JPWO2017191777A1 - ビーム走査装置および描画装置 - Google Patents

Abstract

ビーム（ＬＢｎ）を基板（Ｐ）上で１次元に走査するビーム走査装置である走査ユニット（Ｕｎ）は、一方向にパワーを有する第１シリンドリカルレンズ（ＣＹ１）と、第１シリンドリカルレンズ（ＣＹ１）を透過したビーム（ＬＢｎ）を１次元の走査のために偏向するポリゴンミラー（ＰＭ）と、テレセントリックな状態で偏向されたビーム（ＬＢｎ）を基板（Ｐ）に投射するｆθレンズ系（ＦＴ）と、ｆθレンズ系（ＦＴ）を透過したビーム（ＬＢｎ）を入射し、一方向にパワーを有する第２シリンドリカルレンズ（ＣＹ２）とを備え、第１シリンドリカルレンズ（ＣＹ１）と第２シリンドリカルレンズ（ＣＹ２）とは互いに直交する方向にパワーを有し、第１シリンドリカルレンズ（ＣＹ１）とポリゴンミラー（ＰＭ）との間に設けられたレンズ系（Ｇ１０）をさらに備える。

Description

本発明は、基板に所定のパターンを描画するためにビームを主走査方向に一次元に走査するビーム走査装置、および、このビーム走査装置を用いて所定のパターンを描画する描画装置に関する。

ｆθレンズ系とポリゴンミラー（回転多面鏡）を用いることで、感材上に投射されたビームを等速で走査できることが知られている。一般的なポリゴンミラーの各反射面は、ポリゴンミラーの回転面（回転方向を含む平面）と直交する方向と平行に形成されるが、実際の反射面は、ポリゴンミラーの回転面と直交する方向に対して僅かに傾斜するような誤差、いわゆる面倒れ（傾斜）誤差を伴っている。この誤差は、反射面毎に異なるため、ｆθレンズ系によって感材上に結像するスポット光の像位置（ビームの投射位置）が反射面毎にずれてしまう。

その投射位置のずれを防ぐために、下記特開平８−２９７２５５号公報では、ポリゴンミラーの手前とｆθレンズ系の後との２ヶ所に、ポリゴンミラーの偏向方向（走査方向、ポリゴンミラーの回転方向）に対して直交した方向にのみ屈折力を持つシリンドリカルレンズを配置している。つまり、母線がビームの走査方向と平行となるような２つのシリンドリカルレンズを配置している。これにより、ビームの走査方向（主走査方向）と直交した方向（副走査方向）に関しては、ポリゴンミラーの反射面上と感材の被照射面とを共役関係にすることができ、ポリゴンミラーの反射面毎に面倒れ誤差がばらついても、ビームの感材上での投射位置を副走査方向においては一定にすることができる。

しかしながら、特開平８−２９７２５５号公報のように、ポリゴンミラーの手前に配置する第１シリンドリカルレンズと、ｆθレンズ系（複数枚の球面レンズで構成される）の後に配置する第２シリンドリカルレンズとの各々を単レンズで構成し、第１シリンドリカルレンズの母線と第２シリンドリカルレンズの母線とを平行にする場合、シリンドリカルレンズによって発生する収差（例えばビームの球面収差）を良好に低減するための光学設計（収差補正）が難しいと言った問題があった。

本発明の第１の態様は、光源装置からのビームを被照射体に投射しつつ、前記ビームを前記被照射体上で１次元に走査するビーム走査装置であって、前記ビームを前記１次元の方向に対応した第１の方向に集光する第１光学部材と、前記第１光学部材を通った前記ビームを入射し、前記１次元の走査のために前記ビームを前記第１の方向に偏向するビーム偏向部材と、前記ビーム偏向部材によって偏向された前記ビームを入射し、前記被照射体に向けて投射する走査用光学系と、前記走査用光学系を通った前記ビームを入射し、前記第１の方向と直交する第２の方向に前記ビームを集光する第２光学部材と、前記第１光学部材と前記ビーム偏向部材との間に設けられ、前記第１光学部材を通った前記ビームを前記ビーム偏向部材の位置で前記第２の方向に集光するレンズ系と、を備える。

本発明の第２の態様は、光源装置からのビームを被照射体上で主走査方向に走査しつつ、前記被照射体と前記ビームを副走査方向に相対移動させて、前記被照射体にパターンを描画する描画装置であって、前記ビームを前記主走査方向に走査するために、前記ビームを入射して前記主走査方向に１次元に偏向する可動偏向部材と、前記可動偏向部材で１次元に偏向される前記ビームを入射し、前記ビームを前記被照射体上に集光して投射する走査用光学系と、非等方的な屈折力を有し、前記可動偏向部材に向かう前記ビームを前記主走査方向に関して収斂する第１光学部材と、非等方的な屈折力を有し、前記走査用光学系から射出して前記被照射体に向かう前記ビームを前記副走査方向に関して収斂する第２光学部材と、前記第１光学部材と前記可動偏向部材との間に設けられ、前記主走査方向に関して収斂した前記ビームを入射して、前記副走査方向に関して収斂するビームに変換して前記可動偏向部材に向けて射出する等方的な屈折力を有する第３光学部材と、を備える。

本発明の第３の態様は、可動偏向部材で第１方向に偏向されるビームを、走査用光学系によって被照射体上に投射しつつ前記被照射体上で前記第１方向に沿って１次元走査して前記被照射体にパターンを描画する描画装置であって、前記可動偏向部材に投射される前記ビームを前記第１方向と直交した第２方向に関して収斂させるための非等方的な屈折力を有する第１レンズ部材を含む第１調整光学系と、前記走査用光学系から前記被照射体に向かう前記ビームを前記第２方向に関して収斂させるための非等方的な屈折力を有する第２レンズ部材を含む第２調整光学系と、を備え、前記ビームの波長をλ、前記被照射体に投射される前記ビームの前記第１方向に関する開口数をＮＡ_y、前記第２方向に関する開口数をＮＡ_x、前記被照射体に投射される前記ビームの前記第１方向に関する球面収差をＳ₁、前記第２方向に関する球面収差をＳ₂としたとき、前記第１第１レンズ部材と前記第２レンズ部材は、Ｓ₁＜λ／ＮＡ_y ²、且つ、Ｓ₂＜λ／ＮＡ_x ²、となる条件と、｜Ｓ₁−Ｓ₂｜＜λ／ＮＡ_y ²、且つ、｜Ｓ₁−Ｓ₂｜＜λ／ＮＡ_x ²、となる条件とのいずれか一方を満たすように設定される。

本発明の第４の態様は、被照射体上の主走査方向に沿ってパターン描画用のビームを１次元走査すると共に、前記主走査方向と交差した副走査方向に前記被照射体と前記ビームとを相対移動させて、前記被照射体にパターンを描画する描画装置であって、前記ビームを発生する為のビーム生成装置と、前記ビーム生成装置からの前記ビームを、ビーム径を拡大させた平行光束に変換するビームエキスパンダーと、前記ビームエキスパンダーで変換された前記ビームを入射して前記主走査方向に対応した方向に１次元偏向するビーム偏向部材と、前記１次元偏向された前記ビームを入射して前記被照射体上に前記ビームのスポットを集光する為の走査用光学系と、前記ビームエキスパンダーと前記ビーム偏向部材との間に設けられ、前記ビームエキスパンダーで変換された前記ビームを入射して、前記ビーム偏向部材上に投射される前記ビームを前記副走査方向に対応した方向に収斂させるための非等方的な屈折力を有する第１光学素子を含む第１光学系と、前記走査用光学系から射出して前記被照射体に向かう前記ビームを前記副走査方向に収斂させるための非等方的な屈折力を有する第２光学素子を含む第２光学系と、前記ビームエキスパンダーの光路中に設けられ、前記ビームの光路を前記副走査方向に対応した方向にシフトさせるシフト用光学部材と、を備える。

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。 図１に示すビーム切換部および描画ヘッドの概略構成を示すとともに、描画ヘッドの各走査ユニットの走査ラインの基板上における配置関係を示す図である。 図２に示すビーム切換部の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２に示す走査ユニットの具体的な構成を示す図であり、ビームの走査方向（偏向方向）を含む平面（ＸＹ平面と平行な平面）と直交する平面（ＸＺ平面）からみた図である。 図４に示す開口絞りから基板までのビームを、ビームの偏向方向（主走査方向）を含む平面と平行な平面からみた概略図である。 比較例１による光学設計例におけるレンズデータを示す図である。 比較例１におけるビームエキスパンダーから基板（像面）までのビームの状態を、ビームの偏向方向（スポット光の主走査方向）を含む平面と平行な面内でみた概略図である。 図７に示すビームエキスパンダーからポリゴンミラーの反射面までのビームの状態を、ビームの主走査方向と直交する平面からみた概略図である。 図７に示すポリゴンミラーの反射面から基板（像面）までのビームの状態を、ビームの主走査方向と直交する平面からみた概略図である。 ｆθレンズ系から基板（像面）に投射されるビームの主走査方向に関する球面収差の発生状態を誇張して説明する図である。 ｆθレンズ系から基板（像面）に投射されるビームの副走査方向に関する球面収差の発生状態を誇張して説明する図である。 比較例１の光学設計例によって発生するビームの主走査方向と副走査方向の球面収差特性をシミュレーションしたグラフである。 比較例１における主走査方向の球面収差と副走査方向の球面収差との差分の球面収差特性を表したグラフである。 実施例１による光学設計例におけるレンズデータを示す図である。 実施例１におけるビームエキスパンダーから基板（像面）までのビームの状態を、ビームの偏向方向（スポット光の主走査方向）を含む平面と平行な面内でみた概略図である。 図１５に示すビームエキスパンダーからポリゴンミラーの反射面までのビームの状態を、ビームの主走査方向と直交する面内でみた概略図である。 図１５に示すポリゴンミラーの反射面から基板（像面）までのビームの状態を、ビームの主走査方向と直交する面内でみた概略図である。 実施例１の光学設計例によって発生するビームの主走査方向と副走査方向の球面収差特性をシミュレーションしたグラフである。 実施例１における主走査方向の球面収差と副走査方向の球面収差との差分の球面収差特性を表したグラフである。 図２０Ａは、平行平板がＸＺ面内で傾斜していない状態を示す図であり、図２０Ｂは、平行平板がＹＺ面に対して角度ηだけ傾斜している状態を示す図である。

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

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態の基板（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、フレキシブル（可撓性）のシート状の基板（シート基板）Ｐをロール状に巻いた図示しない供給ロールから基板Ｐが送出され、送出された基板Ｐに対して各種処理を連続的に施した後、各種処理後の基板Ｐを図示しない回収ロールで巻き取る、いわゆる、ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ Ｔｏ Ｒｏｌｌ）方式の構造を有する。そのため、各種処理後の基板Ｐは、複数のデバイスが基板Ｐの搬送方向に連なった状態となっており、多面取り用の基板となっている。前記供給ロールから送られた基板Ｐは、順次、プロセス装置ＰＲ１、露光装置ＥＸ、およびプロセス装置ＰＲ２で各種処理が施され、前記回収ロールで巻き取られる。基板Ｐは、基板Ｐの移動方向（搬送方向）が長手方向（長尺）となり、幅方向が短手方向（短尺）となる帯状の形状を有する。

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が供給ロールから回収ロール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方向と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１０内で施される各処理において熱を受ける場合があるため、熱膨張係数が顕著に大きくない材質の基板Ｐを選定することが好ましい。例えば、無機フィラーを樹脂フィルムに混合することによって熱膨張係数を抑えることができる。無機フィラーは、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ、または酸化ケイ素などでもよい。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。

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

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、プロセス装置ＰＲ１から搬送されてきた基板Ｐをプロセス装置ＰＲ２に向けて所定の速度で搬送方向（＋Ｘ方向）に搬送しつつ、基板Ｐに対して露光処理を行う処理装置である。露光装置ＥＸは、基板Ｐの表面（感光性機能層の表面、すなわち、感光面）に、電子デバイス用のパターン（例えば、電子デバイスを構成するＴＦＴの電極や配線などのパターン）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（描画装置）である。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。この露光領域に電子デバイスが形成されるので、露光領域は、デバイス形成領域でもある。

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

次に、露光装置ＥＸについて、図２〜図５も参照して、さらに詳しく説明する。露光装置ＥＸは、図１のように温調チャンバー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、光源装置１４と、ビーム切換部ＢＤＵと、描画ヘッド１６と、制御装置１８とを少なくとも備えている。制御装置１８は、露光装置ＥＸの各部を制御するものである。この制御装置１８は、コンピュータ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１８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の基板搬送装置の一部を構成するものであり、プロセス装置ＰＲ１から搬送される基板Ｐを、露光装置ＥＸ内で所定の速度で搬送した後、プロセス装置ＰＲ２に所定の速度で送り出す。基板搬送機構１２は、基板Ｐの搬送方向の上流側（−Ｘ方向側）から順に、エッジポジションコントローラＥＰＣ、駆動ローラＲ１、テンション調整ローラＲＴ１、回転ドラム（円筒ドラム）ＤＲ、テンション調整ローラＲＴ２、駆動ローラＲ２、および、駆動ローラＲ３を有している。基板Ｐが、基板搬送機構１２のエッジポジションコントローラＥＰＣ、駆動ローラＲ１〜Ｒ３、テンション調整ローラＲＴ１、ＲＴ２、および、回転ドラム（円筒ドラム）ＤＲに掛け渡されることで、露光装置ＥＸ内で搬送される基板Ｐの搬送路が規定される。

エッジポジションコントローラＥＰＣは、プロセス装置ＰＲ１から搬送される基板Ｐの幅方向（Ｙ方向であって基板Ｐの短尺方向）における位置を調整する。つまり、エッジポジションコントローラＥＰＣは、所定のテンション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（長尺方向）に搬送する。回転ドラムＤＲは、描画ヘッド１６からのビームＬＢ（スポット光ＳＰ）が投射される基板Ｐ上の領域（部分）をその外周面で支持する。回転ドラムＤＲは、電子デバイスが形成される面（感光面が形成された側の面）とは反対側の面（裏面）側から基板Ｐを支持（密着保持）する。回転ドラムＤＲのＹ方向の両側には、回転ドラムＤＲが中心軸ＡＸｏの周りを回転するように環状のベアリングで支持されたシャフトＳｆｔが設けられている。回転ドラムＤＲは、制御装置１８によって制御される図示しない回転駆動源（例えば、モータや減速機構など）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をプロセス装置ＰＲ２へ向けて搬送する。テンション調整ローラＲＴ１、ＲＴ２は、−Ｚ方向に付勢されており、回転ドラムＤＲに巻き付けられて支持されている基板Ｐに長尺方向に所定のテンションを与えている。これにより、回転ドラムＤＲにかかる基板Ｐに付与される長尺方向のテンションを所定の範囲内に安定化させている。制御装置１８は、図示しない回転駆動源（例えば、モータや減速機構など）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１４は、パルス状のビーム（パルスビーム、パルス光、レーザ）ＬＢを発生して射出する。このビームＬＢは、３７０ｎｍ以下の波長帯域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１４が射出したビームＬＢは、ビーム切換部ＢＤＵを介して描画ヘッド１６に入射する。光源装置１４は、制御装置１８の制御にしたがって、発光周波数ＦａでビームＬＢを発光して射出する。この光源装置１４は、赤外波長域のパルス光を発生する半導体レーザ素子、ファイバー増幅器、および、増幅された赤外波長域のパルス光を紫外波長域のパルス光に変換する波長変換素子（高調波発生素子）などで構成されるファイバーアンプレーザ光源としてもよい。このように光源装置１４を構成することで、発振周波数Ｆａが数百ＭＨｚで、１パルス光の発光時間が数ピコ秒程度の高輝度な紫外線のパルス光が得られる。なお、光源装置１４の射出窓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。

ビーム切換部ＢＤＵは、詳しくは図２も参照して後述するが、描画ヘッド１６を構成する複数の走査ユニットＵｎ（なお、ｎ＝１、２、・・・、６）のうちいずれか１つの走査ユニットＵｎに、ビームＬＢを時分割で入射させるように切り換える複数の光学的なスイッチング素子を有する。複数のスイッチング素子は、ビームＬＢが入射する走査ユニットＵｎを走査ユニットＵ１〜Ｕ６の中で順番に切り換える。例えば、ビーム切換部ＢＤＵは、ビームＬＢが入射する走査ユニットＵｎを、Ｕ１→Ｕ２→Ｕ３→Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６、の順番で切り換えることを繰り返す。なお、ビーム切換部ＢＤＵを介して走査ユニットＵｎに入射する光源装置１４からのビームＬＢをＬＢｎと表す場合がある。そして、走査ユニットＵ１に入射するビームＬＢｎをＬＢ１で表し、同様に、走査ユニットＵ２〜Ｕ６の各々に入射するビームＬＢｎをＬＢ２〜ＬＢ６で表す場合がある。

図２に示すように、走査ユニット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。本第１の実施の形態では、各走査ユニット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、走査ユニット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。そのため、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のいずれか１つにビームＬＢが入射するように、ビームＬＢを走査ユニットＵｎのいずれか１つに切り換えて供給すること、すなわち時分割にビームＬＢを振り分けることができる。なお、スポット光ＳＰの主走査を行う走査ユニットＵｎ（ビームＬＢｎが入射する走査ユニットＵｎ）は、Ｕ１→Ｕ２→Ｕ３→Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６→Ｕ１・・・、の順番で繰り返される。このように、光源装置１４からのビームＬＢを複数の走査ユニットＵｎの各々に時分割で振り分ける構成については、国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレットに開示されている。

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

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

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

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の端部同士をＹ方向に関して隣接または一部重複させることを意味する。描画ラインＳＬｎの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、複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）は全部で露光領域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。

本第１の実施の形態の場合、光源装置１４からのビームＬＢがパルス光であるため、主走査の間に描画ラインＳＬｎ上に投射されるスポット光ＳＰは、ビームＬＢの発振周波数Ｆａ（例えば、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（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程度とする。

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。このとき、ＸＺ平面に関して、奇数番の走査ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５から基板Ｐに向かって投射されるビームＬＢの進行方向（描画ラインＳＬ１、ＳＬ３、ＳＬ５と中心軸ＡＸｏとを結ぶ方向）と中心面Ｐｏｃとの角度は−θ１とすると、偶数番の走査ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６から基板Ｐに向かって投射されるビームＬＢの進行方向（描画ラインＳＬ２、ＳＬ４、ＳＬ６と中心軸ＡＸｏとを結ぶ方向）と中心面Ｐｏｃとの角度は＋θ１となっている。つまり、ＸＺ平面に関して、奇数番の走査ユニットＵ１、Ｕ３、Ｕ５から基板Ｐに向かって投射されるビームＬＢの進行方向と、偶数番の走査ユニットＵ２、Ｕ４、Ｕ６から基板Ｐに向かって投射されるビームの進行方向とは、中心面Ｐｏｃに対して対称となっている。また、各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）は、描画ラインＳＬｎ（ＳＬ１〜ＳＬ６）に照射するビームＬＢｎが、ＹＺ平面と平行な面内では基板Ｐの被照射面に対して垂直となるように、ビームＬＢｎを基板Ｐに向けて照射する。すなわち、被照射面でのスポット光ＳＰの主走査方向に関して、基板Ｐに投射されるビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ６）はテレセントリックな状態で走査される。

さらに、図２を用いてビーム切換部ＢＤＵおよび描画ヘッド１６の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）の構成を簡単に説明する。ビーム切換部ＢＤＵは、複数のスイッチング素子としての選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）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とを有する。選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）は、ビームＬＢに対して透過性を有するものであり、超音波信号で駆動される音響光学変調素子（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator）である。この複数の選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）および複数の入射ミラーＩＭｎ（ＩＭ１〜ＩＭ６）は、複数の走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）に対応して設けられている。例えば、選択用光学素子ＡＯＭ１および入射ミラーＩＭ１は、走査ユニットＵ１に対応して設けられ、同様に、選択用光学素子ＡＯＭ２〜ＡＯＭ６および入射ミラーＩＭ２〜ＩＭ６は、走査ユニットＵ２〜Ｕ６に対応して設けられている。

光源装置１４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。なお、図２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、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。その構成については図３を用いて後述する。

図２において、光源装置１４からのビームＬＢは、Ｘ軸と平行に−Ｘ方向に進んで反射ミラーＭ１に入射する。反射ミラーＭ１で−Ｙ方向に反射したビームＬＢは、反射ミラーＭ２に入射する。反射ミラーＭ２で＋Ｘ方向に反射したビームＬＢは、選択用光学素子ＡＯＭ５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方向に反射したビームＬＢは、反射ミラーＭ４に入射する。反射ミラーＭ４で−Ｘ方向に反射したビームＬＢは、選択用光学素子ＡＯＭ６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方向に反射したビームＬＢは、反射ミラーＭ６に入射する。反射ミラーＭ６で＋Ｘ方向に反射したビームＬＢは、選択用光学素子ＡＯＭ３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方向に反射したビームＬＢは、反射ミラーＭ８に入射する。反射ミラーＭ８で−Ｘ方向に反射したビームＬＢは、選択用光学素子ＡＯＭ４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方向に反射したビームＬＢは反射ミラーＭ１０に入射する。反射ミラーＭ１０で＋Ｘ方向に反射したビームＬＢは、選択用光学素子ＡＯＭ１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方向に反射したビーム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ＡＯＭ２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ＡＯＭｎは、超音波信号（高周波信号）が印加されると、入射したビーム（０次光）ＬＢを、高周波の周波数に応じた回折角で回折させた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１４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、各選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）の各々で偏向されたビームＬＢｎ（ＬＢ１〜ＬＢ６）は、元のビームＬＢの強度より低下している。また、選択用光学素子ＡＯＭｎ（ＡＯＭ１〜ＡＯＭ６）のいずれか１つがオン状態のとき、回折されずに直進する０次光が２０％程度残存するが、それは最終的に吸収体ＴＲによって吸収される。

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入射ミラーＩＭｎ（ＩＭ１〜ＩＭ６）に投射される。各入射ミラーＩＭｎ（ＩＭ１〜ＩＭ６）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）を対応する走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）に導く。なお、入射ミラーＩＭｎの各々は、ビームＬＢｎの各々を−Ｚ方向に落射させることから、落射用ミラーとも呼ばれる。

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１８からの駆動信号（高周波信号）のオン／オフにしたがって、入射したビームＬＢを回折させた回折光の発生をオン／オフする。例えば、選択用光学素子ＡＯＭ５は、制御装置１８からの駆動信号（高周波信号）が印加されずにオフの状態のときは、入射した光源装置１４からのビームＬＢを回折させずに透過する。したがって、選択用光学素子ＡＯＭ５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ＡＯＭ５は、制御装置１８からの駆動信号（高周波信号）が印加されてオンの状態のときは、入射したビームＬＢを回折させて入射ミラーＩＭ５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ＡＯＭ６がスイッチングする。このようにして、各選択用光学素子ＡＯＭｎをスイッチングすることで、ビームＬＢｎをいずれか１つの走査ユニットＵｎに導くことができ、且つ、ビームＬＢｎが入射する走査ユニットＵｎを切り換えることができる。

図１に示した制御装置１８は、描画したいパターンに応じたパターンデータ（描画データ）に基づいて、光源装置１４から射出されるパルス状のビームＬＢのオン／オフを１パルス単位で制御する。光源装置１４をファイバーアンプレーザ光源とした場合に、光源装置１４からのパルス状のビームＬＢをパターンデータに基づいてオン／オフ（変調）する構成に関しても、前述の国際公開第２０１５／１６６９１０号パンフレットに開示されている。ここで、パターンデータについて簡単に説明する。パターンデータ（描画データ、設計情報）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のサイズに応じて設定される寸法の画素によって分割し、複数の画素の各々を描画したい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。

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。光源装置１４がファイバーアンプレーザ光源の場合、国際公開２０１５／１６６９１０号パンフレットに開示されているように、ファイバー増幅器に入射する赤外波長域のパルス状の種光（発光周波数Ｆａ）は、制御装置１８から送られてくるパターンデータの画素の論理情報「１」、「０」に応じて、ピーク強度が大きく俊鋭なパルス光と、ピーク強度が低く緩慢なパルス光とのいずれか一方に高速にスイッチングされる。

なお、選択用光学素子ＡＯＭｎは、選択用光学素子ＡＯＭｎに入射するビームＬＢの径が小さくなると、回折効率および応答性が高くなる。そのため、選択用光学素子ＡＯＭｎに入射するビームＬＢを平行光束とする場合は、選択用光学素子ＡＯＭｎに入射するビームＬＢの径が平行光束の状態で縮小されるようなビーム整形光学系を設けてもよい。本第１の実施の形態では、光源装置１４から射出するビームＬＢの直径を１ｍｍ以下の平行光束としたので、そのままの状態で選択用光学素子ＡＯＭｎに通すことができる。

以上の図２、図３の構成において、光源装置１４とビーム切換部ＢＤＵとは走査ユニットＵｎの各々に描画用のビームＬＢｎを供給するビーム供給ユニット（ビーム生成装置）を構成する。より厳密に定義するなら、図２中の走査ユニットＵ５に対するビーム供給ユニットは、光源装置１４、ミラーＭ１、Ｍ２、選択用光学素子ＡＯＭ５、及び入射ミラーＩＭ５で構成され、走査ユニットＵ６に対するビーム供給ユニットは、光源装置１４、ミラーＭ１〜Ｍ４、選択用光学素子ＡＯＭ５、ＡＯＭ６、及び入射ミラーＩＭ６で構成され、走査ユニットＵ３に対するビーム供給ユニットは、光源装置１４、ミラーＭ１〜Ｍ６、選択用光学素子ＡＯＭ５、ＡＯＭ６、ＡＯＭ３、及び入射ミラーＩＭ３で構成され、走査ユニットＵ４に対するビーム供給ユニットは、光源装置１４、ミラーＭ１〜Ｍ８、選択用光学素子ＡＯＭ５、ＡＯＭ６、ＡＯＭ３、ＡＯＭ４、及び入射ミラーＩＭ４で構成され、走査ユニットＵ１に対するビーム供給ユニットは、光源装置１４、ミラーＭ１〜Ｍ１０、選択用光学素子ＡＯＭ５、ＡＯＭ６、ＡＯＭ３、ＡＯＭ４、ＡＯＭ１、及び入射ミラーＩＭ１で構成され、そして、走査ユニットＵ２に対するビーム供給ユニットは、光源装置１４、ミラーＭ１〜Ｍ１２、選択用光学素子ＡＯＭ５、ＡＯＭ６、ＡＯＭ３、ＡＯＭ４、ＡＯＭ１、ＡＯＭ２、及び入射ミラーＩＭ２で構成される。

次に、走査ユニット（ビーム走査装置）Ｕｎの構成について説明する。各走査ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）は、同一構成となっていることから、走査ユニットＵ１についてのみ簡単に説明する。走査ユニット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ＦＴを少なくとも備えている。なお、図２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シリンドリカルレンズＣＹ１が配置され、ｆθレンズ系ＦＴの後に第２シリンドリカルレンズＣＹ２が設けられている。第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２については後で図４を参照して詳しく説明する。

入射ミラーＩＭ１で−Ｚ方向に反射されたビームＬＢ１は、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（本第１の実施の形態では反射面ＲＰの数Ｎｐを８とする）とを有する回転多面鏡である。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。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１８の制御の下、図示しない回転駆動源（例えば、デジタルモータなど）によって指令された速度で正確に回転する。

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。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。

図３は、選択用光学素子ＡＯＭｎおよび入射ミラーＩＭｎ回りの具体的な構成を示す図である。なお、選択用光学素子ＡＯＭｎおよび入射ミラーＩＭｎ回りの構成は互いに同一であることから、ここでは代表して選択用光学素子ＡＯＭ１および入射ミラーＩＭ１回りの構成についてのみ説明する。

選択用光学素子ＡＯＭ１には、図２に示したように、前段の選択用光学素子ＡＯＭ４、反射ミラーＭ９、Ｍ１０を通った後に、例えば直径１ｍｍ以下の微小な径（第１の径）の平行光束にされたビームＬＢが入射する。高周波信号（超音波信号）である駆動信号が入力されていない期間（駆動信号がオフ）では、選択用光学素子ＡＯＭ１は、入射したビームＬＢを回折させずにそのまま透過する。透過したビームＬＢは、その光路上に光軸ＡＸａに沿って設けられた集光レンズＧ１およびコリメートレンズＧ２ａを透過して、後段の選択用光学素子ＡＯＭ２に入射する。このとき選択用光学素子ＡＯＭ１を通って集光レンズＧ１およびコリメートレンズＧ２ａを通過するビームＬＢの中心軸は、光軸ＡＸａ上を通るものとする。集光レンズＧ１は、選択用光学素子ＡＯＭ１を透過したビームＬＢ（平行光束）を、集光レンズＧ１とコリメートレンズＧ２ａとの間に位置する面ｐ１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Ｇ２ａは、集光レンズＧ１によって集光された後、発散したビームＬＢを平行光束にする。コリメートレンズＧ２ａによって平行光束にされたビームＬＢの径は、第１の径となる。集光レンズＧ１の後側焦点とコリメートレンズＧ２ａの前側焦点とは、所定の許容範囲内で一致しており、集光レンズＧ１の前側焦点は選択用光学素子ＡＯＭ１内の回折点と所定の許容範囲内で一致している。この集光レンズＧ１とコリメートレンズＧ２ａとはリレーレンズ系を構成する。

一方、高周波信号である駆動信号が選択用光学素子ＡＯＭ１に印加されている期間では、選択用光学素子ＡＯＭ１は、入射したビームＬＢを回折させたビームＬＢ１（回折光）を発生する。高周波信号の周波数に応じた回折角で−Ｚ方向に偏向したビームＬＢ１（平行光束）は、集光レンズＧ１を透過して、面ｐ１上に設けられた入射ミラーＩＭ６に入射する。集光レンズＧ１は、−Ｚ方向に偏向したビームＬＢ１の中心軸ＡＸｂがビームＬＢが通る光軸ＡＸａと平行となるようにビームＬＢ１を屈折させ、且つ、ビームＬＢ１を入射ミラーＩＭ１の反射面上またはその近傍でビームウェストとなるように集光（収斂）する。選択用光学素子ＡＯＭ１を透過したビームＬＢの光路に対して−Ｚ方向側に設けられた入射ミラーＩＭ６によって、ビームＬＢ１は−Ｚ方向に反射され、コリメートレンズＧ２ｂを介して走査ユニットＵ１に入射する。コリメートレンズＧ２ｂは、集光レンズＧ１によって収斂／発散されたビームＬＢ１を、コリメートレンズＧ２ｂの光軸と同軸の平行光束にする。コリメートレンズＧ２ｂによって平行光束されたビームＬＢ１の径は、第１の径となる。集光レンズＧ１の後側焦点とコリメートレンズＧ２ｂの前側焦点とは、所定の許容範囲内で一致している。この集光レンズＧ１とコリメートレンズＧ２ｂとはリレーレンズ系を構成する。なお、図３の集光レンズＧ１、コリメートレンズＧ２ａ、Ｇ２ｂは、図２で示した他の選択用光学素子ＡＯＭ２〜ＡＯＭ６の各々の後の光路中にも、図３と同様の条件で配置される。

ところで、図２に示した走査ユニットＵ１では、ｆθレンズ系ＦＴの光軸をＸＹ面と平行に図示したので、走査ユニットＵ１から基板Ｐに投射されるビームＬＢ１の中心軸（主光線）が回転ドラムＤＲの中心軸ＡＸｏに向かうように、先端の反射ミラーＭ２４の反射平面は、ＸＹ面に対して４５度以外の角度で傾けて配置される。しかしながら、ｆθレンズ系ＦＴの光軸がＸＹ面に対して傾くように走査ユニットＵ１〜Ｕ６の各々の全体をＸＺ面内で傾けられる場合は、ｆθレンズ系ＦＴの光軸が反射ミラーＭ２４で９０度に折り曲げられるような構成としてもよい。

図４は、走査ユニットＵ１の具体的な構成を示す図であり、ビームＬＢ１の走査方向（偏向方向）を含む平面（ＸＹ平面と平行な平面）と直交する平面（ＸＺ平面）からみた図である。なお、図４では、ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆがＸＹ面と平行に配置され、先端の反射ミラーＭ２４が光軸ＡＸｆを９０度で折り曲げるように配置されるものとする。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の送光路に沿って、反射ミラーＭ２０、ビームエキスパンダーＢＥ、傾斜角可変の平行平板ＨＶＰ、開口絞りＰＡ、反射ミラーＭ２１、第１シリンドリカルレンズＣＹ１、球面レンズＧ１０ａ、反射ミラーＭ２２、球面レンズＧ１０ｂ、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、および、第２シリンドリカルレンズＣＹ２が設けられる。

図３で示した入射ミラーＩＭ１によって−Ｚ方向に反射された平行光束のビームＬＢ１は、ＸＹ平面に対して４５度傾いた反射ミラーＭ２０に入射する。この反射ミラーＭ２０は、入射したビームＬＢ１を、反射ミラーＭ２０から−Ｘ方向に離れた反射ミラーＭ２１に向けて−Ｘ方向に反射する。反射ミラーＭ２０で反射したビームＬＢ１は、ビームエキスパンダーＢＥおよび開口絞りＰＡ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。このビームエキスパンダーＢＥによりビームＬＢ６を開口絞りＰＡの開口部分に照射することが容易になる。なお、集光レンズＢｅ１とコリメートレンズＢｅ２の間には、ビームＬＢｎに対する傾斜角度を不図示の駆動モータ等でＸＺ面と平行な面内で変更可能とした石英の平行平板ＨＶＰがシフト用光学部材として配置されている。この平行平板ＨＶＰの傾斜角を変えることで、基板Ｐ上で走査されるスポット光ＳＰの走査軌跡である描画ラインＳＬｎを副走査方向に微少量（例えば、スポット光ＳＰの実効的な直径φの数倍〜十数倍程度）だけシフトさせることができる。この機能については、後で詳述する。

反射ミラーＭ２１は、ＹＺ平面に対して４５度傾いて配置され、入射したビームＬＢ１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−Ｚ方向に反射されたビームＬＢ１は、第１シリンドリカルレンズＣＹ１（第１光学部材）および球面レンズＧ１０ａを透過した後、反射ミラーＭ２２に至る。反射ミラーＭ２２は、ＸＹ平面に対して４５度傾いて配置され、入射したビームＬＢ１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ＬＢ１は、球面レンズＧ１０ｂ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ＬＢ１をポリゴンミラー（回転多面鏡、可動偏向部材）ＰＭに向けて、ＸＹ面と平行な面内で折り曲げる。ポリゴンミラーＰＭの１つの反射面ＲＰは、入射したビームＬＢ１を、Ｘ軸方向に延びる光軸ＡＸｆを有するｆθレンズ系ＦＴに向けて＋Ｘ方向に反射する。この球面レンズＧ１０ａと球面レンズＧ１０ｂとはレンズ系（第３光学部材）Ｇ１０を構成する。球面レンズＧ１０ａ、Ｇ１０ｂは、等方的な屈折力を有する。

単レンズで構成される平凸の第１シリンドリカルレンズＣＹ１は、１方向に屈折力（パワー）を有するレンズであり、非等方的な屈折力を有する。図５は、開口絞りＰＡから基板ＰまでのビームＬＢの光路をＸＹ面上に展開し、ビームＬＢの偏向方向（主走査方向）を含む平面と平行な平面からみた概略図である。図５に示すように、第１シリンドリカルレンズＣＹ１は、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢ１の偏向方向（ポリゴンミラーＰＭの回転軸ＡＸｐと垂直な面内での主走査方向、回転方向）に関しては、入射したビームＬＢ１を、ポリゴンミラーＰＭの手前に位置する面ｐ２において、ビームウェストとなるように１次元に集光（収斂）する。このポリゴンミラーＰＭの手前の集光位置（面ｐ２の位置）を第１の位置とする。この第１の位置は、レンズ系Ｇ１０（球面レンズＧ１０ａ、１０ｂ）の手前の位置である。また、第１シリンドリカルレンズＣＹ１は、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢ１の偏向方向（主走査方向）とは直交する方向（副走査方向）に関しては、入射したビームＬＢ１を集光させずにそのまま平行光束として透過する（図４参照）。このように、第１シリンドリカルレンズＣＹ１は、第１シリンドリカルレンズＣＹ１を透過したビームＬＢ１が、ポリゴンミラーＰＭの偏向方向とは直交する方向（副走査方向）に関しては非集光となるように、Ｘ方向と平行な方向（副走査方向）に延びた母線を有する。

レンズ系Ｇ１０（球面レンズＧ１０ａ、Ｇ１０ｂ）は、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢ１の偏向方向（主走査方向、回転方向）に関しては、第１シリンドリカルレンズＣＹ１によって集光された後、発散したビームＬＢ１をほぼ平行光束にする（図５参照）。また、レンズ系Ｇ１０（球面レンズＧ１０ａ、Ｇ１０ｂ）は、ポリゴンミラーＰＭのビームＬＢ１の偏向方向とは直交する方向（副走査方向）に関しては、第１シリンドリカルレンズＣＹ１を透過した平行光束のビームＬＢ１を、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上で集光（収斂）する（図４参照）。これにより、ポリゴンミラーＰＭに投射されるビームＬＢ１は、反射面ＲＰ上でＸＹ平面と平行な面内で延びたスリット状（長楕円状）に収斂される。このように、第１シリンドリカルレンズＣＹ１およびレンズ系Ｇ１０と、後述する第２シリンドリカルレンズＣＹ２とによって、反射面ＲＰがＺ方向に対して傾いている場合（ＸＹ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（面倒れ）によってＸ方向にずれることを抑制すること、すなわち、各反射面ＲＰの面倒れ補正を行うことができる。なお、反射面ＲＰで反射されたビームＬＢ１は、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢ１の偏向方向（主走査方向、回転方向）に関しては、ほぼ平行光束のままｆθレンズ系ＦＴに入射し、ポリゴンミラーＰＭのビームＬＢ１の偏向方向と直交する方向（副走査方向）に関しては、所定の開口数（ＮＡ）で発散した状態でｆθレンズ系ＦＴに入射する。

なお、第１シリンドリカルレンズＣＹ１のポリゴンミラーＰＭの偏向方向（スポット光ＳＰの主走査方向）に関する屈折力に応じた後側焦点と、レンズ系Ｇ１０の前側焦点とは所定の許容範囲内で、面ｐ２で一致するように設定されている。レンズ系Ｇ１０の後側焦点とｆθレンズ系ＦＴの前側焦点とは、所定の許容範囲内でポリゴンミラーＰＭの偏向位置（反射面ＲＰ上）で一致するように設定されている。

ｆθレンズ系ＦＴは、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢ１の偏向方向（主走査方向、回転方向）に関しては、図５のように、反射面ＲＰで反射されたほぼ平行光束のビームＬＢ１を基板Ｐ上で収斂（集光）させる。さらにｆθレンズ系ＦＴは、図４のように、ポリゴンミラーＰＭのビームＬＢ１の偏向方向とは直交する方向（副走査方向）に関しては、反射面ＲＰで反射されて発散したビームＬＢ１をほぼ平行光束にして、第２シリンドリカルレンズＣＹ２に向けて投射する。

単レンズで構成される平凸の第２シリンドリカルレンズ（第２光学部材）ＣＹ２は、Ｙ方向（主走査方向）と平行な方向に母線を有し、１方向（副走査方向）にパワーを有する非等方的な屈折力を持つレンズである。第２シリンドリカルレンズＣＹ２は、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢ１の偏向方向（主走査方向、回転方向）に関しては、入射したビームＬＢ１をそのまま透過する。したがって、図５に示すように、第２シリンドリカルレンズＣＹ２を透過したビームＬＢ１は、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢ１の偏向方向（主走査方向、回転方向）に関しては、ｆθレンズ系ＦＴの屈折力によって基板Ｐ上でビームウェストとなるように集光される。一方、第２シリンドリカルレンズＣＹ２は、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢ１の偏向方向（主走査方向）とは直交する方向（副走査方向）に関しては、図４に示すように、入射したほぼ平行光束のビームＬＢ１を基板Ｐ上でビームウェストとなるように集光（収斂）する。したがって、基板Ｐに投射されるビームＬＢ１は、基板Ｐ上で略円形のスポット光ＳＰ（例えば、直径が３μｍ）となる。以上のように、第１シリンドリカルレンズＣＹ１と第２シリンドリカルレンズＣＹ２とは、互いに直交する方向にパワー（屈折力）を有するように、母線が互いに直交するように配置される。これによって、第１シリンドリカルレンズＣＹ１は、レンズ系Ｇ１０の手前の面ｐ２でビームＬＢｎを主走査方向に関して１次元に収斂させた後、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上ではビームＬＢｎを副走査方向に関して１次元に収斂させるように機能し、第２シリンドリカルレンズＣＹ２は、ｆθレンズ系ＦＴの後のビームＬＢｎを副走査方向に関して１次元に収斂させるように機能する。

このように、母線が互いに直交するように単レンズで構成される第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２を設置しているため、レンズ系Ｇ１０によって、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）と主走査方向と直交する副走査方向との両方向におけるビームＬＢｎの球面収差を良好に補正することができる。したがって、基板Ｐ上での結像性能の劣化を抑制することができる。また、第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２を設けることによって、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ毎の僅かな傾き誤差（面倒れ）による描画ラインＳＬｎのＸ方向（副走査方向）へのぶれの抑制、すなわち面倒れ補正も従来と同様に行われる。

なお、基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎのスポット光ＳＰの集光位置（ベストフォーカス位置）は、主走査方向（偏向方向）と、主走査方向と直交する副走査方向とで、所定の許容範囲内で一致するように光学設計されているものとする。また、基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎ（スポット光ＳＰ）の主走査方向における開口数ＮＡ_yと、主走査方向と直交する副走査方向における開口数ＮＡ_xとは、所定の許容範囲内で等しくなる（揃う）ように設計されているものとする。なお、本第１の実施の形態では、開口数ＮＡ_x≒開口数ＮＡ_y、とするので、基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの開口数を単にＮＡで表すこともある。ビームＬＢｎの球面収差は、設計上のベストフォーカス面に向けてビームＬＢｎを収斂させたときに、ビームＬＢｎの中心軸（主光線）に対して傾き角（ベストフォーカス面への入射角度）βが異なる光線の各々が集光する位置のフォーカス方向の相対偏差として表される。ビームＬＢｎのベストフォーカス面と垂直な中心軸（主光線）に対して傾き角βの光線は、ｓｉｎβで計算される開口数ＮＡβとして表される。ビームＬＢｎの最大の開口数ＮＡは、ビームＬＢｎの波長λとスポット光ＳＰの実効的な直径φ、ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離によって概ね決められる。

次に、第１シリンドリカルレンズＣＹ１、第２シリンドリカルレンズＣＹ２、レンズ系Ｇ１０、および、ｆθレンズ系ＦＴの各々の焦点距離と、開口絞りＰＡの開口絞り径と、ビームエキスパンダーＢＥの拡大倍率の決定方法について説明する。なお、第１シリンドリカルレンズＣＹ１の焦点距離をｆ_C1、第２シリンドリカルレンズＣＹ２の焦点距離をｆ_C2、レンズ系Ｇ１０の焦点距離をｆ_G、ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離をｆθで表す。また、開口絞りＰＡの開口絞り径をφａとする。

焦点距離ｆ_C1、ｆ_C2、ｆ_G、ｆθは、下記に示す式（１）の関係を有する。この式（１）に基づき、第１シリンドリカルレンズＣＹ１、第２シリンドリカルレンズＣＹ２、レンズ系Ｇ１０、および、ｆθレンズ系ＦＴの各々の焦点距離を決定することで、基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの開口数ＮＡ_xと開口数ＮＡ_yとを等しくすることができる。
ｆ_G ²／ｆ_C1＝ｆθ²／ｆ_C2 ・・・ （１）

また、開口絞り径φａと開口数ＮＡ（＝ＮＡ_x≒ＮＡ_y）は、下記に示す式（２）の関係を有する。
φａ＝２×ＮＡ（ｆθ×ｆ_C1／ｆ_G）＝２×ＮＡ×（ｆ_G×ｆ_C2／ｆθ）・・・（２）

この式（２）に基づいて開口絞り径φａを決定することで、所望の開口数を得ることができる。また、ビームエキスパンダーＢＥの拡大倍率については、大きくする程、開口絞りＰＡによってけられる光量が多くなるため、光量損失は大きくなる。一方で、ビームエキスパンダーＢＥの拡大倍率が小さい程、像面（基板Ｐ上）での実効的な開口数が小さくなるため、解像度（スポット光ＳＰの径φの微細度）が低下する。そのため、光量と解像度とのバランスを考え、最適なビームエキスパンダーＢＥの拡大倍率を設定することが望ましい。

また、第１シリンドリカルレンズＣＹ１、第２シリンドリカルレンズＣＹ２、およびｆθレンズ系ＦＴ等の各光学諸元が概ね定まっている場合、ビームＬＢｎの主走査方向（偏向方向）における球面収差Ｓ₁と、ビームＬＢｎの主走査方向と直交する副走査方向における球面収差Ｓ₂とが、少なくとも下記に示す式（３）〜（６）のいずれか１つの条件を満たすように、レンズ系Ｇ１０（球面レンズＧ１０ａ、１０ｂ）の光学諸元が設定される。また、ｆθレンズ系ＦＴの光学諸元のみが概ね定まっている場合は、式（３）〜（６）のいずれか１つの条件を満たすように、レンズ系Ｇ１０（球面レンズＧ１０ａ、１０ｂ）の光学諸元、第１シリンドリカルレンズＣＹ１と第２シリンドリカルレンズＣＹ２の各光学諸元とが設定される。
｜Ｓ₁−Ｓ₂｜＜Ｓ_C1×ｆθ²／ｆ_G ²−Ｓ_C2 ・・・（３）
Ｓ₁＜Ｓ_C1×ｆθ²／ｆ_G ²、且つ、Ｓ₂＜Ｓ_C2 ・・・（４）
｜Ｓ₁−Ｓ₂｜＜λ／ＮＡ_y ²、且つ、｜Ｓ₁−Ｓ₂｜＜λ／ＮＡ_x ² ・・・（５）
Ｓ₁＜λ／ＮＡ_y ²、且つ、Ｓ₂＜λ／ＮＡ_x ² ・・・（６）
但し、｜Ｓ₁−Ｓ₂｜は球面収差Ｓ₁と球面収差Ｓ₂との差の絶対値を表し、Ｓ_C1は第１シリンドリカルレンズＣＹ１単体にて生じる球面収差を表し、Ｓ_C2は第２シリンドリカルレンズＣＹ２単体にて生じる球面収差を表し、λはビームＬＢｎの波長を表すものとする。なお、球面収差Ｓ₁と球面収差Ｓ₂との差の絶対値｜Ｓ₁−Ｓ₂｜は｜Ｓ₂−Ｓ₁｜であっても同じである。また、走査ユニットＵ１を例に挙げて説明したが、他の走査ユニットＵ２〜Ｕ６に関しても同様に光学設計されることは言うまでもない。

ここで、従来の方式、つまり、第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２の各母線の延長方向をともに主走査方向（Ｙ方向）と平行に設定した場合は、焦点距離ｆ_C1、ｆ_C2、ｆθは、下記に示す式（７）の関係を有する。この場合は、母線の延長方向がＹ方向と平行な第１シリンドリカルレンズＣＹ１のみによって、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに投射されるビームＬＢｎは、反射面ＲＰ上でＸＹ平面と平行な方向（主走査方向）に延びたスリット状（長楕円状）に収斂されるので、レンズ系Ｇ１０は不要となる。
ｆ_C1×ｆ_C2＝ｆθ² ・・・（７）

また、開口絞りＰＡの円形開口の直径φａと開口数ＮＡは、下記に示す式（８）の関係を有する。
φａ＝２×ＮＡ×ｆθ＝２×ＮＡ×（ｆ_C1×ｆ_C2／ｆθ） ・・・（８）

本第１の実施の形態の面倒れ補正と、従来の方式による面倒れ補正とを比較する。両者をなるべく同一条件で比較する必要があるため、開口数ＮＡおよび走査ユニットＵｎに入射するビームＬＢｎの仕様は互いに同一とする。このビームＬＢｎは、波長が、３５４.７ｎｍの単色光であり、光軸中心（ビーム中心線）から０．２５ｍｍの位置で強度が１／ｅ²となる非偏光のガウスビームとする。開口数ＮＡは、主走査方向（偏向方向）を含む平面（ＹＺ平面）内における開口数ＮＡ_yと、主走査方向と直交する方向（副走査方向）を含む平面（ＸＺ平面）内における開口数ＮＡ_xとに分けて扱い、ＮＡ_y＝ＮＡ_x＝０．０６とする。また、ｆθレンズ系ＦＴおよび第２シリンドリカルレンズＣＹ２についても、本第１の実施の形態と従来の方式とで同一のものを採用する。ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆθはｆθ＝１００ｍｍとし、単レンズで構成された平凸の第２シリンドリカルレンズＣＹ２の焦点距離ｆ_C2をｆ_C2＝１４．５ｍｍとする。なお、第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２にて発生する球面収差の影響のみを評価できるよう、ｆθレンズ系ＦＴは、収差の発生しない理想のｆ−θ特性を持つレンズとする。まず、比較例１で従来の方式による走査ユニットＵｎの面倒れ補正用の光学系の具体的な設計例について説明した後、実施例１で本第１の実施の形態の走査ユニットＵｎの面倒れ補正用の光学系の具体的な設計例について説明する。なお、本第１の実施の形態と従来の方式とにおいて、互いに構成が共通する部材、または、機能が共通する部材については同一の符号を付して説明する。また、簡単のために、反射ミラーＭ２１、Ｍ２２、Ｍ２３の各々は設計例（レンズデータ）から省略してある。

（比較例１）
比較例１では、第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２の母線をともに主走査方向（Ｙ方向）に設定し、レンズ系Ｇ１０は設けられていない。比較例１におけるビームエキスパンダーＢＥから第２シリンドリカルレンズＣＹ２までの光学設計例によるレンズデータを図６に示す。図７は、比較例１におけるビームエキスパンダーＢＥから基板（像面）ＰまでのビームＬＢｎの状態を、ビームＬＢｎの偏向方向（スポット光ＳＰの走査方向）を含む平面と平行な面内で示す概略図である。図８は、図７に示すビームエキスパンダーＢＥからポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰまでのビームＬＢｎの状態を、ビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）と直交する平面（副走査方向を含む面）からみた概略図である。図９は、図７に示すポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰから基板（像面）ＰまでのビームＬＢｎの状態を、ビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）と直交する平面からみた概略図である。なお、図６においては、ポリゴンミラーＰＭの反射後は、面間隔と曲率半径の正負の符号を逆転して表してある。図７〜図９は、比較例１におけるビームエキスパンダーＢＥ〜基板Ｐまでの各光学部材（第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２など）を、図６の数値例に則った縮尺で配置した様子を示す図である。

走査ユニットＵｎに入射した平行光束のビームＬＢｎ（実効的なビーム径φは０．５ｍｍとする）は、５枚の球面レンズＬＧ１〜ＬＧ５からなるビームエキスパンダーＢＥにて拡大された平行光束に変換された後、開口絞りＰＡにて所定の直径の円形断面の光束に整形される。開口絞りＰＡの開口絞り径φａは、上記した式（８）に基づき、１２ｍｍとする。また、強度が軸上の１／ｅ²となる位置が開口絞り径φａの半径である６ｍｍとなるように、ビームエキスパンダーＢＥの拡大倍率を２４倍に設定する。このとき、開口絞りＰＡによる光量損失の比率は約１３．５％となる。

ビームエキスパンダーＢＥの後方に配置した単レンズで構成される平凸の第１シリンドリカルレンズＣＹ１は、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）とは直交する方向に関して、入射したビームＬＢｎをポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上に集光する（図８参照）。第１シリンドリカルレンズＣＹ１の焦点距離ｆ_C1は、上記した式（７）に基づき、ｆ_C1＝６９３.１ｍｍとする。ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰは、第１シリンドリカルレンズＣＹ１の後側焦点に位置している。なお、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）に関しては、第１シリンドリカルレンズＣＹ１を透過したビームＬＢｎは平行光のままである（図７参照）。したがって、ポリゴンミラーＰＭに投射されるビームＬＢｎは、反射面ＲＰ上で偏向方向に延びたスリット状（長楕円状）に収斂される。

ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで反射したビームＬＢｎは、ポリゴンミラーＰＭの回転角度に応じた角度で、焦点距離ｆθが１００ｍｍのｆθレンズ系ＦＴに入射する。ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰはｆθレンズ系ＦＴの前側焦点の位置に来るように配置されている。そのため、ｆθレンズ系ＦＴは、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）に関しては、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで反射したビームＬＢｎを、テレセントリックな状態で基板Ｐの被照射面（像面）上で集光する（図７参照）。一方、ｆθレンズ系ＦＴは、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）と直交する副走査方向に関しては、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで反射して発散したビームＬＢｎを平行光にする（図９参照）。

ｆθレンズ系ＦＴを透過したビームＬＢｎは、ｆθレンズ系ＦＴの後方に配置された焦点距離ｆ_C2が１４．５ｍｍの第２シリンドリカルレンズＣＹ２によって、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢｎの副走査方向に関しても基板Ｐの被照射面（像面）上で集光される（図９参照）。この第２シリンドリカルレンズＣＹ２の位置は、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢｎの主走査方向に関する集光位置と、副走査方向に関する集光位置とがフォーカス方向に関して所定の許容範囲内で一致するように定められ、その集光位置が基板Ｐの被照射面（像面）になるように設定される。

このように、第１シリンドリカルレンズＣＹ１、ｆθレンズ系ＦＴ、および第２シリンドリカルレンズＣＹ２による光路を介して、ビームＬＢｎを基板Ｐ上でスポット光ＳＰとして集光する場合、ビームＬＢｎの集光位置が主走査方向と副走査方向とで大きく異なるような収差が発生する。これは、ビームＬＢｎがスポット光として収斂する際に発生する球面収差によるものである。図１０、図１１は、基板Ｐに向かうビームＬＢｎの球面収差の状態を説明する図であり、図１０はビームＬＢｎの主走査方向に関する球面収差の状態を表し、図１１はビームＬＢｎの副走査方向に関する球面収差の状態を表す。

図１０に示すように、ビームＬＢｎは、主走査方向に関してはある太さの平行光束となってｆθレンズ系ＦＴに入射し、主にｆθレンズ系ＦＴによって主光線（ビーム中心線）Ｌｐｒ上の所定のＺ位置（フォーカス位置）に集光される。その際、第２シリンドリカルレンズＣＹ２は単なる平行平板として作用する。ｆθレンズ系ＦＴから射出するビームＬＢｎの主走査方向に関する最大の開口数ＮＡ_yは、集光点に向かう光線ＬＬａの主光線Ｌｐｒに対する傾き角（入射角）βａより、ＮＡ_y＝ｓｉｎβａで決まる。ビームＬＢｎには、光線ＬＬａの入射角βａよりも入射角が小さい光線ＬＬｂ（入射角をβｂ）、光線ＬＬｂの入射角βｂよりも入射角が小さい光線ＬＬｃ（入射角をβｃ）等が含まれる。ここで、入射角βａの光線ＬＬａによる集光点がＺ軸方向のフォーカス位置Ｚｍａであるとすると、入射角βｂの光線ＬＬｂによる集光点のフォーカス位置Ｚｍｂ、入射角βｃの光線ＬＬｃによる集光点のフォーカス位置Ｚｍｃは、いずれもフォーカス位置Ｚｍａに対してＺ軸方向にずれている。そのようなずれが球面収差である。

また、図１１に示すように、ビームＬＢｎは、副走査方向に関しては、発散光束となってｆθレンズ系ＦＴに入射し、ｆθレンズ系ＦＴによって平行光束に変換された後、第２シリンドリカルレンズＣＹ２の屈折作用を受けて、主光線（ビーム中心線）Ｌｐｒ上の所定のＺ位置（フォーカス位置）に集光される。第２シリンドリカルレンズＣＹ２から射出するビームＬＢｎの副走査方向に関する最大の開口数ＮＡ_xは、主走査方向に関する最大の開口数ＮＡ_yと揃うように設定される。したがって、副走査方向に関しても、ＮＡ_x＝ｓｉｎβａで決まる光線ＬＬａ（入射角βａ）が集光するフォーカス位置Ｚｓａ、入射角βａよりも入射角が小さい光線ＬＬｂ（入射角をβｂ）が集光するフォーカス位置Ｚｓｂ、入射角βｂよりも入射角が小さい光線ＬＬｃ（入射角をβｃ）が集光するフォーカス位置Ｚｓｃの各々は、球面収差によってＺ軸方向（フォーカス方向）にずれている。なお、図１０、図１１では、ｆθレンズ系ＦＴから基板Ｐまでの光路で球面収差が生じるように説明したが、基板Ｐに達するビームＬＢｎに生じる実際の球面収差は、図２の光源装置１４から射出したビームが通る各種の光学部材（レンズ、ＡＯＭ、反射ミラー）の影響を受けたものとなる。

図１２と図１３は、図６に示した比較例１のレンズデータに基づいて、ビームＬＢｎの最大の開口数ＮＡ（＝ＮＡ_y≒ＮＡ_x）を０．０６としてシミュレーションされたビームＬＢｎの球面収差特性であり、横軸は設計上のベストフォーカス位置をゼロ点としたフォーカス位置（μｍ）を表し、縦軸はビームＬＢｎの最大の開口数ＮＡに対応する光線ＬＬａの最大入射角βａ（ＮＡａ＝ｓｉｎβａ）を１．０（βｍａｘ）に規格化した入射角βを表す。したがって、図１２、図１３において、例えば入射角βが０．５とは、最大入射角βａの半分の角度を意味する。さらに、図１２中の実線で示す特性（Ａ）は基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの主走査方向に関する球面収差特性であり、破線で示す特性（Ｂ）は基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの副走査方向に関する球面収差特性である。図１３中に示す特性（Ｃ）は、図１２中の特性（Ａ）と特性（Ｂ）の差分〔（Ｂ）−（Ａ）〕による球面収差特性を表したもので、スポット光ＳＰとして基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎの入射角度βに応じてベストフォーカス位置がずれており、数十μｍの球面収差が発生している。

ここで、図１２中の特性（Ａ）はビームエキスパンダーＢＥとｆθレンズ系ＦＴとによって発生する球面収差であり、図１２中の特性（Ｂ）はビームエキスパンダーＢＥ、第１シリンドリカルレンズＣＹ１、ｆθレンズ系ＦＴ、および第２シリンドリカルレンズＣＹ２の合成系によって発生する球面収差である。したがって、特性（Ａ）と特性（Ｂ）の差分の特性（Ｃ）は、主に第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２によって発生する球面収差特性に対応する。

（実施例１）
実施例１では、上述したように、第１シリンドリカルレンズＣＹ１の母線の延長方向を副走査方向（Ｘ方向）とし、第２シリンドリカルレンズＣＹ２の母線の延長方向を主走査方向（Ｙ方向）とし、第１シリンドリカルレンズＣＹ１とポリゴンミラーＰＭとの間にレンズ系Ｇ１０が設けられている。実施例１におけるビームエキスパンダーＢＥから第２シリンドリカルレンズＣＹ２までの光学設計用のレンズデータを図１４に示す。また、図１５は、実施例１におけるビームエキスパンダーＢＥから基板（像面）ＰまでのビームＬＢｎの状態を、ビームＬＢｎの偏向方向（スポット光ＳＰの走査方向）を含む平面と平行な面内でみた概略図である。図１６は、図１５に示すビームエキスパンダーＢＥからポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰまでのビームＬＢｎの状態を、ビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）と直交する面内（副走査方向を含む面内）でみた概略図である。図１７は、図１５に示すポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰから基板（像面）ＰまでのビームＬＢｎを、ビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）と直交する面内（副走査方向を含む面内）でみた概略図である。なお、図１４においては、ポリゴンミラーＰＭの反射後は、面間隔と曲率半径の正負の符号を逆転して表してある。図１５〜図１７は、実施例１におけるビームエキスパンダーＢＥ〜基板Ｐまでの各光学部材（第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２など）を、図１４の数値例に則った実際の縮尺で配置した様子を示す。

実施例１では、第１シリンドリカルレンズＣＹ１から像面（基板Ｐの被照射面）までの距離（光路長）が、比較例１に比べて３００ｍｍ程度短くなるように、上記の式（１）に基づいて、レンズ系Ｇ１０の焦点距離ｆ_Gをｆ_G＝２０１．２ｍｍ、第１シリンドリカルレンズＣＹ１の焦点距離ｆ_C1をｆ_C1＝５８ｍｍにした。これにより、本実施例１では、比較例１の設計例に比べ、省スペースな光学系を実現することができる。さらに、走査ユニットＵｎの筐体についても小さくすることができるため、軽量化も図れる。

走査ユニットＵｎに入射した平行光束のビームＬＢｎ（実効的な直径０．５ｍｍ）は、４枚の球面レンズＬＧａ〜ＬＧｄからなるビームエキスパンダーＢＥで拡大された後、開口絞りＰＡにて所定の光束径に整形される。開口絞りＰＡの開口絞り直径φａは、上記した式（２）に基づき、３．５ｍｍとする。ビームエキスパンダーＢＥによって拡大された後の光束において、中心からの開口絞り直径φａの半径である１．７５ｍｍの位置にて強度が軸上の１／ｅ²となるように、ビームエキスパンダーＢＥの拡大倍率を７倍に設定する。このように、比較例１と比較してビームエキスパンダーＢＥの拡大倍率が小さくなるため、ビームエキスパンダーＢＥの設計が容易になり、ビームエキスパンダーＢＥで発生する球面収差も小さくすることができる。

ビームエキスパンダーＢＥの後方に配置した単レンズで構成される焦点距離ｆ_C1が５８ｍｍの平凸の第１シリンドリカルレンズＣＹ１は、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）に関して、入射したビームＬＢｎを第１シリンドリカルレンズＣＹ１の後側焦点の面ｐ２（第１の位置）に集光する（図１５参照）。この面ｐ２の位置は、第１シリンドリカルレンズＣＹ１と、第１シリンドリカルレンズＣＹ１の後方側に配置されたレンズ系Ｇ１０との間に位置する。なお、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）と直交する副走査方向に関しては、第１シリンドリカルレンズＣＹ１を透過したビームＬＢｎは平行光のままである（図１６参照）。

２枚の球面レンズＧ１０ａ、Ｇ１０ｂで構成されるレンズ系Ｇ１０（焦点距離ｆ_G＝２０１．２ｍｍ）は、レンズ系Ｇ１０の前側焦点と第１シリンドリカルレンズＣＹ１との後側焦点の位置（面ｐ２）とが所定の許容範囲内で一致するように配置されている。そのため、レンズ系Ｇ１０を透過したビームＬＢｎは、ビームＬＢｎの主走査方向に関しては平行光束の状態であり（図１５参照）、ビームＬＢｎの主走査方向と直交する副走査方向に関してはポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上で集光される（図１６参照）。ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰは、レンズ系Ｇ１０の後側焦点の位置に来るように設定されている。したがって、ポリゴンミラーＰＭに投射されるビームＬＢｎは、反射面ＲＰ上で偏向方向（主走査方向）に延びたスリット状（長楕円状）に収斂される。

ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで反射したビームＬＢｎは、ポリゴンミラーＰＭの回転角度に応じた角度で、焦点距離ｆθ＝１００ｍｍのｆθレンズ系ＦＴに入射する。ｆθレンズ系ＦＴは、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰがｆθレンズ系ＦＴの前側焦点の位置に来るように配置されている。そのため、ｆθレンズ系ＦＴは、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）に関しては、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで反射したビームＬＢｎを、テレセントリックな状態（ビームＬＢｎの主光線Ｌｐｒがｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆと常に平行な状態）で基板Ｐの被照射面（像面）上に集光する（図１５参照）。一方、主走査方向と直交する副走査方向に関しては、ｆθレンズ系ＦＴは、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで反射して発散光束となったビームＬＢｎを平行光束に変換する（図１７参照）。

最後に、ｆθレンズ系ＦＴを透過したビームＬＢｎは、ｆθレンズ系ＦＴの後方に配置された焦点距離ｆ_C2＝１４．５ｍｍの第２シリンドリカルレンズＣＹ２によって、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢｎの偏向方向（主走査方向）と直交する副走査方向に関しても基板Ｐの被照射面（像面）上でスポット光ＳＰとなるように集光される（図１７参照）。この第２シリンドリカルレンズＣＹ２の位置は、ポリゴンミラーＰＭによるビームＬＢｎの主走査方向に関する集光位置と、副走査方向に関する集光位置とがフォーカス方向に関して所定の許容範囲内で一致するように定められ、その集光位置が基板Ｐの被照射面（像面）になるように設定される。以上の図１４〜図１７（および図４、図５）の構成において、ビームエキスパンダーＢＥ、開口絞りＰＡ、反射ミラーＭ２１、第１シリンドリカルレンズＣＹ１、反射ミラーＭ２２、レンズ系Ｇ１０、反射ミラーＭ２３までの光学系は、ポリゴンミラーＰＭ（可動偏向部材）に投射されるビームＬＢｎを主走査方向と直交した副走査方向に関して収斂させるための非等方的な屈折力を有する第１光学素子又は第１レンズ部材（第１シリンドリカルレンズＣＹ１）を含む第１調整光学系として機能する。さらに、図１４〜図１７（および図４、図５）の構成において、ｆθレンズ系ＦＴ（走査用光学系）の後の反射ミラーＭ２４と第２シリンドリカルレンズＣＹ２は、ｆθレンズ系ＦＴから基板Ｐに向かうビームＬＢｎを副走査方向に関して収斂させるための非等方的な屈折力を有する第２光学素子又は第２レンズ部材（第２シリンドリカルレンズＣＹ２）を含む第２調整光学系として機能する。

図１８と図１９は、図１４に示した実施例１のレンズデータに基づいて、ビームＬＢｎの最大の開口数ＮＡａを０．０６としてシミュレーションされたビームＬＢｎの球面収差特性であり、横軸は設計上のベストフォーカス位置をゼロ点としたフォーカス位置（μｍ）を表し、縦軸は先の図１２、図１３と同様に規格化した入射角βを表す。図１８中の実線で示す特性（Ａ）は基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの主走査方向に関する球面収差特性であり、破線で示す特性（Ｂ）は基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの副走査方向に関する球面収差特性である。また、図１９中に示す特性（Ｃ）は、図１８中の特性（Ａ）と特性（Ｂ）の差分〔（Ｂ）−（Ａ）〕による球面収差特性を表したものである。ここで、図１８中の特性（Ａ）は、ビームエキスパンダーＢＥ、第１シリンドリカルレンズＣＹ１、レンズ系Ｇ１０、およびｆθレンズ系ＦＴの合成系によって発生する球面収差であり、図１８中の特性（Ｂ）は、ビームエキスパンダーＢＥ、レンズ系Ｇ１０、ｆθレンズ系ＦＴ、および第２シリンドリカルレンズＣＹ２の合成系によって発生する球面収差である。したがって、特性（Ａ）と特性（Ｂ）の差分の特性（Ｃ）は、主に第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２によって発生する球面収差特性に対応する。

シミュレーションの結果、先の図１２に示した比較例１の球面収差の特性（Ａ）、（Ｂ）と比べて、実施例１の場合は収差量の絶対値が１ケタ程度小さくなっている。図１８中の特性（Ａ）から分かるように、レンズ系Ｇ１０によって第１シリンドリカルレンズＣＹ１で発生する球面収差が補正されるため、スポット光ＳＰとして基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎの入射角度βに応じたベストフォーカス位置のずれが殆ど生じていない。このずれ、すなわち球面収差は上述した式（４）、（６）の条件を満たしている。同様に、図１８中の特性（Ｂ）から分かるように、レンズ系Ｇ１０によって第２シリンドリカルレンズＣＹ２で発生する球面収差が補正されるため、スポット光ＳＰとして基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎの入射角度βに応じたベストフォーカス位置のずれが殆ど生じていない。このずれ、すなわち球面収差は上述した式（４）、（６）の条件を満たしている。そして、図１９の特性（Ｃ）から分かるように、レンズ系Ｇ１０によって第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２で発生する球面収差が補正されるため、スポット光ＳＰとして基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎの入射角βに応じたベストフォーカス位置の差分が殆ど生じていない。このベストフォーカス位置の差分、すなわち球面収差の差分は上述した式（３）、（５）の条件を満たしている。このように、基板Ｐに投射されるビームの球面収差を小さくしておくことは、描画可能なパターンの最小線幅をさらに小さくすること（高解像化）に対応して、基板Ｐ上に投射されるスポット光ＳＰの実効的な直径を小さくするためにビームＬＢｎの最大の開口数ＮＡａを０．０７以上に大きくする場合に有効である。

以上のように、本第１の実施の形態における走査ユニットＵｎは、光源装置１４からのビームＬＢｎを基板Ｐに投射しつつ、ビームＬＢｎを基板Ｐ上で１次元に走査するために、一方向にパワーを有する第１シリンドリカルレンズＣＹ１と、第１シリンドリカルレンズＣＹ１を透過したビームＬＢｎを入射し、１次元の走査のために偏向するポリゴンミラーＰＭと、ポリゴンミラーＰＭによって偏向されたビームＬＢｎを入射し、テレセントリックな状態でビームＬＢｎを基板Ｐに投射するｆθレンズ系ＦＴと、ｆθレンズ系ＦＴを透過したビームＬＢｎを入射し、一方向にパワーを有する第２シリンドリカルレンズＣＹ２とを備え、そして、第１シリンドリカルレンズＣＹ１と第２シリンドリカルレンズＣＹ２とを互いに直交する方向にパワー（屈折力）を有するように配置し、さらに第１シリンドリカルレンズＣＹ１とポリゴンミラーＰＭとの間に、収差（球面収差）補正のためのレンズ系Ｇ１０を設けるようにした。

これにより、ポリゴンミラーＰＭの各反射面による面倒れによって生じるビームＬＢｎの投射位置のずれを補正することができるとともに、第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２によって生じる球面収差を簡単な構成で補正することができる。したがって、スポット光ＳＰの結像性能の劣化を抑制して、基板Ｐ上に描画されるパターンの解像度（微細度）を高めることができる。また、第１シリンドリカルレンズＣＹ１の焦点距離ｆ_C1と第２シリンドリカルレンズＣＹ２の焦点距離ｆ_C2を、共にｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆθよりも小さくできるため、省スペースな光学系を実現することができ（図７〜図９と図１５〜図１７とを参照）、走査ユニットＵｎの筐体についても小さくすることができるため、軽量化も図れる。

第１シリンドリカルレンズＣＹ１は、ポリゴンミラーＰＭの偏向方向に関して、入射したビームＬＢｎをポリゴンミラーＰＭの手前で集光し、レンズ系Ｇ１０は、前記偏向方向に関して、第１シリンドリカルレンズＣＹ１によって集光されて発散した後のビームＬＢｎを平行光にし、前記偏向方向と直交する副走査方向に関して、入射したビームＬＢｎをポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ上で集光する。これにより、ポリゴンミラーＰＭに投射されるビームＬＢｎを、反射面ＲＰ上で偏向方向に延びたスリット状（長楕円状）に収斂することができる。そして、ｆθレンズ系ＦＴは、前記偏向方向に関して、入射したビームＬＢｎを基板Ｐ上で集光し、前記偏向方向と直交する方向に関して、レンズ系Ｇ１０によって反射面ＲＰ上で集光されて発散した後のビームＬＢを平行光にし、第２シリンドリカルレンズＣＹ２は、前記偏向方向と直交する方向に関して、入射したビームＬＢｎを基板Ｐ上で集光する。これにより、反射面ＲＰがＺ方向に対して傾いている場合（ＸＹ平面の法線に対する反射面ＲＰの傾き）があっても、反射面ＲＰと基板Ｐとは副走査方向に関しては共役関係（結像関係）になっているため、反射面ＲＰ毎にビームＬＢｎの投射位置が副走査方向にずれることを抑制することができる。

〔変形例１〕
本第１の実施の形態によれば、第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２の各々は、実施例１（図１４）に示したように、ビーム入射側の面が副走査方向に関して一定の曲率半径を有する円筒面に形成され、ビーム射出側の面が平面に形成されレンズで構成される。しかしながら、第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２の各々の円筒面は、曲率半径が僅かに異なる複数の面を滑らかにつなげた湾曲面（母線と垂直な断面形状では非球面）としてもよい。また、第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２の各々の平面側を、主走査方向、或いは副走査方向に所定の曲率半径（∞以外の有限値）を有する円筒面状に加工してもよい。また走査ユニットＵｎの各々に入射するビームＬＢｎ（光源装置１４の射出ビーム）の波長λは、実施例１や比較例１で設定した紫外域の波長３５４.７ｎｍに限られず、他の波長（可視域、赤外域の光）でもよい。また、レンズ系Ｇ１０にて色消しを行えば、波長が異なる複数のビームを同軸（または平行）にポリゴンミラーＰＭに入射させて、波長が異なる複数のスポット光ＳＰで基板Ｐの表面を走査することができる。或いは、レンズ系Ｇ１０の色消しによって、ビームＬＢｎを中心波長に対して一定の波長幅内に強度が分布する広波長帯光とすることもできる。また、ビームＬＢｎは非偏光ではなく偏光成分を持っていてもよいし、ビーム断面内の強度分布がガウス分布でなく均一な強度分布（ほぼ矩形または台形の分布）であってもよい。

〔変形例２〕
上記第１の実施の形態では、ポリゴンミラーＰＭを用いて、ビームＬＢｎを偏向させたが、揺動可能なガルバノミラー（可動偏向部材、揺動反射鏡）を用いてビームＬＢｎを偏向させてもよい。この場合も、ガルバノミラーで反射されたビームＬＢｎはｆθレンズ系ＦＴを介して基板Ｐ（被照射面）に投射されるので、ガルバノミラーの反射面の面倒れによる補正が必要な場合は、ガルバノミラーの手前に、第１シリンドリカルレンズＣＹ１とレンズ系Ｇ１０を同様に設け、ｆθレンズ系ＦＴの後に第２シリンドリカルレンズＣＹ２を設ければよい。また、レンズ系Ｇ１０は、２枚の球面レンズＧ１０ａ、Ｇ１０ｂで構成したが単一のレンズ、或いは３枚以上のレンズで構成してもよい。また、レンズ系Ｇ１０を構成する球面レンズＧ１０ａ、Ｇ１０ｂは、非球面レンズで構成してもよい。さらに、第１光学部材ＣＹ１および第２光学部材ＣＹ２として、シリンドリカルレンズを用いたが、１方向の屈折力が、その方向と直交する方向の屈折力に対して相対的に大きくなるレンズであればよい。例えば、第１光学部材ＣＹ１および第２光学部材ＣＹ２として、トーリックレンズまたはアナモフィックレンズを採用してもよい。

〔変形例３〕
本第１の実施の形態によれば、第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２の各々は単レンズで構成される。これによって、第１シリンドリカルレンズＣＹ１および第２シリンドリカルレンズＣＹ２の製作や組込み（調整）が簡単となり、コストを抑えることができる。しかしながら、ビームＬＢｎの球面収差の補正のために、特に第２シリンドリカルレンズＣＹ２を複数枚のレンズで構成することも可能である。第２シリンドリカルレンズＣＹ２を複数枚（例えば２枚）のレンズで構成する場合、複数枚のレンズ間の母線同士の回転方位を高精度に合致させるための調整作業が必要となる。なお、第２シリンドリカルレンズＣＹ２を複数枚（例えば２枚）のレンズで構成する場合、第１シリンドリカルレンズＣＹ１の母線が延びる方向を、比較例１のように主走査方向と平行にして、レンズ系Ｇ１０を省略しても、基板Ｐに投射されるビームＬＢｎの球面収差を良好に補正することが可能になる。但し、その場合、比較例１で示したように第１シリンドリカルレンズＣＹ１の焦点距離ｆ_C1をｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆθよりも長くする必要が生じるため、走査ユニットＵｎの光路の全長は長くなる。しかしながら、ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆθに対して第２シリンドリカルレンズＣＹ２の焦点距離ｆ_C2を小さく設定することもあって、球面収差を小さく抑えることができる。

この変形例３、或いは実施例１（図１４〜図１７）では、ビームＬＢｎのスポット光ＳＰを基板Ｐ（被照射体）で１次元に走査するビーム走査装置（または描画装置）であって、ビームＬＢｎを偏向するためのポリゴンミラーＰＭ（ビーム偏向部材）の反射面ＲＰ上に、副走査方向に関して収斂したビームＬＢｎを投射するための第１シリンドリカルレンズＣＹ１（第１光学部材）と、ポリゴンミラーＰＭで偏向されたビームＬＢｎを入射して基板Ｐに向けて投射するとともに、基板Ｐ上で１次元に走査するためのｆθレンズ系ＦＴ（走査用光学系）と、基板Ｐとｆθレンズ系ＦＴの間に配置されて、ｆθレンズ系ＦＴから射出されるビームＬＢｎを副走査方向に収斂する単レンズまたは複数枚のレンズによる第２シリンドリカルレンズＣＹ２（第２光学部材）とが設けられ、ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆθと第２シリンドリカルレンズＣＹ２の焦点距離ｆ_C2との関係を、ｆθ＞ｆ_C2とすることで、基板Ｐに所定の開口数を伴って投射されるビームＬＢｎの球面収差を低減したビーム走査装置（または描画装置）が得られる。

［第２の実施の形態］
先の図４でも簡単に説明したが、走査ユニットＵｎ内のビームエキスパンダーＢＥを構成するレンズ系Ｂｅ１、Ｂｅ２の間の光路中には、描画ラインＳＬｎを副走査方向（Ｘ方向）に微小シフトさせるために、ソフト用光学部材としての傾斜可能な平行平板ＨＶＰが設けられている。図２０Ａ、図２０Ｂは、平行平板ＨＶＰの傾斜によって描画ラインＳＬｎがシフトする様子を説明するもので、図２０Ａは、平行平板ＨＶＰの互いに平行な入射面と射出面がビームＬＢｎの中心線（主光線）に対して９０度になっている状態を示す図であり、すなわち平行平板ＨＶＰがＸＺ面内で傾斜していない状態を示す図である。図２０Ｂは、平行平板ＨＶＰの互いに平行な入射面と射出面がビームＬＢｎの中心線（主光線）に対して９０度から傾いている場合、すなわち平行平板ＨＶＰがＹＺ面に対して角度ηだけ傾斜している状態を示す図である。

さらに、図２０Ａ、図２０Ｂでは、平行平板ＨＶＰが傾斜していない状態（角度η＝０度）のとき、レンズ系Ｂｅ１、Ｂｅ２の光軸ＡＸｅは開口絞りＰＡの円形開口の中心を通るように設定され、ビームエキスパンダーＢＥに入射するビームＬＢｎの中心線は光軸ＡＸｅと同軸になるように調整されているものとする。また、レンズ系Ｂｅ２の後側焦点の位置は開口絞りＰＡの円形開口の位置に一致するように配置される。開口絞りＰＡの位置は、先の図１６に示した第１シリンドリカルレンズＣＹ１とレンズ系Ｇ１０（球面レンズＧ１０ａ、１０ｂ）によって、副走査方向に関しては、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰの位置（或いはｆθレンズ系ＦＴの前側焦点の位置）からみると、ほぼ瞳の位置になるように設定されている。一方で、主走査方向に関しては、開口絞りＰＡは、ｆθレンズ系ＦＴの前側焦点の位置である入射瞳の位置と光学的に共役になるように配置されている。そのため、平行平板ＨＶＰを角度ηだけ傾けた場合、平行平板ＨＶＰを透過してレンズ系Ｂｅ２に入射するビームＬＢｎ（ここでは発散光束）の中心線は、光軸ＡＸｅに対して−Ｚ方向に微小に平行移動し、レンズ系Ｂｅ２から射出するビームＬＢｎは平行光束に変換されるとともに、ビームＬＢｎの中心線は光軸ＡＸｅに対して僅かに傾く。

レンズ系Ｂｅ２の後側焦点の位置は開口絞りＰＡの円形開口の位置に一致するように配置されているので、レンズ系Ｂｅ２から傾いて射出するビームＬＢｎ（平行光束）は、開口絞りＰＡ上でＺ方向にずれることは無く、円形開口に投射され続ける。したがって、開口絞りＰＡの円形開口を通過したビームＬＢｎは、強度分布上の１／ｅ²の裾野の強度を正確にカットされた状態で、光軸ＡＸｅに対してＸＺ面内で副走査方向に僅かに傾いた角度で、後段の第１シリンドリカルレンズＣＹ１に向かう。開口絞りＰＡは、副走査方向に関してはポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰからみると瞳位置に対応しており、開口絞りＰＡの円形開口を通過したビームＬＢｎの副走査方向に関する傾き角に応じて、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに入射するビームＬＢｎ（副走査方向に関して収斂）の反射面上での位置が僅かにシフトする。したがって、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで反射したビームＬＢｎも、図４に示したｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆを含むＸＹ面と平行な面に対して僅かにＺ方向にシフトした状態でｆθレンズ系ＦＴに入射する。その結果、先の図１７で示した光路の場合は、第２シリンドリカルレンズＣＹ２に入射するビームＬＢｎが副走査方向に僅かに傾き、基板Ｐ上に投射されるビームＬＢｎのスポット光ＳＰの位置が副走査方向に僅かにシフトすることになる。なお、図４、図２０では、ビームエキスパンダーＢＥを構成するレンズ系Ｂｅ１、Ｂｅ２の双方を正の屈折力を有する球面レンズ（凸レンズ）としたが、ビームＬＢｎの入射側のレンズ系Ｂｅ１を負の屈折力を有する球面レンズ（凹レンズ）としても良い。この場合、レンズ系Ｂｅ１から射出するビームＬＢｎは収斂されることなく発散光束となってレンズ系Ｂｅ２に入射し、レンズ系Ｂｅ２によってビーム径が拡大された平行光束に変換される。

先の比較例１のように、第１シリンドリカルレンズＣＹ１の母線と第２シリンドリカルレンズＣＹ２の母線とを互いに平行に配置し、第２シリンドリカルレンズＣＹ２を単レンズで構成した場合、図１２、図１３で示したように、大きな球面収差が残存する。そのため、平行平板ＨＶＰを比較例１のビームエキスパンダーＢＥ（図７、図８）内に設けて傾けると、第２シリンドリカルレンズＣＹ２に入射するビームＬＢｎの位置や傾きが副走査方向に僅かに変化することに起因して、さらに大きな球面収差が発生することになる。これに対して、実施例１のように、第１シリンドリカルレンズＣＹ１の母線と第２シリンドリカルレンズＣＹ２の母線とを互いに直交する関係で配置するとともに、レンズ系Ｇ１０を設けた場合、或いは、変形例３で説明したように第２シリンドリカルレンズＣＹ２を複数枚のレンズで構成した場合は、図１８、図１９で示したように球面収差量をスポット光ＳＰの実効的なサイズ（直径）φ以下に良好に補正することができる。そのため、平行平板ＨＶＰを傾ける際に、第２シリンドリカルレンズＣＹ２に入射するビームＬＢｎの位置や傾きが副走査方向に僅かに変化することに起因して生じる球面収差量の増分も小さく抑えられる。

図４（図２０）に示した平行平板ＨＶＰは、走査ユニットＵｎの各々に設けられているので、走査ユニットＵｎ毎に、平行平板ＨＶＰの傾き角度ηを連続的に変化させることで、基板Ｐ上に描画されるパターンの副走査方向の局所的な部分を微少な比率で伸縮させることができる。そのため、基板Ｐの長尺方向（副走査方向）に関して基板Ｐが部分的に伸縮している場合であっても、基板Ｐ上に既に形成された下地パターン（第１層パターン）に対して第２層用のパターンを重ね合せ露光（描画）する際の重ね合せ精度を良好に維持できる。基板Ｐの長尺方向（副走査方向）の局所的な伸縮は、例えば、基板Ｐの幅方向の両側に長尺方向に一定のピッチ（例えば１０ｍｍ）で形成されるアライメントマークをアライメント顕微鏡で拡大して撮像素子で順次撮像し、マーク位置の長尺方向の変化（マークのピッチ変化等）を画像解析することによって、走査ユニットＵｎの各々がパターン描画する直前に予測できる。アライメントマークの配置やアライメント顕微鏡の配置等の一例は、例えば国際公開第２０１５／１５２２１８号パンフレットに開示されている。

Claims (40)

1. 光源装置からのビームを被照射体に投射しつつ、前記ビームを前記被照射体上で１次元に走査するビーム走査装置であって、
   前記ビームを前記１次元の方向に対応した第１の方向に集光する第１光学部材と、
   前記第１光学部材を通った前記ビームを入射し、前記１次元の走査のために前記ビームを前記第１の方向に偏向するビーム偏向部材と、
   前記ビーム偏向部材によって偏向された前記ビームを入射し、前記被照射体に向けて投射する走査用光学系と、
   前記走査用光学系を通った前記ビームを入射し、前記第１の方向と直交する第２の方向に前記ビームを集光する第２光学部材と、
   前記第１光学部材と前記ビーム偏向部材との間に設けられ、前記第１光学部材を通った前記ビームを前記ビーム偏向部材の位置で前記第２の方向に集光するレンズ系と、
   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、
   前記第１の方向は前記ビーム偏向部材によって前記ビームを前記１次元に走査する主走査方向であり、前記第２の方向は前記主走査方向と直交する副走査方向である、ビーム走査装置。
3. 請求項２に記載のビーム走査装置であって、
   前記ビーム偏向部材は、複数の反射面が連続して回転することによって、前記ビームを前記主走査方向に繰り返し偏向する回転多面鏡である、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、
   前記第１光学部材は、前記ビームを前記レンズ系に入射する手前の位置で前記主走査方向に関して集光し、
   前記第２光学部材は、前記ビームを前記被照射体の位置で前記副走査方向に関して集光する、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、
   前記レンズ系は、前記第１光学部材によって前記主走査方向に集光された後に発散する前記ビームを入射して前記主走査方向に関してはほぼ平行光にするとともに、前記副走査方向に関しては前記回転多面鏡の反射面上で集光する収斂光にする、ビーム走査装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のビーム走査装置であって、
   前記第１光学部材、前記レンズ系、前記ビーム偏向部材、および前記走査用光学系の各々は、
   前記第１光学部材の後側焦点の位置と前記レンズ系の前側焦点の位置とが所定の許容範囲内で一致し、
   前記レンズ系の後側焦点の位置と前記走査用光学系の前側焦点の位置とが所定の許容範囲内で前記ビーム偏向部材に位置するように配置される、ビーム走査装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のビーム走査装置であって、
   前記被照射体に投射される前記ビームの前記第１の方向における開口数と前記第２の方向における開口数とが所定の許容範囲内で等しく設定される、ビーム走査装置。
8. 請求項７に記載のビーム走査装置であって、
   前記第１光学部材の焦点距離をｆ_C1、前記第２光学部材の焦点距離をｆ_C2、前記レンズ系の焦点距離をｆ_G、および、前記走査用光学系の焦点距離をｆθとしたとき、
   ｆ_G ²／ｆ_C1＝ｆθ²／ｆ_C2
   の関係を有する、ビーム走査装置。
9. 請求項７または８に記載のビーム走査装置であって、
   前記第１光学部材に入射する前記ビームを、所定の直径を有する円形断面の光束に整形する開口絞りをさらに備える、ビーム走査装置。
10. 請求項９に記載のビーム走査装置であって、
    前記被照射体に投射される前記ビームの開口数ＮＡと前記開口絞りの直径φａは、
    φａ＝２×ＮＡ（ｆθ×ｆ_C1／ｆ_G）＝２×ＮＡ×（ｆ_G×ｆ_C2／ｆθ）
    の関係を有する、ビーム走査装置。
    （但し、ｆ_C1：前記第１光学部材の焦点距離、ｆ_C2：前記第２光学部材の焦点距離、ｆ_G：前記レンズ系の焦点距離、ｆθ：前記走査用光学系の焦点距離）
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のビーム走査装置であって、
    前記第１光学部材に入射する前記ビームは、ビームエキスパンダーによって拡大された光束である、ビーム走査装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のビーム走査装置であって、
    前記第１光学部材および前記第２光学部材は単レンズであり、
    前記レンズ系は複数枚のレンズから構成される、ビーム走査装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のビーム走査装置であって、
    前記走査用光学系は、前記ビームの主走査方向の偏向角度の変化と前記被照射体上での投射位置の変化とを比例関係にするｆθレンズ系であり、
    前記レンズ系は、少なくとも１つの球面レンズまたは非球面レンズで構成される、ビーム走査装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載のビーム走査装置であって、
    前記第１光学部材および前記第２光学部材は、母線の延長方向が互いに直交した関係に設置されるシリンドリカルレンズである、ビーム走査装置。
15. 請求項１４に記載のビーム走査装置であって、
    前記第１光学部材単体にて生じる前記第１の方向に関する球面収差をＳ_C1とし、前記第２光学部材単体にて生じる前記第２の方向に関する球面収差をＳ_C2としたとき、前記被照射体に投射される前記ビームの前記第１の方向における球面収差Ｓ₁と、前記第２の方向における球面収差Ｓ₂との差分｜Ｓ₁−Ｓ₂｜が、
    ｜Ｓ₁−Ｓ₂｜＜Ｓ_C1×ｆθ²／ｆ_G ²−Ｓ_C2
    の関係式を満たすように設定されている、ビーム走査装置。
    （但し、ｆ_G：前記レンズ系の焦点距離、ｆθ：前記走査用光学系の焦点距離）
16. 請求項１４または１５に記載のビーム走査装置であって、
    前記被照射体に投射される前記ビームの前記第１の方向に関する球面収差Ｓ₁と、前記第２の方向に関する球面収差Ｓ₂とが、
    Ｓ₁＜Ｓ_C1×ｆθ²／ｆ_G ²、且つ、Ｓ₂＜Ｓ_C2
    の関係式を満たすように設定されている、ビーム走査装置。
    （但し、ｆ_G：前記レンズ系の焦点距離、ｆθ：前記走査用光学系の焦点距離、Ｓ_C1：前記第１光学部材単体にて生じる前記第１の方向に関する球面収差、Ｓ_C2：前記第２光学部材単体にて生じる前記第２の方向に関する球面収差）
17. 請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のビーム走査装置であって、
    前記被照射体に投射される前記ビームの前記第１の方向に関する球面収差Ｓ₁と、前記第２の方向に関する球面収差Ｓ₂との差分｜Ｓ₁−Ｓ₂｜が、
    ｜Ｓ₁−Ｓ₂｜＜λ／ＮＡ_y ²、且つ、｜Ｓ₁−Ｓ₂｜＜λ／ＮＡ_x ²
    の関係式を満たすように設定されている、ビーム走査装置。
    (但し、λ：前記ビームの波長、ＮＡ_y：前記ビームの前記第１の方向に関する開口数、ＮＡ_x： 前記ビームの前記第２の方向に関する開口数)
18. 請求項１４〜１７のいずれか１項に記載のビーム走査装置であって、
    前記被照射体に投射される前記ビームの前記第１の方向に関する球面収差Ｓ₁と、前記第２の方向に関する球面収差Ｓ₂とが、
    Ｓ₁＜λ／ＮＡ_y ²、且つ、Ｓ₂＜λ／ＮＡ_x ²
    の関係式を満たすように設定されている、ビーム走査装置。
    (但し、λ：前記ビームの波長、ＮＡ_y：前記ビームの前記第１の方向に関する開口数、ＮＡ_x： 前記ビームの前記第２の方向に関する開口数)
19. 光源装置からのビームを被照射体上で主走査方向に走査しつつ、前記被照射体と前記ビームを副走査方向に相対移動させて、前記被照射体にパターンを描画する描画装置であって、
    前記ビームを前記主走査方向に走査するために、前記ビームを入射して前記主走査方向に１次元に偏向する可動偏向部材と、
    前記可動偏向部材で１次元に偏向される前記ビームを入射し、前記ビームを前記被照射体上に集光して投射する走査用光学系と、
    非等方的な屈折力を有し、前記可動偏向部材に向かう前記ビームを前記主走査方向に関して収斂する第１光学部材と、
    非等方的な屈折力を有し、前記走査用光学系から射出して前記被照射体に向かう前記ビームを前記副走査方向に関して収斂する第２光学部材と、
    前記第１光学部材と前記可動偏向部材との間に設けられ、前記主走査方向に関して収斂した前記ビームを入射して、前記副走査方向に関して収斂するビームに変換して前記可動偏向部材に向けて射出する等方的な屈折力を有する第３光学部材と、
    を備える、描画装置。
20. 請求項１９に記載の描画装置であって、
    前記第１光学部材は、前記可動偏向部材に向かう前記ビームを前記第１光学部材と前記可動偏向部材との間の第１の位置において前記主走査方向に関してはビームウェストとなるように集光させ、前記副走査方向に関しては非集光な状態とする、描画装置。
21. 請求項２０に記載の描画装置であって、
    前記第３光学部材は、前記第１光学部材からの前記ビームを前記可動偏向部材の偏向位置において前記副走査方向に関してはビームウェストとなるように集光させ、前記主走査方向に関しては非集光な状態とする、描画装置。
22. 請求項２１に記載の描画装置であって、
    前記第１光学部材の前記主走査方向に関する屈折力に応じた後側焦点の位置と前記第３光学部材の前側焦点の位置とを、所定の許容範囲内で前記第１の位置と一致させ、
    前記第３光学部材の後側焦点の位置と前記走査用光学系の前側焦点の位置とを、所定の許容範囲内で前記可動偏向部材の偏向位置と一致させる、描画装置。
23. 請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の描画装置であって、
    前記被照射体上に投射される前記ビームの前記主走査方向の開口数と前記副走査方向の開口数とを所定の許容範囲内で揃えた、描画装置。
24. 請求項２３に記載の描画装置であって、
    前記第１光学部材の前記主走査方向に関する屈折力に応じた焦点距離をｆ_C1、前記第２光学部材の前記副走査方向に関する屈折力に応じた焦点距離をｆ_C2、前記第３光学部材の焦点距離をｆ_G、および、前記走査用光学系の焦点距離をｆθとしたとき、
    ｆ_G ²／ｆ_C1＝ｆθ²／ｆ_C2
    の関係を所定の誤差範囲内で満たすように設定される、描画装置。
25. 請求項２４に記載の描画装置であって、
    前記第１光学部材に入射する前記ビームを、所定の直径の円形断面の光束に整形する開口絞りをさらに備える、描画装置。
26. 請求項２５に記載の描画装置であって、
    前記被照射体上に投射される前記ビームの開口数ＮＡと前記開口絞りで整形された前記ビームの直径φａは、
    φａ＝２×ＮＡ（ｆθ×ｆ_C1／ｆ_G）＝２×ＮＡ×（ｆ_G×ｆ_C2／ｆθ）
    の関係を所定の誤差範囲内で満たすように設定される、描画装置。
27. 請求項１９〜２６のいずれか１項に記載の描画装置であって、
    前記第１光学部材および前記第２光学部材は非等方な屈折力を有する単レンズで構成され、前記第３光学部材は等方的な屈折力を有する複数枚のレンズで構成される、描画装置。
28. 請求項１９〜２７のいずれか１項に記載の描画装置であって、
    前記第１光学部材および前記第２光学部材は、前記ビームが進む光路と垂直な面内で互いに直交する方向に関する屈折力が異なるシリンドリカルレンズ、トーリックレンズ、およびアナモフィックレンズのいずれか１つを含み、
    前記第３光学部材は、前記ビームが進む光路と垂直な面内で等方的な屈折力を有する球面レンズまたは非球面レンズを含む、描画装置。
29. 請求項１９〜２８のいずれか１項に記載の描画装置であって、
    前記可動偏向部材は、前記ビームを反射させる反射面を有し、該反射面の角度が前記主走査方向に関して変化する回転多面鏡、または揺動反射鏡であり、
    前記走査用光学系は、前記可動偏向部材で偏向される前記ビームの偏向角と前記被照射体上に投射される前記ビームの像高位置とが比例関係になるｆθレンズ系である、描画装置。
30. 可動偏向部材で第１方向に偏向されるビームを、走査用光学系によって被照射体上に投射しつつ前記被照射体上で前記第１方向に沿って１次元走査して前記被照射体にパターンを描画する描画装置であって、
    前記可動偏向部材に投射される前記ビームを前記第１方向と直交した第２方向に関して収斂させるための非等方的な屈折力を有する第１レンズ部材を含む第１調整光学系と、
    前記走査用光学系から前記被照射体に向かう前記ビームを前記第２方向に関して収斂させるための非等方的な屈折力を有する第２レンズ部材を含む第２調整光学系と、
    を備え、
    前記ビームの波長をλ、前記被照射体に投射される前記ビームの前記第１方向に関する開口数をＮＡ_y、前記第２方向に関する開口数をＮＡ_x、前記被照射体に投射される前記ビームの前記第１方向に関する球面収差をＳ₁、前記第２方向に関する球面収差をＳ₂としたとき、前記第１レンズ部材と前記第２レンズ部材は、
    Ｓ₁＜λ／ＮＡ_y ²、且つ、Ｓ₂＜λ／ＮＡ_x ²、となる条件と、
    ｜Ｓ₁−Ｓ₂｜＜λ／ＮＡ_y ²、且つ、｜Ｓ₁−Ｓ₂｜＜λ／ＮＡ_x ²、となる条件とのいずれか一方を満たすように設定される、描画装置。
31. 請求項３０に記載の描画装置であって、
    前記第１調整光学系は、前記第１レンズ部材を通った前記ビームを入射して前記可動偏向部材に向けて投射する等方的な屈折力を有する第３レンズ部材を含み、
    前記第１レンズ部材は、前記第１レンズ部材と前記第３レンズ部材との間で前記ビームを前記第１方向に関して収斂するように配置される、描画装置。
32. 請求項３１に記載の描画装置であって、
    前記ビームを発生する光源装置をさらに備え、
    前記第１調整光学系は、前記光源装置から射出される前記ビームの直径を拡大するビームエキスパンダー系をさらに含む、描画装置。
33. 請求項３２に記載の描画装置であって、
    前記第１方向に関する前記球面収差Ｓ₁は、前記ビームエキスパンダー系、前記第１レンズ部材、前記第３レンズ部材、および前記走査用光学系によって発生し、
    前記第２方向に関する前記球面収差Ｓ₂は、前記ビームエキスパンダー系、前記第３レンズ部材、前記走査用光学系、および前記第２レンズ部材によって発生する、描画装置。
34. 被照射体上の主走査方向に沿ってパターン描画用のビームを１次元走査すると共に、前記主走査方向と交差した副走査方向に前記被照射体と前記ビームとを相対移動させて、前記被照射体にパターンを描画する描画装置であって、
    前記ビームを発生する為のビーム生成装置と、
    前記ビーム生成装置からの前記ビームを、ビーム径を拡大させた平行光束に変換するビームエキスパンダーと、
    前記ビームエキスパンダーで変換された前記ビームを入射して前記主走査方向に対応した方向に１次元偏向するビーム偏向部材と、
    前記１次元偏向された前記ビームを入射して前記被照射体上に前記ビームのスポットを集光する為の走査用光学系と、
    前記ビームエキスパンダーと前記ビーム偏向部材との間に設けられ、前記ビームエキスパンダーで変換された前記ビームを入射して、前記ビーム偏向部材上に投射される前記ビームを前記副走査方向に対応した方向に収斂させるための非等方的な屈折力を有する第１光学素子を含む第１光学系と、
    前記走査用光学系から射出して前記被照射体に向かう前記ビームを前記副走査方向に収斂させるための非等方的な屈折力を有する第２光学素子を含む第２光学系と、
    前記ビームエキスパンダーの光路中に設けられ、前記ビームの光路を前記副走査方向に対応した方向にシフトさせるシフト用光学部材と、
    を備える、描画装置。
35. 請求項３４に記載の描画装置であって、
    前記ビームエキスパンダーは、前記ビーム生成装置からの前記ビームを入射する第１レンズ系と、該第１レンズ系を通った前記ビームを平行光束に変換する第２レンズ系と含み、
    前記シフト用光学部材は、前記第１レンズ系と前記第２レンズ系との間に傾斜角可変に配置される平行平板である、描画装置。
36. 請求項３５に記載の描画装置であって、
    前記ビームエキスパンダーの前記第２レンズ系の後側焦点の位置に配置され、前記ビームエキスパンダーで拡大された前記ビームの強度分布上の裾野の強度をカットする開口絞りを、更に備える、描画装置。
37. 請求項３６に記載の描画装置であって、
    前記ビーム偏向部材は、前記ビームエキスパンダーからの前記ビームを前記走査用光学系に向けて反射させると共に、前記主走査方向に対応した方向に角度が変化する反射面を有し、
    前記ビーム偏向部材の前記反射面は、前記副走査方向に対応した方向については、前記走査用光学系と前記第２光学系とによって、前記被照射体と光学的に共役になるように配置され、前記主走査方向に対応した方向については、前記走査用光学系の前側焦点の位置に配置される、描画装置。
38. 請求項３７に記載の描画装置であって、
    前記開口絞りの位置は、前記ビーム偏向部材の前記反射面からみたとき、前記副走査方向に対応した方向については、前記第１光学系のほぼ瞳の位置に設定され、前記主走査方向に対応した方向については、前記第１光学系によって前記ビーム偏向部材の前記反射面の位置又は前記走査用光学系の前側焦点の位置と光学的に共役になるように設定される、描画装置。
39. 請求項３８に記載の描画装置であって、
    前記第１光学系の前記第１光学素子は、前記主走査方向に対応した方向にだけ屈折力を有し、前記開口絞りを通った前記ビームを入射する第１シリンドリカルレンズであり、
    前記第２光学系の前記第２光学素子は、前記副走査方向に対応した方向にだけ屈折力を有する第２シリンドリカルレンズである、描画装置。
40. 請求項３９に記載の描画装置であって、
    前記第１光学系は、前記第１シリンドリカルレンズを通った前記ビームを入射して、前記ビーム偏向部材の前記反射面に向けて射出する等方的な屈折力を有する球面又は非球面のレンズを含む、描画装置。

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