JPWO2018066286A1 - ビーム走査装置およびパターン描画装置 - Google Patents

Abstract

描画ユニット（Ｕｎ）は、角度可変のポリゴンミラー（ＰＭ）の反射面（ＲＰ）で偏向された加工用のビーム（ＬＢｎ）を入射して、基板（Ｐ）に加工用のビーム（ＬＢｎ）をスポット光（ＳＰ）として集光するｆθレンズ系（ＦＴ）を備え、ポリゴンミラー（ＰＭ）の反射面（ＲＰ）の角度変化に応じてスポット光（ＳＰ）を走査する。描画ユニット（Ｕｎ）は、ポリゴンミラー（ＰＭ）の反射面（ＲＰ）が所定角度になる原点を検出するためのビーム（Ｂｇａ）をポリゴンミラー（ＰＭ）の反射面（ＲＰ）に投射するビーム送光部（６０ａ）と、反射面（ＲＰ）で反射したビーム（Ｂｇｂ）を入射して、反射面（ＲＰ）に向けて反射する反射ミラー（ＭＲａ）と、反射面（ＲＰ）で再度反射したビーム（Ｂｇｄ）に基づいて、原点信号（ＳＺｎ）を出力する検出部（６０ｂ）と、を備える。

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、および、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ともに、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。一方で、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、角度可変の走査部材の反射面で偏向された加工用のビームを入射して、被照射体に前記加工用のビームをスポットとして集光する走査用光学系を備え、前記走査部材の反射面の角度変化に応じた走査速度で前記スポットを走査するビーム走査装置であって、前記走査部材の反射面が所定角度になる原点を検出するための検出用ビームを前記走査部材の反射面に投射するビーム送光部と、前記走査部材の反射面で反射した前記検出用ビームを入射して、前記走査部材の反射面に向けて反射するビーム反射部と、前記走査部材の反射面で２回目に反射した前記検出用ビームの反射ビームを受光して、前記原点を表す原点信号を出力するビーム受光部と、を備える。

本発明の第２の態様は、角度可変の走査部材の反射面で偏向された描画用ビームを入射して、基板に前記描画用ビームをスポットとして集光する走査用光学系を備え、前記走査部材の反射面の角度変化に応じた走査速度で前記スポットを走査しつつ、前記描画用ビームの強度をパターンに応じて変調して、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、前記走査部材の反射面が所定角度になる原点を検出するための検出用ビームを前記走査部材の反射面に投射するビーム送光部と、前記走査部材の反射面で反射した前記検出用ビームを入射して、前記走査部材の反射面に向けて反射するビーム反射部と、前記走査部材の反射面で２回目に反射した前記検出用ビームの反射ビームを受光して、前記原点を表す原点信号を出力するビーム受光部と、前記原点信号に基づいて前記スポットによる前記パターンの描画を制御する制御部と、を備える。

本発明の第３の態様は、回転多面鏡の複数の反射面のうちの１つによって偏向される加工用のビームを、走査用光学系によって被照射体にスポットとして集光し、前記回転多面鏡の回転によって前記スポットを走査するビーム走査装置であって、前記回転多面鏡の複数の反射面の各々が所定角度になる原点を検出するための検出用ビームを前記回転多面鏡の反射面に投射するビーム送光部と、前記回転多面鏡の反射面で反射した前記検出用ビームを入射して、前記回転多面鏡の反射面に向けて反射するビーム反射部と、前記回転多面鏡の反射面で２回目に反射した前記検出用ビームの反射ビームを受光して、前記原点を表す原点信号を出力するビーム受光部と、を備える。

第１の実施の形態の基板（被照射体）に露光処理を施す露光装置（パターン描画装置）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光学的な構成を示す図である。 図２に示す描画ユニット内でのポリゴンミラー、ｆθレンズ系の光軸、原点センサを構成するビーム送光部、および、ビーム受光部等の配置をＸＹ平面と平行な面内でみた図である。 ビーム受光部に設けられる光電変換素子（光電検出器）の詳細な構成を示す図である。 原点検出用のビームをポリゴンミラーの反射面で１回反射させ、その反射ビームを受光して原点信号を出力するためのビーム送光部とビーム受光部とを示す図である。 図１〜図３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７、図８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９とは異なる所定の条件下で、図７、図８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。 第２の実施の形態による原点センサの構成を示す図である。 第３の実施の形態による原点センサの構成を示す図である。 図１２の構成をＸＹ平面と平行な面内で見た模式的な図である。 第４の実施の形態による原点センサの構成を示す図である。 図１４の各ビームの光路を模式的に示した図である。 第５の実施の形態による原点センサの構成を示す図である。 第５の実施の形態による原点センサの構成の変形例を示す図である。 第６の実施の形態による原点センサの構成を示す図である。

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

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態の基板（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には、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に対して順番に直列（シリアル）に配置して、対応する描画ユニットＵｎに時分割でビームＬＢｎを供給する構成については、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ともに、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（走査部材）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ともに、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方式となっている。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。

本実施の形態において、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の詳細な構成は後で図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平面と平行）は、ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆを含む面となる。

次に、図２、図３を参照して描画ユニットＵｎ（Ｕ１〜Ｕ６）の光学的な構成について説明する。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ＢＳｄ、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、図３に示すように、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センサ（原点検出器）としてのビーム送光部６０ａとビーム受光部６０ｂ（光電検出器）とが設けられる。原点センサ（ビーム送光部６０ａ、ビーム受光部６０ｂ）の構成は後で詳細に説明する。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ＢＳｄ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ＢＳｄに向けて−Ｙ方向に反射する。偏光ビームスプリッタＢＳｄ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ＢＳｄ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、３〜４μｍ）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（ビーム送光部６０ａとビーム受光部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の光軸ＡＸｆ、原点センサを構成するビーム送光部６０ａ、および、ビーム受光部６０ｂ等の配置をＸＹ平面と平行な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、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、検出用ビーム）Ｂｇａが投射されている。また、図３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平面と垂直な反射面を持つ反射ミラー（ビーム反射部）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（および他の各反射面ＲＰ）がＸＹ平面と平行な面（ＸＹ面）内で特定の角度位置になった瞬間に、図３のようにビームＢｇａ、Ｂｇｂ、Ｂｇｃ、Ｂｇｄが進み、ビーム受光部６０ｂはパルス状に波形変化する原点信号ＳＺｎを出力する。図３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、ビーム送光部６０ａは半導体レーザ光源とコリメータレンズとを有する。同様に、図３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。そのため、ビーム受光部６０ｂは、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と、ビームＢｇｄを光電変換素子の受光面上にスポットとして集光する集光レンズとを有する。

図４は、ビーム受光部６０ｂに設けられる光電変換素子（光電検出器）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４のように集光レンズで集光されたビームＢｇｄのスポット光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と、電流増幅部ＩＣ１、ＩＣ２と、コンパレータ部ＩＣ３とを１つにパッケージングしたものである。図３で示した矢印ＡｗのようにビームＢｇｄが走査されると、スポット光ＳＰｒが受光面ＰＤ１、ＰＤ２の順に横切って、電流増幅部ＩＣ１、ＩＣ２の各々は、図４（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４（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手前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４（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。

本実施の形態では、図３に示したように、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。これによって本実施の形態では、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、原点信号ＳＺｎの発生タイミングの再現性を良好にする（ばらつきの分布幅を表す３σ値を小さくする）ことができる。

そこで、図５に示すように、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回反射させた反射ビームＢｇｂをビーム受光部６０ｂの光電変換素子ＤＴｏで受光する構成を用いて、描画用ビームＬＢｎのスポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐと原点検出用のビームＢｇｂのスポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈとを同じにした場合と、スポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐに対してスポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈを２倍程度に速めた場合とで、原点信号ＳＺｎの再現性を比較してみる。

図５において、ビーム送光部６０ａは、レーザビームＢｇａ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ＧＬａ（屈折力を有する第１の光学素子）とを備える。ビームＢｇａは、反射面ＲＰ（ＲＰｂ）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、ビーム受光部６０ｂでは、反射ビームＢｇｂを図４と同じ光電変換素子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に集光する焦点距離Ｆｇｓのレンズ系ＧＬｂ（屈折力を有する第２の光学素子）が設けられる。図４に示した光電変換素子ＤＴｏの受光面ＰＤ１、ＰＤ２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（ＲＰｂ）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（受光面ＰＤ１、ＰＤ２間の不感帯）に位置するように設定される。なお、ビーム受光部６０ｂは、光電変換素子ＤＴｏとレンズ系ＧＬｂとによって、原点信号ＳＺｎを生成する為の検出部を構成する。

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い。以上のような構成で、レンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓとｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏとを同じにすると、描画用ビームＬＢｎのスポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐと原点検出用のビームＢｇｂのスポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈとがほぼ同じになる。また、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倍程度にすると、描画用ビームＬＢｎのスポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐに対して原点検出用のビームＢｇｂのスポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈを２倍程度に速められる。

次に、図６〜図８を参照して、図５のように構成された原点センサからの原点信号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、露光装置ＥＸを統括的に制御するコンピュータ、或いはパターン描画のためにポリゴンミラーＰＭの回転、光源装置ＬＳからのビームＬＢの描画データに応じたパルス発振、選択用光学素子ＯＳ１〜ＯＳ６のスイッチング等を制御する描画制御装置のプロセッサ（ＣＰＵ）等を利用して実施できる。また、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６は、図１〜図３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４（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のモータＲＭを３６０００ｒｐｍで回転させるように、描画制御装置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が微妙に変動することがある。

図７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６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６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７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ＴＤが±数ｎＳ程度変動することが判った。そこで、図７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８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。図５に示した原点センサからの原点信号ＳＺｎの再現性の計測では、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８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８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信号ＳＺｎの原点時刻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、図５に示したビーム受光部６０ｂ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７、図８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９に示すような結果が得られた。図９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、縦軸は周回時間ＴＤ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、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９のように、周回時間ＴＤ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９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値は、２．３ｎＳ〜５．９ｎＳとなったが、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、概ね３パルス以上のスポット光の走査位置の誤差が発生し得ることを意味する。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６０ｂ側のレンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓによって、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。そのために、光電変換素子ＤＴｏ上でのビームＢｇｂ（スポット光ＳＰｒ）の走査速度Ｖｈを基板Ｐ上でのスポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐ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。そこで、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倍程度に設定して、同様に原点信号ＳＺｎの再現性を計測してみる。

図１０は、図９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２Ｆｇｓ≒ｆｏに変えて、図９と同様に再現性を実測した結果を示す。図１０の縦軸と横軸は図９と同じものを表すが、図１０の縦軸のスケールは１目盛が２ｎＳ（図９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Ｖｈをスポット光ＳＰの基板Ｐ上での走査速度Ｖｓｐ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９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。なお、図１０に示した間隔時間ΔＴｍａ〜ΔＴｍｈのばらつきの傾向と、先の図９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９と図１０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（加工誤差）や回転時の偏心誤差の違いによるものと想定される。

以上、図５に示すように、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）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、図５において、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４〔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。

なお、図３のビーム送光部６０ａに設けられる図５のような半導体レーザ光源ＬＤｏからのビーム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よい。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ともに、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４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。

以上のことから、図３に示した本実施の形態による原点センサ（ビーム送光部６０ａ、ビーム受光部６０ｂ、反射ミラーＭＲａ）は、ビーム送光部６０ａ（図５と同様の半導体レーザ光源ＬＤｏ、コリメータレンズＧＬａを含む）からのビームＢｇａが反射ミラーＭＲａによってポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで２回反射した後の反射ビームＢｇｄを、ビーム受光部６０ｂ（図５と同様のレンズ系ＧＬｂと光電変換素子ＤＴｏを含む）で受光する構成とした。そのため、反射ビームＢｇｄが入射するレンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓと、ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏとを同じにした場合でも、光電変換素子ＤＴｏ上を移動する反射ビームＢｇｄのスポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈを、描画用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐの２倍程度に速めることができる。さらに、ビーム受光部６０ｂに設けられる集光レンズ（レンズ系ＧＬｂ）の焦点距離Ｆｇｓをｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏよりも長くする（すなわちレンズ系ＧＬｂの屈折力をｆθレンズ系ＦＴの屈折力よりも小さくする）と、光電変換素子ＤＴｏ上を横切るスポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈを、基板Ｐ上のスポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐの２倍以上に設定することもできる。

以上、本実施の形態によれば、原点検出用のビームＢｇａを反射ミラーＭＲａによってポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで２回反射させた後に、集光レンズ（レンズ系ＧＬｂ）によって光電変換素子ＤＴｏ上にスポット光ＳＰｒとして集光するように構成したので、光電変換素子ＤＴｏからの原点信号ＳＺｎの発生タイミングの再現性が向上し、主走査方向におけるパターンの描画位置を精密に制御することができる。なお、光電変換素子ＤＴｏは、図４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）ほど良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Ｖｈを描画用のスポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐよりも速くするとともに、集光レンズ（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。

〔第２の実施の形態〕
図１１は、第２の実施の形態による原点センサの構成を示し、本実施の形態でも、ポリゴンミラーＰＭは８面の反射面ＲＰａ〜ＲＰｈを有する。また、先の第１の実施の形態と同じ機能の部材には同じ符号を付してある。図１１では、原点センサの検出部としてのビーム受光部６０ｂは、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）で２回目に反射された反射ビームＢｇｄを反射する反射ミラーＭＲｂ、集光レンズとしてのレンズ系ＧＬｂ（屈折力を有する第２の光学素子）、および光電変換素子（光電検出器）ＤＴｏを備える。ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａが原点信号ＳＺｎを発生するタイミング（原点時刻Ｔｏｇ）の角度位置になった瞬間において、図５に示したようなビーム送光部６０ａ（図１１では不図示）からのビームＢｇａは反射面ＲＰａで反射され、反射ビームＢｇｂとなって再反射光学系ＣＥに入射する。再反射光学系ＣＥは、光軸ＡＸｖに沿ってポリゴンミラーＰＭ側から配置される第１レンズ系ＧＬｃ、第２レンズ系ＧＬｄ、反射ミラーＭＲａで構成され、再反射光学系ＣＥに入射した反射ビームＢｇｂは、反射ミラーＭＲａで反射されて反射ビームＢｇｃとなって再びポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａに投射される。反射ビームＢｇｃの反射面ＲＰａでの反射光は反射ビームＢｇｄとなって、ビーム受光部６０ｂの反射ミラーＭＲｂに入射し、レンズ系ＧＬｂで光電変換素子ＤＴｏ上にスポット光ＳＰｒとして集光される。

再反射光学系ＣＥの第１レンズ系ＧＬｃの前側焦点は、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａの位置（光軸ＡＸｖが反射面ＲＰａと交差する位置）に設定され、第１レンズ系ＧＬｃの後側焦点は瞳面となる面ｅｐの位置に設定される。第２レンズ系ＧＬｄの前側焦点は面ｅｐの位置に設定され、第２レンズ系ＧＬｄの後側焦点は、光軸ＡＸｖと垂直な反射ミラーＭＲａの反射面の位置に設定される。したがって、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａからの反射ビームＢｇｂ（平行光束）は、第１レンズ系ＧＬｃで集光されて面ｅｐでビームウェストになった後に発散して第２レンズ系ＧＬｄに入射し、再び平行光束となって反射ミラーＭＲａに達する。第１レンズ系ＧＬｃに入射する反射ビームＢｇｂの主光線が、ＸＹ面内において、光軸ＡＸｖに対して角度を持つ場合、反射ミラーＭＲａに入射する反射ビームＢｇｂの主光線も光軸ＡＸｖに対してその角度を保つ。反射ミラーＭＲａで反射した反射ビームＢｇｃ（平行光束）は、光軸ＡＸｖに関して反射ビームＢｇｂと対称的な光路を通って第２レンズ系ＧＬｄに入射し、面ｅｐでビームウェストになった後に発散して第１レンズ系ＧＬｃに入射し、再び平行光束となってポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａに投射される。反射面ＲＰａから第１レンズ系ＧＬｃに向かう反射ビームＢｇｂの主光線と、第１レンズ系ＧＬｃから反射面ＲＰａに向かう反射ビームＢｇｃの主光線とは、ＸＹ面内で光軸ＡＸｖに関して対称になる。反射面ＲＰａに投射された反射ビームＢｇｃは、反射面ＲＰａで反射されて反射ビームＢｇｄ（平行光束）となって反射ミラーＭＲｂに向かう。

図１１のような状態から、ポリゴンミラーＰＭ（反射面ＲＰａ）が時計回りの方向に角度Δθｅだけ回転したとすると、反射ビームＢｇｂは、図１１の状態から角度２・Δθｅだけ光軸ＡＸｖと成す角度が大きくなる方向に傾いて第１レンズ系ＧＬｃに入射する。そのため、反射ミラーＭＲａに投射される反射ビームＢｇｂの入射角は、図１１の状態から角度２・Δθｅだけ大きくなり、その結果、第１レンズ系ＧＬｃから反射面ＲＰａに向かう反射ビームＢｇｃと光軸ＡＸｖとの成す角度は、図１１の状態から角度２・Δθｅだけ大きくなる。ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａは時計回りの方向に、図１１の状態から角度Δθｅだけ傾いているので、反射面ＲＰａで２回目に反射される反射ビームＢｇｄは、図１１の状態から角度４・Δθｅだけ傾くことになる。したがって、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａで最初に反射された反射ビームＢｇｂの傾き変化の速度に対して、２回目に反射された反射ビームＢｇｄの傾き変化の速度は２倍になる。これによって、光電変換素子ＤＴｏ上を横切る反射ビームＢｇｄのスポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈは、描画用のビームＬＢｎのスポット光の基板Ｐ上での走査速度Ｖｓｐの２倍程度にできる。なお、ビーム受光部６０ｂのレンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓは、ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏとほぼ同じに設定されるが、焦点距離ｆｏよりも長くしてもよい。また、レンズ系ＧＬｂは、可能であれば反射ミラーＭＲｂを設けずに、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに近づけて配置してもよい。

以上、本実施の形態でも、先の第１の実施の形態と同様に、原点検出用のビームＢｇａを反射ミラーＭＲａを含む再反射光学系ＣＥによってポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで２回反射させた後に、レンズ系ＧＬｂによって光電変換素子ＤＴｏ上にスポット光ＳＰｒとして集光するように構成したので、光電変換素子ＤＴｏからの原点信号ＳＺｎの発生タイミングの再現性が向上し、主走査方向におけるパターンの描画位置を精密に制御できる。

〔第３の実施の形態〕
図１２は、第３の実施の形態による原点センサの構成を示し、先の第１、第２の実施の形態と同じ機能の部材には同じ符号を付してある。本実施の形態による原点センサは、偏光ビームスプリッタＢＳ１（第１の光分割素子）、偏光ビームスプリッタＢＳ２（第２の光分割素子）、１／４波長板ＱＰ１、ＱＰ２、レンズ系ＧＬｅ（屈折力を持った第１の光学素子と第２の光学素子の機能を併せ持った光学素子）、および光電変換素子ＤＴｏで構成される。図１２におけるポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａの角度位置は、光電変換素子ＤＴｏからの原点信号ＳＺｎが、図４（Ｂ）のような原点時刻Ｔｏｇとなった瞬間の状態を示す。ポリゴンミラーＰＭの回転軸ＡＸｐを座標系ＸＹＺのＺ軸と平行にしたとき、レンズ系ＧＬｅは、その光軸ＡＸｊの延長線がポリゴンミラーＰＭの回転軸ＡＸｐと交差するようにＸ軸と平行に配置されるものとする。立方体に整形された偏光ビームスプリッタＢＳ１は、光軸ＡＸｊに対して＋Ｙ方向側に配置され、ＹＺ面とＸＺ面の各々に対して４５度傾いた偏光分離面ｐｂ１を有する。不図示のビーム送光部６０ａからのビームＢｇａは、偏光ビームスプリッタＢＳ１の入射端面（ＹＺ面と平行）に入射する手前の面ｅｐでビームウェストとなるように集光され、Ｘ軸と平行に進む。偏光ビームスプリッタＢＳ１に入射するビームＢｇａは、偏光分離面ｐｂ１を透過する直線偏光に設定されている。１／４波長板ＱＰ１は、偏光ビームスプリッタＢＳ１のビームＢｇａの入射端面と平行な射出面側に光軸ＡＸｊと垂直となるように配置される。

立方体に整形された偏光ビームスプリッタＢＳ２は、光軸ＡＸｊに対して−Ｙ方向側に配置され、ＹＺ面とＸＺ面の各々に対して４５度傾いた偏光分離面ｐｂ２を有する。１／４波長板ＱＰ２は、偏光ビームスプリッタＢＳ１側の１／４波長板ＱＰ１と同じＸ方向の位置に、光軸ＡＸｊと垂直となるように配置される。偏光ビームスプリッタＢＳ１と１／４波長板ＱＰ１の組と、偏光ビームスプリッタＢＳ２と１／４波長板ＱＰ２の組とは、光軸ＡＸｊを含むＸ軸と平行な面に対して対称に配置される。そのため、偏光ビームスプリッタＢＳ１の偏光分離面ｐｂ１と偏光ビームスプリッタＢＳ２の偏光分離面ｐｂ２とは、ＸＹ面内で９０度の角度を成して配置される。図４に示したような光電変換素子ＤＴｏは、偏光ビームスプリッタＢＳ２の−Ｘ方向側の面ｅｐと同じ位置に受光面ＰＤ１、ＰＤ２が位置するように配置される。レンズ系ＧＬｅの前側焦点の位置は面ｅｐに設定され、前側焦点の位置はポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）に設定される。

以上の構成により、偏光ビームスプリッタＢＳ１には面ｅｐから発散光となったビームＢｇａが入射し、ビームＢｇａは偏光分離面ｐｂ１を透過して１／４波長板ＱＰ１によって円偏光に変換されて、光軸ＡＸｊと平行に進んでレンズ系ＧＬｅに入射する。レンズ系ＧＬｅを透過したビームＢｇａは平行光束となってポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）に投射される。ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａで反射されたビームＢｇａの反射ビームＢｇｂは、反射面ＲＰａが光軸ＡＸｊと垂直になったとき、光軸ＡＸｊに関してビームＢｇａの光路と対称的な光路に沿ってレンズ系ＧＬｅに入射し、面ｅｐと同じ面でビームウェストとなるように収斂される。レンズ系ＧＬｅを通った反射ビームＢｇｂは、１／４波長板ＱＰ２によって、ビームＢｇａと直交した方向の直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタＢＳ２に入射する。したがって、反射ビームＢｇｂは偏光ビームスプリッタＢＳ２の偏光分離面ｐｂ２を透過せずに＋Ｙ方向に反射して、偏光ビームスプリッタＢＳ１の側面に入射する。偏光分離面ｐｂ２で反射した反射ビームＢｇｂは、光軸ＡＸｊの位置でビームウェストとなるように収斂した後、発散して偏光ビームスプリッタＢＳ１に入射する。反射ビームＢｇｂはビームＢｇａと直交した方向の直線偏光になっているので、偏光ビームスプリッタＢＳ１の偏光分離面ｐｂ１で反射され、再び１／４波長板ＱＰ１を通って円偏光に変換されて、反射ビームＢｇｃとなってレンズ系ＧＬｅに入射する。

レンズ系ＧＬｅを通った反射ビームＢｇｃは、ビームＢｇａとほぼ同じ光路を通る平行光束となってポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａに投射される。反射面ＲＰａで再度反射される反射ビームＢｇｃの反射ビームＢｇｄは、反射ビームＢｇｂとほぼ同じ光路に沿ってレンズ系ＧＬｅに入射する。反射ビームＢｇｄは、レンズ系ＧＬｅによって面ｅｐと同じ面でビームウェストとなるように収斂され、１／４波長板ＱＰ２によってビームＢｇａと同じ方向の直線偏光に変換されて偏光ビームスプリッタＢＳ２に入射する。したがって、反射ビームＢｇｄは偏光ビームスプリッタＢＳ２の偏光分離面ｐｂ２を透過して、光電変換素子ＤＴｏ上にスポット光ＳＰｒとなって集光される。本実施の形態では、偏光ビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、１／４波長板ＱＰ１、ＱＰ２、レンズ系ＧＬｅが、再反射光学系ＣＥを構成し、直角に配置された偏光分離面ｐｂ１、ｐｂ２はコーナーミラーとして機能し、先の第１、第２の実施の形態における反射ミラーＭＲａに相当する。

図１３は、図１２の構成をＸＹ面内で見た模式な図であり、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａが光軸ＡＸｊと垂直な状態から、角度Δθｅだけ傾いた場合の各ビームの振る舞いを示す図である。反射面ＲＰａが光軸ＡＸｊと垂直なとき、面ｅｐでスポットとして集光したビームＢｇａの偏光ビームスプリッタＢＳ１から反射面ＲＰａまでの光路と、偏光分離面ｐｂ１、ｐｂ２で反射された反射ビームＢｇｃの反射面ＲＰａまでの光路とは、ＸＹ面内で重なり、さらに、反射面ＲＰａで最初に反射された反射ビームＢｇｂの光路と、反射面ＲＰａで２回目に反射された反射ビームＢｇｄの光路とは、ＸＹ面内で重なっている。したがって、光電変換素子ＤＴｏの受光面と同一の面（ｅｐ）には、スポット光ＳＰｒが生成される。スポット光ＳＰｒのＹ方向の位置は、光軸ＡＸｊに関してビームＢｇａが集光する位置と対称になっている。このような状態から、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａが角度Δθｅだけ傾くと、反射面ＲＰａで最初に反射した反射ビームＢｇｂは元の光路に対して光軸ＡＸｊから離れる方向に偏向（変位）した反射ビームＢｇｂ’となり、偏光分離面ｐｂ１、ｐｂ２で反射された反射ビームＢｇｃは元の光路（ビームＢｇａの光路と同一）に対して光軸ＡＸｊから離れる方向に偏向（変位）した反射ビームＢｇｃ’となって反射面ＲＰａに向かう。したがって、反射面ＲＰａで２回目に反射される反射ビームＢｇｄは、反射ビームＢｇｂ’の光路に対して光軸ＡＸｊからさらに離れる方向に偏向（変位）した反射ビームＢｇｄ’となって光電変換素子ＤＴｏに達し、スポット光ＳＰｒ’となる。

仮に、反射面ＲＰａで最初に反射された反射ビームＢｇｂ’のスポット光を光電変換素子ＤＴｏに形成した場合、そのスポット光がスポット光ＳＰｒの位置から移動する距離に対して、スポット光ＳＰｒ’がスポット光ＳＰｒの位置から移動する距離を２倍にできる。すなわち、本実施の形態でも、レンズ系ＧＬｅの焦点距離Ｆｇｓをｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏと等しくした場合であっても、スポット光ＳＰｒ’の光電変換素子ＤＴｏ上の走査速度Ｖｈを、スポット光ＳＰの基板Ｐ上の走査速度Ｖｓｐの２倍にすることができる。本実施の形態では、再反射光学系ＣＥをコンパクトにすることができ、原点センサとして安定な構造にすることができる。

〔第４の実施の形態〕
図１４、図１５は、第４の実施の形態による原点センサの構成を示し、先の第１〜第３の実施の形態と同じ機能の部材には同じ符号を付してある。図１４は、先の各実施の形態と同じに配置されるポリゴンミラーＰＭ、ｆθレンズ系ＦＴ、シリンドリカルレンズＣＹａ、ＣＹｂ、反射ミラーＭ２３の各配置をＸＹ面内で見た図である。本実施の形態では、描画用のビームＬＢｎが主走査方向に走査される最大の走査範囲の端部（走査開始側）で、描画ラインＳＬｎからずれた位置で、描画用のビームＬＢｎを原点検出用のビームＢｇｄとしてｆθレンズ系ＦＴを介してポリゴンミラーＰＭに向けて反射する再反射光学系ＣＥ１を、シリンドリカルレンズＣＹｂと基板Ｐとの間の空間に設ける。再反射光学系ＣＥ１は、描画ラインＳＬｎからずれた位置で、シリンドリカルレンズＣＹｂからＸ方向に投射されるビームＬＢｎを主走査方向（ここではＹ方向）に反射する反射ミラーＭＲｗと、反射ミラーＭＲｗで反射されるビームＬＢｎを、９０度ずつ２回反射させて反射ミラーＭＲｗに戻すように直角に形成された反射面を有するコーナーミラーＣＭｗとで構成される。

図１４は、ポリゴンミラーＰＭ（反射面ＲＰａ）が、描画用のビームＬＢｎを描画ラインＳＬｎの描画開始点にスポット光ＳＰとして集光するような角度位置になった状態を示す。その状態に至る直前のタイミングで、反射面ＲＰａで反射されたビームＬＢｎは原点検出用の反射ビームＢｇｂとして、反射ミラーＭＲｗに入射し、コーナーミラーＣＭｗによってビームＢｇｂと平行になるような反射ビームＢｇｃとなって折り返されて、再度反射ミラーＭＲｗに入射する。反射ミラーＭＲｗで反射される反射ビームＢｇｃは、シリンドリカルレンズＣＹｂ、ｆθレンズ系ＦＴを介して、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａに投射される。反射面ＲＰａで反射されるビームＢｇｃの反射ビームＢｇｄは、シリンドリカルレンズＣＹａから投射される元のビームＬＢｎ（Ｂｇａ）の光路に対して傾いた角度で反射ミラーＭ２３に戻ってくる。反射ビームＢｇｄは、レンズ系ＧＬｂによって集光されて光電変換素子ＤＴｏに受光される。シリンドリカルレンズＣＹａから投射される元のビームＬＢｎ（Ｂｇａ）は、反射ミラーＭＲｗに入射するようなタイミングで、光源装置ＬＳから発振されるように制御される。また、コーナーミラーＣＭｗの頂角は、基板Ｐの面に対応した面Ｐｕに設定され、面ＰｕにはビームＬＢｎ（Ｂｇａ）がスポット光として集光される。

図１５は、図１４の各ビームの光路を模式的に示した図であり、説明を簡単にするため、シリンドリカルレンズＣＹｂ、反射ミラーＭＲｗは図示を省略してある。図１５おいて、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａは、描画用のビームＬＢｎが原点検出用のビームＢｇａとして、コーナーミラーＣＭｗの一方の反射面ＣＭａに入射するような角度になっている。このとき、ビームＢｇａの主光線Ｌｐａの反射面ＲＰａへの入射角は角度θβになり、反射面ＲＰａで反射した反射ビームＢｇｂの主光線Ｌｐｂの反射角も角度θβになっているものとする。反射ビームＢｇｂは、コーナーミラーＣＭｗの反射面ＣＭａで反射して、面Ｐｕ’でスポットとなって集光した後、発散して他方の反射面ＣＭｂに入射する。反射面ＣＭｂで反射したビームＢｇｂの反射ビームＢｇｃの主光線Ｌｐｃは、反射ビームＢｇｂの主光線Ｌｐｂと平行になってｆθレンズ系ＦＴに再入射する。反射ビームＢｇｃは、ｆθレンズ系ＦＴを通った後、ＸＹ面内（主走査面）ではほぼ平行光束となって、角度θβよりも大きい入射角度で反射面ＲＰａに入射する。したがって、反射面ＲＰａで反射したビームＢｇｃの反射ビームＢｇｄ（主光線Ｌｐｄ）は、角度θβよりも大きい反射角度で反射ミラーＭ２３に向かう。反射ミラーＭ２３で反射した反射ビームＢｇｄは、レンズ系ＧＬｂによってＸＹ面内で光電変換素子ＤＴｏ上にスポット光ＳＰｒとして集光される。なお、レンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓは、ｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏと同じ、またはそれ以上に設定される。

図１５に示すように、ｆθレンズ系ＦＴから基板Ｐ側に投射されるビームＢｇｂ（ＬＢｎ）はテレセントリックに設定されるため、ｆθレンズ系ＦＴからコーナーミラーＣＭｗの反射面ＣＭａに向かう主光線Ｌｐｂは、ｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆと平行になり、したがって、コーナーミラーＣＭｗの反射面ＣＭｂからｆθレンズ系ＦＴに向かうビームＢｇｃの主光線Ｌｐｃも光軸ＡＸｆと平行を保つ。ｆθレンズ系ＦＴとコーナーミラーＣＭｗとの間で、ビームＢｇｂがコーナーミラーＣＭｗの反射面ＣＭａに入射する範囲内で矢印Ａ１の方向に走査されると、コーナーミラーＣＭｗの反射面ＣＭｂで反射されたビームＢｇｃは、矢印Ａ１と逆向きの矢印Ａ２の方向に走査される。したがって、本実施の形態のように、描画用のビームＬＢｎを原点検出用のビーム（Ｂｇａ、Ｂｇｂ、Ｂｇｃ、Ｂｇｄ）として用いる場合でも、ｆθレンズ系ＦＴの像面側（基板Ｐ側）に配置したコーナーミラーＣＭｗを用いて原点検出用のビームをポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰまで戻すことによって、光電変換素子ＤＴｏを横切るスポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈを、描画用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐの２倍程度に速めることができる。

本実施の形態では、原点検出用のビーム（Ｂｇａ、Ｂｇｂ、Ｂｇｃ）がｆθレンズ系ＦＴを通って光電変換素子ＤＴｏで検出されるため、原点信号ＳＺｎの原点時刻Ｔｏｇは、ｆθレンズ系ＦＴの主走査方向に関する光学収差の影響を含んだタイミングで発生する。したがって、描画ラインＳＬｎに沿って描画されるパターンに含まれる主走査方向の光学収差による誤差を含めて精密な描画が行われる。

〔第５の実施の形態〕
図１６は、第５の実施の形態による原点センサの構成を示し、先の第１〜第４の実施の形態と同じ機能の部材には同じ符号を付してある。図１６は、先の各実施の形態と同じに配置されるポリゴンミラーＰＭ、ｆθレンズ系ＦＴ、シリンドリカルレンズＣＹａ、ＣＹｂ、反射ミラーＭ２３の各配置をＸＹ面内で見た図である。本実施の形態でも、図１４、図１５と同様のコーナーミラーＣＭｗと反射ミラーＭＲｗとが、シリンドリカルレンズＣＹｂと基板Ｐとの間の空間であって、描画ラインＳＬｎのスポット光ＳＰの走査開始位置側に配置される。さらに本実施の形態では、第１、第２の実施の形態と同様に、原点検出用のビームＢｇａ（平行光束）を描画用のビームＬＢｎと異なる波長の連続発光で出力するビーム送光部６０ａからミラーＭ３３を介してポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）に投射する。ミラーＭ３３は、図１６中でＸＹ面に対して４５度傾けて配置され、ビーム送光部６０ａからのビームＢｇａはＺ方向からミラーＭ３３に投射される。ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）が特定の角度位置になると、ビームＢｇａの反射面ＲＰ（ＲＰａ）での反射ビームＢｇｂは、ｆθレンズ系ＦＴとシリンドリカルレンズＣＹｂを通って反射ミラーＭＲｗに向かう。反射ミラーＭＲｗで反射されて、コーナーミラーＣＭｗに入射したビームＢｇｂは反射ビームＢｇｃとなって折り返され、反射ミラーＭＲｗで反射されて、シリンドリカルレンズＣＹｂ、ｆθレンズ系ＦＴを介して、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）に戻される。反射面ＲＰ（ＲＰａ）に戻されたビームＢｇｃの反射ビームＢｇｄは、ビームＢｇａに対して傾いた方向に進み、反射ミラーＭ３４で反射され、レンズ系ＧＬｂを介して光電変換素子ＤＴｏ上にスポット光となるように集光される。

図１６の構成の場合、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）に戻ってくるビームＢｇｃは、ビーム送光部６０ａから投射されるビームＢｇａが投射される反射面ＲＰ（ＲＰａ）上のＸＹ面内での位置と同じ位置に投射される。本実施の形態では、原点検出用のビームＢｇａ（Ｂｇｂ、Ｂｇｃ、Ｂｇｄ）の波長を、描画用のビームＬＢｎの波長よりも長くでき、基板Ｐの感光層に不要な感光を与えることが低減される。なお、原点検出用のビームＢｇａの波長を描画用のビームＬＢｎの波長と異ならせると、シリンドリカルレンズＣＹｂとｆθレンズ系ＦＴとによる色収差が発生し、描画用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰが描画開始する基板Ｐ上の位置（タイミング）と、原点信号ＳＺｎが原点時刻Ｔｏｇとなるタイミングとに、色収差による主走査方向の誤差（倍率色収差）に応じた一定の時間誤差が生じ得る。しかしながら、その時間誤差は一定であれば、原点時刻Ｔｏｇからパターンの描画開始時点までの遅延時間をナノ秒オーダーで調整することで、正確に補正することができる。

以上、本実施の形態でも、ｆθレンズ系ＦＴの像面側（基板Ｐ側）に配置したコーナーミラーＣＭｗ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まで戻すことによって、光電変換素子ＤＴｏを横切るスポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈを、描画用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐの２倍程度に速めることができる。

〔第５の実施の形態の変形例〕
図１７は、第５の実施の形態による原点センサの変形例による構成を示し、先の第１〜第５の実施の形態と同じ機能の部材には同じ符号を付してある。図１７では、コーナーミラーＣＭｗの２つの反射面ＣＭａ、ＣＭｂのうち、コーナーミラーＣＭｗからｆθレンズ系ＦＴ（シリンドリカルレンズＣＹｂ）に戻る反射ビームＢｇｃの主光線Ｌｐｃがｆθレンズ系ＦＴの光軸ＡＸｆに対して平行な状態からわずかに主走査方向に傾くように、反射面ＣＭｂを光軸ＡＸｆに対して４５度から微少量だけ傾ける。すなわち、コーナーミラーＣＭｗの反射面ＣＭｂで反射して進む反射ビームＢｇｃを、主走査方向に関してテレセントリックな状態から崩して非テレセントリックな状態にする。これによって、ｆθレンズ系ＦＴを通ってポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）に達する反射ビームＢｇｃ（ＸＹ面内では平行光束）は、反射面ＲＰ（ＲＰａ）上で元のビームＢｇａが投射される部分からずれた部分に投射される。したがって、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰ（ＲＰａ）で反射されたビームＢｇｃの反射ビームＢｇｄが、反射ミラーＭ２３で反射されて光電変換素子ＤＴｏに向かう際、元のビームＢｇａの主光線Ｌｐａと反射ビームＢｇｄの主光線Ｌｐｄとは、先の図１５の状態と比べて、より広がった角度で分離する。そのため、反射ビームＢｇｄを検出するビーム受光部６０ｂの構成、特に反射ミラーＭ２３で反射した反射ビームＢｇｄをレンズ系ＧＬｂに向けてさらに反射させるミラーを設けたりすることが容易になり、またレンズ系ＧＬｂの配置の自由度が高まる。

図１７のように、コーナーミラーＣＭｗの２つの反射面ＣＭａ、ＣＭｂのうち、反射面ＣＭｂを光軸ＡＸｆに対して４５度から微少量だけ傾ける構成は、先の図１４、図１５の第４の実施の形態においても同様に適用可能である。

〔第６の実施の形態〕
図１８は、第６の実施の形態による原点センサの構成を示し、先の第１〜第５の実施の形態と同じ機能の部材には同じ符号を付してある。本実施の形態では、図１８に示すように、反射ミラーＭ２３を介して、描画用のビームＬＢｎがポリゴンミラーＰＭの１つの反射面ＲＰｈに投射されるような状態で、原点検出用のビームＢｇａ（平行光束）を、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰｈの隣り（１つ手前）の反射面ＲＰａと、反射面ＲＰａの隣り（１つ手前）の反射面ＲＰｂとの２つの反射面に投射するように原点センサを構成する。不図示のビーム送光部６０ａから平行光束として投射されるビームＢｇａは、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰａで反射され、反射ビームＢｇｂとなって反射ミラーＭＲａに投射される。ビームＢｇｂの反射ミラーＭＲａでの反射ビームＢｇｃは、ポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰｂに投射され、ビームＢｇｃの反射ミラーＭＲｂでの反射ビームＢｇｄは、レンズ系ＧＬｂによって光電変換素子ＤＴｏ上にスポット光ＳＰｒとなって集光される。本実施の形態においても、原点検出用のビームＢｇａをポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰに異なる角度で２回反射させているので、レンズ系ＧＬｂの焦点距離Ｆｇｓがｆθレンズ系ＦＴの焦点距離ｆｏとほぼ同じであっても、光電変換素子ＤＴｏを横切るスポット光ＳＰｒの走査速度Ｖｈを、描画用のビームＬＢｎのスポット光ＳＰの走査速度Ｖｓｐの２倍程度に速めることができる。

〔その他の変形例〕
ポリゴンミラーＰＭの代わりに、ガルバノミラー（走査部材）によるビーム走査装置（パターン描画装置）において、ガルバノミラーが所定角度になった瞬間を原点位置として検出する原点検出センサとして、例えば、先の図１２で示したような原点検出センサ（レンズ系ＧＬｅ、偏光ビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、１／４波長板ＱＰ１、ＱＰ２、光電変換素子ＤＴｏ）に設けてもよい。ガルバノミラーによるビーム走査装置においても、往復振動するガルバノミラーの反射面で１次元に偏向された描画用（または加工用）のビームが、ｆθレンズ系ＦＴ等の走査用光学系によって基板Ｐ（被照射体）上にスポット光として集光するように構成される。ガルバノミラーの場合、描画用（または加工用）のビームを反射する反射面の裏側も反射面にすることができるので、図１２のような原点検出センサの他に、図３、図１１に示した原点検出センサも容易に配置することができる。その他、図１４、図１６に示したように、ｆθレンズ系ＦＴ等の走査用光学系を介した原点検出センサとすることもできる。

また、上記の各実施の形態では、原点検出用のビームＢｇａをポリゴンミラーＰＭの反射面ＲＰで２回反射させてから光電変換素子ＤＴｏで受光するようにしたが、３回以上反射させてから光電変換素子ＤＴｏで受光するようにしてもよい。その場合、例えば、図１８のように、ポリゴンミラーＰＭの第１の反射面（ＲＰｈ）で反射させたビームＢｇａを第２の反射面（ＲＰａ）で反射させる構成と、図１１のような再反射光学系ＣＥとを組み合わせると、容易に３回反射による原点検出センサが構成できる。

Claims (18)

1. 角度可変の走査部材の反射面で偏向された加工用のビームを入射して、被照射体に前記加工用のビームをスポットとして集光する走査用光学系を備え、前記走査部材の反射面の角度変化に応じて前記スポットを走査するビーム走査装置であって、
   前記走査部材の反射面が所定角度になる原点を検出するための検出用ビームを前記走査部材の反射面に投射するビーム送光部と、
   前記走査部材の反射面で反射した前記検出用ビームを入射して、前記走査部材の反射面に向けて反射するビーム反射部と、
   前記走査部材の反射面で再度反射した前記検出用ビームの反射ビームに基づいて、前記原点を表す原点信号を出力する検出部と、
   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、
   前記ビーム送光部は、連続発光する検出用の光源からのビームを平行光束に成形して前記検出用ビームとするための屈折力を持った第１の光学素子を備える、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、
   前記検出部は、前記走査部材の反射面で２回目に反射した前記反射ビームを受光して前記原点信号を出力する光電検出器と、前記反射ビームを前記光電検出器に集光するための屈折力を持った第２の光学素子と、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、
   前記ビーム送光部は、前記検出用の光源からのビームを前記第１の光学素子に向けるように配置された第１の光分割素子を備え、
   前記検出部は、前記走査部材の反射面で２回目に反射されて前記第２の光学素子に入射した前記反射ビームを前記光電検出器に向けるように配置された第２の光分割素子を備え、
   前記第２の光分割素子は、前記走査部材の反射面で最初に反射されて前記第２の光学素子に入射する反射ビームを、前記第１の光分割素子に向けて分割する分離面を有し、
   前記第１の光分割素子は、前記第２の光分割素子からの前記反射ビームを前記第１の光学素子に向けて分割する分離面を有する、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、
   前記第１の光分割素子と前記第２の光分割素子は、各々の前記分離面が直角を成すように配置された偏向ビームスプリッタである、ビーム走査装置。
6. 請求項５に記載のビーム走査装置であって、
   前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は、それぞれ１つの集光光学系の光軸を挟んだ２つの部分で構成される、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、
   前記第２の光学素子の焦点距離は前記走査用光学系の焦点距離と同じ、または長く設定される、ビーム走査装置。
   
8. 請求項１に記載のビーム走査装置であって、
   前記走査部材は回転中心軸の回りに回転する回転多面鏡であり、
   前記ビーム反射部は、前記回転多面鏡の第１の反射面で反射された前記検出用ビームの反射ビームが、前記第１の反射面と異なる前記回転多面鏡の第２の反射面に向けて反射するように配置される、
   ビーム走査装置。
9. 角度可変の走査部材の反射面で偏向された描画用ビームを入射して、基板に前記描画用ビームをスポットとして集光する走査用光学系を備え、前記走査部材の反射面の角度変化に応じて前記スポットを走査しつつ、前記描画用ビームの強度をパターンに応じて変調して、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、
   前記走査部材の反射面が所定角度になる原点を検出するための検出用ビームを前記走査部材の反射面に投射するビーム送光部と、
   前記走査部材の反射面で反射した前記検出用ビームを入射して、前記走査部材の反射面に向けて反射するビーム反射部と、
   前記走査部材の反射面で再度に反射した前記検出用ビームの反射ビームに基づいて、前記原点を表す原点信号を出力する検出部と、
   前記原点信号に基づいて前記スポットによる前記パターンの描画を制御する制御部と、
   を備える、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、
    前記ビーム送光部は、連続発光する検出用の光源からのビームを平行光束に成形して前記検出用ビームとするための屈折力を持った第１の光学素子を備える、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、
    前記検出部は、前記走査部材の反射面で２回目に反射した前記反射ビームを受光して前記原点信号を出力する光電検出器と、前記反射ビームを前記光電検出器に集光するための屈折力を持った第２の光学素子と、を備える、パターン描画装置。
12. 請求項１０に記載のパターン描画装置であって、
    前記ビーム送光部は、前記検出用の光源からのビームを前記第１の光学素子に向けるように配置された第１の光分割素子を備え、
    前記検出部は、前記走査部材の反射面で２回目に反射されて前記第２の光学素子に入射した前記反射ビームを前記光電検出器に向けるように配置された第２の光分割素子を備え、
    前記第２の光分割素子は、前記走査部材の反射面で最初に反射されて前記第２の光学素子に入射する反射ビームを、前記第１の光分割素子に向けて分割する分離面を有し、
    前記第１の光分割素子は、前記第２の光分割素子からの前記反射ビームを前記第１の光学素子に向けて分割する分離面を有する、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、
    前記第１の光分割素子と前記第２の光分割素子は、各々の前記分離面が直角を成すように配置された偏向ビームスプリッタである、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、
    前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は、それぞれ１つの集光光学系の光軸を挟んだ２つの部分で構成される、パターン描画装置。
15. 請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のパターン描画装置であって、
    前記第２の光学素子の焦点距離は前記走査用光学系の焦点距離と同じ、または長く設定される、パターン描画装置。
16. 回転多面鏡の複数の反射面のうちの１つによって偏向される加工用のビームを、走査用光学系によって被照射体にスポットとして集光し、前記回転多面鏡の回転によって前記スポットを走査するビーム走査装置であって、
    前記回転多面鏡の複数の反射面の各々が所定角度になる原点を検出するための検出用ビームを前記回転多面鏡の反射面に投射するビーム送光部と、
    前記回転多面鏡の反射面で反射した前記検出用ビームを入射して、前記回転多面鏡の反射面に向けて反射するビーム反射部と、
    前記回転多面鏡の反射面で再度反射した前記検出用ビームの反射ビームを受光して、前記原点を表す原点信号を出力する検出部と、
    を備える、ビーム走査装置。
17. 請求項１６に記載のビーム走査装置であって、
    前記ビーム送光部は、前記検出用ビームを平行光束に成形するための屈折力を持った第１の光学素子を備え、
    前記検出部は、前記検出用ビームの前記反射ビームを受光して前記原点信号を出力する光電検出器と、前記反射ビームを前記光電検出器に集光させるための屈折力を持った第２の光学素子を備える、ビーム走査装置。
18. 請求項１７に記載のビーム走査装置であって、
    前記検出部の前記第２の光学素子の焦点距離を、前記走査用光学系の焦点距離と同じ、または長くした、ビーム走査装置。

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