JP7120243B2 - パターン描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、被照射体上にスポット光を照射して微細なパターンを描画するパターン描画装置に関する。

電子デバイスの製造工程では、被処理基板に塗布液を選択的に塗工する際のマスキング、被処理基板の表面に材料物質を蒸着する際のマスキング、或いは被処理基板の表面に積層された材料層を選択的にエッチングする際のマスキング等の為に、薄い金属板（箔状）に微細な開口パターンを選択的に形成したメタルマスク（電鋳マスク）が使われている。メタルマスクの製造方法には、いくつかの方法があるが、開口パターンの最小寸法が例えば２０μｍ以下の場合は、いわゆるフォトリソグラフィ法が使われる。その方法は、金属製の母材基板上に感光層（フォトレジスト）を形成し、その感光層に微細な開口パターンに対応した紫外波長域（波長１９０～４４０ｎｍ程度の範囲）の光パターンを照射した後、現像処理によって感光層の開口パターンの部分を除去し、感光層の除去された部分（開口パターン部）に電鋳（電解メッキ）によりニッケルや銅等の金属を析出させ、母材基板上に析出した金属層を剥離してメタルマスクにする方法である。そのようなフォトリソグラフィ法を使ったメタルマスクの製造方法の一例は、下記の特開２００２－１８７３７４号公報に開示されている。

特開２００２－１８７３７４号公報には、母材基板としての電鋳母型の表面に露光感度が高いネガタイプの第１フォトレジスト層を積層し、さらにその表面に露光感度が低いネガタイプの第２フォトレジスト層を積層するレジスト積層工程と、第２フォトレジスト層の上にパターンフィルム（フォトマスク）を配置して露光・現像処理して、電鋳母型の表面に、各通孔に相当する上すぼまり形状に形成された第１レジスト部と、第１レジスト部の上端に連続してストレート状に形成された第２レジスト部とからなる多数のレジスト体を独立して有するパターンレジスト膜を設けるパターンニング工程とが開示されている。特開２００２－１８７３７４号公報では、第１フォトレジスト層の露光感度は、第２フォトレジスト層の露光感度に対して３～３０倍の範囲で高く設定されている。このように、感光層を異なる露光感度のレジストで多層に形成することで、現像後に形成されるレジスト膜層の通孔（開口部）の断面を上すぼまり形状、すなわち、レジスト膜層の通孔（開口部）のエッジ部を電鋳母型（母材基板）の表面に対して垂直な状態から通孔（開口部）の内側に傾いたテーパー状（逆テーパー状）にしている。

本発明の第１の態様は、スポット光として基板に投射される描画ビームの強度を、多数の画素で規定されるパターンの描画データに基づいて変調しつつ、前記スポット光の投射位置を前記基板上で前記画素の２次元的な配列に沿って相対走査することにより、前記基板上に前記パターンを描画するパターン描画装置であって、前記描画データに基づいて、前記相対走査中に前記スポット光が照射される露光画素の各々に対しては、前記描画ビームとして所定周期で発振されるパルス光の所定数を射出し、前記相対走査中に前記スポット光が非照射とされる非露光画素の各々に対しては前記所定数の前記パルス光の射出を中断する光源装置と、前記描画データに基づいて、前記露光画素のうちで前記パターンのエッジ部に対応したエッジ部露光画素に対して射出される前記パルス光の数が、前記所定数に対して相対的に減少されるように前記光源装置を制御する描画制御装置と、を備える。
本発明の第２の態様は、スポット光として基板に投射される描画ビームの強度を、多数の画素で規定されるパターンの描画データに基づいて変調しつつ、前記スポット光の投射位置を前記基板上で前記画素の２次元的な配列に沿って相対走査することにより、前記基板上に前記パターンを描画するパターン描画装置であって、前記描画データに基づいて、前記相対走査中に前記スポット光が照射される露光画素の各々に対しては、前記描画ビームとして所定周期で発振されるパルス光の所定数を射出し、前記相対走査中に前記スポット光が非照射とされる非露光画素の各々に対しては前記所定数の前記パルス光の射出を中断する光源装置と、前記描画データに基づいて、前記露光画素のうちで前記パターンのエッジ部に対応したエッジ部露光画素に対して射出される前記パルス光の数が、前記所定数に対して相対的に増大あるいは減少されるように前記光源装置を制御する描画制御装置と、前記スポット光が前記基板上で主走査方向に１次元走査されるように、前記描画ビームを偏向する光学偏向部材と、偏向された前記描画ビームを前記スポット光として集光する走査用レンズ系と、を含む描画ユニットと、前記主走査方向と直交した副走査方向に前記基板と前記描画ユニットとを相対移動させる移動機構と、を備え、前記描画制御装置は、前記主走査方向に関して前記エッジ部露光画素に対して射出される前記パルス光を前記所定数よりも増やす場合は、前記エッジ部露光画素に対して前記パルス光を前記所定周期で連続して射出し、前記エッジ部露光画素以外の前記露光画素に対しては前記所定周期の２以上の整数倍の周期ごとの前記パルス光の射出を中断するように前記光源装置を制御する。

第１の実施の形態によるパターン描画装置の概略的な全体構成を示す図である。 図１に示した６つの描画ユニットの具体的な配置を示す斜視図である。 図１、図２に示した描画ユニット内の具体的な光学構成を示す斜視図である。 図１に示した光源装置からのビームを描画ユニットの各々に供給するビーム切換部として設けられる６つの選択用光学素子等の配置例と、光源装置、描画制御装置（描画制御部）、及び光量計測部の接続関係とを示すブロック図である。 図１、図４に示した光源装置の内部の具体的な光学構成と制御回路部とを示す図である。 図１～図５に示したパターン描画装置によって標準的に設定される描画条件のもとで感光層にパターン露光を行う場合の状態を説明する図である。 感光層の波長に応じた光吸収率の変化特性の一例を示すグラフである。 第１の実施の形態により露光されるパターンの現像後の感光層のエッジ部分の断面の状態を模式的に表す図である。 図８に示した感光層のエッジ部分に傾斜を形成する為の露光光の強度分布の一例を模式的に示す図である。 図８に示した感光層に傾斜したエッジ部を持つ開口部を形成する際に設定される露光光の強度分布の一例を模式的に示す図である。 描画用のパルス状のビームのスポット光の直径を標準的な設定にして、基板上で２画素分（８μｍ線幅）に相当する４パルス分の未露光部を形成する場合に得られる規格化された露光光の強度分布の一例をシミュレーションしたグラフである。 図１１と同様にスポット光の直径を標準的な設定にして、基板上で２画素分（８μｍ線幅）に相当する４パルス分の未露光部を形成する場合に、エッジ部の露光画素に対する２パルス分のスポット光のうちの１パルス分を抜いたときに得られる規格化された露光光の強度分布の一例をシミュレーションしたグラフである。 図１２と同様に、エッジ部の露光画素に対する２パルス分のスポット光のうちの１パルス分を抜くと共に、スポット光の直径を標準的に設定される値の２倍程度に拡大した場合に得られる規格化された露光光の強度分布の一例をシミュレーションしたグラフである。 基板（感光層）上に主走査方向に４画素、副走査方向に５画素の矩形状の未露光パターンを描画する際に、スポット光のオン・パルス光（照射）とオフ・パルス光（非照射）の２次元的な配列マップの一例を示す図である。 スポット光の直径を可変とする為に、図３に示した描画ユニット内に設けられるビームエキスパンダの具体的な構成を示す図である。 スポット光の直径を可変とする為に、図１に示したビーム調整系内に設けられる光学系の構成を示す図である。 基板に投射される描画用のビームのビームウェストの状態とフォーカス位置との関係を説明する図である。 図１４に示したスポット光の配列マップに対して、１つの露光画素を３×３の９パルスのスポット光で描画するように変形した場合の配列マップの一例を示す図である。 第２の実施の形態におけるパターン描画時のスポット光の照射配列の一例を示し、パターンのエッジ部に対応した露光画素に対して照射されるパルス数を、エッジ部以外に対応した露光画素に照射されるパルス数に対して相対的に多くした例を示す図である。 図１９のスポット光の照射配列によって基板（感光層）に与えられる露光光の分布において、パターンのエッジ部に対応した露光画素の強度が他の露光画素よりも増加することを模式的に表した図である。 図１９と同じスポット光の照射条件のもとで、パターンのエッジ部が主走査方向に延びる部分で、エッジ部に対応した露光画素に対して副走査方向に関してパルス数を増加させる様子を模式的に表す図である。 副走査方向に並ぶ画素に対して図２１に示したように、露光画素に対して照射されるスポット光のパルス数を副走査方向に変えるためのビットマップの一例を示す図である。 描画用のビームの開口数やビーム断面内の強度分布を変形する為の各種の構成を示す図である。 現像後の感光層を絶縁層として残し、その上に配線等のパターンを積層する場合の一例を誇張して示す断面図である。 第３の実施の形態における標準露光モードの場合の描画ビット列データＳＤｎとスポット光ＳＰのパルス発光タイミングとの関係を模式的に示した図である。 図２５の標準露光モードに対して描画速度を１／１０に低下させた多重露光モードでスペースパターンを描画露光する様子を示す図である。 図２６の多重露光モードによるスペースパターンの露光を変形して、パターンエッジ部のレジスト像に逆テーパー状に傾いたサイドウォールを形成する為の特殊露光モードでの描画露光の様子を説明する図である。 図２７で設定された特殊露光モードに基板Ｐ上に描画されるスペースパターンの積算された光量（強度）分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図２７に示した特殊露光モードで感光層（レジスト層）露光されたライン＆スペースパターンの現像後の残膜の状態を模式的に示した図である。 図２８でシュミレーションされた光量分布によって、ネガ型のレジスト層に線幅１４μｍのパターンを露光して現像した後に残膜したレジスト像のＳＥＭ観察写真である。

本発明の態様に係る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。

〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態によるパターン描画装置（露光装置）ＥＸの概略的な全体構成を示す図であり、図２は図１のパターン描画装置ＥＸに組み込まれる描画ユニットの配置を示す斜視図である。図１、図２において、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方向とする。

本実施の形態におけるパターン描画装置ＥＸは、可撓性の基板Ｐに露光処理を施して、主に電子デバイスを製造するデバイス製造システムで使われるが、精密なメタルハードマスクを製造するマスク製造システムとしても使われる。基板Ｐは、製造システム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、または酸化ケイ素などでもよい。また、基板Ｐは、フロート法などで製造された厚さ１００μｍ程度の極薄ガラスの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や箔などを貼り合わせた積層体であってもよい。さらに、基板Ｐはステンレス（ＳＵＳ）等の金属薄板（厚さは１ｍｍ程度）であっても良い。基板Ｐとして、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含有した数百μｍ以下の厚みのフィルム（以下、ＣＮＦシート基板とも呼ぶ）を用いると、ＰＥＴ（ポリエチレン・テレフタレート）等のフィルムに比べて高温（例えば２００℃程度）の処理にも耐え、ＣＮＦの含有率を高めることで線熱膨張係数を銅やアルミニウム程度にすることができる。

図１に示すように、枚葉の基板Ｐは、モータ等を含む駆動ユニットＤＵによってＸＹ面内で２次元に移動可能なステージ機構ＳＴ上に真空吸着等により平坦に保持される。ステージ機構ＳＴに支持された基板Ｐの表面の感光層には、図２にも示すように配置された６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々から投射されるビームＬＢ１～ＬＢ６の各々によるスポット光によって所望のパターンが描画される。６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々の内部構成は同一であって、図１に示すようにポリゴンミラーＰＭとテレセントリックな走査用レンズ系（例えば、ｆθレンズ系）ＦＴとを含む。描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々のポリゴンミラーＰＭで走査されるビームＬＢ１～ＬＢ６は、ｆθレンズ系ＦＴによって基板Ｐ上で直径が数μｍ程度のスポット光として集光され、Ｙ方向に一次元走査される。ポリゴンミラーＰＭによるスポット光の走査方向（Ｙ方向）を主走査方向とし、それと直交するＸ方向を副走査方向とする。基板Ｐにパターンを描画する際、ステージ機構ＳＴは基板Ｐを副走査方向（Ｘ方向）に等速度で移動させる。６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々は、図１、図２に示すように、ＸＺ面内での断面形状が角柱状でＹ方向に延設された基準コラム部材ＣＦ２のＸ方向の両側に、Ｚ軸方向に延設された回転シャフト部ＬＥｎ（図２では、描画ユニットＵ１に対応した回転シャフト部ＬＥ１のみを示す）を介して軸支されている。

基準コラム部材ＣＦ２の－Ｘ方向側には、奇数番の描画ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５がＹ方向に一定の間隔で配置され、基準コラム部材ＣＦ２の＋Ｘ方向側には、偶数番の描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６がＹ方向に一定の間隔で配置される。このように、複数の描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々を、回転シャフト部ＬＥｎで軸支してＸＹ面内で微少回転可能とする構成の具体例は、例えば国際公開第２０１６／１５２７５８号パンフレットに開示されている。なお、図２に代表して示すように、描画ユニットＵ１から基板Ｐに投射されるスポット光が主走査方向（Ｙ方向）に走査される際の軌跡を描画ラインＳＬ１としたとき、他の奇数番の描画ユニットＵ３、Ｕ５の各々によるスポット光の走査軌跡である描画ラインＳＬ３、ＳＬ５は、描画ラインＳＬ１と同軸にＹ方向に延びる線上に配置され、同様に、偶数番の描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６の各々によるスポット光の走査軌跡である描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６の各々は、Ｙ方向に延びる線上に配置される。６つの描画ラインＳＬ１～ＳＬ６の各々によって基板Ｐ上に描画されるパターンは、基板Ｐ上でＹ方向に継ぎ合わせることができる。

図１、図２に示すように、基準コラム部材ＣＦ２のＹ方向の両端部付近には、ステージ機構ＳＴのＸ方向の移動位置を計測するための測長用の干渉計ＩＦＳｘの基準となる固定鏡ＭＲｘが固定される。干渉計ＩＦＳｘは、ステージ機構ＳＴのＸ方向の端部にＹ方向に棒状に延びて設けられた移動鏡（バーミラー）ＳＭｘと固定鏡ＭＲｘとの各々にレーザビームを投射して、固定鏡ＭＲｘを基準にして移動鏡ＳＭｘ（即ちステージ機構ＳＴ）のＸ方向の移動位置、及びＸＹ面内での微少な回転誤差（ヨーイング量）を計測する。また、図１では図示を省略したが、ステージ機構ＳＴのＹ方向の移動位置を計測するための測長用の干渉計ＩＦＳｙも設けられ、干渉計ＩＦＳｙは、ステージ機構ＳＴのＹ方向の端部にＸ方向に棒状に延びて設けられた移動鏡（バーミラー）ＳＭｙと、基準コラム部材ＣＦ２のＹ方向の中央内部に設けられた固定鏡ＭＲｙとの各々にレーザビームを投射して、固定鏡ＭＲｙを基準にして移動鏡ＳＭｙ（即ちステージ機構ＳＴ）のＹ方向の移動位置を計測する。図２に示すように、固定鏡ＭＲｘの反射面はＹＺ面と平行であり、干渉計ＩＦＳｘから固定鏡ＭＲｘに向かうビーム（及び反射ビーム）ＩＢｒｘは、Ｘ軸と平行に設定される。また、基準コラム部材ＣＦ２のＹ方向の中央内部に設けられる固定鏡ＭＲｙの反射面はＸＺ面と平行であり、干渉計ＩＦＳｙから固定鏡ＭＲｙに向かうビーム（及び反射ビーム）ＩＢｒｙは、基準コラム部材ＣＦ２のＹ方向の端部から中央部に向けてくり貫かれた貫通部ＣＦ２ａを通るように配置される。その他に、ステージ機構ＳＴのピッチング（例えば、Ｙ軸回りの微小傾斜）量とローリング（例えばＸ軸回りの微小傾斜）量との各々を計測する干渉計ユニットも設けられ、ステージ機構ＳＴ（基板Ｐ）の３次元的な姿勢変化も計測される。

以上の構成で、干渉計ＩＦＳｘの計測基準となる固定鏡ＭＲｘの反射面は、ＸＹ面内でみたとき、奇数番の描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５が通るＹ軸と平行な線と、偶数番の描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６が通るＹ軸と平行な線とのＸ方向の中間位置に配置され、干渉計ＩＦＳｙの計測基準となる固定鏡ＭＲｙの反射面は、ＸＹ面内でみたとき、６つの描画ラインＳＬ１～ＳＬ６をＹ方向に継ぎ合わせた全長（全幅）の中間位置に配置される。従って、干渉計ＩＦＳｘ、ＩＦＳｙによるステージ機構ＳＴの２次元の移動位置は、ＸＹ面内でみたとき、６つの描画ラインＳＬ１～ＳＬ６で囲まれる長方形の領域（ビーム投射領域）の幾何学的な中心点を基準として計測される。なお、図１に示すように、ステージ機構ＳＴの周辺部には、載置される基板Ｐの表面と同じ高さに設定された基準板ＦＭが固定されている。基準板ＦＭの表面には、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々から投射されるスポット光によって走査可能な基準パターンや、基板Ｐ上のマークを検出する為のアライメント系（マーク検出ユニット）ＡＭＡ、ＡＭＢによっても検出可能な基準マーク等が形成されている。アライメント系ＡＭＡ、ＡＭＢは、基板Ｐ上の感光層に対してほとんど感度を持たない波長域（波長５００ｎｍ以上）の照明光を、基板Ｐ上のマーク（基板マーク）や基準板ＦＭ上の基準マークに照射する照明系と、基板マークや基準マークからの反射光を受光して、各マークの拡大像を撮像する撮像素子を含む検出系と、を備える。

図１に示すように、６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々に入射するビームＬＢ１～ＬＢ６は、コラム定盤ＣＦ１上に取り付けられた光源装置ＬＳからの紫外波長域のレーザビームＬＢを高速に時分割にスイッチングして供給される。光源装置ＬＳは、本実施の形態では、後で個別に説明するが、周波数（発振周波数、所定周波数）Ｆａでパルス状に発光するビーム（パルスビーム、パルス光、レーザ）ＬＢを射出する。このビームＬＢは、２４０～４００ｎｍ程度の紫外波長帯域のいずれかにピーク波長を有し、波長幅が数十ｐｍ以下の紫外線光であり、基板Ｐの感光層に対して感度を有する。本実施の形態における光源装置ＬＳは、例えば、赤外波長域のパルス状の種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種光を３５５ｎｍの紫外波長のパルス光に変換する波長変換素子（高調波発生素子）などで構成されるファイバーアンプレーザ光源とする。このように光源装置ＬＳを構成することで、発振周波数Ｆａが数百ＭＨｚ（例えば４００ＭＨｚ）で、１パルス光の発光時間が数十ピコ秒以下の高輝度な紫外線のパルス光が得られる。光源装置ＬＳからＸ方向に発生するビームＬＢは、ビーム径が１ｍｍ程度のほぼ平行な光束となって第１のビーム調整系ＢＭＵを通り、ミラーＭ１で－Ｚ方向に反射された後、コラム定盤ＣＦ１上に、６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々に対応して配置された６つの選択用光学素子（音響光学変調器：ＡＯＭ）をＸＹ面と平行な面内でシリアルに透過するように導かれる。その６つのＡＯＭのいずれか１つをオン状態（偏向状態）にすることで、光源装置ＬＳからのビームＬＢは、６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６のいずれか１つに順番にスイッチングして供給される。このように、複数の描画ユニットＵ１～Ｕ６のいずれか１つに順番にビームＬＢをスイッチングして供給する方式は、例えば、国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレット、又は国際公開第２０１７／０５７４１５号パンフレットに開示されている。なお、図１のミラーＭ１は、第１のビーム調整系ＢＭＵから射出するビームＬＢに対して９８％程度の反射率と２％程度の透過率を有する誘電体多層膜によるレーザミラーであり、ミラーＭ１を透過したビームＬＢの一部（２％程度）は、光電センサＤＴａによって受光され、ビームＬＢの強度に対応した信号が得られる。

６つのＡＯＭの各々のいずれかでスイッチングされたビームＬＢ１～ＬＢ６は、コラム定盤ＣＦ１の開口部を－Ｚ方向に透過して、それぞれ描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々に対応して設けられた第２のビーム調整系ＢＶ１～ＢＶ６を通って、描画ユニットＵ１～Ｕ６に供給される。ビーム調整系ＢＶ１～ＢＶ６の各々は、内部に光路長を調整する為の複数の折り返しミラーの他に、レンズ素子、ビームＬＢ１～ＬＢ６の各々の進行方向を横方向に微少シフトさせる傾斜可能な石英の平行平板、ビームＬＢ１～ＬＢ６の各々の進行方向を微少角度だけ傾ける回転可能な頂角プリズム等を備える。ビーム調整系ＢＶ１～ＢＶ６の各々は、描画ユニットＵ１～Ｕ６に入射するビームＬＢ１～ＬＢ６の各々を、Ｚ軸と平行な状態で、且つＸＹ面内の規定位置を通るように調整することができる。６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々は、図２では代表して描画ユニットＵ１内のビーム光路として模式的に示すように、ビーム調整系ＢＶ１から－Ｚ方向に進むビームＬＢ１を－Ｘ方向に直角に反射させるミラーＭ２０、ミラーＭ２０からのビームＬＢ１を－Ｙ方向に折り曲げるミラーＭ２０ａ、ミラーＭ２０ａからのビームＬＢ１を偏光状態により－Ｘ方向に折り曲げる偏光ビームスプリッタＢＳ１、偏光ビームスプリッタＢＳ１からのビームＬＢ１を－Ｚ方向に折り曲げるミラーＭ２１、ミラーＭ２１からのビームＬＢ１を＋Ｘ方向に折り曲げるミラーＭ２２、ミラーＭ２２からのビームＬＢ１をポリゴンミラーＰＭの反射面に向けてＸＹ面内で折り曲げるミラーＭ２３、ポリゴンミラーＰＭで偏向されてｆθレンズ系ＦＴ（図２では図示省略）を通ったビームＬＢ１（ＸＹ面内でＹ方向にテレセントリックに走査される）を－Ｚ方向に折り曲げるミラーＭ２４と、を備える。

〔描画ユニットＵｎの光学構成〕
次に、図３を参照して描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の光学的な構成について説明するが、ここでは、奇数番の描画ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５を想定して構成を説明する。図３に示すように、描画ユニットＵｎ内には、ビームＬＢｎの入射位置から被照射面（基板Ｐの表面）までのビームＬＢｎの進行方向に沿って、図２で説明したミラーＭ２０、ミラーＭ２０ａ、偏光ビームスプリッタＢＳ１、ミラーＭ２１、ミラーＭ２２、Ｍ２３、ポリゴンミラーＰＭ、ミラーＭ２４の他に、レンズ系Ｇｕ１、レンズ系Ｇｕ２、開口絞りＮＰＡ、第１のシリンドリカルレンズＣＹａ、ｆθレンズ系ＦＴ、及び第２のシリンドリカルレンズＣＹｂが、ユニットフレーム内に一体となるように設けられる。ユニットフレームは図１、図２で示した基準コラム部材ＣＦ２に回転シャフト部ＬＥｎを介して取り付けられる。ミラーＭ２０で－Ｘ方向に反射されてミラーＭ２０ａに向かうビームＬＢｎの光路中の２つのレンズ系Ｇｕ１、Ｇｕ２は、入射してくるビームＬＢｎ（直径が１ｍｍ以下）の断面の直径を数ｍｍ（一例としては８ｍｍ）程度に拡大した平行光束に変換するビームエキスパンダ系として構成される。レンズ系Ｇｕ１は入射してくるビームＬＢ１（平行光束）を集光面Ｐｏ１でビームウェストとなるように収斂させ、レンズ系Ｇｕ２は集光面Ｐｏ１から発散して進むビームＬＢｎを平行光束に変換する。ビームエキスパンダ系で拡大されたビームＬＢｎは、ミラーＭ２０ａで－Ｙ方向に反射された後、偏光ビームスプリッタＢＳ１に入射する。ビームＬＢｎは、偏光ビームスプリッタＢＳ１で－Ｘ方向に効率的に反射されるような直線偏光に設定されている。なお、偏光ビームスプリッタＢＳ１の開口絞りＮＰＡ側の面には１／４波長板が設けられている。

偏光ビームスプリッタＢＳ１で反射されたビームＬＢｎ（円偏光）は、円形開口を有する開口絞りＮＰＡによって、ビームＬＢ１の強度プロファイル上の周辺部（例えば裾野の１／ｅ²以下の強度部分）がカットされる。開口絞りＮＰＡを透過してミラーＭ２１で－Ｚ方向に反射されたビームＬＢｎは、第１のシリンドリカルレンズＣＹａに入射する。また、描画ユニットＵｎ内には、基板Ｐの表面（または基準板ＦＭの表面）で反射したビームＬＢｎの反射光を、ｆθレンズ系ＦＴ、ポリゴンミラーＰＭ、および、偏光ビームスプリッタＢＳ１等を介して検出するためのレンズ系Ｇｕ４と光検出器（光電センサ）ＤＴｏが設けられる。光電センサＤＴｏとしては、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、金属－半導体－金属（ＭＳＭ）フォトダイオード等が利用できる。

描画ユニットＵｎに入射したビームＬＢｎは、回転シャフト部ＬＥｎの回転中心軸と同軸になるように－Ｚ方向に進み、ＸＹ平面に対して４５°傾いたミラーＭ２０に入射する。ミラーＭ２０で反射したビームＬＢｎは、レンズ系Ｇｕ１、レンズ系Ｇｕ２を通って－Ｘ方向に離れたミラーＭ２０ａに向けて平行光束となって進む。ミラーＭ２０ａは、ＹＺ平面に対して４５°傾いて配置され、入射したビームＬＢｎを偏光ビームスプリッタＢＳ１に向けて－Ｙ方向に反射する。偏光ビームスプリッタＢＳ１の偏光分離面はＹＺ平面に対して４５°傾いて配置され、Ｐ偏光のビームを反射し、Ｐ偏光と直交する方向に偏光した直線偏光（Ｓ偏光）のビームを透過する。描画ユニットＵｎに入射するビームＬＢｎをＰ偏光のビームとすると、偏光ビームスプリッタＢＳ１は、ミラーＭ２０ａからのビームＬＢｎを－Ｘ方向に反射させて開口絞りＮＰＡを介してミラーＭ２１側に導く。ミラーＭ２１はＸＹ平面に対して４５°傾いて配置され、入射したビームＬＢｎを第１のシリンドリカルレンズＣＹａを通すようにミラーＭ２２に向けて－Ｚ方向に反射する。ミラーＭ２２は、ＸＹ平面に対して４５°傾いて配置され、入射したビームＬＢｎをミラーＭ２３に向けて＋Ｘ方向に反射する。ミラーＭ２３は、入射したビームＬＢｎをポリゴンミラーＰＭに向けて反射する。

第１のシリンドリカルレンズＣＹａは、図３中ではＸ方向（副走査方向）にビームＬＢｎを収斂する屈折力を有し、Ｙ方向（主走査方向）には屈折力を有しないように、母線方向が設定される非等方性の屈折力を有する屈折光学素子である。従って、シリンドリカルレンズＣＹａを通った後のビームＬＢｎは、結果的に、副走査方向（図３に示したポリゴンミラーＰＭの回転軸ＡＸｐの方向）に関しては収斂ビームとなり、主走査方向（ポリゴンミラーＰＭによるビームの偏向方向）に関しては平行ビームとなる。さらに、シリンドリカルレンズＣＹａから射出して、ミラーＭ２２、Ｍ２３を介してポリゴンミラーＰＭの反射面上に照射されるビームＬＢｎは、主走査方向に関しては細長く延び、副走査方向に関しては絞られたスリット状に集光される。

ポリゴンミラーＰＭは、入射したビームＬＢｎをＸ軸と平行な光軸ＡＸｆを有するｆθレンズ系ＦＴに向けて＋Ｘ方向側に反射する。ポリゴンミラーＰＭは、ビームＬＢｎのスポット光ＳＰを基板Ｐの表面上で走査するために、入射したビームＬＢｎをＸＹ平面と平行な面内で１次元に偏向（反射）する。ポリゴンミラーＰＭは、Ｚ軸方向に延びる回転軸ＡＸｐの周りに形成された複数の反射面（本実施の形態では正八角形の各辺）を有し、回転軸ＡＸｐと同軸の回転モータＲＭによって回転される。回転モータＲＭは、描画制御装置２００（次の図４で後述する）によって、指定された回転速度（例えば、３万～４万ｒｐｍ程度）で回転する。パターンデータに応答して実際に描画が可能な描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１～ＳＬ６）の実効的な長さ（例えば、５０ｍｍ）は、このポリゴンミラーＰＭによってスポット光ＳＰを走査することができる最大走査長（例えば、５２ｍｍ）以下の長さに設定されており、初期設定（設計上）では、最大走査長の中央に描画ラインＳＬｎの中心点（ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆが通る点）が設定されている。さらに、描画ユニットＵｎ内には、描画ユニットＵｎの描画開始タイミング（スポット光ＳＰがｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆに対して特定の像高位置になった瞬間）を検出するために、ポリゴンミラーＰＭの各反射面の角度が所定の角度位置になった瞬間にパルス状に変化する原点信号ＳＺｎを出力する原点センサ（原点検出器）としてのビーム送光系６０ａとビーム受光系６０ｂとが設けられる。ポリゴンミラーＰＭが８つの反射面を有する場合、ビーム受光系６０ｂは、ポリゴンミラーＰＭの１回転中に８回の原点信号ＳＺｎ（８回の波形変化）を出力する。

第１のシリンドリカルレンズＣＹａによって、ビームＬＢｎはポリゴンミラーＰＭの反射面上でＸＹ平面と平行な方向に延びたスリット状（長楕円状）に収斂する。ｆθレンズ系ＦＴの後に配置され、副走査方向にビームＬＢｎを収斂する屈折力を有し、Ｙ方向（主走査方向）には屈折力を有しない第２のシリンドリカルレンズＣＹｂと、第１のシリンドリカルレンズＣＹａとによって、ポリゴンミラーＰＭの各反射面がＺ軸（回転軸ＡＸｐ）と平行な状態から傾いても、基板Ｐの表面に照射されるビームＬＢｎのスポット光ＳＰ（描画ラインＳＬｎ）の照射位置を副走査方向（Ｘ方向）にずれないようにする面倒れ補正系が構成される。図３に示すビームＬＢｎの光路において、副走査方向に関してはポリゴンミラーＰＭの各反射面と基板Ｐの表面（又はビームＬＢｎがスポット光ＳＰとして集光されるベストフォーカス面）とは、ｆθレンズ系ＦＴとシリンドリカルレンズＣＹｂの合成光学系によって光学的に共役な関係（結像関係）に設定される。従って、レンズ系Ｇｕ１の後の集光面Ｐｏ１と、基板Ｐの表面（又はベストフォーカス面）とは、光学的に共役関係となっている。その為、レンズ系Ｇｕ１の光軸方向の配置を調整することにより、集光面Ｐｏ１の位置が光軸方向に微調整され、基板Ｐ上でのスポット光ＳＰのフォーカス状態を調整することができる。なお、基板Ｐ上のスポット光ＳＰのフォーカス状態は、レンズ系Ｇｕ１の後のレンズ系Ｇｕ２を光軸方向に位置調整しても変えることができる。

ビームＬＢｎのｆθレンズ系ＦＴへの入射角θ（光軸ＡＸｆに対する角度）は、ポリゴンミラーＰＭの回転角（θ／２）に応じて変わる。ビームＬＢｎのｆθレンズ系ＦＴへの入射角θが０度のとき、ｆθレンズ系ＦＴに入射したビームＬＢｎは、光軸ＡＸｆ上に沿って進む。ｆθレンズ系ＦＴからのビームＬＢｎは、ミラーＭ２４で－Ｚ方向に反射され、第２のシリンドリカルレンズＣＹｂを介して基板Ｐに向けて投射される。ｆθレンズ系ＦＴおよび母線がＹ方向と平行なシリンドリカルレンズＣＹｂ、さらにはビームエキスパンダ系（レンズ系Ｇｕ１、Ｇｕ２）と開口絞りＮＰＡの作用によって、基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎは、波長３５５ｎｍ、開口数（ＮＡ）を０．０６としたとき、ベストフォーカス面で直径が２～３μｍ程度の微小なスポット光ＳＰに収斂される。以上の図３に示した描画ユニットＵｎの構成は、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々についても全く同じに構成される。これによって、６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々がビームＬＢ１～ＬＢ６の各スポット光ＳＰを主走査方向（Ｙ方向）に一次元に走査しつつ、基板ＰをＸ方向に移動させることによって、基板Ｐの表面がスポット光ＳＰによって相対的に２次元走査され、基板Ｐ上には描画ラインＳＬ１～ＳＬ６の各々で描画されるパターンがＹ方向に継ぎ合わされた状態で露光される。

本実施の形態の場合、光源装置ＬＳからのビームＬＢが、数十ピコ秒以下の発光時間のパルス光である為、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、４００ＭＨｚ）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と次の１パルス光によって投射されるスポット光とを、主走査方向（並びに副走査方向）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、スポット光の実効的なサイズφ、スポット光の主走査の速度Ｖｓｐ、および、ビームＬＢの発振周波数Ｆａによって設定される。スポット光の実効的なサイズ（直径）φは、スポット光の強度分布がガウス分布で近似される場合、スポット光のピーク強度１／ｅ²（または半値全幅）の強度となる幅寸法で決まる。本実施の形態において、典型的（標準的）な装置設定では、実効的なサイズ（寸法）φに対して、スポット光ＳＰがφ／２程度でオーバーラップするように、スポット光の走査速度Ｖｓｐ（ポリゴンミラーＰＭの回転速度）と発振周波数Ｆａとの関係が設定される。したがって、パルス状のスポット光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と交差した方向）に関しても、描画ラインＳＬｎに沿ったスポット光の１回の走査と、次の走査との間で、基板Ｐがスポット光の実効的なサイズφの略１／２の距離だけ移動するように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。本実施の形態での標準的な装置仕様では、スポット光の基板Ｐ上での実効的なサイズ（寸法）φと、描画データ上で設定される１画素の寸法とが同程度に設定される。しかしながら、標準的ではない特別な条件下での描画モード（特殊露光モード）の場合、１画素の寸法をスポット光の実効的なサイズ（寸法）φに対して１／２～１／３程度に小さく設定する場合もある。

一例として、描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１～ＳＬ６）の実効的な走査長をＬＴとして５０ｍｍに設定し、スポット光ＳＰの実効的な直径φを４μｍ、光源装置ＬＳからのビームＬＢのパルス発光の発振周波数Ｆａを４００ＭＨｚとし、描画ラインＳＬｎ（主走査方向）に沿ってスポット光ＳＰが直径φの１／２ずつオーバーラップするようにパルス発光させる場合、スポット光ＳＰのパルス発光の主走査方向の間隔は基板Ｐ上で２μｍとなり、これは発振周波数Ｆａの周期Ｔｆ（＝１／Ｆａ）である２．５ｎＳ（１／４００ＭＨｚ）に対応する。また、この場合、描画データ上で規定される画素寸法をＤｐｘとしたとき、Ｄｐｘが基板Ｐ上で４μｍ角に設定されるものとすると、１画素は主走査方向と副走査方向の各々に関してスポット光ＳＰの２パルス分で露光される。したがって、スポット光ＳＰの主走査方向の走査速度Ｖｓｐと発振周波数Ｆａは、Ｖｓｐ＝（φ／２）／Ｔｆ＝（φ／２）・Ｆａの関係になるように設定される。一方、走査速度Ｖｓｐは、ポリゴンミラーＰＭの回転速度ＶＲ（ｒｐｍ）と、実効的な走査長ＬＴと、ポリゴンミラーＰＭの反射面の数Ｎｐ（＝８）と、ポリゴンミラーＰＭの１つの反射面による走査効率１／αとに基づいて、以下のように定められる。
Ｖｓｐ＝（８・α・ＶＲ・ＬＴ）／６０〔ｍｍ／秒〕 ・・・ 式（１）
したがって、発振周波数Ｆａ（周期Ｔｆ）と回転速度ＶＲ（ｒｐｍ）とは、以下の関係になるように設定される。
（φ／２）／Ｔｆ＝（８・α・ＶＲ・ＬＴ）／６０ ・・・ 式（２）

以上のことから、発振周波数Ｆａを４００ＭＨｚ（Ｔｆ＝２．５ｎＳ）、スポット光ＳＰの直径φを４μｍとしたとき、発振周波数Ｆａから規定される走査速度Ｖｓｐは、０．８μｍ／ｎＳ（＝２μｍ／２．５ｎＳ）となる。この走査速度Ｖｓｐに対応させるためには、走査効率１／αを０．３（α≒３．３３）、走査長ＬＴを５０ｍｍとしたとき、式２の関係から、８面のポリゴンミラーＰＭの回転速度ＶＲを３６０００ｒｐｍに設定すればよい。また、本実施の形態では、標準的な装置仕様として、ビームＬＢｎの２パルス分を主走査方向と副走査方向の各々に関して、スポット光ＳＰの直径φの１／２だけオーバーラップさせて１画素とするが、露光量（ＤＯＳＥ量）を高める為に、スポット光ＳＰの直径φの２／３ずつオーバーラップさせた３パルス分、又はスポット光ＳＰの直径φの３／４ずつオーバーラップさせた４パルス分を１画素とするように設定しても良い。従って、１画素当りのスポット光ＳＰのパルス数をＮｓｐとすると、先の式２の関係式は、一般化して以下の式３のように表せる。
（φ／Ｎｓｐ）／Ｔｆ＝（Ｎｐ・α・ＶＲ・ＬＴ）／６０ ・・・ 式（３）
標準的な装置仕様（描画条件）においては、この式３の関係を満たすように光源装置ＬＳの発振周波数Ｆａ（周期Ｔｆ）とポリゴンミラーＰＭの回転速度ＶＲとの少なくとも一方が調整される。

〔描画制御系〕
次に、図４を参照して、本実施の形態における描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々によるパターン描画の制御、及びスポット光ＳＰの強度や露光量を調整する為の制御を行う描画制御系の概略構成を説明する。図４は、図１に示した光源装置ＬＳからのビームＬＢを描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々に選択的に供給するビーム切換部として図１のコラム定盤ＣＦ１上に設けられる６つの選択用光学素子（ＡＯＭ）ＯＳ１～ＯＳ６、ミラーＭ１、Ｍ７、Ｍ８、Ｍ１３、６つの選択ミラーＩＭ１～ＩＭ６等の配置を模式的に示すと共に、光源装置ＬＳ、描画制御装置（描画制御部）２００、及び光量計測部２０２の接続関係を示す。描画制御装置２００は、図３に示した描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各々のビーム受光系６０ｂからの原点信号ＳＺ１～ＳＺ６を入力して、各描画ユニットＵｎのパターン描画のタイミングを決定すると共に、選択用光学素子（ＡＯＭ）ＯＳ１～ＯＳ６の各々に入射ビームＬＢを回折により偏向する為の駆動信号ＤＦ１～ＤＦ６を出力する。図１で説明したように、第１のビーム調整系ＢＭＵを通った光源装置ＬＳからのビームＬＢは、ミラーＭ１で反射されて、選択用光学素子ＯＳ５、ＯＳ６、ＯＳ３、ＯＳ４、ＯＳ１、ＯＳ２の順に通される。コラム定盤ＣＦ１上に設けられるビーム切換部には多数の折り返しミラーが設けられるが、図４では、光路中のミラーＭ１、Ｍ７、Ｍ８のみを示し、ビーム光路に沿った最後の選択用光学素子ＯＳ２の後には、ミラーＭ１３と吸収体（光トラップ）ＴＲとが設けられる。ミラーＭ１３は、最後の選択用光学素子ＯＳ２で偏向されずに透過してきたビームＬＢ（０次回折ビーム）を吸収体ＴＲに向けて反射する。

選択用光学素子ＯＳｎの各々は、偏向された１次回折光である描画用のビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）を、入射するビームＬＢ（０次ビーム）の中心軸に対して所定角度だけ偏向させるように設置される。選択用光学素子ＯＳｎの各々で偏向されたビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）は、選択用光学素子ＯＳｎの各々から所定距離だけ離れた位置に設けられた選択ミラーＩＭｎ（ＩＭ１～ＩＭ６）に投射される。各選択ミラーＩＭｎは、入射したビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）を－Ｚ方向に反射することで、ビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）をそれぞれ対応するビーム調整系ＢＶ１～ＢＶ６（図１参照）を介して描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）に導く。

各選択用光学素子ＯＳｎの構成、機能、作用などは互いに同一のものを用いるものとする。複数の選択用光学素子ＯＳｎの各々は、描画制御装置２００からの駆動信号（高周波信号）ＤＦ１～ＤＦ６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（ビームＬＢｎ）の発生をオン／オフする。例えば、ビーム光路の最初の選択用光学素子ＯＳ５は、駆動信号ＤＦ５が印加されずにオフ状態のとき、入射した光源装置ＬＳからのビームＬＢを偏向（回折）させずに透過する。したがって、選択用光学素子ＯＳ５を透過したビームＬＢは、次段の選択用光学素子ＯＳ６に入射する。一方、駆動信号ＤＦ５が印加されて選択用光学素子ＯＳ５がオン状態のとき、選択用光学素子ＯＳ５は入射したビームＬＢの１次回折ビームを選択ミラーＩＭ５に向けて偏向（回折）させる。すなわち、駆動信号ＤＦ１～ＤＦ６のオン／オフによって選択用光学素子ＯＳｎによるスイッチング（ビーム選択）動作が制御される。このようにして、各選択用光学素子ＯＳｎのスイッチング動作で偏向された光源装置ＬＳからのビームＬＢを、選択ミラーＩＭｎ（ＩＭ１～ＩＭ６）のいずれか１つで反射させて、対応する描画ユニットＵｎに導くことができ、且つ、ビームＬＢｎが入射する描画ユニットＵｎを順次に切り換えることができる。このように、複数の選択用光学素子ＯＳｎを光源装置ＬＳからのビームＬＢが順番に通るように直列（シリアル）に配置して、対応する描画ユニットＵｎに時分割でビームＬＢｎを供給する構成は、国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレットや国際公開第２０１７／０５７４１５号パンフレットに開示されている通りである。なお、図４では、４段目の選択用光学素子ＯＳ４のみが駆動信号ＤＦ４の印加によってオン状態になって、光源装置ＬＳからのビームＬＢの１次回折ビームを描画用のビームＬＢ４として描画ユニットＵ４に導いている状態を示している。

図４において、図１にも示したが、ミラーＭ１の裏面側には、光源装置ＬＳから射出したビームＬＢの強度（光量）を検出する光電センサＤＴａが設けられ、ミラーＭ１３の裏面側には、全ての選択用光学素子ＯＳ１～ＯＳ６がオフ状態のときに透過してくるビームＬＢの強度（光量）を検出する光電センサＤＴｂが設けられる。光電センサＤＴａ、ＤＴｂは、図３中に示した光電センサＤＴｏと同様に、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、金属－半導体－金属（ＭＳＭ）フォトダイオードのいずれかで構成される。光電センサＤＴａから出力される光電信号Ｓａは、光源装置ＬＳから射出されるビームＬＢの元の強度（光量）をモニターする為に光量計測部２０２に送られ、光電センサＤＴｂから出力される光電信号Ｓｂも、６つの選択用光学素子ＯＳ１～ＯＳ６の透過率の変動や回折効率の変動をモニターする為に光量計測部２０２に送られる。光電センサＤＴｏから出力される光電信号Ｓｏも、ステージ機構ＳＴの基準板ＦＭに形成された基準パターンや基準マークからの反射光量を計測する為に光量計測部２０２に送られる。

光源装置ＬＳは、ビームＬＢを周波数Ｆａでパルス発光させる為のクロック信号ＬＴＣ（例えば、４００ＭＨｚ）を生成するが、そのクロック信号ＬＴＣは描画制御装置２００と光量計測部２０２に送られる。描画制御装置２００は、スポット光ＳＰの１走査中に描画される画素数分に対応したビット数を含む描画ビット列データＳＤｎ（ｎは描画ユニットＵ１～Ｕ６のいずれかに対応した数）を光源装置ＬＳに送出する。さらに光源装置ＬＳと描画制御装置２００とは、インターフェイスバス（シリアルバスでも良い）ＳＪを介して、各種の制御情報（コマンドやパラメータ）をやり取りする。また、描画制御装置２００には、図１で説明したステージ機構ＳＴの移動位置や移動速度を制御する為のステージ制御装置２０４が接続されている。ステージ制御装置２０４は、描画制御装置２００から送られてくる指令情報（位置情報や速度情報）と、図１で説明した干渉計ＩＦＳｘ、ＩＦＳｙで計測されるステージ機構ＳＴの位置情報とに基づいて、駆動ユニットＤＵをサーボ制御する。

〔光源装置ＬＳ〕
光源装置ＬＳは、図５に示すようなファイバーアンプレーザ光源（光増幅器と波長変換素子によって紫外パルス光を発生するレーザ光源）とする。図５のファイバーアンプレーザ光源（ＬＳ）の構成は、例えば国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレットに詳しく開示されているので、ここでは簡単に説明する。図５において、光源装置ＬＳは、ビームＬＢを周波数Ｆａでパルス発光させる為のクロック信号ＬＴＣを生成する信号発生部１２０ａを含む制御回路１２０と、クロック信号ＬＴＣに応答して赤外波長域でパルス発光する２種類の種光Ｓ１、Ｓ２を生成する種光発生部１３５とを含む。種光発生部１３５は、ＤＦＢ半導体レーザ素子１３０、１３２、レンズＧＬａ、ＧＬｂ、偏光ビームスプリッタ１３４等を含み、ＤＦＢ半導体レーザ素子１３０は、クロック信号ＬＴＣ（例えば、４００ＭＨｚ）に応答してピーク強度が大きく峻鋭、若しくは尖鋭なパルス状の種光Ｓ１を発生し、ＤＦＢ半導体レーザ素子１３２は、クロック信号ＬＴＣに応答してピーク強度が小さく緩慢（時間的にブロード）なパルス状の種光Ｓ２を発生する。種光Ｓ１と種光Ｓ２は発光タイミングが同期（一致）していると共に、ともに１パルス当たりのエネルギー（ピーク強度×発光時間）が略同一となるように設定される。さらにＤＦＢ半導体レーザ素子１３０が発生する種光Ｓ１の偏光状態はＳ偏光に設定され、ＤＦＢ半導体レーザ素子１３２が発生する種光Ｓ２の偏光状態はＰ偏光に設定される。偏光ビームスプリッタ１３４は、ＤＦＢ半導体レーザ素子１３０からのＳ偏光の種光Ｓ１を透過させて電気光学素子（ポッケルスセル、カーセル等によるＥＯ素子）１３６に導くと共に、ＤＦＢ半導体レーザ素子１３２からのＰ偏光の種光Ｓ２を反射させて電気光学素子１３６に導く。

電気光学素子１３６は、図６の描画制御装置２００から送られてくる描画ビット列データＳＤｎに応じて、２種類の種光Ｓ１、Ｓ２の偏光状態を駆動回路１３６ａにより高速に切り換える。駆動回路１３６ａに入力される描画ビット列データＳＤｎの１画素分の論理情報がＬ（「０」）状態のとき、電気光学素子１３６は種光Ｓ１、Ｓ２の偏光状態を変えずにそのまま偏光ビームスプリッタ１３８に導き、描画ビット列データＳＤｎの１画素分の論理情報がＨ（「１」）状態のとき、電気光学素子１３６は入射した種光Ｓ１、Ｓ２の偏光方向を９０度回転させて偏光ビームスプリッタ１３８に導く。従って、電気光学素子１３６は、描画ビット列データＳＤｎの画素の論理情報がＨ状態（「１」）のときは、Ｓ偏光の種光Ｓ１をＰ偏光の種光Ｓ１に変換し、Ｐ偏光の種光Ｓ２をＳ偏光の種光Ｓ２に変換する。偏光ビームスプリッタ１３８は、Ｐ偏光の光を透過してレンズＧＬｃを介してコンバイナ１４４に導き、Ｓ偏光の光を反射させて吸収体１４０に導くものである。偏光ビームスプリッタ１３８を透過する種光（Ｓ１とＳ２のいずれか一方）を種光ビームＬｓｅとする。光ファイバー１４２ａを通ってコンバイナ１４４に導かれる励起光源１４２からの励起光（ポンプ光、チャージ光）は、偏光ビームスプリッタ１３８から射出してくる種光ビームＬｓｅと合成されて、ファイバー光増幅器１４６に入射する。

ファイバー光増幅器１４６にドープされているレーザ媒質を励起光で励起することにより、ファイバー光増幅器１４６内を通る間に種光ビームＬｓｅが増幅される。増幅された種光ビームＬｓｅは、ファイバー光増幅器１４６の射出端１４６ａから所定の発散角を伴って放射され、レンズＧＬｄを通って第１の波長変換光学素子１４８に集光するように入射する。第１の波長変換光学素子１４８は、第２高調波発生（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）によって、入射した種光ビームＬｓｅ（波長λ）に対して、波長がλの１／２の第２高調波を生成する。種光ビームＬｓｅの第２高調波（波長λ／２）と元の種光ビームＬｓｅ（波長λ）とは、レンズＧＬｅを介して第２の波長変換光学素子１５０に集光するように入射する。第２の波長変換光学素子１５０は、第２高調波（波長λ／２）と種光ビームＬｓｅ（波長λ）との和周波発生（Sum Frequency Generation：ＳＦＧ）により、波長がλの１／３の第３高調波を発生する。この第３高調波が、３７０ｎｍ以下の波長帯域（例えば、３５５ｎｍ）にピーク波長を有する紫外パルス光（ビームＬＢ）となる。第２の波長変換光学素子１５０から発生するビームＬＢ（発散光束）は、レンズＧＬｆによって、ビーム径が１ｍｍ程度の平行光束に変換されて光源装置ＬＳから射出する。

駆動回路１３６ａに印加される描画ビット列データＳＤｎの１画素分の論理情報がＬ（「０」）の場合（当該画素を露光しない非描画状態のとき）、電気光学素子１３６は入射した種光Ｓ１、Ｓ２の偏光状態を変えずにそのまま偏光ビームスプリッタ１３８に導く。そのため、コンバイナ１４４に入射する種光ビームＬｓｅは種光Ｓ２由来のものとなる。ファイバー光増幅器１４６（或いは波長変換光学素子１４８、１５０）は、そのようなピーク強度が低く、時間的にブロードな鈍った特性の種光Ｓ２に対する増幅効率（或いは波長変換効率）が低いため、光源装置ＬＳから射出されるＰ偏光のビームＬＢは、露光に必要なエネルギーまで増幅されないパルス光となる。このような種光Ｓ２由来で生成されるビームＬＢのエネルギーは極めて低く、基板Ｐに照射されるスポット光ＳＰの強度は極めて低レベルとなる。このように、光源装置ＬＳからは非描画状態のときも、微弱ではあるが紫外パルス光のビームＬＢが射出し続けるので、そのような非描画状態のときに射出されるビームＬＢを、オフ・ビーム（オフ・パルス光）とも呼ぶ。

一方、駆動回路１３６ａに印加される描画ビット列データＳＤｎの１画素分の論理情報がＨ（「１」）の場合（当該画素を露光する描画状態のとき）、電気光学素子１３６は入射した種光Ｓ１、Ｓ２の偏光状態を変えて偏光ビームスプリッタ１３８に導く。そのため、コンバイナ１４４に入射する種光ビームＬｓｅは種光Ｓ１由来のものとなる。種光Ｓ１由来の種光ビームＬｓｅの発光プロファイルは、ピーク強度が大きく尖鋭なので、種光ビームＬｓｅはファイバー光増幅器１４６（或いは波長変換光学素子１４８、１５０）によって効率的に増幅（或いは波長変換）され、光源装置ＬＳから出力されるＰ偏光のビームＬＢは基板Ｐの露光に必要なエネルギーを持つ。描画状態のときに光源装置ＬＳから出力されるビームＬＢは、非描画状態のときに射出されるオフ・ビーム（オフ・パルス光）と区別するために、オン・ビーム（オン・パルス光）とも呼ぶ。このように、光源装置ＬＳとしてのファイバーアンプレーザ光源内に、２種類の種光Ｓ１、Ｓ２のいずれか一方を描画用光変調器としての電気光学素子１３６で選択してから光増幅することにより、ファイバーアンプレーザ光源を、描画ビット列データ（ＳＤｎ）に応答して高速にバースト発光する紫外パルス光源とすることができる。

ところで、図４に示した描画制御装置２００は、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々からの原点信号ＳＺ１～ＳＺ６を入力して、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々のポリゴンミラーＰＭの回転速度を一致させると共に、その回転角度位置（回転の位相）を互いに所定の関係とするようにポリゴンミラーＰＭの回転を同期制御する機能も備える。さらに描画制御装置２００は、原点信号ＳＺ１～ＳＺ６に基づいて、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々のスポット光ＳＰによる描画ラインＳＬ１～ＳＬ６で描画すべき描画ビット列データＳＤｎを記憶するメモリを含む。描画制御装置２００には、メモリに記憶された描画ビット列データＳＤｎの１画素分のデータ（１ビット）をビームＬＢの何パルス分で描画するかが予め設定されている。例えば、１画素をビームＬＢの２パルス（主走査方向と副走査方向との各々に２つのスポット光ＳＰ）で描画すると設定されている場合、描画ビット列データＳＤｎのデータは、クロック信号ＬＴＣの２クロックパルス毎に１画素分（１ビット）ずつ読み出されて、図５の駆動回路１３６ａに印加される。

本実施の形態では、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々に入射してきたビームＬＢ１～ＬＢ６を主走査するためのポリゴンミラーＰＭの各々が、同一の回転速度で精密に回転しつつ、互いに一定の回転角度位相を保つように、図４の描画制御装置２００によって同期制御される。これによって、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々から基板Ｐに投射されるビームＬＢ１～ＬＢ６の各々の主走査のタイミング（スポット光ＳＰの主走査期間）を、互いに重複しないように設定することができる。したがって、ビーム切換部に設けられた選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）の各々のオン／オフの切り替えを、６つのポリゴンミラーＰＭの各々の回転角度位置に同期して制御することで、光源装置ＬＳからのビームＬＢを複数の描画ユニットＵｎの各々に時分割で振り分けた効率的な露光処理ができる。

なお、本実施の形態では、ポリゴンミラーＰＭが８つの反射面を有し、その１つの反射面による走査効率１／αを１／３程度としたので、ポリゴンミラーＰＭの約１５°未満の回転角度範囲が基板Ｐ上でのスポット光ＳＰの１走査の最大走査長（例えば５２ｍｍ）に対応する。その為、６つのポリゴンミラーＰＭを相対的に１５°ずつ角度位相をずらして回転させると共に、各ポリゴンミラーＰＭが８つの反射面を一面飛ばしでビームＬＢｎを走査するように選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）の各々のオン／オフの切り替えが制御される。このように、ポリゴンミラーＰＭの反射面を１面飛ばしで使った描画方式についても、国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレットに開示されている。

次に、図６を参照して、図１のパターン描画装置ＥＸを標準的な装置仕様（描画条件）の下で使ってパターン露光する際の状態を説明する。図６は、一例として主走査方向の線幅が１６μｍで副走査方向に直線的に伸びたラインパターンＬＴＰの２本を、主走査方向に間隔１２μｍで描画する際の様子を示し、図６（Ａ）は、ラインパターンＬＴＰに対応した描画ビット列データＳＤｎの画素のビット値の並びを表し、１画素の基板Ｐ上での寸法は４μｍ×４μｍとする。各画素のビット値「０」は非描画（オフ・パルス光）を意味し、ビット値「１」は描画（オン・パルス光）を意味する。図６（Ｂ）は、描画ビット列データＳＤｎの画素に対応した信号発生部１２０ａからのクロック信号ＬＴＣを表し、図６（Ｃ）は、スポット光ＳＰの主走査による軌跡である走査線のうち、例えば、副走査方向の４本の走査線ＳＬ１ａ、ＳＬ１ｂ、ＳＬ１ｃ、ＳＬ１ｄの各々に沿ってオン・パルス光のスポット光ＳＰが照射される様子を示す。図６（Ｃ）において、スポット光ＳＰの実効的な直径φは、画素の寸法と同じ４μｍに設定されている。先の式（１）～（３）で説明したように、標準的なパターン描画時の設定では、主走査方向と副走査方向の各々に関して、スポット光ＳＰは実効的な直径φの１／２ずつ、ずれて重なるようにパルス照射されるものとする。図６（Ｄ）は、基板Ｐの表面の感光層が単層のネガ・レジストで、厚さＲＴが標準的な１μｍ程度の場合に、現像処理後に基板Ｐ上に残膜したラインパターンＬＴＰのレジスト像ＬＴＰ’の断面を表し、図６（Ｅ）は、基板Ｐの表面の感光層が単層のポジ・レジストで、厚さＲＴが標準的な１μｍ程度の場合に、現像処理後に基板Ｐ上に残膜したラインパターンＬＴＰのレジスト像ＬＴＰ’の断面を表す。

図６（Ｄ）のように、ネガ・レジストの場合はスポット光ＳＰのオン・パルス光で照射された部分が現像液に対して不溶解性となって残膜し、図６（Ｅ）のように、ポジ・レジストの場合はスポット光ＳＰのオン・パルス光で照射されなかった部分が現像液に対して不溶解性となって残膜する。いずれの場合も、感光層（レジスト）の厚さＲＴが標準的な厚み程度（１μｍ程度）である場合、スポット光ＳＰのオン・パルス光は、感光層での光吸収率が高く透過性が低くても感光層の上面から底面まで十分に届き、現像後のラインパターンＬＴＰのレジスト像ＬＴＰ’のエッジ部分は、ほぼ垂直な状態になっている。

特開２００２－１８７３７４号公報に開示されているように、現像後の感光層の開口部分に電解メッキ（電鋳）方式でメタルマスク（電鋳マスク）となる金属を析出させる場合、感光層によるレジスト像ＬＴＰ’（残膜部）が隔壁となって、メタルマスク中の開口部を規定するので、メタルマスクの電解メッキによる厚みに対応して、感光層の厚みＲＴを設定する必要がある。メタルマスクの厚みは、一例として１０μｍ以上であり、感光層の厚みＲＴも１０μｍ以上に設定される。さらに、蒸着工程で使われるメタルマスクは蒸着装置内で被処理基板の表面に重ねて設置されるが、被処理基板上にメタルマスクの開口形状に従って蒸着される薄膜の形状特性や、その薄膜の膜厚均一性等を良好にする為に、メタルマスク中の開口部のエッジには、比較的に大きな傾斜が付けられる。このことから、基板Ｐ上に厚みＲＴが１０μｍ以上で形成された感光層の現像後のレジスト像ＬＴＰ’のエッジ部（サイドウォール）も、その傾斜になるように制御する必要がある。その為の一例は、感光層の種類や材質によって異なる光吸収特性も考慮して、感光層のパターンのエッジ部に相当する部分に与えられる光量（ドーズ量）に、エッジ部が延びる方向と直交する方向の分布（傾斜）を与えることである。

図７は、横軸に照射光（ビームＬＢｎ）の波長（ｎｍ）を取り、縦軸に規格化された吸収率（０～１）を取ったレジストの光吸収特性の一例を示す。図７のレジストの場合、波長３２０ｎｍ付近に吸収のピークがあり、波長３２０ｎｍ～４５０ｎｍの間で吸収率はほぼ線形に減少するような特性を有し、波長３５５ｎｍでの吸収率は約０．５５である。この図７の特性は一例であって、レジストの材料物質によって大きく異なる。感光層の厚みＲＴが大きい場合でも、レジスト像ＬＴＰ’のエッジ部（サイドウォール）を垂直に近い状態にするには、使用波長において吸収率が小さいレジストを用いるのが良い。本実施の形態では、ビームＬＢｎの波長３５５ｎｍにおける吸収率が比較的に大きくなるレジストが使われる。

図８は、本実施の形態によるパターン描画装置ＥＸによって露光されて、現像された後の基板Ｐの一部分の断面の構成を示す。図８において、基板Ｐの母材基板ＬＫ１はステンレス（ＳＵＳ）であり、その表面に所定の厚さでニッケル（Ｎｉ）によるベース層ＬＫ２が積層されている。ベース層ＬＫ２の上には、ネガタイプのレジスト層Ｌｕｖが厚さＲＴ（１０μｍ以上）で形成され、現像後にレジスト層Ｌｕｖの未露光部（非照射部）が除去されてエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂで挟まれた開口部ＨＬが形成される。電鋳マスクを作る場合、その開口部ＨＬで露呈したベース層ＬＫ２上に電解メッキにより金属層（ニッケルや銅等）が堆積される。レジスト層Ｌｕｖのエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂとなるサイドウォールは、開口部ＨＬ側に向けて傾斜する状態、所謂逆テーパー状に形成される。このような傾斜を与える為の一例として、本実施の形態では、図９に示すように、エッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂに照射される露光光（ビームＬＢｎ）の強度分布に大きな傾斜を与えるようにする。図９は、図８中のエッジ部Ｅｗａとなるレジスト層Ｌｕｖの部分９Ａでの露光の状態を模式的に説明する図である。レジスト層Ｌｕｖの光吸収率が大きい場合、露光光はレジスト層Ｌｕｖの上面Ｓｕｐから底面Ｓｂｍに進むにつれて減衰するので、露光光の強度によっては、レジスト層Ｌｕｖの底面Ｓｂｍまで十分な感光エネルギーが与えられない状態になる。そこで、図９の上段に示すように、エッジ部Ｅｗａとなる部分であって、開口部ＨＬ側に向けて与えられる露光光の強度Ｉｐの分布を規定値Ｔｈ（適正露光量を与える強度）から減少するような特性にする。それによって、図９の下段に黒丸で示すように、レジスト層Ｌｕｖ内の感光部分は傾斜したものとなり、現像の後には、レジスト層Ｌｕｖの黒丸で示した部分が残膜するような傾向となる。

そこで、図８のような開口部ＨＬの内側に向けて傾斜したエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂを形成する為には、図１０に示すように開口部ＨＬのエッジ付近で大きな傾斜を持つ強度分布の露光光をレジスト層Ｌｕｖに照射する。この図１０のような露光光の強度分布は、フォトマスクのパターンを投影露光方式でレジスト層Ｌｕｖに露光する場合は、パターンの像をデフォーカスさせることで、エッジ部の露光光の強度分布に連続した傾斜を与えることができる。しかしながら本実施の形態のように、光源装置ＬＳとしてファイバーアンプレーザ光源を用いて、ポリゴンミラーＰＭによって高速に走査されるスポット光ＳＰのオン／オフ（照射／非照射）でパターンを描画する装置では、スポット光ＳＰとなるパルス光（オン・パルス光）自体のピーク強度を、パルス毎に大きく変化させることは難しい。その為、本実施の形態では、描画するパターンのエッジ部の画素に対応して投射されるパルス光を１パルスだけ抜く（本来はオン・パルス光である処をオフ・パルス光に切り換える）ようにする。

図１１、図１２、図１３は、パルス抜きを行う場合の露光光の強度分布の変化をシミュレーションにて求めたグラフであり、それぞれ上段はスポット光ＳＰの規格化された強度分布を模式的に表し、下段は上段のスポット光ＳＰの強度分布を合成した規格化された強度分布を模式的に表す。また、図１１～図１３において、横軸は基板Ｐ上の主走査方向の位置（μｍ）を表し、縦軸は規格化された強度Ｉｐｒを表す。図１１は、基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの開口数（ＮＡ）を０．０６として、ガウス分布に近似したスポット光ＳＰの基板Ｐ上の直径φをおおよそ４μｍ、１画素の寸法を４×４μｍとし、主走査方向にφ／２のピッチでスポット光ＳＰを照射する間に、中心位置０の付近で４パルス分のスポット光ＳＰに相当する未露光部（２画素分の８μｍ線幅）を形成する場合を示す。図１１の上段のように、スポット光ＳＰは位置－１３μｍ、－１１μｍ、－９μｍ、－７μｍ、－５μｍ、５μｍ、７μｍ、９μｍ、１１μｍ、１３μｍの各々でオン・パルス光として投射され、２画素分の線幅に相当する位置－３μｍ、－１μｍ、１μｍ、３μｍの各々ではオフ・パルス光として未露光とされる。図１１の下段に示すように、このようなスポット光ＳＰによって合成された強度分布のエッジ部に相当する強度傾きΔＩＰａは、比較的に急峻となる。

そこで、図１２に示すように、主走査方向に関して、未露光とされる非露光画素（「０」）の隣に位置する露光画素（「１」）に対して与えられる２つのスポット光ＳＰのオン・パルス光のうち、未露光とされる画素側の一方のスポット光ＳＰはオン・パルス光とし、他方のスポット光ＳＰはオフ・パルス光となるように制御してみる。図１２の上段は、図１１と同じ光学条件（ビームＬＢｎの開口数、スポット光ＳＰの直径φ）のもとで、図１１と同じパターンを描画する際に、８μｍ（２画素分）の線幅のエッジ位置に最も近い位置－５μｍ、５μｍの各々に投射されるスポット光はオンとし、その隣の位置－７μｍ、７μｍの各々に投射される１つのスポット光ＳＰは意図的にオフとした場合を示す。この場合、図１２の下段に示すように、合成された露光光の強度分布のエッジ部付近には大きな強度ムラが発生する。このような強度ムラは、レジスト層Ｌｕｖのエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂのサイドウォールプロファイル（側壁面形状）を乱す場合があるので、好ましくない。

そこで、図１３の上段に示すように、光学条件としてのビームＬＢｎの開口数（ＮＡ）を０．０３に低下させてスポット光ＳＰの直径φを２倍程度の約８μｍのスポット光ＳＰ’に拡大し、図１２と同じようにオン・パルス光とオフ・パルス光とを制御した場合をシミュレーションしてみると、図１３の下段に示すように、スポット光ＳＰ’によって合成された強度分布のエッジ部に相当する強度傾きΔＩＰｂは、比較的に緩やかになる。なお、図１３に示したスポット光ＳＰ’のピーク値は、図１２に示したスポット光ＳＰのピーク値と同じ規格化強度Ｉｐｒ上で１．０としたが、実際の強度値はスポット光ＳＰ’の直径φを大きくした為、図１２のスポット光ＳＰのピーク値に対して半分程度になる。従って、図１３の下段に示す合成された強度分布の実際の強度値は、規格化強度Ｉｐｒ上では図１２の下段に示す合成された強度分布の規格化強度Ｉｐｒと同程度になる。以上のシミュレーションより、パターンのエッジ部を規定する画素（エッジ部露光画素）に対してオン・パルス光を照射する際は、そのエッジ部露光画素に対して主走査方向の隣に位置する未露光となる画素（非露光画素）側に照射するスポット光の一方はオン・パルス光とし、他方はオフ・パルス光とするように制御すると共に、標準的な光学条件として設定されるスポット光ＳＰの直径φ（１画素の寸法と同程度）を２倍程度に拡大したスポット光ＳＰ’にすると良い。

図１４は、以上の条件の下で、４×４μｍ角の画素ＰＩＣが主走査方向（Ｙ方向）に４画素並び、副走査方向（Ｘ方向）に５画素並ぶ矩形の開口部ＨＬとなる未露光パターンをレジスト層（感光層とも呼ぶ）Ｌｕｖに描画するときのオン・パルス光とオフ・パルス光の基板Ｐ上の照射位置の配列を模式的に示す図である。図１４において、黒丸はオン・パルス光ＯＮｐとなるスポット光の中心位置を表し、白丸はオフ・パルス光ＯＦｐとなるスポット光の中心位置を表し、本実施の形態では標準的に設定されるスポット光ＳＰの直径φに対して、描画時に設定されるスポット光ＳＰ’の直径φ’は２倍程度に設定されると共に、主走査方向に関するスポット光ＳＰ’のパルス光の照射ピッチはφ／２（標準的に設定されるピッチのまま）に設定される。また、図１４において、副走査方向に一定ピッチφ／２で並ぶ走査線ＳＬｎＡ、ＳＬｎＢ、ＳＬｎＣ、・・・ＳＬｎＲは、ポリゴンミラーＰＭの各反射面による偏向で走査されるスポット光ＳＰ’の軌跡である。

図１４に示すように、主走査方向に並ぶ４つの画素ＰＩＣ（非露光画素）のＹ方向の外側の両端に隣接する画素ＰＩＣの各々はパターンのエッジ部に対応したエッジ部露光画素ＰＩＣ’（一部に斜線を付して破線で表す）となるので、このエッジ部露光画素ＰＩＣ’に照射される主走査方向に並ぶ２つのスポット光ＳＰ’は、主走査方向に関して非露光画素に隣接する側がオン・パルス光ＯＮｐ（黒丸）とされ、非露光画素から離れる側がオフ・パルス光ＯＦｐ（白丸）とされる。すなわち、図１４の場合、Ｘ方向に等ピッチφ／２で並ぶ走査線ＳＬｎＡ、ＳＬｎＢ、ＳＬｎＣ、・・・ＳＬｎＲのうち、Ｘ方向に並ぶ５画素の未露光パターンを通る走査線ＳＬｎＥ～ＳＬｎＭのＹ方向の位置Ｙｐ１、Ｙｐ２の各々に照射されるスポット光ＳＰ’はオフ・パルス光ＯＦｐ（白丸）とされる。さらに、副走査方向に並ぶ５つの画素ＰＩＣ（非露光画素）に対して副走査方向のＸ方向の外側に隣接する露光画素はエッジ部露光画素ＰＩＣ’（一部に斜線を付して破線で表す）となり、Ｘ方向の両端のエッジ部露光画素ＰＩＣ’の各々に照射される副走査方向に並ぶ２つのスポット光ＳＰ’は、副走査方向に関して非露光画素に隣接する側がオン・パルス光ＯＮｐ（黒丸）とされ、非露光画素から離れる側がオフ・パルス光ＯＦｐ（白丸）とされる。すなわち、図１４の場合、４×５画素の未露光パターンのＸ方向の両端の外側に隣接するエッジ部露光画素ＰＩＣ’を通る２本の走査線ＳＬｎＣ、ＳＬｎＤと、２本の走査線ＳＬｎＯ、ＳＬｎＰのうち、４×５画素の未露光パターンから離れた側の走査線ＳＬｎＣ上と走査線ＳＬｎＰ上では、Ｙ方向に並ぶ非露光画素ＰＩＣに対応した範囲がオフ・パルス光ＯＦｐ（白丸）とされる。

先の図６で説明したように、本実施の形態では、１画素（ＰＩＣ、ＰＩＣ’）が描画ビット列データＳＤｎの１ビットで表され、その１ビットに対応して、光源装置ＬＳからのクロック信号ＬＴＣの２クロックパルス（すなわちスポット光ＳＰ’の２パルス分）が対応するように設定されている。そこで、本実施の形態では、クロック信号ＬＴＣの１クロック毎に、発振されるビームＬＢをオン・パルス光とオフ・パルス光とに切り換えられるように、図４の描画制御装置２００内、又は図５の制御回路１２０内に、描画ビット列データＳＤｎに基づいて、主走査方向に関して１画素を２ビットで表すパルス発光用のマップデータ（図１４中のオン・パルス光ＯＮｐかオフ・パルス光ＯＦｐの配置列データ）を作成して記憶するメモリ部が設けられる。即ち、そのパルス発光用のマップデータの１本の走査線に対応した総ビット数は、描画ビット列データＳＤｎの１本の走査線に対応した総ビット数の２倍となる。光源装置ＬＳ内の駆動回路１３６ａ（図５）には、描画ビット列データＳＤｎの代わりに、そのメモリ部からクロック信号ＬＴＣのクロックパルスに応答して読み出されるパルス発光用マップデータのシリアルなビットストリーム信号が印加され、光源装置ＬＳからのビームＬＢは、クロック信号ＬＴＣの１クロックパルス毎にオン・パルス光とオフ・パルス光のいずれかに切り換えるように制御される。

さらに本実施の形態では、光学条件としてのスポット光ＳＰ’の直径φ’を標準的に設定される直径φの約２倍にする為に、基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの開口数（ＮＡ）を標準的に設定される０．０６から約半分の０．０３に調整する機構が設けられる。図１５は、先の図３に示した描画ユニットＵｎ内のレンズ系Ｇｕ１とレンズ系Ｇｕ２によるビームエキスパンダ系から開口絞りＮＰＡまでの光路を示し、図１５（Ａ）は、基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの開口数（ＮＡ）を標準設定である０．０６にした状態を表し、図１５（Ｂ）は基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの開口数（ＮＡ）を０．０３にした状態を表す。本実施の形態では、ビームＬＢｎの開口数（ＮＡ）を調整する為に、ビームエキスパンダ系のレンズ系Ｇｕ１を構成する複数枚（例えば２枚）のレンズ素子の少なくとも一部の位置を光軸方向に調整できる可動機構を設け、レンズ系Ｇｕ２の後の開口絞りＮＰＡから射出するビームＬＢｎの直径を可変できるようにする。図１５（Ａ）に示すように、標準的な光学条件では、開口絞りＮＰＡの位置で、ビームＬＢｎの強度分布の裾野の１／ｅ²（ピーク強度の約１３．５％）の強度が開口絞りＮＰＡの開口径φｂ１でカットされることで、開口数（ＮＡ）が０．０６に設定される。なお、レンズ系Ｇｕ１の後でビームＬＢｎがビームウェストとなる集光面Ｐｏ１は、レンズ系Ｇｕ２の前側焦点距離の位置に設定されているので、レンズ系Ｇｕ２から開口絞りＮＰＡに向かうビームＬＢｎは平行光束となる。また、開口絞りＮＰＡはレンズ系Ｇｕ２の後側焦点距離の位置に配置される。

開口数（ＮＡ）を標準的な設定条件である０．０６から０．０３に低下させる際は、図１５（Ｂ）に示すように、レンズ系Ｇｕ１を構成する複数枚のレンズ素子の光軸ＡＸｅ方向の位置を変更して、レンズ系Ｇｕ１’から射出するビームＬＢｎが光軸ＡＸｅ上で図１５（Ａ）の集光面Ｐｏ１と同じ位置でビームウェストになるように収斂させると共に、その収斂度（或いは集光面Ｐｏ１からの発散度）を図１５（Ａ）の場合に比べて小さくなるように調整する。これによって、図１５（Ｂ）のように、開口絞りＮＰＡの開口から射出するビームＬＢｎは、図１５（Ａ）の場合の直径φｂ１よりも小さな直径φｂ２（≒φｂ１／２）に調整される。開口絞りＮＰＡを通るビームＬＢｎの直径をＤφとし、図３に示した描画ユニットＵｎのｆθレンズ系ＦＴの焦点距離をＦｆｔとすると、ビームＬＢｎの基板Ｐ上に投射される際の開口数（ＮＡ）は近似的にＤφ／Ｆｆｔで表され、スポット光ＳＰ’の直径φ’は、φ’≒０．６λ／ＮＡ（λはビームＬＢｎの波長）で表される。従って、開口数（ＮＡ）を小さくする（直径Ｄφを小さくする）ことで、スポット光ＳＰ’の直径φ’を大きくすることができる。以上のような光学条件（開口数又はスポット光の直径）の調整と、図１４に示したようなスポット光ＳＰ’のオン・パルス光とオフ・パルス光との設定によって、基板Ｐの感光層Ｌｕｖに露光されるパターンのエッジ部には傾斜した強度分布の露光光が与えられる。

以上、本実施の形態では、スポット光ＳＰ’として基板Ｐ上に投射される描画ビームＬＢｎの強度を、多数の画素ＰＩＣで規定されるパターンの描画データ（描画ビット列データＳＤｎ）に基づいてオン・パルス光ＯＮｐ又はオフ・パルス光ＯＦｐのいずれかに変調しつつ、スポット光ＳＰ’の投射位置を基板Ｐ上で画素ＰＩＣの２次元的な配列に沿って主走査方向（Ｙ方向）と副走査方向（Ｘ方向）とに相対走査することにより、基板Ｐ上にパターンを描画するパターン描画装置において、描画ビット列データＳＤｎに基づいて、相対走査中にスポット光ＳＰ’が照射される露光画素の各々に対しては、描画ビームＬＢｎとして所定周期Ｔｆで発振されるパルス光の所定数を射出し、相対走査中にスポット光ＳＰ’が非照射とされる非露光画素の各々に対しては所定数のパルス光の射出を中断する光源装置ＬＳと、描画ビット列データＳＤｎに基づいて、露光画素のうちでパターンのエッジ部に対応したエッジ部露光画素ＰＩＣ’に対して射出されるパルス光（オン・パルス光ＯＮｐ）の数が、所定数に対して相対的に増減されるように光源装置ＬＳを制御する描画制御装置２００と、が設けられる。

〔変形例１〕
以上の第１の実施の形態では、光学条件としてのスポット光ＳＰの直径を拡大（即ち、ビームＬＢｎの開口数を縮小）する為に、図１５のように、６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々に設けられているレンズ系Ｇｕ１の位置調整を行う必要があった。本変形例１では、図１、図４に示した第１のビーム調整系ＢＭＵによって、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々に入射するビームＬＢｎ（平行光束）の直径を調整する。図１６は、変形例１としてのビーム調整系ＢＭＵの概略構成を示し、光源装置ＬＳから射出されるビームＬＢの光路（光軸）に沿って、ビームエキスパンダを構成するレンズ系ＬＧ１（凹レンズ）とレンズ系ＬＧ２（凸レンズ）、光軸回りに回転可能な波長板ＱＰＰ、偏光ビームスプリッタＢＳｐ、及び縮小ズーム光学系ＶＢＣが設けられている。光源装置ＬＳから射出されるビームＬＢは、直径が１ｍｍ程度の平行光束であるが、レンズ系ＬＧ１、ＬＧ２によるビームエキスパンダによって直径が数ｍｍ程度の平行光束に変換される。波長板ＱＰＰは、回転機構２１０によって、レンズ系ＬＧ２から射出されるビームＬＢの偏光状態を、縦の直線偏光状態から横の直線偏光状態の間で回転させることができる。偏光ビームスプリッタＢＳｐはＸＹ面に対して４５°傾いた偏光分離面を有し、波長板ＱＰＰを通ったビームＬＢを、その偏光状態に応じて偏光分離面を透過する成分と偏光分離面で－Ｚ方向に反射する成分とに分割する。その分割の比率は、波長板ＱＰＰの回転角度位置に応じて任意に調整可能であり、それによって偏光ビームスプリッタＢＳｐの偏光分離面を透過して縮小ズーム光学系ＶＢＣに向かうビームＬＢの強度を調整することができる。なお、偏光ビームスプリッタＢＳｐの偏光分離面で反射されたビームＬＢの成分は、光吸収体（トラップ）ＬＴＲで吸収される。

偏光ビームスプリッタＢＳｐを透過したビームＬＢ（平行光束）は、縮小ズーム光学系ＶＢＣによって、入射時のビーム径を所定の倍率で縮小した平行光束に変換して射出される。縮小ズーム光学系ＶＢＣは、先の図１５に示したビームエキスパンダのレンズ系Ｇｕ１、Ｇｕ２の配置を逆にしたようなレンズ系を備え、一部のレンズ素子（１枚、又は２枚）の光軸方向の位置が移動機構２１２によって調整される。これによって、縮小ズーム光学系ＶＢＣから射出されるビームＬＢ（平行光束）は、直径が所定範囲内で任意の径に変更された状態で、ミラーＭ１によって反射されて、図４に示したビーム切換部のシリアルに接続された６つの選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）に入射する。選択用光学素子ＯＳｎの各々で回折によって偏向されて、描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各々に入射するビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）は、縮小ズーム光学系ＶＢＣから射出されるビームＬＢと同じ直径になるように設定されている。従って、図１５（Ａ）に示したように、描画ユニットＵｎ内のビームエキスパンダ（レンズ系Ｇｕ１、Ｇｕ２）の拡大倍率が標準的な値のまま（固定値）であっても、レンズ系Ｇｕ１に入射するビームＬＢｎの直径を標準的な値から縮小することにより、図１５（Ｂ）に示したように、開口絞りＮＰＡを通るビームＬＢｎを、標準的な直径φｂ１から直径φｂ２に縮小することができる。このように、本変形例１によれば、複数の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各々のレンズ系Ｇｕ１の配置（ビームエキスパンダの倍率）を個別に調整することなく、１か所の縮小ズーム光学系ＶＢＣを調整するだけで、描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各々から基板Ｐに投射されるビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）の開口数（ＮＡ）を共通に低減させることができる。

〔変形例２〕
以上の第１の実施の形態や変形例１では、光学条件としてのスポット光ＳＰの直径を、ビームＬＢｎの開口数の縮小によって、ベストフォーカス位置（ビームウェスト位置）で拡大するようにしたが、ビームＬＢｎの開口数は変えずに、フォーカス位置を変えることによって、スポット光ＳＰの直径φを拡大することもできる。図１７は、スポット光ＳＰが基板Ｐ上にベストフォーカス状態で投射されている状態を誇張して表し、ビームＬＢｎは所定の開き角θｎａで決まる開口数ＮＡ（＝ｓｉｎθｎａ）で収斂されて、基板Ｐに達する。ビームＬＢｎには、ビームウェスト位置に対して一定幅の焦点深度（ＤＯＦ）範囲が存在し、そのＤＯＦ範囲内に基板Ｐの表面が位置する場合、スポット光ＳＰは基板Ｐの表面にフォーカス状態で投射されたとみなされる。標準的な設定ではＤＯＦ範囲内に基板Ｐの表面が位置するように、例えば図１に示したステージ機構ＳＴ内に基板Ｐの高さ位置（Ｚ方向位置）を微調整するフォーカス調整機構が設けられている。そこで、図１４に示したような露光を行う際、ビームＬＢｎの開口数（ＮＡ）は標準的な値である０．０６にしたまま、ステージ機構ＳＴ内のフォーカス調整機構により、基板Ｐの表面が図１７中に示したＤＯＦ範囲の外側のＺ位置＋Ｐｚ、又はＺ位置－Ｐｚに位置するように設定する。これにより、基板Ｐの表面に投射されるスポット光ＳＰはデフォーカス状態となり、スポット光ＳＰの直径φを拡大させることができる。

そのようなデフォーカス状態は、例えば、図３、図１５に示したビームエキスパンダ（レンズ系Ｇｕ１、Ｇｕ２）内の集光面Ｐｏ１の位置（ビームＬＢｎのビームウェスト位置）を設計上の位置から光軸方向にずらすことによっても作り出せる。デフォーカス状態は、図１５（Ａ）に示した描画ユニットＵｎ内のレンズ系Ｇｕ１全体の位置を光軸方向に移動させる構成、或いは図１６に示した第１のビーム調整系ＢＭＵ内のレンズ系ＬＧ１の位置を光軸方向に移動させる構成とすることで容易に作り出せる。

〔変形例３〕
上記の変形例２と類似の方法ではあるが、基板Ｐ上に投射されるスポット光ＳＰの直径φを拡大する為に、光源装置ＬＳから射出されるビームＬＢの中心波長λｏを僅かにシフトさせたり、ビームＬＢの波長幅（スペクトル幅）Δλを僅かに広げたりすることで、意図的に色収差を発生させるようにしても良い。図３に示した描画ユニットＵｎ内の屈折光学素子（特にレンズ系Ｇｕ１、Ｇｕ２、シリンドリカルレンズＣＹａ、ＣＹｂ、ｆθレンズ系ＦＴ）の硝材は、波長３５５ｎｍに対する透過率が高い石英であることから、ビームＬＢｎの中心波長λｏを僅かにシフトさせると、石英の色収差特性によりフォーカス位置（ビームウェスト位置）が光軸方向にずれ、基板Ｐ上のスポット光ＳＰはデフォーカス状態になる。また、中心波長λｏは変えずに波長幅Δλを広げた場合も、石英の色収差特性によりビームウェスト位置でのビーム径が太くなるので、基板Ｐ上のスポット光ＳＰの直径が拡大する。このように、ビームＬＢの中心波長λｏや波長幅Δλを意図的に調整することは、光源装置ＬＳを図５に示したようなファイバーアンプレーザ光源の構成上の制約により難しい。

しかしながら、２台のファイバーアンプレーザ光源の各々を１つのクロック信号ＬＴＣに応答して同期発振させて、それぞれのファイバーアンプレーザ光源から同一のタイミングでオン・パルス光又はオフ・パルス光が発生するように制御し、各ファイバーアンプレーザ光源からのビームＬＢを同軸に合成して、図１又は図４のビーム調整系ＢＭＵに供給するように構成することは容易である。このように２台のファイバーアンプレーザ光源を用いる場合、ＤＦＢ半導体レーザ素子１３０、１３２からパルス発光される種光Ｓ１、Ｓ２の波長、励起光源１４２からの励起光（ポンプ光、チャージ光）の波長、及び波長変換光学素子１４８、１５０におけるマッチング条件を、２台のファイバーアンプレーザ光源間で僅かに異ならせることで、中心波長λｏが僅かに異なる２本のビームＬＢを同軸にして得ることができる。中心波長λｏの差は、例えば平均的な波長幅Δλ（一例としては４０ｐｍ）と同程度、或いはそれ以上に設定される。このように中心波長λｏが僅かに異なる２本のビームＬＢのオン・パルス光を同時に用いると、ビーム全体としての波長幅が広がったことになり、色収差の影響によってスポット光ＳＰの直径が拡大される。また、本変形例では、２台のファイバーアンプレーザ光源の各々から射出されるビームＬＢを同軸に合成して描画ユニットＵｎの各々に供給するため、基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの光エネルギーを２倍にすることができ、感光層Ｌｕｖの感度が低い場合、感光層Ｌｕｖの光吸収率が高い場合、或いは感光層Ｌｕｖの厚さＲＴが大きい場合でも、感光層Ｌｕｖに適正な露光量を与えることができる。

〔変形例４〕
以上の第１の実施の形態、及び変形例１～３では、 図１４で説明したように、基板Ｐ上の寸法として設定される１つの画素ＰＩＣのＸＹ方向の寸法と、標準的に設定されるスポット光ＳＰの直径φとは同程度に設定され、１つの画素ＰＩＣは、拡大された直径φ’のスポット光ＳＰ’のオン・パルス光ＯＮｐ、又はオフ・パルス光ＯＦｐで、主走査方向（Ｙ方向）と副走査方向（Ｘ方向）の各々にφ／２のピッチで照射された。しかしながら、画素ＰＩＣの寸法に対して、標準的に設定されるスポット光ＳＰの直径φが小さい場合であっても良い。図１８は、図１４と同様に、Ｘ方向とＹ方向の寸法がＤｐｘ（μｍ）の正方形の画素ＰＩＣの複数のうち、斜線部で示した画素を非露光画素とし、その周囲の画素を露光画素とするようなパターンを、直径φ’のスポット光ＳＰ’のオン・パルス光ＯＮｐ（黒丸）又はオフ・パルス光ＯＦｐ（白丸）のいずれかで照射する際に設定される、基板Ｐ上の照射位置の配列を模式的に示す図である。本変形例４では、画素ＰＩＣの寸法Ｄｐｘに対して、標準的に設定されるスポット光ＳＰの直径φが、φ＝（２／３）Ｄｐｘに設定され、走査線ＳＬｎＡ～ＳＬｎＨの各々に沿った主走査方向のオン・パルス光ＯＮｐ又はオフ・パルス光ＯＦｐの照射ピッチはφ／２に設定され、走査線ＳＬｎＡ～ＳＬｎＨの副走査方向のピッチもφ／２に設定される。従って、標準的な設定条件では、１つの露光画素ＰＩＣが、３×３の９つのスポット光ＳＰ（直径φ）で描画される。

先の図１４で説明したように、スポット光ＳＰの直径φを、拡大された直径φ’のスポット光ＳＰ’に調整して、エッジ部露光画素ＰＩＣ’に隣接して非露光画素が存在するときは、そのエッジ部露光画素ＰＩＣ’内で最も非露光画素に近い位置に照射されるスポット光ＳＰ’がオン・パルス光ＯＮｐとされ、その位置から一列分だけエッジ部露光画素ＰＩＣ’の内側にずれた位置に照射されるスポット光ＳＰ’はオフ・パルス光ＯＦｐとするように制御される。このように、標準的に設定されるスポット光ＳＰの直径φを１画素の寸法Ｄｐｘよりも小さくすると、露光画素の１画素当りに照射されるオン・パルス光ＯＮｐが９つになるため、感光層Ｌｕｖに与える露光量を増加させることができる。但し、光源装置ＬＳから射出されるビームＬＢのパルス発振の周波数Ｆａ（周期Ｔｆ）が一定だとすると、図１８のような描画制御の際には、ポリゴンミラーＰＭの回転速度を、図１４のように露光画素の１つを４つのオン・パルス光ＯＮｐで描画するときの回転速度の２／３に設定し、ステージ機構ＳＴによる基板Ｐの副走査方向の移動速度も２／３に設定する必要がある。

〔第２の実施の形態〕
以上の第１の実施の形態や変形例１～４では、図１３で示したシミュレーションの結果に基づいて、図１４や図１８のように、露光光の照射を受けるパターンのエッジ位置に最も近い位置に照射されるスポット光はオン・パルス光ＯＮｐとし、その内側で本来はオン・パルス光ＯＮｐとして照射されるスポット光をオフ・パルス光ＯＦｐとすることで、パターンのエッジ部分を横切る方向の露光光の強度分布を、図９や図１０のように傾斜させることとした。しかしながら、感光層Ｌｕｖの化学的な構造や成分の違いによって、図１０のような強度分布の露光光でパターンを描画しても、図８に示すように、現像後の感光層Ｌｕｖ中の開口部ＨＬの両側のエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂが期待通りに逆テーパー状にならないこともある。一部のフォトレジスト、例えば化学増幅型のフォトレジストに対して、フォトマスク上のライン＆スペース状のパターンを高いコントラスト像にして投影露光すると、現像後に残膜したラインパターンのレジスト像の厚み方向の線幅が、表面側では太く、底面側では細くなるような傾向を示すことがある。すなわち、第１の実施の形態とは逆に、描画すべきパターンのエッジ部の画素に対しては、露光光の強度を高めるような制御が必要になる。

そこで、本実施の形態では、そのような特性を有するフォトレジストが感光層Ｌｕｖとして形成された基板Ｐを露光する場合にも、現像後にエッジ部が逆テーパー状のサイドウォール、或いはテーパーがほとんど無い垂直なサイドウォールに形成されるように、描画条件や光学条件を調整する。図１９は、先の図１４と同様に、画素寸法Ｄｐｘが４×４μｍ角の画素ＰＩＣが主走査方向（Ｙ方向）と副走査方向（Ｘ方向）とに配列され、斜線部の非露光画素以外の露光画素に対して、直径φが画素ＰＩＣの寸法Ｄｐｘと同程度のスポット光ＳＰ（ビームＬＢｎの開口数は０．０６）のオン・パルス光が照射される状態を模式的に示した図である。本実施の形態では、走査線ＳＬｎＡ～ＳＬｎＥ・・・の各々に沿ったスポット光ＳＰのオン・パルス光（又はオフ・パルス光）の照射タイミングが、スポット光ＳＰの直径φの１／４毎に生じるように、光源装置ＬＳのクロック信号ＬＴＣ（周期Ｔｆ）に基づいてポリゴンミラーＰＭの回転速度が調整され、さらに走査線ＳＬｎＡ～ＳＬｎＥ・・・が副走査方向にφ／２のピッチで並ぶように、ポリゴンミラーＰＭの回転速度とステージ機構ＳＴの副走査方向の移動速度とが同期制御される。そして、描画ビット列データＳＤｎの１画素のビットデータは、クロック信号ＬＴＣの周期Ｔｆの４つ分に対応するように設定される。なお、本実施の形態において、副走査方向に露光画素が連続しているときは、各描画ユニットＵｎのポリゴンミラーＰＭが８つの反射面を１面飛ばしでビームＬＢｎを偏向走査して、図１９のように副走査方向に並ぶ画素ＰＩＣの各々に対して２本の走査線が対応するように設定される。

図４に示した描画制御装置２００、又は図５に示した光源装置ＬＳ内には、描画ビット列データＳＤｎに基づいて、クロック信号ＬＴＣのクロックパルスを１つおき（１パルス飛ばしずつ）にアサインするようなパルス発光用のビットマップ情報が生成され、そのビットマップ情報をクロック信号ＬＴＣの各クロックパルスに同期して読み出したパルス発光用のビットストリーム信号ＰＴＳを出力するパルス生成回路が設けられる。このパルス生成回路は、描画ビット列データＳＤｎを先読みして、着目する画素が論理値「１」の露光画素であって、且つ主走査方向の前後も論理値「１」の露光画素であるときは、着目する画素を主走査方向にφ／２の間隔で２つのオン・パルス光が照射されるようなビット列を生成し、着目する画素が論理値「１」の露光画素であって、且つ主走査方向の前後のいずれか一方に論理値「０」の非露光画素があるときは、着目する画素を主走査方向にφ／４の間隔で３つのオン・パルス光が照射されるようなビット列を生成する。従って、図１９に示すように、エッジ部以外の露光画素に対しては、クロック信号ＬＴＣのクロックパルスの１つおきに（１パルス飛ばしで）歯抜け状態でオン・パルス光ＯＮｐが照射されるが、パターンの主走査方向のエッジ部に相当する露光画素に対しては、歯抜けが無いようにオン・パルス光ＯＮｐが追加される。

このように、多数の画素ＰＩＣ中の露光画素のうち、パターンの主走査方向のエッジ部となる画素以外の露光画素の各々には、ビットストリーム信号ＰＴＳに応答して、クロック信号ＬＴＣのクロックパルスの１つおきにスポット光ＳＰの２つのオン・パルス光ＯＮｐを照射し、主走査方向のエッジ部となる露光画素の各々には、ビットストリーム信号ＰＴＳに応答して、クロック信号ＬＴＣの連続した３つのクロックパルスによって３つのオン・パルス光ＯＮｐを照射することにより、エッジ部に対応した露光画素に与えられる露光光の強度が増大され、パターンのエッジ部のコントラストを高めるエッジ強調が行われる。図２０は、主走査方向に連続した４つの露光画素と、連続した４つの非露光画素とが交互に配列されるライン＆パターンを、図１９のような描画制御のアルゴリズムによってオン・パルス光ＯＮｐを照射したときに得られる主走査方向に関する露光光の強度分布を模式的に表す図である。これにより、化学増幅型、或いはアクリル樹脂を含有する特定のフォトレジスト（ネガタイプ）による感光層Ｌｕｖの場合、現像後は露光画素の部分が残膜し、感光層Ｌｕｖのエッジ部（サイドウォール）は逆テーパー状の傾斜がより強調されて現れる。但し、感光層Ｌｕｖの種類によっては、サイドウォールが垂直に近い角度になることもある。

以上の図１９では、主走査方向に並ぶ多数の画素ＰＩＣのうち、パターンのエッジ部に対応した露光画素に対しては、画素ＰＩＣの寸法Ｄｐｘ（＝スポット光ＳＰの直径φ）の１／４のピッチで主走査方向に並ぶ３つのオン・パルス光ＯＮｐを照射し、その他の露光画素に対しては画素ＰＩＣの寸法Ｄｐｘの１／２の間隔で主走査方向に並ぶ２つのオン・パルス光ＯＮｐを照射した。一方、パターンのエッジ部は、副走査方向に並ぶ多数の画素ＰＩＣ中にも存在する。すなわち、エッジ部となる露光画素（或いは非露光画素）が主走査方向に連続して並んでいる部分が存在する。図２１は、そのような部分における描画制御の一例を示す図である。図２１において、スポット光ＳＰの直径φ、画素ＰＩＣの寸法Ｄｐｘ、及び走査線ＳＬｎＡ～ＳＬｎＧ・・・に沿った主走査方向のオン・パルス光ＯＮｐとオフ・パルス光ＯＦｐの照射の配列制御は、図１９の場合と同じである。図２１では、パターンのエッジ部となる斜線部で示した非露光画素が主走査方向に連続して並び、その非露光画素に対して副走査方向に隣接して露光画素が主走査方向に連続して並んでいる。パターンのエッジ部となる画素以外の画素ＰＩＣは、副走査方向に関して２本の走査線によって描画される。

しかしながら、パターンの副走査方向のエッジ部となる露光画素に対しては、副走査方向に関する露光光の強度分布が通常よりも大きくなるように設定する必要がある。そこで、本実施の形態では、副走査方向に関してエッジ部となる露光画素を３つの走査線によって描画するような制御を行う。図２１では、図１９で示したように、ピッチφ／２で副走査方向に並ぶ走査線ＳＬｎＡ～ＳＬｎＧ・・・のうち、エッジ部の露光画素に対応した２本の走査線ＳＬｎＣ、ＳＬｎＤの間に追加の走査線ＳＬｎＣ’を設定し、走査線ＳＬｎＣ（又はＳＬｎＤ）に対応したビットストリーム信号ＰＴＳと同じビットデータに基づいて、走査線ＳＬｎＣ’上でもスポット光ＳＰのオン・パルス光ＯＮｐとオフ・パルス光ＯＦｐとが照射されるように制御する。その制御の為に、先の図１９で説明したように、走査線ＳＬｎＡ～ＳＬｎＥ・・・毎に設定されるクロック信号ＬＴＣのクロックパルスの１パルス毎にオン・パルス光ＯＮｐ（論理値「１」）かオフ・パルス光ＯＦｐ（論理値「０」）かを設定するビットストリーム信号ＰＴＳが生成される。しかしながら、図２１のように、間隔φ／４で追加される走査線ＳＬｎＣ’が存在することから、本実施の形態では、図２２に示すように、他の走査線ＳＬｎＡとＳＬｎＢの間、走査線ＳＬｎＢとＳＬｎＣの間、走査線ＳＬｎＤとＳＬｎＥの間、走査線ＳＬｎＥとＳＬｎＦの間、・・・の各々に、間隔φ／４で追加の走査線ＳＬｎＡ’、走査線ＳＬｎＢ’ 走査線ＳＬｎＤ’ 走査線ＳＬｎＥ’・・・を設定し、追加の走査線ＳＬｎＡ’、走査線ＳＬｎＢ’ 走査線ＳＬｎＤ’ 走査線ＳＬｎＥ’・・・の各々に対してもビットストリーム信号ＰＴＳ（ＰＴＳ－Ａ、ＰＴＳ－Ａ’、ＰＴＳ－Ｂ、ＰＴＳ－Ｂ’、ＰＴＳ－Ｃ、ＰＴＳ－Ｃ’、ＰＴＳ－Ｄ、ＰＴＳ－Ｄ’、ＰＴＳ－Ｅ、ＰＴＳ－Ｅ’、ＰＴＳ－Ｆ、・・・）を生成する。

図２１では、２本の走査線ＳＬｎＡ、ＳＬｎＢが副走査方向に関して共に非露光画素上に位置する為、その走査線ＳＬｎＡ、ＳＬｎＢの各々に対応したビットストリーム信号ＰＴＳ－Ａ、ＰＴＳ－Ｂのビット列は「０」である。従って、走査線ＳＬｎＡとＳＬｎＢの間、及び走査線ＳＬｎＢとＳＬｎＣの間に追加された走査線ＳＬｎＡ’、ＳＬｎＢ’の各々に対応したビットストリーム信号ＰＴＳ－Ａ’、ＰＴＳ－Ｂ’の各ビット列は「０」にセットされる。２本の走査線ＳＬｎＣ、ＳＬｎＤは副走査方向に関して共にエッジ部となる露光画素上に位置する為、走査線ＳＬｎＣ、ＳＬｎＤの各々に対応したビットストリーム信号ＰＴＳ－Ｃ、ＰＴＳ－Ｄのビット列は、図２２に示したように、「０」と「１」を繰り返し並べたものとなる。走査線ＳＬｎＣ、ＳＬｎＤ上の露光画素はエッジ部となるため、走査線ＳＬｎＣとＳＬｎＤの間に追加される走査線ＳＬｎＣ’に対応したビットストリーム信号ＰＴＳ－Ｃ’のビット列は、一つ手前の走査線ＳＬｎＣに対応したビットストリーム信号ＰＴＳ－Ｃ（又はＰＴＳ－Ｄ）のビットデータをコピーしたものにする。さらに、エッジ部となる露光画素から１つ内側の露光画素上に位置する走査線ＳＬｎＥ、ＳＬｎＦの各々に対応したビットストリーム信号ＰＴＳ－Ｅ、ＰＴＳ－Ｆのビット列は、図２２で示したように、「０」と「１」を繰り返し並べたものにセットされ、走査線ＳＬｎＤとＳＬｎＥの間に追加される走査線ＳＬｎＤ’と、走査線ＳＬｎＥとＳＬｎＦの間に追加される走査線ＳＬｎＥ’との各々に対応したビットストリーム信号ＰＴＳ－Ｄ’、ＰＴＳ－Ｅ’の各ビット列は「０」にセットされる。

ポリゴンミラーＰＭの８つの反射面の各々によるビームＬＢｎの走査開始のタイミング毎に、ビットストリーム信号ＰＴＳ－Ａ、ＰＴＳ－Ａ’、ＰＴＳ－Ｂ、ＰＴＳ－Ｂ’、ＰＴＳ－Ｃ、・・・が順番に読み出され、光源装置ＬＳ内の駆動回路１３６ａに印加される。光源装置ＬＳは、クロック信号ＬＴＣの１クロックパルス毎にビットストリーム信号ＰＴＳのビット列の各ビット値（「０」か「１」）に応じて、ビームＬＢをオン・パルス光ＯＮｐｓとオフ・パルス光ＯＦｐのいずれかに切り替えて発振する。これにより、副走査方向に関してエッジ部となる露光画素は、３本の走査線（ＳＬｎＣ、ＳＬｎＣ’、ＳＬｎＤ）の各々によって露光され、エッジ部ではない内側の露光画素は２本の走査線（ＳＬｎＥ、ＳＬｎＦ）の各々によって露光されるので、図２１に示した副走査方向のエッジ部に対応した露光画素に与えられる露光光の強度が他の露光画素に与えられる露光光の強度よりも大きくできる。エッジ部ではない内側の露光画素を描画する２本の走査線ＳＬｎＥ、ＳＬｎＦの間に追加される走査線ＳＬｎＥ’に関しては、対応するビットストリーム信号ＰＴＳ－Ｅ’のビット列がすべて「０」であるため、スポット光ＳＰは走査線ＳＬｎＥ’に沿った全ての露光画素に対してオフ・パルス光ＯＦｐとして照射される。このことは、図２２において、追加の走査線ＳＬｎＡ’、ＳＬｎＢ’、ＳＬｎＤ’、ＳＬｎＥ’の各々の走査期間中は、光源装置ＬＳからのビームＬＢが対応する描画ユニットＵｎにオン・パルス光ＯＮｐとなって供給されていないことを意味し、ポリゴンミラーＰＭは１面飛ばしでビームＬＢｎを走査していることになる。

なお、図２２のように生成されたビットストリーム信号ＰＴＳのデータ量（ビット数）は、描画すべきパターンの形状を正方形の画素ＰＩＣに分解し、１つの画素ＰＩＣを１ピットで表す描画ビット列データＳＤｎのデータ量（ビット数）に比べて、１６（４×４）倍になる為、ビットストリーム信号ＰＴＳを一時的に記憶するビットマップメモリは、副走査方向に関して一定の画素数、例えば１００画素（走査線では４００本）分だけ記憶できる容量とし、１本の走査線による描画動作が完了する度に、新たなビットストリーム信号ＰＴＳを書き込むようにするのが良い。

以上、本実施の形態でも、先の第１の実施の形態と同様に、スポット光ＳＰとして基板Ｐ上に投射される描画ビームＬＢｎの強度を、多数の画素で規定されるパターンの描画データ（描画ビット列データＳＤｎ）に基づいてオン・パルス光ＯＮｐ又はオフ・パルス光ＯＦｐのいずれかに変調しつつ、スポット光ＳＰの投射位置を基板Ｐ上で画素の２次元的な配列に沿って主走査方向（Ｙ方向）と副走査方向（Ｘ方向）とに相対走査することにより、基板Ｐ上にパターンを描画するパターン描画装置において、描画ビット列データＳＤｎに基づいて、相対走査中にスポット光ＳＰが照射される露光画素の各々に対しては、描画ビームＬＢｎとして所定周期Ｔｆで発振されるパルス光の所定数（図１９では２パルス）を射出し、相対走査中にスポット光ＳＰが非照射とされる非露光画素の各々に対しては所定数のパルス光の射出を中断する光源装置ＬＳと、描画ビット列データＳＤｎに基づいて、露光画素のうちでパターンのエッジ部に対応したエッジ部露光画素ＰＩＣ’に対して射出されるパルス光（オン・パルス光ＯＮｐ）の数が、所定数（図１９では２パルス）に対して相対的に増える（３パルスにする）ように光源装置ＬＳを制御する描画制御装置２００と、が設けられる。

〔変形例５〕
以上の第２の実施の形態では、スポット光ＳＰの直径φと画素ＰＩＣの寸法Ｄｐｘとを、φ≒Ｄｐｘに設定したが、１つの露光画素に対して照射するオン・パルス光ＯＮｐの数を、先の図１８のように３×３個と多くできる場合は、ビームＬＢｎの開口数（ＮＡ）を大きくして、（Ｄｐｘ／２）＜φ＜Ｄｐｘの関係にしても良い。この場合、ビームＬＢｎの開口数（ＮＡ）が大きくなることにより、感光層Ｌｕｖに露光されるパターンのエッジ部のコントラスト（強度分布）を高めることができる。ビームＬＢｎの開口数（ＮＡ）の最大値は、図３、図１５に示した描画ユニットＵｎ内の開口絞りＮＰＡでビームＬＢｎの裾野の１／ｅ²の強度以下をカットする場合は、開口絞りＮＰＡの開口の直径（φｂ１）、ポリゴンミラーＰＭの各反射面の主走査方向に対応した方向（回転の周方向）の寸法、ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離等によって制限される。しかしながら、開口絞りＮＰＡの開口を通るビームＬＢｎの断面内の強度分布における径方向の周辺強度を高めるように調整すると、基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎの開口数（ＮＡ）を見かけ上で大きくすることができる。

図２３（Ａ）は、先の図１５で示した開口絞りＮＰＡとレンズ系Ｇｕ２の配置を示し、本変形例では、図１５（Ｂ）で説明したように、レンズ系Ｇｕ１の配置を調整してレンズ系Ｇｕ２から開口絞りＮＰＡに向かうビームＬＢｎ（平行光束）の直径を可変にする機能を利用する。標準的な光学条件の設定では、ビームＬＢｎの強度分布上の裾野の１／ｅ²の強度以下がカットされるようにビームＬＢｎの直径が設定され、開口数（ＮＡ）はほぼ０．０６に設定される。これに対してレンズ系Ｇｕ１の配置を変えて、標準的な設定よりも大きな直径となるようにビームＬＢｎを調整すると、開口絞りＮＰＡの開口を通った後のビームＬＢｎ’は、強度分布上の周辺部が１／ｅ²の強度よりも高くなる。その為、開口絞りＮＰＡの開口を通った後のビームＬＢｎ’には、回折現象による回折光の拡がり（太り）が生じ、開口数（ＮＡ）を高めることができる。

図２３（Ｂ）は、図２３（Ａ）の開口絞りＮＰＡの位置に配置される輪帯絞りＮＰＡ’の平面図である。輪帯絞りＮＰＡ’は、光軸ＡＸｅが通る中心点から一定半径の円形の遮光部ＮＳａと、光軸ＡＸｅが通る中心点から一定半径で、ビームＬＢｎ（又はＬＢｎ’）の周辺部をカットする輪帯状の遮光部ＮＳｂと、円形の遮光部ＮＳａと輪帯状の遮光部ＮＳｂとの間に輪帯状に形成される透過部ＮＳｃとを備えている。このような輪帯絞りＮＰＡ’を用いると、輪帯絞りＮＰＡ’の透過部ＮＳｃを通ったビームＬＢｎ（又はＬＢｎ’）の断面内での強度分布は周辺部が高くなることになり、最終的に基板Ｐ（感光層Ｌｕｖ）に投射されるビームの開口数（ＮＡ）を高めることができる。

図２３（Ｃ）は、図２３（Ｂ）のように光源装置ＬＳからのビームＬＢの断面内の強度分布を輪帯状にする為に、図１６に示した第１のビーム調整系ＢＭＵ内の偏光ビームスプリッタＢＳｐと縮小ズーム光学系ＶＢＣとの間の光路中に設けられる輪帯化光学系の構成を示す。輪帯化光学系は、偏光ビームスプリッタＢＳｐからのビームＬＢ（平行光束）の断面内の強度分布Ｄｓ１における裾野の１／ｅ²の強度以下をカットした強度分布Ｄｓ２に整形する輪帯絞りＮＰＡ’と、光軸ＡＸｅに沿って適当な間隔で配置される２つの平凸状の円錐プリズム（コーンプリズム）ＣＰ１、ＣＰ２とで構成される。２つのコーンプリズムＣＰ１、ＣＰ２の各々の頂点は光軸ＡＸｅ上に配置され、前段のコーンプリズムＣＰ１は、入射するビームＬＢの光軸ＡＸｅ上の中心光線からビームＬＢの外周付近を通る周辺光線までを、円錐状の入射面によって光軸ＡＸｅの方向に一定の角度で屈折（偏向）させる。後段のコーンプリズムＣＰ２は、コーンプリズムＣＰ１によって偏向された中心光線から周辺光線までを、円錐状の射出面によって元の光軸ＡＸｅと平行な状態に戻す。従って、コーンプリズムＣＰ１の円錐状の入射面の頂角と、コーンプリズムＣＰ２の円錐状の射出面の頂角とは等しく設定されている。コーンプリズムＣＰ１、ＣＰ２を光軸ＡＸｅ方向に適切な間隔で配置すると、コーンプリズムＣＰ２を通ったビームＬＢの断面内の強度分布Ｄｓ３は、中心部の強度が低く周辺部の強度が高い輪帯状となる。コーンプリズムＣＰ１、ＣＰ２のいずれか一方を、図２３（Ｃ）の位置から光軸ＡＸｅに沿った方向に移動させると、輪帯状の強度分布Ｄｓ３の中心部と周辺部との強度のバランスや輪帯の径を、トータルの光エネルギーの損失が無い状態で調整できる。

以上、第１の実施の形態、第２の実施の形態、及び変形例１～５では、感光層Ｌｕｖとしてのフォトレジストをネガタイプとしたが、ポジタイプであっても、スポット光の走査による直描方式の露光機において、現像後のパターンのエッジに対応したレジスト像ＬＴＰ’のサイドウォールの傾斜量を所望の状態に制御することが可能である。特に、描画すべきパターンを画素単位でパルス状のスポット光で描画する際に、画素の寸法（Ｄｐｘ）に対するスポット光の寸法（直径φ）を調整して、パターンのエッジ部となるエッジ部露光画素ＰＩＣ’に対して与えられる複数のパルス状のスポット光の数を、他の露光画素に与えられるスポット光の数に対して相対的に増減させることで、エッジ部に対応した画素ＰＩＣ’、又はその周囲の画素に与えられる露光光の強度分布を任意の状態に変えることが可能となる。その為、感光層Ｌｕｖの厚みＲＴが、１画素の寸法（Ｄｐｘ）、或いは描画すべきパターンの最小線幅よりも大きい場合にも、感光層Ｌｕｖの残膜した部分のエッジ部（図８中のＥｗａ、Ｅｗｂ）のサイドウォールを、制御された傾斜量（逆テーパー状と順テーパー状のいずれであっても良いし、ほぼ垂直な状態でも良い）に仕上げることができる。

また、感光層Ｌｕｖを電鋳マスク製造時や配線層の形成時のメッキ工程でのマスキングとする場合は、東京応化工業株式会社からメッキ用フォトレジストして販売されている、商品名ＰＭＥＲ Ｐ－ＣＳシリーズ、ＰＭＥＲ Ｐ－ＬＡシリーズ、ＰＭＥＲ Ｐ－ＨＡシリーズ、ＰＭＥＲ Ｐ－ＣＥシリーズ、或いはナフトキノン型や化学増幅型によるＰＭＥＲ Ｐ－ＷＥシリーズ、ＰＭＥＲ Ｐ－ＣＹシリーズのフォトレジスト、商品名ＰＭＥＲ－Ｎ－ＨＣ６００ＰＹのネガタイプのフォトレジスト等が利用できる。その他、山栄化学株式会社から販売されている商品名がＳＰＲ－５５８Ｃ－１、ＳＰＲ－５３０ＣＭＴ－Ａのメッキ用レジストも利用できる。また、パターン描画用のビームＬＢｎの波長λにおいて適当な光吸収率を有し、紫外線硬化型モノマー・オリゴマー（エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート）、光重合開始剤、光増感剤、添加剤等を組成とする紫外線硬化型樹脂を感光層Ｌｕｖとして塗布しても良い。

さらに、可撓性の樹脂フィルムや極薄のガラス板による基板上に電子デバイスを直接形成する工程では、基板上に形成される薄膜トランジスタの電極間の絶縁や多層配線間の絶縁の為に、微細な領域（局所領域）のみに選択的に絶縁層を形成することがあり、そのような絶縁層として利用されるフォトレジストもある。絶縁層は電子デバイスの動作性能に応じて種々の厚みで形成されるが、図２４に示すように、局所的な絶縁層ＩＳＬを跨ぐように配線パターン層ＰＬｃを局所的な絶縁層ＩＳＬ上に形成する場合、その絶縁層ＩＳＬの周辺エッジのサイドウォールＥｗａ、Ｅｗｂは、絶縁層ＩＳＬの内側に向けて比較的に大きく傾斜していることが望ましい。そのように、現像後の感光層Ｌｕｖを電子デバイスの絶縁層ＩＳＬとして利用する場合も、第１の実施の形態、第２の実施の形態、及び変形例１～５で示したパターン描画方法によれば、絶縁層ＩＳＬの周辺エッジ部を比較的に大きな順テーパー状に形成することが可能となり、絶縁層ＩＳＬの上にエッジ部（Ｅｗａ、Ｅｗｂ）を横切るように積層して形成されるパターン層（配線層や電極層）ＰＬｃの断線やクラックを回避することができる。

上記のように、感光層Ｌｕｖとしては種々のものが利用され得るが、フォトレジストや紫外線硬化型樹脂は、その材料成分によって感光感度や光吸収特性が異なる為、描画用のビームＬＢｎの強度を適宜調整して感光層Ｌｕｖに与える露光量を調整することも必要である。先の図５に示したように、光源装置ＬＳをファイバーアンプレーザ光源とする場合、光源装置ＬＳから射出されるビームＬＢの強度（パワー）自体を大きく変更させることは難しい。そこで、描画用のビームＬＢｎの強度を低減させる（露光量を減少させる）場合は、図１６に示したビーム調整系ＢＭＵ内の波長板ＱＰＰを回転機構２１０によって回転させて、偏光ビームスプリッタＢＳｐを透過するビームＬＢの強度を低下させれば良い。逆に、感光層Ｌｕｖに与える露光量を増加させる場合は、１つの露光画素を描画する為に必要な副走査方向の走査線の本数を増やす多重露光モードにする。多重露光モードでは、ポリゴンミラーＰＭの回転速度に応じて最も少ない走査線の本数で露光画素が描画されるように設定された基板Ｐ（ステージ機構ＳＴ）の副走査方向の移動速度（規定速度、標準設定速度とする）に対して、ポリゴンミラーＰＭの回転速度は変えずに、基板Ｐの移動速度を規定速度の２／３、１／２、１／３、１／４、・・・のいずれかに低減させたり、ポリゴンミラーＰＭの回転速度と基板Ｐの移動速度とを規定速度の２／３、１／２、１／３、１／４、・・・のいずれかに低減させたりすることで、露光画素の各々に対してより多くの走査線（多くのオン・パルス光ＯＮｐ）を割り当てて露光量を増大させる。多重露光モードで、基板Ｐ（ステージ機構ＳＴ）の移動速度が規定速度の１／２になると感光層Ｌｕｖに与えられる露光量が２倍となり、１／４になると露光量が４倍となる。

〔第３の実施の形態〕
以上の第１の実施の形態、或いは第２の実施の形態において、基板Ｐの感光層Ｌｕｖに露光されるパターンの主走査方向（Ｙ方向）又は副走査方向（Ｘ方向）の寸法は、設計上で予め定められた正方形の画素ＰＩＣ（ＰＩＣ’）のＸＹ方向の寸法Ｄｐｘ（例えば、２μｍ角）の整数倍の関係で設定される。その為、設計上で線幅が１４μｍとして規定されたパターンを基板Ｐの感光層Ｌｕｖに通常に描画する場合は、主走査方向（Ｙ方向）又は副走査方向（Ｘ方向）につながった７画素分の描画データが、オン・パルス光ＯＮｐ（又はオフ・パルス光ＯＦｐ）となるように設定される。しかしながら、図８に示したように、感光層Ｌｕｖの現像後のパターン像のエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂを逆テーパー状にするような特殊露光モードの場合、描画すべきパターンのエッジ部に位置するエッジ部露光画素ＰＩＣ’に対しては、先の図１９～図２１で説明したように、より多くの数のスポット光ＳＰをパルス照射する場合がある。

すなわち、描画されるパターンのエッジ部となる感光層Ｌｕｖの部分に、大きな積算露光量（ＤＯＳＥ量）が与えられることから、現像後に感光層Ｌｕｖに形成されるレジスト像ＬＴＰ’の線幅（エッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂの間隔等）が、設計上で規定された線幅（例えば１４μｍ）に対して、誤差を生じることがある。感光層Ｌｕｖがネガレジストの場合、露光量が過多（オーバードーズ）になると、描画用の露光光（スポット光ＳＰ）の照射を受けた感光層Ｌｕｖの部分の外側（非露光部）にも残膜部が広がる為、現像後に除去される感光層Ｌｕｖの線幅、図８ではエッジ部Ｅｗａとエッジ部Ｅｗｂの間の線幅が、設計上の目標値に対して減少することになる。また、ネガレジストの厚みを通常の厚み（約１μｍ）よりも１０倍以上に厚くする場合、全体的にＤＯＳＥ量を増大させる必要も生じる。

そこで、本実施の形態では、描画データ上で設定される１画素が、標準露光モード時に設定されるスポット光ＳＰ（ＳＰ’）の走査回数（２回）に比べて、ＭＰ倍（ＭＰは、例えば、２、３、・・・８、１０等の整数）だけ増大させた走査回数で描画されるように、スポット光ＳＰ（ＳＰ’）の主走査方向の走査速度と基板Ｐの副走査方向の移動速度とを標準露光モード時に比べて１／ＭＰ倍に低下させる。併せて、パターンのＣＡＤデータから生成される描画ビット列データＳＤｎ（又はパルス発光用マップデータ）は、線幅の忠実度を確保しつつ、感光層Ｌｕｖの現像後のパターンのエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂを逆テーパー状にするような条件に修正されて、図４の描画制御装置２００内、又は図５の制御回路１２０内のメモリ部に生成される。

図２５は、一例として、スポット光ＳＰの主走査方向（Ｙ方向）の線幅Ｌｙが１４μｍで副走査方向（Ｘ方向）に直線的に延びたライン＆スペースパターンを、標準設定の描画条件の下で露光する標準露光モードの場合の描画ビット列データＳＤｎとスポット光ＳＰのパルス発光タイミングとの関係を模式的に示した図である。図２５（Ａ）は、感光層Ｌｕｖをネガレジストとした場合に、現像後にレジスト像として残膜するラインパターン部ＬＴＰａと、現像後に除去されるスペースパターン部ＬＴＰｂ（斜線部）との配置を示す。ネガレジストの場合、走査線ＳＬｎに沿って走査されるスポット光ＳＰがオン・パルス光ＯＮｐ（黒丸）となった部分は現像後に除去され、オフ・パルス光ＯＦｐ（白丸）となった部分は現像後も残膜する。

図２５（Ｂ）は、描画データ上で規定される基板Ｐ上での画素寸法Ｄｐｘを、Ｘ方向とＹ方向の各々で２μｍとした場合のスペースパターン部（斜線部）ＬＴＰｂの描画ビット列データＳＤｎの画素毎のビットパターン（「０」又は「１」）と、図５の光源装置ＬＳの信号発生部１２０ａから送出されるクロック信号ＬＴＣと、スポット光ＳＰのパルス発光の様子とを示した図である。本実施の形態では、画素寸法Ｄｐｘを２μｍとしたので、スペースパターン部（斜線部）ＬＴＰｂとラインパターン部ＬＴＰａとは、主走査方向に７画素（描画ビット列データＳＤｎ上では７ビット分）で規定され、描画ビット列データＳＤｎ中のスペースパターン部ＬＴＰｂに対応した７画素（７ビット）には論理値「１」が設定され、ラインパターン部ＬＴＰａに対応した７画素（７ビット）には論理値「０」が設定される。また、スポット光ＳＰをパルス発光させる為のクロック信号ＬＴＣの周波数Ｆａは４００ＭＨｚ（周期Ｔｆ＝２．５ｎＳ）とする。

標準露光モードの場合、１画素を主走査方向と副走査方向の各々に関してスポット光ＳＰの２パルス（オン・パルス光ＯＮｐ）分で露光するものとすると、走査線ＳＬｎに沿ったスポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐ、スポット光ＳＰのパルス発振の周期Ｔｆ、スポット光ＳＰの実効的な直径φ、ポリゴンミラーＰＭの回転速度ＶＲ（ｒｐｍ）、ポリゴンミラーＰＭの反射面数Ｎｐ、ポリゴンミラーＰＭの１つの反射面による走査効率１／α、及び走査線ＳＬｎの実効的な走査長ＬＴに基づいて、先の式（２）で導出したように、
（φ／２）／Ｔｆ＝（８・α・ＶＲ・ＬＴ）／６０ ・・・ 式（２）
の関係に設定される。

しかしながら、感光層Ｌｕｖ（ネガレジスト等）の厚みが１０μｍ以上（例えば、１０～２０μｍ）に厚くなると、感光層Ｌｕｖでの露光波長における吸収の影響も考慮して、露光画素に与えるオン・パルス光ＯＮｐのＤＯＳＥ量を相当に大きく設定する必要がある。光源装置ＬＳから射出されるビームＬＢのパワー（オン・パルス光ＯＮｐのピーク強度）を倍増することが難しく、さらに発振周波数Ｆａを倍増することも難しい場合、ＤＯＳＥ量を増大させる為には、発振周波数Ｆａを変えずに、スポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐと基板Ｐの移動速度（副走査速度）とを、標準的な設定値に対して１／ＭＰに低下させる多重露光モードによる描画が行われる。

図２６は、図２５に示した標準露光モードでの描画条件に対して、スポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐと基板Ｐの移動速度（副走査速度）とを１／１０（ＭＰ＝１０）に低下させて、スペースパターンＬＴＰｂに対してＤＯＳＥ量を増大させる場合のパルス発光用ビット列データＳＥｎの生成の様子と、スポット光ＳＰのパルス発光タイミングの様子とを示す図である。スポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐ（即ち、ポリゴンミラーＰＭの回転速度ＶＲ）を標準的な設定値に対して１／１０に低下させる場合、１画素の寸法Ｄｘｐを２μｍ角で規定した描画ビット列データＳＤｎに基づいて、描画ビット列データＳＤｎの１画素（１ビット）分を１０ビット分（１０画素分）とするようなパルス発光用ビット列データＳＥｎを生成する。従って、描画ビット列データＳＤｎにおいて７画素（７ビット）で規定されるスペースパターンＬＴＰｂの主走査方向の線幅Ｌｙ（１４μｍ）は、パルス発光用ビット列データＳＥｎにおいて７０ビット（７０画素）で規定される。従って、標準露光モードにおいて、画素寸法Ｄｐｘが２μｍ角で、スポット光ＳＰの実効的な走査長ＬＴが５０ｍｍである場合、走査長ＬＴに渡る１本の走査線ＳＬｎに対応した描画ビット列データＳＤｎの全画素数（全ビット数）は２万５千（３１２５バイト）であるのに対し、パルス発光用ビット列データＳＥｎの全画素数（全ビット数）はその１０倍となる。

パルス発光用ビット列データＳＥｎの７０画素分（７０ビット分）の全てに論理値「１」を設定し、パルス発光用ビット列データＳＥｎの１画素（１ビット）分をスポット光ＳＰの１パルスに対応させる。これにより、線幅Ｌｙが１４μｍのスペースパターンＬＴＰｂは、クロック信号ＬＴＣの連続した７０のクロックパルスの各々に応答して投射されるスポット光ＳＰのオン・パルス光ＯＮｐによって、図２６のようにスポット光ＳＰの直径φの１／１０程度ずつずれて多重露光され、ＤＯＳＥ量を大幅に増大させることができる。なお、図２６においては、図示の都合上、スポット光ＳＰの実効的な直径φ（ピーク強度の１／ｅ²の強度で規定されるエアリーディスク径とも呼ばれる）を、描画ビット列データＳＤｎで規定される画素の寸法Ｄｐｘ（２μｍ角）と同じ程度に示した。しかしながら、先の図１４、図１５でも説明したように、スポット光ＳＰの直径φは、基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの開口数（ＮＡ）とビームＬＢｎの波長λ（例えば、３５５ｎｍ）とによって、φ≒０．６λ／ＮＡの関係から、おおよそ一義的に決まってくる。その為、波長λを３５５ｎｍ、開口数（ＮＡ）を０．０６とした標準設定の場合、実際のスポット光ＳＰの実効的な直径φは約３．５５μｍとなり、画素寸法Ｄｐｘ（２μｍ角）に対して１．８倍程度大きく設定されている。スポット光ＳＰの直径φを小さくする場合は、開口数（ＮＡ）の増大と波長λの短波長化との少なくとも一方を行うことになる。

図２６のように、描画ビット列データＳＤｎで規定される１画素の画素寸法Ｄｐｘ（２μｍ）に対して、パルス発光用ビット列データＳＥｎで規定される１画素（１ビット）の寸法は、スポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐ（ポリゴンミラーＰＭの回転速度ＶＲ）が標準設定値の１／１０に設定されることから、基板Ｐ上では０．２μｍに相当する。仮に、標準露光モードの状態で、パルス発光用ビット列データＳＥｎに基づいてスポット光ＳＰのオン・パルス光ＯＮｐを基板Ｐに照射すると、基板Ｐ上には主走査方向の線幅が１４０μｍのスペースパターンＬＴＰｂが描画されることになる。このように、標準露光モードの際に設定される画素寸法Ｄｐｘ（例えば、２μｍ角）の１画素に与えられるスポット光ＳＰのオン・パルス光ＯＮｐ（又はオフ・パルス光ＯＦｐ）の数を、標準的な設定値よりも多くした多重露光モードでは、その多重回数ＭＰ（２、３、４、・・・の整数）に比例して、積算露光量を増大させることができる。この多重露光モードは、パターン描画に要する時間（タクト・タイム）を標準露光モードに比べてＭＰ倍に増大させることになるが、以下で説明する特殊露光モードの場合には、感光層Ｌｕｖのパターンのエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂ（図８参照）のサイドウォールを所望の傾斜角に制御し易くなるといった利点がある。

図２７は、図２６で説明した多重露光モード用のパルス発光用ビット列データＳＥｎ中のビットパターン（論理値「１」、「０」の配列）を補正して、感光層Ｌｕｖのエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂのサイドウォールを逆テーパー状にする特殊露光モードの様子を説明する図である。図２７においても、スポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐと基板Ｐの移動速度（副走査速度）は、標準露光モード時の設定に対して１／１０（ＭＰ＝１０）に低下され、基板Ｐ上で主走査方向の線幅Ｌｙが１４μｍのスペースパターンＬＴＰｂを描画するものとする。図２６では、パルス発光用ビット列データＳＥｎ中のスペースパターンＬＴＰｂに対応した７０画素（７０ビット）の全てに論理値「１」（オン・パルス光ＯＮｐ）が設定されていた。しかしながら、特殊露光モードでは、図２７のように、その７０画素（７０ビット）中の特定の画素位置（ビット位置）に論理値「０」（オフ・パルス光ＯＦｐ）が混在するようなパルス発光用ビット列データＳＥｎが生成される。シミュレーションの結果、本実施の形態では、スペースパターンＬＴＰｂの線幅Ｌｙを１４μｍにしつつ、逆テーパー状のサイドウォールを形成する為に、パルス発光用ビット列データＳＥｎ中の７０画素（７０ビット）の左端を１画素（１ビット）目とし、右端を７０画素（７０ビット）目としたとき、画素位置の１～５画素（５ビット分）、１６～２５画素（１０ビット分）、３１～４０画素（１０ビット分）、４６～５５画素（１０ビット分）、６６～７０画素（５ビット分）の各々は論理値「０」に設定され、６～１５画素（１０ビット分）、２６～３０画素（５ビット分）、４１～４５画素（５ビット分）、５６～６５画素（１０ビット分）の各々は論理値「１」に設定される。なおスペースパターンＬＴＰｂの両側のエッジ部に対応する最も左側の画素位置１～５画素（５ビット分）と最も右端の画素位置６６～７０画素（５ビット分）の各々には、現像後のレジスト像（残膜像）の線幅を目標値（１４μｍ）にする為に、シミュレーションの過程から意図的に論理値「０」（オフ・パルス光ＯＦｐ）が設定される。

図２７に示すように、標準露光モードの際に設定される画素寸法Ｄｐｘが２μｍ角の７画素のうち、エッジ部に対応する左端の画素１と右端の画素７は、エッジ部露光画素ＰＩＣ’に相当する。本実施の形態では、パルス発光用ビット列データＳＥｎ中のスペースパターンＬＴＰｂに対応した７０画素（７０ビット）分の各々に設定された論理値「０」、「１」によるシリアルなビットパターンに応答して、光源装置ＬＳからのビームＬＢが、クロック信号ＬＴＣのクロックパルスの周期Ｔｆでオフ・パルス光ＯＦｐとオン・パルス光ＯＮｐとにスイッチングされる。なお、図２７でも、図示の都合上、スポット光ＳＰの実効的な直径φを、標準露光モードの際に設定される画素寸法Ｄｐｘの２μｍ角と同じ程度に示したが、実際のシミュレーションでは、スポット光ＳＰの直径φを半値全幅（ピーク強度の１／２の強度となる直径）で規定して３．６μｍとした。

図２８は、図２７に示したパルス発光用ビット列データＳＥｎ中のスペースパターンＬＴＰｂ（線幅１４μｍ）に対応した７０画素（７０ビット）分のオン・パルス光ＯＮｐとオフ・パルス光ＯＦｐとの積算された光量（強度）分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図２８において、横軸はスペースパターンＬＴＰｂの主走査方向（Ｙ方向）の中心位置を原点０とした線幅値（μｍ）を表し、縦軸は図１１～図１３と同様の規格化強度Ｉｐｒを表す。図２８において、閾値は、露光後の感光層（ネガレジスト）Ｌｕｖを現像した後に出現するレジスト像の線幅になると見込まれる相対強度である。図２８中の光量分布ＳＣｂは、図２７に示したパルス発光用ビット列データＳＥｎのビットパターンに基づいてパルス発光したスポット光ＳＰのオン・パルス光ＯＮｐで積算された分布を表す。本実施の形態における特殊露光モードでは、スペースパターンＬＴＰｂのエッジ部付近（±５μｍの位置）で光量が最大（規格化強度Ｉｐｒで約９．０）となり、中央部分（±２μｍの範囲）で光量が減少（規格化強度Ｉｐｒで約５．９）するような、ダブル・ピーク状（猫耳状）の分布が得られる。なお、図２８中の光量分布ＳＣａは、図２５（Ｂ）の標準露光モードで露光されるスペースパターンＬＴＰｂに対応した光量分布のシミュレーション結果のグラフであり、特殊露光モードで得られる光量分布ＳＣｂとの比較の為に併記した。

図２５（Ａ）に示したライン＆スペースパターン（ＬＴＰａ、ＬＴＰｂ）を基板Ｐ上に露光（描画）する際、スペースパターン部ＬＴＰｂに対応した積算光量の分布を、図２８の光量分布ＳＣｂのようなダブル・ピーク状にすると、現像後に基板Ｐ上に残膜する感光層（レジスト層）Ｌｕｖの断面形状は、図２９に示すようなプロファイルになる。図２９（Ａ）は先の図２５（Ａ）と同じライン＆スペースパターン（ＬＴＰａ、ＬＴＰｂ）を表し、図２９（Ｂ）は、現像後に基板Ｐ上に残膜する感光層（ネガレジスト）Ｌｕｖの断面形状を模式的に表したものである。本実施の形態では、感光層Ｌｕｖがスペースパターン部ＬＴＰｂの線幅（１４μｍ）と同等の厚み（例えば、１５μｍ）を持つものとし、残膜した感光層Ｌｕｖのエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂのサイドウォールは、図２８中の光量分布ＳＣｂのように、スペースパターン部ＬＴＰｂのエッジ部付近の光量を中央部の光量に対して増大させることで、逆テーパー状に傾けることができる。

図３０は、実際に、図２８中の光量分布ＳＣｂを持たせてスペースパターン部ＬＴＰｂを感光層Ｌｕｖに露光して現像した後のレジスト像の断面形状を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で計測したＳＥＭ観察像である。この露光実験では、基板Ｐはステンレスの薄板の表面にニッケル（Ｎｉ）をメッキし、その表面にネガ型フォトレジストのＰＭＥＲ－Ｎ－ＨＬ６００ＰＹ（東京応化工業株式会社製、商品名）を感光層Ｌｕｖとして所定の厚み（例えば１５μｍ）で塗布し、所定の乾燥時間後に、図３の描画ユニットＵｎを用いて、図２５（Ａ）に示したライン＆スペースパターン（ＬＴＰａ、ＬＴＰｂ）を特殊露光モードで露光した。露光時のＤＯＳＥ量（図２７中のパルス発光用ビット列データＳＥｎのビットパターンとオン・パルス光ＯＮｐの強度から算定）は約１４０ｍＪ／ｃｍ²とした。さらに、露光後の基板Ｐは現像液Ｎ－Ａ５（東京応化工業株式会社製、商品名）に２１０秒浸漬し、感光層Ｌｕｖをフォトエッチングした。この条件によって、基板Ｐ上に残膜したスペースパターン部ＬＴＰｂに対応した感光層Ｌｕｖのエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂのサイドウォールの傾斜角θＲは、実測の結果、約２９°となった。なお、図３０において、残膜した感光層Ｌｕｖのボトム部分での線幅は、目標とした１４μｍよりも若干短くなっていたが、これはＤＯＳＥ量の微調整や現像時間の最適化等により改善され得る。

〔変形例６〕
以上の第３の実施の形態では、図２６にて説明した多重露光モード、又は図２７にて説明した特殊露光モードにおいて、光源装置ＬＳからのビームＢＭの発振周波数Ｆａを４００ＭＨｚとした条件の下で、スポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐ（ポリゴンミラーＰＭの回転速度ＶＲ）と基板Ｐの副走査方向への移動速度とを、標準露光モードの際に設定される標準値の１／ＭＰ（例えば、ＭＰ＝１０）に設定した。ビームＬＢの発振周波数Ｆａを２倍の８００ＭＨｚにできれば、スポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐと基板Ｐの移動速度とを標準値の２／ＭＰ（＝１／５）に設定でき、基板Ｐの１枚当たりの露光処理時間を半減することができる。

しかしながら、図５に示したように光源装置ＬＳをファイバーアンプレーザ光源（波長変換光学素子を用いて紫外波長域のレーザ光を出力する高調波レーザ光源）とする場合、発振周波数の増大に伴って、得られるレーザパワー（オン・パルス光ＯＮｐのピーク強度）が低減してしまうことがある。そこで、例えば特開２０１７－０６７８２３号公報に開示されているように、ビームＢＭの発振周波数Ｆａを４００ＭＨｚとした光源装置ＬＳを２台用意し、第１の光源装置ＬＳからのビームＢＭのパルス光（オン・パルス光ＯＮｐとオフ・パルス光ＯＦｐ）の発振周期の１／２のタイミングで、第２の光源装置ＬＳからのビームＢＭのパルス光（オン・パルス光ＯＮｐとオフ・パルス光ＯＦｐ）が発振されるように同期制御し、第１の光源装置ＬＳからのビームＢＭと第２の光源装置ＬＳからのビームＢＭとを同軸に合成して、８００ＭＨｚで発振するビームＢＭを得ても良い。

Claims (8)

1. スポット光として基板に投射される描画ビームの強度を、多数の画素で規定されるパターンの描画データに基づいて変調しつつ、前記スポット光の投射位置を前記基板上で前記画素の２次元的な配列に沿って相対走査することにより、前記基板上に前記パターンを描画するパターン描画装置であって、
   前記描画データに基づいて、前記相対走査中に前記スポット光が照射される露光画素の各々に対しては、前記描画ビームとして所定周期で発振されるパルス光の所定数を射出し、前記相対走査中に前記スポット光が非照射とされる非露光画素の各々に対しては前記所定数の前記パルス光の射出を中断する光源装置と、
   前記描画データに基づいて、前記露光画素のうちで前記パターンのエッジ部に対応したエッジ部露光画素に対して射出される前記パルス光の数が、前記所定数に対して相対的に減少されるように前記光源装置を制御する描画制御装置と、
   を備える、パターン描画装置。
2. 請求項１に記載のパターン描画装置であって、
   前記スポット光が前記基板上で主走査方向に１次元走査されるように、前記描画ビームを偏向する光学偏向部材と、偏向された前記描画ビームを前記スポット光として集光する走査用レンズ系と、を含む描画ユニットと、
   前記主走査方向と直交した副走査方向に前記基板と前記描画ユニットとを相対移動させる移動機構とを、さらに備える、パターン描画装置。
3. 請求項２に記載のパターン描画装置であって、
   前記露光画素の各々に対して射出される前記パルス光の前記所定数が、前記画素の配列の方向に関して２に設定されている場合であって、前記エッジ部露光画素に対して射出される前記パルス光を前記所定数よりも減らす場合は、前記画素の前記基板上の寸法に対して、前記スポット光の実効的な直径を大きく設定する、パターン描画装置。
4. 請求項２または３に記載のパターン描画装置であって、
   前記露光画素の各々に対して射出される前記パルス光の前記所定数は、前記主走査方向および前記副走査方向のそれぞれに関して同じ値に設定される、パターン描画装置。
5. スポット光として基板に投射される描画ビームの強度を、多数の画素で規定されるパターンの描画データに基づいて変調しつつ、前記スポット光の投射位置を前記基板上で前記画素の２次元的な配列に沿って相対走査することにより、前記基板上に前記パターンを描画するパターン描画装置であって、
   前記描画データに基づいて、前記相対走査中に前記スポット光が照射される露光画素の各々に対しては、前記描画ビームとして所定周期で発振されるパルス光の所定数を射出し、前記相対走査中に前記スポット光が非照射とされる非露光画素の各々に対しては前記所定数の前記パルス光の射出を中断する光源装置と、
   前記描画データに基づいて、前記露光画素のうちで前記パターンのエッジ部に対応したエッジ部露光画素に対して射出される前記パルス光の数が、前記所定数に対して相対的に増大あるいは減少されるように前記光源装置を制御する描画制御装置と、
   前記スポット光が前記基板上で主走査方向に１次元走査されるように、前記描画ビームを偏向する光学偏向部材と、偏向された前記描画ビームを前記スポット光として集光する走査用レンズ系と、を含む描画ユニットと、
   前記主走査方向と直交した副走査方向に前記基板と前記描画ユニットとを相対移動させる移動機構と、
   を備え、
   前記描画制御装置は、前記主走査方向に関して前記エッジ部露光画素に対して射出される前記パルス光を前記所定数よりも増やす場合は、前記エッジ部露光画素に対して前記パルス光を前記所定周期で連続して射出し、前記エッジ部露光画素以外の前記露光画素に対しては前記所定周期の２以上の整数倍の周期ごとの前記パルス光の射出を中断するように前記光源装置を制御する、パターン描画装置。
6. 請求項２～５のいずれか１項に記載のパターン描画装置であって、
   前記描画ユニットは、前記光源装置から射出されて前記光学偏向部材に向かう前記描画ビームの強度分布を調整する光学部材を含む、パターン描画装置。
7. 請求項６に記載のパターン描画装置であって、
   前記光学部材は、前記走査用レンズ系を通って前記基板に照射される前記スポット光の直径を可変にする、光軸方向に位置調整可能なレンズ系である、パターン描画装置。
8. 請求項２～７のいずれか１項に記載のパターン描画装置であって、
   前記描画ユニットの前記走査用レンズ系によって集光される前記描画ビームのビームウェスト位置と前記基板とのフォーカス方向の相対位置を調整して前記基板上に照射される前記スポット光の直径を変更するフォーカス調整機構を、さらに備える、パターン描画装置。

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