JP6056756B2 - 基板処理装置およびパターン露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置およびパターン露光方法に関する。
本願は、２０１１年９月６日に出願された日本国特願２０１１−１９３７７４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

液晶表示素子等の大画面表示素子においては、まず、平面状のガラス基板上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極やＳｉ等の半導体物質を堆積した上に金属材料を蒸着し、フォトレジストを塗布して回路パターンを転写する。その後、フォトレジストを現像した後に、エッチングすることで回路パターン等を形成している。ところが、表示素子の大画面化に伴ってガラス基板が大型化するため、基板搬送も困難になってきている。そこで、可撓性を有する基板（例えば、ポリイミド、ＰＥＴ、金属箔等のフィルム部材など）上に表示素子を形成するロール・トゥ・ロール方式（以下、単に「ロール方式」と表記する）と呼ばれる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献２には、ロール状のフィルムマスクに紫外線を照射し、フィルムマスクに形成された転写パターンをガラス基板に転写させる露光機が記載されている。

国際公開第２００８／１２９８１９号 特開２００５−２１５６８６号公報

しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
パターンを露光する領域では、マスクやフィルム状の基板を平面状としているため、振動の影響を受けやすく平面度を確保することが困難である。そのため、投影光学系によるパターン像の投影に支障を来さないように、ロールを組み合わせてマスクやフィルム状の基板の平面度を高めようとすると、装置が複雑化するという問題が生じる。

本発明の態様は、簡単な構成で高精度の投影が可能な基板処理装置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、基板の被処理面にマスクのパターンを形成する基板処理装置であって、円筒状に形成され円筒面に沿って前記マスクを保持して所定の軸線周りに回転可能なマスク保持部と、前記基板の被処理面を、前記マスクの円筒面と所定の間隔を保って前記所定の軸線周りの形状に保持する基板保持部と、前記マスクと前記基板との間に配置され、前記パターンの像を前記基板に投影する投影光学系と、を備え、前記投影光学系は、前記マスクのパターンの一部分を前記基板の一部に結像する結像光学素子を、前記軸線の延設方向と前記軸線周りの周方向との各々に複数配列してなり、前記軸線周りの周方向に並ぶ結像光学素子の各々は前記軸線を中心とする径方向に沿って結像光路が形成されるように設けられる基板処理装置が提供される。

本発明の態様では、簡単な構成で高精度の投影が可能な基板処理装置を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す斜視図である。 投影光学系の要部詳細を示す断面図である。 基板処理装置の概略的な構成を示す断面図である。 レンズ群を展開して外周側から平面的に視た要部詳細図である。 基板処理装置における制御系を示す図である。 レンズ群の製造方法を示す図である。 投影光学系（レンズ群）の設計例を示す図である。 投影光学系（レンズ群）の別の設計例を示す図である。 第２実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成を示す図である。 第３実施形態に係るレンズ群の構成を示す概略的な斜視図である。 第３実施形態に係る投影光学系の要部詳細を示す断面図である。 光源装置の別形態を示す図である。

以下、本発明の基板処理装置の実施の形態を、図１から図１１を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置１００の概略的な構成を示す斜視図である。
図１に示す基板処理装置１００は、被処理面Ｓａの全面または一部分に感応層が形成された帯状の基板（例えば、帯状のフィルム部材）Ｓをロールトゥーロールの製造プロセスにて処理するものである。基板処理装置１００は、マスクＭを保持するマスク保持部（不図示）と、マスク保持部を介してマスクＭを回転軸線ＡＸ回りに回転駆動する駆動装置Ｄ１と、マスク保持部の内部に設けられた光源装置（照明部）１と、マスクＭと基板Ｓとの間に配置され、マスクＭのパターンの像を基板Ｓに投影する為のレンズアレー等で構成された投影光学系ＰＬと、基板Ｓを搬送する搬送系ＴＲ（図３及び図５参照）と、これらを統括的に制御する制御部ＣＯＮＴ（図５参照）とを有している。この基板処理装置１００は、基板Ｓ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。

なお、本実施形態では、図１に示すようにＸＹＺ座標系を設定し、以下では適宜このＸＹＺ座標系を用いて説明を行う。ＸＹＺ座標系は、例えば、水平面に沿ってＸ軸及びＹ軸が設定され、鉛直方向に沿って上向きにＺ軸が設定される。また、基板処理装置１００は、全体としてＹ軸方向に沿って、そのマイナス側（−側）からプラス側（＋側）へ基板Ｓを搬送する。その際、帯状の基板Ｓの幅方向（短尺方向）及び回転軸線ＡＸの延在方向は、Ｘ軸方向に設定される。

マスク保持部は、円筒状に形成されており、円筒面に沿って回路パターン等が形成されるマスクＭを保持するとともに、保持したマスクＭを伴って回転軸線ＡＸ回りに回転可能とされている。光源装置１としては、蛍光灯と同様に直管型で放射状に露光用の照明光を発光するものや、円筒状の石英の棒の両端から照明光を導入し裏面側に拡散部材を設けてあるものが用いられ、上記マスクＭを内側から放射状に一様に照明する。

投影光学系ＰＬは、図２に示すように、基材２Ａ〜２Ｄ（適宜、基材２と総称する）の両面に、結像光学素子としてのレンズ部３Ａ〜３Ｄ（適宜、レンズ部３と総称する）が配置されている。さらに、投影光学系ＰＬは、回転軸線ＡＸ周りの周方向及び回転軸線ＡＸの延設方向の各々に複数配列されたマイクロレンズアレイからなる複数のレンズ群４Ａ〜４Ｄ（適宜、レンズ群４と総称する）と、レンズ群４Ｂと４Ｃとの間の中間結像面の位置に配置された視野絞り４０と、レンズ群４Ｃと４Ｄとの間に配置された開口絞り４１とを備えている。

レンズ群４Ａ、４Ｂにおけるレンズ部３Ａ、３Ｂは、マスクＭのパターンの正立像を基板Ｓに結像するために、上記中間結像面に反転像を形成する前群レンズ部を構成している。レンズ群４Ｃ、４Ｄにおけるレンズ部３Ｃ、３Ｄは、上記反転像を正立像に再結像する後群レンズ部を構成している。

各レンズ群４Ａ〜４Ｄ（基材２Ａ〜２Ｄ）は、回転軸線ＡＸ回りに、且つ、回転軸線ＡＸを中心とする半径が順次大きくなるように間隔をあけて設けられている。径方向で隣り合うレンズ群４Ａ〜４Ｄ（基材２Ａ〜２Ｄ）の間には、レンズ部３Ａ〜３Ｄとは離間させてスペーサー１０が設けられている。また、これらのレンズ群４Ａ〜４Ｄは、図１及び図３に示されるように、回転軸線ＡＸの＋Ｚ側に設定される露光部分ＥＸを中心として、回転軸線ＡＸ回り方向（以下、θＸ方向と称する）でおよそ±９０°の範囲に亘る長さに形成されている。

レンズ群４Ａ〜４Ｄにおける各レンズ部３Ａ〜３Ｄは、光源装置１で照明されたマスクＭのパターンが正立正像で基板Ｓに投影されるように、光源装置１を中心とする径方向に沿った光軸ＢＸ上に配置されている。また、レンズ部３Ａ〜３Ｄは、マスクＭの外周側表面（パターン面）とレンズ部３Ａの前側焦点位置とが一致するように配置され、レンズ部３Ａの後ろ側焦点位置とレンズ部３Ｂの前側焦点位置が一致し、マスクＭのパターン像が視野絞り４０のある面上に投影されるように配置される。さらに、レンズ部３Ａ〜３Ｄは、視野絞り４０のある面とレンズ部３Ｃの前側焦点位置とが一致するように配置され、レンズ部３Ｃの後ろ側焦点位置及びレンズ部３Ｄの前側焦点位置に開口絞り４１が配置され、レンズ部３Ｄの後ろ側焦点位置に基板Ｓの表面（被処理面）Ｓａが一致するように配置されている。

各レンズ部３Ａ〜３Ｄは、投影光学系ＰＬとしての倍率を回転軸線ＡＸの延設方向と回転軸線ＡＸ周り方向とで異なる所謂トーリックな面を有している。すなわち、回転軸線ＡＸ周り方向に関して、回転軸線ＡＸを中心とするマスクＭの表面（レンズ群４Ａ〜４Ｄと対向する側の面）の半径をＲとし、レンズ群４Ａ〜４Ｄによって構成される投影光学系ＰＬの光軸方向の物面／像面間の距離(実効的な光路長)をＬとすると、マスクＭのパターンが投影される基板Ｓの被処理面Ｓａまでの半径はＲ＋Ｌとなる。従って、基板Ｓの搬送方向（回転軸線ＡＸ周り方向）については、パターンの像は（Ｒ＋Ｌ）／Ｒの倍率で基板Ｓに投影されることになる。
概略的な例として、マスクＭの表面（パターン面）の半径Ｒを５００ｍｍ、投影光学系ＰＬの光軸方向の物面／像面間の距離(実効的な光路長)Ｌを５ｍｍにした場合、各レンズ群４Ａ〜４Ｄの回転軸線ＡＸ周りの方向（周長方向）の投影倍率は、１．０１倍となる。

一方、回転軸線ＡＸの延設方向に関しては、マスクＭのパターンは、回転軸線ＡＸの延設方向に配置した複数のレンズ部３Ａ〜３Ｄによって、そのままの寸法で基板Ｓの被処理面Ｓａ上に投影される必要があることから、本実施形態による投影光学系ＰＬの回転軸線ＡＸの延設方向に関する投影倍率は、１．００倍に設定される。このように、本実施形態では、各レンズ部３Ａ〜３Ｄについて、後述する製造方法によって、回転軸線ＡＸの延設方向と回転軸線ＡＸ周り方向とで異なる倍率を有するように、光軸と直交する第１メリジオナル方向と、この第１メリジオナル方向と直交する第２メリジオナル方向とでパワーを異ならせたレンズ素子（非球面レンズ）を一部に組み込むことになる。

図４は、レンズ群４Ａ〜４Ｄを展開して外周側から平面的に視た要部詳細図である。
図４中、符号５はレンズ部３Ａ〜３Ｄのレンズ有効径を示しており、符号６は視野絞り４０で設定される投影領域を示している。この図に示されるように、投影領域６は、レンズ有効径５よりも小さく、且つ、レンズ部３Ａ〜３Ｄのレンズ視野に内接する正六角形に形成されている。また、投影領域６（レンズ部３Ａ〜３Ｄ）は、回転軸線ＡＸの延設方向であるＸ方向に沿って、レンズ有効径５よりも大きいピッチＰｘで配列された列が回転軸線ＡＸ周りの周方向（図４ではＹ方向）に沿ってピッチＰｙで配列されている。

Ｙ方向で隣り合うレンズ列は、互いに半ピッチずれて配置されている。また、各レンズ列におけるレンズ部３に対応する投影領域６は、Ｙ方向で隣り合うレンズ列において、Ｘ方向に関して、三角形状の端部同士が継ぎ部ＴＧとして重複することにより、Ｙ方向（周長方向）の走査露光が行われた際に投影領域６を介して基板Ｓに照射される露光エネルギーが回転軸線ＡＸで不均一にならない配置となっている。

そして、上述したスペーサー１０は、レンズ部３Ａ〜３Ｄ（レンズ有効径５）から離間した位置（レンズ部３Ａ〜３Ｄ間の隙間となる位置）に配置されている。また、レンズ部３Ａ〜３Ｄ間の隙間となる位置には、複数の供給孔１１が形成されている。供給孔１１には、温度調整された気体（エアや窒素ガス等）を供給する気体供給装置１２が図２に示すように接続されている。
この気体供給装置１２と供給孔１１によって、マスクＭと投影光学系（レンズ群４Ａを保持する基材２Ａ）との間と、基板Ｓを保持する為の薄肉厚で光透過性の円筒状の保持ローラー５５の内周面と投影光学系（レンズ群４Ｄを保持する基材２Ｄ）との間に、非接触ベアリング（静圧気体軸受け等）が形成される。

図３に示すように、マスクＭの内部空間には、光源装置１の照射範囲を制限して基板Ｓへの露光量を制御するブラインドＢＬ１、ＢＬ２が設けられている。ブラインドＢＬ１、ＢＬ２は、それぞれ回転軸線ＡＸ周りに半周に亘る範囲の長さで、且つ基板ＳのＸ方向の幅以上の長さを有する半円筒状の遮光板である。また、ブラインドＢＬ１、ＢＬ２は、それぞれが互いに独立して回転軸線ＡＸ周りに移動可能に設けられている。各ブラインドＢＬ１、ＢＬ２の回転軸線ＡＸ周りの位置を調整することにより、露光部分ＥＸにおいて光源装置１からの露光光の照射範囲を制限することで、基板Ｓへの露光量が制御される。

搬送系ＴＲは、図３に示す基板供給部５１及び基板回収部５２と、ローラー５３、５４と、保持ローラー（基板保持部、当接部）５５とを備えている。基板供給部５１は、ローラー５３を介して基板Ｓを露光部分ＥＸに供給するものである。基板回収部５２は、露光部分ＥＸで露光処理が施されローラー５４を介して搬送される基板Ｓを回収するものである。

保持ローラー５５は、光源装置１からの露光光を透過させる石英等で形成されており、回転軸線ＡＸを軸線とする薄肉厚の円筒形状を有している。図２に示すように、保持ローラー５５の内周面は、レンズ群４（レンズ部３）の外周側に、前記レンズ群４と所定量の隙間（エアベアリング層）が形成される径に形成されている。また、保持ローラー５５の外周面には、ローラー５３、５４により設定される張力で基板Ｓの被処理面Ｓａが当接して巻き付けられることにより、基板Ｓは前記外周面に倣ってその径で保持される。

保持ローラー５５の外周面には、基板Ｓの被処理面Ｓａが巻き付けられる。そのため、被処理面Ｓａに塗布された感応層(レジスト等)が貼り付かないように、保持ローラー５５の外周面には不活性な膜、例えばダイヤモンドコート等が形成される。

基板Ｓは、ロール状に巻きつけられて搬送系（不図示）により引き出され、不図示の感応剤(レジスト、感光性シランカップリング剤等)塗布工程を経て、基板Ｓの−Ｚ側の被処理面（下面）Ｓａに感応剤が塗布され、回転軸線ＡＸよりも＋Ｚ側に設定される露光部分ＥＸに搬送される。

基板処理装置１００において処理対象となる基板Ｓ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。

基板Ｓは、例えば２００℃程度の熱を受けても寸法が変わらないように熱膨張係数が小さい方が好ましい。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Ｓは、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、基板に自重程度の力を加えても線断したり破断したりすることはなく、前記基板を撓めることが可能な性質をいう。また、自重程度の力によって屈曲する性質も可撓性に含まれる。また、上記可撓性は、上記基板の材質、大きさ、厚さ、又は温度や湿度などの環境、等に応じて変わる。なお、基板Ｓ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。

図５は、基板処理装置１００における制御系を示す図である。
この図に示されるように、光源装置１、駆動装置Ｄ１、搬出系ＴＲ、気体供給装置１２、ブラインドＢＬ１、ＢＬ２等を含む基板処理装置１００の動作は、制御部ＣＯＮＴにより統括的に制御される。

続いて、レンズ群４Ａ〜４Ｄの製造方法について、図６を参照して説明する。
レンズ群４Ａ〜４Ｄは、マイクロレンズアレイを構成する半径の異なる円筒状部材の一部（以下、部分円筒部材と称する）が径方向に重ねられた状態で設置されるが、各マイクロレンズアレイは同様の製造方法で製造される。

図６（ａ）〜（ｆ）は、レンズ群４の製造工程を示す図である。
図６（ａ）に示すように、例えば石英からなる部分円筒部材を基材２として用意しておく。次に、図６（ｂ）に示すように、基材２の両面にレジスト２０を塗布する。続いて、図６（ｃ）に示すように、各レジスト２０にレンズ部３に応じた多重の輪帯状パターンで露光を行う。具体的には光軸ＢＸとなる位置を中心として光軸から離間するのに従って、非感光となるレジストの量（幅）が漸次大きくなるように、径に応じて各輪帯パターンの線幅を異ならせたパターンで露光を行う。ただし、上述したように、各レンズ部３Ａ〜３Ｄは、投影光学系ＰＬとしてトーリックな面を有しているため、回転軸線ＡＸの延設方向と回転軸線ＡＸ周り方向とでは各方向の倍率に応じて、光軸から離間するのに従って、非感光となるレジストの量（幅）の変化量が異なることになる。

露光処理が完了すると、基材２に対して現像処理を実施して、図６（ｄ）に示すように、露光されなかった領域のレジスト２０を除去する。続いて、残留するレジスト２０をマスクとして、基材２をエッチングする。このとき、基材２の露出面積は、光軸ＢＸを中心として光軸ＢＸから離間するのに従って、漸次広くなっているため、図６（ｅ）に示すように、外周側のエッチング量が漸次大きくなる。そのため、レジスト２０が除去された後の基材２には、図６（ｆ）に示すように、光軸ＢＸの部分が最も厚く、光軸ＢＸから離間するのに従って、回転軸線ＡＸの延設方向と回転軸線ＡＸ周り方向とで異なる曲率で薄くなるレンズ部３が形成される。

上記のレンズ部３が球または球の一部である場合、入射面と出射面の曲率半径が等しく、レンズの厚さは入出射面の曲率半径の２倍に等しい。このとき、レンズの焦点距離ｆは、曲率半径をｒ、レンズを構成する材質の屈折率をｎとして、次式のように表される。
ｆ＝ｎｒ／２（ｎ−１）…（１）
このとき、レンズの前側焦点位置と後側焦点位置との間隔Ｄは、次式のように焦点距離ｆの２倍に等しくなる。
Ｄ＝ｎｒ／（ｎ−１）…（２）

これらの式から、例えば半径５００ｍｍのマスクＭを投影する投影光学系ＰＬ（レンズ群４）の設計例を、図７の表に示す。
図７においては、レンズ群４Ｄ、４Ｃについて、回転軸線ＡＸの延設方向と回転軸線ＡＸ周り方向とを同一の曲率半径としている。また、レンズ厚、間隔については、円筒軸方向の倍率を優先して等倍になるようにしている。上記の投影光学系ＰＬ（レンズ群４）では光源装置１からの光源としてｉ線(波長３６５ｎｍ)で３μｍの線幅を解像するように、開口数を０．０８としている。このときのレンズ部３の視野は直径約８６μｍとなり、レンズ部３の有効径は１２０μｍとなる。
なお、図８の表には、半径２５０ｍｍのマスクＭを投影する投影光学系ＰＬ（レンズ群４）の設計例が示されている。

図４に示した視野絞り４０で設定される投影領域６は、レンズ部３の上記視野に内接する正六角形として、レンズ部３の光軸間隔を視野の直径の１．５倍の辺の正三角形の頂点になるように配置することが望ましい。このとき、レンズ部３の有効径５がレンズ部３の光軸がなす正三角形の辺の長さより短い必要があり、上記の場合、視野の直径が８６μｍであり、レンズ部３の光軸間隔が１２９μｍとなる。それに対しレンズ部３の有効径が１２０μｍなので、上記のような配置が可能であり、視野の開口部の有効効率は１６．６％となる。

上記構成の基板処理装置１００においては、制御部ＣＯＮＴの制御下で駆動装置Ｄ１及び搬送系ＴＲの作動により、露光部分ＥＸにおいてマスクＭと基板Ｓとが同一の角速度で回転軸線ＡＸ周り方向に同期移動しつつ、ブラインドＢＬ１、ＢＬ２で規定される光源装置１からの照明領域の照明光で照明されたマスクＭのパターンの像が投影光学系ＰＬを介して、保持ローラー５５の外周面に沿った形状（回転軸線ＡＸ周りの形状）に所定の張力で保持された基板Ｓの被処理面Ｓａに正立正像で投影される。

このとき、基板Ｓの被処理面Ｓａが巻き付けられる保持ローラー５５の外周面には、不活性な膜（ダイヤモンドコート等）が形成されているため、被処理面Ｓａに塗布されたレジスト等の感応層が貼り付いてしまうことを抑制できる。
また、保持ローラー５５と投影光学系ＰＬの間には、所定間隙を保つようなエアベアリングが形成される構成となっている。そのため、基板Ｓの搬送に伴って保持ローラー５５も回転軸線ＡＸを中心として回動し、露光領域においては基板Ｓの被処理面Ｓａが投影光学系ＰＬの像面（全体としてはトーリック面）に対して、安定的に焦点深度（ＤＯＦ）内に維持される。
このことは、エアベアリングによりほぼ一定の隙間に保たれるマスクＭと投影光学系ＰＬとの間でも同様に当てはまることである。

また、照明光の照射によりレンズ群４Ａ〜４Ｄはその照明光の一部を吸収して温度上昇することもある。しかし、レンズ群４Ａ〜４Ｄに対しては、気体供給装置１２から供給される温度調整されたエアが各基材２Ａ〜２Ｄの間の隙間を流通するので、レンズ群４Ａ〜４Ｄの温度上昇が抑えられる。即ち、エアベアリング形成の為の気体供給装置１２からの流体を投影光学系ＰＬの内部空隙を介して供給することで、投影光学系ＰＬの温調機能も実現できる。

また、投影光学系ＰＬのレンズ部３は、一例としては図７に示したように、各レンズ部３Ａ〜３Ｄが、投影光学系ＰＬとして回転軸線ＡＸの延設方向と回転軸線ＡＸ周り方向とで倍率が僅かに異なるトーリックなパワーを有している。回転軸線ＡＸ周り方向については、レンズ群４Ａ〜４Ｄによる投影光学系ＰＬの光軸方向の実効的な光路長Ｌ（マスクパターン面から基板Ｓの被処理面Ｓａまでの光軸ＢＸ方向の距離）に応じた倍率（Ｒ＋Ｌ）／Ｒで、パターンの像が基板Ｓに投影される。また、回転軸線ＡＸの延設方向については、等倍の倍率でパターンの像が基板Ｓに投影される。
そのため、マスクＭのパターンの像は、各投影領域６の継ぎ部で重ね合わされた状態で基板Ｓに逐次投影される。
パターンの像が投影された基板Ｓは、搬送系ＴＲによって露光部分ＥＸから現像処理、エッチング処理等が行われる部分に搬送される。

このように、本実施形態では、回転軸線ＡＸ周りの円筒面に沿ってマスクＭ及び基板Ｓをそれぞれ保持し、レンズ部３Ａ〜３Ｄが回転軸線ＡＸの延設方向と回転軸線ＡＸ周り方向にそれぞれ複数配列されたレンズ群４Ａ〜４Ｄを用いてマスクＭのパターン像を基板Ｓに投影する。そのため、マスクＭや基板Ｓを平面状に設置する場合のように振動の影響を受けることを抑制できるとともに、マスクＭ及び基板Ｓの平面度を高めるために装置の複雑化や大型化を招くという事態も回避でき、簡単な構成で高精度の露光処理を実現できる。

また、本実施形態では、レンズ群４Ａ〜４Ｄがマイクロレンズアレイによって構成されているため、各レンズ部３Ａ〜３Ｄにおける焦点距離が短くすることができ、結果として収差の悪影響を小さくすることが可能になる。

また、本実施形態では、レンズ群４Ａ〜４Ｄにおいてレンズ部３Ａ〜３Ｄの近傍に配置した供給孔１１に温度調整されたエアを流通させる。そのため、レンズ群４Ａ〜４Ｄの温度上昇を効果的に抑制することができ、投影光学系ＰＬの機械的な変形や光学特性の劣化を抑えて、露光精度の向上に寄与できる。

なお、上記駆動装置Ｄ１及び搬送系ＴＲの作動によるマスクＭと基板Ｓとの同期移動については、記駆動装置Ｄ１及び搬送系ＴＲそれぞれの動作精度に依存するオープン制御方式であってもよい。しかし、例えばローラー５３の回転速度や基板Ｓに形成されたマークの移動速度を検出する検出装置を設け、前記検出装置の検出結果に応じて駆動装置Ｄ１を制御してマスクＭの回転速度を制御する、クローズド制御方式（フィードバック方式）であってもよい。

一例として、マスクＭの回転軸線ＡＸ方向の端部の全周に渡ってエンコーダ用のスケール（目盛）が刻設されている場合は、そのスケールを読み取るエンコーダからの信号に基づいて、マスクＭの周速度Ｖｍ（或いは周速度の変化）をリアルタイムに計測出来る。また、基板Ｓの両端部に基板送り方向にエンコーダ用のスケール（目盛）が刻設されている場合は、そのスケールを読み取るエンコーダからの信号に基づいて、基板Ｓの周速度Ｖｓ（或いは周速度の変化）をリアルタイムに計測出来る。
このようにして計測されたマスクＭの周速度Ｖｍに対応した信号と、基板Ｓの周速度Ｖｓに対応した信号とを利用して同期制御系を構成する場合は、次式（３）の関係が維持されるようなサーボ系を組むことになる。
Ｖｓ／Ｖｍ ＝（Ｒ＋Ｌ）／Ｒ…（３）
これは、マスクＭと角速度と露光領域での基板Ｓの角速度とを一致させる制御と同義である。

（第２実施形態）
続いて、本発明の基板処理装置１００の第２実施形態について、図９を参照して説明する。
図９は、本発明の基板処理装置１００の第２の実施の形態を示す概略的な構成図である。この図において、図３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、その説明を省略する。なお、図９においては、ブラインドＢＬ１、ＢＬ２の図示を省略している。

上記第１実施形態では、保持ローラー５５の外周面に巻き付けることにより基板Ｓを保持していたが、本実施形態では基板保持部として背面エアパッド装置が設けられている。
すなわち、図９に示すように、基板処理装置１００における露光部分ＥＸには、基板Ｓと対向する側に回転軸線ＡＸを中心として所定の半径に形成され、基板Ｓの被処理面Ｓａとは逆の面側を非接触で保持する保持面５６ａを有する背面エアパッド装置（基板保持部）５６が設けられている。

エアパッド装置５６は、保持面５６ａに開口し、エア供給源５７に接続される吹付部５８及び、保持面５６ａに開口し、エア吸引源５９に接続される吸引部６０を有している。
そして、基板Ｓは、吹付部５８から吹き付けられる加圧エアの静圧により、例えば数μｍの間隔を保った状態で保持面５６ａに非接触で保持されることで、被処理面Ｓａが投影光学系ＰＬの焦点深度内に保持される。

このように、背面エアパッド装置５６によって、基板Ｓを露光領域において一定の曲率半径で湾曲させて搬送できる場合は、先の図１、図２で示した保持ローラー５５（薄い円筒状の石英板等）を省くことが可能となり、結像特性（収差）をより良好にすることができる。
他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

上記構成の基板処理装置１００においては、基板Ｓ、特に感応層（レジスト等）が塗布された被処理面Ｓａが非接触で保持されるため、レジスト表面の平坦性が損なわれたり、レジストが被処理面Ｓａから剥離する等の不都合を生じさせない。そのため、本実施形態では、上記第１実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、マスクＭのパターンをより安定して基板Ｓに形成することが可能になる。

（第３実施形態）
続いて、本発明の基板処理装置１００の第３実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。この図において、図１から図７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、その説明を省略する。
なお、図１１においては、スペーサー１０、供給孔１１、気体供給装置１２の図示を省略している。

上記第１、第２実施形態における各レンズ群４Ａ〜４Ｄは、石英等の透明部材に対して露光、エッチングを施すことでレンズ部３Ａ〜３Ｄを形成する構成であった。すなわち、基材２Ａ〜２Ｄとレンズ部３Ａ〜３Ｄが一体的に形成される構成であった。本実施形態では、基材とレンズ部とが別部材で形成される構成について説明する。

図１０に示すように、本実施形態におけるレンズ群４（４Ａ〜４Ｄ）は、ビーズ等の球状体からなるレンズ部３（３Ａ〜３Ｄ）が硬質樹脂シート等の基材２（２Ａ〜２Ｄ）に埋め込まれた構成となっている。
上述したように、投影光学系ＰＬのレンズ部３Ａ〜３Ｄは、回転軸線ＡＸ周り方向については、レンズ群４Ａ〜４Ｄによる投影光学系ＰＬの光軸方向の実効的な光路長さＬ（マスクパターン面から基板Ｓの被処理面Ｓａまでの光軸方向の距離厚さ）に応じた倍率（Ｒ＋Ｌ）／Ｒでパターンの像を基板Ｓに投影する。また、回転軸線ＡＸの延設方向については、等倍の倍率でパターンの像を基板Ｓに投影する。そのため、球状体のレンズ部３Ａ〜３Ｄのうち、少なくとも一つ（例えばレンズ部３Ｄ）については、回転軸線ＡＸの延設方向に関してはが等倍となるように、非球面の球状体（極端に誇張するとラグビーボールの表面のような形状）として形成される。

そして、図１１に示すように、各レンズ部３Ａ〜３Ｄと対向する位置には、光源装置１からの露光光を透過させる石英等で形成され、回転軸線ＡＸを軸線とする円筒体４２〜４６が設けられている。各円筒体４２〜４６は、対向するレンズ部３Ａ〜３Ｄとは非接触となるように、対向するレンズ部３Ａ〜３Ｄとの間に微少量の隙間が形成される径で周面が形成されている。また、最も内周側に位置する円筒体４２は、マスクＭとの間に隙間が形成される径で内周面が形成される。そして、最も外周側に位置する円筒体４６は、基板Ｓの被処理面Ｓａとの間に隙間が形成される径で外周面が形成される。

レンズ群４Ｂ、４Ｃの間に配置される円筒体４４は、外周面にクロム等により視野絞り４０が成膜された円筒体４４Ａと、円筒体４４Ａの外周面に被せられて嵌合する円筒体４４Ｂとから構成される。
レンズ群４Ｃ、４Ｄの間に配置される円筒体４５は、外周面にクロム等により開口絞り４１が成膜された円筒体４５Ａと、円筒体４５Ａの外周面に被せられて嵌合する円筒体４５Ｂとから構成される。

上記構成の基板処理装置１００おいては、比較的高精度のものが得られるビーズ等の球状体によってレンズ部３Ａ〜３Ｄを形成するため、高精度のレンズ群４Ａ〜４Ｄ（投影光学系ＰＬ）を容易に得ることが可能になる。特に、投影倍率を調整する際には、投影倍率に応じた直径を有する球状体を用いることで容易に対応可能となる。また、各レンズ部３Ａ〜３Ｄと対向する位置には、円筒体４２〜４６が設けられているため、基材２Ａ〜２Ｄからレンズ部３Ａ〜３Ｄが離脱することを防止できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る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ことは言うまでもない。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。

例えば、上記実施形態では、一つの光源装置１が放射状に一様に照明する構成を例示した。しかし、これに限定されるものではなく、回転軸線ＡＸを中心とする径方向に並ぶレンズ部（レンズ組）３Ａ〜３Ｄ毎に光源を設ける構成としてもよい。
具体的には、例えば、図１２に示されるように、上記レンズ組が並ぶ径上にレンズ組の配置に応じて、ＬＥＤやＬＤ等の固体発光素子６１を配列させる構成としてもよい。この構成を採る場合には、照明コンデンサレンズとして機能するレンズアレイからなるレンズ群６２をマスクＭと固体発光素子６１との間に配置する。また、固体発光素子６１を保持する構造体６３としては、熱伝導率の大きい金属を用いることが好ましい。
このような光源を用いることにより、エネルギーロスが少なく効果的なパターン照明及び投影が可能になる。

また、上記実施形態における保持ローラー５５は、基板Ｓの搬送時に被処理面Ｓａ（の感応層）と密着して摩擦により回動するので、その摩擦力で感応層が部分的に剥離する可能性がある。そこで、例えば保持ローラー５５を回転軸線ＡＸ周りに強制的に回転させる回転駆動装置を設け、制御部ＣＯＮＴが基板Ｓの搬送速度と保持ローラー５５の周速度（外周面における速度）とを一致させ、保持ローラー５５と基板Ｓとの間に摩擦力を生じさせない、或いは極めて低減させた状態で基板Ｓを搬送させる構成としてもよい。

また、上記実施形態では、制御部ＣＯＮＴが駆動装置Ｄ１及び搬送系ＴＲの駆動を制御してマスクＭの回転と基板Ｓの搬送とを同期させる構成として説明した。しかし、これに限られるものではなく、例えばマスクＭの回転に係る機構と、基板Ｓの搬送に係る機構とを機械的に連結（例えば輪列機構で連結）し、簡素な構成でマスクＭの回転と基板Ｓの搬送とを同期させる構成としてもよい。

また、上記第２実施形態では、背面エアパッド装置５６から吹き付けられる加圧エアの静圧により基板Ｓを所定位置に保持する構成とした。しかし、これに限定されるものではなく、例えば、供給孔１１から基板Ｓの被処理面Ｓａに向けてエアや水等の流体を噴出させ、背面エアパッド装置５６から吹き出される気体との間で基板Ｓを挟み込むことにより、基板Ｓを保持する構成としてもよい。

また、上記実施形態で示したブラインドＢＬ１、ＢＬ２については、回転軸線ＡＸの延設方向でそれぞれが独立して駆動可能に複数の遮光板に分割する構成としてもよい。
この構成では、光源装置１の照明に分布が生じた場合には、前記分布に応じて回転軸線ＡＸの延設方向に分割された各ブラインドの遮光板の周方向位置を調整することにより、光源装置１の照明むらを補正することが可能になる。
また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬ（レンズ群４Ａ〜４Ｄ）を回転軸線ＡＸ周りの一部に設ける構成としたが、全周に亘って設けてもよいことは言うまでもない。

さらに、各実施形態で説明した投影光学系ＰＬの各レンズ部３Ａ〜３Ｄは、回転軸線ＡＸの延設方向（第１メリジオナル方向）と回転軸線ＡＸ周り方向（第２メリジオナル方向）とで異なる倍率を有するように形成するのが好ましい。しかし、基板Ｓに転写すべきパターンの最少線幅Ｄ、投影光学系ＰＬの物面（マスク面）／像面（被処理面Ｓａ）間の距離Ｌ、マスクＭの半径Ｒ、及び、要求される転写リニアリティ（転写像の線幅の許容誤差範囲）との兼ね合いによっては、第１、第２メリジオナル方向の両方で等倍（１．００）のままであっても良い。

また、各実施形態で説明した投影光学系ＰＬは、図１、図３、図８に示したように、円筒状のマスクＭの上方側（＋Ｚ方向）に配置したが、マスクＭの下方側に配置しても良い。その場合、基板Ｓの被処理面Ｓａは上向きにされて、円筒状の保持ローラー５５の下方部分に巻き付けることになる。
先の図２で説明したように、投影光学系ＰＬと保持ローラー５５との間には、エアベアリング層が形成される。しかし、投影光学系ＰＬをマスクＭの下方側に配置した場合は、そのエアベアリング層を純水等の液体層に変えることも出来る。

１…光源装置（照明部）、 ２、２Ａ〜２Ｄ…基材（素子基板）、 ３…レンズ部（結像光学素子）、 ３Ａ、３Ｂ…レンズ部（結像光学素子、前群レンズ部）、 ３Ｃ、３Ｄ…レンズ部（結像光学素子、後群レンズ部）、 ４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ…レンズ群、 ５５…保持ローラー（基板保持部、当接部）、 ５６…背面エアパッド装置（基板保持部）、 １００…基板処理装置、 Ｍ…マスク、 ＰＬ…投影光学系、 Ｓ…基板、 Ｓａ…被処理面

Claims (15)

1. 可撓性を有する基板の被処理面にマスクのパターンを形成する基板処理装置であって、
   円筒状に形成され円筒面に沿って前記マスクを保持して所定の軸線周りに回転可能なマスク保持部と、
   前記マスク保持部の外周側に配置され、前記基板の被処理面を、前記マスクの円筒面と所定の間隔を保って前記所定の軸線周りに円筒面状に保持する光透過性の円筒状の基板保持部と、
   前記マスクと前記基板との間に配置され、前記マスクのパターンの一部分を前記基板の一部に結像する結像光学素子を、前記軸線の延設方向と前記軸線周りの周方向との各々に複数配列してなり、前記軸線周りの周方向に並ぶ前記結像光学素子の各々を、前記軸線を中心とする径方向に沿って結像光路が形成されるように設けることにより、前記パターンの像を前記基板の被処理面に投影する投影光学系と、
   前記基板の被処理面を前記投影光学系から所定の間隙で保持する為に、前記基板保持部と前記投影光学系との間に気体を供給する気体供給装置と、
   を備える基板処理装置。
2. 前記結像光学素子は、前記軸線を中心とする径方向に異なる半径で積層される複数の円筒状の基材の各々に形成されるレンズ部により構成される
   請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記複数の円筒状の基材の各々に形成される前記レンズ部の光軸は、前記軸線を中心とする径方向に沿って配置される
   請求項２記載の基板処理装置。
4. 前記結像光学素子は、前記マスクのパターンの正立像を前記基板の被処理面に結像する為に、中間結像面に反転像を形成する前群レンズ部と、前記反転像を正立像に再結像する後群レンズ部とで構成される
   請求項２または３に記載の基板処理装置。
5. 前記レンズ部は、前記基材上に前記軸線の方向と前記軸線回りの方向とに所定間隔で配列されるマイクロレンズアレイで構成される、
   請求項２から４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 前記投影光学系は、前記基材上に形成される前記複数のレンズ部の間に設けられ、前記径方向に積層される前記円筒状の基材の各々を、前記径方向に所定量の隙間で配置するスペーサを有する、
   請求項２から４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
7. 前記投影光学系を構成する複数の前記結像光学素子の各々の前記軸線回り方向の投影倍率は、前記軸線から前記マスクのパターンまでの前記径方向の距離をＲ、前記マスクのパターンから前記基板の前記被処理面までの前記径方向の距離をＬとしたとき、（Ｒ＋Ｌ）／Ｒで決まる値に設定される
   請求項１から６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
8. 前記結像光学素子の各々の前記軸線方向の投影倍率を、前記軸線回り方向の投影倍率と異ならせる、
   請求項７記載の基板処理装置。
9. 前記投影光学系を構成する複数の前記結像光学素子の各々の前記軸線方向の投影倍率を１．００に設定したとき、前記結像光学素子の各々の前記軸線回り方向の投影倍率を、前記軸線から前記マスクのパターンまでの半径Ｒと前記軸線から前記基板の前記被処理面までの半径（Ｒ＋Ｌ）の比（Ｒ＋Ｌ）／Ｒだけ大きくする、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
10. 前記マスク保持部の内部から照明光で前記マスクのパターンを照明する照明部と、
    前記マスク保持部の内部に設けられ、前記照明光の照明領域を設定する照明領域設定部と、をさらに備え、
    前記照明領域設定部は、それぞれが独立して前記照明領域を設定可能に、前記軸線方向に分割して設けられる、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の基板処理装置。
11. 前記複数の円筒状の基材の各々は、前記複数のレンズ部の間に形成された孔部を有し、前記気体供給装置は、前記孔部を通して前記基板保持部と前記投影光学系との間に前記気体を供給する、
    請求項２から１０のいずれか一項に記載の基板処理装置。
12. 前記基板保持部は、前記マスク保持部の前記軸線と同軸に配置されて、前記基板の被処理面が円筒面状に巻き付けられる外周面を有し、前記基板の前記軸線回り方向の移動と同期して回転する所定の肉厚の透過性円筒部材で構成される、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。
13. 前記基板の被処理面が巻き付けられる前記透過性円筒部材の外周面には、前記被処理面に対して不活性な被覆層が設けられる、
    請求項１２に記載の基板処理装置。
14. 前記気体供給装置は、前記マスクの円筒面状のパターン面と前記投影光学系との前記径方向の隙間がほぼ一定に保たれるように、前記マスクのパターン面と前記投影光学系との間に前記気体を供給する、
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
15. 前記レンズ部は、前記基材に埋設された球状体で形成される、
    請求項２から５のいずれか一項に記載の基板処理装置。

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