JP4106394B2 - マルチビーム光学系 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源から発する光束を複数に分割して描画面上に導くマルチビーム光学系に関し、特に、曲面ミラーを用いた光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のマルチビーム光学系は、例えば半導体素子の回路パターンを形成する走査式描画装置に利用されている。マルチビーム方式の走査式描画装置は、複数のビームスポットを同時に描画面上で走査させ、一回の走査で複数の走査線を形成することにより、効率よく回路パターンを描画することができる。
【０００３】
ところで、半導体素子の分野では、回路の密度を高めて素子を小型化するため、回路パターンの微細化が進んでいる。そして、高精細のパターンを形成するためには、描画装置に利用される光源の波長は短いほど望ましいため、紫外域の光束を発するレーザーが光源として用いられている。ただし、光学ガラスは一般に紫外域での吸収が大きく、描画面上での光量を低下させるため、紫外域の光束を用いる場合には光学系の少なくとも一部にレンズに代えて曲面ミラーを用いることが望ましい。この場合、曲面ミラーに対する入射光と曲面ミラーからの反射光とを空間的に分離しなければならないので、入射光路に対してその光軸を傾斜させて反射曲面ミラーを配置することによって、入射光路と射出光路とに所定の分離角度を持たせる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マルチビーム方式の光学系に曲面ミラーを含めると、この光路の分離に起因して描画面上でビーム列が湾曲するという問題がある。即ち、マルチビーム方式の走査式描画装置は、描画面上で複数のビームスポットを一直線状に並ぶスポット列として形成する必要があるが、同一平面内で均等に並ぶビーム列を光軸から傾斜した方向から曲面ミラーに入射させ、これによって所定の分離角度を持たせて反射させると、反射後のビーム列が断面内において湾曲し、その結果、描画面上において本来均等であるべき走査線の間隔が不均一になる。図１３は、５本の光束を用いた走査式描画装置の描画面上でのスポット列を示す。実線の楕円で示した理想的なスポット位置に対し、実際のスポットは破線の楕円で示すようにシフトし、実線で示す直線状のスポット列は、破線で示すような湾曲したスポット列となる。
【０００５】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、曲面ミラーを含むにも拘わらず、描画面上でのビーム列の湾曲を防ぐことができるマルチビーム光学系の提供を、目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかるマルチビーム光学系は、上記課題を達成するために、光源と、この光源から射出された光束を複数本に分岐してそれぞれ異なる角度で射出させる分岐素子と、前記分岐素子により分岐された光束を伝搬して描画面上に収束させる伝搬光学系とを備えるマルチビーム光学系において、前記伝搬光学系が、全体として条件式
【０００７】
【数２】
【０００８】
を実質的に満たす複数の曲面ミラーの組を、含む。但し、上記条件式において、θiは前記分岐素子によって偏向されずに直進する直進光のビーム軸とｉ番目の曲面ミラーの光軸との傾斜角であり、Ａiは前記分岐素子にて分岐された特定分岐光のビーム軸がｉ番目のミラーの通過時に前記直進光のビーム軸に対して一方側にあるときに＋１をとるとともに他方側にあるときに−１をとる変数であり、ω0は前記光束の前記分岐素子からの射出時におけるビーム径，ωiは各光束のｉ番目の曲面ミラー入射時におけるビーム径である。
【０００９】
このように構成されると、各曲面ミラーによってビーム列の湾曲に与えられる湾曲の影響が最終的に打ち消されるので、描画面上に形成されたビームスポット列が直線状となる。なお、上記条件式は、実質的に満足されていれば良いのであって、本来の走査線間の間隔よりも小さい湾曲量を生じさせる程度の誤差は許容される。
【００１０】
本発明において、伝搬光学系中の曲面ミラーは、少なくとも２枚あれば、紫外域のレーザビームの吸収を抑えることができると同時に、描画面上でのビーム列の湾曲を防止できる。この場合、伝搬光学系としての機能を達成するためには、屈折レンズを併用しなければならないが、この屈折レンズは、曲面ミラー間に存在しても良い。この場合であっても、上記条件式は、曲面ミラーの焦点距離ではなくビーム径を変数としているので、適用可能である。伝搬光学系中において、上記条件式を満たす複数の曲面ミラーはどこに配置されていても良いが、マルチチャンネル変調器によって各光束を変調する構成が採用された場合には、分岐素子とマルチチャンネル変調器との間に配置されれば、マルチチャンネル変調器への入射時点でビーム列の湾曲が打ち消されるので、マルチチャンネル変調器の設置が容易となる。但し、この場合でも、上記条件式を独自に満たす複数の曲面ミラーをマルチチャンネル変調器と描画面との間に配置しても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるマルチビーム光学系の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、この発明のマルチビーム光学系が適用された本実施形態による走査光学系の一部を示す光学構成図、図２は、図１に示す面内においてビーム軸が一直線状となるように走査光学系の一部を展開して示す説明図、図３は、図２における矢印III方向から見た状態を示す説明図、図４は、各曲面ミラーの傾斜角等の説明図である。これら各図においては、走査光学系を構成する各光学部材（曲面ミラー及びレンズ）は、その厚さが無い薄肉系として概略図示されている。また、各光学部材（曲面ミラー）の傾きは、その図面の紙面と平行な平面内における入射光に対する傾きを示している（展開図であるが故に、反射光に対する傾きは示されていない）。
【００１３】
本実施形態による走査光学系は、図２及び図３に示すように、紫外域のレーザビームを発するレーザー光源１０と、このレーザー光源１０からのレーザビームの径を調整するビームエキスパンダ２０と、このビームエキスパンダ２０から平行光として射出されたレーザビームを回折させることにより複数本の平行光束に分岐してそれぞれ異なる角度で射出させる回折分岐素子３０と、回折分岐素子３０により分岐された複数の光束を伝搬して夫々の主光線を平行に並べた状態で収束させる収束光学系４０と、この収束光学系４０から射出された各光束のビームウェスト位置に配置されたマルチチャンネル音響光学変調器(ＡＯＭ）５１と、このマルチチャンネルＡＯＭ５１を通過した各光束を平行光にするコリメートレンズ５２と、このコリメートレンズ５２の射出瞳位置に配置されたピエゾミラー５３と、このピエゾミラー５３によって反射された各光束をリレーするリレーレンズ６０と、このリレーレンズ６０に関してピエゾミラー５３と共役な位置に反射面が存在するポリゴンミラー７０と、このポリゴンミラーによって偏向された各光束を描画面Ｓ上に収束させて複数のビームスポットを形成する結像光学系としての走査レンズ８０とを、備える。
【００１４】
なお、ポリゴンミラー７０は、図３における紙面に略直交する方向（図２における上下方向）を向いた回転軸を中心として回転することによって各光束を偏向するので、以下、図３における上下方向を、「主走査方向」と称する。また、描画面Ｓは、図２における上下方向に移動することによって、平面的な描画を可能としているので、以下、図２における上下方向を、「副走査方向」と称する。
【００１５】
レーザー光源１０は、紫外域のレーザービームを平行光束として射出する。
【００１６】
ビームエキスパンダ２０は、全体としてアフォーカル系であり、平行光として入射したレーザビームのビーム径を調整して、平行光として射出する。
【００１７】
回折分岐素子３０は、透明基板のいずれか一方の表面に、多数の微細な帯状の基準位相パターンを有する回折格子が形成されることによって構成されている。この回析分岐素子３０は、描画面Ｓ上でのスポット列が図１３に示すように副走査方向から時計方向に約６０度傾いた方向を向くように、その格子ベクトルの方向（格子縞に直交する方向）を、副走査方向から時計方向に約６０度傾いた方向に向けている。この回折分岐素子３０は、入射光束を格子ベクトルの方向へ回折させることにより複数本の光束に分岐して、それぞれの光束を互いに異なる角度で射出させる。図３中では、非回折光（０次光，回折分岐素子３０によって偏向されずに直進する直進光）が実線、回折光の一つ（例えば、＋１次光）が破線で示されている。この０次光のビーム軸を、以下、「ビーム中心軸ｌ」という。
【００１８】
収束光学系４０は、３枚以上の奇数（ｎ）枚の曲面ミラー（第１曲面ミラー４１，第２曲面ミラー４２，…第ｎ曲面ミラー４ｎ）の組から、構成される。先頭の第１曲面ミラー４１は、ビーム中心軸ｌ上において、回折分岐素子３０の回折格子からの距離が自身の焦点距離ｆ1と合致する位置に配置されている。次の第２曲面ミラー４２は、第１曲面ミラー４１によって折り曲げられたビーム中心軸ｌ上において、第１曲面ミラー４１からの距離が第１曲面ミラー４１の焦点距離ｆ1と自身の焦点距離ｆ2の和と合致する位置に配置されている。同様に、第ｉ曲面ミラー４ｉは、第（i-1）曲面ミラー（4i-1）によって折り曲げられたビーム中心軸ｌ上において、第（i-1）曲面ミラー（4i-1）からの距離が第（i-1）曲面ミラー（4i-1）の焦点距離ｆ(i-1)と自身の焦点距離ｆiの和と合致する位置に配置されている。ビーム中心軸ｌに対する第ｉ曲面ミラー４ｉの光軸（反射面の中心とその曲率中心とを結ぶ軸）の傾斜角（以下、単に「第ｉ曲面ミラー４ｉの傾斜角」という）を、θiと表記する。なお、この傾斜角θiの極性は、ビーム中心軸ｌに対して第ｉ曲面ミラー４ｉの光軸が副走査方向（格子ベクトルに直交する方向）における一方側（図１の上側）へ傾斜している場合には正をとり、他方側（図１の下側）へ傾斜している場合には負をとる。
【００１９】
図４に示すように、収束光学系４０内において、第１曲面ミラー４１と第２曲面ミラー４２との間では、各光束のビーム軸はビーム中心軸ｌと平行となり、各光束は第１曲面ミラー４１からの距離がその焦点距離ｆ１と合致する位置において一旦収束した後に、発散しつつ第２曲面ミラー４２に入射する。従って、第２曲面ミラー４２に入射した時点における各光束のビーム径ω２は、第１曲面ミラー４１に入射した時点における各光束のビーム径ω１に対して、ｆ２／ｆ１倍となる。また、第２曲面ミラー４２と第３曲面ミラー４３との間では、各光束は平行光となり、各光束のビーム軸は第２曲面ミラー４２からの距離がその焦点距離ｆ２と合致する位置においてビーム中心軸ｌと交差する。従って、第３曲面ミラー４３に入射した時点における各光束のビーム径ω３は、第２曲面ミラー４２に入射した時点における各光束のビーム径ω２と同じである。また、第３曲面ミラー４３の後方では、各光束のビーム軸はビーム中心軸ｌと平行となり、各光束は第３曲面ミラー４３からの距離がその焦点距離ｆ３と合致する位置（即ち、マルチチャンネルＡＯＭ５１の位置）において収束する。以上をまとめると、曲面ミラーのみで構成される場合、奇数枚目の曲面ミラーと偶数枚目の曲面ミラーとの間では、各光束のビーム軸はビーム中心軸ｌと平行となり、各光束は奇数枚目の曲面ミラーからの距離がその焦点距離と合致する位置において一旦収束した後に、偶数枚目の曲面ミラーの焦点距離／奇数枚目の曲面ミラーの焦点距離の比率に対応したビーム径にて偶数枚目の曲面ミラーに入射する。また、偶数枚目の曲面ミラーと奇数枚目の曲面ミラーとの間では、各光束は平行光となって同一のビーム径にて奇数枚目の曲面ミラーに入射し、各光束のビーム軸は偶数枚目の曲面ミラーからの距離がその焦点距離と合致する位置においてビーム中心軸ｌと交差する。
【００２０】
マルチチャンネルＡＯＭ５１は、収束光学系４０の第３曲面ミラー４３によって折り曲げられたビーム中心軸ｌ上において、この第３曲面ミラー４３からの距離がその焦点距離と合致する位置に配置されている。このマルチチャンネルＡＯＭ５１は、収束光学系４０によって収束された各光束に夫々対応した複数のチャンネルから構成された素子である。このマルチチャンネルＡＯＭ５１の各チャンネルは、夫々、制御信号に基づいて発生する超音波によって屈折率の周期的変動が生じ、そこを光が通過するときの回折を利用して光の方向を切り替える。そして、各チャンネルを直進する光束，又は回折光を、変調光として選択する。よって、マルチチャンネルＡＯＭ５１は、各チャンネルを独立して制御することにより、各光束を独立して変調することができる。
【００２１】
コリメートレンズ５２は、ビーム中心軸ｌ上において、自らの前側焦点がマルチチャンネルＡＯＭ５１と合致する位置に配置されている。このコリメートレンズ５２から射出された各光束は平行となり、各光束のビーム軸はコリメートレンズ５２の後側焦点においてビーム中心軸ｌと交差する。
【００２２】
ピエゾミラー５３は、コリメートレンズ５２を透過した各光束のビーム軸が交差する位置に配置されている。このピエゾミラー５３は、各光束を反射するとともに、その反射角をポリゴンミラー７０での反射面の傾斜に追従させてアクティブに変化させることにより、ポリゴンミラー７０の面倒れ誤差による影響を補正する。
【００２３】
リレーレンズ６０は、第１レンズ６１及び第２レンズ６２からなり、全体としてアフォーカル光学系をなす。先頭の第１レンズ６１は、ピエゾミラー５３によって折り曲げられたビーム中心軸ｌ上において、自らの前側焦点がピエゾミラー５３と合致する位置に配置されている。第２レンズ６２は、ビーム中心軸ｌ上において、自らの前側焦点が第１レンズ６１の後側焦点と合致する位置に配置されている。このリレーレンズ６０を透過することにより、各光束は、第２レンズ６２の焦点距離／第１レンズ６１の焦点距離の比率が示す倍率で平行光として拡大され、第２レンズ６２の後側焦点に配置されたポリゴンミラー７０の反射面における同一位置へ、ビーム中心軸ｌを中心とした均等な角度差で入射する。
【００２４】
このポリゴンミラー７０は、その回転軸を中心として回転することにより、その反射面に入射した各光束を、副走査方向に均等な角度差をもった平行光のまま、主走査方向へ偏向・走査する。
【００２５】
走査レンズ８０は、主走査方向及び副走査方向にｆθ特性を有し、ポリゴンミラー７０によって反射された各光束を収束させ、描画面Ｓ上において、副走査方向において等間で一直線状に並んだスポット列を形成し、ポリゴンミラー７０の回転に伴って、主走査方向に等速度で同時に走査する。
【００２６】
以上に説明したビームエキスパンダ２０から走査レンズ８０に到る伝搬光学系は、紫外域のビームを用いているため、そこに含まれるレンズの数が少ない方が、レンズの吸収による光量損失を避けるためには望ましい。そのため、ビームエキスパンダ２０及び収束光学系４０は、曲面ミラーから構成されている。但し、収束光学系４０は、回折分岐素子３０以降に配置されているため、その光軸のビーム中心軸ｌに対する傾きが、描画面Ｓ上でのビーム列を湾曲させる原因となってしまう。そのため、収束光学系４０を構成する各曲面ミラー間における光束のビーム径に対する倍率及び各曲面ミラーの傾きは、このようなビーム列の湾曲を打ち消して描画面Ｓ上において一直線状とするように、以下の条件に従って、夫々設定されている。
【００２７】
いま、各曲面ミラーの先頭側からの番号を１つ減じて２で除算したときの商の整数部分が偶数である場合にＡi＝＋１，奇数である場合にＡi＝−１とすると、Ａi＝＋１は特定次数の回折光（特定分岐光）がビーム中心軸ｌの片側を通る曲面ミラーであることを示し、Ａi＝−１は同じ次数の回折光がビーム中心軸ｌの反対側を通る曲面ミラーであることを示す。また、基準位置（即ち、回折分岐素子３０）での光束のビーム径をω0とし、第ｉ曲面ミラー４ｉでの光束のビーム径をωiとすると、ω0／ωiは基準位置から第ｉ曲面ミラー４ｉまでにおける光束に対する倍率を示す。従って、第ｉ曲面ミラー４ｉについてのＡi，ビーム中心軸ｌに対する傾斜角θi，及び、倍率ω0／ωiの積は、その曲面ミラー４ｉにおいてビーム列の湾曲に対して及ぼされる影響の程度を示す。従って、収束光学系４０を構成する各曲面ミラーについて計算された上記積の総和が正方向に大きくなる場合には、収束光学系４０から射出されたビーム列の一方側への湾曲が大きくなり、その総和が負方向に大きくなる場合には、収束光学系４０から射出されたビーム列の他方側への湾曲が大きくなり、その総和が０となる場合には、収束光学系４０から射出されたビーム列の湾曲が打ち消されて直線状となる。以上をまとめると、収束光学系４０を構成する各曲面ミラーの組が下記条件式（１）を満たしたときに、収束光学系４０から射出されてマルチビームＡＯＭ５１にて収束するビーム列が一直線状となる。
【００２８】
【数３】
【００２９】
……（１）
上記条件式（１）が満たされることによって、マルチビームＡＯＭ５１にて収束するビーム列が一直線状となると、それより後方には曲面ミラーが配置されていないので、ビーム列が再び湾曲されることはない。
【００３０】
以下、本実施形態の収束光学系４の具体的な実施例を４例列挙する。
【００３１】
【実施例１】
第１実施例は、収束光学系４を３枚の曲面ミラー（第１曲面ミラー４１，第２曲面ミラー４２，第３曲面ミラー４３）から構成するとともに、各曲面ミラー４１〜４２を同一方向に傾斜させた例である。図５は、実施例１の収束光学系４の実際の配置を副走査方向において示す光学構成図であり、図６は、収束光学系４をそのビーム中心軸ｌを直線化して示す展開図である。
【００３２】
図６に示すように、第１曲面ミラー４１の焦点距離ｆ1は１２０ｍｍ、第２曲面ミラー４２の焦点距離ｆ2は１２０ｍｍ、第３曲面ミラー４３の焦点距離ｆ3は１２０ｍｍであるので、基準位置におけるビーム径ω0を１とすると、第１曲面ミラー４１でのビーム径はω1は１（＝ω0）、第２曲面ミラー４２でのビーム径ω2は１（＝ω1・ｆ2／ｆ1）、第３曲面ミラー４３でのビーム径ω3は１（＝ω2）である。従って、各曲面ミラー４１〜４３のＡ1〜Ａ3，傾斜角θ1〜θ3，ω1〜ω3，をまとめると、以下の通りとなる。
【００３３】
第１曲面ミラー４１ 第２曲面ミラー４２ 第３曲面ミラー４３
Ａ1 ：+1 Ａ2 ：+1 Ａ3 ：-1
傾斜角θ1 ：+5゜ 傾斜角θ2 ：+5゜ 傾斜角θ3 ：+10゜
ビーム径ω1：１ ビーム径ω2：１ ビーム径ω3：１
従って、上記条件式（１）の計算結果は０となるので、実施例１によると、描画面Ｓ上においてスポット列が直線状となる。
【００３４】
【実施例２】
第２実施例は、収束光学系４を３枚の曲面ミラー（第１曲面ミラー４１，第２曲面ミラー４２，第３曲面ミラー４３）から構成するとともに、各曲面ミラー４１〜４２を同一方向に傾斜させた例である。図７は、実施例２の収束光学系４の実際の配置を副走査方向において示す光学構成図であり、図８は、収束光学系４をそのビーム中心軸ｌを直線化して示す展開図である。
【００３５】
図８に示すように、第１曲面ミラー４１の焦点距離ｆ1は１２０ｍｍ、第２曲面ミラー４２の焦点距離ｆ2は６０ｍｍ、第３曲面ミラー４３の焦点距離ｆ3は１２０ｍｍであるので、基準位置におけるビーム径ω0を１とすると、第１曲面ミラー４１でのビーム径はω1は１（＝ω0）、第２曲面ミラー４２でのビーム径ω2は０．５（＝ω1・ｆ2／ｆ1）、第３曲面ミラー４３でのビーム径ω3は０．５（＝ω2）である。従って、各曲面ミラー４１〜４３のＡ1〜Ａ3，傾斜角θ1〜θ3，ω1〜ω3，をまとめると、以下の通りとなる。
【００３６】
第１曲面ミラー４１ 第２曲面ミラー４２ 第３曲面ミラー４３
Ａ1 ：+1 Ａ2 ：+1 Ａ3 ：-1
傾斜角θ1 ：+5゜ 傾斜角θ2 ：+5゜ 傾斜角θ3 ：+7.5゜
ビーム径ω1：１ ビーム径ω2：０．５ ビーム径ω3：０．５
従って、上記条件式（１）の計算結果は０となるので、実施例２によると、描画面Ｓ上においてスポット列が直線状となる。
【００３７】
【実施例３】
第３実施例は、収束光学系４を３枚の曲面ミラー（第１曲面ミラー４１，第２曲面ミラー４２，第３曲面ミラー４３）から構成するとともに、各曲面ミラー４１〜４２を同一方向に傾斜させた例である。図９は、実施例３の収束光学系４の実際の配置を副走査方向において示す光学構成図であり、図１０は、収束光学系４をそのビーム中心軸ｌを直線化して示す展開図である。
【００３８】
図１０に示すように、第１曲面ミラー４１の焦点距離ｆ1は１２０ｍｍ、第２曲面ミラー４２の焦点距離ｆ2は６０ｍｍ、第３曲面ミラー４３の焦点距離ｆ3は１２０ｍｍであるので、基準位置におけるビーム径ω0を１とすると、第１曲面ミラー４１でのビーム径はω1は１（＝ω0）、第２曲面ミラー４２でのビーム径ω2は０．５（＝ω1・ｆ2／ｆ1）、第３曲面ミラー４３でのビーム径ω3は０．５（＝ω2）である。従って、各曲面ミラー４１〜４３のＡ1〜Ａ3，傾斜角θ1〜θ3，ω1〜ω3，をまとめると、以下の通りとなる。
【００３９】
第１曲面ミラー４１ 第２曲面ミラー４２ 第３曲面ミラー４３
Ａ1 ：+1 Ａ2 ：+1 Ａ3 ：-1
傾斜角θ1 ：＋2.5゜ 傾斜角θ2 ：+3.75゜ 傾斜角θ3 ：+5゜
ビーム径ω1：１ ビーム径ω2：０．５ ビーム径ω3：０．５
従って、上記条件式（１）の計算結果は０となるので、実施例３によると、描画面Ｓ上においてスポット列が直線状となる。
【００４０】
【実施例４】
第４実施例は、収束光学系４を５枚の曲面ミラー（第１曲面ミラー４１，第２曲面ミラー４２，第３曲面ミラー４３，第４曲面ミラー４４，第５曲面ミラー４５）から構成するとともに、第３曲面ミラー４３及び第５曲面ミラー４５の傾斜方向をそれ以外のものとは逆方向に向けた例である。図１１は、実施例４の収束光学系４の実際の配置を副走査方向において示す光学構成図であり、図１２は、収束光学系４をそのビーム中心軸ｌを直線化して示す展開図である。
【００４１】
図１２に示すように、第１曲面ミラー４１の焦点距離ｆ1は１２０ｍｍ、第２曲面ミラー４２の焦点距離ｆ2は１２０ｍｍ、第３曲面ミラー４３の焦点距離ｆ2は１２０ｍｍ、第４曲面ミラー４４の焦点距離ｆ4は６０ｍｍ、第５曲面ミラー４５の焦点距離ｆ5は１２０ｍｍであるので、基準位置におけるビーム径ω0を１とすると、第１曲面ミラー４１でのビーム径はω1は１（＝ω0）、第２曲面ミラー４２でのビーム径ω2は１（＝ω1・ｆ2／ｆ1）、第３曲面ミラー４３でのビーム径ω3は１（＝ω2）、第４曲面ミラー４４でのビーム径ω4は０．５（＝ω3・ｆ4／ｆ3）、第５曲面ミラー４５でのビーム径ω15は０．５（＝ω4）である。従って、各曲面ミラー４１〜４５のＡ1〜Ａ5，傾斜角θ1〜θ5，ω1〜ω5，をまとめると、以下の通りとなる。
【００４２】
第１曲面ミラー４１ 第２曲面ミラー４２ 第３曲面ミラー４３
Ａ1 ：+1 Ａ2 ：+1 Ａ3 ：-1
傾斜角θ1 ：+5゜ 傾斜角θ2 ：+5゜ 傾斜角θ3 ：-5゜
ビーム径ω1：１ ビーム径ω2：１ ビーム径ω3：１
第４曲面ミラー４４ 第５曲面ミラー４５
Ａ4 ：-1 Ａ5 ：+1
傾斜角θ4 ：+2.5゜ 傾斜角θ5 ：-5゜
ビーム径ω4 ：0.5 ビーム径ω5：0.5
従って、上記条件式（１）の計算結果は０となるので、実施例４によると、描画面Ｓ上においてスポット列が直線状となる。
【００４３】
以上のように構成される本実施形態によるマルチビーム光学系によると、回折分岐素子３０から描画面Ｓに到る光路中において曲面ミラーが用いられる場合であっても、複数の曲面ミラー４１〜４ｎの傾斜角及び倍率（焦点距離）を適宜調整することによって、描画面Ｓ上でのスポット列の湾曲を打ち消して直線状に並べることができる。
【００４４】
なお、上記条件式（１）において倍率を加味するために各曲面ミラーの焦点距離を用いることなくビーム径ωを用いたのは、各曲面ミラー間に屈折レンズが配置された場合であっても適用可能とするためである。従って、収束光学系４０内に屈折レンズが含まれていても構わない。この場合、収束光学系４０内に含まれる曲面ミラーの枚数は偶数となっても良い。
【００４５】
また、本実施形態においては、マルチビーム光学系中において収束光学系４０を構成する奇数枚（３枚又は５枚）の曲面ミラー４１〜４ｎのみが上記条件式（１）を満足するように設定され、マルチチャンネルＡＯＭ５１の後方には屈折レンズのみが用いられるように構成されているが、曲面ミラーがマルチチャンネルＡＯＭ５１の後方に用いられていても、ポリゴンミラー７０までの光学系内に含まれる全曲面ミラーが全体として上記条件式（１）を満足させている限り、本発明の課題を達成することはできる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によるマルチビーム光学系によれば、曲面ミラーを含むにも拘わらず、描画面上でのビーム列の湾曲を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のマルチビーム光学系を走査光学系に適用した実施形態の光学系の一部を示す光学構成図。
【図２】 図１に示された走査光学系の一部を示す副走査方向における展開図
【図３】 走査光学系の全体を示す主走査方向における展開図
【図４】 収束光学系を構成する各曲面ミラーの傾斜角θi，ビーム径ωi及びＡiの説明図。
【図５】 実施例１の収束光学系の光学構成図
【図６】 実施例１の収束光学系を構成する各曲面ミラーの傾斜角θi，ビーム径ωi及びＡiの具体値を示す説明図
【図７】 実施例２の収束光学系の光学構成図
【図８】 実施例２の収束光学系を構成する各曲面ミラーの傾斜角θi，ビーム径ωi及びＡiの具体値を示す説明図
【図９】 実施例３の収束光学系の光学構成図
【図１０】 実施例３の収束光学系を構成する各曲面ミラーの傾斜角θi，ビーム径ωi及びＡiの具体値を示す説明図
【図１１】 実施例４の収束光学系の光学構成図
【図１２】 実施例４の収束光学系を構成する各曲面ミラーの傾斜角θi，ビーム径ωi及びＡiの具体値を示す説明図
【図１３】 曲面ミラーの傾きによる描画面上でのビーム列の湾曲を示す説明図。
【符号の説明】
１０ レーザー光源
２０ ビームエキスパンダ
３０ 回折分岐素子
４０ 収束光学系
５１ マルチチャンネルＡＯＭ
５２ コリメータレンズ
６０ リレーレンズ
８０ ｆθレンズ
Ｓ 描画面
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源から発する光束を複数に分割して描画面上に導くマルチビーム光学系に関し、特に、曲面ミラーを用いた光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のマルチビーム光学系は、例えば半導体素子の回路パターンを形成する走査式描画装置に利用されている。マルチビーム方式の走査式描画装置は、複数のビームスポットを同時に描画面上で走査させ、一回の走査で複数の走査線を形成することにより、効率よく回路パターンを描画することができる。
【０００３】
ところで、半導体素子の分野では、回路の密度を高めて素子を小型化するため、回路パターンの微細化が進んでいる。そして、高精細のパターンを形成するためには、描画装置に利用される光源の波長は短いほど望ましいため、紫外域の光束を発するレーザーが光源として用いられている。ただし、光学ガラスは一般に紫外域での吸収が大きく、描画面上での光量を低下させるため、紫外域の光束を用いる場合には光学系の少なくとも一部にレンズに代えて曲面ミラーを用いることが望ましい。この場合、曲面ミラーに対する入射光と曲面ミラーからの反射光とを空間的に分離しなければならないので、入射光路に対してその光軸を傾斜させて反射曲面ミラーを配置することによって、入射光路と射出光路とに所定の分離角度を持たせる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マルチビーム方式の光学系に曲面ミラーを含めると、この光路の分離に起因して描画面上でビーム列が湾曲するという問題がある。即ち、マルチビーム方式の走査式描画装置は、描画面上で複数のビームスポットを一直線状に並ぶスポット列として形成する必要があるが、同一平面内で均等に並ぶビーム列を光軸から傾斜した方向から曲面ミラーに入射させ、これによって所定の分離角度を持たせて反射させると、反射後のビーム列が断面内において湾曲し、その結果、描画面上において本来均等であるべき走査線の間隔が不均一になる。図１３は、５本の光束を用いた走査式描画装置の描画面上でのスポット列を示す。実線の楕円で示した理想的なスポット位置に対し、実際のスポットは破線の楕円で示すようにシフトし、実線で示す直線状のスポット列は、破線で示すような湾曲したスポット列となる。
【０００５】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、曲面ミラーを含むにも拘わらず、描画面上でのビーム列の湾曲を防ぐことができるマルチビーム光学系の提供を、目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかるマルチビーム光学系は、上記課題を達成するために、光源と、この光源から射出された光束を複数本に分岐してそれぞれ異なる角度で射出させる分岐素子と、前記分岐素子により分岐された光束を伝搬して描画面上に収束させる伝搬光学系とを備えるマルチビーム光学系において、前記伝搬光学系が、全体として条件式
【０００７】
【数２】
【０００８】
を実質的に満たす複数の曲面ミラーの組を、含む。但し、上記条件式において、θiは前記分岐素子によって偏向されずに直進する直進光のビーム軸とｉ番目の曲面ミラーの光軸との傾斜角であり、Ａiは前記分岐素子にて分岐された特定分岐光のビーム軸がｉ番目のミラーの通過時に前記直進光のビーム軸に対して一方側にあるときに＋１をとるとともに他方側にあるときに−１をとる変数であり、ω0は前記光束の前記分岐素子からの射出時におけるビーム径，ωiは各光束のｉ番目の曲面ミラー入射時におけるビーム径である。
【０００９】
このように構成されると、各曲面ミラーによってビーム列の湾曲に与えられる湾曲の影響が最終的に打ち消されるので、描画面上に形成されたビームスポット列が直線状となる。なお、上記条件式は、実質的に満足されていれば良いのであって、本来の走査線間の間隔よりも小さい湾曲量を生じさせる程度の誤差は許容される。
【００１０】
本発明において、伝搬光学系中の曲面ミラーは、少なくとも２枚あれば、紫外域のレーザビームの吸収を抑えることができると同時に、描画面上でのビーム列の湾曲を防止できる。この場合、伝搬光学系としての機能を達成するためには、屈折レンズを併用しなければならないが、この屈折レンズは、曲面ミラー間に存在しても良い。この場合であっても、上記条件式は、曲面ミラーの焦点距離ではなくビーム径を変数としているので、適用可能である。伝搬光学系中において、上記条件式を満たす複数の曲面ミラーはどこに配置されていても良いが、マルチチャンネル変調器によって各光束を変調する構成が採用された場合には、分岐素子とマルチチャンネル変調器との間に配置されれば、マルチチャンネル変調器への入射時点でビーム列の湾曲が打ち消されるので、マルチチャンネル変調器の設置が容易となる。但し、この場合でも、上記条件式を独自に満たす複数の曲面ミラーをマルチチャンネル変調器と描画面との間に配置しても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるマルチビーム光学系の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、この発明のマルチビーム光学系が適用された本実施形態による走査光学系の一部を示す光学構成図、図２は、図１に示す面内においてビーム軸が一直線状となるように走査光学系の一部を展開して示す説明図、図３は、図２における矢印III方向から見た状態を示す説明図、図４は、各曲面ミラーの傾斜角等の説明図である。これら各図においては、走査光学系を構成する各光学部材（曲面ミラー及びレンズ）は、その厚さが無い薄肉系として概略図示されている。また、各光学部材（曲面ミラー）の傾きは、その図面の紙面と平行な平面内における入射光に対する傾きを示している（展開図であるが故に、反射光に対する傾きは示されていない）。
【００１３】
本実施形態による走査光学系は、図２及び図３に示すように、紫外域のレーザビームを発するレーザー光源１０と、このレーザー光源１０からのレーザビームの径を調整するビームエキスパンダ２０と、このビームエキスパンダ２０から平行光として射出されたレーザビームを回折させることにより複数本の平行光束に分岐してそれぞれ異なる角度で射出させる回折分岐素子３０と、回折分岐素子３０により分岐された複数の光束を伝搬して夫々の主光線を平行に並べた状態で収束させる収束光学系４０と、この収束光学系４０から射出された各光束のビームウェスト位置に配置されたマルチチャンネル音響光学変調器(ＡＯＭ）５１と、このマルチチャンネルＡＯＭ５１を通過した各光束を平行光にするコリメートレンズ５２と、このコリメートレンズ５２の射出瞳位置に配置されたピエゾミラー５３と、このピエゾミラー５３によって反射された各光束をリレーするリレーレンズ６０と、このリレーレンズ６０に関してピエゾミラー５３と共役な位置に反射面が存在するポリゴンミラー７０と、このポリゴンミラーによって偏向された各光束を描画面Ｓ上に収束させて複数のビームスポットを形成する結像光学系としての走査レンズ８０とを、備える。
【００１４】
なお、ポリゴンミラー７０は、図３における紙面に略直交する方向（図２における上下方向）を向いた回転軸を中心として回転することによって各光束を偏向するので、以下、図３における上下方向を、「主走査方向」と称する。また、描画面Ｓは、図２における上下方向に移動することによって、平面的な描画を可能としているので、以下、図２における上下方向を、「副走査方向」と称する。
【００１５】
レーザー光源１０は、紫外域のレーザービームを平行光束として射出する。
【００１６】
ビームエキスパンダ２０は、全体としてアフォーカル系であり、平行光として入射したレーザビームのビーム径を調整して、平行光として射出する。
【００１７】
回折分岐素子３０は、透明基板のいずれか一方の表面に、多数の微細な帯状の基準位相パターンを有する回折格子が形成されることによって構成されている。この回析分岐素子３０は、描画面Ｓ上でのスポット列が図１３に示すように副走査方向から時計方向に約６０度傾いた方向を向くように、その格子ベクトルの方向（格子縞に直交する方向）を、副走査方向から時計方向に約６０度傾いた方向に向けている。この回折分岐素子３０は、入射光束を格子ベクトルの方向へ回折させることにより複数本の光束に分岐して、それぞれの光束を互いに異なる角度で射出させる。図３中では、非回折光（０次光，回折分岐素子３０によって偏向されずに直進する直進光）が実線、回折光の一つ（例えば、＋１次光）が破線で示されている。この０次光のビーム軸を、以下、「ビーム中心軸ｌ」という。
【００１８】
収束光学系４０は、３枚以上の奇数（ｎ）枚の曲面ミラー（第１曲面ミラー４１，第２曲面ミラー４２，…第ｎ曲面ミラー４ｎ）の組から、構成される。先頭の第１曲面ミラー４１は、ビーム中心軸ｌ上において、回折分岐素子３０の回折格子からの距離が自身の焦点距離ｆ1と合致する位置に配置されている。次の第２曲面ミラー４２は、第１曲面ミラー４１によって折り曲げられたビーム中心軸ｌ上において、第１曲面ミラー４１からの距離が第１曲面ミラー４１の焦点距離ｆ1と自身の焦点距離ｆ2の和と合致する位置に配置されている。同様に、第ｉ曲面ミラー４ｉは、第（i-1）曲面ミラー（4i-1）によって折り曲げられたビーム中心軸ｌ上において、第（i-1）曲面ミラー（4i-1）からの距離が第（i-1）曲面ミラー（4i-1）の焦点距離ｆ(i-1)と自身の焦点距離ｆiの和と合致する位置に配置されている。ビーム中心軸ｌに対する第ｉ曲面ミラー４ｉの光軸（反射面の中心とその曲率中心とを結ぶ軸）の傾斜角（以下、単に「第ｉ曲面ミラー４ｉの傾斜角」という）を、θiと表記する。なお、この傾斜角θiの極性は、ビーム中心軸ｌに対して第ｉ曲面ミラー４ｉの光軸が副走査方向（格子ベクトルに直交する方向）における一方側（図１の上側）へ傾斜している場合には正をとり、他方側（図１の下側）へ傾斜している場合には負をとる。
【００１９】
図４に示すように、収束光学系４０内において、第１曲面ミラー４１と第２曲面ミラー４２との間では、各光束のビーム軸はビーム中心軸ｌと平行となり、各光束は第１曲面ミラー４１からの距離がその焦点距離ｆ１と合致する位置において一旦収束した後に、発散しつつ第２曲面ミラー４２に入射する。従って、第２曲面ミラー４２に入射した時点における各光束のビーム径ω２は、第１曲面ミラー４１に入射した時点における各光束のビーム径ω１に対して、ｆ２／ｆ１倍となる。また、第２曲面ミラー４２と第３曲面ミラー４３との間では、各光束は平行光となり、各光束のビーム軸は第２曲面ミラー４２からの距離がその焦点距離ｆ２と合致する位置においてビーム中心軸ｌと交差する。従って、第３曲面ミラー４３に入射した時点における各光束のビーム径ω３は、第２曲面ミラー４２に入射した時点における各光束のビーム径ω２と同じである。また、第３曲面ミラー４３の後方では、各光束のビーム軸はビーム中心軸ｌと平行となり、各光束は第３曲面ミラー４３からの距離がその焦点距離ｆ３と合致する位置（即ち、マルチチャンネルＡＯＭ５１の位置）において収束する。以上をまとめると、曲面ミラーのみで構成される場合、奇数枚目の曲面ミラーと偶数枚目の曲面ミラーとの間では、各光束のビーム軸はビーム中心軸ｌと平行となり、各光束は奇数枚目の曲面ミラーからの距離がその焦点距離と合致する位置において一旦収束した後に、偶数枚目の曲面ミラーの焦点距離／奇数枚目の曲面ミラーの焦点距離の比率に対応したビーム径にて偶数枚目の曲面ミラーに入射する。また、偶数枚目の曲面ミラーと奇数枚目の曲面ミラーとの間では、各光束は平行光となって同一のビーム径にて奇数枚目の曲面ミラーに入射し、各光束のビーム軸は偶数枚目の曲面ミラーからの距離がその焦点距離と合致する位置においてビーム中心軸ｌと交差する。
【００２０】
マルチチャンネルＡＯＭ５１は、収束光学系４０の第３曲面ミラー４３によって折り曲げられたビーム中心軸ｌ上において、この第３曲面ミラー４３からの距離がその焦点距離と合致する位置に配置されている。このマルチチャンネルＡＯＭ５１は、収束光学系４０によって収束された各光束に夫々対応した複数のチャンネルから構成された素子である。このマルチチャンネルＡＯＭ５１の各チャンネルは、夫々、制御信号に基づいて発生する超音波によって屈折率の周期的変動が生じ、そこを光が通過するときの回折を利用して光の方向を切り替える。そして、各チャンネルを直進する光束，又は回折光を、変調光として選択する。よって、マルチチャンネルＡＯＭ５１は、各チャンネルを独立して制御することにより、各光束を独立して変調することができる。
【００２１】
コリメートレンズ５２は、ビーム中心軸ｌ上において、自らの前側焦点がマルチチャンネルＡＯＭ５１と合致する位置に配置されている。このコリメートレンズ５２から射出された各光束は平行となり、各光束のビーム軸はコリメートレンズ５２の後側焦点においてビーム中心軸ｌと交差する。
【００２２】
ピエゾミラー５３は、コリメートレンズ５２を透過した各光束のビーム軸が交差する位置に配置されている。このピエゾミラー５３は、各光束を反射するとともに、その反射角をポリゴンミラー７０での反射面の傾斜に追従させてアクティブに変化させることにより、ポリゴンミラー７０の面倒れ誤差による影響を補正する。
【００２３】
リレーレンズ６０は、第１レンズ６１及び第２レンズ６２からなり、全体としてアフォーカル光学系をなす。先頭の第１レンズ６１は、ピエゾミラー５３によって折り曲げられたビーム中心軸ｌ上において、自らの前側焦点がピエゾミラー５３と合致する位置に配置されている。第２レンズ６２は、ビーム中心軸ｌ上において、自らの前側焦点が第１レンズ６１の後側焦点と合致する位置に配置されている。このリレーレンズ６０を透過することにより、各光束は、第２レンズ６２の焦点距離／第１レンズ６１の焦点距離の比率が示す倍率で平行光として拡大され、第２レンズ６２の後側焦点に配置されたポリゴンミラー７０の反射面における同一位置へ、ビーム中心軸ｌを中心とした均等な角度差で入射する。
【００２４】
このポリゴンミラー７０は、その回転軸を中心として回転することにより、その反射面に入射した各光束を、副走査方向に均等な角度差をもった平行光のまま、主走査方向へ偏向・走査する。
【００２５】
走査レンズ８０は、主走査方向及び副走査方向にｆθ特性を有し、ポリゴンミラー７０によって反射された各光束を収束させ、描画面Ｓ上において、副走査方向において等間で一直線状に並んだスポット列を形成し、ポリゴンミラー７０の回転に伴って、主走査方向に等速度で同時に走査する。
【００２６】
以上に説明したビームエキスパンダ２０から走査レンズ８０に到る伝搬光学系は、紫外域のビームを用いているため、そこに含まれるレンズの数が少ない方が、レンズの吸収による光量損失を避けるためには望ましい。そのため、ビームエキスパンダ２０及び収束光学系４０は、曲面ミラーから構成されている。但し、収束光学系４０は、回折分岐素子３０以降に配置されているため、その光軸のビーム中心軸ｌに対する傾きが、描画面Ｓ上でのビーム列を湾曲させる原因となってしまう。そのため、収束光学系４０を構成する各曲面ミラー間における光束のビーム径に対する倍率及び各曲面ミラーの傾きは、このようなビーム列の湾曲を打ち消して描画面Ｓ上において一直線状とするように、以下の条件に従って、夫々設定されている。
【００２７】
いま、各曲面ミラーの先頭側からの番号を１つ減じて２で除算したときの商の整数部分が偶数である場合にＡi＝＋１，奇数である場合にＡi＝−１とすると、Ａi＝＋１は特定次数の回折光（特定分岐光）がビーム中心軸ｌの片側を通る曲面ミラーであることを示し、Ａi＝−１は同じ次数の回折光がビーム中心軸ｌの反対側を通る曲面ミラーであることを示す。また、基準位置（即ち、回折分岐素子３０）での光束のビーム径をω0とし、第ｉ曲面ミラー４ｉでの光束のビーム径をωiとすると、ω0／ωiは基準位置から第ｉ曲面ミラー４ｉまでにおける光束に対する倍率を示す。従って、第ｉ曲面ミラー４ｉについてのＡi，ビーム中心軸ｌに対する傾斜角θi，及び、倍率ω0／ωiの積は、その曲面ミラー４ｉにおいてビーム列の湾曲に対して及ぼされる影響の程度を示す。従って、収束光学系４０を構成する各曲面ミラーについて計算された上記積の総和が正方向に大きくなる場合には、収束光学系４０から射出されたビーム列の一方側への湾曲が大きくなり、その総和が負方向に大きくなる場合には、収束光学系４０から射出されたビーム列の他方側への湾曲が大きくなり、その総和が０となる場合には、収束光学系４０から射出されたビーム列の湾曲が打ち消されて直線状となる。以上をまとめると、収束光学系４０を構成する各曲面ミラーの組が下記条件式（１）を満たしたときに、収束光学系４０から射出されてマルチビームＡＯＭ５１にて収束するビーム列が一直線状となる。
【００２８】
【数３】
【００２９】
……（１）
上記条件式（１）が満たされることによって、マルチビームＡＯＭ５１にて収束するビーム列が一直線状となると、それより後方には曲面ミラーが配置されていないので、ビーム列が再び湾曲されることはない。
【００３０】
以下、本実施形態の収束光学系４の具体的な実施例を４例列挙する。
【００３１】
【実施例１】
第１実施例は、収束光学系４を３枚の曲面ミラー（第１曲面ミラー４１，第２曲面ミラー４２，第３曲面ミラー４３）から構成するとともに、各曲面ミラー４１〜４２を同一方向に傾斜させた例である。図５は、実施例１の収束光学系４の実際の配置を副走査方向において示す光学構成図であり、図６は、収束光学系４をそのビーム中心軸ｌを直線化して示す展開図である。
【００３２】
図６に示すように、第１曲面ミラー４１の焦点距離ｆ1は１２０ｍｍ、第２曲面ミラー４２の焦点距離ｆ2は１２０ｍｍ、第３曲面ミラー４３の焦点距離ｆ3は１２０ｍｍであるので、基準位置におけるビーム径ω0を１とすると、第１曲面ミラー４１でのビーム径はω1は１（＝ω0）、第２曲面ミラー４２でのビーム径ω2は１（＝ω1・ｆ2／ｆ1）、第３曲面ミラー４３でのビーム径ω3は１（＝ω2）である。従って、各曲面ミラー４１〜４３のＡ1〜Ａ3，傾斜角θ1〜θ3，ω1〜ω3，をまとめると、以下の通りとなる。
【００３３】
第１曲面ミラー４１ 第２曲面ミラー４２ 第３曲面ミラー４３
Ａ1 ：+1 Ａ2 ：+1 Ａ3 ：-1
傾斜角θ1 ：+5゜ 傾斜角θ2 ：+5゜ 傾斜角θ3 ：+10゜
ビーム径ω1：１ ビーム径ω2：１ ビーム径ω3：１
従って、上記条件式（１）の計算結果は０となるので、実施例１によると、描画面Ｓ上においてスポット列が直線状となる。
【００３４】
【実施例２】
第２実施例は、収束光学系４を３枚の曲面ミラー（第１曲面ミラー４１，第２曲面ミラー４２，第３曲面ミラー４３）から構成するとともに、各曲面ミラー４１〜４２を同一方向に傾斜させた例である。図７は、実施例２の収束光学系４の実際の配置を副走査方向において示す光学構成図であり、図８は、収束光学系４をそのビーム中心軸ｌを直線化して示す展開図である。
【００３５】
図８に示すように、第１曲面ミラー４１の焦点距離ｆ1は１２０ｍｍ、第２曲面ミラー４２の焦点距離ｆ2は６０ｍｍ、第３曲面ミラー４３の焦点距離ｆ3は１２０ｍｍであるので、基準位置におけるビーム径ω0を１とすると、第１曲面ミラー４１でのビーム径はω1は１（＝ω0）、第２曲面ミラー４２でのビーム径ω2は０．５（＝ω1・ｆ2／ｆ1）、第３曲面ミラー４３でのビーム径ω3は０．５（＝ω2）である。従って、各曲面ミラー４１〜４３のＡ1〜Ａ3，傾斜角θ1〜θ3，ω1〜ω3，をまとめると、以下の通りとなる。
【００３６】
第１曲面ミラー４１ 第２曲面ミラー４２ 第３曲面ミラー４３
Ａ1 ：+1 Ａ2 ：+1 Ａ3 ：-1
傾斜角θ1 ：+5゜ 傾斜角θ2 ：+5゜ 傾斜角θ3 ：+7.5゜
ビーム径ω1：１ ビーム径ω2：０．５ ビーム径ω3：０．５
従って、上記条件式（１）の計算結果は０となるので、実施例２によると、描画面Ｓ上においてスポット列が直線状となる。
【００３７】
【実施例３】
第３実施例は、収束光学系４を３枚の曲面ミラー（第１曲面ミラー４１，第２曲面ミラー４２，第３曲面ミラー４３）から構成するとともに、各曲面ミラー４１〜４２を同一方向に傾斜させた例である。図９は、実施例３の収束光学系４の実際の配置を副走査方向において示す光学構成図であり、図１０は、収束光学系４をそのビーム中心軸ｌを直線化して示す展開図である。
【００３８】
図１０に示すように、第１曲面ミラー４１の焦点距離ｆ1は１２０ｍｍ、第２曲面ミラー４２の焦点距離ｆ2は６０ｍｍ、第３曲面ミラー４３の焦点距離ｆ3は１２０ｍｍであるので、基準位置におけるビーム径ω0を１とすると、第１曲面ミラー４１でのビーム径はω1は１（＝ω0）、第２曲面ミラー４２でのビーム径ω2は０．５（＝ω1・ｆ2／ｆ1）、第３曲面ミラー４３でのビーム径ω3は０．５（＝ω2）である。従って、各曲面ミラー４１〜４３のＡ1〜Ａ3，傾斜角θ1〜θ3，ω1〜ω3，をまとめると、以下の通りとなる。
【００３９】
第１曲面ミラー４１ 第２曲面ミラー４２ 第３曲面ミラー４３
Ａ1 ：+1 Ａ2 ：+1 Ａ3 ：-1
傾斜角θ1 ：＋2.5゜ 傾斜角θ2 ：+3.75゜ 傾斜角θ3 ：+5゜
ビーム径ω1：１ ビーム径ω2：０．５ ビーム径ω3：０．５
従って、上記条件式（１）の計算結果は０となるので、実施例３によると、描画面Ｓ上においてスポット列が直線状となる。
【００４０】
【実施例４】
第４実施例は、収束光学系４を５枚の曲面ミラー（第１曲面ミラー４１，第２曲面ミラー４２，第３曲面ミラー４３，第４曲面ミラー４４，第５曲面ミラー４５）から構成するとともに、第３曲面ミラー４３及び第５曲面ミラー４５の傾斜方向をそれ以外のものとは逆方向に向けた例である。図１１は、実施例４の収束光学系４の実際の配置を副走査方向において示す光学構成図であり、図１２は、収束光学系４をそのビーム中心軸ｌを直線化して示す展開図である。
【００４１】
図１２に示すように、第１曲面ミラー４１の焦点距離ｆ1は１２０ｍｍ、第２曲面ミラー４２の焦点距離ｆ2は１２０ｍｍ、第３曲面ミラー４３の焦点距離ｆ2は１２０ｍｍ、第４曲面ミラー４４の焦点距離ｆ4は６０ｍｍ、第５曲面ミラー４５の焦点距離ｆ5は１２０ｍｍであるので、基準位置におけるビーム径ω0を１とすると、第１曲面ミラー４１でのビーム径はω1は１（＝ω0）、第２曲面ミラー４２でのビーム径ω2は１（＝ω1・ｆ2／ｆ1）、第３曲面ミラー４３でのビーム径ω3は１（＝ω2）、第４曲面ミラー４４でのビーム径ω4は０．５（＝ω3・ｆ4／ｆ3）、第５曲面ミラー４５でのビーム径ω15は０．５（＝ω4）である。従って、各曲面ミラー４１〜４５のＡ1〜Ａ5，傾斜角θ1〜θ5，ω1〜ω5，をまとめると、以下の通りとなる。
【００４２】
第１曲面ミラー４１ 第２曲面ミラー４２ 第３曲面ミラー４３
Ａ1 ：+1 Ａ2 ：+1 Ａ3 ：-1
傾斜角θ1 ：+5゜ 傾斜角θ2 ：+5゜ 傾斜角θ3 ：-5゜
ビーム径ω1：１ ビーム径ω2：１ ビーム径ω3：１
第４曲面ミラー４４ 第５曲面ミラー４５
Ａ4 ：-1 Ａ5 ：+1
傾斜角θ4 ：+2.5゜ 傾斜角θ5 ：-5゜
ビーム径ω4 ：0.5 ビーム径ω5：0.5
従って、上記条件式（１）の計算結果は０となるので、実施例４によると、描画面Ｓ上においてスポット列が直線状となる。
【００４３】
以上のように構成される本実施形態によるマルチビーム光学系によると、回折分岐素子３０から描画面Ｓに到る光路中において曲面ミラーが用いられる場合であっても、複数の曲面ミラー４１〜４ｎの傾斜角及び倍率（焦点距離）を適宜調整することによって、描画面Ｓ上でのスポット列の湾曲を打ち消して直線状に並べることができる。
【００４４】
なお、上記条件式（１）において倍率を加味するために各曲面ミラーの焦点距離を用いることなくビーム径ωを用いたのは、各曲面ミラー間に屈折レンズが配置された場合であっても適用可能とするためである。従って、収束光学系４０内に屈折レンズが含まれていても構わない。この場合、収束光学系４０内に含まれる曲面ミラーの枚数は偶数となっても良い。
【００４５】
また、本実施形態においては、マルチビーム光学系中において収束光学系４０を構成する奇数枚（３枚又は５枚）の曲面ミラー４１〜４ｎのみが上記条件式（１）を満足するように設定され、マルチチャンネルＡＯＭ５１の後方には屈折レンズのみが用いられるように構成されているが、曲面ミラーがマルチチャンネルＡＯＭ５１の後方に用いられていても、ポリゴンミラー７０までの光学系内に含まれる全曲面ミラーが全体として上記条件式（１）を満足させている限り、本発明の課題を達成することはできる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によるマルチビーム光学系によれば、曲面ミラーを含むにも拘わらず、描画面上でのビーム列の湾曲を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のマルチビーム光学系を走査光学系に適用した実施形態の光学系の一部を示す光学構成図。
【図２】 図１に示された走査光学系の一部を示す副走査方向における展開図
【図３】 走査光学系の全体を示す主走査方向における展開図
【図４】 収束光学系を構成する各曲面ミラーの傾斜角θi，ビーム径ωi及びＡiの説明図。
【図５】 実施例１の収束光学系の光学構成図
【図６】 実施例１の収束光学系を構成する各曲面ミラーの傾斜角θi，ビーム径ωi及びＡiの具体値を示す説明図
【図７】 実施例２の収束光学系の光学構成図
【図８】 実施例２の収束光学系を構成する各曲面ミラーの傾斜角θi，ビーム径ωi及びＡiの具体値を示す説明図
【図９】 実施例３の収束光学系の光学構成図
【図１０】 実施例３の収束光学系を構成する各曲面ミラーの傾斜角θi，ビーム径ωi及びＡiの具体値を示す説明図
【図１１】 実施例４の収束光学系の光学構成図
【図１２】 実施例４の収束光学系を構成する各曲面ミラーの傾斜角θi，ビーム径ωi及びＡiの具体値を示す説明図
【図１３】 曲面ミラーの傾きによる描画面上でのビーム列の湾曲を示す説明図。
【符号の説明】
１０ レーザー光源
２０ ビームエキスパンダ
３０ 回折分岐素子
４０ 収束光学系
５１ マルチチャンネルＡＯＭ
５２ コリメータレンズ
６０ リレーレンズ
８０ ｆθレンズ
Ｓ 描画面
Claims (7)
- 光源と、この光源から射出された光束を複数本に分岐してそれぞれ異なる角度で射出させる分岐素子と、前記分岐素子により分岐された光束を伝搬して描画面上に収束させる伝搬光学系とを備えるマルチビーム光学系において、
前記伝搬光学系は、全体として条件式
を実質的に満たす複数の曲面ミラーの組を、含む
ことを特徴とするマルチビーム光学系。 - 前記伝搬光学によって収束された各光束を前記画面に対して相対的に走査させる走査手段を、更に備える
ことを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光学系。 - 前記走査手段は、ポリゴンミラーであり、
前記条件式を満たす複数の曲面ミラーの組は、前記分岐素子と前記ポリゴンミラーとの間に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光学系。 - 前記伝搬光学系は、前記分岐素子により分岐された各光束を独立して変調するマルチチャンネル変調器を備えるとともに、
前記条件式を満たす複数の曲面ミラーは、前記分岐素子と前記マルチチャンネル変調器との間に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光学系。 - 前記分岐素子と前記マルチチャンネル変調器との間には、曲面ミラーとしては、正のパワーを有する奇数枚の曲面ミラーのみが配置されている
ことを特徴とする請求項４記載のマルチビーム光学系。 - 前記分岐素子の直後に配置されている曲面ミラーは、前記分岐素子からの距離がその焦点距離と合致する位置に配置されているとともに、
他の曲面ミラーは、直前の曲面ミラーからの距離が、当該直前の曲面ミラーの焦点距離及び自身の焦点距離の和と合致する位置に配置されている
ことを特徴とする請求項５記載のマルチビーム光学系。 - 前記分岐素子は回折分岐素子である
ことを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光学系。
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