CN104428715B - 衬底处理装置及器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

衬底处理装置(EX)包括：投影光学系统(PL)，使从照明区域(IR)产生的反射光束(L2)向衬底投射，从而在衬底形成光罩图案的像；光分离部(10)，使朝向照明区域的照明光和从照明区域产生的成像光束中的一方通过而使另一方反射；和照明光学系统(IL)，形成一次光源像，并将来自一次光源像的照明光照射于照明区域，并且在中心线与圆筒面之间形成与一次光源像光学共轭的第1共轭面。

Description

衬底处理装置及器件制造方法
技术领域
本发明涉及衬底处理装置及器件制造方法。
本申请基于2012年7月13日申请的日本国特愿2012－157810号及2012年7月13日申请的日本国特愿2012－157811号主张优先权，并在此援引其内容。
背景技术
作为进行半导体集成器件、显示面板等的电子电路的图案形成(patterning)的衬底处理装置，广泛利用精密的曝光装置。该曝光装置一般是将形成于光罩(mask)的电子电路的图案经由投影光学系统而光学地转印在半导体晶圆或玻璃衬底等感光性衬底上的装置。其中所使用的光罩通常是在平坦的石英板上通过铬等遮光材料形成电路图案而成，在扫描型的投影曝光装置中，一边使该光罩一维地往复移动，一边使感光性衬底以步进扫描方式移动，从而将光罩的电路图案以矩阵状(2维)排列的方式转印到衬底上。
已知在这样的步进扫描方式的投影曝光装置中，通过减少步进的次数(使衬底移动的可动载台的加减速次数)能够提高生产量(生产率)。因此，例如在下述的专利文献1中记载了一种曝光装置，其准备反射型的圆筒光罩，并在该圆筒表面的周向上反复排列多个电路图案以实现高生产量。
另一方面，在生产大型显示面板的现场，使用具有搭载大型玻璃衬底(2m×2m以上)的可动载台的扫描型曝光装置、直接对大型玻璃衬底进行显像、蚀刻、沉积等的各种处理装置和搬运装置。这些曝光装置、处理装置、搬运装置都是极其大型且高造价的，不仅如此，还很难抑制与显示面板的制造有关的总成本(伴随装置工作的各种运转经费，大规模清洁室的维持经费、诸如蚀刻等的材料废弃工序所带来的浪费等)。
因此，作为更节省资源的制造方法而受到关注的是，利用高精度的印刷技术在柔性的树脂衬底或塑料衬底上直接形成电子电路的印刷电子技术。利用该技术以卷对卷方式制造有机EL的显示面板的方法例如在下述的专利文献2中有记载。卷对卷方式是指，从供给卷筒拉出柔性(挠性)的长条衬底(薄膜)并在将其卷绕到回收卷筒上的搬运路径的途中对衬底实施各种处理的方式。
此外，作为曝光装置等的衬底处理装置，例如下述的专利文献1所记载的那样，为了提高在半导体晶圆上以扫描方式连续地投影曝光多个芯片器件时的生产量，提出了使用圆筒状的旋转光罩的装置。此外，作为制造显示面板、太阳能电池等电子器件的方法之一，已知例如下述的专利文献2所记载的卷对卷方式。卷对卷方式是，一边从送出用的卷筒向回收用的卷筒搬运薄膜等挠性衬底，一边在搬运路径上对衬底进行各种处理的方式。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2008/029917号
专利文献2:国际公开第2008/129819号
发明内容
在专利文献1公开的曝光装置中，由于例如能够一边使圆筒光罩旋转一边在衬底(晶圆)上对沿扫描曝光方向排成一列的多个照射(shot)区域集中地进行扫描曝光，所以步进次数激减，能够实现高生产量的曝光处理。但是，在专利文献1公开的曝光装置的投影光学系统中，由于形成在圆筒光罩的外周面上的图案是圆筒形状的，所以也存在投影到衬底上的图案像的品质(像质)劣化、可投影的最小线宽粗、无法期待高精度的(忠实的)转印的可能性。
此外，在专利文献2所公开的卷对卷方式的显示面板的制造方式中，若只通过印刷方式或喷墨(液滴)方式无法进行高精细的图案形成，则导入曝光装置。在该情况下，需要在投影系统下稳定地搬运挠性的片状衬底。用于实现该搬运的有效方式是，例如将片状衬底一边沿长度方向张紧一边卷绕在旋转滚筒的表面的一部分上来运送的方式。在该方式中，由于基于投影系统形成的光罩的图案像被投影在弯曲成圆筒面状的片状衬底上，所以同样存在衬底上的图案像的品质(像质)劣化、可投影的最小线宽粗、无法期待高精度的(忠实的)转印的可能性。
本发明的一方式的目的在于，提供一种衬底处理装置及器件制造方法，其能够在弯曲成圆筒状的光罩面上的图案投影或是向弯曲成圆筒状的衬底上的图案投影中，将投影像以高精度曝光在衬底上。
此外，上述的曝光装置通过一边使例如弯曲成卷筒状的光罩图案连续旋转一边与该旋转同步地使衬底(晶圆)扫描移动，能够实现高效率的曝光处理。但是，由于光罩图案弯曲成圆筒面状，所以若经由通常的投影光学系统将该光罩图案的一部分投影到平面状的半导体晶圆上，则存在投影像的品质(变形误差、非等向的倍率误差、聚焦误差等)低下的可能性。
本发明的另一方式的目的在于，提供一种衬底处理装置及器件制造方法，其能够利用弯曲的光罩图案(圆筒光罩)在不使投影像的品质降低的情况下高精度地投影曝光。
根据本发明的第1方式，提供一种衬底处理装置，使沿着圆筒面配置的反射性的光罩图案的像在感应性衬底上投影曝光，所述圆筒面是围绕规定的中心线以规定的半径弯曲而成的，所述衬底处理装置的特征在于，包括：光罩保持部件，沿着所述圆筒面保持所述光罩图案，并能够围绕所述中心线旋转；投影光学系统，使从设定于所述光罩图案上的一部分的照明区域产生的反射光束向所述感应性衬底投射，由此在所述感应性衬底上形成所述光罩图案的一部分的像；光分离部，为了对所述照明区域进行落射照明而配置在所述投影光学系统的光路内，使朝向所述照明区域的所述照明光和从所述照明区域产生的反射光束中的一方通过而使另一方反射；以及照明光学系统，形成作为所述照明光的光源的一次光源像，经由所述光分离部和所述投影光学系统的一部分光路而将来自所述一次光源像的所述照明光照射于所述照明区域，并且，在所述中心线与所述圆筒面之间形成与所述一次光源像光学共轭的第1共轭面。
根据本发明的第2方式，提供一种器件制造方法，包括：通过第1方式的衬底处理装置一边在使所述光罩保持部件旋转的同时将所述感应性衬底沿规定方向搬运，一边在所述感应性衬底上曝光所述光罩图案；和利用被曝光的所述感应性衬底的感应层的变化实施后续的处理。
根据本发明的第3方式，提供一种衬底处理装置，使沿着圆筒面配置的反射性的光罩图案的像在感应性衬底上投影曝光，所述圆筒面是围绕规定的中心线以规定的半径弯曲而成的，所述衬底处理装置的特征在于，包括：光罩保持部件，沿着所述圆筒面保持所述光罩图案，并能够围绕所述中心线旋转；投影光学系统，使从设定于所述光罩图案上的一部分的照明区域产生的反射光束向所述感应性衬底投射，由此在所述感应性衬底上形成所述光罩图案的一部分的像；光分离部，为了对所述照明区域进行落射照明而配置在所述投影光学系统的光路内，使朝向所述照明区域的所述照明光和从所述照明区域产生的反射光束中的一方通过而使另一方反射；以及照明光学系统，使从光源产生的所述照明光经由所述光分离部而照射于所述照明区域，并且使所述照明光的主光线以朝向所述中心线与所述圆筒面之间的规定位置的方式关于所述圆筒面的周向倾斜。
根据本发明的第4方式，提供一种衬底处理装置，使沿着圆筒面配置的反射性的光罩图案的像在感应性衬底上投影曝光，所述圆筒面是围绕规定的中心线以规定的半径弯曲而成的，所述衬底处理装置的特征在于，包括：光罩保持部件，沿着所述圆筒面保持所述光罩图案，并能够围绕所述中心线旋转；照明光学系统，形成以作为朝向设定在所述光罩图案上的一部分的照明区域的照明光的光源的一次光源像，将来自所述一次光源像的所述照明光照射于所述照明区域，并且，在所述中心线与所述圆筒面之间形成与所述一次光源像光学共轭的第1共轭面；第1投影光学系统，将从被照射所述照明光的所述照明区域产生的反射光束引导至中间像面，并在所述中间像面形成所述光罩图案的一部分的像；凹面镜，配置在所述中间像面的位置或其附近；以及第2投影光学系统，通过将在所述凹面镜反射的所述反射光束向着所述感应性衬底投射而将所述第1投影光学系统在所述中间像面上形成的像投影于所述感应性衬底。
根据本发明的第5方式，提供一种器件制造方法，包括：通过第3方式的衬底处理装置在使所述光罩保持部件旋转的同时将所述感应性衬底沿规定方向搬运，在所述感应性衬底上连续曝光所述光罩图案；和利用被曝光的所述感应性衬底的感应层的变化实施后续的处理。
根据本发明的第6方式，提供一种衬底处理装置，使沿着圆筒面配置的反射性的光罩图案的像在感应性衬底上投影曝光，所述圆筒面是围绕规定的中心线以规定的半径弯曲而成的，所述衬底处理装置的特征在于，包括：光罩保持部件，沿着所述圆筒面保持所述光罩图案，并能够围绕所述中心线旋转；照明光学系统，使来自光源的照明光朝着设定在所述光罩图案上的一部分的照明区域照射，并且使所述照明光的主光线以朝向所述中心线与所述圆筒面之间的规定位置的方式关于所述圆筒面的周向倾斜；第1投影光学系统，将通过所述照明光的照射而从所述照明区域产生的反射光束引导至中间像面，并在所述中间像面形成所述光罩图案的一部分的像；凹面镜，配置在所述中间像面的位置或其附近；以及第2投影光学系统，使在所述凹面镜反射的所述反射光束入射，将通过所述第1投影光学系统形成在所述中间像面上的像投影于所述感应性衬底。
发明效果
根据本发明的方式，能够提供一种衬底处理装置及器件制造方法，其能够将投影像高精度地曝光在衬底上，而且能够高效率地进行曝光。
此外，根据本发明的另一方式，能够提供一种衬底处理装置及器件制造方法，其能够以高品质投影出弯曲的光罩图案的像，而且在进行高精细化、微细化的显示器件等的图案形成时，能够进行高精度的投影曝光。
附图说明
图1是示出第1实施方式的器件制造系统的图。
图2是用于说明曝光装置的光学系统的概略情况的示意图。
图3是示出向照明区域入射的光束及从照明区域出射的光束的图。
图4是示出衬底处理装置(曝光装置)的构成的图。
图5是示出从光源到照明光学系统的第2光阑部件的构成的图。
图6是示出照明光学系统的第1光阑部件的构成的图。
图7A是示出照明光学系统的从第1光阑部件到光分离部的构成的图。
图7B是示出照明光学系统的从第1光阑部件到光分离部的构成的图。
图8是示出从照明光学系统的光分离部到投影光学系统的像面的构成的图。
图9是示出第1实施方式的光分离部的图。
图10是示出向照明区域入射的光束及从照明区域出射的光束的图。
图11是示出从照明区域出射的光束的俯视图。
图12是示出在光点的说明中参照的照明区域的代表位置的图。
图13是示出与光源像共轭的第1共轭面中的光点的图。
图14是示出第2实施方式的衬底处理装置的构成的图。
图15是将曝光装置的光学系统的一部分放大示出的图。
图16是示出第3实施方式的器件制造系统的图。
图17是用于说明第3实施方式的曝光装置的光学系统的示意图。
图18是示出向照明区域入射的光束及从照明区域出射的光束的图。
图19是示出第3实施方式的底处理装置(曝光装置)的构成的图。
图20是示出均匀照射光学系统的构成的图。
图21是示出第1光阑部件的构成的图。
图22A是示出从第1光阑部件到光分离部的构成的图。
图22B是示出从第1光阑部件到光分离部的构成的图。
图23是示出光分离部的构成的图。
图24是示出向照明区域入射的光束及从照明区域出射的光束图。
图25是示出从照明区域出射的光束的图。
图26是示出在光点的说明中参照的照明区域的代表位置的图。
图27是示出与光源像共轭的第1共轭面中的光点的图。
图28是示出第1投影光学系统中的光路的图。
图29是示出第2投影光学系统中的光路的图。
图30是示出第4实施方式的衬底处理装置(曝光装置)的构成的图。
图31是示出照明光学系统中的光路的图。
图32是示出第1投影光学系统中的光路的图。
图33是示出第2投影光学系统中的光路的图。
图34是示出器件制造方法的流程图。
具体实施方式
[第1实施方式]
图1是示出本实施方式的器件制造系统SYS(柔性显示器制造生产线)的一例的构成的图。这里示出了从供给卷筒FR1拉出的挠性的衬底P(片、薄膜等)依次经过n台处理装置U1，U2，U3，U4，U5，···Un并直到卷绕在回收卷筒FR2上的例子。
在以下的说明中，关于XYZ正交坐标系，将衬底P的表面(或背面)设定为与XZ面垂直且将与衬底P的搬运方向(长度方向)正交的宽度方向设定为Y轴方向。在以下的说明中，将围绕X轴方向的旋转方向作为θX轴方向，同样地，将围绕Y轴方向、Z轴方向的旋转方向分别作为θY轴方向、θZ轴方向。
卷绕在供给卷筒FR1上的衬底P由被夹压的驱动辊DR1拉出并向处理装置U1搬运。衬底P的Y轴方向(宽度方向)的中心由边缘位置控制器EPC1伺服控制，以使得其相对于目标位置处于±十几μm至数十μm程度的范围内。
处理装置U1是以印刷方式将感光性功能液(光致抗蚀剂、感光性耦合材料、感光性电镀还原剂、UV固化树脂液等)关于衬底P的搬运方向(长度方向)连续地或选择性地涂布于衬底P的表面上的涂布装置。在处理装置U1内设有：卷绕衬底P的压印辊DR2；包括在该压印辊DR2上将感光性功能液(感应性功能液)均匀地或局部地涂布在衬底P的表面上的涂布用辊等的涂布装置Gp1；用于将涂布在衬底P上的感光性功能液中所包含的溶剂或水分急速除去的干燥装置Gp2等。
处理装置U2是用于将从处理装置U1搬运来的衬底P加热到规定温度(例如，数十℃到120℃左右)以使涂布在表面上的感光性功能层(感应性功能层)稳定地固着的加热装置。在处理装置U2内设有：用于将衬底P折返搬运的多个辊和空气转向杆(air turn bar)；用于对搬入的衬底P进行加热的加热腔部HA1；用于使加热了的衬底P的温度下降以与后续工序(处理装置U3、衬底处理装置)的环境温度相适的冷却腔部HA2；被夹压的驱动辊DR3等。
处理装置U3(衬底处理装置)包括曝光装置，其对从处理装置U2搬运来的衬底P的感光性功能层(感应性功能层)照射与显示器用的电路图案或布线图案相对应的紫外线图案形成光。在处理装置U3内设有：将衬底P的Y轴方向(宽度方向)的中心控制在恒定位置的边缘位置控制器EPC2；被夹压的驱动辊DR4；在图案形成光照射衬底P的位置支承衬底P的衬底支承卷筒DR5(衬底支承部件)；以及用于对衬底P施加规定的松弛度(富余量)DL的2组驱动辊DR6，DR7等。
在处理装置U3设有：在圆筒状的外周面上形成有反射型的光罩图案M并围绕与Y轴方向平行的中心线旋转的滚筒光罩DM；对滚筒光罩DM的光罩图案M照射沿Y轴方向延伸的狭缝状的曝光用照明光的照明单元IU；在由衬底支承卷筒DR5支承的衬底P的一部分上，投影出滚筒光罩DM的光罩图案M的周向上的一部分的像的投影光学系统PL；以及为了使被投影的图案的一部分的像与衬底P的相对位置对合(对准)而检测预先形成在衬底P上的对准标记等的对准显微镜AM。
处理装置U4是对从处理装置U3搬运来的衬底P的感光性功能层进行湿式的显像处理、无电解电镀处理等各种湿式处理的至少1种的湿式处理装置。在处理装置U4内设有：在Z轴方向上分层的3个处理槽BT1，BT2，BT3；将衬底P折弯搬运的多个辊；以及被夹压的驱动辊DR8等。
处理装置U5是对从处理装置U4搬运来的衬底P进行加热从而将在湿式处理中变潮湿的衬底P的水分含有量调整到规定值的加热干燥装置，省略其详细说明。然后，经过几个处理装置且通过了一连串处理的最后的处理装置Un的衬底P经由被夹压的驱动辊DR9而被卷绕在回收卷筒FR2上。在该卷绕时，也是通过边缘位置控制器EPC3对驱动辊DR9与回收卷筒FR2的Y轴方向上的相对位置进行逐次修正控制，以使得衬底P的Y轴方向(宽度方向)的中心或是Y轴方向的衬底端缘在Y轴方向上没有偏差。
上位控制装置CONT用于对构成制造生产线的各处理装置U1到Un的运转进行总体控制。上位控制装置CONT还进行对各处理装置U1到Un的处理状况和处理状态的监视、对处理装置之间的衬底P的搬运状态的监视、基于事前事后的检查、测量结果的反馈修正和前馈修正等。
在本实施方式中使用的衬底P例如是树脂薄膜、由不锈钢等金属或合金构成的箔(薄膜)等柔性衬底。树脂薄膜的材质例如包含聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂，乙烯-乙烯醇共聚物树脂，聚氯乙烯树脂，纤维素树脂，聚酰胺树脂，聚酰亚胺树脂，聚碳酸酯树脂，聚苯乙烯树脂，乙酸乙烯树脂中的1种或2种以上。
衬底P优选选定热膨胀系数不显著变大的材质，以便能够实质上忽略在各种处理工序中因受热而导致的变形量。热膨胀系数例如可以是通过将无机填充材料混合到树脂薄膜中而将其热膨胀系数设定得比与处理温度等相应的阈值小。无机填充材料例如可以是氧化钛、氧化锌、氧化铝，二氧化硅等。此外，衬底P可以是通过浮法等制造的厚度为100μm左右的极薄玻璃的单层体，也可以是在该极薄玻璃上贴合上述的树脂薄膜、箔等而成的层积体。此外，衬底P也可以是预先通过规定的前处理将其表面改性而活性化了的，或是通过压印法在表面上形成用于精密图案形成的微细隔壁构造(凹凸构造)而成的。
本实施方式的器件制造系统SYS对衬底P反复执行或者连续执行用于器件(显示器面板等)制造的各种处理。实施了各种处理的衬底P按照各器件而被分割(切片)从而成多个器件。衬底P的尺寸例如是，宽度方向(作为短边的Y轴方向)的尺寸为10cm到2m左右，长度方向(作为长边的X轴方向)的尺寸为10m以上。衬底P的宽度方向(作为短边的Y轴方向)的尺寸也可以为10cm以下，还可以为2m以上。衬底P的长度方向(作为长边的X轴方向)的尺寸也可以为10m以下。
下面，说明处理装置U3(曝光装置EX、衬底处理装置)的曝光原理。图2是用于说明曝光装置EX的光学系统的概略构成的示意图。图3是示出向照明区域IR入射的光束及从照明区域IR出射的光束的状态的说明图。
图2所示的曝光装置EX包括滚筒光罩DM、照明光学系统IL、投影光学系统PL、光分离部10、及偏转部件11。滚筒光罩DM具有圆筒面状的外周面(以下，称为圆筒面12)，形成有沿圆筒面12弯曲的反射型的光罩图案M。圆筒面12是围绕规定的中心线以规定半径弯曲而成的面，例如是圆柱或圆筒的外周面的至少一部分。滚筒光罩DM能够围绕旋转中心轴AX1(中心线)旋转。
照明光学系统IL经由投影光学系统PL的一部分通过照明光L1对滚筒光罩DM所保持的光罩图案M上的照明区域IR进行落射照明。照明光学系统IL包括：第1光学系统13，用于形成作为照明光L1的光源的光源像L0；和兼作为投影光学系统PL的一部分的第2光学系统14(其光轴为14a)。来自光源像L0的照明光L1通过光分离部10的通过部15而向第2光学系统14入射，并通过第2光学系统14而在偏转部件11的上侧的反射平面上偏转，而后照射到照明区域IR，上述的光分离部10由配置在投影光学系统PL的光瞳面上的凹面镜的母材、即硝材构成。投影光学系统PL包括光分离部10、配置在光分离部10与照明区域IR之间的光路中的第2光学系统(光学系统)14。
关于光分离部10，在图2中，光分离部10的从光轴14a起的上半部分是通过部(透过部)15，在此形成光源像L0(例如，通过复眼透镜而形成的许多的点光源像的集合)，详细情况将在后说明。此外，在图2中，光分离部10的光轴14a起的下半部分为凹面状的反射部16。
投影光学系统PL(包括第2光学系统14)通过将在照明区域IR产生的反射光束向衬底P投射而将在照明区域IR内显现出的光罩图案M的一部分的像投影到衬底P上。在以下的说明中，将通过照明光L1的照射而从光罩图案M产生并投射于衬底的光束适宜地称为成像光束L2。
在照明区域IR中产生的成像光束L2在偏转部件11的上侧的反射平面被偏转而向第2光学系统14入射，在通过第2光学系统14而在光分离部10的反射部16反射后，再度通过第2光学系统14而到达偏转部件11的下侧的反射平面。在偏转部件11的下侧的反射平面反射的成像光束L2在与照明区域IR共轭的位置处形成与在照明区域IR内显现的光罩图案M的一部分对应的中间像Im。该中间像Im通过配置在其后的投影光学系统(在图4中用附图标记PL2表示)而在衬底P上再成像。
另外，如图3所示，由于照明区域IR弯曲成圆筒面状，所以照明光L1的主光线L1a相对于照明区域IR的入射角能够根据圆筒面12的周向上的主光线L1a的入射位置而不同。这是为了使从照明区域IR产生的成像光束L2的各主光线L2a在与旋转中心轴AX1垂直的面内互相平行。
在本实施方式中，照明光学系统IL为了使得成像光束L2的各主光线L2a成为接近互相平行的状态(焦阑(Telecentric)状态)而构成为使在与旋转中心轴AX1垂直的面内主光线L1a为非平行的照明光L1照射到照明区域IR。即，照明光学系统IL为了使成像光束L2向投影光学系统PL的入射侧成为焦阑状态而将向照明区域IR入射的照明光L1构成为非焦阑状态。
为了形成这样的照明状态，照明光L1的各主光线L1a被设定成在圆筒面12与旋转中心轴AX1的中间位置(圆筒面12的半径的1/2位置附近)收敛。因此，该中间位置成为与照明光学系统IL的光瞳面(图2的光分离部10的通过部15)共轭的位置。
此外，与旋转中心轴AX1垂直的面内的成像光束L2的各主光线L2a的行进方向被设定成：例如相对于将各主光线L2a的照明区域IR上的产生位置与旋转中心轴AX1连接而成的连接线(径向)倾斜。这是因为，如图2所示，需要使照明光L1和成像光束L2在光分离部10的位置处隔着光轴14a而上下分离。因此，如图2所示，与旋转中心轴AX1垂直的面内的成像光束L2的各主光线L2a的行进方向相对于与第2光学系统14的光轴14a垂直的面(与纸面垂直)在该面(纸面)内以一定角度倾斜。
下面，更详细地说明处理装置U3(曝光装置EX)的构成。图4是示出曝光装置EX的构成的图。曝光装置EX包括：保持光罩图案M并能够围绕旋转中心轴AX1旋转的滚筒光罩DM(光罩保持部件)；支承衬底P并能够围绕旋转中心轴AX2旋转的旋转滚筒DP(衬底支承部件)。照明光学系统IL通过柯勒(Kohler)照明以均匀的亮度对滚筒光罩DM所保持的光罩图案M上的照明区域IR进行照明。
投影光学系统PL将从照明区域IR产生的成像光束L2向由旋转滚筒DP支承的衬底P上的投影区域PR投射，由此在衬底P上形成光罩图案M的一部分(照明区域IR内)的像。
图4所示的投影光学系统PL包括：第1投影光学系统PL1，用于形成照明区域IR内的光罩图案M的中间像Im；和第2投影光学系统PL2，用于将该中间像Im投影于衬底P。图4所示的第1投影光学系统PL1和第2投影光学系统PL2作为例如将圆形像场通过棱镜反射镜(偏转部件11，35)的上下反射平面分割而成的半像场型的反射折射式投影光学系统而以焦阑状态构成。
曝光装置EX是所谓的扫描曝光装置，其通过使滚筒光罩DM与旋转滚筒DP以规定的旋转速度比同步地旋转，能够将滚筒光罩DM所保持的光罩图案M的像连续地反复投影曝光于旋转滚筒DP所支承的衬底P的表面(沿着圆筒面弯曲的面)上。
滚筒光罩DM只要是圆柱状或圆筒状的部件，且沿着其外周面(圆筒面12)形成有反射型的光罩图案M即可。
光罩图案M也可以是如下的构成，即：将蒸镀在厚度为例如100μm左右的挠性玻璃片上的高反射性金属被膜作为已图案化的片状光罩而制成，并将其卷绕在滚筒光罩DM的外周面上从而相对于滚筒光罩DM以能够更换的方式安装。
旋转滚筒DP(图1的衬底支承卷筒DR5)是圆柱状或圆筒状的部件，其外周面为圆筒面状。衬底P例如通过卷绕在旋转滚筒DP的外周面的一部分上而被支承在旋转滚筒DP上。供光罩图案M的像投影的投影区域PR配置在旋转滚筒DP的外周面附近。
衬底P可以通过悬架在多个搬运辊上而被支承，在该情况下，投影区域PR可以配置在多个搬运辊之间。
曝光装置EX例如包括：用于分别旋转驱动滚筒光罩DM及旋转滚筒DP的驱动部；用于检测滚筒光罩DM及旋转滚筒DP各自的位置的检测部；用于调整滚筒光罩DM及旋转滚筒DP各自的位置的移动部；以及用于控制曝光装置EX的各部的控制部。
曝光装置EX的控制部根据检测部的检测结果来控制驱动部，以使滚筒光罩DM和旋转滚筒DP以规定的旋转速度比同步旋转。此外，该控制部根据检测部的检测结果来控制移动部，以调整滚筒光罩DM与旋转滚筒DP的相对位置。
图1所示的照明单元IU包括图4所示的光源20、以及照明光学系统IL的第1光学系统13。照明光学系统IL的第1光学系统13通过从光源20发出的光而形成作为照明光L1的光源的光源像L0，而且使照明光L1的光强度分布均匀。
光源20包括例如水银灯等的灯光源、或激光二极管、发光二极管(LED)等的固体光源。从光源20发出的照明光L1例如是辉线(g线、h线、i线)、KrF准分子激光(波长248nm)等远紫外线光(DUV光)，ArF准分子激光(波长193nm)等。
图5示出从图4也示出的光源20到照明光学系统IL的第2光阑部件26的构成的图。图5所示的第1光学系统13包括输入透镜(input lens)21、复眼透镜22、第1光阑部件23、中继透镜24、柱面透镜25及第2光阑部件26。
输入透镜(input lens)21配置在从光源20发出的照明光L1所入射的位置。输入透镜(input lens)21以使照明光L1收于复眼透镜22的入射端面22a以内的方式汇聚照明光L1。复眼透镜22具有在与输入透镜(input lens)21的光轴正交的面中以二维排列的多个透镜要素22b。
复眼透镜22将从输入透镜(input lens)21出射的照明光L1按照各透镜要素22b在空间上进行分割。在光从复眼透镜22出射的出射端面22c按照各透镜要素22b形成一次光源像(收敛的点光源等)。形成有该一次光源像的面与图4中的第1投影光学系统PL1的光瞳面(也是照明光学系统IL的光瞳面)附近的光分离部10、以及在后说明的共轭面40(第1共轭面，如图10等所示)光学共轭。
第1光阑部件23是所谓的开口光阑(照明σ光阑)，配置在复眼透镜22的出射端面22c或其附近。
图6是示出照明光学系统IL的第1光阑部件23的构成的图。如图6所示，第1光阑部件23具有供来自复眼透镜22的照明光L1的至少一部分通过的长圆形或椭圆形状的开口23a。
在图5、图6中，第1光阑部件23配置在与中继透镜24的光轴正交的面(与XY面平行)上。此外，开口23a的第1方向(X轴方向)上的内尺寸(尺寸)D1比第2方向(Y轴方向)上的内尺寸(尺寸)D2小，所述第2方向对应于与旋转中心轴AX1平行的方向。内尺寸(尺寸)D1的第1方向在图2或图4中的滚筒光罩DM上的照明区域IR内与圆筒面12的周向一致。
第1方向是在圆筒面12上的周向上照射投影的方向，第2方向是在与圆筒面12的旋转中心轴AX1平行的方向上照射投影的方向。即，第1光阑部件23被设置成，使得圆筒面12的周向上的照明光L1的发散角(NA)比与圆筒面12的旋转中心轴AX1平行的方向上的照明光L1的发散角(NA)小。
图7A及图7B是示出从图4及图5示出的照明光学系统IL的第1光阑部件23到光分离部10的具体的光学系统(透镜配置)的一例的图。图7A示出与旋转中心轴AX1正交的面上的平面图。图7B示出与旋转中心轴AX1平行的面上的平面图。
如图7A所示，第1光阑部件23的开口23a相对于与第1光学系统13的Z轴平行的光轴13a偏向一侧(+X轴侧)地配置。此外，如图7B所示，第1光阑部件23的开口23a在Y轴方向上关于第1光学系统13的光轴13a对称地配置。即，第1光阑部件23配置成当从X轴方向观察时第1光学系统13的光轴13a通过开口23a的中心。
中继透镜24配置在通过了第1光阑部件23的光所入射的位置处。中继透镜24被设置成使得来自形成于复眼透镜22的多个一次光源像的光束重叠。来自于在复眼透镜22的射出侧形成的多个一次光源像的光在重叠的位置其光强度分布被均匀化。
柱面透镜25配置于从在复眼透镜22中形成一次光源像的位置到第2光阑部件26的光路中。
与先前的图4、图5中的柱面透镜25一样，图7A、图7B中的柱面透镜25是XZ面内的能力(折射力)比与旋转中心轴AX1平行的YZ面内的能力(折射力)大的光学部件。柱面透镜25的能力(折射力)大的方向在图2或图4中的滚筒光罩DM上的照明区域IR内与圆筒面12的周向一致。
第2光阑部件26是所谓的视野光阑，规定出照明区域IR的位置及形状。第2光阑部件26配置在与照明区域IR共轭的位置或其附近。来自形成于复眼透镜22的多个一次光源像的光通过中继透镜24及柱面透镜25而在第2光阑部件26的位置处重叠，第2光阑部件26中的光强度分布被均匀化。即，输入透镜(input lens)21、复眼透镜22、中继透镜24及柱面透镜25构成使照明光L1的光强度分布均匀化的均匀照射光学系统19。
另外，照明光学系统IL包括均匀照射光学系统19，该均匀照射光学系统19配置在从一次光源像到第2光阑部件26的光路的至少一部分中，用于使以一次光源像为光源的照明光L1的光强度分布在第2光阑部件26的位置或其附近均匀。此外，照明光学系统IL不具有第2光阑部件26也可以。此外，均匀照射光学系统19也可以用柱状透镜取代复眼透镜22而构成。在该情况下，照明光学系统IL的构成适宜地变更成使得在柱状透镜中光出射的出射端面与照明区域IR光学共轭。
如图7A及图7B所示，第1光学系统13包括配置在第2光阑部件26与光分离部10之间的光路中的透镜组27。透镜组27例如由以第1光学系统13的光轴13a为旋转中心的轴对称的多个透镜构成。如图7B所示，透镜组27形成当从X轴方向观察时与第1光阑部件23光学共轭的光瞳面28(第2共轭面)。在光瞳面28上，如图2(或图4)所示，形成有作为向照明区域IR照射的照明光L1的光源的光源像L0(二次光源像)。
形成于投影光学系统PL的光瞳面28的二次光源像L0在图2(或图4)和图7A、图7B中被设定成，X轴方向的尺寸比与旋转中心轴(中心线)AX1平行的Y轴方向上的尺寸大。二次光源像L0的尺寸大的X轴方向在图2或图4中的滚筒光罩DM上的照明区域IR内与圆筒面12的周向一致。
此外，在图7A、图7B中，形成于第2共轭面(光瞳面28)的二次光源像L0的分布范围被设定成，与旋转中心轴(中心线)AX1平行的Y轴方向的尺寸比X轴方向的尺寸小。二次光源像L0的分布范围的尺寸相对大的X轴方向在图2或图4中的滚筒光罩DM上的照明区域IR内与圆筒面12的周向一致。
另外，透镜组27构成为，使得来自于形成在第1光阑部件23的一次光源像的光束中的、在Y轴方向上发散的成分收敛于光瞳面28上。这里，由于柱面透镜25的能力在X轴方向上和Y轴方向上是不同的，所以从一次光源像(第1光阑部件23的开口)的各点在X轴方向上发散的成分如图7A所示不会收敛于光瞳面28上的1点。换言之，光瞳面28处于当沿Y轴方向观察时不与第1光阑部件23光学共轭的关系。
光分离部10以使其至少一部分配置于光瞳面28的方式配置在光瞳面28的位置或其附近。这里，光瞳面28的位置或其附近相对于照明区域IR大致相当于傅里叶变换面。因此，通过规定光分离部10中的照明光L1通过的范围(图2中的通过部15)，能够规定向滚筒光罩DM上的照明区域IR入射的照明光L1的主光线L1a的朝向(取向特性)。如利用图3所说明的那样，光分离部10(规定部)为了使成像光束L2向投影光学系统PL的入射侧成为焦阑状态，而以使照明光L1向照明区域IR的入射侧成为非焦阑状态的方式规定光分离部10中的照明光L1的通过范围(分布范围)。光分离部10为了对照明区域IR进行落射照明而配置在投影光学系统PL的光路内。
图8是示出从照明光学系统IL的光分离部10到投影光学系统PL的中间像面32(Im)的构成的图。图9是示出本实施方式的光分离部10的俯视图。
图8所示的光分离部10包括光可透过材质的透镜部件30、形成于透镜部件30的表面上的反射膜31(相当于图2中的反射部16)。透镜部件30例如是弯月透镜那样的形状，来自第1光学系统13的照明光L1所入射的面30a侧为凸面，朝向面30a的相反侧的面30b侧为凹面。反射膜31设于透镜部件30的面30b上。
如图9所示，光分离部10包括：供来自第1光学系统13的照明光L1的至少一部分通过的通过部15；和将在光罩图案M上的照明区域IR中产生的成像光束L2(参照图2)反射的反射部16。在光分离部10中，反射膜31形成在透镜部件30的面30b的除一部分以外的部分，通过部15配置在光分离部10中的、沿Z轴方向观察没有形成反射膜31的区域。
通过部15关于第1光学系统13的光轴13a与面30b的交点13b，配置在-X轴侧。通过部15配置在面30b中的不与交点13b重合的区域。通过部15(光通过窗)在图8中形成为以X轴方向为长边方向、以与滚筒光罩DM的旋转中心轴AX1平行的Y轴方向为短边方向的长圆形。因此，长圆形的通过部15的长边方向在图2(或图4)和图8中的滚筒光罩DM上的照明区域IR内与圆筒面12的周向相对应。
光分离部10中的、沿Z轴方向观察形成有反射膜31的区域被用于供成像光束L2反射的反射部16，并且也用作规定经由通过部15而朝向照明区域IR的照明光L1的通过范围。换言之，反射膜31被设置成使得照明光L1不从光分离部10中的通过部15以外的区域通过。此外，反射膜31为了使成像光束L2反射而配置成至少包括下述区域，即：存在于光分离部10中的、关于交点13b大致与通过部15对称的位置处的区域。
返回图8的说明，第2光学系统14配置在通过了光分离部10的通过部15的照明光L1所入射的位置处。第2光学系统14以使得照明区域IR与第1光阑部件23光学共轭的方式汇聚照明光L1。即，第2光学系统14和图7A及图7B所示的透镜组27使与第2光阑部件26光学共轭的面形成在照明区域IR。
第2光学系统14例如由围绕规定的中心轴(光轴14a)轴对称的多个透镜构成。第2光学系统14的光轴14a例如被设定成与第1光学系统13的光轴13a同轴。入射到第2光学系统14的照明光L1相对于包含第2光学系统14的光轴14a的面(YZ面)在其一侧通过，并从第2光学系统14出射。
偏转部件11配置在从第2光学系统14出射的照明光L1所入射的位置。偏转部件11例如是三棱柱状的部件，并具有彼此正交的第1反射面11a及第2反射面11b。第1反射面11a及第2反射面11b例如配置成分别与第2光学系统14的光轴14a成大致45°角。
从第2光学系统14出射的照明光L1在第1反射面11a反射而偏转，并向滚筒光罩DM所保持的光罩图案M上的照明区域IR入射。该照明光L1通过光罩图案M而反射折回，从而产生成像光束L2。关于向照明区域IR入射的照明光L1以及从照明区域IR出射的成像光束L2，将在后面参照图9～图14详细说明。
从照明区域IR出射的成像光束L2向偏转部件11的第1反射面11a入射。成像光束L2通过在第1反射面11a反射而偏转，向第2光学系统14入射。入射到第2光学系统14的成像光束L2如通过先前的图2、图3所说明的那样，通过与朝向照明区域IR的照明光L1不同的光路。第2光学系统14中的成像光束L2的光路相对于包括第2光学系统14的光轴14a的面(YZ面)配置在照明光L1的光路的大致相反侧(+X轴侧)。
通过了第2光学系统14的成像光束L2向光分离部10入射。如图9所示，在光分离部10中成像光束L2所入射的范围R1被设定为与照明光L1从第1光学系统13向光分离部10入射的范围R2(通过部15)不重叠。成像光束L2所入射的范围R1例如设定在关于YZ面与通过部15相反的一侧，成为光分离部10的反射部16。反射部16配置于光瞳面28或其附近，此外，如图3所示，从照明区域IR的各点出射的主光线L2a是互相大致平行的关系，因此，在照明区域IR的各点产生的光束以在范围R2中光点重合的方式向反射部16入射。
如图8所示，入射到了反射部16的成像光束L2在反射部16反射而再度入射到第2光学系统14。通过了第2光学系统14的成像光束L2向偏转部件11的第2反射面11b入射，并在第2反射面11b反射而被偏转。在第2反射面11b反射了的成像光束L2的主光线的行进方向是与从照明区域IR出射时的主光线的行进方向大致平行的方向，是相对于第2光学系统14的光轴14a非垂直地交叉的方向。
成像光束L2中的、从照明区域IR的各点出射的光束两次通过第2光学系统14，由此收敛于与照明区域IR光学共轭的中间像面32上的大致1点。这样，投影光学系统PL中的图4所示的第1投影光学系统PL1将光罩图案M的一部分(照明区域IR)的中间像形成于中间像面32(Im)。中间像面32也是与投影区域PR光学共轭的面，有时配置有用于规定投影区域PR的位置及形状的视野光阑(第3光阑部件)。
图4所示的第2投影光学系统PL2例如不是由第1投影光学系统PL1的光路中的光分离部10构成，而是取而代之通过在与光分离部10光学共轭的位置配置凹面镜33而构成。即，第2投影光学系统PL2包括与第1投影光学系统PL1的第2光学系统14同样的第3光学系统34。通过了中间像面32的成像光束L2在偏转部件35的第1反射面35a反射而偏转，通过第3光学系统34而向凹面镜33入射。入射到了凹面镜33的成像光束L2在凹面镜33反射而再度通过第3光学系统34，而后在偏转部件35的第2反射面35b反射而偏转，向由旋转滚筒DP支承的衬底P上的投影区域PR入射。成像光束L2中的从中间像面32的各点出射的光束由于两次通过第3光学系统34，所以收敛于与中间像面32光学共轭的投影区域PR内的对应的各点。这样，第2投影光学系统PL2将通过第1投影光学系统PL1形成的中间像Im投影于投影区域PR。
下面，对向照明区域IR入射时的照明光L1和从照明区域IR出射的成像光束L2的状态进行更详细的说明。
图10是沿滚筒光罩DM的旋转中心轴AX1的方向(与Y轴垂直的XZ面内)观察到的向照明区域IR入射的光束(照明光L1)及从照明区域IR出射的成像光束L2的侧视图。图11是从与图10正交的方向(Z轴方向)观察到的从照明区域IR出射的成像光束L2的俯视图。
如图10(参照图3)所示，照明光L1的主光线L1a向照明区域IR入射，并使得当从滚筒光罩DM的旋转中心轴AX1的方向(Y轴方向)观察时，在旋转中心轴AX1与圆筒面12之间形成有与一次光源像(第1光阑部件23)共轭的共轭面40(也与形成有二次光源像的第1投影光学系统PL1的光瞳面28共轭)。共轭面40(第1共轭面)例如配置在旋转中心轴AX1与照明区域IR之间的中央位置或其附近。即，光分离部10的通过部15与反射部16的位置关系被设定成，当光罩图案M的半径为r时，从旋转中心轴AX1到共轭面40的距离D3为半径r的大约一半。
这里，照明光L1的主光线L1a的延长线41被配置成在与滚筒光罩DM的旋转中心轴AX1正交的截面上在共轭面40上相交。这样的主光线L1a的延长线41的交点142在与滚筒光罩DM的旋转中心轴AX1平行的线上连续地排列配置。即，光分离部10的通过部15与反射部16的位置关系被设定成，使得照明光L1中的在圆筒面12的周向上分布的主光线L1a的延长线41与平行于旋转中心轴AX1的共轭面40上的线相交。即，照明光学系统IL将从光源20产生的照明光L1经由光分离部10照射在照明区域IR，并使照明光L1的主光线L1a以朝向旋转中心轴AX1与圆筒面12之间的规定位置的方式关于圆筒面12的周向倾斜。
此外，照明光L1中的在与滚筒光罩DM的旋转中心轴AX1平行的方向上分布的主光线L1a以互相大致平行的关系向照明区域IR入射。而且，如图11所示，成像光束L2的主光线L2a以当沿与滚筒光罩DM的旋转中心轴AX1正交的方向(Z轴方向)观察时互相大致平行的关系从照明区域IR出射。这里，照明光L1的主光线L1a沿Z轴方向观察从滚筒光罩DM的圆筒面12的大致法线方向(X轴方向)向照明区域IR入射，成像光束L2的主光线L2a在沿Z轴方向观察时向着滚筒光罩DM的圆筒面12的大致法线方向(X轴方向)从照明区域IR出射。
下面，参照图9、图12及图13对与光源像共轭的面中的光瞳形状进行说明。图12是示出在光瞳的说明中所参照的照明区域IR的代表位置的图。图13是示出与光源像共轭的共轭面40中的光点的图。这里，为了便于说明，使经过了照明区域IR的各点的光束(照明光L1及成像光束L2)在与光源像共轭的面(光瞳面28及共轭面40)中的光点形状为圆形。
在图12中，附图标记P1～P9表示沿X轴方向俯视观察时的照明区域IR上的点。点P1、点P2及点P3是在图10等所示的圆筒面12的周向上排列的点的组群(称为第1组群)。点P1配置在照明区域IR的+Z轴侧的端部，点P3配置在照明区域IR的-Z轴侧的端部，点P2配置在点P1与点P3的中央。同样地，点P4、点P5及点P6的第2组群、点P7、点P8及点P9的第3组群均是在圆筒面12的周向上排列的点的组群。此外，点P1～点P3的第1组群配置在照明区域IR的-Y轴侧的端部，点P7～点P9的第3组群配置在照明区域IR的+Y轴侧的端部，点P4～点P6的第2组群配置在第1组群与第3组群之间。
首先，参照图9及图12对光瞳面28中的照明光L1的通过范围进行说明。在图12所示的照明区域IR中向在平行于旋转中心轴AX1的方向上排列的点P1、点P4及点P7入射的照明光L1的主光线，其在照明区域IR的周向上的入射位置大致相同，相对于照明区域IR的入射角大致相同。
因此，也参照先前的图8，向点P1、点P4及点P7入射的光束各自在光瞳面28上的通过范围的位置在X轴方向上大致相同。因此，当从照明区域IR侧观察时，向滚筒光罩DM上的照明区域IR内的点P1、点P4及点P7入射的光束是大致从相同的方向进来的光束。此处，向点P1、点P4及点P7入射的光束均在图9所示的光瞳面28上的大致相同的范围R3通过。同样地，向在平行于旋转中心轴AX1的方向上排列的点P3、点P6及点P9入射的光束均在光瞳面28上的大致相同的范围R4通过。
此外，向点P1入射的照明光L1的主光线与向点P3入射的照明光L1的主光线其在照明区域IR的周向上的入射位置是不同的，相对于照明区域IR的入射角也是不同的。
因此，向照明区域IR内的点P1入射的光束通过光瞳面28的通过范围(范围R3)的位置与向照明区域IR内的点P3入射的光束通过光瞳面28的通过范围(范围R4)在X轴方向上错开。
在图9中，范围R3的Y轴方向上的位置与范围R4大致相同。此外，范围R3的X轴方向上的位置与范围R4的X轴方向上的位置相比，从第1光学系统13的光轴13a与光分离部10的交点13b更加远离。
另外，在图12所示的照明区域IR中向在平行于旋转中心轴AX1的方向上排列的点P2、点P5及点P8入射的光束的通过范围虽然没有在图9中示出，但是配置在范围R3与范围R4之间。同样地，经过连结点P1与点P3的线上的任意的点的光束通过与该任意的点相对于点P1的偏移量对应地从范围R3向范围R4偏移了的范围。因此，向照明区域IR入射的照明光L1在光瞳面28上的通过范围例如是将范围R3与范围R4连结起来的长圆形的范围R2。
这样，若通过部15的范围R2为长圆形，则在旋转中心轴AX1的周向上分布的成像光束L2的主光线L2a，与使照明光成为平行光束向照明区域入射的情况相比，更接近互相平行的关系(焦阑状态)。其通过与如下设定光分离部10及其之前的照明光学系统相配合而达成，即：将光分离部10及其之前的照明光学系统设定成使得共轭面40配置在旋转中心轴AX1与照明区域IR之间的中央位置或其附近。
下面，参照图10、图12及图13对共轭面40中的光瞳形状进行说明。共轭面40中的光瞳的形状与在入射到照明区域IR的照明光L1假想地传播到了滚筒光罩DM的内侧时形成于共轭面40上的二次光源像的形状相对应。
照明光L1的主光线L1a向圆筒面12上的照明区域IR内的沿周向排列的点P1、点P2、点P3入射，并使得主光线L1a的延长线41在共轭面40上大致重合于1点。因此，向点P1、点P2、点P3入射的光束若分别传播到了圆筒面12的内侧，则共轭面40上的通过范围的位置会重合，均在图13所示的范围R5中通过。基于同样的理由，向圆筒面12上的照明区域IR内的沿周向排列的点P4、点P5、点P6入射的光束均在同一范围R6中通过，向圆筒面12上的照明区域IR内的沿周向排列的点P7、点P8、点P9入射的光束均在同一范围R7中通过。
此外，照明光L1的主光线L1a以互相大致平行的关系向在平行于旋转中心轴AX1的方向(Y轴方向)上排列的点P1、点P4、点P7入射。因此，向点P1、点P4、点P7入射的光束若分别传播到圆筒面12的内侧，则在与旋转中心轴AX1平行的Y轴方向上，共轭面40上的通过范围的位置是错开的。即，范围R5配置在共轭面40上的－Y轴侧的端部，范围R7配置在共轭面40上的+Y轴侧的端部，范围R6配置在范围R5与范围R7的中央。其结果是，向照明区域IR入射的照明光L1在共轭面40中的光瞳形状是将范围R5与范围R7连结而成的长圆形的范围R8。
如上所述，成像光束L2中的在照明区域IR的各位置处产生的主光线L2a分别在圆筒面12的周向上以及与旋转中心轴AX1平行的方向(Y轴方向)上互相大致平行。因此，投影光学系统PL的入射侧(照明区域IR的出射侧)能够构成焦阑状态。
在以上那样的本实施方式的处理装置U3(曝光装置EX)中，由于以使得向投影光学系统PL入射的成像光束L2接近于平行光束的方式构成照明光学系统IL，所以，投影光学系统PL并不复杂，而且能够以高精度投影曝光出弯曲的光罩图案M的像。因此，处理装置U3能够通过一边使光罩图案M旋转一边执行曝光处理来对衬底P高效地进行曝光。
此外，在处理装置U3中，由于将光分离部10配置于投影光学系统PL的光瞳面28，所以能够使照明光L1的光路与成像光束L2的光路分离。因此，与例如采用偏振分光器(PBS)等来使光路分离的构成相比，处理装置U3能够降低PBS中的光量损失以及杂散光的产生。另外，光分离部10也可以由PBS等构成。
此外，由于光分离部10规定了经由通过部15朝向照明区域IR的照明光L1的通过范围，所以能够以高精度规定向照明区域IR入射时的照明光L1的主光线L1a的朝向。此外，由于光分离部10利用反射部16规定了照明光L1的通过范围，所以能够是构成简单等。
另外，照明光L1中的在与旋转中心轴AX1平行的方向上分布的主光线L1a的关系(例如，互相平行)在成像光束L2中的与旋转中心轴AX1平行的方向上分布的主光线L2a的关系(例如，互相平行)中也得以维持。此外，成像光束L2中在圆筒面12的周向上分布的主光线L2a的关系(例如，互相平行)相对于照明光L1中的在圆筒面12的周向上分布的主光线L1a的关系(例如，互相非平行)变化。因此，例如，若通过具有等向性能力的光学部件来调整照明光L1的发散角(NA)，以使得在成像光束L2中在圆筒面12的周向上分布的主光线L2a成为互相平行的关系，则成像光束L2中的在与旋转中心轴AX1平行的方向上分布的主光线L2a的关系成为互相不平行。
在本实施方式中，通过柱面透镜25，使到达滚筒光罩DM的圆筒面12上的照明区域IR的照明光L1的发散角在与旋转中心轴AX1对应的方向(Y轴方向)上与照明区域IR内的圆筒面12的周向上不同。
即，柱面透镜25一边使到达照明区域IR的照明光L1的主光线L1a中的、在与旋转中心轴AX1平行的方向上排列的主光线L1a互相平行，一边使在圆筒面12的周向上排列的主光线L1a偏转以使得其延长线41与平行于旋转中心轴AX1的共轭面40上的线相交。因此，能够使在与旋转中心轴AX1平行的方向上分布的成像光束L2的主光线L2a互相大致平行，并且使在圆筒面12的周向上分布的成像光束L2的主光线L2a也互相大致平行。另外，作为使照明光L1的发散角具有异向性的方法，也可以采用使光纤成束的导光部件，使该导光部件的光出射侧的形状为例如图6中的第1光阑部件23的开口部23a那样的长圆形或椭圆形，并将其光出射侧配置在图6中的第1光阑部件23的位置。
[第2实施方式]
下面，说明第2实施方式。在本实施方式中，对于与上述实施方式同样的构成要素，标注相同的附图标记并简化或省略其说明。
图14是示出本实施方式的处理装置(曝光装置EX2)的构成的图。图14所示的曝光装置EX2在投影光学系统PL由Offner光学系统那样的光学系统构成这一点上与第1实施方式不同。
投影光学系统PL包括：第1投影光学系统PL1，形成光罩图案M的一部分(照明区域IR)的中间像Im；和第2投影光学系统PL2，将第1投影光学系统PL1所形成的中间像投影于衬底P上的投影区域PR。此处，第1投影光学系统PL1和第2投影光学系统PL2分别由Offner光学系统那样的光学系统构成。
照明光学系统IL关于配置在从光源20到光分离部50的要素可以与第1实施方式同样地构成。从光源20发出的照明光L1通过均匀照射光学系统19，由此第2光阑部件26中的光强度分布被均匀化。通过了第2光阑部件26的照明光L1通过透镜组27而向光分离部50入射。
图15是将图14中的照明光学系统IL的一部分及第1投影光学系统PL1放大示出的图。光分离部50具有在第1实施方式中说明的通过部15及反射部16。光分离部50配置在形成有作为照明光L1的光源的光源像的光瞳面的位置或其附近。关于通过部15和反射部16的配置，与第1实施方式是一样的。
光分离部50具有供照明光L1入射的面50a、和朝向面50a的相反侧的面50b。面50b是在第1投影光学系统PL1的光路中成像光束L2所入射的面，其朝向外部(成像光束L2的入射侧)凸出。
通过了光分离部50的通过部15的照明光L1通过用于像差修正等的透镜组51而向凹面镜53的反射面53a入射。反射面53a以与光分离部50的面50b相对的方式配置。凹面镜53的反射面53a和光分离部50的面50b是曲率中心配置在大致相同位置的弯曲面。
入射到反射面53a中的照明光L1在反射面53a反射而被汇聚，一边收敛一边向偏转部件(平面反射镜)54的反射面54a入射。入射到了偏转部件54的反射面54a的照明光L1在反射面54a反射而偏转，通过像调整部件55而向照明区域IR入射。像调整部件55是用于光强度分布的调整、发散角的调整、像差修正等的光学部件(具有能力的透镜元件)。
如参照图3所说明的那样，以上那样的照明光学系统IL为了使在照明区域IR产生的成像光束L2的主光线互相平行而以使得向照明区域IR入射的照明光L1的主光线的延长线在滚筒光罩DM的内侧交叉的方式构成。
在照明区域IR产生的成像光束L2通过像调整部件55并向偏转部件54的反射面54a入射，在反射面54a反射而向凹面镜53的反射面53a入射。入射到反射面53a的成像光束L2通过在反射面53a反射而被汇聚，在被收敛的同时通过透镜组51而向光分离部50的反射部16入射。入射到反射部16的成像光束L2在反射部16反射，并通过透镜组51而向凹面镜53的反射面53a入射。入射到反射面53a的成像光束L2通过在反射面53a反射而被汇聚，在被收敛的同时向偏转部件(平面反射镜)56的反射面56a入射。
此处，偏转部件54及偏转部件56以使得成像光束L2能够在偏转部件54和偏转部件56之间通过的方式设置。入射到了偏转部件56的反射面56a的成像光束L2通过在反射面56a反射而偏转，通过像调整部件57而向中间像面32入射。像调整部件57是具有与像调整部件55同样的功能的光学部件。这样，第1投影光学系统PL1将光罩图案M的一部分(照明区域IR)的中间像Im形成于中间像面32。
返回到图14的说明，第2投影光学系统PL2例如不是由光分离部50构成，而是取而代之通过配置凸面镜60而构成。通过了中间像面32的成像光束L2在偏转部件61的第1反射面61a反射而向凹面镜62入射，在凹面镜62反射而向凸面镜60入射。入射到了凸面镜60的成像光束L2在凸面镜60反射而向凹面镜62入射，在凹面镜62反射后在偏转部件61的第2反射面61b反射，并向由旋转滚筒DP支承的衬底P上的投影区域PR入射。这样，第2投影光学系统PL2将光罩图案M的照明区域IR的中间像Im投影于衬底P上的投影区域PR。
[第3实施方式]
下面，说明第3实施方式。在本实施方式中，对于与上述实施方式同样的构成要素，标注相同的附图标记并简化或省略其说明。
图16是示出本实施方式的器件制造系统SYS2(柔性显示器制造生产线)的构成的图。这里，示出了从供给卷筒FR1拉出的挠性的衬底P(片、薄膜等)依次经过n台处理装置U1，U2，U3，U4，U5，···Un并直到卷绕在回收卷筒FR2上的例子。
在图16中，XYZ正交坐标系也被设定成使得衬底P的表面(或背面)与XZ面垂直，并且将与衬底P的搬运方向(长度方向)正交的方向(宽度方向)设定为Y轴方向。
下面，说明本实施方式的器件制造系统SYS2的处理装置U3(曝光装置EX、衬底处理装置)的曝光原理。图17是用于说明曝光装置EX3的光学系统的示意图。图18是示出向照明区域IR入射的照明光L1及从照明区域IR出射的成像光束L2的图。
图17所示的曝光装置EX3包括保持光罩图案M的滚筒光罩DM、照明光学系统IL、投影光学系统PL、以及支承衬底P的旋转滚筒DP(图16所示的衬底支承卷筒DR5)。
滚筒光罩DM具有圆筒面状的外周面(以下，也称为圆筒面12)，其将反射型的光罩图案M以沿着圆筒面12的方式弯曲成圆筒面状并保持。圆筒面是围绕规定的中心线(旋转中心轴AX1)以规定半径弯曲而成的面，例如是圆柱或圆筒的外周面的至少一部分。
照明光学系统IL经由投影光学系统PL的一部分通过照明光L1对滚筒光罩DM所保持的光罩图案M上的照明区域IR进行落射照明。照明光学系统IL包括：形成作为照明光L1的光源的光源像L0的第1光学系统13；和兼作为投影光学系统PL的一部分的第2光学系统14。通过第1光学系统13形成的光源像L0形成在光分离部10的通过部15(透过部)的附近，从光源像L0发出的照明光L1经由通过部15而向第2光学系统14入射，并通过第2光学系统14而向照明区域IR入射。
投影光学系统PL将在照明区域IR产生的反射光束投射于被支承在旋转滚筒DP上的衬底P，从而将光罩图案M上的照明区域IR的像投影于衬底P。投影光学系统PL包括：第1投影光学系统PL1，形成照明区域IR的中间像Im；和第2投影光学系统PL2，将第1投影光学系统PL1所形成的中间像Im投影于衬底P。第1投影光学系统PL包括光分离部10、配置在光分离部10与照明区域IR之间的光路中的第2光学系统(光学系统)14。在以下的说明中，将在被照明光L1照明的光罩图案M中产生并投射于衬底的光束适宜地称为成像光束L2。
在照明区域IR产生的成像光束L2通过第1投影光学系统PL1的第2光学系统14而在光分离部10的反射部16反射，而后再次通过第2光学系统14而向偏转部件17入射。入射到了偏转部件17的成像光束L2被偏转部件17偏转而向凹面镜18入射。
从照明区域IR内的某点产生的光束(成像光束L2)通过两次通过第2光学系统14而收敛于与照明区域IR光学共轭的中间像面42上的对应的点(共轭点)。这样，第1投影光学系统PL1将由照明光L1照明的光罩图案M的一部分(照明区域IR)的中间像Im形成于中间像面42。由于照明区域IR是朝向光出射侧凸出的圆筒面状，所以中间像面42是朝向光入射侧(偏转部件17侧)凹入的圆筒面状。
凹圆筒面镜(以下，简称为凹面镜)18配置在中间像面42的位置或其附近。凹面镜18以沿着中间像面42的方式弯曲成朝向光入射侧凹入的圆筒面状。在凹面镜18反射的成像光束L2经由第2投影光学系统PL2的光学部件(透镜、反射镜等)而投射于投影区域PR。这样，光罩图案M的照明区域IR的像被投影于由旋转滚筒DP支承的衬底P上的投影区域PR。
此处，假定是没有设置凹面镜18的构成(单纯的平面镜的情况)。在该构成中，第2投影光学系统PL2的像面是与第1投影光学系统PL1的像面(中间像面)同样地朝着光入射侧凹入的圆筒面状，其相对于投影区域的切平面向投影区域的相反侧弯曲(凹凸的朝向与投影区域相反)。因此，在弯曲的投影区域的周向上随着从与切平面的切线远离，离焦量变大。
在图17所示的曝光装置EX3中，凹面镜18以使第2投影光学系统PL2的像面朝向光入射侧成为凸状的方式变换像面。换言之，凹面镜18以使得第2投影光学系统PL2的像面的曲率中心相对于投影区域PR配置在与投影区域PR的曲率中心相同的一侧的方式，变换第2投影光学系统PL2的像面。因此，第2投影光学系统PL2的像面成为沿着以圆筒面状弯曲的衬底P上的投影区域PR的形状，其结果是，曝光装置EX3能够将所希望的图案高精度地忠实地转印，从而能够实现高精细的图案曝光。
另外，由于如图18所示照明区域IR以圆筒面状弯曲，所以在本实施方式中，使照明光L1的主光线L1a相对于照明区域IR的入射角根据主光线L1a在圆筒面12的周向上的入射位置而不同。即，不是如通常的照明系统的柯勒照明法那样，使向物面入射的照明光的主光线互相平行，而是使之成为收敛于圆筒面12的半径的大致一半的位置的主光线。这样，在照明区域IR内的各点产生的反射光束(成像光束L2)的主光线L2a成为关于圆筒面12的周向互相平行的状态(焦阑状态)。
在本实施方式中，照明光学系统IL构成为关于圆筒面12的周向成为照明光L1的主光线为非平行的非焦阑状态的系统，而成像光束L2的主光线关于周向平行。因此，如图18所示，构成为：由照明光L1的主光线L1a延长而成的延长线41在圆筒面12的内侧在半径的大约一半的位置处交叉。
在这样的成像光束L2中，在照明区域IR上的各点产生的主光线L2a例如以互相平行的关系从照明区域IR出射。在沿滚筒光罩DM的中心线(旋转中心轴AX1)的方向观察时，各主光线L2a的行进方向例如是相对于将各主光线L2a在照明区域IR上的产生位置与旋转中心轴AX1连结起来的线(径向)交叉的方向。此外，如图17所示，当沿旋转中心轴AX1的方向观察时，各主光线L2a的行进方向例如是与第2光学系统14的光轴14a非垂直地交叉的方向。
如上所述，照明光学系统IL以使得第1投影光学系统PL1的入射侧成为焦阑状态的方式构成，但通过投影光学系统PL的成像光束L2由于例如在第1投影光学系统PL1产生的像差等而不再是焦阑关系。凹面镜18被设定为例如将在第1投影光学系统PL1产生的像差等也考虑在内来调整投影于衬底P的像的特性。因此，曝光装置EX3在采用弯曲的光罩图案M的情况下也能够高精度地曝光。
此外，第1投影光学系统PL1例如作为倍率为N倍(其中，N＜1)的缩小光学系统而构成。即，第1投影光学系统PL1在中间像面42上以缩小倍率形成光罩图案M的一部分的像。通过采用这样的构成，能够在成像光束L2中减小主光线L2a的相对于焦阑关系的偏移量。投影光学系统PL例如是将光罩图案M的投影区域PR的一部分的像以等倍率形成于投影区域PR中的等倍光学系统，第2投影光学系统PL2作为倍率为1/N倍的放大光学系统而构成。
外，在投影光学系统PL整体为等倍光学系统的情况下，第1投影光学系统PL1及第2投影光学系统PL2可以都是等倍光学系统，也可以是一方为缩小光学系统而另一方为放大光学系统。此外，投影光学系统PL可以整体是缩小光学系统，也可以整体是放大光学系统。
下面，对处理装置U3(曝光装置EX3)的构成进行进一步详细说明。
图19是示出曝光装置EX3的构成的图。曝光装置EX3包括：保持光罩图案M并能够围绕旋转中心轴AX1旋转的滚筒光罩DM(光罩保持部件)；支承衬底P并使之能够围绕旋转中心轴AX2旋转的旋转滚筒DP(衬底支承部件)。旋转滚筒DP的旋转中心轴AX2被设定为例如与滚筒光罩DM的旋转中心轴AX1大致平行。
滚筒光罩DM是具有恒定半径的圆柱状或圆筒状的部件，其外周面是圆筒面12。光罩图案M例如卷绕在滚筒光罩DM的外周面上，并相对于滚筒光罩DM以能够卸下的方式安装。光罩图案M例如可以利用蒸镀法等形成在滚筒光罩DM的表面，也可以是不能从滚筒光罩DM上卸下。作为能够卸下的光罩图案M，可以使用对蒸镀于极薄玻璃片(厚度为100μm左右)上的铬层进行图案形成而成的光罩图案、在透明的树脂或塑料片上用遮光层进行图案形成而成的光罩图案。在将这样的片状光罩图案M卷绕于滚筒光罩DM的情况下，或是在滚筒光罩DM的表面上直接描画形成光罩图案M的情况下，重要的都是精密地掌握弯曲成圆筒面状的光罩图案M的半径(直径)。
旋转滚筒DP是具有恒定半径的圆柱状或圆筒状的部件，其外周面为圆筒面状。衬底P例如通过卷绕在旋转滚筒DP的外周面的一部分上而被支承在旋转滚筒DP上。供光罩图案M的像投影的投影区域PR配置在旋转滚筒DP的外周面附近。支承衬底P的衬底支承部件的构成能够适宜地改变。例如，衬底P也可以通过悬架在多个搬运辊上而被支承，在该情况下，投影区域PR在多个搬运辊之间以平面状配置。
如图19所示，照明光学系统IL通过柯勒照明那样的照明法对滚筒光罩DM所保持的光罩图案M上的照明区域IR以均匀的亮度进行照明。投影光学系统PL将在照明区域IR产生的成像光束L2向着旋转滚筒DP所支承的衬底P上的投影区域PR投射，将光罩图案M的一部分(照明区域IR内)的像形成于衬底P上的投影区域PR。
曝光装置EX3是所谓的扫描曝光装置，其通过使滚筒光罩DM与旋转滚筒DP以规定的旋转速度比同步地旋转，能够将滚筒光罩DM所保持的光罩图案M的像连续地反复投影曝光于旋转滚筒DP所支承的衬底P的表面(沿着圆筒面弯曲的面)上。
曝光装置EX3例如包括：分别旋转驱动滚筒光罩DM及旋转滚筒DP的旋转驱动部；对滚筒光罩DM及旋转滚筒DP各自的位置进行检测的位置检测部(旋转编码器等)；用于调整滚筒光罩DM及旋转滚筒DP各自的位置的移动部；和控制曝光装置EX3的各部的控制部。
曝光装置EX3的控制部根据位置检测部所检测出的滚筒光罩DM及旋转滚筒DP的旋转位置来控制旋转驱动部，以使滚筒光罩DM和旋转滚筒DP以规定的旋转速度比同步旋转。此外，该控制部根据位置检测部的检测结果控制移动部，由此能够调整滚筒光罩DM与旋转滚筒DP的相对位置。
下面，对照明光学系统IL进行更详细的说明。照明光学系统IL的第1光学系统13包括配置在从光源20到光分离部10的光路中的均匀照射光学系统19、和配置在从均匀照射光学系统19到光分离部10的光路中的透镜组27。
均匀照射光学系统19利用从光源20发出的光形成多个一次光源像并使来自多个一次光源像的光束重叠，由此使光强度分布均匀。从均匀照射光学系统19出射的照明光L1向相对于透镜组27的光轴27a非平行的方向行进并向透镜组27入射。透镜组27形成与均匀照射光学系统19所形成的一次光源像共轭的二次光源像。此处，透镜组27是轴对称的光学系统，透镜组27的光轴27a为第1光学系统13的光轴13a。
关于本实施方式的光源20，例如可以与第1实施方式同样地构成。另外，在本实施方式中，图16所示的照明单元IU例如包括光源20及第1光学系统13。
图20是示出均匀照射光学系统19的构成的图。图20所示的均匀照射光学系统19包括输入透镜(input lens)21、复眼透镜22、第1光阑部件23、中继透镜(聚光透镜)24、柱面透镜25及第2光阑部件26。
关于本实施方式的输入透镜(input lens)21，例如可以与第1实施方式同样地构成。另外，本实施方式的输入透镜(input lens)21的光轴21a大致与透镜组27(图19参照)的光轴27a平行，并且在与光轴27a正交的X轴方向上从光轴27a向+X轴侧偏移。
关于本实施方式的复眼透镜22，例如可以与第1实施方式同样地构成。另外，本实施方式的复眼透镜22将从输入透镜(input lens)21出射的照明光L1按照各透镜要素22b在空间上进行分割。在光从复眼透镜22出射的出射端面22c按照各透镜要素22b形成一次光源像(聚光点)。形成有该一次光源像的面与在后说明的共轭面(第1共轭面)40(如图24等所示)光学共轭。
第1光阑部件23是所谓的开口光阑，其配置在复眼透镜22(参照图20)的出射端面22c或其附近。图21是示出第1光阑部件23的构成的图。第1光阑部件23具有供来自复眼透镜22的照明光L1的至少一部分通过的长圆形或椭圆形的开口23a，开口23a的中心被设定成例如与输入透镜(input lens)21(参照图20)的光轴21a大致同轴。
如图20所示，第1光阑部件23配置在与输入透镜(input lens)21的光轴正交的面(与XY面平行)上。此外，开口23a的第1方向(X轴方向)上的内尺寸(尺寸)D1比第2方向(Y轴方向)上的内尺寸(尺寸)D2小，所述第2方向对应于与旋转中心轴AX1平行的方向。内尺寸(尺寸)D1的第1方向在图17或图19中的滚筒光罩DM上的照明区域IR内与圆筒面12的周向一致。
另外，在本实施方式中关于第1方向及第2方向，可以与第1实施方式同样地定义。
图22A及图22B是示出从第1光阑部件23到光分离部10的构成的图。图22A示出与旋转中心轴AX1正交的面中的平面图。图22B示出与旋转中心轴AX1平行的面中的平面图。
如图22A所示，第1光阑部件23的开口23a相对于第1光学系统13的光轴13a偏向一侧(+X轴侧)地配置。此外，如图22B所示，第1光阑部件23的开口23a在Y轴方向上关于第1光学系统13的光轴13a对称地配置。即，第1光阑部件23被配置成使得当沿X轴方向观察时，第1光学系统13的光轴13a通过开口23a的中心。
中继透镜(聚光透镜)24配置在通过了第1光阑部件23的光所入射的位置处。中继透镜24被设置成使得来自形成于复眼透镜22的多个一次光源像(聚光点)的光束重叠。来自于在复眼透镜22形成的多个一次光源像的照明光L1的重叠位置处的光强度分布被均匀化。
柱面透镜25配置于从在复眼透镜22中形成一次光源像的位置到第2光阑部件26的光路中。柱面透镜25构成为关于包括滚筒光罩DM(参照图17)的圆筒面12(光罩图案面)的周向圆弧在内的面、即与旋转中心轴AX1垂直的XZ面的折射力(能力)比关于与旋转中心轴AX1平行的方向的YZ面的折射力(能力)大的光学部件(透镜组)。
第2光阑部件26是所谓的视野光阑，规定出照明区域IR的位置及形状。第2光阑部件26配置在与照明区域IR共轭的位置或其附近。如图22A所示，在第2光阑部件26中照明光L1所通过的开口的中心位置比第1光学系统13的光轴13a向+X轴侧偏移。此外，如图22B所示，在第2光阑部件26中照明光L1所通过的开口的中心位置配置在与第1光学系统13的光轴13a大致相同的位置处。
来自于在复眼透镜22形成的多个一次光源像的光通过中继透镜24及柱面透镜25而在第2光阑部件26的位置处重叠，从而第2光阑部件26中的光强度分布被均匀化。即，输入透镜(input lens)21、复眼透镜22、中继透镜24及柱面透镜25使照明光L1的光强度分布均匀化。
另外，照明光学系统IL包括均匀照射光学系统19，该均匀照射光学系统19配置在从一次光源像到第2光阑部件26的光路的至少一部分中，使以一次光源像为光源的照明光L1的光强度分布在第2光阑部件26的位置或其附近均匀。此外，照明光学系统IL在例如投影光学系统PL具有视野光阑的情况下，也可以不具有第2光阑部件26。此外，均匀照射光学系统19也可以用柱状透镜取代复眼透镜22而构成。在该情况下，照明光学系统IL的构成适宜地变更成使得在柱状透镜中光出射的出射端面与照明区域IR光学共轭。
透镜组27例如由以规定的轴为旋转中心的轴对称的多个透镜构成。如图22B所示，透镜组27形成当沿X轴方向观察时与第1光阑部件23光学共轭的光瞳面28。在光瞳面28上，如图17所示，形成有作为被照射到照明区域IR的照明光L1的光源的光源像L0(二次光源像)。
在第1投影光学系统PL1的光瞳面28上形成的二次光源像L0被设定为：当沿着照明光路投射于滚筒光罩DM的圆筒面12上来观察时，圆筒面12的周向上的尺寸比旋转中心轴(中心线)AX1的方向上的尺寸大。
此外，在第2共轭面(光瞳面28)上形成的二次光源像L0的分布范围被设定为：当将该二次光源像L0的分布范围沿着照明光路投射于滚筒光罩DM的圆筒面12上来观察时，旋转中心轴(中心线)AX1的方向上的尺寸比圆筒面12的周向上的尺寸小。
另外，透镜组27以使得来自在第1光阑部件23形成的一次光源像的光束中的、在Y轴方向上发散的成分收敛于光瞳面28上的方式构成。这里，由于柱面透镜25的能力在X轴方向和Y轴方向上是不同的，所以从一次光源像(第1光阑部件23的开口23a)的各点在X轴方向上发散的成分如图22A所示在光瞳面28上的对应的各点上不收敛。换言之，光瞳面28可以是当沿X轴方向观察时处于与第1光阑部件23光学共轭的关系，而当沿Y轴方向观察时与第1光阑部件23不是光学共轭。
关于本实施方式的光分离部10，例如可以与第1实施方式同样地构成。另外，本实施方式的光分离部10包括供光透过的材质的透镜部件30和在透镜部件30的表面上形成的反射膜31。透镜部件30例如是弯月透镜那样的形状，来自第1光学系统13的照明光L1所入射的面30a侧为凸面，朝向面30a的相反侧的面30b侧为凹面。面30b例如是包含球面的一部分的弯曲面。反射膜31设于透镜部件30的面30b。
图23是示出光分离部10的构成的平面图。如图23所示，光分离部10包括：供来自第1光学系统13的照明光L1的至少一部分通过的通过部15和使在光罩图案M上的照明区域IR产生的成像光束L2(参照图17)反射的反射部16。光分离部10跨着从一次光源像到照明区域IR的光路和从照明区域IR到中间像面42的光路而配置。本实施方式的光分离部10的反射部16包括例如以包含球面的一部分的凹面状弯曲的反射面(反射膜31)。
如图19所示，第2光学系统14配置在通过光分离部10的通过部15的照明光L1所入射的位置。第2光学系统14以使得照明区域IR与第1光阑部件23光学共轭的方式汇聚照明光L1。即，透镜组27及第2光学系统14使与第2光阑部件26光学共轭的面形成在照明区域IR。
第2光学系统14例如由围绕规定的中心轴轴对称的多个透镜构成。在本实施方式中，该规定的中心轴为第2光学系统14的光轴14a。第2光学系统14的光轴14a例如与第1光学系统13的光轴13a同轴地设定。入射到第2光学系统14的照明光L1关于包括第2光学系统14的光轴14a在内的面(YZ面)在其一侧通过，并从第2光学系统14出射。从第2光学系统14出射的照明光L1向滚筒光罩DM所保持的光罩图案M上的照明区域IR入射。该照明光L1通过在光罩图案M反射折回而形成成像光束L2。
这里，对向照明区域IR入射时的照明光L1和从照明区域IR出射的成像光束L2进行更详细的说明。
图24是沿滚筒光罩DM的旋转中心轴AX1的方向(Y轴方向)观察到的、向照明区域IR入射的光束(照明光L1)及从照明区域IR出射的成像光束L2的侧视图。图25是与图24正交的方向(Z轴方向)观察到的、从照明区域IR出射的成像光束L2的俯视图。在本实施方式中，关于照明光L1和成像光束L2的图24及图25的说明由于是与第1实施方式的图10及图11的说明同样的内容，所以在此省略其说明。
下面，关于与光源像共轭的面(光瞳面28、共轭面40)中的光瞳形状进行说明。图26是示出在光瞳的说明所参照的照明区域IR的代表位置的图。图27是示出与光源像共轭的共轭面40中的光瞳形状的图。这里，为了便于说明，经由照明区域IR的各点的光束(照明光L1及成像光束L2)在与光源像共轭的面(光瞳面28及共轭面40)上光点形状为圆形。
在图26中，附图标记P1～P9表示沿X轴方向俯视观察到的照明区域IR上的点。点P1、点P2及点P3是在滚筒光罩DM的圆筒面12的周向(俯视时的X方向)上排列的点的组群(称为第1组群)。点P1配置在照明区域IR的+X轴侧的端部，点P3配置在照明区域IR的-X轴侧的端部，点P2配置在点P1与点P3的中央。同样地，点P4、点P5及点P6的第2组群、点P7、点P8及点P9的第3组群均是在圆筒面12的周向上排列的点的组群。此外，点P1～点P3的第1组群配置在照明区域IR的－Y轴侧的端部，点P7～点P9的第3组群配置在照明区域IR的+Y轴侧的端部，点P4～点P6的第2组群配置在第1组群与第3组群之间。
首先，对光瞳面28(光分离部10)中的照明光L1的通过范围进行说明。向在图26所示的照明区域IR的周缘上沿与旋转中心轴AX1(Y轴方向)平行的方向并列的点P1、点P4及点P7入射的照明光L1的主光线，其在照明区域IR的周向上的入射位置大致相同，相对于照明区域IR的入射角也大致相同。因此，向点P1、点P4及点P7入射的光束各自的在光分离部10(光瞳面28)上的通过范围的位置在图22A中在X轴方向上是重合的。因此，如图23所示，向点P1、点P4及点P7入射的光束均在光分离部10(光瞳面28)上的范围R3通过。同样地，向在与旋转中心轴AX1平行的方向上排列的照明区域IR内的点P3、点P6、点P9入射的光束均在光瞳面28上的范围R4通过。
此外，向点P1入射的照明光L1的主光线和向点P3入射的照明光L1的主光线，其在照明区域IR(圆筒面12)的周向上的入射位置是不同的，其相对于照明区域IR的入射角也是不同的。
因此，向点P1入射的光束所通过的光分离部10(光瞳面28)上的通过范围(范围R3)与向点P3入射的光束所通过的光分离部10(光瞳面28)上的通过范围(范围R4)在光瞳面28上沿X轴方向错开，在照明区域IR中沿圆筒面12的周向错开。
在图23中，光瞳面28上的范围R3的Y轴方向上的位置与范围R4大致相同。此外，范围R3的X轴方向上的位置与范围R4的X轴方向上的位置相比，从第1光学系统13的光轴13a与光分离部10的交点13b更加远离。
另外，在图26所示的照明区域IR中向在平行于旋转中心轴AX1的方向上排列的点P2、点P5及点P8入射的光束的通过范围虽然没有在图23中示出，但是配置在范围R3与范围R4之间。同样地，经过连结点P1与点P3的线上的任意的点的光束通过与该任意的点相对于点P1的偏移量对应地从范围R3向范围R4偏移了的范围。因此，向照明区域IR入射的照明光L1在光瞳面28上的通过范围例如是将范围R3与范围R4连结起来的长圆形的范围R2。
这样，若通过部15的范围R2为长圆形，则在旋转中心轴AX1的周向上分布的成像光束L2的主光线L2a，与使照明光成为平行光束向照明区域入射的情况相比，更接近互相平行的关系(焦阑状态)。其通过与如下设定光分离部10及其之前的照明光学系统相配合而达成，即：将光分离部10及其之前的照明光学系统设定成使得共轭面40配置在旋转中心轴AX1与照明区域IR之间的中央位置或其附近。
下面，对共轭面40中的光瞳形状进行说明。共轭面40中的光瞳的形状与在入射到照明区域IR的照明光L1假想地传播到了滚筒光罩DM的内侧时形成于共轭面40上的光点的形状大致相同。
照明光L1的主光线L1a向沿圆筒面12的周向排列的照明区域IR中的点P1、点P2、点P3入射，并使得主光线L1a的延长线41(参照图24)在共轭面40上大致重合于1点。因此，向点P1、点P2、点P3入射的光束若分别传播到了圆筒面12的内侧，则共轭面40上的通过范围的位置会重合，均在图27所示的范围R5中通过。基于同样的理由，向圆筒面12上的照明区域IR内的沿周向排列的点P4、点P5、点P6入射的光束均在范围R6中通过，向圆筒面12上的照明区域IR内的沿周向排列的点P7、点P8、点P9入射的光束均在范围R7中通过。
此外，照明光L1的主光线L1a以互相大致平行的关系向在平行于旋转中心轴AX1的方向(Y轴方向)上排列的点P1、点P4、点P7入射。因此，向点P1、点P4、点P7入射的光束若分别传播到圆筒面12的内侧，则在与旋转中心轴AX1平行的Y轴方向上，共轭面40上的通过范围的位置是错开的。即，范围R5配置在共轭面40上的－Y轴侧的端部，范围R7配置在共轭面40上的+Y轴侧的端部，范围R6配置在范围R5与范围R7的中央。其结果是，如图27所示，向照明区域IR入射的照明光L1在共轭面40中的光瞳形状是将范围R5与范围R7连结而成的长圆形的范围R8。
如上所述，成像光束L2中的在照明区域IR的各位置处产生的主光线L2a分别在圆筒面12的周向上以及与旋转中心轴AX1平行的方向(Y轴方向)上互相大致平行。因此，投影光学系统PL的入射侧(照明区域IR侧)能够构成焦阑状态。另外，如图19等所示，从照明区域IR出射时的成像光束L2的主光线L2a的行进方向当沿旋转中心轴AX1的方向观察时，是与第2光学系统14的光轴14a非垂直地交叉的方向。
下面，对投影光学系统PL进行更详细的说明。图28是示出作为第1投影光学系统发挥功能的光路的图。图29是示出作为第2投影光学系统发挥功能的光路的图。
投影光学系统PL包括：如图28所示形成中间像Im的第1投影光学系统PL1；和如图29所示将中间像Im投影于衬底P的第2投影光学系统PL2。第1投影光学系统PL1和第2投影光学系统PL2例如作为将圆形像场分割而成的半像场型的反射折射式投影光学系统而以焦阑状态构成。
图28所示的第1投影光学系统PL1包括第2光学系统14、光分离部10、偏转部件17、透镜组43及偏转部件44。
第2光学系统14如上所述兼作为照明光学系统IL的一部分，包括透镜组45及透镜组46。透镜组45及透镜组46形成与照明光学系统IL所形成的光源像共轭的面(第1投影光学系统PL1的光瞳面28)。
透镜组45相对于包含第2投影光学系统PL2的光轴PL2a且与旋转中心轴AX1(参照图19)平行的面(XY面)配置在与照明区域IR(滚筒光罩DM)相同的一侧。透镜组46相对于包含第2投影光学系统PL2的光轴PL2a且与旋转中心轴AX1(参照图19)平行的面(XY面)配置在与照明区域IR(滚筒光罩DM)相反的一侧。
入射到了第2光学系统14的成像光束L2在与朝向照明区域IR的照明光L1(参照图19)不同的光路中通过。第2光学系统14中的成像光束L2的光路相对于包含第2光学系统14的光轴14a的面(YZ面)配置在与照明光L1的光路大致相反的一侧(+X轴侧)。
通过了第2光学系统14的成像光束L2向光分离部10入射。在光分离部10(图23参照)中成像光束L2所入射的范围R1被设定成与照明光L1从第1光学系统13向光分离部10入射的范围R2(通过部15)不重复。成像光束L2所入射的范围R1例如关于YZ面设置在通过部15的相反侧，成为光分离部10的反射部16。反射部16配置在光瞳面28或其附近，此外，由于如图18所示从照明区域IR的各点出射的主光线L2a是互相大致平行的关系，所以在照明区域IR的各点产生的光束以在范围R2中光点重合的方式向反射部16入射。
如图28所示，入射到了光分离部10的反射部16的成像光束L2在反射部16反射而通过第2光学系统14的透镜组46，并向偏转部件17入射。偏转部件17例如是棱镜反射镜，来自光分离部10的成像光束L2所入射的面是平面状的反射面。
偏转部件17以不遮挡通过第2光学系统14而朝向照明区域IR的照明光L1(参照图19)的方式配置在从照明光L1的光路错开的位置。此处，偏转部件17遮挡在光分离部10反射的成像光束L2，以使其不朝向滚筒光罩DM。入射到了偏转部件17的成像光束L2在偏转部件17反射而偏转，向透镜组43入射。
透镜组43以形成与照明区域IR共轭的中间像面42的方式使在偏转部件17反射了的成像光束L2汇聚。透镜组43关于包含第2光学系统14的光轴14a和旋转中心轴AX1(参照图19)的面(YZ面)配置在例如与投影区域PR(旋转滚筒DP)相同的一侧。透镜组43构成为例如与第2光学系统14的透镜组45光学等价。透镜组43例如由围绕规定的轴(第2投影光学系统PL2的光轴PL2a)旋转对称的透镜等光学部件构成。第2投影光学系统PL2的光轴PL2a例如被设定成与第2光学系统14的光轴14a正交。
在偏转部件17反射而通过透镜组43的成像光束L2向偏转部件44的反射面44a入射，并通过在反射面44a反射而偏转，从而向凹面镜18入射。偏转部件17例如是棱镜反射镜，反射面44a是大致平面状。
图29所示的第2投影光学系统PL2包括凹面镜18、偏转部件44、透镜组43、透镜组47及凹面镜48。
图28、图29所示的凹面镜18配置在通过第1投影光学系统PL1形成有中间像Im的中间像面42的位置或其附近。即，成像光束L2中的从照明区域IR上的各点出射的光束分别收敛于凹面镜18上的对应的各点(共轭点)，并在该各点反射。凹面镜18的、来自偏转部件44的成像光束L2所入射的面为大致圆筒面状的反射面。凹面镜18的曲率半径与第1投影光学系统PL1的倍率无关地被设定成与照明区域IR的曲率半径大致相同。
在凹面镜18反射的成像光束L2在相对于向凹面镜18入射时的行进方向非平行的方向上行进并向偏转部件44入射。因此，在凹面镜18反射了的成像光束L2相对于偏转部件44的入射角与光束朝向凹面镜18时相对于偏转部件44的入射角不同。其结果是，在凹面镜18及偏转部件44反射了的成像光束L2通过与从偏转部件17朝向偏转部件44时的成像光束L2的光路(参照图28)不同的光路向透镜组43入射。
通过了透镜组43的成像光束L2不被偏转部件17遮挡地向透镜组47入射。换言之，偏转部件17配置于在光分离部10反射了的成像光束L2所入射的位置且在经凹面镜18反射后在偏转部件44反射了的成像光束L2所不入射的位置。
透镜组47以形成与第1投影光学系统PL1的光瞳面28共轭的光瞳面47a的方式，将在偏转部件44反射而通过了透镜组43的成像光束L2汇聚。透镜组47被构成为例如与第2光学系统14的透镜组46光学等价。透镜组47例如由围绕规定的轴(第2投影光学系统PL2的光轴PL2a)旋转对称的透镜等构成。
在偏转部件44反射而通过了透镜组43及透镜组47的成像光束L2向凹面镜48入射。凹面镜48配置在例如第2投影光学系统PL2中的光瞳面47a的位置或其附近。凹面镜48例如构成为成像光束L2所入射侧的入射端面弯曲成球面状的反射面。凹面镜48的入射端面中的至少成像光束L2所入射的区域为反射面。
另外，凹面镜48也可以为入射端面中的成像光束L2所入射的区域的一部分不是反射面。例如，凹面镜48通过使入射端面中的成像光束L2所入射的区域的一部分为供成像光束L2透过的透过部，而能够作为光阑部件发挥功能。也可以取代该透过部的至少一部分，而是设置吸收成像光束L2的吸收部。
在凹面镜48反射的成像光束L2通过透镜组47及透镜组43而投射到投影区域PR。成像光束L2中的来自中间像面42上的各点的光束分别两次通过透镜组43及透镜组47，由此能够分别收敛于与中间像面42共轭的面(第2投影光学系统PL2的像面)上的对应的各个点(共轭点)。这样，通过第1投影光学系统PL1而形成在中间像面42上的中间像Im被投影于第2投影光学系统PL2的像面。
第2投影光学系统PL2的像面被设定在与旋转滚筒DP的外周面所支承的衬底P上的投影区域PR大致相同的位置处，光罩图案M上的照明区域IR的像被投影曝光在投影区域PR中。在这样的曝光装置EX3中，由于凹面镜18将第2投影光学系统PL2的像面变换成与投影区域PR的形状相配合，所以能够高精度忠实地投影出照明区域IR的像。
另外，如利用图25等进行说明的那样，照明光学系统IL以使得向投影光学系统PL入射时的成像光束L2的主光线L2a互相大致平行的方式构成。但是，通过了投影光学系统PL的至少一部分的成像光束L2因例如像差等而有可能从主光线互相平行的关系偏移。向投影区域PR入射时的成像光束L2的主光线的彼此之间的关系越是从平行关系偏移，曝光精度就有可能更低。
因此，投影光学系统PL也可以具有将成像光束L2的主光线的朝向修正成接近于互相大致平行的关系的修正部。该修正部可以配置在从照明区域IR到投影区域PR的光路中的任意位置。不过，越是配置在中间像面42的附近，就能够越有效地修正成像光束L2的主光线L2a的朝向。
例如，凹面镜18是配置在离投影光学系统PL中的中间像面42最近的光学部件，上述修正部可以利用凹面镜18来构成。例如，能够设定凹面镜18的反射面形状和位置的一方或双方，以使得到达第2投影光学系统PL2的光瞳面47a的成像光束L2的主光线互相平行。
即，凹面镜18的形状可以被设定成例如与Y轴方向正交的截面形状是与圆形不同的椭圆形，以使得成像光束L2的主光线互相平行。此外，凹面镜18的位置可以在第2投影光学系统PL2的像面与投影区域PR之间的距离为焦点深度以下的范围中，从中间像面42偏移地配置，以使得成像光束L2的主光线互相平行。
另外，上述修正部可以包含偏转部件17和偏转部件44的一方或双方。例如，偏转部件44的反射面44a可以弯曲，以使得到达第2投影光学系统PL2的光瞳面47a的成像光束L2的主光线互相平行。这一点关于偏转部件17也是一样的。
偏转部件44由于配置得比偏转部件17更接近中间像面42，所以通过作为上述的修正部能够有效地调整主光线的朝向。此外，由于偏转部件17有朝向中间像面42的成像光束L2入射，但从中间像面42出射的成像光束L2不入射，所以能够调整成像光束L2的主光线的朝向，而且设计自由度高。此外，上述的修正部也可以包括与凹面镜18、偏转部件17以及偏转部件44不同的其他光学部件，也可以不设置。
在以上的本实施方式的处理装置U3(曝光装置EX3)中，由于以使得向投影光学系统PL入射的成像光束L2接近于平行光束的方式构成照明光学系统IL，所以，投影光学系统PL并不复杂，而且能够以高精度投影曝光出弯曲的光罩图案M的像。因此，处理装置U3能够通过一边使光罩图案M旋转一边执行曝光处理来对衬底P高效且高精度地进行曝光。
此外，由于为了将以圆筒状弯曲的光罩图案M的像投影到以圆筒状弯曲的衬底P上，设置了在中间像面的位置具有圆筒状的反射面的凹面镜18，所以，第2投影光学系统PL2的像面被变换成沿着投影区域PR，从而处理装置U3能够关于扫描曝光方向(光罩图案M的圆周方向)确保大的照明区域IR和投影区域PR的宽度，能够实现生产率高且高精度的曝光处理。
此外，在处理装置U3中，由于将光分离部10配置于第1投影光学系统PL的光瞳面28，所以能够采用使照明光L1的光路与成像光束L2的光路分离的落射照明方式。因此，与例如采用偏振分光器(PBS)等来使光路分离的构成相比，处理装置U3能够降低PBS中的光量损失以及杂散光的产生。另外，在使光源20为激光光源等并利用照明光的偏光特性来谋求光量损失的降低的情况下，也可以由PBS等构成那样的光分离部10。
此外，由于光分离部10(规定部)规定了经由通过部15朝向照明区域IR的照明光L1的通过范围，所以能够以高精度规定向照明区域IR入射时的照明光L1的主光线L1a的朝向。此外，由于光分离部10利用反射部16规定了照明光L1的通过范围，所以能够是构成简单等。
另外，照明光L1中的在与旋转中心轴AX1平行的方向上分布的主光线L1a的关系(例如，互相平行)在成像光束L2中的与旋转中心轴AX1平行的方向上分布的主光线L2a的关系(例如，互相平行)中也得以维持。此外，成像光束L2中在圆筒面12的周向上分布的主光线L2a的关系(例如，互相平行)相对于照明光L1中的在圆筒面12的周向上分布的主光线L1a的关系(例如，互相非平行)变化。因此，例如，若通过具有等向性能力的光学部件来调整照明光L1的发散角(NA)，以使得在成像光束L2中在圆筒面12的周向上分布的主光线L2a成为互相平行的关系，则成像光束L2中的在与旋转中心轴AX1平行的方向上分布的主光线L2a的关系成为互相不平行。
在本实施方式中，通过柱面透镜25使照明光L1(主光线)的发散角在与滚筒光罩DM的旋转中心轴AX1所延长的方向和圆筒面12的周向上不同。即，柱面透镜25一边使到达照明区域IR的照明光L1的主光线L1a中的、在与旋转中心轴AX1平行的方向上排列的主光线L1a互相平行，一边使在圆筒面12的周向上排列(分布)的主光线L1a偏转(进行设定)以使得其延长线41与平行于旋转中心轴AX1的共轭面40上的线相交。因此，能够使在与旋转中心轴AX1平行的方向上分布的成像光束L2的主光线L2a互相大致平行，并且使在圆筒面12的周向上分布的成像光束L2的主光线L2a也互相大致平行。另外，作为使照明光L1的发散角具有异向性的方法，也可以与先前的第1实施方式一样地采用使光纤成束的导光部件并对该导光部件的光出射侧的形状进行调整的方法。
[第4实施方式]
下面，说明第4实施方式。在本实施方式中，对于与上述实施方式同样的构成要素，标注相同的附图标记并简化或省略其说明。
图30是示出本实施方式的处理装置(曝光装置EX4)的构成的图。图31是示出在图30的构成中作为照明光学系统IL发挥功能的光路的图。图32是示出在图30的构成中作为第1投影光学系统PL1发挥功能的光路的图。图33是示出在图30的构成中作为第2投影光学系统PL2发挥功能的光路的图。
投影光学系统PL包括：第1投影光学系统PL1，形成光罩图案M的一部分(照明区域IR)的中间像Im；和第2投影光学系统PL2，将第1投影光学系统PL1所形成的中间像投影于衬底P上的投影区域PR。此处，第1投影光学系统PL1和第2投影光学系统PL2分别由Offner光学系统那样的光学系统构成。照明光学系统IL经由第1投影光学系统PL1的一部分通过照明光L1对照明区域IR进行照明。
照明光学系统IL关于配置从光源到第1光阑部件23的要素(均匀照射光学系统19)，例如能够与第3实施方式同样地构成。从光源发出的照明光L1由于通过均匀照射光学系统19而使第1光阑部件23中的光强度分布均匀化。
图31所示的照明光学系统IL包括光分离部50、像调整部件51、凹面镜52、透镜组53、凸面镜54、偏转部件55及像调整部件56。
通过了第1光阑部件23的照明光L1通过像调整部件51并向光分离部50的反射部57入射。像调整部件51为了调整在与一次光源像共轭的面上形成的二次光源像的像特性，而将像差等也考虑在内而设置。像调整部件51能够适当省略。
光分离部50的反射部57配置在来自均匀照射光学系统19的照明光L1所入射的位置且通过投影光学系统PL的成像光束L2(参照图30)不入射的位置。光分离部50的反射部57例如是棱镜反射镜，来自均匀照射光学系统19的照明光L1所入射的面是平面状的反射面。
入射到了反射部57的照明光L1通过在反射部57反射而偏转，并向凹面镜52入射。在反射部57反射而向凹面镜52入射的照明光L1在凹面镜52反射，并通过透镜组53向凸面镜54入射。
凹面镜52具有例如包含球面的一部分的反射面，其以形成与在均匀照射光学系统19中形成的一次光源像(图20所示的第1光阑部件23)共轭的光瞳面28的方式使照明光L1汇聚。即，在光瞳面28上形成二次光源像。
对透镜组53适宜地设定以便对光瞳面28中的二次光源像的像特性进行调整，例如包括场透镜(field lens)。凸面镜54具有例如包含球面的一分的反射面，并被设定成曲率中心与凹面镜52一致。此处，将凹面镜52的中心与凸面镜54的中心连结起来的轴作为照明光学系统IL的光轴ILa(第1投影光学系统PL1的光轴PL1a)。凸面镜54和凹面镜52被设置成使得在凸面镜54反射的光(照明光L1、成像光束L2)再次入射到凹面镜52中。
来自凹面镜52的照明光L1相对于照明光学系统IL的光轴ILa在凸面镜54的-X轴侧入射，在凸面镜54反射，并再次向凹面镜52入射，在凸面镜54反射而入射到了凹面镜52的照明光L1在凹面镜52反射而向偏转部件55入射，通过在偏转部件55反射而偏转，从而通过像调整部件56而向照明区域IR入射。
偏转部件55例如是棱镜反射镜，来自凹面镜52的照明光L1所入射的面是平面状的反射面。像调整部件56与像调整部件51一样地将像差等考虑在内而适宜地设置。
如图32所示，第1投影光学系统PL1包括像调整部件56、偏转部件55、凹面镜52、透镜组53、凸面镜54及像调整部件58。
从照明区域IR出射的成像光束L2通过像调整部件56而向偏转部件55入射，通过在偏转部件55反射而被偏转。在偏转部件55偏转了的成像光束L2通过与从图31所示的凹面镜52朝向偏转部件55的照明光L1的光路不同的光路，向凹面镜52入射。入射到了凹面镜52中的成像光束L2通过与照明光L1不同的光路，并通过透镜组53而向凸面镜54入射。在凸面镜54中成像光束L2所入射的位置相对于第1投影光学系统PL1的光轴PL1a配置在与照明光L1的入射位置相反的一侧(+X轴侧)。
在凸面镜54反射了的成像光束L2通过透镜组53而向凹面镜52入射，并在凹面镜52反射。在凹面镜52反射了的成像光束L2通过光分离部50的通过部59而向像调整部件58入射。此处，光分离部50的通过部59是不设置反射部57的区域。即，反射部57配置于在凸面镜54反射后又在凹面镜52反射了的成像光束L2不入射的位置。这样，光分离部50被设置成规定照明光L1的通过范围。
成像光束L2中的从照明区域IR上的各点出射的光束通过以上那样的光路，由此收敛于与照明区域IR共轭的中间像面42上的大致1点。换言之，在中间像面42形成照明区域IR的像。将像差等考虑在内来适宜地设置像调整部件56及像调整部件58，以便调整中间像Im的像特性。像调整部件56及像调整部件58的一方或双方能够适当地省略。
如图33所示，第2投影光学系统PL2包括凹面镜60、像调整部件58、偏转部件61、凹面镜62、透镜组63、凸面镜64、偏转部件65及像调整部件66。
凹面镜60配置在中间像面42的位置或其附近。以沿着第1投影光学系统PL1所形成的中间像Im的形状的方式形成为朝着成像光束L2的入射侧凹入的圆筒面状。凹面镜60如在第3实施方式中所说明的那样，将第2投影光学系统PL2的像面的形状变换成沿着投影区域PR。
入射到了凹面镜60的成像光束L2在凹面镜60反射，并通过像调整部件58向偏转部件61入射。偏转部件61例如是棱镜反射镜，来自凹面镜60的成像光束L2所入射的面是平面状的反射面。偏转部件61配置于在凹面镜60反射了的成像光束L2所入射的位置且不遮挡从第1投影光学系统PL1的凹面镜52(参照图32)朝向凹面镜60的成像光束L2的位置。
入射到了偏转部件61的成像光束L2在偏转部件61反射而被偏转，从而向凹面镜62入射。入射到了凹面镜62的成像光束L2在凹面镜62反射而通过透镜组63向凸面镜64入射。
凹面镜62以形成与图32所示的第1投影光学系统PL1的光瞳面28共轭的光瞳面67的方式使成像光束L2汇聚。凹面镜62例如被构成为与第1投影光学系统PL1的凹面镜52光学等价。凹面镜62具有例如包含球面的一部分的弯曲的反射面。
将像差等考虑在内地合适设置透镜组63，以便对例如形成在投影区域PR的像的特性进行调整，透镜组63包括场透镜等。
凸面镜64配置在与光瞳面67共轭的位置或其附近。凸面镜64例如构成为与第1投影光学系统PL1的凸面镜54光学等价。凸面镜64具有例如包含球面的一部分的弯曲的反射面，并且该反射面的曲率中心被设定在与凹面镜62的曲率中心大致相同的位置。
在凸面镜64反射了的成像光束L2通过透镜组63而再次入射到凹面镜62，在凹面镜62反射而向偏转部件65入射。入射到了偏转部件65的成像光束L2通过在偏转部件65反射而被偏转，通过像调整部件66而向投影区域PR入射。
如以上所述，第2投影光学系统PL2将形成在中间像面42上的照明区域IR的中间像Im形成于第2投影光学系统PL2的像面上，第2投影光学系统PL2的像面被设定在旋转滚筒DP所支承的衬底P上的投影区域PR的位置或其附近，照明区域IR的像被投影曝光于衬底P上的投影区域PR。
在以上的本实施方式的处理装置U3(曝光装置EX4)中，由于以使得向投影光学系统PL入射的成像光束L2的主光线接近平行关系的方式构成照明光学系统IL，所以，投影光学系统PL并不复杂，而且能够以高精度投影曝光出弯曲的光罩图案M的像。因此，处理装置U3能够通过一边使光罩图案M旋转一边执行曝光处理来对衬底P高效且高精度地进行曝光。
此外，处理装置U3将弯曲的光罩图案M的像投影于弯曲的衬底P上。此外，在处理装置U3中，由于凹面镜18将第2投影光学系统PL2的像面变换成沿着投影区域PR，所以处理装置U3能够高精度地进行曝光。此外，通过设置修正部以使得例如成像光束L2接近焦阑状态，处理装置U3能够高精度地进行曝光。该修正部例如能够利用凹面镜60、像调整部件58及偏转部件61的至少1个而构成。
此外，在处理装置U3中，由于将光分离部10配置在第1投影光学系统PL1的光瞳面28处，所以能够使照明光L1的光路与成像光束L2的光路分离。因此，与例如采用偏振分光器等来使光路分离的构成相比，处理装置U3能够降低光量损失以及杂散光的产生。
另外，本发明的技术范围不限于上述的各实施方式。例如，存在将在上述各实施方式中说明的要素的1个以上省略的情况。此外，在上述的各实施方式中说明的要素可以适当地组合。
另外，在上述的各实施方式中，衬底P上的投影区域PR弯曲成圆筒面状，但投影区域PR也可以为平面。
即，在衬底P是实质上不变形的刚性衬底的情况，或者即使是挠性的片状衬底但能够将包含投影区域PR的一定的范围保持平坦(平面)的情况下，通过各实施方式的曝光装置能够对这些平坦(平面状)的衬底P同样地进行曝光。
例如，衬底P可以是实质上不变形的刚性衬底等，曝光装置可以对该衬底P进行曝光。此外，可以以衬底P上的投影区域PR成为平面状的方式搬运衬底P，曝光装置对这样的衬底P进行曝光。
另外，在上述的各实施方式中，对照明光学系统的数量是1个、投影光学系统的数量是1个的单透镜方式的曝光装置的例子进行了说明，但曝光装置可以是在滚筒光罩DM和旋转滚筒DP的旋转中心轴AX2、AX1所延伸的方向上配置多个由多个照明光学系统和投影光学系统形成的组的构成，即为所谓的多透镜方式的曝光装置。
另外，在第1实施方式及第3实施方式中，利用光分离部10的反射部16来规定照明光L1的通过范围，但也可以通过相对于反射部16另外设置的遮光部来规定通过范围。该遮光部通过例如吸收向通过部15的外侧入射的光，来将该光遮挡成不通过光分离部10。此外，通过部15也可以是例如被配置成允许照明光L1通过的空隙(开口)。
[器件制造方法]
下面，说明上述的实施方式的器件制造方法。图34是示出上述的实施方式的器件制造方法的流程图。该流程图中的一部分工序在先前的图1和图16所示的器件制造系统SYS，SYS2(柔性显示器制造生产线)中实施。但是，为了实施图34的流程图的所有工序，还需要准备多个制造处理装置。
在图34所示的器件制造方法中，首先进行例如有机EL显示面板等器件的功能、性能设计(步骤201)。接着，基于器件的设计来制作光罩图案M(步骤202)。此外，通过购买或制造等准备作为器件的基材的透明薄膜或片材、或是极薄的金属箔等的衬底(步骤203)。
接着，将准备好的衬底投入到卷筒式、贴片式的制造生产线，在该衬底上形成构成器件的电极和布线、绝缘膜、半导体膜等的TFT底板(backplane)层、作为像素部的有机EL发光层(步骤204)。在步骤204中，典型地包括在衬底上的膜上形成抗蚀图案的工序、和以该抗蚀图案为光罩对上述膜进行蚀刻的工序。在抗蚀图案的形成中，实施将抗蚀膜均匀地形成在衬底表面的工序、根据上述的各实施方式通过经由光罩图案M而被图案化了的曝光用光对衬底的抗蚀膜进行曝光的工序、通过该曝光使形成有光罩图案的潜像的抗蚀膜显像的工序。
作为用于节省资源的、不采用以往的抗蚀处理的附加(Additive)的处理的典型例子，在并用了印刷技术等的柔性器件制造方法的情况下，实施下述工序，即：在柔性的衬底表面上通过涂布式形成功能性感光层(功能性感应层、感光性硅烷偶联材料等)的工序；使用在上述的各实施方式中示出的曝光装置，将经由滚筒光罩DM而被图案化的曝光用光照射于柔性衬底上的功能性感光层(功能性感应层)，在功能性感光层上根据图案形状而形成亲水化的部分和疏水化的部分的工序；在功能性感光层的亲水性高的部分涂布电镀基底液等，通过无电解电镀析出形成金属性的图案的工序，即实施所谓的120℃以下的低温湿式处理等。
接着，根据所要制造的器件，例如实施将衬底切片或切割、与在其他工序中制造的其他衬底、例如具有密封功能的片状彩色滤光片或薄玻璃衬底等贴合的工序，从而组装器件(显示面板)(步骤205)。接着，对器件进行检查等后处理(步骤206)。如以上这样能够制造出器件。上述的实施方式中的器件制造方法包括：通过处理装置(衬底处理装置)一边使滚筒光罩(光罩保持部件)旋转一边将感应性衬底沿规定方向搬运，在感应性衬底上连续地曝光光罩图案的工序；和利用被曝光的感应性衬底的感应层的变化实施后续的处理的工序。
附图标记的说明
10···光分离部，12···圆筒面，15···通过部，16···反射部，18···凹面镜，19···均匀照射光学系统，23···第1光阑部件，25···柱面透镜，26···第2光阑部件，28···光瞳面，40···共轭面，41···延长线，42···中间像面，50···光分离部，57···反射部，60···凹面镜，IL···照明光学系统，IR···照明区域，Im···中间像，L0···光源像，L1···照明光，L2···成像光束，L2a···主光线，M···光罩图案，P···衬底，PL···投影光学系统，PR···投影区域，PL1···第1投影光学系统，PL2···第2投影光学系统，U3···处理装置。

Claims (37)

1.一种衬底处理装置，使沿着圆筒面配置的反射性的光罩图案的像在感应性衬底上投影曝光，所述圆筒面是围绕规定的中心线以规定的半径弯曲而成的，所述衬底处理装置的特征在于，包括：
光罩保持部件，沿着所述圆筒面保持所述光罩图案，并能够围绕所述中心线旋转；
投影光学系统，使从设定于所述光罩图案上的一部分的照明区域产生的反射光束向所述感应性衬底投射，由此在所述感应性衬底上形成所述光罩图案的一部分的像；
光分离部，为了对所述照明区域进行落射照明而配置在所述投影光学系统的光路内，使朝向所述照明区域的照明光和从所述照明区域产生的反射光束中的一方通过而使另一方反射；以及
照明光学系统，形成作为所述照明光的光源的一次光源像，经由所述光分离部和所述投影光学系统的一部分光路而将来自所述一次光源像的所述照明光照射于所述照明区域，并且，在所述圆筒面的周向上，在所述中心线与所述圆筒面之间形成与所述一次光源像成为光学共轭的第1共轭面。
2.如权利要求1所述的衬底处理装置，其特征在于，
到达所述照明区域的所述照明光的主光线中的、在所述圆筒面的周向上分布的各主光线的延长线被设定成与平行于所述中心线的所述第1共轭面上的线相交。
3.如权利要求1或2所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述第1共轭面配置在所述中心线与所述照明区域之间的中央位置或其附近。
4.如权利要求3所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述投影光学系统具有光瞳面，在所述光瞳面上形成由所述照明光学系统形成的二次光源像，
所述光分离部配置在所述光瞳面的位置处或其附近。
5.如权利要求4所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述光分离部包括使朝向所述照明区域的所述照明光通过的通过部、和使从所述照明区域产生的反射光束反射的反射部，
所述投影光学系统包括配置在所述光分离部与所述照明区域之间的光路中的光学系统，
所述光分离部的反射部的至少一部分配置在关于所述光学系统的光轴与所述光分离部的交点而与所述通过部对称的位置处。
6.如权利要求5所述的衬底处理装置，其特征在于，
形成在所述投影光学系统的光瞳面上的所述二次光源像被设定成沿着所述圆筒面的周向上的尺寸比沿着所述中心线的方向上的尺寸大。
7.如权利要求6所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述光分离部还具有规定出经由所述通过部而朝向所述照明区域的所述照明光的通过范围的规定部。
8.如权利要求7所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述规定部利用所述反射部的至少一部分。
9.如权利要求6所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述照明光学系统包括：
光阑部件，配置在与所述照明区域光学共轭的位置或其附近；和
光学部件，配置在从所述一次光源像到所述光阑部件的光路中，并且所述光学部件的沿着所述圆筒面的周向的折射力比沿着所述中心线的方向的折射力大。
10.如权利要求9所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述光学部件使到达所述照明区域的所述照明光的主光线中的、在所述中心线的方向上排列的各主光线互相平行，且使在所述圆筒面的周向上排列的各主光线以使得其延长线与平行于所述中心线的所述第1共轭面上的线相交的方式偏转。
11.如权利要求10所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述照明光学系统具有均匀照射光学系统，所述均匀照射光学系统配置在从所述一次光源像到所述光阑部件的光路的至少一部分中，并使以所述一次光源像为光源的所述照明光的光强度分布在所述光阑部件的位置或其附近均匀。
12.如权利要求11所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述均匀照射光学系统包括与所述第1共轭面光学共轭且形成有所述二次光源像的第2共轭面，
在所述第2共轭面上形成的所述二次光源像的分布范围被设定为沿着所述中心线的方向的尺寸比沿着所述圆筒面的周向的尺寸小。
13.如权利要求6所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述照明光学系统还包括：
光阑部件，配置在与所述照明区域光学共轭的位置或其附近；和
规定部，配置在从发出所述照明光的光源到所述光学系统的光路中，并规定出朝向所述照明区域的所述照明光在所述光分离部中的分布范围。
14.一种器件制造方法，包括：
通过权利要求1～13中任一项所述的衬底处理装置一边在使所述光罩保持部件旋转的同时将所述感应性衬底沿规定方向搬运，一边在所述感应性衬底上曝光所述光罩图案；和
利用被曝光的所述感应性衬底的感应层的变化实施后续的处理。
15.一种衬底处理装置，使沿着圆筒面配置的反射性的光罩图案的像在感应性衬底上投影曝光，所述圆筒面是围绕规定的中心线以规定的半径弯曲而成的，所述衬底处理装置的特征在于，包括：
光罩保持部件，沿着所述圆筒面保持所述光罩图案，并能够围绕所述中心线旋转；
投影光学系统，使从设定于所述光罩图案上的一部分的照明区域产生的反射光束向所述感应性衬底投射，由此在所述感应性衬底上形成所述光罩图案的一部分的像；
光分离部，为了对所述照明区域进行落射照明而配置在所述投影光学系统的光路内，使朝向所述照明区域的照明光和从所述照明区域产生的反射光束中的一方通过而使另一方反射；以及
照明光学系统，使从光源产生的所述照明光经由所述光分离部而照射于所述照明区域，并且使到达所述照明区域的所述照明光的主光线中分布于所述圆筒面的周向上的各主光线以各自的延长线相交于所述中心线与所述圆筒面之间的规定位置的方式在所述圆筒面的周向上彼此倾斜。
16.一种衬底处理装置，使沿着圆筒面配置的反射性的光罩图案的像在感应性衬底上投影曝光，所述圆筒面是围绕规定的中心线以规定的半径弯曲而成的，所述衬底处理装置的特征在于，包括：
光罩保持部件，沿着所述圆筒面保持所述光罩图案，并能够围绕所述中心线旋转；
照明光学系统，形成以作为朝向照明区域的照明光的光源的一次光源像，将来自所述一次光源像的所述照明光照射于所述照明区域，并且，在所述圆筒面的周向上，在所述中心线与所述圆筒面之间形成与所述一次光源像成为光学共轭的第1共轭面，其中，所述照明区域设定在所述光罩图案上的一部分；
第1投影光学系统，将从被照射所述照明光的所述照明区域产生的反射光束引导至中间像面，并在所述中间像面形成所述光罩图案的一部分的像；
凹面镜，配置在所述中间像面的位置或其附近；以及
第2投影光学系统，通过将在所述凹面镜反射的所述反射光束向着所述感应性衬底投射而将所述第1投影光学系统在所述中间像面上形成的像投影于所述感应性衬底。
17.如权利要求16所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述凹面镜以使得到达所述第2投影光学系统的光瞳面的所述反射光束的主光线相互平行的方式设置。
18.如权利要求16或17所述的衬底处理装置，其特征在于，
在所述第2投影光学系统的像面与投影区域的距离为焦点深度以下的范围中，所述凹面镜从所述中间像面偏移地配置。
19.如权利要求16或17所述的衬底处理装置，其特征在于，
还包括偏转部件，所述偏转部件配置在从所述凹面镜到所述第2投影光学系统的光瞳面的光路中，并使在所述凹面镜反射的所述反射光束偏转。
20.如权利要求19所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述偏转部件以使得到达所述第2投影光学系统的光瞳面的所述反射光束的主光线相互平行的方式设置。
21.如权利要求16或17所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述第1投影光学系统在所述中间像面上将所述光罩图案的一部分的像以缩小倍率形成。
22.如权利要求21所述的衬底处理装置，其特征在于，
包含所述第1投影光学系统及所述第2投影光学系统的投影光学系统将所述光罩图案的一部分的像以等倍率形成在投影区域中。
23.如权利要求16或17所述的衬底处理装置，其特征在于，
到达所述照明区域的所述照明光的主光线中的、在所述圆筒面的周向上分布的各主光线的延长线被设定成与平行于所述中心线的所述第1共轭面上的线相交。
24.如权利要求16或17所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述第1共轭面配置在所述中心线与所述照明区域之间的中央的位置或其附近。
25.如权利要求16或17所述的衬底处理装置，其特征在于，
还具有光分离部，所述光分离部跨着从所述一次光源像到所述照明区域的光路和从所述照明区域到所述中间像面的光路而配置，使朝向所述照明区域的所述照明光和朝向所述中间像面的所述反射光束中的一方通过而使另一方反射，
所述照明光学系统经由所述光分离部而将所述照明光照射于所述照明区域，
所述第1投影光学系统经由所述光分离部而将所述反射光束引导至所述中间像面。
26.如权利要求25所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述第1投影光学系统具有光瞳面，在所述光瞳面上形成由所述照明光学系统形成的二次光源像，
所述光分离部配置在所述第1投影光学系统的光瞳面的位置或其附近。
27.如权利要求26所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述第1投影光学系统包括配置在所述光分离部与所述照明区域之间的光路中的光学系统，
所述光分离部包括供朝向所述照明区域的所述照明光通过的通过部件、和使来自所述照明区域的所述反射光束反射的反射部件，
所述光分离部的反射部件的至少一部分配置在关于所述光学系统的光轴与所述光分离部的交点而与所述通过部件对称的位置处。
28.如权利要求27所述的衬底处理装置，其特征在于，
形成在所述第1投影光学系统的光瞳面上的所述二次光源像被设定成沿着所述圆筒面的周向上的尺寸比沿着所述中心线的方向上的尺寸大。
29.如权利要求28所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述光分离部还具有规定出朝向所述照明区域的所述照明光的通过范围的规定部。
30.如权利要求29所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述规定部利用所述反射部件的至少一部分。
31.如权利要求25所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述光分离部还包括配置在从所述一次光源像到所述第1投影光学系统的光瞳面的光路中的反射部件，
所述反射部件的至少一部分被配置成在从所述第1投影光学系统的光瞳面到所述中间像面的光路中不遮挡所述反射光束。
32.如权利要求26～30中任一项所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述照明光学系统包括：
光阑部件，配置在与所述照明区域光学共轭的位置或其附近；和
光学部件，配置在从所述一次光源像到所述光阑部件的光路中，并且所述光学部件的沿着所述圆筒面的周向的折射力比沿着所述中心线的方向的折射力大。
33.如权利要求32所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述光学部件使到达所述照明区域的所述照明光的主光线中的、在所述中心线的方向上排列的各主光线互相平行，且使在所述圆筒面的周向上排列的各主光线以使得其延长线与平行于所述中心线的所述第1共轭面上的线相交的方式偏转。
34.如权利要求32所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述照明光学系统具有均匀照射光学系统，所述均匀照射光学系统配置在从所述一次光源像到所述光阑部件的光路的至少一部分中，并使以所述一次光源像为光源的照明光的光强度分布在所述光阑部件的位置或其附近均匀。
35.如权利要求34所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述均匀照射光学系统包括与所述第1共轭面光学共轭且形成有所述二次光源像的第2共轭面，
在所述第2共轭面上形成的所述二次光源像的分布范围被设定为沿着所述中心线的方向的尺寸比沿着所述圆筒面的周向的尺寸小。
36.如权利要求25～31中任一项所述的衬底处理装置，其特征在于，
所述照明光学系统还包括：
光阑部件，配置在与所述照明区域光学共轭的位置或其附近；和
规定部，配置在从发出所述照明光的光源到光学系统的光路中，并规定出朝向所述照明区域的所述照明光在所述光分离部中的分布范围。
37.一种器件制造方法，包括：
通过权利要求16～36中任一项所述的衬底处理装置在使所述光罩保持部件旋转的同时将所述感应性衬底沿规定方向搬运，而在所述感应性衬底上连续曝光所述光罩图案；和
利用被曝光的所述感应性衬底的感应层的变化实施后续的处理。
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