JP2016066105A - 円筒マスク作製方法、露光方法、及びパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造の複雑化を防止できる円筒マスク作製方法を提供する。【解決手段】所定の軸線上に中心点が設けられる所定の曲率半径の球面の一部を成すと共に、軸線回りに帯状に形成される部分球面となる外周面にパターンが形成された円筒マスクを作製する。曲率半径に対応する大きさの負のペッツバール和を有する投影光学系の物面側に原版となるパターンを配置し、原版となる前記パターンを物面に沿って一次元に移動させることと、円筒マスクとなる円筒体の部分球面となる外周面を、投影光学系の像面側に配置し、パターンの一次元の移動の速度に対応した速度で円筒体を軸線回りに回転させて、パターンを円筒体の部分球面となる外周面に転写することと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、円筒マスク作製方法、露光方法、及びパターン形成方法に関する。
本願は、２０１２年３月７日に出願された特願２０１２−５０６６４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ディスプレイ装置などの表示装置を構成する表示素子として、例えば液晶表示素子、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）素子、電子ペーパに用いられる電気泳動素子などが知られている。
現在、これらの表示素子として、基板表面に薄膜トランジスタと呼ばれるスイッチング素子（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）を形成し、その上にそれぞれの表示デバイスを形成する能動的素子（アクティブデバイス）が主流となってきている。

近年では、シート状の基板（例えばフィルム部材など）上に表示素子を形成する技術が提案されている。このような技術として、例えばロール・トゥ・ロール方式（以下、単に「ロール方式」と表記する）と呼ばれる手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ロール方式は、基板供給側の供給用ローラーに巻かれた１枚のシート状の基板（例えば、帯状のフィルム部材）を送り出すと共に送り出された基板を基板回収側の回収用ローラーで巻き取りながら基板を搬送する。

基板が送り出されてから巻き取られるまでの間、複数の処理装置により、ＴＦＴを構成するゲート電極、ゲート酸化膜、半導体膜、ソース・ドレイン電極等が形成される。その後、表示素子の他の構成要素が基板上に順次形成される。例えば基板上に有機ＥＬ素子を形成する場合には、発光層や陽極、陰極、電気回路などが基板上に順次形成される。
これらの構成要素は、例えばマスクを介した露光光で基板を露光する露光装置などを用いて、例えばフォトリソグラフィ法を用いて形成される場合がある。

露光装置のマスクの一例として、例えば円筒型のマスクが知られている。このような円筒型マスクは、パターンを有する回転体を有している。この回転体は、例えば円筒形状又は円柱形状に形成されており、その円筒面上にパターンが形成されている。
円筒型のマスクを用いることにより、ステージを往復運動させたり、マスクを保持する複数のステージを用いたりする必要が無く、コストを低減することができる。また、被露光体を一方向に移動させることで被露光体上の複数箇所にパターンを転写することができるため、ステージの加減速の回数を低減させることができる。その結果として、露光精度を向上させることができる。

国際公開第２００６／１００８６８号

しかしながら、上記の露光処理において円筒面上のパターン像を平面である基板上に投影するためには、像面を補正するための光学設計が必要になり、構造が複雑になるという問題が生じる。

本発明の態様は、構造の複雑化を防止できる円筒マスク作製方法、露光方法、及びパターン形成方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、所定の軸線上に中心点が設けられる所定の曲率半径の球面の一部を成すと共に、前記軸線回りに帯状に形成される部分球面となる外周面にパターンが形成された円筒マスクを作製する円筒マスク作製方法であって、前記曲率半径に対応する大きさの負のペッツバール和を有する投影光学系の物面側に原版となるパターンを配置し、前記原版となる前記パターンを前記物面に沿って一次元に移動させることと、前記円筒マスクとなる円筒体の前記部分球面となる外周面を、前記投影光学系の像面側に配置し、前記パターンの一次元の移動の速度に対応した速度で前記円筒体を前記軸線回りに回転させて、前記パターンを前記円筒体の前記部分球面となる外周面に転写することと、を含む円筒マスク作製方法が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、本発明の第１の態様の円筒マスク作製方法によって作製された前記円筒マスクを、前記曲率半径に対応する大きさの負のペッツバール和を有する投影光学系の物面側に配置し、前記所定の軸線の回りに回転させることと、前記円筒マスクのパターンが露光される基板を前記投影光学系の像面側に配置し、前記円筒マスクの回転速度に対応した速度で前記基板を一次元に移動させることと、を含む露光方法が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、マスクのパターンを基板上に投影露光する露光方法であって、所定の軸線上に中心点が設けられる所定の曲率半径の球面の一部を成すと共に、前記軸線回りに帯状に形成される部分球面となる外周面にパターンが形成されたマスクを、前記曲率半径に対応する大きさの負のペッツバール和を有する投影光学系の物面側に配置し、前記所定の軸線の回りに回転させることと、前記基板を前記投影光学系の像面側に配置し、前記マスクの回転速度に対応した速度で移動させることと、を含む露光方法が提供される。

本発明の第４の態様に従えば、基板上にマスクのパターンの露光光による像を投影露光し、前記基板上に電子デバイス用のパターンを形成するパターン形成方法であって、所定の軸線上に中心点が設けられる所定の曲率半径の球面の一部を成すと共に、前記軸線回りに帯状に形成される部分球面となる外周面にパターンが形成されたマスクを、前記曲率半径に対応する大きさの負のペッツバール和を有する投影光学系の物面側に配置し、前記所定の軸線の回りに回転させることと、現像を伴う感光剤、露光光によって撥液性と親液性との状態が変化する感光性ＳＡＭ剤、及び露光光によってメッキ還元能が発現する材料のいずれか１つが表面に塗布された基板を、前記投影光学系の像面側に配置し、前記マスクの回転位置に対応して移動させることと、を含むパターン形成方法が提供される。

本発明の態様では、構造の複雑化を防止できる円筒マスク作製方法を提供することができる。

本実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図。 露光装置の概略構成を示す図。 マスクを−Ｘ側から視た正面図。 投影光学系の諸元の値を示す図。 非球面に形成される面番号毎の非球面データを示す図。 第２実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図。 第２実施形態に係る投影光学系の諸元の値を示す図。 第２実施形態に係る非球面に形成される面番号毎の非球面データを示す図。 第３実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図。 第３実施形態に係る投影光学系の諸元の値を示す図。 第３実施形態に係る非球面に形成される面番号毎の非球面データを示す図。 マスクユニットを有する露光装置の概略構成を示す図。 マイクロデバイスの製造工程の一例を説明するためのフローチャート。 本実施形態に係るマスクを作成する方法の一例を説明する図。

以下、本発明のマスク、マスクユニット、露光装置、基板処理装置、及びデバイス製造方法の実施の形態を、図１から図１４を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る基板処理装置ＦＰＡの構成を示す図である。
図１に示すように、基板処理装置ＦＰＡは、シート基板（例えば、帯状のフィルム部材）ＦＢを供給する基板供給部ＳＵ、シート基板ＦＢの表面（被処理面）に対して処理を行う基板処理部ＰＲ、シート基板ＦＢを回収する基板回収部ＣＬ、及び、これらの各部を制御する制御部ＣＯＮＴを有している。基板処理装置ＦＰＡは、例えば工場などに設置される。

以下、基板処理装置ＦＰＡの説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。
ＸＹＺ直交座標系のうちシート基板ＦＢの搬送方向（シート基板ＦＢの長手方向）をＸ軸方向とし、シート基板ＦＢの搬送方向と直交する方向（シート基板ＦＢの短手方向、又はシート基板ＦＢの幅方向）をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向をＺ軸方向とする。

基板処理装置ＦＰＡは、基板供給部ＳＵからシート基板ＦＢが送り出されてから、基板回収部ＣＬでシート基板ＦＢを回収するまでの間に、シート基板ＦＢの表面に各種処理を実行するロール・トゥ・ロール方式（以下、単に「ロール方式」と表記する）の装置である。
基板処理装置ＦＰＡは、シート基板ＦＢ上に例えば有機ＥＬ素子、液晶表示素子等の表示素子（電子デバイス）を形成する場合に用いることができる。勿論、これらの素子以外の素子を形成する場合において基板処理装置ＦＰＡを用いても構わない。

基板処理装置ＦＰＡにおいて処理対象となるシート基板ＦＢとしては、例えば樹脂フィルムやステンレス鋼などの箔（フォイル）を用いることができる。
例えば、樹脂フィルムは、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、エチレンビニル共重合体樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、セルロース樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、酢酸ビニル樹脂、などの材料を用いることができる。

シート基板ＦＢのＹ方向（短尺方向）の寸法は、例えば１ｍ〜２ｍ程度に形成されており、Ｘ方向（長尺方向）の寸法は、例えば１０ｍ以上に形成されている。
勿論、この寸法は一例に過ぎず、これに限られることは無い。例えばシート基板ＦＢのＹ方向の寸法が１ｍ又は５０ｃｍ以下であっても構わないし、２ｍ以上であっても構わない。また、シート基板ＦＢのＸ方向の寸法が１０ｍ以下であっても構わない。

シート基板ＦＢは、例えば可撓性を有するように形成されている。ここで可撓性とは、例えば基板に少なくとも自重程度の所定の力を加えても線断したり破断したりすることはなく、その基板を撓めることが可能な性質をいう。また、例えば上記所定の力によって屈曲する性質も可撓性に含まれる。また、上記可撓性は、基板の材質、大きさ、厚さ、又は温度などの環境、等に応じて変わる。
なお、シート基板ＦＢとしては、１枚の帯状の基板を用いても構わないが、複数の単位基板を接続して帯状に形成される構成としても構わない。

シート基板ＦＢは、比較的高温（例えば２００℃程度）の熱を受けても寸法が実質的に変わらない（熱変形が小さい）ように熱膨張係数を小さくすることができる。例えば、無機フィラーを樹脂フィルムに混合して熱膨張係数を小さくすることができる。無機フィラーの例としては、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ、酸化ケイ素などが挙げられる。

基板供給部ＳＵは、例えばロール状に巻かれたシート基板ＦＢを基板処理部ＰＲへ送り出して供給する。基板供給部ＳＵには、例えばシート基板ＦＢを巻きつける軸部や、その軸部を回転させる回転駆動源などが設けられている。この他、例えばロール状に巻かれた状態のシート基板ＦＢを覆うカバー部などが設けられた構成であっても構わない。

基板回収部ＣＬは、基板処理部ＰＲからのシート基板ＦＢを例えばロール状に巻きとって回収する。基板回収部ＣＬには、基板供給部ＳＵと同様に、シート基板ＦＢを巻きつけるための軸部や、その軸部を回転させる回転駆動源、回収したシート基板ＦＢを覆うカバー部などが設けられている。
なお、基板処理部ＰＲにおいてシート基板ＦＢが例えばパネル状に切断される場合などには、例えばシート基板ＦＢを重ねた状態に回収するなど、ロール状に巻いた状態とは異なる状態でシート基板ＦＢを回収する構成であっても構わない。

基板処理部ＰＲは、基板供給部ＳＵから供給されるシート基板ＦＢを基板回収部ＣＬへ搬送すると共に、搬送の過程でシート基板ＦＢの被処理面Ｆｐに対して処理を行う。基板処理部ＰＲは、例えば処理装置６０、搬送装置７０及びアライメント装置８０などを有している。

処理装置６０は、シート基板ＦＢの被処理面Ｆｐに対して例えば有機ＥＬ素子を形成するための各種装置を有している。このような装置としては、例えば被処理面Ｆｐ上に隔壁を形成するための隔壁形成装置、有機ＥＬ素子を駆動するための電極を形成するための電極形成装置、発光層を形成するための発光層形成装置などが挙げられる。
より具体的には、液滴塗布装置（例えばインクジェット型塗布装置、スピンコート型塗布装置など）、蒸着装置、スパッタリング装置、大気圧ＣＶＤ装置、ミストデポジション装置、無電解メッキ装置などの成膜装置や、露光装置、現像装置、表面改質装置、洗浄装置などが挙げられる。これらの各装置は、例えばシート基板ＦＢの搬送経路上に適宜設けられている。
本実施形態では、処理装置６０を構成する各種装置のうち、露光装置を主体に説明する。

搬送装置７０は、基板処理部ＰＲ内において例えばシート基板ＦＢを基板回収部ＣＬ側へ搬送するローラー装置Ｒを有している。ローラー装置Ｒは、シート基板ＦＢの搬送経路に沿って例えば複数設けられている。複数のローラー装置Ｒのうち少なくとも一部のローラー装置Ｒには、駆動機構（不図示）が取り付けられている。
このようなローラー装置Ｒが回転することにより、シート基板ＦＢがＸ軸方向に搬送される。複数のローラー装置Ｒのうち例えば一部のローラー装置Ｒが搬送方向と直交する方向に移動可能に設けられた構成であっても構わない。

アライメント装置８０は、シート基板ＦＢに対してアライメント動作を行う。アライメント装置８０は、シート基板ＦＢの位置状態を検出するアライメントカメラ８１と、アライメントカメラ８１の検出結果に基づいてシート基板ＦＢをＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θＸ方向、θＹ方向、θＺ方向に微調整する調整装置８２とを有している。

アライメントカメラ８１は、例えばシート基板ＦＢに形成されたアライメントマークなどを検出し、検出結果を制御部ＣＯＮＴに送信する。制御部ＣＯＮＴは、この検出結果に基づいてシート基板の位置情報を求め、この位置情報に基づいて調整装置８２による調整量を制御する。

図２は、処理装置６０として用いられる露光装置ＥＸの概略構成を示す図である。
図２に示すように、露光装置ＥＸは、マスクＭに形成されたパターンＰｍの像をシート基板ＦＢに投影する装置である。露光装置ＥＸは、マスクＭに露光光を照明する照明光学系ＩＵと、マスクＭを回転軸（軸部）ＭＪ周りに回転自在に支持する支持装置ＭＳＴと、マスクＭに形成されたパターンＰｍの像を投影する投影光学系ＰＵとを有している。

図３は、マスクＭを−Ｘ側から視た正面図である。
図２及び図３に示されるように、本実施形態におけるマスクＭは、Ｙ軸と平行な中心軸線（所定の軸線）Ｊを中心とする実質的円盤状に形成されている。マスクＭの外周面は、上記中心軸線Ｊ上に中心点が設けられた球面の一部を成す部分球面Ｍａが含まれている。球面の中心点は、上記中心軸線Ｊに沿った方向に関して、部分球面Ｍａの実質的中央部に位置している。
パターンＰｍは、部分球面Ｍａのうち、周方向で非パターン領域ＰＮを除いたパターン領域ＰＡに形成されている。パターンＰｍとしては、球面Ｍａに直接形成される構成や、パターンＰｍが形成されたシートを球面Ｍａに貼設する構成等を採用することができる。
パターン領域ＰＡに形成されるパターンＰｍは、露光用の照明光を反射する材料と、その照明光を吸収する材料とによってパターニングされている。パターンＰｍは、例えば、液晶や有機ＥＬによる表示パネル部の画素電極、ＴＦＴ、配線等を形成する為の回路パターン、モバイル端末機器用の表示パネル部と周辺回路部とを形成する為の回路パターン等として描画されている。

また、この部分球面Ｍａは、上記中心軸線Ｊ周りに帯状に形成されており、上記球面の中心点を通り中心軸線Ｊと直交する軸交線と交差するとともに、上記軸交線と部分球面Ｍａとの交点を含み部分球面Ｍａに接する接平面が上記中心軸線Ｊと実質的に平行になるように形成されている。

回転軸ＭＪは、マスクＭのＹ方向両側に、上記中心軸線Ｊと軸線を合致させて（軸中心として）突設されている。また、回転軸ＭＪは、支持装置ＭＳＴによって、マスクＭの外周面とともに回転自在に保持されるととともに、回転駆動装置（回転装置）ＲＤに接続されて回転駆動が付与される。回転駆動装置ＲＤの駆動（すなわち、マスクＭの回転駆動）は制御部ＣＯＮＴにより制御される。

照明光学系ＩＵは、マスクＭに露光光ＥＬを照明する。照明光学系ＩＵは、光源部２０、平面反射鏡Ｍ１、投影光学系ＰＵの一部を構成する光学素子（第１部分光学系）Ｌ１１及び光学素子Ｌ１２、凹面鏡Ｌ１３、平面反射鏡Ｍ２を有している。
光源部２０としては、水銀ランプやレーザ発生装置等の光源装置を設置する構成や、フライアイ光学素子等の２次光源を形成する素子を設置する構成を採ることができる。

投影光学系ＰＵは、マスクＭに形成されたパターンＰｍの像をシート基板ＦＢに投影する。投影光学系ＰＵは、露光光ＥＬの進行方向に沿って順次配置された、上記光学素子Ｌ１１、Ｌ１２、凹面鏡Ｌ１３、平面反射鏡Ｍ２、及び光学素子Ｌ１４、開口絞り（光路制限部材）ＡＳ、光学素子Ｌ１５〜Ｌ１９、及び光学素子（第２部分光学系）Ｌ２０を有している。
開口絞りＡＳは、投影光学系ＰＵの開口数を規定する。開口絞りＡＳは、投影光学系ＰＵの射出瞳（または入射瞳）と共役な面である瞳面の位置に配置されている。また、凹面鏡Ｌ１３の反射面も投影光学系ＰＵにおける瞳面の位置に配置されている。

光源部２０からの露光光ＥＬは、平面反射鏡Ｍ１及び凹面鏡Ｌ１３で順次反射した後に、光学素子Ｌ１２、Ｌ１１を順次透過してマスクＭの部分球面Ｍａに形成されたパターンＰｍを照明する。
マスクＭ（部分球面Ｍａ）で反射した露光光ＥＬは、光学素子Ｌ１１で受光（透過）された後に、光学素子Ｌ１２を透過して凹面鏡Ｌ１３及び平面反射鏡Ｍ２で反射する。平面反射鏡Ｍ２で反射した露光光ＥＬは、光学素子Ｌ１４〜Ｌ１９を順次透過した後に、光学素子Ｌ２０によりシート基板ＦＢに投影される。

図４に、投影光学系ＰＵの諸元の値を示す。
図４において、左端には露光光ＥＬが、上記光学素子Ｌ１１、Ｌ１２、凹面鏡Ｌ１３、平面反射鏡Ｍ２、及び光学素子Ｌ１４、開口絞りＡＳ、光学素子Ｌ１５〜Ｌ２０において順次入射または出射する各光学面の面番号が示されている。
また、ｒは、各光学面の曲率半径を示しており、ｄは各光学面間の面間隔を示している。そして、ｒの列には各光学面の近軸曲率半径が示されており、ｄの列には各面間隔が示されている。

図５には、非球面に形成される面番号毎の非球面データが示されている。
図５中、Ｋはコニック係数、Ａ〜Ｆは４次、６次、８次、…の非球面係数である。
なお、図４及び図５において、近軸曲率半径ｒの符号は物体面側（パターンＰｍ面側）に向けて凸となる場合を正とし、面間隔ｄは光学面の前後で符号が反転するものとする。

投影光学系ＰＵは、例えば波長（露光波長）が３６５ｎｍ、縮小倍率が１倍（等倍）、物体側の開口数ＮＡが０．０５５であり、上記の光学素子Ｌ１１、Ｌ１２、凹面鏡Ｌ１３、平面反射鏡Ｍ２、及び光学素子Ｌ１４、開口絞りＡＳ、光学素子Ｌ１５〜Ｌ２０により設定される負のペッツバール和を有している。
ここで、複数の光学素子から構成される光学系において、ｉ番目の光学面の焦点距離をｆｉ、光学面の前後の屈折率をｎｉ、ｎｉ’とすると、ペッツバール和Ｐｓｕｍは以下の式で表される。

このとき、像面の曲率半径をＲ０とすると、ペッツバール和Ｐｓｕｍは以下になる。
Ｐｓｕｍ＝−１／Ｒ０
例えば、凹面鏡Ｌ１３の場合、正のパワーを有しペッツバール和は負の値となる。図４に示すように、曲率半径ｒｉが負の値である凹面鏡Ｌ１３の焦点距離ｆｉは以下の式で表される。

また、凹面鏡Ｌ１３のペッツバール和Ｐｓｕｍは以下の式で表される。

そして、本実施形態では、投影光学系ＰＵにおけるペッツバール和の大きさは、パターンＰｍが形成された部分球面Ｍａの曲率半径の逆数（すなわち曲率）に実質的に等しく設定される。具体的には、図４に示したように、部分球面Ｍａの曲率半径が５００ｍｍの場合には、投影光学系ＰＵにおけるペッツバール和の大きさは、−０．００１９９（≒−１／５００）となっている。
これにより、部分球面Ｍａに形成されたパターンＰｍの像は、実質的平面状でシート基板ＦＢの被処理面Ｆｐに投影される。

上記のように構成された基板処理装置ＦＰＡは、制御部ＣＯＮＴの制御により、いわゆるロール・トゥ・ロール方式（以下、ロール方式と表記する）によって、例えば表示基板１を製造する。以下、上記構成の基板処理装置ＦＰＡを用いて表示基板１を製造する工程を説明する。

まず、基板供給部ＳＵに設けられるローラーに帯状のシート基板ＦＢを巻き付けた状態にする。制御部ＣＯＮＴは、この状態から基板供給部ＳＵからこのシート基板ＦＢが送り出されるようにし、送り出されたシート基板ＦＢを基板回収部ＣＬのローラーで巻き取らせてシート基板ＦＢを搬送させる。

制御部ＣＯＮＴは、シート基板ＦＢが送り出されてから巻き取られるまでの間に、基板処理部ＰＲの搬送装置７０によってシート基板ＦＢを基板処理部ＰＲ内で適宜搬送させつつ、処理装置６０によって表示基板１の構成要素をシート基板ＦＢ上に順次形成させる。
処理装置６０による処理を行わせる際、制御部ＣＯＮＴは、アライメント装置８０にシート基板ＦＢの位置合わせを行わせる。

制御部ＣＯＮＴは、シート基板ＦＢが送り出されてから巻き取られるまでの間に、基板処理部ＰＲの搬送装置７０によってシート基板ＦＢを基板処理部ＰＲ内で適宜搬送させつつ、処理装置６０における露光装置ＥＸに、マスクＭのパターンＰｍをシート基板ＦＢの被処理面Ｆｐに投影させる。

このとき、制御部ＣＯＮＴは、回転駆動装置ＲＤの駆動及びローラー装置Ｒの駆動を制御して、マスクＭの回転軸ＭＪ周りの回転とシート基板ＦＢとを同期駆動する。
より詳細には、制御部ＣＯＮＴは、マスクＭが有する部分球面Ｍａの回転軸ＭＪ回りの移動速度に対する、シート基板ＦＢの移動速度（搬送速度）の比が、投影光学系ＰＵの投影倍率（本実施形態では等倍）と等しくなるように駆動制御を行う。

これにより、照明光学系ＩＵで照明された回転するマスクＭのパターンＰｍの像は、投影光学系ＰＵを介して、投影倍率に応じた大きさで逐次シート基板ＦＢ上に投影される。

このように、本実施形態では、球面の一部を成す部分球面にパターンＰｍが形成されたマスクＭを用いるため、像面を補正するための光学設計が不要になり、構造の複雑化を防止できる。
特に、本実施形態では、凹面鏡Ｌ１３を用いることにより、容易に負のペッツバール和を有する投影光学系ＰＵを実現することができ、簡単な構造で容易にシート基板ＦＢにパターンＰｍの像を投影することが可能である。

（第２実施形態）
続いて、露光装置ＥＸの第２実施形態について、図６から図８を参照して説明する。
第２実施形態では、照明光学系ＩＵ及び投影光学系ＰＵの構成が上記第１実施形態と相違している。このため、以下、照明光学系ＩＵ及び投影光学系ＰＵについて説明する。
なお、これらの図において、図１から図５に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

本実施形態における照明光学系ＩＵは、図６に示すように、光源部２０、露光光ＥＬの光路に沿って順次配置されたビームスプリッタＢＳ、光学素子Ｌ２５、Ｌ２４、開口絞りＡＳ、光学素子Ｌ２３、Ｌ２２、Ｌ２１を備えている。これらビームスプリッタＢＳ、光学素子Ｌ２５、Ｌ２４、開口絞りＡＳ、光学素子Ｌ２３、Ｌ２２、Ｌ２１は、後述するように、投影光学系ＰＵの一部を構成している。

投影光学系ＰＵは、露光光ＥＬの光路に沿って順次配置された上記の光学素子（第１部分光学系）Ｌ２１、光学素子Ｌ２２〜Ｌ２３、開口絞りＡＳ、光学素子Ｌ２４、Ｌ２５、ビームスプリッタＢＳ、凹面鏡Ｌ２６、平面反射鏡Ｍ２１、光学素子Ｌ２７〜Ｌ２９、及び光学素子（第２部分光学系）Ｌ３０を備えている。凹面鏡Ｌ２６は、投影光学系ＰＵにおける瞳面の位置に配置されている。

光源部２０からの露光光ＥＬは、照明光学系ＩＵとしてのビームスプリッタＢＳで入射して反射した後に、光学素子Ｌ２５、Ｌ２４、開口絞りＡＳ、光学素子Ｌ２３、Ｌ２２、Ｌ２１を介して、マスクＭの部分球面Ｍａに形成されたパターンＰｍを照明する。
マスクＭ（部分球面Ｍａ）で反射した露光光ＥＬは、投影光学系ＰＵとしての光学素子Ｌ２１〜Ｌ２３、開口絞りＡＳ、光学素子Ｌ２４、Ｌ２５を介してビームスプリッタＢＳに入射する。
ビームスプリッタＢＳに入射した露光光ＥＬは、ビームスプリッタＢＳを透過した後に凹面鏡Ｌ２６で反射して再度ビームスプリッタＢＳ、光学素子Ｌ２５、Ｌ２４を順次透過した後に平面反射鏡Ｍ２１で反射する。
平面反射鏡Ｍ２１で反射した露光光ＥＬは、光学素子Ｌ２７〜Ｌ３０を順次透過して、マスクＭのパターンＰｍの像をシート基板ＦＢに投影する。

図７に、本実施形態における投影光学系ＰＵの諸元の値を示す。
図７において、左端には露光光ＥＬが、上記光学素子Ｌ２１〜Ｌ２３、開口絞りＡＳ、光学素子Ｌ２４、Ｌ２５、ビームスプリッタＢＳ、凹面鏡Ｌ２６、光学素子Ｌ２７〜Ｌ３０において順次入射または出射する各光学面の面番号が示されている。
また、ｒは、各光学面の曲率半径を示しており、ｄは各光学面間の面間隔を示している。そして、ｒの列には各光学面の近軸曲率半径が示されており、ｄの列には各面間隔が示されている。

図８には、非球面に形成される面番号毎の非球面データが示されている。
図８中、Ｋはコニック係数、Ａ〜Ｆは４次、６次、８次、…の非球面係数である。
なお、図７及び図８において、近軸曲率半径ｒの符号は物体面側（パターンＰｍ面側）に向けて凸となる場合を正とし、面間隔ｄは光学面の前後で符号が反転するものとしている。

投影光学系ＰＵは、例えば波長（露光波長）が３６５ｎｍ、投影倍率が２倍（拡大）、物体側の開口数ＮＡが０．０５４である。上記の光学素子Ｌ２１〜Ｌ２３、開口絞りＡＳ、光学素子Ｌ２４、Ｌ２５、ビームスプリッタＢＳ、凹面鏡Ｌ２６、光学素子Ｌ２７〜Ｌ３０により設定されるペッツバール和の大きさは、−０．００２００（−１／５００）となっている。

従って、本実施形態でも、球面の一部を成す部分球面にパターンＰｍが形成されたマスクＭを用い、また負のペッツバール和を有する投影光学系ＰＵを用いることにより、構造の複雑化を防止しつつ、部分球面Ｍａから平面（シート基板ＦＢの被処理面Ｆｐ）に良好な光学性能で投影することができる。
さらに、本実施形態によれば、照明光学系ＩＵと投影光学系ＰＵとの間で光学素子を共用しているため、装置の小型化を実現することができる。

（第３実施形態）
続いて、露光装置ＥＸの第３実施形態について、図９から図１１を参照して説明する。
第３実施形態では、照明光学系ＩＵ及び投影光学系ＰＵの構成が上記第１実施形態と相違している。このため、以下、照明光学系ＩＵ及び投影光学系ＰＵについて説明する。
なお、これらの図において、図１から図５に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

本実施形態における照明光学系ＩＵは、図９に示すように、露光光ＥＬの光路に沿って順次配置された凸面鏡Ｌ３４、光学素子Ｌ３３、Ｌ３２、凹面鏡Ｌ３１、平面反射鏡Ｍ３１を備えている。これら凸面鏡Ｌ３４、光学素子Ｌ３３、Ｌ３２、凹面鏡Ｌ３１、平面反射鏡Ｍ３１は、後述するように、投影光学系ＰＵの一部を構成している。

凸面鏡Ｌ３４は半透過性を有しており、光学素子Ｌ３３と対向する面と逆側の面から入射した露光光ＥＬを光学素子Ｌ３３に向けて出射させる。
光学素子Ｌ３３に入射した露光光ＥＬは、光学素子Ｌ３３、Ｌ３２を透過した後に凹面鏡３１及び平面反射鏡Ｍ３１で反射し、マスクＭの中心軸線Ｊに向けて進行してマスクＭの部分球面Ｍａに形成されたパターンＰｍを照明する。

投影光学系ＰＵは、露光光ＥＬの光路に沿って順次配置された上述の平面反射鏡（第１部分光学系）Ｍ３１、凹面鏡Ｌ３１、光学素子Ｌ３２、Ｌ３３、凸面鏡Ｌ３４に加えて、凹面鏡Ｌ３５、平面反射鏡Ｍ３２、開口絞りＡＳ、光学素子（第２部分光学系）Ｌ３６を備えている。
凹面鏡Ｌ３１、Ｌ３５は、投影光学系ＰＵにおける瞳面の位置に配置されている。凹面鏡Ｌ３５は、開口絞りＡＳの近傍に配置されている。

マスクＭ（部分球面Ｍａ）で反射した露光光ＥＬは、投影光学系ＰＵとしての平面反射鏡Ｍ３１、凹面鏡Ｌ３１で反射した後に、光学素子Ｌ３２、Ｌ３３を順次透過して凸面鏡Ｌ３４で反射する。
凸面鏡Ｌ３４で反射した露光光ＥＬは、再度、光学素子Ｌ３３、Ｌ３２を順次透過した後に凹面鏡Ｌ３５及び平面反射鏡Ｍ３２で反射する。
平面反射鏡Ｍ３２で反射した露光光ＥＬは、光学素子Ｌ３６を透過して、マスクＭのパターンＰｍの像をシート基板ＦＢに投影する。

図１０に、本実施形態における投影光学系ＰＵの諸元の値を示す。
図１０において、左端には露光光ＥＬが、上記凹面鏡Ｌ３１、光学素子Ｌ３２、Ｌ３３、凸面鏡Ｌ３４、凹面鏡Ｌ３５、開口絞りＡＳ、光学素子Ｌ３６において順次入射または出射する各光学面の面番号が示されている。
また、ｒは、各光学面の曲率半径を示しており、ｄは各光学面間の面間隔を示している。そして、ｒの列には各光学面の近軸曲率半径が示されており、ｄの列には各面間隔が示されている。

図１１には、非球面に形成される面番号毎の非球面データが示されている。
図１１中、Ｋはコニック係数、Ａ〜Ｆは４次、６次、８次、…の非球面係数である。
なお、図１０及び図１１において、近軸曲率半径ｒの符号は物体面側（パターンＰｍ面側）に向けて凸となる場合を正とし、面間隔ｄは光学面の前後で符号が反転するものとしている。

投影光学系ＰＵは、例えば波長（露光波長）が３６５ｎｍ、投影倍率が１．２５倍（拡大）、物体側の開口数ＮＡが０．０５５であり、上記の凹面鏡Ｌ３１、光学素子Ｌ３２、Ｌ３３、凸面鏡Ｌ３４、凹面鏡Ｌ３５、開口絞りＡＳ、光学素子Ｌ３６により設定されるペッツバール和の大きさは、−０．００１７５（≒−１／５６０）となっている。

従って、本実施形態でも、球面の一部を成す部分球面にパターンＰｍが形成されたマスクＭを用い、また負のペッツバール和を有する投影光学系ＰＵを用いることにより、構造の複雑化を防止しつつ、部分球面Ｍａから平面（シート基板ＦＢの被処理面Ｆｐ）に良好な光学性能で投影することができる。

（第４実施形態）
続いて、露光装置ＥＸの第４実施形態について、図１２を参照して説明する。
第４実施形態における露光装置ＥＸにおいては、上述したマスクＭが軸線を互いに平行にして複数配置されたマスクユニットが設けられ、各マスクに対応して投影光学系が設けられる構成となっている。
なお、これらの図において、図１から図５に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

図１２に示すように、本実施形態における露光装置ＥＸは、それぞれ上述した部分球面Ｍａを有する複数（ここでは３つ）のマスクＭ１〜Ｍ３が設けられたマスクユニットＭＵを備えている。マスクＭ１〜Ｍ３は、Ｙ方向に間隔をあけて配置されている。
各マスクＭ１〜Ｍ３における中心軸線ＪはＹ軸方向に延在し、互いに平行に配置される。本実施形態では、マスクＭ１〜Ｍ３は、Ｙ軸方向に延在し部分球面Ｍａとともに共通軸線を軸中心とし、且つこの共通軸線周りに回転可能な共通回転軸ＭＪ’を備えている。各マスクＭ１〜Ｍ３における中心軸線Ｊは共通回転軸ＭＪ’の共通軸線と同軸にして配置される。

各マスクＭ１〜Ｍ３のそれぞれに対応して、各マスクＭ１〜Ｍ３のパターンＰｍ１〜Ｐｍ３の像をシート基板ＦＢに投影する上記実施形態における投影光学系ＰＵと同様の構成を有し、各マスクＭ１〜Ｍ３の部分球面Ｍａの曲率半径に対応する大きさの負のペッツバール和を有する投影光学系ＰＵ１〜ＰＵ３が設けられている。
各投影光学系ＰＵ１〜ＰＵ３が投影倍率に応じてシート基板ＦＢ上にそれぞれ投影する投影領域ＰＡ１〜ＰＡ３は、Ｙ方向に沿って隣接配置される。なお、隣接配置とは、隣り合う投影領域の端縁同士が接する構成のみならず、隣り合う投影領域の端縁同士の一部が互いに重なることも含む概念である。

上記構成の露光装置ＥＸでは、共通回転軸ＭＪ’の回転に応じてマスクＭ１〜Ｍ３の部分球面Ｍａが一体的に回転し、露光光ＥＬで照明されたマスクＭ１〜Ｍ３のパターンＰｍ１〜Ｐｍ３の像は、投影光学系ＰＵ１〜ＰＵ３を介して投影領域ＰＡ１〜ＰＡ３にそれぞれ投影される。

このとき、例えばマスクＭ１〜Ｍ３に形成されたパターンＰｍ１〜Ｐｍ３が同一である場合には、シート基板ＦＢには同一のパターンが複数形成されることになり、所謂複数個取りの製造が可能になる。
一方、例えばマスクＭ１〜Ｍ３に形成されたパターンＰｍ１〜Ｐｍ３が合成されて一つのパターンを形成する場合には、シート基板ＦＢには大型で大面積のパターンを形成することが可能になる。

なお、上記実施形態におけるマスクユニットＭＵでは、共通軸部ＭＪ’により３つのマスクＭ１〜Ｍ３を同軸で設け、また投影光学系ＰＵ１〜ＰＵ３についてもＹ方向に沿って配置する構成とした。
一方、例えばスペースの制約により３つの投影光学系ＰＵ１〜ＰＵ３を共通軸線に沿って配置することが困難な場合には、マスクＭ２及び投影光学系ＰＵ２をマスクＭ１、Ｍ３及び投影光学系ＰＵ１、ＰＵ３に対してＸ方向に離間させた、いわゆる千鳥状に配置する構成としてもよい。

また、上記実施形態で示したマスクユニットＭＵが備えるマスクＭ１〜Ｍ３の数、及び投影光学系ＰＵの数は一例であり、２つのマスクを備える構成や４つ以上のマスクを備える構成であってもよい。
この場合においても、例えばスペースの制約により複数の投影光学系を共通軸線に沿って配置することが困難な場合には、搬送方向と直交する方向（Ｙ方向）で隣り合うマスク及び投影光学系については搬送方向（Ｘ方向）に離間させる、千鳥状に配置する構成とすればよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

上述の実施形態の露光装置は、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。
これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。

各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程がある。
各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことができる。

半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図１３に示すように、マイクロデバイスの機能及び性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板（長尺のシート状のフレキシブル基板）を製造するステップ２０３、上述の実施形態に従って、マスクのパターンを用いて露光光で基板を露光すること、及び露光された基板（感光剤）を現像することを含む基板処理（露光処理）を含む基板処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
なお、ステップ２０４では、感光剤を現像することで、マスクのパターンに対応する露光パターン層（現像された感光剤の層）を形成し、この露光パターン層を介して基板を加工することが含まれる。

また、近年、エコなプロセスとして、感光剤の現像を不要とするアディティブなプロセスが望まれてきている。
その場合、基板処理ステップ２０４は、紫外線の露光光の照射によって高い撥液性を示す状態から親液性を示す状態に変化させる感光性ＳＡＭ剤を基板の表面に塗布する工程、上述の実施形態に従って、マスクＭのパターンＰｍを用いて露光光で感光性ＳＡＭ剤が塗布された基板を露光する工程、その露光によって基板上で親液性が高くなった部分に、印刷方式やインクジェット方式等により、配線用の導電性インクやペースト、或いはＴＦＴ用の半導体材料の溶液等を選択的に塗布する工程、等で構成される。

さらに、露光光の照射を受けた部分にメッキ還元能が発現するような材料も知られている。そのような材料を用いた場合は、露光された基板をそのまま無電解メッキ液（パラジウム等のイオンを含む）に漬けることで、配線用の金属層を形成することができる。

ところで、図１３中のマスクを製作するステップ２０２では、先の各実施形態で説明した投影光学系ＰＵを使って、マスターとなる平面レチクルのパターンを、マスクＭとなる球面状の外周面を有する円筒体上に容易に転写することができる。そこで、先の図６に示した露光装置の投影光学系ＰＵを使って、球面状の円筒マスクＭを作製する一例を、図１４を用いて説明する。

図１４に示した投影光学系ＰＵは、図６に示した投影光学系ＰＵの物面と像面の関係を逆にしたもので、図６において被露光対象である基板ＦＢが位置する像面側に、原版となる平面レチクルＲＴが配置され、図６においてマスクＭが位置する物面側に、マスクＭとなる球状表面を有する円筒体Ｍ’が配置される。
この円筒体Ｍ’の球状の外周面には、フォトレジストが一様に塗布され、平面レチクルＲＴから投影光学系ＰＵを介して投影されるパターンＰｍ’によって露光される。本実施形態では、パターンＰｍ’のベストフォーカス面（パターン像面）は、円筒体Ｍ’の球状の外周面に沿って、図１４中のＹ軸とＺ軸の２方向の各々に湾曲したものとなる。

図１４において、少なくともＸ方向に一次元移動するステージＲＳＴは、レチクルＲＴのパターン面ＭｐがＸＹ面と平行になるようにレチクルＲＴを支持する。レチクルＲＴの上方には、Ｙ軸方向に延びたスリット状（又は長方形状）の照明光ＩＢをパターン面Ｍｐに向けて照射する照明光学系ＩＬＵが設けられる。

このように、本実施形態では、図６で説明した投影光学系ＰＵを、そのまま、或いは若干変更して使うことで、平面のレチクルＲＴから球面状の円筒マスクＭを作製することができる。
図１４では、図６の投影光学系ＰＵを使う例を説明したが、他の図２、図９に示した投影光学系ＰＵを使っても、同様に平面のレチクルＲＴから球面状の円筒マスクＭを作製することができる。

７０…搬送装置、 ＡＳ…開口絞り（光路制限部材）、 ＣＯＮＴ…制御部、 ＦＰＡ…基板処理装置、 ＦＢ…シート基板（基板）、 Ｊ…中心軸線（所定の軸線）、 Ｌ１１、Ｌ２１…光学素子（第１部分光学系）、 Ｍ３１…平面反射鏡（第１部分光学系）、 Ｌ１３、Ｌ２６、Ｌ３１、Ｌ３５…凹面鏡、 Ｌ２０、Ｌ３０、Ｌ３６…光学素子（第２部分光学系）、 Ｍ…マスク、 Ｍａ…部分球面、 ＭＪ…回転軸（軸部）、 ＭＳＴ…支持装置、 Ｐｍ…パターン、 ＲＤ…回転駆動装置（回転装置）

Claims (12)

1. 所定の軸線上に中心点が設けられる所定の曲率半径の球面の一部を成すと共に、前記軸線回りに帯状に形成される部分球面となる外周面にパターンが形成された円筒マスクを作製する円筒マスク作製方法であって、
   前記曲率半径に対応する大きさの負のペッツバール和を有する投影光学系の物面側に原版となるパターンを配置し、前記原版となる前記パターンを前記物面に沿って一次元に移動させることと、
   前記円筒マスクとなる円筒体の前記部分球面となる外周面を、前記投影光学系の像面側に配置し、前記パターンの一次元の移動の速度に対応した速度で前記円筒体を前記軸線回りに回転させて、前記パターンを前記円筒体の前記部分球面となる外周面に転写することと、
   を含む円筒マスク作製方法。
2. 前記投影光学系は、前記物面側の前記パターンを前記像面側に配置される前記円筒体の外周面上に、等倍、拡大、縮小のいずれか１つの倍率で投影する、
   請求項１に記載の円筒マスク作製方法。
3. 請求項１又は請求項２によって作製された前記円筒マスクを、前記曲率半径に対応する大きさの負のペッツバール和を有する投影光学系の物面側に配置し、前記所定の軸線の回りに回転させることと、
   前記円筒マスクのパターンが露光される基板を前記投影光学系の像面側に配置し、前記円筒マスクの回転速度に対応した速度で前記基板を一次元に移動させることと、
   を含む露光方法。
4. マスクのパターンを基板上に投影露光する露光方法であって、
   所定の軸線上に中心点が設けられる所定の曲率半径の球面の一部を成すと共に、前記軸線回りに帯状に形成される部分球面となる外周面にパターンが形成されたマスクを、前記曲率半径に対応する大きさの負のペッツバール和を有する投影光学系の物面側に配置し、前記所定の軸線の回りに回転させることと、
   前記基板を前記投影光学系の像面側に配置し、前記マスクの回転速度に対応した速度で移動させることと、
   を含む露光方法。
5. 前記マスクの前記パターンは露光用の照明光に対して反射性を有し、
   前記投影光学系は前記マスクのパターンで反射された光を入射して、前記基板上に前記パターンの像を結像する、
   請求項４に記載の露光方法。
6. 前記基板は、前記移動の方向を長尺方向とする可撓性のシート基板である、
   請求項５に記載の露光方法。
7. 前記投影光学系は、前記マスクのパターンからの光を透過すると共に、光学面を非球面とした光学素子を含む、
   請求項５に記載の露光方法。
8. 前記投影光学系は、さらに前記マスクのパターンからの光を反射する反射鏡を含む、
   請求項５に記載の露光方法。
9. 基板上にマスクのパターンの露光光による像を投影露光し、前記基板上に電子デバイス用のパターンを形成するパターン形成方法であって、
   所定の軸線上に中心点が設けられる所定の曲率半径の球面の一部を成すと共に、前記軸線回りに帯状に形成される部分球面となる外周面にパターンが形成されたマスクを、前記曲率半径に対応する大きさの負のペッツバール和を有する投影光学系の物面側に配置し、前記所定の軸線の回りに回転させることと、
   現像を伴う感光剤、露光光によって撥液性と親液性との状態が変化する感光性ＳＡＭ剤、及び露光光によってメッキ還元能が発現する材料のいずれか１つが表面に塗布された基板を、前記投影光学系の像面側に配置し、前記マスクの回転位置に対応して移動させることと、
   を含むパターン形成方法。
10. 前記マスクの前記パターンは露光用の照明光に対して反射性を有し、
    前記投影光学系は前記マスクのパターンで反射された光を入射して、前記基板上に前記パターンの像を結像する、
    請求項９に記載のパターン形成方法。
11. 前記感光剤が塗布された前記基板の露光の後に、前記基板を現像して形成される前記感光剤のパターン層を介して前記基板を加工する工程、
    前記感光性ＳＡＭ剤が塗布された前記基板の露光の後に、前記基板上の親液性が高くなった部分にインク、ペースト、又は溶液を選択的に塗布する工程、及び、
    前記メッキ還元能が発現する材料が塗布された前記基板の露光の後に、前記基板をメッキ液に漬けて金属層を形成する工程、
    のうちの少なくとも１つの工程を行う、
    請求項９又は請求項１０に記載のパターン形成方法。
12. 前記基板は、前記移動の方向を長尺方向とする可撓性のシート基板である、
    請求項９〜請求項１１のうちのいずれか一項に記載のパターン形成方法。

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