以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されない。以下の実施形態では、1個のデバイスを製造するための各種の処理を、基板に対して連続して施す、所謂、ロール・ツー・ロール(Roll to Roll)方式に用いる露光装置として説明する。
また、以下の説明においては、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の位置関係について説明する。一例として、水平面内の所定方向をX軸方向、水平面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれと直交する方向(すなわち鉛直方向)をZ軸方向とする。
(第1実施形態)
まず、図1から図3を用いて、本実施形態の露光装置の構成について説明する。図1は、第1実施形態に係る処理装置(露光装置)の全体構成を示す模式図である。図2は、図1における照明領域及び投影領域の配置を示す模式図である。図3は、図1の処理装置(露光装置)に適用される投影光学系の構成を示す模式図である。図1に示すように、処理装置11は、露光装置(処理機構)EXと、搬送装置9を含む。露光装置EXは、搬送装置9により基板P(シート、フィルム等)を供給されている。例えば、図示しない供給ロールから引き出された可撓性の基板Pが、順次、n台の処理装置を経て、処理装置11で処理され、搬送装置9により他の処理装置に送出され、基板Pが回収ロールに巻き上げられるデバイス製造システムがある。このように、処理装置11は、デバイス製造システム(フレキシブル・ディスプレー製造ライン)の一部として構成してもよい。
露光装置EXは、いわゆる走査露光装置であり、円筒マスクDMの回転と可撓性の基板Pの送りとを同期駆動させつつ、円筒マスクDMに形成されているパターンの像を、投影倍率が等倍(×1)の投影光学系PL(PL1~PL6)を介して基板Pに投影する。なお、図1に示す露光装置EXは、XYZ直交座標系のY軸を第1ドラム部材21の回転中心線AX1と平行に設定している。同様に、露光装置EXは、XYZ直交座標系のY軸を回転ドラムである第2ドラム部材22の回転中心線AX2と平行に設定している。
図1に示すように、露光装置EXは、マスク保持装置12、照明機構IU、投影光学系PL及び制御装置14を備える。露光装置EXは、マスク保持装置12に保持された円筒マスクDMを回転移動させるとともに、搬送装置9によって基板Pを搬送する。照明機構IUは、マスク保持装置12に保持された円筒マスクDMの一部(照明領域IR)を、照明光束EL1によって均一な明るさで照明する。投影光学系PLは、円筒マスクDM上の照明領域IRにおけるパターンの像を、搬送装置9によって搬送されている基板Pの一部(投影領域PA)に投影する。円筒マスクDMの移動に伴って、照明領域IRに配置される円筒マスクDM上の部位が変化し、また基板Pの移動に伴って、投影領域PAに配置される基板P上の部位が変化する。これにより、円筒マスクDM上の所定のパターン(マスクパターン)の像が基板Pに投影される。制御装置14は、露光装置EXの各部を制御し、各部に処理を実行させる。また、本実施形態において、制御装置14は、搬送装置9を制御する。
なお、制御装置14は、上述したデバイス製造システムの複数の処理装置を統括して制御する上位制御装置の一部又は全部であってもよい。また、制御装置14は、上位制御装置に制御され、上位制御装置とは別の装置であってもよい。制御装置14は、例えば、コンピュータシステムを含む。コンピュータシステムは、例えば、CPU及び各種メモリーやOS、周辺機器等のハードウェアを含む。処理装置11の各部の動作の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータシステムが読み出して実行することによって、各種処理が行われる。コンピュータシステムは、インターネット或いはイントラネットシステムに接続可能な場合、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含む。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置を含む。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリーのように、一定時間プログラムを保持しているものも含む。また、プログラムは、処理装置11の機能の一部を実現するためのものでもよく、処理装置11の機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものでもよい。上位制御装置は、制御装置14と同様に、コンピュータシステムを利用して実現することができる。
図1に示すように、マスク保持装置12は、円筒マスクDMを保持する第1ドラム部材21、第1ドラム部材21を支持するガイドローラー23、制御装置14の制御指令により第1駆動部26が第1ドラム部材21を駆動する駆動ローラー24及び第1ドラム部材21の位置を検出する第1検出器25を備える。
第1ドラム部材21は、所定の軸となる回転中心線AX1(以下、第1中心軸AX1とも呼ぶ)から一定半径で湾曲した曲面を有する円筒部材であって、所定の軸の周りを回転する。第1ドラム部材21は、円筒マスクDM上の照明領域IRが配置される第1面P1を形成する。本実施形態において、第1面P1は、線分(母線)をこの線分に平行な軸(第1中心軸AX1)周りに回転した面(以下、円筒面という)を含む。円筒面は、例えば、円筒の外周面、円柱の外周面等である。第1ドラム部材21は、例えばガラスや石英等で構成され、一定の肉厚を有する円筒状であり、その外周面(円筒面)が第1面P1を形成する。すなわち、本実施形態において、円筒マスクDM上の照明領域IRは、回転中心線AX1から一定の半径r1を持つ円筒面状に湾曲している。このように、第1ドラム部材21は、所定の軸である回転中心線AX1から一定半径で湾曲した曲面を有している。そして、第1ドラム部材21は、駆動ローラー24に駆動されて、所定の軸である回転中心線AX1の周りを回転することができる。
円筒マスクDMは、例えば平坦性の良い短冊状の極薄ガラス板(例えば厚さ100μm~500μm)の一方の面にクロム等の遮光層でパターンを形成した透過型の平面状シートマスクとして作成される。マスク保持装置12は、円筒マスクDMを第1ドラム部材21の外周面の曲面に倣って湾曲させ、この曲面に巻き付けた(貼り付けた)状態で使用される。円筒マスクDMは、パターンが形成されていないパターン非形成領域を有し、パターン非形成領域において第1ドラム部材21に取付けられている。円筒マスクDMは、第1ドラム部材21に対してリリース可能である。
なお、円筒マスクDMを極薄ガラス板で構成し、その円筒マスクDMを透明円筒母材による第1ドラム部材21に巻き付ける代わりに、透明円筒母材による第1ドラム部材21の外周面に直接クロム等の遮光層によるマスクパターンを描画形成して一体化してもよい。この場合も、第1ドラム部材21が円筒マスクDMのパターンの支持部材として機能する。
第1検出器25は、第1ドラム部材21の回転位置を光学的に検出するもので、例えばロータリーエンコーダ等で構成される。第1検出器25は、検出した第1ドラム部材21の回転位置を示す情報、例えば、後述するエンコーダヘッドからの2相信号等を制御装置14に出力する。電動モーター等のアクチュエータ含む第1駆動部26は、制御装置14から入力される制御信号に従って、駆動ローラー24を回転させるためのトルク及び回転速度を調整する。制御装置14は、第1検出器25による検出結果に基づいて第1駆動部26を制御することによって、第1ドラム部材21の回転位置を制御する。そして、制御装置14は、第1ドラム部材21に保持されている円筒マスクDMの回転位置と回転速度の一方又は双方を制御する。
搬送装置9は、駆動ローラーDR4、第1ガイド部材31、基板P上の投影領域PAが配置される第2面P2を形成する第2ドラム部材22、第2ガイド部材33、駆動ローラDR4、DR5、第2検出器35及び第2駆動部36を備える。
本実施形態において、搬送経路の上流から駆動ローラーDR4へ搬送されてきた基板Pは、駆動ローラーDR4を経由して第1ガイド部材31へ搬送される。第1ガイド部材31を経由した基板Pは、半径r2の円筒状又は円柱状の第2ドラム部材22の表面に支持されて、第2ガイド部材33へ搬送される。第2ガイド部材33を経由した基板Pは、搬送経路の下流へ搬送される。なお、第2ドラム部材22の回転中心線AX2と、駆動ローラーDR4、DR5の各回転中心線とは、何れもY軸と平行になるように設定される。
第1ガイド部材31及び第2ガイド部材33は、例えば、基板Pの搬送方向に移動することによって、搬送経路において基板Pに働くテンション等を調整する。また、第1ガイド部材31(及び駆動ローラDR4)と第2ガイド部材33(及び駆動ローラDR5)は、例えば、基板Pの幅方向(Y方向)に移動可能な構成とすることによって、第2ドラム部材22の外周に巻き付く基板PのY方向の位置等を調整することができる。なお、搬送装置9は、投影光学系PLの投影領域PAに沿って基板Pを搬送可能であればよく、搬送装置9の構成は適宜変更可能である。
第2ドラム部材22は、所定の軸となる回転中心線AX2(以下、第2中心軸AX2とも呼ぶ)から一定半径で湾曲した曲面を有する円筒部材であって、所定の軸の周りを回転する回転ドラムである。第2ドラム部材22は、投影光学系PLからの結像光束が投射される基板P上の投影領域PAを含む一部分を円弧状(円筒状)に支持する第2面(支持面)p2を形成する。本実施形態において、第2ドラム部材22は、搬送装置9の一部であるとともに、露光対象の基板Pを支持する支持部材(基板ステージ)を兼ねている。すなわち、第2ドラム部材22は、露光装置EXの一部であってもよい。このように、第2ドラム部材22は、その回転中心線AX2(第2中心軸AX2)の周りに回転可能であり、基板Pは、第2ドラム部材22上の外周面(円筒面)に倣って円筒面状に湾曲し、湾曲した部分の一部に投影領域PAが配置される。
本実施形態において、第2ドラム部材22は、電動モーター等のアクチュエータを含む第2駆動部36から供給されるトルクによって回転する。第2検出器35も、例えばロータリーエンコーダ等で構成され、第2ドラム部材22の回転位置を光学的に検出する。第2検出器35は、検出した第2ドラム部材22の回転位置を示す情報(例えば、後述するエンコーダヘッドEN1、EN2、EN3、EN4、EN5からの2相信号等)を制御装置14に出力する。第2駆動部36は、制御装置14から供給される制御信号に従って、第2ドラム部材22を回転させるトルクを調整する。制御装置14は、第2検出器35による検出結果に基づいて第2駆動部36を制御することによって、第2ドラム部材22の回転位置を制御し、第1ドラム部材21(円筒マスクDM)と第2ドラム部材22とを同期移動(同期回転)させる。なお、第2検出器35の詳細な構成については後述する。
本実施形態の露光装置EXは、所謂、マルチレンズ方式の投影光学系PLを搭載することを想定した露光装置である。投影光学系PLは、円筒マスクDMのパターンにおける一部の像を投影する複数の投影モジュールを備える。例えば、図1では、中心面P3の左側に3つの投影モジュール(投影光学系)PL1、PL3、PL5がY方向に一定間隔で配置され、中心面P3の右側にも3つの投影モジュール(投影光学系)PL2、PL4、PL6がY方向に一定間隔で配置される。
このようなマルチレンズ方式の露光装置EXでは、複数の投影モジュールPL1~PL6によって露光された領域(投影領域PA1~PA6)のY方向の端部を走査によって互いに重ね合わせることによって、所望のパターンの全体像を投影する。このような露光装置EXは、円筒マスクDM上のパターンのY方向サイズが大きくなり、必然的にY方向の幅が大きな基板Pを扱う必要性が生じた場合でも、投影モジュールPAと、投影モジュールPAに対応する照明機構IU側のモジュールとをY方向に増設するだけで良いので、容易にパネルサイズ(基板Pの幅)の大型化に対応できると言った利点がある。
なお、露光装置EXは、マルチレンズ方式でなくてもよい。例えば、基板Pの幅方向の寸法がある程度小さい場合等に、露光装置EXは、1つの投影モジュールによってパターンの全幅の像を基板Pに投影してもよい。また、複数の投影モジュールPL1~PL6は、それぞれ、1個のデバイスに対応するパターンを投影してもよい。すなわち、露光装置EXは、複数個のデバイス用のパターンを、複数の投影モジュールによって並行して投影してもよい。
本実施形態の照明機構IUは、光源装置13及び照明光学系を備える。照明光学系は、複数の投影モジュールPL1~PL6の各々に対応してY軸方向に並んだ複数(例えば6つ)の照明モジュールILを備える。光源装置は、例えば水銀ランプ等のランプ光源、又はレーザーダイオード、発光ダイオード(LED)等の固体光源を含む。光源装置が射出する照明光は、例えばランプ光源から射出される輝線(g線、h線、i線)、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)等の遠紫外光(DUV光)、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)等である。光源装置から射出された照明光は、照度分布が均一化されて、例えば光ファイバー等の導光部材を介して、複数の照明モジュールILに振り分けられる。
複数の照明モジュールILのそれぞれは、レンズ等の複数の光学部材を含む。本実施形態において、光源装置から出射して複数の照明モジュールILのいずれかを通る光を照明光束EL1と称する。複数の照明モジュールILのそれぞれは、例えばインテグレータ光学系、ロッドレンズ、フライアイレンズ等を含み、均一な照度分布の照明光束EL1によって照明領域IRを照明する。本実施形態において、複数の照明モジュールILは、円筒マスクDMの内側に配置されている。複数の照明モジュールILのそれぞれは、円筒マスクDMの内側から円筒マスクDMの外周面に形成されたマスクパターンの各照明領域IRを照明する。
図2は、本実施形態における照明領域IR及び投影領域PAの配置を示す図である。なお、図2には、第1ドラム部材21に配置された円筒マスクDM上の照明領域IRを-Z側から見た平面図(図2中の左側の図)と、第2ドラム部材22に配置された基板P上の投影領域PAを+Z側から見た平面図(図2中の右側の図)とが図示されている。図2中の符号Xsは、第1ドラム部材21又は第2ドラム部材22の回転方向(移動方向)を示す。
複数の照明モジュールILは、それぞれ、円筒マスクDM上の第1から第6照明領域IR1~IR6を照明する。例えば、第1照明モジュールILは、第1照明領域IR1を照明し、第2照明モジュールILは第2照明領域IR2を照明する。
第1照明領域IR1は、Y方向に細長い台形状の領域として説明するが、投影光学系(投影モジュール)PLのように、中間像面を形成する構成の投影光学系の場合は、その中間像の位置に台形開口を有する視野絞り板を配置できる為、その台形開口を包含する長方形の領域としても良い。第3照明領域IR3及び第5照明領域IR5は、それぞれ、第1照明領域IR1と同様の形状の領域であり、Y軸方向に一定間隔を空けて配置されている。また、第2照明領域IR2は、中心面P3に関して第1照明領域IR1と対称的な台形状(又は長方形)の領域である。第4照明領域IR4及び第6照明領域IR6は、それぞれ、第2照明領域IR2と同様の形状の領域であり、Y軸方向に一定間隔を空けて配置されている。
図2に示すように、第1から第6照明領域IR1~IR6のそれぞれは、第1面P1の周方向に沿って見た場合に、隣り合う台形状の照明領域の斜辺部の三角部が重なるように(オーバーラップするように)配置されている。そのため、例えば、第1ドラム部材21の回転によって第1照明領域IR1を通過する円筒マスクDM上の第1領域A1は、第1ドラム部材21の回転によって第2照明領域IR2を通過する円筒マスクDM上の第2領域A2と一部重複する。
本実施形態において、円筒マスクDMは、パターンが形成されているパターン形成領域A3と、パターンが形成されていないパターン非形成領域A4とを含む。そのパターン非形成領域A4は、パターン形成領域A3を枠状に囲むように配置されており、照明光束EL1を遮光する特性を有する。円筒マスクDMのパターン形成領域A3は、第1ドラム部材21の回転に伴って移動方向Xsに移動し、パターン形成領域A3のうちのY軸方向の各部分領域は、第1から第6照明領域IR1~IR6のいずれかを通過する。換言すると、第1から第6照明領域IR1~IR6は、パターン形成領域A3のY軸方向の全幅をカバーするように、配置されている。
図1に示すように、Y軸方向に並ぶ複数の投影モジュールPL1~PL6のそれぞれは、第1から第6照明モジュールILのそれぞれと1対1で対応しており、対応する照明モジュールによって照明される照明領域IR内に現れる円筒マスクDMの部分的なパターンの像を、基板P上の各投影領域PAに投影する。
例えば、第1投影モジュールPL1は、第1照明モジュールILに対応し、第1照明モジュールILによって照明される第1照明領域IR1(図2参照)における円筒マスクDMのパターンの像を、基板P上の第1投影領域PA1に投影する。第3投影モジュールPL3、第5投影モジュールPL5は、それぞれ、第3~第5照明モジュールILと対応している。第3投影モジュールPL3及び第5投影モジュールPL5は、Y軸方向から見ると、第1投影モジュールPL1と重なる位置に配置されている。
また、第2投影モジュールPL2は、第2照明モジュールILに対応し、第2照明モジュールILによって照明される第2照明領域IR2(図2参照)における円筒マスクDMのパターンの像を、基板P上の第2投影領域PA2に投影する。第2投影モジュールPL2は、Y軸方向から見ると、第1投影モジュールPL1に対して中心面P3を挟んで対称的な位置に配置されている。
第4投影モジュールPL4、第6投影モジュールPL6は、それぞれ、第4、第6照明モジュールILと対応して配置され、第4投影モジュールPL4及び第6投影モジュールPL6は、Y軸方向から見て、第2投影モジュールPL2と重なる位置に配置されている。
なお、本実施形態において、照明機構IUの各照明モジュールILから円筒マスクDM上の各照明領域IR1~IR6に達する光を照明光束EL1とする。また、各照明領域IR1~IR6中に現れる円筒マスクDMの部分パターンに応じた強度分布変調を受けて各投影モジュールPL1~PL6に入射して各投影領域PA1~PA6に達する光を、結像光束EL2とする。そして、各投影領域PA1~PA6に達する結像光束EL2のうち、投影領域PA1~PA6の各中心点を通る主光線は、図1に示すように、第2ドラム部材22の第2中心軸AX2からみて、中心面P3を挟んで周方向で角度θの位置(特定位置)にそれぞれ配置される。
図2に示すように、第1照明領域IR1におけるパターンの像は第1投影領域PA1に投影され、第3照明領域IR3におけるパターンの像は、第3投影領域PA3に投影され、第5照明領域IR5におけるパターンの像は、第5投影領域PA5に投影される。本実施形態において、第1投影領域PA1、第3投影領域PA3及び第5投影領域PA5は、Y軸方向に一列に並ぶように配置される。
また、第2照明領域IR2におけるパターンの像は、第2投影領域PA2に投影される。本実施形態において、第2投影領域PA2は、Y軸方向から見て、中心面P3に関して第1投影領域PA1と対称的に配置される。また、第4照明領域IR4におけるパターンの像は、第4投影領域PA4に投影され、第6照明領域IR6におけるパターンの像は、第6投影領域PA6に投影される。本実施形態において、第2投影領域PA2、第4投影領域PA4及び第6投影領域PA6は、Y軸方向に一列に並ぶように配置される。
第1から第6投影領域PA1~PA6のそれぞれは、第2面p2の周方向に沿って見た場合に、第2中心軸AX2に平行な方向において隣り合う投影領域(奇数番目と偶数番目)同士の端部(台形の三角部分)が重なるように配置されている。そのため、例えば、第2ドラム部材22の回転によって第1投影領域PA1を通過する基板P上の第3領域A5は、第2ドラム部材22の回転によって第2投影領域PA2を通過する基板P上の第4領域A6と一部重複する。第1投影領域PA1と第2投影領域PA2は、第3領域A5と第4領域A6が重複する領域での露光量が、重複しない領域の露光量と実質的に同じになるように、それぞれの形状等が設定されている。このように、第1~第6投影領域PA1~PA6は、基板P上に露光される露光領域A7のY方向の全幅をカバーするように、配置されている。
次に、本実施形態の投影光学系PLの詳細構成について図3を参照して説明する。なお、本実施形態において、第2投影モジュールPL2~第5投影モジュールPL5のそれぞれは、第1投影モジュールPL1と同様の構成である。このため、投影光学系PLを代表して、第1投影モジュールPL1の構成について説明し、第2投影モジュールPL2~第5投影モジュールPL5のそれぞれの説明は省略する。
図3に示す第1投影モジュールPL1は、第1照明領域IR1に配置された円筒マスクDMのパターンの像を中間像面P7に結像する第1光学系41と、第1光学系41が形成した中間像の少なくとも一部を基板Pの第1投影領域PA1に再結像する第2光学系42と、中間像が形成される中間像面P7に配置された第1視野絞り43とを備える。
また、第1投影モジュールPL1は、フォーカス補正光学部材44、像シフト補正光学部材45、ローテーション補正機構46及び倍率補正用光学部材47を備えている。フォーカス補正光学部材44は、基板P上に形成されるマスクのパターン像(以下、投影像という)のフォーカス状態を微調整するフォーカス調整装置である。また、補正光学部材45は、投影像を像面内で微少に横シフトさせるシフト調整装置である。倍率補正用光学部材47は、投影像の倍率を微少補正するシフト調整装置である。ローテーション補正機構46は、投影像を像面内で微少回転させるシフト調整装置である。
円筒マスクDMのパターンからの結像光束EL2は、第1照明領域IR1から法線方向(D1)に出射し、フォーカス補正光学部材44を通って像シフト補正光学部材45に入射する。像シフト補正光学部材45を透過した結像光束EL2は、第1光学系41の要素である第1偏向部材50の第1反射面(平面鏡)p4で反射され、第1レンズ群51を通って第1凹面鏡52で反射され、再び第1レンズ群51を通って第1偏向部材50の第2反射面(平面鏡)p5で反射されて、第1視野絞り43に入射する。第1視野絞り43を通った結像光束EL2は、第2光学系42の要素である第2偏向部材57の第3反射面(平面鏡)p8で反射され、第2レンズ群58を通って第2凹面鏡59で反射され、再び第2レンズ群58を通って第2偏向部材57の第4反射面(平面鏡)p9で反射されて、倍率補正用光学部材47に入射する。倍率補正用光学部材47から出射した結像光束EL2は、基板P上の第1投影領域PA1に入射し、第1照明領域IR1内に現れるパターンの像が第1投影領域PA1に等倍(×1)で投影される。
図1に示す円筒マスクDMの半径を半径r1とし、第2ドラム部材22に巻き付いた基板Pの円筒状の表面の半径を半径r2として、半径r1と半径r2とを等しくした場合、各投影モジュールPL1~PL6のマスク側における結像光束EL2の主光線は、円筒マスクDMの中心軸線AX1を通るように傾けられるが、その傾き角は、基板側における結像光束EL2の主光線の傾き角θ(中心面P3に対して±θ)と同じになる。
第2偏向部材57の第3反射面p8が第2光軸AX4となす角度θ3は、第1偏向部材50の第2反射面p5が第1光軸AX3となす角度θ2と実質的に同じである。また、第2偏向部材57の第4反射面p9が第2光軸AX4となす角度θ4は、第1偏向部材50の第1反射面p4が第1光軸AX3となす角度θ1と実質的に同じである。上述した傾き角θを与えるため、図3に示した第1偏向部材50の第1反射面p4の光軸AX3に対する角度θ1を45°よりもΔθ1だけ小さくし、第2偏向部材57の第4反射面p9の光軸AX4に対する角度θ4を45°よりもΔθ4だけ小さくする。Δθ1とΔθ4は、図1中に示した角度θに対して、Δθ1=Δθ4=θ/2の関係に設定される。
図4は、図1の処理装置(露光装置)に適用される回転ドラムの斜視図である。図5は、図1の処理装置(露光装置)に適用される検出プローブと読み取り装置との関係を説明するための斜視図である。図6は、第1実施形態に係るスケール円盤SDを回転中心線AX2方向にみた、読み取り装置の位置を説明するための説明図である。なお、図4においては、便宜上、第2から第4投影領域PA2~PA4のみを図示し、第1、第5、第6投影領域PA1、PA5、PA6の図示を省略している。
図1に示す第2検出器35は、第2ドラム部材22の回転位置を光学的に検出するものであって、高真円度のスケール円盤(スケール部材)SDと、読み取り装置であるエンコーダヘッドEN1、EN2、EN3、EN4、EN5を含む。
スケール円盤SDは、第2ドラム部材22の端部に回転軸STと直交するように固定されている。このため、スケール円盤SDは、回転中心線AX2回りに回転軸STと共に一体的に回転する。スケール円盤SDの外周面には、スケール部GPが刻設されている。スケール部GPは、第2ドラム部材22が回転する周方向に沿って、例えば20μmピッチで格子状の目盛が環状に配列され、かつ第2ドラム部材22とともに回転軸ST(第2中心軸AX2)の周囲を回転する。エンコーダヘッドEN1、EN2、EN3、EN4、EN5は、回転軸ST(第2中心軸AX2)からみてスケール部GPの周囲に配置されている。エンコーダヘッドEN1、EN2、EN3、EN4、EN5は、スケール部GPと対向配置され、スケール部GPにレーザビーム(1mm程度の径)を投射し、格子状の目盛からの反射回折光を光電検出することにより、例えば、0.1μm程度の分解能でスケール部GPの周方向の位置変化を非接触で読み取ることができる。また、エンコーダヘッドEN1、EN2、EN3、EN4、EN5は、第2ドラム部材22の周方向の異なる位置に配置されている。
エンコーダヘッドEN1、EN2、EN3、EN4、EN5は、スケール部GPの接線方向(XZ面内)の変位の変動に対して計測感度(検出感度)を有する読み取り装置である。図4に示すように、エンコーダヘッドEN1、EN2、EN3、EN4、EN5の設置方位(回転中心線AX2を中心としたXZ面内での角度方向)を設置方位線Le1、Le2、Le3、Le4、Le5で表す場合、図6に示すように、設置方位線Le1、Le2が、中心面P3に対して角度±θ°になるように、エンコーダヘッドEN1、EN2が配置される。なお、本実施形態では、角度θは15°とする。また、各設置方位線Le1~Le5は、各エンコーダヘッドEN1~EN5から投射されるレーザビーム(1mm程度の径)のスケール部GP上での投射位置を通るものとする。
図3に示す投影モジュールPL1~PL6は、基板Pを被処理物体とし、基板Pに光を照射する照射処理を施す露光装置EXの処理部である。露光装置EXは、基板Pに対して2つの結像光束EL2の主光線が基板Pに入射する。投影モジュールPL1、PL3、PL5が第1処理部となり、投影モジュールPL2、PL4、PL6が第2処理部となり、基板Pに対して2つの結像光束EL2の主光線が基板Pに入射するそれぞれの位置が基板Pに光を照射する照射処理を施す特定位置となる。特定位置は、第2ドラム部材22の第2中心軸AX2からみて、第2ドラム部材22上の曲面の基板Pにおける、中心面P3を挟んで周方向で角度±θの位置である。エンコーダヘッドEN1の設置方位線Le1は、奇数番目の投影モジュールPL1、PL3、PL5の各投影領域(投影視野)PA1、PA3、PA5の中心点を通る主光線の中心面P3に対する傾き角θと一致し、ヘッドEN2の設置方位線Le2は、偶数番目の投影モジュールPL2、PL4、PL6の各投影領域(投影視野)PA2、PA4、PA6の中心点を通る主光線の中心面P3に対する傾き角θと一致している。このため、エンコーダヘッドEN1、EN2は、特定位置と第2中心軸AX2とを結ぶ方向に位置するスケール部GPを読み取る読み取り装置となる。
図6に示すように、エンコーダヘッドEN4は、基板Pの送り方向の上流側、つまり露光位置(投影領域)の手前に配置されており、基板Pの送り方向の上流側に向かってエンコーダヘッドEN1の設置方位線Le1を回転中心線AX2の軸回りに、ほぼ90°回転した設置方位線Le4上に設定される。また、エンコーダヘッドEN5は、基板Pの送り方向の上流側に向かってエンコーダヘッドEN2の設置方位線Le2を回転中心線AX2の軸回りにほぼ90°回転した設置方位線Le5上に設定される。
以上のことから、例えば、エンコーダヘッドEN4によるスケール部GPの計測方向は、設置方位線Le1と平行な方向、即ち、奇数番の投影モジュールPL1、PL3、PL5からの結像光束EL2主光線の方向であり、それは投影モジュールPL1、PL3、PL5の最良結像面に対する基板Pのフォーカス方向の変動でもある。従って、エンコーダヘッドEN4の計測読み値には、回転中心軸AX2(第2ドラム部材22)の軸ぶれや偏心、ガタ等により、スケール円盤SDが全体的に設置方位線Le1と平行な方向に微動する成分が含まれる。その微動成分の量は、主に機械的な加工精度や組立精度に起因するものであり、±数μm~十数μm程度と見積もられる。そこで設置方位線Le1と平行な方向のスケール円盤SD(第2ドラム部材22)の微動成分を±10%の誤差範囲で、エンコーダヘッドEN4によって計測させると仮定すると、エンコーダヘッドEN4の設置方位線Le4と設置方位線Le1とが成す角度は、角度γの範囲を0°≦γ≦5.8°として、90°±γの範囲に設定すれば良い。すなわち、本実施形態において、ほぼ90°とは、84.2°~95.8°の範囲を意味する。この範囲に設定することで、スケール部GPを読み取るエンコーダヘッドEN4、EN5が配置される設置方位線Le4、Le5の方向が、XZ面内かつ回転中心線AX2からみたときに、基板Pに対して結像光束EL2の主光線が基板Pの特定位置に入射する方向とほぼ直交する範囲になる。
このため、回転軸STを支持する軸受(ベアリング)の僅かなガタ(2μm~3μm程度)によって第2ドラム部材22がZ方向にシフトした場合でも、このシフトによって投影領域PA1~PA6内で発生し得る結像光束EL2に沿う方向に関する位置誤差(フォーカス変動)を、エンコーダヘッドEN1、EN2によって高精度に計測することが可能となる。
また、エンコーダヘッドEN3は、エンコーダヘッドEN2の設置方位線Le2を回転中心線AX2の軸回りにほぼ120°回転し、かつエンコーダヘッドEN4の設置方位線Le4を回転中心線AX2の軸回りにほぼ120°回転した設置方位線Le3上に設定される。ここでも、ほぼ120°とは、角度γを0°≦γ≦5.8°の範囲として、120°±γを意味する。
スケール部材であるスケール円盤SDは、低熱膨張の金属、ガラス、セラミックス等を母材とし、計測分解能を高めるために、なるべく大きな直径(例えば直径20cm以上)になるように作られる。図4では、第2ドラム部材22の直径に対してスケール円盤SDの直径は小さく図示されているが、第2ドラム部材22の外周面のうち、基板Pが巻き付けられる外周面の直径と、スケール円盤SDのスケール部GPの直径とを揃える(ほぼ一致させる)ことで、所謂、計測アッベ誤差をさらに小さくすることができる。さらに厳密に言えば、第2ドラム部材22の外周面の半径と基板Pの厚さ(例えば、100μm)との和が、スケール円盤SDのスケール部GPの半径と一致するように設定するのが良い。
スケール部GPの周方向に刻設される目盛(格子)の最小ピッチは、スケール円盤SDを加工する目盛刻線装置等の性能によって制限されている。このため、スケール円盤SDの直径を大きくすれば、それに応じて最小ピッチに対応した角度計測分解能も高めることが出来る。
スケール部GPを読み取るエンコーダヘッドEN1、EN2が配置される設置方位線Le1、Le2の方向を、回転中心線AX2からみたときに、基板Pに対して結像光束EL2の主光線が基板Pに入射する方向と同一にすることにより、例えば、回転軸STを支持する軸受(ベアリング)の僅かなガタ(2μm~3μm程度)によって第2ドラム部材22がX方向にシフトした場合でも、このシフトによって投影領域PA1~PA6内で発生し得る基板Pの送り方向(Xs)に関する位置誤差を、エンコーダヘッドEN1、EN2によって高精度に計測することが可能となる。
図5に示すように、第2ドラム部材22の曲面に支持される基板Pの一部分に、図1に示す投影光学系PLにより投影されたマスクパターンの一部分の像と基板Pとを相対的に位置合せ(アライメント)する為に、基板Pに予め形成されたアライメントマーク等を検出するアライメント顕微鏡AMG1、AMG2が設けられている。アライメント顕微鏡AMG1、AMG2は、基板P上に離散又は連続して形成された特定パターンを検出する為の検出プローブと、この検出プローブによる検出領域が、上述した特定位置よりも基板Pの送り方向の後方側(上流側)に設定されるように、第2ドラム部材22の周囲に配置されるパターン検出装置である。
図5に示すように、アライメント顕微鏡AMG1、AMG2は、Y軸方向(基板Pの幅方向)に一列に並んだ複数(例えば4つ)の検出プローブを有している。アライメント顕微鏡AMG1、AMG2は、第2ドラム部材22のY軸方向の両側端の検出プローブで、基板Pの両端付近に形成されたアライメントマークを常時観察または検出することができる。そして、アライメント顕微鏡AMG1、AMG2は、第2ドラム部材22のY軸方向(基板Pの幅方向)の両側端以外の検出プローブで、例えば、基板P上に長尺方向に沿って複数形成される表示パネルのパターン形成領域の間の余白部等に形成されるアライメントマークを観察または検出することができる。
図5及び図6に示すように、XZ面内かつ回転中心線AX2からみたときに、アライメント顕微鏡AMG1による基板Pの観察方向AM1(第2中心軸AX2に向かう)の検出中心と同一方向となるように、スケール部GPの径方向に設定される設置方位線Le4上に、エンコーダヘッドEN4が配置されている。また、XZ面内かつ回転中心線AX2からみたときに、アライメント顕微鏡AMG2による基板Pの観察方向AM2(回転中心線AX2に向かう)の検出中心と同一方向となるように、スケール部GPの径方向に設定される設置方位線Le5上の各々に、エンコーダヘッドEN5が配置されている。このように、アライメント顕微鏡AMG1、AMG2の検出プローブが第2中心軸AX2からみて第2ドラム部材22の周囲に配置され、エンコーダヘッドEN4、EN5が配置された位置と第2中心軸AX2とを結ぶ方向(設置方位線Le4、Le5)が、第2中心軸AX2とアライメント顕微鏡AMG1、AMG2の検出領域とを結ぶ方向と一致するよう配置されている。なお、アライメント顕微鏡AMG1、AMG2及びエンコーダヘッドEN4、EN5が配置される回転中心線AX2周り方向の位置は、基板Pが第2ドラム部材22に接触し始めるシート進入領域IAと、第2ドラム部材22から基板Pが外れるシート離脱領域OAとの間に設定される。
アライメント顕微鏡AMG1、AMG2は、露光位置(投影領域PA)の手前に配置されており、基板PのY方向の端部付近に形成されたアライメントマーク(数十μm~数百μm角内の領域に形成)を、基板Pが所定速度で送られている状態で、撮像素子等により高速に画像検出するものであり、顕微鏡視野(撮像範囲)でマークの像を高速にサンプリングする。そのサンプリングが行なわれた瞬間に、エンコーダヘッドEN4(又はEN5)によって逐次計測されるスケール円盤SDの回転角度位置を記憶することにより、基板P上のマーク位置と第2ドラム部材22の回転角度位置との対応関係が求められる。
アライメント顕微鏡AMG1で検出したマークを、アライメント顕微鏡AMG2で検出したときに、エンコーダヘッドEN4によって計測されて記憶された角度位置とエンコーダヘッドEN5によって計測されて記憶された角度位置との差分値を、予め精密に較正されている2つのアライメント顕微鏡AMG1、AMG2の設置方位線Le4、Le5の開き角に対応した基準値と比較する。その結果、差分値と基準値に差が生じている場合は、シート進入領域IAとシート離脱領域OAとの間で、基板Pが第2ドラム部材22上で僅かに滑っている、または送り方向(周方向)に伸縮している可能性がある。
一般に、パターニング時の位置誤差は、基板P上に形成されるデバイスパターンの微細度や重ね合せ精度に応じて決まるが、例えば、下地のパターン層に対して10μm幅の線条パターンを正確に重ね合せ露光するためには、その数分の一以下の誤差、即ち、基板P上の寸法に換算して、±2μm程度の位置誤差しか許されないことになる。
このような高精度な計測を実現する為には、各アライメント顕微鏡AMG1、AMG2によるマーク画像の計測方向(XZ面内における第2ドラム部材22の外周接線方向)と、各エンコーダヘッドEN4、EN5の計測方向(XZ面内でのスケール部GPの外周接線方向)とを、許容角度誤差内で揃えておく必要がある。
以上のように、アライメント顕微鏡AMG1、AMG2による基板P上のアライメントマークの計測方向(第2ドラム部材22の円周面の接線方向)と一致するように、エンコーダヘッドEN4、EN5を配置している。このため、アライメント顕微鏡AMG1、AMG2による基板P(マーク)の位置検出時(画像サンプリング時)に、第2ドラム部材22(スケール円盤SD)が、XZ面内において設置方位線Le4やLe5と直交した周方向(接線方向)にシフトした場合でも、第2ドラム部材22のシフトを加味した高精度な位置計測が可能となる。
第2中心軸AX2からみてスケール円盤SDのスケール部GPの周囲の5ヶ所に、エンコーダヘッドEN1~EN5が配置されているので、このうちの適当な2つ又は3つのエンコーダヘッドによる計測値の出力を組み合わせて演算処理することにより、スケール円盤SDのスケール部GPの真円度(形状歪み)、偏心誤差等を求めることも可能となる。以下に、2つ又は3つのエンコーダヘッドによる計測値の出力を組み合わせて、回転ドラム(第2ドラム部材22)のXZ面内の特定方向の位置ずれを演算処理によって求める場合について、図7、図8及び図9を用いて説明する。
<第1演算処理例>
図7は、第1実施形態に係るスケール円盤SDを回転中心線AX2方向に視て、回転ドラム(第2ドラム部材22)の位置ずれを説明する説明図である。図8は、第1実施形態に係るスケール円盤SDを回転中心線AX2方向に視て、回転ドラムの位置ずれを演算する一例を説明する説明図である。図9は、第1実施形態に係る処理装置(露光装置)の処理を補正する手順の一例を示すフローチャートである。
図7に示すように、例えば回転軸STを支持する軸受(ベアリング)の僅かなガタによって第2ドラム部材22がスケール円盤SDとともにシフトし、スケール円盤SDが点線で示した位置から図7の実線で示した位置にシフトしている。第2ドラム部材22の回転軸STの位置AX2’は、回転中心線AX2(第2中心軸AX2)から移動している。例えば、エンコーダヘッドEN1は、スケール円盤SDがシフトする前において特定位置と第2中心軸AX2とを結ぶ方向に位置するスケール部GPの位置PX1を読み取る。スケール円盤SDが点線で示した位置から図7の実線で示した位置にシフトすると、図8に示すように、スケール部GPの位置PX1は、スケール部GPの位置TX1に移動する。
そして、スケール円盤SDがシフトした後、エンコーダヘッドEN1は、上述した特定位置と第2中心軸AX2とを結ぶ方向に位置する、スケール部GPの位置QX1を読み取ることになる。このため、XZ平面において、第2ドラム部材22の回転中心線AX2とスケール部GPの位置QX1とを結ぶ方向に変位する変位成分Δqx1が生じる。回転中心線AX2(第2中心軸AX2)から、第2ドラム部材22の回転軸STの位置AX2’に移動するときの変位が、第2ドラム部材22の回転中心線AX2とスケール部GPの位置QX1とを結ぶ方向とのなす角を変位角αとした場合、変位成分Δqx1は、回転中心線AX2(第2中心軸AX2)から、第2ドラム部材22の回転軸STの位置AX2’に移動するときの変位に対して、cosαを乗じた変位となる。
例えば、第1読み取り装置をエンコーダヘッドEN4、第2読み取り装置をエンコーダヘッドEN1とする場合、図9に示すように、露光装置EXの制御装置14は、エンコーダヘッドEN4、エンコーダヘッドEN1で、回転位置計測をさせ(ステップS11)、エンコーダヘッドEN4、エンコーダヘッドEN1の計測値の出力(スケール部GPの読み取り出力)を記憶する。
エンコーダヘッドEN4、エンコーダヘッドEN1は、スケール部GPの接線方向(XZ面内)の変位の変動を計測することができる。図7に示すエンコーダヘッドEN4は、スケール円盤SDが点線で示した位置から図7の実線で示した位置にシフトしているので、エンコーダヘッドEN4は、スケール部GPの位置PX4ではなくスケール部GPの位置QX4を読み取る。このため、スケール部GPの位置PX4における接線方向veq4とスケール部GPの位置QX4における接線方向veq4がなす角も、上述した角度αの変位角を生じる。その結果、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4が読み取る周速に変化が生じる。
例えば、エンコーダヘッドEN1が読み取る周速と、エンコーダヘッドEN4が読み取る周速とに差がない場合、図9に示すように、制御装置14は、周速変化なし(ステップS12、No)として、回転位置計測のステップS11を継続する。エンコーダヘッドEN1が読み取る周速と、エンコーダヘッドEN4が読み取る周速とに差がある場合、周速変化あり(ステップS12、Yes)として、処理をステップS13に進める。
露光装置EXの制御装置14は、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4が読み取り出力に基づき、補正値を演算する(ステップS13)。エンコーダヘッドEN4が配置される設置方位線Le4の方向が、XZ面内かつ回転中心線AX2からみたときに、基板Pに対して結像光束EL2の主光線が基板Pの特定位置に入射する方向とほぼ直交になる。このため、エンコーダヘッドEN4の読み取り出力の変化が、奇数番の投影モジュールPL1、PL3、PL5の各々から投射される結像光束EL2の主光線に沿った方向の変化と一定の関係性をもつことになる。
例えば、制御装置14は、エンコーダヘッドEN4の読み取り出力の変化を上述した変位角αと対応付けたデータベースを記憶部に記憶しておく。そして、制御装置14は、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4の読み取り出力の入力を、制御装置14の記憶部に記憶された上記データベースに与え、変位角αを演算する。制御装置14は、演算した変位角αから変位成分Δqx1を演算し、変位成分Δqx1に応じて投影像のフォーカス状態を補正する補正値を演算する。このため、本実施形態の露光装置EXは、演算負荷を抑制しつつ、精度よく第2ドラム部材2(円筒部材)の位置を捉えて、第2ドラム部材2の曲面にある被処理物体、つまり基板Pに処理を施すことができる。
ステップS13において演算した補正値に応じて、露光装置EXの制御装置14は、補正処理を行う(ステップS14)。例えば、露光装置EXの制御装置14は、フォーカス調整装置として、図3に示したフォーカス補正光学部材44を動作させ、奇数番の投影モジュールPL1、PL3、PL5によって基板P上に形成される投影像のフォーカス状態を微調整する。このため、露光装置EXは、基板Pに対して高精度な露光処理が可能になる。
また同様にして、第1読み取り装置をエンコーダヘッドEN5、第2読み取り装置をエンコーダヘッドEN2とする場合、図9に示すように、露光装置EXの制御装置14は、エンコーダヘッドEN5、エンコーダヘッドEN2で、回転位置計測をさせ(ステップS11)、エンコーダヘッドEN5、エンコーダヘッドEN2の計測値の出力(スケール部GPの読み取り出力)を記憶する。
例えば、エンコーダヘッドEN2は、スケール円盤SDがシフトする前において特定位置と第2中心軸AX2とを結ぶ方向に位置するスケール部GPの位置PX2を読み取る。そして、スケール円盤SDがシフトした後、エンコーダヘッドEN2は、上述した特定位置と第2中心軸AX2とを結ぶ方向に位置する、スケール部GPの位置QX2を読み取ることになる。スケール部GPの位置PX2とケール部GPの位置QX2とは、設置方位線Le2と平行であって、偶数番の投影モジュールPL2、PL4、PL6の各々から投射される結像光束EL2に沿う方向の位置が、図7に示すように、ほぼ同じ位置となる。
図7に示すように、スケール円盤SDが点線で示した位置から図7の実線で示した位置にシフトしているので、エンコーダヘッドEN5は、スケール部GPの位置PX5ではなくスケール部GPの位置QX5を読み取る。しかし、スケール部GPの位置PX5における接線方向veq5と、スケール部GPの位置PX5における接線方向veq5’はほぼ平行である。その結果、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4が読み取る周速に変化が生じない。制御装置14は、周速変化なし(ステップS12、No)として、回転位置計測のステップS11を継続する。
以上のように、2つのエンコーダヘッドをスケール部GPの周囲にほぼ90°の間隔で配置すると、XZ面内におけるスケール円盤SD(スケール部GP)の2次元的な微動を計測することができる。図7の場合、その2次元的な微動は、例えば、エンコーダヘッドEN2の設置方位線Le2が延びる方向(概ねZ方向)と、エンコーダヘッドEN5の設置方位線Le5が延びる方向(概ねX方向)との2方向である。その為、回転ドラム(第2ドラム部材22)が設置方位線Le5の延びる方向に偏心した場合、その偏心によるスケール円盤SD(スケール部GP)の微動成分は、エンコーダヘッドEN2によって計測できる。
しかしながら、エンコーダヘッドEN2は、設置方位線Le2の位置で、スケール円盤SDの回転によるスケール部GPの周方向の位置変位も計測する為、エンコーダヘッドEN2単独の計測読み値からは、スケール円盤SDの偏心による微動成分と回転による位置変位成分とを上手く弁別できないことがある。そのような場合は、さらにエンコーダヘッドを増やして、スケール部GPの偏心による微動成分と回転による位置変位成分とを厳密に弁別して計測する手法もある。その手法については後述する。
以上説明したように、露光装置EXは、円筒部材である第2ドラム部材22と、スケール部GPと、露光装置EXの処理部である投影モジュールPL1~PL6と、スケール部GPを読み取る第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4、EN5と、スケール部GPを読み取る第2読み取り装置であるエンコーダヘッドEN1、EN2と、を備える。
第2ドラム部材22は、所定の軸である第2中心軸AX2から一定半径で湾曲した曲面を有し、かつ第2中心軸AX2周りを回転する。スケール部GPは、第2ドラム部材22が回転する周方向に沿って環状に配列され、かつ第2ドラム部材22とともに第2中心軸AX2の周囲を回転する。露光装置EXの処理部である投影モジュールPL1~PL6は、第2中心軸AX2からみて第2ドラム部材22の周囲に配置され、第2ドラム部材22の周方向のうち特定位置の曲面にある基板P(被処理物体)に対して2つの結像光束EL2の主光線を照射する照射処理を施す。そして、エンコーダヘッドEN4、EN5は、第2中心軸AX2からみてスケール部GPの周囲に配置され、かつ第2中心軸AX2を中心に、前述した特定位置を第2中心軸AX2回りにほぼ90度回転した位置に配置され、スケール部GPを読み取る。エンコーダヘッドEN1、EN2は、前述した特定位置のスケール部GPを読み取る。そして、露光装置EXは、処理部である投影モジュールPL1~PL6が第2ドラム部材22の第2中心軸AX2が移動する第2中心軸AX2に直交する方向に移動するときの変位を、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4、EN5の読み取り出力で補正した処理を施している。このため、本実施形態の露光装置EXは、演算負荷を抑制しつつ、精度よく第2ドラム部材2(円筒部材)の位置を捉えて、第2ドラム部材2の曲面にある被処理物体、つまり基板Pに処理を施すことができる。
<第2演算処理例>
図10は、第1実施形態に係る処理装置(露光装置)の処理を補正する手順の他の例を示すフローチャートである。例えば、第1読み取り装置をエンコーダヘッドEN4、第2読み取り装置をエンコーダヘッドEN1、第3読み取り装置をエンコーダヘッドEN3とする場合、図9に示すように、露光装置EXの制御装置14は、エンコーダヘッドEN4、エンコーダヘッドEN1、エンコーダヘッドEN3で、回転位置計測をさせ(ステップS21)、エンコーダヘッドEN4、エンコーダヘッドEN1、エンコーダヘッドEN3の計測値の出力(スケール部GPの読み取り出力)を、適当な時間間隔(例えば、数m秒)毎に同時に記憶する。
エンコーダヘッドEN4、エンコーダヘッドEN1、エンコーダヘッドEN3は、スケール部GPの接線方向(XZ面内)の変位の変動を計測することができる。制御装置14は、エンコーダヘッドEN4、エンコーダヘッドEN1、エンコーダヘッドEN3の読み取り出力(記憶値)に基づき、第2ドラム部材22の回転軸STが回転中心線AX2(第2中心軸AX2)からの移動する相対位置、例えば、図7に示す第2ドラム部材22の回転軸STの位置AX2’を演算する(ステップS22)。回転中心線AX2と第2ドラム部材22の回転軸STの位置AX2’との間に、例えば所定の閾値を超える距離の軸ずれがない場合(ステップS23、No)、制御装置14は、回転位置計測のステップS21を継続する。回転中心線AX2と第2ドラム部材22の回転軸STの位置AX2’との間に、例えば所定の閾値を超える距離の軸ずれがある場合(ステップS23、Yes)、制御装置14は、処理をステップS24に進める。なお、閾値は、露光装置EXの露光処理において要求される精度等に基づいて予め決定されて、制御装置14の記憶部に記憶されている。
次に、露光装置EXの制御装置14は、エンコーダヘッドEN4の読み取り出力に基づき、補正値を演算する(ステップS24)。スケール部GPを読み取るエンコーダヘッドEN4が配置される設置方位線Le4の方向は、XZ面内かつ回転中心線AX2からみたときに、奇数番の投影モジュールPL1、PL3、PL5の各々から基板Pに投射される結像光束EL2の主光線の方向とほぼ直交になる。このため、エンコーダヘッドEN4の読み取り出力の変化が、奇数番の投影モジュールPL1、PL3、PL5の各々から投射される結像光束EL2の主光線に沿った方向の変化と一定の関係性をもつことになる。
例えば、制御装置14は、エンコーダヘッドEN4の読み取り出力の変化を上述した変位角αと対応付けたデータベースを記憶部に記憶しておく。そして、制御装置14は、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4の読み取り出力の入力を、制御装置14の記憶部に記憶された上記データベースに与え、変位角αを演算する。そして制御装置14は、角度αと、ステップS22で演算した位置AX2’と、回転中心線AX2(第2中心軸AX2)とから、図8に示す変位成分Δqx1を演算することができる。制御装置14は、変位成分Δqx1を演算し、変位成分Δqx1に応じて投影像のフォーカス状態を補正する補正値を演算する。このため、本実施形態の露光装置EXは、演算負荷を抑制しつつ、精度よく第2ドラム部材2(円筒部材)の位置を捉えて、第2ドラム部材2の曲面にある被処理物体、つまり基板Pに処理を施すことができる。
また、制御装置14は、角度αと、ステップS22で演算した位置AX2’と、回転中心線AX2とから、図8に示す変位成分Δqx4を演算することができる。変位成分Δqx4は、XZ平面において、第2ドラム部材22の回転中心線AX2とスケール部GPの位置QX1とを結ぶ方向と直交する方向に変位する成分である。このため変位成分Δqx4は、回転中心線AX2(第2中心軸AX2)から、第2ドラム部材22の回転軸STの位置AX2’に移動するときの変位に対して、sinαを乗じた変位となる。そして、制御装置14は、変位成分Δqx1を演算し、変位成分Δqx4に応じて投影像シフトさせる補正をする補正値を演算する。このため、本実施形態の露光装置EXは、演算負荷を抑制しつつ、精度よく第2ドラム部材2(円筒部材)の位置を捉えて、第2ドラム部材2の曲面にある被処理物体、つまり基板Pに処理を施すことができる。
ステップS24において演算した補正値に応じて、露光装置EXの制御装置14は、補正処理を行う(ステップS25)。例えば、露光装置EXの制御装置14は、フォーカス調整装置である、図3に示すフォーカス補正光学部材44を動作させ、変位成分Δqx1を相殺するように、基板P上に形成される投影像のフォーカス状態を微調整する。このため、露光装置EXは、基板Pに対して高精度な露光処理が可能になる。
例えば、露光装置EXの制御装置14は、シフト調整装置である、図3に示す投影像を像面内で微少に横シフトさせる為の像シフト補正光学部材45、投影像の倍率を微少補正する倍率補正用光学部材47、及び投影像を像面内で微少回転させる為のローテーション補正機構46の少なくとも1つを動作させ、変位成分Δqx4を相殺するように、基板P上に形成される投影像をシフトさせる。このため、露光装置EXは、基板Pに対して高精度な露光処理が可能になる。または、制御装置14は、シフト調整装置として、円筒マスクDMの駆動や第2ドラム部材22の駆動、あるいは基板Pへのテンション付与を調整し、かつ精密なフィードバック制御やフィードフォワード制御を行い、変位成分Δqx4を相殺するように、基板P上に形成される投影像をシフトさせてもよい。
このように、本実施形態では、スケール円盤SDのスケール部GPの周囲に配置されるエンコーダヘッドEN1、EN2の各設置方位線Le1、Le2が、回転中心線AX2からみたときに、基板P上の投影領域PAに向かう結像光束EL2の主光線の傾き方向と同一にした(或いは一致させた)ため、基板Pの走査露光の方向(送り方向)に第2ドラム部材22が微小にシフトした場合でも、そのシフト分をエンコーダヘッドEN1、EN2によってリアルタイムに計測することが可能となり、そのシフトによる露光位置の変動分を、例えば投影光学系PL内の像シフト補正光学部材45等により、高精度にかつ高速に補正することが可能となる。その結果、基板Pに対して高い位置精度で露光処理が可能になる。
以上説明したように、露光装置EXは、円筒部材である第2ドラム部材22と、スケール部GPと、露光装置EXの処理部である投影モジュールPL1~PL6と、スケール部GPを読み取る第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4、EN5と、スケール部GPを読み取る第2読み取り装置であるエンコーダヘッドEN1、EN2と、第1読み取り装置及び第2読み取り装置とは周方向の異なる位置に配置され、スケール部GPを読み取る第3読み取り装置、例えばエンコーダヘッドEN3を備える。
エンコーダヘッドEN4、EN5は、第2中心軸AX2からみてスケール部GPの周囲に配置され、かつ第2中心軸AX2を中心に、前述した特定位置を第2中心軸AX2回りにほぼ90度回転した位置に配置され、スケール部GPを読み取る。エンコーダヘッドEN1、EN2は、前述した特定位置のスケール部GPを読み取る。露光装置EXは、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4、EN5、第2読み取り装置であるエンコーダヘッドEN1、EN2及び第3読み取り装置であるエンコーダヘッドEN3で計測されたスケール部GPの読み取り出力から第2ドラム部材22の第2中心軸AX2を求める。そして、処理部である投影モジュールPL1~PL6は、第2ドラム部材22の第2中心軸AX2が移動する第2中心軸AX2に直交する方向に移動するときの変位を、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4、EN5の読み取り出力で補正した処理を施している。このため、本実施形態の露光装置EXは、演算負荷を抑制しつつ、精度よく第2ドラム部材2(円筒部材)の位置を捉えて、第2ドラム部材2の曲面にある被処理物体、つまり基板Pに処理を施すことができる。
また、エンコーダヘッドEN4、EN1、EN3による計測値の出力とエンコーダヘッドEN5、EN2、EN3による計測値の出力とを対比することにより、回転軸STに対するスケール円盤SDの偏心誤差等による影響を抑えて、高精度な計測が可能となる。
第3読み取り装置は、エンコーダヘッドEN3に限られず、第1読み取り装置をエンコーダヘッドEN4とし、第2読み取り装置をエンコーダヘッドEN1とする場合には、第3読み取り装置は、エンコーダヘッドEN5またはエンコーダヘッドEN2であってもよい。上述したように、露光装置EXは、基板Pに対して2つの結像光束EL2が基板Pに入射する。奇数番の投影モジュールPL1、PL3、PL5が第1処理部となり、偶数番の投影モジュールPL2、PL4、PL6が第2処理部となる。基板Pに対して2つの結像光束EL2の主光線が基板Pに入射する2つの位置を、それぞれ第1処理部が基板Pに光を照射する照射処理を施す特定位置(第1特定位置)、第2処理部が光を照射する照射処理を施す第2特定位置とする。第2読み取り装置であるエンコーダヘッドEN1は、特定位置(第1特定位置)においてスケール部GPを読み取り、エンコーダヘッドEN2は、第2特定位置においてスケール部GPを読み取る。そして、第3読み取り装置であるエンコーダヘッドEN5は、第2中心軸AX2を中心に、前述した第2特定位置と第2中心軸AX2とを結ぶ方向をほぼ90度回転した位置に配置され、スケール部GPを読み取る。
露光装置EXは、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4、第2読み取り装置であるエンコーダヘッドEN1及び第3読み取り装置であるエンコーダヘッドEX5で計測されたスケール部GPの読み取り出力から第2ドラム部材22の第2中心軸AX2を求める。そして、第2処理部である投影モジュールPL2、PL4、PL6は、第2ドラム部材22の第2中心軸AX2が移動する第2中心軸AX2に直交する方向に移動するときの変位を、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4、EN5の読み取り出力で補正した処理を施すことができる。このように、処理部が第1処理部と第2処理部のように複数あっても、第1処理部及び第2処理部は、それぞれの処理を高精度に処理できる。
なお、第2ドラム部材22の回転方向の位置や回転速度の計測の際は、例えば、エンコーダヘッドEN1、EN2、EN3、EN4、EN5からの計測信号の出力の平均(単純平均または加重平均)値をとれば、誤差が少なくなり、安定して検出できる。このため、制御装置14によって第2駆動部36をサーボモードにより制御する際、第2ドラム部材22の回転位置をより精密に制御できる。さらに第1検出器25により検出された第1ドラム部材21(円筒マスクDM)の回転位置や回転速度に対応した計測信号に基づいて第1駆動部26を介して第1ドラム部材21の回転位置及び速度をサーボ制御する際も、第1ドラム部材21と第2ドラム部材22とを高精度に同期移動(同期回転)させることができる。
<第1実施形態の変形例>
図11は、第1実施形態の変形例に係るスケール円盤SDを回転中心線AX2方向にみた、読み取り装置の位置を説明するための説明図である。上述したアライメント顕微鏡AMG2の観察方向AM2は、基板Pの送り方向の後方側、つまり露光位置(投影領域)の手前(上流側)に配置されており、基板PのY方向の端部付近に形成されたアライメントマーク(数十μm~数百μm角内の領域に形成)を、基板Pが所定速度で送られている状態で、撮像素子等により高速に画像検出するものであり、顕微鏡視野(撮像範囲)でマークの像を高速にサンプリングする。そのサンプリングが行なわれた瞬間に、エンコーダヘッドEN5によって逐次計測されるスケール円盤SDの回転角度位置を記憶することにより、基板P上のマーク位置と第2ドラム部材22の回転角度位置との対応関係が求められる。
一方、上述したアライメント顕微鏡AMG1の観察方向AM1は、基板Pの送り方向の前方側、つまり露光位置(投影領域)の後方(下流側)に配置されており、基板PのY方向の端部付近に形成されたアライメントマーク(数十μm~数百μm角内の領域に形成)の像を、アライメント顕微鏡AMG2と同様に、撮像素子等により高速にサンプリングし、そのサンプリングの瞬間に、エンコーダヘッドEN4によって逐次計測されるスケール円盤SDの回転角度位置を記憶することにより、基板P上のマーク位置と第2ドラム部材22の回転角度位置との対応関係が求められる。
エンコーダヘッドEN4は、基板Pの送り方向の前方側に向かってエンコーダヘッドEN1の設置方位線Le1を回転中心線AX2の軸回りに、ほぼ90°回転した設置方位線Le4上に設定される。また、エンコーダヘッドEN5は、基板Pの送り方向の後方側に向かってエンコーダヘッドEN2の設置方位線Le2を回転中心線AX2の軸回りにほぼ90°回転した設置方位線Le5上に設定される。
また、エンコーダヘッドEN3は、エンコーダヘッドEN1、EN2に対して、回転中心線AX2を挟んだ反対側に配置され、その設置方位線Le3は中心面P3上に設定されている。
図11に示すように、XZ面内かつ回転中心線AX2からみたときに、アライメント顕微鏡AMG1による基板P上の検出中心を通る観察方向AM1(回転中心線AX2に向かう)と同一方向となるように、スケール部GPの径方向に設定される設置方位線Le4上に、エンコーダヘッドEN4が配置されている。また、XZ面内かつ回転中心線AX2からみたときに、アライメント顕微鏡AMG2による基板P上の検出中心を通る観察方向AM2(回転中心線AX2に向かう)と同一方向となるように、スケール部GPの径方向に設定される設置方位線Le5上の各々に、エンコーダヘッドEN5が配置されている。このように、アライメント顕微鏡AMG1、AMG2の検出プローブが第2中心軸AX2からみて第2ドラム部材22の周囲に配置され、エンコーダヘッドEN4、EN5が配置された位置と第2中心軸AX2とを結ぶ方向(設置方位線Le4、Le5)が、第2中心軸AX2とアライメント顕微鏡AMG1、AMG2の検出領域とを結ぶ方向と一致するよう配置されている。なお、アライメント顕微鏡AMG1、AMG2及びエンコーダヘッドEN4、EN5が配置される回転中心線AX2周り方向の位置は、基板Pが第2ドラム部材22に接触し始めるシート進入領域IAと、第2ドラム部材22から基板Pが外れるシート離脱領域OAとの間に設定される。
(第2実施形態)
次に、本発明に係る処理装置の第2実施形態について、図12及び図13を参照して説明する。この図において、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。
第2ドラム部材22は、円筒面の曲面上に形成された基準マーク形成部Rfpを備えている。基準マーク形成部Rfpは、基板PのY軸方向の端部付近に形成されたアライメントマーク(数十μm~数百μm角内の領域に形成)と同じピッチで連続的または離散的に形成しておくことが好ましい。基準マーク形成部Rfpを検出する曲面検出プローブGS1、GS2は、顕微鏡AMG1、AMG2と同じ構成であることが好ましい。曲面検出プローブGS1、GS2は、撮像素子等により高速に画像検出するものであり、顕微鏡視野(撮像範囲)で基準マーク形成部Rfpのマークの像を高速にサンプリングする。このサンプリングが行なわれた瞬間に、第2ドラム部材22の回転角度位置と基準マーク形成部Rfpとの対応関係が求められ、逐次計測される第2ドラム部材22の回転角度位置を記憶する。
曲面検出プローブGS1の検出中心AS1は、XZ面内かつ回転中心線AX2からみたときに、アライメント顕微鏡AMG1による基板Pの観察方向AM1(回転中心線AX2に向かう)の検出中心と同一方向となる。また曲面検出プローブGS1の検出中心AS1は、XZ面内かつ回転中心線AX2からみたときに、スケール部GPの径方向に設定される設置方位線Le4と同一方向となる。また、曲面検出プローブGS2の検出中心AS2は、XZ面内かつ回転中心線AX2からみたときに、アライメント顕微鏡AMG2による基板Pの観察方向AM2(回転中心線AX2に向かう)の検出中心と同一方向となる。また曲面検出プローブGS2の検出中心AS2は、XZ面内かつ回転中心線AX2からみたときに、スケール部GPの径方向に設定される設置方位線Le5と同一方向となる。
このように、曲面検出プローブGS1は、基板Pの送り方向の後方側に向かってエンコーダヘッドEN1の設置方位線Le1を回転中心線AX2の軸回りに、ほぼ90°回転した設置方位線Le4上に設定される。また、曲面検出プローブGS2は、基板Pの送り方向の後方側に向かってエンコーダヘッドEN2の設置方位線Le2を回転中心線AX2の軸回りにほぼ90°回転した設置方位線Le5上に設定される。
基準マーク形成部Rfpに形成される複数のマークは、第2ドラム部材22の円筒外周面上に基準マークとして周方向に一定の間隔で配列される為、これらの基準マークを曲面検出プローブGS1、GS2で画像サンプリングしたときの各エンコーダヘッドEN4、EN5の計測読み値と、サンプリングした画像中での基準マーク像の検出中心からのずれ量とに基づいて、例えば、検出プローブGS1、GS2の配置誤差を検証することが可能である。
さらに、第2ドラム部材22の外周面上にY軸方向に延びる基準線パターンを刻設しておくと、その基準線パターンを各検出プローブGS1、GS2と各アライメント顕微鏡AMG1、AMG2とで検出することによって、各アライメント顕微鏡AMG1、AMG2の配置誤差を、エンコーダヘッドEN4、EN5の計測読み値に基づいて特定される第2ドラム部材22の外周面の座標系を基準として較正することもできる。
図12では、第2ドラム部材22の直径に対してスケール円盤SDの直径は小さく図示されているが、第2ドラム部材22の外周面のうち、基板Pが巻き付けられる外周面の直径と、スケール円盤SDのスケール部GPの直径とを揃える(ほぼ一致させる)ことで、所謂、計測アッベ誤差をさらに小さくすることができる。この場合、露光装置EXは、スケール円盤SDの真円度を調整する真円度調整装置を備えることが好ましい。図13は、スケール部材の真円度を調整する真円度調整装置を説明するための説明図である。
スケール部材であるスケール円盤SDは円環状部材であって、スケール部GPは、第2ドラム部材22の第2中心軸AX2と直交する第2ドラム部材22の端部に固定されている。スケール円盤SDは、第2中心軸AX2の周方向に沿ってスケール円盤SDに設けられた溝Scを、溝Scと同半径でかつ第2中心軸AX2の周方向に沿って第2ドラム部材22に設けられた溝Dcに対向させている。そして、スケール円盤SDは、溝Scと溝Dcとの間にボールベアリングなどの軸受部材SBを介在させている。
真円度調整装置CSは、スケール円盤SDの内周側に備えられ、調整部60と、押圧部材PPとを含む。そして、真円度調整装置CSは、例えば設置方位線Le4と平行な方向である、第2中心軸AX2からスケール部GPに向かう半径方向の押圧力を可変できる押圧機構(60、PP等)を、回転中心線AX2を中心とする周方向に所定のピッチで複数(例えば、8~16箇所)備えている。
調整部60は、押圧部材PPの穴部とスケール円盤SDの貫通穴FP3と貫通し、第2ドラム部材22の雌ネジ部FP4に螺合する雄ねじ部61と、押圧部材PPに接触するネジヘッド部62とを有する。押圧部材PPは、スケール円盤SDの端部に周方向に沿ってスケール円盤SDよりも半径の小さい円環状の固定板である。
設置方位線Le4をスケール円盤SDの内周側に延長した先には、スケール円盤SDの内周側、かつ第2中心軸AX2と平行かつ第2中心軸AX2を含む断面において傾斜面FP2が形成されている。傾斜面FP2は、第2中心軸AX2に近づくにつれて、第2中心軸AX2と平行な方向の厚みが薄くなる部分の円錐台形状の面である。スケール円盤SDの内周側、かつ第2中心軸AX2と平行かつ第2中心軸AX2を含む断面において、押圧部材PPは、第2中心軸AX2に近づくにつれて第2中心軸AX2と平行な方向の厚みが大きくなる、円錐台形状の部分を有している。傾斜面FP1は、前記円錐台形状の部分の側面である。そして、押圧部材PPは、スケール円盤SDに対して、傾斜面FP2と傾斜面FP1とが対向するように調整部60で固定されている。
真円度調整装置CSは、調整部60の雄ねじ部61をスケール円盤SDの雌ネジ部FP3に螺入させ、ネジヘッド部62を締めることにより、押圧部材PPの傾斜面FP1の押圧力が傾斜面FP2に伝達され、スケール円盤SDの外周面が外側に向けて微少量弾性変形する。逆に、ネジヘッド部62を反対側に回転させ、雄ねじ部61を緩めることにより、押圧部材PPの傾斜面FP1から傾斜面FP2に加わった押圧力が低減され、スケール円盤SDの外周面は内側に微少量弾性変形する。
真円度調整装置CSは、回転中心線AX2を中心とする周方向に所定のピッチで複数備える調整部60において、ネジヘッド部62(雄ねじ部61)を操作することにより、スケール部GPの外周面の径を微少量調整することができる。また、真円度調整装置CSの傾斜面FP1、FP2は、上述した設置方位線Le1~Le5が通るようにスケール部GPの内側に設けられるので、回転中心線AX2に対してスケール部GPの外周面を均等に径方向に微少弾性変形させることができる。従って、スケール円盤SDの真円度に応じて、適切な位置の調整部60を操作することにより、スケール円盤SDのスケール部GPの真円度を高めたり、回転中心線AX2に対する微少偏心誤差を低減させたりして、第2ドラム部材22に対する回転方向の位置検出精度を向上させることができる。なお、真円度調整装置CSが調整する半径の調整量は、スケール円盤SDの直径や材質、または調整部60の半径位置によって異なるが、最大でも十数μm程度である。
また、真円度調整装置CSによる調整によって得られる微少偏心誤差の抑制効果は、複数のエンコーダヘッドの計測読み値の差分比較等によって検証することができる。
(第3実施形態)
次に、本発明に係る処理装置の第3実施形態について、図14を参照して説明する。図14は、第3実施形態に係るスケール円盤SDを回転中心線AX2方向にみた、読み取り装置の位置を説明するための説明図である。図14では、第2ドラム部材22の外周面の直径と、スケール円盤SDのスケール部GPの直径とを揃えている(ほぼ一致させる)。この図において、第1実施形態及び第2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。
また、上述したように、露光装置EXは、基板Pに対して2つの結像光束EL2の主光線が基板Pに入射する。基板Pに対して2つの結像光束EL2の主光線が基板Pに入射する、2つの位置を第1特定位置PX1と第2特定位置PX2とする。エンコーダヘッドEN6は、第1特定位置PX1と第2特定位置PX2との間にある、例えば中心面P3に相当する特定位置のスケール部GPの位置PX6を検出する。そして、エンコーダヘッドEN6は、第2中心軸AX2からみて中心面P3と一致する設置方位線Le6上に配置されている。本実施形態では、第2ドラム部材22の外周面(円筒面の曲面)のうち基板Pが巻き付けられる外周面の直径と、スケール円盤SDのスケール部GPの直径とを揃えているので、位置PX6は、第2中心軸AX2からみて上述した特定位置(以下、特定位置PXという。)と一致する。特定位置PX6は、複数の投影モジュールPL1~PL6によって露光された領域(投影領域PA1~PA6)のX軸方向の中心に位置する。そして、エンコーダヘッドEN4は、基板Pの送り方向の後方側に向かってエンコーダヘッドEN6の設置方位線Le6を回転中心線AX2の軸回りに、ほぼ90°回転した設置方位線Le4上に設定される。
尚、本実施形態では、アライメント顕微鏡AMG1に対応したエンコーダヘッドEN4の設置方位線Le4と、アライメント顕微鏡AMG2に対応したエンコーダヘッドEN5の設置方位線Le5との角度間隔は、角度θ(例えば15°)に設定される。
例えば、第1読み取り装置をエンコーダヘッドEN4、第2読み取り装置をエンコーダヘッドEN1とする場合、制御装置14は、上述した図9に示す手順と同様にして、補正処理を行うことができる。例えば、制御装置14は、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4の読み取り出力の入力を、制御装置14の記憶部に記憶された上記データベースに与え、変位角αを演算する。制御装置14は、演算した変位角αから変位成分Δqx1を演算し、変位成分Δqx1に応じて投影像のフォーカス状態を補正する補正値を演算する。本実施形態の露光装置EXは、特定位置PX6が第2ドラム部材22の曲面にある基板Pの平均的に露光された領域のX軸方向の中心となっている。露光装置EXは、特定位置PX6において最適な露光光を照射する照射処理を施すことで、フォーカス状態を微調整するなどの補正処理を軽減することができる。そして、露光装置EXは、演算負荷を抑制しつつ、精度よく第2ドラム部材2(円筒部材)の位置を捉えて、第2ドラム部材2の曲面にある被処理物体、つまり基板Pに処理を施すことができる。このため、露光装置EXは、基板Pに対して高速かつ高精度な露光処理が可能になる。
以上説明したように、露光装置EXは、円筒部材である第2ドラム部材22と、スケール部GPと、露光装置EXの処理部である投影モジュールPL1~PL6と、スケール部GPを読み取る第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4と、スケール部GPを読み取る第2読み取り装置であるエンコーダヘッドEN6と、第1読み取り装置及び第2読み取り装置とは周方向の異なる位置に配置され、スケール部GPを読み取る第3読み取り装置、例えばエンコーダヘッドEN3を備える。
露光装置EXは、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4、第2読み取り装置であるエンコーダヘッドEN6及び第3読み取り装置であるエンコーダヘッドEN3で計測されたスケール部GPの読み取り出力から第2ドラム部材22の第2中心軸AX2を求める。そして、処理部である投影モジュールPL1~PL6は、第2ドラム部材22の第2中心軸AX2が移動する第2中心軸AX2に直交する方向に移動するときの変位を、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4の読み取り出力で補正した処理を施している。このため、本実施形態の露光装置EXは、演算負荷を抑制しつつ、精度よく第2ドラム部材2(円筒部材)の位置を捉えて、第2ドラム部材2の曲面にある被処理物体、つまり基板Pに処理を施すことができる。
ところで、先の図7のエンコーダヘッドの配置においては、スケール部GPの偏心による微動成分と回転による位置変位成分とを上手く弁別できないこともあるが、図14のようなエンコーダヘッドの配置にすると、その弁別を容易に行なうことができる。そこで図14中のエンコーダヘッドEN6、それに対してほぼ90°ずれて配置されたエンコーダヘッドEN4、更に90°ずれて配置されたエンコーダヘッドEN3(エンコーダヘッドEN6に対しては180°で配置)の3つのエンコーダヘッドに着目する。
この場合、エンコーダヘッドEN6の計測読み値をMe6、エンコーダヘッドEN3の計測読み値をMe3とすると、スケール円盤SD(スケール部GP)の偏心によるX方向の微動成分ΔXdは、下記式(1)で求められ、スケール部GPの回転による位置変位成分ΔRpは、平均値として下記式(2)で求められる。
ΔXd=(Me6-Me3)/2 ・・・(1)
ΔRp=(Me6+Me3)/2 ・・・(2)
そこで、エンコーダヘッドEN4の計測読み値をMe4とし、その読み値Me4と位置変位成分ΔRpとを逐次比較する(逐次差分を求める)と、図14の場合、偏心によるスケール円盤SD(第2ドラム部材22)のZ軸方向の微動成分ΔZdをリアルタイムに求めることができる。
<第3実施形態の変形例>
図15は、第3実施形態の変形例に係るスケール円盤SDを回転中心線AX2方向にみた、読み取り装置の位置を説明するための説明図である。図15に示すように、上述したエンコーダヘッドEN6を省略することもできる。エンコーダヘッドEN4は、基板Pの送り方向の後方側に向かって、特定位置と回転中心線AX2とを結んだXZ平面内の線を、回転中心線AX2の軸回りにほぼ90°回転した設置方位線Le4上に設定される。
ここでは、エンコーダヘッドEN4の設置方位線Le4と同じ方位に、アライメント顕微鏡AMG1のみが配置される。
エンコーダヘッドEN5は、基板Pの送り方向の前方側(下流側)に向かって、特定位置と回転中心線AX2とを結んだXZ平面内の線を回転中心線AX2の軸回りにほぼ90°回転した設置方位線Le5上に設定される。この場合、露光装置EXは、制御装置14が、第1読み取り装置をエンコーダヘッドEN4またはエンコーダヘッドEN5とし、第2読み取り装置及び第3読み取り装置をエンコーダヘッドEN1、エンコーダヘッドEN2及びエンコーダヘッドEN3のいずれか2つとする。
露光装置EXは、第2ドラム部材22の曲面にある基板Pの平均的に露光された領域のX軸方向の中心に対して、最適な露光光を照射する照射処理を施すことで、フォーカス状態を微調整するなどの補正処理を軽減することができる。このため、露光装置EXは、基板Pに対して高速かつ高精度な露光処理が可能になる。
尚、図15に示したエンコーダヘッドの配置においても、スケール部GPの偏心による微動成分と回転による位置変位成分とを容易に弁別することができる。図15の配置では、スケール部GPの目盛をZ軸方向に読み取る2つのエンコーダヘッドEN4、EN5の各計測読み値Me4、Me5を用い、偏心によるスケール円盤SD(第2ドラム部材22)のZ軸方向の微動成分ΔZdが、下記式(3)で求められる。
ΔZd=(Me4-Me5)/2 ・・・(3)
さらに、エンコーダヘッドEN4、EN5の各計測読み値Me4、Me5の平均値で求められるスケール部GPの回転による位置変位成分ΔRpと、スケール部GPの目盛をX軸方向に読み取るエンコーダヘッドEN3の計測読み値Me3との差分を逐次求めれば、偏心によるスケール円盤SD(第2ドラム部材22)のX軸方向の微動成分ΔXdがリアルタイムに求められる。なお、位置変位成分ΔRpは、下記式(4)で求められる。
ΔRp=(Me4+Me5)/2 ・・・(4)
以上説明したように、露光装置EXは、円筒部材である第2ドラム部材22と、スケール部GPと、露光装置EXの処理部である投影モジュールPL1~PL6と、スケール部GPを読み取る第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEN4、EN5と、スケール部GPを読み取る第2読み取り装置であるエンコーダヘッドEN1、2と、第1読み取り装置及び第2読み取り装置とは周方向の異なる位置に配置され、スケール部GPを読み取る第3読み取り装置、例えばエンコーダヘッドEN3を備える。
以上の図15のような構成の場合は、互いに180°の配置関係となっている2つのエンコーダヘッドEN4、EN5の各計測読み値に基づいて、第2ドラム部材22のZ軸方向の微動成分ΔZdを逐次求めることができるので、基板Pのフォーカス変動ΔZfを、下記式(5)として容易に演算することもできる。
ΔZf=ΔZd×cosθ ・・・(5)
その為、本実施形態の露光装置EXは、演算負荷を抑制しつつ、精度よく第2ドラム部材2(円筒部材)の位置を捉えて、第2ドラム部材2の曲面にある被処理物体、つまり基板Pに処理を施すことができる。このため、露光装置EXは、基板Pに対して高速かつ高精度な露光処理が可能になる。
(第4実施形態)
次に、本発明に係る処理装置の第4実施形態について、図16及び図17を参照して説明する。図16は、第4実施形態に係る処理装置(露光装置)の全体構成を示す模式図である。図17は、第4実施形態に係るスケール円盤SDを回転中心線AX1方向にみた、読み取り装置の位置を説明するための説明図である。この図において、第1実施形態、第2実施形態及び第3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。
スケール円盤SDは、第1ドラム部材21及び第2ドラム部材22の両端部に回転軸STと直交するように固定されている。スケール部GPは、第2ドラム部材22の両端部にあり、それぞれのスケール部GPを計測する上述したエンコーダヘッドEN1~EN5が、第2ドラム部材22の両端部側にそれぞれ配置されている。
図1に示す第1検出器25は、第1ドラム部材21の回転位置を光学的に検出するものであって、高真円度のスケール円盤(スケール部材)SDと、読み取り装置であるエンコーダヘッドEH1、EH2、EH3、EH4、EH5を含む。
スケール円盤SDは、第1ドラム部材21の回転軸と直交する第1ドラム部材21の少なくとも1つの端部(図16では両端部)に固定されている。このため、スケール円盤SDは、回転中心線AX1回りに回転軸STと共に一体的に回転する。スケール円盤SDの外周面には、スケール部GPMが刻設されている。エンコーダヘッドEH1、EH2、EH3、EH4、EH5は、回転軸STMからみてスケール部GPの周囲に配置されている。エンコーダヘッドEH1、EH2、EH3、EH4、EH5は、スケール部GPMと対向配置され、スケール部GPMを非接触で読み取ることができる。また、エンコーダヘッドEH1、EH2、EH3、EH4、EH5は、第1ドラム部材21の周方向の異なる位置に配置されている。
エンコーダヘッドEH1、EH2、EH3、EH4、EH5は、スケール部GPMの接線方向(XZ面内)の変位の変動に対して計測感度(検出感度)を有する読み取り装置である。図17に示すように、エンコーダヘッドEH1、EH2の設置方位(回転中心線AX1を中心としたXZ面内での角度方向)を設置方位線Le11、Le12で表すと、この設置方位線Le11、Le12が、中心面P3に対して角度±θ°になるように、各エンコーダヘッドEH1、EH2を配置する。そして、設置方位線Le11、Le12は、図1に示す照明光束EL1の回転中心線AX1を中心としたXZ面内での角度方向と一致している。ここで、処理部である照明機構IUは、円筒マスクDM上の所定のパターン(マスクパターン)に照明光束EL1を照射する。これにより、投影光学系PLは、円筒マスクDM上の照明領域IRにおけるパターンの像を、搬送装置9によって搬送されている基板Pの一部(投影領域PA)に投影することができる。
エンコーダヘッドEH4は、第1ドラム部材21の中心面P3に対して回転方向の後方側に向かってエンコーダヘッドEH1の設置方位線Le11を回転中心線AX1の軸回りに、ほぼ90°回転した設置方位線Le14上に設定される。また、エンコーダヘッドEH5は、第1ドラム部材21の中心面P3に対して回転方向の後方側に向かってエンコーダヘッドEH2の設置方位線Le12を回転中心線AX1の軸回りにほぼ90°回転した設置方位線Le15上に設定される。ここで、ほぼ90°とは、90°±γとする場合、γの範囲は、第1実施形態と同じく、0°≦γ≦5.8°、である。
また、エンコーダヘッドEH3は、エンコーダヘッドEH2の設置方位線Le12を回転中心線AX1の軸回りにほぼ120°回転し、かつエンコーダヘッドEH4を回転中心線AX1の軸回りにほぼ120°回転した設置方位線Le13上に設定される。
本実施形態における第1ドラム部材21の周囲に配置されたエンコーダヘッドEH1、EH2、EH3、EH4、EH5の配置は、第1実施形態における、第2ドラム部材22の周囲に配置されたエンコーダヘッドEN1、EN2、EN3、EN4、EN5と、鏡像反転した関係にある。
以上説明したように、露光装置EXは、円筒部材である第1ドラム部材21と、スケール部GPMと、露光装置EXの処理部である照明機構IUと、スケール部GPMを読み取る第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEH4、EH5と、スケール部GPMを読み取る第2読み取り装置であるエンコーダヘッドEH1、EH2と、を備える。
第1ドラム部材21は、所定の軸である第1中心軸AX1から一定半径で湾曲した曲面を有し、かつ第1中心軸AX1周りを回転する。スケール部GPMは、第1ドラム部材21が回転する周方向に沿って環状に配列され、かつ第1ドラム部材21とともに第1中心軸AX1の周囲を回転する。露光装置EXの処理部である照明機構IUは、第2中心軸AX2からみて第1ドラム部材21の内部に配置され、第1ドラム部材21の周方向のうち特定位置の曲面にあるマスクパターンに対して2つの照明光束EL1を照射する。そして、エンコーダヘッドEH4、EH5は、第1中心軸AX1からみてスケール部GPMの周囲に配置され、かつ第1中心軸AX1を中心に、前述した特定位置を第1中心軸AX1回りにほぼ90度回転した位置に配置され、スケール部GPMを読み取る。エンコーダヘッドEH1、EH2は、前述した特定位置のスケール部GPMを読み取る。そして、露光装置EXは、処理部である照明機構IUが、第1ドラム部材21の回転軸STMが移動する第1中心軸AX1に直交する方向に移動するときの変位を、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEH4、EH5の読み取り出力で補正した処理を施している。このため、本実施形態の露光装置EXは、演算負荷を抑制しつつ、精度よく第1ドラム部材21(円筒部材)の位置を捉えて、第1ドラム部材21の曲面にある被処理物体、つまり円筒マスクDMに処理(照明光の照射)を施すことができる。
なお、露光装置EXは、第1読み取り装置であるエンコーダヘッドEH4、EH5、第2読み取り装置であるエンコーダヘッドEH1、EH2及び第3読み取り装置であるエンコーダヘッドEH3で計測されたスケール部GPMの各読み取り出力から、第1ドラム部材21の回転軸STMのXZ面内での微動成分を求めてもよい。
(第5実施形態)
次に、本発明に係る処理装置の第5実施形態について、図18を参照して説明する。図18は、第5実施形態に係る処理装置(露光装置)の全体構成を示す模式図である。露光装置EX2は、光源装置13が、円筒マスクDMに照明される照明光束EL1を出射する。
光源装置13の光源から出射された照明光束EL1を照明モジュールILに導き、照明光学系が複数設けられている場合、光源からの照明光束EL1を複数に分離し、複数の照明光束EL1を複数の照明モジュールILに導く。
ここで、光源装置13から出射された照明光束EL1は、偏光ビームスプリッタSP1、SP2に入射する。偏光ビームスプリッタSP1、SP2では、照明光束EL1の分離によるエネルギーロスを抑制すべく、入射された照明光束EL1が全て反射するような光束にすることが好ましい。ここで、偏光ビームスプリッタSP1、SP2は、S偏光の直線偏光となる光束を反射し、P偏光の直線偏光となる光束を透過する。このため、光源装置13は、偏光ビームスプリッタSP1、SP2に入射する照明光束EL1が直線偏光(S偏光)の光束となる照明光束EL1を第1ドラム部材21に出射する。これにより、光源装置13は、波長及び位相が揃った照明光束EL1を出射する。
偏光ビームスプリッタSP1、SP2は、光源からの照明光束EL1を反射する一方で、円筒マスクDMで反射された投影光束EL2を透過している。換言すれば、照明光学モジュールILMからの照明光束EL1は、偏光ビームスプリッタSP1、SP2に反射光束として入射し、円筒マスクDMからの投影光束EL2は、偏光ビームスプリッタSP1、SP2に透過光束として入射する。
このように処理部である照明モジュールILは、被処理物体である円筒マスクDM上の所定のパターン(マスクパターン)に照明光束EL1を反射させる処理を行う。これにより、投影光学系PLは、円筒マスクDM上の照明領域IRにおけるパターンの像を、搬送装置9によって搬送されている基板Pの一部(投影領域PA)に投影することができる。
このような円筒マスクDMの曲面の表面に照明光束EL1を反射させる所定のパターン(マスクパターン)を設ける場合、このマスクパターンと共に、曲面に上述した基準マーク形成部材Rfpを設けることもできる。この基準マーク形成部Rfpをマスクパターンと同時に形成した場合には、マスクパターンと同じ精度で基準マーク形成部Rfpが形成される。このため、上述した基準マーク形成部Rfpを検出する曲面検出プローブGS1、GS2で、基準マーク形成部Rfpのマークの像を高速かつ高精度にサンプリングすることができる。このサンプリングが行なわれた瞬間に、第1ドラム部材21の回転角度位置をエンコーダヘッドによって計測することにより、基準マーク形成部Rfpと、逐次計測される第1ドラム部材21の回転角度位置との対応関係が求められる。
(第6実施形態)
次に、本発明に係る処理装置の第6実施形態について、図19を参照して説明する。図19は、第6実施形態に係る処理装置(露光装置)の全体構成を示す模式図である。露光装置EX3は、光源装置13がポリゴン走査ユニットPO1、PO2を備え、ポリゴン走査ユニットPOが描画用のレーザビームEL2を一次元走査する。そのレーザビームのスポット光が基板P上に集光され、スポット光の一次元走査の間に、レーザビームをパターンデータ(CADデータ)に基づいて高速にON/OFF変調することにより、基板P上に電子回路パターン等が描画(露光)される。
このように、図19の露光装置EX3は、円筒マスクDMがなくても特定位置における基板Pに露光光(スポット光)を照射してパターニング処理をすることができる。さらに、可変のマスクパターンを投影露光する装置、例えば、特許第4223036号に開示されたマスクレス露光装置を使って、第2ドラム部材(回転ドラム)22に巻き付けられた基板Pにパターン露光を行なう場合にも、各実施形態を同様に適用可能である。
(第7実施形態)
次に、本発明に係る処理装置の第7実施形態について、図20を参照して説明する。図20は、第7実施形態に係る処理装置(露光装置)の全体構成を示す模式図である。露光装置EX4は、所謂プロキシミティ露光を基板Pに施す処理装置である。露光装置EX4は、円筒マスクDMと、第2ドラム部材22との隙間を微小に設定して、照明機構IUが直接基板Pに照明光束ELを照射し、非接触露光する。本実施形態において、第2ドラム部材22は、電動モーター等のアクチュエータを含む第2駆動部36から供給されるトルクによって回転する。第2駆動部36の回転方向と逆回りとなるように、例えば磁気歯車で連結された駆動ローラーMGGが第1ドラム部材21を駆動する。第2駆動部36は、第2ドラム部材22を回転するとともに、駆動ローラーMGGと第1ドラム部材21とを連れ回し、第1ドラム部材21(円筒マスクDM)と第2ドラム部材22とを同期移動(同期回転)させる。
また、露光装置EX4は、基板Pに対して結像光束ELの主光線が基板Pに入射する特定位置のスケール部GPの位置PX6を検出するエンコーダヘッドEN6を備えている。ここで、第2ドラム部材22の外周面のうち基板Pが巻き付けられる外周面の直径と、スケール円盤SDのスケール部GPの直径とを揃えているので、位置PX6は、第2中心軸AX2からみて上述した特定位置と一致する。そして、エンコーダヘッドEN7は、基板Pの送り方向の後方側に向かってエンコーダヘッドEN6の設置方位線Le6を回転中心線AX2の軸回りに、ほぼ90°(90°±γの範囲)回転した設置方位線Le7上に設定される。
本実施形態の露光装置EX4は、エンコーダヘッドEN7を第1読み取り装置とし、エンコーダヘッドEN6を第2読み取り装置とし、スケール部GPの読み取り出力から求めた、第2ドラム部材22の軸の位置と特定位置とを結び、かつ軸に直交する方向の変位の成分を、第1読み取り装置の読み取り出力で補正した処理を施すことができる。
以上説明した第1から第4実施形態は、処理装置として露光装置を例示している。処理装置としては、露光装置に限られず、処理部がインクジェットのインク滴下装置により被処理物体である基板Pにパターンを印刷する装置であってもよい。または処理部は、検査装置であってもよい。
<デバイス製造方法>
次に、図21を参照して、デバイス製造方法について説明する。図21は、第1実施形態のデバイス製造方法を示すフローチャートである。図21は、第1実施形態に係る処理装置(露光装置)を用いてデバイス製造方法を示すフローチャートである。
図21に示すデバイス製造方法では、まず、例えば有機EL等の自発光素子による表示パネルの機能・性能設計を行い、必要な回路パターンや配線パターンをCAD等で設計する(ステップS201)。次いで、CAD等で設計された各種レイヤー毎のパターンに基づいて、必要なレイヤー分の円筒マスクDMを製作する(ステップS202)。また、表示パネルの基材となる可撓性の基板P(樹脂フィルム、金属箔膜、プラスチック等)が巻かれた供給用ロールFR1を準備しておく(ステップS203)。なお、このステップS203にて用意しておくロール状の基板Pは、必要に応じてその表面を改質したもの、下地層(例えばインプリント方式による微小凹凸)を事前形成したもの、光感応性の機能膜や透明膜(絶縁材料)を予めラミネートしたもの、でも良い。
次いで、基板P上に表示パネルデバイスを構成する電極や配線、絶縁膜、TFT(薄膜半導体)等によって構成されるバックプレーン層を形成すると共に、そのバックプレーンに積層されるように、有機EL等の自発光素子による発光層(表示画素部)が形成される(ステップS204)。このステップS204には、先の各実施形態で説明した露光装置EX、EX2、EX3、EX4を用いて、フォトレジスト層を露光する従来のフォトリソグラフィ工程も含まれるが、フォトレジストの代わりに感光性シランカップリング材を塗布した基板Pをパターン露光して表面に親撥水性によるパターンを形成する露光工程、光感応性の触媒層をパターン露光し無電解メッキ法によって金属膜のパターン(配線、電極等)を形成する湿式工程、或いは、銀ナノ粒子を含有した導電性インク等によってパターンを描画する印刷工程、等による処理も含まれる。
次いで、ロール方式で長尺の基板P上に連続的に製造される表示パネルデバイス毎に、基板Pをダイシングしたり、各表示パネルデバイスの表面に、保護フィルム(対環境バリア層)やカラーフィルターシート等を貼り合せたりして、デバイスを組み立てる(ステップS205)。次いで、表示パネルデバイスが正常に機能するか、所望の性能や特性を満たしているかの検査工程が行なわれる(ステップS206)。以上のようにして、表示パネル(フレキシブル・ディスプレー)を製造することができる。
なお、上述の実施形態及び変形例の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態及び変形例で引用した露光装置などに関する全ての公開公報、特許公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。