TWI776978B - 圖案描繪裝置 - Google Patents

Abstract

圖案描繪裝置具備：第1圓柱透鏡CYa，其供來自光源裝置之光束LB入射，且具有使朝向多面鏡PM之反射面RPa之光束LB於與主掃描方向正交之副掃描方向上收斂之各向異性之折射率；fθ透鏡系統FT，其用以供藉由多面鏡PM之反射面RPa偏向之光束LB入射，且將該光束LB於被照射體之表面Po上聚光為點光SP；及第2圓柱透鏡CYb，其具有使自fθ透鏡系統FT射出並朝向表面Po之光束LB於副掃描方向上收斂之各向異性之折射率。以於fθ透鏡系統FT之視野內通過光束掃描範圍之周邊像高之位置而入射至第2圓柱透鏡CYb之前產生的光束LB之弧矢彗星像差引起之彎曲量成為艾瑞斑半徑以下之方式，設定上述第2光學系統之焦距。

Description

圖案描繪裝置

本發明係關於一種使用在主掃描方向上一維地掃描光束之光束掃描裝置而對基板描繪既定圖案之圖案描繪裝置。

已知有藉由使用掃描用光學系統(fθ透鏡系統等)及多面鏡(旋轉多面鏡)，能夠等速地掃描投射至感光材料上之光束。一般之多面鏡之各反射面係形成為平行於與多面鏡之旋轉面(包含旋轉方向之平面)正交之面，但實際之反射面伴隨有如相對於與多面鏡之旋轉面正交之面略微傾斜之誤差、所謂面傾斜(傾斜)誤差。因即便該誤差為加工上之公差內亦於每個反射面略微具有偏差，又，存在依存於多面鏡之旋轉軸之軸承性能之軸偏移等原因，而藉由fθ透鏡系統聚光於感光材料上之點光之像位置(光束之投射位置)於多面鏡之每個反射面偏移。

為了防止該投射位置之偏移，於日本特開平8-297255號公報中，在多面鏡之近前及fθ透鏡系統之後之2個部位，配置有僅於相對於多面鏡之偏向方向(主掃描方向、多面鏡之旋轉方向)正交之方向上具有折射率之圓柱透鏡。即，配置有母線與光束之主掃描方向平行之2個圓柱透鏡。藉此，於與光束之掃描方向(主掃描方向)正交之方向(副掃描方向)上，可使多面鏡之反射面上與感光材料之被照射面成為光學共軛關係，即便在可能產生於多面鏡之每個反射面之面傾斜誤差產生偏差，亦可將光束於感光材料上之投射位置於 副掃描方向上保持為固定。

於如日本特開平8-297255號公報般，藉由多面鏡之前段之第1圓柱透鏡、及fθ透鏡系統之後段之第2圓柱透鏡修正多面鏡之面傾斜誤差之光束掃描裝置中，在更加縮小投射至被照射面上之光束之點光，而描繪更微細之圖案之情形時，必須預先使對應於此產生之各種光學誤差(像差)、例如光束之彗形像差、聚焦誤差、球面像差等亦降低為與應描繪之圖案之微細度(最小像素尺寸)對應之範圍。

本發明之第1態樣係藉由將來自光源裝置之光束於被照射體上聚光為光點進行投射，並且利用反射偏向構件於主掃描方向上一維掃描上述光點而於上述被照射體上描繪圖案的圖案描繪裝置，其具備：第1光學系統，其供來自上述光源裝置之上述光束入射，且具有使朝向上述反射偏向構件之反射面之上述光束於與上述主掃描方向正交之副掃描方向上收斂之各向異性之折射率；掃描用光學系統，其用以供藉由上述反射偏向構件之反射面偏向之上述光束入射，且將該光束於上述被照射體上聚光為光點；及第2光學系統，其具有使自上述掃描用光學系統射出並朝向上述被照射體之上述光束於上述副掃描方向上收斂之各向異性之折射率；且以於上述掃描用光學系統之視野內通過光束掃描範圍之周邊像高之位置而入射至上述第2光學系統之前產生的上述光束之弧矢彗星像差引起之彎曲量成為艾瑞斑半徑以下之方式，設定上述第2光學系統之焦距。

1、2、3‧‧‧描繪單元

100‧‧‧殼體

100a、100b‧‧‧開口部

102‧‧‧結晶體

103‧‧‧接著劑

104‧‧‧超音波振子

105‧‧‧支持台

106‧‧‧排氣埠

110‧‧‧支架構件

112A、112B、112C‧‧‧微調整機構

114‧‧‧冷卻構件

AP‧‧‧孔徑光闌

AXe、AXf‧‧‧光軸

AXs‧‧‧光軸

AXh‧‧‧旋轉軸

AXp‧‧‧旋轉中心軸

BEO‧‧‧光束發散器系統

BF‧‧‧框架構件

BPM‧‧‧功率監視器

CA‧‧‧氣體

CYa、CYa'、CYb、CYb'、GA1、GA2、GB1、GB2‧‧‧圓柱透鏡

CPo‧‧‧面

CPs‧‧‧共軛面

DM1、DM2、DM3‧‧‧落射鏡

Dsc‧‧‧彎曲量

DTR‧‧‧光電感測器

E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8‧‧‧透鏡

FLG‧‧‧球面透鏡系統

FT‧‧‧fθ透鏡系統

FTp‧‧‧主平面

G1、G2、G3、G4、G5‧‧‧透鏡

GF‧‧‧透鏡系統

GWa、GWb‧‧‧波長板

HVP‧‧‧平行平板

Hy‧‧‧像高

Ka、Kb、Kc‧‧‧點

L1、L2、L3、L4、L5‧‧‧球面透鏡

L6、L7、L8、L9、L10、L11‧‧‧透鏡

LB‧‧‧光束

LBc、LBc'、LBco、PLc‧‧‧主光線

LBm‧‧‧-1次繞射光束

LBp‧‧‧+1次繞射光束

LBz‧‧‧0次繞射光束

Lcc、Lcc'、Lsd、Lsd'、Lsu、Lsu'、LSO、LKab、LKac、LKbc‧‧‧長度

LE1‧‧‧線段

LM1、LM2、LM3、LM4、LM5、M30、M31、M32、M33、M34、M35、M36、M37‧‧‧反射鏡

LS‧‧‧光源裝置

LSa‧‧‧種光產生部

LSb‧‧‧紫外光束產生部

MC1、MC2、MC3、MC4、MC5‧‧‧攝影元件

Oc、Oc'‧‧‧頂點

OS1、OS2、OS3‧‧‧選擇用光學元件

PB1、PB2、PBS‧‧‧偏振分光器

Pg1、Pyb、Pyb'‧‧‧入射側切平面

PLd、PLd'、PLu、PLu'‧‧‧弧矢彗星像差光線

PM‧‧‧多面鏡

Po‧‧‧被掃描面

Po'‧‧‧焦點面

PSa‧‧‧減光濾波器

PSb‧‧‧波長濾波器

QW‧‧‧1/4波長板

RPa、RPa'、RPb‧‧‧反射面

Sc、Sc'、Sc"、Sd、Sd'、Sd"、Su、Su'、Su"、So‧‧‧交點

SL‧‧‧掃描線

SP‧‧‧點光

X、Y、Z‧‧‧軸

Ys、Ys'‧‧‧線

θ、θα、αs、△θε‧‧‧角度

y、

y'、

z、

z'‧‧‧尺寸

圖1表示第1實施形態之光束掃描裝置之概略性之構成，圖1(A)表示將紙 面內示為副掃描方向之構成，圖1(B)表示將紙面內示為主掃描方向之構成。

圖2表示用以說明圖1所示之光束掃描裝置之光學之作用的概略構成，圖2(A)係對應於圖1(A)於XZ面內觀察光束掃描裝置所得者，圖2(B)係對應於圖1(B)於XY面內觀察光束掃描裝置所得者。

圖3係僅選取圖2所示之光束LB中之主光線PLc及弧矢彗星像差光線PLu、PLd並誇大地進行表示之圖，圖3(A)係於XZ面內(與副掃描方向平行之面內)觀察所得之圖，圖3(B)係於XY面內(與主掃描方向平行之面內)觀察所得之圖。

圖4係表示由圖3中之光束LB之主光線PLc及弧矢彗星像差光線PLu、PLd決定之幾何學之關係的立體圖。

圖5係說明圖3之fθ透鏡系統FT之入射側切平面Pg1上、圓柱透鏡CYb之入射側切平面Pyb上、及被掃描面Po上之光束LB(點光SP)之分佈的圖。

圖6係示意性地表示使圖1或圖2所示之正八面體之多面鏡PM於順時針方向上旋轉既定角度時於反射面RPa之光束LB之反射之情況的圖。

圖7係將圖6中之包含反射面RPa、RPa'、點Ka、Kb之一部分放大表示之圖。

圖8係對應於先前之圖1(A)示意性地表示與XZ面平行之面內(副掃描方向)之自第1圓柱透鏡CYa至被掃描面Po之光路之圖。

圖9係將第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb設為變數而表示在設定為一例之fθ透鏡系統FT之焦距、像側數值孔徑、光束LB之波長之下計算的圖5(B)中之彎曲量Dsc之特性、及艾瑞斑半徑ADm之特性之圖表。

圖10係將第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb設為變數而表示在將與圖9中設定之條件相同之fθ透鏡系統FT之物側散焦量(光路長度差)△Dop設為固定之情形時計算的副掃描方向上之像側散焦量△Dip之特性及焦點深度DOFs之特性之圖表。

圖11係將第1實施形態之光束掃描裝置之具體之光學構成於XY面內(主掃描方向之面內)展開並進行觀察所得的圖。

圖12係於XZ面內(副掃描方向之面內)觀察圖11所示之光束掃描裝置之光學構成所得之圖。

圖13係表示圖11、圖12所示之光束掃描裝置之各光學零件(透鏡、反射面)之配置關係及數值條件之一例的資料表(透鏡資料)。

圖14係表示第1實施形態之光束掃描裝置中之弧矢彗星像差特性之模擬結果的圖表。

圖15係藉由第1實施形態之光束掃描裝置聚光於被掃描面上之光束之光點之藉由模擬求出的光點圖。

圖16係表示藉由第1實施形態之光束掃描裝置聚光於被掃描面上之光束之聚焦MTF(傳輸函數、對比度)特性的圖表。

圖17係表示為了比較第1實施形態之光束掃描裝置之性能而設定的比較例之光束掃描裝置之整體之光學構成之圖。

圖18係表示圖17之比較例之光束掃描裝置中之各光學零件(透鏡、反射面)之配置關係及數值條件的一例之透鏡資料表。

圖19係與圖14同樣地進行模擬所得之比較例(圖17、圖18)之光束掃描裝置之弧矢彗星像差特性的圖表。

圖20係與圖15同樣地進行模擬所得之比較例(圖17、圖18)之光束掃描裝置之光點圖。

圖21係表示與圖16同樣地進行模擬所得之比較例(圖17、圖18)之光束掃描裝置之聚焦MTF(傳輸函數、對比度)特性的圖表。

圖22係表示第2實施形態之光束掃描裝置之光學構成之圖。

圖23係表示圖22所示之第2實施形態之光束掃描裝置之各光學零件(透 鏡、反射面)之配置關係及數值條件的一例之資料表(透鏡資料)。

圖24係表示基於第2實施形態之透鏡資料表(圖23)進行模擬所得之光束之球面像差之特性的圖表。

圖25係表示第3實施形態之圖案描繪單元(描繪裝置)之具體之構成的立體圖。

圖26係表示第4實施形態之光束切換部之概略性之光學配置的圖。

圖27係表示圖26之光束切換部之變形例之構成的圖。

圖28係簡單地表示用以修正因圖26或圖27所示之選擇用光學元件OS1之變動產生之光束特性之變化的調整機構之圖。

對於本發明之態樣之圖案描繪裝置，列舉較佳之實施形態，一面參照隨附之圖式，一面於以下詳細地進行說明。另外，本發明之態樣並不限定於該等實施形態，亦包含施加多種變更或改良所得者。即，於以下所記載之構成要素中，包含業者可容易地假定者、實質上同一者，以下所記載之構成要素可適當組合。又，可於不脫離本發明之主旨之範圍內，進行構成要素之各種省略、置換或變更。

[第1實施形態]

圖1係示意性地表示第1實施形態之光束掃描裝置之整體之構成者，將與正交座標系統XYZ之Y軸平行之方向設為主掃描方向，將與Z軸平行之方向設為副掃描方向。圖1(A)係將具有與Z軸平行地配置之旋轉中心軸AXp之正八邊形之旋轉多面鏡(反射偏向構件)PM、對多面鏡PM之8個反射面中之1個反射面RPa投射光束LB之第1圓柱透鏡(具有各向異性之折射率之圓筒面狀透鏡)CYa、供由反射面RPa反射之光束LB(偏向光束)入射之作為掃描用光學系統 之fθ透鏡系統FT、及供自fθ透鏡系統FT射出之偏向光束LB入射並將光束LB之點光SP聚光於被掃描面(描繪對象體、被照射體之表面)Po上之第2圓柱透鏡(具有各向異性之折射率之圓筒面狀透鏡)CYb的各者之配置於與XZ面平行之面(將副掃描方向作為紙面內之面)內展開表示者。圖1(B)係於與XY面平行之面(將主掃描方向作為紙面內之面)內觀察第1圓柱透鏡(第1光學系統)CYa、旋轉多面鏡PM、fθ透鏡系統FT、及第2圓柱透鏡(第2光學系統)CYb之各者之配置所得者。另外，於本實施形態中，fθ透鏡系統FT係以如下方式進行設計：於將光束LB之主光線(中心光線)相對於該fθ透鏡系統FT之光軸AXf之入射角設為θ(rad、或deg)，將被掃描面Po中之點光SP距光軸AXf之Y方向之距離(像高)設為Hy，將焦距設為ft時，實質上具有成為Hy=ft．θ之關係之像差，即，以成為一般之透鏡系統中之Hy=ft．tanθ之關係以外之特性之方式具有桶型之畸變像差。

如圖1(B)所示，自光源裝置通過各種透鏡或光學構件而被整形之光束LB係與光軸AXe成為同軸地入射至具有折射率(正)之方向被設定為Z軸方向(副掃描方向)之第1圓柱透鏡CYa。光束LB被整形為剖面內之強度分佈為高斯分佈或與此近似之分佈，且有效之直徑(由波峰強度之1/e²之強度、或半峰全幅值決定之直徑)為數mm左右之平行光束。入射至第1圓柱透鏡CYa之光束LB之有效之直徑對應於藉由後段之fθ透鏡系統FT之折射率於被掃描面Po上聚光為點光SP之光束LB之數值孔徑(NA、光束擴展角(全角))。即，若增大入射至第1圓柱透鏡CYa之光束LB之有效之直徑，則亦可增大被掃描面Po上之光束LB之數值孔徑，而可減小點光SP之有效之直徑。但是入射至第1圓柱透鏡CYa之光束LB之有效之直徑設定為小於旋轉多面鏡PM之8個反射面之各者之旋轉方向(對應於主掃描方向)上之長度。另外，於本實施形態中，將第1圓柱透鏡CYa之光軸AXe設定為與XY面平行且相對於X軸於順時針方向上傾斜 45°之方向。

通過第1圓柱透鏡CYa之光束LB於XY面內保持為平行光束於Z軸方向上如圖1(A)所示般成為收斂光束，投射至於順時針方向上旋轉之旋轉多面鏡PM之8個反射面中之1個反射面RPa上。藉由以旋轉多面鏡PM之反射面RPa位於第1圓柱透鏡CYa之後側焦距之位置、或其附近之方式設定，而於反射面RPa上，光束LB成為與XY面平行之較細之狹縫狀之分佈而聚光。由於第1圓柱透鏡CYa作為於XY面內不具有折射率之平行平板發揮作用，故而反射面RPa中之光束LB之狹縫狀之分佈之長度方向之尺寸與入射至第1圓柱透鏡CYa之前之光束LB之有效之直徑相同。由旋轉多面鏡PM之反射面RPa反射之光束LB於Z軸方向(副掃描方向)上成為發散光束，於XY面內(對應於主掃描方向)成為平行光束，並以伴隨著旋轉多面鏡PM之旋轉(反射面RPa之角度變化)於XY面內於順時針方向上偏向之狀態，入射至具有與X軸平行之光軸AXf之fθ透鏡系統FT。

fθ透鏡系統FT具有自旋轉多面鏡PM側沿著光軸AXf配置之5片石英之透鏡G1~G5，構成為像側(被掃描面Po側)成為遠心系統。fθ透鏡系統FT之前側焦距之位置係設定於旋轉多面鏡PM之反射面RPa之位置或其附近，於幾何光學上，旋轉多面鏡PM之反射面RPa之位置對應於fθ透鏡系統FT之光瞳面(孔徑光闌之位置)，被掃描面Po對應於fθ透鏡系統FT之像面。又，於本實施形態中，於XY面內(對應於主掃描方向)，第1圓柱透鏡CYa之光軸AXe與fθ透鏡系統FT之光軸AXf係以成45°之角度，且於旋轉多面鏡PM之反射面RPa之位置或其附近位置交叉之方式設定。因此，於XY面內，如圖1(B)所示，於旋轉多面鏡PM之反射面RPa相對於與Z軸平行之YZ面於順時針方向上傾斜22.5°(45°/2)之狀態時，由反射面RPa反射之光束LB之主光線(中心光線)與fθ透鏡系統FT之光軸AXf成為同軸，且於設定於fθ透鏡系統FT之後側焦距之位置之 被掃描面Po上之光軸AXf所通過的位置聚光為點光SP。

自fθ透鏡系統FT射出之光束LB僅於Z軸方向(副掃描方向)上具有折射率，通過在Y軸方向(主掃描方向)上具有較點光SP之掃描長度之尺寸長之第2圓柱透鏡CYb而於被掃描面Po上聚光為圓形之點光SP。如圖1(B)所示，第2圓柱透鏡CYb作為於Y軸方向(主掃描方向)上不具有折射率之平行平板發揮作用，故而自fθ透鏡系統FT射出之光束LB於Y軸方向(主掃描方向)上主要藉由fθ透鏡系統FT之折射率伴隨著既定之數值孔徑(NA、光束擴展角(全角))於被掃描面Po以成為光束腰之方式收斂。另一方面，如圖1(A)所示，由反射面RPa反射之光束LB於Z軸方向(副掃描方向)上成為發散光束而入射至fθ透鏡系統FT，故而於自fθ透鏡系統FT射出時，於Z軸方向(副掃描方向)上藉由fθ透鏡系統FT之折射率成為大致平行光束，入射至第2圓柱透鏡CYb。因此，藉由以將被掃描面Po設定於第2圓柱透鏡CYb之Z軸方向(副掃描方向)上之後側焦距之位置或其附近位置之方式配置，光束LB於Z軸方向(副掃描方向)上，亦藉由fθ透鏡系統FT與第2圓柱透鏡CYb之合成之折射率伴隨著既定之數值孔徑(NA、光束擴展角(全角))於被掃描面Po以成為光束腰之方式收斂。於本實施形態中，以於Y軸方向(主掃描方向)及Z軸方向(副掃描方向)上相等之方式設定投射至被掃描面Po之光束LB之數值孔徑(NA、光束擴展角(全角))。進一步地，根據圖1(A)亦可知，於Z軸方向(副掃描方向)上，旋轉多面鏡PM之反射面RPa與被掃描面Po藉由fθ透鏡系統FT與第2圓柱透鏡CYb之合成系統，成為光學共軛之關係。

藉此，投射至被掃描面Po上之光束LB之主光線(中心光線)於主掃描方向(Y軸方向)及副掃描方向(Z軸方向)上，保持與fθ透鏡系統FT之光軸AXf平行之狀態(遠心之狀態)，並且伴隨著旋轉多面鏡PM之旋轉(反射面RPa之角度變化)於-Y方向上一維掃描。此時，即便產生旋轉多面鏡PM之反 射面RPa相對於與Z軸平行之面傾斜之面傾斜誤差，由於旋轉多面鏡PM之反射面RPa與被掃描面Po於與XZ面平行之面內為共軛關係，故可防止被掃描面Po上之點光SP於副掃描方向上受到該誤差之影響而位置偏移。另外，雖將於下文進行詳細說明，但為了減小各種像差，將第1圓柱透鏡CYa之焦距設定為較fθ透鏡系統FT之焦距長(例如2倍以上)，將第2圓柱透鏡CYb之焦距設定為較fθ透鏡系統FT之焦距短(例如1/2倍以下)。又，點光SP之被掃描面Po上之有效之直徑(即光束腰之直徑)

於將光束LB之剖面內強度設為高斯分佈時，藉由根據入射至第1圓柱透鏡CYa之光束LB之直徑、及fθ透鏡系統FT之折射率(焦距、或倍率)設定之光束之數值孔徑即擴展全角θbm(rad、或deg)、及光束LB之波長λo(nm)，大致由以下之式決定。

=2λo/[π(tan(θbm/2))]

進一步地，使用示意性地表示圖1之構成之圖2~圖5，說明如圖1之光束掃描裝置中之光學之作用。圖2(A)係對應於圖1(A)於XZ面內觀察光束掃描裝置所得者，圖2(B)係對應於圖1(B)於XY面內觀察光束掃描裝置所得者。於圖2(A)、圖2(B)中，將fθ透鏡系統FT之主平面設為FTp，將第1圓柱透鏡CYa之光軸AXe與fθ透鏡系統FT之光軸AXf之交點設為So，將由旋轉多面鏡PM之反射面RPa反射之光束LB之主光線(中心光線)設為PLc(AXf)。如圖2(B)所示，由旋轉多面鏡PM之反射面RPa反射之光束LB於XY面內藉由旋轉多面鏡PM之旋轉而於被掃描面Po上在-Y方向上直線掃描，並相對於光軸AXf於入射角度±θ之範圍內偏向，且對應於該角度θ，於被掃描面Po上在距光軸AXf之位置像高±Hy之位置成為點光SP而被投射。

fθ透鏡系統FT係以於將焦距設為ft時，相對於光軸AXf之光束LB(主光線PLc)之入射之角度θ(deg)及像高Hy成為Hy=ft．θ之關係(f-θ特性)之方式進行設計。因此，角度θ之變化量△θ與像高Hy之變化量△Hy成正比 關係，於反射面RPa之角度等速地變化時，點光SP於-Y方向上等速地掃描。於本實施形態中，作為一例，將fθ透鏡系統FT之焦距ft設定為100mm左右，將像高Hy之最大像高Hymax(周邊像高之位置)設定為26mm(點光SP之最大掃描長度為52mm)左右。又，旋轉多面鏡PM之1個反射面RPa通過交點So期間之旋轉多面鏡PM之旋轉角度為45°，但其中，對應於最大像高±Hymax之光束LB之最大之入射角度±θmax之範圍(2．θmax)成為未達1/3左右之15°之有效之偏向角度範圍。即，於旋轉多面鏡PM之反射面RPa於XY面內以未達15°之有效之偏向角度範圍變化期間，點光SP自最大像高+Hymax之位置掃描至最大像高-Hymax之位置。另外，圖2(B)表示由反射面RPa反射之光束LB之主光線PLc達到最大像高+Hymax之位置之瞬間之狀態、即光束LB通過fθ透鏡系統FT之有效視野內之最外側(周邊像高之位置)之狀態。

如圖1或圖2般，於在fθ透鏡系統FT中添加圓柱透鏡CYa、CYb所得之面傾斜修正光學系統中，fθ透鏡系統FT之失真(用以獲得f-θ特性之畸變像差)被轉換為主掃描方向上之弧矢彗星像差，故而成為使點光SP之成像性能降低之1個因素。因此，以下，參照對應於圖2(A)、圖2(B)之圖3(A)、圖3(B)，對此種弧矢彗星像差之產生進行說明。圖3係僅抽取圖2中所示之光束LB中之主光線PLc及弧矢彗星像差光線PLu、PLd並誇大地表示之圖，圖3(A)係對應於圖2(A)於XZ面內(與副掃描方向平行之面內)觀察光束掃描裝置所得者，圖3(B)係對應於圖2(B)於XY面內(與主掃描方向平行之面內)觀察光束掃描裝置所得者。如圖3(A)、圖3(B)所示，相對於作為光束LB之中心光線之主光線PLc，弧矢彗星像差光線PLu、PLd係於副掃描方向上通過光束LB之最外周之光線(規定光束LB之數值孔徑NA之光線)。

此處，將多面鏡PM之1個反射面RPa上之主光線PLc與弧矢彗星像差光線PLu、PLd之交點設為So，將fθ透鏡系統FT之最靠入射側之透鏡G1 (參照圖1)之入射面上之與光軸AXf之交點(頂點)設為Oc，將透鏡G1之包含入射面之頂點Oc之入射側切平面設為Pg1，將光束LB之主光線PLc之與入射側切平面Pg1之交點設為Sc，將光束LB之弧矢彗星像差光線PLu、PLd與入射側切平面Pg1之交點分別設為Su、Sd。進一步地，將第2圓柱透鏡CYb之最靠入射側之透鏡面(凸面)上之與光軸AXf之交點(頂點)設為Oc'，將第2圓柱透鏡CYb之入射側之包含透鏡面(凸面)之頂點Oc'之入射側切平面設為Pyb，將光束LB之主光線PLc之與入射側切平面Pyb之交點設為Sc'，將光束LB之弧矢彗星像差光線PLu、PLd與入射側切平面Pyb之交點分別設為Su'、Sd'。

此處，使用圖4，對由圖3之狀態下之光束LB之主光線PLc及弧矢彗星像差光線PLu、PLd決定之幾何學之關係進行說明。圖4係表示多面鏡PM之反射面RPa上之交點So、入射側切平面Pg1上之頂點Oc、及交點Sc、Su、Sd之配置關係之立體圖。自交點So朝向入射側切平面Pg1上之交點Sc之主光線PLc之入射角相對於光軸AXf之角度為θ。此時，若將與Y軸平行且通過頂點Oc之線設為Ys，則連結頂點Oc與交點Su之線段及連結頂點Oc與交點Sd之線段之各者相對於線Ys均成為角度αs。因此，自交點So分別朝向交點Su、Sd之弧矢彗星像差光線PLu、PLd之各入射角(相對於光軸AXf之角度)均成為角度θα。因此，於將連結反射面RPa上之交點So與入射側切平面Pg1上之頂點Oc之線段之長度設為LSO，將連結頂點Oc與交點Sc之線段之長度設為Lcc，將連結頂點Oc與交點Su之線段之長度設為Lsu，將連結頂點Oc與交點Sd之線段之長度設為Lsd時，根據Lcc=LSO．tanθ、及Lsu=Lsd=LSO．tanθα之關係，長度Lcc、Lsu、Lsd成為如以下式(1)之關係。

進一步地，藉由圖5(A)、圖5(B)，對圖3(A)、圖3 (B)、圖4所示之fθ透鏡系統FT之入射側切平面Pg1上之光束LB之分佈、圖3(A)、圖3(B)所示之圓柱透鏡CYb之入射側切平面Pyb上之光束LB之分佈、及被掃描面Po上之光束LB(點光SP)之分佈進行說明。圖5(A)係再次表示圖4所示之入射側切平面Pg1上之頂點Oc、交點Sc、Su、Sd之各個的配置之關係及光束LB之分佈者。圖5(B)誇大地表示圖3所示之圓柱透鏡CYb之入射側切平面Pyb上之對應於頂點Oc、交點Sc、Su、Sd之各者之頂點Oc'、交點Sc'、Su'、Sd'之各個的配置之關係及光束LB之分佈。於圖5(B)中，Ys'係通過頂點Oc'及交點Sc'之與Y軸平行之線段，且交點Sc'位於距頂點Oc'像高Hy之距離。於入射側切平面Pg1上，根據圖2(A)、圖2(B)之入射狀態可明確得知，光束LB於Y方向(主掃描方向)及Z方向(副掃描方向)之各者具有既定寬度而分佈。然而，如圖5(B)所示，於圓柱透鏡CYb之入射側切平面Pyb上，藉由fθ透鏡系統FT之像差特性，光束LB成為於副掃描方向上較長且以相對於頂點Oc'側凹入之方式呈圓弧狀地彎曲之分佈。入射側切平面Pyb上之光束LB之分佈係於Y方向上具有尺寸

y'之寬度，於Z方向上具有尺寸

z'之寬度(與交點Su'、Sd'之Z方向之間隔相同)。

入射側切平面Pyb上之光束LB之Y方向之尺寸

y'係藉由fθ透鏡系統FT於被掃描面Po以成為光束腰之方式收斂之途中之光束LB之Y方向上之寬度。又，入射側切平面Pyb上之光束LB之Z方向之尺寸

z'係於Z方向上大致成為平行光束而自fθ透鏡系統FT射出之光束LB之途中之寬度。通過入射側切平面Pyb之光束LB藉由圓柱透鏡CYb，如圖5(C)所示般，於像高Hy之位置在被掃描面Po上聚光為Y方向(主掃描方向)之尺寸為

y、Z方向(副掃描方向)之尺寸為

z之點光SP。圓柱透鏡CYb由於在Z方向(副掃描方向)上具有正折射率(功率)於Y方向(主掃描方向)上不具有折射率(功率)，故而於入射側切平面Pyb上，尺寸

z'之光束LB主要藉由圓柱透鏡CYb之Z方向之收斂作用而 成為尺寸

z之點光SP。於入射側切平面Pyb上，尺寸

y'之光束LB不受圓柱透鏡CYb之收斂作用，而主要藉由fθ透鏡系統FT之收斂作用成為尺寸

y之點光SP。

根據fθ透鏡系統FT之定義(畸變像差特性)，像高Hy等於fθ透鏡系統FT之焦距ft與入射角θ(rad、或deg)之乘積，故而圖5(B)中之連結頂點Oc'與交點Sc'之線段之長度Lcc'、連結頂點Oc'與交點Su'之線段之長度Lsu'、及連結頂點Oc'與交點Sd'之線段之長度Lsd'基於圖4所示之角度θ、θα、Lcc'=ft．θ、及Lsu'=Lsd'=ft．θα，成為如以下式(2)之關係。

由於角度θ與角度θα具有略微之差別，故而為tanθ/tanθα≠θ/θα，且根據式(1)、(2)，成為Lcc/Lsu≠Lcc'/Lsu'、及Lcc/Lsd≠Lcc'/Lsd'。又，由於在透過fθ透鏡系統FT之前後維持圖4、圖5(A)所示之入射側切平面Pg1上之角度αs，故而於圖5(B)之入射側切平面Pyb上，連結頂點Oc'與交點Su'之長度Lsu'之線段相對於線Ys'之角度、及連結頂點Oc'與交點Sd'之長度Lsd'之線段相對於線Ys'之角度均成為角度αs。由上，如圖5(A)般，於入射側切平面Pg1上，交點Sc、Su、Sd存在於與Z軸平行之直線上，但如圖5(B)般，於入射側切平面Pyb上，連結交點Sc'、Su'、Sd'之線成為呈圓弧狀地彎曲者。於如此般彎曲之特性中，若將交點Sc'與交點Su'(或Sd')之主掃描方向(Y方向)之偏移寬度設為彎曲量Dsc，則彎曲量Dsc對應於弧矢彗星像差之大小，入射側切平面Pyb上之光束LB之Y方向之尺寸

y'較弧矢彗星像差(彎曲量Dsc)成為零之情形時之尺寸變寬。該變寬之量最後被包含於聚光於被掃描面Po上之點光SP之Y方向(主掃描方向)之尺寸

y，成為使點光SP之成像性能降低之因素。

又，作為使成像性能降低之其他因素，存在因多面鏡PM之反射 面RP之位置於fθ透鏡系統FT之光軸AXf之方向上位移引起之散焦(焦點偏移)現象。圖6係示意性地表示在圖1(A)、圖1(B)或圖2(A)、圖2(B)所示之正八面體之多面鏡PM繞旋轉中心軸AXp於順時針方向上旋轉角度△θε時，於1個反射面RPa之光束LB之反射之情況的圖。於圖6中，多面鏡PM之初始旋轉角度位置設為如反射面RPa相對於YZ面傾斜22.5°之位置。此時，入射至反射面RPa之光束LB之主光線(中心光線)LBco(或第1圓柱透鏡CYa之光軸AXe)設定為於XY面內相對於fθ透鏡系統FT之光軸AXf為45°，故而於反射面RPa上之點Ka反射，成為與光軸AXf同軸地行進之主光線LBc。若多面鏡PM自初始旋轉角度位置旋轉角度△θε，則反射面RPa亦成為傾斜角度△θε而成之反射面RPa'。此時，光束LB之主光線(中心光線)LBco於反射面RPa'上之點Kb反射，成為向相對於光軸AXf傾斜2．△θε之方向偏向之主光線LBc'。由於點Ka與點Kb於fθ透鏡系統FT之光軸AXf之方向上成為不同之位置，故而藉由fθ透鏡系統FT(或第2圓柱透鏡CYb)聚光之點光SP之最佳聚焦位置(光束腰位置)根據主掃描範圍之位置(像高位置)於光軸AXf方向上位移。

圖7係將圖6中之包含反射面RPa、RPa'、點Ka、Kb之一部分放大表示之圖，將使主光線LBc'自反射面RPa'上之點Kb延長至多面鏡PM內部之線與使主光線LBc自反射面RPa上之點Ka延長至多面鏡PM內部之線之交點設為點Kc。又，將點Kb與點Ka之間之長度設為LKab，將點Kb與點Kc間之長度設為LKbc，將點Ka與點Kc之間之長度設為LKac。於與主掃描方向(Y軸)正交之平面(與XZ面平行之面)內，相對於fθ透鏡系統FT，於反射面RPa之角度位置與反射面RPa'之角度位置之間，以將點Kb至點Ka之長度LKab與點Kb至點Kc之長度LKbc之和減去點Ka至點Kc之長度LKac所得之距離△LK(=LKab+LKbc-LKac)之程度，在物側空間(多面鏡PM)側產生光路差。如先前之圖2(A)或圖3(A)所說明般，於與XZ面平行之面內(副掃描方向)，像面(點光SP 之成像面、或被掃描面Po)與多面鏡PM之反射面RP(嚴格而言為圖6或圖7中之點Ka之位置)係以成為共軛關係之方式設定，故而因該距離△LK，像空間中之點光SP之光軸方向之聚焦位置根據多面鏡PM之旋轉角度位置而不同。因此，於藉由多面鏡PM之1個反射面RP將光束LB偏向掃描期間，投射至被掃描面Po之點光SP伴隨著根據fθ透鏡系統FT之像高位置(Hy)變化之聚焦誤差而成像，從而成像性能降低。另外，若距離△LK為正值，則沿著於fθ透鏡系統FT之軸外行進之主光線LBc'之周邊之光路長度，較沿著於fθ透鏡系統FT之軸上行進之主光線LBc之中心之光路長度短，若距離△LK為負值，則沿著於fθ透鏡系統FT之軸外行進之主光線LBc'之周邊之光路長度，較沿著於fθ透鏡系統FT之軸上行進之主光線LBc之中心之光路長度長。

因此，於本實施形態中，於圖1(A)、圖1(B)所示之光束掃描裝置中，以減少弧矢彗星像差或聚焦誤差之方式，設定作為多面鏡PM之面傾斜修正光學系統發揮功能之第1圓柱透鏡CYa及第2圓柱透鏡CYb之光學之各種條件或配置。具體而言，以將使投射至被掃描面Po上之點光SP之成像性能降低之弧矢彗星像差或聚焦誤差減少為實用上可容許之範圍內之方式，設定第1圓柱透鏡CYa及第2圓柱透鏡CYb之各焦距之範圍。圖8係對應於先前之圖1(A)示意性地表示與XZ面平行之面內(副掃描方向)之自第1圓柱透鏡CYa至被掃描面Po之光路之圖，fθ透鏡系統FT係簡化地以主平面FTp表示。於圖8中，例示以使副掃描方向(Z方向)上之像側數值孔徑(NA、投射至被掃描面Po之光束LB之孔徑角)固定之方式使圓柱透鏡CYa、CYb之各者之焦距不同之兩種組合。第1組合係焦距相對較長之圓柱透鏡CYa與焦距相對較短之圓柱透鏡CYb之組合，第2組合係於虛線所示之位置設置之焦距相對較短之圓柱透鏡CYa'與焦距相對較長之圓柱透鏡CYb'之組合。又，光束LB係作為於副掃描方向(Z方向)上具有固定之粗度之平行光束入射至圓柱透鏡CYa或圓柱透鏡CYa'者。

進一步地，如圖3(A)、圖3(B)所說明般，以實線表示圓柱透鏡CYa、CYb之組合中之光束LB之弧矢彗星像差光線PLu、PLd，以虛線表示圓柱透鏡CYa'、CYb'之組合中之光束LB之弧矢彗星像差光線PLu'、PLd'。根據圖8之構成可明確得知，於使投射至被掃描面Po之光束LB之數值孔徑(NA)於圓柱透鏡CYa、CYb之組合與圓柱透鏡CYa'、CYb'之組合中相同之情形時，必須使圓柱透鏡CYa之焦距較圓柱透鏡CYa'之焦距長，使圓柱透鏡CYb之焦距較圓柱透鏡CYb'之焦距短。又，若如圖3(A)、圖3(B)所說明般，將第2圓柱透鏡CYb之入射側切平面設為Pyb，將第2圓柱透鏡CYb'之入射側切平面設為Pyb'，將入射側切平面Pyb上之主光線PLc、弧矢彗星像差光線PLu、PLd之各交點設為Sc'、Su'、Sd'，將入射側切平面Pyb'上之主光線及弧矢彗星像差光線PLu'、PLd'之各交點設為Sc"、Su"、Sd"，則於副掃描方向(Z方向)上，交點Su'、Sd'之間隔小於交點Su"、Sd"之間隔。此處，於先前之圖5(B)所說明之入射側切平面Pyb上之光束LB之分佈形狀中，圖5(B)中之通過交點Sc'、Su'、Sd'之圓弧狀之曲線之曲率半徑和第2圓柱透鏡CYb與CYb'之焦距之差異無關，而主要由fθ透鏡系統FT之焦距及像高Hy決定。因此，通過第2圓柱透鏡CYb'之入射側切平面Pyb'上之光束LB之主光線PLc之交點Sc"、及入射側切平面Pyb'上之交點Su"、Sd"之各者之圓弧狀之曲線的曲率半徑與入射側切平面Pyb上之曲率半徑相同。

由上，於相同之像高位置，無論於入射側切平面Pyb上亦或於入射側切平面Pyb'上，連結光束LB之主光線及弧矢彗星像差光線之各者之交點位置的圓弧狀之曲線之曲率半徑均不改變，故而副掃描方向(Z方向)上之交點Su'、Sd'之間隔與交點Su"、Sd"之間隔中之間隔更小者更可抑制圖5(B)所說明之因弧矢彗星像差量之產生引起之尺寸

y'之增加。即，於圖8中，藉由相較於圓柱透鏡CYa'、CYb'之組合而採用圓柱透鏡CYa、CYb之組合，並且儘可能 使第1圓柱透鏡CYa之焦距變長，儘可能使第2圓柱透鏡CYb之焦距變短，可減少弧矢彗星像差。另外，於入射側切平面Pyb、或入射側切平面Pyb'上，隨著光SP成像之像高Hy變小，通過交點Sc'、Su'、Sd'之圓弧狀之曲線之曲率半徑、或通過交點Sc"、Su"、Sd"之圓弧狀之曲線之曲率半徑變大，於像高Hy為零(點光SP位於光軸AXf上之狀態)時，交點Sc'、Su'、Sd'、或交點Sc"、Su"、Sd"位於與Z軸平行之直線上。

如以上般，為了減少弧矢彗星像差，可儘可能使第2圓柱透鏡CYb之焦距變短，但若使該焦距變得極短為例如1mm以下，則第2圓柱透鏡CYb之製造變得困難，或者亦產生被掃描面Po與第2圓柱透鏡CYb之空間之干擾之問題(作動距離之不足)。又，儘可能使第2圓柱透鏡CYb之焦距變短意味著使第1圓柱透鏡CYa之焦距與此相對應地變長，從而自第1圓柱透鏡CYa至多面鏡PM之光路變得過長，導致光束掃描裝置之大型化。因此，以下對第2圓柱透鏡CYb之焦距之決定方法之一例進行說明。

如先前之圖5(A)所示，連結入射側切平面Pg1上之頂點Oc與交點Su、Sd之各者之長度Lsu、及Lsd之各線段相對於連結頂點Oc與交點Sc之長度Lcc之線段具有角度αs。因此，根據自先前之圖4得出之式(1)之關係，如以下式(3)之關係成立。

進一步，圖5(A)所示之入射側切平面Pg1上之角度αs如圖5(B)所示，於入射側切平面Pyb上亦被保存，故而基於圖5(B)之配置關係及先前之式(2)之關係，如以下式(4)之關係成立。

藉由將根據式(3)求出之角度θα(=arctan[tanθ/cos(αs)])代入至式(4)，如式(5)般求出彎曲量Dsc。

若使用像高Hy=ft．θ之關係改寫式(5)，則彎曲量Dsc如以下式(6)般表示。

另一方面，如圖5(B)所示般，若假定為相對於像高Hy之彎曲量Dsc充分小(即Hy》Dsc)，則入射側切平面Pyb上之交點Su'、Sd'之Z方向(副掃描方向)之尺寸

z'可如以下式(7)般進行近似。

其中，Hy》Dsc

又，第2圓柱透鏡CYb之入射側切平面Pyb上之交點Su'、Sd'之Z方向之尺寸

z'相當於通過第2圓柱透鏡CYb之光束LB之副掃描方向之光瞳直徑。因此，若將副掃描方向上之光束LB之像側(被掃描面Po側)之數值孔徑設為NAs，將第2圓柱透鏡CYb之焦距設為fcb，則以下式(8)之關係成立。

若彙總該式(8)及先前之式(7)，則成為以下式(9)之關係。

式(9)係若改寫為餘弦(cos)函數則成為式(10)。

此處，若設為(fcb．NAs/Hy)²+1=FN，將式(10)代入至先前之式(6)，則彎曲量Dsc如以下式(11)般進行近似。

就被掃描面Po上之點光SP之成像性能之觀點而言，認為彎曲量Dsc越小於主掃描方向(Y方向)之艾瑞斑半徑，則越可保證不存在問題之等級之成像性能。於光束LB之強度分佈為高斯分佈、或與此近似之分佈時，若將光束LB之波長設為λo，將主掃描方向上之像側(被掃描面Po側)之數值孔徑設為NAm，將主掃描方向之艾瑞斑之半徑設為ADm，則半徑ADm近似地由以下式(12)表示。

若作為一例，將波長λo設為355nm，將數值孔徑NAm設為0.06，則艾瑞斑半徑ADm成為約3.6μm。由上，只要以成為Dsc≦ADm之條件之方式，基於式(11)、(12)，設定第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb即可。本實施形態中之第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb之具體之例示將於下文進行說明，但於此之前，對可抑制先前之圖6、圖7所說明之因散焦現象引起之成像性能之降低的第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb之條件進行說明。

如圖6、圖7所說明般，通過fθ透鏡系統FT之光軸AXf之光束LB(主光線LBc)與通過fθ透鏡系統FT之視野之最周邊之光束LB(主光線LBc') 之物側空間(多面鏡PM之反射面RPa、RPa'側之空間)之光路長度之差如圖7所說明般相當於將點Kb至點Ka之長度LKab與點Kb至點Kc之長度LKbc之和減去點Ka至點Kc之長度LKac所得之距離△LK。若將該距離△LK設為光路長度差(物側散焦量)△Dop，則根據如圖7之幾何學之關係，光路長度差△Dop可基於多面鏡PM之外徑、面數、光束LB(主光線LBc')相對於fθ透鏡系統FT之光軸AXf之入射角度、及該入射時之多面鏡PM之反射面RPa'上之光束LB之入射點(圖7中之點Kb)的位置，而容易地求出。因該物側散焦量△Dop而於像面(被掃描面Po)側產生之副掃描方向(Z方向)上之像側散焦量△Dip可藉由fθ透鏡系統FT之焦距ft及第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb，由以下式(13)表示。

就成像性能之觀點而言，認為像側散焦量△Dip愈小於由fθ透鏡系統FT及第2圓柱透鏡CYb所構成之合成光學系統之像側之副掃描方向上之焦點深度DOFs，則愈可獲得不存在問題之等級之成像性能。基於光束LB之波長λo及副掃描方向上之像側數值孔徑NAs，副掃描方向之焦點深度DOFs由以下式(14)表示。

因此，只要根據式(13)、(14)以滿足△Dip≦DOFs之條件之方式設定第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb即可。

參照圖9之圖表，對基於以上所說明之求出對應於弧矢彗星像差之大小之彎曲量Dsc之式(11)、及表示艾瑞斑半徑ADm之式(12)決定第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb之具體例進行說明。圖9係於作為一例，將fθ透鏡系統FT之焦距ft設為100mm，將像高Hy設為26mm，將主掃描方向之像側數值孔徑 NAm及副掃描方向之像側數值孔徑NAs設為0.06，將光束LB之實際之中心波長λo設為354.7nm(波長寬度60pm以下)之情形時，將第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb設為變數而表示使用式(11)計算之彎曲量Dsc之特性、及使用式(12)計算之艾瑞斑半徑ADm之特性的圖表，橫軸表示焦距fcb(mm)，縱軸表示彎曲量Dsc(μm)及艾瑞斑半徑ADm(μm)之各值。於此情形時，藉由式(11)算出之彎曲量Dsc於焦距fcb為0mm時成為零，且成為伴隨著焦距fcb之增加而二次函數性地增加之特性。另一方面，藉由式(12)算出之艾瑞斑半徑ADm，由於像側數值孔徑NAm及波長λo之各值已被設定，故而成為約3.6μm之固定值。於以上條件之情形時，彎曲量Dsc與艾瑞斑半徑ADm一致時之焦距fcb成為約34.2mm。藉此，於使用焦距ft為100mm之fθ透鏡系統FT，使於像側數值孔徑NAm、NAs為0.06之狀態下波長λo為約355mm之光束LB收斂為點光SP並且於像高26mm之範圍(最大掃描範圍52mm)內於被掃描面Po上掃描點光SP之光束掃描裝置中，只要將作為面傾斜修正光學系統設置之第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb設為34.2mm以下，便可使成像特性上之弧矢彗星像差(彎曲量Dsc)減少為不存在問題之程度。

其次，使用圖10之圖表，對因先前之圖6、圖7所說明之多面鏡PM之反射面RPa側之散焦誤差而產生之像側散焦量△Dip之具體例進行說明。圖10係於與先前之條件同樣地將fθ透鏡系統FT之焦距ft設為100mm，將物側散焦量(光路長度差)△Dop設為0.482mm之情形時，將第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb設為變數而表示使用式(13)計算之副掃描方向上之像側散焦量△Dip之特性、及由式(14)算出之副掃描方向上之焦點深度DOFs之特性的圖表，橫軸表示焦距fcb(mm)，縱軸表示像側散焦量△Dip(μm)之值。於此情形時，藉由式(13)算出之像側散焦量△Dip於焦距fcb為0mm時成為零，且成為伴隨著焦距fcb之增加而二次函數性地增加之特性。另一方面，藉由式(14)算出之焦點深 度DOFs由於像側數值孔徑NAs及波長λo之各值已被設定，故而成為約98.5μm之固定值。於以上條件之情形時，像側散焦量△Dip與焦點深度DOFs一致時之焦距fcb成為約45.2mm。藉此，於使用焦距ft為100mm之fθ透鏡系統FT，使於像側數值孔徑NAm、NAs為0.06之狀態下波長λo為約355nm之光束LB收斂為點光SP並且於像高26mm之範圍(最大掃描範圍52mm)內於被掃描面Po上掃描點光SP之光束掃描裝置中，於物側散焦量(光路長度差)△Dop成為0.482mm之情形時，只要將作為面傾斜修正光學系統設置之第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb設為45.2mm以下，便可使成像特性上之散焦誤差(△Dip)減少為不存在問題之程度。

於圖11、圖12(A)、圖12(B)表示如下情形時之本實施形態之光束掃描裝置之整體之光學構成，該情形係於考慮以上圖9所示之彎曲量Dsc(弧矢彗星像差)之特性、及圖10所示之散焦誤差△Dip之特性之兩者，將光束LB之中心波長λo設為354.7nm(波長寬度60pm以下)，將fθ透鏡系統FT之焦距ft設為100mm，將像側數值孔徑NAm、NAs設為0.06，將像高Hy之最大值設為26mm，將物側散焦量(光路長度差)△Dop設為0.482mm時，將第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb設為15mm作為一例。圖11係將本實施形態之光束掃描裝置之具體之光學構成於XY面內(主掃描方向之面內)展開並進行觀察所得的圖，圖12係於XZ面內(副掃描方向之面內)觀察圖11之光束掃描裝置之光學構成所得之圖。此處，圖12(A)表示本實施形態之光束掃描裝置之至多面鏡PM之反射面RPa為止之光學構成，圖12(B)表示本實施形態之光束掃描裝置之自多面鏡PM之反射面RPa至被掃描面(描繪對象體之表面)Po為止之光學構成。又，圖13係表示圖11、圖12(A)、圖12(B)所示之光學構成之各光學零件(透鏡、反射面)之配置關係及數值條件之一例的資料表，透鏡之玻璃材料係設為相對於光束LB之波長具有較高之透過率之石英。另外，於圖13之資料表中，於 多面鏡PM之反射面RPa之前後，透鏡之面間隔及曲率半徑之符號之正負反轉地表示。

於圖11、圖12(A)、圖12(B)中，自未圖示之光源裝置射出並回應於描繪資料而進行強度調變(接通/斷開)所得之光束LB，入射至放大倍率為24倍之光束發散器系統BEO。入射至光束發散器系統BEO之光束LB係波長354.7nm之單色光，且設為距光軸AXe為0.25mm之位置之強度成為波峰強度之1/e²(有效之光束直徑為0.5mm)之非偏振光之具有高斯分佈、或其近似分佈之平行光束。光束發散器系統BEO由沿著光軸AXe配置之5片球面透鏡L1~L5所構成，將入射之光束LB以成為有效之直徑為12mm(1/e²強度)之平行光束之方式放大。藉由光束發散器系統BEO之最前之2片凸透鏡L1、L2，光束LB於緊靠凸透鏡L2之後之焦點面Po'以成為光束腰之方式聚光，其後，發散並入射至凹透鏡L3，進一步通過彎月狀之透鏡L4及凸透鏡L5成為經放大之平行光束而到達至孔徑光闌AP。由於孔徑光闌AP之圓形之開口孔徑較理想為與fθ透鏡系統FT之光瞳直徑相等，故而於將像側數值孔徑NAm、NAs設為0.06，將fθ透鏡系統FT之焦距ft設為100mm之情形時，將孔徑光闌AP之開口孔徑(直徑)

ap設定為12mm。自光束發散器系統BEO射出之光束LB之強度分佈之直徑係以邊緣部分之強度成為1/e²且直徑成為12mm之方式設定，強度成為1/e²以下之邊緣部分之光分佈由孔徑光闌AP遮蔽。此時，由孔徑光闌AP遮蔽之光量損失之比率成為約13.5%。

另外，於本實施形態中，使投射至被掃描面Po之光束LB之主掃描方向之像側數值孔徑NAm與副掃描方向之像側數值孔徑NAs相等，故而構成為多面鏡PM之反射面RPa之面傾斜修正光學系統之第1圓柱透鏡CYa(焦距fca)、第2圓柱透鏡CYb(焦距fcb)、及fθ透鏡系統FT(焦距ft)係設定為以下式(15)之關係。進一步地，於將光束LB之像側數值孔徑設為NA(=NAm =NAs)時，孔徑光闌AP之圓形之開口(直徑)

ap係以成為以下式(16)之關係之方式設定。

於孔徑光闌AP之後方之10mm之位置，設置僅於副掃描方向上具有折射率(功率)且基於式(15)之關係焦距fca設定為666.7mm之單一(單板)之第1圓柱透鏡CYa，於第1圓柱透鏡CYa之後側焦點之位置配置多面鏡PM之反射面RPa。第1圓柱透鏡CYa之入射面及出射面構成為於主掃描方向上曲率半徑為∞且於副掃描方向上分別具有有限之曲率半徑。藉此，成為平行光束透過孔徑光闌AP之圓形開口之光束LB藉由第1圓柱透鏡CYa於副掃描方向之面內(圖11、圖12(B)之XZ面內)聚光於多面鏡PM之反射面RPa上，於主掃描方向之面內(圖11、圖12(B)之XY面內)保持為平行光束入射至多面鏡PM之反射面RPa上。由多面鏡PM之反射面RPa反射之光束LB以與多面鏡PM之旋轉過程中之反射面RPa之角度對應之角度，入射至由5片球面透鏡G1~G5所構成之遠心之fθ透鏡系統FT。多面鏡PM之反射面RPa係設定為fθ透鏡系統FT之前側焦點之位置。

於本實施形態中，如圖11所示，由光束發散器系統BEO、孔徑光闌AP、及第1圓柱透鏡CYa所構成之多面鏡PM之近前之光學系統之光軸Axe，與由fθ透鏡系統FT及第2圓柱透鏡Cyb所構成之多面鏡PM之後方之光學系統之光軸AXf係以於主掃描方向之面內(XY面內)以π/4rad(45°)交叉之方式設定。又，本實施形態之多面鏡PM之形狀係內切圓之直徑為50.813mm之正八邊形，且以如下方式，即，若多面鏡PM自藉由多面鏡PM之反射面RPa反射之光束LB之主光線(中心光線)成為與fθ透鏡系統FT之光軸AXf同軸之狀態 (稱為同軸狀態)旋轉0.13rad(=0.13×180°/π=7.448°)而反射面RPa亦旋轉0.13rad，則光束LB之主光線(中心光線)以通過fθ透鏡系統FT之最大像高Hymax之位置之方式偏向。因此，點光SP投射至fθ透鏡系統FT之最大像高Hymax之位置時之光束LB對fθ透鏡系統FT之入射角(光束LB之主光線相對於光軸AXf之傾斜角)成為0.26rad(≒14.696°)。即，用以自fθ透鏡系統FT之最大像高+Hymax之位置至最大像高-Hymax之位置掃描點光SP之多面鏡PM之反射面RPa的角度範圍(多面鏡PM之旋轉角度範圍)係於將成為同軸狀態之角度位置設為0rad時，成為+0.13rad至-0.13rad之範圍。另外，成為同軸狀態之多面鏡PM之反射面RPa之角度位置(0rad)由於主掃描方向之面內之光軸AXe與光軸AXf之交叉角度為45°，故而為反射面RPa之法線相對於光軸AXe及光軸AXf之各者成為22.5°(=π/8rad)時之角度位置。

由於多面鏡PM之反射面RPa配置於fθ透鏡系統FT之前側焦點位置，故而由反射面RPa反射之光束LB於透過fθ透鏡系統FT之後，隨即於主掃描方向之面內成為相對於像面(被掃描面Po)遠心之會聚光(NAm=0.06)，於副掃描方向之面內轉換為平行光。另外，於多面鏡PM(反射面RPa)於夾著成為同軸狀態之角度位置(0rad)之+0.13rad至-0.13rad之角度範圍內旋轉期間，照射至反射面RPa之光束LB之照射區域於反射面RPa上在主掃描方向上移動。為了使伴隨著該移動之照射區域之照射範圍之主掃描方向之中心與反射面RPa之主掃描方向之尺寸範圍之中心大致一致，於本實施形態中，以使於多面鏡PM之反射面RPa成為同軸狀態之角度位置(0rad)時照射至反射面RPa之光束LB之主光線(中心光線)相對於反射面RPa之主掃描方向之尺寸範圍之中心於沿著反射面RPa之方向上錯開約0.45mm的方式，如圖13之資料表中註釋般配置多面鏡PM。又，圖13之資料表中所註釋之光軸方向上之-25.4065mm之偏移相當於多面鏡PM之內切圓之直徑50.813mm之一半之半徑，意指多面鏡PM之 旋轉中心軸AXp及反射面RPa於反射面RPa之法線方向上偏移-25.4065mm。

fθ透鏡系統FT係如圖1、圖11~圖13所示般由隔著既定之空氣間隔配置之5片透鏡G1~G5所構成，於自多面鏡PM側(物側)觀察時，透鏡G1係由相對於物側凸出之彎月狀之負透鏡所構成，透鏡G2係由相對於物側凹入之彎月狀之負透鏡所構成，透鏡G3係由相對於物側凹入之彎月狀之正透鏡所構成，透鏡G4係由雙凸之正透鏡所構成，而且透鏡G5係由相對於物側凸出彎月狀之正透鏡所構成。又，如圖11所示，於包含主掃描方向之面內(圖11之XY面內)，由多面鏡PM之反射面RPa反射然後入射之光束LB(平行狀態)藉由透鏡G1、G2成為略微發散狀態，且於透鏡G4之入射面之附近成為光束寬擴得最寬之狀態，其後，藉由透鏡G4、G5之正折射率成為收斂狀態，而於被掃描面Po之位置以成為點光SP(光束腰)之方式聚光。另外，透鏡G1~G5之各者之入射面及出射面均為球面，但為了使像差特性變得更良好，亦可將特定透鏡之入射面或出射面設為非球面。

透過fθ透鏡系統FT之光束LB入射至僅於副掃描方向上具有折射率(功率)之焦距fcb為15mm之單一(單板)之第2圓柱透鏡CYb，而於副掃描方向之面內轉換為相對於像面(被掃描面Po)遠心之會聚光(NAs=0.06)。第2圓柱透鏡CYb之入射面及出射面構成為於主掃描方向上曲率半徑成為∞且於副掃描方向上分別具有有限之曲率半徑。因此，第2圓柱透鏡CYb於主掃描方向上單純作為平行平板(折射率為零)發揮功能，光束LB於主掃描方向上主要藉由fθ透鏡系統FT之聚光作用(折射率)轉換為遠心之會聚光(NAm=0.06)。第2圓柱透鏡CYb之位置係設定為如使透過第2圓柱透鏡CYb之後之光束LB之主掃描方向之聚光位置與副掃描方向之聚光位置一致之位置，該聚光位置成為像面(被掃描面Po)。

如以上般，於將第1圓柱透鏡CYa之焦距fca設為666.7mm，將第 2圓柱透鏡CYb之焦距fcb設為15mm，將fθ透鏡系統FT之焦距ft設為100mm，將中心波長λo為354.7nm之光束LB(點光SP)於被掃描面Po上之數值孔徑NAm、NAs設為0.06而且將最大像高Hymax設為26mm之本實施形態之光束掃描裝置(圖11~圖13)中，遍及像高Hy之範圍地將弧矢彗星像差減少為於實用上不成為問題之程度。圖14係表示本實施形態之光束掃描裝置中之弧矢彗星像差特性之模擬結果的圖表，圖14(A)表示主掃描方向上之弧矢彗星像差特性，圖14(B)表示副掃描方向上之弧矢彗星像差特性。於圖14(A)、圖14(B)之任一者中，橫軸表示像高Hy，縱軸表示弧矢彗星像差量(計算值)。根據模擬，弧矢彗星像差量遍及像高Hy之整個範圍(0~±26mm)地於主掃描方向及副掃描方向之各方向上被抑制於約0.7μm以下。尤其是，未觀察到如隨著像高Hy接近最大像高Hymax(26mm)而弧矢彗星像差量增大至點光SP之理論上(設計上)之直徑之值以上之傾向。

圖15表示藉由追蹤由本實施形態之光束掃描裝置(圖11~圖13)聚光於被掃描面Po上之光束LB內之多條光線的模擬而求出之光點圖。圖15(A)表示像高Hy=0mm(fθ透鏡系統FT之光軸AXf之位置)處之光點圖SDGa，圖15(B)表示像高Hy=26mm(最大像高Hymax之位置)處之光點圖SDGb，任一個圖SDGa、SDGb之周圍之圓形均表示與艾瑞斑同等之大小(半徑ADm≒3.6μm、直徑7.2μm)之區域。另外，於圖15(A)、圖15(B)中，紙面內之上下方向為主掃描方向，左右方向為副掃描方向。如此可知，根據本實施形態之光束掃描裝置(圖11~圖13)，光點圖SDGa、SDGb之各者之擴展寬度均與設計上之艾瑞斑之半徑ADm(≒3.6μm)大致相同，於像高Hy為0mm之中心位置及像高Hy為26mm之最周邊位置，點光SP之成像性能不存在顯著差異。因此，可描繪於配置於被掃描面Po之感光基板上之圖案之解析度(微細度)於中心位置與最周邊位置相同，從而可於主掃描方向之整個區域中確保 均勻之解析度。

進一步地，將藉由本實施形態之光束掃描裝置(圖11~圖13)聚光於被掃描面Po上之光束LB之聚焦MTF(傳輸函數、對比度)特性示於圖16。圖16(A)表示像高Hy=0mm(fθ透鏡系統FT之光軸AXf之位置)處之光束LB之聚焦MTF特性(125cycles/mm)，圖16(B)表示像高Hy=26mm(最大像高Hymax之位置)處之光束LB之聚焦MTF特性(125cycles/mm)，任一個圖均將縱軸設為對比度值(0~1.0)，將橫軸設為散焦位置(μm)。進一步地，圖16(A)、圖16(B)中之實線之聚焦MTF曲線表示主掃描方向上之特性，虛線之聚焦MTF曲線表示副掃描方向上之特性。如圖16(A)、圖16(B)般，根據本實施形態之光束掃描裝置(圖11~圖13)，主掃描方向上之聚集MTF曲線(實線)及副掃描方向上之聚焦MTF曲線(虛線)之形狀於像高Hy為0mm之中心位置與像高Hy為Hymax(26mm)之最周邊位置幾乎不存在差異，且對比度上之峰值亦幾乎一致。另外，如圖16(B)般，於像高Hy為Hymax(26mm)之最周邊位置，主掃描方向上之聚焦MTF曲線(實線)成為峰值之散焦位置，與副掃描方向上之聚焦MTF曲線(虛線)成為峰值之散焦位置產生略微之差異，但係於實用上不存在問題之範圍。如上可知，根據本實施形態之光束掃描裝置(圖11~圖13)，就聚焦MTF特性方面而言，像高Hy為Hymax(26mm)之最周邊位置處之像差充分減少。

圖16(A)所示之中心位置附近之聚焦MTF曲線(實線及虛線)之形狀與圖16(B)所示之周邊位置附近之聚焦MTF曲線(實線及虛線)之形狀一致之原因在於：如圖9、圖14(A)、圖14(B)所說明般將弧矢彗星像差抑制得足夠小。進一步地，主掃描方向上之聚焦MTF曲線(實線)成為波峰之散焦位置與副掃描方向上之聚焦MTF曲線(虛線)成為波峰之散焦位置大致一致之原因在於：如圖10所說明般藉由減小第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb，將 像側散焦量△Dip抑制得相對於焦點深度DOFs足夠小。

[比較例之構成及光學性能]

以上，根據本實施形態，於使用多面鏡PM及fθ透鏡系統FT(掃描用光學系統)之光束掃描裝置之面傾斜修正光學系統(圓柱透鏡CYa、CYb)中，可決定用以一面保持具有實用性之作動距離，一面將投射至被掃描面Po(像面)上之點光SP之主掃描方向上之弧矢彗星像差(對應於圖9所說明之彎曲量Dsc)、及被掃描面Po(像面)中之每一個像高Hy之聚焦誤差(對應於圖10所說明之像側散焦量△Dip)減少為於實用上不成為問題之程度的第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb之較佳之範圍。因此，參照圖17(A)~圖17(C)、圖18，對為了進行比較而將第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb設為較第1實施形態中設定之15mm大之75mm的情形時之比較例進行說明。

於與第1實施形態同樣地，將投射至被掃描面Po之光束LB之主掃描方向之像側數值孔徑NAm與副掃描方向之像側數值孔徑NAs設定為相等之情形時，由於藉由先前之式(15)之關係設定第1圓柱透鏡CYa之焦距fca、第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb、fθ透鏡系統FT之焦距ft，故而若將比較例之fθ透鏡系統FT之焦距ft與第1實施形態相同地設為100mm，則對應於第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb=75mm，第1圓柱透鏡CYa之焦距fca成為133.3mm。

圖17(A)~圖17(C)表示比較例之光束掃描裝置之整體之光學構成，圖18係表示比較例之光學構成中之各光學零件(透鏡、反射面)之配置關係及數值條件之一例的透鏡資料表，與先前之圖13同樣地，於資料表中，於多面鏡PM之反射面RPa之前後，透鏡之面間隔及曲率半徑之符號之正負反轉地表示。於圖17中，於孔徑光闌AP之近前設置有與圖11、圖12(A)、圖12(B)相同之構成之光束發散器系統BEO，但此處省略光束發散器系統BEO之圖示，表示孔徑光闌AP以後之光學配置。又，圖17(A)係將比較例之光束掃 描裝置之自孔徑光闌AP至多面鏡PM之反射面RPa為止之光學構成於XZ面內(副掃描方向之面內)展開並進行觀察所得的圖，圖17(B)係將比較例之光束掃描裝置之自孔徑光闌AP至被掃描面Po為止之光學構成於XY面內(主掃描方向之面內)展開並進行觀察所得的圖，圖17(C)係於副掃描方向之面內觀察比較例之光束掃描裝置之自多面鏡PM之反射面RPa至被掃描面Po為止的具體之光學構成所得之圖。於本比較例中，根據圖18之資料表可明確得知，光束發散器系統BEO之透鏡構成(L1~L5)、孔徑光闌AP(開口孔徑12mm)、多面鏡PM、及fθ透鏡系統FT之透鏡構成(G1~G5)與第1實施形態(圖13)僅一部分之面間隔不同，而基本上相同。

進一步，比較例之光束掃描裝置中之第1圓柱透鏡CYa係由以合成之焦距fca成為133.3mm之方式組合之2片石英製之圓柱透鏡GA1、GA2所構成，第2圓柱透鏡CYb係由以合成之焦距fcb成為75mm之方式組合之2片石英製之圓柱透鏡GB1、GB2所構成。圓柱透鏡GA1、GA2、GB1、GB2分別構成為於主掃描方向上曲率半徑為∞之平行平板，且構成為於副掃描方向上光束LB之入射面及出射面分別成為有限之曲率半徑(凸面或凹面)。藉由以此方式使圓柱透鏡CYa、CYb之各焦距fca、fcb與第1實施形態之情形不同，如圖18所示，第1圓柱透鏡CYa與多面鏡PM之反射面RPa之面間隔自661.15mm變更為126.623mm，fθ透鏡系統FT與第2圓柱透鏡CYb之面間隔自82.254mm變更為21.066mm，進一步地，第2圓柱透鏡CYb與被掃描面Po之面間隔自11.3751mm變更為67.8326mm。

於本比較例之情形時，由於將第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb設為75mm(34.2mm以上)，故而成為第2圓柱透鏡CYb靠近fθ透鏡系統FT之配置，因此可於fθ透鏡系統FT之鏡筒之前端部一體地支持第2圓柱透鏡CYb(GB1、GB2)，並且將作動距離(working distance)設為67mm而較大。然 而，若將第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb設為75mm，則由式(11)表示之彎曲量Dsc與由式(12)表示之艾瑞斑半徑ADm之關係如先前之圖9所示般成為Dsc>ADm之範圍，故而弧矢彗星像差惡化。進一步地，如先前之圖10所說明般，用以使成像特性上之像側散焦誤差△Dip減少為不存在問題之程度之第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb為45.2mm以下，但於本比較例中，由於焦距fcb為75mm，故而像側散焦誤差△Dip惡化為焦點深度DOFs以上。

於如以上般，將第1圓柱透鏡CYa之焦距fca設為133.3mm，將第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb設為75mm，將fθ透鏡系統FT之焦距ft設為100mm，將中心波長λo為354.7nm(波長寬度60pm以下)之光束LB(點光SP)之像側數值孔徑NAm、NAs設為0.06而且將最大像高Hymax設為26mm之比較例之光束掃描裝置(圖17(A)~圖17(C)、圖18)中，進行模擬之結果可知成為如圖19(A)、圖19(B)之弧矢彗星像差特性。圖19(A)、圖19(B)係與先前之圖14同樣地進行模擬所得之弧矢彗星像差特性之圖表，橫軸表示像高Hy，縱軸表示弧矢彗星像差量(計算值)。圖19(A)表示比較例中之主掃描方向上之弧矢彗星像差特性，圖19(B)表示比較例中之副掃描方向上之弧矢彗星像差特性。於主掃描方向及副掃描方向之兩方向上，弧矢彗星像差量對應於像高Hy單調遞增，最大像高Hymax(26mm)之位置之弧矢彗星像差量於主掃描方向及副掃描方向之各方向上成為20μm左右而明顯較大之值。其原因在於：於主掃描方向上，先前之圖5所說明之彎曲量Dsc大於艾瑞斑半徑ADm，於副掃描方向上，像側散焦誤差△Dip大於焦點深度DOFs。若與以上圖19之比較例中之弧矢彗星像差特性相比，則圖14所示之第1實施形態中之光束掃描裝置中之弧矢彗星像差特性被修正為1/20以下，而成為極良好之像差特性。

圖20表示藉由追蹤由本比較例之光束掃描裝置(圖17(A)~圖17(C)、圖18)聚光於被掃描面Po上之光束LB內之多條光線的模擬而求出 之光點圖。圖20(A)表示像高Hy=0mm(fθ透鏡系統FT之光軸AXf之位置)處之光點圖SDGa'，圖20(B)表示像高Hy=26mm(最大像高Hymax之位置)處之光點圖SDGb'，與任一個圖SDGa'、SDGb'一起記載之圓形表示與艾瑞斑同等之大小(半徑ADm≒3.6μm、直徑7.2μm)之區域。另外，於圖20(A)、圖20(B)中，紙面內之上下方向為主掃描方向，左右方向為副掃描方向。如此一來，於比較例之光束掃描裝置(圖17(A)~圖17(C)、圖18)中，像高Hy=0mm之位置之光點圖SDGa'之擴展寬度落在艾瑞斑之直徑(半徑ADm≒3.6μm)內，但像高Hy=26mm之最周邊位置之光點圖SDGb'之擴展寬度自艾瑞斑(直徑≒7.2μm)大幅度偏離，尤其於副掃描方向上擴展至艾瑞斑之直徑之10倍以上而分佈。因此，於比較例之光束掃描裝置中，於像高Hy為0mm之中心位置與像高Hy為26mm之最周邊位置，點光SP之成像性能大幅度不同，從而可描繪於配置於被掃描面Po之感光基板上之圖案之解析度(微細度)於中心位置與最周邊位置大幅度不同。

進一步地，將藉由與先前之圖16(A)、圖16(B)同樣之模擬求出由本比較例之光束掃描裝置(圖17(A)~圖17(C)、圖18)聚光於被掃描面Po上之光束LB之聚焦MTF(傳輸函數、對比度)特性所得之圖表示於圖21。圖21(A)表示像高Hy=0mm(fθ透鏡系統FT之光軸AXf之位置)處之光束LB之聚焦MTF特性(125cycles/mm)，圖21(B)表示像高Hy=26mm(最大像高Hymax之位置)處之光束LB之聚焦MTF特性(125cycles/mm)，任一個圖均將縱軸設為對比度值(0~1.0)，將橫軸設為散焦位置(μm)。進一步地，圖21(A)、圖21(B)中之實線之聚焦MTF曲線表示主掃描方向上之特性，虛線之聚焦MTF曲線表示副掃描方向上之特性。

如圖21(A)般，於本比較例之光束掃描裝置中，像高Hy=0mm之中心位置之主掃描方向上之聚焦MTF曲線(實線)之形狀與副掃描方向 上之聚焦MTF曲線(虛線)之形狀大致一致，其峰值或波峰位置亦幾乎一致。然而，如圖21(B)般，於像高Hy為Hymax(26mm)之最周邊位置，主掃描方向上之聚焦MTF曲線(實線)之形狀與副掃描方向上之聚焦MTF曲線(虛線)之形狀大幅度不同，於主掃描方向上之聚焦MTF曲線(實線)上，出現較低之對比度值但成為波峰之聚焦位置，於副掃描方向上之聚焦MTF曲線(虛線)上，於散焦位置之範圍±160μm內未出現明顯之波峰。由以上情況亦可知，於比較例之光束掃描裝置中，像高Hy=26mm之最周邊位置之點光SP之成像性能顯著劣化。

[第2實施形態]

於在多面鏡PM之前方設置第1圓柱透鏡CYa且在fθ透鏡系統FT之後方設置有第2圓柱透鏡CYb之面傾斜修正光學系統中，將投射至被掃描面Po之光束LB之主掃描方向之像側數值孔徑NAm與副掃描方向之像側數值孔徑NAs設定為相等之情形時，如先前之式(15)所說明般，若使第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb變短，則必須與此成反比地使第1圓柱透鏡CYa之焦距fca變長。因此，第1圓柱透鏡CYa之位置與多面鏡PM之反射面RPa之位置之沿著光軸AXe(參照圖11、圖12(A)、圖12(B))之方向的間隔變大，從而光學系統之全長(光路長度)變長。又，於藉由單板構成第1圓柱透鏡CYa之情形時，使其焦距fca變長之情況意味著使第1圓柱透鏡CYa之入射面或出射面之曲率半徑變大，從而加工上之難易度變高。因此，亦可如圖17(A)~圖17(C)所示之比較例般，藉由2片圓柱透鏡GA1、GA2之組合構成第1圓柱透鏡CYa，使圓柱透鏡GA1、GA2之各者之入射面或出射面之曲率半徑成為容易加工之範圍，而將合成之焦距fca設定為較長。然而，於此情形時，必須進行以2片圓柱透鏡GA1、GA2之相互之配置誤差(母線間之平行度誤差或副掃描方向上之位置誤差等)變得極小之方式進行調整之作業。因此，第1圓柱透鏡CYa(及第2圓柱透鏡CYb)較理想為儘可 能由單板所構成。

因此，於本實施形態中，為了使自單板之第1圓柱透鏡CYa至多面鏡PM為止之光學系統之長度變短，並且同時減少投射至被掃描面Po之光束LB之球面像差，而如圖22(A)、圖22(B)所示，於第1圓柱透鏡CYa與多面鏡PM(反射面RPa)之間設置具有既定倍率之球面透鏡系統(成像系統)FLG。圖22(A)係於副掃描方向之面內(XZ面內)觀察第2實施形態之光束掃描裝置之自光束發散器系統BEO至多面鏡PM之反射面RPa為止之光學構成所得的圖，圖22(B)係於主掃描方向之面內(XY面內)觀察第2實施形態之光束掃描裝置之自光束發散器系統BEO至被掃描面Po為止之光學構成所得的圖。圖22(A)係對應於先前之表示為第1實施形態之光束掃描裝置之光學構成之圖12(A)者，圖22(B)係對應於表示為第1實施形態之光束掃描裝置之光學構成之圖11者。又，圖23係表示構成圖22(A)、圖22(B)之光束掃描裝置之各光學構件之曲率半徑、面間隔等資料例之表，其中，由於fθ透鏡系統FT之構成與先前之圖13(或圖18)之資料表所示者相同，故而省略各透鏡G1~G5之數值資料。

如圖22(A)、圖22(B)所示，第2實施形態之光束發散器系統BEO係藉由4片透鏡L6~L9將入射之光束LB(有效之直徑為0.5mm左右之平行光束)轉換為放大至約7倍之直徑所得之平行光束。藉由光束發散器系統BEO之最前之2片透鏡L6、L7，所入射之光束LB成為發散光束，藉由其後之2片透鏡L8、L9，已發散之光束LB轉換為剖面內之強度分佈之有效之直徑(例如成為相對於峰值為1/e²之強度、或50%之強度之圓)成為約3.5mm之平行光束而到達至孔徑光闌AP。孔徑光闌AP具有直徑為3.5mm之圓形之開口，且配置於距光束發散器系統BEO之最後之透鏡L9面間隔成為25mm之位置，而遮蔽強度成為1/e²以下之光束LB之邊緣部分之光分佈。透過孔徑光闌AP之光束LB (有效之直徑為3.5mm之平行光束)入射至配置於沿著光軸AXe分開約114.3mm之位置且焦距fca為58mm之平凸狀之第1圓柱透鏡CYa。於先前之第1實施形態或比較例中，將第1圓柱透鏡CYa之母線方向(折射率為零之方向)設定為主掃描方向(Y方向)，但於本實施形態中，使該方位繞光軸AXe旋轉90度而設定為副掃描方向(Z方向)。其原因在於：藉由其後之球面透鏡系統FLG，光束LB之收斂方位繞光軸AXe進一步旋轉90度。

因此，如圖22(B)所示，若於主掃描方向之面內(XY面內)觀察，則透過第1圓柱透鏡CYa之光束LB於後側焦距(58mm)之位置之面CPo聚光，其後發散並入射至後段之球面透鏡系統FLG。另一方面，若如圖22(A)所示，於副掃描方向之面內(XZ面內)觀察，則透過第1圓柱透鏡CYa之光束LB以平行光束之狀態入射至後段之球面透鏡系統FLG。因此，於面CPo中，光束LB成為主掃描方向(Y方向)之寬度非常小且於副掃描方向(Z方向)上以約3.5mm之長度延伸之狹縫狀之強度分佈。球面透鏡系統FLG係將彎月狀之透鏡L10及平凸狀之透鏡L11之共2片沿著光軸AXe以約193.2mm之面間隔配置而構成。作為2片透鏡L10、L11之合成系統之球面透鏡系統FLG之焦距fcg設定為201.2mm。基於圖23之資料表，第1圓柱透鏡CYa與透鏡L10之面間隔設定為約133.1mm，故而面CPo與透鏡L10之面間隔設定為約75.1mm(133.1mm-fca)。

通過球面透鏡系統FLG之光束LB若如圖22(B)所示般於主掃描方向之面內(XY面內)觀察，則成為擴展之平行光束投射至多面鏡PM之反射面RPa，若如圖22(A)所示般於副掃描方向之面內(XZ面內)觀察，則於多面鏡PM之反射面RPa上成為聚光之收斂光束。因此，於多面鏡PM之反射面RPa上，光束LB於主掃描方向之面內(XY面內)聚光為於主掃描方向上延伸之狹縫狀之強度分佈。又，若如圖22(B)所示般於主掃描方向之面內(XY面 內)觀察，則於球面透鏡系統FLG射出之光束LB之主掃描方向(Y方向)之寬度(尺寸)與第1實施形態同樣地，以與後段之fθ透鏡系統FT之光瞳直徑相等之方式，擴大為約12mm。

由多面鏡PM之反射面RPa反射之光束LB與第1實施形態同樣地，通過焦距ft=100mm之fθ透鏡系統FT、及焦距fcb=14.5mm之平凸狀之單板之第2圓柱透鏡CYb，於被掃描面Po上聚光為點光SP。於本實施形態中，亦將第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb(14.5mm)設定為未達作為用以使彎曲量Dsc小於艾瑞斑半徑ADm之邊界值之34.2mm(參照圖9)，故而可使弧矢彗星像差減少為於實用上不成為問題之程度，亦可使像側散焦誤差△Dip相對於焦點深度DOFs足夠小(參照圖10)。又，關於自第1圓柱透鏡CYa至多面鏡PM之反射面RPa之距離，於先前之第1實施形態中根據圖13之資料表成為約661mm，但於本實施形態中，根據圖23之資料表成為約382(≒133.1161+6+193.2397+6+43.3197)mm，從而本實施形態成為更小型之光學系統。

進一步地，於本實施形態中，藉由使用具有折射率(功率)之方向相互正交之第1圓柱透鏡CYa及第2圓柱透鏡CYb作為面傾斜修正光學系統，可減少產生於投射至被掃描面Po之光束LB之球面像差。光束LB於像側數值孔徑NAm、NAs(例如0.06)之角度範圍內聚光於被掃描面Po上。於此情形時產生於光束LB之球面像差係聚光點對應於該角度範圍內之各光線相對於被掃描面Po之法線(與光束LB之中心光線平行)之角度而於聚焦方向上偏移之光學誤差。例如，以像側數值孔徑NA成為0.06(最大之數值孔徑)之角度行進之光束LB之光線交叉之聚光點，與以小於該0.06(最大之數值孔徑)之像側數值孔徑NA之角度行進之光束LB之光線交叉之聚光點的聚焦方向上之偏移之程度成為球面像差特性。於先前之第1實施形態中，將第1圓柱透鏡CYa及第2圓柱透鏡CYb之各者之母線方向設定為主掃描方向，故而難以良好地修正產生於第1圓柱 透鏡CYa及第2圓柱透鏡CYb之各者之球面像差，根據模擬，由光束LB之主掃描方向上之球面像差特性與副掃描方向上之球面像差特性之差量規定之球面像差量係於聚焦方向上最大產生數十微米左右。

相對於此，於第2實施形態中，使第1圓柱透鏡CYa之母線之方向相對於第2圓柱透鏡CYb之母線之方向(主掃描方向)繞光軸AXe旋轉90度而設定為副掃描方向，於第1圓柱透鏡CYa與多面鏡PM之反射面RPa之間設置球面透鏡系統FLG(透鏡L10、L11)，藉此可修正產生於第1圓柱透鏡CYa及第2圓柱透鏡CYb之各者之球面像差，而減少與分佈於作為點光SP投射至被掃描面Po上之光束LB之像側數值孔徑NA之角度範圍內之光線之入射角對應的聚焦位置之誤差。圖24(A)、圖24(B)係基於第2實施形態之透鏡資料表(圖23)將光束LB之像側數值孔徑NAm、NAs之最大值設為0.06進行模擬所得之光束LB之球面像差特性，橫軸表示將設計上之最佳聚焦位置作為零點之聚焦位置(μm)，縱軸表示將對應於光束LB之像側數值孔徑NA之最大值NAmax(例如0.06)之光線之最大入射角βmax(NAmax=sinβmax)標準化為1.0所得的入射角β。而且，圖24(A)係將投射至被掃描面Po之光束LB之球面像差特性分成主掃描方向及副掃描方向表示之圖表，以實線表示之特性(A)係主掃描方向上之球面像差特性，以虛線表示之特性(B)係副掃描方向上之球面像差特性。圖24(B)所示之特性(C)係表示因圖24(A)中之特性(A)與特性(B)之差量[(B)-(A)]產生之球面像差特性者。

此處，圖24(A)中之特性(A)係因圖22中之光束發散器BEO、第1圓柱透鏡CYa、球面透鏡系統FLG、及fθ透鏡系統FT之合成系統產生之球面像差，圖24(A)中之特性(B)係因光束發散器BEO、球面透鏡系統FLG、fθ透鏡系統FT、及第2圓柱透鏡CYb之合成系統產生之球面像差。因此，圖24(B)所示之特性(A)與特性(B)之差量之特性(C)主要對應於因第1 圓柱透鏡CYa及第2圓柱透鏡CYb產生之球面像差特性。該模擬之結果係較於先前之第1實施形態，第2實施形態中之球面像差量之絕對值小1位數左右。根據圖24(A)中之特性(A)可知，由於藉由球面透鏡系統FLG修正產生於第1圓柱透鏡CYa之球面像差，故而幾乎不產生與作為點光SP投射至被掃描面Po上之光束LB之入射角β對應之最佳聚焦位置之偏移。

為了良好地修正該偏移、即球面像差，於將產生於第1圓柱透鏡CYa單體之球面像差設為SCa，將產生於第2圓柱透鏡CYb單體之球面像差設為SCb，將球面透鏡系統FLG之焦距設為fcg，將fθ透鏡系統FT之焦距設為ft，將光束LB之主掃描方向之像側數值孔徑設為NAm，將光束LB之副掃描方向之像側數值孔徑設為NAs，將光束LB之中心波長設為λo時，以光束LB之主掃描方向上之球面像差SDm及副掃描方向上之球面像差SDs滿足至少以下式(17)~(20)中之任一條件的方式設定各光學參數。

但是，於第1圓柱透鏡CYa、第2圓柱透鏡CYb、及fθ透鏡系統FT等之各光學參數大致確定時，以滿足至少上述所示之式(17)~(20)中之任一條件之方式設定球面透鏡系統FLG(透鏡L10、L11)之各光學參數。又，於僅fθ透鏡系統FT之光學參數大致確定之情形時，以滿足式(17)~(20)中之任一條件之方式，設定球面透鏡系統FLG(透鏡L10、L11)之光學參數、以及第1圓柱透鏡CYa及第2圓柱透鏡CYb之各光學參數。另外，球面像差SDm與球面像差SDs之差之絕對值|SDm-SDs|係以|SDs-SDm|之形式亦相同。

又，為了使投射至被掃描面Po之光束LB之主掃描方向之像側數值孔徑NAm與副掃描方向之像側數值孔徑NAs相等，圖22(A)、圖22(B)所示之光束掃描裝置之第1圓柱透鏡CYa、第2圓柱透鏡CYb、球面透鏡系統FLG、及fθ透鏡系統FT之各者之焦距fca、fcb、fcg、ft係以成為以下式(21)之關係之方式設定。

進一步地，圖22(A)、圖22(B)所示之光束掃描裝置之孔徑光闌AP之開口孔徑(直徑)

ap於使像側數值孔徑NAm與像側數值孔徑NAs相等之情形(設為NAm≒NAs=NA)時，根據式(21)之關係以成為以下式(22)之關係之方式設定。

如以上般，於第2實施形態中之光束掃描裝置中，為了將來自光源裝置之光束LB投射至被掃描面Po(描繪對象物)並且於被掃描面Po上一維地掃描光束LB，而設置在一方向上具有功率之第1圓柱透鏡CYa、供透過第1圓柱透鏡CYa之光束LB入射且為了一維掃描而將該光束LB偏向之多面鏡PM、供由多面鏡PM偏向之光束LB入射且以遠心之狀態將光束LB投射至被掃描面Po之fθ透鏡系統FT、及供透過fθ透鏡系統FT之光束LB入射且於一方向(副掃描方向)上具有折射率之第2圓柱透鏡CYb，而且，以於相互正交之方向上具有功率(折射率)之方式配置第1圓柱透鏡CYa及第2圓柱透鏡CYb，進一步地，於第1圓柱透鏡CYa與多面鏡PM之間設置用以修正像差(球面像差)之球面透鏡系統FLG(透鏡L10、L11)。

藉此，可修正因由多面鏡PM之各反射面RPa引起之面傾斜而產 生的光束LB(點光SP)之投射位置於副掃描方向上之偏移，並且能夠以簡單之構成修正因第1圓柱透鏡CYa及第2圓柱透鏡CYb產生之球面像差。同時，將第1圓柱透鏡CYa之焦距fca與第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb之關係設定於如良好地抑制弧矢彗星像差之產生之範圍內。因此，可抑制點光SP之成像性能之劣化，提高描繪於被掃描面Po上之圖案之解析度(微細度)。

[第3實施形態]

將組入有以上第2實施形態之光束掃描裝置之圖案描繪單元(描繪裝置)之具體之構成示於圖25。圖25係表示圖22(A)、圖22(B)所示之自光束發散器BEO(透鏡L6~L9)至第2圓柱透鏡CYb為止之各光學構件之具體之配置及光路的立體圖。對於圖25所示之各光學構件中之與圖22(A)、圖22(B)相同之構件標註相同符號。又，於圖25中之正交座標系統XYZ中，將以聚光於被掃描面Po之點光SP藉由多面鏡PM之旋轉成為掃描線SL之方式進行主掃描之方向設為Y軸方向，將自掃描線SL之Y方向之中點延伸之與被掃描面Po之法線平行之方向設為Z軸方向，而且，將與掃描線SL延伸之主掃描方向(Y方向)正交之副掃描方向設為X軸方向。

於圖25所示之圖案描繪單元(描繪裝置)中，接著使根據描繪資料進行了強度調變之較細之光束LB(直徑0.5mm左右之平行光束)反射之反射鏡M30之後，依序配置透鏡L6、透鏡L7、石英製之平行平板HVP、透鏡L8、L9、反射鏡M31、偏振分光器PBS、孔徑光闌AP、1/4波長板QW、反射鏡M32、第1圓柱透鏡CYa、透鏡L10、反射鏡M33、透鏡L11、反射鏡M34、M35、M36、8面之多面鏡PM、fθ透鏡系統FT、反射鏡M37、第2圓柱透鏡CYb。石英製之平行平板HVP設置於構成光束發散器系統BEO(參照圖22(A)、圖22(B))之透鏡L6~L9之間之光路中，構成為可繞與Z軸平行之旋轉軸AXh旋轉(傾斜)。藉由改變平行平板HVP之傾斜量，可使投射至被掃描 面Po上之點光SP之位置於副掃描方向(X方向)上於例如點光SP之有效之直徑

之數倍~十幾倍之距離範圍內位移。偏振分光器PBS供通過透鏡L9並被放大之光束LB(平行光束)經由反射鏡M31入射。若將光束LB設為直線P偏振光，則偏振分光器PBS使光束LB於偏光分離面以99%以上之強度反射，然後朝向後段之孔徑光闌AP。透過孔徑光闌AP之圓形開口(直徑為約3.5mm)之光束LB於透過1/4波長板QW時，自直線偏振光轉換為圓偏振光。

透過1/4波長板QW之光束LB(平行光束)藉由反射鏡M32向-Z方向反射，然後入射至第1圓柱透鏡CYa(母線與Y軸平行)，於面CPo中聚光為X方向之寬度極小且於Y方向上以約3.5mm(與孔徑光闌AP之開口孔徑相同)之長度延伸之狹縫狀之強度分佈。於面CPo中僅於一維方向上收斂之光束LB通過構成球面透鏡系統FLG(參照圖22(A)、圖22(B))之初段之透鏡L10、反射鏡M33、構成球面透鏡系統FLG之後段之透鏡L11，然後向+X方向行進。自透鏡L11射出之後之光束LB隨即藉由第1圓柱透鏡CYa之作用，於Z方向上成為大致平行光束之狀態，於Y方向上以於多面鏡PM之反射面RPa上聚光之方式成為收斂光束之狀態。

自透鏡L11射出之光束LB藉由反射鏡M34向+Z方向反射，其後，藉由反射鏡M35向+Y方向反射。反射鏡M34與反射鏡M35係以自反射鏡M35向+Y方向行進之光束LB之主光線(中心光線)與fθ透鏡系統FT之光軸AXf於與XY面平行之面內相互正交之方式配置。自反射鏡M35向+Y方向行進之光束LB藉由隔著fθ透鏡系統FT之光軸AXf配置於反射鏡M35之相反側之反射鏡M36反射，然後投射至多面鏡PM之反射面RPa。反射鏡M36之反射面與Z軸平行並且以相對於與XZ面平行且包含光軸AXf之面為22.5°之夾角配置。藉此，自反射鏡M36朝向多面鏡PM之反射面RPa之光束LB之主光線(中心光線)、即配置有第1圓柱透鏡CYa或球面透鏡系統FLG(透鏡L10、L11)之光軸AXe(參照 圖22(A)、圖22(B))設定為相對於fθ透鏡系統FT之光軸AXf為45°之角度。又，於圖25中，由反射鏡M36反射然後朝向多面鏡PM之反射面RPa之光束LB於Z方向上以於多面鏡PM之反射面RPa上聚光之方式成為收斂光束之狀態，於與XY面平行之面內成為大致平行光束之狀態，從而於反射面RPa上，以成為於主掃描方向(以多面鏡PM之旋轉中心軸AXp為中心之內切圓之切線方向)上呈狹縫狀地延伸之強度分佈之方式聚光。

另外，於先前之圖22之光束掃描裝置之構成中，如圖22(B)、及圖23所示，構成球面透鏡系統FLG之後段之透鏡L11與多面鏡PM之反射面RPa之間隔設定為約43.32mm，但於本實施形態中，由於在透鏡L11與多面鏡PM之反射面RPa之間配置反射鏡M34~M36之關係，故而為了擴大透鏡L11與多面鏡PM之反射面RPa之間隔，調整球面透鏡系統FLG之主點間距離。

由多面鏡PM之反射面RPa反射之光束LB於通過遠心之fθ透鏡系統FT後，藉由反射鏡M37向-Z方向直角地反射而入射至第2圓柱透鏡CYb(母線之方向為Y方向)，然後於被掃描面Po上聚光為點光SP。於本實施形態中，以與平行於Z軸之線段LE1成為同軸之方式設定藉由反射鏡M37向-Z方向直角地彎折而成為與被掃描面Po垂直之fθ透鏡系統FT之光軸AXf、及朝向反射鏡M30向-Z方向行進之光束LB之中心光線。其係為了於使掃描線SL於被掃描面Po(與XY面平行之面)內微少量地傾斜時，藉由使將圖25中之反射鏡M30~第2圓柱透鏡CYb為止之各光學構件一體地支持之殼體(單元框架)之整體以線段LE1為中心微少旋轉，防止通過由反射鏡M30~第2圓柱透鏡CYb所構成之描繪單元內之光束LB之偏心或遮蔽。如此所述之，關於可使包含供來自光源裝置之光束LB入射之反射鏡M30至第2圓柱透鏡CYb為止之描繪單元之殼體整體繞線段LE1微少旋轉之機構，揭示於國際公開第2016/152758號小冊子。

又，於本實施形態中，為了檢測於對設置於被掃描面Po之被照 射體(基板等)之表面投射點光SP時產生之反射光之強度，設置光電感測器DTR及透鏡系統GF。來自被照射體之表面之反射光(尤其是正常反射光)根據光線反向行進之原則，經由第2圓柱透鏡CYb、fθ透鏡系統FT、多面鏡PM之反射面RPa、反射鏡M36、M35、M34、透鏡L11、反射鏡M33、透鏡L10、第1圓柱透鏡CYa、反射鏡M32、1/4波長板QW、孔徑光闌AP，返回至偏振分光器PBS。投射至被照射體之表面之點光SP為圓偏振光，其反射光亦含有較多之圓偏振光成分，故而於反射光透過1/4波長板QW朝向偏振分光器PBS時，其偏光特性轉換為直線S偏振光。因此，來自被照射體之表面之反射光透過偏振分光器PBS之偏光分離面入射至透鏡系統GF。以藉由透鏡系統GF將來自被照射體之反射光聚光於光電感測器DTR之受光面之方式，光電感測器DTR之受光面被設定為與被掃描面Po上之點光SP光學共軛之關係。

於以上構成中，孔徑光闌AP配置於由透鏡L6~L9所構成之光束發散器系統BEO之後側透鏡群L8、L9之後側焦點位置。若使平行平板HVP繞旋轉軸AXh自中立位置(傾斜為零之狀態)旋轉，則入射至透鏡L8之光束LB於圖25中於Y方向上平行位移。因此，自透鏡L9射出之光束LB(平行光束)相對於光束發散器系統BEO之光軸於與XY面平行之面內略微傾斜然後到達至孔徑光闌AP，但光束LB之中心光線並不依存於平行平板HVP之傾斜量，而始終通過孔徑光闌AP之圓形開口之中心點。因平行平板HVP自中立位置之傾斜，自孔徑光闌AP射出然後入射至第1圓柱透鏡CYa之光束LB於圖25中成為於與YZ面平行之面內傾斜而成者。因此，於面CPo中在Y方向上呈狹縫狀地延伸而聚光之光束LB，於面CPo上對應於平行平板HVP之傾斜量之微少量在Y方向上平行位移，其後，經由球面透鏡系統FLG(透鏡L10、L11)及反射鏡M34~36投射至多面鏡PM之反射面RPa之光束LB與平行平板HVP之傾斜量相對應地於反射面RPa上在Z方向(副掃描方向)上微少位移。由於在副掃描方向上多面鏡PM之 反射面RPa與被掃描面Po設定為光學共軛之關係(成像關係)，故而結果為投射至被掃描面Po之點光SP與平行平板HVP之傾斜量相對應地於副掃描方向上微少地位移。

另外，雖於圖25中未圖示，但例如國際公開第2015/166910號小冊子所揭示般，對被投射描繪用之光束LB之多面鏡PM之反射面RPa之旋轉方向之前1個反射面RPb，投射用以輸出表示各反射面成為即將開始描繪前之角度位置之原點信號的原點感測器用之送光光束。

[變形例1]

於以上之第1~第3實施形態中，設為使用等速旋轉之多面鏡PM於被掃描面Po上一維掃描點光SP者，但亦可使用檢流計鏡代替多面鏡PM。於此情形時，只要檢流計鏡之擺動旋轉之中心線以於包含光束LB之反射面在內之副掃描方向延伸之方式設置，其中心軸以與fθ透鏡系統FT(掃描用光學系統)之光軸AXf正交的方式配置即可。於以此方式配置檢流計鏡之情形時，由於先前之圖10所說明之像側散焦量△Dip大致成為零，故而亦可不考慮每一像高位置Hy之聚焦差之條件、即與由式(13)、(14)決定之焦點深度DOFs之大小關係。

[變形例2]

於以上之第1~3實施形態中，使用具有入射之光束LB之入射角θ之變化量與點光SP之像高位置Hy之變化量成正比之f-θ特性的fθ透鏡系統FT作為掃描用光學系統，等速掃描點光SP。然而，亦可設為具有既非f-θ特性亦非f-tanθ特性之特性之掃描用光學系統。換言之，可使用具有除f-tanθ特性以外之特性之掃描用光學系統。於此情形時，於不包括f-θ特性之除f-tanθ特性以外之特性之掃描用光學系統中，由於成為入射之光束LB之入射角θ之變化量與點光SP之像高位置Hy之變化量不成正比之非線性之關係，故而點光SP之掃描速度成為根據像高位置Hy而不同之非線性之速度特性。因此，於使用此種具有非線性之速度特性 之掃描用光學系統之情形時，可藉由使根據描繪資料(例如將可於被掃描面Po上描繪之最小尺寸之像素設為1位元之點陣圖形式之圖像資料)而接通/斷開之點光SP之強度調變之時機與像高位置Hy之變化同步地高速進行修正而對應。

具體而言，使用以如下方式進行控制之光源裝置，即，針對既定頻率之計時信號之每一計時脈衝，判定自描繪資料讀出之點陣圖資料之1個像素之位元狀態，於該位元狀態為「1」時對光束LB進行脈衝振盪，於位元狀態為「0」時中斷光束LB之脈衝振盪。此種光源裝置之一例例如揭示於國際公開第2017/057415號小冊子。於如此般使用可響應於既定頻率之計時信號進行脈衝振盪之光源裝置之情形時，藉由連續地或離散地對在沿著掃描線SL掃描點光SP期間產生之計時信號之頻率、或計時脈衝之週期進行微調整，可修正因點光SP之非線性之速度特性(例如因fθ透鏡系統FT之自f-θ特性之略微之誤差等而產生)產生之描繪圖案之失真(變形)。關於此種計時信號之頻率、或計時脈衝之週期之調整方法，亦揭示於國際公開第2017/057415號小冊子，故而可利用其方法。另外，於如本變形例般不具有f-tanθ特性之掃描用光學系統之情形時，對應於弧矢彗星像差之彎曲量Dsc(參照圖5(A)~圖5(C)、圖9)成為依存於不具有f-tanθ特性之掃描用光學系統之自f-tanθ特性之偏移的量。

[變形例3]

於上述第1~3實施形態中，如圖9所說明般，藉由與艾瑞斑半徑ADm之比較而判斷彎曲量Dsc之容許範圍，但於可於被掃描面Po上描繪之最小尺寸之像素(正方形)之大小(像素尺寸Pxy)大於艾瑞斑半徑ADm之情形時，藉由與像素尺寸Pxy之比較判斷彎曲量Dsc之容許範圍，於Dsc<Pxy之範圍內決定第2圓柱透鏡CYb之焦距fcb亦可。另外，此時之焦點深度DOFs(參照圖10之說明)成為像素尺寸Pxy(μm)除以副掃描方向上之光束LB之像側數值孔徑NAs所得之值之約2倍。所謂像素尺寸Pxy(μm)係定義為作為圖案描繪裝置可於被 掃描面Po(被照射體)上描繪之最小圖案的描繪圖上之尺寸(正方形)。

[變形例4]

於上述第1~3實施形態中，藉由單板(1片)構成作為圓筒面狀透鏡之第1圓柱透鏡CYa及第2圓柱透鏡CYb之各者，但亦可如圖17(A)~圖17(C)所示之比較例般，設為將2片以上之透鏡組合所得之透鏡組。又，圓筒面狀之透鏡面亦可為加工為曲率半徑並非1個圓弧之一部分而是將複數個曲率半徑之圓弧合成所得之非球面狀的透鏡面。

[變形例5]

又，於上述第3實施形態(圖25)中，將光束LB設為偏振光，但其係為了藉由偏振分光器PBS有效率地提取藉由點光SP之投射而自被照射體產生之反射光，於無須檢測此種反射光之情形時，亦不需要偏振分光器PBS，故而光束LB亦可為非偏振光者。進一步地，光束LB為具有除於模擬中使用之波長354.7nm以外之中心波長λo之光束亦可，若使用折射率(分散)互不相同之2種以上之玻璃材料(例如石英及螢石等)作為透鏡之玻璃材料而進行消色設計(色像差修正)，則將經消色之於波長範圍內中心波長不同之多個光束設為同軸而入射至光束掃描裝置亦可。進一步地，光束LB係設為具有高斯分佈或其近似之分佈者，但亦可設為使光束剖面內之強度分佈變得大致均勻之光束而入射至光束掃描裝置。

[變形例6]

於上述第1~3實施形態中，入射至光束發散器BEO之光束LB亦可如國際公開第2015/166910號小冊子、或國際公開第2017/057415號小冊子所揭示般，設為自光纖放大器雷射光源(波長轉換型之雷射光源)響應於400MHz左右之頻率之計時信號而被脈衝振盪之紫外波長之光束。該光纖放大器雷射光源係藉由將入射至光纖放大器之種光脈衝(以計時信號之頻率振盪)根據與計時頻率同 步地自描繪資料(將1像素設為1位元之點陣圖資料)讀出之位元串列信號之「0」、「1」之邏輯值進行調變，將最終被波長轉換而輸出之紫外波長之脈衝光束調變為接通脈衝光(高強度)及斷開脈衝光(低強度)。又，於將如上述第1~3實施形態之光束掃描裝置(描繪單元)於主掃描方向上排列複數台而擴大主掃描方向上之可描繪之寬度的多描繪單元方式之情形時，只要如國際公開第2015/166910號小冊子所揭示般，根據多面鏡PM之1個反射面之掃描效率，將來自光纖放大器雷射光源之光束以藉由複數個串列地配置之聲光調變元件(AOM)依序設為接通狀態(繞射狀態)而依序供給至多個光束掃描裝置(描繪單元)之各者之方式切換即可。

[第4實施形態]

圖26表示於先前之變形例6所說明之多描繪單元方式之情形時，用以將來自光源裝置(光纖放大器雷射光源)LS之光束(根據描繪資料進行了強度調變之光束)LB依序以分時多工之方式切換並分配至複數個描繪單元中之任一個的光束切換部之構成。於圖26中，正交座標系統XYZ之Z軸設定為與重力方向平行，Y軸設定為與藉由各描繪單元(例如圖25所示之光束掃描裝置)之點光SP之主掃描方向(掃描線SL)平行，X軸設定為與副掃描方向平行。圖26之光束切換部基本上與國際公開第2017/057415號小冊子所揭示者相同，但此處，設為將來自1個光源裝置LS之光束LB以分時多工之方式分配至3個描繪單元1、2、3之各者。

如變形例6所說明般，光源裝置LS係由產生與描繪資料相對應之種光脈衝之種光產生部LSa、以及包含光纖放大器部及波長轉換部之紫外光束產生部LSb所構成。於種光產生部LSa產生之種光脈衝藉由利用光纖之光傳送而傳送至紫外光束產生部LSb之光纖放大器部，於種光產生部LSa及紫外光束產生部LSb之各者，安裝有用以使內部之光學構件或電氣零件穩定化為適當之溫 度之空氣冷卻方式或液體冷卻方式之調溫機構。自光源裝置LS射出之紫外波長區域(中心波長λo=354.7nm)之光束LB成為剖面內之有效之強度分佈之直徑(成為相對於波峰強度為1/e²之強度之直徑)為1mm左右之平行光束向-X方向行進，並通過波長板GWa入射至偏振分光器PB1。波長板GWa設置為可繞光軸旋轉，可根據其旋轉角度調整透過偏振分光器PB1之偏光分離面之光束強度與由偏光分離面反射之光束強度之比率。於本實施形態中，於-X方向上透過偏振分光器PB1之光束經由減光濾波器PSa及波長濾波器(帶通濾波器)PSb而被攝影元件MC1接收。攝影元件MC1係為了監視自光源裝置LS射出之光束LB於與光軸垂直之面內之位置之變動(漂移)或光束剖面內之強度分佈(profile)之狀態或其變化等而使用。

藉由偏振分光器PB1向-Y方向反射之光束LB通過由2個透鏡E1、E2所構成之光束直徑縮小系統，以成為有效之光束直徑為原先之直徑之一半左右之0.5mm之平行光束的方式被轉換，其後，藉由反射鏡LM1向+X方向反射為90°。反射鏡LM1係對紫外波長區域之雷射光之耐受性較高之雷射反射鏡，具有如使所入射之光束LB之強度之99%左右反射且使剩餘之1%左右作為洩漏光透過之特性。藉由反射鏡LM1向+X方向反射之光束LB入射至第1段之選擇用光學元件OS1。選擇用光學元件OS1係僅於被施加有高頻之驅動信號之接通狀態期間產生所入射之光束LB之繞射光束(1次繞射光)之聲光調變元件(AOM)。於本實施形態之情形時，選擇用光學元件OS1以滿足布拉格繞射之條件之方式配置，產生繞射光束之方向設定為與XZ面平行之面內之-Z方向。於接通狀態時，自選擇用光學元件OS1產生之繞射光束及0次光束(均為平行光束)之各者，藉由透鏡E3於與YZ面平行之共軛面CPs以成為光束腰之方式聚光。共軛面CPs中之繞射光束之聚光位置由於相對於0次光束之聚光位置向-Z方向偏移，故而繞射光束藉由配置於共軛面CPs且反射面相對於XY面傾斜約45° 之落射鏡DM1向-Z方向反射，而朝向描繪單元1。

於未對選擇用光學元件OS1施加高頻之驅動信號之斷開狀態時，選擇用光學元件OS1使所入射之光束LB直接透過，並藉由透鏡E3將該光束LB於共軛面CPs聚光為光束腰，其後，該光束LB通過落射鏡DM1之+Z方向之上方入射至透鏡E4。通過透鏡E4之光束LB再次被轉換為剖面之有效之直徑為0.5mm左右之平行光束，並藉由反射鏡LM2向-Y方向反射，其後，藉由反射鏡LM3向-X方向反射，然後入射至以布拉格繞射之條件設置之第2段之選擇用光學元件(AOM)OS2。於該構成中，透鏡E3、E4成為等倍之中繼光學系統，第1段之選擇用光學元件OS1與第2段之選擇用光學元件OS2被設定為光學共軛之關係。於第2段之選擇用光學元件OS2以後，與第1段之選擇用光學元件OS1以後之構成同樣地設置作為等倍之中繼光學系統之透鏡E5、E6、及配置於共軛面CPs之落射鏡DM2。於在第1段之選擇用光學元件OS1為斷開狀態下第2段之選擇用光學元件OS2為接通狀態時，於選擇用光學元件OS2產生之光束LB之繞射光束(1次繞射光)藉由落射鏡DM2向-Z方向反射而朝向描繪單元2。

於選擇用光學元件OS1、OS2均為斷開狀態時，通過透鏡E6之光束LB再次被轉換為剖面之有效之直徑為0.5mm左右之平行光束，並藉由反射鏡LM4向-Y方向反射，其後，藉由反射鏡LM5向+X方向反射，然後入射至以布拉格繞射之條件設置之第3段之選擇用光學元件(AOM)OS3。於該構成中，藉由透鏡E5、E6所構成之中繼光學系統，第2段之選擇用光學元件OS2與第3段之選擇用光學元件OS3被設定為光學共軛之關係。於第3段之選擇用光學元件OS3以後，設置與配置於選擇用光學元件OS1或選擇用光學元件OS2之後之透鏡E3、E5相同之透鏡E7、及配置於共軛面CPs之落射鏡DM3。於在選擇用光學元件OS1、OS2均為斷開狀態下第3段之選擇用光學元件OS3為接通狀態時，於選擇用光學元件OS3產生之光束LB之繞射光束(1次繞射光)藉由落射鏡DM3向- Z方向反射而朝向描繪單元3。

藉由透鏡E7，於共軛面CPs聚光為光束腰之光束LB或0次光束成為發散光束入射至透鏡E8並轉換為平行光束。自透鏡E8射出之光束LB或0次光束於通過可繞光軸旋轉之波長板GWb後，入射至根據所入射之光束之偏光狀態分割為透過光及反射光之偏振分光器PB2。由偏振分光器PB2反射之反射光被量測光束之能量(焦耳)或功率(瓦特)之功率監視器BPM接收。功率監視器BPM例如於3個選擇用光學元件OS1、OS2、OS3全部為斷開狀態時，定期地量測到達至偏振分光器PB2之位置之來自光源裝置LS之光束LB之強度，而監視有無強度變動。透過偏振分光器PB2之透過光經由減光濾波器PSa及波長濾波器(帶通濾波器)PSb而被攝影元件MC2接收。於本實施形態中，攝影元件MC2之攝影面係以藉由透鏡E7、E8所構成之中繼光學系統而與第3段之選擇用光學元件OS3之繞射位置光學共軛之方式設定。因此，攝影元件MC2可拍攝選擇用光學元件OS3內(或選擇用光學元件OS1、OS2內)之光束LB於與光軸垂直之面內之位置之變動(漂移)或光束剖面內之強度分佈(profile)之狀態或其變化等。

另外，將透鏡E8之構成改變為放大成像透鏡系統，將攝影元件MC2之攝影面設為與共軛面CPs為光學共軛關係(成像關係)亦可。於此情形時，形成於共軛面CPs之光束LB或0次光束之光束腰處之光點之圖像被放大而由攝影元件MC2拍攝。共軛面CPs亦與最終藉由描繪單元1、2、3之各者聚光於被掃描面Po(被照射體之表面)之點光SP為共軛之關係，故而藉由量測由攝影元件MC2拍攝之光束LB或0次光束之光點之緩慢之位置的變動(漂移)，並基於該量測結果修正藉由描繪單元1、2、3之各者進行圖案描繪時之描繪時機(以奈秒之解析度調整掃描線SL上之描繪開始點之時間)，或修正先前之圖25所示之描繪單元內之可旋轉之平行平板HVP的角度位置，可不受光束LB等之漂移影 響地將要描繪於被掃描面Po(被照射體之表面)之圖案始終描繪於準確之位置。

[變形例7]

於以上之第4實施形態中，為了監視光束LB等之漂移，以接收透過3個選擇用光學元件OS1、OS2、OS3之後之光束LB或0次光束之方式配置1個攝影元件MC2。然而，於在入射至描繪單元1~3之各者之光束LB產生漂移之情形時，無法區分該漂移為因光束切換部內之光學系統(光學構件)之變動而引起者、亦或為因自光源裝置LS至光束切換部(初段之選擇用光學元件OS1以後)之光路中之光學構件(或光源裝置LS內之光學構件)之變動而引起者，從而難以進行適當之修正。因此，於本變形例中，如圖27所示，於設置於圖26之光束切換部之反射鏡LM1、LM3、LM5之各者之背後設置攝影元件MC3、MC4、MC5。

圖27係自圖26之光束切換部之光學構成僅顯示反射鏡LM1~LM5及選擇用光學元件OS1~OS3省略其他構件之圖示者。於圖27中，反射鏡LM1~LM5與圖26同樣地均為雷射反射鏡，由於具有1%左右之透過率，故而於反射鏡LM1、LM3、LM5之背後，且以攝影面相對於入射至反射鏡LM1、LM3、LM5之各者之光束之主光線(中心光線)成為垂直之方式設置攝影元件MC3、MC4、MC5。於緊靠各攝影元件MC3、MC4、MC5之前，視需要亦設置減光濾波器PSa或波長濾波器PSb。攝影元件MC3係以自反射鏡LM1之反射面上之光束LB入射之位置至攝影面為止之光路長度(考慮折射率)與自反射鏡LM1之反射面上之光束LB入射之位置至選擇用光學元件OS1內之繞射位置為止之光路長度(考慮折射率)成為大致相等的方式配置。同樣地，攝影元件MC4係以自反射鏡LM3之反射面上之光束LB入射之位置至攝影面為止之光路長度與自反射鏡LM3之反射面上之光束LB入射之位置至選擇用光學元件OS2內之繞射位置之光路長度成為大致相等的方式配置，攝影元件MC5係以自反射鏡LM5之反射 面上之光束LB入射之位置至攝影面為止之光路長度與自反射鏡LM5之反射面上之光束LB入射之位置至選擇用光學元件OS3內之繞射位置為止之光路長度成為大致相等的方式配置。

如此一來，藉由利用攝影元件MC3、MC4、MC5監視洩漏至反射鏡(雷射反射鏡)LM1、LM3、LM5之各者之背後之透過光，可特定出入射至描繪單元1~3之各者之光束LB之漂移或分佈變動係因哪一部分之光學系統(光學構件)之變動而產生。例如，於由攝影元件MC3、MC4、MC5拍攝之光束LB之光點圖像考慮光學共軛關係全部向相同方向位置變動相同量之情形時，判斷為產生因自光源裝置LS至光束切換部(初段之選擇用光學元件OS1以後)之光路中之光學構件(或光源裝置LS內之光學構件)之變動而引起之漂移，判斷為並非因光束切換部內之光學系統(光學構件)之變動而引起之漂移。另一方面，例如，於由攝影元件MC4、MC5之各者拍攝之光點圖像考慮光學之共軛關係向相同方向位置變動相同量，相對於此，僅由攝影元件MC3拍攝之光點圖像呈現不同之移動之情形時，判斷為除了因自光源裝置LS至光束切換部(初段之選擇用光學元件OS1以後)之光路中之光學構件(或光源裝置LS內之光學構件)之變動，另因自選擇用光學元件OS1至選擇用光學元件OS2之近前之間之各種光學構件(選擇用光學元件OS1、透鏡E3、E4、反射鏡LM2、LM3)之變動而產生光束LB之漂移。

又，於由攝影元件MC3、MC4、MC5之各者拍攝之光束LB之光點圖像之形狀全部變化為相同形狀之情形時，可判斷為因自光源裝置LS至光束切換部(初段之選擇用光學元件OS1以後)之光路中之光學構件(或光源裝置LS內之光學構件)之劣化(結霧等)導致光束分佈變化。另一方面，於在由攝影元件MC3拍攝之光點圖像之形狀不存在變化，相對於此，由攝影元件MC4、MC5之各者拍攝之光點圖像之形狀同樣地變化之情形時，可判斷為於自選擇用 光學元件OS1至選擇用光學元件OS2之近前之間之各種光學構件(選擇用光學元件OS1、透鏡E3、E4、反射鏡LM2、LM3)之任一者產生結霧等劣化。如此一來，根據本變形例，可容易地特定出引起入射至描繪單元1~3之各者之前之光束LB之位置之漂移、光束之光點圖像(強度分佈、分佈)之形狀變化、或因聚焦誤差產生之光點圖像之大小變化等光束特性之劣化的光學構件之位置或變動狀態。因此，藉由基於與由攝影元件MC3~MC5(及MC1、MC2)之各者獲取之與光點圖像有關的圖像資訊自動或半自動地適當修正因光學構件之變動產生之光束特性之劣化之調整機構(微動機構等)，可於短時間內修正光束特性之劣化。反射鏡LM1、LM3、LM5係用以將光束LB以依序通過3個選擇用光學元件OS1~OS3之方式彎折所需要者，由於藉由攝影元件MC3、MC4、MC5監視於該反射鏡LM1、LM3、LM5之特性上必然產生之洩漏光，故而具有無須設置如使朝向描繪單元1、2、3之各者之光束之強度(能量)降低之新的光分割器(透過率及反射率中之一者足夠高另一者足夠低之分光器等)之優點。

[變形例8]

根據以上之圖26所示之第4實施形態、及圖27所示之變形例7，藉由配置於自光源裝置LS至各描繪單元1~3之光束LB之光路中之重要位置之攝影元件MC1~MC5，可偵測光束特性之變化(劣化)。光束特性亦可能因選擇用光學元件(AOM)OS1~OS3之各者之透過率或繞射效率之變動而劣化。圖28係簡單地表示用以修正因圖26、圖27所示之選擇用光學元件OS1~OS3中之代表性之選擇用光學元件OS1之變動產生的光束特性之變化(劣化)之調整機構之圖。於圖28中，來自光源裝置LS之光束LB(直徑0.5mm左右之平行光束)於與XY面平行之面內向+X方向行進，而入射至選擇用光學元件OS1。於圖28中，與X軸平行地配置之光軸AXs係圖26所示之透鏡E1、E2、E3…之光軸。

選擇用光學元件OS1由金屬製之殼體(外罩、或外殼)100覆 蓋，於其內部，設置經由接著劑103而與超音波振子104接合之結晶體(或石英)102、以及以將由通過結晶體102之內部之振動之行進波產生之繞射光柵(透過型之相位光柵)及入射之光束LB設為布拉格繞射之條件之角度支持結晶體102的支持台105。於殼體100之光束LB之入射側形成入射用之開口部100a，於出射側，形成供藉由結晶體102繞射之1次繞射光束LBp(朝向描繪單元1之光束)及0次繞射光束LBz通過之出射用之開口部100b。又，於殼體100之壁面，設置用以排出殼體100之內部之氣體(潔淨空氣)CA之排氣埠106，於排氣埠106連接有抽吸氣體CA之排氣管。藉由利用排氣埠106進行之氣體CA之抽吸，殼體100之周圍之經溫度調整之潔淨空氣自開口部100a、100b流入，沿著與光軸AXs垂直之結晶體102之入射面及射出面之各者流動。藉由製作此種氣體之流動，抑制因於作為紫外波長區域之光束LB(及繞射光束LBp、LBz)之照射下產生於結晶體102之入射面或射出面之化學物質(自接著劑103等產生之胺系之分子或碳分子等)引起的結霧等。進一步地，於與XY面平行之殼體100之底面部之背面(-Z方向)，亦設置用以抑制因超音波振子104之驅動引起之發熱之冷卻構件(吸熱構件)114。冷卻構件114由珀爾帖元件、熱泵、或者於內部流通有由液體或氣體構成之冷媒之放熱板等所構成。冷卻構件114亦可安裝於圖28所示之殼體100之與XZ面平行之側壁或與XY面平行之頂板。

選擇用光學元件OS1之殼體100與支架構件110結合，支架構件110經由配置於與XY面平行之面內之至少3個部位之各者之微調整機構112A、112B、112C安裝於基座框架構件BF。基座框架構件BF設置為供圖26或圖27所示之光源裝置LS、各種光學構件(透鏡、反射鏡等)、及攝影元件MC1~MC5等安裝之光學平板，於該基座框架構件BF之下表面側(-Z方向)安裝圖26所示之描繪單元1~3。若於XY面內觀察，則3個部位之微調整機構112A、112B、112C配置於三角形之各頂點之位置，作為一例，2個微調整機構112B、112C於 Y軸方向上分開且配置於殼體100之-X方向側，微調整機構112A配置於殼體100之+X方向側。3個微調整機構112A、112B、112C均為使支架構件110之該部分於Z方向上微動者，藉由將微調整機構112A、112B、112C一併於Z方向上調整相同量，可使殼體100、即結晶體102於Z方向上平行移動微少量。又，於自布拉格繞射之條件(布拉格角)大幅度偏離而繞射效率降低之情形時，藉由在Z方向上僅調整微調整機構112A，使結晶體102於XZ面內微少量地傾斜，可修正為如滿足布拉格繞射之條件之配置。另外，雖於圖28中未圖示，但亦設置有用以將殼體100於支架構件110上以於Y軸方向上平行移動微少量或繞與Z軸平行之軸線微少旋轉之狀態緊固之緊固位置調整機構。

於使用圖28之微調整機構112A、112B、112C或緊固位置調整機構之選擇用光學元件OS1(或OS2、OS3)之位置或姿勢的調整作業時，可幾乎即時地確認自圖26之光源裝置LS射出光束LB而由攝影元件MC2、MC3~MC5之各者拍攝之光束LB(或0次繞射光束LBz)之光點圖像之狀態變化，故而可準確地進行調整作業並且作業效率明顯提高。因此，例如於根據由攝影元件MC2、MC3~MC5拍攝之光點圖像之形狀之變化等，判斷為於選擇用光學元件OS1~OS3之任一者產生結霧(於結晶體102之入射面或出射面產生)之情形時，可操作微調整機構112A、112B、112C或緊固位置調整機構，而容易地實施使光束LB對結晶體102之入射位置於圖28中之與YZ面平行之面內相對地變更光束LB之直徑(約0.5mm)左右。

又說，於在AOM所構成之選擇用光學元件OS1~OS3中，以滿足布拉格繞射條件之方式，嚴格地設定入射之光束LB之中心軸與結晶體102之角度關係的情形時，於超音波振子104驅動期間，較強地產生所入射之光束LB之1次繞射光束中之例如+1次繞射光束LBp，幾乎不產生以相反之繞射角產生之-1次繞射光束LBm(雜訊光)。然而，若自布拉格繞射條件大幅度脫離，則朝 向描繪單元1~3之+1次繞射光束LBp之強度降低(繞射效率降低)，不需要之-1次繞射光束LBm之強度變大。因此，例如藉由構成為藉由圖26中之攝影元件MC2(或圖27中之攝影元件MC3~MC5)亦可一併觀察不需要之-1次繞射光束LBm之光點圖像，可監視選擇用光學元件OS1~OS3之變動(繞射效率之降低)。

根據以上之圖26~圖28之實施形態、及其變形例，於沿著來自光源裝置LS之光束LB之光路串列地配置由AOM所構成之選擇用光學元件(OS1~OS3)之複數個，將複數個選擇用光學元件之任一個依序設為接通狀態而以分時多工之方式將光束供給至多個描繪單元(1~3)之任一個的圖案描繪裝置中，設置用以檢測入射至選擇用光學元件之前之光束之光點圖像與自選擇用光學元件射出之光束之光點圖像之位置之變化或形狀之變化的複數個攝影元件(MC1~MC5)作為光束特性之變動量測裝置，故而於自光源裝置LS至複數個描繪單元之各者之光束切換部內，可容易地判定引起光束之位置偏移(漂移)或聚焦誤差之光學構件之位置、產生結霧之光學構件之位置、或繞射效率降低之選擇用光學元件之位置，從而可提高用以修正光束特性之變動之調整作業之效率。又，於在調整選擇用光學元件(OS1~OS3)及光路中之特定之光學構件(透鏡等)之位置或姿勢之調整機構設置有馬達等驅動源之情形時，可基於由光束特性之變動量測裝置量測之變動狀態之資訊進行自動調整(自動修正)。

於以上各實施形態或其變形例中，例示了於主掃描方向及副掃描方向上二維地相對掃描被掃描面Po(被描繪體)及點光SP而描繪電子元件用之圖案之裝置，但描繪之圖案並不限於直接與構成電子元件之積層構造體(配線層、各種電極層、電晶體層、絕緣層等)相關者。例如，於真空蒸鍍裝置或霧化CVD裝置中，為了於被成膜基板上選擇性地形成微細之成膜部分，使用重 合於被成膜基板上之較薄之金屬製之掩蔽板(亦稱為電鑄遮罩)。於該掩蔽板，形成有多個微細之尺寸之開口圖案，且於被成膜基板上，通過該開口圖案選擇性地堆積成膜物質。各實施形態或其變形例所示之圖案描繪裝置亦可利用於製作此種掩蔽板時之開口圖案之圖案化處理(存在不僅包含曝光處理還包含其後之顯影處理、蝕刻或鍍覆處理之情形)。

AXe、AXf‧‧‧光軸

CYa、CYa'、CYb、CYb'‧‧‧圓柱透鏡

FT‧‧‧fθ透鏡系統

FTp‧‧‧主平面

LB‧‧‧光束

PLd、PLd'、PLu、PLu'‧‧‧弧矢彗星像差光線

Po‧‧‧被掃描面

Pyb、Pyb'‧‧‧入射側切平面

RPa‧‧‧反射面

Sc'、Sc"、Sd'、Sd"、Su'、Su"、So‧‧‧交點

SP‧‧‧點光

X、Y、Z‧‧‧軸

Claims (12)

1. 一種圖案描繪裝置，其係藉由將來自光源裝置之光束於被照射體上聚光為光點進行投射並且利用反射偏向構件於主掃描方向上一維掃描上述光點而於上述被照射體上描繪圖案者，其具備：第1光學系統，其具有使朝向上述反射偏向構件之反射面之上述光束於與上述主掃描方向正交之副掃描方向上收斂之各向異性之折射率；掃描用光學系統，其用以將藉由上述反射偏向構件之反射面偏向之上述光束於上述被照射體上聚光為光點；及第2光學系統，其具有使自上述掃描用光學系統射出並朝向上述被照射體之上述光束於上述副掃描方向上收斂之各向異性之折射率；且以於上述掃描用光學系統之視野內通過光束掃描範圍之周邊像高之位置而入射至上述第2光學系統之前產生的上述光束之弧矢彗星像差引起之彎曲量成為艾瑞斑半徑以下之方式，設定上述第2光學系統之焦距。
2. 如請求項1所述之圖案描繪裝置，其中於將通過上述掃描用光學系統及上述第2光學系統而聚光於上述被照射體之上述光束之上述主掃描方向之數值孔徑設為NAm，將上述副掃描方向之數值孔徑設為NAs，將上述光束之中心波長設為λo時，上述艾瑞斑半徑ADm由以下所示之公式(1)設定，

   
3. 如請求項2所述之圖案描繪裝置，其中於將上述掃描用光學系統之視野內之周邊像高設為Hy，將上述掃描用光學系統之焦距設為ft，將上述第2光學系統之焦距設為fcb，將因上述弧矢彗星像差產生之上述彎曲量設為Dsc，且設為FN=(fcb．NAs/Hy)²+1時，以由以下所 示之公式(2)求出之上述彎曲量Dsc相對於上述艾瑞斑半徑ADm成為Dsc<ADm之範圍之方式，設定上述第2光學系統之焦距fcb，

   
4. 如請求項3所述之圖案描繪裝置，其中於將上述第1光學系統之焦距設為fca時，基於以成為上述Dsc<ADm之範圍之方式設定之上述第2光學系統之焦距fcb及上述掃描用光學系統之焦距ft，以滿足以下所示之公式(3)之關係之方式設定上述焦距fca，[式3]fca．fcb=ft ²‧‧‧(3)。
5. 如請求項4所述之圖案描繪裝置，其中上述反射偏向構件係具有用以將來自上述第1光學系統之上述光束於上述主掃描方向之一個朝向上反覆偏向之複數個反射面且旋轉之多面鏡，且於將上述掃描用光學系統之上述多面鏡之側設為物側，將上述被照射體之側設為像側時，將對應於因伴隨著上述多面鏡之旋轉之上述反射面之角度變化產生之物側散焦量，而產生的上述光點之像側散焦量設定於焦點深度之範圍內。
6. 如請求項5所述之圖案描繪裝置，其中於將上述物側散焦量設為△Dop，將上述像側散焦量設為△Dip，將由上述掃描用光學系統與上述第2光學系統之合成系統產生之上述副掃描方向之焦點深度設為DOFs時，以藉由上述焦距ft及上述焦距fcb並由以下所示之公式(4)之關係決定之上述像側散焦量△Dip，與藉由上述波長λo及上述數值孔徑NAs並由以下所示之公式(5)之關係決定之上述焦點深度DOFs成為△Dip≦DOFs之方式，設定上述第2光學系統之焦距fcb，

   
7. 如請求項6所述之圖案描繪裝置，其中上述第2光學系統之焦距fcb係以彎曲量Dsc與上述艾瑞斑半徑ADm成為Dsc<ADm、且上述像側散焦量△Dip與上述焦點深度DOFs以成為△Dip≦DOFs之方式設定。
8. 如請求項1至7中任一項所述之圖案描繪裝置，其中上述掃描用光學系統係具有由上述反射偏向構件偏向然後入射之上述光束之入射角之變化與上述光束掃描範圍中之上述光點之像高位置之變化成正比的f-θ特性，並且以遠心之狀態將上述光束投射至上述被照射體之fθ透鏡系統。
9. 如請求項1至7中任一項所述之圖案描繪裝置，其中上述第2光學系統包含圓筒面狀透鏡，該圓筒面狀透鏡具有於上述副掃描方向上具有有限之曲率半徑，於上述主掃描方向上以無限之曲率半徑形成且母線之方向與上述主掃描方向平行之透鏡面。
10. 如請求項1至7中任一項所述之圖案描繪裝置，其進一步包含：球面透鏡系統，其將通過上述第1光學系統之上述光束於上述反射偏向構件之反射面上轉換為聚光於上述副掃描方向之光束；上述第1光學系統係具有母線之方向與上述副掃描方向平行之透鏡面，且將入射之上述光束於上述主掃描方向收斂的第1圓筒面狀透鏡。
11. 如請求項10所述之圖案描繪裝置，其中於將上述第1圓筒面狀透鏡之焦距設為fca，將上述球面透鏡系統之焦距設為fcg，將上述掃描用光學系統之焦距設為ft，將上述第2光學系統之焦距設為fcb時，以成為以下所示之公式(6)之關係之方式進行設定，

    
12. 如請求項1至7中任一項所述之圖案描繪裝置，其中將自上述第1光學系統朝向上述反射偏向構件之反射面之上述光束之光路的光軸、與上述掃描用光學系統之通過上述反射偏向構件之反射面的光軸於包含上述主掃描方向之面內配置為45°。

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