JP2020177254A - パターン描画装置、パターン描画方法、および、デバイス製造方法 - Google Patents

パターン描画装置、パターン描画方法、および、デバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

【解決手段】光源装置ＬＳからのビームＬＢｎをパターン情報に応じて強度変調させつつ、ビームＬＢｎを基板Ｐ上に投射して主走査方向に走査することで基板Ｐ上にパターンを描画して、電子デバイスを製造するデバイス製造方法は、ビームＬＢｎの主走査方向への走査のために、光源装置ＬＳからのビームＬＢｎを偏向し、偏向されたビームＬＢｎを基板Ｐに投射し、基板Ｐ上に特定材料で予め形成された第１パターンＰＴ１の少なくとも一部に、新たに描画すべき第２パターンＰＴ２の少なくとも一部が重ねて描画されるように、パターン情報に応じてビームＬＢｎを強度変調し、基板Ｐ上に第２パターンＰＴ２が描画される間に、基板Ｐに投射されたビームＬＢｎの反射光を光電検出して得られた検出信号に基づいて、第１パターンＰＴ１の位置情報、形状情報、および第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係の情報の少なくとも１つを計測する。【選択図】図９

Description

本発明は、基板に対してパターンを描画するパターン描画装置およびパターン描画方法と、このパターン描画方法を用いて電子デバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
従来より、半導体デバイス、表示デバイス、配線基板、または、センサ素子などの製造工程においては、微細なパターンを形成するために、フォトリソグラフィ装置としてのマスク露光装置やパターンジェネレータ装置（描画装置などマスクレス露光装置）などが使われている。これらの露光装置は、デバイスの微細化や配線の細線化に伴って、より解像度が高く、位置合せ精度や重ね合せ精度が高いものが使われる。一方で、近年では、フレキシブルな基板上に各種の電気素子や配線を形成することで、最終製品内での部品の実装密度の向上を図ったり、最終製品の薄型化、軽量化、および、低価格化を図ったりしている。そのため、プラスチックなどの樹脂材料などによるフレキシブル基板上に配線や電極パッドなどのパターンを高精度に露光する装置では、フレキシブル基板の大きな伸縮や変形（歪み）によって生じる位置合せ誤差（重ね合せ誤差）を許容範囲内に抑えることが必要となる。そのような露光装置として、例えば、下記に示す特許文献１には、長尺の帯状の記録媒体（フレキシブルプリント配線基板）上に、画像データから生成した変調信号に基づいて光源から射出されたマルチビームを空間変調して照射する露光ヘッドユニットを備えたマスクレス露光装置（描画装置）が開示されている。
特許文献１のマスクレス露光装置では、フレキシブルプリント配線基板に所定のテンションを与えた状態で、フレキシブルプリント配線基板を長尺方向に所定の搬送速度で搬送しつつ、フレキシブルプリント配線基板上に形成されたマーク（例えば、単位露光領域の周囲４か所の各々に形成されたマーク）の位置を検出ユニットのカメラなどで検出する。そして、検出したマークの位置に基づいて、フレキシブルプリント配線基板（単位露光領域）の伸縮状態（伸縮係数）を測定し、それに基づいて、画像データが規定される描画パターンを変形させるデータ処理を行ってから、露光ヘッドユニットによってパターンを描画露光している。
特許文献１のようなマスクレス露光装置は、フレキシブルプリント配線基板の伸縮などによる変形に対応して、描画すべきパターン自体を比較的高い自由度で変形させることができるので、高い位置合せ精度や重ね合せ精度を得ることができる。しかしながら、フレキシブルプリント配線基板上に露光すべき１つのデバイス（単位露光領域）の面積が大きくなり、描画すべきパターンの寸法（線幅など）が微細化してくると、単位露光領域の周囲に形成されたマークの位置検出だけでは、単位露光領域の内部に生じている変形の状態を高精度に予測することが難しい場合があり、位置合せ精度や重ね合せ精度が単位露光領域内で部分的に劣化することがある。
特開２００６−０９８７２７号公報
本発明の第１の態様は、光源装置からのビームをパターン情報に応じて強度変調させつつ、前記ビームを基板上に投射して主走査方向に走査することで前記基板上にパターンを描画して、電子デバイスを製造するデバイス製造方法であって、前記ビームの前記主走査方向への走査のために、前記光源装置からの前記ビームを偏向することと、偏向された前記ビームを前記基板に投射することと、前記基板上に特定材料で予め形成された第１パターンの少なくとも一部に、新たに描画すべき第２パターンの少なくとも一部が重ねて描画されるように、前記パターン情報に応じて前記ビームを強度変調することと、前記基板上に前記第２パターンが描画される間に、前記基板に投射された前記ビームの反射光を光電検出して得られた検出信号に基づいて、前記第１パターンの位置情報、形状情報、および前記第１パターンと前記第２パターンとの相対的な位置関係の情報の少なくとも１つを計測することと、を含む。
本発明の第２の態様は、第１光源装置からのビームをパターン情報に応じて強度変調させつつ、前記ビームを基板上に投射して相対走査することで、前記基板上にパターンを描画するパターン描画装置であって、前記第１光源装置からの前記ビームと異なる波長の計測光を射出する第２光源装置と、前記ビームおよび前記計測光を偏向して、前記ビームおよび前記計測光を前記基板上で走査する偏向部材を含むビーム走査部と、前記計測光が前記基板に投射されたときに発生する反射光を前記ビーム走査部の前記偏向部材を介して光電検出する反射光検出部とを有する描画ユニットと、前記反射光検出部から出力される検出信号に基づいて、前記基板上に特定材料で予め形成された第１パターンの前記基板上における位置および形状の少なくとも１つに関する情報を計測する計測部と、を備える。
本発明の第３の態様は、光源装置からのビームをパターン情報に応じて強度変調させつつ、前記ビームを基板に投射して相対走査することで、前記基板上にパターンを描画するパターン描画方法であって、前記ビームと異なる波長の計測光および前記ビームを偏向して、前記ビームおよび前記計測光を前記基板に対して相対走査することと、偏向された前記ビームおよび前記計測光を前記基板に投射することと、前記基板に投射された前記計測光の反射光を光電検出することと、光電検出された検出信号に基づいて、前記基板上に特定材料で予め形成された第１パターンの前記基板上における位置および形状の少なくとも１つを計測することと、を含む。
本発明の第４の態様は、パターン情報に応じて強度変化された描画ビームを基板上に投射して、前記基板上に新たなパターンを描画するパターン描画装置であって、前記描画ビームを偏向する偏向部材によって、前記描画ビームを前記基板上で走査するビーム走査部と、前記基板上に特定材料で予め形成されている第１パターンの少なくとも一部に、前記描画ビームが投射されたときに発生する反射光を光電検出する第１の光検出部と、前記描画ビームとは異なる波長の計測ビームが前記ビーム走査部を介して前記基板上で走査されるように、前記計測ビームを前記偏向部材に導く計測ビーム送光系と、前記基板上の前記第１パターンの少なくとも一部に、前記計測ビームが投射されたときに発生する反射光を光電検出する第２の光検出部と、前記第１の光検出部と前記第２の光検出部の少なくとも一方から出力される信号に基づいて、前記描画ビームによって前記基板上に描画される前記新たなパターンの位置を制御する制御部と、を備える。
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の概略構成を示す図である。 露光装置の構成を示す構成図である。 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２に示す走査ユニットの光学的な構成を示す図である。 図２に示すビーム切換部の構成図である。 図２に示す光源装置の構成を示す図である。 図８Ａは、走査ユニットによって新たに描画すべき第２パターンの一部分に対応したパターンデータの一例を示し、図８Ｂは、図８Ａに示す位置Ａの列のシリアルデータに基づいて、スポット光を描画ラインに沿って描画した場合のスポット光の強度を示す図である。 図９Ａは、図８Ａに示すパターンデータを用いて、下層の第１パターンに重ね合わせて第２パターンを描画している例を示し、図９Ｂは、光検出器がそのときに検出した反射光の強度変化の例を示す図である。 図１０Ａは、基板上に形成される下層の第１パターンの断面構成の例を示し、図１０Ｂは、光検出器がそのときに検出した反射光の強度変化の例を示す図である。 形成された下層の第１パターンと、ダミーパターンデータが組み込まれたパターンデータに基づいて、第１パターンに対して重ね合せ露光された第２パターンとを示す図である。 基板上に形成された下層の第１パターンと、パターンデータに基づいて第１パターンに対して重ね合せ露光された第２パターンとを示す図である。 図２に示す露光装置の電気的な制御システムの構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態の走査ユニットの構成を示す図である。 図１５Ａは、図１４に示すポリゴンミラーの手前に設けられたシリンドリカルレンズから基板に投射されるまでのビームを、ビームの偏向方向（走査方向）と平行な−Ｙｔ方向側から見た場合の概略図、図１５Ｂは、図１４に示すポリゴンミラーの手前に設けられたシリンドリカルレンズから基板に投射されるまでのビームを、ビームの偏向方向（走査方向）と平行な平面と直交する方向側からみた場合の概略図である。 図１４に示すダイクロイックミラーで反射された計測光の光軸が、ダイクロイックミラーを透過したビームの光軸と同軸となるように、計測光をダイクロイックミラーに入射させた場合の、計測光のスポット光の投射位置の誤差発生の一例を示す図である。 図１７Ａは、図１４に示すダイクロイックミラーで反射された計測光の光軸を、ダイクロイックミラーを透過したビームの光軸に対して平行に偏心させた場合における、ポリゴンミラーの手前に設けられたシリンドリカルレンズから基板Ｐに投射されるまでの計測光を、計測光の偏向方向（走査方向）と平行な−Ｙｔ方向側から見た場合の概略図、図１７Ｂは、図１４に示すダイクロイックミラーで反射された計測光の光軸を、ダイクロイックミラーを透過したビームの光軸に対して平行に偏心させた場合における、ポリゴンミラーの手前に設けられたシリンドリカルレンズから基板Ｐに投射されるまでの計測光を、計測光の偏向方向（走査方向）と平行な平面と直交する方向側からみた場合の概略図である。 色収差の影響によって、図１７Ａ、図１７Ｂに示した計測光のスポット光の投射位置の誤差発生の一例を示す図である。 本変形例１の走査ユニットの構成を示す図である。 本変形例２の走査ユニットの構成を示す図である。 ポリゴンミラーに代えて揺動部材を採用した変形例３の走査ユニットの構成を示す図である。 変形例４における光検出器の配置例を示す図である。 パターンデータに応じてスポット光の強度を変調する電気光学素子に代えて描画用光学素子を用いた変形例５における描画用光学素子の配置例を示す図である。 計測光を用いてアライメント用のマークの位置の計測を説明する図である。 第３の実施の形態の描画ユニットの構成を示す図である。 図２５のマイクロレンズアレイのマイクロレンズを示す図である。 第４の実施の形態による走査ユニットの構成の一部を示す図である。 第４の実施の形態の変形例１による走査ユニットの構成を示すである。 図２８に示す３つの光電センサ部の各々からの光電信号の強度と基板のフォーカス位置との関係を示す図である。 第４の実施の形態の変形例２による走査ユニットの構成を示すである。 図３０に示すポリゴンミラーの反射面ＲＰの付近でのビームＬＢ１、計測光ＭＬ１、正規反射光ＭＬ１’の状態を模式的に示す図である。 第５の実施の形態におけるパターン描画制御の際のシーケンスや動作などを、機能ブロックとして表した図である。
本発明の態様に係るパターン描画装置、パターン描画方法、および、デバイス製造方法について、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。
デバイス製造システム１０は、基板Ｐに所定の処理（露光処理など）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・センサなどを製造する製造ラインが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、液晶ディスプレイなどがある。デバイス製造システム１０は、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供給ロールＦＲ１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を回収ロールＦＲ２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。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。第１の実施の形態においては、フィルム状の基板Ｐが、少なくとも処理装置（第１の処理装置）ＰＲ１、処理装置（第２の処理装置）ＰＲ２、露光装置（第３の処理装置）ＥＸ、処理装置（第４の処理装置）ＰＲ３、および、処理装置（第５の処理装置）ＰＲ４を経て、回収ロールＦＲ２に巻き取られるまでの例を示している。
本第１の実施の形態では、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ＦＲ１から回収ロールＦＲ２に向かう方向である。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。
基板Ｐは、例えば、樹脂フィルム、若しくは、ステンレス鋼などの金属または合金からなる箔（フォイル）などが用いられる。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や非可逆的な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程度の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）などのフィルムは、好適なシート基板の典型である。
基板Ｐは、処理装置ＰＲ１、処理装置ＰＲ２、露光装置ＥＸ、処理装置ＰＲ３、および、処理装置ＰＲ４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、箔などを貼り合わせた積層体であってもよい。
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、湿度などの環境などに応じて、可撓性の程度は変わる。いずれにしろ、本第１の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、回転ドラムなど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（破れや割れが発生）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。
処理装置ＰＲ１は、供給ロールＦＲ１から搬送されてきた基板Ｐを処理装置ＰＲ２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、基板Ｐに対して塗布処理を行う塗布装置である。処理装置ＰＲ１は、基板Ｐの表面に感光性機能液を選択的または一様に塗布する。この感光性機能液が表面に塗布された基板Ｐは処理装置ＰＲ２に向けて搬送される。
処理装置ＰＲ２は、処理装置ＰＲ１から搬送されてきた基板Ｐを露光装置ＥＸ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に対して乾燥処理を行う乾燥装置である。処理装置ＰＲ２は、熱風またはドライエアーなどの乾燥用エアー（温風）を基板Ｐの表面に吹き付けるブロワー、赤外線光源、セラミックヒーターなどによって感光性機能液に含まれる溶剤または水を除去して、感光性機能液を乾燥させる。これにより、基板Ｐの表面に感光性機能層（光感応層）となる膜が選択的または一様に形成される。なお、ドライフィルムを基板Ｐの表面に貼り付けることで、基板Ｐの表面に感光性機能層を形成してもよい。この場合は、処理装置ＰＲ１および処理装置ＰＲ２に代えて、ドライフィルムを基板Ｐに貼り付ける貼付装置（処理装置）を設ければよい。
ここで、この感光性機能液（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が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が露呈する感光性還元剤などがある。感光性機能液（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（銀や銅など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などを選択塗布することで、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などを構成する電極、半導体、絶縁、或いは接続用の配線となるパターン層を形成することができる。感光性機能液（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などを含む無電解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はアディティブ（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）など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。本第１の実施の形態では、感光性機能液（層）として感光性還元剤が用いられる。
露光装置ＥＸは、処理装置ＰＲ２から搬送されてきた基板Ｐを処理装置ＰＲ３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の電極や配線などのパターン）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。
本第１の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。後で詳細に説明するが、露光装置ＥＸは、基板Ｐを＋Ｘ方向（副走査の方向）に搬送しながら、露光用のパルス状のビーム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）に応じて高速に変調（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、回路または配線など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４参照）。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。
処理装置ＰＲ３は、露光装置ＥＸから搬送されてきた基板Ｐを処理装置ＰＲ４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に対して湿式処理を行う湿式処理装置である。本第１の実施の形態では、処理装置ＰＲ３は、基板Ｐに対して湿式処理の一種であるメッキ処理を行う。つまり、基板Ｐを処理槽に貯蔵されたメッキ液に所定時間浸漬する。これにより、感光性機能層の表面に潜像に応じたパターン層が析出（形成）される。つまり、基板Ｐの感光性機能層上のスポット光ＳＰの照射部分と非照射部分の違いに応じて、基板Ｐ上に所定の材料（例えば、パラジウム）が選択的に形成され、これがパターン層となる。
なお、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、湿式処理の一種である液体（例えば、導電性インクなどを含有した液体）の塗布処理またはメッキ処理が処理装置ＰＲ３によって行われる。この場合であっても、感光性機能層の表面に潜像に応じたパターン層が形成される。つまり、基板Ｐの感光性機能層のスポット光ＳＰの照射部分と被照射部分の違いに応じて、基板Ｐ上に所定の材料（例えば、導電性インクまたはパラジウムなど）が選択的に形成され、これがパターン層となる。また、感光性機能層としてフォトレジストを採用する場合は、処理装置ＰＲ３によって、湿式処理の一種である現像処理が行われる。この場合は、この現像処理によって、潜像に応じたパターンが感光性機能層（フォトレジスト）に形成される。
処理装置ＰＲ４は、処理装置ＰＲ３から搬送されてきた基板Ｐを回収ロールＦＲ２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に対して洗浄・乾燥処理を行う洗浄・乾燥装置である。処理装置ＰＲ４は、湿式処理が施された基板Ｐに対して純水による洗浄を行い、その後ガラス転移温度以下で、基板Ｐの水分含有率が所定値以下になるまで乾燥させる。
なお、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た場合は、処理装置ＰＲ４は、基板Ｐに対してアニール処理と乾燥処理を行うアニール・乾燥装置であってもよい。アニール処理は、塗布された導電性インクに含有されるナノ粒子同士の電気的な結合を強固にするために、例えば、ストロボランプからの高輝度のパルス光を基板Ｐに照射する。感光性機能層としてフォトレジストを採用した場合は、処理装置ＰＲ４と回収ロールＦＲ２との間に、エッチング処理を行う処理装置（湿式処理装置）ＰＲ５と、エッチング処理が施された基板Ｐに対して洗浄・乾燥処理を行う処理装置（洗浄・乾燥装置）ＰＲ６とを設けてもよい。これにより、感光性機能層としてフォトレジストを採用した場合は、エッチング処理が施されることで、基板Ｐにパターン層が形成される。つまり、基板Ｐの感光性機能層のスポット光ＳＰの照射部分と被照射部分の違いに応じて、基板Ｐ上に所定の材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）など）が選択的に形成され、これがパターン層となる。処理装置ＰＲ５、ＰＲ６は、送られてきた基板Ｐを回収ロールＦＲ２に向けて所定の速度で基板Ｐを搬送方向（＋Ｘ方向）に搬送する機能を有する。複数の処理装置ＰＲ１〜ＰＲ４（必要に応じて処理装置ＰＲ５、ＰＲ６も含む）および露光装置ＥＸの基板Ｐを＋Ｘ方向に搬送する搬送機構は、デバイス製造システム１０の基板搬送装置として機能する。
このようにして、各処理が施された基板Ｐは回収ロールＦＲ２によって回収される。デバイス製造システム１０の少なくとも各処理を経て、１つのパターン層が基板Ｐ上に形成される。複数のパターン層が重ね合わされることで電子デバイスが構成される場合は、電子デバイスを生成するために、図１に示すようなデバイス製造システム１０の各処理を少なくとも２回は経なければならない。そのため、基板Ｐが巻き取られた回収ロールＦＲ２を供給ロールＦＲ１として別のデバイス製造システム１０に装着することで、パターン層を積層することができる。そのような動作を繰り返して、電子デバイスが形成される。処理後の基板Ｐは、複数の電子デバイスが所定の間隔をあけて基板Ｐの長尺方向に沿って連なった状態となる。つまり、基板Ｐは、多面取り用の基板となっている。
電子デバイスが連なった状態で形成された基板Ｐを回収した回収ロールＦＲ２は、図示しないダイシング装置に装着されてもよい。回収ロールＦＲ２が装着されたダイシング装置は、処理後の基板Ｐを電子デバイス（デバイス形成領域である露光領域Ｗ）毎に分割（ダイシング）することで、複数の枚葉となった電子デバイスにする。基板Ｐの寸法は、例えば、幅方向（短尺となる方向）の寸法が１０ｃｍ〜２ｍ程度であり、長さ方向（長尺となる方向）の寸法が１０ｍ以上である。なお、基板Ｐの寸法は、上記した寸法に限定されない。
図２は、露光装置ＥＸの構成を示す構成図である。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などを抑制する。温調チャンバーＥＣＶは、パッシブまたはアクティブな防振ユニット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、工場の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、同一構成の２つの光源装置ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）と、ビーム切換部ＢＤＵと、露光ヘッド１４と、制御装置１６と、複数のアライメント顕微鏡ＡＭ１ｍ、ＡＭ２ｍ（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、４）とを少なくとも備えている。制御装置（制御部）１６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１６は、コンピュータとプログラムが記録された記録媒体などとを含み、該コンピュータがプログラムを実行することで、本第１の実施の形態の制御装置１６として機能する。
基板搬送機構１２は、デバイス製造システム１０の前記基板搬送装置の一部を構成するものであり、処理装置ＰＲ２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、処理装置ＰＲ３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。
エッジポジションコントローラＥＰＣは、処理装置ＰＲ２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、所定のテンションが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と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を補正するように、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。
回転ドラムＤＲは、Ｙ方向に延びるとともに重力が働く方向と交差した方向に延びた中心軸ＡＸｏと、中心軸ＡＸｏから一定半径の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に湾曲させて支持（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、露光ヘッド１４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１６によって制御される図示しない回転駆動源（例えば、モータや減速機構など）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。
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を処理装置ＰＲ３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１６は、図示しない回転駆動源（例えば、モータや減速機など）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。
光源装置ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）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以下の波長帯域に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ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）が射出したビームＬＢは、ビーム切換部ＢＤＵを介して露光ヘッド１４に入射する。光源装置ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）は、制御装置１６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ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）の構成は、後で詳細に説明するが、第１の実施の形態では、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、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）などで構成され、発振周波数Ｆａが数百ＭＨｚ程度まで確保でき、１パルス光の発光時間がピコ秒程度の高輝度な紫外線のパルス光が得られるファイバーアンプレーザ光源（高調波レーザ光源）を用いるものとする。なお、光源装置ＬＳａからのビームＬＢと、光源装置ＬＳｂからのビームＬＢとを区別するために、光源装置ＬＳａからのビームＬＢをＬＢａ、光源装置ＬＳｂからのビームＬＢをＬＢｂで表す場合がある。
ビーム切換部ＢＤＵは、露光ヘッド１４を構成する複数の走査ユニットＵｎ（なお、ｎ＝１、２、・・・、６）のうち２つの走査ユニットＵｎに、２つの光源装置ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）からのビームＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ）を入射させるとともに、ビームＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ）が入射する走査ユニットＵｎを切り換える。詳しくは、ビーム切換部ＢＤＵは、３つの走査ユニットＵ１〜Ｕ３のうち１つの走査ユニットＵｎに光源装置ＬＳａからのビームＬＢａを入射させ、３つの走査ユニットＵ４〜Ｕ６のうち１つの走査ユニットＵｎに、光源装置ＬＳｂからのビームＬＢｂを入射させる。また、ビーム切換部ＢＤＵは、ビームＬＢａが入射する走査ユニットＵｎを走査ユニットＵ１〜Ｕ３の中で切り換え、走査ビームＬＢｂが入射する走査ユニットＵｎを走査ユニットＵ４〜Ｕ６の中で切り換える。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ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）からのビームＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ）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。
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ＬＢｎ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。つまり、ビーム切換部ＢＤＵは、走査ユニットＵ１〜Ｕ３のうち、スポット光ＳＰの走査を行う１つの走査ユニットＵｎに、光源装置ＬＳａからのビームＬＢｎ（ＬＢａ）を入射させる。同様に、ビーム切換部ＢＤＵは、走査ユニットＵ４〜Ｕ６のうち、スポット光ＳＰの走査を行う１つの走査ユニットＵｎに、光源装置ＬＳｂからのビームＬＢｎ（ＬＢｂ）を入射させる。このビーム切換部ＢＤＵについては後で詳細に説明する。なお、走査ユニットＵ１〜Ｕ３に関しては、スポット光ＳＰの走査を行う走査ユニットＵｎ、つまり、ビームＬＢｎが入射する走査ユニットＵｎが、Ｕ１→Ｕ２→Ｕ３、の順番で切り換わるものとする。また、走査ユニットＵ４〜Ｕ６に関しては、スポット光ＳＰの走査を行う走査ユニットＵｎ、つまり、ビームＬＢｎが入射する走査ユニットＵｎが、Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６、の順番で切り換わるものとする。
以上に説明したような光源装置ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）とビーム切換部ＢＤＵとを組み合わせたパターン描画装置の構成は、例えば国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレットに開示されている。
露光ヘッド１４は、同一構成の複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）を配列した、いわゆるマルチビーム型の露光ヘッドとなっている。露光ヘッド１４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。複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）は、所定の配置関係で配置されている。複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）は、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。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。
各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）は、光源装置ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）からのビームＬＢｎを基板Ｐの被照射面上でスポット光ＳＰに収斂するように投射しつつ、そのスポット光ＳＰを、回転するポリゴンミラーＰＭ（図５参照）によって１次元に走査する。この各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）のポリゴンミラーＰＭによって、基板Ｐの被照射面上でスポット光ＳＰが１次元に走査される。このスポット光ＳＰの走査によって、基板Ｐ上（基板Ｐの被照射面上）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。この走査ユニットＵｎの構成については、後で詳しく説明する。
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。複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）の描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）は、図３、図４に示すように、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。走査ユニットＵｎに入射するビームＬＢｎは、所定の方向に偏光した直線偏光（Ｐ偏光またはＳ偏光）のビームであってもよく、本第１の実施の形態では、Ｐ偏光のビームとする。
図４に示すように、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。なお、露光領域Ｗの幅を広くしたい場合は、描画ラインＳＬｎ自体の長さを長くするか、Ｙ方向に配置する走査ユニットＵｎの数を増やすことで対応することができる。
なお、実際の各描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）は、スポット光ＳＰが被照射面上を実際に走査可能な最大の長さ（最大走査長）よりも僅かに短く設定される。例えば、主走査方向（Ｙ方向）の描画倍率が初期値（倍率補正無し）の場合にパターン描画可能な描画ラインＳＬｎの走査長を３０ｍｍとすると、スポット光ＳＰの被照射面上での最大走査長は、描画ラインＳＬｎの描画開始点（走査開始点）側と描画終了点（走査終了点）側の各々に０．５ｍｍ程度の余裕を持たせて、３１ｍｍ程度に設定されている。このように設定することによって、スポット光ＳＰの最大走査長３１ｍｍの範囲内で、３０ｍｍの描画ラインＳＬｎの位置を主走査方向に微調整したり、描画倍率を微調整したりすることが可能となる。スポット光ＳＰの最大走査長は３１ｍｍに限定されるものではなく、主に走査ユニットＵｎ内のポリゴンミラーＰＭの後に設けられるｆθレンズＦＴ（図５参照）の口径や焦点距離などによって決まる。
複数の描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）は、中心面Ｐｏｃ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する。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する。描画ラインＳＬ１〜ＳＬ６は、基板Ｐの幅方向、つまり、回転ドラムＤＲの中心軸ＡＸｏと略並行となっている。
描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５は、基板Ｐの幅方向（主走査方向）に沿って所定の間隔をあけて直線上に１列に配置されている。描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６も同様に、基板Ｐの幅方向（主走査方向）に沿って所定の間隔をあけて直線上に１列に配置されている。このとき、描画ラインＳＬ２は、基板Ｐの幅方向に関して、描画ラインＳＬ１と描画ラインＳＬ３との間に配置される。同様に、描画ラインＳＬ３は、基板Ｐの幅方向に関して、描画ラインＳＬ２と描画ラインＳＬ４との間に配置されている。描画ラインＳＬ４は、基板Ｐの幅方向に関して、描画ラインＳＬ３と描画ラインＳＬ５との間に配置され、描画ラインＳＬ５は、基板Ｐの幅方向に関して、描画ラインＳＬ４と描画ラインＳＬ６との間に配置されている。
奇数番の描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５の各々に沿って走査されるビームＬＢ１、ＬＢ３、ＬＢ５のスポット光ＳＰの主走査方向は、１次元の方向となっており、−Ｙ方向となっている。偶数番の描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６の各々に沿って走査されるビームＬＢ２、ＬＢ４、ＬＢ６のスポット光ＳＰの主走査方向は、１次元の方向となっており、＋Ｙ方向となっている。これにより、描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５の描画開始点側の端部と、描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６の描画開始点側の端部とはＹ方向に関して隣接または一部重複する。また、描画ラインＳＬ３、ＳＬ５の描画終了点側の端部と、描画ラインＳＬ２、ＳＬ４の描画終了点側の端部とはＹ方向に関して隣接または一部重複する。Ｙ方向に隣り合う描画ラインＳＬｎの端部同士を一部重複させるように、各描画ラインＳＬｎを配置する場合は、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。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。
本第１の実施の形態の場合、光源装置ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）からのビームＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ）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（ＬＢａ、ＬＢｂ）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の強度分布がガウス分布で近似される場合、スポット光ＳＰのピーク強度の１／ｅ2（または１／２）で決まる。本第１の実施の形態では、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ＳＬ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。本第１の実施の形態では、スポット光ＳＰのサイズ（寸法）φを３μｍとする。
なお、基板Ｐ上の感光性機能層への露光量の設定は、ビームＬＢ（パルス光）のピーク値の調整で可能であるが、ビームＬＢの強度を上げられない状況で露光量を増大させたい場合は、スポット光ＳＰの主走査方向の走査速度Ｖｓの低下、ビームＬＢの発振周波数Ｆａの増大、或いは基板Ｐの副走査方向の搬送速度Ｖｔの低下などのいずれかによって、スポット光ＳＰの主走査方向または副走査方向に関するオーバーラップ量を増加させればよい。スポット光ＳＰの主走査方向の走査速度Ｖｓは、ポリゴンミラーＰＭの回転数（回転速度Ｖｐ）に比例して速くなる。
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に向けて照射する。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。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。ここで、各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）によって規定される所定の描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）の各中点を通って基板Ｐの被照射面と垂直な線（または光軸とも呼ぶ）を、照射中心軸Ｌｅｎ（Ｌｅ１〜Ｌｅ６）と呼ぶ。
この各照射中心軸Ｌｅｎ（Ｌｅ１〜Ｌｅ６）は、ＸＺ平面において、描画ラインＳＬ１〜ＳＬ６と中心軸ＡＸｏとを結ぶ線となっている。奇数番の走査ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５の各々の照射中心軸Ｌｅ１、Ｌｅ３、Ｌｅ５は、ＸＺ平面において同じ方向となっており、偶数番の走査ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６の各々の照射中心軸Ｌｅ２、Ｌｅ４、Ｌｅ６は、ＸＺ平面において同じ方向となっている。また、照射中心軸Ｌｅ１、Ｌｅ３、Ｌｅ５と照射中心軸Ｌｅ２、Ｌｅ４、Ｌｅ６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２参照）。
図２に示した複数のアライメント顕微鏡ＡＭ１ｍ（ＡＭ１１〜ＡＭ１４）、ＡＭ２ｍ（ＡＭ２１〜ＡＭ２４）は、図４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ＡＭ１ｍ（ＡＭ１１〜ＡＭ１４）、ＡＭ２ｍ（ＡＭ２１〜ＡＭ２４）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ＡＭ１ｍ（ＡＭ１１〜ＡＭ１４）は、露光ヘッド１４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。また、複数のアライメント顕微鏡ＡＭ２ｍ（ＡＭ２１〜ＡＭ２４）は、露光ヘッド１４からビーム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の搬送方向の下流側（＋Ｘ方向側）に設けられている。
アライメント顕微鏡ＡＭ１ｍ（ＡＭ１１〜ＡＭ１４）、ＡＭ２ｍ（ＡＭ２１〜ＡＭ２４）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）Ｖｗ１ｍ（Ｖｗ１１〜Ｖｗ１４）、Ｖｗ２ｍ（Ｖｗ２１〜Ｖｗ２４）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で撮像するＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの撮像素子とを有する。複数のアライメント顕微鏡ＡＭ１ｍ（ＡＭ１１〜ＡＭ１４）、ＡＭ２ｍ（ＡＭ２１〜ＡＭ２４）の各々が撮像した撮像信号（画像データ）は制御装置１６に送られる。制御装置１６のマーク位置検出部１０６（図１２参照）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。
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。
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。
アライメント顕微鏡ＡＭ１１、ＡＭ２１は、図４に示すように、対物レンズによる観察領域（検出領域）Ｖｗ１１、Ｖｗ２１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ＡＭ１２〜ＡＭ１４、ＡＭ２２〜ＡＭ２４は、対物レンズによる観察領域Ｖｗ１２〜Ｖｗ１４、Ｖｗ２２〜Ｖｗ２４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ＡＭ１１〜ＡＭ１４、ＡＭ２１〜ＡＭ２４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ＡＭ１１〜ＡＭ１４、ＡＭ２１〜ＡＭ２４、の順で基板Ｐの幅方向に沿って設けられている。なお、図３においては、アライメント顕微鏡ＡＭ２ｍ（ＡＭ２１〜ＡＭ２４）の観察領域Ｖｗ２ｍ（Ｖｗ２１〜Ｖｗ２４）の図示を省略している。
複数のアライメント顕微鏡ＡＭ１ｍ（ＡＭ１１〜ＡＭ１４）は、Ｘ方向に関して、露光位置（描画ラインＳＬ１〜ＳＬ６）と観察領域Ｖｗ１ｍ（Ｖｗ１１〜Ｖｗ１４）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。複数のアライメント顕微鏡ＡＭ２ｍ（ＡＭ２１〜ＡＭ２４）も同様に、Ｘ方向に関して、露光位置（描画ラインＳＬ１〜ＳＬ６）と観察領域Ｖｗ２ｍ（Ｖｗ２１〜Ｖｗ２４）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ＡＭ１ｍ、ＡＭ２ｍ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Ｖｗ１ｍ（Ｖｗ１１〜Ｖｗ１４）、Ｖｗ２ｍ（Ｖｗ２１〜Ｖｗ２４）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。
図３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ＥＮｊａ、ＥＮｊｂ（なお、ｊ＝１、２、３、４）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２、図３参照）。なお、図３においては、エンコーダヘッドＥＮ４ａ、ＥＮ４ｂの図示を省略している。
エンコーダヘッドＥＮｊａ、ＥＮｊｂは、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、４つのエンコーダヘッドＥＮｊａ（ＥＮ１ａ、ＥＮ２ａ、ＥＮ３ａ、ＥＮ４ａ）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、４つのエンコーダヘッドＥＮｊｂ（ＥＮ１ｂ、ＥＮ２ｂ、ＥＮ３ｂ、ＥＮ４ｂ）が設けられている。
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、設置方位線Ｌｘ１上に配置されている（図２、図３参照）。設置方位線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、設置方位線Ｌｘ１は、ＸＺ平面において、各アライメント顕微鏡ＡＭ１ｍ（ＡＭ１１〜ＡＭ１４）の観察領域Ｖｗ１ｍ（Ｖｗ１１〜Ｖｗ１４）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ＡＭ１ｍ（ＡＭ１１〜ＡＭ１４）も設置方位線Ｌｘ１上に配置されている。
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、設置方位線Ｌｘ２上に配置されている（図２、図３参照）。設置方位線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。この設置方位線Ｌｘ２は、ＸＺ平面において、照射中心軸Ｌｅ１、Ｌｅ３、Ｌｅ５と同角度位置となって重なっている。
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、設置方位線Ｌｘ３上に配置されている（図２、図３参照）。設置方位線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。この設置方位線Ｌｘ３は、ＸＺ平面において、照射中心軸Ｌｅ２、Ｌｅ４、Ｌｅ６と同角度位置となって重なっている。したがって、設置方位線Ｌｘ２と設置方位線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２参照）。
エンコーダヘッドＥＮ４ａ、ＥＮ４ｂは、エンコーダヘッドＥＮ３ａ、ＥＮ３ｂより基板Ｐの搬送方向の下流側（＋Ｘ方向側）に設けられており、設置方位線Ｌｘ４上に配置されている（図２参照）。設置方位線Ｌｘ４は、ＸＺ平面において、エンコーダヘッドＥＮ４ａ、ＥＮ４ｂ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、設置方位線Ｌｘ４は、ＸＺ平面において、各アライメント顕微鏡ＡＭ２ｍ（ＡＭ２１〜ＡＭ２４）の観察領域Ｖｗ２ｍ（Ｖｗ２１〜Ｖｗ２４）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ＡＭ２ｍ（ＡＭ２１〜ＡＭ２４）も設置方位線Ｌｘ４上に配置されている。この設置方位線Ｌｘ１と設置方位線Ｌｘ４とは、ＸＺ平面において、中心面Ｐｏｃに対して角度が±θ２となるように設定されている（図２参照）。
各エンコーダヘッドＥＮｊａ（ＥＮ１ａ〜ＥＮ４ａ）、ＥＮｊｂ（ＥＮ１ｂ〜ＥＮ４ｂ）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、パルス状の検出信号（１／４周期の位相差を持つ２相デジタル信号）を制御装置１６に出力する。制御装置１６の回転位置検出部１０８（図１２参照）は、その検出信号（２相デジタル信号）の内挿処理によって生成される計数パルスをカウントすることで、回転ドラムＤＲの回転角度位置および角度変化をサブミクロンの分解能で計測する。この回転ドラムＤＲの角度変化から、基板Ｐの搬送速度Ｖｔも計測することができる。回転位置検出部１０８は、各エンコーダヘッドＥＮｊａ（ＥＮ１ａ〜ＥＮ４ａ）、ＥＮｊｂ（ＥＮ１ｂ〜ＥＮ４ｂ）からの検出信号をそれぞれ個別にカウントする。
以上に説明したようなエンコーダヘッドＥＮｊａ（ＥＮ１ａ〜ＥＮ４ａ）、ＥＮｊｂ（ＥＮ１ｂ〜ＥＮ４ｂ）を搭載したパターン描画装置の構成は、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。
回転位置検出部１０８は、複数のカウンタ回路ＣＮｊａ（ＣＮ１ａ〜ＣＮ４ａ）、ＣＮｊｂ（ＣＮ１ｂ〜ＣＮ４ｂ）を有する。カウンタ回路ＣＮ１ａは、エンコーダヘッドＥＮ１ａからの検出信号（２相デジタル信号）から生成されるパルスをカウントし、カウンタ回路ＣＮ１ｂは、エンコーダヘッドＥＮ１ｂからの検出信号（２相デジタル信号）から生成されるパルスをカウントする。同様にして、カウンタ回路ＣＮ２ａ〜ＣＮ４ａ、ＣＮ２ｂ〜ＣＮ４ｂは、エンコーダヘッドＥＮ２ａ〜ＥＮ４ａ、ＥＮ２ｂ〜ＥＮ４ｂからの検出信号（２相デジタル信号）から生成されるパルスをカウントする。この各カウンタ回路ＣＮｊａ（ＣＮ１ａ〜ＣＮ４ａ）、ＣＮｊｂ（ＣＮ１ｂ〜ＣＮ４ｂ）は、各エンコーダヘッドＥＮｊａ（ＥＮ１ａ〜ＥＮ４ａ）、ＥＮｊｂ（ＥＮ１ｂ〜ＥＮ４ｂ）がスケール部ＳＤａ、ＳＤｂの周方向の一部に形成された図３に示す原点マーク（原点パターン）ＺＺを検出すると、原点マークＺＺを検出したエンコーダヘッドＥＮｊａ、ＥＮｊｂに対応するカウント値を０にリセットする。
このカウンタ回路ＣＮ１ａ、ＣＮ１ｂのカウント値のいずれか一方若しくはその平均値は、設置方位線Ｌｘ１上における回転ドラムＤＲの回転角度位置として用いられ、カウンタ回路ＣＮ２ａ、ＣＮ２ｂのカウント値のいずれか一方若しくは平均値は、設置方位線Ｌｘ２上における回転ドラムＤＲの回転角度位置として用いられる。同様に、カウンタ回路ＣＮ３ａ、ＣＮ３ｂのカウント値のいずれか一方若しくは平均値は、設置方位線Ｌｘ３上における回転ドラムＤＲの回転角度位置として用いられ、カウンタ回路ＣＮ４ａ、ＣＮ４ｂのカウント値のいずれか一方若しくはその平均値は、設置方位線Ｌｘ４上における回転ドラムＤＲの回転角度位置として用いられる。なお、回転ドラムＤＲの製造誤差など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、カウンタ回路ＣＮ１ａ、ＣＮ１ｂのカウント値は同一となる。同様にして、カウンタ回路ＣＮ２ａ、ＣＮ２ｂのカウント値も同一となり、カウンタ回路ＣＮ３ａ、ＣＮ３ｂのカウント値、カウンタ回路ＣＮ４ａ、ＣＮ４ｂのカウント値もそれぞれ同一となる。
上述したように、アライメント顕微鏡ＡＭ１ｍ（ＡＭ１１〜ＡＭ１４）とエンコーダヘッドＥＮ１ａ、ＥＮ１ｂとは、設置方位線Ｌｘ１上に配置され、アライメント顕微鏡ＡＭ２ｍ（ＡＭ２１〜ＡＭ２４）とエンコーダヘッドＥＮ４ａ、ＥＮ４ｂとは、設置方位線Ｌｘ４上に配置されている。したがって、複数のアライメント顕微鏡ＡＭ１ｍ（ＡＭ１１〜ＡＭ１４）が撮像した複数の撮像信号のマーク位置検出部１０６の画像解析によるマークＭＫｍ（ＭＫ１〜ＭＫ４）の位置検出と、アライメント顕微鏡ＡＭ１ｍが撮像した瞬間の回転ドラムＤＲの回転角度位置の情報（エンコーダヘッドＥＮ１ａ、ＥＮ１ｂに基づくカウント値）とに基づいて、設置方位線Ｌｘ１上における基板Ｐの位置を高精度に計測することができる。同様に、複数のアライメント顕微鏡ＡＭ２ｍ（ＡＭ２１〜ＡＭ２４）が撮像した複数の撮像信号のマーク位置検出部１０６の画像解析によるマークＭＫｍ（ＭＫ１〜ＭＫ４）の位置検出と、アライメント顕微鏡ＡＭ２ｍが撮像した瞬間の回転ドラムＤＲの回転角度位置の情報（エンコーダヘッドＥＮ４ａ、ＥＮ４ｂに基づくカウント値）とに基づいて、設置方位線Ｌｘ４上における基板Ｐの位置を高精度に計測することができる。
また、エンコーダヘッドＥＮ１ａ、ＥＮ１ｂからの検出信号に基づくカウント値と、エンコーダヘッドＥＮ２ａ、ＥＮ２ｂからの検出信号に基づくカウント値と、エンコーダヘッドＥＮ３ａ、ＥＮ３ｂからの検出信号に基づくカウント値と、エンコーダヘッドＥＮ４ａ、ＥＮ４ｂからの検出信号に基づくカウント値は、各エンコーダヘッドＥＮｊａ、ＥＮｊｂが原点マークＺＺを検出した瞬間にゼロにリセットされる。そのため、エンコーダヘッドＥＮ１ａ、ＥＮ１ｂに基づくカウント値が第１の値（例えば、１００）のときの、回転ドラムＤＲに巻き付けられている基板Ｐの設置方位線Ｌｘ１上における位置を第１の位置とした場合に、基板Ｐ上の第１の位置が設置方位線Ｌｘ２上の位置（描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５の位置）まで搬送されると、エンコーダヘッドＥＮ２ａ、ＥＮ２ｂに基づくカウント値は第１の値（例えば、１００）となる。同様に、基板Ｐ上の第１の位置が設置方位線Ｌｘ３上の位置（描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６の位置）まで搬送されると、エンコーダヘッドＥＮ３ａ、ＥＮ３ｂからの検出信号に基づくカウント値は第１の値（例えば、１００）となる。同様に、基板Ｐ上の第１の位置が設置方位線Ｌｘ４上の位置まで搬送されると、エンコーダヘッドＥＮ４ａ、ＥＮ４ｂからの検出信号に基づくカウント値は第１の値（例えば、１００）となる。
ところで、基板Ｐは、回転ドラムＤＲの両端のスケール部ＳＤａ、ＳＤｂより内側に巻き付けられている。図２では、スケール部ＳＤａ、ＳＤｂの外周面の中心軸ＡＸｏからの半径を、回転ドラムＤＲの外周面の中心軸ＡＸｏからの半径より小さく設定した。しかしながら、図３に示すように、スケール部ＳＤａ、ＳＤｂの外周面を、回転ドラムＤＲに巻き付けられた基板Ｐの外周面と同一面となるように設定してもよい。つまり、スケール部ＳＤａ、ＳＤｂの外周面の中心軸ＡＸｏからの半径（距離）と、回転ドラムＤＲに巻き付けられた基板Ｐの外周面（被照射面）の中心軸ＡＸｏからの半径（距離）とが同一となるように設定してもよい。これにより、各エンコーダヘッドＥＮｊａ（ＥＮ１ａ〜ＥＮ４ａ）、ＥＮｊｂ（ＥＮ１ｂ〜ＥＮ４ｂ）は、回転ドラムＤＲに巻き付いた基板Ｐの被照射面と同じ径方向の位置でスケール部ＳＤａ、ＳＤｂを検出することができる。したがって、エンコーダヘッドＥＮｊａ、ＥＮｊｂによる計測位置と処理位置（描画ラインＳＬ１〜ＳＬ６）とが回転ドラムＤＲの径方向で異なることで生じるアッベ誤差を小さくすることができる。
ただし、被照射体としての基板Ｐの厚さは十数μｍ〜数百μｍと大きく異なるため、スケール部ＳＤａ、ＳＤｂの外周面の半径と、回転ドラムＤＲに巻き付けられた基板Ｐの外周面の半径とを常に同一にすることは難しい。そのため、図３に示したスケール部ＳＤａ、ＳＤｂの場合、その外周面（スケール面）の半径は、回転ドラムＤＲの外周面の半径と一致するように設定される。さらに、スケール部ＳＤａ、ＳＤｂを個別の円盤で構成し、その円盤（スケール円盤）を回転ドラムＤＲのシャフトＳｆｔに同軸に取り付けることも可能である。その場合も、アッベ誤差が許容値内に収まる程度に、スケール円盤の外周面（スケール面）の半径と回転ドラムＤＲの外周面の半径とを揃えておくのがよい。
アライメント顕微鏡ＡＭ１ｍ（ＡＭ１１〜ＡＭ１４）によって検出されたマークＭＫｍ（ＭＫ１〜ＭＫ４）の基板Ｐ上の位置と、エンコーダヘッドＥＮ１ａ、ＥＮ１ｂに基づくカウント値（カウンタ回路ＣＮ１ａ、ＣＮ１ｂのカウント値のいずれか一方若しくは平均値）に基づいて、制御装置１６は、基板Ｐの長尺方向（Ｘ方向）における露光領域Ｗの描画露光の開始位置を決定する。なお、露光領域ＷのＸ方向の長さは予め既知なので、制御装置１６は、マークＭＫｍ（ＭＫ１〜ＭＫ４）を所定個数検出する度に、描画露光の開始位置として決定する。そして、露光開始位置が決定された際のエンコーダヘッドＥＮ１ａ、ＥＮ１ｂに基づくカウント値を第１の値（例えば、１００）とした場合は、エンコーダヘッドＥＮ２ａ、ＥＮ２ｂに基づくカウント値が第１の値（例えば、１００）となると、基板Ｐの長尺方向における露光領域Ｗの描画露光の開始位置が描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５上に位置する。したがって、走査ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５は、エンコーダヘッドＥＮ２ａ、ＥＮ２ｂのカウント値に基づいて、スポット光ＳＰの走査を開始することができる。また、エンコーダヘッドＥＮ３ａ、ＥＮ３ｂに基づくカウント値が第１の値（例えば、１００）となると、基板Ｐの長尺方向における露光領域Ｗの描画露光の開始位置が描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６上に位置する。したがって、走査ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６は、エンコーダヘッドＥＮ３ａ、ＥＮ３ｂのカウント値に基づいて、スポット光ＳＰの走査を開始することができる。
通常は、テンション調整ローラＲＴ１、ＲＴ２が基板Ｐに長尺方向に所定のテンションを与えることで、基板Ｐは、回転ドラムＤＲに密着しながら、回転ドラムＤＲの回転と一緒になって搬送される。しかし、回転ドラムＤＲの回転速度Ｖｐが速かったり、テンション調整ローラＲＴ１、ＲＴ２が基板Ｐに与えるテンションが一時的に低くなり過ぎたり、高くなり過ぎたりするなどの理由により、回転ドラムＤＲの外周面上に密接しているはずの基板Ｐが長尺方向に僅かに滑る現象（マイクロスリップ）が発生する可能性がある。基板Ｐの回転ドラムＤＲに対する滑りが発生しない状態時においては、エンコーダヘッドＥＮ４ａ、ＥＮ４ｂに基づくカウント値が、マークＭＫｍＡ（ある特定のマークＭＫｍ）をアライメント顕微鏡ＡＭ１ｍが撮像した瞬間のエンコーダヘッドＥＮ１ａ、ＥＮ１ｂに基づくカウント値（例えば、１５０）と同じ値になった場合は、アライメント顕微鏡ＡＭ２ｍによって、このマークＭＫｍＡが検出される。
しかしながら、基板Ｐの回転ドラムＤＲに対する滑りが発生している場合は、エンコーダヘッドＥＮ４ａ、ＥＮ４ｂに基づくカウント値が、マークＭＫｍＡをアライメント顕微鏡ＡＭ１ｍが撮像した瞬間のエンコーダヘッドＥＮ１ａ、ＥＮ１ｂに基づくカウント値（例えば、１５０）と同じ値となっても、アライメント顕微鏡ＡＭ２ｍによって、このマークＭＫｍＡが検出されない。この場合は、エンコーダヘッドＥＮ４ａ、ＥＮ４ｂに基づくカウント値が、例えば、１５０を過ぎてから、アライメント顕微鏡ＡＭ２ｍによって、マークＭＫｍＡが検出されることになる。したがって、マークＭＫｍＡをアライメント顕微鏡ＡＭ１ｍが撮像した瞬間のエンコーダヘッドＥＮ１ａ、ＥＮ１ｂに基づくカウント値と、マークＭＫｍＡをアライメント顕微鏡ＡＭ２ｍが撮像した瞬間のエンコーダヘッドＥＮ４ａ、ＥＮ４ｂのカウント値とに基づいて、基板Ｐの回転ドラムＤＲ上での滑り量を求めることができる。このように、このアライメント顕微鏡ＡＭ２ｍおよびエンコーダヘッドＥＮ４ａ、ＥＮ４ｂを追加設置することで、基板Ｐの滑り量を測定することができる。なお、アライメント顕微鏡ＡＭ１ｍ、ＡＭ２ｍ、エンコーダヘッドＥＮｊａ、ＥＮｊｂ、スケール部ＳＤａ、ＳＤｂ、マーク位置検出部１０６、および、回転位置検出部１０８は、アライメント系として構成される。
次に、図５を参照して走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）の光学的な構成について説明する。なお、各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）は、同一の構成を有することから、走査ユニット（描画ユニット）Ｕ１についてのみ説明し、他の走査ユニット（描画ユニット）Ｕ２〜Ｕ６についてはその説明を省略する。また、図５においては、照射中心軸Ｌｅｎ（Ｌｅ１）と平行する方向をＺｔ方向とし、Ｚｔ方向と直交する平面上にあって、基板Ｐが処理装置ＰＲ２から露光装置ＥＸを経て処理装置ＰＲ３に向かう方向をＸｔ方向とし、Ｚｔ方向と直交する平面上であって、Ｘｔ方向と直交する方向をＹｔ方向とする。つまり、図５のＸｔ、Ｙｔ、Ｚｔの３次元座標は、図２のＸ、Ｙ、Ｚの３次元座標を、Ｙ軸を中心にＺ軸方向が照射中心軸Ｌｅｎ（Ｌｅ１）と平行となるように回転させた３次元座標である。
図５に示すように、走査ユニットＵ１内には、ビームＬＢ１の入射位置から被照射面（基板Ｐ）までのビームＬＢ１の進行方向に沿って、反射ミラーＭ２０、ビームエキスパンダーＢＥ、反射ミラーＭ２１、偏光ビームスプリッタＢＳ１、反射ミラーＭ２２、シフト光学部材（平行平板）ＳＲ、偏向調整光学部材（プリズム）ＤＰ、フィールドアパーチャＦＡ、反射ミラーＭ２３、λ／４波長板ＱＷ、シリンドリカルレンズＣＹａ、反射ミラーＭ２４、ポリゴンミラーＰＭ、ｆθレンズＦＴ、反射ミラーＭ２５、シリンドリカルレンズＣＹｂが設けられる。さらに、走査ユニットＵ１内には、走査ユニットＵ１の描画開始可能タイミングを検出する原点センサ（原点検出器）ＯＰ１と、被照射面（基板Ｐ）からの反射光を偏光ビームスプリッタＢＳ１を介して検出するための光学レンズ系Ｇ１０および光検出器（反射光検出部）ＤＴ１とが設けられる。ビームＬＢ１の進行方向に沿って、反射ミラーＭ２０〜シリンドリカルレンズＣＹｂまでの光学部材（例えば、ポリゴンミラーＰＭ、ｆθレンズなど）は、ビーム走査部を構成する。
走査ユニットＵ１に入射するビームＬＢ１は、−Ｚｔ方向に向けて進み、ＸｔＹｔ平面に対して４５°傾いた反射ミラーＭ２０に入射する。この走査ユニットＵ１に入射するビームＬＢ１の軸線は、照射中心軸Ｌｅ１と同軸になるように反射ミラーＭ２０に入射する。反射ミラーＭ２０は、ビームＬＢ１を走査ユニットＵ１に入射させる入射光学部材として機能し、入射したビームＬＢ１を、Ｘｔ軸と平行に設定される光軸ＡＸａに沿って、反射ミラーＭ２０から−Ｘｔ方向に離れた反射ミラーＭ２１に向けて−Ｘｔ方向に反射する。したがって、光軸ＡＸａはＸｔＺｔ平面と平行な面内で照射中心軸Ｌｅ１と直交する。反射ミラーＭ２０で反射したビームＬＢ１は、光軸ＡＸａに沿って配置されるビームエキスパンダーＢＥを透過して反射ミラーＭ２１に入射する。ビームエキスパンダーＢＥは、透過するビームＬＢ１の径を拡大させる。ビームエキスパンダーＢＥは、集光レンズＢｅ１と、集光レンズＢｅ１によって収斂された後に発散するビームＬＢ１を平行光束にするコリメートレンズＢｅ２とを有する。
反射ミラーＭ２１は、ＹｔＺｔ平面に対して４５°傾いて配置され、入射したビームＬＢ１（光軸ＡＸａ）を偏光ビームスプリッタＢＳ１に向けて−Ｙｔ方向に反射する。反射ミラーＭ２１に対して−Ｙｔ方向に離れて設置されている偏光ビームスプリッタＢＳ１の偏光分離面は、ＹｔＺｔ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ものである。走査ユニットＵ１に入射するビームＬＢ１は、Ｐ偏光のビームなので、偏光ビームスプリッタＢＳ１は、反射ミラーＭ２１からのビームＬＢ１を−Ｘｔ方向に反射して反射ミラーＭ２２側に導く。
反射ミラーＭ２２は、ＸｔＹｔ平面に対して４５°傾いて配置され、入射したビームＬＢ１を、反射ミラーＭ２２から−Ｚｔ方向に離れた反射ミラーＭ２３に向けて−Ｚｔ方向に反射する。反射ミラーＭ２２で反射されたビームＬＢ１は、Ｚｔ軸と平行な光軸ＡＸｃに沿ってシフト光学部材ＳＲ、偏向調整光学部材ＤＰ、および、フィールドアパーチャ（視野絞り）ＦＡを通過して、反射ミラーＭ２３に入射する。シフト光学部材ＳＲは、ビームＬＢ１の進行方向（光軸ＡＸｃ）と直交する平面（ＸｔＹｔ平面）内において、ビームＬＢ１の断面内の中心位置を２次元的に調整する。シフト光学部材ＳＲは、光軸ＡＸｃに沿って配置される２枚の石英の平行平板Ｓｒ１、Ｓｒ２で構成され、平行平板Ｓｒ１は、Ｘｔ軸回りに傾斜可能であり、平行平板Ｓｒ２は、Ｙｔ軸回りに傾斜可能である。この平行平板Ｓｒ１、Ｓｒ２がそれぞれ、Ｘｔ軸、Ｙｔ軸回りに傾斜することで、ビームＬＢ１の進行方向と直交するＸｔＹｔ平面において、ビームＬＢ１の中心の位置を２次元に微小量シフトする。この平行平板Ｓｒ１、Ｓｒ２は、制御装置１６の制御の下、図示しないアクチュエータ（駆動部）によって駆動する。
偏向調整光学部材ＤＰは、反射ミラーＭ２２で反射されてシフト光学部材ＳＲを通ってきたビームＬＢ１の光軸ＡＸｃに対する傾きを微調整するものである。偏向調整光学部材ＤＰは、光軸ＡＸｃに沿って配置される２つの楔状のプリズムＤｐ１、Ｄｐ２で構成され、プリズムＤｐ１、Ｄｐ２の各々は独立して光軸ＡＸｃを中心に３６０°回転可能に設けられている。２つのプリズムＤｐ１、Ｄｐ２の回転角度位置を調整することによって、反射ミラーＭ２３に達するビームＬＢ１の軸線と光軸ＡＸｃとの平行出し、または、基板Ｐの被照射面に達するビームＬＢ１の軸線と照射中心軸Ｌｅ１との平行出しが行われる。なお、２つのプリズムＤｐ１、Ｄｐ２によって偏向調整された後のビームＬＢ１は、ビームＬＢ１の断面と平行な面内で横シフトしている場合があり、その横シフトは先のシフト光学部材ＳＲによって元に戻すことができる。このプリズムＤｐ１、Ｄｐ２は、制御装置１６の制御の下、図示しないアクチュエータ（駆動部）によって駆動する。
このように、シフト光学部材ＳＲと偏向調整光学部材ＤＰとを通ったビームＬＢ１は、フィールドアパーチャＦＡの円形開口を透過して反射ミラーＭ２３に達する。フィールドアパーチャＦＡの円形開口は、ビームエキスパンダーＢＥで拡大されたビームＬＢ１の断面内の強度分布の裾野部分をカットする絞りである。フィールドアパーチャＦＡの円形開口を口径が調整可能な可変虹彩絞りにすると、スポット光ＳＰの強度（輝度）を調整することができる。
反射ミラーＭ２３は、ＸｔＹｔ平面に対して４５°傾いて配置され、入射したビームＬＢ１を反射ミラーＭ２４に向けて＋Ｘｔ方向に反射する。反射ミラーＭ２３で反射したビームＬＢ１は、λ／４波長板ＱＷおよびシリンドリカルレンズＣＹａを介して反射ミラーＭ２４に入射する。反射ミラーＭ２４は、入射したビームＬＢ１をポリゴンミラー（回転多面鏡、走査用偏向部材、偏向部材）ＰＭに向けて反射する。ポリゴンミラーＰＭは、入射したビームＬＢ１を、Ｘｔ軸と平行な光軸ＡＸｆを有するｆθレンズＦＴに向けて＋Ｘｔ方向側に反射する。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、入射したビームＬＢ１をＸｔＹｔ平面と平行な面内で１次元に偏向（反射）する。具体的には、ポリゴンミラーＰＭは、Ｚｔ軸方向に延びる回転軸ＡＸｐと、回転軸ＡＸｐの周りに形成された複数の反射面ＲＰ（本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させることで反射面ＲＰに照射されるパルス状のビームＬＢ１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の反射方向が偏向され、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、Ｙｔ方向）に沿って走査することができる。
つまり、１つの反射面ＲＰによって、ビームＬＢ１のスポット光ＳＰを主走査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の被照射面上にスポット光ＳＰが走査される描画ラインＳＬ１の数は、最大で反射面ＲＰの数と同じ８本となる。ポリゴンミラーＰＭは、制御装置１６の制御の下、回転駆動源（例えば、モータや減速機構など）ＲＭによって一定の速度で回転する。先に説明したように、描画ラインＳＬ１の実効的な長さ（例えば、３０ｍｍ）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、３１ｍｍ）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ＳＬ１の中心点（照射中心軸Ｌｅ１が通る点）が設定されている。
単レンズで構成される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）と直交する非走査方向（Ｚｔ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上に収斂する。つまり、シリンドリカルレンズＣＹａは、ビームＬＢ１を反射面ＲＰ上でＸｔＹｔ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。母線がＹｔ方向と平行となっているシリンドリカルレンズＣＹａと、後述のシリンドリカルレンズＣＹｂとによって、反射面ＲＰがＺｔ方向に対して傾いている場合（ＸｔＹｔ平面の法線に対する反射面ＲＰの傾き）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（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Ｘｔ方向にずれることを抑制することができる。
Ｘｔ軸方向に延びる光軸ＡＸｆを有するｆθレンズ（走査用レンズ系）ＦＴは、ポリゴンミラーＰＭによって反射されたビームＬＢ１を、ＸｔＹｔ平面において、光軸ＡＸｆと平行となるように反射ミラーＭ２５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。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／２）に応じて変わる。ｆθレンズＦＴは、反射ミラーＭ２５および単レンズで構成されるシリンドリカルレンズＣＹｂ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Ｙｔ方向（Ｙ方向）に正確に等速で走査することが可能になる。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は、光軸ＡＸｆ上に沿って進む。
反射ミラーＭ２５は、ｆθレンズＦＴからのビームＬＢ１を基板Ｐに向けて−Ｚｔ方向に反射する。反射ミラーＭ２５で反射されたビームＬＢ１は、シリンドリカルレンズＣＹｂを介して基板Ｐに投射される。ｆθレンズＦＴおよび母線がＹｔ方向と平行となっているシリンドリカルレンズＣＹｂによって、基板Ｐに投射されるビームＬＢ１が基板Ｐの被照射面上で直径数μｍ程度（例えば、３μｍ）の微小なスポット光ＳＰに収斂される。また、基板Ｐの被照射面上に投射されるスポット光ＳＰは、ポリゴンミラーＰＭによって、Ｙｔ方向に延びる描画ラインＳＬ１によって１次元走査される。なお、ｆθレンズＦＴの光軸ＡＸｆと照射中心軸Ｌｅ１とは、同一の平面上にあり、その平面はＸｔＺｔ平面と平行である。したがって、光軸ＡＸｆ上に進んだビームＬＢ１は、反射ミラーＭ２５によって−Ｚｔ方向に反射し、照射中心軸Ｌｅ１と同軸になって基板Ｐに投射される。本第１の実施の形態において、少なくともｆθレンズＦＴは、ポリゴンミラーＰＭによって偏向されたビームＬＢ１を基板Ｐの被照射面に投射する投射光学系として機能する。また、少なくとも反射部材（反射ミラーＭ２１〜Ｍ２５）および偏光ビームスプリッタＢＳ１は、反射ミラーＭ２０から基板ＰまでのビームＬＢ１の光路を折り曲げる光路偏向部材として機能する。この光路偏向部材によって、反射ミラーＭ２０に入射するビームＬＢ１の入射軸と照射中心軸Ｌｅ１とを略同軸にすることができる。ＸｔＺｔ平面に関して、走査ユニットＵ１内を通るビームＬＢ１は、略Ｕ字状またはコ字状の光路を通った後、−Ｚｔ方向に進んで基板Ｐに投射される。
このように、基板ＰがＸ方向に搬送されている状態で、各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）によって、ビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ６）のスポット光ＳＰを主走査方向（Ｙ方向）に一次元に走査することで、スポット光ＳＰを基板Ｐの被照射面に相対的に２次元走査することができる。
なお、本第１の実施の形態では、描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）の実効的な長さを３０ｍｍとし、実効的なサイズφが３μｍのスポット光ＳＰの１／２ずつ、つまり、１．５μｍずつ、オーバーラップさせながらスポット光ＳＰを描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）に沿って基板Ｐの被照射面上に照射する場合は、スポット光ＳＰは、１．５μｍの間隔で照射される。したがって、１回の走査で照射されるスポット光ＳＰの数は、２００００（＝３０〔ｍｍ〕／１．５〔μｍ〕）となる。また、基板Ｐの副走査方向の送り速度（搬送速度）Ｖｔを約２．４１９ｍｍ／ｓｅｃとし、副走査方向についてもスポット光ＳＰの走査が１．５μｍの間隔で行われるものとすると、描画ラインＳＬｎに沿った１回の走査開始（描画開始）時点と次の走査開始時点との時間差Ｔｐｘは、約６２０μｓｅｃ（＝１．５〔μｍ〕／２．４１９〔ｍｍ／ｓｅｃ〕）となる。この時間差Ｔｐｘは、８反射面ＲＰのポリゴンミラーＰＭが１面分（４５度＝３６０度／８）だけ回転する時間である。この場合、ポリゴンミラーＰＭの１回転の時間が、約４．９６ｍｓｅｃ（＝８×６２０〔μｓｅｃ〕）となるように設定される必要があるので、ポリゴンミラーＰＭの回転速度Ｖｐは、毎秒約２０１．６１３回転（＝１／４．９６〔ｍｓｅｃ〕）、すなわち、約１２０９６．８ｒｐｍに設定される。
一方、ポリゴンミラーＰＭの１反射面ＲＰで反射したビームＬＢ１が有効にｆθレンズＦＴに入射する最大入射角度（スポット光ＳＰの最大走査長に対応）は、ｆθレンズＦＴの焦点距離と最大走査長によっておおよそ決まってしまう。一例として、８反射面ＲＰのポリゴンミラーＰＭの場合は、１反射面ＲＰ分の回転角度４５度のうちで実走査に寄与する回転角度αの比率（走査効率）は、α／４５度で表される。本第１の実施の形態では、実走査に寄与する回転角度αを１５度とするので、走査効率は１／３（＝１５度／４５度）となり、ｆθレンズＦＴの最大入射角は３０度（光軸ＡＸｆを中心として±１５度）となる。そのため、描画ラインＳＬｎの最大走査長（例えば、３１ｍｍ）分だけスポット光ＳＰを走査するのに必要な時間Ｔｓは、Ｔｓ＝Ｔｐｘ×走査効率、となり、先の数値例の場合は、時間Ｔｓ、約２０６．６６６・・・μｓｅｃ（＝６２０〔μｓｅｃ〕／３）、となる。本第１の実施の形態における描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）の実効的な走査長を３０ｍｍとするので、この描画ラインＳＬｎに沿ったスポット光ＳＰの１走査の走査時間Ｔｓｐは、約２００μｓｅｃ（＝２０６．６６６・・・〔μｓｅｃ〕×３０〔ｍｍ〕／３１〔ｍｍ〕）、となる。したがって、この時間Ｔｓｐの間に、２００００のスポット光ＳＰ（パルス光）を照射する必要があるので、光源装置ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）からのビームＬＢの発光周波数（発振周波数）Ｆａは、Ｆａ≒２００００回／２００μｓｅｃ＝１００ＭＨｚとなる。
図５に示す原点センサＯＰ１は、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原点信号ＳＺ１を発生する。言い換えるならば、原点センサＯＰ１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ＳＺ１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ＯＰ１は、ポリゴンミラーＰＭが１回転する期間で、８回原点信号ＳＺ１を出力することになる。この原点センサＯＰ１が発生した原点信号ＳＺ１は、制御装置１６に送られる。原点センサＯＰ１が原点信号ＳＺ１を発生してから、遅延時間Ｔｄ１経過後にスポット光ＳＰの描画ラインＳＬ１に沿った走査が開始される。つまり、この原点信号ＳＺ１は、走査ユニットＵ１によるスポット光ＳＰの描画可能開始タイミング（走査可能開始タイミング）を示す情報となっている。
原点センサＯＰ１は、基板Ｐの感光性機能層に対して非感光性の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。ビーム送光系Ｏｐａは、図示しないが、レーザビームＢｇａを射出する光源と、光源が発光したレーザビームＢｇａを反射面ＲＰに投射する光学部材（反射ミラーやレンズなど）とを有する。ビーム受光系Ｏｐｂは、図示しないが、受光した反射ビームＢｇｂを受光して電気信号に変換する光電変換素子を含む受光部と、反射面ＲＰで反射した反射ビームＢｇｂを前記受光部に導く光学部材（反射ミラーやレンズなど）を有する。ビーム送光系Ｏｐａとビーム受光系Ｏｐｂとは、ポリゴンミラーＰＭの回転位置が、反射面ＲＰによるスポット光ＳＰの走査が開始される直前の所定位置にきたときに、ビーム送光系Ｏｐａが射出したレーザビームＢｇａの反射ビームＢｇｂをビーム受光系Ｏｐｂが受光することができる位置に設けられている。走査ユニットＵ２〜Ｕ６に設けられている原点センサＯＰｎをＯＰ２〜ＯＰ６で表し、原点センサＯＰ２〜ＯＰ６で発生する原点信号ＳＺｎをＳＺ２〜ＳＺ６で表す。制御装置１６は、この原点信号ＳＺｎ（ＳＺ１〜ＳＺ６）に基づいて、どの走査ユニットＵｎがこれからスポット光ＳＰの走査を行うかを管理している。また、原点信号ＳＺ２〜ＳＺ６が発生してから、走査ユニットＵ２〜Ｕ６による描画ラインＳＬ２〜ＳＬ６に沿ったスポット光ＳＰの走査を開始するまでの遅延時間ＴｄｎをＴｄ２〜Ｔｄ６で表す場合がある。
この遅延時間Ｔｄｎを変えることで、基板Ｐ上における描画ラインＳＬｎの位置を主走査方向（Ｙ方向）に沿ってシフトすることができる。例えば、遅延時間Ｔｄ１、Ｔｄ３、Ｔｄ５を短くすることで、描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５を、描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５の主走査方向（−Ｙ方向）とは反対側の方向（＋Ｙ方向）にシフトすることができる。逆に、遅延時間Ｔｄ１、Ｔｄ３、Ｔｄ５を長くすることで、描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５を、描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５の主走査方向（−Ｙ方向）にシフトすることができる。同様にして、遅延時間Ｔｄ２、Ｔｄ４、Ｔｄ６を短くすることで、描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６を、描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６の主走査方向（＋Ｙ方向）とは反対側の方向（−Ｙ方向）にシフトすることができる。逆に、遅延時間Ｔｄ２、Ｔｄ４、Ｔｄ６を長くすることで、描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６を、描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６の主走査方向（＋Ｙ方向）にシフトすることができる。
図５に示す光検出器ＤＴ１は、入射した光を光電変換する光電変換素子を有する。ここで、基板Ｐの感光性機能層に対して走査ユニットＵ１からビームＬＢ１のスポット光ＳＰを照射すると、その反射光が、シリンドリカルレンズＣＹｂ、反射ミラーＭ２５、ｆθレンズＦＴ、ポリゴンミラーＰＭ、反射ミラーＭ２４、シリンドリカルレンズＣＹａ、λ／４波長板ＱＷ、反射ミラーＭ２３、フィールドアパーチャＦＡ、偏向調整光学部材ＤＰ、シフト光学部材ＳＲ、および、反射ミラーＭ２２を通過して偏光ビームスプリッタＢＳ１に入射する。ここで、偏光ビームスプリッタＢＳ１と基板Ｐとの間、具体的には、反射ミラーＭ２３とシリンドリカルレンズＣＹａとの間には、λ／４波長板ＱＷが設けられている。これにより、基板Ｐに照射されるビームＬＢ１は、このλ／４波長板ＱＷによってＰ偏光から円偏光のビームＬＢ１に変換され、基板Ｐから偏光ビームスプリッタＢＳ１に入射する反射光は、このλ／４波長板ＱＷによって、円偏光からＳ偏光に変換される。したがって、基板Ｐからの反射光は偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過し、光学レンズ系Ｇ１０を介して光検出器ＤＴ１に入射する。
特定材料によるパターン（以下、第１パターン）が予め形成された下層（下地）の上に形成された感光性機能層に対して、走査ユニットＵ１が新たにパターン（以下、第２パターン）を描画する場合、第２パターンの一部が、下層の第１パターンの一部に重ね合せて描画されることがある。このとき、基板Ｐに投射されるビームＬＢ１（スポット光ＳＰ）の基板Ｐでの反射光には、ビームＬＢ１の入射方向に沿って逆進する正規反射光（０次回折光）の成分と、下層の第１パターンの段差構造（段差エッジ）によってビームＬＢ１の入射方向と異なる方向に向かって反射する散乱光（若しくは１次以上の回折光）の成分とが含まれる。スポット光ＳＰが走査する下層（下地）の表面状態によって、発生する正規反射光の成分と散乱光（回折光）の成分の各々の光量が変わる。本実施の形態における光検出器ＤＴ１は、主に正規反射光の光量（輝度）の変化を検出しており、その光量に応じた信号を用いることで、下層の第１パターンに対応した画像情報を取得することができる。
具体的には、光検出器ＤＴ１から出力される光電信号（検出信号）ＰＳ１の強度変化を、ビームＬＢ１（スポット光ＳＰ）のパルス発光のためのクロック信号ＬＴＣ（光源装置ＬＳで作られる）に応答して、デジタルサンプリングすることでＹｔ方向の１次元の画像データとして取得する。さらに、描画ラインＳＬ１上における回転ドラムＤＲの回転角度位置を計測するエンコーダヘッドＥＮ２ａ、ＥＮ２ｂの計測値に応答して、副走査方向の一定距離（例えば、スポット光ＳＰのサイズφの１／２）ごとにＹｔ方向の１次元の画像データをＸｔ方向に並べることにより、第１パターンの２次元の画像情報を所得する。制御装置１６は、この取得した２次元の画像情報に基づいて、下層に形成された第１パターンの位置に関する情報や、そのパターンの形状（歪みを含む）に関する情報を取得することができる。制御装置１６は、この取得した第１パターンの位置に関する情報およびその形状に関する情報を用いて、新たに描画すべき第２パターンの位置や形状を補正する。この光検出器ＤＴ１による第１パターンの位置に関する情報およびその形状に関する情報の取得については後で詳細に説明する。なお、走査ユニットＵ２〜Ｕ６に設けられている光検出器ＤＴｎをＤＴ２〜ＤＴ６で表し、光検出器ＤＴ２〜ＤＴ６が検出した光電信号（検出信号）ＰＳｎをＰＳ２〜ＰＳ６で表す。
ところで、複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）は、複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）の各々が照射中心軸Ｌｅｎ（Ｌｅ１〜Ｌｅ６）回りに微少な角度分解能で回動（回転）することができるように、図示しない本体フレームに保持されている。この各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）が、照射中心軸Ｌｅｎ（Ｌｅ１〜Ｌｅ６）回りに回動すると、各描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）も、基板Ｐの被照射面上で照射中心軸Ｌｅｎ（Ｌｅ１〜Ｌｅ６）回りに回動する。したがって、各描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）は、Ｙ方向に対して微少な角度分解能（例えばμラジアンのオーダー）で傾けることができる。各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）が照射中心軸Ｌｅｎ（Ｌｅ１〜Ｌｅ６）回りに回動した場合であっても、各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）内を通過するビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ６）と各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）内の光学的な部材との相対的な位置関係は変わらない。したがって、各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）は、基板Ｐの被照射面上で回動した描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）に沿ってスポット光ＳＰを走査することができる。この各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）の照射中心軸Ｌｅｎ（Ｌｅ１〜Ｌｅ６）回りの回動は、制御装置１６の制御の下、図示しないアクチュエータによって行われる。
なお、走査ユニットＵｎの照射中心軸Ｌｅｎと、走査ユニットＵｎが実際に回動する軸（回動中心軸）とが完全に一致していなくても、所定の許容範囲内で両者が精密に同軸であればよい。この所定の許容範囲は、走査ユニットＵｎを角度θｓｍだけ回動させたときの実際の描画ラインＳＬｎの描画開始点（または描画終了点）と、照射中心軸Ｌｅｎと回動中心軸とが完全に一致すると仮定したときに走査ユニットＵｎを所定の角度θｓｍだけ回動させたときの設計上の描画ラインＳＬｎの描画開始点（または描画終了点）との差分量が、スポット光ＳＰの主走査方向に関して、所定の距離（例えば、スポット光ＳＰのサイズφ）以内となるように設定されている。また、走査ユニットＵｎに実際に入射するビームＬＢｎの光軸（中心軸）が、走査ユニットＵｎの回動中心軸と完全に一致してなくても、前記した所定の許容範囲内で同軸であればよい。
図６は、ビーム切換部ＢＤＵの構成図であり、国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレットにも開示されている。ビーム切換部ＢＤＵは、複数の選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）と、複数の集光レンズＣＤ１〜ＣＤ６と、複数の反射ミラーＭ１〜Ｍ１４と、複数のユニット側入射ミラーＩＭ１〜ＩＭ６と、複数のコリメートレンズＣＬ１〜ＣＬ６と、吸収体ＴＲ１、ＴＲ２とを有する。選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）は、ビームＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ）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。これらの光学的な部材（選択用光学素子ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６、集光レンズＣＤ１〜ＣＤ６、反射ミラーＭ１〜Ｍ１４、ユニット側入射ミラーＩＭ１〜ＩＭ６、コリメートレンズＣＬ１〜ＣＬ６、および、吸収体ＴＲ１、ＴＲ２）は、板状の支持部材ＩＵＢによって支持されている。この支持部材ＩＵＢは、複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）の上方（＋Ｚ方向側）で、これらの光学的な部材を下方（−Ｚ方向側）から支持する。したがって、支持部材ＩＵＢは、発熱源となる選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）と複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）との間を断熱する機能も備えている。
光源装置ＬＳａからビームＬＢａは、反射ミラーＭ１〜Ｍ６によってその光路がつづらおり状に曲げられて、吸収体ＴＲ１まで導かれる。また、光源装置ＬＳｂからのビームＬＢｂも同様に、反射ミラーＭ７〜Ｍ１４によってその光路がつづらおり状に曲げられて、吸収体ＴＲ２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。
光源装置ＬＳａからのビームＬＢａ（平行光束）は、Ｙ軸と平行に＋Ｙ方向に進んで集光レンズＣＤ１を通って反射ミラーＭ１に入射する。反射ミラーＭ１で−Ｘ方向に反射したビームＬＢａは、集光レンズＣＤ１の焦点位置（ビームウェスト位置）に配置された第１の選択用光学素子ＡＯＭ１をストレートに透過し、コリメートレンズＣＬ１によって再び平行光束にされて、反射ミラーＭ２に至る。反射ミラーＭ２で＋Ｙ方向に反射したビームＬＢａは、集光レンズＣＤ２を通った後に反射ミラーＭ３で＋Ｘ方向に反射される。
反射ミラーＭ３で＋Ｘ方向に反射されたビームＬＢａは、集光レンズＣＤ２の焦点位置（ビームウェスト位置）に配置された第２の選択用光学素子ＡＯＭ２をストレートに透過し、コリメートレンズＣＬ２によって再び平行光束にされて、反射ミラーＭ４に至る。反射ミラーＭ４で＋Ｙ方向に反射されたビームＬＢａは、集光レンズＣＤ３を通った後に反射ミラーＭ５で−Ｘ方向に反射される。反射ミラーＭ５で−Ｘ方向に反射されたビームＬＢａは、集光レンズＣＤ３の焦点位置（ビームウェスト位置）に配置された第３の選択用光学素子ＡＯＭ３をストレートに透過し、コリメートレンズＣＬ３によって再び平行光束にされて、反射ミラーＭ６に至る。反射ミラーＭ６で＋Ｙ方向に反射したビームＬＢａは、吸収体ＴＲ１に入射する。この吸収体ＴＲ１は、ビームＬＢａの外部への漏れを抑制するためにビームＬＢａを吸収する光トラップである。
光源装置ＬＳｂからのビームＬＢｂ（平行光束）は、Ｙ軸と平行に＋Ｙ方向に進んで反射ミラーＭ１３に入射し、反射ミラーＭ１３で＋Ｘ方向に反射したビームＬＢｂは反射ミラーＭ１４で＋Ｙ方向に反射される。反射ミラーＭ１４で＋Ｙ方向に反射したビームＬＢｂは、集光レンズＣＤ４を通った後に反射ミラーＭ７で＋Ｘ方向に反射される。反射ミラーＭ７で＋Ｘ方向に反射されたビームＬＢｂは、集光レンズＣＤ４の焦点位置（ビームウェスト位置）に配置された第４の選択用光学素子ＡＯＭ４をストレートに透過し、コリメートレンズＣＬ４によって再び平行光束にされて、反射ミラーＭ８に至る。反射ミラーＭ８で＋Ｙ方向に反射されたビームＬＢｂは、集光レンズＣＤ５を通った後に反射ミラーＭ９で−Ｘ方向に反射される。
反射ミラーＭ９で−Ｘ方向に反射されたビームＬＢｂは、集光レンズＣＤ５の焦点位置（ビームウェスト位置）に配置された第５の選択用光学素子ＡＯＭ５をストレートに透過し、コリメートレンズＣＬ５によって再び平行光束にされて、反射ミラーＭ１０に至る。反射ミラーＭ１０で＋Ｙ方向に反射されたビームＬＢｂは、集光レンズＣＤ６を通った後に反射ミラーＭ１１で＋Ｘ方向に反射される。反射ミラーＭ１１で＋Ｘ方向に反射されたビームＬＢｂは、集光レンズＣＤ６の焦点位置（ビームウェスト位置）に配置された第６の選択用光学素子ＡＯＭ６をストレートに透過し、コリメートレンズＣＬ６によって再び平行光束にされて、反射ミラーＭ１２に至る。反射ミラーＭ１２で−Ｙ方向に反射したビームＬＢｂは、吸収体ＴＲ２に入射する。この吸収体ＴＲ２は、ビームＬＢｂの外部への漏れを抑制するためにビームＬＢｂを吸収する光トラップ（ダンパー）である。
以上のように、選択用光学素子ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３は、光源装置ＬＳａからのビームＬＢａを順次透過するようにビームＬＢａの進行方向に沿って直列に配置される。また、選択用光学素子ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３は、集光レンズＣＤ１〜ＣＤ３とコリメートレンズＣＬ１〜ＣＬ３とによって、各選択用光学素子ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３の内部にビームＬＢａのビームウェストが形成されるように配置される。これにより、選択用光学素子（音響光学変調素子）ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３に入射するビームＬＢａの径を小さくして、回折効率を高くするとともに応答性を高めている。同様に、選択用光学素子ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６は、光源装置ＬＳｂからのビームＬＢｂを順次透過するようにビームＬＢｂの進行方向に沿って直列に配置される。また、選択用光学素子ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６は、集光レンズＣＤ４〜ＣＤ６とコリメートレンズＣＬ４〜ＣＬ６とによって、各選択用光学素子ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６の内部にビームＬＢｂのビームウェストが形成されるように配置される。これにより、選択用光学素子（音響光学変調素子）ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６に入射するビームＬＢｂの径を小さくして、回折効率を高くするとともに応答性を高めている。
各選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）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（ＬＢａ、ＬＢｂ）を、高周波の周波数に応じた回折角で回折させた１次回折光を射出ビーム（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ＬＳａ、ＬＳｂからのビームＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ）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（ＬＢａ、ＬＢｂ）の強度よりは低下している。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ＴＲ１、ＴＲ２によって吸収される。
図６に示すように、複数の選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）の各々は、偏向された１次回折光であるビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ６）を、入射するビームＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ）に対して−Ｚ方向に偏向するように設置される。選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）の各々から偏向して射出するビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ６）は、選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）の各々から所定距離だけ離れた位置に設けられたユニット側入射ミラーＩＭ１〜ＩＭ６に投射され、そこで−Ｚ方向に照射中心軸Ｌｅ１〜Ｌｅ６と同軸になるように反射される。ユニット側入射ミラーＩＭ１〜ＩＭ６（以下、単にミラーＩＭ１〜ＩＭ６とも呼ぶ）で反射されたビームＬＢ１〜ＬＢ６は、支持部材ＩＵＢに形成された開口部ＴＨ１〜ＴＨ６の各々を通って、照射中心軸Ｌｅ１〜Ｌｅ６に沿うように走査ユニットＵ１〜Ｕ６の各々に入射する。
なお、選択用光学素子ＡＯＭｎは、超音波によって透過部材中の所定方向に屈折率の周期的な粗密変化を生じさせる回折格子であるため、入射ビームＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ）が直線偏光（Ｐ偏光かＳ偏光）である場合、その偏光方向と回折格子の周期方向とは、１次回折光の発生効率（回折効率）が最も高くなるように設定される。図６のように、各選択用光学素子ＡＯＭｎが入射したビームＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ）を−Ｚ方向に回折偏向するように設置される場合、選択用光学素子ＡＯＭｎ内に生成される回折格子の周期方向も−Ｚ方向であるので、それと整合するように光源装置ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）からのビームＬＢの偏光方向が設定（調整）される。
なお、光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）から射出されるビームＬＢａ（ＬＢｂ）が１ｍｍ程度よりも小さい直径の平行光束である場合、選択用光学素子ＡＯＭｎの各々に入射するビームＬＢがそのまま細い平行光束でリレーされるように、集光レンズＣＤｎ（ＣＤ１〜ＣＤ６）とコリメートレンズＣＬｎ（ＣＬ１〜ＣＬ６）を配置してもよい。その場合、選択用光学素子ＡＯＭｎと対応するユニット側入射ミラーＩＭｎ（ＩＭ１〜ＩＭ６）との間に集光レンズＣＤｎを設け、選択用光学素子ＡＯＭｎで回折して偏向されたビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ６）をユニット側入射ミラーＩＭｎの位置またはその近傍位置でビームウェストとなるように集光してもよい。そのために、選択用光学素子ＡＯＭｎは集光レンズＣＤｎの前側焦点位置に配置され、ユニット側入射ミラーＩＭｎは集光レンズＣＤｎの後側焦点位置またはその近傍に配置される。
各選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）の構成、機能、作用など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１６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（ＬＢａ、ＬＢｂ）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１６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ＬＳａからのビームＬＢａ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ＬＢａは、コリメートレンズＣＬ１を透過して反射ミラーＭ２に入射する。一方、選択用光学素子ＡＯＭ１は、制御装置１６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ＬＢａを回折させてミラー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がスイッチングする。ミラーＩＭ１は、選択用光学素子ＡＯＭ１によって回折された１次回折光であるビームＬＢ１を選択して走査ユニットＵ１側に反射する。選択用のミラーＩＭ１で反射したビームＬＢ１は、支持部材ＩＵＢの開口部ＴＨ１を通って照射中心軸Ｌｅ１に沿って走査ユニットＵ１に入射する。したがって、ミラーＩＭ１は、反射したビームＬＢ１の光軸（中心軸）が照射中心軸Ｌｅ１と同軸となるように、入射したビームＬＢ１を反射する。また、選択用光学素子ＡＯＭ１がオンの状態のとき、選択用光学素子ＡＯＭ１をストレートに透過するビームＬＢの０次光（入射ビームの２０％程度の強度）は、その後のコリメートレンズＣＬ１〜ＣＬ３、集光レンズＣＤ２、ＣＤ３、反射ミラーＭ２〜Ｍ６、および、選択用光学素子ＡＯＭ２、ＡＯＭ３を透過して吸収体ＴＲ１に達する。
同様に、選択用光学素子ＡＯＭ２、ＡＯＭ３は、制御装置１６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、入射したビームＬＢａを回折させずにコリメートレンズＣＬ２、ＣＬ３側（反射ミラーＭ４、Ｍ６側）に透過する。一方、選択用光学素子ＡＯＭ２、ＡＯＭ３は、制御装置１６からの駆動信号が印加されてオンの状態のときは、入射したビームＬＢａの１次回折光であるビームＬＢ２、ＬＢ３をミラーＩＭ２、ＩＭ３に向かわせる。このミラーＩＭ２、ＩＭ３は、選択用光学素子ＡＯＭ２、ＡＯＭ３によって回折されたビームＬＢ２、ＬＢ３を走査ユニットＵ２、Ｕ３側に反射する。ミラーＩＭ２、ＩＭ３で反射したビームＬＢ２、ＬＢ３は、支持部材ＩＵＢの開口部ＴＨ２、ＴＨ３を通って照射中心軸Ｌｅ２、Ｌｅ３と同軸となって走査ユニットＵ２、Ｕ３に入射する。
このように、制御装置１６は、選択用光学素子ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３の各々に印加すべき駆動信号（高周波信号）をオン／オフ（ハイ／ロー）にすることによって、選択用光学素子ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３のいずれか１つをスイッチングして、ビームＬＢａが後続の選択用光学素子ＡＯＭ２、ＡＯＭ３または吸収体ＴＲ１に向かうか、偏向されたビームＬＢ１〜ＬＢ３の１つが、対応する走査ユニットＵ１〜Ｕ３に向かうかを切り換える。
また、選択用光学素子ＡＯＭ４は、制御装置１６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ＬＳｂからのビームＬＢｂを回折させずにコリメートレンズＣＬ４側（反射ミラーＭ８側）に透過する。一方、選択用光学素子ＡＯＭ４は、制御装置１６からの駆動信号が印加されてオンの状態ときは、入射したビームＬＢｂの１次回折光であるビームＬＢ４をミラーＩＭ４に向かわせる。このミラーＩＭ４は、選択用光学素子ＡＯＭ４によって回折されたビームＬＢ４を走査ユニットＵ４側に反射する。ミラーＩＭ４で反射したビームＬＢ４は、照射中心軸Ｌｅ４と同軸となって、支持部材ＩＵＢの開口部ＴＨ４を通って走査ユニットＵ４に入射する。
同様に、選択用光学素子ＡＯＭ５、ＡＯＭ６は、制御装置１６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、入射したビームＬＢｂを回折させずにコリメートレンズＣＬ５、ＣＬ６側（反射ミラーＭ１０、Ｍ１２側）に透過する。一方、選択用光学素子ＡＯＭ５、ＡＯＭ６は、制御装置１６からの駆動信号が印加されてオンの状態ときは、入射したビームＬＢｂの１次回折光であるビームＬＢ５、ＬＢ６をミラーＩＭ５、ＩＭ６に向かわせる。このミラーＩＭ５、ＩＭ６は、選択用光学素子ＡＯＭ５、ＡＯＭ６によって回折されたビームＬＢ５、ＬＢ６を走査ユニットＵ５、Ｕ６側に反射する。ミラーＩＭ５、ＩＭ６で反射したビームＬＢ５、ＬＢ６は、照射中心軸Ｌｅ５、Ｌｅ６と同軸となって、支持部材ＩＵＢの開口部ＴＨ５、ＴＨ６の各々を通って走査ユニットＵ５、Ｕ６に入射する。
このように、制御装置１６は、選択用光学素子ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６の各々に印加すべき駆動信号（高周波信号）をオン／オフ（ハイ／ロー）にすることによって、選択用光学素子ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６のいずれか１つをスイッチングして、ビームＬＢｂが後続の選択用光学素子ＡＯＭ５、ＡＯＭ６または吸収体ＴＲ２に向かうか、偏向されたビームＬＢ４〜ＬＢ６の１つが、対応する走査ユニットＵ４〜Ｕ６に向かうかを切り換える。
以上のように、ビーム切換部ＢＤＵは、光源装置ＬＳａからのビームＬＢａの進行方向に沿って直列に配置された複数の選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３）を備えることで、ビームＬＢａの光路を切り換えてビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ３）が入射する走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３）を１つ選択することができる。したがって、光源装置ＬＳａからのビームＬＢａの１次回折光であるビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ３）を、３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３）の各々に順番に入射させることができる。例えば、走査ユニットＵ１にビームＬＢ１を入射させたい場合は、制御装置１６が、複数の選択用光学素子ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３のうち、選択用光学素子ＡＯＭ１のみをオン状態にし、走査ユニットＵ３にビームＬＢ３を入射させたい場合は、選択用光学素子ＡＯＭ３のみをオン状態にすればよい。
同様に、ビーム切換部ＢＤＵは、光源装置ＬＳｂからのビームＬＢｂの進行方向に沿って直列に配置された複数の選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６）を備えることで、ビームＬＢｂの光路を切り換えてビームＬＢｎ（ＬＢ４〜ＬＢ６）が入射する走査ユニットＵｎ（Ｕ４〜Ｕ６）を１つ選択することができる。したがって、光源装置ＬＳｂからのビームＬＢｂの１次回折光であるビームＬＢｎ（ＬＢ４〜ＬＢ６）を、３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ４〜Ｕ６）の各々に順番に入射させることができる。例えば、走査ユニットＵ４にビームＬＢ４を入射させたい場合は、制御装置１６が、複数の選択用光学素子ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６のうち、選択用光学素子ＡＯＭ４のみをオン状態にし、走査ユニットＵ６にビームＬＢ６を入射させたい場合は、選択用光学素子ＡＯＭ６のみをオン状態にすればよい。
この複数の選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）は、複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）に対応して設けられ、対応する走査ユニットＵｎにビームＬＢｎを入射させるか否かを切り換えている。なお、本第１の実施の形態では、選択用光学素子ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３を、第１の光学素子モジュールと呼び、選択用光学素子ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６を、第２の光学素子モジュールと呼ぶ。また、第１の光学素子モジュールの選択用光学素子ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３に対応する走査ユニットＵ１〜Ｕ３を第１の走査モジュールと呼び、第２の光学素子モジュールの選択用光学素子ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６に対応する走査ユニットＵ４〜Ｕ６を第２の走査モジュールと呼ぶ。したがって、第１の走査モジュールのいずれか１つの走査ユニットＵｎと、第２の走査モジュールのいずれか１つの走査ユニットＵｎとで、スポット光ＳＰの走査（描画動作）が並行して行われることになる。
上述したように、本第１の実施の形態では、走査ユニットＵｎのポリゴンミラーＰＭの実走査に寄与する回転角度αを１５度とするので、走査効率は１／３となる。したがって、例えば、１つの走査ユニットＵｎが１反射面ＲＰ分の角度（４５度）回転する間に、スポット光ＳＰの走査を行うことができる角度は１５度となり、それ以外の角度範囲（３０度）では、スポット光ＳＰの走査を行うことはできず、その間にポリゴンミラーＰＭに入射するビームＬＢｎは無駄となる。したがって、ある１つの走査ユニットＵｎのポリゴンミラーＰＭの回転角度が実走査に寄与しない角度となっている間に、それ以外の他の走査ユニットＵｎにビームＬＢｎを入射させることで、他の走査ユニットＵｎのポリゴンミラーＰＭによってスポット光ＳＰの走査を行わせる。ポリゴンミラーＰＭの走査効率は１／３なので、ある１つの走査ユニットＵｎがスポット光ＳＰを走査してから次の走査を行うまでの間に、それ以外の２つの走査ユニットＵｎにビームＬＢｎを振り分けて、スポット光ＳＰの走査を行うことが可能である。そのため、本第１の実施の形態は、複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）を２つのグループ（走査モジュール）に分け、３つの走査ユニットＵ１〜Ｕ３を第１の走査モジュールとし、３つの走査ユニットＵ４〜Ｕ６を第２の走査モジュールとした。
これにより、例えば、走査ユニットＵ１のポリゴンミラーＰＭが４５度（１反射面ＲＰ分）回転する間に、ビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ３）を３つの走査ユニットＵ１〜Ｕ３のいずれか１つに順番に入射させることができる。したがって、走査ユニットＵ１〜Ｕ３の各々は、光源装置ＬＳａからのビームＬＢａを無駄にすることなく、順番にスポット光ＳＰの走査を行うことができる。同様に、走査ユニットＵ４のポリゴンミラーＰＭが４５度（１反射面ＲＰ分）回転する間に、ビームＬＢｎ（ＬＢ４〜ＬＢ６）を３つの走査ユニットＵ４〜Ｕ６のいずれか１つに順番に入射させることができる。したがって、走査ユニットＵ４〜Ｕ６は、光源装置ＬＳｂからのビームＬＢｂを無駄にすることなく、順番にスポット光ＳＰの走査を行うことができる。なお、各走査ユニット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の間に、ポリゴンミラーＰＭは、丁度１反射面ＲＰ分の角度（４５度）回転していることになる。
本第１の実施の形態では、各走査モジュールの３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３、Ｕ４〜Ｕ６）の各々は、所定の順番でスポット光ＳＰの走査を行うので、これに対応して、制御装置１６は、各光学素子モジュールの３つの選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３、ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６）を所定の順番でオンにスイッチングして、ビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ３、ＬＢ４〜ＬＢ６）が入射する走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３、Ｕ４〜Ｕ６）を順番に切り換える。例えば、各走査モジュールの３つの走査ユニットＵ１〜Ｕ３、Ｕ４〜Ｕ６のスポット光ＳＰの走査を行う順番が、Ｕ１→Ｕ２→Ｕ３、Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６、となっている場合は、制御装置１６は、各光学素子モジュールの３つの選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３、ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６）を、ＡＯＭ１→ＡＯＭ２→ＡＯＭ３、ＡＯＭ４→ＡＯＭ５→ＡＯＭ６、の順番でオンにスイッチングして、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。
なお、ポリゴンミラーＰＭが１反射面ＲＰ分の角度（４５度）回転する間に、各走査モジュールの３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３、Ｕ４〜Ｕ６）が順番にスポット光ＳＰの走査を行うためには、各走査モジュールの３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３、Ｕ４〜Ｕ６）の各ポリゴンミラーＰＭが、次のような条件を満たして回転する必要がある。その条件とは、各走査モジュールの３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３、Ｕ４〜Ｕ６）の各ポリゴンミラーＰＭが、同一の回転速度Ｖｐとなるように同期制御されるとともに、各ポリゴンミラーＰＭの回転角度位置（各反射面ＲＰの角度位置）が所定の位相関係となるように同期制御される必要がある。本第１の実施の形態では、所定の位相関係とは、ポリゴンミラーＰＭの回転角度位置が１５度ずつずれている関係のことをいう。なお、各走査モジュールの３つの走査ユニットＵｎのポリゴンミラーＰＭの回転速度Ｖｐが同一で回転することを同期回転と呼ぶ。
ビーム切換部ＢＤＵの各選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）は、走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）の各々のポリゴンミラーＰＭによるスポット光ＳＰの１回の走査期間の間だけ、オン状態となっていればよい。また、ポリゴンミラーＰＭの反射面数をＮｐ、ポリゴンミラーＰＭの回転速度をＶｐ（ｒｐｍ）とすると、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰの１面分の回転角度に対応した時間Ｔｐｘは、Ｔｐｘ＝６０／（Ｎｐ×Ｖｐ）〔秒〕となる。例えば、反射面数Ｎｐが８、回転速度Ｖｐ〔ｒｐｍ〕が１．２０９６８万の場合、時間Ｔｐｘは、約０．６２ミリ秒となる。これは周波数に換算すると約１．６１２９ｋＨｚ程度であり、紫外域の波長のビームＬＢをパターンデータ（描画データ）に応答して数十ＭＨｚ程度で高速に変調するための音響光学変調素子に比べると、相当に低い応答周波数の音響光学変調素子でよいことを意味する。そのため、入射するビームＬＢ（０次光）に対して偏向されるビームＬＢ１〜ＬＢ６（１次回折光）の回折角が大きいものを使うことができ、選択用光学素子ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６をストレートに通過するビームＬＢの進路に対して、偏向されたビームＬＢ１〜ＬＢ６を分離するミラーＩＭ１〜ＩＭ６の配置が容易になる。
図７は、光源装置（パルス光源装置、パルスレーザ装置）ＬＳａ（ＬＳｂ）の構成を示す図であり、基本的には国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレットに開示された構成と同じである。ファイバーレーザ装置としての光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）は、パルス光発生部２０と、制御回路２２とを備える。パルス光発生部２０は、ＤＦＢ半導体レーザ素子３０、３２、偏光ビームスプリッタ３４、描画用光変調器としての電気光学素子（ビーム強度変調部）３６、この電気光学素子３６の駆動回路３６ａ、偏光ビームスプリッタ３８、吸収体４０、励起光源４２、コンバイナ４４、ファイバー光増幅器４６、波長変換光学素子４８、５０、および、複数のレンズ素子ＧＬを有する。制御回路２２は、クロック信号ＬＴＣおよび画素シフトパルスＢＳＣを発生する信号発生部２２ａを有する。信号発生部２２ａが発生した画素シフトパルスＢＳＣは、制御装置１６の統括制御部１０４に出力される。なお、光源装置ＬＳａの信号発生部２２ａから統括制御部１０４に出力される画素シフトパルスＢＳＣと、光源装置ＬＳｂの信号発生部２２ａから統括制御部１０４に出力される画素シフトパルスＢＳＣとを区別するため、光源装置ＬＳａからの画素シフトパルスＢＳＣをＢＳＣａで表し、光源装置ＬＳｂからの画素シフトパルスＢＳＣをＢＳＣｂで表す場合がある。
ＤＦＢ半導体レーザ素子（第１固体レーザ素子）３０は、所定周波数である発振周波数Ｆａ（例えば、１００ＭＨｚ）で俊鋭若しくは尖鋭のパルス状の種光（パルスビーム、ビーム）Ｓ１を発生し、ＤＦＢ半導体レーザ素子（第２固体レーザ素子）３２は、所定周波数である発振周波数Ｆａ（例えば、１００ＭＨｚ）で緩慢（時間的にブロード）なパルス状の種光（パルスビーム、ビーム）Ｓ２を発生する。ＤＦＢ半導体レーザ素子３０が発生する種光Ｓ１と、ＤＦＢ半導体レーザ素子３２が発生する種光Ｓ２とは、発光タイミングが同期している。種光Ｓ１、Ｓ２は、ともに１パルス当たりのエネルギーは略同一であるが、偏光状態が互いに異なり、ピーク強度は種光Ｓ１の方が強い。この種光Ｓ１と種光Ｓ２とは、直線偏光の光であり、その偏光方向は互いに直交している。本第１の実施の形態では、ＤＦＢ半導体レーザ素子３０が発生する種光Ｓ１の偏光状態をＳ偏光とし、ＤＦＢ半導体レーザ素子３２が発生する種光Ｓ２の偏光状態をＰ偏光として説明する。この種光Ｓ１、Ｓ２は、赤外波長域の光である。
制御回路２２は、信号発生部２２ａから送られてきたクロック信号ＬＴＣのクロックパルスに応答して種光Ｓ１、Ｓ２が発光するようにＤＦＢ半導体レーザ素子３０、３２を制御する。これにより、このＤＦＢ半導体レーザ素子３０、３２は、クロック信号ＬＴＣの各クロックパルス（発振周波数Ｆａ）に応答して、所定周波数（発振周波数）Ｆａで種光Ｓ１、Ｓ２を発光する。この制御回路２２は、制御装置１６によって制御される。このクロック信号ＬＴＣのクロックパルスの周期（＝１／Ｆａ）を、基準周期Ｔａと呼ぶ。ＤＦＢ半導体レーザ素子３０、３２で発生した種光Ｓ１、Ｓ２は、偏光ビームスプリッタ３４に導かれる。
なお、この基準クロック信号となるクロック信号ＬＴＣは、画素シフトパルスＢＳＣ（ＢＳＣａ、ＢＳＣｂ）のベースとなるものである。また、信号発生部２２ａには、基板Ｐの被照射面上における描画ラインＳＬｎの倍率補正を行うための倍率補正情報ＴＭｇが制御装置１６から入力される。倍率補正とは、簡単に説明すると、倍率補正情報ＴＭｇに応じて、クロック信号ＬＴＣの発振周波数Ｆａを変更させることで、描画データ上の１画素（１ビット）に含まれるスポット光の数は一定にしたまま、主走査方向に沿って投射されるスポット光ＳＰの投射間隔（つまり、スポット光の発振周波数）を一律に微調整する。これにより、基板Ｐの被照射面上における描画ラインＳＬｎの長さ（走査長）を微調整することができる。この描画ラインＳＬｎの伸縮（走査長の微調整）は、描画ラインＳＬｎの最大走査長（例えば、３１ｍｍ）の範囲内で行うことができる。なお、倍率補正情報が０、つまり、補正無しの場合の発振周波数Ｆａを１００ＭＨｚとする。
偏光ビームスプリッタ３４は、Ｓ偏光の光を透過し、Ｐ偏光の光を反射するものであり、ＤＦＢ半導体レーザ素子３０が発生した種光Ｓ１と、ＤＦＢ半導体レーザ素子３２が発生した種光Ｓ２とを、電気光学素子３６に導く。詳しくは、偏光ビームスプリッタ３４は、ＤＦＢ半導体レーザ素子３０が発生したＳ偏光の種光Ｓ１を透過することで種光Ｓ１を電気光学素子３６に導く。また、偏光ビームスプリッタ３４は、ＤＦＢ半導体レーザ素子３２が発生したＰ偏光の種光Ｓ２を反射することで種光Ｓ２を電気光学素子３６に導く。ＤＦＢ半導体レーザ素子３０、３２、および、偏光ビームスプリッタ３４は、種光Ｓ１、Ｓ２を生成するパルス光源部３５を構成する。
電気光学素子（ビーム強度変調部）３６は、種光Ｓ１、Ｓ２に対して透過性を有するものであり、例えば、電気光学変調器（ＥＯＭ：Electro-Optic Modulator）が用いられる。電気光学素子３６は、描画ビット列データＳＢａ（ＳＢｂ）のハイ／ロー状態に応答して、種光Ｓ１、Ｓ２の偏光状態を駆動回路３６ａによって切り換えるものである。描画ビット列データＳＢａは、走査ユニットＵ１〜Ｕ３の各々が露光すべきパターンに応じたパターンデータ（ビットパターン）に基づいて生成されるものであり、描画ビット列データＳＢｂは、走査ユニットＵ４〜Ｕ６の各々が露光すべきパターンに応じたパターンデータ（ビットパターン）に基づいて生成されるものである。したがって、描画ビット列データＳＢａは、光源装置ＬＳａの駆動回路３６ａに入力され、描画ビット列データＳＢｂは、光源装置ＬＳｂの駆動回路３６ａに入力される。ＤＦＢ半導体レーザ素子３０、ＤＦＢ半導体レーザ素子３２の各々からの種光Ｓ１、Ｓ２は波長域が８００ｎｍ以上と長いため、電気光学素子３６として、偏光状態の切り換え応答性がＧＨｚ程度のものを使うことができる。
パターンデータ（描画データ）は、走査ユニットＵｎ毎に設けられ、各走査ユニットＵｎによって描画されるパターンを、スポット光ＳＰのサイズφに応じて設定される寸法Ｐｘｙの画素によって分割し、複数の画素の各々を前記パターンに応じた論理情報（画素データ）で表したものである。つまり、このパターンデータは、スポット光ＳＰの主走査方向（Ｙ方向）に沿った方向を行方向とし、基板Ｐの副走査方向（Ｘ方向）に沿った方向を列方向とするように２次元に分解された複数の画素の論理情報で構成されているビットマップデータである。この画素の論理情報は、「０」または「１」の１ビットのデータである。「０」の論理情報は、基板Ｐに照射するスポット光ＳＰの強度を低レベル（非描画）にすることを意味し、「１」の論理情報は、基板Ｐ上に照射するスポット光ＳＰの強度を高レベル（描画）にすることを意味する。なお、画素の寸法Ｐｘｙの主走査方向（Ｙ方向）の寸法をＰｙとし、副走査方向（Ｘ方向）の寸法をＰｘとする。
パターンデータの１列分の画素の論理情報は、１本分の描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）に対応するものである。したがって、１列分の画素の数は、基板Ｐの被照射面上での画素の寸法Ｐｘｙと描画ラインＳＬｎの長さとに応じて決まる。この１画素の寸法Ｐｘｙは、スポット光ＳＰのサイズφと同程度、或いは、それ以上に設定され、例えば、スポット光ＳＰの実効的なサイズφが３μｍの場合は、１画素の寸法Ｐｘｙは、３μｍ角程度以上に設定される。１列分の画素の論理情報に応じて、１本の描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）に沿って基板Ｐに投射されるスポット光ＳＰの強度が変調される。この１列分の画素の論理情報をシリアルデータＤＬｎと呼ぶ。つまり、パターンデータは、シリアルデータＤＬｎが列方向に並んだビットマップデータである。走査ユニットＵ１のパターンデータのシリアルデータＤＬｎをＤＬ１で表し、同様に、走査ユニットＵ２〜Ｕ６のパターンデータのシリアルデータＤＬｎをＤＬ２〜ＤＬ６で表す。本実施の形態では、スポット光ＳＰが１．５μｍ（サイズφの１／２）ずつオーバーラップしながら基板Ｐ上に投射されるので、２つのスポット光ＳＰが１画素に対応する。したがって、描画ラインＳＬｎに沿って投射されるスポット光の数が２００００となるので、１列分の画素の数は、その半分である１００００となる。そのため、１列分の画素の論理情報を１行目から順々に駆動回路３６ａに出力するタイミングを制御する画素シフトパルスＢＳＣ（ＢＳＣａ、ＢＳＣｂ）の発振周波数は、クロック信号ＬＴＣの発振周波数Ｆａの１／２となる。つまり、画素シフトパルスＢＳＣは、クロック信号ＬＴＣを１／２に分周したものである。
また、走査モジュールの３つの走査ユニットＵ１〜Ｕ３（Ｕ４〜Ｕ６）は、所定の順番でスポット光ＳＰの走査を１回ずつ行う動作を繰り返すことから、それに対応して、走査モジュールの３つの走査ユニットＵ１〜Ｕ３（Ｕ４〜Ｕ６）のパターンデータのシリアルデータＤＬ１〜ＤＬ３（ＤＬ４〜ＤＬ６）も、所定の順番で、光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）の駆動回路３６ａに出力される。この光源装置ＬＳａの駆動回路３６ａに順次出力されるシリアルデータＤＬ１〜ＤＬ３を描画ビット列データＳＢａと呼び、この光源装置ＬＳｂの駆動回路３６ａに順次出力されるシリアルデータＤＬ４〜ＤＬ６を描画ビット列データＳＢｂと呼ぶ。
例えば、第１の走査モジュールにおいて、スポット光ＳＰの走査を行う走査ユニットＵｎの順番が、Ｕ１→Ｕ２→Ｕ３、の場合は、まず、１列分のシリアルデータＤＬ１が光源装置ＬＳａの駆動回路３６ａに出力され、続いて、１列分のシリアルデータＤＬ２が光源装置ＬＳａの駆動回路３６ａに出力されるといった具合に、描画ビット列データＳＢａを構成する１列分のシリアルデータＤＬ１〜ＤＬ３が、ＤＬ１→ＤＬ２→ＤＬ３、の順番で光源装置ＬＳａの駆動回路３６ａに出力される。その後、次の列のシリアルデータＤＬ１〜ＤＬ３が、ＤＬ１→ＤＬ２→ＤＬ３、の順番で描画ビット列データＳＢａとして光源装置ＬＳａの駆動回路３６ａに出力される。同様に、第２の走査モジュールにおいて、スポット光ＳＰの走査を行う走査ユニットＵｎの順番が、Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６、の場合は、まず、１列分のシリアルデータＤＬ４が光源装置ＬＳｂの駆動回路３６ａに出力され、続いて、１列分のシリアルデータＤＬ５が光源装置ＬＳｂの駆動回路３６ａに出力されるといった具合に、描画ビット列データＳＢｂを構成する１列分のシリアルデータＤＬ４〜ＤＬ６が、ＤＬ４→ＤＬ５→ＤＬ６、の順番で光源装置ＬＳｂの駆動回路３６ａに出力される。その後、次の列のシリアルデータＤＬ４〜ＤＬ６が、ＤＬ４→ＤＬ５→ＤＬ６、の順番で描画ビット列データＳＢｂとして光源装置ＬＳｂの駆動回路３６ａに出力される。
駆動回路３６ａに入力される描画ビット列データＳＢａ（ＳＢｂ）の１画素分の論理情報がロー（「０」）状態のとき、電気光学素子３６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３８に導く。一方で、駆動回路３６ａに入力される描画ビット列データＳＢａ（ＳＢｂ）の１画素分の論理情報がハイ（「１」）状態のとき、電気光学素子３６は入射した種光Ｓ１、Ｓ２の偏光状態を変えて、つまり、偏光方向を９０度変えて偏光ビームスプリッタ３８に導く。このように駆動回路３６ａが描画ビット列データＳＢａ（ＳＢｂ）に基づいて電気光学素子３６を駆動することによって、電気光学素子３６は、描画ビット列データＳＢａ（ＳＢｂ）の画素の論理情報がハイ状態（「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３８は、Ｐ偏光の光を透過してレンズ素子ＧＬを介してコンバイナ４４に導き、Ｓ偏光の光を反射させて吸収体４０に導くものである。この偏光ビームスプリッタ３８を透過する光（種光）をビームＬｓｅで表す。このパルス状のビームＬｓｅの発振周波数はＦａとなる。励起光源４２は励起光を発生し、発生した励起光は、光ファイバー４２ａを通ってコンバイナ４４に導かれる。コンバイナ４４は、偏光ビームスプリッタ３８から照射されたビームＬｓｅと励起光とを合成して、ファイバー光増幅器４６に出力する。ファイバー光増幅器４６は、励起光によって励起されるレーザ媒質がドープされている。したがって、合成されたビームＬｓｅおよび励起光が伝送するファイバー光増幅器４６内では、励起光によってレーザ媒質が励起されることにより、種光としてのビームＬｓｅが増幅される。ファイバー光増幅器４６内にドープされるレーザ媒質としては、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ツリウム（Ｔｍ）などの希土類元素が用いられる。この増幅されたビームＬｓｅは、ファイバー光増幅器４６の射出端４６ａから所定の発散角を伴って放射され、レンズ素子ＧＬによって収斂またはコリメートされて波長変換光学素子４８に入射する。
波長変換光学素子（第１の波長変換光学素子）４８は、第２高調波発生（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）によって、入射したビームＬｓｅ（波長λ）を、波長がλの１／２の第２高調波に変換する。波長変換光学素子４８として、疑似位相整合（Quasi Phase Matching：ＱＰＭ）結晶であるＰＰＬＮ（Periodically Poled LiNbO3）結晶が好適に用いられる。なお、ＰＰＬＴ（Periodically Poled LiTaO3）結晶などを用いることも可能である。
波長変換光学素子（第２の波長変換光学素子）５０は、波長変換光学素子４８が変換した第２高調波（波長λ／２）と、波長変換光学素子４８によって変換されずに残留した種光（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線光（ビームＬＢ）となる。
駆動回路３６ａに印加する描画ビット列データＳＢａ（ＳＢｂ）の１画素分の論理情報がロー（「０」）の場合は、電気光学素子（ビーム強度変調部）３６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３８に導く。そのため、偏光ビームスプリッタ３８を透過するビームＬｓｅは種光Ｓ２となる。したがって、光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）から最終的に出力されるＰ偏光のＬＢａ（ＬＢｂ）は、ＤＦＢ半導体レーザ素子３２からの種光Ｓ２と同じ発振プロファイル（時間特性）を有する。すなわち、この場合は、ビームＬＢａ（ＬＢｂ）は、パルスのピーク強度が低く、時間的にブロードな鈍った特性となる。ファイバー光増幅器４６は、そのようなピーク強度が低い種光Ｓ２に対する増幅効率が低いため、光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）から射出されるビームＬＢａ（ＬＢｂ）は、露光に必要なエネルギーまで増幅されない光となる。したがって、露光という観点からみれば、実質的に光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）はビームＬＢａ（ＬＢｂ）を射出していないのと同じ結果となる。つまり、基板Ｐに照射されるスポット光ＳＰの強度は低レベルとなる。ただし、パターンの露光が行われない期間（非露光期間）では、種光Ｓ２由来の紫外域の不要なビームＬＢａ（ＬＢｂ）が僅かな強度であっても照射され続ける。そのため、描画ラインＳＬ１〜ＳＬ６が、長時間、基板Ｐ上の同じ位置にある状態が続く場合（例えば、搬送系のトラブルによって基板Ｐが停止している場合など）は、光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）のビームＬＢａ（ＬＢｂ）の射出窓（図示略）から各走査ユニットＵ１〜Ｕ６のシリンドリカルレンズＣＹｂの直後までの光路中に可動シャッタを設けて、基板Ｐに紫外域の不要なビームが照射されないように阻止するとよい。
一方、駆動回路３６ａに印加する描画ビット列データＳＢａ（ＳＢｂ）の１画素分の論理情報がハイ（「１」）の場合は、電気光学素子（ビーム強度変調部）３６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３８に導く。そのため、偏光ビームスプリッタ３８を透過するビームＬｓｅは種光Ｓ１となる。したがって、光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）から射出されるビームＬＢａ（ＬＢｂ）は、ＤＦＢ半導体レーザ素子３０からの種光Ｓ１に由来して生成されたものとなる。ＤＦＢ半導体レーザ素子３０からの種光Ｓ１はピーク強度が強いため、ファイバー光増幅器４６によって効率的に増幅され、光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）から出力されるＰ偏光のビームＬＢａ（ＬＢｂ）は、基板Ｐの露光に必要なエネルギーを持つ。つまり、基板Ｐに照射されるスポット光ＳＰの強度は高レベルとなる。
このように、光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）内に、描画用光変調器としての電気光学素子３６を設けたので、１つの電気光学素子（ビーム強度変調部）３６を制御することで、走査モジュールの３つの走査ユニットＵ１〜Ｕ３（Ｕ４〜Ｕ６）によって走査されるスポット光ＳＰの強度を、描画すべきパターンに応じて変調させることができる。したがって、光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）から射出されるビームＬＢａ（ＬＢｂ）は、強度変調された描画ビームとなる。
ここで、本第１の実施の形態では、駆動回路３６ａに描画ビット列データＳＢａ（ＤＬ１〜ＤＬ３）、ＳＢｂ（ＤＬ４〜ＤＬ６）が印加されていない期間においても、光源装置ＬＳａ、ＬＳｂから種光Ｓ２に由来するビームＬＢａ、ＬＢｂが射出されることになる。そのため、スポット光ＳＰの走査が可能な最大走査長（例えば、３１ｍｍ）以下の範囲内で描画ラインＳＬｎの実効的な走査長（例えば、３０ｍｍ）が設定されていたとしても、実際には、スポット光ＳＰは、最大走査長の全範囲に亘って主走査方向に沿って走査される。ただし、描画ラインＳＬｎ以外の位置に投射されるスポット光ＳＰの強度は低レベルである。したがって、本第１の実施の形態でいうところの描画ラインＳＬｎとは、各シリアルデータＤＬ１〜ＤＬ６によってスポット光ＳＰの強度が変調されて走査される、つまり、描画される走査線のことをいう。したがって、描画ラインＳＬｎに沿ったスポット光ＳＰの走査期間と、シリアルデータＤＬｎの各画素の論理情報が出力される期間とは略同一である。
次に、光検出器ＤＴ１による第１パターンの位置に関する情報およびその形状に関する情報の取得について説明する。図８Ａは、走査ユニットＵ１によって新たに描画すべき第２パターンＰＴ２の一部分に対応したパターンデータの一例を示し、図８Ｂは、図８Ａに示す位置Ａの列のシリアルデータＤＬ１に基づいて、スポット光ＳＰを描画ラインＳＬ１に沿って描画（スポット光ＳＰを走査しつつ強度を変調）した場合のスポット光ＳＰの強度を示す図である。図８Ａにおいては、画素の論理情報が「１」となる領域を白で表し、画素の論理情報が「０」となる領域をグレー（灰色）で表している。図９Ａは、図８Ａに示すパターンデータを用いて、下層の第１パターンＰＴ１に重ね合わせて第２パターンＰＴ２を描画している例を示し、図９Ｂは、光検出器ＤＴ１がそのときに検出した反射光の強度を示す図である。図９Ａは、位置Ａの列のシリアルデータＤＬ１に基づいて、スポット光ＳＰを描画した状態を示し、図９Ｂは、そのときに光検出器ＤＴ１が検出した反射光の強度を示している。なお、図９Ａのおいては、グレー（灰色）で表した領域が第１パターンＰＴ１を表し、斜線で表した領域が描画された第２パターンＰＴ２を表している。
図８Ｂに示すように、基板Ｐ上に投射されるビームＬＢ１のスポット光ＳＰの強度は、画素の論理情報が「１」となっている領域においては高レベルとなり、画素の論理情報が「０」となっている領域においては０（低レベル）となる。なお、上述したように、画素の論理情報が「０」の場合であってもビームＬＢ１のスポット光ＳＰが基板Ｐに投射されるが、このビームＬＢ１の強度は露光という観点からみれば、実質的にスポット光ＳＰが投射されていないものと見做すことができるので、画素の論理情報が「０」となっている領域のスポット光ＳＰの強度を０として扱っている。このことは、図９Ｂにおいても同様である。
一方で、基板Ｐからの反射光に関しては、図９Ｂに示すように、画素の論理情報が「１」となっている領域のうち、第１パターンＰＴ１が形成されている領域に照射されたスポット光ＳＰの反射光の強度Ｅａが最も高くなり、第１パターンＰＴ１が形成されていない領域に照射されたスポット光ＳＰの反射光の強度Ｅｂは、強度Ｅａに比べ低くなる。また、画素の論理情報が「０」となっている領域（つまり、スポット光ＳＰが照射されていない領域）においては、その反射光の強度は０となる。したがって、光検出器ＤＴｎを用いて取得した画像データ（信号波形）は、描画された第２パターンＰＴ２と重複する領域のうち、第１パターンＰＴ１が形成されている領域は明るくなり、第１パターンＰＴ１が形成されていない領域は暗くなった画像データとなる。なお、第２パターンＰＴ２と重複しない領域に関しては、スポット光ＳＰが投射されていないので、最も暗い領域となる。なお、この図９Ａ、９Ｂでは、基板Ｐを厚さ１００μｍ程度のＰＥＴシートとし、その表面に第１パターンＰＴ１として数十μｍの厚さで反射率の高い銅（Ｃｕ）を蒸着したものとする。
したがって、制御装置１６（具体的には図１２を参照して後述する計測部１１６）は、光検出器ＤＴｎを用いて取得した画像データに基づいて、輝度が閾値より高い領域を抽出することで、第１パターンＰＴ１が形成されている位置およびその形状（歪みなども含む）を計測することができる。また、制御装置１６（計測部１１６）は、第１パターンＰＴ１の位置を計測することによって、新たに描画すべき第２パターンＰＴ２と第１パターンＰＴ１との相対的な位置関係を計測することもできる。上述したように、第２パターンＰＴ２は、アライメント系を用いて、第２パターンＰＴ２を描画すべき基板Ｐ上の位置を特定しているので、第２パターンＰＴ２の位置は既知であるとともに、光検出器ＤＴ１を用いて取得した画像データに基づいて、第２パターンＰＴ２の位置も計測することができる。制御装置１６（具体的には図１２を参照して後述する露光制御部１１４）は、計測部１１６が計測した第１パターンＰＴ１の位置、形状、および、第２パターンＰＴ２と第１パターンＰＴ１との相対的な位置関係のうち少なくとも一方に基づいて、現在描画している第２パターンＰＴ２を補正することで、第１パターンＰＴ１に対する第２パターンＰＴ２の位置合せ精度、重ね合せ精度を高精度に行うことができる。なお、第１パターンＰＴ１のＸ方向における各位置は、エンコーダヘッドＥＮ２ａ、ＥＮ２ｂに基づくカウント値によって表される。また、光検出器ＤＴ１による第１パターンの位置に関する情報およびその形状に関する情報の取得について説明したが、光検出器ＤＴ２〜ＤＴ６についても同様である。
ところで、光検出器ＤＴ１で検出される画像データ（信号波形）は、図９Ｂのように、第１パターンＰＴ１の部分での反射光の強度Ｅａと、第１パターンＰＴ１以外の部分（基板Ｐ）での反射光の強度Ｅｂとの比（コントラスト）が明確に高くなるとは限らない。例えば、第１パターンＰＴ１の材料によっては描画用のビームＬＢｎ（スポット光ＳＰ）の波長に対する反射率が低い場合、検出される画像データ（信号波形）のコントラスト（Ｅａ／Ｅｂ）が低下する。しかしながら、第１パターンＰＴ１は所定の厚みを持つ段差構造であるため、第１パターンＰＴ１のエッジ部では、散乱光の光量が増加し、光検出器ＤＴ１まで達する正規反射光の光量が低下する。図１０Ａ、１０Ｂは、そのような状況で得られる画像データ（信号波形）の一例を説明する図である。
図１０Ａのように、基板Ｐ上に所定の厚みで低反射率の第１パターンＰＴ１が形成され、その上に所定の厚さでレジスト層Ｒｅｇが一様に形成されている状態で、第１パターンＰＴ１を横切るようにスポット光ＳＰが走査されると、基板Ｐ上からは正規反射光Ｌｗ０、第１パターンＰＴ１上からは正規反射光Ｌｗ１が発生し、そして第１パターンＰＴ１の段差エッジ部からは散乱光Ｌｄｆも発生する。散乱光Ｌｄｆは、ビームＬｂｎの入射方向と逆方向に進む正規反射光Ｌｗ０、Ｌｗ１とは異なる方向に発生し、光検出器ＤＴ１まで達しない。そのため、図１０Ｂに示すように、光検出器ＤＴ１から得られる画像データの波形（信号波形）としては、正規反射光Ｌｗ０の強度Ｅｂと正規反射光Ｌｗ１の強度Ｅａとに大きな差が無い状態になる。そして、第１パターンＰＴ１の段差エッジ部では、散乱光Ｌｄｆの発生によって相対的に正規反射光の強度Ｅｃはボトム状に低下する。図１０Ｂのような信号波形の場合であっても、制御装置１６（計測部１１６）は第１パターンＰＴ１のエッジ位置を解析することができる。
ところが、第１パターンＰＴ１に対して第２パターンＰＴ２が相対的に所定精度で位置合わせされて描画されるものの、第２パターンＰＴ２が第１パターンＰＴ１と重なり合わない領域に描画（露光）される場合もある。その場合、第１パターンＰＴ１からの反射光Ｌｗ１が得られないため、第１パターンＰＴ１の位置および形状と、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係とを計測することはできない。この第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２とが重なり合わない領域が多い場合には、露光領域Ｗ（図４）中で確認したい部分での位置合せ精度、重ね合せ精度を計測できない。そこで、第２パターンＰＴ２を描画するためのパターンデータに、第１パターンＰＴ１の一部と重なり合うようなダミーパターンのデータを組み込む。
図１１は、基板Ｐ上に既に形成された下層の第１パターンＰＴ１と、ダミーパターンデータが組み込まれた重ね合わせ露光用の第２層のパターンデータに基づいて、基板Ｐ上に位置合わせして露光される第２パターンＰＴ２とを示す図である。図１１では、一例として走査ユニットＵ１によって第２パターンＰＴ２（ダミーパターンを含む）を描画する場合を示し、ビームＬＢ１（スポット光ＳＰ）の走査による描画ラインＳＬ１が基板Ｐの搬送方向（Ｘ方向）の位置Ｘｄ１、Ｘｄ２の各々に位置した場合を示す。
図１１において、第１パターンＰＴ１は、電子デバイスを構成するパターンであり、パターンデータに基づいて描画される第２パターンＰＴ２は、電子デバイスを構成する本パターンＰＴ２ａと、電子デバイスを構成しないダミーパターンＰＴ２ｂとを含む。ダミーパターンＰＴ２ｂは、電子デバイスの動作や性能に影響しないような位置と形状であって、本パターンＰＴ２ａに対して予め定められた間隔距離に設定される。本パターンＰＴ２ａは、第１パターンＰＴ１とは重なり合っていないが、ダミーパターンＰＴ２ｂの少なくとも一部が第１パターンＰＴ１の少なくとも一部と重なり合うように描画されている。すなわち、位置Ｘｄ１における描画ラインＳＬ１上では、パルス発光するビームＬＢ１のスポット光ＳＰが本パターンＰＴ２ａの描画領域にのみ投射され、第１パターンＰＴ１上には投射されない。さらに、位置Ｘｄ２における描画ラインＳＬ１上には本パターンＰＴ２ａが存在せず、パルス発光するビームＬＢ１のスポット光ＳＰは第１パターンＰＴ１の一部を含むダミーパターンＰＴ２ｂの描画領域にのみ投射される。
このように、電子デバイスを構成する第２パターンＰＴ２（本パターンＰＴ２ａ）が第１パターンＰＴ１と重なり合わなくても、第２パターンＰＴ２に応じたパターンデータにダミーパターンデータを組み込むことで、ダミーパターンＰＴ２ｂを第１パターンＰＴ１に対して重なるように露光することができる。したがって、電子デバイスを構成する本パターンＰＴ２ａが第１パターンＰＴ１と重なり合わない領域がある場合であっても、制御装置１６（計測部１１６）は、その領域における第１パターンＰＴ１の位置および形状と、その領域における第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係とを計測することができる。それにより、第１パターンＰＴ１に対する第２パターンＰＴ２の露光時の位置合せ精度、重ね合せ精度をほぼリアルタイムで高精度に確認することができる。
また、新たに描画する第２パターンＰＴ２と重なり合うように、下層の第１パターンＰＴ１中にダミーパターンを設けるようにしてもよい。図１２は、基板Ｐに既に形成された下層の第１パターンＰＴ１と、露光用の第２層のパターンデータに基づいて基板Ｐ上に位置合わせして露光される第２パターンＰＴ２とを示す図である。第１パターンＰＴ１は、電子デバイスを構成する本パターンＰＴ１ａと、電子デバイスを構成しないダミーパターンＰＴ１ｂとを含み、パターンデータに基づいて描画される第２パターンＰＴ２は、電子デバイスを構成する本パターンである。本パターンＰＴ１ａは、第２パターンＰＴ２とは重なり合っていないが、ダミーパターンＰＴ１ｂの少なくとも一部が第２パターンＰＴ２の少なくとも一部と重なり合うように形成されている。ここでも、ダミーパターンＰＴ１ｂは、電子デバイスの動作や性能に影響しないような位置と形状であって、本パターンＰＴ１ａに対して予め定められた間隔距離に設定される。
図１２でも、一例として走査ユニットＵ１によって第２パターンＰＴ２（本パターンＰＴ２ａを含む）を描画する場合を示し、ビームＬＢ１（スポット光ＳＰ）の走査による描画ラインＳＬ１が基板Ｐの搬送方向（Ｘ方向）の位置Ｘｄ１、Ｘｄ２の各々に位置した場合を示す。位置Ｘｄ１、Ｘｄ２の各々における描画ラインＳＬ１、ＳＬ２上では、パルス発光するビームＬＢ１のスポット光ＳＰが本パターンＰＴ２ａの描画領域にのみ投射され、第１パターンＰＴ１の本パターンＰＴ１ａ上には投射されない。しかしながら、位置Ｘｄ２における描画ラインＳＬ１上で本パターンＰＴ２ａの露光のために、パルス発光するビームＬＢ１のスポット光ＳＰが投射される間、第１パターンＰＴ１のダミーパターンＰＴ１ｂもスポット光ＳＰで投射される。このように、電子デバイスを構成する第１パターンＰＴ１（本パターンＰＴ１ａ）が第２パターンＰＴ２と重なり合わなくても、第１パターンＰＴ１に予めダミーパターンＰＴ１ｂを設けることで、第２パターンＰＴ２の一部をダミーパターンＰＴ１ｂに対して重なるように露光することができる。したがって、電子デバイスを構成する本パターンＰＴ１ａが第２パターンＰＴ２と重なり合わない領域がある場合であっても、制御装置１６（計測部１１６）は、その領域における第１パターンＰＴ１の位置および形状と、その領域における第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係とを計測することができる。それにより、第１パターンＰＴ１に対する第２パターンＰＴ２の露光時の位置合せ精度、重ね合せ精度をほぼリアルタイムで高精度に確認することができる。
さらに、下層の第１パターンＰＴ１にダミーパターンＰＴ１ｂを設けるととともに、第２パターンＰＴ２を描画するためのパターンデータに、ダミーパターンデータを組み込むようにしてもよい。この場合は、第１パターンＰＴ１は、電子デイバスを構成する本パターンＰＴ１ａと電子デバイスの動作や性能に影響を与えないダミーパターンＰＴ１ｂとを含む。また、パターンデータに応じて描画される第２パターンＰＴ２には、電子デバイスを構成する本パターンＰＴ２ａと、電子デバイスの動作や性能に影響を与えないダミーパターンＰＴ２ｂとが含まれる。したがって、この場合は、ダミーパターンＰＴ２ｂの少なくとも一部がダミーパターンＰＴ１ｂの少なくとも一部と重なり合うように露光される。以上のように、基板Ｐ上に予め形成されているダミーパターンＰＴ１ｂと、基板Ｐ上に描画されるダミーパターンＰＴ２ｂとを少なくとも部分的に重ね合わせ露光することで、その領域における第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係とを計測することができる。それにより、第１パターンＰＴ１に対する第２パターンＰＴ２の位置合せ精度、重ね合せ精度を高精度に確認できる。
図１３は、露光装置ＥＸの電気的な制御システムの構成を示すブロック図である。露光装置ＥＸの制御装置１６は、ポリゴン駆動制御部１００、選択素子駆動制御部１０２、統括制御部１０４、マーク位置検出部１０６、および、回転位置検出部１０８を有する。なお、各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）の原点センサＯＰｎ（ＯＰ１〜ＯＰ６）が出力した原点信号ＳＺｎ（ＳＺ１〜ＳＺ６）は、ポリゴン駆動制御部１００および選択素子駆動制御部１０２に入力される。また、各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）の光検出器ＤＴｎ（ＤＴ１〜ＤＴ６）が検出した光電信号（検出信号）ＰＳｎ（ＰＳ１〜ＰＳ６）は、統括制御部１０４（計測部１１６）に入力される。なお、図１３に示す例では、光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）からのビームＬＢａ（ＬＢｂ）が選択用光学素子ＡＯＭ２（ＡＯＭ５）によって回折され、その１次回折光であるビームＬＢ２（ＬＢ５）が走査ユニットＵ２（Ｕ５）に入射している状態を示している。
ポリゴン駆動制御部１００は、各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）のポリゴンミラーＰＭの回転を駆動制御する。ポリゴン駆動制御部１００は、各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）のポリゴンミラーＰＭを駆動させる回転駆動源（モータや減速機など）ＲＭ（図５参照）を有し、このモータの回転を駆動制御することで、ポリゴンミラーＰＭの回転を駆動制御する。ポリゴン駆動制御部１００は、各走査モジュールの３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３、Ｕ４〜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、各走査モジュールの３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３、Ｕ４〜Ｕ６）のポリゴンミラーＰＭの各々を同期回転させる。詳しくは、ポリゴン駆動制御部１００は、各走査モジュールの３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３、Ｕ４〜Ｕ６）のポリゴンミラーＰＭの回転速度（回転数）Ｖｐ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。なお、各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）のポリゴンミラーＰＭの回転速度Ｖｐは、全て同一とする。
本第１の実施の形態では、上述したように、実走査に寄与するポリゴンミラーＰＭの回転角度αを１５度とするので、反射面ＲＰが８つの八角形のポリゴンミラーＰＭの走査効率は１／３となる。第１の走査モジュールでは、３つの走査ユニットＵｎによるスポット光ＳＰの走査が、Ｕ１→Ｕ２→Ｕ３、の順番で行われる。したがって、この順番で、この３つの走査ユニットＵ１〜Ｕ３の各々のポリゴンミラーＰＭの回転角度位置の位相が１５度ずつずれた状態で等速回転するように、走査ユニットＵ１〜Ｕ３の各々のポリゴンミラーＰＭがポリゴン駆動制御部１００によって同期制御される。また、第２の走査モジュールでは、３つの走査ユニットＵｎによるスポット光ＳＰの走査が、Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６、の順番で行われる。したがって、この順番で、３つの走査ユニットＵ４〜Ｕ６の各々のポリゴンミラーＰＭの回転角度位置の位相が１５度ずつずれた状態で等速回転するように、走査ユニットＵ４〜Ｕ６の各々のポリゴンミラーＰＭがポリゴン駆動制御部１００によって同期制御される。
具体的には、ポリゴン駆動制御部１００は、例えば、第１の走査モジュールに関しては、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の回転位相を制御する。ポリゴン駆動制御部１００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の回転位相を制御する。この時間Ｔｓは、ポリゴンミラーＰＭが１５度回転する時間（スポット光ＳＰの最大走査時間）であり、本第１の実施の形態では、約２０６．６６６・・・μｓｅｃ（＝Ｔｐｘ×１／３＝６２０〔μｓｅｃ〕／３）である。これにより、各走査ユニットＵ１〜Ｕ３の各々のポリゴンミラーＰＭの回転角度位置の位相差が、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の順番で１５度ずつずれた状態となる。したがって、第１の走査モジュールの３つの走査ユニットＵ１〜Ｕ３は、Ｕ１→Ｕ２→Ｕ３の順番で、スポット光ＳＰの走査を行うことができる。
第２の走査モジュールに関しても同様に、ポリゴン駆動制御部１００は、例えば、走査ユニットＵ４の原点センサＯＰ４からの原点信号ＳＺ４を基準にして、走査ユニットＵ５の原点センサＯＰ５からの原点信号ＳＺ５が時間Ｔｓだけ遅れて発生するように、走査ユニットＵ５のポリゴンミラーＰＭの回転位相を制御する。ポリゴン駆動制御部１００は、原点信号ＳＺ４を基準にして、走査ユニットＵ６の原点センサＯＰ６からの原点信号ＳＺ６が２×時間Ｔｓだけ遅れて発生するように、走査ユニットＵ６のポリゴンミラーＰＭの回転位相を制御する。これにより、各走査ユニットＵ４〜Ｕ６の各々のポリゴンミラーＰＭの回転角度位置の位相が、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６の順番で１５度ずつずれた状態となる。したがって、第２の走査モジュールの３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ４〜Ｕ６）は、Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６の順番で、スポット光ＳＰの走査を行うことができる。
選択素子駆動制御部（ビーム切換駆動制御部）１０２は、ビーム切換部ＢＤＵの各光学素子モジュールの選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３、ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６）を制御して、各走査モジュールの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ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）からのビームＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ）を、各走査モジュールの３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３、Ｕ４〜Ｕ６）に順番に振り分ける。なお、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、ポリゴンミラーＰＭは４５度回転しており、その時間間隔は、時間Ｔｐｘ（＝３×Ｔｓ）となる。
具体的には、選択素子駆動制御部１０２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、時間Ｔｓ以下の時間である。また、選択素子駆動制御部１０２は、取得した原点信号ＳＺｎ（ＳＺ１〜ＳＺ６）を統括制御部１０４に出力する。
第１の走査モジュールの３つの走査ユニットＵ１〜Ｕ３で発生する原点信号ＳＺ１〜ＳＺ３は、時間Ｔｓ間隔で、ＳＺ１→ＳＺ２→ＳＺ３、の順で発生する。そのため、第１の光学素子モジュールの各選択用光学素子ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３には、時間Ｔｓ間隔で、ＡＯＭ１→ＡＯＭ２→ＡＯＭ３、の順番で駆動信号（高周波信号）ＨＦ１〜ＨＦ３がオン時間Ｔｏｎだけ印加される。したがって、第１の光学素子モジュール（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３）は、光源装置ＬＳａからのビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ３）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、の順番で切り換えることができる。これにより、スポット光ＳＰの走査を行う走査ユニットＵｎが時間Ｔｓ間隔で、Ｕ１→Ｕ２→Ｕ３、の順番で切り換わることになる。また、走査ユニットＵ１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の時間（Ｔｐｘ＝３×Ｔｓ）に、光源装置ＬＳａからのビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ３）を３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３）のいずれか１つに順番に入射させることができる。
同様に、第２の走査モジュールの３つの走査ユニットＵ４〜Ｕ６で発生する原点信号ＳＺ４〜ＳＺ６は、時間Ｔｓ間隔で、ＳＺ４→ＳＺ５→ＳＺ６、の順で発生する。そのため第２の光学素子モジュールの各選択用光学素子ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６には、時間Ｔｓ間隔で、ＡＯＭ４→ＡＯＭ５→ＡＯＭ６、の順番で駆動信号（高周波信号）ＨＦ４〜ＨＦ６がオン時間Ｔｏｎだけ印加される。したがって、第２の光学素子モジュール（ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６）は、光源装置ＬＳｂからのビームＬＢｎ（ＬＢ４〜ＬＢ６）が入射する１つの走査ユニットＵｎを時間Ｔｓ間隔で、Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６、の順番で切り換えることができる。これにより、スポット光ＳＰの走査を行う走査ユニットＵｎが時間Ｔｓ間隔で、Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６、の順番で切り換わることになる。また、走査ユニットＵ４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の時間（Ｔｐｘ＝３×Ｔｓ）に、光源装置ＬＳｂからのビームＬＢｎ（ＬＢ４〜ＬＢ６）を３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ４〜Ｕ６）のいずれか１つに順番に入射させることができる。
図１３に示すように、統括制御部（ビーム制御部）１０４は、ビームＬＢのスポット光ＳＰが描画される描画ラインＳＬｎの倍率およびビームＬＢの強度変調、および、描画するパターン形状の補正などを制御するものである。統括制御部１０４は、倍率設定部１１０、描画データ出力部１１２、露光制御部１１４、および、各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）内の光検出器ＤＴｎ（ＤＴ１〜ＤＴ６）からの検出信号ＰＳｎ（ＰＳ１〜ＰＳ６）を入力する計測部１１６を備える。倍率設定部１１０は、露光制御部１１４から送られてきた倍率補正情報ＴＭｇを記憶するとともに、倍率補正情報ＴＭｇを光源装置ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）の制御回路２２の信号発生部２２ａに出力する。信号発生部２２ａのクロック発生部６０は、この倍率補正情報ＴＭｇに応じた発振周波数Ｆａのクロック信号ＬＴＣを生成する。そのため、描画倍率補正情報ＴＭｇに応じて、画素シフトパルスＢＳＣ（ＢＳＣａ、ＢＳＣｂ）の発振周波数を変えたり、或いはビームＬＢｎの１走査中にクロック信号ＬＴＣの所々で発振周期を微少に変更したりすることができる。計測部１１６は、光検出器ＤＴｎの各々からの検出信号ＰＳｎを入力するアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）を含み、図７の光源装置ＬＳａ（ＬＳｂ）中の制御回路２２（信号発生部２２ａ）で生成される画素シフトパルスＢＳＣａ（ＢＳＣｂ）の各パルス、或いはクロック信号ＬＴＣの各クロックパルスに応答して、検出信号ＰＳｎの波形（例えば、図９Ｂ、図１０Ｂ）の強度をデジタルサンプリングして一時的に記憶する。
描画データ出力部１１２は、複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）の各々に対応したパターンデータを、描画データ出力部１１２内に設けられた図示しない記憶部に記憶している。そして、描画データ出力部１１２は、第１の走査モジュールの３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ３）のうち、原点信号ＳＺｎを発生した走査ユニットＵｎ（これからスポット光ＳＰの走査を行う走査ユニットＵｎ）に対応する１列分のシリアルデータＤＬｎ（ＤＬ１〜ＤＬ３）を描画ビット列データＳＢａとして光源装置ＬＳａの駆動回路３６ａに出力する。また、描画データ出力部１１２は、第２の走査モジュールの３つの走査ユニットＵｎ（Ｕ４〜Ｕ６）のうち、原点信号ＳＺｎを発生した走査ユニットＵｎ（これからスポット光ＳＰの走査を行う走査ユニットＵｎ）に対応する１列分のシリアルデータＤＬｎ（ＤＬ４〜ＤＬ６）を描画ビット列データＳＢｂとして光源装置ＬＳｂの駆動回路３６ａに出力する。第１の走査モジュールに関しては、スポット光ＳＰの走査を行う走査ユニットＵ１〜Ｕ３の順番は、Ｕ１→Ｕ２→Ｕ３、となっているので、描画データ出力部１１２は、ＤＬ１→ＤＬ２→ＤＬ３、の順番で繰り返されるシリアルデータＤＬ１〜ＤＬ３を描画ビット列データＳＢａとして出力する。第２の走査モジュールに関しては、スポット光ＳＰの走査を行う走査ユニットＵ４〜Ｕ６の順番は、Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６、となっているので、描画データ出力部１１２は、ＤＬ４→ＤＬ５→ＤＬ６、の順番で繰り返されるシリアルデータＤＬ４〜ＤＬ６を描画ビット列データＳＢｂとして出力する。
また、描画データ出力部１１２は、露光制御部１１４から送られてきた遅延時間Ｔｄｎ（Ｔｄ１〜Ｔｄ６）に応じて、シリアルデータＤＬｎ（ＤＬ１〜ＤＬ６）の出力タイミングを制御する。詳しくは、描画データ出力部１１２は、原点信号ＳＺｎ（ＳＺ１〜ＳＺ６）を発生した走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）に対応するシリアルデータＤＬｎ（ＤＬ１〜ＤＬ６）を、原点信号ＳＺｎ（ＳＺ１〜ＳＺ６）の発生タイミングから、遅延時間Ｔｄｎ（Ｔｄ１〜Ｔｄ６）の経過後に出力する。例えば、原点センサＯＰ１が原点信号ＳＺ１を発生すると、描画データ出力部１１２は、原点信号ＳＺ１の発生タイミングから遅延時間Ｔｄ１経過後にシリアルデータＤＬ１を出力する。同様に、原点センサＯＰ２〜ＯＰ６が原点信号ＳＺ２〜ＳＺ６を発生すると、描画データ出力部１１２は、原点信号ＳＺ２〜ＳＺ６の発生タイミングから遅延時間Ｔｄ２〜Ｔｄ６経過後にシリアルデータＤＬ２〜ＤＬ６を出力する。描画するパターンの非補正時には、遅延時間Ｔｄｎ（Ｔｄ１〜Ｔｄ６）は、初期値に設定されている。この初期値とは、描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）の中心点が描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）の最大走査長の中央（中点）と一致するような値である。露光制御部１１４は、この遅延時間Ｔｄｎ（Ｔｄ１〜Ｔｄ６）を変えることによって、描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）の基板Ｐ上の位置を主走査方向（Ｙ方向）にシフトすることができる。
このシリアルデータＤＬｎ（ＤＬ１〜ＤＬ６）は、上述したように行方向に並んだ複数の画素の論理情報で構成されている。そのため、描画データ出力部１１２は、出力するシリアルデータＤＬ１〜ＤＬ３の複数の画素の論理情報を、光源装置ＬＳａから送られてきた画素シフトパルスＢＳＣａに応じて１行目から順々に光源装置ＬＳａの駆動回路３６ａに出力する。同様に、描画データ出力部１１２は、出力するシリアルデータＤＬ４〜ＤＬ６の複数の画素の論理情報を、光源装置ＬＳｂから送られてきた画素シフトパルスＢＳＣｂに応じて１行目から順々に光源装置ＬＳｂの駆動回路３６ａに出力する。具体的には、描画データ出力部１１２は、不図示のＹアドレスカウンタを有し、このＹアドレスカウンタが画素シフトパルスＢＳＣａ、ＢＳＣｂの各々をカウントすることで、出力する画素の論理情報の行方向（Ｙ方向）のＹアドレス値（カウント値）を指定する。描画データ出力部１１２は、この指定されたＹアドレス値（カウント値）の画素の論理情報を出力する。このように、画素シフトパルスＢＳＣａ、ＢＳＣｂによって、出力する画素の論理情報が行方向にシフトされる。
なお、光源装置ＬＳａの駆動回路３６ａに出力するシリアルデータＤＬ１〜ＤＬ３の列方向のシフトは、例えば、描画データ出力部１１２に設けられた図示しないＸアドレスカウンタによって行われる。このＸアドレスカウンタは、シリアルデータＤＬ１〜ＤＬ３（または走査ユニットＵ１〜Ｕ３）の各々に対応して設けられ、次に走査を行う走査ユニットＵ２、Ｕ３、Ｕ１の原点センサＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ１の原点信号ＳＺ２、ＳＺ３、ＳＺ１をカウントすることで、次に出力するシリアルデータＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３の列方向のＸアドレス値（カウント値）を指定する。例えば、シリアルデータＤＬ１（または走査ユニットＵ１）に対応して設けられたＸアドレスカウンタは、シリアルデータＤＬ１を出力し終わった後で、次に走査を行う走査ユニットＵ２の原点センサＯＰ２の原点信号ＳＺ２をカウントすることで、次に出力するシリアルデータＤＬ１の列方向のＸアドレス値（カウント値）を選択する。
同様にして、光源装置ＬＳｂの駆動回路３６ａに出力するシリアルデータＤＬ４〜ＤＬ６の列方向のシフトは、例えば、描画データ出力部１１２に設けられた図示しないＸアドレスカウンタによって行われる。このＸアドレスカウンタは、シリアルデータＤＬ４〜ＤＬ６（または走査ユニットＵ４〜Ｕ６）の各々に対応して設けられ、次に走査を行う走査ユニットＵ５、Ｕ６、Ｕ４の原点センサＯＰ５、ＯＰ６、ＯＰ４の原点信号ＳＺ５、ＳＺ６、ＳＺ４をカウントすることで、次に出力するシリアルデータＤＬ４、ＤＬ５、ＤＬ６の列方向のＸアドレス値（カウント値）を指定する。例えば、シリアルデータＤＬ４（または走査ユニットＵ４）に対応して設けられたＸアドレスカウンタは、シリアルデータＤＬ４を出力し終わった後で、次に走査を行う走査ユニットＵ５の原点センサＯＰ５の原点信号ＳＺ５をカウントすることで、次に出力するシリアルデータＤＬ４の列方向のＸアドレス値（カウント値）を選択する。
さて、図１３に示した露光制御部１１４は、倍率設定部１１０および描画データ出力部１１２を制御するものである。露光制御部１１４には、マーク位置検出部１０６が検出した設置方位線Ｌｘ１、Ｌｘ４上におけるマークＭＫｍ（ＭＫ１〜ＭＫ４）の位置情報と、回転位置検出部１０８が検出した設置方位線Ｌｘ１〜Ｌｘ４上における回転ドラムＤＲの回転角度位置情報（カウンタ回路ＣＮ１ａ〜ＣＮ４ａ、ＣＮ１ｂ〜ＣＮ４ｂに基づくカウント値）とが入力される。露光制御部１１４は、設置方位線Ｌｘ１上におけるマークＭＫｍ（ＭＫ１〜ＭＫ４）の位置情報と、設置方位線Ｌｘ１上における回転ドラムＤＲの回転角度位置（カウンタ回路ＣＮ１ａ、ＣＮ１ｂのカウント値）とに基づいて、基板Ｐの副走査方向（Ｘ方向）における露光領域Ｗの描画露光の開始位置を検出（決定）する。
そして、露光制御部１１４は、描画露光の開始位置が検出されたときの設置方位線Ｌｘ１上における回転ドラムＤＲの回転角度位置と、設置方位線Ｌｘ２上における回転角度位置（カウンタ回路ＣＮ２ａ、ＣＮ２ｂに基づくカウント値）とに基づいて、基板Ｐの描画露光の開始位置が設置方位線Ｌｘ２上にある描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５上まで搬送されたか否かを判断する。露光制御部１１４は、描画露光の開始位置が描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５上まで搬送されたと判断すると、倍率設定部１１０および描画データ出力部１１２などを制御して、走査ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５にスポット光ＳＰの走査による描画を開始させる。走査ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５によるスポット光の走査による描画は、シリアルデータＤＬ１、ＤＬ３、ＤＬ５を光源装置ＬＳａ、ＬＳｂの駆動回路３６ａに出力することで開始される。
その後、露光制御部１１４は、描画露光の開始位置が検出されたときの設置方位線Ｌｘ１上における回転ドラムＤＲの回転角度位置と、設置方位線Ｌｘ３上における回転角度位置（カウンタ回路ＣＮ３ａ、ＣＮ３ｂのカウント値）とに基づいて、基板Ｐの描画露光の開始位置が設置方位線Ｌｘ３上にある描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６上まで搬送されたか否かを判断する。露光制御部１１４は、描画露光の開始位置が描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６上まで搬送されたと判断すると、倍率設定部１１０および描画データ出力部１１２を制御して、さらに、走査ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６にスポット光ＳＰの走査を開始させる。走査ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６によるスポット光の走査による描画は、シリアルデータＤＬ２、ＤＬ４、ＤＬ６を光源装置ＬＳａ、ＬＳｂの駆動回路３６ａに出力することで開始される。
なお、露光制御部１１４は、基板Ｐの副走査方向（Ｘ方向）における露光領域Ｗの描画露光の終了位置が、描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５上に到達したと判断すると、走査ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５によるスポット光ＳＰの走査を終了させる。また、露光制御部１１４は、基板Ｐの副走査方向（Ｘ方向）における露光領域Ｗの描画露光の終了位置が、描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６上に到達したと判断すると、走査ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６によるスポット光ＳＰの走査を終了させる。
また、露光制御部１１４は、マーク位置検出部１０６が検出した設置方位線Ｌｘ１、Ｌｘ４上におけるマークＭＫｍ（ＭＫ１〜ＭＫ４）の位置情報と、回転位置検出部１０８が検出した設置方位線Ｌｘ１、Ｌｘ４上における回転ドラムＤＲの回転角度位置情報とに基づいて、基板Ｐまたは露光領域Ｗの歪み（変形）を逐次演算する。例えば、基板Ｐが長尺方向に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る場合は、露光領域Ｗ（下層の第１パターンＰＴ１）の形状も歪み（変形し）、マークＭＫｍ（ＭＫ１〜ＭＫ４）の配列も、図４に示すような矩形状にならず、歪んだ（変形した）状態になる。基板Ｐまたは露光領域Ｗ（下層の第１パターンＰＴ１）が歪んだ場合は、第１パターンＰＴ１と新たに描画すべき第２パターンＰＴ２との間に相対的な位置誤差が発生する。したがって、露光制御部１１４は、アライメント系によって検出したマークＭＫｍの基板Ｐ上の位置に基づいて、推定される第１パターンＰＴ１の位置誤差、形状誤差（歪み誤差）、或いは、第１パターンＰＴ１と描画すべき第２パターンＰＴ２との相対的な重ね誤差の少なくとも１つを計測（推定）する。そして、推定される位置誤差、形状誤差および、重ね誤差の少なくとも１つに基づいて、新たに描画する第２パターンＰＴ２の描画状態を補正する。具体的には、露光制御部（補正部）１１４は、第２パターンＰＴ２に応じたパターンデータ、電気光学素子３６によるビームＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ、ＬＢｎ）の描画タイミング、第２パターンＰＴ２の倍率、および、描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）の傾きの少なくとも１つ補正することで、第２パターンＰＴ２の描画状態を補正する。これにより、第２パターンＰＴ２は、基板Ｐ上に形成されたマークＭＫｍの配置に基づいて推定される露光領域Ｗ中の第１パターンＰＴ１の位置誤差、形状誤差などに応じて、重ね誤差が低減されるように補正された状態で重ね合わせ露光される。
露光制御部１１４が描画データ出力部１１２内に記憶されているパターンデータを補正することで、パターンデータに応じて描画露光される第２パターンＰＴ２の描画位置、および、形状を補正することができる。露光制御部１１４が描画データ出力部１１２に出力する遅延時間Ｔｄｎ（Ｔｄ１〜Ｔｄ６）を補正することで、電気光学素子３６によるビームＬＢの描画タイミングが補正されて、基板Ｐ上における描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）の位置が主走査方向にシフトする。これにより、描画露光される第２パターンＰＴ２の描画位置および形状を補正することができる。露光制御部１１４が倍率設定部１１０に出力する倍率補正情報ＴＭｇを生成することで、描画露光される第２パターンＰＴ２の倍率（大きさ）を補正することができる。また、シリアルデータＤＬｎ（ＤＬ１〜ＤＬ６）の列毎に、つまり、描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）に沿ったスポット光ＳＰの走査毎（または複数の走査毎）に倍率補正情報ＴＭｇを徐々に変えることで、描画露光される第２パターンＰＴ２の形状を意図的に歪ませることもできる。露光制御部１１４が複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）の各々を照射中心軸Ｌｅｎ（Ｌｅ１〜Ｌｅ６）回りに回動させるために設けられた前記アクチュエータを制御するための補正傾き角情報を生成することで、描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）のＹ方向に対する傾きを補正することができる。これにより、描画露光される第２パターンＰＴ２の描画位置および形状を補正することができる。
このように、露光制御部１１４が下層に形成された第１パターンＰＴ１（露光領域Ｗ）に応じて新たに描画する第２パターンＰＴ２を補正することで、位置合せ精度、重ね合せ精度を向上させることができる。しかしながら、アライメント系（アライメント顕微鏡ＡＭ１ｍ、ＡＭ２ｍ、エンコーダヘッドＥＮｊａ、ＥＮｊｂ、スケール部ＳＤａ、ＳＤｂ）では、第１パターンＰＴ１と一定の位置関係で形成されたマークＭＫｍ（具体的には、露光領域Ｗの周りに形成されたマークＭＫｍ）を用いて下層の第１パターンＰＴ１の変形を検出している。そのため、第１パターンＰＴ１（露光領域Ｗ）の内部の変形などは考慮されていない。したがって、アライメント系による第２パターンＰＴ２の補正では、下層に形成された第１パターンＰＴ１と新たに描画する第２パターンＰＴ２との間に相対的な位置誤差（重ね合わせ誤差）が残留している可能性があり、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との位置合せ精度、重ね合せ精度が不十分になることもある。特に、走査ユニットＵｎの各々の描画ラインＳＬｎによって露光されるパターンの継ぎ部分では、重ね合わせ精度とともに、その継ぎ精度も許容範囲内に抑える必要もある。
そこで、本第１の実施の形態では、統括制御部１０４に設けられる計測部１１６が、アライメント系（アライメント顕微鏡ＡＭ１１〜ＡＭ１４）による計測結果に基づいて位置補正して第２パターンＰＴ２を実際に描画露光している間に、光検出器ＤＴｎ（ＤＴ１〜ＤＴ６）が検出した光電信号（検出信号）ＰＳｎ（ＰＳ１〜ＰＳ６）に基づいて、基板Ｐ上に形成されている第１パターンＰＴ１と、描画露光している第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係、或いは、第１パターンＰＴ１の位置や形状の測定している。基板Ｐ上に形成済みの第１パターンＰＴ１と描画露光される第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係の計測は、第１パターンＰＴ１（本パターンＰＴ１ａ、或いはダミーパターンＰＴ１ｂ）の位置と描画露光される第２パターンＰＴ２（本パターンＰＴ２ａ、或いはダミーパターンＰＴ２ｂ）との各位置を、光電信号（検出信号）ＰＳｎ中の波形の変化位置を、画素シフトパルスＢＳＣａ（ＢＳＣｂ）のシフトパルス、或いはクロック信号ＬＴＣのクロックパルスの計数値に対応させて求めることで行われる。この第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係は、アライメント系によるマーク位置計測結果に基づいても補正しきれずに残留している位置誤差（残留位置誤差）である。そして、露光制御部１１４は、計測部１１６が測定した第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係の残留位置誤差、或いは第１パターンＰＴ１の形状情報の少なくとも一方を用いて、残留位置誤差の計測後に引き続き描画される第２パターンＰＴ２を逐次補正している。この場合の第２パターンＰＴ２の補正も、第２パターンＰＴ２に応じたパターンデータ、電気光学素子３６によるビームＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ、ＬＢｎ）の描画タイミング、第２パターンＰＴ２の倍率、および、描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）の傾きの少なくとも１つ補正することによって行われる。これにより、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との間の残留位置誤差を抑制することができ、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との位置合せ、重ね合せ精度を、長時間に渡って許容範囲内に抑えつつ、連続して長尺パターン（長尺の露光領域Ｗ）を露光することができる。
なお、上記第１の実施の形態では、アライメント系による計測結果に基づいて第２パターンＰＴ２の描画位置を補正してから、計測部１１６によって第２パターンＰＴ２の露光状態（重ね合わせ状態）の残留位置誤差を求めて逐次補正したが、アライメント系による計測結果が既に重ね合わせ精度の許容範囲内に入っている場合は、第２パターンＰＴ２の描画位置の補正は行わず、計測部１１６による残留位置誤差の計測のみを続け、実際に露光される第２パターンＰＴ２の重ね合わせ精度が許容範囲内か否かを確認するだけでもよい。
このように、本第１の実施の形態の露光装置ＥＸは、光源装置ＬＳからのビームＬＢｎをパターン情報に応じて強度変調させつつ、ビームＬＢｎを基板Ｐ上に投射して主走査方向に走査することで、基板Ｐ上にパターンを描画するものあって、ビームＬＢｎの主走査方向への走査のために、光源装置ＬＳからのビームＬＢｎを偏向するポリゴンミラーＰＭを含むビーム走査部と、ビームＬＢｎが基板Ｐに投射されたときに発生する反射光をビーム走査部のポリゴンミラーＰＭを介して光電検出する光検出器ＤＴｎとを有する走査ユニットＵｎと、基板Ｐ上に特定材料で予め形成された第１パターンＰＴ１の少なくとも一部に、新たに描画すべき第２パターンＰＴ２の少なくとも一部が重ねて描画されるように、パターン情報に応じてビームＬＢｎの強度変調を制御する電気光学素子３６と、基板Ｐ上に第２パターンＰＴ２が描画される間に、光検出器ＤＴｎから出力される検出信号ＰＳｎに基づいて、第１パターンＰＴ１の描画位置、または形状、或いは第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係のうち少なくとも一方を計測する計測部１１６と、を備える。これにより、実際に第２パターンＰＴ２を描画し続ける間、基板Ｐ上に既に形成された第１パターンＰＴ１と新たに露光される第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係（重ね合わせ精度）を高精度に確認し続けることができる。
露光装置ＥＸは、基板Ｐ上に形成された第１パターンＰＴ１と一定の位置関係で基板Ｐ上に形成されたアライメント用のマークＭＫｍを検出し、マークＭＫｍの検出位置に基づいて、描画すべき第２パターンＰＴ２と第１パターンＰＴ１の相対的な位置誤差を、ビームＬＢｎの走査による第２パターンＰＴ２の描画に先だって推定するアライメント系（アライメント顕微鏡ＡＭ１１〜ＡＭ１４）を備えているので、実際に第２パターンＰＴ２を描画する前に、第１パターンＰＴ１の位置ずれや形状変形をある程度予測することができる。
電気光学素子３６は、アライメント系によって推定される第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置誤差が低減されるように、第２パターンＰＴ２のパターン情報に基づいたビームＬＢｎの描画タイミングを補正する。計測部１１６は、計測された第１パターンＰＴ１の位置に関する情報と、電気光学素子３６によって描画タイミングなどを補正して描画される第２パターンＰＴ２の位置とを、クロック信号ＬＴＣを基準にして求めて比較しているので、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な残留位置誤差をほぼリアルタイムに求めることができる。
以上のように、露光装置ＥＸの露光制御部１１４は、計測部１１６が計測した第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係（相対的な残留位置誤差も含む）に基づいて、描画する第２パターンの描画状態を補正する。これにより、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との位置合せ、重ね合せを露光中に高精度に維持できる。露光制御部１１４は、計測部１１６が計測した第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係に基づいて、少なくとも、第２パターンＰＴ２に応じたパターンデータ（描画データ、パターン情報）の補正、電気光学素子３６によるビームＬＢｎの描画タイミング、第２パターンＰＴ２の倍率補正、或いは、第２パターンＰＴ２の形状補正のいずれか１つを行う。
第１パターンＰＴ１は、第２パターンＰＴ２の少なくとも一部と重なるように設けられたダミーパターンＰＴ１ｂを含んでもよいし、第２パターンＰＴ２が、第１パターンＰＴ１の少なくとも一部と重なるように、パターンデータに組み込まれたダミーパターンＰＴ２ｂを含んでもよい。また、第１パターンＰＴ１は、電子デバイスを構成する本パターンＰＴ１ａとダミーパターンＰＴ１ｂとを含み、第２パターンＰＴ２は、第１パターンＰＴ１のダミーパターンＰＴ１ｂの少なくとも一部と重なるようにパターンデータに組み込まれたダミーパターンＰＴ２ｂを含んでもよい。これにより、電子デバイスを構成する第１パターンＰＴ１の本パターンＰＴ１ａと電子デバイスを構成する第２パターンＰＴ２の本パターンＰＴ２ａとの一部が互いに重複しない場合であっても、第１パターンＰＴ１と一部が重ね合うように第２パターンＰＴ２を描画することができる。したがって、計測部１１６は、第１パターンＰＴ１の位置ずれや形状誤差を露光中にほぼリアルタイムに計測して、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係を正確に計測することができる。
［第２の実施の形態］
上記第１の実施の形態では、露光用のビームＬＢｎの反射光を検出するので、露光用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰが投射されない基板Ｐ上の領域に関しては、第１パターンＰＴ１の位置、形状、および、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係を計測することはできない。そこで、本第２の実施の形態においては、走査ユニットＵｎａは、露光用のビームＬＢｎとは別の計測用のビーム（以下、計測光）ＭＬｎも基板Ｐに投射し、光検出器ＤＴｎｍは、計測光ＭＬｎの投射により基板Ｐで反射した反射光を検出する。これにより、露光用のビームＬＢｎが投射されない基板Ｐ上の領域に関しても、第１パターンＰＴ１の位置や形状、或いは第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係の少なくとも一方を計測することが可能となる。この計測光ＭＬｎは、基板Ｐの感光面に対して低感度若しくは感度を有さない波長域のビーム（非感光性ビーム）である。基板Ｐの感光面に対して低感度とは、例えば、露光用のビームＬＢｎの１％以下の感度にすることである。
図１４は、第２の実施の形態による走査ユニットＵ１ａの構成を示す図である。なお、各走査ユニットＵｎａ（Ｕ１ａ〜Ｕ６ａ）は、同一の構成を有することから、走査ユニット（描画ユニット）Ｕ１ａについてのみ説明し、他の走査ユニット（描画ユニット）Ｕ２ａ〜Ｕ６ａについてはその説明を省略する。また、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し、上記第１の実施の形態と異なる部分だけを説明する。したがって、特に説明する必要のない光学部材については、その図示を省略している。図１４においては、ｆθレンズＦＴの光軸ＡＸｆと平行する方向をＸｔ方向とし、光軸ＡＸｆを通りポリゴンミラーＰＭの偏光方向と平行な平面上において、Ｘｔ方向と直交する方向をＹｔ方向とし、ＸｔＹｔ平面と直交する方向をＺｔ方向とする。
ＸｔＺｔ平面に対して４５度傾いた波長選択性のダイクロイックミラーＤＭは、＋Ｘｔ方向に進む平行光束のビームＬＢ１をそのまま透過して、ダイクロイックミラーＤＭの＋Ｘｔ方向側に離れて配置された反射ミラーＭ２４に導く。ダイクロイックミラーＤＭは、光源装置（第２光源装置）ＬＳ２からの計測光ＭＬ１を反射ミラーＭ２４に向けて反射する。ダイクロイックミラーＤＭを透過したビームＬＢ１は、λ／４波長板ＱＷおよびシリンドリカルレンズＣＹａ透過した後、反射ミラーＭ２４に入射する。反射ミラーＭ２４は、入射したビームＬＢ１をポリゴンミラーＰＭに向けて反射する。ポリゴンミラーＰＭの後に設けられたｆθレンズＦＴ、反射ミラーＭ２５、および、単レンズで構成されるシリンドリカルレンズＣＹｂは、上記第１の実施の形態と同様なので説明を割愛する。
偏光ビームスプリッタＰＢＳは、光源装置（第２光源装置）ＬＳ２が射出した直線偏光の計測光ＭＬ１を透過する。計測光ＭＬ１の波長は、ダイクロイックミラーＤＭで分離可能な程度に、露光用のビームＬＢ１の波長（例えば３５５ｎｍ）よりも長く設定されている。例えば、光源装置ＬＳ２が射出した計測光ＭＬ１がＰ偏光の光である場合、偏光ビームスプリッタＰＢＳは、Ｐ偏光の光を透過し、Ｐ偏光の光と直交する直線偏光の光（つまり、Ｓ偏光の光を）を反射する。本第２の実施の形態では、光源装置ＬＳ２が射出する計測光ＭＬ１をＰ偏光の光として説明する。偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した計測光ＭＬ１は、反射ミラーＭ２６およびレンズＧ２２などを介して−Ｙｔ方向側に進み、ＸｔＺｔ平面に対して４５度傾いたダイクロイックミラーＤＭに入射する。これにより、ダイクロイックミラーＤＭは、入射した計測光ＭＬ１を＋Ｘｔ方向側に反射して反射ミラーＭ２４に導く。なお、ダイクロイックミラーＤＭに入射する計測光ＭＬ１は平行光束となっている。ダイクロイックミラーＤＭで反射された計測光ＭＬ１は、λ／４波長板ＱＷ、シリンドリカルレンズＣＹａを通って、反射ミラーＭ２４に入射する。反射ミラーＭ２４は、入射した計測光ＭＬ１もポリゴンミラーＰＭに向けて反射する。これにより、ポリゴンミラーＰＭおよびｆθレンズＦＴなどによって、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰも基板Ｐ上で主走査方向（Ｙ方向、Ｙｔ方向）に沿って走査される。
基板Ｐで反射したビームＬＢ１および計測光ＭＬ１の反射光は、シリンドリカルレンズＣＹｂ、反射ミラーＭ２５、ｆθレンズＦＴ、ポリゴンミラーＰＭ、反射ミラーＭ２４、シリンドリカルレンズＣＹａ、λ／４波長板ＱＷを介してダイクロイックミラーＤＭに入射する。ダイクロイックミラーＤＭは、ビームＬＢ１の波長帯域を透過し、計測光ＭＬ１の波長帯域を反射するので、計測光ＭＬ１（スポット光ＭＳＰ）の基板Ｐでの反射光は、ダイクロイックミラーＤＭで反射して、レンズＧ２２および反射ミラーＭ２６などを介して偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する。ダイクロイックミラーＤＭと反射ミラーＭ２４との間には、λ／４波長板ＱＷが設けられているので、基板Ｐに投射される計測光ＭＬ１は、このλ／４波長板ＱＷによってＰ偏光から円偏光の光に変換され、基板Ｐから偏光ビームスプリッタＢＳ１に入射する計測光ＭＬ１の反射光は、このλ／４波長板ＱＷ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ＰＢＳに入射した計測光ＭＬ１は、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射し、レンズＧ２４を介して光検出器ＤＴ１ｍに入射する。
ここで、光源装置ＬＳ２は、連続して計測光（連続光）ＭＬ１を発光し続けるものであってもよいし、パルス状の計測光（パルス光）ＭＬ１を所定の周波数で発光するものであってもよい。この光源装置ＬＳ２は、走査ユニットＵｎａ（Ｕ１ａ〜Ｕ６ａ）毎に設けてもよく、１つのまたは２つの光源装置ＬＳ２を設けてもよい。光源装置ＬＳ２を１つにする場合は、光源装置ＬＳ２が射出した計測光ＭＬｎを、ビームスプリッタなどを介して６つに分岐にし、分岐された各々の計測光ＭＬｎ（ＭＬ１〜ＭＬ６）を走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）に入射させる。光源装置ＬＳ２を２つにする場合は、上述したように、２つの光源装置ＬＳ２の各々が射出した計測光ＭＬｎを、音響光学変調素子（ＡＯＭ）を用いて時分割にして、３つの走査ユニットＵ１ａ〜Ｕ３ａ、Ｕ４ａ〜Ｕ６ａの各々に順番に入射させてもよい。計測光ＭＬｎが入射する走査ユニットＵｎａの切り換えは、ビームＬＢｎの場合と同様に、原点信号ＳＺｎの発生タイミングに応じて切り換える。つまり、これからスポット光ＳＰの走査を行う走査ユニットＵｎａに計測光ＭＬｎを入射させる。
図１５Ａは、図１４に示すシリンドリカルレンズＣＹａから基板Ｐに投射されるまでのビームＬＢ１を、ビームＬＢ１の偏光方向（走査方向）と平行な−Ｙｔ方向側から見た場合の概略図、図１５Ｂは、図１４に示すシリンドリカルレンズＣＹａから基板Ｐに投射されるまでのビームＬＢ１を、ビームＬＢ１の偏向方向（走査方向）と平行な平面と直交する方向側からみた場合の概略図である。図１４、図１５Ａ、および、図１５Ｂを参照して、シリンドリカルレンズＣＹａから基板Ｐに投射されるまでのビームＬＢ１の光路、形状について説明する。
シリンドリカルレンズＣＹａは、母線がＹｔ方向と平行しているので、走査方向（Ｙｔ方向）に関しては、入射した平行光束のビームＬＢ１および計測光ＭＬ１をそのまま透過し（図１５Ｂ参照）、走査方向と垂直な平面（ＸｔＺｔ平面）に関しては、入射した平行光束のビームＬＢ１および計測光ＭＬ１を後焦点位置で収斂させる（図１４Ａ参照）。このように、母線がＹｔ方向と平行するようにシリンドリカルレンズＣＹａを設けることで、上記第１の実施の形態と同様に、ビームＬＢ１および計測光ＭＬ１を、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上でＸｔＹｔ平面と平行な方向に延びたスリット状（長楕円状）に成形することができる。
ｆθレンズＦＴは、非走査方向（Ｚｔ方向）に関しては、反射面ＲＰで反射され後、拡散したビームＬＢ１および計測光ＭＬ１を平行光束にする（図１５Ｂ参照）。また、ｆθレンズＦＴは、走査方向と平行な平面（ＸｔＹｔ平面）に関しては、反射面ＲＰで反射された平行光束のビームＬＢ１および計測光ＭＬ１を基板Ｐ上で収斂させる（図１５Ａ参照）。シリンドリカルレンズＣＹｂは、母線がＹｔ方向と平行しているので、非走査方向（反射ミラーＭ２５によってＺｔ方向からＸｔ方向に転換）に関しては、ｆθレンズＦＴを透過した平行光束のビームＬＢ１および計測光ＭＬ１を基板Ｐ上で収斂させ（図１５Ｂ参照）、走査方向と平行は平面（反射ミラーＭ２５によってＸｔＹｔ平面からＹｔＺｔ平面に変換）に関しては、ｆθレンズＦＴからのビームＬＢ１および計測光ＭＬ１をそのまま透過する（図１５Ａ参照）。これにより、基板Ｐ上に照射されるビームＬＢ１はスポット光（サイズφは約３μｍ）となる。なお、図１５Ａ、図１５Ｂにおいては、ビームＬＢ１の光軸（中心軸）をＡＸｇで表している。また、図１５Ａに示すように、非走査方向に関しては、ビームＬＢ１の光軸ＡＸｇとｆθレンズＦＴの光軸（中心軸）ＡＸｆとは重なっている。
ダイクロイックミラーＤＭで反射された計測光ＭＬ１の光軸（中心軸）が、ダイクロイックミラーＤＭを透過したビームＬＢ１の光軸（中心軸）と同軸となるように、計測光ＭＬ１をダイクロイックミラーＤＭに入射させた場合は、計測光ＭＬ１の光路、形状は、ビームＬＢ１と同一となる。つまり、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに照射される計測光ＭＬ１は、ビームＬＢ１と同様に、反射面ＲＰ上でＸｔＹｔ平面と平行な方向に延びたスリット状（長楕円状）に成形され、ポリゴンミラーＰＭの回転角に応じた基板Ｐ上の投射位置に計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰが投射される。したがって、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰも描画ラインＳＬ１に沿ってＹ方向に描画されることになり、スポット光ＳＰの走査とスポット光ＭＳＰの走査とが同時に行われる。
しかしながら、ビームＬＢ１の波長（または波長帯域）と計測光ＭＬ１の波長（または波長帯域）とは異なるため、実際は色収差の影響によってスポット光ＭＳＰの走査位置は、描画ラインＳＬ１からずれてしまう。つまり、ビームＬＢ１のスポット光ＳＰが直線状の描画ラインＳＬ１に沿って精密に走査されるように、ビームＬＢ１の波長（または波長帯域）に応じて走査ユニットＵ１ａ内の光学部材（シリンドリカルレンズＣＹａ、ＣＹｂ、ｆθレンズＦＴなど）を設計しているため、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰが投射される位置は、色収差の影響によって描画ラインＳＬ１に対して誤差を持つ場合がある。
図１６は、ビームＬＢ１のスポット光ＳＰに対する計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰの投射位置の誤差の一例を示す図である。なお、図１６においては、描画ラインＳＬ１の中心点は、最大走査長の中点と一致しているものとする。上述したように、色収差の影響によってスポット光ＭＳＰが投射される基板Ｐ上の位置が、スポット光ＳＰが投射される基板Ｐ上の位置に対してずれてしまうことがある。スポット光ＳＰの投射位置に対するスポット光ＭＳＰの投射位置のＹ方向（主走査方向）のずれ（位置誤差）をΔＹｍｓで表し、Ｘ方向（副走査方向）のずれ（位置誤差）をΔＸｓｓとする。図１６では、位置誤差ΔＹｍｓが負（−）の値の場合は、スポット光ＳＰの投射位置に対してスポット光ＭＳＰの投射位置が主走査方向とは反対側の方向（＋Ｙ方向）側に位置していることを表す。逆に、位置誤差ΔＹｍｓが正（＋）の値の場合は、スポット光ＳＰの投射位置に対してスポット光ＭＳＰの投射位置が主走査方向（−Ｙ方向側）側の位置にあることを表している。また、図１６では、位置誤差ΔＸｓｓが負（−）の値の場合は、スポット光ＳＰの投射位置に対してスポット光ＭＳＰの投射位置が基板Ｐの搬送方向とは反対側の方向（−Ｘ方向）側にあることを表している。
スポット光ＳＰの位置が描画ラインＳＬ１の中心点（最大走査長の中点）では、位置誤差ΔＹｍｓは０となる。そして、スポット光ＳＰの位置が描画ラインＳＬ１の中心点（最大走査長の中点）を境に、描画開始点（走査開始点）側、つまり、＋Ｙ方向側になると位置誤差ΔＹｍｓは負の値となり、描画終了点（走査終了点）側、つまり、−Ｙ方向側になると位置誤差ΔＹｍｓは正の値となる。また、スポット光ＳＰの位置が、描画ラインＳＬ１の中心点（最大走査長の中点）より描画開始点側になるにつれ、位置誤差ΔＹｍｓの値は徐々に小さくなる（位置誤差ΔＹｍｓの絶対値は大きくなる）。逆に、スポット光ＳＰの位置が、描画ラインＳＬ１の中心点（最大走査長の中点）より描画終了点側になるにつれ、位置誤差ΔＹｍｓの値は徐々に大きくなる。したがって、スポット光ＭＳＰの走査ライン（走査軌跡）の走査長は、描画ラインＳＬ１より長くなる。
また、スポット光ＳＰの位置が描画ラインＳＬ１の中心点（最大走査長の中点）では、位置誤差ΔＸｓｓは０となる。そして、スポット光ＳＰの位置が、描画ラインＳＬ１の中心点（最大走査長の中点）から離れると位置誤差ΔＸｓｓは、例えば負の値となるとともに、描画ラインＳＬ１の中心点（最大走査長の中点）から離れるにつれて位置誤差ΔＸｓｓの絶対値は大きくなる。したがって、スポット光ＭＳＰの走査ライン（走査軌跡）は僅かに弧状を描くことになる。
計測部１１６（図１３参照）は、この図１６に示すような、位置誤差（ΔＸｓｓ，ΔＹｍｓ）を補正するための誤差マップを有し、照射されたスポット光ＳＰの描画ラインＳＬ１上の走査位置と図１６に示すような誤差マップとを用いて、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰの投射位置を特定することができる。そして、計測部１１６は、光検出器ＤＴ１ｍが検出した光電信号（ＰＳ１ｍとする）と、特定したスポット光ＭＳＰの投射位置とを用いて、第１パターンＰＴ１の位置情報、形状情報、或いは第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係（重ね合わせ誤差情報）の少なくとも１つを計測することができる。これにより、第１パターンＰＴ１に対する第２パターンＰＴ２の位置合せ精度、重ね合せ精度を高精度に行うことができる。なお、スポット光ＳＰ（ビームＬＢ１）は、クロック信号ＬＴＣに応じて発光することから、このスポット光ＳＰの描画ラインＳＬ１上の投射位置（走査位置）は、計測部１１６によって、選択用光学素子ＡＯＭ１にシリアルデータＤＬ１を出力したタイミング、つまり、スポット光ＳＰの描画開始タイミング以降に発生したクロック信号ＬＴＣのクロックパルスの数をカウントし、このカウント値とポリゴンミラーＰＭの回転速度Ｖｐとから、スポット光ＳＰの投射位置を特定することができる。
また、描画ラインＳＬ１〜ＳＬ３に沿って照射されるスポット光ＳＰは、光源装置ＬＳａの信号発生部２２ａが発生したクロック信号ＬＴＣに応じて発光するため、描画ラインＳＬ１〜ＳＬ３上に投射されるスポット光ＳＰの投射位置は、光源装置ＬＳａからのクロック信号ＬＴＣを用いて特定する。同様に、描画ラインＳＬ４〜ＳＬ６上に投射されるスポット光ＳＰの投射位置は、光源装置ＬＳｂからのクロック信号ＬＴＣを用いて特定する。なお、クロック信号ＬＴＣのクロックパルスは、露光用のビームＬＢ１の強度がパターン描画のためにオン状態（スポット光ＳＰが投射される状態）であってもオフ状態であっても常時発生しているので、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰが基板Ｐ上に投射されていれば、クロック信号ＬＴＣによって光検出器ＤＴ１ｍから出力される信号ＰＳ１ｍの波形を、計測部１１６（図１３参照）内に設けられるアナログ／デジタル変換器などによっていつでもデジタルサンプリングできる。
ところで、ダイクロイックミラーＤＭで反射された計測光ＭＬ１の光軸ＡＸｈが、ダイクロイックミラーＤＭを透過したビームＬＢ１の光軸ＡＸｇに対して偏心（或いは傾斜）するように、計測光ＭＬ１をダイクロイックミラーＤＭに入射させた場合は、基板Ｐの搬送方向（Ｘ方向）に関して、描画ラインＳＬ１に対して計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰの走査ライン（走査軌跡）を、所定の距離だけ副走査方向に離すことができる。したがって、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰの走査ラインを描画ラインＳＬ１に対して基板Ｐの搬送方向の上流側（−Ｘ方向側）に位置させることで、スポット光ＳＰの走査を行う前に、予め第１パターンＰＴ１の位置や形状うち少なくとも１つを、第２パターンＰＴ２の描画タイミングとは無関係に計測することができる。
図１７Ａは、ダイクロイックミラーＤＭで反射された計測光ＭＬ１の光軸ＡＸｈを、ダイクロイックミラーＤＭを透過したビームＬＢ１の光軸ＡＸｇに対して平行に偏心（シフト）させた場合における、シリンドリカルレンズＣＹａから基板Ｐに投射されるまでの計測光ＭＬ１を、計測光ＭＬ１（ビームＬＢ１）の偏光方向（走査方向）と平行な−Ｙｔ方向側から見た場合の概略図である。図１７Ｂは、ダイクロイックミラーＤＭで反射された計測光ＭＬ１の光軸ＡＸｈを、ダイクロイックミラーＤＭを透過したビームＬＢ１の光軸ＡＸｇに対して平行に偏心（シフト）させた場合における、シリンドリカルレンズＣＹａから基板Ｐに投射されるまでの計測光ＭＬ１を、計測光ＭＬ１（ビームＬＢ１）の偏向方向（走査方向）と平行な平面と直交する方向側からみた場合の概略図である。図１４、図１７Ａ、および、図１７Ｂを参照して、シリンドリカルレンズＣＹａから基板Ｐに投射されるまでの計測光ＭＬ１の光路、形状について説明する。
走査方向と平行な平面（ＸｔＹｔ平面）に関しては、計測光ＭＬ１は、その光軸ＡＸｈがビームＬＢの光軸ＡＸｇと重なるようにシリンドリカルレンズＣＹａに入射する（図１７Ｂ参照）。したがって、走査方向と平行は平面（反射ミラーＭ２５まではＸｔＹｔ平面、反射ミラーＭ２５後はＹｔＺｔ平面）に関しては、計測光ＭＬ１の光路、形状は、上述したビームＬＢ１の光路、形状と同一となるので説明を省略する。
一方で、非走査方向（Ｚｔ方向）に関しては、シリンドリカルレンズＣＹａに入射する計測光ＭＬ１は、その光軸ＡＸｈがビームＬＢ１の光軸ＡＸｇに対して微小量だけ＋Ｚｔ方向に平行シフトして入射する（図１７Ａ参照）。したがって、シリンドリカルレンズＣＹａを通過した計測光ＭＬ１は、その光軸ＡＸｈがビームＬＢ１の光軸ＡＸｇより＋Ｚｔ方向側からポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに斜めに入射する。上述したように、非走査方向（Ｚｔ方向）に関しては、シリンドリカルレンズＣＹａによってポリゴンミラーＰＭに照射される計測光ＭＬ１が反射面ＲＰ上で収斂される。
非走査方向（Ｚｔ方向）に関しては、反射面ＲＰで反射した計測光ＭＬ１は、光軸ＡＸｈがビームＬＢ１の光軸ＡＸｇに対して−Ｚｔ方向側の位置でｆθレンズＦＴに入射する。このｆθレンズＦＴは、非走査方向（Ｚｔ方向）に関しては、反射面ＲＰで反射して発散した計測光ＭＬ１をほぼ平行光束にする。ｆθレンズＦＴを透過した計測光ＭＬ１は、シリンドリカルレンズＣＹｂを介してスポット光ＭＳＰとなって基板Ｐに投射されるが、その投射位置は、ビームＬＢ１のスポット光ＳＰより基板Ｐの搬送方向の上流側（−Ｘ方向側）の位置となる。したがって、描画ラインＳＬ１に対して計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰの走査ライン（走査軌跡）ＭＳＬ１の位置を基板Ｐの搬送方向の上流側（−Ｘ方向側）にずらすことができる。この場合も、スポット光ＳＰの走査とスポット光ＭＳＰの走査とが同時に行われる。なお、このシリンドリカルレンズＣＹｂは、非走査方向（Ｚｔ方向）に関して、計測光ＭＬ１を基板Ｐ上でスポット光ＭＳＰに収斂する。
図１８は、色収差の影響によって、図１７Ａ、図１７Ｂに示した計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰの投射位置の誤差の一例を示す図である。図１８中のＭＳＬ１は、色収差の影響を考慮しない場合に、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰが走査される設計上の走査ラインである。この走査ラインＭＳＬ１は、描画ラインＳＬ１に対してオフセット距離Ｏｆｘ分だけ基板Ｐの搬送方向の上流側（−Ｘ方向側）に位置している。したがって、スポット光ＳＰの投射位置に対するスポット光ＭＳＰの投射位置のＹ方向のずれ（位置誤差）はΔＹｍｓとなるが、Ｘ方向のずれ（位置誤差）は、オフセット距離（所定間隔）Ｏｆｘ分だけ−Ｘ方向にずれているため、ΔＸｍｓ（＝ΔＸｓｓ＋Ｏｆｘ）となる。なお、図１８においても、描画ラインＳＬ１（走査ラインＭＳＬ１）の中心点は、最大走査長の中点と一致しているものとする。
したがって、計測部１１６（図１３参照）は、この図１８に示すような、位置誤差（ΔＸｍｓ（＝ΔＸｓｓ＋Ｏｆｘ），ΔＹｍｓ）を補正するような誤差マップを有し、照射されたスポット光ＳＰの描画ラインＳＬ１上の走査位置（クロック信号ＬＴＣのクロックパルスの計数）と、この図１８に示すような誤差マップとを用いて、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰの投射位置を特定することができる。そして、光検出器ＤＴ１ｍが検出した光電信号ＰＳ１ｍの波形と特定したスポット光ＭＳＰの投射位置とを用いて、第１パターンＰＴ１の位置や形状を計測することができる。これにより、第１パターンＰＴ１に対する第２パターンＰＴ２の位置合せ精度、重ね合せ精度をビームＬＢ１による描画露光の直前に計測することができる。
このように、ポリゴンミラーＰＭによって計測光ＭＬｎ（ＭＬ１〜ＭＬ６）のスポット光ＭＳＰを走査するので、ビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ６）のスポット光ＳＰが投射されていない領域であっても、第１パターンＰＴ１の位置、形状、或いは、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２の相対的な位置関係のうち少なくとも１つを計測することができる。また、描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）に対して計測光ＭＬｎ（ＭＬ１〜ＭＬ６）のスポット光ＭＳＰの走査ライン（走査軌跡）ＭＳＬｎ（ＭＳＬ１〜ＭＳＬ６）の位置を基板Ｐの搬送方向の上流側（−Ｘ方向側）にすることで、スポット光ＳＰの走査を行う前に、予め第１パターンＰＴ１の位置や形状を計測することができる。したがって、第２パターンＰＴ２を露光する前に、この計測した情報を用いて第２パターンＰＴ２の露光状態を補正することができる。
以上のように、第２の実施の形態の露光装置ＥＸは、光源装置ＬＳからのビームＬＢｎをパターン情報に応じて強度変調させつつ、ビームＬＢｎを基板Ｐの感光面上に投射して主走査方向に走査することで、基板Ｐ上にパターンを描画するものであって、基板Ｐの感光面に対して低感度の波長域の計測光ＭＬｎを射出する光源装置ＬＳ２と、ビームＬＢｎおよび計測光ＭＬｎを偏向して、ビームＬＢｎおよび計測光ＭＬｎを主走査方向に走査するポリゴンミラーＰＭを含むビーム走査部と、計測光ＭＬｎが基板Ｐに投射されたときに発生する反射光をビーム走査部のポリゴンミラーＰＭを介して光電検出する光検出器ＤＴｎｍ（ＤＴ１ｍ〜ＤＴ６ｍ）とを有する走査ユニットＵｎａと、光検出器ＤＴｎｍから出力される検出信号ＰＳｎｍ（ＰＳ１ｍ〜ＰＳ６ｍ）に基づいて、基板Ｐ上に特定材料で予め形成された第１パターンＰＴ１の基板Ｐ上における位置、形状、或いは、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係のうち少なくとも１つに関する情報を計測する計測部１１６と、を備える。これにより、ビームＬＢｎが基板Ｐに投射されていなくても計測光ＭＬｎを基板Ｐ上で走査することで、第１パターンＰＴ１の位置、形状、或いは、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係に関する情報を高精度に計測することができる。
露光装置ＥＸの露光制御部１１４は、計測部１１６が計測した第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係（相対的な残留位置誤差も含む）などの計測結果に基づいて、新たに描画する第２パターンの描画状態（描画位置、描画倍率、描画形状など）を補正する。これにより、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との位置合せ、重ね合せを高精度に行うことができる。
ポリゴンミラーＰＭを含むビーム走査部は、ビームＬＢｎと計測光ＭＬｎを副走査方向に関して基板Ｐ上で所定間隔（オフセット距離Ｏｆｘ）だけずれるように投射しつつ、ビームＬＢｎと計測光ＭＬｎとの走査を基板Ｐ上で同時に行う。これにより、第２パターンＰＴ２の露光に先立って、第１パターンＰＴ１の位置や形状、或いは、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係を計測することができる。なお、図１８に示したオフセット距離Ｏｆｘは、基板Ｐ上で１ｍｍ〜数ｍｍ程度に設定されるが、１ｍｍ未満であってもよい。
〔上記第１および第２の実施の形態の変形例〕
上記第１および第２の実施の形態は、以下のように変形してもよい。
《変形例１》上記第２の実施の形態では、ビームＬＢｎと計測光ＭＬｎを反射ミラーＭ２４を介して同じ方向からポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに入射させたが、変形例１では、ビームＬＢｎと計測光ＭＬｎとのポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰへの入射方向を互いに異ならせる。
図１９は、本変形例１の走査ユニットＵ１ｂの構成を示す図である。なお、各走査ユニットＵｎｂ（Ｕ１ｂ〜Ｕ６ｂ）は、同一の構成を有することから、走査ユニット（描画ユニット）Ｕ１ｂについてのみ説明し、他の走査ユニット（描画ユニット）Ｕ２ｂ〜Ｕ６ｂについてはその説明を省略する。また、上記第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し、上記第２の実施の形態と異なる部分だけを説明する。したがって、特に説明する必要のない光学部材については、その図示を省略している。図１９においては、ｆθレンズＦＴの光軸ＡＸｆと平行する方向をＸｔ方向とし、光軸ＡＸｆを通りポリゴンミラーＰＭの偏光方向と平行な平面上において、Ｘｔ方向と直交する方向をＹｔ方向とし、ＸｔＹｔ平面と直交する方向をＺｔ方向とする。
走査ユニットＵ１ｂには、ビームＬＢ１の光路上にダイクロイックミラーＤＭおよびλ／４波長板ＱＷは設けられてない。したがって、反射ミラーＭ２４に向かって＋Ｘｔ方向に進む露光用のビームＬＢ１（平行光束）は、そのままシリンドリカルレンズＣＹａを通過した後、反射ミラーＭ２４に入射する。反射ミラーＭ２４に入射した後のビームＬＢ１の光路、形状は、上記第２の実施の形態と同様なので説明を割愛する。
偏光ビームスプリッタＰＢＳ１は、光源装置（第２光源装置）ＬＳ２が射出した直線偏光の計測光ＭＬ１を反射し、光源装置ＬＳ２が射出した計測光ＭＬ１と偏光方向が直交する直線偏光の光を透過する。本変形例１では、光源装置ＬＳ２が射出する計測光ＭＬ１は、Ｐ偏光の光とするので、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１は、Ｐ偏光の光を反射し、Ｓ偏光の光を透過するものとする。偏光ビームスプリッタＰＢＳ１で反射した計測光ＭＬ１は、反射ミラーＭ２７、シリンドリカルレンズＣＹａ´および反射ミラーＭ２４´などを介して進み、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに入射する。このとき、計測光ＭＬ１は、ビームＬＢ１の反射面ＲＰの入射方向とは異なる方向から反射面ＲＰに入射する。本変形例１では、シリンドリカルレンズＣＹａおよび反射ミラーＭ２４をポリゴンミラーＰＭの−Ｙｔ方向側に設け、シリンドリカルレンズＣＹａ´および反射ミラーＭ２４´をポリゴンミラーＰＭの＋Ｙｔ方向側に設けている。したがって、反射ミラーＭ２４で反射されたビームＬＢ１は、−Ｙｔ方向側からポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに入射し、反射ミラーＭ２４´で反射された計測光ＭＬ１は、＋Ｙｔ方向側からポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに入射する。なお、図１９では図示を省略したが、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１とシリンドリカルレンズＣＹａ´との間の光路中には、１／４波長板が設けられている。
シリンドリカルレンズＣＹａ´および反射ミラーＭ２４´は、シリンドリカルレンズＣＹａおよび反射ミラーＭ２４と同等の機能を有する。したがって、シリンドリカルレンズＣＹａ´を透過した平行光束の計測光ＭＬ１がポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上で収斂される。また、走査方向と平行な平面（ＸｔＹｔ平面）内では、計測光ＭＬ１は平行光束の状態で反射面ＲＰ上に照射される。したがって、反射面ＲＰに照射される計測光ＭＬ１は、ビームＬＢ１と同様に、反射面ＲＰ上でＸｔＹｔ平面と平行な方向に延びたスリット状（長楕円状）に成形される。反射面ＲＰで反射された後の計測光ＭＬ１の光路、形状は、上記第２の実施の形態と同様なので説明を割愛する。
このように、計測光ＭＬ１とビームＬＢ１とのポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰへの入射方向を異ならせることで、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰとビームＬＢ１のスポット光ＳＰとの走査タイミングを異ならせることができる。つまり、計測光ＭＬ１とビームＬＢ１の反射面への入射方向に応じて、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰの走査と、ビームＬＢ１のスポット光ＳＰの走査とを一定の時間差で行うことができる。
なお、上記第２の実施の形態で説明したように、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰを、ビームＬＢ１の描画ラインＳＬ１上に沿って走査させるようにしてもよい。この場合は、図示しないが、ポリゴンミラーＰＭからｆθレンズＦＴに入射するビームＬＢ１と計測光ＭＬ１とは同軸となっている。また、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰの走査ラインＭＳＬ１を、基板Ｐの搬送方向（Ｘ方向）に関して、ビームＬＢ１の描画ラインＳＬ１に対してオフセット距離Ｏｆｘ分だけ離すように、計測光ＭＬ１をＺｔ方向に関してポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに対して斜めに入射させてもよい。どちらの場合にしても、計測光ＭＬ１は色収差の影響を受けるため、計測部１１６は、図１６または図１８に示すような誤差マップを用いて、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰの投射位置を補正して特定することで、光検出器ＤＴ１ｍからの信号ＰＳ１ｍの波形に基づいて、第１パターンＰＴ１の位置や形状、或いは、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係の少なくとも１つを、精密に計測することができる。その際、計測光ＭＬ１によるスポット光ＭＳＰの走査とビームＬＢ１によるスポット光ＳＰの走査とは、一定の時間差を持つため、その時間差に対応したクロック信号ＬＴＣのクロックパルス数分のオフセット（主走査方向の位置ずれ）を勘案して、スポット光ＭＳＰの走査位置とスポット光ＳＰの走査位置との対応付けを行えばよい。
《変形例２》変形例２では、走査ユニットＵｎｃが第２パターンＰＴ２を描画露光していない間に、計測光ＭＬｎを走査ユニットＵｎｃに入射させるというものである。つまり、スポット光ＳＰの走査とスポット光ＭＳＰとの走査とを択一的に行う。図２０は、本変形例２の走査ユニットＵ１ｃの構成を示す図であり、基本的な構成は先の図５と同様である。なお、各走査ユニットＵｎｃ（Ｕ１ｃ〜Ｕ６ｃ）は、同一の構成を有することから、走査ユニット（描画ユニット）Ｕ１ｃについてのみ説明し、他の走査ユニット（描画ユニット）Ｕ２ｃ〜Ｕ６ｃについてはその説明を省略する。また、上記第１および第２の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付し、異なる部分だけを説明する。
走査ユニットＵ１ｃに入射する露光用のビームＬＢ１（平行光束）は、ダイクロイックミラーＤＭを−Ｚｔ方向に通過して反射ミラーＭ２０に入射する。このビームＬＢ１は、照射中心軸Ｌｅ１と同軸となるように反射ミラーＭ２０に入射する。また、光源装置ＬＳ２から−Ｘｔ方向に進む非感光性の計測光ＭＬ１（平行光束）は、ダイクロイックミラーＤＭによって−Ｚｔ方向に反射されて反射ミラーＭ２０に入射する。この計測光ＭＬ１も、照射中心軸Ｌｅ１上に沿って反射ミラーＭ２０に入射する。また、反射ミラーＭ２３と反射ミラーＭ２４との間、および、反射ミラーＭ２５と基板Ｐとの間であって、ビームＬＢ１（計測光ＭＬ１）の光路上には、補正用光学レンズＧ３０、Ｇ３１が挿脱可能に設けられている。この補正用光学レンズＧ３０、Ｇ３１は、計測光ＭＬ１の波長（または波長帯域）とビームＬＢ１の波長（または波長帯域）の違いによって生じる色収差による影響を補正するためのレンズである。走査ユニットＵ１ｃ内の光学部材は、ビームＬＢ１のスポット光ＳＰが直線状の描画ラインＳＬ１に沿って走査されるように設定されているため、上述したように、色収差の影響によって、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰの走査ラインＭＳＬ１は描画ラインＳＬ１に対して変形したり、スポット光ＭＳＰ自体が円形から歪んだりしてしまう。したがって、補正用光学レンズＧ３０、Ｇ３１を設けることで、色収差による計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰの走査ラインＭＳＬ１の変形を補正する。この補正用光学レンズＧ３０、Ｇ３１は、図示しないアクチュエータによって、ビームＬＢ１（計測光ＭＬ１）の光路上から退避することができる。なお、補正用光学レンズＧ３０、Ｇ３１の配置位置は、図２０に示す位置に限定されない。
光源装置ＬＳ２は、走査ユニットＵ１に入射するビームＬＢ１の強度が低レベルとなっているときに、計測光ＭＬ１を走査ユニットＵ１ｃに入射させる。例えば、制御装置１６の統括制御部１０４は、走査ユニットＵ１ｃが第２パターンＰＴ２を描画露光しない期間に、光源装置ＬＳ２に計測光ＭＬ１を発光させることで、計測光ＭＬ１を走査ユニットＵ１ｃに入射させる。また、統括制御部１０４は、前記したアクチュエータを制御することで、走査ユニットＵ１ｃによって第２パターンＰＴ２が描画露光されている間は、補正用光学レンズＧ３０、Ｇ３１をビームＬＢ１（計測光ＭＬ１）の光路上から退避させる。つまり、走査ユニットＵ１ｃによる第２パターンＰＴ２の描画露光中に、補正用光学レンズＧ３０、Ｇ３１をビームＬＢ１の光路上に配置すると、スポット光ＳＰの描画ラインＳＬ１が変形してしまうので、この場合は、補正用光学レンズＧ３０、Ｇ３１を退避させる。一方で、統括制御部１０４は、前記したアクチュエータを制御することで、計測光ＭＬ１を走査ユニットＵ１ｃに入射させる期間中（第２パターンＰＴ２を描画露光しない間）は、補正用光学レンズＧ３０、Ｇ３１をビームＬＢ１（計測光ＭＬ１）の光路上に位置させる。これにより、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰを描画ラインＳＬ１に沿って走査することができる。つまり、スポット光ＳＰの走査とスポット光ＭＳＰとの走査とが択一的に行われる。
したがって、走査ユニットＵ１ｃによって第２パターンＰＴ２が描画露光されていない間は、光検出器ＤＴ１ｍによって計測光ＭＬ１の基板Ｐからの反射光を検出し、走査ユニットＵ１ｃによって第２パターンＰＴ２が描画露光されている間は、光検出器ＤＴ１によってビームＬＢ１の基板Ｐからの反射光を検出することができる。
制御装置１６は、基板Ｐを搬送方向（＋Ｘ方向）に搬送させた状態で、走査ユニットＵ１ｃによる第２パターンＰＴ２の描画露光を行わずに、光源装置ＬＳ２に計測光ＭＬ１を発光させ、計測光ＭＬ１を走査ユニットＵ１ｃに入射させてもよい。これにより、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰが描画ラインＳＬ１に沿って走査される。計測部１１６は、光検出器ＤＴ１ｍが検出した検出信号（光電信号）ＰＳ１に基づいて、露光領域Ｗに形成されている下層の第１パターンＰＴ１の位置や形状を計測することができる。そして、制御装置１６は、基板Ｐを逆方向（−Ｘ方向）に搬送して基板Ｐを所定量巻き戻した後、補正用光学レンズＧ３０、Ｇ３１を退避させた状態で、再び基板Ｐを＋Ｘ方向に搬送する。そして、制御装置１６は、位置、形状を測定した第１パターンＰＴ１に重ね合せるように第２パターンＰＴ２を描画露光する。このとき、第１パターンＰＴ１の位置、形状は既に計測されているので、制御装置１６の露光制御部１１４は、この計測結果に基づいて、新たに描画露光する第２パターンＰＴ２の描画状態（描画位置、描画倍率など）を補正する。したがって、第１パターンＰＴ１の対する第２パターンＰＴ２の位置合せ、重ね合せを高精度に行うことができる。
走査ユニットＵ１ｃは、ｆθレンズＦＴとシリンドリカルレンズＣＹｂによって色収差補正が可能な場合は、補正用光学レンズＧ３０、Ｇ３１を備えなくてもよい。この場合は、計測部１１６は、図１６に示すような誤差マップ（補正マップ）を用いて、第１パターンＰＴ１の位置、形状を測定する。この場合は、光源装置ＬＳ２は、走査ユニットＵ１ｃに強度が高レベルのビームＬＢ１が入射されていない間に、計測光ＭＬ１を走査ユニットＵ１ｃに入射してもよい。これにより、走査ユニットＵ１ｃには、強度が高レベルのビームＬＢ１と計測光ＭＬ１とのどちらか一方が入射することになる。つまり、統括制御部１０４は、描画データ出力部１１２が出力する描画ビット列データＳＢａ（ＳＢｂ）の論理情報が０となる期間に、光源装置ＬＳ２が計測光ＭＬ１を発光するように制御してもよい。これにより、走査ユニットＵ１ｃが第２パターンＰＴ２を描画している最中であっても、第１パターンＰＴ１の位置、形状を計測することができる。つまり、光検出器ＤＴ１は、ビームＬＢ１のスポット光ＳＰが基板Ｐに投射されているときに発生する反射光を検出し、ビームＬＢ１のスポット光ＳＰが基板Ｐに投射されていないときは計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰが基板Ｐに投射されているときに発生する反射光が光検出器ＤＴ１ｍによって検出される。したがって、スポット光ＳＰが投射されない領域であっても、第１パターンＰＴ１の位置、形状を計測することができる。なお、計測光ＭＬ１は、基板Ｐに対して非感光性であるため、ダイクロイックミラーＤＭを介して、常時、走査ユニットＵ１ｃに入射し続けるようにしてもよい。
《変形例３》なお、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、ビームＬＢｎおよび計測光ＭＬｎを偏向させる部材としてポリゴンミラーＰＭを用いたが、ポリゴンミラーＰＭ以外のものであってもよい。例えば、ポリゴンミラーＰＭに代えて、図２１に示すような光を反射する平面状の反射面を有する揺動部材（ガルバノミラー）ＧＭを採用してもよい。この揺動部材（揺動反射鏡）ＧＭは、図示しない駆動部材によってＺｔ軸と平行に設定される回転軸ＡＸｓを中心に所定の振れ角度の範囲内で振動（揺動）する。揺動部材ＧＭが回転軸ＡＸｓを中心に揺動（振動）することによって、ビームＬＢｎ（計測光ＭＬｎ）を偏向させることができる。この場合も、揺動部材ＧＭの反射面は、ｆθレンズＦＴの入射瞳の位置（前側焦点の位置）に設けられ、回転軸ＡＸｓはｆθレンズＦＴの光軸ＡＸｆと交差するように配置される。
《変形例４》上記第１および第２の実施の形態（変形例も含む）では、スポット光ＳＰ、ＭＳＰの各々の投射によって基板Ｐから発生する反射光を、ポリゴンミラーＰＭを介して光検出器ＤＴｎ（ＤＴ１〜ＤＴ６）、または光検出器ＤＴｎｍ（ＤＴ１ｍ〜ＤＴ６ｍ）を用いて検出するようにしたが、ポリゴンミラーＰＭを介することなく、基板Ｐからの反射光を検出するようにしてもよい。
図２２は、変形例４における光検出器ＤＴＲｎの配置例を示す図である。光検出器ＤＴＲｎは、走査ユニットＵｎ（Ｕｎａ、Ｕｎｂ、Ｕｎｃ）毎に設けられている。光検出器ＤＴＲｎは、シリンドリカルレンズＣＹｂと基板Ｐとの間に設けられ、シリンドリカルレンズＣＹｂを透過したビームＬＢｎ（または計測光ＭＬｎ）のスポット光ＳＰ（またはＭＳＰ）が基板Ｐに投射されるように、開口部ＯＰが設けられている。光検出器ＤＴＲｎの開口部ＯＰ付近には、スポット光ＳＰ（またはＭＳＰ）の走査方向に沿ってＰＩＮフォトダイオード（図示略）などが複数配置されている。この複数のＰＩＮフォトダイオードは、スポット光ＳＰ（またはＭＳＰ）の走査方向（Ｙ方向）に沿って一定の間隔で設けられている。
先の図１０Ａで説明したように、基板Ｐ上に形成された第１パターンＰＴ１が段差構造を有する場合、その段差エッジ部からは散乱光Ｌｄｆが発生する。光検出器ＤＴＲｎのＰＩＮフォトダイオードは、そのような反射散乱光Ｌｄｆ（または反射回折光）を検出するセンサーである。上述したように、スポット光ＳＰ（ＭＳＰ）の走査位置は、スポット光ＳＰ（またはＭＳＰ）の走査開始時から発振したクロック信号ＬＴＣのクロックパルス数、または、スポット光ＳＰ（またはＭＳＰ）の走査開始時刻からの経過時間によって特定することができる。したがって、計測部１１６は、スポット光ＳＰ（またはＭＳＰ）の走査位置（投射位置）に応じた位置のＰＩＮフォトダイオードの検出信号（光電信号）を、クロック信号ＬＴＣのクロックパルスに応答してＡ／Ｄコンバータでデジタルサンプリングすることで、スポット光ＳＰ（またはＭＳＰ）の走査位置に対応した散乱光による２次元の画像データを生成することができる。その画像データに基づいて、計測部１１６は、第１パターンＰＴ１の位置や形状、或いは、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２との相対的な位置関係の少なくとも一つを計測する。
《変形例５》上記第１および第２の実施の形態（変形例も含む）では、光源装置ＬＳａ、ＬＳｂのパルス光発生部２０に設けられた描画用光変調器としての電気光学素子（強度変調部）３６を、描画ビット列データＳＢａ（シリアルデータＤＬ１〜ＤＬ３）、ＳＢｂ（シリアルデータＤＬ４〜ＤＬ６）を用いてスイッチングするようにした。しかしながら、変形例５では、描画用光変調器として、電気光学素子３６に代えて描画用光学素子ＡＯＭを用いる。この描画用光学素子ＡＯＭは、音響光学変調素子（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator）である。
図２３は、パターンデータに応じてスポット光の強度を変調する電気光学素子３６に代えて描画用光学素子ＡＯＭを用いた場合の、描画用光学素子ＡＯＭの配置例を示す図である。ビーム切換部ＢＤＵの選択用光学素子ＡＯＭ１〜ＡＯＭ３のうち、光源装置ＬＳａからのビームＬＢａが最初に入射する選択用光学素子ＡＯＭ１と光源装置ＬＳａとの間に、描画用光学素子（強度変調部）ＡＯＭ（以下、ＡＯＭａ）を配置する。同様に、ビーム切換部ＢＤＵの選択用光学素子ＡＯＭ４〜ＡＯＭ６のうち、光源装置ＬＳｂからのビームＬＢｂが最初に入射する選択用光学素子ＡＯＭ４と光源装置ＬＳｂとの間に、描画用光学素子（強度変調部）ＡＯＭ（以下、ＡＯＭｂ）を配置する。この描画用光学素子ＡＯＭａは、描画ビット列データＳＢａ（シリアルデータＤＬ１〜ＤＬ３）に応じてスイッチングされ、描画用光学素子ＡＯＭｂは、描画ビット列データＳＢｂ（シリアルデータＤＬ４〜ＤＬ６）によってスイッチングされる。この描画用光学素子ＡＯＭａ（ＡＯＭｂ）は、画素の論理情報が「０」の場合は入射したビームＬＢａ（ＬＢｂ）を透過して図示しない吸収体に導き、画素の論理情報が「１」の場合は入射したビームＬＢａ（ＬＢｂ）を回折させた１次回折光を発生する。この発生した１次回折光が選択用光学素子ＡＯＭ１（ＡＯＭ４）に導かれる。したがって、画素の論理情報が「０」の場合は、基板Ｐの被照射面上にスポット光ＳＰが投射されないので、スポット光ＳＰの強度は低レベル（ゼロ）になり、画素の論理情報が「１」の場合は、スポット光ＳＰの強度は高レベルになる。これにより、走査ユニットＵ１〜Ｕ３（Ｕ４〜Ｕ６）によって走査されるスポット光ＳＰの強度をシリアルデータＤＬ１〜ＤＬ３（ＤＬ４〜ＤＬ６）に応じて変調させることができる。
また、描画用光学素子（強度変調部）ＡＯＭｃｎ（ＡＯＭｃ１〜ＡＯＭｃ６）を走査ユニットＵｎ（Ｕｎａ、Ｕｎｂ、Ｕｎｃ）毎に設けてもよい。この場合は、描画用光学素子ＡＯＭｃｎは、ビームＬＢｎの進行方向からみてポリゴンミラーＰＭ（または揺動部材ＧＭ）の手前に配置される。この各走査ユニットＵｎ（Ｕｎａ、Ｕｎｂ、Ｕｎｃ）の描画用光学素子ＡＯＭｃｎは、各シリアルデータＤＬｎに応じてスイッチングされる。例えば、走査ユニットＵ１（Ｕ１ａ、Ｕ１ｂ、Ｕ１ｃ）内に設けられた描画用光学素子ＡＯＭｃ１は、シリアルデータＤＬ１に応じてスイッチングされる。各走査ユニットＵｎ（Ｕｎａ、Ｕｎｂ、Ｕｎｃ）の描画用光学素子ＡＯＭｃｎは、画素の論理情報が「０」の場合は、入射したビームＬＢｎを図示しない吸収体に導き、画素の論理情報が「１」の場合は入射したビームＬＢｎを回折させた１次回折光を発生する。この発生した１次回折光（ビームＬＢｎ）は、ポリゴンミラーＰＭ（または揺動部材ＧＭ）に導かれてスポット光ＳＰとして基板上に投射される。
《変形例６》また、ビームＬＢｎ（または計測光ＭＬｎ）のスポット光ＳＰ（またはＭＳＰ）をマークＭＫｍが形成された領域に対して走査してもよい。これにより、光検出器ＤＴｎ（ＤＴｎｍ、ＤＴＲｎ）が、ビームＬＢｎ（または計測光ＭＬｎ）によってマークＭＫｍが走査されたときにマークＭＫｍで発生する反射光（正規反射光または散乱光）を検出することで、計測部１１６は、マークＭＫｍの位置を計測することができる。これにより、露光領域Ｗ（第１パターンＰＴ１）の形状歪みなどを検出することができる。
図２４は、基板Ｐ上の十字状のマークＭＫｍをスポット光ＳＰ（ＭＳＰ）で走査する様子を示す。図２４に示すように、マークＭＫｍの形状が十字の形状の場合、そのクロスポイントＣＭｍをマークＭＫｍの位置として検出する必要がある。そして、予め設計上で定められている基板Ｐ上のマークＭＫｍの予測位置ＣＷｍ、または直前にアライメント系（アライメント顕微鏡ＡＭ１１〜ＡＭ１４）によって計測されて定められるマークＭＫｍの予測位置ＣＷｍを中心とする２次元の計測領域Ｍａｒに対して、ビームＬＢｎ（または計測光ＭＬｎ）を高レベル（オン状態）にしてスポット光ＳＰ（ＭＳＰ）による走査を行う。すなわち、描画用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰで計測領域Ｍａｒを２次元走査する場合、矩形状の計測領域Ｍａｒが先の図１１で説明したダミーパターンＰＴ２ｂに相当したものとなる。通常、マークＭＫｍは、電子デバイス用の回路パターン（第１パターンＰＴ１）として機能しない無関係なパターンであり、描画用のスポット光ＳＰの走査によって計測領域Ｍａｒのレジスト層が露光されても問題ない。
計測部１１６は、スポット光ＳＰ（ＭＳＰ）の走査によって光検出器ＤＴｎ（またはＤＴｎｍ、ＤＴＲｎ）から出力される光電信号の波形によって生成される２次元の画像データを解析して、計測領域Ｍａｒ内でのマークＭＫｍのクロスポイントＣＭｍの位置を求め、計測領域Ｍａｒの中心である予測位置ＣＷｍとの偏差（ＸＹ方向の各ずれ量）を求める。これによって、アライメント系（アライメント顕微鏡ＡＭ１１〜ＡＭ１４）によって計測されたマークＭＫｍの予測位置ＣＷｍが、どの程度ずれるかが確認できる。通常は、予測位置ＣＷｍとクロスポイントＣＭｍの位置との偏差が許容範囲内で一致するように、アライメント系（アライメント顕微鏡ＡＭ１１〜ＡＭ１４）と各走査ユニットＵｎ（Ｕｎａ、Ｕｎｂ、Ｕｎｃ）は精密に調整されて配置されている。そのため、予測位置ＣＷｍとクロスポイントＣＭｍの位置との間に許容範囲以上の偏差が生じた場合は、露光装置ＥＸ内の温度変化による金属部材の伸縮によって機械的な配置関係にドリフトが発生していることが予見される。或いは、基板Ｐ上のマークＭＫｍが、アライメント系（アライメント顕微鏡ＡＭ１１〜ＡＭ１４）で検出される位置から、スポット光ＳＰまたはＭＳＰで走査される計測領域Ｍａｒの位置まで移動していく間に、回転ドラムＤＲの外周面に支持されている基板Ｐがミクロンオーダーで外周面上を滑るマイクロスリップ現象を発生していたことが予見される。
露光装置ＥＸ内の温度変化によるドリフトは時間的に緩やかに生じるので、予測位置ＣＷｍとクロスポイントＣＭｍの位置との間の偏差を、基板Ｐ上に長尺方向に一定間隔で並ぶマークＭＫ１、ＭＫ４（図４参照）を使って逐次求めれば、そのドリフトの変化の傾向や度合いに基づいて許容範囲以上になるか否かを事前に予測して、補正することが可能である。さらに、マイクロスリップ現象に対しては、先の第２実施の形態における図１７Ａ、１７Ｂと図１８に示したように、計測光ＭＬ１によるスポット光ＭＳＰの走査ラインＭＳＬ１を、描画用のスポット光ＳＰの描画ラインＳＬ１に対してオフセット距離Ｏｆｘだけ、基板Ｐの搬送方向の上流側（−Ｘ方向）に配置し、光検出器ＤＴｎｍまたはＤＴＲｎから出力される光電信号の波形によって生成される画像データを高速に解析することで、マイクロスリップが起きた位置、マイクロスリップの滑り量が、描画用のスポット光ＳＰによるパターン描画の直前に予測可能であり、滑り量によっては描画補正も可能である。
なお、基板Ｐの変形（伸縮など）が少ない場合、基板Ｐの回転ドラムＤＲ上での搬送方向（Ｘ方向）や幅方向（Ｙ方向）への位置ずれが少ない場合、或いはマイクロスリップ現象も認められない場合には、アライメント系（アライメント顕微鏡ＡＭ１１〜ＡＭ１４）を使わなくても、光検出器ＤＴｎ（またはＤＴｎｍ、ＤＴＲｎ）を用いて、マークＭＫｍのクロスポイントＣＭｍの位置を高精度に計測することができる。マイクロスリップ現象は、先の図３、図４で示すように、奇数番の描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５の位置から偶数番の描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６の位置まで、基板Ｐが搬送方向（副走査方向）に移動している際にも生じ得る。その場合は、例えば、奇数番の走査ユニットＵ１の光検出器ＤＴ１（またはＤＴ１ｍ、ＤＴＲ１）からの光電信号の波形に基づいて計測される基板Ｐ上の第１パターンＰＴ１の副走査方向の位置と、偶数番の走査ユニットＵ２の光検出器ＤＴ２（またはＤＴ２ｍ、ＤＴＲ２）からの光電信号の波形に基づいて計測される基板Ｐ上の第１パターンＰＴ１の副走査方向の位置とを比較し、その位置の差が副走査方向に関して設計上で定められる所定の距離と合っているか否かを判断すればよい。このように、奇数番の走査ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５の各々の光検出器ＤＴｎ（ＤＴｎｍ、ＤＴＲｎ）からの光電信号に基づいて計測される第１パターンＰＴ１（本パターンＰＴ１ａまたはダミーパターンＰＴ１ｂ）の副走査方向の位置情報と、偶数番の走査ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６の各々の光検出器ＤＴｎ（ＤＴｎｍ、ＤＴＲｎ）からの光電信号に基づいて計測される第１パターンＰＴ１（本パターンＰＴ１ａまたはダミーパターンＰＴ１ｂ）の副走査方向の位置情報とを比較することによって、奇数番の走査ユニットＵｎと偶数番の走査ユニットＵｎの各々によって露光される第２パターンＰＴ２（本パターンＰＴ２ａ、ダミーパターンＰＴ２ｂ）の副走査方向に関する継ぎ精度、或いは主走査方向に関する継ぎ精度を確認することもできる。
［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）では、走査ユニットＵｎ（Ｕｎａ、Ｕｎｂ、Ｕｎｃ）は、ポリゴンミラーＰＭを用いてスポット光ＳＰを走査して第２パターンＰＴ２を描画するようにしたが、第３の実施の形態では、いわゆるＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いて第２パターンＰＴ２を描画する。
第３の実施の形態では、ポリゴンミラーＰＭを有する走査ユニットＵｎ（Ｕｎａ、Ｕｎｂ、Ｕｎｃ）に代えて、ＤＭＤ（空間光変調素子）を有する描画ユニットＤＵｎを備える。本第３の実施の形態においても、描画ユニットＤＵｎ（ＤＵ１〜ＤＵ６）は、基板Ｐの搬送方向（Ｘ方向）に２列に千鳥配列で配置され、主走査方向（Ｙ方向）に関しても描画領域を分担している。
図２５は、描画ユニットＤＵｎの構成を示す図である。描画ユニットＤＵｎに入射されたＰ偏光のビーム（平行光束）ＬＢｎは、ＤＭＤで構成される描画パターン形成部ＳＬＭに入射する。描画パターン形成部ＳＬＭは、マトリクス状に配置された図示しない複数のマイクロミラーを有する。描画パターン形成部ＳＬＭに入射する平行光束のビームＬＢｎは、描画パターン形成部ＳＬＭの複数のマイクロミラーが形成された領域の大きさに合わせたサイズの断面形状を有する。このマイクロミラーの個々の傾斜角度を変えることで、入射した光をマイクロレンズアレイＭＬＡに向けて反射するか否かをマイクロミラー単位で切り換えることができる。複数のマイクロミラーは、制御装置１６の制御の下、図示しないＤＭＤ駆動部によってその傾斜角度が変わる。具体的には、制御装置１６は、パターンデータに応じて、複数のマイクロミラーをオンオフにする。オンのマイクロミラーは、入射した光をマイクロレンズアレイＭＬＡに向けて反射し、オフのマイクロミラーは、入射した光を図示しない吸収体に向けて反射する。したがって、オンのマイクロミラーで反射された光のみがマイクロレンズアレイＭＬＡに導かれる。そのため、描画パターン形成部ＳＬＭで反射したビームＬＢｎのうち、マイクロレンズアレイＭＬＡに導かれるビームＬＢＰは、パターンデータに応じた光パターンを有する。
描画パターン形成部ＳＬＭで反射したビームＬＢＰは、拡大倍率を有するリレーレンズ系Ｇ４０（集光レンズＧ４０ａおよびコリメートレンズＧ４０ｂ）を介してマイクロレンズアレイＭＬＡに入射する。集光レンズＧ４０ａは、描画パターン形成部ＳＬＭで反射したビームＬＢＰを集光し、コリメートレンズＧ４０ｂは、集光レンズＧ４０ａで集光された後、拡散されたビームＬＢＰを平行光束にする。この集光レンズＧ４０ａとコリメートレンズＧ４０ｂとによって、描画パターン形成部ＳＬＭがマイクロレンズアレイＭＬＡ側に反射したビームＬＢＰを拡大させることができる。マイクロレンズアレイＭＬＡは、マトリクス状に配置された複数のマイクロレンズ（凸レンズ）を有し、描画パターン形成部ＳＬＭの複数のマイクロミラーの各々に対応して、マイクロレンズが形成されている。マイクロレンズアレイＭＬＡの複数のマイクロレンズが形成された領域は、描画パターン形成部ＳＬＭの複数のマイクロミラーが形成された領域より大きい。したがって、リレーレンズ系Ｇ４０は、描画パターン形成部ＳＬＭのマイクロミラーがマイクロレンズアレイＭＬＡ側に反射した光が対応するマイクロレンズに入射するように、ビームＬＢＰを拡大させる。
マイクロレンズアレイＭＬＡを透過したビームＬＢＰは、個々のマイクロレンズの焦点面ｐ１でスポット光に集光された後、発散して偏光ビームスプリッタＰＢＳ２に入射する。偏光ビームスプリッタＰＢＳ２は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。ビームＬＢＰは、Ｐ偏光の光なので、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２は、マイクロレンズアレイＭＬＡの個々のマイクロレンズを透過したビームＬＢＰを透過する。偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過したビームＬＢＰは、λ／４波長板ＱＷ１、結像レンズ系Ｇ４１（第１レンズ群Ｇ４１ａおよび第２レンズ群Ｇ４１ｂを含む）を介して基板Ｐに投射される。結像レンズ系Ｇ４１は、マイクロレンズアレイＭＬＡの射出側の焦点面ｐ１と基板Ｐの表面とを光学的に共役な関係（結像関係）にし、焦点面ｐ１に形成されるスポット光を基板Ｐ上に結像投影する。
ここで、図２６に示すように、マイクロレンズアレイＭＬＡの複数のマイクロレンズＭＬｅは、対応する描画パターン形成部ＳＬＭのマイクロミラーからマイクロレンズアレイＭＬＡに向かって反射された光を、マイクロレンズアレイＭＬＡと偏光ビームスプリッタＰＢＳ２との間に位置する焦点面ｐ１上で集光する。マイクロミラーから対応するマイクロレンズＭＬｅに入射する光は、絞りとして機能するピンホールＰＨを介して、マイクロレンズＭＬｅに入射する。焦点面ｐ１と基板Ｐの被照射面とは共役関係となるように結像レンズ系Ｇ４１が設計されている。したがって、描画パターン形成部ＳＬＭの複数のマイクロミラーからマイクロレンズアレイＭＬＡに向かって反射された複数の光は、スポット光となって基板Ｐ上に投射される。なお、ピンホールＰＨは、焦点面ｐ１に形成されるスポット光（ビームウェスト）の径に応じたサイズにして、焦点面ｐ１に配置してもよい。
また、基板Ｐに投射されたビームＬＢＰ（個々のマイクロレンズＭＬｅから射出したビームによるスポット光）の基板Ｐでの反射光は、結像レンズ系Ｇ４１およびλ／４波長板ＱＷ１を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ２に入射する。偏光ビームスプリッタＰＢＳ２に入射する基板Ｐからの反射光は、λ／４波長板ＱＷ１によってＳ偏光の光となるので、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２で反射する。偏光ビームスプリッタＰＢＳ２で反射したビームＬＢＰの反射光は、結像レンズ系Ｇ４２を介して撮像素子ＩＥの受光面に入射する。偏光ビームスプリッタＰＢＳ２とレンズ系Ｇ４２との間に位置する面ｐ２と、基板Ｐの被照射面とは共役関係（結像関係）になっている。したがって、描画パターン形成部ＳＬＭの複数のマイクロミラーでマイクロレンズアレイＭＬＡに向けて反射されて基板Ｐ上でスポット光となった光の反射光は、面ｐ２上で、基板Ｐの表面の反射特性（反射率、散乱性）に応じて強度が変化するスポット光となる。結像レンズ系Ｇ４２は、基板Ｐからの反射光によって面ｐ２に２次元で分布する個々のスポット光を撮像素子ＩＥの受光面に結像する。計測部１１６は、この撮像素子ＩＥで撮像される反射光によるスポット光の分布を撮像した映像信号に基づいて、第１パターンＰＴ１の位置や形状、或いは、第１パターンＰＴ１と第２パターンＰＴ２の相対的な位置関係を計測することができる。
［第４の実施の形態］
以上の各実施の形態やその変形例では、を走査ユニットＵｎ（或いはＵｎａ、Ｕｎｂ、Ｕｎｃ）に設けられた光検出器ＤＴｎ（またはＤＴｎｍ、ＤＴＲｎ）からの光電信号に基づいて、基板Ｐに形成された第１パターンＰＴ１の位置ずれや重ね合せ誤差を求めるものとしたが、本実施の形態では、描画用のビームＬＢｎによるスポット光ＳＰや非感光性の計測光ＭＬｎによるスポット光ＭＳＰが、基板Ｐの表面に正しくフォーカス設定されているか否かを確認し、フォーカスずれが生じている際は、そのずれを調整する機能を持たせるようにする。図２７は、本実施の形態による走査ユニットＵ１ａ’の構成の一部を示し、基本的な構成は先の図１４で示した走査ユニットＵ１ａと同じであり、異なる点は、特に軸上色収差（ピント位置のずれ）の補正のためにレンズ系Ｇ２３ａ、Ｇ２３ｂを設けるとともに、光検出器ＤＴ１ｍ、レンズ系Ｇ２３ａ、Ｇ２３ｂの少なくとも１つを光軸方向に調整可能、或いは高速に往復移動可能に設けたことである。
図１４の構成では、計測用の光源装置ＬＳ２からの非感光性の計測光ＭＬ１を平行光束として偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射させたが、図２７の本実施の形態では、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射させる計測光ＭＬ１が色収差補正のために若干収斂（または発散）するように、レンズ系Ｇ２３ａによって調整される。偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した計測光ＭＬ１は、図１４で説明したように、ダイクロイックミラーＤＭで反射されて第１のシリンドリカルレンズＣＹａを通って、ポリゴンミラーＰＭの１つの反射面ＲＰに達し、そこでＸｔＹｔ面と平行な面内で偏向されてｆθレンズＦＴに入射する。レンズ系Ｇ２３ａの位置を光軸方向に調整することにより、基板Ｐに投射される計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰのサイズが調整できる。これは、基板Ｐ側で収斂する計測光ＭＬ１のビームウェストの位置をｆθレンズＦＴの光軸ＡＸｆの方向にシフトすること、すなわち、計測光ＭＬ１のフォーカス位置を光軸方向に調整する送光系側でのピント調整を意味する。また、基板Ｐに投射された計測光ＭＬ１による基板Ｐからの正規反射光は、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されて、光検出器ＤＴ１ｍに向かうが、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタＰＢＳと光検出器ＤＴ１ｍの間に、色収差補正のためのレンズ系Ｇ２３ｂが設けられるので、光検出器ＤＴ１ｍに向かう基板Ｐからの正規反射光は収斂したビームとなる。光検出器ＤＴ１ｍの手前には、ピンホール板ＰＨｄが配置される。
レンズ系Ｇ２３ｂは、計測光ＭＬ１の波長域において、ピンホール板ＰＨｄのピンホール（微小開口）と基板Ｐの表面とが光学的に共役関係となるように補正するものであり、レンズ系Ｇ２３ｂの位置を光軸方向に調整することにより、ピンホール板ＰＨｄ上に生成される正規反射光のスポット光のサイズが調整できる。これは、受光系側でもピント調整できることを意味する。このような構成において、光検出器ＤＴ１ｍとピンホール板ＰＨｄを一体にして光軸方向に移動させると、ピンホール板ＰＨｄのピンホールを透過して光検出器ＤＴ１ｍに達する正規反射光の光量が変化する。ピンホール板ＰＨｄの光軸方向の位置が適切な位置（ベストフォーカス位置）に設定されると、ピンホールを透過する正規反射光の光量が最大となり、その適切な位置からずれるに連れてピンホールを透過する正規反射光の光量が減少する。そこで、駆動機構ＤＡＵによって、ピンホール板ＰＨｄ付の光検出器ＤＴ１ｍとレンズ系Ｇ２３ｂのうちの少なくとも１つを、光軸方向にサーボ制御などによって高速に移動可能にしておく。そして、基板Ｐ上の走査ラインＭＳＬ１中に第１パターンＰＴ１の段差エッジなどが無い状態で、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰを走査したときに基板Ｐから発生する正規反射光の光量変化を光検出器ＤＴ１ｍで検出しつつ、ピンホール板ＰＨｄ付の光検出器ＤＴ１ｍ、或いはレンズ系Ｇ２３ｂを光軸方向に所定のストローク範囲でスイープ移動させる。このとき、光検出器ＤＴ１ｍから出力される光電信号は、ベストフォーカス状態のときに極大値をとる波形となる。その極大値となったときのピンホール板ＰＨｄ付の光検出器ＤＴ１ｍ、或いはレンズ系Ｇ２３ｂの光軸方向の位置をモニターすることで、ベストフォーカス状態となる基板Ｐのフォーカス方向の位置が特定される。
このように、基板Ｐの表面の光軸（ｆθレンズＦＴの光軸ＡＸｆ）方向の位置（フォーカス位置）を、計測光ＭＬ１を使って計測する場合、ｆθレンズＦＴから投射される描画用のビームＬＢ１のビームウェスト位置と、計測光ＭＬ１のビームウェスト位置とを、光軸方向に関して揃えておくとよい。そのためには、例えば、駆動機構ＤＡＵによって、レンズ系Ｇ２３ａの光軸方向の位置を調整して、計測光ＭＬ１のビームウェスト位置を光軸方向にシフトさせる。そのような状態で、計測光ＭＬ１を使って計測される基板Ｐのフォーカス位置からのずれ量が許容値以上である場合、描画用のビームＬＢ１のビームウェスト位置も基板Ｐの表面から光軸方向にシフトしていることになる。そこで、例えば、図５の走査ユニットＵｎや図２０の走査ユニットＵｎｃに示したビームエキスパンダーＢＥの２つの集光レンズＢｅ１、Ｂｅ２のうちの少なくとも一方の位置を光軸方向に調整可能な構成（フォーカス調整機構）にし、ｆθレンズＦＴから投射される描画用のビームＬＢ１のビームウェスト位置をｆθレンズＦＴの光軸ＡＸｆ方向に変位できるようにする。このように、描画用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰを基板Ｐ上で最もシャープに集光させるフォーカス調整機構は、走査ユニットＵｎ、Ｕｎａ、Ｕｎｂ、Ｕｎｃの各々に設けることができる。
〔上記第４の実施の形態の変形例〕
（変形例１）以上の第４の実施の形態では、計測光ＭＬ１のスポット光ＭＳＰを基板Ｐに投射し、基板Ｐからの反射光をピンホール板ＰＨｄ上でスポット光として再結像し、ピンホールの透過光量の変化に基づいて基板Ｐのフォーカス位置を確認できるようにした。ピンホールの透過光量の変化を計測するために、第４の実施の形態では、ピンホール板ＰＨｄ付の光検出器ＤＴ１ｍ、或いはレンズ系Ｇ２３ｂを光軸方向にスイープ移動させていた。すなわち、光検出器ＤＴ１ｍまたはレンズ系Ｇ２３ｂを機械的に精密に移動させる駆動機構ＤＡＵやガイド機構などが必要となり、走査ユニットＵｎａ’（Ｕ１ａ’〜Ｕ６ａ’）が大型化するおそれがある。そこで、本変形例１では、光検出器ＤＴ１ｍまたはレンズ系Ｇ２３ｂを機械的に移動させないように、ピンホール板ＰＨｄ付の光検出器ＤＴ１ｍを３つ設ける。
図２８は、第４の実施の形態の変形例１による走査ユニットＵ１ａ’の構成を示し、基本的な構成は図２７の走査ユニットＵ１ａ’と同じであり、異なる点は、基板Ｐから発生する計測光ＭＬ１の反射光を光電検出するレンズ系Ｇ２３ｂ以降の受光系として、２つのビームスプリッタＢＳａ、ＢＳｂと、３つの光電センサ部ＤＴＰａ、ＤＴＰｂ、ＤＴＰｃを設けたことである。光電センサ部ＤＴＰａ、ＤＴＰｂ、ＤＴＰｃの各々は、第４の実施の形態（図２７）と同様のピンホール板ＰＨｄ付の光検出器ＤＴ１ｍで構成される。偏光ビームスプリッタＰＢＳから射出してレンズ系Ｇ２３ｂを通った計測光ＭＬ１の反射光は、収斂光束となってビームスプリッタＢＳａに入射し、透過成分と反射成分とに分割される。ビームスプリッタＢＳａを透過した計測光ＭＬ１の反射光は光電センサ部ＤＴＰａに達し、ビームスプリッタＢＳａで反射した計測光ＭＬ１の反射光はビームスプリッタＢＳｂに入射する。ビームスプリッタＢＳｂを透過した計測光ＭＬ１の反射光は光電センサ部ＤＴＰｂに達し、ビームスプリッタＢＳｂで反射した計測光ＭＬ１の反射光は光電センサ部ＤＴＰｃに達する。光電センサ部ＤＴＰａ、ＤＴＰｂ、ＤＴＰｃの各々の光検出器ＤＴ１ｍから出力される光電信号をＳＳａ、ＳＳｂ、ＳＳｃとする。
図２８では、偏光ビームスプリッタＰＢＳから射出してレンズ系Ｇ２３ｂに入射する反射光（正規反射光）を破線で示すが、ここでは反射光のビーム径を拡大して誇張して示す。基板Ｐの表面が所定のベストフォーカス位置にある場合、レンズ系Ｇ２３ｂによって収斂された反射光は、ビームスプリッタＢＳａ、ＢＳｂを通って、光電センサ部ＤＴＰｂのピンホール板ＰＨｄ上に集光する。そのとき、ビームスプリッタＢＳａのみを通って光電センサ部ＤＴＰａに向かう反射光は、反射光が集光する点よりも手前の位置で光電センサ部ＤＴＰａのピンホール板ＰＨｄに達し、ビームスプリッタＢＳａ、ＢＳｂを通って光電センサ部ＤＴＰｃに向かう反射光は、反射光が集光する点よりも後方の位置で光電センサ部ＤＴＰｃのピンホール板ＰＨｄに達する。すなわち、光電センサ部ＤＴＰａのピンホール板ＰＨｄは、収斂する正規反射光のビームの集光点よりも前の前ピント位置に配置され、光電センサ部ＤＴＰｂのピンホール板ＰＨｄは、収斂する正規反射光のビームの集光点であるピント位置に配置され、光電センサ部ＤＴＰｃのピンホール板ＰＨｄは、収斂する正規反射光のビームの集光点よりも後の後ピント位置に配置される。
光電センサ部ＤＴＰａ、ＤＴＰｂ、ＤＴＰｃの各々からの光電信号ＳＳａ、ＳＳｂ、ＳＳｃは、基板Ｐのフォーカス位置の変化に対して、例えば、図２９のような特性で強度変化する。図２９は、縦軸が基板Ｐのフォーカス位置（±５０μｍの範囲）を表し、横軸が光電信号ＳＳａ、ＳＳｂ、ＳＳｃの強度を規格化した値を表している。基板Ｐの表面がベストフォーカス位置に一致している状態をフォーカス位置ゼロとする。基板Ｐの表面が＋Ｚｔ方向に変位して、例えば、図２９中の＋２０μｍの位置にあると、規格化された光電信号ＳＳａ、ＳＳｂ、ＳＳｃの強度は、ＳＳａ＞ＳＳｂ＞ＳＳｃの大小関係になる。また、基板Ｐの表面がベストフォーカス位置（図２９中の０μｍの位置）にあると、規格化された光電信号ＳＳｂが最も大きくなり、光電信号ＳＳａ、ＳＳｃの強度はほぼ同じ強度で、光電信号ＳＳｂよりも小さくなる。さらに、基板Ｐの表面が−Ｚｔ方向に変位して、例えば、図２９中の−２０μｍの位置にあると、規格化された光電信号ＳＳａ、ＳＳｂ、ＳＳｃの強度は、ＳＳｃ＞ＳＳｂ＞ＳＳａの大小関係になる。
このように、規格化された光電信号ＳＳａ、ＳＳｂ、ＳＳｃの強度変化の特性（図２９中の変化曲線）に基づいて、光電信号ＳＳａ、ＳＳｂ、ＳＳｃの相互の大小関係をモニターするだけで、基板Ｐの表面のフォーカス位置の変化をリアルタイムに計測することができる。なお、初期調整のために、レンズ系Ｇ２３ａは光軸方向に手動で位置調整できるようにしておくのがよい。以上、図２８、図２９のような変形例によれば、ピンホール板ＰＨｄ付の光検出器ＤＴ１ｍやレンズ系Ｇ２３ｂを機械的に直線移動させる駆動機構ＤＡＵなどが不要となるので、駆動に伴う振動発生もなくなり、フォーカス位置の計測のみならず、描画用のビームＬＢ１を使った基板Ｐ上の第１パターンＰＴ１の位置計測などの計測精度の低下も防げる。
（変形例２）以上の変形例１では、３つのピント位置の各々に、光電センサ部ＤＴＰａ、ＤＴＰｂ、ＤＴＰｃを配置した受光系としたが、変形例２では、いわゆる瞳分割方式によって基板Ｐの表面のフォーカス位置（Ｚｔ方向の位置）の変化を計測する。瞳分割方式の１つの方式は、テレセントリックな投射レンズ系（ここではｆθレンズＦＴ）を通して基板Ｐ上に照射するビームＬＢｎを、投射レンズ系の入射瞳内の光軸から一方に偏心した領域を通るように制限して、基板Ｐに達するビームの主光線をテレセントリックな状態から一方に傾けた傾斜照明とし、基板Ｐからの正規反射光が投射レンズ系を通って入射瞳内を通る際に、正規反射光が入射瞳内で通るべき本来の位置からどの程度ずれているかの横ずれ量を計測するタイプである。図３０は、そのような瞳分割方式のフォーカス位置モニターを組み込んだ走査ユニットＵ１ｅ（Ｕｎｅ）の構成を示し、ダイクロイックミラーＤＭ以降の基板Ｐまでの光学構成は、先の図１４、図２７、図２８と同じである。
図３０において、不図示の光源装置ＬＳ２からの別波長の計測光ＭＬ１（直線偏光）は、レンズ系Ｇ２５ａを介して偏光ビームスプリッタＰＢＳ２で反射し、１／４波長板ＱＷを通って円偏光に変換されてダイクロイックミラーＤＭを透過する。ダイクロイックミラーＤＭからは、露光用のビームＬＢ１と計測光ＭＬ１とが、それぞれの主光線を平行な状態にしてシリンドリカルレンズＣＹａに向かう。その際、ビームＬＢ１は、図３０の紙面内（ＸｔＹｔ面）では、基板Ｐに投射されるスポット光ＳＰの開口数（ＮＡ）に応じた一定の太さφｂを有している。ビームＬＢ１は、ＸｔＹｔ面ではその太さφｂを保ってポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで反射されて、ｆθレンズＦＴに入射する。したがって、ビームＬＢ１は、ＸｔＹｔ面内（主走査方向）についてはｆθレンズＦＴの屈折力によって基板Ｐ上にスポット光ＳＰとして集光される。ｆθレンズＦＴから射出するビームＬＢ１の主光線（ビームの中心線）をＬｐｐとすると、主光線Ｌｐｐは基板Ｐの表面と垂直なテレセントリックな状態になっている。
一方、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２（および１／４波長板ＱＷ）を通ってダイクロイックミラーＤＭを透過した計測光ＭＬ１は、レンズ系Ｇ２５ａによって、露光用のビームＬＢ１の太さφｂよりも細い平行光束となり、ビームＬＢ１の主光線Ｌｐｐに対して偏心した状態（ここでは−Ｙｔ方向にシフトした状態）で、シリンドリカルレンズＣＹａ、反射ミラーＭ２４を通ってポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰまで、ビームＬＢ１と並行に進む。計測光ＭＬ１は、シリンドリカルレンズＣＹａの作用によってＺｔ方向に収斂され、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上では、Ｚｔ方向に圧縮されたスリット状のスポット光になって集光する。ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで反射した計測光ＭＬ１は、ビームＬＢ１の主光線Ｌｐｐと平行にｆθレンズＦＴに入射し、反射ミラーＭ２５とシリンドリカルレンズＣＹｂを介して基板Ｐに達する。計測光ＭＬ１は、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰの位置、すなわち、ｆθレンズＦＴの入射瞳（前側焦点）の面内で、ビームＬＢ１の主光線Ｌｐｐに対して主走査方向（Ｙｔ方向）に偏心した位置を通るので、基板Ｐ上に投射される計測光ＭＬ１は主光線Ｌｐｐに対して主走査方向に一定の角度だけ傾いた状態となる。すなわち、計測光ＭＬ１は、基板Ｐ上では主走査方向（Ｙｔ方向）に関して非テレセントリックな状態となっている。なお、計測光ＭＬ１も、ｆθレンズＦＴの前後に配置された２つのシリンドリカルレンズＣＹａ、ＣＹｂの作用によって、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰの面倒れ誤差の影響を受けずに、基板Ｐ上にスポット光ＭＳＰとして集光される。
基板Ｐへの計測光ＭＬ１（スポット光ＭＳＰ）の投射によって基板Ｐの表面から発生する正規反射光ＭＬ１’は、ビームＬＢ１の主光線Ｌｐｐに対して計測光ＭＬ１とほぼ対称な角度だけ主走査方向に傾いてｆθレンズＦＴに入射する。ｆθレンズＦＴを通った正規反射光ＭＬ１’は、計測光ＭＬ１の光路に対して主光線Ｌｐｐを挟んだ反対側の光路をほぼ平行に通って、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ、反射ミラーＭ２４、シリンドリカルレンズＣＹａ、およびダイクロイックミラーＤＭを透過して、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２（および１／４波長板ＱＷ）に達する。
ここで、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ｆθレンズＦＴの入射瞳の位置）の付近でのビームＬＢ１、計測光ＭＬ１、正規反射光ＭＬ１’の状態を、図３１により模式的に説明する。露光用のビームＬＢ１は、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上では、シリンドリカルレンズＣＹａの作用により、Ｚｔ方向についてのみ圧縮されて主走査方向（偏向方向）に細く延びるスリット状になる。したがって、反射面ＲＰで反射したビームＬＢ１は、主走査方向（偏向方向）に関しては元の太さφｂを維持し、Ｚｔ方向（副走査方向）に関しては発散光となってｆθレンズＦＴに入射する。一方、計測光ＭＬ１は、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上の主走査方向（偏向方向）の端部付近、すなわち、スリット状に圧縮されたビームＬＢ１の端部付近で、シリンドリカルレンズＣＹａの作用により、Ｚｔ方向についてのみ圧縮されたスリット状になる。したがって、反射面ＲＰで反射した計測光ＭＬ１は、主走査方向（偏向方向）に関しては元の太さを維持し、Ｚｔ方向（副走査方向）に関しては発散光となってｆθレンズＦＴに入射する。
基板Ｐから発生した正規反射光ＭＬ１’は、計測光ＭＬ１の光路に対して主光線Ｌｐｐを挟んだ反対側の光路をほぼ平行に通って、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに達するが、正規反射光ＭＬ１’は、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上の主走査方向（偏向方向）の端部付近、すなわち、スリット状に圧縮されたビームＬＢ１の計測光ＭＬ１の位置とは反対側の端部付近で、Ｚｔ方向についてのみ圧縮されたスリット状になる。
基板Ｐの表面がベストフォーカス位置（Ｚｔ方向の規定位置）にある状態では、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに向かう正規反射光ＭＬ１’の光路は、主光線Ｌｐｐと平行で主光線Ｌｐｐに対して計測光ＭＬ１の光路と対称的な位置となる。しかしながら、基板Ｐの表面がベストフォーカス位置からＺｔ方向にデフォーカスすると、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上での正規反射光ＭＬ１’の位置が、ビームＬＢ１のスリット状の分布の長手方向（偏向方向）に変化する。その変化の程度が基板Ｐのベストフォーカス位置からのデフォーカス量（ピントずれ量）に対応している。そこで、図３０に示すように、１／４波長板ＱＷ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過した正規反射光ＭＬ１’を、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの撮像素子で構成される光電センサ部ＤＴＳで受光し、撮像面上に投射される正規反射光ＭＬ１’のスポットの位置変化をモニターする。なお、図３０では図示を省略したが、主走査方向（図３０ではＹｔ方向）に関しては、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰと光電センサ部ＤＴＳの撮像面とが結像関係となるように、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２と光電センサ部ＤＴＳの間にレンズ系を設けてもよい。また、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上に投射される計測光ＭＬ１の位置が、ビームＬＢ１の主光線Ｌｐｐの位置から離れるほど、基板Ｐ上に投射される計測光ＭＬ１の主光線Ｌｐｐに対する主走査方向の傾き角が大きくなり、光電センサ部ＤＴＳの撮像面上での正規反射光ＭＬ１’のスポットの位置変化量のデフォーカス量に対する比率、すなわち、フォーカス変化の計測感度も大きくなる。
以上、本変形例２によっても、図２８の変形例１と同様に、基板Ｐの表面のフォーカス位置の変化をリアルタイムに計測することができる。また、ピンホール板ＰＨｄ付の光検出器ＤＴ１ｍを含む光電センサ部やレンズ系などを機械的に直線移動させる駆動機構ＤＡＵなどが不要となるので、駆動に伴う振動発生もなくなり、フォーカス位置の計測のみならず、描画用のビームＬＢ１、または計測光ＭＬ１を使った基板Ｐ上の第１パターンＰＴ１の位置計測などの計測精度の低下も防げる。また、以上の図２７の第４の実施の形態、図２８の変形例１、図３０の変形例２の各々に示した走査ユニットＵｎａ’、Ｕｎｅにおいても、描画用のビームＬＢ１と計測光ＭＬ１との波長の違いによる色収差を補正するために、ｆθレンズＦＴとして色消し補正の光学設計を施したものを使ったり、色収差補正用のレンズを計測光ＭＬ１やその反射光（正規反射光ＭＬ１’）の光路中に設けたりするのがよい。
以上、第１〜第４の実施の形態、およびそれらの各変形例において、露光用のビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ６）を生成する光源装置ＬＳａ、ＬＳｂは、単一の特定波長（例えば紫外波長域の３５５ｎｍ）のビームを発生するものとしたが、波長が特定波長と僅かに異なる紫外波長域のビームの１つまたは複数を同軸に合成して露光用のビームＬＢｎとしてもよい。また、計測光ＭＬｎ（ＭＬ１〜ＭＬ６）も、紫外波長域よりも長い波長帯の単一のビームを発生する光源装置ＬＳ２から発生させたが、光源装置ＬＳ２を波長が異なる複数のビームを発生する光源装置とし、基板Ｐ上の第１パターンＰＴ１の材質や基板Ｐの表面に塗布される感光層（レジスト層）に応じた反射特性の違いによって、用いる計測光ＭＬｎの波長を切り替えたり、複数の波長で同じ第１パターンＰＴ１の位置や形状を計測したりしてもよい。なお、計測光ＭＬｎ（ＭＬ１〜ＭＬ６）は、基板Ｐ上の感光層に対する感度が殆ど無い波長域のものが好ましいが、露光用のビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ６）の波長と異なる波長であれば、感光層に対する感度を多少有する波長であってもよい。
［第５の実施の形態］
図３２は、第５の実施の形態によるパターン描画制御の際のシーケンスや動作などを、機能ブロックとして表した図である。本実施形態では、特に、先の図１７Ａ、１７Ｂ、図１８に示したように、計測光ＭＬｎ（ＭＬ１〜ＭＬ６）のスポット光ＭＳＰによる走査ラインＭＳＬｎ（ＭＳＬ１〜ＭＳＬ６）が、描画用のビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ６）のスポット光ＳＰによる描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）対して、基板Ｐの搬送方向（副走査方向）の上流側にオフセット距離Ｏｆｘだけ離れて位置している走査ユニットＵｎａ（Ｕ１ａ〜Ｕ６ａ）を用いて、基板Ｐにパターンを描画することを前提とする。しかしながら、本実施の形態で使用可能な走査ユニットは、図１９、図２０、図２２、図２７、図２８、図３０のいずれであってもよい。
図３２において、基板Ｐ上に最初に第１パターンＰＴ１（本パターンＰＴ１ａやダミーパターンＰＴ１ｂ）とマークＭＫｍを描画するファースト露光モードでは、機能（工程）２００のように、図１３に示した統括制御部１０４の描画データ出力部１１２に記憶されている描画データ（第１パターンＰＴ１の設計情報、ＣＡＤ情報）が、実描画制御を行う機能（工程）２０２に送られる。ファースト露光モードでは、基板Ｐ上にマークＭＫｍも露光するので、機能（工程）２００から送出される描画データには、マークＭＫｍを描画するためのデータも含まれている。また、機能（工程）２０４は、マーク計測情報やエンコーダ計測値に基づいて描画状態（描画位置、描画形状、描画倍率など）を補正するための補正情報を生成するが、ファースト露光モードでは、基板Ｐ上にマークＭＫｍが形成されていないので、エンコーダ計測値に基づいた補正情報のみを生成する。
基板Ｐ上に形成された第１パターンＰＴ１（またはマークＭＫｍ）に計測光ＭＬｎが投射されたときに発生する反射光を検出する事前計測の機能（工程）２０６Ａと、事前計測された情報（光電信号など）に基づいて、描画状態を直前に補正するための事前補正情報を生成する機能（工程）２０６Ｂとは、ファースト露光モードの際には使用できない。したがって、機能（工程）２０２では、機能（工程）２００から送出される描画データを、機能（工程）２０４から送出されるエンコーダ計測値に基づく補正情報に応じて位置補正しつつ、基板Ｐ上に第１パターンＰＴ１とマークＭＫｍとを描画する。
ファースト露光モードで、第１パターンＰＴ１とマークＭＫｍが形成された基板Ｐに対して重ね合せ露光、すなわちセカンド露光モードを実施する場合は、基本的な制御シーケンスとして、機能（工程）２００から送出される第２パターンＰＴ２（本パターンＰＴ２ａとダミーパターンＰＴ２ｂ）の描画データに基づいて、機能（工程）２０２の実描画制御時に第２パターンＰＴ２を基板Ｐに露光する際に、機能（工程）２０４で生成される補正情報に応じて位置補正する。ただし、セカンド露光モードでは、機能（工程）２０４において生成される補正情報に、基板Ｐ上のマークＭＫｍの計測情報に基づいて特定される第１パターンＰＴ１を含む露光領域Ｗの形状変形などを補正するための情報が含まれる。さらに、セカンド露光モードでは、計測光ＭＬｎを用いた事前計測の機能（工程）２０６Ａと事前補正情報を生成する機能（工程）２０６Ｂとを使って、実描画制御を行う機能（工程）２０２において、機能（工程）２０６Ｂで生成される事前補正情報も加味して、露光領域Ｗ内の全体（各走査ユニットＵｎａごとに露光される領域）で、重ね合せ精度が平均的に高くなるような補正が、実描画の直前に行われる。もちろん、機能（工程）２０６Ａにおいて、事前計測される第１パターンＰＴ１の位置が所定の位置に対して許容範囲内であれば、事前補正情報は生成されない。このように、事前計測の機能（工程）２０６Ａと事前補正情報を生成する機能（工程）２０６Ｂとは、セカンド露光モードの際の位置合せ制御において、重ね合せ精度を良好にするためのフィードフォワード制御部ＦＦＣとして機能する。
さて、セカンド露光モードで重ね合せ露光を行う場合、基板Ｐ上に投射される描画用のビームＬＢｎの反射光を光検出器ＤＴｎ（図５、図１３）などで検出して、基板Ｐ上の第１パターンＰＴ１と重ね合せ露光される第２パターンＰＴ２との相対的な位置ずれ（重ね誤差）を、図１３中の計測部１１６によってリアルタイムに計測することができる。そこで、重ね合せ露光を行っている間、描画用のビームＬＢｎを使った重ね合せ誤差の描画時計測の機能（工程）２０８Ａと、描画時に光検出器ＤＴｎから出力される光電信号などに基づいて計測される重ね合せ誤差を補正するための事後補正情報を生成する機能（工程）２０８Ｂとを使って、実描画制御を行う機能（工程）２０２において、機能（工程）２０８Ｂで生成される事後補正情報も加味して、露光領域Ｗ内の全体（例えば、各走査ユニットＵｎａごとに露光される領域）で重ね合せ精度が平均的に小さくなるように、描画位置の補正が行なわれる。もちろん、機能（工程）２０８Ａにおいて、描画時にリアルタイムに計測される重ね合せ誤差が許容範囲内であれば、事後補正情報は生成されない。このように、描画時計測の機能（工程）２０８Ａと事後補正情報を生成する機能（工程）２０８Ｂとは、セカンド露光モードの際の位置合せ制御において、重ね合せ精度を良好にするためのフィードバック制御部ＦＢＣとして機能する。
以上のように、セカンド露光モード（重ね合せ露光）の際の位置合せ（位置決め）制御において、フィードフォワード制御部ＦＦＣとフィードバック制御部ＦＢＣとの両方を使うことによって、基板Ｐに大きな歪みが発生して露光領域Ｗが大きく変形しても、それに対応して、描画状態（描画位置、描画倍率、描画ラインの傾斜など）をきめ細かく補正することができるので、露光領域Ｗの全体に対して良好な重ね合せ精度を維持できる。なお、基板Ｐの歪み（伸縮など）が少なく、露光領域Ｗの変形が少ない場合には、セカンド露光モードであっても、フィードフォワード制御部ＦＦＣとフィードバック制御部ＦＢＣのいずれか一方のみを使う制御方式であってもよい。或いは、１つの露光領域Ｗを露光している間に、フィードフォワード制御部ＦＦＣとフィードバック制御部ＦＢＣのいずれか一方を使う制御と、フィードフォワード制御部ＦＦＣとフィードバック制御部ＦＢＣの両方を使う制御とを、露光領域Ｗ上での描画ラインＳＬｎの副走査方向の位置変化に応じて適宜切り替えてもよい。
このように、本実施の形態の露光装置ＥＸは、パターンデータに応じて強度変化された描画ビームＬＢｎを基板Ｐ上に投射して、基板Ｐ上に新たな第２パターンＰＴ２を描画するものである。そして、露光装置ＥＸは、描画ビームＬＢｎを偏向する偏向部材（ＰＭ、ＧＭ）によって、描画ビームＬＢｎを基板Ｐ上で走査するビーム走査部と、基板Ｐ上に特定材料で予め形成されている第１パターンＰＴ１の少なくとも一部に、描画ビームＬＢｎが投射されたときに発生する反射光を光電検出する光検出器（第１の光検出部）ＤＴｎ（ＤＴＲｎ）と、描画ビームＬＢｎとは異なる波長の計測ビームＭＬｎがビーム走査部を介して基板Ｐ上で走査されるように、計測ビームＭＬｎを偏向部材（ＰＭ、ＧＭ）に導く計測ビーム送光系（ＰＢＳ、Ｍ２６など）と、基板Ｐ上の第１パターンＰＴ１の少なくとも一部に、計測ビームＭＬｎが投射されたときに発生する反射光を光電検出する光検出器（第２の光検出部）ＤＴｎｍ（ＤＴＲｎ）と、光検出器ＤＴｎ（ＤＴＲｎ）と光検出器ＤＴｎｍ（ＤＴＲｎ）の少なくとも一方から出力される信号に基づいて、描画ビームＬＢｎによって基板Ｐ上に描画される新たな第２パターンＰＴ２の位置を制御する制御装置１６（制御部）と、を備える。
なお、図３２に示したようなフィードフォワード制御部ＦＦＣとフィードバック制御部ＦＢＣとを用いて位置合せを行う制御方式は、先の第１の実施の形態（図２〜図１３）に示したように、描画用のビームＬＢｎの投射により基板Ｐから発生する反射光の情報を用いるパターン描画装置に対しても同様に適用可能である。ただしその場合、走査ユニットＵｎは、例えば特開２００９−０９３１９６号公報に開示されているように、１つのポリゴンミラーによって複数の描画用のビームを同時に偏向して、基板Ｐ上で副走査方向にずれて位置する少なくとも２つのスポット光を主走査方向に同時に走査するマルチスポット走査方式の描画ユニットとして構成される。そして、基板Ｐの移動方向（＋Ｘ方向）に関して上流側に位置する第１のスポット光でパターン描画する際に得られる反射光の情報（光電信号）を、図３２中のフィードフォワード制御部ＦＦＣで用い、さらに基板Ｐ上で副走査方向に関して第１のスポット光の下流側の第２のスポット光でパターン描画する際に得られる反射光の情報（光電信号）を、図３２中のフィードバック制御部ＦＢＣで用いることができる。このように、本実施の形態では、描画ビームＬＢｎによるスポット光、または計測ビームＭＬｎによるスポット光によって、基板Ｐ上の下地パターン（またはダミーパターン）が走査されたときに発生する反射光の情報を、フィードフォワード制御部ＦＦＣとフィードバック制御部ＦＢＣとのいずれか一方、或いは双方で用いることにより、基板Ｐ上に重ね合せ露光すべきセカンドパターンの位置合せを、基板Ｐの変形が大きくなったとしても精密に制御することができる。
１０…デバイス製造システム １２…基板搬送機構
１４…露光ヘッド １６…制御装置
２０…パルス光発生部 ２２…制御回路
２２ａ…信号発生部 １００…ポリゴン駆動制御部
１０２…選択素子駆動制御部 １０４…統括制御部
１１０…倍率設定部 １１２…描画データ出力部
１１４…露光制御部 １１６…計測部
ＡＭ１ｍ、ＡＭ２ｍ…アライメント顕微鏡
ＡＯＭａ、ＡＯＭｂ、ＡＯＭｃｎ、ＡＯＭｃ１…描画用光学素子
ＡＯＭｎ…選択用光学素子 ＡＸｏ…中心軸
ＢＤＵ…ビーム切換部 ＤＬｎ、ＤＬ１〜ＤＬ６…シリアルデータ
ＤＲ…回転ドラム
ＤＴｎ、ＤＴｎｍ、ＤＴＲｎ、ＤＴＰａ〜ＤＴＰｃ…光検出器
ＤＵｎ…描画ユニット ＥＮｊａ、ＥＮｊｂ…エンコーダ
ＥＸ…露光装置 ＦＴ…ｆθレンズ
ＧＭ…揺動部材
ＬＢ、ＬＢａ、ＬＢｂ、ＬＢｎ、Ｌｓｅ…ビーム
Ｌｅｎ…照射中心軸 ＬＳ、ＬＳａ、ＬＳｂ、ＬＳ２…光源装置
Ｌｘ１〜Ｌｘ４…設置方位線 ＭＫｍ…マーク
ＭＬｎ…計測光 ＭＳＬｎ…走査ライン
ＯＰｎ、ＯＰ１〜ＯＰ６…原点センサ Ｐ…基板
ＰＭ…ポリゴンミラー ＰＲ１〜ＰＲ６…処理装置
Ｐｘｙ、φ…寸法 ＳＢａ、ＳＢｂ…描画ビット列データ
ＳＤａ、ＳＤｂ…スケール部 ＳＬｎ…描画ライン
ＳＰ、ＭＳＰ…スポット光 ＳＺｎ…原点信号
Ｕｎ、Ｕｎａ、Ｕｎａ'、Ｕｎｂ、Ｕｎｃ、Ｕｎｅ…走査ユニット

Claims (17)

  1. 光源装置からのビームをパターン情報に応じて強度変調させつつ、前記ビームを基板上に投射して主走査方向に走査することで前記基板上にパターンを描画して、電子デバイスを製造するデバイス製造方法であって、
    前記ビームの前記主走査方向への走査のために、前記光源装置からの前記ビームを偏向することと、
    偏向された前記ビームを前記基板に投射することと、
    前記基板上に特定材料で予め形成された第１パターンの少なくとも一部に、新たに描画すべき第２パターンの少なくとも一部が重ねて描画されるように、前記パターン情報に応じて前記ビームを強度変調することと、
    前記基板上に前記第２パターンが描画される間に、前記基板に投射された前記ビームの反射光を光電検出して得られた検出信号に基づいて、前記第１パターンの位置情報、形状情報、および前記第１パターンと前記第２パターンとの相対的な位置関係の情報の少なくとも１つを計測することと、
    を含む、デバイス製造方法。
  2. 請求項１に記載のデバイス製造方法であって、
    偏向された前記ビームを、テレセントリックな状態で前記基板に投射する、デバイス製造方法。
  3. 請求項１または２に記載のデバイス製造方法であって、
    計測した前記位置情報、前記形状情報、および前記相対的な位置関係の情報の少なくとも１つに基づいて、計測後に引き続き描画される前記第２パターンの描画位置と描画倍率の少なくとも一方を補正することを含む、デバイス製造方法。
  4. 第１光源装置からのビームをパターン情報に応じて強度変調させつつ、前記ビームを基板上に投射して相対走査することで、前記基板上にパターンを描画するパターン描画装置であって、
    前記第１光源装置からの前記ビームと異なる波長の計測光を射出する第２光源装置と、
    前記ビームおよび前記計測光を偏向して、前記ビームおよび前記計測光を前記基板上で走査する偏向部材を含むビーム走査部と、前記計測光が前記基板に投射されたときに発生する反射光を前記ビーム走査部の前記偏向部材を介して光電検出する反射光検出部とを有する描画ユニットと、
    前記反射光検出部から出力される検出信号に基づいて、前記基板上に特定材料で予め形成された第１パターンの前記基板上における位置および形状の少なくとも１つに関する情報を計測する計測部と、
    を備える、パターン描画装置。
  5. 請求項４に記載のパターン描画装置であって、
    前記基板上に形成された前記第１パターンと一定の位置関係で前記基板上に形成されたアライメント用のマークを検出し、前記マークの検出位置に基づいて、新たに描画すべき第２パターンと前記第１パターンの相対的な位置誤差を、前記ビームの走査による前記第２パターンの描画に先だって推定するアライメント系をさらに備える、パターン描画装置。
  6. 請求項５に記載のパターン描画装置であって、
    前記ビーム走査部によって前記ビームの走査が行なわれる間に、前記第１パターンが形成された前記基板上に、前記第２パターンが描画されるように、前記第２パターンのパターン情報に応じて前記ビームの強度変調を制御するビーム強度変調部をさらに備え、
    前記ビーム強度変調部は、前記アライメント系によって推定される前記相対的な位置誤差が低減されるように、前記第２パターンの前記パターン情報に基づいた前記ビームの描画位置を補正し、
    前記計測部は、前記計測された前記第１パターンの位置に関する情報と、前記ビーム強度変調部によって描画位置を補正して描画される前記第２パターンの位置とを比較して、前記第１パターンと前記第２パターンとの相対的な残留位置誤差を求める、パターン描画装置。
  7. 請求項４に記載のパターン描画装置であって、
    前記ビーム走査部によって前記ビームの走査が行なわれる間に、前記第１パターンが形成された前記基板上に、新たに描画すべき第２パターンが描画されるように、前記第２パターンの前記パターン情報に応じて前記ビームの強度変調を制御するビーム強度変調部と、
    前記計測部の計測結果に基づいて、描画すべき前記第２パターンの描画状態を補正する補正部と、
    をさらに備える、パターン描画装置。
  8. 請求項４〜７のいずれか１項に記載のパターン描画装置であって、
    前記ビーム走査部は、前記ビームの走査と前記計測光の走査とを択一的に行う、パターン描画装置。
  9. 請求項４〜７のいずれか１項に記載のパターン描画装置であって、
    主走査方向と交差する方向に長尺な前記基板を前記長尺方向に沿った副走査方向に所定の速度で搬送する基板搬送機構を備え、
    前記ビーム走査部は、前記ビームと前記計測光を前記副走査方向に関して前記基板上で所定間隔だけずれるように投射しつつ、前記ビームと前記計測光との走査を前記基板上で同時、または一定の時間差で行う、パターン描画装置。
  10. 請求項４〜９のいずれか１項に記載のパターン描画装置であって、
    前記偏向部材は、回転多面鏡または揺動反射鏡であり、
    前記ビーム走査部は、前記回転多面鏡または前記揺動反射鏡で偏向された前記ビームおよび前記計測光を入射して、テレセントリックな状態で前記ビームを前記基板上に投射する走査用レンズ系を備える、パターン描画装置。
  11. 請求項４〜１０のいずれか１項に記載のパターン描画装置であって、
    前記基板の表面に形成された感光層に前記パターンを描画するために、前記第１光源装置からの前記ビームは前記感光層に対して所定の感度を有する波長に設定され、前記第２光源装置からの前記計測光は前記感光層に対して非感光性、または低感度の波長に設定される、パターン描画装置。
  12. 光源装置からのビームをパターン情報に応じて強度変調させつつ、前記ビームを基板に投射して相対走査することで、前記基板上にパターンを描画するパターン描画方法であって、
    前記ビームと異なる波長の計測光および前記ビームを偏向して、前記ビームおよび前記計測光を前記基板に対して相対走査することと、
    偏向された前記ビームおよび前記計測光を前記基板に投射することと、
    前記基板に投射された前記計測光の反射光を光電検出することと、
    光電検出された検出信号に基づいて、前記基板上に特定材料で予め形成された第１パターンの前記基板上における位置および形状の少なくとも１つを計測することと、
    を含む、パターン描画方法。
  13. 請求項１２に記載のパターン描画方法であって、
    偏向された前記ビームおよび前記計測光をテレセントリックな状態で前記基板に投射する、パターン描画方法。
  14. 請求項１２または１３に記載のパターン描画方法であって、
    前記ビームの走査が行なわれる間に、前記第１パターンが形成された前記基板上に、新たに描画すべき第２パターンが描画されるように、前記第２パターンのパターン情報に応じて前記ビームを強度変調することと、
    第１パターンの前記基板上における位置および形状の少なくとも１つの計測結果に基づいて、描画すべき前記第２パターンの描画状態を補正することと、
    を含む、パターン描画方法。
  15. 請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のパターン描画方法であって、
    前記基板を搬送する方向を副走査方向、前記副走査方向と交差する方向を主走査方向としたとき、前記ビームおよび前記計測光の相対走査は、シート状の前記基板を前記副走査方向に搬送しつつ、前記ビームおよび前記計測光を前記主走査方向に偏向することを含み、
    前記ビームを前記主走査方向に偏向する前記副走査方向の位置と、前記計測光を前記主走査方向に偏向する前記副走査方向の位置とを、前記副走査方向に所定間隔だけ離して配置する、パターン描画方法。
  16. 請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のパターン描画方法であって、
    前記基板の表面には感光層が形成され、
    前記ビームは前記感光層に対して所定の感度を有する波長に設定され、前記計測光は前記感光層に対して非感光性、または低感度の波長に設定される、パターン描画方法。
  17. パターン情報に応じて強度変化された描画ビームを基板上に投射して、前記基板上に新たなパターンを描画するパターン描画装置であって、
    前記描画ビームを偏向する偏向部材によって、前記描画ビームを前記基板上で走査するビーム走査部と、
    前記基板上に特定材料で予め形成されている第１パターンの少なくとも一部に、前記描画ビームが投射されたときに発生する反射光を光電検出する第１の光検出部と、
    前記描画ビームとは異なる波長の計測ビームが前記ビーム走査部を介して前記基板上で走査されるように、前記計測ビームを前記偏向部材に導く計測ビーム送光系と、
    前記基板上の前記第１パターンの少なくとも一部に、前記計測ビームが投射されたときに発生する反射光を光電検出する第２の光検出部と、
    前記第１の光検出部と前記第２の光検出部の少なくとも一方から出力される信号に基づいて、前記描画ビームによって前記基板上に描画される前記新たなパターンの位置を制御する制御部と、
    を備える、パターン描画装置。
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