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JP7567935B2 - Pattern exposure apparatus and pattern exposure method - Google Patents
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JP7567935B2 - Pattern exposure apparatus and pattern exposure method - Google Patents

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Description

本発明は、基板上に電子デバイス等のパターンを描画データに応じて強度変調された描画ビームによって露光するパターン露光装置及びパターン露光方法に関する。The present invention relates to a pattern exposure apparatus and a pattern exposure method that expose a pattern of an electronic device or the like onto a substrate using a drawing beam whose intensity is modulated according to drawing data.

従来から、基板上に微細な電子デバイスを製造する過程では、基板上の感光層としてのレジスト層に電子デバイスのパターン(配線層、電極層、半導体層、絶縁層等の形状を規定するパターン)に対応した露光ビーム(光ビームや電子ビーム等)を照射する露光工程と、露光後の基板を現像して、レジスト層の残膜部と除去部とによってパターンを出現させる現像工程とを含むフォトリソグラフィ処理が実施されている。その露光工程で使われる露光装置として、露光すべきパターンに応じた描画データ(CADデータ)に基づいて露光ビームを動的に強度変調するマスクレス方式が知られている。マスクレス方式の1つとして、レーザビームプリンタのように、描画データに応答して強度変調されるスポット光を回転ポリゴンミラーで高速に走査するスポット走査方式の描画装置が知られている。スポット走査方式では、通常、感光基板の表面に投射される微細な円形状のスポット光の強度を、デジタルな描画データ(ビットマップ形式の2値情報)に応じてオン/オフさせるので、微細な斜め線(スポット光の走査方向に対して斜めに傾いたエッジ)を描画した場合、現像後に現れるレジスト層による斜め線パターンのエッジ部に階段状のギザギザが発生し易い。Conventionally, in the process of manufacturing fine electronic devices on a substrate, photolithography processing is carried out, including an exposure process in which an exposure beam (light beam, electron beam, etc.) corresponding to the pattern of the electronic device (a pattern that defines the shape of the wiring layer, electrode layer, semiconductor layer, insulating layer, etc.) is irradiated onto a resist layer as a photosensitive layer on the substrate, and a development process in which the substrate after exposure is developed to make a pattern appear from the remaining film part and the removed part of the resist layer. As an exposure device used in the exposure process, a maskless method is known in which the exposure beam is dynamically intensity-modulated based on drawing data (CAD data) corresponding to the pattern to be exposed. As one of the maskless methods, a spot scanning type drawing device is known in which a spot light that is intensity-modulated in response to drawing data is scanned at high speed with a rotating polygon mirror, like a laser beam printer. In the spot scanning method, the intensity of a fine circular spot light projected onto the surface of a photosensitive substrate is usually turned on/off according to digital drawing data (binary information in bitmap format). Therefore, when drawing a fine diagonal line (an edge that is inclined diagonally with respect to the scanning direction of the spot light), stepped jaggedness is likely to occur at the edge of the diagonal line pattern created by the resist layer that appears after development.

そのようなギザギザの低減の為に、レーザビームプリンタでは、例えば、特開平5-232414号公報に開示されているように、画像信号(描画データ)に応じて変調される半導体レーザからのビームを、電気光学結晶で作られた光マイクロシャッタアレイによる可変アパーチャ素子を通してから回転多面鏡に入射させ、回転多面鏡で反射されたビームを、結像レンズ(fθレンズ)等を介して感光体上にスポットとして結像するレーザ記録装置が知られている。その可変アパーチャ素子は、電気光学的な変調(偏光切り換え)によって開口量や開口位置を変えることで、ビームの大きさや中心位置を変えるように構成される。それにより、特開平5-232414号公報では、感光体面上での副走査方向のビーム径(スポット径)を可変にして、1ドット内で複数の階調が設定できるようにすると共に、副走査方向に関してビームの中心位置を可変とすることで、副走査方向のスポットによる記録ピッチを変化させて、斜線のギザギザを低減した画像出力を得ている。In order to reduce such jagged edges, a laser beam printer, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-232414, is known in which a beam from a semiconductor laser modulated according to an image signal (drawing data) is made to pass through a variable aperture element made of an optical microshutter array made of electro-optic crystal before being incident on a rotating polygon mirror, and the beam reflected by the rotating polygon mirror is imaged as a spot on a photoconductor via an imaging lens (fθ lens) or the like. The variable aperture element is configured to change the aperture amount and aperture position by electro-optic modulation (polarization switching) to change the size and center position of the beam. In this way, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-232414 makes it possible to set multiple gradations within one dot by making the beam diameter (spot diameter) in the sub-scanning direction on the photoconductor surface variable, and by making the center position of the beam variable in the sub-scanning direction, the recording pitch by the spot in the sub-scanning direction is changed, and an image output with reduced jagged edges of oblique lines is obtained.

特開平5-232414号公報のように可変アパーチャ素子を用いる場合、必然的にビームの断面内での一部が遮断されることになり、感光体面上でのスポットの光量(強度)が低下する。その為、特開平5-232414号公報では、半導体レーザからの光出力の一部を受光素子でモニターし、その受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなるように半導体レーザの駆動電流を制御する光・電気負帰還ループを設け、光量変動(低下)を補正している。しかしながら、感光体への画像出力に要する時間を極力短くする為に、半導体レーザからの光出力が元々大きく設定されている場合、可変アパーチャ素子によるビーム光量の損失分に見合った半導体レーザの光出力の増大には限界がある。また、特開平5-232414号公報では、ギザギザを低減する為に、感光体上に投射されるスポット(ドット)は円形のままで、異なる径のものを連ねており、隣合ったスポット(ドット)同士が必ずしもつながっていない。従って、特開平5-232414号公報のようにスポット(ドット)の径を異ならせる方式では、微細な電子パターン、特に線幅が細い配線パターンを形成する際に、パターンの一部が切れる断線の懸念が生じる。When using a variable aperture element as in JP-A-5-232414, a part of the beam cross section is inevitably blocked, and the light quantity (intensity) of the spot on the photoconductor surface decreases. For this reason, in JP-A-5-232414, a part of the light output from the semiconductor laser is monitored by a light receiving element, and an optical-electrical negative feedback loop is provided to control the driving current of the semiconductor laser so that the light receiving signal and the light emission level command signal are equal, thereby correcting the light quantity fluctuation (decrease). However, if the light output from the semiconductor laser is originally set large in order to minimize the time required for image output to the photoconductor, there is a limit to the increase in the light output of the semiconductor laser that is commensurate with the loss of the beam light quantity due to the variable aperture element. In addition, in JP-A-5-232414, in order to reduce jaggedness, the spots (dots) projected on the photoconductor remain circular, with spots of different diameters connected together, and adjacent spots (dots) are not necessarily connected to each other. Therefore, in the method of varying the spot (dot) diameter as in JP-A-5-232414, when forming a fine electronic pattern, particularly a wiring pattern with a narrow line width, there is a concern that a part of the pattern may be broken.

本発明の第1の態様は、光源装置から供給されるビームによるスポット光を主走査方向に走査して基板上にパターンを描画する描画ユニットを備えたパターン露光装置であって、第1ビームを出射する第1光源装置と、第2ビームを出射する第2光源装置と、前記第1光源装置からの前記第1ビームと前記第2光源装置からの前記第2ビームの各々が、前記描画ユニットに入射するように合成するビーム合成部と、前記基板上に投射される前記第1ビームによる第1スポット光の形状と前記第2ビームによる第2スポット光の形状とを互いに異ならせるように、前記ビーム合成部に入射する前記第1ビームと前記第2ビームの各々の断面形状を互いに異ならせるビーム形状変形部と、前記基板上に描画するパターンの少なくともエッジ部を、前記第1スポット光と前記第2スポット光のいずれか一方、又は両方で描画するように制御する制御装置と、を備える。A first aspect of the present invention is a pattern exposure device having a drawing unit that draws a pattern on a substrate by scanning a spot light generated by a beam supplied from a light source device in a main scanning direction, the device comprising: a first light source device that emits a first beam; a second light source device that emits a second beam; a beam combining section that combines the first beam from the first light source device and the second beam from the second light source device so that they are incident on the drawing unit; a beam shape deformation section that changes the cross-sectional shapes of the first beam and the second beam incident on the beam combining section so that the shape of the first spot light generated by the first beam projected on the substrate and the shape of the second spot light generated by the second beam are changed from each other; and a control device that controls the drawing so that at least an edge portion of a pattern to be drawn on the substrate is drawn with either one or both of the first spot light and the second spot light.

本発明の第2の態様は、光源装置から供給されるビームによるスポット光を主走査方向に走査して基板上にパターンを描画する描画ユニットを備えたパターン露光装置であって、前記光源装置から出射される断面形状が円形のビームを第1ビームと第2ビームとに分割する光分割部と、前記第1ビームの光路に設けられ、前記第1ビームの断面形状を円形から変形させて、前記第1ビームの投射による前記基板上での第1スポット光の形状を第1形状にする第1ビーム形状変形部と、前記第2ビームの光路に設けられ、前記第2ビームの断面形状を円形から変形させて、前記第2ビームの投射による前記基板上での第2スポット光の形状を前記第1形状と異なる第2形状にする第2ビーム形状変形部と、前記第1ビーム形状変形部からの前記第1ビームと前記第2ビーム形状変形部からの前記第2ビームとを、前記描画ユニットに入射するように合成するビーム合成部と、前記基板上に描画するパターンを、前記第1スポット光と前記第2スポット光のいずれか一方で描画するように制御する制御装置と、を備える。A second aspect of the present invention is a pattern exposure device having a drawing unit that draws a pattern on a substrate by scanning a spot light of a beam supplied from a light source device in a main scanning direction, the device comprising: a light splitting section that splits a beam having a circular cross-sectional shape emitted from the light source device into a first beam and a second beam; a first beam shape deformation section that is provided in the optical path of the first beam and that deforms the cross-sectional shape of the first beam from a circular shape to make the shape of the first spot light on the substrate by projecting the first beam a first shape; a second beam shape deformation section that is provided in the optical path of the second beam and that deforms the cross-sectional shape of the second beam from a circular shape to make the shape of the second spot light on the substrate by projecting the second beam a second shape different from the first shape; a beam combining section that combines the first beam from the first beam shape deformation section and the second beam from the second beam shape deformation section to be incident on the drawing unit; and a control device that controls the pattern to be drawn on the substrate to be drawn with either the first spot light or the second spot light.

本発明の第3の態様は、光源装置から供給されるビームによるスポット光を、描画データ上で規定される画素毎の画素情報に応じて主走査方向に走査して前記基板上にパターンを描画する描画ユニットを用いたパターン露光方法であって、前記主走査方向に走査される前記画素の列中に、前記主走査方向と交差して斜めに延びるパターンのエッジ部となるエッジ画素が含まれるときは、少なくとも前記エッジ画素に投射される前記スポット光の形状は、前記パターンが斜めに延びる方向に沿った方向に長軸が傾いたスロット状又は長楕円状に設定される。 A third aspect of the present invention is a pattern exposure method using a drawing unit that draws a pattern on the substrate by scanning spot light from a beam supplied from a light source device in a main scanning direction according to pixel information for each pixel defined in drawing data, and when an edge pixel that forms an edge portion of a pattern that extends diagonally intersecting the main scanning direction is included in the row of pixels scanned in the main scanning direction, the shape of the spot light projected onto at least the edge pixel is set to a slot shape or an oblong shape with its major axis tilted in the direction along the diagonal extension of the pattern.

本発明の第4の態様は、光源装置から供給されるビームによるスポット光を主走査方向に走査して基板上にパターンを描画する描画ユニットを備えたパターン露光装置であって、前記光源装置からの前記ビームが入射し、前記ビームの断面形状を変形させたビームを前記描画ユニットに導くビーム形状変形部を有し、前記ビーム形状変形部は、前記ビームの断面形状を円形から非円形に変形させる。A fourth aspect of the present invention is a pattern exposure device having a drawing unit that draws a pattern on a substrate by scanning a spot light of a beam supplied from a light source device in a main scanning direction, the device having a beam shape deformation section that receives the beam from the light source device and directs the beam having a deformed cross-sectional shape to the drawing unit, the beam shape deformation section deforming the cross-sectional shape of the beam from a circular shape to a non-circular shape.

第1の実施の形態によるパターン露光装置の概略的な全体構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic overall configuration of a pattern exposure apparatus according to a first embodiment; 図1に示した4つの描画ユニットMU1~MU4のうち、代表して描画ユニットMU1の概略的な内部構成を示す斜視図である。2 is a perspective view showing a schematic internal configuration of the imaging unit MU1 as a representative of the four imaging units MU1 to MU4 shown in FIG. 1. 図3A、図3Bは、図2に示した描画ユニットMU1内のビームエキスパンダーBEXを通る3本の描画用のビームB1a、B1b、B1cの状態を誇張して表した図である。3A and 3B are exaggerated views showing the states of three drawing beams B1a, B1b, and B1c passing through the beam expander BEX in the drawing unit MU1 shown in FIG. 図1に示した光源装置LS1A、LS1B、LS1Cとビーム合成部BD1Aとの概略的な構成を示す図である。2 is a diagram showing a schematic configuration of light source devices LS1A, LS1B, and LS1C and a beam combining unit BD1A shown in FIG. 1. 図5A~図5Cは、図4に示したビーム形状変形部10B(又は10C)内の光学部材の配置を模式的に表した図である。5A to 5C are diagrams that show schematic arrangements of optical members within the beam shape modifying unit 10B (or 10C) shown in FIG. 図1に示したビームスイッチング部BD1B内の光学部材の配置と光路を概略的に示す斜視図である。2 is a perspective view showing an outline of the arrangement of optical members and optical paths in the beam switching unit BD1B shown in FIG. 1. 図7A、図7Bは、図6中の初段の音響光学変調素子AM3に入射する3本のビームLB1a、LB1b、LB1cの各々の回折ビームが、対応する描画ユニットMU3に向けて分岐される状態を誇張して表した図である。7A and 7B are exaggerated views showing the state in which each of the diffracted beams of the three beams LB1a, LB1b, and LB1c incident on the first-stage acousto-optical modulation element AM3 in FIG. 6 is branched toward the corresponding drawing unit MU3. ビームスイッチング部BD1B、BD2Bの各々から描画ユニットMU1~MU4の各々に入射するビームBna、Bnb、Bncの状態を示す斜視図である。11 is a perspective view showing states of beams Bna, Bnb, and Bnc incident on each of the writing units MU1 to MU4 from each of the beam switching units BD1B and BD2B. FIG. 図9Aは、シート基板P上に露光されるライン&スペース状のパターンPT1、PT2、PT3の一例を表し、図9Bは、そのパターンの拡大した一部分の描画データ上の画素マップ(ビットマップ)の一例を表す。FIG. 9A shows an example of line-and-space patterns PT1, PT2, PT3 exposed onto a sheet substrate P, and FIG. 9B shows an example of a pixel map (bitmap) on the drawing data of an enlarged portion of the pattern. 図9A、図9B中に示したパターンPT2中の1本の斜めラインパターンの一部を描画する際の動作を説明する図である。9A and 9B. FIG. 9B is a diagram for explaining an operation for drawing a part of one oblique line pattern in the pattern PT2 shown in FIG. 図9Bに示した斜め線の一部を描画する為の描画データのうち、画素列(データ列)AL1、AL2の各々に対応したビットマップ情報を説明する図である。9C is a diagram illustrating bitmap information corresponding to each of pixel rows (data rows) AL1 and AL2 in the drawing data for drawing a part of the diagonal line shown in FIG. 9B. 図12Aは、変形例1のビームスイッチング部BD1B(BD2B)内の光路を示す図であり、図12Bは、図12Aの光路によって、シート基板P上に投射されるスポット光SPa、SPb、SPcの配置状態を示す図である。12A is a diagram showing the optical path within the beam switching unit BD1B (BD2B) of modified example 1, and FIG. 12B is a diagram showing the arrangement of spot lights SPa, SPb, and SPc projected onto the sheet substrate P by the optical path of FIG. 12A. 図5A~図5Cに示したビーム圧縮系OM2の変形例による構成を模式的に示す図である。FIG. 5C is a diagram showing a schematic configuration of a modified example of the beam compression system OM2 shown in FIGS. 5A to 5C. 図4に示したビーム合成部BD1A(BD2A)の第2の実施の形態による構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the beam synthesis unit BD1A (BD2A) shown in FIG. 4 according to a second embodiment. 図14のビーム合成部BD1Aと、図6のビームスイッチング部BD1Bと、描画ユニットMU3(又はMU1)とを用いたパターンの描画動作の一例を説明する図である。15A and 15B are diagrams illustrating an example of a pattern writing operation using the beam combining unit BD1A of FIG. 14, the beam switching unit BD1B of FIG. 6, and the writing unit MU3 (or MU1). マトリックス状に配列される複数の矩形パターンの各々の周辺エッジ部に与える露光量を増大させる特殊露光の描画動作の一例を示す図である。13A to 13C are diagrams showing an example of a special exposure drawing operation in which the amount of exposure given to each peripheral edge portion of a plurality of rectangular patterns arranged in a matrix is increased; 2つの光源装置のみを用いた変形例4によるビーム合成部の概略的な構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a beam combining section according to a fourth modified example using only two light source devices. 図18A~図18Dは、図17の構成を用いて、パターンのエッジ部の方向性に応じて切り換えられるスポット光SPb、SPcの各々の長軸方向の組合せを模式に表した図である。18A to 18D are diagrams showing schematic combinations of the major axis directions of the spot beams SPb and SPc that can be switched in accordance with the directionality of the edge portion of the pattern using the configuration of FIG. 1つの光源装置LSeからのビームLBeによって、2つのスロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcを作る光学構成の変形例を模式的に示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a modified optical configuration in which two slot-shaped (elliptical) light spots SPb and SPc are produced by a beam LBe from one light source device LSe. 光源装置とビーム形状変形部10B、10Cを含むビーム合成部BD1A(BD2A)との変形例による構成を模式的に示した図である。13 is a diagram showing a schematic configuration of a modified example of a light source device and a beam combining unit BD1A (BD2A) including beam shape transformers 10B and 10C. FIG.

本発明の態様に係るパターン露光装置及びパターン露光方法について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下で詳細に説明する。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。 Preferred embodiments of the pattern exposure apparatus and pattern exposure method according to the present invention are presented and described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments, and includes various modifications or improvements. In other words, the components described below include those that a person skilled in the art would easily imagine and those that are substantially the same, and the components described below can be combined as appropriate. Furthermore, various omissions, substitutions, or modifications of the components can be made without departing from the spirit of the present invention.

〔第1の実施の形態〕
図1は、第1の実施の形態によるパターン露光装置の概略的な全体構成を示す斜視図である。本実施の形態のパターン露光装置は、図1に示すように、フレキシブルな長尺のシート基板P(以下、単に基板Pとも言う)上に塗工された感光層(レジスト層)に、電子デバイス(表示デバイス、配線デバイス、センサーデバイス等)に対応した各種のパターンをスポット光の走査によりマスクレス方式で露光する。このようなパターン露光装置は、例えば、国際公開第2015/152218号、国際公開第2015/166910号、国際公開第2016/152758号、国際公開第2017/057415号等に開示されている。
First Embodiment
Fig. 1 is a perspective view showing a schematic overall configuration of a pattern exposure apparatus according to a first embodiment. As shown in Fig. 1, the pattern exposure apparatus of this embodiment exposes various patterns corresponding to electronic devices (display devices, wiring devices, sensor devices, etc.) to a photosensitive layer (resist layer) coated on a flexible long sheet substrate P (hereinafter, also simply referred to as substrate P) in a maskless manner by scanning spot light. Such pattern exposure apparatuses are disclosed, for example, in International Publication No. WO 2015/152218, International Publication No. WO 2015/166910, International Publication No. WO 2016/152758, International Publication No. WO 2017/057415, etc.

図1に示すように、本実施の形態のパターン露光装置EXは、重力方向をZ軸とする直交座標系XYZのXY面と平行な設置場所(工場等)の床面に設置される。露光装置EXは、シート基板Pを安定に支持して一定速度で長尺方向に搬送する為の回転ドラムDRと、シート基板Pの感光層にパターンを描画する4つの描画ユニットMU1~MU4と、奇数番の描画ユニットMU1、MU3の各々に描画用のビームB1、B3を供給する為の3つの光源装置LS1A、LS1B、LS1C(総称する場合は光源装置LS1とする)と、偶数番の描画ユニットMU2、MU4の各々に描画用のビームB2、B4(図1では不図示)を供給する為の3つの光源装置LS2A、LS2B、LS2C(総称する場合は光源装置LS2とする)と、ビーム合成部BD1A、BD2Aと、ビームスイッチング部BD1B、BD2Bとを備えている。As shown in Figure 1, the pattern exposure apparatus EX of this embodiment is installed on the floor of the installation location (factory, etc.) parallel to the XY plane of the Cartesian coordinate system XYZ, in which the gravity direction is the Z axis. The exposure apparatus EX includes a rotating drum DR for stably supporting the sheet substrate P and transporting it in the longitudinal direction at a constant speed, four drawing units MU1 to MU4 for drawing a pattern on the photosensitive layer of the sheet substrate P, three light source devices LS1A, LS1B, LS1C (collectively referred to as light source device LS1) for supplying drawing beams B1, B3 to each of the odd-numbered drawing units MU1, MU3, three light source devices LS2A, LS2B, LS2C (collectively referred to as light source device LS2) for supplying drawing beams B2, B4 (not shown in FIG. 1) to each of the even-numbered drawing units MU2, MU4, beam combining units BD1A, BD2A, and beam switching units BD1B, BD2B.

ビーム合成部BD1Aは、光源装置LS1A、LS1B、LS1Cの各々からのビームを所定の条件(詳細は後述する)で合成して、ビームスイッチング部BD1Bに送出すると共に、光源装置LS1B、LS1Cの各々からのビームについては、その断面形状を円形からスロット形状(長楕円形状)に変形する。同様に、ビーム合成部BD2Aは、光源装置LS2A、LS2B、LS2Cの各々からのビームを所定の条件(詳細は後述する)で合成して、ビームスイッチング部BD2Bに送出すると共に、光源装置LS2B、LS2Cの各々からのビームについては、その断面形状を円形からスロット形状(長楕円形状)に変形する。なお、光源装置LS1A、LS2Aの各々からのビームについては、その断面形状をほぼ円形のままにしてある。光源装置LS1、LS2の各々は、例えば、国際公開第2015/166910号、国際公開第2017/057415号に開示されているようなファイバーアンプレーザ光源であり、波長400nm以下の紫外波長帯に中心波長を有する紫外ビームを、描画データ(「0」、「1」の2値で表される画素ビットデータ)に応じて、数百MHz(例えば、400MHz)でバースト状にパルス発振する。The beam combining unit BD1A combines the beams from the light source devices LS1A, LS1B, and LS1C under predetermined conditions (described in detail below) and sends them to the beam switching unit BD1B, while also transforming the cross-sectional shape of the beams from the light source devices LS1B and LS1C from a circle to a slot shape (long ellipse). Similarly, the beam combining unit BD2A combines the beams from the light source devices LS2A, LS2B, and LS2C under predetermined conditions (described in detail below) and sends them to the beam switching unit BD2B, while also transforming the cross-sectional shape of the beams from the light source devices LS2B and LS2C from a circle to a slot shape (long ellipse). Note that the cross-sectional shape of the beams from the light source devices LS1A and LS2A remains approximately circular. Each of the light source devices LS1 and LS2 is a fiber amplifier laser light source such as those disclosed in WO 2015/166910 and WO 2017/057415, and oscillates an ultraviolet beam having a central wavelength in the ultraviolet wavelength band of 400 nm or less in bursts at several hundred MHz (e.g., 400 MHz) in accordance with drawing data (pixel bit data expressed by the two values "0" and "1").

ビームスイッチング部BD1Bは、合成された3本のビームを同時又は非同時に直列に通すように配置される初段の音響光学変調素子と2段目の音響光学変調素子とを備える。初段の音響光学変調素子で回折偏向されたビームは奇数番の描画ユニットMU3に送出され、2段目の音響光学変調素子で回折偏向されたビームは奇数番の描画ユニットMU1に送出される。同様に、ビームスイッチング部BD2Bは、合成された3本のビームを同時又は非同時に直列に通すように配置される初段の音響光学変調素子と2段目の音響光学変調素子とを備える。初段の音響光学変調素子で回折偏向されたビームは偶数番の描画ユニットMU4に送出され、2段目の音響光学変調素子で回折偏向されたビームは偶数番の描画ユニットMU2に送出される。The beam switching unit BD1B includes a first-stage acousto-optical modulator and a second-stage acousto-optical modulator arranged to pass the three combined beams in series simultaneously or non-simultaneously. The beam diffracted and deflected by the first-stage acousto-optical modulator is sent to the odd-numbered drawing unit MU3, and the beam diffracted and deflected by the second-stage acousto-optical modulator is sent to the odd-numbered drawing unit MU1. Similarly, the beam switching unit BD2B includes a first-stage acousto-optical modulator and a second-stage acousto-optical modulator arranged to pass the three combined beams in series simultaneously or non-simultaneously. The beam diffracted and deflected by the first-stage acousto-optical modulator is sent to the even-numbered drawing unit MU4, and the beam diffracted and deflected by the second-stage acousto-optical modulator is sent to the even-numbered drawing unit MU2.

回転ドラムDRは、XY面のY軸と平行な回転中心線AXoから一定半径の円筒状の外周面と、回転中心線AXoと同軸に回転ドラムDRのY方向の両端側に突出したシャフトSftとを有する。シート基板Pは、回転ドラムDRのほぼ半周分の外周面に沿って長尺方向に密着支持され、不図示の回転駆動モータからの回転トルクによる回転ドラムDRの等速回転によって長尺方向に一定の速度で搬送される。なお、シート基板Pの母材は、PET(ポリエチレン・テレフタレート)フィルム、PEN(ポリエチレン・ナフタレート)フィルム、ポリイミドフィルム等の樹脂材とするが、その他に、例えば厚さ100μm以下の極薄のシート状に形成して可撓性を持たせたガラス材、圧延等で薄くシート状に形成したステンレス等の金属材、或いはセルロースナノファイバーを含有する紙材等であっても良い。The rotating drum DR has a cylindrical outer peripheral surface with a constant radius from the rotation center line AXo parallel to the Y axis of the XY plane, and a shaft Sft that protrudes coaxially with the rotation center line AXo to both ends of the rotating drum DR in the Y direction. The sheet substrate P is supported in close contact in the longitudinal direction along the outer peripheral surface of approximately half the circumference of the rotating drum DR, and is transported at a constant speed in the longitudinal direction by the uniform rotation of the rotating drum DR due to the rotation torque from a rotation drive motor (not shown). The base material of the sheet substrate P is a resin material such as a PET (polyethylene terephthalate) film, a PEN (polyethylene naphthalate) film, or a polyimide film, but may also be, for example, a glass material formed into an extremely thin sheet shape with a thickness of 100 μm or less and made flexible, a metal material such as stainless steel formed into a thin sheet shape by rolling, or a paper material containing cellulose nanofibers.

複数の描画ユニットMU1~MU4は、回転ドラムDRの上方空間にY方向に並ぶように配置されるが、奇数番の描画ユニットMU1、MU3の各々と、偶数番の描画ユニットMU2、MU4の各々とは、XZ面内で見たとき、YZ面と平行で回転中心線AXoを含む中心面に対して対称に配置される。奇数番の描画ユニットMU1、MU3の各々は、シート基板Pに投射されるビームB1、B3(ビームB3は図1では不図示)の中心線の延長が回転中心線AXoに向かうと共に、XZ面内で見たときに中心面から反時計回りに一定角度(θu)だけ傾くように配置される。同様に、偶数番の描画ユニットMU2、MU4の各々は、シート基板Pに投射されるビームB2、B4(ビームB4は図1では不図示)の中心線の延長が回転中心線AXoに向かうと共に、XZ面内で見たときに中心面から時計回りに一定角度(θu)だけ傾くように配置される。 Multiple drawing units MU1 to MU4 are arranged in a line in the Y direction in the space above the rotating drum DR, with each of the odd-numbered drawing units MU1, MU3 and each of the even-numbered drawing units MU2, MU4 being arranged symmetrically with respect to a central plane that is parallel to the YZ plane and includes the rotation center line AXo when viewed in the XZ plane. Each of the odd-numbered drawing units MU1, MU3 is arranged so that the extension of the center line of the beams B1, B3 (beam B3 is not shown in FIG. 1) projected onto the sheet substrate P faces the rotation center line AXo and is tilted by a certain angle (θu) counterclockwise from the central plane when viewed in the XZ plane. Similarly, each of the even-numbered drawing units MU2, MU4 is positioned so that the extension of the center line of the beams B2, B4 (beam B4 is not shown in Figure 1) projected onto the sheet substrate P is directed toward the rotation center line AXo and is tilted a certain angle (θu) clockwise from the center plane when viewed in the XZ plane.

描画ユニットMU1~MU4の各々は、例えば、国際公開第2016/152758号、国際公開第2019/082850号に開示されているように、複数のミラー、複数のレンズ、回転ポリゴンミラーPM、及びテレセントリックなfθレンズ系FT等を有する。ビームスイッチング部BD1Bから射出されて、対応する奇数番の描画ユニットMU1、MU3の各々に入射するビームB1、B3の中心線の延長、及び、ビームスイッチング部BD2Bから射出されて、対応する偶数番の描画ユニットMU2、MU4の各々に入射するビームB2、B4の中心線の延長は、それぞれ回転ドラムDRの回転中心線AXoと交差するように設定される。そして、描画ユニットMU1~MU4の各々の回転ポリゴンミラーPMの回転によって、シート基板P上で走査されるビームB1~B4の各々のスポット光の軌跡としての描画ラインSL1~SL4(SL3、SL4は不図示)はY軸と平行に設定される。Each of the drawing units MU1 to MU4 has a plurality of mirrors, a plurality of lenses, a rotating polygon mirror PM, a telecentric fθ lens system FT, etc., as disclosed in, for example, WO 2016/152758 and WO 2019/082850. The extensions of the center lines of the beams B1 and B3 emitted from the beam switching unit BD1B and incident on the corresponding odd-numbered drawing units MU1 and MU3, and the extensions of the center lines of the beams B2 and B4 emitted from the beam switching unit BD2B and incident on the corresponding even-numbered drawing units MU2 and MU4 are set to intersect with the rotation center line AXo of the rotating drum DR. Then, by rotation of the rotating polygon mirror PM of each of the drawing units MU1 to MU4, drawing lines SL1 to SL4 (SL3 and SL4 are not shown) as the trajectories of the spot light of each of the beams B1 to B4 scanned on the sheet substrate P are set parallel to the Y axis.

描画ラインSL1~SL4の各々によって描画されるパターンは、シート基板Pの長尺方向の移動に伴ってY方向に継ぎ合せて露光される。なお、描画ユニットMU1~MU4の内部では、入射するビームB1~B4の各々と平行に設定されるZt軸と、それぞれZt軸と直交するXt軸、Yt軸とで規定される直交座標系XtYtZtを設定する。従って、その直交座標系XtYtZtのYt軸は、直交座標系XYZのY軸と平行であると共に、直交座標系XtYtZtは、直交座標系XYZのXY面に対してY軸の回りに一定角度(θu)だけ傾いたものとなる。 The patterns drawn by each of the drawing lines SL1 to SL4 are stitched together in the Y direction as the sheet substrate P moves in the longitudinal direction and exposed. Inside the drawing units MU1 to MU4, an orthogonal coordinate system XtYtZt is set, which is defined by the Zt axis set parallel to each of the incident beams B1 to B4, and the Xt and Yt axes which are orthogonal to the Zt axis. Therefore, the Yt axis of the orthogonal coordinate system XtYtZt is parallel to the Y axis of the orthogonal coordinate system XYZ, and the orthogonal coordinate system XtYtZt is inclined at a certain angle (θu) around the Y axis with respect to the XY plane of the orthogonal coordinate system XYZ.

図2は、図1に示した描画ユニットMU1~MU4のうち、代表して描画ユニットMU1の概略的な内部構成を示す斜視図である。図2の描画ユニットMU1の構成は、例えば国際公開第2016/152758号に開示された構成とほぼ同じなので、簡単に説明する。ビームスイッチング部BD1BからのビームB1には、パターンの描画時に、3つの光源装置LS1A、LS1B、LS1Cの各々から射出されるビームから作られる3本のビームB1a、B1b、B1cのうちの少なくとも1本が含まれる。3本のビームB1a、B1b、B1c(総称する際はビームB1とする)は、いずれも直径が1mm以下の平行光束であって、互いに所定の交差角を保って描画ユニットMU1内のミラーM10に入射する。ミラーM10で90度に反射されたビームB1は、光軸AXu1に沿って配置されるレンズLGa、LGbによるビームエキスパンダー(拡大系)BEXを通った後、ミラーM11で90度に反射されて偏光ビームスプリッタPBSに入射する。 Figure 2 is a perspective view showing a schematic internal configuration of the drawing unit MU1 as a representative of the drawing units MU1 to MU4 shown in Figure 1. The configuration of the drawing unit MU1 in Figure 2 is almost the same as that disclosed in, for example, International Publication No. 2016/152758, so it will be briefly described. The beam B1 from the beam switching unit BD1B includes at least one of the three beams B1a, B1b, and B1c made from the beams emitted from each of the three light source devices LS1A, LS1B, and LS1C when drawing a pattern. The three beams B1a, B1b, and B1c (collectively referred to as beam B1) are all parallel light beams with a diameter of 1 mm or less, and are incident on the mirror M10 in the drawing unit MU1 while maintaining a predetermined crossing angle with respect to each other. The beam B1 reflected by 90 degrees from the mirror M10 passes through a beam expander (expansion system) BEX consisting of lenses LGa and LGb arranged along the optical axis AXu1, and is then reflected by 90 degrees from the mirror M11 and enters the polarizing beam splitter PBS.

ビームB1は、Zt軸方向と直交した方向の直線偏光とされるので、偏光ビームスプリッタPBSで効率的に反射されて、ミラーM12で90度に反射されて-Zt方向に進み、ミラーM13で90度に反射されて+Xt方向に進む。ミラーM13で反射されたビームB1は、1/4波長(λ/4)板QPと、第1シリンドリカルレンズCYaを通った後、ミラーM14で反射されて、回転ポリゴンミラーPMの1つの反射面Rp1に達する。回転ポリゴンミラーPMの反射面Rp1で反射されたビームB1は、回転ポリゴンミラーPMの回転によってXtYt面内で偏向され、Xt軸と平行な光軸AXf1を有するテレセントリックなfθレンズ系FTに入射する。 Beam B1 is linearly polarized in a direction perpendicular to the Zt axis direction, so it is efficiently reflected by the polarizing beam splitter PBS, reflected 90 degrees by mirror M12 and travels in the -Zt direction, and reflected 90 degrees by mirror M13 and travels in the +Xt direction. Beam B1 reflected by mirror M13 passes through a quarter-wave (λ/4) plate QP and a first cylindrical lens CYa, then is reflected by mirror M14 and reaches one reflecting surface Rp1 of the rotating polygon mirror PM. Beam B1 reflected by the reflecting surface Rp1 of the rotating polygon mirror PM is deflected in the XtYt plane by the rotation of the rotating polygon mirror PM, and enters a telecentric fθ lens system FT having an optical axis AXf1 parallel to the Xt axis.

fθレンズ系FTの直後には、光軸AXf1を90度に折り曲げるミラーM15が配置され、fθレンズ系FTから射出したビームB1は、ミラーM15でZt軸と平行になるように90度に反射される。ミラーM15とシート基板Pとの間には、第2シリンドリカルレンズCYbが配置され、fθレンズ系FTから射出されるビームB1(3つのビームB1a、B1b、B1cの少なくとも1つを含む)は、シート基板P上でスポット光SPa、SPb、SPcの少なくとも1つとなって集光される。そのスポット光SPa、SPb、SPcは、回転ポリゴンミラーPMの回転によってYt軸(Y軸)と平行な描画ライン(走査線)SL1に沿って一次元に走査される。なお、図2中の線LE1は、ミラーM10から第2シリンドリカルレンズCYbまでの光学部材を含む描画ユニットMU1の全体を微少回転させて描画ラインSL1を傾ける際の回転中心線を表す。線LE1の延長線は、描画ラインSL1のYt方向の中点を通ると共に、ミラーM10に入射するビームB1(B1a、B1b、B1cの全体)を射出するビームスイッチング部BD1B内のレンズ系の光軸と同軸に設定されている。 Immediately after the fθ lens system FT, a mirror M15 is arranged to bend the optical axis AXf1 by 90 degrees, and the beam B1 emitted from the fθ lens system FT is reflected by the mirror M15 by 90 degrees so as to be parallel to the Zt axis. A second cylindrical lens CYb is arranged between the mirror M15 and the sheet substrate P, and the beam B1 (including at least one of the three beams B1a, B1b, and B1c) emitted from the fθ lens system FT is focused on the sheet substrate P as at least one of the spot lights SPa, SPb, and SPc. The spot lights SPa, SPb, and SPc are scanned one-dimensionally along a drawing line (scanning line) SL1 parallel to the Yt axis (Y axis) by the rotation of the rotating polygon mirror PM. 2 indicates the center line of rotation when the entire imaging unit MU1 including the optical members from the mirror M10 to the second cylindrical lens CYb is slightly rotated to tilt the imaging line SL1. An extension line of the line LE1 passes through the midpoint of the imaging line SL1 in the Yt direction and is set coaxially with the optical axis of the lens system in the beam switching unit BD1B that emits the beam B1 (the entire beams B1a, B1b, and B1c) incident on the mirror M10.

図2に示した描画ユニットMU1において、偏光ビームスプリッタPBSを挟んでミラーM12の反対側に配置されるレンズ系LGcと光電センサDTは、スポット光SPの投射によりシート基板Pから発生する反射光を受光する。光電センサDTからの光電信号の波形を解析することで、シート基板P上に既に形成されているパターンの位置情報を得ることもできる。また、図2において、ビームエキスパンダーBEXの内部の面OPaは、レンズLGaの後側焦点であると共に、レンズLGbの前側焦点に設定されており、ビームB1(B1a、B1b、B1cの少なくとも1つ)は面OPaの位置で断面寸法が数十μmのビームウェストに集光される。面OPaは、最終的にシート基板Pの表面と光学的に共役な関係(結像関係)になっている。レンズLGbを通ったビームB1a、B1b、B1cの各々の断面寸法(直径等)は数mm以上に拡大された平行光束となる。なお、第1シリンドリカルレンズCYa、第2シリンドリカルレンズCYbは、fθレンズ系FTと協働して、回転ポリゴンミラーPMの反射面毎の倒れの違いによるスポット光SP(描画ラインSL1)のXt方向の位置変動を補正する。In the drawing unit MU1 shown in FIG. 2, the lens system LGc and the photoelectric sensor DT, which are arranged on the opposite side of the mirror M12 across the polarizing beam splitter PBS, receive the reflected light generated from the sheet substrate P by the projection of the spot light SP. By analyzing the waveform of the photoelectric signal from the photoelectric sensor DT, position information of the pattern already formed on the sheet substrate P can also be obtained. Also, in FIG. 2, the surface OPa inside the beam expander BEX is set to the rear focus of the lens LGa and the front focus of the lens LGb, and the beam B1 (at least one of B1a, B1b, and B1c) is focused at the position of the surface OPa into a beam waist with a cross-sectional dimension of several tens of μm. The surface OPa is ultimately in an optically conjugate relationship (imaging relationship) with the surface of the sheet substrate P. The cross-sectional dimensions (diameter, etc.) of each of the beams B1a, B1b, and B1c that pass through the lens LGb become parallel light beams expanded to several mm or more. The first cylindrical lens CYa and the second cylindrical lens CYb cooperate with the fθ lens system FT to correct positional fluctuations in the Xt direction of the spot light SP (the drawing line SL1) caused by differences in inclination between the reflecting surfaces of the rotating polygon mirror PM.

図3A、図3Bは、図2の描画ユニットMU1内のビームエキスパンダーBEXを通るビームB1(B1a、B1b、B1c)の状態を誇張して示した図である。図3Aでは、ビームエキスパンダーBEXの構成が、他の描画ユニットMU2、MU3、MU4でも同じなので、ビームエキスパンダーBEXに入射するビームをBn(n=1~4)と一般化して表し、ビームBnに含まれる3本のビームもBna、Bnb、Bnc(n=1~4)と一般化して表し、更に光軸もAXun(n=1~4)と一般化して表す。本実施の形態では、光源装置LS1A、LS2Aの各々からビーム合成部BD1A、BD2Aとビームスイッチング部BD1B、BD2Bとを介して、ビームエキスパンダーBEXのレンズLGaに入射するビームBna(n=1~4)は、光軸AXun(n=1~4)と同軸になるように設定されている。 Figures 3A and 3B are exaggerated views showing the state of beam B1 (B1a, B1b, B1c) passing through beam expander BEX in drawing unit MU1 in Figure 2. In Figure 3A, since the configuration of beam expander BEX is the same in other drawing units MU2, MU3, and MU4, the beam entering beam expander BEX is generalized as Bn (n = 1 to 4), the three beams contained in beam Bn are generalized as Bna, Bnb, and Bnc (n = 1 to 4), and the optical axis is also generalized as AXun (n = 1 to 4). In this embodiment, the beams Bna (n = 1 to 4) incident on the lens LGa of the beam expander BEX from the light source devices LS1A and LS2A via the beam synthesis units BD1A and BD2A and the beam switching units BD1B and BD2B are set to be coaxial with the optical axis AXun (n = 1 to 4).

一方、光源装置LS1B、LS2Bの各々からビーム合成部BD1A、BD2Aとビームスイッチング部BD1B、BD2Bとを介して生成されるビームBnb(n=1~4)は、XtYt面と平行な光軸AXun(n=1~4)を含む面内で光軸AXun(n=1~4)に対して一定の角度で傾いてビームエキスパンダーBEXのレンズLGaに入射する。同様に、光源装置LS1C、LS2Cの各々からビーム合成部BD1A、BD2Aとビームスイッチング部BD1B、BD2Bとを介して生成されるビームBnc(n=1~4)は、XtYt面と平行な光軸AXun(n=1~4)を含む面内で光軸AXun(n=1~4)に対して一定の角度で傾いてビームエキスパンダーBEXのレンズLGaに入射する。ビームエキスパンダーBEXに入射する2つのビームBnb、Bnc(n=1~4)は、光軸AXun(n=1~4)或いはビームBna(n=1~4)を挟んで対称的な傾きを持ってレンズLGaに入射する。On the other hand, the beams Bnb (n = 1 to 4) generated from the light source devices LS1B and LS2B via the beam synthesis units BD1A and BD2A and the beam switching units BD1B and BD2B are inclined at a certain angle to the optical axis AXun (n = 1 to 4) in a plane including the optical axis AXun (n = 1 to 4) parallel to the XtYt plane and enter the lens LGa of the beam expander BEX. Similarly, the beams Bnc (n = 1 to 4) generated from the light source devices LS1C and LS2C via the beam synthesis units BD1A and BD2A and the beam switching units BD1B and BD2B are inclined at a certain angle to the optical axis AXun (n = 1 to 4) in a plane including the optical axis AXun (n = 1 to 4) parallel to the XtYt plane and enter the lens LGa of the beam expander BEX. Two beams Bnb, Bnc (n=1 to 4) incident on the beam expander BEX are incident on the lens LGa with symmetrical inclinations across the optical axis AXun (n=1 to 4) or the beam Bna (n=1 to 4).

レンズLGaに入射するビームBna(n=1~4)は平行光束なので、ビームエキスパンダーBEX内での瞳面に相当する面OPaには、図3Bに示すように、ビームBnaのビームウェストによる円形のスポットSPa’が光軸AXun(n=1~4)上に形成される。同様に、レンズLGaに入射するビームBnb、Bnc(n=1~4)も平行光束なので、ビームエキスパンダーBEX内の面OPaには、図3Bに示すように、ビームBnbのビームウェストによるスポットSPb’とビームBncのビームウェストによるスポットSPc’とが、光軸AXun(スポットSPa’)を挟んだYt方向の対称的な位置に形成される。先に説明したように、ビームBnb、Bncの断面形状は、それぞれビーム合成部BD1A、BD2Aによってスロット状(長楕円状)に成形されている為、スポットSPb’、SPc’の各々もスロット状(長楕円状)になっている。 Beam Bna (n = 1 to 4) incident on lens LGa is a parallel light beam, so on plane OPa, which corresponds to the pupil plane in beam expander BEX, a circular spot SPa' due to the beam waist of beam Bna is formed on optical axis AXun (n = 1 to 4) as shown in Figure 3B. Similarly, beams Bnb and Bnc (n = 1 to 4) incident on lens LGa are also parallel light beams, so on plane OPa in beam expander BEX, a spot SPb' due to the beam waist of beam Bnb and a spot SPc' due to the beam waist of beam Bnc are formed at symmetrical positions in the Yt direction across optical axis AXun (spot SPa') as shown in Figure 3B. As explained above, the cross-sectional shapes of the beams Bnb and Bnc are shaped into a slot shape (oblong ellipse) by the beam synthesis units BD1A and BD2A, respectively, so that the spots SPb' and SPc' are also each slot-shaped (oblong ellipse).

但し、スロット状(長楕円状)のスポットSPb’の断面分布の長軸方向は、面OPa内でYt軸に対して+45度に設定され、スロット状(長楕円状)のスポットSPc’の断面分布の長軸方向は、面OPa内でYt軸に対して-45度に設定されている。また、面OPa内で、スポットSPb’の断面分布の中心点は円形のスポットSPa’の断面分布の中心点(光軸AXun)から間隔Δyb’だけ離れ、スポットSPc’の断面分布の中心点はスポットSPa’の断面分布の中心点(光軸AXun)から間隔Δyc’だけ離れるように設定されているものとする。However, the long axis direction of the cross-sectional distribution of the slot-shaped (elliptical) spot SPb' is set to +45 degrees with respect to the Yt axis in the plane OPa, and the long axis direction of the cross-sectional distribution of the slot-shaped (elliptical) spot SPc' is set to -45 degrees with respect to the Yt axis in the plane OPa. Also, in the plane OPa, the center point of the cross-sectional distribution of the spot SPb' is set to be spaced apart from the center point (optical axis AXun) of the cross-sectional distribution of the circular spot SPa' by a distance Δyb', and the center point of the cross-sectional distribution of the spot SPc' is set to be spaced apart from the center point (optical axis AXun) of the cross-sectional distribution of the spot SPa' by a distance Δyc'.

面OPaで収斂したビームBna、Bnb、Bncは、それぞれ発散しながらビームエキスパンダーBEXのレンズLGbに入射する。その際、レンズLGaからレンズLGbの間の光路において、ビームBna、Bnb、Bncの各々の主光線(中心光線)は光軸AXunとほぼ平行になるように設定されている。レンズLGbを通ったビームBnaは、断面分布が拡大された円形の平行光束となって光軸AXunと同軸に進む。また、レンズLGbを通ったビームBnb、Bncの各々は、断面分布が拡大されたスロット状(長楕円状)の平行光束となって光軸AXunに対して傾いて進む。先の図2で説明したように、面OPaは最終的にシート基板Pの表面と光学的に共役な関係になっている。その為、面OPaに形成されるスポットSPa’、SPb’、SPc’の投影像が、レンズLGb、第1シリンドリカルレンズCYa、fθレンズ系FT、第2シリンドリカルレンズCYbによる結像系を介して、それぞれ図2中のスポット光SPa、SPb、SPcとしてシート基板P上に縮小して結像される。 The beams Bna, Bnb, and Bnc converged at the surface OPa enter the lens LGb of the beam expander BEX while diverging. At that time, in the optical path between the lens LGa and the lens LGb, the principal rays (central rays) of the beams Bna, Bnb, and Bnc are set to be approximately parallel to the optical axis AXun. The beam Bna that passes through the lens LGb becomes a circular parallel light beam with an expanded cross-sectional distribution and proceeds coaxially with the optical axis AXun. In addition, the beams Bnb and Bnc that pass through the lens LGb become a slot-shaped (elliptical) parallel light beam with an expanded cross-sectional distribution and proceed at an angle to the optical axis AXun. As explained in FIG. 2 above, the surface OPa is ultimately optically conjugate with the surface of the sheet substrate P. Therefore, the projected images of the spots SPa', SPb', and SPc' formed on the surface OPa are reduced and imaged onto the sheet substrate P as spot lights SPa, SPb, and SPc in Figure 2, respectively, via an imaging system consisting of lens LGb, first cylindrical lens CYa, fθ lens system FT, and second cylindrical lens CYb.

本実施の形態では、図3Bに示したように、スポットSPa’とスポットSPb’のYt方向の間隔Δyb’、すなわち、シート基板Pの表面に投射されるスポット光SPaとスポット光SPbのYt方向(主走査方向)の中心間隔は、図3Aに示したビームBnbの主光線(中心光線)の光軸AXunからの傾き角の正弦値に比例したものとなる。同様に、面OPa上のスポットSPa’とスポットSPc’のYt方向の間隔Δyc’、すなわち、シート基板Pの表面に投射されるスポット光SPaとスポット光SPcのYt方向(主走査方向)の中心間隔は、図3Aに示したビームBncの主光線(中心光線)の光軸AXunからの傾き角度の正弦値に比例したものとなる。なお、シート基板P上に投射されるスポット光SPa、SPb、SPcの各々は、図3AのスポットSPa’、SPb’、SPc’の断面形状及び配置関係と相似になっている。また、スポット光SPa、SPb、SPcは、描画するパターンの形状に応じて、少なくとも1つが選択されてシート基板P上に投射される。In this embodiment, as shown in FIG. 3B, the distance Δyb' between the spots SPa' and SPb' in the Yt direction, i.e., the center distance between the spot light SPa and the spot light SPb projected on the surface of the sheet substrate P in the Yt direction (main scanning direction), is proportional to the sine value of the inclination angle from the optical axis AXun of the principal ray (center ray) of the beam Bnb shown in FIG. 3A. Similarly, the distance Δyc' between the spots SPa' and SPc' on the surface OPa in the Yt direction, i.e., the center distance between the spot light SPa and the spot light SPc projected on the surface of the sheet substrate P in the Yt direction (main scanning direction), is proportional to the sine value of the inclination angle from the optical axis AXun of the principal ray (center ray) of the beam Bnc shown in FIG. 3A. Each of the spot lights SPa, SPb, and SPc projected onto the sheet substrate P has a cross-sectional shape and a positional relationship similar to those of the spots SPa', SPb', and SPc' in Fig. 3A. At least one of the spot lights SPa, SPb, and SPc is selected according to the shape of the pattern to be drawn and projected onto the sheet substrate P.

以上の構成では、描画ユニットMU1(他のユニットMU2~MU4も同様)内にシート基板Pの表面(スポット光SPa、SPb、SPcの結像面)と共役な面OPaを形成したが、ビームエキスパンダーBEXのレンズLGaを描画ユニットMU1の外側に配置し、描画ユニットMU1内のミラーM10が面OPaとレンズLGbとの間に位置するようにしても良い。また、ビームエキスパンダーBEXは拡大系に限定されず、等倍のリレー系であっても良い。 In the above configuration, a plane OPa conjugate with the surface of the sheet substrate P (the imaging plane of the spot lights SPa, SPb, SPc) is formed in the imaging unit MU1 (as are the other units MU2 to MU4), but the lens LGa of the beam expander BEX may be disposed outside the imaging unit MU1, and the mirror M10 in the imaging unit MU1 may be positioned between the plane OPa and the lens LGb. Furthermore, the beam expander BEX is not limited to a magnification system, and may be a 1x relay system.

次に、図4、図5A~図5Cを参照して、図1に示した光源装置LS1(LS1A、LS1B、LS1C)からの3本のビームLB1a、LB1b、LB1cの各々の断面分布を所定の形状にして、所定の交差角で合成するビーム合成部BD1Aの構成を説明する。図4は、XY面内で見た光源装置LS1A、LS1B、LS1Cとビーム合成部BD1Aとの概略的な配置関係を示し、図5A~図5Cは、図4中に示したビーム形状変形部10B(又は10C)内の光学部材の配置を模式的に表した図である。なお、図1に示した光源装置LS2A、LS2B、LS2Cとビーム合成部BD2Aの配置関係や構成は、図4と同様である。 Next, referring to Figures 4 and 5A to 5C, the configuration of the beam combining unit BD1A, which shapes the cross-sectional distribution of each of the three beams LB1a, LB1b, and LB1c from the light source device LS1 (LS1A, LS1B, and LS1C) shown in Figure 1 into a predetermined shape and combines them at a predetermined crossing angle, will be described. Figure 4 shows the schematic arrangement relationship between the light source devices LS1A, LS1B, and LS1C and the beam combining unit BD1A as viewed in the XY plane, and Figures 5A to 5C are diagrams that show the arrangement of optical members in the beam shape transformation unit 10B (or 10C) shown in Figure 4. The arrangement relationship and configuration of the light source devices LS2A, LS2B, and LS2C and the beam combining unit BD2A shown in Figure 1 are the same as those in Figure 4.

光源装置LS1A、LS1B、LS1Cは、同一規格のファイバーアンプレーザ光源であり、共通のクロック信号CLKの各クロックパルスに応答して、発光時間が数十ピコ秒程度の高輝度の紫外パルスビームを発振させることができる。クロック信号CLKの周波数は実用性と安定性の観点から、一例として400MHz程度に設定される。光源装置LS1A、LS1B、LS1Cの各々には、描画データ(ビットマップ形式)の画素ビットのデータ(「0」か「1」)を描画ラインに沿ってシリアルに読み出されるビットストリーム状の描画信号SDa、SDb、SDcがそれぞれ供給される。その描画動作の詳細については後述する。 Light source devices LS1A, LS1B, and LS1C are fiber amplifier laser light sources of the same standard, and can oscillate a high-brightness ultraviolet pulse beam with an emission time of about several tens of picoseconds in response to each clock pulse of a common clock signal CLK. From the viewpoint of practicality and stability, the frequency of the clock signal CLK is set to about 400 MHz, for example. Each of light source devices LS1A, LS1B, and LS1C is supplied with drawing signals SDa, SDb, and SDc in the form of a bit stream, which serially reads out pixel bit data ("0" or "1") of drawing data (bitmap format) along a drawing line. The details of the drawing operation will be described later.

光源装置LS1AからのビームLB1a(直径が0.5~1mm程度の円形断面の平行光束で、描画ユニットMU1、MU3に供給されるビームBnaに対応)は、ビーム形状変形部10Aに入射する。ビームLB1aは、先の図3A、図3Bで説明したように、断面分布がほぼ円形のままで良いので、ビーム形状変形部10Aは省略しても良いが、他のビームLB1b、LB1cが入射するビーム形状変形部10B、10C内のレンズ系による光学的な光路長と合わせる為に設けられている。ビーム形状変形部10Bは、光源装置LS1BからのビームLB1b(直径が0.5~1mm程度の円形断面の平行光束で、描画ユニットMU1、MU3に供給されるビームBnbに対応)を入射して、断面分布がスロット状(長楕円状)の平行光束に変換する。同様に、ビーム形状変形部10Cは、光源装置LS1CからのビームLB1c(直径が0.5~1mm程度の円形断面の平行光束で、描画ユニットMU1、MU3に供給されるビームBncに対応)を入射して、断面分布がスロット状(長楕円状)の平行光束に変換する。 Beam LB1a from light source device LS1A (a parallel light beam with a circular cross section with a diameter of about 0.5 to 1 mm, corresponding to beam Bna supplied to drawing units MU1 and MU3) is incident on beam shape transformation unit 10A. As explained above in Figures 3A and 3B, the cross-sectional distribution of beam LB1a can remain almost circular, so beam shape transformation unit 10A may be omitted, but it is provided to match the optical path length of the lens system in beam shape transformation units 10B and 10C into which other beams LB1b and LB1c are incident. Beam shape transformation unit 10B receives beam LB1b from light source device LS1B (a parallel light beam with a circular cross section with a diameter of about 0.5 to 1 mm, corresponding to beam Bnb supplied to drawing units MU1 and MU3) and converts it into a parallel light beam with a slot-shaped (elliptical) cross-sectional distribution. Similarly, the beam shape deformation unit 10C receives beam LB1c (a parallel light beam with a circular cross-section having a diameter of approximately 0.5 to 1 mm, which corresponds to the beam Bnc supplied to the drawing units MU1 and MU3) from the light source device LS1C and converts it into a parallel light beam with a slot-shaped (oblong) cross-sectional distribution.

ビーム形状変形部10Bから+X方向に進むビームLB1bは、XY面内においてミラーM2Bで直角に反射されて+Y方向に進み、さらにミラーM3Bで直角に反射されて+X方向に進む。ビーム形状変形部10Cから+X方向に進むビームLB1cは、XY面内においてミラーM2Cで直角に反射されて-Y方向に進み、さらにミラーM3Cで直角に反射されて+X方向に進む。ビーム形状変形部10AからのビームLB1aは、ミラーM3BとミラーM3CとのY方向の隙間を通って、他のビームLB1b、LB1cとY方向の間隔を一定にした平行状態で+X方向に進む。XY面内でY方向に狭い間隔で並んだ3本のビームLB1a、LB1b、LB1c(いずれも平行光束)は、それぞれ石英による平行平板12A、楔状のプリズム12B、12Cに入射する。 Beam LB1b traveling in the +X direction from beam shape transformation unit 10B is reflected at a right angle by mirror M2B in the XY plane and travels in the +Y direction, then reflected at a right angle by mirror M3B and travels in the +X direction. Beam LB1c traveling in the +X direction from beam shape transformation unit 10C is reflected at a right angle by mirror M2C in the XY plane and travels in the -Y direction, then reflected at a right angle by mirror M3C and travels in the +X direction. Beam LB1a from beam shape transformation unit 10A passes through the gap in the Y direction between mirrors M3B and M3C and travels in the +X direction in a parallel state with a constant Y-directional interval with other beams LB1b and LB1c. Three beams LB1a, LB1b, and LB1c (all parallel beams) arranged at a narrow interval in the Y direction in the XY plane are incident on quartz parallel plate 12A and wedge-shaped prisms 12B and 12C, respectively.

平行平板12Aは、ビームLB1aに対して垂直に配置されるので、そのまま透過するが、楔状のプリズム12B、12Cは、ビームの入射面と出射面とが非平行でXY面内において所定の角度(頂角)を成している為、プリズム12Bを透過したビームLB1bは、XY面内でビームLB1aに近づくように屈折され、プリズム12Cを透過したビームLB1cは、XY面内でビームLB1aに近づくように屈折される。平行平板12A、プリズム12B、12Cを通った3本のビームLB1a、LB1b、LB1cは、ミラーM4で-Y方向に反射された後、面OPmで互いに交差してから再び離れながらレンズGK1に入射する。レンズGK1の前側焦点は面OPmの位置になるように設定されている。 Beam LB1a passes through parallel plate 12A as it is positioned perpendicular to it, but the entrance and exit surfaces of wedge-shaped prisms 12B and 12C are not parallel to each other and form a certain angle (vertex angle) in the XY plane, so beam LB1b passing through prism 12B is refracted to approach beam LB1a in the XY plane, and beam LB1c passing through prism 12C is refracted to approach beam LB1a in the XY plane. After passing through parallel plate 12A and prisms 12B and 12C, the three beams LB1a, LB1b, and LB1c are reflected in the -Y direction by mirror M4, intersect with each other on plane OPm, and then move away from each other again before entering lens GK1. The front focus of lens GK1 is set to be at plane OPm.

従って、レンズGK1を通ったビームLB1a、LB1b、LB1cは、それぞれレンズGK1の後側焦点の位置でビームウェストとなるように収斂すると共に、ビームLB1aの主光線(中心光線)はレンズGK1の光軸AXsと同軸になり、ビームLB1bの主光線(中心光線)とビームLB1cの主光線(中心光線)は、それぞれ光軸AXsから一定の間隔で互いに平行になる。なお、面OPm内では、3本のビームLB1a、LB1b、LB1c(それぞれ平行光束)が光軸AXsの位置で重なっている為、面OPmでは、ビームLB1aによる断面が円形の強度分布と、ビームLB1b、LB1cの各々による断面がスロット状(長楕円状)で長軸方向がほぼ90度を成す強度分布とが重なったものとなる。また、本実施の形態では、プリズム12B、12Cの頂角によって、図3A、図3Bに示した描画ユニットMU1(MU2~MU4)のビームエキスパンダーBEXのレンズLGaに入射する2本のビームBnb、Bncの光軸AXunに対する傾き角が設定される。Therefore, the beams LB1a, LB1b, and LB1c that pass through the lens GK1 converge to form beam waists at the rear focal point of the lens GK1, and the chief ray (center ray) of the beam LB1a becomes coaxial with the optical axis AXs of the lens GK1, and the chief ray (center ray) of the beam LB1b and the chief ray (center ray) of the beam LB1c become parallel to each other at a certain distance from the optical axis AXs. Note that, since the three beams LB1a, LB1b, and LB1c (each a parallel beam) overlap at the optical axis AXs in the plane OPm, the plane OPm is a superposition of the intensity distribution of the beam LB1a with a circular cross section and the intensity distribution of the beams LB1b and LB1c with a slot-shaped (elliptical) cross section with a major axis direction of approximately 90 degrees. In addition, in this embodiment, the vertex angles of the prisms 12B and 12C set the inclination angles of the two beams Bnb and Bnc incident on the lens LGa of the beam expander BEX of the drawing unit MU1 (MU2 to MU4) shown in Figures 3A and 3B with respect to the optical axis AXun.

図4において、クロック信号CLKは、制御装置100内に設けられたクロック発生部100Aから出力され、描画信号SDa、SDb、SDcの各々は、制御装置100内に設けられた描画データ記憶部100Bから出力される。制御装置100内には、図1に示したビームスイッチング部BD1B(BD2Bも同様)に設けられる音響光学変調素子に駆動信号を印加するスイッチング制御部100Cと、図2に示した描画ユニットMU1、MU3(MU2、MU4も同様)内の各ポリゴンミラーPMの回転モータを制御したり、ポリゴンミラーPMの反射面毎に発生する原点信号(タイミング信号)を受信する描画ユニット制御部100Dと、図1に示した回転ドラムDRの回転モータを制御したり、その回転角度位置を計測するエンコーダからの計測情報を受信する回転ドラム制御部100Eと、が設けられる。4, the clock signal CLK is output from a clock generating unit 100A provided in the control device 100, and each of the drawing signals SDa, SDb, and SDc is output from a drawing data storage unit 100B provided in the control device 100. In the control device 100, there are provided a switching control unit 100C that applies a drive signal to an acousto-optical modulation element provided in the beam switching unit BD1B (BD2B is also the same) shown in FIG. 1, a drawing unit control unit 100D that controls the rotary motors of each polygon mirror PM in the drawing units MU1 and MU3 (MU2 and MU4 are also the same) shown in FIG. 2 and receives an origin signal (timing signal) generated for each reflecting surface of the polygon mirror PM, and a rotating drum control unit 100E that controls the rotary motor of the rotating drum DR shown in FIG. 1 and receives measurement information from an encoder that measures its rotation angle position.

図4に示した描画データ記憶部100Bは、スポット光SPa、SPb、SPcによる描画ラインSL1、SL3(SL2、SL4も同様)に沿った1回の走査分の描画データ列(シリアルビット列)の読み出し動作を、描画ユニット制御部100Dが受信する原点信号(タイミング信号)に応答して開始すると共に、読み出すべき1回の走査分の描画データ列のアドレス切り替え動作を、回転ドラム制御部100Eが受信するエンコーダの計測情報に基づいて実行する。また、スイッチング制御部100Cも、描画ユニット制御部100Dが受信する描画ユニットMU1、MU3(MU2、MU4)の各々からの原点信号(タイミング信号)に応答して、ビームスイッチング部BD1B(BD2B)内の音響光学変調素子の変調のオン/オフを制御する。4 starts reading out the drawing data string (serial bit string) for one scan along the drawing lines SL1, SL3 (SL2, SL4 as well) by the spot lights SPa, SPb, SPc in response to an origin signal (timing signal) received by the drawing unit control unit 100D, and performs address switching of the drawing data string for one scan to be read out based on the measurement information of the encoder received by the rotating drum control unit 100E. The switching control unit 100C also controls the on/off modulation of the acousto-optical modulation element in the beam switching unit BD1B (BD2B) in response to the origin signal (timing signal) from each of the drawing units MU1, MU3 (MU2, MU4) received by the drawing unit control unit 100D.

図5A~図5Cは、ビーム形状変形部10B、10Cの各々の詳細な光学構成を示し、どちらも基本的な構成として、ビーム拡大系OM1、ビーム圧縮系OM2、ビーム縮小系OM3とを備える。光軸AXbに沿って配置されるビーム形状変形部10B側のビーム拡大系OM1とビーム縮小系OM3と、光軸AXcに沿って配置されるビーム形状変形部10C側のビーム拡大系OM1とビーム縮小系OM3とは、全て同じ光学部材により同様に構成されている。また、図5Aと図5Bとは、光軸AXb(AXc)の回りにビーム形状変形部10B、10Cを90度回転させた方向から見た図である。 Figures 5A to 5C show the detailed optical configuration of each of the beam shape transformation units 10B and 10C, and each basically comprises a beam expansion system OM1, a beam compression system OM2, and a beam reduction system OM3. The beam expansion system OM1 and beam reduction system OM3 on the beam shape transformation unit 10B side, which are arranged along the optical axis AXb, and the beam expansion system OM1 and beam reduction system OM3 on the beam shape transformation unit 10C side, which are arranged along the optical axis AXc, are all similarly configured using the same optical members. Also, Figures 5A and 5B are views of the beam shape transformation units 10B and 10C as viewed from a direction rotated 90 degrees around the optical axis AXb (AXc).

光源装置LS1B(LS1C)からのビームLB1b(LB1c)が入射するビーム拡大系OM1は、球面系の負レンズ10G1と球面系の正レンズ10G2とで構成され、ビームLB1b(LB1c)の断面分布の直径を数倍以上の分布BVaに拡大した平行光束に変換する。ビーム圧縮系OM2は、光軸AXb(AXc)に沿って配置される2つのシリンドリカルレンズ10G3、10G4で構成される。シリンドリカルレンズ10G3は、母線Dsの方向に関しては屈折力(パワー)を持たず、母線Dsと光軸AXb(AXc)の各々と直交した方向に関して正の屈折力(パワー)を有する凸状のレンズである。また、シリンドリカルレンズ10G4は、母線Dsの方向に関しては屈折力(パワー)を持たず、母線Dsと光軸AXb(AXc)の各々と直交した方向に関して負の屈折力(パワー)を有する凹状のレンズである。The beam expansion system OM1, into which the beam LB1b (LB1c) from the light source device LS1B (LS1C) is incident, is composed of a spherical negative lens 10G1 and a spherical positive lens 10G2, and converts the cross-sectional distribution diameter of the beam LB1b (LB1c) into a parallel beam expanded to a distribution BVa several times larger. The beam compression system OM2 is composed of two cylindrical lenses 10G3 and 10G4 arranged along the optical axis AXb (AXc). The cylindrical lens 10G3 is a convex lens that has no refractive power in the direction of the generating line Ds and has positive refractive power in the direction perpendicular to each of the generating line Ds and the optical axis AXb (AXc). Moreover, the cylindrical lens 10G4 is a concave lens that has no refractive power in the direction of the generating line Ds and has negative refractive power in the directions perpendicular to both the generating line Ds and the optical axis AXb (AXc).

ビーム拡大系OM1からの拡大されたビームLB1b(LB1c)は、平行光束として、シリンドリカルレンズ10G3、10G4を通るが、図5Aのように、光軸AXb(AXc)を含む母線Dsと平行な面内では、シリンドリカルレンズ10G3、10G4が単なる平行平板として機能するので、その平行状態のまま次のビーム縮小系OM3に入射する。一方、拡大されたビームLB1b(LB1c)は、図5Bのように、光軸AXb(AXc)を含み母線Dsと直交した面内では、シリンドリカルレンズ10G3、10G4の屈折力によって、ビームの幅が縮小された平行状態となって次のビーム縮小系OM3に入射する。従って、シリンドリカルレンズ10G4から射出するビームLB1b(LB1c)の断面内の分布は、スロット状(長楕円状)の分布BVbのように成形される。The expanded beam LB1b (LB1c) from the beam expansion system OM1 passes through the cylindrical lenses 10G3 and 10G4 as a parallel beam, but as shown in FIG. 5A, in a plane parallel to the generating line Ds including the optical axis AXb (AXc), the cylindrical lenses 10G3 and 10G4 simply function as parallel plates, so that the beam enters the next beam reduction system OM3 in the parallel state. On the other hand, in a plane including the optical axis AXb (AXc) and perpendicular to the generating line Ds, the expanded beam LB1b (LB1c) enters the next beam reduction system OM3 in a parallel state in which the width of the beam is reduced by the refractive power of the cylindrical lenses 10G3 and 10G4. Therefore, the distribution in the cross section of the beam LB1b (LB1c) emerging from the cylindrical lens 10G4 is shaped like a slot-shaped (oblong) distribution BVb.

ビーム縮小系OM3は、光軸AXb(AXc)に沿って配置された球面状の正レンズ10G5と球面状の負レンズ10G6とで構成され、ビーム圧縮系OM2から平行光束として射出されるビームLB1b(LB1c)の断面分布を等方的に縮小した平行光束に変換する。負レンズ10G6から射出するビームLB1b(LB1c)の断面分布は、母線Dsの方向を長軸とするスロット状(長楕円状)となり、一例として、長軸方向の幅は、ビーム形状変形部10Aから射出されるビームLB1aの円形の断面分布の直径とほぼ同じに設定される。また、負レンズ10G6から射出するビームLB1b(LB1c)の断面分布の短軸方向の幅は、長軸方向の幅の1/4~1/6程度に設定される。The beam reduction system OM3 is composed of a spherical positive lens 10G5 and a spherical negative lens 10G6 arranged along the optical axis AXb (AXc), and converts the cross-sectional distribution of the beam LB1b (LB1c) emitted as a parallel beam from the beam compression system OM2 into an isotropically reduced parallel beam. The cross-sectional distribution of the beam LB1b (LB1c) emitted from the negative lens 10G6 is a slot-shaped (elliptical) shape with the direction of the generatrix Ds as the major axis, and as an example, the width in the major axis direction is set to be approximately the same as the diameter of the circular cross-sectional distribution of the beam LB1a emitted from the beam shape transformation unit 10A. The width in the minor axis direction of the cross-sectional distribution of the beam LB1b (LB1c) emitted from the negative lens 10G6 is set to approximately 1/4 to 1/6 of the width in the major axis direction.

以上の図5A~図5Cの構成において、ビーム形状変形部10B側のビーム圧縮系OM2におけるシリンドリカルレンズ10G3、10G4の母線Dsの方向と、ビーム形状変形部10C側のビーム圧縮系OM2におけるシリンドリカルレンズ10G3、10G4の母線Dsの方向とは、光軸AXb、AXcと直交する面内で見たとき、約90度を成すように設定される。その状態は、図5Cに示すように、例えば図4中のミラーM2B、M2C側から見たとき、ビーム形状変形部10B側のシリンドリカルレンズ10G3、10G4の母線Dsは、Y軸から反時計回りに45度回転し、ビーム形状変形部10C側のシリンドリカルレンズ10G3、10G4の母線Dsは、Y軸から時計回りに45度回転するように設定される。その結果、ビーム形状変形部10Bから射出されるビームLB1bのスロット状(長楕円状)の断面分布の長軸方向と、ビーム形状変形部10Cから射出されるビームLB1cのスロット状(長楕円状)の断面分布の長軸方向とは、約90度の角度を成す。 In the configurations of Figures 5A to 5C, the direction of the generatrix Ds of the cylindrical lenses 10G3 and 10G4 in the beam compression system OM2 on the beam shape transformation unit 10B side and the direction of the generatrix Ds of the cylindrical lenses 10G3 and 10G4 in the beam compression system OM2 on the beam shape transformation unit 10C side are set to form approximately 90 degrees when viewed in a plane perpendicular to the optical axes AXb and AXc. As shown in Figure 5C, for example, when viewed from the mirrors M2B and M2C in Figure 4, the generatrix Ds of the cylindrical lenses 10G3 and 10G4 on the beam shape transformation unit 10B side is rotated 45 degrees counterclockwise from the Y axis, and the generatrix Ds of the cylindrical lenses 10G3 and 10G4 on the beam shape transformation unit 10C side is rotated 45 degrees clockwise from the Y axis. As a result, the major axis direction of the slot-shaped (oblong) cross-sectional distribution of beam LB1b emitted from beam shape deformation section 10B and the major axis direction of the slot-shaped (oblong) cross-sectional distribution of beam LB1c emitted from beam shape deformation section 10C form an angle of approximately 90 degrees.

また、図4に示したビーム形状変形部10Aは、他のビーム形状変形部10B、10Cと光路長を合わせる為、図5A、図5Bに示したビーム圧縮系OM2(2つのシリンドリカルレンズ10G3、10G4)の代わりに単なる平行平板(石英製)を挿入した構成になっている。従って、ビーム形状変形部10Aは、ビーム拡大系OM1、平行平板、ビーム縮小系OM3で構成される。但し、光路長を合せる必要が無い場合、ビーム形状変形部10A自体を省略することもできる。なお、2つのシリンドリカルレンズ10G3、10G4のいずれか一方、又は両方の入射面或いは出射面は、非球面レンズのように、完全な円筒面でなく、高次関数等で近似される近似円筒面としても良い。 In addition, the beam shape transformation unit 10A shown in FIG. 4 is configured by inserting a simple parallel plate (made of quartz) instead of the beam compression system OM2 (two cylindrical lenses 10G3, 10G4) shown in FIG. 5A and FIG. 5B in order to match the optical path length with the other beam shape transformation units 10B and 10C. Therefore, the beam shape transformation unit 10A is composed of a beam expansion system OM1, a parallel plate, and a beam reduction system OM3. However, if it is not necessary to match the optical path length, the beam shape transformation unit 10A itself can be omitted. Note that the entrance surface or exit surface of either one or both of the two cylindrical lenses 10G3 and 10G4 may not be a perfect cylindrical surface like an aspherical lens, but may be an approximate cylindrical surface approximated by a higher-order function, etc.

本実施の形態では、図5Cに示すように、2つのシリンドリカルレンズ10G3、10G4の母線Dsの方向は、Y軸から約45度に設定されるが、2つのシリンドリカルレンズ10G3、10G4を一体的に鏡筒に保持し、その鏡筒を光軸AXb(AXc)の回りに回転可能に構成することで、スロット状(長楕円状)になるスポット光SPb、SPcの長軸方向をシート基板P上で任意の方向に設定(回転)することができる。なお、図1に示したビーム合成部BD2Aの構成は、図4に示したビーム合成部BD1AをZ軸と平行な軸線の回りに180度回転させた配置となっており、ビーム合成部BD2A内のビーム形状変形部10A、10B、10Cも、図5A~図5Cに示した光学部材と同様に構成される。In this embodiment, as shown in FIG. 5C, the direction of the generatrix Ds of the two cylindrical lenses 10G3 and 10G4 is set at about 45 degrees from the Y axis, but by holding the two cylindrical lenses 10G3 and 10G4 integrally in a lens barrel and configuring the lens barrel to be rotatable around the optical axis AXb (AXc), the major axis direction of the slot-shaped (elliptical) spot lights SPb and SPc can be set (rotated) in any direction on the sheet substrate P. Note that the configuration of the beam combining unit BD2A shown in FIG. 1 is an arrangement in which the beam combining unit BD1A shown in FIG. 4 is rotated 180 degrees around an axis parallel to the Z axis, and the beam shape transformation units 10A, 10B, and 10C in the beam combining unit BD2A are also configured in the same manner as the optical members shown in FIGS. 5A to 5C.

図5A~図5Cの構成では、ビーム圧縮系OM2の前にビーム拡大系OM1、後にビーム縮小系OM3を設けたが、それらを省略してビーム圧縮系OM2のみでビーム形状変形部10B、10Cを構成しても良い。しかしながら、最終的にシート基板P上に投射されるスロット状(又は長楕円状)のスポット光SPb、SPcの寸法(特に長軸方向の長さ)を調整する必要がある場合には、ビーム拡大系OM1とビーム縮小系OM3とを設けることによって、スポット光SPb、SPcの大きさを所望の寸法に設定することができる。 In the configuration of Figures 5A to 5C, a beam expansion system OM1 is provided before the beam compression system OM2 and a beam reduction system OM3 is provided after it, but these may be omitted and the beam shape deformation units 10B, 10C may be constructed using only the beam compression system OM2. However, if it is necessary to adjust the dimensions (particularly the length in the major axis direction) of the slot-shaped (or oblong) spot lights SPb, SPc that are ultimately projected onto the sheet substrate P, the size of the spot lights SPb, SPc can be set to the desired dimensions by providing a beam expansion system OM1 and a beam reduction system OM3.

次に図6を参照して、図1に示したビームスイッチング部BD1B、BD2Bの詳細な構成を説明する。ビームスイッチング部BD1B、BD2Bの基本的な構成は同じであり、図1において、ビームスイッチング部BD2Bは、Z軸と平行な軸線の回りにビームスイッチング部BD1Bの全体を180度回転させた配置になっている。そこで、代表してビームスイッチング部BD1Bの構成を図6に基づいて説明する。図6は、図4で示したビーム合成部BD1A中のレンズGK1から奇数番の描画ユニットMU1、MU3に至るまでのビームスイッチング部BD1Bの概略的な光路を表わした斜視図であり、直交座標系XYZは図1中の座標系XYZと同じに設定される。Next, the detailed configuration of the beam switching units BD1B and BD2B shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 6. The beam switching units BD1B and BD2B have the same basic configuration, and in FIG. 1, the beam switching unit BD2B is arranged by rotating the entire beam switching unit BD1B by 180 degrees around an axis parallel to the Z axis. Therefore, the configuration of the beam switching unit BD1B will be described with reference to FIG. 6 as a representative. FIG. 6 is a perspective view showing a schematic optical path of the beam switching unit BD1B from the lens GK1 in the beam synthesis unit BD1A shown in FIG. 4 to the odd-numbered drawing units MU1 and MU3, and the orthogonal coordinate system XYZ is set to the same as the coordinate system XYZ in FIG. 1.

レンズGK1からのビームLB1(LB1a、LB1b、LB1c)は、光軸AXsと平行に-Y方向に進み、ビームスプリッタM40によって-Z方向に垂直に反射され、ミラーM41、ミラーM42によって-X方向に進むように偏向されて、レンズGK2に入射する。ビームスプリッタM40は、ビームLB1(LB1a、LB1b、LB1c)の光量の数%以下の光量成分を透過させた計測ビームMLBとし、残りの光量成分を-Z方向に反射させる。計測ビームMLBは不図示のビームモニター系に入射され、ビームモニター系は3つのビームLB1a、LB1b、LB1cの各々の光量(光強度、又は光エネルギー)やビーム間の位置関係の変動等を計測する。 Beam LB1 (LB1a, LB1b, LB1c) from lens GK1 travels in the -Y direction parallel to the optical axis AXs, is reflected perpendicularly to the -Z direction by beam splitter M40, is deflected by mirrors M41 and M42 to travel in the -X direction, and enters lens GK2. Beam splitter M40 transmits a light component of beam LB1 (LB1a, LB1b, LB1c) that is a few percent or less of the light amount, and makes it into measurement beam MLB, and reflects the remaining light component in the -Z direction. Measurement beam MLB is entered into a beam monitor system (not shown), which measures the light amount (light intensity or light energy) of each of the three beams LB1a, LB1b, LB1c, as well as fluctuations in the positional relationship between the beams.

図6において、ビームスプリッタM40とミラーM41との間の面OPsは、レンズGK1の後側焦点の位置であり、面OPsでは、ビームLB1a、LB1b、LB1cの各々のビームウェスト(スポット)が先の図3BのようにY方向に並ぶ。面OPsから発散光束となって進むビームLB1aの主光線(中心光線)は光軸AXsと同軸であり、面OPsから発散光束となって進むビームLB1b、LB1cの各々の主光線(中心光線)は、いずれも光軸AXsと平行である。前側焦点の位置が面OPsとなるように配置されたレンズGK2を通ったビームLB1a、LB1b、LB1cは、それぞれ平行光束に変換されると共に、図6中のXY面内で互いに所定の角度で交差するように傾けられる。In FIG. 6, the plane OPs between the beam splitter M40 and the mirror M41 is the position of the rear focal point of the lens GK1, and on the plane OPs, the beam waists (spots) of the beams LB1a, LB1b, and LB1c are aligned in the Y direction as shown in FIG. 3B. The chief ray (central ray) of the beam LB1a, which travels as a diverging beam from the plane OPs, is coaxial with the optical axis AXs, and the chief ray (central ray) of each of the beams LB1b and LB1c, which travel as a diverging beam from the plane OPs, is both parallel to the optical axis AXs. The beams LB1a, LB1b, and LB1c that pass through the lens GK2, which is arranged so that the position of the front focal point is the plane OPs, are each converted into a parallel beam and tilted so as to intersect with each other at a predetermined angle in the XY plane in FIG. 6.

レンズGK2を-X方向に通ったビームLB1a、LB1b、LB1cは、初段の音響光学変調素子AM3に入射する。その際、3つのビームLB1a、LB1b、LB1cが、音響光学変調素子AM3の結晶内のXY面と平行な面内で交差するように、レンズGK2の後側焦点の位置に音響光学変調素子AM3が配置されている。従って、レンズGK1とレンズGK2とによるリレー光学系によって、図4に示した面OPmと初段の音響光学変調素子AM3とは共役関係になっている。音響光学変調素子AM3は、入射するビームに対してブラッグ回折の条件となるように設置され、その回折方向は-Z方向となっている。そして、音響光学変調素子AM3がオン状態(高周波の駆動信号が印加中の状態)の間、音響光学変調素子AM3からは、入射したビームLB1a、LB1b、LB1cの各々の0次ビーム(平行光束)と1次回折ビーム(平行光束)とが発生する。それらの0次ビームと1次回折ビームとは、ミラーM43、M44によって折り返し反射され、+X方向に進んでレンズGK3に入射する。 The beams LB1a, LB1b, and LB1c that pass through the lens GK2 in the -X direction are incident on the first-stage acousto-optical modulation element AM3. The acousto-optical modulation element AM3 is disposed at the rear focal point of the lens GK2 so that the three beams LB1a, LB1b, and LB1c intersect in a plane parallel to the XY plane in the crystal of the acousto-optical modulation element AM3. Therefore, the plane OPm shown in FIG. 4 and the first-stage acousto-optical modulation element AM3 are in a conjugate relationship due to the relay optical system formed by the lenses GK1 and GK2. The acousto-optical modulation element AM3 is disposed so that the conditions for Bragg diffraction are satisfied for the incident beam, and the diffraction direction is in the -Z direction. Then, while the acousto-optical modulation element AM3 is in an on state (a state in which a high-frequency drive signal is being applied), a zero-order beam (parallel light beam) and a first-order diffracted beam (parallel light beam) of each of the incident beams LB1a, LB1b, and LB1c are generated from the acousto-optical modulation element AM3. The zero-order beam and the first-order diffracted beam are reflected back by mirrors M43 and M44, and travel in the +X direction to be incident on the lens GK3.

レンズGK3の前側焦点の位置は音響光学変調素子AM3の結晶内に設定されているので、レンズGK3から+X方向に進むビームLB1a、LB1b、LB1cの各々の0次ビームの主光線(中心光線)と各々の1次回折ビームの主光線(中心光線)とは、光軸AXsと平行になると共に、互いにYZ面(光軸AXsと垂直な面)内では分離した状態になる。ビームLB1a、LB1b、LB1cの各々の1次回折ビームは、レンズGK3の後側焦点の位置に設けられた落射ミラーIM3の45度の反射面で選択的に-Z方向に反射され、ビームLB1a、LB1b、LB1cの各々の0次ビームは落射ミラーIM3の+Z方向の上方空間を通過する。なお、音響光学変調素子AM3をブラッグ回折の条件で用いる場合、発生する1次回折ビームの光量は入射ビームの80~90%となり、残りが0次ビームの光量となる。 The position of the front focal point of the lens GK3 is set within the crystal of the acousto-optical modulator AM3, so that the chief ray (center ray) of each of the zeroth order beams of the beams LB1a, LB1b, and LB1c traveling in the +X direction from the lens GK3 and the chief ray (center ray) of each of the first order diffracted beams are parallel to the optical axis AXs and are separated from each other in the YZ plane (plane perpendicular to the optical axis AXs). Each of the first order diffracted beams of the beams LB1a, LB1b, and LB1c is selectively reflected in the -Z direction by the 45-degree reflecting surface of the epi-mirror IM3 provided at the position of the rear focal point of the lens GK3, and each of the zeroth order beams of the beams LB1a, LB1b, and LB1c passes through the space above the epi-mirror IM3 in the +Z direction. When the acousto-optical modulation element AM3 is used under Bragg diffraction conditions, the amount of light of the generated first-order diffracted beam is 80 to 90% of the incident beam, and the remainder is the amount of light of the zeroth-order beam.

ここで、図7A、図7Bを参照して、音響光学変調素子AM3から落射ミラーIM3に至る光路内での各ビームの状態を詳細に説明する。図7Aは、その光路をXY面内で見たものであり、図7Bは、その光路をXZ面内で見たものである。図7Aに示すように、XY面内で見たとき、平行光束となっているビームLB1a、LB1b、LB1cの各々は音響光学変調素子AM3の結晶内の位置Pe(レンズGK2の後側焦点であって、且つレンズGK3の前側焦点の位置)で交差する。図7Bに示すように、音響光学変調素子AM3に入射するビームLB1a、LB1b、LB1cの各々は、XZ面内で見たときに光軸AXsに沿っているが、オン状態の音響光学変調素子AM3からは、ビームLB1aの0次ビームB3aoと1次回折ビームB3a、ビームLB1bの0次ビームB3boと1次回折ビームB3b、及びビームLB1cの0次ビームB3coと1次回折ビームB3cが発生し、1次回折ビームB3a、1次回折ビームB3b、1次回折ビームB3cはそれぞれの0次ビームに対して所定の回折角で-Z方向に偏向される。 Now, referring to Figures 7A and 7B, the state of each beam in the optical path from the acousto-optical modulation element AM3 to the incident light mirror IM3 will be described in detail. Figure 7A shows the optical path as viewed in the XY plane, and Figure 7B shows the optical path as viewed in the XZ plane. As shown in Figure 7A, when viewed in the XY plane, each of the beams LB1a, LB1b, and LB1c, which are parallel light beams, intersect at position Pe (the rear focus of lens GK2 and the front focus of lens GK3) within the crystal of the acousto-optical modulation element AM3. As shown in FIG. 7B, each of the beams LB1a, LB1b, and LB1c incident on the acousto-optical modulation element AM3 is aligned along the optical axis AXs when viewed in the XZ plane, but when the acousto-optical modulation element AM3 is in the on state, a zeroth-order beam B3ao and a first-order diffracted beam B3a of the beam LB1a, a zeroth-order beam B3bo and a first-order diffracted beam B3b of the beam LB1b, and a zeroth-order beam B3co and a first-order diffracted beam B3c of the beam LB1c are generated, and the first-order diffracted beam B3a, the first-order diffracted beam B3b, and the first-order diffracted beam B3c are deflected in the -Z direction at a predetermined diffraction angle with respect to their respective zeroth-order beams.

XY面内で見ると、0次ビームB3aoと1次回折ビームB3a、0次ビームB3boと1次回折ビームB3b、並びに0次ビームB3coと1次回折ビームB3cは、それぞれ上下に重なった状態となる。レンズGK3を通った0次ビームB3ao、B3bo、B3coの各々は、収斂光束になってXY面内で光軸AXsと平行に進み、落射ミラーIM3の反射面が位置する面Pso(レンズGK3の後側焦点の位置)でビームウェスト(スポット)になった後、落射ミラーIM3の+Z方向の上方空間を発散光束となって進む。レンズGK3を通った1次回折ビームB3a、B3b、B3cの各々も収斂光束となり、光軸AXsから-Z方向に一定距離だけ離れた光路を光軸AXsと平行に進み、面Psoでビームウェストになると共に、落射ミラーIM3の反射面で-Z方向に反射される。When viewed in the XY plane, the zeroth-order beam B3ao and the first-order diffracted beam B3a, the zeroth-order beam B3bo and the first-order diffracted beam B3b, and the zeroth-order beam B3co and the first-order diffracted beam B3c are each vertically overlapped. After passing through the lens GK3, the zeroth-order beams B3ao, B3bo, and B3co each become a convergent beam and travel parallel to the optical axis AXs in the XY plane, and then become a beam waist (spot) at the plane Pso (the rear focal position of the lens GK3) where the reflecting surface of the epi-mirror IM3 is located, and then travel as a divergent beam in the space above the epi-mirror IM3 in the +Z direction. Each of the first-order diffracted beams B3a, B3b, and B3c that pass through lens GK3 also becomes a convergent light beam, travels parallel to the optical axis AXs along an optical path that is a certain distance away from the optical axis AXs in the -Z direction, becomes a beam waist at plane Pso, and is reflected in the -Z direction by the reflecting surface of the epi-illumination mirror IM3.

落射ミラーIM3の反射面で反射された1次回折ビームB3a、B3b、B3c(中心光線は互いに平行)は、発散光束となって、描画ユニットMU3に向かう。図7A、図7Bにおいて、落射ミラーIM3から描画ユニットMU3に向かう光路の光軸AXu3は、先の図2、図3A、図3Bで説明したビームエキスパンダーBEX(レンズLGa、LGb)の光軸AXunに対応している。 The first-order diffracted beams B3a, B3b, and B3c (whose central rays are parallel to each other) reflected by the reflecting surface of the epi-mirror IM3 become divergent light beams and travel toward the imaging unit MU3. In Figures 7A and 7B, the optical axis AXu3 of the optical path from the epi-mirror IM3 toward the imaging unit MU3 corresponds to the optical axis AXun of the beam expander BEX (lenses LGa, LGb) described in Figures 2, 3A, and 3B.

再び図6の説明に戻り、音響光学変調素子AM3がオフ状態(高周波の駆動信号が非印加の状態)の場合、音響光学変調素子AM3に入射する3つのビームLB1a、LB1b、LB1cの各々は、回折されずにそのまま透過してレンズGK3に入射し、図7A、図7Bで示した0次ビームB3ao、B3bo、B3coと同じ光路に沿って落射ミラーIM3の上方空間を通過してミラーM45に達する。ミラーM45は、3つのビームLB1a、LB1b、LB1c(各々の中心光線は互いにXY面内で平行)を-Y方向に反射させてミラーM46に向ける。ミラーM46は、ビームLB1a、LB1b、LB1cを更に-X方向に反射させてレンズGK4に向ける。レンズGK4の前側焦点の位置は、落射ミラーIM3の反射面又はその極近傍に形成されるビームウェストの位置(図7A、図7B中の面Psoと同様の位置)に設定される。Returning to the explanation of FIG. 6, when the acousto-optical modulation element AM3 is in the off state (high-frequency drive signal is not applied), each of the three beams LB1a, LB1b, and LB1c incident on the acousto-optical modulation element AM3 is not diffracted but passes through the lens GK3 and reaches the mirror M45 after passing through the space above the incident light mirror IM3 along the same optical path as the zero-order beams B3ao, B3bo, and B3co shown in FIG. 7A and FIG. 7B. The mirror M45 reflects the three beams LB1a, LB1b, and LB1c (whose central rays are parallel to each other in the XY plane) in the -Y direction toward the mirror M46. The mirror M46 further reflects the beams LB1a, LB1b, and LB1c in the -X direction toward the lens GK4. The position of the front focal point of the lens GK4 is set to the position of the beam waist formed on the reflecting surface of the epi-illumination mirror IM3 or in its immediate vicinity (the same position as the plane Pso in FIGS. 7A and 7B).

レンズGK4を通ったビームLB1aは平行光束に変換されて光軸AXsと同軸に進み、レンズGK4を通ったビームLB1b、LB1cの各々は平行光束に変換されると共に、ビームLB1a(光軸AXs)と交差するようにXY面内で傾いて進む。レンズGK4の後側焦点の位置には音響光学変調素子AM1が配置され、レンズGK4から射出した3つのビームLB1a、LB1b、LB1c(平行光束)は、先の図7Aで示した状態と同様に音響光学変調素子AM1の結晶内で交差する。音響光学変調素子AM1がオン状態のとき、音響光学変調素子AM1からは、ビームLB1aの0次ビームB1aoと1次回折ビームB1a、ビームLB1bの0次ビームB1boと1次回折ビームB1b、並びにビームLB1cの0次ビームB1coと1次回折ビームB1cが、図7A、図7Bと同様の状態で射出する。 Beam LB1a that passes through lens GK4 is converted into a parallel beam and travels coaxially with optical axis AXs, while beams LB1b and LB1c that pass through lens GK4 are each converted into a parallel beam and travel at an angle in the XY plane so as to intersect with beam LB1a (optical axis AXs). Acousto-optical modulation element AM1 is disposed at the rear focal position of lens GK4, and the three beams LB1a, LB1b, and LB1c (parallel beams) emitted from lens GK4 intersect within the crystal of acousto-optical modulation element AM1, similar to the state shown in Figure 7A above. When the acousto-optical modulation element AM1 is in the on state, the zeroth-order beam B1ao and first-order diffracted beam B1a of beam LB1a, the zeroth-order beam B1bo and first-order diffracted beam B1b of beam LB1b, and the zeroth-order beam B1co and first-order diffracted beam B1c of beam LB1c are emitted from the acousto-optical modulation element AM1 in a state similar to that shown in Figures 7A and 7B.

音響光学変調素子AM1から射出する0次ビームB1ao、B1bo、B1co(いずれも平行光束)と、所定の回折角で-Z方向に偏向された1次回折ビームB1a、B1b、B1c(いずれも平行光束)とは、ミラーM47、M48によってXY面内で折り返されて+X方向に進み、レンズGK5に入射する。レンズGK5の前側焦点の位置は音響光学変調素子AM1の結晶内に設定され、レンズGK5の後側焦点の位置には、先の落射ミラーIM3と同様の落射ミラーIM1が配置される。先の図7A、図7Bで説明した状態と同様に、音響光学変調素子AM1がオン状態のとき、1次回折ビームB1a、B1b、B1cの各々は、落射ミラーIM1の45度の反射面又はその極近傍の位置でビームウェストに収斂されると共に、描画ユニットMU1側の光軸AXu1に沿って-Z方向に反射される。なお、以上の構成において、音響光学変調素子AM1と音響光学変調素子AM3は、2つのレンズGK3、GK4による等倍のリレー光学系(結像系)によって、互いに共役の関係に設定されている。 The zero-order beams B1ao, B1bo, and B1co (all parallel beams) emitted from the acousto-optical modulation element AM1 and the first-order diffracted beams B1a, B1b, and B1c (all parallel beams) deflected in the -Z direction at a predetermined diffraction angle are folded back in the XY plane by mirrors M47 and M48, proceed in the +X direction, and enter the lens GK5. The position of the front focal point of the lens GK5 is set within the crystal of the acousto-optical modulation element AM1, and the epi-mirror IM1 similar to the epi-mirror IM3 is placed at the position of the rear focal point of the lens GK5. As in the state described in Figures 7A and 7B above, when the acousto-optical modulation element AM1 is in the on state, each of the first-order diffracted beams B1a, B1b, and B1c is converged to a beam waist on the 45-degree reflecting surface of the epi-mirror IM1 or a position very close to it, and is reflected in the -Z direction along the optical axis AXu1 on the drawing unit MU1 side. In the above configuration, the acousto-optic modulation element AM1 and the acousto-optic modulation element AM3 are set in a conjugate relationship with each other by a unit-magnification relay optical system (imaging system) consisting of two lenses GK3 and GK4.

図6、図7A、図7Bで示した奇数番側の落射ミラーIM1、IM3(偶数番側の落射ミラーIM2、IM4)の各々で反射されたビームBna、Bnb、Bnc(n=1~4)の各々は、その中心光線が光軸AXun(n=1~4)と平行であるが、発散光束である。その為、ビームBna、Bnb、Bncの各々を互いに交差する平行光束に変換する為、ビームスイッチング部BD1B、BD2Bの光路の終段には、図8のようなレンズGK6が設けられる。図8は、ビームスイッチング部BD1B、BD2Bの各々から描画ユニットMU1~MU4の各々のビームエキスパンダーBEXのレンズLGaに入射するビームBna、Bnb、Bncの状態を示す斜視図である。 The beams Bna, Bnb, Bnc (n = 1 to 4) reflected by the odd-numbered incident mirrors IM1, IM3 (even-numbered incident mirrors IM2, IM4) shown in Figures 6, 7A, and 7B each have a central ray parallel to the optical axis AXun (n = 1 to 4), but are divergent beams. Therefore, in order to convert each of the beams Bna, Bnb, Bnc into parallel beams that intersect with each other, a lens GK6 as shown in Figure 8 is provided at the final stage of the optical path of the beam switching units BD1B, BD2B. Figure 8 is a perspective view showing the state of the beams Bna, Bnb, Bnc incident on the lens LGa of the beam expander BEX of each of the drawing units MU1 to MU4 from each of the beam switching units BD1B, BD2B.

図8において、光軸AXunと同軸にレンズGK6に入射するビームBna(発散光束)は、レンズGK6から平行光束(直径1mm程度)となって、図2で示したミラーM10で-Xt方向に直角に反射され、光軸AXunと同軸にビームエキスパンダーBEXのレンズLGaに入射する。レンズGK6とレンズLGaの間の光路中に設定される面Pe’は、レンズGK6の後側焦点の位置であると共に、レンズLGaの前側焦点の位置になっている。 In Figure 8, beam Bna (divergent light beam) incident on lens GK6 coaxially with optical axis AXun becomes a parallel light beam (diameter about 1 mm) from lens GK6, is reflected at a right angle in the -Xt direction by mirror M10 shown in Figure 2, and is incident on lens LGa of beam expander BEX coaxially with optical axis AXun. Plane Pe' set in the optical path between lenses GK6 and LGa is the rear focal position of lens GK6 and the front focal position of lens LGa.

また、レンズGK6の前側焦点は、図7A、図7Bに示した面Psoの位置に設定されている。その為、レンズGK6に入射するビームBnb、Bnc(発散光束)の各々は、レンズGK6から平行光束(直径1mm程度)に変換されると共に、面Pe’内の光軸AXunの位置で交差し、ミラーM10で反射されてビームエキスパンダーBEXのレンズLGaを通って、描画ユニットMUn(n=1~4)内に導光される。ビームエキスパンダーBEXのレンズLGaを通ったビームBna、Bnb、Bncの各々は、先の図3A、図3Bで説明したように、光軸AXunと平行に進むと共に、それぞれ面OPaでスポットSPa’、SPb’、SPc’となるように収斂する。 The front focus of the lens GK6 is set at the position of the plane Pso shown in Figures 7A and 7B. Therefore, each of the beams Bnb and Bnc (divergent light beams) incident on the lens GK6 is converted from the lens GK6 into a parallel light beam (diameter about 1 mm), intersects with the position of the optical axis AXun in the plane Pe', is reflected by the mirror M10, passes through the lens LGa of the beam expander BEX, and is guided into the drawing unit MUn (n = 1 to 4). As explained in Figures 3A and 3B above, each of the beams Bna, Bnb, and Bnc that pass through the lens LGa of the beam expander BEX advances parallel to the optical axis AXun and converges to become spots SPa', SPb', and SPc' on the plane OPa, respectively.

以上の図1~図8のように構成されたパターン露光装置EXによってシート基板P上にパターンを描画する動作の一例として、図9A、図9Bのようなパターンを描画する場合を説明する。図9Aは、シート基板P上に露光される8本のラインによるライン&スペース(L&S)パターンPT1、PT2、PT3を表し、図9Bは、そのパターンの拡大した一部分の領域Accの描画データ上の画素マップ(ビットマップ)情報を表す。このような画素マップ情報は、先の図4に示した制御装置100内の描画データ記憶部100B内に予め記憶されている。 As an example of the operation of drawing a pattern on a sheet substrate P by the pattern exposure apparatus EX configured as shown in Figures 1 to 8 above, the case of drawing a pattern as shown in Figures 9A and 9B will be described. Figure 9A shows line and space (L&S) patterns PT1, PT2, PT3 consisting of eight lines exposed onto the sheet substrate P, and Figure 9B shows pixel map (bitmap) information on the drawing data of an enlarged partial area Acc of the pattern. Such pixel map information is pre-stored in the drawing data storage unit 100B in the control device 100 shown in Figure 4 above.

図9Aにおいて、パターンPT1は、Xt方向(副走査方向)に線状に延びた線幅20μmの8本のライン(黒線)をYt方向(主走査方向)にスペース幅20μmで並べたL&Sパターンであり、パターンPT3は、Yt方向に線状に延びた線幅10μmの8本のライン(黒線)をXt方向にスペース幅10μmで並べたL&Sパターンである。そして、パターンPT2は、パターンPT1とパターンPT3の各々の8本のラインを、Xt方向やYt方向に対して約45度傾いた8本のラインで接続するL&Sパターンである。パターンPT2の8本のライン(黒線)の各々の線幅は約10μmで、スペース幅は約21.3μmに設定される。このようなパターンPT1、PT2、PT3の構成は、電子デバイス上の配線層として、度々、設けられる。 In FIG. 9A, pattern PT1 is an L&S pattern in which eight lines (black lines) with a line width of 20 μm extending linearly in the Xt direction (sub-scanning direction) are arranged with a space width of 20 μm in the Yt direction (main scanning direction), and pattern PT3 is an L&S pattern in which eight lines (black lines) with a line width of 10 μm extending linearly in the Yt direction are arranged with a space width of 10 μm in the Xt direction. Pattern PT2 is an L&S pattern in which the eight lines of patterns PT1 and PT3 are connected by eight lines inclined at about 45 degrees to the Xt direction and the Yt direction. Each of the eight lines (black lines) of pattern PT2 has a line width of about 10 μm, and the space width is set to about 21.3 μm. Such configurations of patterns PT1, PT2, and PT3 are often provided as wiring layers on electronic devices.

図9Aに示した領域Acc内では、パターンPT2の斜めラインPT2aとパターンPT3のYt方向に延びた直線ラインPT3aとが約135度で接続され、パターンPT2の斜めラインPT2bとパターンPT3のYt方向に延びた直線ラインPT3bとが約135度で接続されている。その場合、図9Bに示すように、領域Accに対応した画素マップ(ビットマップ)上では、1つの画素Picのサイズがシート基板P上で、例えば2×2μmの正方形で規定される為、直線ラインPT3a、PT3bの各々の線幅方向(Xt方向)はハッチングで示した5画素(5Pic)に設定される。そして、直線ラインPT3a、PT3bの間のXt方向のスペース幅も5画素(5Pic)に設定される。一方、45度の斜めラインPT2a、PT2bは、線幅が約10μmに設定されるので、Yt方向(又はXt方向)の寸法は約14.1μmとなり、Yt方向とXt方向の各々にハッチングで示した7画素(7Pic)が設定される。9A, the diagonal line PT2a of the pattern PT2 and the straight line PT3a of the pattern PT3 extending in the Yt direction are connected at about 135 degrees, and the diagonal line PT2b of the pattern PT2 and the straight line PT3b of the pattern PT3 extending in the Yt direction are connected at about 135 degrees. In this case, as shown in FIG. 9B, on the pixel map (bitmap) corresponding to the region Acc, the size of one pixel Pic is defined as, for example, a square of 2×2 μm on the sheet substrate P, so that the line width direction (Xt direction) of each of the straight lines PT3a and PT3b is set to 5 pixels (5 Pic) as shown by hatching. And the space width in the Xt direction between the straight lines PT3a and PT3b is also set to 5 pixels (5 Pic). On the other hand, the 45-degree diagonal lines PT2a and PT2b are set to a line width of approximately 10 μm, so that the dimension in the Yt direction (or Xt direction) is approximately 14.1 μm, and seven pixels (7 Pics) indicated by hatching are set in each of the Yt and Xt directions.

図9Bにおいて、画素Picは、描画データ上で1ビットの「0」又は「1」で規定され、例えば、画素Picが「1」のときは、スポット光SPa、SPb、SPcのいずれかがクロック信号CLKのクロックパルスに応答して、シート基板P上にパルス露光される。その際、図9Bの領域Accにおける描画データは、スポット光の主走査方向が-Yt方向(図9B中の左から右)に設定されている場合、描画データの1描画ライン分のデータ列、例えば図9B中のデータ列AL1、AL2中の画素ビット情報は、クロック信号CLKに応答して、左から右に順次読み出される。その読み出されたビット情報が、図4に示したビットストリーム状の描画信号SDa、SDb、SDcとして、光源装置LS1A、LS1B、LS1Cに印加される。なお、データ列AL1、AL2の各々は、図1、図2に示した描画ラインSLn(n=1~4)のYt方向の最大長をLmy(μm)とし、画素PicのYt方向の画素寸法をYpi(μm)としたとき、Lmy/Ypi分の画素数のビット列を有する。 In FIG. 9B, pixel Pic is defined as one bit of "0" or "1" in the drawing data. For example, when pixel Pic is "1", one of spot lights SPa, SPb, SPc is pulse-exposed on sheet substrate P in response to clock pulses of clock signal CLK. In this case, when the main scanning direction of the spot light is set to the -Yt direction (from left to right in FIG. 9B), the drawing data in area Acc in FIG. 9B is a data string for one drawing line of drawing data, for example, pixel bit information in data strings AL1 and AL2 in FIG. 9B, is read out sequentially from left to right in response to clock signal CLK. The read bit information is applied to light source devices LS1A, LS1B, and LS1C as bit stream-like drawing signals SDa, SDb, and SDc shown in FIG. 4. Each of the data strings AL1 and AL2 has a bit string of pixels equal to Lmy/Ypi, where Lmy (μm) is the maximum length in the Yt direction of the drawing line SLn (n=1 to 4) shown in Figures 1 and 2, and Ypi (μm) is the pixel dimension of the pixel Pic in the Yt direction.

本実施の形態では、例えば、奇数番の描画ユニットMU1、MU3、MU5のいずれかが、図9Aのような斜めラインを含むパターンを露光する際、光源装置LS1AからのビームLB1aによる円形のスポット光SPaと、光源装置LS1BからのビームLB1bによるスロット状のスポット光SPbと、光源装置LS1CからのビームLB1cによるスロット状のスポット光SPcとを、選択的に高速に切り換えながらパターン描画を行う。そこで、本実施の形態では、図9Bに示したような描画データを基本描画データ(基本のデータ列ALx)とし、Xt方向に並ぶ画素の番地をxとしたとき、円形のスポット光SPaによって描画すべきパターン部分に対応した第1のデータ列ALxaと、-45度に傾いたスロット状のスポット光SPbによって描画すべきパターン部分に対応した第2のデータ列ALxbと、そして+45度に傾いたスロット状のスポット光SPcによって描画すべきパターン部分に対応した第3のデータ列ALxcとの3つのデータ列が生成されて記憶されるものとする。In this embodiment, for example, when any of the odd-numbered drawing units MU1, MU3, MU5 exposes a pattern including diagonal lines as shown in Figure 9A, the pattern is drawn by selectively switching at high speed between a circular spot light SPa formed by a beam LB1a from light source device LS1A, a slot-shaped spot light SPb formed by a beam LB1b from light source device LS1B, and a slot-shaped spot light SPc formed by a beam LB1c from light source device LS1C. Therefore, in this embodiment, when the drawing data as shown in FIG. 9B is taken as the basic drawing data (basic data string ALx) and the address of the pixels arranged in the Xt direction is taken as x, three data strings are generated and stored: a first data string ALxa corresponding to the pattern portion to be drawn by the circular spot light SPa, a second data string ALxb corresponding to the pattern portion to be drawn by the slot-shaped spot light SPb inclined at -45 degrees, and a third data string ALxc corresponding to the pattern portion to be drawn by the slot-shaped spot light SPc inclined at +45 degrees.

図10は、一例として、図9Bに示したパターンPT2中の1本の斜めラインパターンの一部分を描画する場合の動作を説明する図である。図10において、シート基板P上での画素PicのXt方向の寸法XpiとYt方向の寸法YpiはXpi=Ypiに設定される。円形のスポット光SPaの実効的な寸法(直径)は、画素Picの寸法Xpi、Ypiと同等、又はそれよりも少し大きい値に設定される。その実効的な直径とは、スポット光SPaの強度分布をガウス分布、或いは近似ガウス分布としたとき、ピーク強度の1/e2又は1/2のレベルとなる直径を意味する。また、45度に傾いたスロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcの各々の長軸方向の実効的な寸法も、正方形の画素Picの寸法Xpi、Ypi、或いは画素Picの対角寸法(Xpi、Ypiの約1.4倍)と同等、又はそれよりも少し大きい値に設定される。 Fig. 10 is a diagram for explaining an operation in the case of drawing a part of one oblique line pattern in the pattern PT2 shown in Fig. 9B as an example. In Fig. 10, the dimension Xpi in the Xt direction and the dimension Ypi in the Yt direction of the pixel Pic on the sheet substrate P are set to Xpi = Ypi. The effective dimension (diameter) of the circular spot light SPa is set to a value equal to or slightly larger than the dimensions Xpi, Ypi of the pixel Pic. The effective diameter means a diameter at a level of 1/ e2 or 1/2 of the peak intensity when the intensity distribution of the spot light SPa is a Gaussian distribution or an approximate Gaussian distribution. In addition, the effective dimensions in the major axis direction of each of the slot-shaped (elliptical) spot lights SPb, SPc inclined at 45 degrees are set to be equal to or slightly larger than the dimensions Xpi, Ypi of the square pixel Pic, or the diagonal dimensions of the pixel Pic (approximately 1.4 times Xpi, Ypi).

さらに、スポット光SPbの中心は、スポット光SPaの中心に対して-Yt方向に間隔ΔYbだけ離れ、スポット光SPcの中心は、スポット光SPaの中心に対して+Yt方向に間隔ΔYcだけ離れるように設定されている。図10では、説明を分かり易くするため、間隔ΔYbと間隔ΔYcは等しく、2画素分の間隔である2・Ypiに設定されているものとするが、間隔ΔYb、ΔYcは、予め判っていれば2画素分以上であっても良い。なお、円形のスポット光SPaの実効的な寸法(直径)は、シート基板P上で設定される画素Picの寸法に対して、±50%の範囲内(好ましくは±30%の範囲内)であれば良い。 Furthermore, the center of the spot light SPb is set to be spaced apart from the center of the spot light SPa by a distance ΔYb in the -Yt direction, and the center of the spot light SPc is set to be spaced apart from the center of the spot light SPa by a distance ΔYc in the +Yt direction. In FIG. 10, for ease of explanation, the distances ΔYb and ΔYc are set to be equal, 2·Ypi, which is the distance between two pixels, but the distances ΔYb and ΔYc may be more than two pixels if they are known in advance. The effective dimensions (diameter) of the circular spot light SPa may be within a range of ±50% (preferably within a range of ±30%) of the dimensions of the pixel Pic set on the sheet substrate P.

図10のように、-45度で傾いた斜めラインパターンに対しては、-45度に傾いたスロット状のスポット光SPbが選択されて、クロック信号CLK(400MHz)の各クロックパルスに応答してスポット光SPbがパルス照射される。スポット光SPb(他のスポット光SPa、SPcも同様)のパルス照射は、主走査方向(Yt方向)に関して1つの画素Picに2パルス分となるように設定される。具体的には、クロック信号CLKの周期Tck(2.5nS)の間に、スポット光SPb(SPa、SPc)を画素PicのYt方向の寸法Ypiの1/2だけ移動させるように、ポリゴンミラーPMの回転速度の設定によって、スポット光SPb(SPa、SPc)の走査速度が0.5・Ypi/Tck(μm/nS)に設定される。 As shown in FIG. 10, for a diagonal line pattern tilted at -45 degrees, a slot-shaped spot light SPb tilted at -45 degrees is selected, and the spot light SPb is pulsed in response to each clock pulse of the clock signal CLK (400 MHz). The pulsed irradiation of the spot light SPb (as well as the other spot lights SPa, SPc) is set so that one pixel Pic receives two pulses in the main scanning direction (Yt direction). Specifically, the rotation speed of the polygon mirror PM is set so that the spot light SPb (SPa, SPc) moves by 1/2 the dimension Ypi of the pixel Pic in the Yt direction during the period Tck (2.5 nS) of the clock signal CLK, and the scanning speed of the spot light SPb (SPa, SPc) is set to 0.5·Ypi/Tck (μm/nS).

同様に、Xt方向(副走査方向)に関しても、図10に示すように、1つの画素Picに対して2回の描画ラインSL1a、SL1bが設定されるように、シート基板PのXt方向の移動速度、即ち回転ドラムDR(図1参照)の回転速度が設定される。描画ラインSL1a、SL1bは、描画ユニットMU1(他の描画ユニットMU2~MU4も同様)に入射するビームB1b(他のビームB1a、B1cも同様)が、ポリゴンミラーPMの回転方向の隣り合った反射面の各々で反射された結果で生じたものである。従って、ポリゴンミラーPMの反射面が8面の場合、ポリゴンミラーPMが45°回転する間に、シート基板Pが画素PicのXt方向の寸法Xpiの1/2だけ移動するような速度関係に設定される。Similarly, for the Xt direction (sub-scanning direction), the movement speed of the sheet substrate P in the Xt direction, i.e., the rotation speed of the rotating drum DR (see FIG. 1), is set so that two drawing lines SL1a and SL1b are set for one pixel Pic, as shown in FIG. 10. The drawing lines SL1a and SL1b are the result of the beam B1b (as well as the other beams B1a and B1c) incident on the drawing unit MU1 (as well as the other drawing units MU2 to MU4) being reflected by each of the adjacent reflecting surfaces in the rotation direction of the polygon mirror PM. Therefore, when the polygon mirror PM has eight reflecting surfaces, the speed relationship is set so that the sheet substrate P moves 1/2 the dimension Xpi of the pixel Pic in the Xt direction while the polygon mirror PM rotates 45°.

図10では、データ列AL1に沿って、-45度に傾いたスロット状のスポット光SPbが斜めラインパターン部(黒点が付された画素Pic)に照射されるように、画素ビット情報による描画信号SDb中のビット値「1」とクロック信号CLKのクロックパルスとに応じて、光源装置LS1Bのパルス発光が制御される。その間、図10に示すように、他の光源装置LS1A、LS1Cの各々に印加される描画信号SDa、SDcの画素ビット情報はビット値「0」になっている為、スポット光SPa、SPcによるパルス照射は行われない。 In Fig. 10, the pulse emission of light source device LS1B is controlled according to the bit value "1" in the drawing signal SDb based on pixel bit information and the clock pulse of the clock signal CLK so that a slot-shaped spot light SPb tilted at -45 degrees is irradiated to the diagonal line pattern portion (pixels Pic marked with black dots) along the data string AL1. Meanwhile, as shown in Fig. 10, the pixel bit information of the drawing signals SDa and SDc applied to each of the other light source devices LS1A and LS1C has a bit value of "0", so that pulse irradiation by the spot lights SPa and SPc is not performed.

図10のように、描画信号SDa、SDb、SDcの各々に含まれる同一の画素に対する画素ビット情報を選択的にビット値「0」、「1」のいずれかに設定することで、3つのスポット光SPa、SPb、SPcのいずれか1つを選択して、図9Aに示した斜めラインを含むパターンPT2や、Xt方向又はYt方向に直線的なラインを含むパターンPT1、PT3の各々に対して、露光されたパターンのエッジ部のギザギザを低減することができる。As shown in Figure 10, by selectively setting pixel bit information for the same pixel contained in each of the drawing signals SDa, SDb, SDc to either bit value "0" or "1", one of the three spot lights SPa, SPb, SPc can be selected to reduce jagged edges of the exposed pattern for each of the patterns PT2 including the diagonal lines shown in Figure 9A, and the patterns PT1 and PT3 including straight lines in the Xt or Yt direction.

図11は、図9Bに示した斜め線の一部を描画する為の描画データのうち、図9B中の領域Acc内における画素データ列AL1、AL2の各々に対応した画素ビット情報(描画信号SDa、SDb、SDc)の状態を説明する図である。データ列AL1又はAL2は、主走査方向に一列に並ぶ画素列中に、斜めラインPT2a、PT2bの部分と直線ラインPT3bの部分との両方を含む。データ列AL1、AL2とも、図9Bの領域Accは、主走査方向に関して37画素で規定される。スポット光SPaでパターン描画する為の描画信号SDaが設計上のデータ列AL1から生成されるものとすると、読み出しの最初となる図9B中の最左端の1画素目~4画素目にはビット値「0」(非描画)が記憶され、5画素目~11画素目(ハッチングした7画素分)には斜めラインPT2aに対応したビット値「1」(描画)が記憶され、12画素目~27画素目にビット値「0」(非描画)が記憶され、28画素目~37画素目に斜めラインPT2bの左側のエッジ画素と直線ラインPT3bとに対応したビット値「1」(描画)が記憶されている。 Figure 11 is a diagram explaining the state of pixel bit information (drawing signals SDa, SDb, SDc) corresponding to each of pixel data strings AL1 and AL2 in area Acc in Figure 9B, among the drawing data for drawing a portion of the diagonal line shown in Figure 9B. Data string AL1 or AL2 includes both diagonal line portions PT2a, PT2b and straight line portion PT3b in a pixel row aligned in the main scanning direction. For both data strings AL1 and AL2, area Acc in Figure 9B is defined by 37 pixels in the main scanning direction. Assuming that the drawing signal SDa for drawing a pattern with the spot light SPa is generated from the designed data string AL1, the first pixel to the fourth pixel at the left end in FIG. 9B, which is the first pixel to be read out, stores a bit value of "0" (non-drawing), the fifth pixel to the eleventh pixel (the seven hatched pixels) stores a bit value of "1" (drawing) corresponding to the diagonal line PT2a, the twelfth pixel to the 27th pixel stores a bit value of "0" (non-drawing), and the 28th pixel to the 37th pixel store a bit value of "1" (drawing) corresponding to the edge pixel to the left of the diagonal line PT2b and the straight line PT3b.

同様に、設計上のデータ列AL1に対して副走査方向に一段ずれた設計上のデータ列AL2には、6画素目~12画素目(ハッチングした画素Pic)に斜めラインPT2aに対応したビット値「1」(描画)が記憶され、13画素目~28画素目にビット値「0」(非描画)が記憶され、29画素目~37画素目に斜めラインPT2bの左側のエッジ画素と直線ラインPT3bとに対応したビット値「1」(描画)が記憶されている。Similarly, in the design data column AL2, which is shifted one step in the sub-scanning direction from the design data column AL1, a bit value of "1" (drawn) corresponding to the diagonal line PT2a is stored in the 6th to 12th pixels (hatched pixels Pic), a bit value of "0" (not drawn) is stored in the 13th to 28th pixels, and a bit value of "1" (drawn) corresponding to the edge pixel to the left of the diagonal line PT2b and the straight line PT3b is stored in the 29th to 37th pixels.

先の図10で説明したように、-45度に傾いた斜めラインPT2aはスポット光SPbで露光するので、設計上のデータ列AL1(描画信号SDa)に対応した描画信号SDb上のデータ列には、3画素目~9画素目(7画素分)にビット値「1」が設定される。図10で説明したように、スポット光SPbは、主走査方向に関してスポット光SPaよりも2画素分(ΔYb)だけ先行してパターン描画する位置に設定されている為、描画信号SDbを生成するデータ列は、描画信号SDaを生成する設計上のデータ列AL1に対して、全体的に2画素分(2ビット分)先行するようにビット値が設定される。 As explained above in Figure 10, the diagonal line PT2a inclined at -45 degrees is exposed with the spot light SPb, so the bit value "1" is set for the 3rd to 9th pixels (7 pixels) in the data string on the drawing signal SDb corresponding to the designed data string AL1 (drawing signal SDa). As explained in Figure 10, the spot light SPb is set at a position where it draws a pattern two pixels (ΔYb) ahead of the spot light SPa in the main scanning direction, so the data string generating the drawing signal SDb has bit values set so that it is generally two pixels (2 bits) ahead of the designed data string AL1 generating the drawing signal SDa.

さらに、設計上のデータ列AL1には、28画素目に斜めラインPT2bの左側のエッジ画素の為のビット値「1」が記憶され、引き続く29画素以降に直線ラインPT3bに対応したビット値「1」が記憶されている。設計上のデータ列AL1中の28画素目をスポット光SPbの2パルス分で露光する為に、設計上のデータ列AL1で生成される描画信号SDa上では、28画素目がビット値「0」(非描画)に設定され、引き続く29画素目以降がビット値「1」に設定される。併せて、描画信号SDbを生成するデータ列では、設計上のデータ列AL1の28画素目よりも2画素先行した26画素目にビット値「1」が設定される。 Furthermore, in the design data string AL1, a bit value of "1" is stored at the 28th pixel for the edge pixel on the left side of the diagonal line PT2b, and bit values of "1" corresponding to the straight line PT3b are stored at the subsequent 29th pixel and onwards. In order to expose the 28th pixel in the design data string AL1 with two pulses of the spot light SPb, in the drawing signal SDa generated by the design data string AL1, the 28th pixel is set to a bit value of "0" (non-drawing), and the subsequent 29th pixel and onwards are set to a bit value of "1". Additionally, in the data string generating the drawing signal SDb, a bit value of "1" is set at the 26th pixel, which is two pixels preceding the 28th pixel in the design data string AL1.

また、図9Bに示した領域Accでは、+45度に傾いた斜めラインのパターンが存在しないので、図11中の描画信号SDcを生成するデータ列中の全画素はビット値「0」(非描画)に設定される。なお、スポット光SPcで+45度に傾いた斜めライン(又は斜めエッジ部)を描画する場合、描画信号SDcを生成するデータ列中の所定の画素にビット値「1」が設定される。その場合、スポット光SPcは主走査方向に関してスポット光SPaよりも2画素分(ΔYc)だけ遅延してパターン描画する位置に設定されている為、描画信号SDcを生成するデータ列は、描画信号SDaを生成する設計上のデータ列AL1に対して、全体的に2画素分(2ビット分)後行(遅延)するようにビット値が設定される。 In addition, in the area Acc shown in FIG. 9B, since there is no pattern of a diagonal line inclined at +45 degrees, all pixels in the data string generating the drawing signal SDc in FIG. 11 are set to a bit value of "0" (non-drawing). When drawing a diagonal line (or a diagonal edge portion) inclined at +45 degrees with the spot light SPc, a bit value of "1" is set to a specific pixel in the data string generating the drawing signal SDc. In this case, since the spot light SPc is set to a position where it draws a pattern by delaying it by two pixels (ΔYc) in the main scanning direction from the spot light SPa, the bit value of the data string generating the drawing signal SDc is set so that it is behind (delayed) by two pixels (two bits) overall with respect to the designed data string AL1 generating the drawing signal SDa.

データ列AL2に関しても、同様に、設計上のデータ列AL2(描画信号SDa)に対応して2画素分先行する描画信号SDb上のデータ列には、4画素目~10画素目(7画素分)にビット値「1」が設定される。さらに、設計上のデータ列AL1上では、29画素目に斜めラインPT2bの左側のエッジ画素が位置するので、描画信号SDb上のデータ列上では、2画素先行した27画素目にビット値「1」が設定され、それ以降の28画素目以降はビット値「0」に設定される。一方、設計上のデータ列AL1で生成される描画信号SDa上では、29画素目がビット値「0」(非描画)に設定され、引き続く30画素目以降がビット値「1」に設定される。Similarly, for data string AL2, the bit value "1" is set for the 4th to 10th pixels (7 pixels) in the data string on the drawing signal SDb, which precedes the designed data string AL2 (drawing signal SDa) by two pixels. Furthermore, since the edge pixel on the left side of the diagonal line PT2b is located at the 29th pixel in the designed data string AL1, the bit value "1" is set for the 27th pixel, which precedes by two pixels, in the data string on the drawing signal SDb, and the bit value "0" is set for the 28th pixel and thereafter. Meanwhile, in the drawing signal SDa generated by the designed data string AL1, the bit value "0" is set for the 29th pixel, and the bit value "1" is set for the subsequent 30th pixel and thereafter.

以上のように、描画信号SDa、SDb、SDcの各々は、スポット光SPa、SPb、SPcの1回の走査中にクロック信号CLKの2クロックパルス毎に読み出されるデータ列(AL1、AL2等)を、スポット光SPa、SPb、SPcの主走査方向に関する相対的な間隔ΔYb、ΔYcに対応した分だけビットシフトさせて生成される。スポット光SPbとスポット光SPcとは、主走査方向に間隔(ΔYb+ΔYc)だけずれているので、描画信号SDbを生成するデータ列と描画信号SDcを生成するデータ列とは、間隔(ΔYb+ΔYc)に相当するビット数(ここでは4画素分)だけシフトしたものとなっている。As described above, each of the drawing signals SDa, SDb, and SDc is generated by bit-shifting the data string (AL1, AL2, etc.) read out every two clock pulses of the clock signal CLK during one scan of the spot light SPa, SPb, and SPc by an amount corresponding to the relative interval ΔYb, ΔYc in the main scanning direction of the spot light SPa, SPb, and SPc. Since the spot light SPb and the spot light SPc are shifted by an interval (ΔYb + ΔYc) in the main scanning direction, the data string generating the drawing signal SDb and the data string generating the drawing signal SDc are shifted by the number of bits (here, 4 pixels) corresponding to the interval (ΔYb + ΔYc).

以上、本実施の形態では、描画すべきパターンに斜めラインパターン又は斜めエッジ部が含まれる場合でも、円形のスポット光SPaによる描画と、傾斜したスロット状(長楕円状)のスポット光SPb又はSPcによる描画とを、描画データ上の画素単位で正確に切り換えることができる。特に、スポット光SPaの実効的な直径φsとスポット光SPb、SPcの寸法(長軸方向の長さ)とを、大きく変えることなく概ね揃えることで、斜めラインパターンや斜めエッジ部に生じるギザギザを低減できると共に、線幅も正確に維持することができる。また、図4、図5A~図5Cに示したビーム合成部BD1A(BD1B)の構成では、3つの光源装置LS1A、LS1B、LS1C(LS2A、LS2B、LS2C)の各々からのビームLB1a、LB1b、LB1cの偏光状態(直線偏光の方向)を揃えて、初段の音響光学変調素子AM3(AM4)に入射させることができる。As described above, in this embodiment, even if the pattern to be drawn includes a diagonal line pattern or a diagonal edge portion, drawing with a circular spot light SPa and drawing with a tilted slot-shaped (long elliptical) spot light SPb or SPc can be accurately switched in pixel units on the drawing data. In particular, by roughly aligning the effective diameter φs of the spot light SPa and the dimensions (length in the major axis direction) of the spot lights SPb and SPc without significantly changing them, it is possible to reduce the jaggedness that occurs in the diagonal line pattern and the diagonal edge portion, and to accurately maintain the line width. In addition, in the configuration of the beam synthesis unit BD1A (BD1B) shown in Figures 4 and 5A to 5C, the polarization states (directions of linear polarization) of the beams LB1a, LB1b, and LB1c from each of the three light source devices LS1A, LS1B, and LS1C (LS2A, LS2B, and LS2C) can be aligned and made to enter the first-stage acousto-optical modulation element AM3 (AM4).

また、本実施の形態では、スロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcの各々の長軸方向を、主走査方向(又は副走査方向)に対して45度傾けたものとしたが、これは、多くの電子デバイス用のパターン設計、特に配線設計で45度傾いた配線やパターンエッジが多用されるからである。しかしながら、描画すべきパターン中に、45度から外れた角度β(主走査方向、又は副走査方向に対する傾き角)の配線(ラインパターン)やパターンエッジ部が含まれる場合でも、角度βが、|β-45°|≦20°の範囲、即ち、25°≦β≦65°の範囲であれば、45度に傾いたスロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcによる選択な露光によって、斜めエッジ部のギザギザを低減させる効果が得られる。In addition, in this embodiment, the major axis direction of each of the slot-shaped (elliptical) spot lights SPb and SPc is inclined at 45 degrees with respect to the main scanning direction (or sub-scanning direction), because wiring and pattern edges inclined at 45 degrees are often used in pattern designs for many electronic devices, especially wiring designs. However, even if the pattern to be drawn includes wiring (line patterns) or pattern edge portions with an angle β (tilt angle with respect to the main scanning direction or sub-scanning direction) that is different from 45 degrees, if the angle β is in the range of |β-45°|≦20°, that is, in the range of 25°≦β≦65°, the selective exposure with the slot-shaped (elliptical) spot lights SPb and SPc inclined at 45 degrees can reduce the jaggedness of the diagonal edge portion.

さらに本実施の形態では、先の図5A~図5Cで説明したように、スポット光SPb、SPcの各々の長軸方向を、ビーム圧縮系OM2の光軸AXb(AXc)回りの回転で、任意の方向(実用上は0°~90°の範囲で事足りる)に設定可能である。そこで、シート基板P上に露光する電子デバイス用のパターン中に現れる斜めラインや斜めエッジ部の各々の主走査方向(Yt方向)に対する角度を集計し、最も頻度が高い角度(高頻度角度)を求め、その高頻度角度に対応するように、スポット光SPb、SPcの各々の長軸方向を設定することもできる。なお、ビーム圧縮系OM2は回転させずに、ビーム圧縮系OM2の後に、台形状プリズム又は3つの反射面によるイメージローテータを設けて、光軸AXb(AXc)の回りに回転させても良い。 Furthermore, in this embodiment, as described in Figures 5A to 5C above, the major axis direction of each of the spot lights SPb and SPc can be set to any direction (in practice, a range of 0° to 90° is sufficient) by rotating around the optical axis AXb (AXc) of the beam compression system OM2. Therefore, the angles of each of the diagonal lines and diagonal edge portions that appear in the pattern for the electronic device exposed on the sheet substrate P relative to the main scanning direction (Yt direction) can be tallied, the most frequent angle (high frequency angle) can be found, and the major axis direction of each of the spot lights SPb and SPc can be set to correspond to that high frequency angle. Note that instead of rotating the beam compression system OM2, a trapezoidal prism or an image rotator with three reflecting surfaces can be provided after the beam compression system OM2 to rotate it around the optical axis AXb (AXc).

〔変形例1〕
変形例1は、ビームスイッチング部BD1B(BD2B)内の音響光学変調素子AM1、AM3(AM2、AM4)の各々を、先の図6に示した状態から光軸AXs回りに90°回転させたものである。図12Aは、図6中の初段の音響光学変調素子AM3、レンズGK3、落射ミラーIM3に、ミラーM30、M32を追加した光路を、直交座標系XYZのXY面内で見た図であり、図12Bは図12Aの光路によって、シート基板P上に投射されるスポット光SPa、SPb、SPcの配置状態を示す図である。
[Modification 1]
In the first modification, each of the acousto-optic modulation elements AM1, AM3 (AM2, AM4) in the beam switching unit BD1B (BD2B) is rotated 90° around the optical axis AXs from the state shown in Fig. 6. Fig. 12A is a diagram showing an optical path in which mirrors M30 and M32 are added to the first-stage acousto-optic modulation element AM3, lens GK3, and epi-illumination mirror IM3 in Fig. 6, as viewed in the XY plane of the orthogonal coordinate system XYZ, and Fig. 12B is a diagram showing the arrangement of spot lights SPa, SPb, and SPc projected onto the sheet substrate P by the optical path in Fig. 12A.

本変形例では、図12Bに示すように、3つのスポット光SPa、SPb、SPcが副走査方向(Xt方向)に所定の間隔で並ぶように配置する。ここでは、一例として、円形のスポット光SPaによる描画ラインSLna(n=1~4)に対して、-45度に傾斜したスロット状のスポット光SPbによる描画ラインSLnb(n=1~4)は、-Xt方向に5ライン分に相当する間隔ΔXbだけシフトした位置に設定され、+45度に傾斜したスロット状のスポット光SPcによる描画ラインSLnc(n=1~4)は、+Xt方向に5ライン分に相当する間隔ΔXcだけシフトした位置に設定される。また、先の図10で説明したように、ポリゴンミラーPMの隣り合った反射面の各々で走査されたスポット光による描画ラインのXt方向の間隔は、画素PicのXt方向の寸法Xpiの1/2に設定されている。 In this modified example, as shown in FIG. 12B, three spot lights SPa, SPb, and SPc are arranged so as to be aligned at a predetermined interval in the sub-scanning direction (Xt direction). Here, as an example, the drawing line SLnb (n = 1 to 4) by the slot-shaped spot light SPb inclined at -45 degrees is set to a position shifted by an interval ΔXb equivalent to 5 lines in the -Xt direction with respect to the drawing line SLna (n = 1 to 4) by the circular spot light SPa, and the drawing line SLnc (n = 1 to 4) by the slot-shaped spot light SPc inclined at +45 degrees is set to a position shifted by an interval ΔXc equivalent to 5 lines in the +Xt direction. Also, as described above in FIG. 10, the interval in the Xt direction of the drawing lines by the spot lights scanned by each of the adjacent reflecting surfaces of the polygon mirror PM is set to 1/2 of the dimension Xpi in the Xt direction of the pixel Pic.

3つのスポット光SPa、SPb、SPcをXt方向に並べる為に、図12Aに示すように、図6に示した初段の音響光学変調素子AM3(後段の音響光学変調素子AM1も同様)を光軸AXsの回りに90度回転させて、音響光学変調素子AM3(AM1)の回折方向をXY面内の-Y方向に設定する。さらに、音響光学変調素子AM3(AM1)の結晶内の位置Pe(図7A、図7B参照)で交差する3本のビームLB1a、LB1b、LB1c(平行光束)の各々も、XZ面と平行な面に沿って音響光学変調素子AM3(AM1)に入射させる。その為に、例えば、図4に示した平行平板12A、楔状プリズム12B、12Cから初段の音響光学変調素子AM3までの光路中に、3本のビームLB1a、LB1b、LB1cの光路を光軸(ビームLB1a)の回りに90度回転させるイメージローテータが設けられる。 In order to arrange the three spot lights SPa, SPb, and SPc in the Xt direction, as shown in Fig. 12A, the first-stage acousto-optical modulation element AM3 (as well as the latter-stage acousto-optical modulation element AM1) shown in Fig. 6 is rotated 90 degrees around the optical axis AXs to set the diffraction direction of the acousto-optical modulation element AM3 (AM1) to the -Y direction in the XY plane. Furthermore, each of the three beams LB1a, LB1b, and LB1c (parallel light beams) that intersect at position Pe (see Figs. 7A and 7B) in the crystal of the acousto-optical modulation element AM3 (AM1) is also made to enter the acousto-optical modulation element AM3 (AM1) along a plane parallel to the XZ plane. For this purpose, for example, an image rotator that rotates the optical paths of the three beams LB1a, LB1b, and LB1c by 90 degrees around the optical axis (beam LB1a) is provided in the optical path from the parallel plate 12A and the wedge prisms 12B and 12C shown in FIG. 4 to the first-stage acousto-optical modulation element AM3.

それによって、オン状態のときの音響光学変調素子AM3からは、入射したビームLB1a、LB1b、LB1cの各々の0次ビームB3ao、B3bo、B3co(それぞれ平行光束)と、-Y方向に所定の回折角で偏向した1次回折ビームとしてのビームB3a、B3b、B3c(それぞれ平行光束)とが射出する。図7A、図7Bと同様に、0次ビームB3ao、B3bo、B3coの各々とビームB3a、B3b、B3cの各々とは、レンズGK3によって、落射ミラーIM3の反射面が位置する面Psoでビームウェストとなるように集光される。図12Aに示すように、本変形例では、落射ミラーIM3の反射面がXZ面及びYZ面に対して45度を成すように設置され、ビームB3a、B3b、B3cの各々は、-Y方向に反射される。 As a result, from the acousto-optical modulation element AM3 in the on state, the zeroth-order beams B3ao, B3bo, and B3co (each a parallel light beam) of the incident beams LB1a, LB1b, and LB1c, and the beams B3a, B3b, and B3c (each a parallel light beam) as the first-order diffracted beams deflected at a predetermined diffraction angle in the -Y direction are emitted. As in Figures 7A and 7B, each of the zeroth-order beams B3ao, B3bo, and B3co and each of the beams B3a, B3b, and B3c are focused by the lens GK3 so as to form a beam waist on the plane Pso where the reflecting surface of the incident mirror IM3 is located. As shown in Figure 12A, in this modified example, the reflecting surface of the incident mirror IM3 is installed so as to form 45 degrees with respect to the XZ plane and the YZ plane, and each of the beams B3a, B3b, and B3c is reflected in the -Y direction.

レンズGK3を通ったビームB3a、B3b、B3cの各々の中心光線は、互いに光軸AXsと平行になっており、落射ミラーIM3で反射されたビームB3a、B3b、B3c(それぞれ発散光束)は、図12AではZ方向に重なった状態でミラーM30に投射され、ミラーM30によって光路を-X方向に90度だけ折り曲げられる。ミラーM30で反射したビームB3a、B3b、B3cは、XY面及びYZ面に対して45度傾いた反射面を有するミラーM32で、-Z方向に反射される。ミラーM32で反射された直後のビームB3a、B3b、B3cの各々の中心光線は、XY面内で見ると、X方向に所定の間隔で並ぶ。 The central rays of each of the beams B3a, B3b, and B3c that pass through the lens GK3 are parallel to the optical axis AXs, and the beams B3a, B3b, and B3c (respectively divergent beams) reflected by the incident light mirror IM3 are projected onto the mirror M30 in a state where they overlap in the Z direction in FIG. 12A, and the optical path is bent by 90 degrees in the -X direction by the mirror M30. The beams B3a, B3b, and B3c reflected by the mirror M30 are reflected in the -Z direction by the mirror M32, which has a reflecting surface inclined at 45 degrees with respect to the XY and YZ planes. The central rays of each of the beams B3a, B3b, and B3c immediately after being reflected by the mirror M32 are lined up at a predetermined interval in the X direction when viewed in the XY plane.

ミラーM32で反射されたビームB3aは、図7A、図7Bに示した光軸AXu3(又は図8に示した光軸AXun)と同軸となって、図8と同様にレンズGK6に入射する。ミラーM32で反射されたビームB3b、B3cの各々は、その中心光線が図7A、図7Bに示した光軸AXu3(又は図8に示した光軸AXun)を挟んでX方向に対称的に離れた状態で、図8に示したレンズGK6に入射する。従って、図8に示したレンズLGaを通って面OPaで集光されるビームB3a、B3b、B3cの各々は、光軸AXun上にビームB3aのスポットSPa’が位置し、光軸AXunから+Z方向に所定距離だけ離れてビームB3bのスポットSPb’が位置し、光軸AXunから-Z方向に所定距離だけ離れてビームB3cのスポットSPc’が位置する。 The beam B3a reflected by the mirror M32 is coaxial with the optical axis AXu3 (or the optical axis AXun shown in FIG. 8) shown in FIG. 7A and FIG. 7B, and enters the lens GK6 as in FIG. 8. Each of the beams B3b and B3c reflected by the mirror M32 enters the lens GK6 shown in FIG. 8 with its central ray symmetrically separated in the X direction across the optical axis AXu3 (or the optical axis AXun shown in FIG. 8) shown in FIG. 7A and FIG. 7B. Therefore, for each of the beams B3a, B3b, and B3c that pass through the lens LGa shown in FIG. 8 and are focused on the surface OPa, the spot SPa' of the beam B3a is located on the optical axis AXun, the spot SPb' of the beam B3b is located a predetermined distance away from the optical axis AXun in the +Z direction, and the spot SPc' of the beam B3c is located a predetermined distance away from the optical axis AXun in the -Z direction.

以上の図12Aのような構成により、シート基板P上に投射されるスポット光SPa、SPb、SPcの各々を、図12Bのように副走査方向(Xt方向)に並べることができる。本変形例では、図12Bのように、スロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcの各々の投射位置が、円形のスポット光SPaの投射位置に対して、Xt方向に複数(ここでは5つ)の描画ラインを跨いで間隔ΔXb、ΔXcだけずれている。その為、当然ではあるが、スポット光SPb、SPcの各々で描画する斜めラインパターン又は斜めエッジ部に対応する描画信号中のデータ列(図11に示した描画信号SDb、SDcの各々を生成する為のデータ列)は、スポット光SPaで描画するパターンに対応するデータ列(図11に示した描画信号SDaを生成する為のデータ列)に対して、間隔ΔXb、ΔXcに相当する分だけ、副走査方向(Xt方向)にシフトして記憶される。 With the configuration as shown in FIG. 12A, the spot lights SPa, SPb, and SPc projected onto the sheet substrate P can be arranged in the sub-scanning direction (Xt direction) as shown in FIG. 12B. In this modified example, as shown in FIG. 12B, the projection positions of the slot-shaped (elliptical) spot lights SPb and SPc are shifted by intervals ΔXb and ΔXc across multiple (here, five) drawing lines in the Xt direction from the projection position of the circular spot light SPa. Therefore, naturally, the data strings in the drawing signal corresponding to the diagonal line pattern or diagonal edge portion drawn by each of the spot lights SPb and SPc (data strings for generating each of the drawing signals SDb and SDc shown in FIG. 11) are shifted in the sub-scanning direction (Xt direction) by an amount equivalent to the intervals ΔXb and ΔXc with respect to the data string corresponding to the pattern drawn by the spot light SPa (data strings for generating the drawing signal SDa shown in FIG. 11) and stored.

〔変形例2〕
先の図5A~図5Cに示したビーム圧縮系OM2では、2つのシリンドリカルレンズ10G3、10G4を用いて、入射するビームLB1b、LB1cの各々の断面形状(円形)を一次元に圧縮したが、他の光学素子を用いても良い。図13は、ビーム圧縮系OM2の本変形例による構成を模式的に示す図である。本変形例では、図5A~図5C中のビーム拡大系OM1で拡大された円形断面のビームLB1b(LB1c)を入射する一次元のマイクロプリズムアレー、又は一次元のフレネルレンズ等の光学素子10G3’と、負のパワーを持つシリンドリカルレンズ10G4’とによってビーム圧縮系OM2を構成する。光学素子10G3’を一次元のマイクロプリズムアレーとする場合は、図13の紙面内で見ると、断面が微細な楔状で紙面と垂直な方向に一次元に延びたプリズム部の複数を、光軸AXb(AXc)を挟んで対称的に配置した構成とし、光軸AXb(AXc)から離れる方向に行くに従って、プリズム部の楔の頂角が大きく形成される。
[Modification 2]
In the beam compression system OM2 shown in Figures 5A to 5C, the cross-sectional shapes (circular) of the incident beams LB1b and LB1c are compressed one-dimensionally using two cylindrical lenses 10G3 and 10G4, but other optical elements may be used. Figure 13 is a diagram showing a schematic configuration of the beam compression system OM2 according to this modification. In this modification, the beam compression system OM2 is configured by an optical element 10G3', such as a one-dimensional micro prism array or a one-dimensional Fresnel lens, on which the beam LB1b (LB1c) with a circular cross section expanded by the beam expansion system OM1 in Figures 5A to 5C is incident, and a cylindrical lens 10G4' having negative power. When optical element 10G3' is made into a one-dimensional microprism array, when viewed within the plane of FIG. 13, it is configured such that multiple prism sections, each having a fine wedge-shaped cross section and extending one-dimensionally in a direction perpendicular to the plane of the paper, are arranged symmetrically on either side of the optical axis AXb (AXc), and the apex angle of the wedge of the prism section becomes larger as it moves away from the optical axis AXb (AXc).

それによって、入射するビームLB1b(LB1c)の断面内で、光学素子10G3’の光軸AXb(AXc)から離れるに従ってプリズム部での屈折角が大きくなり、ビームLB1b(LB1c)が光軸AXb(AXc)に向かって圧縮(収斂)される。シリンドリカルレンズ10G4’は、圧縮(収斂)されるビームLB1b(LB1c)をほぼ平行光束になるように発散させる。また、図13の紙面と垂直で光軸AXb(AXc)を含む面内で見ると、光学素子10G3’とシリンドリカルレンズ10G4’とは、いずれもパワー(屈折力)を持たない為、入射したビームLB1b(LB1c)はそのまま平行光束の状態で進む。 As a result, in the cross section of the incident beam LB1b (LB1c), the refraction angle at the prism portion increases as the beam moves away from the optical axis AXb (AXc) of the optical element 10G3', and the beam LB1b (LB1c) is compressed (converged) toward the optical axis AXb (AXc). The cylindrical lens 10G4' diverges the compressed (converged) beam LB1b (LB1c) so that it becomes a nearly parallel beam. Also, when viewed in a plane perpendicular to the paper surface of FIG. 13 and including the optical axis AXb (AXc), neither the optical element 10G3' nor the cylindrical lens 10G4' has power (refractive power), so the incident beam LB1b (LB1c) proceeds as a parallel beam.

その結果、シリンドリカルレンズ10G4’から射出するビームLB1b(LB1c)の断面内での強度分布の形状はスロット状(長楕円状)になる。なお、光学素子10G3’として一次元のフレネルレンズを用いる場合も、ほぼ同様の作用によって、シリンドリカルレンズ10G4’から射出するビームLB1b(LB1c)の断面形状をスロット状(長楕円状)にすることができる。本変形例でも、光学素子10G3’とシリンドリカルレンズ10G4’とによるビーム圧縮系OM2の全体を光軸AXb(AXc)の回りに回転させることで、シート基板P上に投射されるスロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcの各々の長軸方向を主走査方向(Yt方向)に対して傾けることができる。なお、シリンドリカルレンズ10G4’は、負のパワー(屈折力)を持つ一次元のフレネルレンズにしても良い。また、シリンドリカルレンズ10G4’の入射面(或いは出射面)は、完全な円筒面ではなく、非球面レンズのように、高次関数で近似される近似円筒面であっても良い。As a result, the shape of the intensity distribution in the cross section of the beam LB1b (LB1c) emerging from the cylindrical lens 10G4' becomes slot-shaped (elliptical). In addition, when a one-dimensional Fresnel lens is used as the optical element 10G3', the cross-sectional shape of the beam LB1b (LB1c) emerging from the cylindrical lens 10G4' can be made slot-shaped (elliptical) by substantially the same action. In this modified example, the major axis direction of each of the slot-shaped (elliptical) spot lights SPb, SPc projected onto the sheet substrate P can be tilted with respect to the main scanning direction (Yt direction) by rotating the entire beam compression system OM2 consisting of the optical element 10G3' and the cylindrical lens 10G4' around the optical axis AXb (AXc). In addition, the cylindrical lens 10G4' may be a one-dimensional Fresnel lens having negative power (refractive power). Furthermore, the entrance surface (or exit surface) of the cylindrical lens 10G4' does not have to be a perfect cylindrical surface, and may be an approximate cylindrical surface that is approximated by a high-order function, like an aspherical lens.

〔第2の実施の形態〕
先の第1の実施の形態や変形例では、円形のスポット光SPaを生成する為の光源装置LS1A(LS2A)からのビームLB1a(LB2a)、スロット状のスポット光SPbを生成する為の光源装置LS1B(LS2B)からのビームLB1b(LB2b)、及び、スロット状のスポット光SPcを生成する為の光源装置LS1C(LS2C)からのビームLB1c(LB2c)の各々が、ビームスイッチング部BD1B、BD2B内の音響光学変調素子AM1~AM4の結晶内で交差するように、図4のようなビーム合成部BD1A、BD2Aで光路を設定した。本実施の形態では、音響光学変調素子AM1~AM4に入射する3つのビームLB1a(LB2a)、LB1b(LB2b)、LB1c(LB2c)を、ビームスイッチング部BD1B(BD2B)内の光軸AXs(図6参照)と同軸に合成する。
Second Embodiment
In the first embodiment and modified examples described above, the optical paths were set in the beam combining units BD1A and BD2A as shown in FIG. 4 so that the beam LB1a (LB2a) from the light source device LS1A (LS2A) for generating the circular spot light SPa, the beam LB1b (LB2b) from the light source device LS1B (LS2B) for generating the slot-shaped spot light SPb, and the beam LB1c (LB2c) from the light source device LS1C (LS2C) for generating the slot-shaped spot light SPc intersect within the crystals of the acousto-optical modulation elements AM1 to AM4 in the beam switching units BD1B and BD2B. In this embodiment, the three beams LB1a (LB2a), LB1b (LB2b), and LB1c (LB2c) incident on the acousto-optical modulation elements AM1 to AM4 are combined coaxially with the optical axis AXs (see Figure 6) in the beam switching unit BD1B (BD2B).

図14は、図4に示したビーム形状変形部10A、10B、10Cの各々からのビームLB1a、LB1b、LB1cを同軸に合成する第2の実施の形態による構成を示す図である。本実施の形態では、ビームLB1a、LB1b、LB1cの各々の偏光状態を電気光学素子で高速に切り換える構成によって、同軸合成を行う。図14において、ビーム形状変形部10Aに入射する光源装置LS1AからのP偏光のビームLB1aは、ビーム縮小系OM3のレンズ10G5、10G6を介して、偏光ビームスプリッタBS1の第1面に入射する。ビーム形状変形部10Bに入射する光源装置LS1BからのP偏光のビームLB1bは、ビーム縮小系OM3のレンズ10G5、10G6と1/2波長板HWPとを介して、S偏光に変換されて偏光ビームスプリッタBS1の第1面と直交した第2面に入射する。 Figure 14 is a diagram showing a configuration according to a second embodiment in which beams LB1a, LB1b, and LB1c from each of the beam shape transformation units 10A, 10B, and 10C shown in Figure 4 are coaxially synthesized. In this embodiment, the coaxial synthesis is performed by a configuration in which the polarization state of each of the beams LB1a, LB1b, and LB1c is switched at high speed by an electro-optical element. In Figure 14, the P-polarized beam LB1a from the light source device LS1A that enters the beam shape transformation unit 10A enters the first surface of the polarizing beam splitter BS1 via the lenses 10G5 and 10G6 of the beam reduction system OM3. The P-polarized beam LB1b from the light source device LS1B that enters the beam shape transformation unit 10B is converted to S-polarized light via the lenses 10G5 and 10G6 of the beam reduction system OM3 and the 1/2 wavelength plate HWP, and enters the second surface perpendicular to the first surface of the polarizing beam splitter BS1.

偏光ビームスプリッタBS1の第1面に入射したP偏光のビームLB1aは、偏光ビームスプリッタBS1の偏光分離面を透過して、第1の電気光学素子EOaに入射する。電気光学素子EOaは内部の結晶に電界を印加する駆動信号SSaのOn/Offによって、入射するビームの直線偏光の方向を切り換えるものである。その為、駆動信号SSaがOffのとき、電気光学素子EOaは偏光ビームスプリッタBS1を透過したP偏光のビームLB1aをそのまま透過させて、第2の偏光ビームスプリッタBS2に入射する。第2の偏光ビームスプリッタBS2も、P偏光は透過させてS偏光は反射させるように配置されているので、P偏光のビームLB1aは偏光ビームスプリッタBS2を透過して、第2の電気光学素子EObに入射する。 The P-polarized beam LB1a incident on the first surface of the polarizing beam splitter BS1 passes through the polarization separation surface of the polarizing beam splitter BS1 and enters the first electro-optical element EOa. The electro-optical element EOa switches the direction of linear polarization of the incident beam by turning on/off the drive signal SSa, which applies an electric field to the internal crystal. Therefore, when the drive signal SSa is off, the electro-optical element EOa transmits the P-polarized beam LB1a that has passed through the polarizing beam splitter BS1 as is, and it enters the second polarizing beam splitter BS2. The second polarizing beam splitter BS2 is also arranged to transmit P-polarized light and reflect S-polarized light, so the P-polarized beam LB1a passes through the polarizing beam splitter BS2 and enters the second electro-optical element EOb.

第2の電気光学素子EObは第1の電気光学素子EOaと同じものであり、駆動信号SSbのOn/Offによって入射するビームの偏光状態を切り換える。駆動信号SSbがOffのとき、電気光学素子EObは偏光ビームスプリッタBS2からのP偏光のビームLB1aをそのまま透過させて、第3の偏光ビームスプリッタBS3に入射させる。第3の偏光ビームスプリッタBS3も、P偏光は透過させてS偏光は反射させるように配置されているので、P偏光のビームLB1aは偏光ビームスプリッタBS3を透過すると共に、後のビームスイッチング部BD1B(BD2B)内の光軸AXsと同軸となって進む。The second electro-optical element EOb is the same as the first electro-optical element EOa, and switches the polarization state of the incident beam by turning the drive signal SSb On/Off. When the drive signal SSb is Off, the electro-optical element EOb transmits the P-polarized beam LB1a from the polarizing beam splitter BS2 as is, and makes it incident on the third polarizing beam splitter BS3. The third polarizing beam splitter BS3 is also arranged to transmit P-polarized light and reflect S-polarized light, so that the P-polarized beam LB1a transmits through the polarizing beam splitter BS3 and proceeds coaxially with the optical axis AXs in the subsequent beam switching unit BD1B (BD2B).

一方、ビーム形状変形部10BからS偏光となって偏光ビームスプリッタBS1に入射するビームLB1bは、偏光ビームスプリッタBS1の偏光分離面で反射されて、電気光学素子EOaに入射する。駆動信号SSaがOffのとき、S偏光のビームLB1bは電気光学素子EOaをそのまま透過して、偏光ビームスプリッタBS2のビームLB1aと同じ入射面に入射する。偏光ビームスプリッタBS2に入射したS偏光のビームLB1bは、ほぼ全部が反射されてビームトラップTRaに入射して吸収される。 On the other hand, beam LB1b, which becomes S-polarized from beam shape deformation unit 10B and enters polarizing beam splitter BS1, is reflected by the polarization separation surface of polarizing beam splitter BS1 and enters electro-optical element EOa. When drive signal SSa is Off, S-polarized beam LB1b passes through electro-optical element EOa as is and enters polarizing beam splitter BS2 at the same entrance surface as beam LB1a. Almost all of the S-polarized beam LB1b that enters polarizing beam splitter BS2 is reflected and enters beam trap TRa where it is absorbed.

さらに、ビーム形状変形部10Cに入射する光源装置LS1CからのP偏光のビームLB1cは、ビーム縮小系OM3のレンズ10G5、10G6と1/2波長板HWPとを介して、S偏光に変換されてミラーM40Aで直角に反射されて、偏光ビームスプリッタBS2の第2面(ビームトラップTRaと反対側の面)に入射する。偏光ビームスプリッタBS2はS偏光を反射するので、S偏光のビームLB1cは、他のビームLB1a、LB1bと同軸の光路となるように反射されて、電気光学素子EObに入射する。駆動信号SSbがOffのとき、電気光学素子EObは偏光ビームスプリッタBS2からのS偏光のビームLB1cをそのまま透過させて、第3の偏光ビームスプリッタBS3に入射させる。第3の偏光ビームスプリッタBS3も、S偏光は反射させるように配置されているので、S偏光のビームLB1cは偏光ビームスプリッタBS3で反射されて、ビームトラップTRbで吸収される。 Furthermore, the P-polarized beam LB1c from the light source device LS1C that enters the beam shape transformation unit 10C is converted to S-polarized light via the lenses 10G5 and 10G6 and the 1/2 wavelength plate HWP of the beam reduction system OM3, is reflected at a right angle by the mirror M40A, and enters the second surface (the surface opposite the beam trap TRa) of the polarizing beam splitter BS2. Since the polarizing beam splitter BS2 reflects S-polarized light, the S-polarized beam LB1c is reflected so as to have a coaxial optical path with the other beams LB1a and LB1b, and enters the electro-optical element EOb. When the drive signal SSb is Off, the electro-optical element EOb transmits the S-polarized beam LB1c from the polarizing beam splitter BS2 as it is, and causes it to enter the third polarizing beam splitter BS3. The third polarizing beam splitter BS3 is also arranged to reflect S-polarized light, so that the S-polarized beam LB1c is reflected by the polarizing beam splitter BS3 and absorbed in the beam trap TRb.

以上のように、直列に配置された2つの電気光学素子EOa、EObの各々に印加される駆動信号SSa、SSbが共にOff状態のとき、光源装置LS1AからのP偏光のビームLB1aのみが、偏光ビームスプリッタBS3から光軸AXsと同軸に射出される。次に、第1の電気光学素子EOaに印加される駆動信号SSaがOn状態で、第2の電気光学素子EObに印加される駆動信号SSbがOff状態となる場合を説明する。その場合、偏光ビームスプリッタBS1を介して第1の電気光学素子EOaに入射するP偏光のビームLB1aはS偏光に切り換えられる。その為、S偏光となったビームLB1aは第2の偏光ビームスプリッタBS2で反射されて、ビームトラップTRaで吸収される。As described above, when the drive signals SSa and SSb applied to the two electro-optical elements EOa and EOb arranged in series are both in the Off state, only the P-polarized beam LB1a from the light source device LS1A is emitted coaxially with the optical axis AXs from the polarizing beam splitter BS3. Next, a case will be described in which the drive signal SSa applied to the first electro-optical element EOa is in the On state and the drive signal SSb applied to the second electro-optical element EOb is in the Off state. In that case, the P-polarized beam LB1a incident on the first electro-optical element EOa via the polarizing beam splitter BS1 is switched to S-polarized light. Therefore, the S-polarized beam LB1a is reflected by the second polarizing beam splitter BS2 and absorbed by the beam trap TRa.

一方、偏光ビームスプリッタBS1で反射されて第1の電気光学素子EOaに入射するS偏光のビームLB1bはP偏光に切り換えられる。その為、P偏光となったビームLB1bは、第2の偏光ビームスプリッタBS2、第2の電気光学素子EOb、及び第3の偏光ビームスプリッタBS3をそのまま透過して、光軸AXsと同軸に射出される。また、そのとき、ビーム形状変形部10CからのS偏光となったビームLB1cは、ミラーM40Aを介して第2の偏光ビームスプリッタBS2で反射されて、Off状態の第2の電気光学素子EObをそのまま透過し、第3の偏光ビームスプリッタBS3で反射されてビームトラップTRbで吸収される。以上のように、電気光学素子EOaがOn状態で電気光学素子EObがOff状態のときは、P偏光のビームLB1bのみが第3の偏光ビームスプリッタBS3から光軸AXsと同軸になって射出する。On the other hand, the S-polarized beam LB1b reflected by the polarizing beam splitter BS1 and incident on the first electro-optical element EOa is switched to P-polarized light. Therefore, the beam LB1b, which has become P-polarized light, passes through the second polarizing beam splitter BS2, the second electro-optical element EOb, and the third polarizing beam splitter BS3 as it is, and is emitted coaxially with the optical axis AXs. At that time, the beam LB1c, which has become S-polarized light from the beam shape transformation unit 10C, is reflected by the second polarizing beam splitter BS2 via the mirror M40A, passes through the second electro-optical element EOb in the Off state as it is, is reflected by the third polarizing beam splitter BS3, and is absorbed by the beam trap TRb. As described above, when the electro-optical element EOa is in the On state and the electro-optical element EOb is in the Off state, only the P-polarized beam LB1b is emitted from the third polarizing beam splitter BS3 coaxially with the optical axis AXs.

次に、第1の電気光学素子EOaと第2の電気光学素子EObとが共にOn状態になるように駆動信号SSa、SSbが印加された場合を説明する。この場合、電気光学素子EOaがOn状態なので、ビーム形状変形部10AからのP偏光のビームLB1aは、偏光ビームスプリッタBS1を透過した後、電気光学素子EOaを通ってS偏光に変換されるので、偏光ビームスプリッタBS1で反射されてビームトラップTRaに吸収される。また、ビーム形状変形部10BからのS偏光のビームLB1bは、偏光ビームスプリッタBS1で反射された後、電気光学素子EOaを通ってP偏光に変換されるので、次の偏光ビームスプリッタBS2を透過する。しかしながら、偏光ビームスプリッタBS2を透過したP偏光のビームLB1bは、On状態の第2の電気光学素子EObを通ってS偏光に変換されるので、偏光ビームスプリッタBS3で反射されてビームトラップTRbに吸収される。Next, a case will be described in which the drive signals SSa and SSb are applied so that both the first electro-optical element EOa and the second electro-optical element EOb are in the On state. In this case, since the electro-optical element EOa is in the On state, the P-polarized beam LB1a from the beam shape transformation unit 10A passes through the polarized beam splitter BS1 and is converted to S-polarized light through the electro-optical element EOa, so it is reflected by the polarized beam splitter BS1 and absorbed by the beam trap TRa. Also, the S-polarized beam LB1b from the beam shape transformation unit 10B passes through the electro-optical element EOa after being reflected by the polarized beam splitter BS1 and is converted to P-polarized light, so it passes through the next polarized beam splitter BS2. However, the P-polarized beam LB1b that passed through the polarized beam splitter BS2 passes through the second electro-optical element EOb in the On state and is converted to S-polarized light, so it is reflected by the polarized beam splitter BS3 and absorbed by the beam trap TRb.

一方、ビーム形状変形部10CからのS偏光のビームLB1cは、ミラーM40Aと偏光ビームスプリッタBS2で反射された後、On状態の電気光学素子EObを通ってP偏光に変換されるので、次の偏光ビームスプリッタBS3を透過して、光軸AXsと同軸になって射出する。このように、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタBS1、BS2、BS3、電気光学素子EOa、EObが、3つのビームLB1a、LB1b、LB1cを光軸AXsに沿って進むように合成するビーム合成部として機能する。On the other hand, the S-polarized beam LB1c from the beam shape transformation unit 10C is reflected by the mirror M40A and the polarizing beam splitter BS2, then passes through the electro-optical element EOb in the On state to be converted to P-polarized light, and passes through the next polarizing beam splitter BS3, emerging coaxially with the optical axis AXs. Thus, in this embodiment, the polarizing beam splitters BS1, BS2, BS3 and the electro-optical elements EOa and EOb function as a beam synthesis unit that synthesizes the three beams LB1a, LB1b, and LB1c to travel along the optical axis AXs.

本実施の形態では、3つの光源装置LS1A、LS1B、LS1Cの各々からのビームLB1a、LB1b、LB1cを、同じ直線偏光状態で同軸に合成させる為に、2つの電気光学素子EOa、EObを用いる。その為、図4に示した制御装置100内の描画データ記憶部100Bには、電気光学素子EOa、EObの各々に印加される駆動信号SSa、SSb(高圧の直流電位)のオン/オフを設定する情報(ビットマップ情報)が、描画すべきパターンの画素マップ情報と関連付けて記憶されている。In this embodiment, two electro-optical elements EOa and EOb are used to combine the beams LB1a, LB1b, and LB1c from the three light source devices LS1A, LS1B, and LS1C coaxially in the same linear polarization state. For this reason, the drawing data storage unit 100B in the control device 100 shown in Figure 4 stores information (bitmap information) that sets the on/off of the drive signals SSa and SSb (high-voltage direct current potential) applied to each of the electro-optical elements EOa and EOb in association with the pixel map information of the pattern to be drawn.

以上の図14のように、偏光ビームスプリッタBS1、BS2、BS3と電気光学素子EOa、EObとを組み合わせることで、光源装置LS1A、LS1B、LS1Cの各々からのビームLB1a、LB1b、LB1cのいずれか1つを光軸AXsと同軸にしてビームスイッチング部BD1Bの初段の音響光学変調素子AM3に入射させることができる。その上、同軸合成の為に、偏光分離特性を持たない振幅分割型のビームスプリッタを用いないので、ビームLB1a、LB1b、LB1cの各々の光量減衰が抑えられると共に、偏光方向を同じP偏光にすることができる。その為、音響光学変調素子AM3(AM1)を通るビームLB1a、LB1b、LB1cの各々に対する回折効率が同じになり、シート基板P上に投射されるスポット光SPa、SPb、SPcの各光量(強度)のバラつきが抑えられる。 As shown in FIG. 14, by combining the polarizing beam splitters BS1, BS2, BS3 and the electro-optical elements EOa and EOb, any one of the beams LB1a, LB1b, and LB1c from each of the light source devices LS1A, LS1B, and LS1C can be made coaxial with the optical axis AXs and incident on the first-stage acousto-optical modulation element AM3 of the beam switching unit BD1B. Furthermore, since an amplitude-splitting type beam splitter that does not have polarization separation characteristics is not used for coaxial synthesis, the attenuation of the light amount of each of the beams LB1a, LB1b, and LB1c can be suppressed and the polarization direction can be made the same P-polarized light. Therefore, the diffraction efficiency for each of the beams LB1a, LB1b, and LB1c passing through the acousto-optical modulation element AM3 (AM1) is the same, and the variation in the light amount (intensity) of each of the spot lights SPa, SPb, and SPc projected on the sheet substrate P is suppressed.

図15は、図14のビーム合成部BD1Aと、図6のビームスイッチング部BD1Bと、描画ユニットMU3(又はMU1)とを用いたパターンの描画動作の一例を説明する図である。本実施の形態では、ビームスイッチング部BD1B(音響光学変調素子AM3、AM1)に入射する3つのLB1a、LB1b、LB1cの各々が、光軸AXsと同軸に設定されるので、3つのスポット光SPa、SPb、SPcの各々も、描画ラインSL3(SL1)上で主走査方向の同一位置に投射される。 Figure 15 is a diagram illustrating an example of a pattern drawing operation using the beam combining unit BD1A of Figure 14, the beam switching unit BD1B of Figure 6, and the drawing unit MU3 (or MU1). In this embodiment, each of the three beams LB1a, LB1b, and LB1c incident on the beam switching unit BD1B (acousto-optical modulation elements AM3 and AM1) is set coaxially with the optical axis AXs, so that each of the three spot beams SPa, SPb, and SPc is also projected to the same position in the main scanning direction on the drawing line SL3 (SL1).

図15では、一例として、矩形状のパターン部PT4とYt方向に延びたラインパターン部PT5と斜めラインパターン部PT6とがYt方向につながったパターンを、描画ユニットMU3によって描画する場合を示す。パターン部PT4は、描画ユニットMU3による描画ラインSL3に対して傾斜した斜めエッジ部E4aとXt方向に直線的に伸びたエッジ部E4bとを有する。斜めラインパターン部PT6は、斜めエッジ部E4aと反対向きに傾いた斜めエッジ部E6a、E6bとを有する。 Figure 15 shows, as an example, a case in which a pattern in which a rectangular pattern portion PT4, a line pattern portion PT5 extending in the Yt direction, and a diagonal line pattern portion PT6 are connected in the Yt direction is drawn by drawing unit MU3. Pattern portion PT4 has a diagonal edge portion E4a that is inclined with respect to the drawing line SL3 drawn by drawing unit MU3, and an edge portion E4b that extends linearly in the Xt direction. Diagonal line pattern portion PT6 has diagonal edge portions E6a and E6b that are inclined in the opposite direction to diagonal edge portion E4a.

図15のようなパターンについて、描画ラインSL3に沿ってパターン描画が行われる場合、斜めエッジ部E4aを横切る描画ラインSL3上の領域Ar1では、先の図10と同様に、-45度で傾斜したスロット状(長楕円状)のスポット光SPbにより、描画信号SDbの画素ビット情報とクロック信号CLK(SDb∩CLK)に従ってパターン描画(光源装置LS1Bのパルス発光)が行われる。パターン部PT4のエッジ部E4bを含む描画ラインSL3上の領域Ar2では、円形のスポット光SPaにより、描画信号SDaの画素ビット情報とクロック信号CLK(SDa∩CLK)に従ってパターン描画(光源装置LS1Aのパルス発光)が行われる。さらに、パターン部PT6の斜めエッジ部E6a、E6bを含む描画ラインSL3上の領域Ar3では、+45度で傾斜したスロット状(長楕円状)のスポット光SPcにより、描画信号SDcの画素ビット情報とクロック信号CLK(SDc∩CLK)に従ってパターン描画(光源装置LS1Cのパルス発光)が行われる。 When pattern drawing is performed along the drawing line SL3 for a pattern such as that shown in Figure 15, in the region Ar1 on the drawing line SL3 that crosses the diagonal edge portion E4a, pattern drawing (pulse emission of light source device LS1B) is performed in accordance with the pixel bit information of the drawing signal SDb and the clock signal CLK (SDb∩CLK) by the slot-shaped (oval-shaped) spot light SPb inclined at -45 degrees, as in Figure 10 above. In the region Ar2 on the drawing line SL3 including the edge portion E4b of the pattern portion PT4, pattern drawing (pulse emission of light source device LS1A) is performed by the circular spot light SPa in accordance with the pixel bit information of the drawing signal SDa and the clock signal CLK (SDa∩CLK). Furthermore, in the area Ar3 on the drawing line SL3 including the diagonal edge portions E6a and E6b of the pattern portion PT6, a slot-shaped (oblong) spot light SPc inclined at +45 degrees is used to draw a pattern (pulse emission of the light source device LS1C) in accordance with the pixel bit information of the drawing signal SDc and the clock signal CLK (SDc∩CLK).

このようなパターン描画の場合、図14中の電気光学素子EOa、EObの各々に印加される駆動信号SSa、SSbについては、領域Ar1でスポット光SPbが投射される直前の時刻Ts1から、スポット光SPbの投射に切り替わる時刻Ts2までの間、駆動信号SSaのみがOn状態となり、領域Ar3でスポット光SPcが投射される直前の時刻Ts3から、領域Ar3での斜めパターン部PT6の描画が終わった時刻Ts4までの間、駆動信号SSa、SSbの両方が共にOn状態となる。In the case of drawing such a pattern, with regard to the drive signals SSa and SSb applied to each of the electro-optical elements EOa and EOb in FIG. 14, only the drive signal SSa is in the On state from time Ts1, just before the spot light SPb is projected in area Ar1, to time Ts2 when the projection of the spot light SPb is switched on, and both the drive signals SSa and SSb are in the On state from time Ts3, just before the spot light SPc is projected in area Ar3, to time Ts4 when the drawing of the diagonal pattern portion PT6 in area Ar3 is completed.

なお、電気光学素子EOa、EObのスイッチングの応答周波数の上限は、光源装置LS1B、LS1Cのパルス発光の周波数400MHz(周期2.5nS)よりも低い場合が多い。その為、駆動信号SSa、SSbをOn状態にできる最小時間幅以上の時間幅(Ts2-Ts1、又はTs4-Ts3)を設定し、その時間幅内に領域Ar1、Ar3(斜めエッジ部E4a、E6a、E6b)が入るように設定される。In addition, the upper limit of the switching response frequency of the electro-optical elements EOa and EOb is often lower than the 400 MHz (period 2.5 nS) pulse emission frequency of the light source devices LS1B and LS1C. For this reason, a time width (Ts2-Ts1, or Ts4-Ts3) is set that is equal to or greater than the minimum time width that can turn the drive signals SSa and SSb to the On state, and the regions Ar1 and Ar3 (diagonal edge portions E4a, E6a, and E6b) are set within that time width.

以上のように、線幅が細い斜めラインパターン部PT6や斜めエッジ部E4aを含むパターンを描画する際、円形のスポット光SPaと傾いたスロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcとが主走査方向の同じ位置で、択一的に投射されるように設定される。その為、図11で説明したように、描画ラインSLnに沿って並ぶ多数の画素Picの画素ビット情報のスポット光SPa、SPb、SPc用の各データ列を、間隔ΔYb、ΔYcに相当する画素数分だけシフトさせる必要が無い。従って、各データ列を生成する手間が軽減される。As described above, when drawing a pattern including a narrow diagonal line pattern portion PT6 and a diagonal edge portion E4a, the circular spot light SPa and the inclined slot-shaped (elliptical) spot lights SPb and SPc are set to be projected alternatively at the same position in the main scanning direction. Therefore, as explained in FIG. 11, there is no need to shift each data string for the spot lights SPa, SPb, and SPc of the pixel bit information of the numerous pixels Pic lined up along the drawing line SLn by the number of pixels corresponding to the intervals ΔYb and ΔYc. This reduces the effort required to generate each data string.

〔変形例3〕
先の第1の実施の形態のように、複数のスポット光SPa、SPb、SPcを、ポリゴンミラーPMの回転により、シート基板P上で同時に走査できる構成とした場合、シート基板Pの表面に形成される感光層(フォトレジスト層)の感度の違いや厚みの違いに容易に対応することができる。例えば、単一のスポット光SPa(円形)のみでパターン描画を行う露光装置では、露光処理時間を短くする為に、光源装置LS1Aから射出されるビームLB1aがなるべく高輝度になるように調整される。その為、使用可能なフォトレジストには、ビームLB1aの光強度に対応して、推奨される感度範囲と推奨される厚み範囲とがある。仮に、使用するフォトレジスト層の感度が相当に低かったり、推奨される厚みよりも著しく厚くなったりすると、ビームLB1a(スポット光SPa)の光強度を高めることが難しい為、ポリゴンミラーPMの回転速度(スポット光SPaの走査速度)と、シート基板Pの副走査方向への移動速度とを大きく低下させることになる。
[Modification 3]
As in the first embodiment, when a plurality of spot lights SPa, SPb, and SPc can be simultaneously scanned on the sheet substrate P by the rotation of the polygon mirror PM, it is possible to easily accommodate differences in sensitivity and thickness of the photosensitive layer (photoresist layer) formed on the surface of the sheet substrate P. For example, in an exposure device that performs pattern drawing using only a single spot light SPa (circular), the beam LB1a emitted from the light source device LS1A is adjusted to be as bright as possible in order to shorten the exposure processing time. For this reason, the usable photoresist has a recommended sensitivity range and a recommended thickness range corresponding to the light intensity of the beam LB1a. If the sensitivity of the photoresist layer used is considerably low or is significantly thicker than the recommended thickness, it is difficult to increase the light intensity of the beam LB1a (spot light SPa), so that the rotation speed of the polygon mirror PM (scanning speed of the spot light SPa) and the movement speed of the sheet substrate P in the sub-scanning direction are greatly reduced.

すなわち、シート基板P上に形成されたレジスト層の感度と厚みとで定まる必要露光量(必要ドーズ量)に見合うように、スポット光SPaの光強度と走査露光の状態(速度等)とで定まる供給可能露光量(供給ドーズ量)が調整される。第1の実施の形態では、描画ユニットMU1~MU4の各々から、3つのスポット光SPa、SPb、SPcのいずれか1つ、いずれか2つ、或いは全てを選択的に投射可能であるので、供給ドーズ量の調整範囲を大幅に拡大することができる。さらに、スポット光SPa、SPb、SPcの各々は、描画データ中の画素Pic単位で、高速にシート基板P上にパルス投射が可能なので、例えば、パターンのエッジ部に対応した画素やその隣の画素に対して、通常よりも大きなドーズ量を与える特殊露光方法も可能となる。That is, the supplyable exposure amount (supplied dose amount) determined by the light intensity of the spot light SPa and the state of scanning exposure (speed, etc.) is adjusted to match the required exposure amount (required dose amount) determined by the sensitivity and thickness of the resist layer formed on the sheet substrate P. In the first embodiment, each of the drawing units MU1 to MU4 can selectively project one, two, or all of the three spot lights SPa, SPb, and SPc, so that the adjustment range of the supplied dose amount can be greatly expanded. Furthermore, each of the spot lights SPa, SPb, and SPc can be pulse-projected on the sheet substrate P at high speed in pixel Pic units in the drawing data, so that a special exposure method that gives a larger dose amount than usual to pixels corresponding to the edge portion of the pattern and the pixels adjacent to it is also possible.

図16は、第1の実施の形態、又は変形例1による露光装置を用いて、マトリックス状に配列される複数の矩形パターンの各々の周辺エッジ部に与える露光量を増大させる特殊露光の描画動作の一例を示す図である。特殊露光方法は、例えば国際公開第2019/049940号に開示されているように、シート基板P上に形成されるレジスト層がネガ型であると共に、その厚みが一般的な厚み(0.8μm~2μm)の数倍~10倍程度の場合に利用することができる。16 is a diagram showing an example of a special exposure drawing operation that increases the amount of exposure given to each peripheral edge portion of a plurality of rectangular patterns arranged in a matrix using an exposure device according to the first embodiment or modified example 1. The special exposure method can be used when the resist layer formed on the sheet substrate P is negative type and has a thickness several to ten times that of a general thickness (0.8 μm to 2 μm), as disclosed in International Publication No. 2019/049940, for example.

図16において、描画データ上の1つの画素Picがシート基板P上で2μm角に設定される場合、矩形パターンPT7は、Yt方向に9画素(18μm)、Xt方向に11画素(22μm)の大きさで規定され、Xt方向とYt方向の各々に3画素(6μm)分の間隔を空けてマトリックス状に配列される。各矩形パターンPT7は、Xt方向とYt方向の各々に直線的に配列された画素による周辺エッジ部PT7aと、その内側の7画素×9画素で構成される矩形パターン部PT7bとで構成される。第1の実施の形態による露光装置によって、例えば、描画ユニットMU3による描画ラインSL3a、SL3bに沿って、スポット光SPa、SPb、SPcが走査されたとする。16, when one pixel Pic on the drawing data is set to 2 μm square on the sheet substrate P, the rectangular pattern PT7 is defined as having a size of 9 pixels (18 μm) in the Yt direction and 11 pixels (22 μm) in the Xt direction, and is arranged in a matrix shape with an interval of 3 pixels (6 μm) in each of the Xt and Yt directions. Each rectangular pattern PT7 is composed of a peripheral edge portion PT7a made of pixels linearly arranged in each of the Xt and Yt directions, and a rectangular pattern portion PT7b made of 7 pixels x 9 pixels inside the peripheral edge portion PT7a. Assume that the exposure device according to the first embodiment scans spot lights SPa, SPb, and SPc along drawing lines SL3a and SL3b by the drawing unit MU3, for example.

本変形例では、内側の矩形パターン部PT7bを構成する画素(オン画素)の各々に対しては、Xt方向とYt方向の各々に円形のスポット光SPaの2パルスで露光が行われ、周辺エッジ部PT7aを構成する画素(オン画素)の各々に対しては、Xt方向とYt方向の各々に、円形のスポット光SPaの2パルスと共に、スロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcの2パルスが追加露光される。従って、描画ラインSL3a上では、描画信号SDaとクロック信号CLKとに基づいて、矩形パターンPT7のXt方向の全幅(9画素)に対応した18パルス分の円形のスポット光SPaが照射される。In this modified example, each pixel (ON pixel) constituting the inner rectangular pattern portion PT7b is exposed to two pulses of circular spot light SPa in each of the Xt and Yt directions, and each pixel (ON pixel) constituting the peripheral edge portion PT7a is additionally exposed to two pulses of slot-shaped (oblong) spot light SPb, SPc in each of the Xt and Yt directions along with two pulses of circular spot light SPa. Therefore, on the drawing line SL3a, 18 pulses of circular spot light SPa corresponding to the full width (9 pixels) of the rectangular pattern PT7 in the Xt direction are irradiated based on the drawing signal SDa and the clock signal CLK.

併せて、描画ラインSL3a上では、矩形パターンPT7の+Yt方向側の周辺エッジ部PT7aを構成する1画素目と-Yt方向側の周辺エッジ部PT7aを構成する9画素目とを追加露光する為に、描画信号SDb、SDcとクロック信号CLKとに基づいて、その1画素目と9画素目の各々にスポット光SPb、SPcの2パルス分が照射される。なお、第1の実施の形態では、3つのスポット光SPa、SPb、SPcが、先の図10で説明したように間隔ΔYb、ΔYcでYt方向にずれているので、本変形例でも、図11で説明したように、描画信号SDa、SDb、SDcの各々に対応した画素ビット情報のデータ列は、その間隔ΔYb、ΔYcに応じた画素数だけ情報の位置(ビットの位置)がずれている。 In addition, on the drawing line SL3a, in order to additionally expose the first pixel constituting the peripheral edge portion PT7a on the +Yt direction side of the rectangular pattern PT7 and the ninth pixel constituting the peripheral edge portion PT7a on the -Yt direction side, two pulses of spot light SPb, SPc are irradiated to each of the first pixel and the ninth pixel based on the drawing signals SDb, SDc and the clock signal CLK. Note that in the first embodiment, the three spot lights SPa, SPb, SPc are shifted in the Yt direction at intervals ΔYb, ΔYc as described in FIG. 10 above, so in this modified example, as described in FIG. 11, the data string of pixel bit information corresponding to each of the drawing signals SDa, SDb, SDc has the information position (bit position) shifted by the number of pixels according to the intervals ΔYb, ΔYc.

また、描画ラインSL3b上では、矩形パターンPT7のXt方向側の周辺エッジ部PT7aを構成するようにYt方向に並んだ9個の画素の列に対して追加露光が行われる。その為、描画ラインSL3b上では、矩形パターンPT7の+Yt方向側の周辺エッジ部PT7aを構成する1画素目から、-Yt方向側の周辺エッジ部PT7aを構成する9画素目までの全てが追加露光されるように、描画信号SDa、SDb、SDcとクロック信号CLKとに基づいて、その1画素目~9画素目までの9画素分の各々にスポット光SPa、SPb、SPcの2パルス分が照射される。 In addition, on the drawing line SL3b, additional exposure is performed on a row of nine pixels lined up in the Yt direction to form the peripheral edge portion PT7a on the Xt direction side of the rectangular pattern PT7. Therefore, on the drawing line SL3b, two pulses of spot light SPa, SPb, SPc are irradiated onto each of the nine pixels from the first pixel constituting the peripheral edge portion PT7a on the +Yt direction side of the rectangular pattern PT7 to the ninth pixel constituting the peripheral edge portion PT7a on the -Yt direction side, based on the drawing signals SDa, SDb, SDc and the clock signal CLK.

本変形例では、追加露光される画素(オン画素)に対して、円形のスポット光SPa、-45度で傾斜したスロット状のスポット光SPb、+45度で傾斜したスロット状のスポット光SPcが続けて照射される為、各スポット光の光強度が同じ場合、追加露光された画素には最大で約3倍の露光量が与えられる。しかしながら、追加露光で必要な露光量が1.5倍や2倍程度で良い場合もある。その場合、追加露光で使われるスロット状のスポット光SPb、SPcの各々の光強度がスポット光SPaの光強度の25%、50%程度に減衰されるように、光源装置LS1B、LS1Cから射出されるビームLB1b、LB1cの光路中に、ビーム強度を可変調整できる減光部材を設けても良い。そのような減光部材としては、光源装置LS1B(LS1C)からのビームLB1b(LB1c)を、回転可能な1/2波長板、偏光ビームスプリッタの順に通す構成が好ましい。その場合、1/2波長板をビームの中心光線の回りに回転調整することで、偏光ビームスプリッタで反射(又は透過)されるビームの強度を、例えば10%~90%の範囲で連続的に調整することができる。In this modified example, the pixel to be additionally exposed (ON pixel) is successively irradiated with a circular spot light SPa, a slot-shaped spot light SPb inclined at -45 degrees, and a slot-shaped spot light SPc inclined at +45 degrees. Therefore, when the light intensity of each spot light is the same, the additionally exposed pixel is given a maximum exposure amount of about three times. However, the amount of exposure required for additional exposure may be about 1.5 times or 2 times. In that case, a light-attenuating member capable of variably adjusting the beam intensity may be provided in the optical path of the beams LB1b and LB1c emitted from the light source devices LS1B and LS1C so that the light intensity of each of the slot-shaped spot lights SPb and SPc used for additional exposure is attenuated to about 25% and 50% of the light intensity of the spot light SPa. As such a light-attenuating member, a configuration in which the beam LB1b (LB1c) from the light source device LS1B (LS1C) passes through a rotatable 1/2 wavelength plate and a polarizing beam splitter in that order is preferable. In this case, by rotating the half-wave plate around the central ray of the beam, the intensity of the beam reflected (or transmitted) by the polarizing beam splitter can be continuously adjusted, for example, in the range from 10% to 90%.

本変形例では、追加露光の際に、周辺エッジ部PT7aを構成する画素に、-45度で傾斜したスロット状のスポット光SPbと、+45度で傾斜したスロット状のスポット光SPcとが重なって照射されるので、2つのスポット光SPb、SPcの重なりによる光強度分布は、角が丸まった四角状に近くなる。従って、シート基板P上の露光すべきデバイス形成領域内の全体で、図16のように、Xt方向とYt方向とに延びた周辺エッジ部PT7aだけを含み、斜めエッジ部や斜めラインパターンを含まない場合は、周辺エッジ部PT7aの画素(オン画素)に対しては、2つのスポット光SPb、SPcの重なりのみで露光しても良い。In this modified example, during additional exposure, the pixels constituting the peripheral edge portion PT7a are irradiated with overlapping slot-shaped spot light SPb inclined at -45 degrees and slot-shaped spot light SPc inclined at +45 degrees, so the light intensity distribution due to the overlapping of the two spot lights SPb and SPc becomes close to a rectangle with rounded corners. Therefore, if the entire device formation area to be exposed on the sheet substrate P includes only the peripheral edge portion PT7a extending in the Xt and Yt directions as shown in Figure 16 and does not include a diagonal edge portion or a diagonal line pattern, the pixels (ON pixels) of the peripheral edge portion PT7a may be exposed only with the overlapping of the two spot lights SPb and SPc.

〔変形例4〕
以上の第1の実施の形態、第2の実施の形態、及び各変形例では、ビームスイッチング部BD1B(BD2B)内の直列に配置された音響光学変調素子AM1、AM3(AM2、AM4)によって、3つの光源装置LS1A、LS1B、LS1C(LS2A、LS2B、LS2C)の各々から生成される3つのビームBna、Bnb、Bnc(n=1~4)を複数の描画ユニットMUnのいずれかにスイッチングして供給した。しかしながら、2つの光源装置の各々からの描画用のビームを、ビームスイッチング部BD1B(BD2B)を介さずに、直接1つの描画ユニットに供給する構成としても良い。
[Modification 4]
In the above first embodiment, second embodiment, and each modified example, three beams Bna, Bnb, Bnc (n=1 to 4) generated from each of three light source devices LS1A, LS1B, LS1C (LS2A, LS2B, LS2C) are switched and supplied to one of a plurality of imaging units MUn by the acousto-optical modulation elements AM1, AM3 (AM2, AM4) arranged in series in the beam switching unit BD1B (BD2B). However, a configuration may be used in which the imaging beams from each of the two light source devices are supplied directly to one imaging unit without passing through the beam switching unit BD1B (BD2B).

図17は、2つの光源装置のみを用いた変形例4によるビーム合成部の概略的な構成を示す図である。図17において、先の図1、図4で示した部材と同じ部材には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。本変形例では、2つの光源装置LS1B、LS1Cの各々からのビームLB1b、LB1cは、それぞれミラーM50、M52で反射されて図4(並びに図5A~図5C)に示したビーム形状変形部10B、10Cに入射する。なお、図17において、光源装置LS1BからのビームLB1bは、直交座標系XYZのXY面と平行に+X方向に射出され、光源装置LS1CからのビームLB1cは、ビームLB1bとほぼ同軸な配置関係で、XY面と平行に-X方向に射出される。 Figure 17 is a diagram showing a schematic configuration of a beam combining unit according to modified example 4 using only two light source devices. In Figure 17, the same members as those shown in Figures 1 and 4 above are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. In this modified example, beams LB1b and LB1c from the two light source devices LS1B and LS1C are reflected by mirrors M50 and M52, respectively, and enter beam shape transformation units 10B and 10C shown in Figure 4 (as well as Figures 5A to 5C). In Figure 17, beam LB1b from light source device LS1B is emitted in the +X direction parallel to the XY plane of the orthogonal coordinate system XYZ, and beam LB1c from light source device LS1C is emitted in the -X direction parallel to the XY plane in a positional relationship approximately coaxial with beam LB1b.

ビーム形状変形部10B内に設けられるビーム圧縮系OM2(図5A~図5C参照)の全体は、入射するビームLB1bの中心光線(図5A~図5C中の光軸AXb)の回りに回転可能に設けられる。ビーム圧縮系OM2は、モータやエアピストン等のアクチュエータを含む駆動機構20Bによって、45°ずつ回転するように設定される。従って、ビーム形状変形部10Bから+Y方向に射出するビームLB1bは、YZ面内での断面分布がスロット状(長楕円状)になった平行光束に変換される。同様に、ビーム形状変形部10C内に設けられるビーム圧縮系OM2(図5A~図5C参照)の全体は、入射するビームLB1cの中心光線(図5A~図5C中の光軸AXc)の回りに回転可能に設けられ、モータやエアピストン等のアクチュエータを含む駆動機構20Cによって、45°ずつ回転するように設定される。従って、ビーム形状変形部10Cから+Y方向に射出するビームLB1cは、YZ面内での断面分布がスロット状(長楕円状)になった平行光束に変換される。The entire beam compression system OM2 (see Figures 5A to 5C) provided in the beam shape transformation unit 10B is rotatable around the central ray (optical axis AXb in Figures 5A to 5C) of the incident beam LB1b. The beam compression system OM2 is set to rotate by 45° by a drive mechanism 20B including actuators such as a motor and an air piston. Therefore, the beam LB1b emitted in the +Y direction from the beam shape transformation unit 10B is converted into a parallel beam whose cross-sectional distribution in the YZ plane is slot-shaped (oblong). Similarly, the entire beam compression system OM2 (see Figures 5A to 5C) provided in the beam shape transformation unit 10C is rotatable around the central ray (optical axis AXc in Figures 5A to 5C) of the incident beam LB1c, and is set to rotate by 45° by a drive mechanism 20C including actuators such as a motor and an air piston. Therefore, the beam LB1c emerging from the beam shape modifying section 10C in the +Y direction is converted into a parallel light beam whose cross-sectional distribution in the YZ plane is slot-shaped (elliptical).

ビーム形状変形部10BからのビームLB1bは、ミラーM51によって+X方向に反射された後、V型ミラーM54の一方の反射面に投射される。同様に、ビーム形状変形部10CからのビームLB1cは、ミラーM53によって-X方向に反射された後、V型ミラーM54の他方の反射面に投射される。V型ミラーM54の一方の反射面と他方の反射面とは、図17中のZ軸と平行な稜線を成すように、所定の角度で交差するように設定されている。V型ミラーM54の稜線(Z軸と平行)は、図17中のXY面内で見たとき、例えば描画ユニットMU1の光軸AXu1(図2参照)と直交するように設定される。 Beam LB1b from beam shape transformation unit 10B is reflected in the +X direction by mirror M51 and then projected onto one reflecting surface of V-shaped mirror M54. Similarly, beam LB1c from beam shape transformation unit 10C is reflected in the -X direction by mirror M53 and then projected onto the other reflecting surface of V-shaped mirror M54. One reflecting surface and the other reflecting surface of V-shaped mirror M54 are set to intersect at a predetermined angle to form a ridgeline parallel to the Z axis in FIG. 17. The ridgeline of V-shaped mirror M54 (parallel to the Z axis) is set to be perpendicular to the optical axis AXu1 (see FIG. 2) of drawing unit MU1, for example, when viewed in the XY plane in FIG. 17.

ミラーM51、M53、V型ミラーM54によって、V型ミラーM54の一方の反射面で反射されたビームLB1bと、V型ミラーM54の他方の反射面で反射されたビームLB1cとは、XY面内で光軸AXu1と平行に、且つ光軸AXu1を挟んで対称的に接近した状態で+Y方向に進み、プリズムブロック22に入射する。プリズムブロック22は、光軸AXu1と直交するようにZ軸と平行に延びた稜線を有し、入射するビームLB1b、LB1cの各々を、光軸AXu1に向けて所定の角度(例えば1°以下)だけ屈折(偏向)させる。プリズムブロック22を通った2つのビームLB1b、LB1cは、光軸AXu1と垂直な面Pe’(図8中の面Pe’に対応)で互いに光軸AXu1と交差した後、広がりながら描画ユニットMU1に入射するように進む。 Beam LB1b reflected by one reflecting surface of V-shaped mirror M54 and beam LB1c reflected by the other reflecting surface of V-shaped mirror M54 proceed in the +Y direction parallel to optical axis AXu1 in the XY plane and symmetrically approaching each other on either side of optical axis AXu1, and enter prism block 22. Prism block 22 has a ridgeline extending parallel to the Z axis so as to be perpendicular to optical axis AXu1, and refracts (deflects) each of the incident beams LB1b and LB1c toward optical axis AXu1 by a predetermined angle (for example, 1° or less). After passing through prism block 22, two beams LB1b and LB1c cross each other on plane Pe' (corresponding to plane Pe' in FIG. 8) perpendicular to optical axis AXu1, and then proceed to enter drawing unit MU1 while expanding.

以上の構成により、シート基板P上には、描画ユニットMU1から投射されるビームLB1b、LB1cの各々による2つのスポット光SPb、SPcだけが集光される。本変形例では、2つのスポット光SPb、SPcの各々が、いずれもスロット状(長楕円状)の強度分布を有し、その分布の長軸方向を、駆動機構20B、20Cによってシート基板P上で45°の角度ずつ変えることができる。なお、駆動機構20B、20Cによるビーム形状変形部10B、10C内のビーム圧縮系OM2の回転角度の変化量は、例えば、±90°の範囲内で、15°ずつの12段階にしても良いし、無段階で任意角度に設定できるようにしても良い。 With the above configuration, only the two spot lights SPb, SPc by each of the beams LB1b, LB1c projected from the drawing unit MU1 are focused on the sheet substrate P. In this modified example, each of the two spot lights SPb, SPc has a slot-shaped (elliptical) intensity distribution, and the major axis direction of the distribution can be changed by an angle of 45° on the sheet substrate P by the driving mechanisms 20B, 20C. The amount of change in the rotation angle of the beam compression system OM2 in the beam shape transformation units 10B, 10C by the driving mechanisms 20B, 20C may be, for example, in 12 steps of 15° within the range of ±90°, or may be set to any angle without any steps.

本変形例では、2つのスロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcのみでパターンの描画を行う際に、描画ユニットMU1が描画すべきパターン中に、どのようなパターン部分(主走査方向又は副走査方向に延びた直線エッジ部、或いは斜めエッジ部等)がシート基板P上の副走査方向のどの位置に含まれるかを事前に把握し、それに応じて、スポット光SPb、SPcの各々の長軸方向を、駆動機構20B、20Cによって事前(対応するエッジ部の描画直前)に回転させる。先の図9Aで説明したように、電子デバイス内の配線パターンでは、45度の斜めラインパターン(図9A中のPT2)が多用されるが、その他に、主走査方向又は副走査方向に対して30度程度、或いは60度程度で傾いたラインパターンやパターンエッジ部も使われる。そのような場合も考慮して、スロット状(長楕円状)の強度分布を有するスポット光SPb、SPcの各々の長軸方向が、主走査方向又は副走査方向に対して+25度~65度の範囲、又は-25度~65度の範囲で傾けられるようにしておくのが望ましい。In this modified example, when a pattern is drawn using only two slot-shaped (elliptical) spot lights SPb and SPc, the drawing unit MU1 determines in advance what pattern portion (straight edge portion extending in the main scanning direction or sub-scanning direction, or diagonal edge portion, etc.) is included in the pattern to be drawn and at what position in the sub-scanning direction on the sheet substrate P, and accordingly, the long axis direction of each of the spot lights SPb and SPc is rotated in advance (just before drawing the corresponding edge portion) by the drive mechanisms 20B and 20C. As described above in FIG. 9A, in the wiring patterns in electronic devices, 45-degree diagonal line patterns (PT2 in FIG. 9A) are often used, but in addition, line patterns and pattern edge portions inclined at about 30 degrees or 60 degrees to the main scanning direction or sub-scanning direction are also used. Taking such cases into consideration, it is desirable to tilt the major axis direction of each of the spot lights SPb, SPc having a slot-shaped (elliptical) intensity distribution within the range of +25 degrees to 65 degrees, or within the range of -25 degrees to 65 degrees, relative to the main scanning direction or sub-scanning direction.

図18A~図18Dは、パターンのエッジ部の方向性に応じて切り換えられるスポット光SPb、SPcの各々の長軸方向の組合せを模式的に表した図である。図18Aは、先の図10で説明した状態と同様に、-45度で傾いたスポット光SPbと+45度で傾いたスポット光SPcとの各中心が、間隔(ΔYb+ΔYc)で1つの描画ラインSLn上にYt(Y)方向に位置した場合を表わす。描画ユニットMU1によって描画されるパターンとして、先の図16で説明したように、Xt方向とYt方向に延びた直線エッジ部のみで構成される場合は、描画データ上の全ての画素Picのうち、スポット光を投射すべきオン画素に対しては、±45度で傾いたスポット光SPb、SPcの各々が重ねて投射されるように、光源装置LS1B、LS1Cの各々からのビームLB1b、LB1cのパルス発光が制御される。なお、図18Aのように、スポット光SPbを-45度で傾け、スポット光SPcを+45度で傾けた状態を初期状態とする。 Figures 18A to 18D are schematic diagrams showing combinations of the major axis directions of the spot lights SPb and SPc that are switched according to the directionality of the edge portion of the pattern. Figure 18A shows a case where the centers of the spot light SPb tilted at -45 degrees and the spot light SPc tilted at +45 degrees are located in the Yt (Y) direction on one drawing line SLn at an interval (ΔYb + ΔYc) as in the state described in FIG. 10 above. When the pattern drawn by the drawing unit MU1 is composed only of straight edge portions extending in the Xt and Yt directions as described in FIG. 16 above, the pulse emission of the beams LB1b and LB1c from the light source devices LS1B and LS1C is controlled so that the spot lights SPb and SPc tilted at ±45 degrees are projected overlappingly onto the ON pixels to which the spot lights should be projected among all the pixels Pic on the drawing data. As shown in FIG. 18A, the initial state is a state in which the spot light SPb is inclined at −45 degrees and the spot light SPc is inclined at +45 degrees.

図18Bは、駆動機構20Cによって、スポット光SPcのみを初期状態の傾きから反時計回りに90度回転させた状態を示し、図18Cは、駆動機構20Bによって、スポット光SPbのみを初期状態の傾きから時計回りに90度回転させた状態を示す。図18B又は図18Cのように、2つのスポット光SPb、SPcを同じ向きに傾けて、斜めエッジ部や斜めラインパターンのオン画素(Pic)に対して、スポット光SPb、SPcの各々を重ねて投射することで、エッジ部の画素の露光量を増大させることができる。 Figure 18B shows a state in which only the spot light SPc has been rotated 90 degrees counterclockwise from the initial tilt by the drive mechanism 20C, and Figure 18C shows a state in which only the spot light SPb has been rotated 90 degrees clockwise from the initial tilt by the drive mechanism 20B. As in Figure 18B or 18C, by tilting the two spot lights SPb and SPc in the same direction and projecting the spot lights SPb and SPc in an overlapping manner onto the on-pixels (Pic) of the diagonal edge portion or diagonal line pattern, the exposure amount of the pixels of the edge portion can be increased.

また、図18Dは、駆動機構20B、20Cによって、スポット光SPbを初期状態の傾きから時計回りに45度回転させ、スポット光SPcを初期状態の傾きから反時計回りに45度回転させた状態を示す。図18Dの場合、2つのスポット光SPb、SPcは、共に長軸方向が描画ラインSLnと直交した向きに設定される。図18Dの設定は、特に描画ラインSLnと平行、或いは直交した方向に延びる直線状のラインパターンの描画に適している。 Figure 18D also shows a state in which the driving mechanisms 20B and 20C rotate the spot light SPb 45 degrees clockwise from the initial tilt, and rotate the spot light SPc 45 degrees counterclockwise from the initial tilt. In the case of Figure 18D, the two spot lights SPb and SPc are both set so that their major axis directions are perpendicular to the drawing line SLn. The setting of Figure 18D is particularly suitable for drawing linear line patterns that extend parallel to or perpendicular to the drawing line SLn.

以上のように、駆動機構20B、20Cによるビーム圧縮系OM2の回転によるスポット光SPb、SPcの長軸方向の変更(切換)動作は、当然に描画ラインSLnに沿ったスポット光SPb、SPcの1回の走査中にはできない。その為、パターン描画が全く行われない領域(スポット光SPb、SPcがパルス照射されないオフ画素が連続する領域)に亘ってシート基板Pが移動する時間に対して、スポット光SPb、SPcの長軸方向の切換動作に要する時間が短くなるタイミングで、必要であれば切換動作が行われる。As described above, the change (switching) operation of the long axis direction of the spot lights SPb, SPc by rotating the beam compression system OM2 by the drive mechanisms 20B, 20C cannot be performed during one scan of the spot lights SPb, SPc along the drawing line SLn. Therefore, if necessary, the switching operation is performed at a timing when the time required for the switching operation of the spot lights SPb, SPc in the long axis direction becomes shorter than the time it takes for the sheet substrate P to move through an area where no pattern drawing is performed at all (an area where off pixels where the spot lights SPb, SPc are not pulsed) is.

〔変形例5〕
図19は、1つの光源装置LSeからのビームLBeによって、2つのスロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcを作る光学構成を模式的に示す図である。説明の便宜上、光源装置LSeからのビームLBeは、直交座標系XYZのX軸と平行に射出されるものとする。光源装置LSeは、先に説明した光源装置LS1B、LS1Cと同様のファイバーアンプレーザ光源(波長355nmの紫外パルス光を周波数400MHzで発振)である。光源装置LSeからのP偏光のビームLBe(直径が0.5~1mm程度の円形の断面分布を有する平行光束)は、先の図14で説明した電気光学素子EOa、EObと同様の電気光学素子EOcに入射する。電気光学素子EOcは、駆動信号SSc(高圧の直流電位)が印加されている間(オン状態のとき)は、入射したビームLBeをP偏光からS偏光に変換して射出し、駆動信号SScが非印加のとき(オフ状態のとき)はP偏光のビームLBeをそのまま射出する。
[Modification 5]
19 is a schematic diagram showing an optical configuration in which two slot-shaped (long elliptical) spot lights SPb and SPc are produced by a beam LBe from one light source device LSe. For convenience of explanation, the beam LBe from the light source device LSe is assumed to be emitted parallel to the X-axis of the orthogonal coordinate system XYZ. The light source device LSe is a fiber amplifier laser light source (oscillation of ultraviolet pulse light with a wavelength of 355 nm at a frequency of 400 MHz) similar to the light source devices LS1B and LS1C described above. The P-polarized beam LBe (parallel light beam having a circular cross-sectional distribution with a diameter of about 0.5 to 1 mm) from the light source device LSe is incident on an electro-optical element EOc similar to the electro-optical elements EOa and EOb described above in FIG. 14. When the drive signal SSc (high voltage DC potential) is applied (when in the on state), the electro-optical element EOc converts the incident beam LBe from P polarized light to S polarized light and emits it, and when the drive signal SSc is not applied (when in the off state), it emits the P polarized beam LBe as is.

電気光学素子EOcからのビームLBeは、Y軸と平行に+Y方向に進むようにミラーM55で直角に折り曲げられた後、ビーム拡大系OM1(図5A~図5C参照)に入射する。ビーム拡大系OM1は、入射したビームLBeの直径を10倍程度に拡大した平行光束にして偏光ビームスプリッタBS4に向けて射出する。光分割部としての偏光ビームスプリッタBS4は、ビームLBeがP偏光のときはビームLBeをそのまま透過させ、ビームLBeがS偏光のときはビームLBeを直角に反射させる。ここで、偏光ビームスプリッタBS4を透過したP偏光のビームLBeをビームLB1cとし、偏光ビームスプリッタBS4で反射したS偏光のビームLBeをビームLB1bとすると、分割されたビームLB1c、LB1bは、それぞれ別の光路を進む。 The beam LBe from the electro-optical element EOc is bent at a right angle by the mirror M55 so that it travels in the +Y direction parallel to the Y axis, and then enters the beam expansion system OM1 (see Figures 5A to 5C). The beam expansion system OM1 expands the diameter of the incident beam LBe by about 10 times to form a parallel beam and emits it toward the polarizing beam splitter BS4. The polarizing beam splitter BS4, which acts as a light splitting unit, transmits the beam LBe as is when the beam LBe is P-polarized, and reflects the beam LBe at a right angle when the beam LBe is S-polarized. Here, if the P-polarized beam LBe that has passed through the polarizing beam splitter BS4 is called beam LB1c, and the S-polarized beam LBe that has been reflected by the polarizing beam splitter BS4 is called beam LB1b, the split beams LB1c and LB1b each travel along a different optical path.

偏光ビームスプリッタBS4からのビームLB1b(S偏光)は、1/2波長板HWPを透過して、偏光方向が90度回転したP偏光に変換された後、ビーム形状変形部として機能するビーム圧縮系OM2bに入射する。同様に、偏光ビームスプリッタBS4からのビームLB1c(P偏光)は、1/2波長板HWPを透過して、偏光方向が90度回転したS偏光に変換された後、ビーム形状変形部として機能するビーム圧縮系OM2cに入射する。ビーム圧縮系OM2b、OM2cの各々は、先の図5A~図5C又は図13で示した光学部材によって同様に構成され、それぞれのビームLB1b、LB1cの中心光線(光軸)の回りに、相対的に90度の角度を成すように設置される。 Beam LB1b (S-polarized) from polarizing beam splitter BS4 passes through half-wave plate HWP and is converted to P-polarized light with its polarization direction rotated by 90 degrees, and then enters beam compression system OM2b, which functions as a beam shape modification unit. Similarly, beam LB1c (P-polarized) from polarizing beam splitter BS4 passes through half-wave plate HWP and is converted to S-polarized light with its polarization direction rotated by 90 degrees, and then enters beam compression system OM2c, which functions as a beam shape modification unit. Each of beam compression systems OM2b and OM2c is similarly configured using the optical members shown in Figures 5A to 5C or 13, and is installed so as to form a relative angle of 90 degrees around the central ray (optical axis) of each beam LB1b and LB1c.

ビーム圧縮系OM2bを通ったビームLB1bは、ミラーM57でY軸と平行になるように直角に反射されて+Y方向に進み、偏光ビームスプリッタBS5に入射する。また、ビーム圧縮系OM2cを通って-X方向に進むビームLB1cは、偏光ビームスプリッタBS5に入射する。ビーム合成部として機能する偏光ビームスプリッタBS5は、P偏光となったビームLB1bを透過させ、S偏光となったビームLB1cを反射させると共に、ビームLB1b、LB1cを同軸に合成するように配置されている。偏光ビームスプリッタBS5から+Y方向に射出されるビームLB1b、LB1cは、図5A~図5Cに示した構成と同様のビーム縮小系OM3によって、ビーム径を1/10程度に縮小した平行光束に変換される。 After passing through the beam compression system OM2b, the beam LB1b is reflected at a right angle by the mirror M57 so that it becomes parallel to the Y axis, travels in the +Y direction, and enters the polarizing beam splitter BS5. Also, the beam LB1c that travels in the -X direction through the beam compression system OM2c is entered into the polarizing beam splitter BS5. The polarizing beam splitter BS5, which functions as a beam combining section, is arranged to transmit the beam LB1b that has become P polarized and reflect the beam LB1c that has become S polarized, and to combine the beams LB1b and LB1c coaxially. The beams LB1b and LB1c that are emitted in the +Y direction from the polarizing beam splitter BS5 are converted into parallel light beams with the beam diameter reduced to about 1/10 by the beam reduction system OM3, which has the same configuration as that shown in Figures 5A to 5C.

ビーム縮小系OM3を通ったビームLB1b、LB1cは、振幅分割型のビームスプリッタBS6を透過して、それぞれビームB1b、B1cとなって、描画ユニットMU1の光軸AXu1と同軸になるように描画ユニットMU1に入射する。また、光源装置LSeと同じ諸特性で作られた光源装置LS1Aからの-X方向に進むビームLB1a(直径が0.5~1mm程度の円形の断面分布を有する平行光束)は、ビームスプリッタBS6で反射されて、ビームB1aとなって、描画ユニットMU1の光軸AXu1と同軸になるように描画ユニットMU1に入射する。ビームスプリッタBS6は、3本のビームB1a、B1b、B1cを同軸に合成するように配置されるが、入射するビームB1a、B1b、B1cの各々の光量の約半分は、ビームスプリッタBS6の-X方向側に配置されたビームトラップTRcで吸収される。 Beams LB1b and LB1c that have passed through the beam reduction system OM3 pass through an amplitude division type beam splitter BS6 to become beams B1b and B1c, respectively, and enter the drawing unit MU1 so as to be coaxial with the optical axis AXu1 of the drawing unit MU1. Also, beam LB1a (a parallel light beam having a circular cross-sectional distribution with a diameter of about 0.5 to 1 mm) traveling in the -X direction from light source device LS1A, which is made with the same characteristics as light source device LSe, is reflected by beam splitter BS6 to become beam B1a, which enters drawing unit MU1 so as to be coaxial with the optical axis AXu1 of the drawing unit MU1. Beam splitter BS6 is arranged to combine the three beams B1a, B1b, and B1c coaxially, but about half of the light amount of each of the incident beams B1a, B1b, and B1c is absorbed by beam trap TRc arranged on the -X side of beam splitter BS6.

本変形例では、電気光学素子EOcがオフ状態であって、且つ、光源装置LSeに供給される描画信号SDcの画素ビット値が「1」のときに、光源装置LSeからビームLBeがパルス発光される。電気光学素子EOcがオフ状態なので、ビームLBe(P偏光)は、偏光ビームスプリッタBS4を透過し、1/2波長板HWPを通ってS偏光に変換され、ビーム圧縮系OM2cを通って偏光ビームスプリッタBS5で反射されて、ビーム縮小系OM3、ビームスプリッタBS6を介して、スポット光SPcを生成するビームB1cとなって描画ユニットMU1に供給される。電気光学素子EOcがオン状態であって、且つ、光源装置LSeに供給される描画信号SDbの画素ビット値が「1」のときに、光源装置LSeからビームLBeがパルス発光される。電気光学素子EOcがオン状態なので、P偏光のビームLBeはS偏光に変換されて、偏光ビームスプリッタBS4で反射されて、1/2波長板HWPを通ってP偏光に変換され、ビーム圧縮系OM2bを通って偏光ビームスプリッタBS5を透過して、ビーム縮小系OM3、ビームスプリッタBS6を介して、スポット光SPbを生成するビームB1bとなって描画ユニットMU1に供給される。In this modified example, when the electro-optical element EOc is in the off state and the pixel bit value of the drawing signal SDc supplied to the light source device LSe is "1", the light source device LSe emits a pulsed beam LBe. Since the electro-optical element EOc is in the off state, the beam LBe (P polarized light) passes through the polarized beam splitter BS4, passes through the half-wave plate HWP and is converted to S polarized light, passes through the beam compression system OM2c and is reflected by the polarized beam splitter BS5, passes through the beam reduction system OM3 and the beam splitter BS6, and is supplied to the drawing unit MU1 as the beam B1c that generates the spot light SPc. When the electro-optical element EOc is in the on state and the pixel bit value of the drawing signal SDb supplied to the light source device LSe is "1", the light source device LSe emits a pulsed beam LBe. Since the electro-optical element EOc is in the on state, the P-polarized beam LBe is converted to S-polarized light, reflected by the polarizing beam splitter BS4, converted to P-polarized light through the half-wave plate HWP, passes through the beam compression system OM2b, transmits through the polarizing beam splitter BS5, and passes through the beam reduction system OM3 and the beam splitter BS6 to become the beam B1b that generates the spot light SPb, and is supplied to the drawing unit MU1.

本変形例でも、スポット光SPbとスポット光SPcとの切り換えの為に、電気光学素子EOcが使われる。その為、図4に示した制御装置100内の描画データ記憶部100Bには、電気光学素子EOcに印加される駆動信号SScのオン/オフを設定する情報(ビットマップ情報)が、描画すべきパターンの画素マップ情報と関連付けて記憶されている。電気光学素子EOcのオン/オフによって、結果的に、ビーム形状変形部としてのビーム圧縮系OM2bから射出するビームLB1bの直線偏光の方向と、ビーム形状変形部としてのビーム圧縮系OM2cから射出するビームLB1cの直線偏光の方向とが相補的に切り換えられることになる。In this modified example, the electro-optical element EOc is used to switch between the spot light SPb and the spot light SPc. For this reason, the drawing data storage unit 100B in the control device 100 shown in FIG. 4 stores information (bitmap information) that sets the on/off of the drive signal SSc applied to the electro-optical element EOc in association with the pixel map information of the pattern to be drawn. As a result, the on/off of the electro-optical element EOc complementarily switches the linear polarization direction of the beam LB1b emitted from the beam compression system OM2b as the beam shape transformation unit and the linear polarization direction of the beam LB1c emitted from the beam compression system OM2c as the beam shape transformation unit.

本変形例では、光源装置LS1AからのビームB1aによる円形状のスポット光SPaは、描画信号SDaの画素ビット値「1」及びクロック信号CLKに応答して、常時、シート基板P上にパルス光として投射可能である。一方、光源装置LSeからのビームLBeから生成されるビームB1bによるスポット光SPbと、ビームB1cによるスポット光SPcは、電気光学素子EOcのオフ状態とオン状態との切り替えによって、いずれか一方のみが、描画信号SDb、SDcの画素ビット値「1」及びクロック信号CLKに応答して、シート基板P上にパルス光として投射される。In this modified example, the circular spot light SPa produced by the beam B1a from the light source device LS1A can be constantly projected as pulsed light onto the sheet substrate P in response to the pixel bit value "1" of the drawing signal SDa and the clock signal CLK. On the other hand, the spot light SPb produced by the beam B1b generated from the beam LBe from the light source device LSe and the spot light SPc produced by the beam B1c are projected as pulsed light onto the sheet substrate P in response to the pixel bit value "1" of the drawing signals SDb, SDc and the clock signal CLK by switching the electro-optical element EOc between the off state and the on state.

その為、本変形例では、斜めエッジ部や斜めラインパターンを構成するエッジ画素に対して、スロット状(長楕円状)のスポット光SPb又はSPcだけではなく、円形状のスポット光SPaも重ねて露光することができる。この場合、エッジ画素の露光量を増大させつつ、エッジ部のギザギザを低減させる効果も得られる。Therefore, in this modified example, the edge pixels constituting the diagonal edge portion or diagonal line pattern can be exposed not only to the slot-shaped (elliptical) spot light SPb or SPc but also to the circular spot light SPa in a superimposed manner. In this case, the effect of increasing the exposure amount of the edge pixels while reducing the jaggedness of the edge portion can be obtained.

〔変形例6〕
図20は、光源装置とビーム形状変形部10B、10Cを含むビーム合成部BD1A(BD2A)との変形例による構成を模式的に示した図である。本変形例では、図19に示した光源装置LSeからのビームLBeと、図4に示した光源装置LS1AからのビームLB1aとによって、円形のスポット光SPaと2つのスロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcとが生成されるように構成すると共に、図6に示したビームスイッチング部BD1B(BD2B)も用いて、複数の描画ユニットMU1~MU4の各々によるパターン露光が可能な構成とする。
[Modification 6]
Fig. 20 is a diagram showing a schematic configuration of a modified example of a light source device and a beam combining unit BD1A (BD2A) including beam shape transforming units 10B and 10C. In this modified example, a circular spot light SPa and two slot-shaped (oblong) spot light SPb and SPc are generated by the beam LBe from the light source device LSe shown in Fig. 19 and the beam LB1a from the light source device LS1A shown in Fig. 4, and the beam switching unit BD1B (BD2B) shown in Fig. 6 is also used to enable pattern exposure by each of the multiple drawing units MU1 to MU4.

図20において、光源装置LSeから周波数400MHzでパルス発光される紫外波長域のビームLBe(直径が0.5~1mm程度の円形断面の平行光束)は、音響光学変調素子AM5にブラッグ回折の条件で入射する。音響光学変調素子AM5は駆動信号SSeによって、オン状態(回折光発生状態)とオフ状態とに切り換えられる。音響光学変調素子AM5がオフ状態のとき、入射したビームLBeはそのまま透過してレンズGK7に光軸と同軸に入射する。音響光学変調素子AM5は、レンズGK7の前側焦点の位置に配置され、レンズGK7の後側焦点の位置には落射ミラーIM5が配置される。よって、図20の音響光学変調素子AM5、レンズGK7、落射ミラーIM5の各配置は、先の図7A、図7Bで説明した音響光学変調素子AM3、レンズGK3、落射ミラーIM3の各配置と同じになっている。 In FIG. 20, the ultraviolet wavelength region beam LBe (a parallel light beam with a circular cross section with a diameter of about 0.5 to 1 mm) pulsed from the light source device LSe at a frequency of 400 MHz is incident on the acousto-optical modulation element AM5 under the condition of Bragg diffraction. The acousto-optical modulation element AM5 is switched between an on state (diffracted light generating state) and an off state by the drive signal SSe. When the acousto-optical modulation element AM5 is in the off state, the incident beam LBe passes through as it is and is incident on the lens GK7 coaxially with the optical axis. The acousto-optical modulation element AM5 is disposed at the front focal position of the lens GK7, and the epi-reflection mirror IM5 is disposed at the rear focal position of the lens GK7. Therefore, the respective arrangements of the acousto-optical modulation element AM5, lens GK7, and epi-reflection mirror IM5 in FIG. 20 are the same as the respective arrangements of the acousto-optical modulation element AM3, lens GK3, and epi-reflection mirror IM3 described above in FIG. 7A and FIG. 7B.

オフ状態の音響光学変調素子AM5を透過してレンズGK7を通ったビームLBeは、落射ミラーIM5の上方空間でビームウェストとなるように収斂した後、発散しながらレンズGK9に光軸と同軸に入射する。レンズGK9の前側焦点は、レンズGK7の後側焦点の位置と一致するように配置され、レンズGK9の後側焦点の位置には、駆動信号SSfによってオン状態(回折光発生状態)とオフ状態とに切り換えられると共に、ブラッグ回折条件で配置される音響光学変調素子AM6が設けられる。レンズGK9を透過したビームLBeは、初段の音響光学変調素子AM5に入射するときのビーム径と同じの平行光束となる。The beam LBe that passes through the off-state acousto-optical modulation element AM5 and the lens GK7 converges to form a beam waist in the space above the reflecting mirror IM5, and then diverges and enters the lens GK9 coaxially with the optical axis. The front focus of the lens GK9 is arranged to coincide with the position of the rear focus of the lens GK7, and the acousto-optical modulation element AM6 that is switched between the on state (diffracted light generating state) and the off state by the drive signal SSf and is arranged under the Bragg diffraction condition is provided at the position of the rear focus of the lens GK9. The beam LBe that passes through the lens GK9 becomes a parallel light beam with the same beam diameter as when it enters the first stage acousto-optical modulation element AM5.

音響光学変調素子AM6がオン状態の場合、図20に示すように、ビームLBeの1次回折ビームとしてのビームLB1c(平行光束)が発生する。ビームLB1cは、レンズGK10を通って、落射ミラーIM6の位置でビームウェストとなるように収斂されると共に、落射ミラーIM6で直角に反射されて、レンズGK11に光軸と同軸状態で入射する。ここでも、レンズGK10の前側焦点の位置には音響光学変調素子AM6が配置され、レンズGK10の後側焦点の位置には落射ミラーIM6が配置される。さらに、レンズGK11の前側焦点の位置はレンズGK10の後側焦点の位置(落射ミラーIM6の位置)と同じになるように設定されている。従って、レンズGK11を通ったビームLB1cは、再び平行光束になり、ミラーM59で反射されて、先の図4(図5A~図5C)又は図13で示したようなビーム形状変形部10Cに入射する。When the acousto-optical modulation element AM6 is in the on state, as shown in FIG. 20, a beam LB1c (parallel light beam) is generated as a first-order diffraction beam of the beam LBe. The beam LB1c passes through the lens GK10, converges to a beam waist at the position of the incident mirror IM6, is reflected at a right angle by the incident mirror IM6, and enters the lens GK11 in a state coaxial with the optical axis. Here again, the acousto-optical modulation element AM6 is disposed at the position of the front focal point of the lens GK10, and the incident mirror IM6 is disposed at the position of the rear focal point of the lens GK10. Furthermore, the position of the front focal point of the lens GK11 is set to be the same as the position of the rear focal point of the lens GK10 (the position of the incident mirror IM6). Therefore, the beam LB1c that passed through the lens GK11 becomes a parallel light beam again, is reflected by the mirror M59, and enters the beam shape transformation unit 10C as shown in FIG. 4 (FIG. 5A to FIG. 5C) or FIG. 13.

一方、初段の音響光学変調素子AM5がオン状態の場合は、音響光学変調素子AM5に入射するビームLBeの1次回折ビームとしてのビームLB1bが発生する。そのビームLB1b(平行光束)は、レンズGK7によって収斂され、落射ミラーIM5で反射されて、レンズGK8に光軸と同軸状態で入射する。レンズGK8の前側焦点は、レンズGK7の後側焦点の位置(落射ミラーIM5の位置)に設定されているので、レンズGK8を通ったビームLB1bは、再び平行光束になり、ミラーM58で反射されて、先の図4(図5A~図5C)又は図13で示したようなビーム形状変形部10Bに入射する。On the other hand, when the first-stage acousto-optical modulation element AM5 is in the on state, a beam LB1b is generated as a first-order diffracted beam of the beam LBe incident on the acousto-optical modulation element AM5. The beam LB1b (parallel light beam) is converged by the lens GK7, reflected by the incident mirror IM5, and incident on the lens GK8 in a state coaxial with the optical axis. Since the front focal point of the lens GK8 is set at the position of the rear focal point of the lens GK7 (the position of the incident mirror IM5), the beam LB1b that passes through the lens GK8 becomes a parallel light beam again, is reflected by the mirror M58, and is incident on the beam shape transformation unit 10B as shown in FIG. 4 (FIG. 5A to FIG. 5C) or FIG. 13.

図20に示すビーム形状変形部10B、10Cは、先の図13で説明したように、駆動機構20B、20Cの各々によるビーム圧縮系OM2の回転によって、ビームLB1b、LB1cの圧縮方向を光軸回りに回転させるようにしても良い。ビーム形状変形部10B、10Cの各々から射出するビームLB1b、LB1cは、それぞれ、図4と同様にミラーM3B、M3Cで反射された後、楔状のプリズム12B、12Cを通って、ビームスイッチング部BD1B(BD2B)の光軸AXsと所定の角度を成すように進む。また、図4と同様に、光源装置LS1AからのビームLB1aが、ミラーM3BとミラーM3Cとの間から、ビームスイッチング部BD1B(BD2B)の光軸AXsと同軸となるように通される。そのビームLB1aは、図4と同様に、平行平板12Aを通ってビームスイッチング部BD1B(BD2B)に供給される。 As described above in FIG. 13, the beam shape transformation units 10B and 10C shown in FIG. 20 may rotate the compression direction of the beams LB1b and LB1c around the optical axis by rotating the beam compression system OM2 by each of the drive mechanisms 20B and 20C. The beams LB1b and LB1c emitted from the beam shape transformation units 10B and 10C are reflected by the mirrors M3B and M3C, respectively, as in FIG. 4, and then pass through the wedge-shaped prisms 12B and 12C to advance so as to form a predetermined angle with the optical axis AXs of the beam switching unit BD1B (BD2B). Also, as in FIG. 4, the beam LB1a from the light source device LS1A is passed between the mirrors M3B and M3C so as to be coaxial with the optical axis AXs of the beam switching unit BD1B (BD2B). The beam LB1a is supplied to the beam switching unit BD1B (BD2B) through the parallel plate 12A in the same manner as in FIG.

以上の構成により、本変形例では、描画ユニットMU1、MU3(MU2、MU4)の各々から、ビームLB1a(LB2a)による円形のスポット光SPa、ビームLB1b(LB2b)による-45度で傾いたスロット状(長楕円状)のスポット光SPb、及びビームLB1c(LB2c)による+45度で傾いたスロット状(長楕円状)のスポット光SPbのうちのいずれか1つを選択的にシート基板P上に投射したり、或いはスロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcのいずれか1つと円形のスポット光SPaとの2つを同時にシート基板P上に投射したりすることができる。 With the above configuration, in this modified example, each of the drawing units MU1, MU3 (MU2, MU4) can selectively project one of the circular spot light SPa produced by beam LB1a (LB2a), the slot-shaped (oblong) spot light SPb inclined at -45 degrees produced by beam LB1b (LB2b), and the slot-shaped (oblong) spot light SPb inclined at +45 degrees produced by beam LB1c (LB2c) onto the sheet substrate P, or can simultaneously project both the slot-shaped (oblong) spot light SPb, SPc and the circular spot light SPa onto the sheet substrate P.

光源装置LS1Aと光源装置LSeとの各々のパルス発振の周波数Fpを400MHzとした場合、図20に示した音響光学変調素子AM5、AM6の最高スイッチング周波数Fssが50MHz~100MHz程度であることを考慮して、音響光学変調素子AM5、AM6の各々をオン状態又はオフ状態に切り換える駆動信号SSc、SSdの印加タイミングは、スロット状(長楕円状)のスポット光SPb、SPcで描画すべきエッジ画素や斜めラインパターンの位置に対して、例えば、図15で説明した駆動信号SSa、SSbと同様に数画素分早めに実行される。例えば、1画素に対してスポット光SPa、SPb、SPcの各々が主走査方向にnパルス分照射される場合、駆動信号SSc、SSdの印加タイミングは、Fp/n・Fssで求まる値以上の画素数分だけ先行するように制御される。よって、Fp=400MHz、Fss=50MHz、n=2の場合、主走査方向に4画素以上先行する画素位置で駆動信号(高周波信号)SSe、SSfのいずれか一方を印加すれば良い。 When the frequency Fp of the pulse oscillation of each of the light source device LS1A and the light source device LSe is 400 MHz, taking into consideration that the maximum switching frequency Fss of the acousto-optical modulation elements AM5 and AM6 shown in FIG. 20 is about 50 MHz to 100 MHz, the application timing of the drive signals SSc and SSd that switch each of the acousto-optical modulation elements AM5 and AM6 to the on state or off state is executed several pixels earlier than the position of the edge pixel or oblique line pattern to be drawn with the slot-shaped (elliptical) spot light SPb and SPc, for example, as with the drive signals SSa and SSb described in FIG. 15. For example, when each of the spot light SPa, SPb, and SPc is irradiated with n pulses for one pixel in the main scanning direction, the application timing of the drive signals SSc and SSd is controlled to precede by a number of pixels equal to or greater than the value calculated by Fp/n·Fss. Therefore, when Fp=400 MHz, Fss=50 MHz, and n=2, it is sufficient to apply either one of the drive signals (high frequency signals) SSe or SSf at a pixel position preceding by four or more pixels in the main scanning direction.

本変形例では、スポット光SPbとスポット光SPcとの切り換えの為に、2つの音響光学変調素子AM5、AM6が使われる。その為、図4に示した制御装置100内には、音響光学変調素子AM5、AM6の各々に駆動信号SSe、SSfを印加する為のドライブ回路(高周波信号印加アンプ等)が設けられ、描画データ記憶部100Bには、それらの駆動信号SSe、SSfのオン/オフを設定する情報(ビットマップ情報)が、描画すべきパターンの画素マップ情報と関連付けて記憶されている。また、本変形例における音響光学変調素子AM5、AM6、レンズGK7~GK11、落射ミラーIM5、IM6によるビームスイッチング機構は、1つの光源装置LSeからのビームLBeを、互いに異なる光路を通って進む2つのビームLB1b、LB1cに分割する光分割部として機能する。さらに、本変形例におけるミラーM3B、M3C、楔状のプリズム12B、12Cは、ビーム形状変形部10B、10Cによって、断面形状を円形から変形させた2つのビームLB1b、LB1cを合成するビーム合成部として機能する。In this modified example, two acousto-optical modulation elements AM5 and AM6 are used to switch between the spot light SPb and the spot light SPc. For this reason, the control device 100 shown in FIG. 4 is provided with a drive circuit (high-frequency signal application amplifier, etc.) for applying the drive signals SSe and SSf to each of the acousto-optical modulation elements AM5 and AM6, and the drawing data storage unit 100B stores information (bitmap information) for setting the on/off of the drive signals SSe and SSf in association with the pixel map information of the pattern to be drawn. In addition, the beam switching mechanism of the acousto-optical modulation elements AM5 and AM6, lenses GK7 to GK11, and epi-illumination mirrors IM5 and IM6 in this modified example functions as a light splitting unit that splits the beam LBe from one light source device LSe into two beams LB1b and LB1c that travel through different optical paths. Furthermore, mirrors M3B and M3C and wedge-shaped prisms 12B and 12C in this modified example function as a beam combining section that combines two beams LB1b and LB1c whose cross-sectional shapes have been deformed from a circular shape by beam shape modifying sections 10B and 10C.

本変形例によれば、図20のように、1つの光源装置LSeからのビームLBeによって生成される2つのビームLB1b(スポット光SPb用)、LB1c(スポット光SPc用)の各々の偏光方向と、1つの光源装置LS1Aから生成されるビームLB1a(スポット光SPa用)の偏光方向とを揃えることができるので、複数の描画ユニットMU1~MU4の各々に、音響光学変調素子AM1~AM4を用いて各光源装置からのビームを時分割に順次供給することが可能となる。また、本変形例でも、先の図17と同様に、駆動機構20B、20Cによって、円形状から非等方的な形状(スロット状、長楕円状)に変形させたスポット光SPb、SPcの方向性(長軸方向)を変えることができるので、描画すべきパターンの斜めエッジの角度に適したスポット形状への設定が容易にできる。 According to this modification, as shown in Fig. 20, the polarization direction of each of the two beams LB1b (for spot light SPb) and LB1c (for spot light SPc) generated by the beam LBe from one light source device LSe can be aligned with the polarization direction of the beam LB1a (for spot light SPa) generated from one light source device LS1A, so that it is possible to sequentially supply beams from each light source device in a time-division manner to each of the multiple drawing units MU1 to MU4 using the acousto-optical modulation elements AM1 to AM4. Also, in this modification, as in Fig. 17 above, the directionality (long axis direction) of the spot lights SPb and SPc deformed from a circular shape to an anisotropic shape (slot shape, oblong shape) can be changed by the drive mechanisms 20B and 20C, so that it is easy to set the spot shape to suit the angle of the diagonal edge of the pattern to be drawn.

また、本変形例では、主走査方向(Yt方向)や副走査方向(Xt方向)に直線的に伸びたパターンエッジの画素、或いはYt方向とXt方向に対して斜めに傾いたパターンエッジの画素に対して、スロット状(長楕円状)に変形したスポット光SPb、SPcのいずれか一方と円形状のスポット光SPaとの両方、変形したスポット光SPb、SPcのいずれか一方のみ、又は円形状のスポット光SPaのみを適宜選択して投射することができる。In addition, in this modified example, it is possible to appropriately select and project both the slot-shaped (elliptical) deformed spot light SPb or SPc and the circular spot light SPa, only the deformed spot light SPb or SPc, or only the circular spot light SPa, onto pixels of a pattern edge that extends linearly in the main scanning direction (Yt direction) or the sub-scanning direction (Xt direction), or pixels of a pattern edge that is inclined diagonally with respect to the Yt direction and the Xt direction.

以上の第1の実施の形態、第2の実施の形態、及び各変形例で説明したスポット光SPb、SPcは、円形のスポット光SPaに対してスロット状又は長楕円状に変形するものとしたが、その他の形状に変形させても良い。例えば、スポット光SPb(又はSPc)を矩形、正方形、菱形の四角状にすることもできる。但し、その場合、図2に示したfθレンズ系FTと第2シリンドリカルレンズCYbとを介してシート基板P上に投射されるビームB1bの開口数(NA)と、ビームB1b(光源装置からのビーム)の波長λとの関係から最小スポットサイズが決まってくるので、スポット光SPbを四角状にする場合は、回折や収差の影響も踏まえて、その最小スポットサイズよりも十分に大きな寸法(例えば、最小スポットサイズの3倍以上)にすることが望ましい。スポット光SPb、SPcを共に同一の四角状にする場合でも、その四角形の対角線の方向が互いに異なっている場合は、互いに異なる形状に変形されたスポット光として扱われる。The spot light SPb, SPc described in the first embodiment, the second embodiment, and each modified example above is deformed into a slot shape or an oblong shape with respect to the circular spot light SPa, but it may be deformed into other shapes. For example, the spot light SPb (or SPc) can be made rectangular, square, or rhombus. However, in that case, the minimum spot size is determined from the relationship between the numerical aperture (NA) of the beam B1b projected onto the sheet substrate P via the fθ lens system FT and the second cylindrical lens CYb shown in FIG. 2 and the wavelength λ of the beam B1b (beam from the light source device). Therefore, when the spot light SPb is made rectangular, it is desirable to make the size sufficiently larger than the minimum spot size (for example, three times or more of the minimum spot size) taking into account the effects of diffraction and aberration. Even if the spot light SPb and SPc are both made into the same rectangular shape, if the diagonal directions of the rectangles are different from each other, they are treated as spot lights deformed into different shapes.

Claims (31)

光源装置から供給されるビームによるスポット光を主走査方向に走査して基板上にパターンを描画する描画ユニットを備えたパターン露光装置であって、
第1ビームを出射する第1光源装置と、
第2ビームを出射する第2光源装置と、
前記第1光源装置からの前記第1ビームと前記第2光源装置からの前記第2ビームの各々が、前記描画ユニットに入射するように合成するビーム合成部と、
前記基板上に投射される前記第1ビームによる第1スポット光の形状と前記第2ビームによる第2スポット光の形状とを互いに異ならせるように、前記ビーム合成部に入射する前記第1ビームと前記第2ビームの各々の断面形状を互いに異ならせるビーム形状変形部と、
前記基板上に描画するパターンの少なくともエッジ部を、前記第1スポット光と前記第2スポット光のいずれか一方、又は両方で描画するように制御する制御装置と、
を備える、パターン露光装置。
A pattern exposure apparatus including a drawing unit that draws a pattern on a substrate by scanning a spot light of a beam supplied from a light source device in a main scanning direction,
a first light source device that emits a first beam;
a second light source device that emits a second beam;
a beam combining unit that combines the first beam from the first light source device and the second beam from the second light source device so that the first beam and the second beam are incident on the drawing unit;
a beam shape modification unit that changes cross-sectional shapes of the first beam and the second beam incident on the beam combining unit so that a shape of a first spot light by the first beam and a shape of a second spot light by the second beam projected on the substrate are changed from each other;
a control device that controls so that at least an edge portion of a pattern to be drawn on the substrate is drawn with either one or both of the first spot light and the second spot light;
A pattern exposure apparatus comprising:
請求項1に記載のパターン露光装置であって、
前記ビーム合成部は、前記描画ユニットの光軸に沿って前記描画ユニットに入射するように前記第1ビームと前記第2ビームとを合成する、パターン露光装置。
2. The pattern exposure apparatus according to claim 1,
The beam combining unit combines the first beam and the second beam so that the first beam and the second beam are incident on the drawing unit along an optical axis of the drawing unit.
請求項1または2に記載のパターン露光装置であって、
前記第1光源装置からの前記第1ビームと前記第2光源装置からの前記第2ビームとは、共に断面形状が円形であり、
前記ビーム形状変形部は、前記第1ビームの断面形状を円形からスロット状又は長楕円状に変形させる第1のビーム形状変形部と、前記第2ビームの断面形状を円形からスロット状又は長楕円状に変形させる第2のビーム形状変形部と、を含む、パターン露光装置。
3. The pattern exposure apparatus according to claim 1,
the first beam from the first light source device and the second beam from the second light source device both have a circular cross-sectional shape;
The beam shape deformation unit includes a first beam shape deformation unit that deforms the cross-sectional shape of the first beam from a circle to a slot shape or an oblong shape, and a second beam shape deformation unit that deforms the cross-sectional shape of the second beam from a circle to a slot shape or an oblong shape.
請求項3に記載のパターン露光装置であって、
前記スロット状又は長楕円状に変形した前記第1スポット光の長軸方向と、前記スロット状又は長楕円状に変形した前記第2スポット光の長軸方向とが、前記基板上で互いに異なる方向に向くように、前記第1のビーム形状変形部から出射する前記第1ビームの断面形状の長軸の方向と、前記第2のビーム形状変形部から出射する前記第2ビームの断面形状の長軸の方向とを、互いに異なる向きに設定した、パターン露光装置。
4. The pattern exposure apparatus according to claim 3,
a direction of a major axis of a cross-sectional shape of the first beam emitted from the first beam shape deformation unit and a direction of a major axis of a cross-sectional shape of the second beam emitted from the second beam shape deformation unit are set to be in different directions from each other so that a major axis direction of the first spot light deformed into the slot shape or the oblong shape or the second spot light deformed into the slot shape or the oblong shape or the second spot light deformed into the slot shape or the oblong shape or the
請求項3または4に記載のパターン露光装置であって、
前記第1のビーム形状変形部と前記第2のビーム形状変形部の各々は、断面形状が円形のビームを一方向に圧縮するビーム圧縮系を含む、パターン露光装置。
5. The pattern exposure apparatus according to claim 3,
A pattern exposure apparatus, wherein each of the first beam shape deformation unit and the second beam shape deformation unit includes a beam compression system that compresses a beam having a circular cross-sectional shape in one direction.
請求項5に記載のパターン露光装置であって、
前記ビーム圧縮系は、平行光束として入射する断面形状が円形のビームを、断面形状が前記スロット状又は長楕円状に変形した平行光束にして射出するように、光軸方向に離して配置される2つのシリンドリカルレンズを含む、パターン露光装置。
6. The pattern exposure apparatus according to claim 5,
The beam compression system of the pattern exposure apparatus includes two cylindrical lenses arranged spaced apart in the optical axis direction so as to convert a beam having a circular cross-sectional shape, which enters as a parallel light beam, into a parallel light beam having a cross-sectional shape deformed into the slot shape or oblong shape and then emit the beam.
請求項3~6のいずれか1項に記載のパターン露光装置であって、
前記スロット状又は長楕円状に変形した前記第1スポット光の長軸方向は、前記主走査方向に対して+25度~+65度の範囲で傾けて設定され、
前記スロット状又は長楕円状に変形した前記第2スポット光の長軸方向は、前記主走査方向に対して-25度~-65度の範囲で傾けて設定される、パターン露光装置。
The pattern exposure apparatus according to any one of claims 3 to 6,
a major axis direction of the first spot light deformed into the slot shape or the oblong shape is set to be inclined in a range of +25 degrees to +65 degrees with respect to the main scanning direction,
a major axis direction of the second spot light deformed into the slot shape or the oblong shape is set to be tilted within a range of −25 degrees to −65 degrees with respect to the main scanning direction.
請求項3~7のいずれか1項に記載のパターン露光装置であって、
前記制御装置は、前記基板上に描画するパターンの前記エッジ部が、前記主走査方向に対して傾いて延びる斜めエッジ部のときは、前記第1スポット光と前記第2スポット光のうち前記斜めエッジ部の傾きに応じたスポット光を前記基板上に投射するように、前記第1光源装置からの前記第1ビームの出射と、前記第2光源装置からの前記第2ビームの出射とを制御する、パターン露光装置。
The pattern exposure apparatus according to any one of claims 3 to 7,
a control device for controlling the emission of the first beam from the first light source device and the emission of the second beam from the second light source device so that, when the edge portion of the pattern to be drawn on the substrate is an oblique edge portion extending at an angle with respect to the main scanning direction, one of the first spot light and the second spot light is projected onto the substrate in accordance with the angle of the oblique edge portion.
請求項8に記載のパターン露光装置であって、
断面形状が円形の第3ビームを出射する第3光源装置を更に備え、
前記ビーム合成部は、前記基板上に前記第3ビームによる円形の第3スポット光が投射されるように、前記スロット状又は長楕円状に変形された前記第1ビームと前記第2ビームと共に、前記第3ビームを前記描画ユニットの光軸に沿って入射させる、パターン露光装置。
9. The pattern exposure apparatus according to claim 8,
a third light source device that emits a third beam having a circular cross-sectional shape;
The beam combining unit causes the third beam to be incident along the optical axis of the drawing unit, together with the first beam and the second beam which have been deformed into the slot shape or the oblong shape, so that a circular third spot light by the third beam is projected on the substrate.
請求項9に記載のパターン露光装置であって、
前記制御装置は、
前記基板上に描画するパターンの前記斜めエッジ部については、前記第1スポット光と前記第2スポット光のいずれか一方が前記基板上に投射されるように、前記第1光源装置からの前記第1ビームの出射と、前記第2光源装置からの前記第2ビームの射出とを制御し、前記斜めエッジ部以外のパターン部分については、前記第3スポット光が前記基板上に投射されるように、前記第3光源装置からの前記第3ビームの出射を制御する、パターン露光装置。
10. The pattern exposure apparatus according to claim 9,
The control device includes:
a pattern exposure apparatus that controls the emission of the first beam from the first light source device and the emission of the second beam from the second light source device so that, for the diagonal edge portions of a pattern to be drawn on the substrate, either the first spot light or the second spot light is projected onto the substrate, and controls the emission of the third beam from the third light source device so that, for pattern portions other than the diagonal edge portions, the emission of the third beam from the third light source device is projected onto the substrate.
光源装置から供給されるビームによるスポット光を主走査方向に走査して基板上にパターンを描画する描画ユニットを備えたパターン露光装置であって、
前記光源装置から出射される断面形状が円形のビームを第1ビームと第2ビームとに分割する光分割部と、
前記第1ビームの光路に設けられ、前記第1ビームの断面形状を円形から変形させて、前記第1ビームの投射による前記基板上での第1スポット光の形状を第1形状にする第1ビーム形状変形部と、
前記第2ビームの光路に設けられ、前記第2ビームの断面形状を円形から変形させて、前記第2ビームの投射による前記基板上での第2スポット光の形状を前記第1形状と異なる第2形状にする第2ビーム形状変形部と、
前記第1ビーム形状変形部からの前記第1ビームと前記第2ビーム形状変形部からの前記第2ビームとを、前記描画ユニットに入射するように合成するビーム合成部と、
前記基板上に描画するパターンを、前記第1スポット光と前記第2スポット光のいずれか一方で描画するように制御する制御装置と、
を備える、パターン露光装置。
A pattern exposure apparatus including a drawing unit that draws a pattern on a substrate by scanning a spot light of a beam supplied from a light source device in a main scanning direction,
a light splitting unit that splits a beam having a circular cross section emitted from the light source device into a first beam and a second beam;
a first beam shape deformation unit provided in an optical path of the first beam and configured to deform a cross-sectional shape of the first beam from a circular shape to form a first spot light shape on the substrate by projecting the first beam into a first shape;
a second beam shape deformation unit provided in an optical path of the second beam and configured to deform a cross-sectional shape of the second beam from a circular shape to form a shape of a second spot light on the substrate by projecting the second beam into a second shape different from the first shape;
a beam combining unit that combines the first beam from the first beam shape transforming unit and the second beam from the second beam shape transforming unit so as to be incident on the drawing unit;
a control device that controls the pattern to be drawn on the substrate to be drawn using either the first spot light or the second spot light;
A pattern exposure apparatus comprising:
請求項11に記載のパターン露光装置であって、
前記ビーム合成部は、前記描画ユニットの光軸に沿って前記描画ユニットに入射するように前記第1ビームと前記第2ビームとを合成する、パターン露光装置。
12. The pattern exposure apparatus according to claim 11,
The beam combining unit combines the first beam and the second beam so that the first beam and the second beam are incident on the drawing unit along an optical axis of the drawing unit.
請求項11または12に記載のパターン露光装置であって、
前記第1ビーム形状変形部は、前記第1スポット光の前記第1形状が、前記主走査方向に対して傾いた長軸を有するスロット状又は長楕円状に変形されるように、前記第1ビームの断面形状を変形させ、
前記第2ビーム形状変形部は、前記第2スポット光の前記第2形状が、前記主走査方向に対して前記第1形状と反対に傾いた長軸を有するスロット状又は長楕円状に変形されるように、前記第2ビームの断面形状を変形させる、パターン露光装置。
13. The pattern exposure apparatus according to claim 11,
the first beam shape deformation unit deforms a cross-sectional shape of the first beam such that the first shape of the first spot light is deformed into a slot shape or an oblong shape having a major axis inclined with respect to the main scanning direction,
the second beam shape deformation unit deforms a cross-sectional shape of the second beam so that the second shape of the second spot light is deformed into a slot shape or an oblong shape having a major axis inclined opposite to the first shape with respect to the main scanning direction.
請求項13に記載のパターン露光装置であって、
前記第1ビーム形状変形部と前記第2ビーム形状変形部の各々は、断面形状が円形のビームを一方向に圧縮して断面形状をスロット状又は長楕円状にするビーム圧縮系を含む、パターン露光装置。
14. The pattern exposure apparatus according to claim 13,
A pattern exposure apparatus, wherein each of the first beam shape deformation unit and the second beam shape deformation unit includes a beam compression system that compresses a beam having a circular cross-sectional shape in one direction to make the cross-sectional shape into a slot shape or an oblong shape.
請求項14に記載のパターン露光装置であって、
前記ビーム圧縮系は、平行光束として入射する断面形状が円形のビームを、断面形状が前記スロット状又は長楕円状に変形した平行光束にして出射するように、光軸方向に離して配置される2つのシリンドリカルレンズを含む、パターン露光装置。
15. The pattern exposure apparatus according to claim 14,
The beam compression system of the pattern exposure apparatus includes two cylindrical lenses arranged apart in the optical axis direction so as to convert a beam having a circular cross-sectional shape, which enters as a parallel light beam, into a parallel light beam having a cross-sectional shape deformed into the slot shape or oblong shape and output the beam.
請求項13~15のいずれか1項に記載のパターン露光装置であって、
前記スロット状又は長楕円状に変形した前記第1スポット光の長軸方向は、前記主走査方向に対して+25度~+65度の範囲で傾けて設定され、
前記スロット状又は長楕円状に変形した前記第2スポット光の長軸方向は、前記主走査方向に対して-25度~-65度の範囲で傾けて設定される、パターン露光装置。
The pattern exposure apparatus according to any one of claims 13 to 15,
a major axis direction of the first spot light deformed into the slot shape or the oblong shape is set to be inclined in a range of +25 degrees to +65 degrees with respect to the main scanning direction,
a major axis direction of the second spot light deformed into the slot shape or the oblong shape is set to be tilted within a range of −25 degrees to −65 degrees with respect to the main scanning direction.
請求項13~16のいずれか1項に記載のパターン露光装置であって、
前記ビーム合成部は、直線偏光の方向に応じて透過性又は反射性を有する偏光ビームスプリッタで構成され、
前記第1ビーム形状変形部からの前記第1ビームと前記第2ビーム形状変形部からの前記第2ビームとの直線偏光の方向を相補的に切り換える電気光学素子を、更に含む、パターン露光装置。
The pattern exposure apparatus according to any one of claims 13 to 16,
the beam synthesis unit is composed of a polarizing beam splitter having transmissivity or reflectivity according to the direction of linearly polarized light,
a first beam shape modification unit that modifies a direction of linear polarization of the first beam from the first beam shape modification unit and a second beam from the second beam shape modification unit in a complementary manner;
請求項17に記載のパターン露光装置であって、
前記制御装置は、前記基板上に描画するパターンのエッジ部が、前記主走査方向に対して傾いて延びる斜めエッジ部のときは、前記第1スポット光と前記第2スポット光のうち前記斜めエッジ部の傾きに応じたスポット光が前記基板上に投射されるように前記電気光学素子を制御する、パターン露光装置。
18. The pattern exposure apparatus according to claim 17,
The control device controls the electro-optical element so that, when an edge portion of a pattern to be drawn on the substrate is an oblique edge portion extending at an angle with respect to the main scanning direction, one of the first spot light and the second spot light is projected onto the substrate in accordance with the angle of the oblique edge portion.
請求項18に記載のパターン露光装置であって、
断面形状が円形の第3ビームを出射する第2の光源装置を更に備え、
前記ビーム合成部は、前記基板上に前記第3ビームによる円形の第3スポット光が投射されるように、前記スロット状又は長楕円状に変形された前記第1ビーム或いは前記第2ビームと共に、前記第3ビームを前記描画ユニットの光軸に沿って入射させる、パターン露光装置。
20. The pattern exposure apparatus according to claim 18,
a second light source device that emits a third beam having a circular cross-sectional shape;
The beam combining unit causes the third beam to be incident along the optical axis of the drawing unit, together with the first beam or the second beam that has been deformed into the slot shape or the oblong shape, so that a circular third spot light by the third beam is projected onto the substrate.
請求項19に記載のパターン露光装置であって、
前記制御装置は、前記基板上に描画するパターンの前記斜めエッジ部については、前記第1スポット光と前記第2スポット光のいずれか一方が前記基板上に投射されるように、前記光源装置からの前記ビームの出射と前記電気光学素子の駆動を制御し、前記斜めエッジ部以外のパターン部分については、前記第3スポット光が前記基板上に投射されるように、前記第2の光源装置からの前記第3ビームの出射を制御する、パターン露光装置。
20. The pattern exposure apparatus according to claim 19,
a control device that controls the emission of the beam from the light source device and the driving of the electro-optical element so that, for the diagonal edge portions of a pattern to be drawn on the substrate, either the first spot light or the second spot light is projected onto the substrate, and that controls the emission of the third beam from the second light source device so that, for pattern portions other than the diagonal edge portions, the third spot light is projected onto the substrate.
光源装置から供給されるビームによるスポット光を、描画データ上で規定される画素毎の画素情報に応じて主走査方向に走査して基板上にパターンを描画する描画ユニットを用いたパターン露光方法であって、
前記主走査方向に走査される前記画素の列中に、前記主走査方向と交差して斜めに延びるパターンのエッジ部となるエッジ画素が含まれるときは、少なくとも前記エッジ画素に投射される前記スポット光の形状は、前記パターンが斜めに延びる方向に沿った方向に長軸が傾いたスロット状又は長楕円状に設定される、パターン露光方法。
A pattern exposure method using a drawing unit that draws a pattern on a substrate by scanning a spot light of a beam supplied from a light source device in a main scanning direction in accordance with pixel information for each pixel defined in drawing data, comprising:
a pattern exposure method, wherein when an edge pixel that becomes an edge portion of a pattern extending obliquely intersecting the main scanning direction is included in the row of pixels scanned in the main scanning direction, a shape of the spot light projected onto at least the edge pixel is set to a slot shape or an oblong shape whose major axis is tilted in a direction along the oblique extension direction of the pattern.
請求項21に記載のパターン露光方法であって、
前記エッジ画素以外の画素に投射される前記スポット光の形状は円形に設定される、パターン露光方法。
The pattern exposure method according to claim 21,
A pattern exposure method, wherein a shape of the spot light projected onto the pixels other than the edge pixels is set to be circular.
請求項22に記載のパターン露光方法であって、
前記基板上に投射される前記円形のスポット光の実効的な寸法は、前記画素の前記基板上で規定される寸法に対して±50%の範囲内に設定される、パターン露光方法。
The pattern exposure method according to claim 22,
A pattern exposure method, wherein an effective size of the circular spot light projected onto the substrate is set within a range of ±50% of a size of the pixel defined on the substrate.
請求項23に記載のパターン露光方法であって、
前記基板上に投射される前記スロット状又は長楕円状のスポット光の長軸方向の実効的な寸法は、前記画素の前記基板上で規定される対角寸法と同等に設定される、パターン露光方法。
The pattern exposure method according to claim 23,
A pattern exposure method, wherein an effective dimension in a major axis direction of the slot-shaped or oblong spot light projected onto the substrate is set to be equal to a diagonal dimension of the pixel defined on the substrate.
請求項22~24のいずれか1項に記載のパターン露光方法であって、
前記光源装置は、前記主走査方向に対して長軸方向が+25度~+65度の範囲で傾いた前記スロット状又は長楕円状の第1のスポット光となる第1ビームを出射する第1光源装置と、前記主走査方向に対して長軸方向が-25度~-65度の範囲で傾いた前記スロット状又は長楕円状の第2のスポット光となる第2ビームを出射する第2光源装置と、を備え、
前記エッジ部に対応したエッジ画素を描画する場合、前記第1光源装置からの前記第1ビームと前記第2光源装置からの前記第2ビームとのいずれか一方が、前記描画ユニットに供給されるように制御される、パターン露光方法。
The patterned exposure method according to any one of claims 22 to 24,
the light source device includes a first light source device that emits a first beam that becomes the slot-shaped or oblong first spot light whose major axis direction is inclined in a range of +25 degrees to +65 degrees with respect to the main scanning direction, and a second light source device that emits a second beam that becomes the slot-shaped or oblong second spot light whose major axis direction is inclined in a range of -25 degrees to -65 degrees with respect to the main scanning direction,
A pattern exposure method in which, when drawing an edge pixel corresponding to the edge portion, either the first beam from the first light source device or the second beam from the second light source device is controlled to be supplied to the drawing unit.
請求項22~24のいずれか1項に記載のパターン露光方法であって、
前記光源装置は、前記主走査方向に対して長軸方向が+25度~+65度の範囲で傾いた前記スロット状又は長楕円状の第1のスポット光と、前記主走査方向に対して長軸方向が-25度~-65度の範囲で傾いた前記スロット状又は長楕円状の第2のスポット光とを生成する為のビームを出射する第1光源装置と、前記円形の第3のスポット光を生成する為のビームを出射する第2光源装置とを備える、パターン露光方法。
The patterned exposure method according to any one of claims 22 to 24,
the light source device includes a first light source device that emits a beam for generating the slot-shaped or oblong-shaped first spot light whose major axis direction is inclined within a range of +25 degrees to +65 degrees with respect to the main scanning direction and the slot-shaped or oblong-shaped second spot light whose major axis direction is inclined within a range of -25 degrees to -65 degrees with respect to the main scanning direction, and a second light source device that emits a beam for generating the circular third spot light.
請求項26に記載のパターン露光方法であって、
前記第1光源装置からの前記ビームを、前記第1のスポット光を生成する為の第1ビームと前記第2のスポット光を生成する為の第2ビームとに分割し、分割された前記第1ビームと前記第2ビームの各々の断面形状を前記スロット状又は長楕円状に変形させた後、前記第1ビームと前記第2ビームのいずれか一方を、前記描画ユニット内の光軸に沿うように前記描画ユニットに供給する、パターン露光方法。
27. The pattern exposure method according to claim 26,
a first beam for generating the first spot light and a second beam for generating the second spot light, a cross-sectional shape of each of the first beam and the second beam is deformed into the slot shape or the oblong shape, and then one of the first beam and the second beam is supplied to the drawing unit so as to be aligned with an optical axis within the drawing unit.
請求項27に記載のパターン露光方法であって、
前記第1光源装置からの前記ビームの偏光方向を電気的な制御で切り換える電気光学素子と、前記電気光学素子を通った前記ビームを偏光状態によって透過する光路と反射する光路とに分割する偏光ビームスプリッタとを用いて、前記第1光源装置からの前記ビームを前記第1ビームと前記第2ビームとに分割する、パターン露光方法。
The pattern exposure method according to claim 27,
A pattern exposure method, comprising: splitting the beam from the first light source device into the first beam and the second beam using an electro-optical element that switches the polarization direction of the beam from the first light source device by electrical control; and a polarizing beam splitter that splits the beam that has passed through the electro-optical element into a transmitting optical path and a reflecting optical path depending on the polarization state.
請求項27に記載のパターン露光方法であって、
前記第1光源装置からの前記ビームが直列に通るように配置された第1の音響光学変調素子と第2の音響光学変調素子とが設けられ、
前記第1の音響光学変調素子のみがオン状態のときに発生する前記ビームの1次回折ビームを前記第1ビームとして用い、前記第2の音響光学変調素子のみがオン状態のときに発生する前記ビームの1次回折ビームを前記第2ビームとして用いる、パターン露光方法。
The pattern exposure method according to claim 27,
a first acousto-optical modulation element and a second acousto-optical modulation element are provided, the first acousto-optical modulation element and the second acousto-optical modulation element are arranged so that the beam from the first light source device passes through them in series;
A pattern exposure method, comprising: using a first-order diffracted beam of the beam generated when only the first acousto-optical modulation element is in an on-state as the first beam; and using a first-order diffracted beam of the beam generated when only the second acousto-optical modulation element is in an on-state as the second beam.
光源装置から供給されるビームによるスポット光を主走査方向に走査して基板上にパターンを描画する描画ユニットを備えたパターン露光装置であって、
第1ビームを出射する第1光源装置と、
第2ビームを出射する第2光源装置と、
前記第1ビームが入射し、前記第1ビームの断面形状を変形させた前記第1ビームを前記描画ユニットに導く第1ビーム形状変形部と、
前記第2ビームが入射し、前記第2ビームの断面形状を変形させた前記第2ビームを前記描画ユニットに導く第2ビーム形状変形部と、を有し、
前記第1ビーム形状変形部は、前記第1ビームの断面形状を円形から非円形に変形させ、
変形した前記第1ビームに対応する前記基板上に投射される第1スポット光と、変形した前記第2ビームに対応する前記基板上に投射される第2スポット光とは、形状が互いに異なる、パターン露光装置。
A pattern exposure apparatus including a drawing unit that draws a pattern on a substrate by scanning a spot light of a beam supplied from a light source device in a main scanning direction,
a first light source device that emits a first beam;
a second light source device that emits a second beam;
a first beam shape deformation unit that receives the first beam, deforms a cross-sectional shape of the first beam, and guides the first beam to the drawing unit ;
a second beam shape deformation unit that receives the second beam and deforms a cross-sectional shape of the second beam to guide the second beam to the drawing unit ,
The first beam shape deformation unit deforms a cross-sectional shape of the first beam from a circular shape to a non-circular shape,
A pattern exposure apparatus, wherein a first spot light projected onto the substrate corresponding to the deformed first beam and a second spot light projected onto the substrate corresponding to the deformed second beam have mutually different shapes .
請求項30に記載のパターン露光装置であって、
前記第1ビーム形状変形部は、前記第1ビームの断面形状を円形からスロット状又は長楕円状に変形させる、パターン露光装置。
31. The pattern exposure apparatus according to claim 30,
The first beam shape deformation unit deforms a cross-sectional shape of the first beam from a circular shape to a slot shape or an oblong shape.
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