JP7040453B2 - ビーム走査装置、パターン描画装置、およびパターン描画装置の精度検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象物の被照射面上に照射されるビームのスポット光を走査するビーム走査装置、そのようなビーム走査装置を用いて所定のパターンを描画露光するパターン描画装置、およびパターン描画装置の精度検査方法に関する。

従来、レーザビームのスポット光を被照射体（加工対象物）に投射し、且つ、スポット光を走査ミラー（ポリゴンミラー）によって１次元方向に主走査しつつ、被照射体を主走査方向と直交した副走査方向に移動させて、被照射体上に所望するパターンや画像（文字、図形等）を形成するために、例えば、下記に示す特開２００５－２６２２６０号公報のようなレーザ加工装置（光走査装置）を用いることが知られている。

特開２００５－２６２２６０号公報には、発振器１からのレーザ光を反射させて被加工物に照射されるレーザ光の被加工物上での照射位置をＹ方向（副走査方向）に補正するガルバノミラーと、ガルバノミラーで反射されたレーザ光を反射して被加工物上でＸ方向（主走査方向）に走査するポリゴンミラーと、ガルバノミラーで反射されたレーザ光を被加工物上に集光するｆθレンズと、レーザ光がｆθレンズを通過する際に発生する歪曲収差に対応して、レーザ光の被加工物上でのＹ方向の照射位置誤差を補正するようにガルバノミラーの反射角度を制御すると共に、レーザ光の被加工物上でのＸ方向の照射位置誤差を補正するように発振器によるレーザ光のパルス発振間隔を制御する制御部と、を設けることが開示されている。さらに特開２００５－２６２２６０号公報の図８には、ポリゴンミラーの各反射面の端部をポリゴンミラーの回転中に検出するための検出レーザ光を出射するレーザ光源と、ポリゴンミラーの各反射面の端部で反射した検出レーザ光の反射光を受光して端部検出信号を生成するディテクタとを設け、端部検出信号に基づいて発振器におけるパルス発振のタイミングを特開２００５－２６２２６０号公報の図９に示されているように制御する構成が示されている。特開２００５－２６２２６０号公報のようなポリゴンミラーを使ったレーザ加工装置（ビーム走査装置）では、ポリゴンミラーの回転を高速にするほど、被加工物の加工処理時間を短縮でき、生産性を高めることができる。しかしながら、ポリゴンミラーの回転を高速にするほど、主走査方向に関する加工位置のばらつきが目立ってくることがある。

本発明の第１の態様は、回転軸の回りに回転する回転多面鏡の複数の反射面の各々に加工用ビームを投射し、前記複数の反射面の各々で反射された前記加工用ビームを、走査用光学系を介して被照射体上で走査するビーム走査装置であって、前記回転多面鏡の前記複数の反射面の各々が所定の規定角度になるたびに原点信号を発生する原点検出部と、前記複数の反射面の各々に対応して発生する前記原点信号の時間的な間隔のばらつき量に応じた補正値を前記回転多面鏡の回転速度の変動に基づいて算出し、算出した前記補正値によって補正した補正原点信号を生成する補正部と、を備える。

本発明の第２の態様は、回転軸の回りに回転する回転多面鏡の複数の反射面の各々に描画用ビームを投射し、前記複数の反射面の各々で反射された前記描画用ビームを、走査用光学系を介して支持部材に支持された基板上で走査することにより、前記基板にパターンを描画するパターン描画装置であって、前記回転多面鏡の前記複数の反射面の各々が所定の規定角度になるたびに原点信号を発生する原点検出部と、前記原点信号の発生から所定の遅延時間後を、前記描画用ビームによるパターン描画の開始時点として設定する描画制御部と、前記複数の反射面の各々が前記規定角度となる時間的な間隔のばらつきに応じた補正値によって、前記描画制御部で設定される前記遅延時間を、前記複数の反射面ごとに補正する補正部と、前記支持部材または前記基板に形成された基準パターンを前記描画用ビームで走査したときに前記基準パターンから生じる反射光の発生時点と、前記原点信号の発生時点との間の時間を計測することによって前記ばらつきに応じた補正値を求める計測部と、を備える。

本発明の第３の態様は、回転軸の回りに回転する回転多面鏡の複数の反射面の各々に描画用ビームを投射し、前記複数の反射面の各々で反射された前記描画用ビームを、走査用光学系を介して支持部材に支持された基板上で走査することにより、前記基板にパターンを描画するパターン描画装置であって、前記回転多面鏡の前記複数の反射面の各々が所定の規定角度になるたびに原点信号を発生する原点検出部と、前記原点信号の発生から所定の遅延時間後を、前記描画用ビームによるパターン描画の開始時点として設定する描画制御部と、前記複数の反射面の各々が前記規定角度となる時間的な間隔のばらつきに応じた補正値によって、前記描画制御部で設定される前記遅延時間を、前記複数の反射面ごとに補正する補正部と、前記支持部材の支持面の一部に設けられた光電変換素子を有し、該光電変換素子が前記描画用ビームで走査されたときに得られる光電信号の発生時点と、前記原点信号の発生時点との間の時間を計測することによって前記ばらつきに応じた補正値を求める計測部と、を備える。

本発明の第４の態様は、回転軸の回りに回転する回転多面鏡の複数の反射面の各々に描画用ビームを投射し、前記複数の反射面の各々で反射された前記描画用ビームを、走査用光学系を介して支持部材に支持された基板上でスポット光に集光して主走査方向に走査するパターン描画装置の精度を検査する方法であって、前記回転多面鏡の前記複数の反射面の各々が所定の規定角度になるたびに原点検出部から発生する原点信号のうち、前記回転多面鏡の特定の反射面が前記規定角度になったときに発生する特定の原点信号に応答して、前記特定の反射面による前記スポット光の主走査方向の走査により検査用パターンの描画を行うように設定する段階と、前記回転多面鏡の回転によって繰り返し発生する前記特定の原点信号の間隔時間の間に、前記基板を前記スポット光のサイズよりも小さい距離だけ前記主走査方向と交差した副走査方向に移動させながら前記検査用パターンを描画する段階と、前記回転多面鏡の前記特定の反射面を異ならせて、前記設定する段階と前記描画する段階とを繰り返す段階と、前記基板に描画された前記検査用パターンの形状、又は前記主走査方向の配置のばらつきを計測して前記原点信号の精度を検査する段階と、を含む。

第１の実施の形態の基板に露光処理を施す露光装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す描画ユニットの具体的な構成図である。 図２に示す描画ユニット内でのポリゴンミラー、ｆθレンズ系、および、原点センサを構成するビーム受光系等の配置をＸＹ面内でみた図である。 図２、図３に示したビーム送光系とビーム受光系との配置を簡略化して示した図ある。 図３または図４に示した光電変換素子の詳細な構成を示す図である。 光源装置からのビームを６つの描画ユニットのいずれか１つに選択的に振り分けるための選択用光学素子を含むビーム切換部の概略的な構成を示す図である。 選択用光学素子および入射ミラー回りの具体的な構成を示す図である。 図３または図４に示した８面のポリゴンミラーの平面図である。 原点信号の発生タイミングの再現性（ばらつき）を計測する方法を説明する図である。 ポリゴンミラーの速度変動による時間誤差分を予想する方法を模式的に表した図である。 所定の条件下で、図９のような方法でポリゴンミラーの反射面の各々に対応して発生する原点信号の再現性を実測した結果を示すグラフである。 図１１とは異なる条件下で、図９のような方法でポリゴンミラーの反射面の各々に対応して発生する原点信号の再現性を実測した結果を示すグラフである。 主走査方向に５画素分の連続したパターンを、１画素当り２パルス分のスポット光を、スポットサイズの１／２で主走査方向と副走査方向とに重畳させて描画する状態を示す図である。 図１２の実測例による特性のグラフを模式的に表したグラフである。 原点信号を補正した原点信号（補正原点信号）の生成の状態を説明するタイムチャートである。 図１５のように、光電変換素子からの原点信号を入力して補正された原点信号（補正原点信号）を生成する補正回路（補正部）の構成の一例を示す図である。 変形例２による原点センサの構成を示す図である。 回転ドラムの外周面に形成されたライン＆スペース状の基準パターンを、スポット光で走査したときに光検出器から発生する光電信号の波形の一例を示す図である。 光検出器からの信号の波形をデジタルサンプリングする回路構成の一例を示す図である。 図１９の回路構成を用いて、補正原点信号または原点信号の原点時刻の発生タイミングのばらつきを計測する一例を示すタイムチャートである。 第３の実施の形態による補正原点信号（或いは、補正前の原点信号）の精度を検定するためのテスト露光の方法を説明する図である。 回転ドラムの外周面のうちの中心軸が延びる方向の端部に、周方向に連続した線状の基準パターンを設けた図である。 第４の実施の形態による回転ドラムＤＲの部分断面を示す図である。

本発明の態様に係るビーム走査装置、パターン描画装置、および、パターン描画装置の精度検査方法について、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（パターン描画装置）ＥＸの概略構成を示す斜視図である。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。

露光装置ＥＸ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デバイス製造システムで使われる基板処理装置である。デバイス製造システムは、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は、フレキシブル（可撓性）のシート状の基板（シート基板）Ｐをロール状に巻いた図示しない供給ロールから基板Ｐが送出され、送出された基板Ｐに対して各種処理を連続的に施した後、各種処理後の基板Ｐを図示しない回収ロールで巻き取る、いわゆる、ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ Ｔｏ Ｒｏｌｌ）方式の生産方式を有する。そのため、各種処理後の基板Ｐは、複数のデバイス（表示パネル）が基板Ｐの搬送方向に連なった状態で配列される多面取り用の基板となっている。供給ロールから送られた基板Ｐは、順次、前工程のプロセス装置、露光装置ＥＸ、および後工程のプロセス装置を通って各種処理が施され、回収ロールで巻き取られる。基板Ｐは、基板Ｐの移動方向（搬送方向）が長手方向（長尺方向）となり、幅方向が短手方向（短尺方向）となる帯状の形状を有する。

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や露光装置ＥＸ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２５μｍ～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、デバイス製造システム内で施される各処理において熱を受ける場合があるため、熱膨張係数が顕著に大きくない材質の基板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、デバイス製造システム（露光装置ＥＸ）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。

前工程のプロセス装置（単一の処理部または複数の処理部を含む）は、供給ロールから送られてきた基板Ｐを露光装置ＥＸに向けて所定の速度で長尺方向に沿って搬送しつつ、露光装置ＥＸへ送られる基板Ｐに対して前工程の処理を行う。この前工程の処理により、露光装置ＥＸへ送られてくる基板Ｐは、その表面に感光性機能層（光感応層）が形成された基板（感光基板）となっている。

この感光性機能層は、溶液として基板Ｐ上に塗布され、乾燥することによって層（膜）となる。感光性機能層の典型的なものはフォトレジスト（液状またはドライフィルム状）であるが、現像処理が不要な材料として、紫外線の照射を受けた部分の親撥液性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、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とするのがよい。

露光装置（処理装置）ＥＸは、前工程のプロセス装置から搬送されてきた基板Ｐを後工程のプロセス装置（単一の処理部または複数の処理部を含む）に向けて所定の速度で搬送しつつ、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。

本実施の形態において、露光装置ＥＸは、図１に示すようにマスクを用いない直描方式の露光装置、いわゆるスポット走査方式の露光装置（描画装置）である。露光装置ＥＸは、副走査のために基板Ｐを支持して長尺方向に搬送する回転ドラムＤＲと、回転ドラムＤＲで円筒面状に支持された基板Ｐの部分ごとにパターン露光を行う複数（ここでは６個）の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）とを備え、複数の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各々は、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）にポリゴンミラー（走査部材）で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、長尺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被露光領域は、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。この被露光領域に電子デバイスが形成されるので、被露光領域はデバイス形成領域でもある。

図１に示すように、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を長尺方向に搬送する。回転ドラムＤＲは、複数の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各々からのビーム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。なお、回転ドラムＤＲのＹ方向の両側には、回転ドラムＤＲを中心軸ＡＸｏの周りに回転させるようにベアリングで支持される不図示のシャフトが設けられる。そのシャフトには、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与えられ、回転ドラムＤＲは中心軸ＡＸｏ回りに一定の回転速度で回転する。

光源装置（パルス光源装置）ＬＳ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、基板Ｐの感光層に対する感度を有し、３７０ｎｍ以下の波長帯域にピーク波長を有する紫外線光である。光源装置ＬＳは、ここでは不図示の描画制御装置の制御にしたがって、周波数（発振周波数、所定周波数）Ｆａでパルス状のビームＬＢを発光して射出する。この光源装置ＬＳは、赤外波長域のパルス光を発生する半導体レーザ素子、ファイバー増幅器、および、増幅された赤外波長域のパルス光を紫外波長域のパルス光に変換する波長変換素子（高調波発生素子）などで構成されるファイバーアンプレーザ光源とする。このように光源装置ＬＳを構成することで、発振周波数Ｆａが数百ＭＨｚで、１パルス光の発光時間が数十ピコ秒以下の高輝度な紫外線のパルス光が得られる。なお、光源装置ＬＳから射出されるビームＬＢは、そのビーム径が１ｍｍ程度、若しくはそれ以下の細い平行光束になっているものとする。光源装置ＬＳをファイバーアンプレーザ光源とし、描画データを構成する画素の状態（論理値で「０」か「１」）に応じてビームＬＢのパルス発生を高速にオン／オフする構成については、国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレットに開示されている。

光源装置ＬＳから射出されるビームＬＢは、複数のスイッチング素子としての選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）と、複数の反射ミラーＭ１～Ｍ１２と、複数の入射ミラーＩＭｎ（ＩＭ１～ＩＭ６）と、吸収体ＴＲ等で構成されるビーム切換部を介して、描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各々に選択的（択一的）に供給される。選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）は、ビームＬＢに対して透過性を有するものであり、超音波信号で駆動されて、入射したビームＬＢの１次回折光を所定の角度で偏向して射出する音響光学変調素子（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator）で構成される。複数の選択用光学素子ＯＳｎおよび複数の入射ミラーＩＭｎは、複数の描画ユニットＵｎの各々に対応して設けられている。例えば、選択用光学素子ＯＳ１と入射ミラーＩＭ１は、描画ユニットＵ１に対応して設けられ、同様に、選択用光学素子ＯＳ２～ＯＳ６および入射ミラーＩＭ２～ＩＭ６は、それぞれ描画ユニットＵ２～Ｕ６に対応して設けられている。

光源装置ＬＳからビームＬＢは、反射ミラーＭ１～Ｍ１２によってその光路がつづらおり状に曲げられて、吸収体ＴＲまで導かれる。以下、選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）がいずれもオフ状態（超音波信号が印加されずに、１次回折光が発生していない状態）の場合で詳述する。なお、図１では図示を省略したが、反射ミラーＭ１から吸収体ＴＲまでのビーム光路中には複数のレンズが設けられ、この複数のレンズは、ビームＬＢを平行光束から収斂したり、収斂後に発散するビームＬＢを平行光束に戻したりする。その構成は後で図４を用いて説明する。

図１において、光源装置ＬＳからのビームＬＢは、Ｘ軸と平行に－Ｘ方向に進んで反射ミラーＭ１に入射する。反射ミラーＭ１で－Ｙ方向に反射されたビームＬＢは、反射ミラーＭ２に入射する。反射ミラーＭ２で＋Ｘ方向に反射されたビームＬＢは、選択用光学素子ＯＳ５をストレートに透過して反射ミラーＭ３に至る。反射ミラーＭ３で－Ｙ方向に反射されたビームＬＢは、反射ミラーＭ４に入射する。反射ミラーＭ４で－Ｘ方向に反射されたビームＬＢは、選択用光学素子ＯＳ６をストレートに透過して反射ミラーＭ５に至る。反射ミラーＭ５で－Ｙ方向に反射されたビームＬＢは、反射ミラーＭ６に入射する。反射ミラーＭ６で＋Ｘ方向に反射されたビームＬＢは、選択用光学素子ＯＳ３をストレートに透過して反射ミラーＭ７に至る。反射ミラーＭ７で－Ｙ方向に反射されたビームＬＢは、反射ミラーＭ８に入射する。反射ミラーＭ８で－Ｘ方向に反射されたビームＬＢは、選択用光学素子ＯＳ４をストレートに透過して反射ミラーＭ９に至る。反射ミラーＭ９で－Ｙ方向に反射されたビームＬＢは反射ミラーＭ１０に入射する。反射ミラーＭ１０で＋Ｘ方向に反射されたビームＬＢは、選択用光学素子ＯＳ１をストレートに透過して反射ミラーＭ１１に至る。反射ミラーＭ１１で－Ｙ方向に反射されたビームＬＢは、反射ミラーＭ１２に入射する。反射ミラーＭ１２で－Ｘ方向に反射したビームＬＢは、選択用光学素子ＯＳ２をストレートに透過して吸収体ＴＲに導かれる。この吸収体ＴＲは、ビームＬＢの外部への漏れを抑制するためにビームＬＢを吸収する光トラップである。

各選択用光学素子ＯＳｎは、超音波信号（高周波信号）が印加されると、入射したビーム（０次光）ＬＢを、高周波の周波数に応じた回折角で回折させた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ＯＳ１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ＯＳ２～ＯＳ６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ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）は、光源装置ＬＳからのビームＬＢの光路を偏向する機能を奏する。但し、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、選択用光学素子ＯＳｎの各々で偏向されたビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）は、元のビームＬＢの強度より低下している。また、本実施の形態では、選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）のうちの選択された１つだけが一定時間だけオン状態となるように、不図示の描画制御装置によって制御される。選択された１つの選択用光学素子ＯＳｎがオン状態のとき、その選択用光学素子ＯＳｎで回折されずに直進する０次光が２０％程度残存するが、それは最終的に吸収体ＴＲによって吸収される。

選択用光学素子ＯＳｎの各々は、偏向された１次回折光であるビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）を、入射するビームＬＢ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ＯＳｎの各々で偏向されて射出するビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）は、選択用光学素子ＯＳｎの各々から所定距離だけ離れた位置に設けられた入射ミラーＩＭｎ（ＩＭ１～ＩＭ６）に投射される。各入射ミラーＩＭｎは、入射したビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）を－Ｚ方向に反射することで、ビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）をそれぞれ対応する描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）に導く。

各選択用光学素子ＯＳｎの構成、機能、作用などは互いに同一のものを用いてもよい。複数の選択用光学素子ＯＳｎの各々は、描画制御装置からの駆動信号（超音波信号）のオン／オフにしたがって、入射したビームＬＢを回折させた回折光の発生をオン／オフする。例えば、選択用光学素子ＯＳ５は、描画制御装置からの駆動信号（高周波信号）が印加されずにオフ状態のとき、入射した光源装置ＬＳからのビームＬＢを回折させずに透過する。したがって、選択用光学素子ＯＳ５を透過したビームＬＢは、反射ミラーＭ３に入射する。一方、選択用光学素子ＯＳ５がオン状態のとき、入射したビームＬＢを回折させて入射ミラーＩＭ５に向かわせる。つまり、この駆動信号のオン／オフによって選択用光学素子ＯＳ５によるスイッチング（ビーム選択）動作が制御される。このようにして、各選択用光学素子ＯＳｎのスイッチング動作により、光源装置ＬＳからのビームＬＢをいずれか１つの描画ユニットＵｎに導くことができ、且つ、ビームＬＢｎが入射する描画ユニットＵｎを切り換えることができる。このように、複数の選択用光学素子ＯＳｎを光源装置ＬＳからのビームＬＢに対して直列（シリアル）に配置して、対応する描画ユニットＵｎに時分割でビームＬＢｎを供給する構成については、国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレットに開示されている。

ビーム切換部を構成する選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）の各々が一定時間だけオン状態となる順番は、例えば、ＯＳ１→ＯＳ２→ＯＳ３→ＯＳ４→ＯＳ５→ＯＳ６→ＯＳ１→・・・のように、予め定められている。この順番は、描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の各々に設定されるスポット光による走査開始タイミングの順番によって定められる。すなわち、本実施の形態では、６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々に設けられるポリゴンミラーの回転速度の同期と共に、回転角度の位相も同期させることで、描画ユニットＵ１～Ｕ６のうちのいずれか１つにおけるポリゴンミラーの１つの反射面が、基板Ｐ上で１回のスポット走査を行うように、時分割に切り替えることができる。そのため、描画ユニットＵｎの各々のポリゴンミラーの回転角度の位相が所定の関係で同期した状態であれば、描画ユニットＵｎのスポット走査の順番はどの様なものであってもよい。図１の構成では、基板Ｐの搬送方向（回転ドラムＤＲの外周面が周方向に移動する方向）の上流側に３つの描画ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５がＹ方向に並べて配置され、基板Ｐの搬送方向の下流側に３つの描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６がＹ方向に並べて配置される。

この場合、基板Ｐへのパターン描画は、上流側の奇数番の描画ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５から開始され、基板Ｐが一定長送られたら、下流側の偶数番の描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６もパターン描画を開始することになるので、描画ユニットＵｎのスポット走査の順番を、Ｕ１→Ｕ３→Ｕ５→Ｕ２→Ｕ４→Ｕ６→Ｕ１→・・・に設定することができる。そのため、選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）の各々が一定時間だけオン状態となる順番は、ＯＳ１→ＯＳ３→ＯＳ５→ＯＳ２→ＯＳ４→ＯＳ６→ＯＳ１→・・・のように定められている。なお、描画すべきパターンがない描画ユニットＵｎに対応した選択用光学素子ＯＳｎがオン状態となる順番のときであっても、選択用光学素子ＯＳｎのオン／オフの切り替え制御を描画データに基づいて行うことによって、強制的にオフ状態に維持されるので、その描画ユニットＵｎによるスポット走査は行われない。

図１に示すように、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々には、入射してきたビームＬＢ１～ＬＢ６を主走査するためのポリゴンミラーＰＭが設けられる。本実施の形態では、各描画ユニットＵｎのポリゴンミラーＰＭの各々が、同一の回転速度で精密に回転しつつ、互いに一定の回転角度位相を保つように同期制御される。これによって、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々から基板Ｐに投射されるビームＬＢ１～ＬＢ６の各々の主走査のタイミング（スポット光ＳＰの主走査期間）を、互いに重複しないように設定することができる。したがって、ビーム切換部に設けられた選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）の各々のオン／オフの切り替えを、６つのポリゴンミラーＰＭの各々の回転角度位置に同期して制御することで、光源装置ＬＳからのビームＬＢを複数の描画ユニットＵｎの各々に時分割で振り分けた効率的な露光処理ができる。

６つのポリゴンミラーＰＭの各々の回転角度の位相合わせと、選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）の各々のオン／オフの切り替えタイミングとの同期制御については、国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレットに開示されているが、８面ポリゴンミラーＰＭの場合、走査効率として、１つの反射面分の回転角度（４５度）のうちの１／３程度が、描画ラインＳＬｎ上でのスポット光ＳＰの１走査に対応するので、６つのポリゴンミラーＰＭを相対的に１５度ずつ回転角度の位相をずらして回転させると共に、各ポリゴンミラーＰＭが８つの反射面を一面飛ばしでビームＬＢｎを走査するように選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）の各々のオン／オフの切り替えが制御される。このように、ポリゴンミラーＰＭの反射面を１面飛ばしで使った描画方式についても、国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレットに開示されている。

図１に示すように、露光装置ＥＸは、同一構成の複数の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）を配列した、いわゆるマルチヘッド型の直描露光法となっている。描画ユニットＵｎの各々は、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Ｙ方向に区画された部分領域ごとにパターンを描画する。各描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）は、ビーム切換部からのビームＬＢｎを基板Ｐ上（基板Ｐの被照射面上）に投射しつつ、基板Ｐ上でビームＬＢｎを集光（収斂）する。これにより、基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）はスポット光ＳＰとなる。また、各描画ユニットＵｎのポリゴンミラーＰＭの回転によって、基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎ（ＬＢ１～ＬＢ６）のスポット光ＳＰは主走査方向（Ｙ方向）に走査される。このスポット光ＳＰの走査によって、基板Ｐ上に、１ライン分のパターンの描画のための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。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でもある。

描画ユニット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、描画ユニットＵ２～Ｕ６は、スポット光ＳＰを描画ラインＳＬ２～ＳＬ６に沿って走査する。図１に示すように、複数の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１～ＳＬ６）は、回転ドラムＤＲの中心軸ＡＸｏを含みＹＺ面と平行な中心面を挟んで、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、中心面に対して基板Ｐの搬送方向の上流側（－Ｘ方向側）の基板Ｐの被照射面上に位置し、且つ、Ｙ方向に沿って所定の間隔だけ離して１列に配置されている。偶数番の描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６は、中心面に対して基板Ｐの搬送方向の下流側（＋Ｘ方向側）の基板Ｐの被照射面上に位置し、且つ、Ｙ方向に沿って所定の間隔だけ離して１列に配置されている。そのため、複数の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）も、中心面を挟んで基板Ｐの搬送方向に２列に千鳥配列で配置され、奇数番の描画ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５と、偶数番の描画ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６とは、ＸＺ平面内でみると、中心面に対して対称に設けられている。

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

このように、複数の描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）は、全部で基板Ｐ上の露光領域の幅方向の寸法をカバーするように、Ｙ方向の走査領域（主走査範囲の区画）を分担している。例えば、１つの描画ユニットＵｎによるＹ方向の主走査範囲（描画ラインＳＬｎの長さ）を３０～６０ｍｍ程度とすると、計６個の描画ユニットＵ１～Ｕ６をＹ方向に配置することによって、描画可能な露光領域のＹ方向の幅を１８０～３６０ｍｍ程度まで広げている。なお、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。

本実施の形態の場合、光源装置ＬＳからのビームＬＢが、数十ピコ秒以下の発光時間のパルス光である場合、主走査の間に描画ラインＳＬｎ上に投射されるスポット光ＳＰは、ビームＬＢの発振周波数Ｆａ（例えば、４００ＭＨｚ）に応じて離散的になる。そのため、ビームＬＢの１パルス光によって投射されるスポット光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（直径）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）の強度となる幅寸法で決まる。本実施の形態では、実効的なサイズ（寸法）φに対して、φ×１／２程度スポット光ＳＰがオーバーラップするように、スポット光ＳＰの走査速度Ｖｓ（ポリゴンミラーＰＭの回転速度）および発振周波数Ｆａが設定される。したがって、パルス状のスポット光ＳＰの主走査方向に沿った投射間隔は、φ／２となる。そのため、副走査方向（描画ラインＳＬｎと直交した方向）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ＳＬｎを主走査方向に継ぐ場合も、φ／２だけオーバーラップさせることが望ましい。本実施の形態では、スポット光ＳＰのサイズ（寸法）φを３～４μｍ程度とする。

各描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）は、ＸＺ平面内でみたとき、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設定される。これにより、各描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）から基板Ｐに向かって進むビームＬＢｎの光路（ビーム主光線）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、各描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）から描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１～ＳＬ６）に照射されるビームＬＢｎは、円筒面状に湾曲した基板Ｐの表面の描画ラインＳＬｎでの接平面に対して、常に垂直となるように基板Ｐに向けて投射される。すなわち、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。

図１に示す描画ユニット（ビーム走査装置）Ｕｎは、同一構成となっていることから、描画ユニットＵ１についてのみ簡単に説明する。描画ユニットＵ１の詳細構成は後で図２を参照して説明する。描画ユニットＵ１は、反射ミラーＭ２０～Ｍ２４、ポリゴンミラーＰＭ、および、ｆθレンズ系（描画用走査レンズ）ＦＴを少なくとも備えている。なお、図１では、図示していないが、ビームＬＢ１の進行方向からみて、ポリゴンミラーＰＭの手前には第１のシリンドリカルレンズＣＹａ（図２参照）が配置され、ｆθレンズ系（ｆ－θレンズ系）ＦＴの後に第２のシリンドリカルレンズＣＹｂ（図２参照）が設けられている。第１のシリンドリカルレンズＣＹａと第２のシリンドリカルレンズＣＹｂにより、ポリゴンミラーＰＭの各反射面の倒れ誤差によるスポット光ＳＰ（描画ラインＳＬ１）の副走査方向への位置変動が補正される。

入射ミラーＩＭ１で－Ｚ方向に反射されたビームＬＢ１は、描画ユニットＵ１内に設けられる反射ミラーＭ２０に入射し、反射ミラーＭ２０で反射したビームＬＢ１は、－Ｘ方向に進んで反射ミラーＭ２１に入射する。反射ミラーＭ２１で－Ｚ方向に反射したビームＬＢ１は、反射ミラーＭ２２に入射し、反射ミラーＭ２２で反射したビームＬＢ１は、＋Ｘ方向に進んで反射ミラーＭ２３に入射する。反射ミラーＭ２３は、入射したビームＬＢ１をポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに向けて、ＸＹ平面と平行な面内で折り曲げるように反射する。

ポリゴンミラーＰＭは、入射したビームＬＢ１を、ｆθレンズ系ＦＴに向けて＋Ｘ方向側に反射する。ポリゴンミラーＰＭは、ビーム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ＸＹ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（回転多面鏡、可動偏向部材）ＰＭは、Ｚ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）とを有する回転多面鏡である。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が偏向され、基板Ｐの被照射面上に照射されるビームＬＢ１のスポット光ＳＰを主走査方向（基板Ｐの幅方向、Ｙ方向）に沿って走査することができる。このため、ポリゴンミラーＰＭの１回転で、基板Ｐの被照射面上にスポット光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。

ｆθレンズ系（走査系レンズ、走査用光学系）ＦＴは、ポリゴンミラーＰＭによって反射されたビームＬＢ１を、反射ミラーＭ２４に投射するテレセントリック系のスキャンレンズである。ｆθレンズ系ＦＴを透過したビームＬＢ１は、反射ミラーＭ２４を介してスポット光ＳＰとなって基板Ｐ上に投射される。このとき、反射ミラーＭ２４は、ＸＺ平面に関して、ビームＬＢ１が回転ドラムＤＲの中心軸ＡＸｏに向かって進むように、ビームＬＢ１を基板Ｐに向けて反射する。ビームＬＢ１のｆθレンズ系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レンズ系ＦＴは、反射ミラーＭ２４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。ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離をｆｏとし、像高位置をｙｏとすると、ｆθレンズ系ＦＴは、ｙｏ＝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レンズ系ＦＴによって、ビームＬＢ１をＹ方向に正確に等速で走査することが可能になる。なお、ｆθレンズ系ＦＴに入射するビームＬＢ１がポリゴンミラーＰＭによって１次元に偏向される面（ＸＹ面と平行）は、ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆを含む面となる。

次に、図２を参照して描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）の光学的な構成について説明する。図２に示すように、描画ユニットＵｎ内には、ビームＬＢｎの入射位置から被照射面（基板Ｐ）までのビームＬＢｎの進行方向に沿って、反射ミラーＭ２０、反射ミラーＭ２０ａ、偏光ビームスプリッタＢＳ１、反射ミラーＭ２１、反射ミラーＭ２２、第１のシリンドリカルレンズＣＹａ、反射ミラーＭ２３、ポリゴンミラーＰＭ、ｆθレンズ系ＦＴ、反射ミラーＭ２４、第２のシリンドリカルレンズＣＹｂが設けられる。さらに、描画ユニットＵｎ内には、描画ユニットＵｎの描画開始可能タイミング（スポット光ＳＰの走査開始タイミング）を検出するために、ポリゴンミラーＰＭの各反射面の角度位置を検知する原点検出センサ（原点検出器）としてのビーム送光系６０ａとビーム受光系６０ｂとが設けられる。また、描画ユニットＵｎ内には、基板Ｐの被照射面（または回転ドラムＤＲの表面）で反射したビームＬＢｎの反射光を、ｆθレンズ系ＦＴ、ポリゴンミラーＰＭ、および、偏光ビームスプリッタＢＳ１等を介して検出するための光検出器ＤＴｃが設けられる。

描画ユニットＵｎに入射するビームＬＢｎは、Ｚ軸と平行な光軸ＡＸ１に沿って－Ｚ方向に進み、ＸＹ平面に対して４５°傾いた反射ミラーＭ２０に入射する。反射ミラーＭ２０で反射したビームＬＢｎは、反射ミラーＭ２０から－Ｘ方向に離れた反射ミラーＭ２０ａに向けて－Ｘ方向に進む。反射ミラーＭ２０ａは、ＹＺ平面に対して４５°傾いて配置され、入射したビームＬＢｎを偏光ビームスプリッタＢＳ１に向けて－Ｙ方向に反射する。偏光ビームスプリッタＢＳ１の偏光分離面はＹＺ平面に対して４５°傾いて配置され、Ｐ偏光のビームを反射し、Ｐ偏光と直交する方向に偏光した直線偏光（Ｓ偏光）のビームを透過する。描画ユニットＵｎに入射するビームＬＢｎをＰ偏光のビームとすると、偏光ビームスプリッタＢＳ１は、反射ミラーＭ２０ａからのビームＬＢｎを－Ｘ方向に反射して反射ミラーＭ２１側に導く。反射ミラーＭ２１はＸＹ平面に対して４５°傾いて配置され、入射したビームＬＢｎを反射ミラーＭ２１から－Ｚ方向に離れた反射ミラーＭ２２に向けて－Ｚ方向に反射する。反射ミラーＭ２１で反射されたビームＬＢｎは、反射ミラーＭ２２に入射する。反射ミラーＭ２２は、ＸＹ平面に対して４５°傾いて配置され、入射したビームＬＢｎを反射ミラーＭ２３に向けて＋Ｘ方向に反射する。反射ミラーＭ２２で反射したビームＬＢｎは、不図示のλ／４波長板とシリンドリカルレンズＣＹａを介して反射ミラーＭ２３に入射する。反射ミラーＭ２３は、入射したビームＬＢｎをポリゴンミラーＰＭに向けて反射する。

ポリゴンミラーＰＭは、入射したビームＬＢｎをＸ軸と平行な光軸ＡＸｆを有するｆθレンズ系ＦＴに向けて＋Ｘ方向側に反射する。ポリゴンミラーＰＭは、ビームＬＢｎのスポット光ＳＰを基板Ｐの被照射面上で走査するために、入射したビームＬＢｎをＸＹ平面と平行な面内で１次元に偏向（反射）する。ポリゴンミラーＰＭは、Ｚ軸方向に延びる回転軸ＡＸｐの周りに形成された複数の反射面（本実施の形態では正八角形の各辺）を有し、回転軸ＡＸｐと同軸の回転モータＲＭによって回転される。回転モータＲＭは、不図示の描画制御装置によって、一定の回転速度（例えば、３万～４万ｒｐｍ程度）で回転する。先に説明したように、描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１～ＳＬ６）の実効的な長さ（例えば、５０ｍｍ）は、このポリゴンミラーＰＭによってスポット光ＳＰを走査することができる最大走査長（例えば、５２ｍｍ）以下の長さに設定されており、初期設定（設計上）では、最大走査長の中央に描画ラインＳＬｎの中心点（ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆが通る点）が設定されている。

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）と直交する副走査方向（Ｚ方向）に関して、入射したビームＬＢｎをポリゴンミラーＰＭの反射面上に収斂する。つまり、シリンドリカルレンズＣＹａは、ビームＬＢｎをポリゴンミラーＰＭの反射面上でＸＹ平面と平行な方向に延びたスリット状（長楕円状）に収斂する。母線がＹ方向と平行となっているシリンドリカルレンズＣＹａと、後述のシリンドリカルレンズＣＹｂとによって、ポリゴンミラーＰＭの反射面がＺ軸と平行な状態から傾いた場合であっても、基板Ｐの被照射面上に照射されるビームＬＢｎ（描画ラインＳＬｎ）の照射位置が副走査方向にずれることを抑制できる。

ビームＬＢｎのｆθレンズ系ＦＴへの入射角θ（光軸ＡＸｆに対する角度）は、ポリゴンミラーＰＭの回転角（θ／２）に応じて変わる。ビームＬＢｎのｆθレンズ系ＦＴへの入射角θが０度のとき、ｆθレンズ系ＦＴに入射したビームＬＢｎは、光軸ＡＸｆ上に沿って進む。ｆθレンズ系ＦＴからのビームＬＢｎは、反射ミラーＭ２４で－Ｚ方向に反射され、シリンドリカルレンズＣＹｂを介して基板Ｐに向けて投射される。ｆθレンズ系ＦＴおよび母線がＹ方向と平行なシリンドリカルレンズＣＹｂによって、基板Ｐに投射されるビームＬＢｎは基板Ｐの被照射面上で直径数μｍ程度（例えば、２～３μｍ）の微小なスポット光ＳＰに収斂される。以上のように、描画ユニットＵｎに入射したビームＬＢｎは、ＸＺ平面内でみたとき、反射ミラーＭ２０から基板Ｐまでコの字状にクランクした光路に沿って折り曲げられ、－Ｚ方向に進んで基板Ｐに投射される。６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々がビームＬＢ１～ＬＢ６の各スポット光ＳＰを主走査方向（Ｙ方向）に一次元に走査しつつ、基板Ｐを長尺方向に搬送することによって、基板Ｐの被照射面がスポット光ＳＰによって相対的に２次元走査され、基板Ｐ上には描画ラインＳＬ１～ＳＬ６の各々で描画されるパターンがＹ方向に継ぎ合わされた状態で露光される。

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

発振周波数Ｆａを４００ＭＨｚ（Ｔｆ＝２．５ｎＳ）、スポット光ＳＰの直径φを４μｍとしたとき、発振周波数Ｆａから規定される走査速度Ｖｓｐは、０．８μｍ／ｎＳ（＝２μｍ／２．５ｎＳ）となる。この走査速度Ｖｓｐに対応させるためには、走査効率１／αを０．３（α≒３．３３）、走査長ＬＴを５０ｍｍとしたとき、式（１）の関係から、８面のポリゴンミラーＰＭの回転速度ＶＲを３６０００ｒｐｍに設定すればよい。なお、この場合の走査速度Ｖｓｐ＝０．８μｍ／ｎＳは、時速に換算すると２８８０Ｋｍ／ｈである。このように、走査速度Ｖｓｐが高速となると、パターンの描画開始タイミングを決定する原点センサ（ビーム送光系６０ａとビーム受光系６０ｂ）からの原点信号の発生タイミングの再現性も高める必要がある。例えば、１画素のサイズを４μｍとし、描画すべきパターンの最小寸法（最小線幅）を８μｍ（２画素分）としたとき、基板Ｐ上にすでに形成されたパターンに新たなパターンを重ね合わせ露光するセカンド露光の際の重ね合わせ精度（許容される位置誤差の範囲）は、最小線幅の１／４～１／５程度にする必要がある。すなわち、最小線幅が８μｍの場合、位置誤差の許容範囲は２μｍ～１．６μｍとなる。この値は、光源装置ＬＳからのビームＬＢの発振周期Ｔｆ（２．５ｎＳ）に対応したスポット光ＳＰの２パルス分の間隔以下であり、スポット光ＳＰの１パルス分の誤差が許容されないことを意味する。そのため、パターンの描画開始タイミング（開始位置）を決める原点信号の発生タイミングの再現性は、周期Ｔｆ（２．５ｎＳ）以下に設定することが必要となる。

図２に示す原点検出センサ（以下、単に原点センサとも呼ぶ）を構成するビーム受光系６０ｂは、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰの回転位置が、反射面ＲＰによる描画用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰの走査が開始可能とされる直前の所定位置にくると原点信号ＳＺｎ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、ビーム受光系６０ｂは、ポリゴンミラーＰＭの１回転中に８回の原点信号ＳＺｎを出力することになる。原点信号ＳＺｎは、不図示の描画制御装置に送られ、原点信号ＳＺｎが発生してから、所定の遅延時間Ｔｄｎだけ経過した後にスポット光ＳＰの描画ラインＳＬｎに沿った走査が開始される。

図３は、描画ユニットＵｎ内でのポリゴンミラーＰＭ、ｆθレンズ系ＦＴ、および、原点センサ（広義の原点検出器）等を構成するビーム受光系６０ｂの配置をＸＹ面内でみた図である。図３では、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰのうちの１つの反射面ＲＰａに向けて、ビーム送光系６０ａからのレーザビームＢｇａが投射され、角度範囲θｆで走査される描画用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰが描画ラインＳＬｎの描画開始点に位置した瞬間の反射面ＲＰａの角度状態を示している。ここで、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）は、ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆと直交する入射瞳面に位置するように配置される。厳密には、ｆθレンズ系ＦＴに入射するビームＬＢｎの主光線が光軸ＡＸｆと同軸になった瞬間の反射面ＲＰ（ＲＰａ）の角度位置において、反射ミラーＭ２３からポリゴンミラーＰＭに向かうビームＬＢｎの主光線と光軸ＡＸｆとが交差する位置に反射面ＲＰ（ＲＰａ）が設定される。また、ｆθレンズ系ＦＴの主面から基板Ｐの表面（スポット光ＳＰの集光点）までの距離が焦点距離ｆｏである。

レーザビームＢｇａは、基板Ｐの感光性機能層に対して非感光性の波長域の平行光束として反射面ＲＰａに投射される。反射面ＲＰａで反射したレーザビームＢｇａの反射ビームＢｇｂは、図３の状態ではｆθレンズ系ＦＴの方向に向かっているが、図３の位置に対して一定時間前に、反射面ＲＰａは反射面ＲＰａ’の角度位置になっており、反射ビームＢｇｂはビーム受光系６０ｂを構成するレンズ系（光学素子）ＧＬｂに入射し、反射ミラーＭｂで反射されて光電変換素子（光電検出器）ＤＴｏに達する。反射ビームＢｇｂ（平行光束）は、レンズ系ＧＬｂによって光電変換素子ＤＴｏの受光面上にスポット光ＳＰｒとして集光され、レンズ系ＧＬｂに反射ビームＢｇｂが入射している間、スポット光ＳＰｒはポリゴンミラーＰＭの回転に伴って光電変換素子ＤＴｏの受光面を横切るように走査され、光電変換素子（狭義の原点検出器）ＤＴｏは原点信号ＳＺｎを発生する。本実施の形態では、原点信号ＳＺｎの発生タイミングの再現性を高めるために、描画用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰの基板Ｐ上での走査速度Ｖｓｐに比べて、原点検出用の反射ビームＢｇｂのスポット光ＳＰｒの光電変換素子ＤＴｏ上での走査速度を早くするように、レンズ系ＧＬｂの焦点距離をｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏよりも大きくする。

図４は、図２、図３に示したビーム送光系６０ａとビーム受光系６０ｂとの配置を簡略化して示した図であり、ビーム送光系６０ａは、レーザビームＢｇａ（以下、単にビームＢｇａとも呼ぶ）を連続発光する半導体レーザ光源ＬＤｏと、その光源からのビームＢｇａを平行光束にするコリメータレンズ（レンズ系）ＧＬａとを備える。ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）の角度変化を高精度に安定して検出するために、反射面ＲＰ（ＲＰａ）に投射されるビームＢｇａは、反射面ＲＰ（ＲＰａ）の回転方向（ＸＹ面と平行な主走査方向）に関して、ある程度の幅を有する平行光束とされる。一方、ビーム受光系６０ｂでは、反射ビームＢｇｂを光電変換素子ＤＴｏ上で主走査方向に関して小さく絞られたスポット光ＳＰｒに集光するのが好ましい。そのために、焦点距離Ｆｇｓのレンズ系ＧＬｂが設けられる。ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）からレンズ系ＧＬｂまでの距離は、反射ビームＢｇｂが平行光束となるので、比較的に自由に設定できる。光電変換素子ＤＴｏの受光面は、レンズ系ＧＬｂの後側の焦点距離Ｆｇｓの位置に配置される。反射面ＲＰ（ＲＰａ）で反射した反射ビームＢｇｂがレンズ系ＧＬｂの光軸と同軸に入射したとき、反射ビームＢｇｂのスポット光ＳＰｒが光電変換素子ＤＴｏの受光面のほぼ中央に位置するように設定される。

レンズ系ＧＬｂの光軸に対して、主走査方向にわずかに傾いた反射ビームＢｇｂ’が入射した場合でも、反射ビームＢｇｂ’は光電変換素子ＤＴｏの受光面とほぼ同じ面内にスポット光ＳＰｒとなって集光される。レンズ系ＧＬｂから光電変換素子ＤＴｏに向かう反射ビームＢｇｂ’は、テレセントリックである必要はなく、光電変換素子ＤＴｏの受光面を横切るスポット光ＳＰｒの速度をより高めるために、むしろ非テレセントリックである方がよい。以上のように、レンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓとｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏとをＦｇｓ＞ｆｏに設定することによって、光電変換素子ＤＴｏから出力される原点信号ＳＺｎの発生タイミングの再現性（正確さ）を高めることができる。原点信号ＳＺｎの再現性の求め方や再現性の向上の程度等については後述する。

図５は、光電変換素子ＤＴｏの詳細な構成を示し、本実施の形態では、例えば、浜松ホトニクス株式会社製のレーザビーム同期検出用フォトＩＣとして販売されているＳ９６８４シリーズを用いる。このフォトＩＣは、図５のように、スポット光ＳＰｒの走査方向に狭いギャップ（不感帯）を挟んで並べた２つのＰＩＮフォトダイオードによる受光面ＰＤ１、ＰＤ２、電流増幅部ＩＣ１、ＩＣ２、およびコンパレータ部ＩＣ３を１つにパッケージングしたものである。スポット光ＳＰｒが受光面ＰＤ１、ＰＤ２の順に横切ると、電流増幅部ＩＣ１、ＩＣ２の各々は、図５（Ａ）に示すような出力信号ＳＴａ、ＳＴｂを発生する。最初にスポット光ＳＰｒを受ける受光面ＰＤ１からの光電流を増幅する電流増幅部ＩＣ１には、一定のオフセット電圧（基準電圧）Ｖｒｅｆが印加され、電流増幅部ＩＣ１の出力信号ＳＴａは、受光面ＰＤ１で発生する光電流が零のときに基準電圧Ｖｒｅｆとなるようにバイアスされている。コンパレータ部ＩＣ３は、図５（Ｂ）に示すように、出力信号ＳＴａ、ＳＴｂのレベルを比較して、ＳＴａ＞ＳＴｂのときはＨレベル、ＳＴａ＜ＳＴｂのときはＬレベルとなるロジック信号を原点信号ＳＺｎとして出力する。本実施の形態では、原点信号ＳＺｎがＨレベルからＬレベルに遷移した時点を原点時刻（原点位置）Ｔｏｇとし、原点信号ＳＺｎの発生タイミングとは原点時刻Ｔｏｇを意味するものとする。なお、ここでの原点位置（原点時刻Ｔｏｇ）とは、例えば、ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆが通る基板Ｐ上の点を基準点としたとき、その基準点からスポット光ＳＰの主走査方向に常に一定距離だけ離れるように設定される絶対的な位置としての原点を意味するものではなく、描画ラインＳＬｎに沿ったパターン描画の開始タイミングに対する所定距離手前（或いは所定時間前）を相対的に表すものである。

原点時刻Ｔｏｇは、出力信号ＳＴａのレベルが降下しつつ、出力信号ＳＴｂのレベルが立上っている途中で、出力信号ＳＴａ、ＳＴｂのレベルが一致した瞬間となる。出力信号ＳＴａ、ＳＴｂのレベル変化（立上りや降下の波形）は、受光面ＰＤ１、ＰＤ２の幅寸法とスポット光ＳＰｒの大きさとの関係、スポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈと受光面ＰＤ１、ＰＤ２の応答性等によって変化し得るが、スポット光ＳＰｒの直径が不感帯の幅寸法よりは大きく、受光面ＰＤ１の幅寸法よりも小さければ、出力信号ＳＴａ、ＳＴｂの各々は、図５（Ａ）のようなレベル変化による波形となり、安定な原点信号ＳＺｎが得られる。

図６は、光源装置ＬＳからのビームＬＢを６つの描画ユニットＵ１～Ｕ６のいずれか１つに選択的に振り分けるための選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）を含むビーム切換部の概略的な構成を示す。図６の各部材の符号は、図１に示した部材と同じものであるが、図１中に示した反射ミラーＭ１～Ｍ１２は適宜省略してある。ファイバーアンプレーザ光源で構成される光源装置ＬＳは、描画制御装置２００に接続され、各種の制御情報ＳＪをやり取りする。光源装置ＬＳは、内部にビームＬＢをパルス発光させる際の発振周波数Ｆａ（例えば、４００ＭＨｚ）のクロック信号ＣＬＫを発生するクロック回路を備え、描画制御装置２００から送られてくる描画ユニットＵｎごとの描画データＳＤｎ（１画素を１ビットとするビットマップデータ）に基づいて、ビームＬＢｎをクロック信号ＣＬＫに応答してバーストモード（所定のクロックパルス数分の発光と所定のクロックパルス数分の発光停止との繰り返し）でパルス発光する。

描画制御装置２００は、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々の原点センサ（光電変換素子ＤＴｏ）から出力される原点信号ＳＺｎ（ＳＺ１～ＳＺ６）を入力して、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々のポリゴンミラーＰＭの回転速度と回転角度位相とが指定された状態となるように、ポリゴンミラーＰＭの回転モータＲＭを制御するポリゴン回転制御部と、選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）の各々に供給される超音波信号としての駆動信号ＤＦ１～ＤＦ６のオン／オフ（印加／非印加）を原点信号ＳＺｎ（ＳＺ１～ＳＺ６）に基づいて制御するビーム切換制御部と、を備える。なお、図６では、６つの選択用光学素子ＯＳ１～ＯＳ６のうちの選択用光学素子ＯＳ４が選択されて、光源装置ＬＳからのビームＬＢ（描画ユニットＵ４で描画されるパターンの描画データで強度変調されている）を入射ミラーＩＭ４に向けて偏向し、ビームＬＢ４として描画ユニットＵ４に供給している状態を示している。このように、選択用光学素子ＯＳ１～ＯＳ６をビームＬＢの光路に直列に設けると、選択用光学素子ＯＳｎの各々が有する透過率や回折効率によって、光源装置ＬＳからの選択用光学素子ＯＳｎの順番に応じて、選択されたビームＬＢ１～ＬＢ６の強度（パルス光のピーク強度）が異なる。そのため、描画ユニットＵ１～Ｕ６の各々に入射するビームＬＢ１～ＬＢ６の相対的な強度差が、所定の許容範囲内（例えば、±５％以内）になるように、描画制御装置２００は、駆動信号ＤＦ１～ＤＦ６の各々のレベル（高周波信号の振幅や電力）を調整する。

図７は、選択用光学素子ＯＳｎ（ＯＳ１～ＯＳ６）および入射ミラーＩＭｎ（ＩＭ１～ＩＭ６）回りの具体的な構成を示す図である。選択用光学素子ＯＳｎには、光源装置ＬＳから射出されるビームＬＢが、例えば直径１ｍｍ以下の微小な径（第１の径）の平行光束として入射する。高周波信号（超音波信号）である駆動信号ＤＦｎが入力されていない期間（駆動信号ＤＦｎがオフ）では、入射したビームＬＢが選択用光学素子ＯＳｎで回折されずにそのまま透過する。透過したビームＬＢは、その光路上に光軸ＡＸｂに沿って設けられた集光レンズＧａおよびコリメートレンズＧｂを透過して、後段の選択用光学素子ＯＳｎに入射する。このとき選択用光学素子ＯＳｎを通って集光レンズＧａおよびコリメートレンズＧｂを通過するビームＬＢは、光軸ＡＸｂと同軸とする。集光レンズＧａは、選択用光学素子ＯＳｎを透過したビームＬＢ（平行光束）を、集光レンズＧａとコリメートレンズＧｂとの間に位置する面Ｐｓの位置でビームウェストとなるように集光する。コリメートレンズＧｂは、面Ｐｓの位置から発散するビームＬＢを平行光束にする。コリメートレンズＧｂによって平行光束にされたビームＬＢの径は、第１の径となる。集光レンズＧａの後側焦点位置とコリメートレンズＧｂの前側焦点位置とは、所定の許容範囲内で面Ｐｓと一致しており、集光レンズＧａの前側焦点位置は選択用光学素子ＯＳｎ内の回折点と所定の許容範囲内で一致するように配置される。

一方、高周波信号である駆動信号ＤＦｎが選択用光学素子ＯＳｎに印加されている期間では、入射したビームＬＢが選択用光学素子ＯＳｎによって回折されたビームＬＢｎ（１次回折光）と、回折されなかった０次のビームＬＢｎｚとが発生する。入射するビームＬＢの強度を１００％とし、選択用光学素子ＯＳｎの透過率による低下を無視したとき、回折されたビームＬＢｎの強度は最大で８０％程度であり、残り２０％程度が０次のビームＬＢｎｚの強度となる。０次のビームＬＢｎｚは、集光レンズＧａとコリメートレンズＧｂとを通り、さらに後段の選択用光学素子ＯＳｎを透過して吸収体ＴＲで吸収される。駆動信号ＤＦｎの高周波の周波数に応じた回折角で－Ｚ方向に偏向されたビームＬＢｎ（平行光束）は、集光レンズＧａを透過して、面Ｐｓ上に設けられた入射ミラーＩＭｎに向かう。集光レンズＧａの前側焦点位置が選択用光学素子ＯＳｎ内の回折点と光学的に共役であるので、集光レンズＧａから入射ミラーＩＭｎに向かうビームＬＢｎは、光軸ＡＸｂから偏心した位置を光軸ＡＸｂと平行に進み、面Ｐｓの位置でビームウェストとなるように集光（収斂）される。そのビームウェストの位置は、描画ユニットＵｎを介して基板Ｐ上に投射されるスポット光ＳＰと光学的に共役になるように設定されている。

入射ミラーＩＭｎの反射面またはその近傍を面Ｐｓの位置に配置することによって、選択用光学素子ＯＳｎで回折されたビームＬＢｎは、入射ミラーＩＭｎで－Ｚ方向に反射され、コリメートレンズＧｃを介して光軸ＡＸ１（図２参照）に沿って描画ユニットＵｎに入射する。コリメートレンズＧｃは、集光レンズＧａによって収斂／発散されたビームＬＢｎを、コリメートレンズＧｃの光軸（ＡＸ１）と同軸の平行光束にする。コリメートレンズＧｃによって平行光束にされたビームＬＢｎの径は、第１の径とほぼ同じになる。集光レンズＧａの後側焦点とコリメートレンズＧｃの前側焦点とは、所定の許容範囲内で、入射ミラーＩＭｎの反射面またはその近傍に配置される。

以上のように、集光レンズＧａの前側焦点位置と選択用光学素子ＯＳｎ内の回折点とを光学的に共役し、集光レンズＧａの後側焦点位置である面Ｐｓに入射ミラーＩＭｎを配置すると、選択用光学素子ＯＳｎの駆動信号ＤＦｎの周波数を規定周波数から±ΔＦｓだけ変化させることにより、ビームＬＢｎの面Ｐｓ上での集光点の光軸ＡＸｂに対する偏心量（シフト量）を変化させることができる。その結果、描画ユニットＵｎから基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎのスポット光ＳＰを、副走査方向に±ΔＳＦｐだけシフトさせることができる。そのシフト量（｜ΔＳＦｐ｜）は、選択用光学素子ＯＳｎ自体の偏向角の最大範囲、入射ミラーＩＭｎの反射面の大きさ、描画ユニットＵｎ内のポリゴンミラーＰＭまでの光学系（リレー系）の倍率、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰのＺ方向の幅、ポリゴンミラーＰＭから基板Ｐまでの倍率（ｆθレンズ系ＦＴの倍率）等による制限を受けるが、スポット光ＳＰの基板Ｐ上の実効的なサイズ（径）程度、或いは描画データ上で定義される画素寸法（Ｐｘｙ）程度の範囲で調整可能である。これによって、描画ユニットＵｎの各々で基板Ｐ上に描画される新たなパターンと基板Ｐ上に形成済みのパターンとの重ね合せ誤差、或いは、描画ユニットＵｎの各々で基板Ｐ上に描画される新たなパターン間の継ぎ誤差を、高精度に且つ高速に補正することができる。

次に、図８、図９を参照して、図３、図４のように構成された原点センサ（ビーム送光系６０ａとビーム受光系６０ｂ）からの原点信号ＳＺｎの発生タイミングの再現性（ばらつき誤差）を計測および演算する方法を説明する。この計測や演算は、図６に示した描画制御装置２００内のプロセッサ（ＣＰＵ）等を利用して実施できるし、原点信号ＳＺｎを外部の波形計測機器等に送って実施してもよい。図８は、図３または図４に示した８面のポリゴンミラーＰＭの平面図であり、ここでは、８つの反射面ＲＰの各々に関して、図５（Ｂ）のように発生する原点信号ＳＺｎの再現性を求めるため、８つの反射面ＲＰをポリゴンミラーＰＭの回転方向（時計回り）と逆向きに、ＲＰａ、ＲＰｂ、ＲＰｃ、ＲＰｄ、ＲＰｅ、ＲＰｆ、ＲＰｇ、ＲＰｈとする。また、ポリゴンミラーＰＭの上面（または下面）には、ポリゴンミラーＰＭの回転の原点を検出するための回転基準マークＭｃｃが形成されている。回転基準マークＭｃｃは、ポリゴンミラーＰＭが１回転するたびにパルス状の検出信号を出力する反射型の光電センサ（周回検出センサとも呼ぶ）によって検出される。原点信号ＳＺｎの再現性を計測する際には、原点センサが検出するポリゴンミラーＰＭの反射面を特定しておく必要があるので、周回検出センサからの検出信号（回転基準マークＭｃｃ）を基準に、ポリゴンミラーＰＭの各反射面ＲＰａ～ＲＰｈを特定するものとする。

さらに、原点信号ＳＺｎの発生タイミングの再現性を計測する際は、ポリゴンミラーＰＭの速度変動（速度ムラ）による影響を考慮する必要がある。ポリゴンミラーＰＭの速度変動は上記の周回検出センサによっても計測可能であるが、本実施の形態では、原点信号ＳＺｎに基づいてポリゴンミラーＰＭの速度変動を計測する。先に例示したように、ポリゴンミラーＰＭを３６０００ｒｐｍで回転させるように、描画制御装置２００内のポリゴン回転制御部でサーボ制御したとすると、ポリゴンミラーＰＭは１秒間に６００回転することになり、設計上の１回転分の周回時間ＴＤは、１／６００秒（≒１６６６．６６７μＳ）となる。そこで、原点信号ＳＺｎ中の任意の１つのパルスの原点時刻Ｔｏｇから計数して９番目のパルスの原点時刻Ｔｏｇまでの実際の周回時間ＴＤを、光源装置ＬＳがパルス発光に用いる発振周波数Ｆａよりも高い周波数（例えば２倍以上）のクロックパルス等を用いて繰り返し計測する。ポリゴンミラーＰＭは、慣性を伴って高速回転するので、１回転中に速度ムラが生じる可能性は低いが、サーボ制御の特性等によっては、数ｍＳ～数十ｍＳの周期で設計上の周回時間ＴＤがわずかに変動することがある。

図９は、原点信号ＳＺｎの発生タイミングの再現性（ばらつき）を計測する方法を説明する図である。ここでは、説明を簡単にするため、図８に示したポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａに対応して発生する原点信号ＳＺｎの原点時刻Ｔｏｇ２の再現性の求め方を例示するが、他の反射面ＲＰｂ～ＲＰｈの各々についても同様に計測できる。原点時刻Ｔｏｇ２の１つ手前のタイミングで発生する原点時刻Ｔｏｇ１は、図８の場合、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰｈに対応して発生した原点信号ＳＺｎとして得られる。そこで、ポリゴンミラーＰＭを規定の速度で回転させた状態で、反射面ＲＰｈに対応して発生した原点時刻Ｔｏｇ１から、次の反射面ＲＰａに対応した原点時刻Ｔｏｇ２までの原点間隔時間ΔＴｍｎ（ｎ＝１、２、３・・・の周回数）を、ポリゴンミラーＰＭの１回転毎に多数回（例えば１０回以上）繰り返し計測する。図９では、簡単のために、ポリゴンミラーＰＭが７回転している間に発生する原点信号ＳＺｎ（ａ）１～ＳＺｎ（ａ）７の各々の波形を、反射面ＲＰｈに対応して得られた原点時刻Ｔｏｇ１を時間軸上で揃えて並べて示してある。

ここで、ポリゴンミラーＰＭの回転速度の変動が零であると仮定すると、本来一定であるはずの原点間隔時間ΔＴｍｎの各々の計測値にばらつきが生じる。このばらつきが、反射面ＲＰａに対応した原点時刻Ｔｏｇ２の発生タイミングのばらつき幅ΔＴｅとなるので、原点信号ＳＺｎの再現性は、ばらつき幅ΔＴｅ内に分布する多数の原点時刻Ｔｏｇ２の標準偏差値σ、または標準偏差値σの３倍の３σ値として求められる。先に説明したように、光源装置ＬＳがビームＬＢを周期Ｔｆでパルス発振させる場合、再現性としての３σ値は周期Ｔｆよりも小さい方がよい。以上の説明では、ポリゴンミラーＰＭの回転速度の変動（速度ムラ）を零と仮定したが、ナノ秒以下の分解能で信号波形をサンプリングする波形測定器を使って原点信号ＳＺｎの波形を解析し、ポリゴンミラーＰＭの周回時間（１回転の時間）を計測してみると、周回によっては周回時間が±数ｎＳ程度変動することが判った。そこで、図９のようにして計測される原点間隔時間ΔＴｍｎ（ｎ＝１、２、３・・・の周回数）を、その原点間隔時間ΔＴｍｎの計測期間でのポリゴンミラーＰＭの速度変動によって生じた誤差分で補正する必要がある。

図１０は、ポリゴンミラーＰＭの速度変動による時間誤差分を予想する方法を模式的に表した図である。本実施の形態では、ポリゴンミラーＰＭの多数回の周回毎に、８つの反射面ＲＰａ～ＲＰｈの各々に対応した原点間隔時間ΔＴｍｎを計測する。図１０では、ポリゴンミラーＰＭの１回転中の初期位置（最初の原点時刻Ｔｏｇ）を反射面ＲＰａとし、反射面ＲＰａからポリゴンミラーＰＭが２回転する間に発生する原点信号ＳＺｎの波形を模式的に示した。ここで、原点信号ＳＺｎの反射面ＲＰａに対応して発生する原点時刻Ｔｏｇから隣の反射面ＲＰｂに対応して発生する原点時刻Ｔｏｇまでの原点間隔時間をΔＴｍａとし、以下同様に、隣り合う反射面ＲＰｂから反射面ＲＰｃまでの原点間隔時間をΔＴｍｂ、・・・隣り合う反射面ＲＰｈから反射面ＲＰａまでの原点間隔時間をΔＴｍｈとする。ポリゴンミラーＰＭの１周目では、８つの反射面ＲＰａ～ＲＰｈの各々に対応して発生する原点時刻Ｔｏｇのそれぞれをスタート点として、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ～ＲＰｈ毎の周回時間ＴＤａ、ＴＤｂ、・・・ＴＤｈを計測する。周回時間ＴＤａ～ＴＤｈの各々は、８つの反射面ＲＰａ～ＲＰｈの各々に対応した８つの原点間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈの合計値で求めてもよい。周回時間ＴＤａ～ＴＤｈ（或いは原点間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈ）の各々は、ポリゴンミラーＰＭが、例えばＮ回転する間、繰り返し計測される。これによって、８つの反射面ＲＰａ～ＲＰｈの各々に応じた原点時刻Ｔｏｇから計時される周回時間ＴＤａ～ＴＤｈの各々のデータが、Ｎ周分に渡って取得できる。

次に、Ｎ周分に渡って取得された周回時間ＴＤａ～ＴＤｈの各々の平均周回時間ａｖｅ（ＴＤａ）～ａｖｅ（ＴＤｈ）を計算する。例えば、周回時間ＴＤａは周回数Ｎ（Ｎ＝１、２、３・・・）に対応して、ＴＤａ（１）、ＴＤａ（２）、ＴＤａ（３）、・・・ＴＤａ（Ｎ）として記憶されるので、平均周回時間ａｖｅ（ＴＤａ）は、〔ＴＤａ（１）＋ＴＤａ（２）＋ＴＤａ（３）＋、・・・＋ＴＤａ（Ｎ）〕／Ｎで求められる。

次に、図１０に示した２周目以降に計測された原点間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈの各々は、その直前のポリゴンミラーＰＭの周回における速度変動の影響による誤差を含むと想定し、例えば、２周目以降で実測された原点間隔時間ΔＴｍａは、直前の周回で実測された周回時間ＴＤａと平均周回時間ａｖｅ（ＴＤａ）との比率だけ変動したと予想して、原点間隔時間ΔＴｍａの予想間隔時間ΔＴｍａ’を計算する。その際、２周目以降の各周回で実測されたＮ－１個の原点間隔時間ΔＴｍａの平均間隔時間ａｖｅ（ΔＴｍａ）を求めておく。そして、平均周回時間ａｖｅ（ＴＤａ）と実測された周回時間ＴＤａとの比に、平均間隔時間ａｖｅ（ΔＴｍａ）をかけて、速度変動分を補正した予想間隔時間ΔＴｍａ’を算出する。これによって、実測された原点間隔時間ΔＴｍａと予想間隔時間ΔＴｍａ’との差分値が、反射面ＲＰａに対応して発生した原点時刻Ｔｏｇのより正確なばらつき量（σ値）として求まる。他の反射面ＲＰｂ～ＲＰｈの各々に対応した原点信号ＳＺｎの原点時刻Ｔｏｇのばらつき量も、同様の計算によって求められる。このように、原点信号ＳＺｎの原点時刻Ｔｏｇの発生間隔である原点間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈの各々を、ポリゴンミラーＰＭの複数回の回転中に繰り返し実測するだけで、ポリゴンミラーＰＭの速度変動に起因した誤差を低減した正確な再現性（３σ値等）を求めることができる。

〔実測例〕
一例として、原点センサのビーム受光系６０ａ内のレンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓを、ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏ（例えば１００ｍｍ）と同程度にし、レンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓの位置に光電変換素子ＤＴｏを配置し、ポリゴンミラーＰＭを約３８０００ｒｐｍで回転させて、図９のような方法でポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ～ＲＰｈの各々に対応して発生する原点信号ＳＺｎ（原点時刻Ｔｏｇ２）の再現性を実測したところ、図１１に示すような結果が得られた。図１１において、横軸は計測した反射面間の各位置（ＲＰａ→ＲＰｂ、ＲＰｂ→ＲＰｃ、・・・ＲＰｈ→ＲＰａ）を表し、縦軸は周回速度の変動を補正計算した後の各反射面間の間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈ（μＳ）を表す。間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈは、本実施の形態では、ポリゴンミラーＰＭの１０回転分に渡って連続して発生する原点信号ＳＺｎの波形データを、２．５ＧＨｚ（０．４ｎＳ）のサンプリングレートを持つデジタル波形記憶装置で記憶し、その波形データを解析して実測した。

図１１のように、周回速度の変動を補正した後の間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈは、１９７.３８０μＳ～１９７.３５５μＳの間でばらついている。ポリゴンミラーＰＭの回転速度が３８０００ｒｐｍで精密に回転している場合、計算上の間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈの各々は１９７.３６８μＳである。このような間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈのばらつきは、例えば、ポリゴンミラーＰＭの各反射面ＲＰａ～ＲＰｈのうちの隣り合った反射面同士の成す８つの頂角の各々が精密に１３５度になっていない、或いは回転軸ＡＸｐから反射面ＲＰａ～ＲＰｈの各々までの距離が精密に一定になっていない等の加工上の形状誤差に起因して生じる。また、間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈのばらつきは、回転軸ＡＸｐに対するポリゴンミラーＰＭの偏心誤差の程度によっても生じ得る。図１１では、間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈの各々のばらつきの分布から計算される３σ値が、２．３ｎＳ～５．９ｎＳとなった。この値は、光源装置ＬＳからのビームＬＢのパルス発振周波数を４００ＭＨｚ（周期２．５ｎＳ）としたとき、スポット光の走査位置に関して概ね３パルス分以上の誤差が発生することを意味する。先に例示したように、スポット光ＳＰの直径φを４μｍ、１画素サイズＰｘｙを基板Ｐ上で４μｍ角、１画素分をスポット光ＳＰの２パルス分で描画する場合、３σ値が６ｎＳ程度であると、描画ラインＳＬｎに沿って描画されるパターンの位置が、主走査方向に５μｍ程度（正確には４．８μｍ）ばらつくことを意味する。

ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離をｆｏ、基板Ｐ上でのスポット光ＳＰのパルス間隔の距離（スポット径の１/２）をΔＹｐとしたとき、パルス間隔距離ΔＹｐに対応したポリゴンミラーＰＭ（反射面）の角度変化Δθｐは、Δθｐ≒ΔＹｐ／ｆｏとなる。一方、角度変化Δθｐに対応した光電変換素子ＤＴｏ上でのレーザビームＢｇｂ（スポット光ＳＰｒ）の移動距離をΔＹｇとすると、ビーム受光部（ビーム受光系）６０ｂ側のレンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓから、移動距離ΔＹｇは、ΔＹｇ≒Δθｐ×Ｆｇｓとなる。原点信号ＳＺｎの原点時刻Ｔｏｇの発生精度は、スポット光ＳＰのパルス間隔距離ΔＹｐの１/２以下の精度（分解能）に対応させるのが望ましいので、光電変換素子ＤＴｏ上でのレーザビームＢｇｂ（スポット光ＳＰｒ）の走査速度を基板Ｐ上でのスポット光ＳＰの走査速度の２倍程度に速くする。すなわち、ΔＹｇ≒２・ΔＹｐの関係にするのがよい。そのために本実施の形態では、レンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓをｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏの２倍程度に設定するが、２倍以上であってもよいことは言うまでもない。

図１２は、図１１で実測した描画ユニットＵｎと同一構成の別の描画ユニットを用いて、レンズ系ＧＬｂの焦点距離ＦｇｓをＦｇｓ≒２×ｆｏに変えて、図１１と同様に再現性を実測した結果を示す。図１２の縦軸と横軸は図１１と同じものを表すが、図１２の縦軸のスケールは１目盛が２ｎＳ（図１１では５ｎＳ）になっている。スポット光ＳＰｒの光電変換素子ＤＴｏ上での走査速度をスポット光ＳＰの基板Ｐ上での走査速度の２倍程度にすることによって、間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈの各々のばらつきの分布から計算される３σ値は、１．３ｎＳ～２．５ｎＳとなり、図１１の場合にくらべてほぼ半分に改善された。したがってこの場合、スポット光ＳＰの直径φを４μｍ、１画素サイズＰｘｙを基板Ｐ上で４μｍ角、１画素分をスポット光ＳＰの２パルス分で描画すると、描画ラインＳＬｎに沿って描画されるパターンの主走査方向の位置のばらつきは、２．５μｍ程度に半減される。

以上のように、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ～ＲＰｈに投射される原点センサ用のビームＢｇａを、反射面ＲＰａ～ＲＰｈの回転方向の寸法に対して所定の太さ（例えば１～２ｍｍ径）以上となるような平行光束とすることで、反射面ＲＰａ～ＲＰｈの各々の表面の粗さ（研磨痕等）による影響を低減して、平均的な表面の角度変化を精密に検出することができる。一方、光電変換素子ＤＴｏ上に集光される反射ビームＢｇｂのスポット光ＳＰｒの径寸法は、ビーム走査方向の受光面ＰＤ１、ＰＤ２の幅寸法と、受光面ＰＤ１とＰＤ２の間の不感帯の幅とに応じて適切に設定される。スポット光ＳＰｒの走査方向の径寸法は、図５〔Ａ〕のような信号波形が得られるように、受光面ＰＤ１、ＰＤ２のうちの小さいほうの幅寸法よりも小さく、不感帯の幅よりも大きくなるような条件に設定される。したがって、反射ビームＢｇｂを入射するレンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓは、そのような条件を満たすように、ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏよりも長くなるように設定される。

なお、図４に示した半導体レーザ光源ＬＤｏから放射されるビームＢｇａの断面内での強度分布は、縦横比が１：２程度の楕円形となっているので、楕円形の長軸方向をポリゴンミラーＰＭの各反射面ＲＰａ～ＲＰｈの回転方向（主走査方向）に合わせ、楕円形の短軸方向をポリゴンミラーＰＭの回転軸ＡＸｐの方向に合わせると良い。このようにすると、ポリゴンミラーＰＭの各反射面ＲＰａ～ＲＰｈの高さ（回転軸ＡＸｐの方向の寸法）が小さくても、ビームＢｇａを有効に反射ビームＢｇｂとして反射できると共に、光電変換素子ＤＴｏに達する反射ビームＢｇｂの走査方向の開口数（ＮＡ）を、非走査方向の開口数（ＮＡ）よりも大きくできるので、スポット光ＳＰｒの走査方向（図５の受光面ＰＤ１、ＰＤ２を横切る方向）に関する解像を高めて、コントラストをシャープにできる。

また、光電変換素子ＤＴｏとして、図５のように２つの受光面ＰＤ１、ＰＤ２からの出力信号ＳＴａ、ＳＴｂの大小を比較して原点信号ＳＺｎを生成するタイプの代わりに、１つのスリット状の受光面からの信号レベルを基準電圧と比較して原点信号ＳＺｎを生成するタイプを使ってもよい。そのタイプの場合、原点信号ＳＺｎの原点時刻Ｔｏｇの再現性は、信号波形の立ち上がり部や降下部の傾斜が急峻になる（応答時間が短い）ほどよくなる可能性があるので、スリット状の受光面を横切るスポット光ＳＰｒの走査速度を描画用のスポット光ＳＰの走査速度よりも速くすると共に、レンズ系ＧＬｂによってスポット光ＳＰｒをなるべく小さく集光して単位面積当りの強度を高めるのがよい。

なお、図３に示した本実施の形態による原点検出センサ（レンズ系ＧＬｂ、光電変換素子ＤＴｏ）は、描画用（加工用）のビームＬＢｎと異なる光源から投射される原点検出用のビームＢｇａのポリゴンミラーＰＭでの反射ビームＢｇｂを光電検出する。しかしながら、図３の配置関係で、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａがＲＰａ’の角度位置になった直後、描画用のビームＬＢｎはｆθレンズ系ＦＴには非入射な状態（ブランク期間）であるが、レンズ系ＧＬｂには入射可能な期間が存在する。そのブランク期間の間、光源装置ＬＳからのビームＬＢのパルス発振や選択用光学素子ＯＳｎの制御により、描画用のビームＬＢｎは描画ユニットＵｎに入射しないように制御される。そこで、ブランク期間であっても、描画用のビームＬＢｎがレンズ系ＧＬｂに入射可能な期間だけ、選択用光学素子ＯＳｎをオン状態にして光源装置ＬＳから発振周波数ＦａでビームＬＢをパルス発振させ、光電変換素子ＤＴｏによってポリゴンミラーＰＭで反射したビームＬＢｎの反射ビームを受光するようにしても良い。そのような構成の場合、ブランク期間中にレンズ系ＧＬｂに入射する描画用のビームＬＢｎは、原点検出用のビームとして使うことができる。

ところで、図１２に示した間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈのばらつきの傾向と、先の図１１に示した間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈのばらつきの傾向とはナノ秒オーダーで見ると大きく異なるが、これは図１１と図１２の各々の再現性の実測で使ったポリゴンミラーＰＭ間で各頂角の角度誤差の傾向が異なる個体差（加工公差）や回転時の偏心誤差の違いによるものと想定される。図１１や図１２の実測例のように、ポリゴンミラーＰＭの加工公差や偏心誤差の傾向や程度は、描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）ごとに異なる可能性があり、間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈのばらつき誤差も描画ユニットＵｎ（Ｕ１～Ｕ６）ごとに異なる。そこで本実施の形態では、ポリゴンミラーＰＭの加工公差や偏心誤差、或いは温度変化によるポリゴンミラーＰＭの形状変形等によって生じる間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈのばらつき誤差による影響を低減するために、原点信号ＳＺｎの原点時刻Ｔｏｇから描画開始時点までに設定される遅延時間ＴＤを、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ～ＲＰｈごとに調整するようにする。換言すると、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ～ＲＰｈごとに発生する原点信号ＳＺｎの原点時刻Ｔｏｇの間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈを、ポリゴンミラーＰＭの１回転分の時間内でほぼ等しくなるように信号処理によって補正する。

図１３は、主走査方向に５画素分の連続したパターンを、１画素当り２パルス分のスポット光ＳＰを、スポットサイズφの１／２で主走査方向と副走査方向とに重畳させて描画する状態を示す図である。図１３では、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ～ＲＰｈごとに発生する原点信号ＳＺｎの原点時刻Ｔｏｇを起点として、一定の遅延時間ＴＤ後に５画素分のパターンの描画が開始されるものとする。また、図１３の原点信号ＳＺｎの発生タイミング（原点時刻Ｔｏｇ）のばらつき（間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈのばらつき）の傾向は、一例として図１２の場合で示してある。図１３のように、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａで走査されるビームＬＢｎのスポット光ＳＰによって描画される５画素のパターンを基準としたとき、ポリゴンミラーＰＭの他の反射面ＲＰｂ～ＲＰｈの各々で走査されるビームＬＢｎのスポット光ＳＰによって描画される５画素のパターンは、主走査方向にばらついたものとなる。そのため、描画されたパターンの副走査方向に延びるエッジが画素単位（１～２画素分）で蛇行することになる。蛇行する画素数は、描画すべきパターンの線幅（主走査方向の画素数）によらずに、間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈのばらつきに応じている。そのため、１画素のサイズを基板Ｐ上で４μｍ角とした場合、最小線幅として８μｍのパターン（２画素分）を副走査方向に連続して描画すると、露光された線状のパターンは線幅程度で大きく蛇行したパターンとして観察される。

図１４は、図１２の実測例による特性のグラフを模式的に表したグラフであり、横軸のＲＰａ／ｂ～ＲＰｈ／ａは、それぞれ図１２の横軸の反射面間の各位置（ＲＰａ→ＲＰｂ、ＲＰｂ→ＲＰｃ、・・・ＲＰｈ→ＲＰａ）を表し、縦軸は図１２と同じ原点間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈ（μＳ）を表す。図１４中の基準時間Ｔｓｒは、８面のポリゴンミラーＰＭが回転速度３８０００ｒｐｍで精密に回転したときに、４５°だけ回転するのに要する時間であり、１９７．３６８μＳとなる。さらに、図１４の時間Ｔａｂ、Ｔｂｃ、Ｔｃｄ、Ｔｄｅ、Ｔｅｆ、Ｔｆｇ、Ｔｇｈ、Ｔｈａは、図１２で示した標準偏差の３倍の３σ値の中心となる間隔時間である。実測したときのポリゴンミラーＰＭの回転速度にも誤差があるため、間隔時間Ｔａｂ、Ｔｂｃ、Ｔｃｄ、Ｔｄｅ、Ｔｅｆ、Ｔｆｇ、Ｔｇｈ、Ｔｈａの合計値を８で割った平均値を実際の基準時間Ｔｓｒ’とすると良い。

そこで、本実施の形態では、図１４のような特性で出力される原点信号ＳＺｎの原点間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈの各々を基準時間Ｔｓｒ’に揃えるように遅延回路によって補正する。図１５は、原点信号ＳＺｎを補正した原点信号ＳＺｎ’の生成の状態を説明するタイムチャートである。図１５では代表して、原点信号ＳＺｎのうち、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａに対応して発生する原点時刻Ｔｏｇから、次の反射面ＲＰｂに対応して発生する原点時刻Ｔｏｇまでの間での補正の状態を示すが、他の反射面ＲＰｂ～ＲＰｈに対しても同様に補正される。原点信号ＳＺｎの反射面ＲＰａ、ＲＰｂの各々に対応した原点時刻Ｔｏｇは、図１４のように、間隔時間Ｔｈａ、Ｔａｂ、Ｔｂｃ・・・のように発生する。ここで、反射面ＲＰａに対応した原点時刻Ｔｏｇを起点としたとき、補正された原点信号ＳＺｎ’（補正原点信号ＳＺｎ’）の反射面ＲＰａに対応した原点時刻Ｔｏｇ’は、直前の反射面ＲＰｈに対応した原点時刻Ｔｏｇ’から基準時間Ｔｓｒ’となるように、遅延時間ΔＴｏａだけ調整されて発生する。さらに、補正された原点信号ＳＺｎ’の反射面ＲＰｂに対応した原点時刻Ｔｏｇ’は、直前の反射面ＲＰａに対応した原点時刻Ｔｏｇ’から基準時間Ｔｓｒ’となるように、遅延時間ΔＴｏｂだけ調整されて発生する。同様に、他の反射面ＲＰｃ～ＲＰｈの各々に対応した補正後の原点信号ＳＺｎ’の原点時刻Ｔｏｇ’も、直前の反射面ＲＰｂ～ＲＰｇの各々に対応した補正後の原点信号ＳＺｎ’の原点時刻Ｔｏｇ’に対して基準時間Ｔｓｒ’となるように、遅延時間ΔＴｏｃ、ΔＴｏｄ、ΔＴｏｅ、ΔＴｏｆ、ΔＴｏｇ、ΔＴｏｈだけ補正される。反射面ＲＰａ～ＲＰｈごとの遅延時間ΔＴｏａ～ΔＴｏｈは、図１４のように特定された間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａの各々と基準時間Ｔｓｒ’の差分値から求められる。

図１６は、図１５のように、光電変換素子ＤＴｏからの原点信号ＳＺｎを入力して補正された原点信号ＳＺｎ’（補正原点信号ＳＺｎ’）を生成する補正回路（補正部）の構成の一例を示す。この補正回路は、図６に示した描画制御装置２００の一部として設けられる。図１６において、補正回路は、光源装置ＬＳからのクロック信号ＣＬＫの周波数Ｆａ（４００ＭＨｚ）よりも高い周波数（例えば８００ＭＨｚ）に設定されたクロック信号ＣＣＫを計数するカウンタ回路２１０と、カウンタ回路２１０に間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａの各々に対応したプリセット値を設定するシフトレジスタ２１２と、シフトレジスタ２１２のシフト動作（レジスタの選択）を制御するシフタ制御回路２１４とを有する。また、本実施の形態では、図８に示した回転基準マークＭｃｃの反射光を光電検出するセンサ２２０と、センサ２２０からの信号に基づいてロジックレベルの周回パルス信号（ポリゴンミラーＰＭの１回転で１パルス）Ｓｊを生成する検出回路２２２とが設けられる。シフタ制御回路２１４は、周回パルス信号Ｓｊと原点信号ＳＺｎとに基づいて、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａを起点したシフト信号Ｓｆｆ（アドレス指定信号）をシフトレジスタ２１２に出力する。シフトレジスタ２１２は８つの反射面ＲＰａ～ＲＰｈに対応して８つのレジスタ２１２Ａを有し、８つのレジスタ２１２Ａは、リングシフトレジスタとなるように接続され、シフト信号Ｓｆｆに応答して各レジスタに保持されるプリセット値を順次隣りのレジスタにシフトさせる。シフトレジスタ２１２の８つのレジスタ２１２Ａのうちの１つのレジスタからの出力は、カウンタ回路２１０に印加される。

カウンタ回路２１０は、リセット信号ＲＳＴに応答してセットされたシフトレジスタ２１２からのプリセット値（例えばΔＴｏａ）を、反射面ＲＰａに対応して発生する原点信号ＳＺｎの原点時刻Ｔｏｇからクロック信号ＣＣＫのパルスに応答して減算し、計数値がゼロになった瞬間にパルス状の原点信号ＳＺｎ’を発生する。カウンタ回路２１０は、原点信号ＳＺｎ’をリセット信号ＲＳＴとして入力し、原点信号ＳＺｎ’の原点時刻Ｔｏｇ’から一定時間（基準時間Ｔｓｒ’未満）後に、シフト信号Ｓｆｆに応答して１つだけシフトされたシフトレジスタ２１２からの次のプリセット値（例えばΔＴｏｂ）を読み込んでセットする。このような動作によって、カウンタ回路２１０から出力される補正された原点信号ＳＺｎ’は、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ～ＲＰｈごとの間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａのばらつきが補正されたほぼ一定の基準時間Ｔｓｒ’で原点時刻Ｔｏｇ’を刻む。

なお、シフトレジスタ２１２の８つのレジスタ２１２Ａの各々に記憶されるプリセット値は、描画制御装置２００内のメモリ部に記憶され、そこから読み出されてプリセットされる。図１４に示した間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａと基準時間Ｔｓｒ’は、ポリゴンミラーＰＭの回転速度ＶＲに応じて異なるため、異なる回転速度ＶＲごとに、予め図１２、図１４のような特性を計測して、回転速度ＶＲごとの基準時間Ｔｓｒ’に応じた遅延時間ΔＴｏａ～ΔＴｏｈの各々に対応したプリセット値を決定して、描画制御装置２００内のメモリ部にテーブルとして記憶される。したがって、描画動作の際に、ポリゴンミラーＰＭの回転速度ＶＲを標準値（例えば３８０００ｒｐｍ）から変更する場合は、変更した後のポリゴンミラーＰＭの回転速度ＶＲに応じた遅延時間ΔＴｏａ～ΔＴｏｈのプリセット値が、描画制御装置２００内のメモリ部のテーブルから読み出されて、シフトレジスタ２１２のレジスタ２１２Ａにセットされる。描画制御装置２００内のテーブルに記憶される遅延時間ΔＴｏａ～ΔＴｏｈに対応したプリセット値の組は、例えばポリゴンミラーＰＭの回転速度ＶＲを４００００ｒｐｍ、３８０００ｒｐｍ、３６０００ｒｐｍ・・・のように２０００ｒｐｍごとに変えた状態で実測したデータに基づいて作成し、その間の回転速度ＶＲに対応した遅延時間ΔＴｏａ～ΔＴｏｈのプリセット値は、線形補間によって求めても良い。

以上の実施の形態によれば、補正原点信号ＳＺｎ’を描画開始の制御に用いることによって、描画開始点の再現性が向上すると共に、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ～ＲＰｈごとの原点時刻Ｔｏｇ’のばらつきが低減されるので、描画開始点の基板Ｐ上の主走査方向の絶対位置のばらつきも低減され、描画されるパターンの品質が向上する。

〔変形例１〕
図１に示したように、複数の描画ユニットＵｎを隣接して設けると、各描画ユニットＵｎ内の温度が上昇し易くなる。描画ユニットＵｎの空調や温調によって温度上昇を抑えることも可能であるが、ポリゴンミラーＰＭを高速回転させる際に発生する騒音（風切音）を低減させる為に、描画ユニットＵｎごとに筐体を設けたり、ポリゴンミラーＰＭの周りにカバーを設けたりするので、空調や温調が有効に作用しないこともある。すなわち、ポリゴンミラーＰＭの周囲や原点センサ（ビーム送光部６０ａ、ビーム受光部６０ｂ）の周囲の空気温度の変化を良好に抑えることが難しくなる。軽量化の為にポリゴンミラーＰＭの母材をアルミニウムとすると、そのような温度変化の程度によっては、ポリゴンミラーＰＭの反射面の状態がサブミクロンのオーダーで変形することもある。また、原点検出用のビームＢｇａを発生するビーム送光部（ビーム送光系）６０ａのレンズ系ＧＬａが、半導体レーザ光源ＬＤｏと一体にユニット化するためにプラスチック製（樹脂モールド）であった場合、周囲温度の変化によってポリゴンミラーＰＭに向かうビームＢｇａが、平行状態から収斂性または発散性を持つビームに変動しやすい。その為、光電変換素子ＤＴｏ上に集光する反射ビームＢｇｂのスポット光ＳＰｒのフォーカス状態が変化し、原点信号ＳＺｎの再現性が低下したり、ポリゴンミラーＰＭに向かうビームＢｇａの角度がわずかにずれたりする。

そこで本変形例では、ポリゴンミラーＰＭの周囲や原点センサ（ビーム送光部６０ａ、ビーム受光部６０ｂ）の周囲の温度を精密に計測する温度センサを設け、実測される原点信号ＳＺｎの再現性（３σ値）と原点間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈ（または図１４の間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａ）との温度変化に対する変化係数を事前に求めておき、図１６のシフトレジスタ２１２に設定する遅延時間ΔＴｏａ～ΔＴｏｈの各々に対応したプリセット値を、温度センサで計測される温度に応じて補正する。これによって、描画パターンの開始点が描画ユニットＵｎの温度変化に起因して主走査方向にばらつくことが低減される。

〔変形例２〕
図１７は、変形例２による原点センサの構成を示す図であり、描画ユニットＵｎ内でのポリゴンミラーＰＭ、ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆ、原点センサを構成するビーム送光部６０ａ、ビーム受光部６０ｂの配置をＸＹ面内でみた図である。図１７では、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰのうちの１つの反射面ＲＰａに向けて、描画用のビームＬＢｎが投射され、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａの１つ隣り（１つ手前）の反射面ＲＰｂに、ビーム送光部６０ａからのレーザビーム（原点検出用ビーム）Ｂｇａが投射されている。また、図１７における反射面ＲＰａの角度位置は、描画用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰが描画ラインＳＬｎの描画開始点に位置する直前の状態を示している。ここで、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）は、ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆと直交する入射瞳面に位置するように配置される。厳密には、ｆθレンズ系ＦＴに入射するビームＬＢｎの主光線が光軸ＡＸｆと同軸になった瞬間の反射面ＲＰ（ＲＰａ）の角度位置において、反射ミラーＭ２３からポリゴンミラーＰＭに向かうビームＬＢｎの主光線と光軸ＡＸｆとが交差する位置に反射面ＲＰ（ＲＰａ）が設定される。また、ｆθレンズ系ＦＴの主面から基板Ｐの表面（スポット光ＳＰの集光点）までの距離が焦点距離ｆｏである。

ビーム送光部６０ａからのビームＢｇａは、図４と同様のレンズ系ＧＬａによって、基板Ｐの感光性機能層に対して非感光性の波長域の平行光束としてポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰｂに投射される。反射面ＲＰｂで反射したレーザビームＢｇａの反射ビームＢｇｂは、ＸＹ面と垂直な反射面を持つ反射ミラー（反射光学部材）ＭＲａに向かう。反射ミラーＭＲａで反射したビームＢｇｂの反射ビームＢｇｃは、再びポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰｂに向けて投射される。反射面ＲＰｂで反射したビームＢｇｃの反射ビームＢｇｄは、ビーム受光部６０ｂで受光される。ビーム受光部６０ｂは、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰｂ（及び他の各反射面ＲＰ）がＸＹ面内で特定の角度位置になった瞬間に、図１７のようにビームＢｇａ、Ｂｇｂ、Ｂｇｃ、Ｂｇｄが進み、ビーム受光部６０ｂはパルス状の原点信号ＳＺｎを出力する。図１７では、ビームＢｇａを単なる線として示したが、実際には、ＸＹ面内でポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰの回転方向に関して所定の幅を有する平行光束となるように設定される。同様に、図１７ではビームＢｇｄを単なる線として示したが、実際には、ＸＹ面内で所定の幅を有する平行光束となり、ビームＢｇｄはポリゴンミラーＰＭの回転に応じてビーム受光部６０ｂに対して矢印Ａｗのように走査される。ビーム受光部６０ｂは、図４と同様に、ビームＢｇｄを受光したときに原点信号ＳＺｎを出力する光電変換素子ＤＴｏと、ビームＢｇｄを光電変換素子ＤＴｏ上にスポット光ＳＰｒとして集光するレンズ系ＧＬｂとを有する。

本変形例２では、図１７のように、反射ミラーＭＲａを用いて、原点検出用のビームＢｇａをポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰｂ）で２回反射させた後のビームＢｇｄのスポット光ＳＰｒを光電変換素子ＤＴｏで受光するように構成した。そのため、受光面ＰＤ１、ＰＤ２上でのスポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈは、原点検出用のビームＢｇａをポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰｂ）で１回反射させて光電変換素子ＤＴｏで受光する図４の場合と比べて２倍以上にすることができる。これによって、描画用のビームＬＢｎ（スポット光ＳＰ）の基板Ｐ上での走査速度Ｖｓｐに比べて、光電変換素子ＤＴｏ上の原点検出用のビームＢｇｄ（スポット光ＳＰｒ）の走査速度Ｖｈを２倍程度に速めることができ、第１の実施の形態と同様に原点信号ＳＺｎの再現性を良くすることができる。但し、本変形例２では、ビーム受光部６０ｂに設けられるレンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓをｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏの２倍以上にする必要はなく、同じ焦点距離にしてもスポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈをスポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐの２倍にすることができる。

また、本変形例２では、描画用のビームＬＢｎが投射されるポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａの１つ手前の反射面ＲＰｂに対して原点検出用のビームＢｇａが投射されている。その為、図１７のような原点センサの場合、描画用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰが描画ラインＳＬｎの描画開始点の少し手前に位置するように反射面ＲＰａの角度が設定された瞬間に、図１７のビーム受光部６０ｂからの原点信号ＳＺｎは原点時刻Ｔｏｇとなるように設定されている。このように、ポリゴンミラーＰＭの異なる反射面で描画用のビームＬＢｎと原点検出用のビームＢｇａを反射する構成であっても、第１の実施の形態のように、補正された原点信号ＳＺｎ’を生成することによって、描画パターンの開始点が主走査方向にばらつくことが低減できる。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態では、図１に示した回転ドラムＤＲの外周面に形成されている基準パターンを、描画ユニットＵｎから投射されるビームＬＢｎのスポット光ＳＰで走査し、基準パターンから発生する反射光を図２に示した光検出器ＤＴｃで検出した光電信号に基づいて、原点信号ＳＺｎの再現性や原点間隔時間ΔＴｍａ～ΔＴｍｈ（又は図１４の間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａ）を確認したり、遅延時間Ｔｏａ～Ｔｏｈを設定したりする。なお、回転ドラムＤＲの外周面に基準パターンを設け、スポット光ＳＰで基準パターンを走査したときに発生する正反射光を描画ユニットＵｎ内の光検出器ＤＴｃで検出する構成は、例えば、国際公開第２０１５／１５２２１７号パンフレットに開示されている。

図１８は、回転ドラムＤＲの外周面に形成されたライン＆スペース状の基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２を、スポット光ＳＰで走査したときに光検出器ＤＴｃから発生する光電信号Ｓｖの波形の一例を示す図である。基準パターンＰＴＬ１は、スポット光ＳＰの主走査方向の線幅が２０μｍで副走査方向に延びた低反射率の線状パターンであり、基準パターンＰＴＬ２は、主走査方向の線幅が２０μｍで副走査方向に延びた高反射率の線状パターンである。このような基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２をスポット光ＳＰで走査すると、基準パターンＰＴＬ１から発生する正反射光の強度は低く、基準パターンＰＴＬ２から発生する正反射光の強度は高くなる。基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２からの正反射光は、ｆθレンズ系ＦＴがテレセントリックであるため、図２の描画用のビームＬＢｎの光路を逆進して、偏光ビームスプリッタＢＳ１まで達する。図２では図示を省略したが、偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した正反射光（ビームＬＢｎと同等の平行光束）を光検出器ＤＴｃに集光する集光レンズが設けられる。それによって、基板Ｐ又は回転ドラムＤＲの外周面は光検出器ＤＴｃの受光面と共役になり、光検出器ＤＴｃの受光面には、基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２上に投射されるスポット光ＳＰの共役像が形成される。したがって、光検出器ＤＴｃからの信号Ｓｖは、スポット光ＳＰが基準パターンＰＴＬ１を投射している間は低レベルとなり、基準パターンＰＴＬ２を投射している間は高レベルとなる。

光検出器ＤＴｃからの信号Ｓｖの波形変化を、スポット光ＳＰをパルス発光させている光源装置ＬＳからのクロック信号ＣＬＫ、又はクロック信号ＣＬＫを逓倍したサンプリングクロック信号でデジタル変換して記憶して解析することによって、原点信号ＳＺｎの原点時刻Ｔｏｇ（又は補正された原点信号ＳＺｎ’の原点時刻Ｔｏｇ’）を基準としたスポット光ＳＰの走査位置に基づいて、基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２の副走査方向に延びたエッジ位置を計測することができる。

図１９は、光検出器ＤＴｃからの信号Ｓｖの波形をデジタルサンプリングする回路構成の一例を示し、信号Ｓｖを入力してサンプリングクロック信号ＣＬＫ２に応答して信号Ｓｖのレベルをデジタル変換するＡ／Ｄ変換部２４０、光源装置ＬＳからのクロック信号ＣＬＫの周波数Ｆａを２倍に逓倍したサンプリングクロック信号（以下、単にクロック信号と呼ぶ）ＣＬＫ２を発生する逓倍部２４１、Ａ／Ｄ変換部２４０でデジタル変換されたデータをクロック信号ＣＬＫ２に応答して記憶する波形記憶部（メモリ部）２４２、補正された原点信号ＳＺｎ’とクロック信号ＣＬＫ２とに基づいて、波形記憶部２４２にデータを記憶する際のメモリアドレス値を生成するアドレス生成部２４４と、波形記憶部２４２に記憶された信号Ｓｖの波形データを読み出して解析するＣＰＵを含む波形解析部２４６とで構成される。波形解析部２４６で解析された情報は図６の描画制御装置２００に送られ、原点信号ＳＺｎ’の再現性（３σ値）や間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａの確認、或いは遅延時間Ｔｏａ～Ｔｏｈの修正に使われる。

図２０は、図１９の回路構成を用いて、原点信号ＳＺｎ’（又は原点信号ＳＺｎ）の原点時刻Ｔｏｇ’（又は原点時刻Ｔｏｇ）の発生タイミングのばらつきを計測する一例を示すタイムチャートである。本実施の形態では、回転ドラムＤＲの外周面で、確認すべき描画ユニットＵｎの描画ラインＳＬｎの走査開始点の付近に対応した副走査方向（Ｙ方向）の位置に、図１６のような基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２が形成されている。本実施の形態では、描画ラインＳＬｎ上に基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２が位置するように、回転ドラムＤＲの回転角度を設定して静止させる。

図２０のように、補正原点信号ＳＺｎ’の原点時刻Ｔｏｇ’から一定の遅延時間ΔＴＤの直後に、図６で示した光源装置ＬＳからのビームＬＢが発振周波数Ｆａでパルス発振され、描画が開始されるものとする。また、ビームＬＢのパルス発振の直前に、対象となる描画ユニットＵｎに対応した選択用光学素子ＯＳｎもオン状態となる。選択用光学素子ＯＳｎがオン状態となってビームＬＢが対象の描画ユニットＵｎにビームＬＢｎとして供給される期間は、ビームＬＢｎのスポット光ＳＰが基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２を横切るような範囲に設定される。そのオン状態の間、光源装置ＬＳからのビームＬＢが周波数Ｆａで連続発振する。遅延時間ΔＴＤの直後からスポット光ＳＰが回転ドラムＤＲの表面を走査すると、光検出器ＤＴｃからの光電信号Ｓｖは図２０のような波形でレベル変化する。アドレス生成部２４４は、原点時刻Ｔｏｇ’から遅延時間ΔＴｕ後の時刻Ｔｕ１から、クロック信号ＣＬＫ２のクロックパルスに応答して逐次インクリメントされるアドレス値を生成し、波形記憶部２４２は指定されたアドレス値に、Ａ／Ｄ変換部２４０からのデジタル値（信号Ｓｖのレベルに応じた値）を順次記憶する。ここで、遅延時間ΔＴｕは、ΔＴｕ＞ΔＴＤに設定されると共に、スポット光ＳＰが基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２に達する前までの時間に設定される。

アドレス生成部２４４と波形記憶部２４２とによって、時刻Ｔｕ１から時刻Ｔｕ２までの一定時間、すなわちスポット光ＳＰが基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２を含む距離を走査する期間の間、信号Ｓｖの波形データがクロック信号ＣＬＫ２の時間分解能で波形記憶部２４２に記憶される。以上のような波形記憶の動作は、ポリゴンミラーＰＭの指定された１つの反射面ＲＰ（例えば、ＲＰａ）によってビームＬＢｎが走査されるたびに必要な回数分行なわれ、波形記憶部２４２には、ポリゴンミラーＰＭの同じ反射面ＲＰによって走査されたスポット光ＳＰによって発生した光電信号Ｓｖの時刻Ｔｕ１から時刻Ｔｕ２に渡る波形データが複数記憶される。波形解析部２４６は、記憶された複数の波形データを解析して、原点信号ＳＺｎ’の原点時刻Ｔｏｇ’の再現性が、所定の規格内にあるか否かを確認する。そのために、波形解析部２４６は、信号Ｓｖの波形変化のうちで、基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２の各エッジ位置に対応して立ち上がったり、降下したりする位置（アドレス位置）を特定し、各基準パターンＰＴＬ１（低反射率）の中点位置を求め、さらにそれらの中点位置の平均位置ＣＴｕ（アドレス位置）を求める。波形記憶部２４２に記憶される１つの波形データのアドレス値は、クロック信号ＣＬＫ２のクロックパルスに対応しているので、時刻Ｔｕ１から平均位置ＣＴｕまでの時間は、クロック信号ＣＬＫ２の周期と時刻Ｔｕ１から平均位置ＣＴｕまでのアドレス数との積によって換算でき、原点信号ＳＺｎ’の原点時刻Ｔｏｇ’から平均位置ＣＴｕまでの時間ΔＴＰｃが算定される。波形解析部２４６は、このような解析を記憶された複数の波形データの各々について行い、複数の時間ΔＴＰｃを算定する。波形解析部２４６は、算定された複数の時間ΔＴＰｃのばらつきの標準偏差値σから３σ値を求め、その３σ値を描画制御装置２００に送る。

また、ポリゴンミラーＰＭの各反射面ＲＰａ～ＲＰｈに対応して発生する補正原点信号ＳＺｎ’の原点時刻Ｔｏｇ’の間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａの各々が、基準時間Ｔｓｒ’に補正されているか否かを確認するためには、図１９の回路構成にクロック信号ＣＬＫ２を計数するカウンタ回路を付加し、例えば、補正原点信号ＳＺｎ’のうちで、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａに対応して発生する原点時刻Ｔｏｇ’と、反射面ＲＰａの次の反射面ＲＰｂに対応して発生する原点時刻Ｔｏｇ’との間隔時間を複数回計測して、その平均値を求めて描画制御装置２００に送る。他の反射面間の間隔時間についても同様に計測し、求めた間隔時間の平均値を描画制御装置２００に送る。描画制御装置２００は、送られてくる間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａの各々が基準時間Ｔｓｒ’に対して許容範囲内か否かを確認し、許容範囲以上の誤差を持っていた場合は、図１６のシフトレジスタ２１２にセットする遅延時間ΔＴｏａ～ΔＴｏｈを修正する。

以上の第２の実施の形態によれば、補正された原点信号ＳＺｎ’（又は補正前の原点信号ＳＺｎ）の経時的な変動によって発生する描画開始位置のばらつきを抑えることができ、長期的に安定した精度でパターン描画ができる。なお、本実施の形態では、回転ドラムＤＲの外周面に形成された基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２を用いて、原点信号ＳＺｎ’の再現性や間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａを確認したが、基板Ｐに設けた基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２を検出するようにしても良い。また、基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２が形成された枚葉の基準シート（例えば、厚さが基板Ｐと同等で可撓性を有し、変形が少ない極薄のガラスシートやステンレスシート等）を回転ドラムＤＲの周囲に巻き付けて固定しても良い。

〔第３の実施の形態〕
図２１は、第３の実施の形態による補正原点信号ＳＺｎ’（或いは、補正前の原点信号ＳＺｎ）の精度を検定するためのテスト露光の方法を説明する図であり、本実施の形態では、対象となる１つの描画ユニットＵｎによって、感光層が形成された基板Ｐ上に、複数の矩形状のテストパターンＴｐｔを主走査方向と副走査方向とにマトリックス状に配置して露光する。但し、本実施の形態では、副走査方向に並ぶ複数のテストパターンＴｐｔのうち、列ＭＰａで露光されるテストパターンＴｐｔは、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａのみで描画されるように制御され、列ＭＰｂで露光されるテストパターンＴｐｔは、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰｂのみで描画されるように制御される。以下同様に、列ＭＰｃ～ＭＰｈの各々で露光されるテストパターンＴｐｔは、それぞれポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰｃ～ＲＰｈのいずれかで描画されるように制御される。すなわち、各テストパターンＴｐｔが、ポリゴンミラーＰＭの１回転中に指定された１つの反射面のみで反射されたビームＬＢｎのスポット光ＳＰで露光されるように、基板Ｐは通常露光時の搬送速度の１／８の速度で送られる。なお、列ＭＰａ～ＭＰｈ内で主走査方向に複数のテストパターンＴｐｔを配置することは必ずしも必要ではないが、スポット光ＳＰが走査される描画ラインＳＬｎの主走査方向の位置（領域）ごとのテストパターンＴｐｔの形状変化を確認する為に配置される。

テスト露光される基板Ｐは、伸縮が少ない枚葉のＰＥＮフィルムや、極薄のガラスシートやステンレスシートを回転ドラムＤＲの外周面に綺麗に貼り付けたものとしても良い。テスト露光された基板Ｐは現像処理、或いはエッチング処理を行ったのち、テストパターンＴｐｔの副走査方向に延びたエッジ部Ｅｆ、Ｅｔの形成状態を検査装置等で拡大観察する。テストパターンＴｐｔのエッジ部Ｅｆ、Ｅｔが、例えば、図１３のようにばらついている場合は、そのテストパターンＴｐｔを描画したポリゴンミラーＰＭの反射面に対応した補正原点信号ＳＺｎ’の原点時刻Ｔｏｇ’の再現性が劣化していることになる。

また、図２１のように、ポリゴンミラーＰＭの８つの反射面ＲＰａ～ＲＰｈの各々で描画されたテストパターンＴｐｔの８つの列ＭＰａ～ＭＰｈの組は、副走査方向に繰り返し形成される。そして、例えば、第１の列ＭＰａ中の第１のテストパターンＴｐｔの中心位置と、第１の列ＭＰａから副走査方向に離れた第２の列ＭＰａ中であって第１のテストパターンＴｐｔと主走査方向に関して同じ位置にある第２のテストパターンＴｐｔの中心位置とを結ぶ直線Ｌｃｃを特定し、この直線Ｌｃｃに沿って副走査方向に並ぶテストパターンＴｐｔの各々のエッジ部Ｅｆ、Ｅｔ間の中心位置と、直線Ｌｃｃとの主走査方向の位置誤差ΔＹｔｔを計測する。それらの位置誤差ΔＹｔｔは、補正原点信号ＳＺｎ’における間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａの各々が基準時間Ｔｓｒ’に精密に調整されている場合、ほぼ同じ量になる。しかしながら、列ＭＰｂ～ＭＰｈのうちで、計測された位置誤差ΔＹｔｔにばらつきが生じている場合、間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａの基準時間Ｔｓｒ’への補正がずれてきたことを意味する。すなわち、補正前の原点信号ＳＺｎにおける間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａが変動したことになる。それらの位置誤差ΔＹｔｔを分析することによって、間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａの変動が推定できるので、描画制御装置２００は、遅延時間Ｔｏａ～Ｔｏｈを修正してシフトレジスタ２１２に設定する。

以上、本実施の形態によれば、ポリゴンミラーＰＭの１つの反射面のみによって基板Ｐ上に露光されるパターン（テストパターン）を検査しているので、補正原点信号ＳＺｎ’（又は補正前の原点信号ＳＺｎ）の反射面ＲＰａ～ＲＰｈの各々に対応して発生する原点時刻Ｔｏｇ’（又は原点時刻Ｔｏｇ）の再現性を確認できる。さらにポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ～ＲＰｈの間の間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａのばらつきの変化も確認できる。

〔第３の実施の形態の変形例〕
図２１のようにテスト露光を行う場合、回転ドラムＤＲは所定の速度（通常の速度の１／８）で精密に回転させることが必要であるが、テスト露光中に、回転ドラムＤＲが中心軸ＡＸｏの延びる方向（主走査方向）に微少変位しないようにすることも必要である。しかしながら、回転ドラムＤＲの主走査方向の位置変動を、ミクロンオーダー或いはサブミクロンオーダーに抑えることは難しい。

そこで、本変形例では、図２２に示すように、回転ドラムＤＲの外周面のうちの中心軸ＡＸｏが延びる方向の端部に、周方向に連続した線状の基準パターンＰＴＬ３を設ける。さらに、奇数番の描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５のＹ軸方向（主走査方向）の延長線上に設定され、基準パターンＰＴＬ３を検出する検出領域Ａｘｖを備えたパターン検出器ＤＸａと、偶数番の描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６のＹ軸方向（主走査方向）の延長線上に設定され、基準パターンＰＴＬ３を検出する検出領域Ａｘｖを備えたパターン検出器ＤＸｂとを設ける。パターン検出器ＤＸａ、ＤＸｂは、線状の基準パターンＰＴＬ３の検出領域Ａｘｖ内でのＹ軸方向の微少変位を、サブミクロンオーダーで随時計測することができる。また、回転ドラムＤＲの外周面に基準パターンＰＴＬ３が設けられない場合は、回転ドラムＤＲの中心軸ＡＸｏが延びる方向の端面部に、中心軸ＡＸｏと直交する基準平面を形成し、その基準平面のＹ軸方向の変位を、静電容量式、或いは光学式の非接触なギャップセンサ（リニアセンサ）ＧＳａ、ＧＳｂで計測しても良い。ギャップセンサＧＳａの計測位置は、中心軸ＡＸｏと直交するＸＺ面内でみたとき、奇数番の描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５の方位と同じに設定され、ギャップセンサＧＳｂの計測位置は、ＸＺ面内でみたとき、偶数番の描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６の方位と同じに設定される。

図２１のようなテスト露光を行う際、副走査方向に配列される複数のテストパターンＴｐｔの各々を露光したときの回転ドラムＤＲ（基板Ｐ）のＹ軸方向の位置変位の値を、パターン検出器ＤＸａ、ＤＸｂ、或いはギャップセンサＧＳａ、ＧＳｂで計測して、例えば、描画制御装置２００に記憶させておく。そして、基板Ｐにマトリックス状に露光されたテストパターンＴｐｔの位置関係を検査装置等で計測するときは、記憶した位置変位の値で、テストパターンＴｐｔのＹ方向（主走査方向）の計測値を補正する。これによって、テスト露光の際に生じる回転ドラムＤＲ（基板Ｐ）のＹ軸方向への微少な位置変動による誤差を相殺して、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ～ＲＰｈの各々に対応して発生する補正原点信号ＳＺｎ’（又は補正前の原点信号ＳＺｎ）の再現性を高精度に検査でき、さらにポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａ～ＲＰｈの間の原点間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａのばらつきの変化も高精度に検査することができる。

〔第４の実施の形態〕
図２３は、第４の実施の形態による回転ドラムＤＲの部分断面を示す図である。本実施の形態では、回転ドラムＤＲの外周面の一部に小さな開口部５０Ｊ（窪み部でも良い）を設け、そこに図５で示したような光電変換素子ＤＴｏを、受光面ＰＤ１、ＰＤ２が描画ユニットＵｎからの描画用のビームＬＢｎを垂直に受光するように設ける。本実施の形態は、先の図２０で説明したような回転ドラムＤＲの外周面の基準パターンＰＴＬ１、ＰＴＬ２からの正反射光を検出する代わりに、回転ドラムＤＲに設けられた光電変換素子ＤＴｏで原点検出用のビームＢｇｂ（又は描画用のビームＬＢｎ）を直接検出して、補正原点信号ＳＺｎ’（又は補正前の原点信号ＳＺｎ）の再現性や原点間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａのばらつきを計測するものである。

先の図３に示した第１の実施の形態において、原点検出センサ（レンズ系ＧＬｂ、光電変換素子ＤＴｏ）は、描画用（加工用）のビームＬＢｎと異なる光源から投射される原点検出用のビームＢｇａのポリゴンミラーＰＭでの反射ビームＢｇｂを光電検出する。しかしながら、図３の配置関係で、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａがＲＰａ’の角度位置になった後、反射面ＲＰａで反射された反射ビームＢｇｂは、ｆθレンズ系ＦＴに入射する。ｆθレンズ系ＦＴに入射した反射ビームＢｇｂは、描画用のビームＬＢｎと同様にｆθレンズ系ＦＴの像面側（回転ドラムＤＲ側）に集光し得る。そこで、本実施の形態では、ポリゴンミラーＰＭで走査されて、ｆθレンズ系ＦＴに入射した原点検出用のビームＢｇａの反射ビームＢｇｂを、図２３のように回転ドラムＤＲに設けた光電変換素子ＤＴｏで検出する。本実施の形態では、基板Ｐが回転ドラムＤＲで支持されていない状態、又は基板Ｐの透明領域が回転ドラムＤＲの外周面で支持されている状態において、回転ドラムＤＲに設けた光電変換素子ＤＴｏによる計測が行われる。本実施の形態では、回転ドラムＤＲを停止させた状態で、光電変換素子ＤＴｏは原点検出用のビームＢｇｂと描画用のビームＬＢｎの両方を受光可能である。この場合、図２３の光電変換素子ＤＴｏ上を横切る描画用のビームＬＢｎの走査速度と原点検出用のビームＢｇｂの走査速度は等しくなる。そこで、図２３の光電変換素子ＤＴｏの受光面の中心位置に、原点検出用のビームＢｇｂのスポット光が位置した瞬間の時刻と、補正原点信号ＳＺｎ’の原点時刻Ｔｏｇ’（又は補正前の原点信号ＳＺｎの原点時刻Ｔｏｇ）との間の間隔時間を、例えば図１９に示したような逓倍化したクロック信号ＣＣＫを用いて計時することで、補正原点信号ＳＺｎ’（又は補正前の原点信号ＳＺｎ）の精度（再現性、原点間隔時間Ｔａｂ～Ｔｈａのばらつき）が検査できる。

Claims (16)

1. 回転軸の回りに回転する回転多面鏡の複数の反射面の各々に加工用ビームを投射し、前記複数の反射面の各々で反射された前記加工用ビームを、走査用光学系を介して被照射体上で走査するビーム走査装置であって、
   前記回転多面鏡の前記複数の反射面の各々が所定の規定角度になるたびに原点信号を発生する原点検出部と、
   前記複数の反射面の各々に対応して発生する前記原点信号の時間的な間隔のばらつき量に応じた補正値を前記回転多面鏡の回転速度の変動に基づいて算出し、算出した前記補正値によって補正した補正原点信号を生成する補正部と、
   を備える、ビーム走査装置。
2. 請求項１に記載のビーム走査装置であって、
   前記補正原点信号に基づいて前記加工用ビームの前記被照射体への投射のタイミングを制御する制御部を、さらに備える、ビーム走査装置。
3. 請求項１に記載のビーム走査装置であって、
   前記原点検出部は、前記回転多面鏡の反射面に投射された検出用ビームの反射ビームを受光して前記原点信号を発生する光電検出器と、前記検出用ビームの前記反射ビームを前記光電検出器にスポットとして集光させると共に、前記回転多面鏡の回転によって前記光電検出器を横切る前記スポットの走査速度を、前記加工用ビームの前記被照射体上での走査速度よりも速める集光光学系と、を備える、ビーム走査装置。
4. 請求項３に記載のビーム走査装置であって、
   前記走査用光学系は、前記回転多面鏡の前記複数の反射面の各々で反射された前記加工用ビームを前記被照射体上でスポットに集光する屈折力を有し、
   前記集光光学系は、前記走査用光学系の屈折力よりも小さい屈折力を有して前記検出用ビームの前記反射ビームを集光する光学素子を含む、ビーム走査装置。
5. 請求項４に記載のビーム走査装置であって、
   前記集光光学系の前記光学素子の屈折力に応じた焦点距離を、前記走査用光学系の屈折力に応じた焦点距離よりも長くする、ビーム走査装置。
6. 請求項３に記載のビーム走査装置であって、
   前記集光光学系は、前記検出用ビームが前記回転多面鏡の反射面で最初に反射された第１の反射ビームを、前記回転多面鏡の反射面に向けて反射する反射光学部材と、前記回転多面鏡の反射面で２回目に反射された第２の反射ビームを入射して、前記光電検出器にスポットとして集光する光学素子と、を含む、ビーム走査装置。
7. 請求項３～６のいずれか１項に記載のビーム走査装置であって、
   前記補正部は、前記原点信号の発生時刻の間隔から求められる前記回転多面鏡の１回転分に対応した周回時間を、前記回転多面鏡の反射面の数で除した基準間隔時間を用いて、前記ばらつき量に応じた補正値を設定する、ビーム走査装置。
8. 回転軸の回りに回転する回転多面鏡の複数の反射面の各々に描画用ビームを投射し、前記複数の反射面の各々で反射された前記描画用ビームを、走査用光学系を介して支持部材に支持された基板上で走査することにより、前記基板にパターンを描画するパターン描画装置であって、
   前記回転多面鏡の前記複数の反射面の各々が所定の規定角度になるたびに原点信号を発生する原点検出部と、
   前記原点信号の発生から所定の遅延時間後を、前記描画用ビームによるパターン描画の開始時点として設定する描画制御部と、
   前記複数の反射面の各々が前記規定角度となる時間的な間隔のばらつきに応じた補正値によって、前記描画制御部で設定される前記遅延時間を、前記複数の反射面ごとに補正する補正部と、
   前記支持部材または前記基板に形成された基準パターンを前記描画用ビームで走査したときに前記基準パターンから生じる反射光の発生時点と、前記原点信号の発生時点との間の時間を計測することによって前記ばらつきに応じた補正値を求める計測部と、
   を備える、パターン描画装置。
9. 請求項８に記載のパターン描画装置であって、
   前記計測部は、前記基準パターンから生じる前記反射光を、前記走査用光学系と前記回転多面鏡とを介して受光し、前記基準パターンの反射率の変化に応じた光電信号を出力する光電検出器を有する、パターン描画装置。
10. 請求項９に記載のパターン描画装置であって、
    前記走査用光学系は、前記描画用ビームを前記基板上にスポット光として集光し、
    前記描画用ビームは、前記回転多面鏡による前記スポット光の走査方向について前記スポット光が一部重畳するような周期でパルス発振する光源装置から供給される、パターン描画装置。
11. 請求項１０に記載のパターン描画装置であって、
    前記計測部は、前記光電検出器からの光電信号の波形変化を、前記光源装置のパルス発振の周波数よりも高い周波数でサンプリングする波形記憶部を有する、パターン描画装置。
12. 回転軸の回りに回転する回転多面鏡の複数の反射面の各々に描画用ビームを投射し、前記複数の反射面の各々で反射された前記描画用ビームを、走査用光学系を介して支持部材に支持された基板上で走査することにより、前記基板にパターンを描画するパターン描画装置であって、
    前記回転多面鏡の前記複数の反射面の各々が所定の規定角度になるたびに原点信号を発生する原点検出部と、
    前記原点信号の発生から所定の遅延時間後を、前記描画用ビームによるパターン描画の開始時点として設定する描画制御部と、
    前記複数の反射面の各々が前記規定角度となる時間的な間隔のばらつきに応じた補正値によって、前記描画制御部で設定される前記遅延時間を、前記複数の反射面ごとに補正する補正部と、
    前記支持部材の支持面の一部に設けられた光電変換素子を有し、該光電変換素子が前記描画用ビームで走査されたときに得られる光電信号の発生時点と、前記原点信号の発生時点との間の時間を計測することによって前記ばらつきに応じた補正値を求める計測部と、
    を備える、パターン描画装置。
13. 請求項１２に記載のパターン描画装置であって、
    前記原点検出部は、前記回転多面鏡の反射面に投射された検出用ビームの反射ビームを受光して前記原点信号を発生する光電検出器と、前記検出用ビームの前記反射ビームを前記光電検出器にスポットとして集光させると共に、前記回転多面鏡の回転によって前記光電検出器を横切る前記スポットの走査速度を、前記描画用ビームの前記基板上での走査速度よりも速める集光光学系と、備える、パターン描画装置。
14. 請求項１３に記載のパターン描画装置であって、
    前記回転多面鏡の回転に伴って、前記描画用ビームが前記走査用光学系に入射する前に、前記検出用ビームが前記走査用光学系に入射するように設定され、
    前記支持部材に設けられた前記光電変換素子は、前記走査用光学系によって集光される前記検出用ビームのスポットを受光する、パターン描画装置。
15. 請求項１４に記載のパターン描画装置であって、
    前記走査用光学系は、前記描画用ビームを前記基板上にスポット光として集光し、
    前記描画用ビームは、前記回転多面鏡による前記スポット光の走査方向について前記スポット光が一部重畳するような周期でパルス発振する光源装置から供給される、パターン描画装置。
16. 回転軸の回りに回転する回転多面鏡の複数の反射面の各々に描画用ビームを投射し、前記複数の反射面の各々で反射された前記描画用ビームを、走査用光学系を介して支持部材に支持された基板上でスポット光に集光して主走査方向に走査するパターン描画装置の精度を検査する方法であって、
    前記回転多面鏡の前記複数の反射面の各々が所定の規定角度になるたびに原点検出部から発生する原点信号のうち、前記回転多面鏡の特定の反射面が前記規定角度になったときに発生する特定の原点信号に応答して、前記特定の反射面による前記スポット光の主走査方向の走査により検査用パターンの描画を行うように設定する段階と、
    前記回転多面鏡の回転によって繰り返し発生する前記特定の原点信号の間隔時間の間に、前記基板を前記スポット光のサイズよりも小さい距離だけ前記主走査方向と交差した副走査方向に移動させながら前記検査用パターンを描画する段階と、
    前記回転多面鏡の前記特定の反射面を異ならせて、前記設定する段階と前記描画する段階とを繰り返す段階と、
    前記基板に描画された前記検査用パターンの形状、又は前記主走査方向の配置のばらつきを計測して前記原点信号の精度を検査する段階と、
    を含む、パターン描画装置の精度検査方法。

Images