光学系を構成する。また、fθレンズFTおよびシリンドリカルレンズCY3は、走査用光学系を構成する。

0093

図5に示した入射ミラー(導光部材としての落射ミラー)IM1で−Z方向に反射されて、所定の直径に拡大された平行光束のビームLB1は、Z軸と平行な光軸AX1に沿って走査ユニットU1aに入射する。走査ユニットU1aに入射したビームLB1(以下、入射ビームLB1aと呼ぶ場合がある)は、光軸AX1上に45°で設けられた反射ミラーM12によって、X軸と平行な光軸AX3に沿って−X方向に反射される。反射ミラーM12で−X方向に反射した入射ビームLB1aは、光軸AX3上に設けられたY方向に母線を有するシリンドリカルレンズCY1、偏光ビームスプリッタPBS、および、λ/4波長板QPを介してポリゴンミラーPMの反射面RPaに入射する。なお、上記第1の実施の形態で述べたが、ビームLB1はP偏光の光であり、偏光ビームスプリッタPBSは、P偏光の光を透過し、S偏光の光を反射するものであることをあえて付言しておく。

0094

ポリゴンミラーPMは、反射ミラーM12からポリゴンミラーPMの反射面RPaに入射した入射ビームLB1aが、ポリゴンミラーPMの+X方向側の位置で且つ、偏光ビームスプリッタPBSの+Z方向側の位置に設けられた反射ミラーM10に向けて反射されるように、ポリゴンミラーPMの回転軸AXpと直交する平面がXY平面に対して、45°未満の僅かな角度だけ傾くように配置されている。ポリゴンミラーPMは、光軸AX4を含み、且つ、XY平面に対して傾いた平面内で、反射面RPaで反射した入射ビームLB1aの反射光(以下、第1反射ビームLB1b)を偏向する。この第1反射ビームLB1bが偏光される平面上にシリンドリカルレンズCY2のY方向に延びる母線が位置する。光軸AX1、AX3、AX4、および、回転軸AXpを含む平面は、XZ平面と平行になっている。

0095

Y方向に母線を有するシリンドリカルレンズCY1は、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(回転方向、偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向または回転軸AXpの方向)に関して、入射した入射ビームLB1aをポリゴンミラーPMの反射面RPa上で収斂する。つまり、シリンドリカルレンズCY1は、入射ビームLB1aを反射面RPa上でY方向に延びたスリット状(長楕円状)に収斂する。

0096

ポリゴンミラーPMの反射面RPaによって反射された第1反射ビームLB1bは、シリンドリカルレンズCY2を通って反射ミラーM10に入射する。反射面RPaで反射した第1反射ビームLB1bは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向と直交する非走査方向(Z方向)に関して、発散しながらシリンドリカルレンズCY2に入射するが、Y方向に母線を有するシリンドリカルレンズCY2によって平行光にされる。したがって、反射ミラーM10に入射する第1反射ビームLB1bは、シリンドリカルレンズCY1に入射する入射ビームLB1aとほぼ同じ径の平行光束となる。なお、シリンドリカルレンズCY1の後側焦点とシリンドリカルレンズCY2の前側焦点とは、反射面RPa上で所定の許容範囲内で一致している。

0097

反射ミラーM10は、ポリゴンミラーPMの反射面RPaによって最初に反射された第1反射ビームLB1bを再びポリゴンミラーPMの反射面RPaに向けて反射する。反射ミラーM10で反射した第1反射ビームLB1bの反射光(以下、第2反射ビームLB1cと呼ぶ場合がある)は、シリンドリカルレンズCY2を通って反射面RPaに入射する。したがって、このシリンドリカルレンズCY2によって反射面RPaに入射する第2反射ビームLB1cは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向または回転軸AXpの方向)に関して、反射面RPa上で収斂する。つまり、シリンドリカルレンズCY2は、第2反射ビームLB1cを反射面RPa上でY方向に延びたスリット状(長楕円状)に収斂する。ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向または回転軸AXpの方向)に関して、シリンドリカルレンズCY1による反射面RPa上の収斂位置と、シリンドリカルレンズCY2による反射面RPa上の収斂位置とはほぼ同じ位置に設定されている。これにより、ポリゴンミラーPMの厚さ(回転軸AXp方向の長さ)を薄くすることができる。

0098

ポリゴンミラーPMの反射面RPaは、反射ミラーM10で反射された第2反射ビームLB1cを+X方向側に向けて反射する。この反射面RPaによって再度反射されたビームLB1(第2反射ビームLB1c)の反射光を、第3反射ビームLB1dと呼ぶ場合がある。ポリゴンミラーPMは、X軸と平行な光軸AX3を含み、XY平面と平行な面内で第3反射ビームLB1dを偏向するとともに、光軸AX3を中心にY方向に偏向する。ポリゴンミラーPMの反射面RPaで再度反射された第3反射ビームLB1dは、偏光ビームスプリッタPBSに入射する。ポリゴンミラーPMと偏光ビームスプリッタPBSとの間には、λ/4波長板QPが設けられているため、ポリゴンミラーPMの反射面RPで再度反射されて偏光ビームスプリッタPBSに入射する第3反射ビームLB1dは、偏光ビームスプリッタPBSの偏光分離面Qsによって基板Pに向けて−Z方向側に反射される。偏光分離面Qsは、XZ平面に関して、ビームLB1dの光軸が、方位線Lx2およびfθレンズFTの光軸AXfと重なって進むように、ビームLB1dをfθレンズFTに向けて反射する。

0099

fθレンズFTは、ポリゴンミラーPMによって反射されたビームLB1dの主光線を、光軸AXfを含むXZ平面と直交する平面内において、光軸AXfと平行となるように基板Pに投射するテレセントリック系のスキャンレンズである。fθレンズFTは、光軸AXfを中心に基板Pに投射するビームLB1dをY方向に走査する。ビームLB1dのfθレンズFTへの入射角θは、ポリゴンミラーPMの回転角(θ/4)に応じて変わる。fθレンズFTは、シリンドリカルレンズCY3を介して、その入射角θに比例した基板Pの被照射面上の像高位置にビームLB1dを投射する。また、fθレンズFTとシリンドリカルレンズCY3とによって、基板Pに投射されるビームLB1dが基板P上でスポット光SPに収斂される。光軸AX1、AX3、AX4、AXfを含む平面は、XZ平面と平行であり、fθレンズFTへの入射角θが0度のときに、fθレンズFTに入射したビームLB1dは、光軸AXf上に沿って進む。なお、fθレンズFTの前側焦点は、ビームLBが入射するポリゴンミラーPMの反射面RPa上に位置し、後側焦点は基板P上に位置する。また、シリンドリカルレンズCY3の後側焦点は、基板P上に位置する。本変形例1でも、上記第1の実施の形態と同等の作用、効果を奏することができる。さらに、本変形例では、ポリゴンミラーPMの反射面RPaに入射するビームLB1aやビームLB1cの入射角度を、図6図7の場合(入射角度は45°)に比べて小さくしている。そのため、ポリゴンミラーPMの反射面RPと回転軸AXpとがずれていることで生じ得る反射ビームLB1b、LB1dのZ方向の微少な位置変化による影響(描画ラインSLnの歪曲の程度)を、図6図7の場合に比べて少なくできる。

0100

(変形例2)図12は、変形例2における、ビームLBnをポリゴンミラーPMの反射面RPaに2回反射させるための構成図である。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付す。図示しないY方向に母線を有するシリンドリカルレンズによって、ポリゴンミラーPMに入射するビームLB1aは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向)に関して、反射面RPa上で収斂されているものとする。ポリゴンミラーPMの反射面RPaで反射されたビームLB1bは、リレーレンズ系G20を介して反射ミラーM20に入射する。反射ミラーM20は、入射したビームLB1bをポリゴンミラーPMの反射面RPaに向けて反射する。反射ミラーM20で反射したビームLB1bの反射ビームLB1cは、再びリレーレンズ系G20を通ってポリゴンミラーPMの反射面RPaに入射する。このリレーレンズ系G20によって、反射面RPaと反射ミラーM20とは共役関係となっている。したがって、反射ミラーM20に入射するビームLB1bは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向)に関して、反射ミラーM20の反射面上でZ方向に収斂される。また、反射ミラーM20からポリゴンミラーPMの反射面RPaに入射するビームLB1cも、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向)に関して、反射面RPa上でZ方向に収斂される。そして、ポリゴンミラーPMの反射面RPaに再度入射したビームLB1cは、fθレンズFTに向けてビームLB1dとなって反射される。なお、ポリゴンミラーPMの走査方向と直交するZ方向に関して、反射面RPaに最初に入射するビームLB1aの収斂位置と、反射面RPaに再度入射するビームLB1cの収斂位置とはほぼ一致している。本変形例2でも、上記第1の実施の形態と同等の効果を奏することができる。さらに、リレーレンズ系G20として短焦点距離のものを使うことによって、ポリゴンミラーPMから反射ミラーM20までの光路長を短くしたり、レンズの口径を小さくしたりすることができる。

0101

[第2の実施の形態]
次に、第2の実施の形態の走査ユニットU1bについて説明する。図13Aは、第2の実施の形態の走査ユニットU1bの構成を−Y方向からみたときの図、図13Bは、第2の実施の形態の走査ユニットU1bの構成を+Z方向からみたときの図である。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付す。また、走査ユニットUnb(U1b〜U6b)は、同一構成を有するので走査ユニットU1bのみを例に挙げて説明する。さらに、本第2の実施の形態では、基板Pは、XY平面と平行に+X方向に搬送されているものとする。走査ユニットU1bは、Y方向に母線を有するシリンドリカルレンズCYa〜CYd、偏光ビームスプリッタPBS1、PBS2、λ/4波長板QP1、QP2、fθレンズFT1、結像レンズFT2、ポリゴンミラーPM、および、反射ミラーM30を備える。なお、偏光ビームスプリッタPBS1、PBS2およびλ/4波長板QP1、QP2は、光分割部材を構成し、fθレンズFT1およびシリンドリカルレンズ(第3光学部材)CYdは、走査用光学系を構成する。また、シリンドリカルレンズ(第1光学部材)CYb、CYcおよび反射ミラーM30は、再反射光学系を構成する。

0102

図5で示した入射ミラー(導光部材)IM1で−Z方向に反射された平行光束のビームLB1は、Z軸と平行な光軸AX1に沿って走査ユニットU1bに入射する。なお、本実施の形態では、走査ユニットU1bに入射するビームLB1(以下、入射ビームLB1aと呼ぶ場合がある)は、図示しない集光レンズによって面p1上で円形スポットに集光された後に走査ユニットU1bに入射するため、発散しながら走査ユニットU1bに入射する。走査ユニットU1bに入射した入射ビームLB1aは、光軸AX1に沿って設けられたY方向に母線を有するシリンドリカルレンズ(第2光学部材)CYaを透過して偏光ビームスプリッタPBS1に入射する。偏光ビームスプリッタPBS1の偏光分離面Qsは、XY平面に対して45度傾いており、P偏光の光を反射し、S偏光の光を透過する。したがって、シリンドリカルレンズCYaを通って偏光ビームスプリッタPBS1に入射した入射ビームLB1a(P偏光の光)は、偏光ビームスプリッタPBS1の偏光分離面Qsによって−X方向側に反射される。偏光ビームスプリッタPBS1の偏光分離面Qsで−X方向に反射された入射ビームLB1aは、偏光ビームスプリッタPBS1の−X方向に設けられた、λ/4波長板QP1とfθレンズFT1とを介してポリゴンミラーPMの反射面RPaに入射する。fθレンズFT1の光軸AXf1は、X軸と平行しており、ポリゴンミラーPMの回転軸AXpは、Z軸と平行に設定される。この光軸AXf1と回転軸AXpとを含む平面は、XZ平面と平行である。このとき、入射ビームLB1aは、fθレンズFT1の射出側からfθレンズFT1に入射する。なお、ポリゴンミラーPMの反射面RPは、fθレンズFT1の入射瞳の位置(前側焦点の位置)に配置される。

0103

ここで、シリンドリカルレンズCYaは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(回転方向、偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向)に関しては、発散しながら入射した入射ビームLB1aを平行光にする(図13A参照)。また、シリンドリカルレンズCYaは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(回転方向、偏向方向)に関しては、発散しながら入射した入射ビームLB1aをそのまま透過する(図13B参照)。なお、シリンドリカルレンズCYaの前側焦点は、面p1上に設定されているものとする。fθレンズFT1は、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(回転方向、偏向方向)と直交する非走査方向に関しては、シリンドリカルレンズCYaによって平行光にされた入射ビームLB1aをポリゴンミラーPMの反射面RPaで収斂させる(図13A参照)。また、fθレンズFT1は、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(回転方向、偏向方向)であるXY平面内では、発散しながら入射したビームLB1aを平行光にする(図13B参照)。これにより、反射面RPaに投射される入射ビームLB1aは、反射面RP上でY方向に延びたスリット状(長楕円状)に収斂される(図13A、図13B参照)。

0104

なお、XZ平面においては、偏光ビームスプリッタPBS1からfθレンズFT1を介してポリゴンミラーPMの反射面RPaに向かって進む入射ビームLB1aは、fθレンズFT1の光軸AXf1の+Z方向側の位置を通って反射面RPaに入射し、且つ、反射面RPa上で収斂する位置は、fθレンズFT1の光軸AXf1とほぼ一致する(図13A参照)。また、XY平面においては、偏光ビームスプリッタPBS1からfθレンズFT1を介してポリゴンミラーPMの反射面RPaに向かって進む入射ビームLB1aは、fθレンズFT1の光軸AXf1と重なって反射面RPaに入射する(図13B参照)。ここで、ポリゴンミラーPMの反射面RPaはfθレンズFT1の瞳位置(前側焦点の位置)に設定され、fθレンズFT1の後側焦点は、図13A、図13B中の偏光ビームスプリッタPBS1から+X方向に離間した面p2の位置に設定される。面p2は面p1と光学的に共役な関係に設定されるとともに、最終的には基板Pの表面とも共役な関係に設定される。

0105

ポリゴンミラーPMの反射面RPaは、入射した入射ビームLB1aをfθレンズFT1に向けて+X方向側に反射する。ポリゴンミラーPMの回転によって、入射した入射ビームLB1aはY方向に偏向される。反射面RPaで反射された入射ビームLB1aの反射光(以下、第1反射ビームLB1bと呼ぶ)は、回転したポリゴンミラーPMによって、XY平面に関しては、光軸AXf1を中心にY方向に偏向する。反射面RPaで反射した第1反射ビームLB1bは、XZ平面に関しては、fθレンズFT1の光軸AXf1の−Z方向側を通ってfθレンズFT1に入射する。

0106

反射面RPaからfθレンズFTに向かう第1反射ビームLB1bは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向に関しては、発散しながらfθレンズFT1に入射するが、fθレンズFT1によって平行光にされる(図13A参照)。また、反射面RPaからfθレンズFTに向かう第1反射ビームLB1bは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)を含むXY面内では、平行光としてfθレンズFT1に入射するが、fθレンズFT1によって面p2上で円形のスポットとして収斂される(図13B参照)。

0107

fθレンズFT1を透過した第1反射ビームLB1bは、λ/4波長板QP2を透過して偏光ビームスプリッタPBS2に入射する。このλ/4波長板QP2および偏光ビームスプリッタPBS2は、遮光板DOを介してλ/4波長板QP1および偏光ビームスプリッタPBS1の−Z方向側に配置されている。この遮光板DOは、fθレンズFT1の光軸AXf1を含み、XY平面と平行な平面上に設けられている。偏光ビームスプリッタPBS1の偏光分離面Qsは、XY平面に対して45度傾いており、P偏光の光を反射し、S偏光の光を透過する。ここで、ポリゴンミラーPMに最初に入射する入射ビームLB1aは、λ/4波長板QP1によってP偏光から円偏光の光に変換され、ポリゴンミラーPMで最初に反射した第1反射ビームLB1bは、λ/4波長板QP2によって円偏光からS偏光の光に変換される。したがって、偏光ビームスプリッタPBS2に入射する第1反射ビームLB1bは、偏光ビームスプリッタPBS2をそのまま透過する。

0108

偏光ビームスプリッタPBS2を透過して−X方向側に進む第1反射ビームLB1bは、偏光ビームスプリッタPBS2の+X方向側に配置されたシリンドリカルレンズ(第1光学部材)CYbと結像レンズFT2とを通って反射ミラーM30に入射する。後側焦点が面p2上に設定されたシリンドリカルレンズCYbは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向)に関しては、fθレンズFT1および偏光ビームスプリッタPBS2を透過した平行光の第1反射ビームLB1bを面p2上で収斂する(図13A参照)。この面p2は、fθレンズFT1の後側焦点の位置でもあるため、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)に関しても、fθレンズFT1および偏光ビームスプリッタPBS2を透過した第1反射ビームLB1bが面p2上で収斂する(図13B参照)。この面p1と面p2とは共役関係になっている。なお、反射ミラーM30は、収差補正のために、結像レンズFT2の後側焦点の位置、すなわち瞳位置に凹球面反射鏡として配置されるが、原理的には平面反射鏡であってもよい。さらに、結像レンズFT2と反射ミラーM30とを組み合わせた系は、面p2側でテレセントリックな結像特性を有する等倍のリレー光学系として機能し、ビームLB1bの収斂によって面p2に集光されるスポット光を、面p2上の異なる位置に再びビームLB1cの収斂したスポット光として結像する。

0109

したがって、結像レンズFT2を介して反射ミラーM30に向かう第1反射ビームLB1bは、発散した状態で結像レンズFT2に入射するが、結像レンズFT2によって平行光束にされた後、反射ミラーM30に入射する。なお、結像レンズFT2の光軸AXf2とfθレンズFT1の光軸AXf1とは同軸上に設定されている。結像レンズFT2に入射する第1反射ビームLB1bは、XZ平面に関して、光軸AXf2の−Z方向側を通って結像レンズFT2に入射し、反射ミラーM30上で第1反射ビームLB1bの中心軸が光軸AXf2と一致する(図13A参照)。この結像レンズFT2の後側焦点(瞳面)の位置は、面p2上に設定されている。

0110

反射ミラーM30で−X方向側に反射された第1反射ビームLB1bの反射光(以下、第2反射ビームLB1cと呼ぶ)は、結像レンズFT2およびシリンドリカルレンズ(第1光学部材)CYcを通って偏光ビームスプリッタPBS1に再び入射する。第2反射ビームLB1cは、光軸AXf2の+Z方向側を通って結像レンズFT2に入射する。結像レンズFT2は、反射ミラーM30で反射された平行光束の第2反射ビームLB1cを面p2上で円形のスポットに収斂する。面p2で収斂された第2反射ビームLB1cは、Y軸と平行な母線を有するシリンドリカルレンズCYcに発散しながら入射した後、偏光ビームスプリッタPBS1に入射する。偏光ビームスプリッタPBS1に入射した第2反射ビームLB1cは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(Z方向)に関しては、シリンドリカルレンズCYcによって平行光にされ、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)に関しては、そのまま発散しながら偏光ビームスプリッタPBS1に入射する。偏光ビームスプリッタPBS1に入射する第2反射ビームLB1cは、S偏光の光となっているので、そのまま偏光ビームスプリッタPBS1を透過する。偏光ビームスプリッタPBS1を透過した第2反射ビームLB1cは、λ/4波長板QP1およびfθレンズFT1を通ってポリゴンミラーPMの反射面RPaに再度入射する。第2反射ビームLB1cは、fθレンズFT1の射出側からfθレンズFT1に入射する。

0111

fθレンズFT1は、入射した第2反射ビームLB1cをポリゴンミラーPMの反射面RP(RPa)上で、Y方向に延びたスリット状(長楕円状)に収斂する。このとき、ポリゴンミラーPMの走査方向(偏向方向)と直交するZ方向に関して、第2反射ビームLB1cの反射面RPa上の入射位置と入射ビームLB1aの反射面RPa上の入射位置は一致している。反射面RPaで再び反射された第2反射ビームLB1cの反射光(以下、第3反射ビームLB1dと呼ぶ)は、fθレンズFT1およびλ/4波長板QP2を通って偏光ビームスプリッタPBS2に入射する。ここで、ポリゴンミラーPMに再度入射する第2反射ビームLB1cは、λ/4波長板QP1によってS偏光から円偏光の光に変換され、ポリゴンミラーPMで再度反射した第3反射ビームLB1dは、λ/4波長板QP2によって円偏光からP偏光の光に変換される。したがって、偏光ビームスプリッタPBS2に入射する第3反射ビームLB1dは、偏光ビームスプリッタPBS2の偏光分離面Qsで−Z方向に反射されて基板Pに投射される。偏光分離面Qsで−Z方向に反射された第3反射ビームLB1dは、シリンドリカルレンズ(第3光学部材)CYdを通って基板Pに投射される。走査ユニットU1bから基板Pに向けて投射されるビームLB1(第3反射ビームLB1d)は、基板Pの法線に沿って投射される。

0112

ここで、fθレンズFT1は、ポリゴンミラーPMの走査方向(偏向方向)に関しては、反射面RPaで反射されて入射した平行光の第3反射ビームLB1dを基板P上で収斂する。また、fθレンズFT1は、ポリゴンミラーPMの走査方向(偏向方向)と直交する方向に関しては、反射面RPaで反射して発散しながら入射する第3反射ビームLB1dを平行光にするが、シリンドリカルレンズCYdによって、基板P上に収斂される。これにより、基板Pに投射されるビームLB1(第3反射ビームLB1d)は、スポット光SPとなって基板Pに投射される。このように、面p1、面p2、および、基板Pとは互いに共役関係になっている。

0113

ここで、図13Aに示すように、ポリゴンミラーPMの走査方向(偏向方向)とは直交する方向に関しては(XZ平面に関しては)、ポリゴンミラーPMの反射面RPaから反射ミラーM10に向かう第1反射ビームLB1bの光路、形状と、反射ミラーM30からポリゴンミラーPMの反射面RPaに向かう第2反射ビームLB1cの光路、形状とは、光軸AXf1(AXf2)を含み、XY平面と平行な平面に対して対称となる。また、偏光ビームスプリッタPBS1からポリゴンミラーPMの反射面RPaに最初に向かう入射ビームLB1aの光路、形状と、偏光ビームスプリッタPBS1からポリゴンミラーPMの反射面RPaに再び向かう第2反射ビームLB1cの光路、形状とは、ポリゴンミラーPMの走査方向(偏向方向)とは直交する方向に関して(XZ平面に関して)同一となる。さらに、ポリゴンミラーPMの反射面RPaから偏光ビームスプリッタPBS2に向かう第1反射ビームLB1bの光路、形状と、ポリゴンミラーPMの反射面RPaから偏光ビームスプリッタPBS2に向かう第3反射ビームLB1dの光路、形状とは、ポリゴンミラーPMの走査方向(偏向方向)とは直交する方向に関して(XZ平面に関して)同一となる。

0114

一方で、図13Bに示すように、ポリゴンミラーPMの走査方向(偏向方向)に関しては(XY平面に関しては)、ポリゴンミラーPMの反射面RPaの角度に応じて、第1反射ビームLB1b〜第3反射ビームLB1dの光路が異なる。ここで、反射面RPaのYZ平面に対する角度をΔθとする。ポリゴンミラーPMの走査方向(偏向方向)に関して(XY平面に関して)、fθレンズFT1の光軸AXf1(入射ビームLB1aの中心軸)に対する、ポリゴンミラーPMの反射面RPaで反射されてfθレンズFT1に入射する第1反射ビームLB1bの中心軸(主光線)の角度(絶対値)は2×Δθとなる。また、ポリゴンミラーPMの走査方向(偏向方向)に関して(XY平面に関して)、fθレンズFT1の光軸AXf1(入射ビームLB1aの中心軸)に対する、ポリゴンミラーPMの反射面RPに再度入射する第2反射ビームLB1cの中心軸(主光線)の角度(絶対値)は2×Δθとなる。このため、ポリゴンミラーPMの走査方向(偏向方向)に関して(XY平面に関して)、ポリゴンミラーPMの反射面RPaで反射されてfθレンズFT1に入射する第1反射ビームLB1bの中心軸(主光線)や収斂発散状態と、ポリゴンミラーPMの反射面RPに再度入射する第2反射ビームLB1cの中心軸(主光線)や収斂発散状態とは、光軸AXf1(入射ビームLB1aの中心軸)に対して対称となる。また、ポリゴンミラーPMの走査方向(偏向方向)に関して(XY平面に関して)、fθレンズFT1の光軸AXf1(入射ビームLB1aの中心軸)に対する、ポリゴンミラーPMの反射面RPaで反射されてfθレンズFT1に入射する第3反射ビームLB1dの光軸(中心軸)の角度(絶対値)は4×Δθとなる。

0115

したがって、上記第2の実施の形態でも、上記第1の実施の形態と同等の効果を奏することができる。図13A、図13Bに示した結像レンズFT2と反射ミラーM30とを組み合わせた系は、先の図12で示したリレーレンズ系G20と同様なテレセントリックな等倍のリレー光学系であり、結像レンズFT2として短焦点距離のものを用いることで、面p2から反射ミラーM30までの構成をコンパクトにすることができる。

0116

[第2の実施の形態の変形例]
上記第2の実施の形態は、以下のように変形可能である。

0117

(変形例1)上記第2の実施の形態の走査ユニットUnbの場合は、走査ユニットUnbは、fθレンズFT1および結像レンズFT2の光軸AXf1、AXf2方向に長くなってしまう。したがって、図14に示すように、上記第1の実施の形態で説明した回転ドラムDRによって基板Pを湾曲させて支持しつつ、上記第2の実施の形態に示す走査ユニットUnbを、基板Pの搬送方向に沿って複数配置する場合は、基板Pの搬送方向(X方向)に沿って配置される複数の走査ユニットUnbの奇数番と偶数番とで、X方向(回転ドラムDRの周方向)に離間して配置する必要がある。これにより、搬送方向に沿って配置された複数の走査ユニットUnbの描画ラインSLn(スポット光SPの投射位置)間の距離が長くなってしまう。そのため、基板Pの搬送方向に関して、複数の走査ユニットUnbの上流側の1つのアライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)を設けただけでは、アライメント精度が低下してしまうことがある。そこで、本変形例1では、図14に示すように、基板Pの搬送方向に沿って設けられた奇数番の走査ユニットUnbと偶数番の走査ユニットUnbの各々の位置に対して、基板Pの搬送方向の上流側に、複数のアライメント顕微鏡AMm(AM1〜AM4)を設けるとよい。

0118

(変形例2)上記第2の実施の形態では、1つの走査ユニットUnbに1つのビームLB1aを入射させるようにしたが、1つの走査ユニットUnbのシリンドリカルレンズCYaに2つのビームLBn(LB1a)をY方向に少し離して入射させるようにしてもよい。この場合は、シリンドリカルレンズCYaに入射する2つのビームLB1aの各中心軸は、光軸AX1と平行で、且つ、光軸AX1を含むYZ平面と平行な平面上に位置する。これにより、2つのスポット光SPによって走査されるため、より高速にパターンを描画することができる。また、2つのスポット光SPの走査領域が分担するように2つのビームLB1aを走査ユニットUnbに入射させることで、ポリゴンミラーPMの実走査に寄与する回転角度をさらに半分にすることもできる。

0119

[第3の実施の形態]
上記第1および第2の実施の形態(変形例も含む)においては、1回目にビームLBn(LB1a)を反射するポリゴンミラーPMの反射面RPと、2回目にビームLBn(LB1c)を反射するポリゴンミラーPMの反射面RPとが同一となるように、ビームLBnをポリゴンミラーPMに入射させた。しかしながら、本第3の実施の形態では、1回目にビームLBnを反射するポリゴンミラーPMの反射面RPと、2回目にビームLBnを反射するポリゴンミラーPMの反射面RPとが異なるように、再反射光学部材の構成を変更する。

0120

図15は、第3の実施の形態における、描画用のビームLBnをポリゴンミラーPMに2回反射させるための構成図である。なお、上記第1、第2の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付す。本実施の形態では、1回目にビームLBnを反射するポリゴンミラーPMの反射面RPと、2回目にビームLBnを反射するポリゴンミラーPMの反射面RPとが異なるように、再反射光学部材を構成する。

0121

図15において、図示しないY方向に母線を有するシリンドリカルレンズによって、ポリゴンミラーPMに入射するビームLB1aは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(回転軸AXpの方向)に関して、反射面RPa上で収斂されているものとする。ポリゴンミラーPMの反射面RPaで反射されたビームLB1bは、リレーレンズ系G30を通って反射ミラーM50に入射し、反射ミラーM50で反射された後、反射ミラーM51に入射する。このリレーレンズ系G30によって反射面RPaと反射ミラーM51とは共役関係になっている。したがって、反射ミラーM51に入射するビームLB1bは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(回転軸AXpの方向)に関して、反射ミラーM51の反射面上で収斂される。また、反射ミラーM51で反射されたビームLB1cは、反射ミラーM52で反射された後、リレーレンズ系G31を通ってポリゴンミラーPMの反射面RPに入射する。ビームLB1cがリレーレンズ系G31を通って入射する反射面RPは、反射面RPaとは異なる反射面RP(以下、RPb)である。リレーレンズ系G31によって、反射ミラーM51と反射面RPbとは共役関係になっている。したがって、反射面RPbに入射するビームLB1cは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(回転軸AXpの方向)に関して、反射面RPb上で収斂される。そして、ポリゴンミラーPMの反射面RPbで反射したビームLB1dは、fθレンズFTに向けて反射される。なお、ポリゴンミラーPMの走査方向と直交する方向に関して、反射面RPa上でビームLBnが収斂する位置(回転軸AXpが延びる方向の位置)と反射面RPb上でビームLBnが収斂する位置(回転軸AXpが延びる方向の位置)とは一致している。

0122

以上の本実施の形態では、図15中のリレーレンズ系G30、G31と反射ミラーM50、M51、M52とによって再反射光学系が構成され、上記第1の実施の形態と同等の作用、効果が奏される。

0123

(変形例1)図16は、第3の実施の形態(図15)の変形例1における、ビームLBnをポリゴンミラーPMに2回反射させるための構成図である。なお、上記第3の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付す。本変形例1では、1回目にビームLBnを反射するポリゴンミラーPMの反射面RPと、2回目にビームLBnを反射するポリゴンミラーPMの反射面RPとが異なるように、ビームLBnをポリゴンミラーPMに入射させる再反射光学系の構成が図15の構成と異なる。

0124

図示しないY方向に母線を有するシリンドリカルレンズによって、ポリゴンミラーPMに入射するビームLB1aは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(回転軸AXpの方向)に関して、反射面RPa上で収斂されているものとする。ポリゴンミラーPMの反射面RPaで反射されたビームLB1bは、レンズ系G50aを通った後、反射ミラーM60に入射する。反射ミラーM60で反射したビームLB1bは反射ミラーM61に入射する。反射ミラーM61で反射されたビームLB1cは、レンズ系G50bを通ってポリゴンミラーPMの反射面RPbに入射する。この反射面RPbは、反射面RPaとは異なる反射面RPである。このレンズ系G50a、G50bは、光路中の中間位置(反射ミラーM60、M61の間)に瞳面epが形成されるリレーレンズ系G50を構成し、このリレーレンズ系G50によって、反射面RPa、RPbは互いに共役関係になっている。したがって、反射面RPbに入射するビームLB1cは、ポリゴンミラーPMによる主走査方向(偏向方向)と直交する非走査方向(回転軸AXpの方向)に関して、反射面RPb上で収斂される。そして、ポリゴンミラーPMの反射面RPbで反射したビームLBnは、fθレンズFTに向けて反射される。なお、ポリゴンミラーPMの走査方向と直交する方向に関して、反射面RPa上でビームLB1aが収斂する位置(回転軸AXpが延びる方向の位置)と、反射面RPb上でビームLBnが収斂する位置(回転軸AXpが延びる方向の位置)とは一致している。本変形例1でも、上記第1の実施の形態と同等の効果を奏することができる。

0125

[第1〜第3の実施の形態の変形例]
上記各実施の形態では、可動反射部材としてポリゴンミラーPMを用いたが、ガルバノミラー等の揺動反射部材を用いてビームLBnを偏向させてもよい。また、ガルバノミラーGMを用いた場合は、図17に示すような走査ユニットU1dとしてもよい。なお、上記第1〜第3の実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付す。また、走査ユニットUnd(U1d〜U6d)は、同一構成を有するので走査ユニットU1dのみを例に挙げて説明する。

0126

fθレンズFTの光軸AXfは直交座標系XYZのX軸と平行に配置され、ガルバノミラー(可動反射部材、揺動反射部材)GMの回転(振動)中心軸Cgは、Z軸と平行に配置される。ガルバノミラーGMの第1反射面m10と第2反射面m11は、Z軸と平行であるとともに、回転中心軸Cg回りの振動の中立位置(振れ角度が0度)ではfθレンズFTの光軸AXfに対してXY面内で45度の角度となるように設定されている。このガルバノミラーGMは、所定の振れ角度±θgの範囲で振動(揺動)する。第1反射面m10を、例えば、ガルバノミラーGMの表面とした場合は、第2反射面m11は、ガルバノミラーGMの裏面となる。

0127

走査ユニットU1dに入射したビームLB1(以下、入射ビームLB1a)は、反射ミラー等によってその光路が折り曲げられた後、−Y方向に進み、ガルバノミラーGMの第1反射面m10に入射する。ガルバノミラーGMの第1反射面m10で反射された入射ビームLB1aの反射光(以下、第1反射ビームLB1b)は、反射ミラーMRa、MRbで反射されて再びガルバノミラーGMに入射する。このとき、反射ミラーMRa、MRbで反射された第1反射ビームLB1bの反射光(以下、第2反射ビームLB1c)は、ガルバノミラーGMの第2反射面m11に入射する。第2反射面m11で反射した第2反射ビームLB1cの反射光(以下、第3反射ビームLB1d)は、fθレンズFTを通ってスポット光SPとして基板Pに投射される。

0128

なお、ガルバノミラーGMを用いたビーム走査ユニットでは、反射面の面倒れを補正するためのシリンドリカルレンズを設けないが、面倒れ補正が必要である場合は、走査方向と直交する方向に関して、入射ビームLB1aと第2反射ビームLB1cの各々を、第1反射面m10上と第2反射面m11上で収斂するシリンドリカルレンズを含む光学系をビームLBの光路上に設けるとよい。その場合、fθレンズFTと基板Pとの間には、ガルバノミラーGMの走査方向と直交する方向に関して、第3反射ビームLB1dを基板P上で収斂するシリンドリカルレンズが設けられる。図17に示す構成により、ガルバノミラーGMを用いた場合であっても、入射ビームLB1aを偏向させる第1反射面m10と、第2反射ビームLB1cを偏向させる第2反射面m11とを異ならせることができる。また、ガルバノミラーGMの振れ角度は±θgなので、光軸AXfを中心に±4θgの範囲で偏向された第3反射ビームLB1dがfθレンズFTに入射する。したがって、本変形例でも、上記第1の実施の形態と同等の効果を奏することができる。ガルバノミラーGMは、振れ角の範囲の両端では、線形性が悪いため、通常は、振動の振幅角の中央位置を含む線形性のよい狭い振れ角範囲でビーム走査を行っているが、図17のように、反射ミラーMRa、MRbによる再反射光学部材を設けることによって、広い角度範囲で線形性のよいビーム走査が可能となる。

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