KR101924270B1 - 기판 처리 장치, 디바이스 제조 방법 및 노광 방법 - Google Patents
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Abstract
높은 생산성으로 높은 품질의 기판을 생산할 수 있는 기판 처리 장치 및 디바이스 제조 방법을 제공한다. 기판 처리 장치 및 디바이스 제조 방법은, 조명 영역과 투영 영역 중 일방의 영역에서 소정 곡률로 원통면 모양으로 만곡한 제1 면을 따르도록, 마스크와 기판 중 일방을 지지하는 제1 지지 부재와, 조명 영역과 투영 영역 중 타방의 영역에서 소정의 제2 면을 따르도록, 마스크와 기판 중 타방을 지지하는 제2 지지 부재와, 제1 지지 부재를 회전시키고, 해당 제1 지지 부재가 지지하는 마스크와 기판 중 어느 하나를 주사 노광 방향으로 이동시키는 이동 기구를 구비한다. 투영 광학계는, 기판의 노광면에서, 베스트 포커스 위치가 주사 노광 방향으로 2개소 포함되는 광속을 투영 영역에 투사한다.
Description
본 발명은, 마스크의 패턴을 기판에 투영하고, 해당 기판에 해당 패턴을 노광하는 기판 처리 장치, 디바이스 제조 방법 및 노광 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이 등의 표시 디바이스나, 반도체 등, 각종 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 시스템이 있다. 디바이스 제조 시스템은, 노광 장치 등의 기판 처리 장치를 구비하고 있다. 기판 처리 장치는, 조명 영역에 배치된 마스크(혹은 레티클(reticle))에 형성되어 있는 패턴의 상(像)을, 투영 영역에 배치되어 있는 기판 등에 투영하여, 기판에 해당 패턴을 노광한다. 기판 처리 장치에 이용되는 마스크는, 평면 모양의 것이 일반적이지만, 기판 상에 복수의 디바이스 패턴을 연속하여 주사 노광하기 위해, 원통 모양으로 한 것도 알려져 있다(특허 문헌 1).
또, 기판 처리 장치로서는, 특허 문헌 2에 기재되어 있는 투영 노광 장치가 있다. 특허 문헌 2에 기재된 투영 노광 장치는, 1차원 이동 방향에 관해서 감광 기판의 표면과 투영 광학계에 의해서 투영된 패턴상(pattern像)의 최선 결상면이 상대적으로 일정량만큼 경사지도록 감광 기판을 기판 스테이지 상에 유지하는 기판 홀더와, 주사 노광 동안은 감광 기판이 경사진 방향을 따라서 이동하도록, 기판 스테이지의 1차원 방향의 이동에 연동하여 기판 홀더를 투영 광학계의 광축의 방향으로 이동시키는 홀더 구동 수단을 가진다. 투영 노광 장치는, 상기 구성에 의해, 1차원 방향의 주사 노광의 위치에 의해서, 감광 기판의 노광면에 투사되는 광속의 포커스 상태를 변화시킬 수 있다.
특허 문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 포커스 상태를 변화시키면서, 노광을 행함으로써, 마스크와 기판과의 상대 관계의 어긋남 또는 광학계의 어긋남 등에 의해 투영 광학계가 투사하는 광속과 노광면과의 관계에 변화가 생긴 경우도 베스트 포커스 위치를 포함하는 포커스 상태에서 노광을 행할 수 있다. 이것에 의해, 감광 기판(포토레지스트층)에 노광되는 상(像)콘트라스트의 변화를 억제할 수 있다.
그렇지만, 특허 문헌 2에 기재된 투영 노광 장치는, 기판 홀더를 이용하여 투영 광학 장치(투영 광학계)에 대해서 기판을 경사시킨다. 이 때문에, 상대 위치의 조정(제어)이 복잡하게 된다. 특히, 기판 상의 복수의 노광 영역(숏(shot))마다, 마스크와 기판을 상대 주사하고 기판을 스텝 이동시키는 스텝 앤드 스캔 방식에서는, 기판 상의 각 노광 영역의 주사 노광마다 기판 홀더의 경사와 포커스 방향으로의 이동을 고속으로 반복하여 제어할 필요가 있어, 제어가 복잡하게 됨과 아울러, 진동의 발생을 초래하게 된다.
또, 주사 노광 방식의 기판 처리 장치는, 주사 노광 방향에서의 기판 상의 노광 영역의 폭이 작으면, 감광 기판에 부여되는 노광량이 적게 된다. 이 때문에, 기판 상의 노광 영역에 투사되는 노광광의 단위면적당의 조도를 크게 하거나, 주사 노광의 속도를 느리게 하거나 할 필요가 있다. 반대로, 주사 노광 방향에서의 기판 상의 노광 영역의 폭을 크게 하면, 형성되는 패턴의 품질(전사 충실도)이 저하하는 경우가 있다.
본 발명의 형태는, 높은 생산성으로 높은 품질의 기판을 생산할 수 있는 기판 처리 장치, 디바이스 제조 방법 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태에 따르면, 조명광의 조명 영역에 배치되는 마스크의 패턴으로부터의 광속(光束)을, 기판이 배치되는 투영 영역에 투사하는 투영 광학계를 구비한 기판 처리 장치로서, 상기 조명 영역과 상기 투영 영역 중 일방의 영역에서 소정 곡률로 원통면 모양으로 만곡(灣曲)한 제1 면을 따르도록, 상기 마스크와 상기 기판 중 일방을 지지하는 제1 지지 부재와, 상기 조명 영역과 상기 투영 영역 중 타방의 영역에서 소정의 제2 면을 따르도록, 상기 마스크와 상기 기판 중 타방을 지지하는 제2 지지 부재와, 상기 제1 지지 부재를 회전시키고, 해당 제1 지지 부재가 지지하는 상기 마스크와 상기 기판 중 어느 하나를 주사 노광 방향으로 이동시키는 이동 기구를 구비하며, 상기 투영 광학계는, 상기 기판의 노광면에서, 베스트 포커스 위치가 상기 주사 노광 방향으로 2개소 포함되는 광속을 상기 투영 영역에 투사하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 제2 형태에 따르면, 상기 기판 처리 장치에 상기 기판을 공급하는 것과, 제1 형태에 기재된 기판 처리 장치를 이용하여 상기 기판에 상기 마스크의 패턴을 형성하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제3 형태에 따르면, 조명광의 조명 영역에 배치되는 마스크의 패턴으로부터의 광속을, 기판이 배치되는 투영 영역에 투사하는 노광 방법으로서, 상기 조명 영역과 상기 투영 영역 중 일방의 영역에서 소정 곡률로 원통면 모양으로 만곡한 제1 면을 따르도록, 상기 마스크와 상기 기판 중 일방을 지지하는 것과, 상기 조명 영역과 상기 투영 영역 중 타방의 영역에서 소정의 제2 면을 따르도록, 상기 마스크와 상기 기판 중 타방을 지지하는 것과, 해당 제1 면에서 지지하고 있는 상기 마스크와 상기 기판 중 어느 하나를 상기 제1 면을 따라서 회전시키고, 해당 제1 면에서 지지하는 상기 마스크와 상기 기판 중 어느 하나를 주사 노광 방향으로 이동시키는 것과, 상기 기판의 노광면에서, 베스트 포커스 위치가 상기 주사 노광 방향으로 2개소 포함되는 광속을 상기 투영 영역에 투사하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
본 발명의 형태에 의하면, 기판의 노광면의 주사 노광 방향에서, 베스트 포커스 위치가 2개소 포함되는 광속을 투영 영역에 투사함으로써, 높은 생산성으로 높은 품질의 기판을 생산할 수 있다.
도 1은, 제1 실시 형태의 디바이스 제조 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 제1 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 도 2에 나타내는 노광 장치의 조명 영역 및 투영 영역의 배치를 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 2에 나타내는 노광 장치의 조명 광학계 및 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는, 마스크에서의 조명 광속 및 투영 광속의 거동을 과장하여 나타내는 도면이다.
도 6a는, 마스크의 패턴의 투영상면(投影像面)과 기판의 노광면과의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 6b는, 노광폭 내에서의 디포커스량(defocus量)의 변화의 모습을 나타내는 그래프이다.
도 7은, 제2 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은, 마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 9는, 노광 좌표와 디포커스와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 디포커스와 점상강도(点像强度)와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 디포커스량의 변화와 강도차와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 디포커스량과 L/S의 콘트라스트 변화와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 13은, 디포커스량과 L/S의 콘트라스트비의 변화와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 14는, 디포커스량과 L/S의 CD 및 슬라이스 레벨과의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 15는, 디포커스량과 고립선(孤立線)의 콘트라스트 변화와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 16은, 디포커스량과 고립선의 콘트라스트비의 변화와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 17은, 디포커스량과 고립선의 CD 및 슬라이스 레벨과의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 18은, 제3 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 19는, 제4 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 20은, 마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 21은, 노광 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 22는, 디바이스 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는, 제1 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 도 2에 나타내는 노광 장치의 조명 영역 및 투영 영역의 배치를 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 2에 나타내는 노광 장치의 조명 광학계 및 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는, 마스크에서의 조명 광속 및 투영 광속의 거동을 과장하여 나타내는 도면이다.
도 6a는, 마스크의 패턴의 투영상면(投影像面)과 기판의 노광면과의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 6b는, 노광폭 내에서의 디포커스량(defocus量)의 변화의 모습을 나타내는 그래프이다.
도 7은, 제2 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은, 마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 9는, 노광 좌표와 디포커스와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 디포커스와 점상강도(点像强度)와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 디포커스량의 변화와 강도차와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 디포커스량과 L/S의 콘트라스트 변화와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 13은, 디포커스량과 L/S의 콘트라스트비의 변화와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 14는, 디포커스량과 L/S의 CD 및 슬라이스 레벨과의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 15는, 디포커스량과 고립선(孤立線)의 콘트라스트 변화와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 16은, 디포커스량과 고립선의 콘트라스트비의 변화와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 17은, 디포커스량과 고립선의 CD 및 슬라이스 레벨과의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 18은, 제3 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 19는, 제4 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 20은, 마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 21은, 노광 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 22는, 디바이스 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태(실시 형태)에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 실시 형태에 기재한 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 이하에 기재한 구성요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 게다가, 이하에 기재한 구성요소는 적당히 조합시키는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성요소의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다. 예를 들면, 이하의 실시 형태에서는, 디바이스로서 플렉시블·디스플레이를 제조하는 경우로서 설명하지만 이것에 한정되지 않는다. 디바이스로서는, 배선 기판, 반도체 기판 등을 제조할 수도 있다.
[제1 실시 형태]
제1 실시 형태는, 기판에 노광 처리를 실시하는 기판 처리 장치가 노광 장치이다. 또, 노광 장치는, 노광후의 기판에 각종 처리를 실시하여 디바이스를 제조하는 디바이스 제조 시스템에 조립되어 있다. 먼저, 디바이스 제조 시스템에 대해 설명한다.
＜디바이스 제조 시스템＞
도 1은, 제1 실시 형태의 디바이스 제조 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 디바이스 제조 시스템(1)은, 디바이스로서의 플렉시블·디스플레이를 제조하는 라인(플렉시블·디스플레이 제조 라인)이다. 플렉시블·디스플레이로서는, 예를 들면 유기EL 디스플레이 등이 있다. 이 디바이스 제조 시스템(1)은, 가요성의 기판(P)을 롤 모양으로 권회(卷回)한 공급용 롤(FR1)로부터, 해당 기판(P)을 송출하고, 송출된 기판(P)에 대해서 각종 처리를 연속적으로 실시한 후, 처리후의 기판(P)을 가요성의 디바이스로서 회수용 롤(FR2)에 권취하는, 이른바 롤·투·롤(Roll to Roll) 방식으로 되어 있다. 제1 실시 형태의 디바이스 제조 시스템(1)에서는, 필름 모양의 시트인 기판(P)이 공급용 롤(FR1)로부터 송출되고, 공급용 롤(FR1)로부터 송출된 기판(P)이, 순차적으로, n대의 처리 장치(U1, U2, U3, U4, U5,…Un)를 거쳐, 회수용 롤(FR2)에 권취될 때까지의 예를 나타내고 있다. 먼저, 디바이스 제조 시스템(1)의 처리 대상이 되는 기판(P)에 대해 설명한다.
기판(P)은, 예를 들면, 수지(樹脂) 필름, 스테인리스강 등의 금속 또는 합금으로 이루어지는 박(箔)(포일(foil)) 등이 이용된다. 수지 필름의 재질로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리염화비닐 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스틸렌 수지, 초산비닐수지 중 하나 또는 둘 이상을 포함하고 있다.
기판(P)은, 예를 들면, 기판(P)에 실시되는 각종 처리에서 받는 열에 의한 변형량을 실질적으로 무시할 수 있도록, 열팽창 계수가 현저하게 크지 않은 것을 선정하는 것이 바람직하다. 열팽창 계수는, 예를 들면, 무기 필러를 수지 필름에 혼합하는 것에 의해서, 프로세스 온도 등에 따른 문턱값 보다도 작게 설정되어 있어도 괜찮다. 무기 필러는, 예를 들면, 산화 티탄, 산화 아연, 알루미나, 산화 규소 등이라도 좋다. 또, 기판(P)은, 플로트법(float法) 등에 의해 제조된 두께 100μm 정도의 매우 얇은 유리의 단층체라도 좋고, 이 매우 얇은 유리에 상기의 수지 필름, 박 등을 접합시킨 적층체라도 좋다.
이와 같이 구성된 기판(P)은, 롤 모양으로 권회됨으로써 공급용 롤(FR1)이 되며, 이 공급용 롤(FR1)이, 디바이스 제조 시스템(1)에 장착된다. 공급용 롤(FR1)이 장착된 디바이스 제조 시스템(1)은, 1개의 디바이스를 제조하기 위한 각종의 처리를, 공급용 롤(FR1)로부터 송출되는 기판(P)에 대해서 반복하여 실행한다. 이 때문에, 처리후의 기판(P)은, 복수의 디바이스가 연결된 상태가 된다. 즉, 공급용 롤(FR1)로부터 송출되는 기판(P)은, 다면취용(多面取用)의 기판으로 되어 있다. 또 기판(P)은, 미리 소정의 전처리에 의해서, 그 표면을 개질(改質)하여 활성화한 것, 혹은, 표면에 정밀 패터닝을 위한 미세한 격벽 구조(요철 구조)를 임프린트법(imprint法)(마이크로스탬퍼(microstamper)) 등에 의해 형성한 것이라도 좋다.
처리후의 기판(P)은, 롤 모양으로 권회됨으로써 회수용 롤(FR2)로서 회수된다. 회수용 롤(FR2)은, 도시하지 않은 다이싱(dicing) 장치에 장착된다. 회수용 롤(FR2)이 장착된 다이싱 장치는, 처리후의 기판(P)을, 디바이스마다 분할(다이싱) 함으로써, 복수개의 디바이스로 한다. 기판(P)의 치수는, 예를 들면, 폭방향(단척(短尺)이 되는 방향)의 치수가 10cm~2m 정도이며, 길이 방향(장척(長尺)이 되는 방향)의 치수가 10m 이상이다. 또 기판(P)의 치수는, 상기한 치수에 한정되지 않는다.
다음으로, 도 1을 참조하여, 디바이스 제조 시스템(1)에 대해 설명한다. 도 1에서는, X방향, Y방향 및 Z방향이 직교하는 직교 좌표계로 되어 있다. X방향은, 수평면내에서 공급용 롤(FR1) 및 회수용 롤(FR2)을 잇는 방향이며, 도 1에서의 좌우 방향이다. Y방향은, 수평면내에서 X방향에 직교하는 방향이며, 도 1에서의 전후방향이다. Y방향은, 공급용 롤(FR1) 및 회수용 롤(FR2)의 축방향으로 되어 있다. Z방향은, 연직 방향이며, 도 1에서의 상하 방향이다.
디바이스 제조 시스템(1)은, 기판(P)을 공급하는 기판 공급 장치(2)와, 기판 공급 장치(2)에 의해서 공급된 기판(P)에 대해서 각종 처리를 실시하는 처리 장치(U1~Un)와, 처리 장치(U1~Un)에 의해서 처리가 실시된 기판(P)을 회수하는 기판 회수 장치(4)와, 디바이스 제조 시스템(1)의 각 장치를 제어하는 상위(上位) 제어 장치(5)를 구비한다.
기판 공급 장치(2)에는, 공급용 롤(FR1)이 회전 가능하게 장착된다. 기판 공급 장치(2)는, 장착된 공급용 롤(FR1)로부터 기판(P)을 송출하는 구동 롤러(R1)와, 기판(P)의 폭방향(Y방향)에서의 위치를 조정하는 엣지 포지션 컨트롤러(EPC1)를 가진다. 구동 롤러(R1)는, 기판(P)의 표리 양면을 사이에 끼워 지지하면서 회전하여, 기판(P)을 공급용 롤(FR1)로부터 회수용 롤(FR2)로 향하는 반송 방향으로 송출함으로써, 기판(P)을 처리 장치(U1~Un)에 공급한다. 이 때, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC1)는, 기판(P)의 폭방향의 단부(엣지)에서의 위치가, 목표 위치에 대해서 ±십수μm~수십μm 정도의 범위에 들어가도록, 기판(P)을 폭방향으로 이동시켜, 기판(P)의 폭방향에서의 위치를 수정한다.
기판 회수 장치(4)에는, 회수용 롤(FR2)이 회전 가능하게 장착된다. 기판 회수 장치(4)는, 처리후의 기판(P)을 회수용 롤(FR2) 측으로 끌어 당기는 구동 롤러(R2)와, 기판(P)의 폭방향(Y방향)에서의 위치를 조정하는 엣지 포지션 컨트롤러(EPC2)를 가진다. 기판 회수 장치(4)는, 구동 롤러(R2)에 의해 기판(P)의 표리 양면을 사이에 끼워 지지하면서 회전하여, 기판(P)을 반송 방향으로 끌어 당김과 아울러, 회수용 롤(FR2)을 회전시킴으로써, 기판(P)을 감아올린다. 이 때, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC2)는, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC1)와 동일하게 구성되며, 기판(P)의 폭방향의 단부(엣지)가 폭방향에서 흐트러지지 않도록, 기판(P)의 폭방향에서의 위치를 수정한다.
처리 장치(U1)는, 기판 공급 장치(2)로부터 공급된 기판(P)의 표면에 감광성 기능액을 도포하는 도포 장치이다. 감광성 기능액으로서는, 예를 들면, 포토레지스트, 감광성 실란 커플링재(친발액성(親撥液性) 개질재), 감광성 도금 환원재, UV경화 수지액 등이 이용된다. 처리 장치(U1)는, 기판(P)의 반송 방향의 상류측으로부터 순서대로, 도포 기구(Gp1)와 건조 기구(Gp2)가 마련되어 있다. 도포 기구(Gp1)는, 기판(P)이 감겨지는 실린더 롤러(DR1)와, 실린더 롤러(DR1)에 대향하는 도포 롤러(DR2)를 가진다. 도포 기구(Gp1)는, 공급된 기판(P)을 실린더 롤러(DR1)에 감은 상태에서, 실린더 롤러(DR1) 및 도포 롤러(DR2)에 의해 기판(P)을 사이에 끼워 지지한다. 그리고, 도포 기구(Gp1)는, 실린더 롤러(DR1) 및 도포 롤러(DR2)를 회전시킴으로써, 기판(P)을 반송 방향으로 이동시키면서, 도포 롤러(DR2)에 의해 감광성 기능액을 도포한다. 건조 기구(Gp2)는, 열풍 또는 드라이 에어 등의 건조용 에어를 내뿜어, 감광성 기능액에 포함되는 용질(용제 또는 물)을 제거하고, 감광성 기능액이 도포된 기판(P)을 건조시킴으로써, 기판(P) 상에 감광성 기능층을 형성한다.
처리 장치(U2)는, 기판(P)의 표면에 형성된 감광성 기능층을 안정적으로 하도록, 처리 장치(U1)로부터 반송된 기판(P)을 소정 온도(예를 들면, 수10~120℃ 정도)까지 가열하는 가열 장치이다. 처리 장치(U2)는, 기판(P)의 반송 방향의 상류측으로부터 순서대로, 가열 챔버(HA1)와 냉각 챔버(HA2)가 마련되어 있다. 가열 챔버(HA1)는, 그 내부에 복수의 롤러 및 복수의 에어·턴 바가 마련되어 있고, 복수의 롤러 및 복수의 에어·턴 바는, 기판(P)의 반송 경로를 구성하고 있다. 복수의 롤러는, 기판(P)의 이면에 구름 접촉하여 마련되며, 복수의 에어·턴 바는, 기판(P)의 표면측에 비접촉 상태로 마련된다. 복수의 롤러 및 복수의 에어·턴 바는, 기판(P)의 반송 경로를 길게 하도록, 사행(蛇行, 구불구불) 모양의 반송 경로가 되는 배치로 되어 있다. 가열 챔버(HA1) 내를 통과하는 기판(P)은, 사행 모양의 반송 경로를 따라서 반송되면서 소정 온도까지 가열된다. 냉각 챔버(HA2)는, 가열 챔버(HA1)에서 가열된 기판(P)의 온도가, 후공정(처리 장치(U3))의 환경 온도와 일치하도록, 기판(P)을 환경 온도까지 냉각한다. 냉각 챔버(HA2)는, 그 내부에 복수의 롤러가 마련되며, 복수의 롤러는, 가열 챔버(HA1)와 마찬가지로, 기판(P)의 반송 경로를 길게 하도록, 사행 모양의 반송 경로가 되는 배치로 되어 있다. 냉각 챔버(HA2) 내를 통과하는 기판(P)은, 사행 모양의 반송 경로를 따라서 반송되면서 냉각된다. 냉각 챔버(HA2)의 반송 방향에서의 하류측에는, 구동 롤러(R3)가 마련되며, 구동 롤러(R3)는, 냉각 챔버(HA2)를 통과한 기판(P)을 사이에 끼워 지지하면서 회전함으로써, 기판(P)을 처리 장치(U3)로 향하여 공급한다. 또, 가열 챔버(HA1)에 의한 기판(P)의 가열은, 기판(P)이 PET(폴리에틸렌·텔레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌·나프탈레이트) 등의 수지 필름의 경우, 그 유리 전이 온도를 초과하지 않도록 설정하는 것이 좋다.
처리 장치(기판 처리 장치)(U3)는, 처리 장치(U2)로부터 공급된, 표면에 감광성 기능층이 형성된 기판(감광 기판)(P)에 대해서, 디스플레이용의 회로 또는 배선 등의 패턴을 투영 노광하는 노광 장치이다. 상세는 후술하지만, 처리 장치(U3)는, 반사형의 마스크(M)에 조명 광속을 조명하고, 조명 광속이 마스크(M)에 의해 반사됨으로써 얻어지는 투영 광속을 기판(P)에 투영 노광한다. 처리 장치(U3)는, 처리 장치(U2)로부터 공급된 기판(P)을 반송 방향의 하류측으로 보내는 구동 롤러(R4)와, 기판(P)의 폭방향(Y방향)에서의 위치를 조정하는 엣지 포지션 컨트롤러(EPC3)를 가진다. 구동 롤러(R4)는, 기판(P)의 표리 양면을 사이에 끼워 지지하면서 회전하고, 기판(P)을 반송 방향의 하류측으로 송출함으로써, 기판(P)을 노광 위치에서 지지하는 기판 지지 드럼('회전 드럼'이라고 하기도 함)으로 향하여 공급한다.
엣지 포지션 컨트롤러(EPC3)는, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC1)와 동일하게 구성되며, 노광 위치(기판 지지 드럼)에서의 기판(P)의 폭방향이 목표 위치가 되도록, 기판(P)의 폭방향에서의 위치를 수정한다. 또, 처리 장치(U3)는, 노광후의 기판(P)에 늘어짐을 부여한 상태에서, 기판(P)을 반송 방향의 하류측으로 보내는 2조의 구동 롤러(R5, R6)를 가진다. 구동 롤러(R5)는 앞의 구동 롤러(R4)와 협동하여, 기판(P)의 반송 방향으로 소정의 텐션을 부여한다. 2조의 구동 롤러(R5, R6)는, 기판(P)의 반송 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 구동 롤러(R5)는, 반송되는 기판(P)의 상류측을 사이에 끼워 지지하여 회전하고, 구동 롤러(R6)는, 반송되는 기판(P)의 하류측을 사이에 끼워 지지하여 회전함으로써, 기판(P)을 처리 장치(U4)로 향하여 공급한다. 이 때, 기판(P)은, 늘어짐이 부여되어 있기 때문에, 구동 롤러(R6) 보다도 반송 방향의 하류측에서 발생하는 반송 속도의 변동을 흡수할 수 있어, 반송 속도의 변동에 의한 기판(P)으로의 노광 처리의 영향을 절연할 수 있다. 또, 처리 장치(U3) 내에는, 마스크(M)의 마스크 패턴의 일부분의 상(像)과 기판(P)을 상대적으로 위치 맞춤(얼라이먼트)하기 위해, 기판(P)에 미리 형성된 얼라이먼트 마크 등을 검출하는 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)이 마련되어 있다.
처리 장치(U4)는, 처리 장치(U3)로부터 반송된 노광후의 기판(P)에 대해서, 습식에 의한 현상 처리, 무전해 도금 처리 등을 행하는 습식 처리 장치이다. 처리 장치(U4)는, 그 내부에, 연직 방향(Z방향)으로 계층화된 3개의 처리조(BT1, BT2, BT3)와, 기판(P)을 반송하는 복수의 롤러를 가진다. 복수의 롤러는, 3개의 처리조(BT1, BT2, BT3)의 내부를, 기판(P)이 순서대로 통과하는 반송 경로가 되도록 배치된다. 처리조(BT3)의 반송 방향에서의 하류측에는, 구동 롤러(R7)가 마련되며, 구동 롤러(R7)는, 처리조(BT3)를 통과한 기판(P)을 사이에 끼워 지지하면서 회전 함으로써, 기판(P)을 처리 장치(U5)로 향하여 공급한다.
도시는 생략하지만, 처리 장치(U5)는, 처리 장치(U4)로부터 반송된 기판(P)을 건조시키는 건조 장치이다. 처리 장치(U5)는, 처리 장치(U4)에서 습식 처리된 기판(P)에 부착하는 액적(液滴)이나 미스트를 제거함과 아울러, 기판(P)의 수분 함유량을, 소정의 수분 함유량으로 조정한다. 처리 장치(U5)에 의해 건조된 기판(P)은, 몇 개의 처리 장치를 거쳐, 처리 장치(Un)로 반송된다. 그리고, 처리 장치(Un)에서 처리된 후, 기판(P)은, 기판 회수 장치(4)의 회수용 롤(FR2)에 감아올려진다.
상위 제어 장치(5)는, 기판 공급 장치(2), 기판 회수 장치(4) 및 복수의 처리 장치(U1~Un)를 통괄 제어한다. 상위 제어 장치(5)는, 기판 공급 장치(2) 및 기판 회수 장치(4)를 제어하여, 기판(P)을 기판 공급 장치(2)로부터 기판 회수 장치(4)로 향하여 반송시킨다. 또, 상위 제어 장치(5)는, 기판(P)의 반송에 동기시키면서, 복수의 처리 장치(U1~Un)를 제어하여, 기판(P)에 대한 각종 처리를 실행시킨다.
＜노광 장치(기판 처리 장치)＞
다음으로, 제1 실시 형태의 처리 장치(U3)로서의 노광 장치(기판 처리 장치)의 구성에 대해서, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 2는, 제1 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 도 3은, 도 2에 나타내는 노광 장치의 조명 영역 및 투영 영역의 배치를 나타내는 도면이다. 도 4는, 도 2에 나타내는 노광 장치의 조명 광학계 및 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 이하, 처리 장치(U3)를 노광 장치(U3)라고 한다.
도 2에 나타내는 노광 장치(U3)는, 이른바 주사 노광 장치이며, 기판(P)을 반송 방향으로 반송하면서, 원통 모양의 마스크(M)의 외주면에 형성된 마스크 패턴의 상(像)을, 기판(P)의 표면에 투영 노광한다. 또, 도 2에서는, X방향, Y방향 및 Z방향이 직교하는 직교 좌표계로 되어 있으며, 도 1과 동일한 직교 좌표계로 되어 있다.
먼저, 노광 장치(U3)에 이용되는 마스크(M)에 대해 설명한다. 마스크(M)는, 예를 들면 금속제의 원통체를 이용한 반사형의 마스크로 되어 있다. 마스크(M)는, Y방향으로 연장하는 제1 축(AX1)을 중심으로 하는 곡률 반경 Rm이 되는 외주면(원주면)을 가지는 원통체에 형성되며, 지름 방향으로 일정한 두께를 가지고 있다. 마스크(M)의 원주면은, 소정의 마스크 패턴이 형성된 면(P1)으로 되어 있다. 마스크(M)의 면(P1)은, 소정 방향으로 광속을 높은 효율로 반사하는 고반사부와 소정 방향으로 광속을 반사하지 않거나 또는 낮은 효율로 반사하는 반사 억제부를 포함한다. 마스크 패턴은, 고반사부 및 반사 억제부에 의해 형성되어 있다. 여기서, 반사 억제부는, 소정 방향으로 반사하는 광이 적게 되면 된다. 이 때문에, 반사 억제부는, 광을 흡수해도, 투과해도, 소정 방향 이외로 반사(예를 들면 난반사)해도 괜찮다. 여기서, 마스크(M)는, 반사 억제부를, 광을 흡수하는 재료나, 광을 투과하는 재료로 구성할 수 있다. 노광 장치(U3)는, 상기 구성의 마스크(M)로서, 금속의 원통체로 작성한 마스크를 이용할 수 있다. 이 때문에, 노광 장치(U3)는, 염가의 마스크를 이용하여 노광을 행할 수 있다.
또, 마스크(M)는, 1개의 표시 디바이스에 대응하는 패널용 패턴의 전체 또는 일부가 형성되어 있어도 괜찮고, 복수개의 표시 디바이스에 대응하는 패널용 패턴이 형성되어 있어도 괜찮다. 또, 마스크(M)는, 패널용 패턴이 제1 축(AX1)의 둘레의 주방향(周方向)으로 반복하여 복수개 형성되어 있어도 괜찮고, 소형의 패널용 패턴이 제1 축(AX1)에 평행한 방향으로 반복하여 복수 형성되어도 괜찮다. 게다가, 마스크(M)는, 제1 표시 디바이스의 패널용 패턴과, 제1 표시 디바이스와 사이즈 등이 다른 제2 표시 디바이스의 패널용 패턴이 형성되어 있어도 괜찮다. 또, 마스크(M)는, 제1 축(AX1)을 중심으로 하는 곡률 반경 Rm이 되는 원주면을 가지고 있으면 좋고, 원통체의 형상에 한정되지 않는다. 예를 들면, 마스크(M)는, 원주면을 가지는 원호 모양의 판재라도 좋다. 또, 마스크(M)는, 박판(薄板) 모양이라도 좋고, 박판 모양의 마스크(M)를 만곡시켜, 원주면을 따르도록 원통 부재에 붙여도 괜찮다.
다음으로, 도 2에 나타내는 노광 장치(U3)에 대해 설명한다. 노광 장치(U3)는, 상기한 구동 롤러(R4~R6), 엣지 포지션 컨트롤러(EPC3) 및 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2) 외에, 마스크 유지 기구(11)와, 기판 지지 기구(12)와, 조명 광학계(IL)와, 투영 광학계(PL)와, 하위(下位) 제어 장치(16)를 가진다. 노광 장치(U3)는, 광원 장치(13)로부터 사출된 조명광을 조명 광학계(IL)와, 투영 광학계(PL)에서 안내함으로써, 마스크 유지 기구(11)에서 유지한 마스크(M)의 패턴의 광속을 기판 지지 기구(12)에서 유지한 기판(P)에 투사한다.
하위 제어 장치(16)는, 노광 장치(U3)의 각 부를 제어하고, 각 부에 처리를 실행시킨다. 하위 제어 장치(16)는, 디바이스 제조 시스템(1)의 상위 제어 장치(5)의 일부 또는 전부라도 괜찮다. 또, 하위 제어 장치(16)는, 상위 제어 장치(5)에 의해 제어되며, 상위 제어 장치(5)와는 다른 장치라도 괜찮다. 하위 제어 장치(16)는, 예를 들면, 컴퓨터를 포함한다.
마스크 유지 기구(11)는, 마스크(M)를 유지하는 마스크 유지 드럼(마스크 유지 부재)(21)과, 마스크 유지 드럼(21)을 회전시키는 제1 구동부(22)를 가지고 있다. 마스크 유지 드럼(21)은, 마스크(M)의 제1 축(AX1)이 회전 중심이 되도록 마스크(M)를 유지한다. 제1 구동부(22)는, 하위 제어 장치(16)에 접속되며, 제1 축(AX1)을 회전 중심으로 마스크 유지 드럼(21)을 회전시킨다.
또, 마스크 유지 기구(11)는, 원통체의 마스크(M)를 마스크 유지 드럼(21)에서 유지했지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 마스크 유지 기구(11)는, 마스크 유지 드럼(21)의 외주면을 따라서 박판 모양의 마스크(M)를 감아 유지해도 괜찮다. 또, 마스크 유지 기구(11)는, 원호 모양의 판재가 되는 마스크(M)를 마스크 유지 드럼(21)의 외주면에서 유지해도 괜찮다.
기판 지지 기구(12)는, 기판(P)을 원통 모양의 외주면에서 지지하여 회전 가능한 기판 지지 드럼(25)과, 기판 지지 드럼(25)을 회전시키는 제2 구동부(26)와,한 쌍의 에어·턴 바(ATB1, ATB2)와, 한 쌍의 가이드 롤러(27, 28)를 가지고 있다. 기판 지지 드럼(25)은, Y방향으로 연장하는 제2 축(AX2)을 중심으로 하는 곡률 반경 Rp가 되는 외주면(원주면)을 가지는 원통 형상으로 형성되어 있다. 여기서, 제1 축(AX1)과 제2 축(AX2)은 서로 평행하게 되어 있고, 제1 축(AX1) 및 제2 축(AX2)을 통과하는 면을 중심면(CL)으로 하고 있다. 기판 지지 드럼(25)의 원주면의 일부는, 기판(P)을 지지하는 지지면(P2)으로 되어 있다. 즉, 기판 지지 드럼(25)은, 그 지지면(P2)에 기판(P)이 감겨짐으로써, 기판(P)을 지지한다. 제2 구동부(26)는, 하위 제어 장치(16)에 접속되며, 제2 축(AX2)을 회전 중심으로 기판 지지 드럼(25)을 회전시킨다.
한 쌍의 에어·턴 바(ATB1, ATB2)는, 기판 지지 드럼(25)을 사이에 두고, 기판(P)의 반송 방향의 상류측 및 하류측에 각각 마련되어 있다. 한 쌍의 에어·턴 바(ATB1, ATB2)는, 기판(P)의 표면측에 마련되며, 연직 방향(Z방향)에서 기판 지지 드럼(25)의 지지면(P2) 보다도 하부측에 배치되어 있다. 한 쌍의 가이드 롤러(27, 28)는, 한 쌍의 에어·턴 바(ATB1, ATB2)를 사이에 두고, 기판(P)의 반송 방향의 상류측 및 하류측에 각각 마련되어 있다. 한 쌍의 가이드 롤러(27, 28)는, 그 일방의 가이드 롤러(27)가 구동 롤러(R4)로부터 반송된 기판(P)을 에어·턴 바(ATB1)로 안내하고, 그 타방의 가이드 롤러(28)가 에어·턴 바(ATB2)로부터 반송된 기판(P)을 구동 롤러(R5)로 안내한다.
따라서, 기판 지지 기구(12)는, 구동 롤러(R4)로부터 반송된 기판(P)을, 가이드 롤러(27)에 의해 에어·턴 바(ATB1)로 안내하고, 에어·턴 바(ATB1)를 통과한 기판(P)을, 기판 지지 드럼(25)에 도입한다. 기판 지지 기구(12)는, 제2 구동부(26)에 의해 기판 지지 드럼(25)을 회전시킴으로써, 기판 지지 드럼(25)에 도입한 기판(P)을, 기판 지지 드럼(25)의 지지면(P2)에서 지지하면서, 에어·턴 바(ATB2)로 향하여 반송한다. 기판 지지 기구(12)는, 에어·턴 바(ATB2)로 반송된 기판(P)을, 에어·턴 바(ATB2)에 의해 가이드 롤러(28)로 안내하고, 가이드 롤러(28)를 통과한 기판(P)을, 구동 롤러(R5)로 안내한다.
이 때, 제1 구동부(22) 및 제2 구동부(26)에 접속된 하위 제어 장치(16)는, 마스크 유지 드럼(21)과 기판 지지 드럼(25)을 소정의 회전 속도비로 동기 회전시키는 것에 의해서, 마스크(M)의 면(P1)에 형성된 마스크 패턴의 상이, 기판 지지 드럼(25)의 지지면(P2)에 감겨진 기판(P)의 표면(원주면을 따라서 만곡한 면)에 연속적으로 반복하여 투영 노광된다.
광원 장치(13)는, 마스크(M)에 조명되는 조명 광속(EL1)을 출사한다. 광원 장치(13)는, 광원(31)과 도광 부재(32)를 가진다. 광원(31)은, 소정의 파장의 광을 사출하는 광원이다. 광원(31)은, 예를 들면 수은 램프 등의 램프 광원, 또는 레이저 다이오드, 발광 다이오드(LED) 등이다. 광원(31)이 사출하는 조명광은, 예를 들면 램프 광원으로부터 사출되는 휘선(g선, h선, i선), KrF 엑시머 레이저광(파장 248nm) 등의 원자외광(DUV 광), ArF 엑시머 레이저광(파장 193nm) 등이다. 여기서, 광원(31)은, i선(365nm의 파장) 이하의 파장을 포함하는 조명 광속(EL1)을 사출하는 것이 바람직하다. 광원(31)은, i선 이하의 파장이 되는 조명 광속(EL1)으로서, YAG 레이저(제3 고조파 레이저)로부터 사출되는 레이저광(355nm의 파장), YAG 레이저(제4 고조파 레이저)로부터 사출되는 레이저광(266nm의 파장), 또는 KrF 엑시머 레이저로부터 사출되는 레이저광(248nm의 파장) 등을 이용할 수 있다.
도광 부재(32)는, 광원(31)으로부터 출사된 조명 광속(EL1)을 조명 광학계(IL)로 안내한다. 도광 부재(32)는, 광 파이버, 또는 미러를 이용한 릴레이 모듈등으로 구성된다. 또, 도광 부재(32)는, 조명 광학계(IL)가 복수 마련되어 있는 경우, 광원(31)으로부터의 조명 광속(EL1)을 복수로 분리하고, 복수의 조명 광속(EL1)을 복수의 조명 광학계(IL)로 안내한다. 도광 부재(32)는, 광원(31)으로부터 사출된 조명 광속(EL1)을 소정의 편광 상태의 광으로서 편광 빔 스플리터(PBS)에 입사시킨다. 여기서, 본 실시 형태의 편광 빔 스플리터(PBS)는, S편광의 직선 편광이 되는 광속을 반사하고, P편광의 직선 편광이 되는 광속을 투과한다. 이 때문에, 광원 장치(13)는, 편광 빔 스플리터(PBS)에 입사하는 조명 광속(EL1)이 직선 편광(S편광)의 광속이 되는 조명 광속(EL1)을 출사한다.
광원 장치(13)는, 편광 빔 스플리터(PBS)에 파장 및 위상이 일치한 편광 레이저를 출사한다. 예를 들면, 광원 장치(13)는, 광원(31)으로부터 사출되는 광속이 편광된 광인 경우, 도광 부재(32)로서, 편파면(偏波面) 유지 파이버를 이용하여, 광원 장치(13)로부터 출력된 레이저광의 편광 상태를 유지한 채로 도광한다. 또, 예를 들면, 광원(31)으로부터 출력된 광속을 광 파이버로 안내하고, 광 파이버로부터 출력된 광을 편광판으로 편광시켜도 괜찮다. 즉 광원 장치(13)는, 랜덤 편광의 광속이 안내되고 있는 경우, 랜덤 편광의 광속을 편광판으로 편광해도 괜찮고, 편광 빔 스플리터(PBS)를 이용하여 P편향과 S편향의 각 광속으로 분기시키고, 그 편광 빔 스플리터(PBS)를 투과한 광을 일방의 계통의 조명 광학계(IL)에 입사시키며, 그 편광 빔 스플리터(PBS)에서 반사한 광을 다른 계통의 조명 광학계(IL)에 입사시키는 광속로서 이용해도 괜찮다. 또 광원 장치(13)는, 렌즈 등을 이용한 릴레이 광학계에 의해, 광원(31)으로부터 출력된 광속을 안내해도 괜찮다.
여기서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태의 노광 장치(U3)는, 이른바 멀티 렌즈 방식을 상정한 노광 장치이다. 또, 도 3에는, 마스크 유지 드럼(21)에 유지된 마스크(M) 상의 조명 영역(IR)을 -Z측으로부터 본 평면도(도 3의 좌측 도면)와, 기판 지지 드럼(25)에 지지된 기판(P) 상의 투영 영역(PA)을 ＋Z측으로부터 본 평면도(도 3의 우측 도면)가 도시되어 있다. 도 3의 부호 Xs는, 마스크 유지 드럼(21) 및 기판 지지 드럼(25)의 이동 방향(회전 방향)을 나타낸다. 멀티 렌즈 방식의 노광 장치(U3)는, 마스크(M) 상의 복수(제1 실시 형태에서는 예를 들면 6개)의 조명 영역(IR1~IR6)에 조명 광속(EL1)을 각각 조명하고, 각 조명 광속(EL1)이 각 조명 영역(IR1~IR6)에 반사됨으로써 얻어지는 복수의 투영 광속(EL2)을, 기판(P) 상의 복수(제1 실시 형태에서는 예를 들면 6개)의 투영 영역(PA1~PA6)에 투영 노광한다.
먼저, 조명 광학계(IL)에 의해 조명되는 복수의 조명 영역(IR1~IR6)에 대해 설명한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 복수의 조명 영역(IR1~IR6)은, 중심면(CL)을 사이에 두고, 회전 방향의 상류측의 마스크(M) 상에 제1 조명 영역(IR1), 제3 조명 영역(IR3) 및 제5 조명 영역(IR5)이 배치되고, 회전 방향의 하류측의 마스크(M) 상에 제2 조명 영역(IR2), 제4 조명 영역(IR4) 및 제6 조명 영역(IR6)이 배치된다. 각 조명 영역(IR1~IR6)은, 마스크(M)의 축방향(Y방향)으로 연장하는 평행한 단변 및 장변을 가지는 가늘고 긴 사다리꼴 모양의 영역으로 되어 있다. 이 때, 사다리꼴 모양의 각 조명 영역(IR1~IR6)은, 그 단변이 중심면(CL)측에 위치하고, 그 장변이 외측에 위치하는 영역으로 되어 있다. 제1 조명 영역(IR1), 제3 조명 영역(IR3) 및 제5 조명 영역(IR5)은, 축방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 또, 제2 조명 영역(IR2), 제4 조명 영역(IR4) 및 제6 조명 영역(IR6)은, 축방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 이 때, 제2 조명 영역(IR2)은, 축방향에서, 제1 조명 영역(IR1)과 제3 조명 영역(IR3)과의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 제3 조명 영역(IR3)은, 축방향에서, 제2 조명 영역(IR2)과 제4 조명 영역(IR4)과의 사이에 배치된다. 제4 조명 영역(IR4)은, 축방향에서, 제3 조명 영역(IR3)과 제5 조명 영역(IR5)과의 사이에 배치된다. 제5 조명 영역(IR5)은, 축방향에서, 제4 조명 영역(IR4)과 제6 조명 영역(IR6)과의 사이에 배치된다. 각 조명 영역(IR1~IR6)은, 마스크(M)의 주방향으로부터 보아, 서로 이웃하는 사다리꼴 모양의 조명 영역의 사변부(斜邊部)의 삼각부(三角部)가 겹치도록(오버랩하도록) 배치되어 있다. 또, 제1 실시 형태에서, 각 조명 영역(IR1~IR6)은, 사다리꼴 모양의 영역으로 했지만, 장방형 모양의 영역이라도 좋다.
또, 마스크(M)는, 마스크 패턴이 형성되는 패턴 형성 영역(A3)과, 마스크 패턴이 형성되지 않은 패턴 비형성 영역(A4)을 가진다. 패턴 비형성 영역(A4)은, 조명 광속(EL1)을 흡수하는 반사하기 어려운 영역이며, 패턴 형성 영역(A3)을 틀 모양으로 둘러싸서 배치되어 있다. 제1~제6 조명 영역(IR1~IR6)은, 패턴 형성 영역(A3)의 Y방향의 전체 폭을 커버하도록, 배치되어 있다.
조명 광학계(IL)는, 복수의 조명 영역(IR1~IR6)에 따라서 복수(제1 실시 형태에서는 예를 들면 6개) 마련되어 있다. 복수의 조명 광학계(분할 조명 광학계)(IL1~IL6)에는, 광원 장치(13)로부터의 조명 광속(EL1)이 각각 입사한다. 각 조명 광학계(IL1~IL6)는, 광원 장치(13)로부터 입사된 각 조명 광속(EL1)을, 각 조명 영역(IR1~IR6)으로 각각 안내한다. 즉, 제1 조명 광학계(IL1)는, 조명 광속(EL1)을 제1 조명 영역(IR1)으로 안내하고, 마찬가지로, 제2~제6 조명 광학계(IL2~IL6)는, 조명 광속(EL1)을 제2~제6 조명 영역(IR2~IR6)으로 안내한다. 복수의 조명 광학계(IL1~IL6)는, 중심면(CL)을 사이에 두고, 제1, 제3, 제5 조명 영역(IR1, IR3, IR5)이 배치되는 측(도 2의 좌측)에, 제1 조명 광학계(IL1), 제3 조명 광학계(IL3) 및 제5 조명 광학계(IL5)가 배치된다. 제1 조명 광학계(IL1), 제3 조명 광학계(IL3) 및 제5 조명 광학계(IL5)는, Y방향으로 소정의 간격을 두고 배치된다. 또, 복수의 조명 광학계(IL1~IL6)는, 중심면(CL)을 사이에 두고, 제2, 제4, 제6 조명 영역(IR2, IR4, IR6)이 배치되는 측(도 2의 우측)에, 제2 조명 광학계(IL2), 제4 조명 광학계(IL4) 및 제6 조명 광학계(IL6)가 배치된다. 제2 조명 광학계(IL2), 제4 조명 광학계(IL4) 및 제6 조명 광학계(IL6)는, Y방향으로 소정의 간격을 두고 배치된다. 이 때, 제2 조명 광학계(IL2)는, 축방향에서, 제1 조명 광학계(IL1)와 제3 조명 광학계(IL3)와의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 제3 조명 광학계(IL3), 제4 조명 광학계(IL4), 제5 조명 광학계(IL5)는, 축방향에서, 제2 조명 광학계(IL2)와 제4 조명 광학계(IL4)와의 사이, 제3 조명 광학계(IL3)와 제5 조명 광학계(IL5)와의 사이, 제4 조명 광학계(IL4)와 제6 조명 광학계(IL6)와의 사이에 배치된다. 또, 제1 조명 광학계(IL1), 제3 조명 광학계(IL3) 및 제5 조명 광학계(IL5)와, 제2 조명 광학계(IL2), 제4 조명 광학계(IL4) 및 제6 조명 광학계(IL6)는, Y방향으로부터 보아 대칭으로 배치되어 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 각 조명 광학계(IL1~IL6)의 상세한 구성에 대해 설명한다. 또, 각 조명 광학계(IL1~IL6)는, 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 제1 조명 광학계(IL1)(이하, 간단하게 '조명 광학계(IL)'라고 함)를 예로 설명한다.
조명 광학계(IL)는, 조명 영역(IR)(제1 조명 영역(IR1))를 균일한 조도로 조명할 수 있도록, 광원 장치(13)로부터의 조명 광속(EL1)을 다수의 점광원이 면 모양으로 집합한 면광원상(面光源像)으로 변환하는 쾰러(KOHLER) 조명법을 적용하고 있다. 또, 조명 광학계(IL)는, 편광 빔 스플리터(PBS)를 이용한 낙사(落射) 조명계로 되어 있다. 조명 광학계(IL)는, 광원 장치(13)로부터의 조명 광속(EL1)의 입사측으로부터 순서대로, 조명 광학 모듈(ILM)과, 편광 빔 스플리터(PBS)와, 1/4 파장판(41)을 가진다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 조명 광학 모듈(ILM)은, 조명 광속(EL1)의 입사측으로부터 순서대로, 콜리메이터 렌즈(51)와, 플라이아이(flyeye) 렌즈(52)와, 복수의 콘덴서 렌즈(53)와, 실린드리칼 렌즈(54)와, 조명 시야 조리개(55)와, 복수의 릴레이 렌즈(56)를 포함하고 있으며, 제1 광축(BX1) 상에 마련되어 있다. 콜리메이터 렌즈(51)는, 광원 장치(13)의 도광 부재(32)의 출사측에 마련되어 있다. 콜리메이터 렌즈(51)의 광축은, 제1 광축(BX1) 상에 배치된다. 콜리메이터 렌즈(51)는, 플라이아이 렌즈(52)의 입사측의 면전체를 조사한다. 플라이아이 렌즈(52)는, 콜리메이터 렌즈(51)의 출사측에 마련되어 있다. 플라이아이 렌즈(52)의 출사측의 면의 중심은, 제1 광축(BX1) 상에 배치된다. 플라이아이 렌즈(52)는, 콜리메이터 렌즈(51)로부터의 조명 광속(EL1)을 다수의 점광원으로 분할하고, 각 점광원으로부터의 광을 중첩시켜 후술의 콘덴서 렌즈(53)에 입사시킨다.
이 때, 점광원상이 생성되는 플라이아이 렌즈(52)의 출사측의 면은, 플라이아이 렌즈(52)로부터 조명 시야 조리개(55)를 매개로 하여 후술하는 투영 광학계(PL)의 제1 오목면 거울(72)에 이르는 각종 렌즈에 의해서, 제1 오목면 거울(72)의 반사면이 위치하는 동면(瞳面)과 광학적으로 공역(共役)이 되도록 배치된다. 콘덴서 렌즈(53)는, 플라이아이 렌즈(52)의 출사측에 마련되며, 그 광축은, 제1 광축(BX1) 상에 배치된다. 콘덴서 렌즈(53)는, 플라이아이 렌즈(52)의 각 점광원으로부터의 광(조명 광속(EL1))을, 실린드리칼 렌즈(54)를 매개로 하여 조명 시야 조리개(55) 상에서 중첩하도록 조사한다. 실린드리칼 렌즈(54)가 없는 경우, 조명 시야 조리개(55) 상의 각 점에 도달하는 조명 광속(EL1)의 주광선은, 모두 제1 광축(BX1)과 평행하게 된다. 그렇지만, 실린드리칼 렌즈(54)의 작용에 의해서, 조명 시야 조리개(55)를 조사하는 조명 광속(EL1)의 각 주광선은, 도 4 중의 Y방향에서는 서로 평행(제1 광축(BX1)과도 평행)인 텔레센트릭(telecentric)한 상태가 되며, XZ면내에서는, 상고(像高) 위치에 따라 제1 광축(BX1)에 대한 기울기가 순차적으로 다른 비(非)텔레센트릭한 상태가 된다.
실린드리칼 렌즈(54)는, 입사측이 평면이 되고 출사측이 볼록 원통면이 되는 평(平)볼록 실린드리칼 렌즈이며, 조명 시야 조리개(55)의 입사측에 인접하여 마련된다. 실린드리칼 렌즈(54)의 광축은, 제1 광축(BX1) 상에 배치되며, 실린드리칼 렌즈(54)의 출사측의 볼록 원통면의 모선(母線)은 도 4 중의 Y축과 평행하게 되도록 마련된다. 이것에 의해서, 실린드리칼 렌즈(54)를 통과한 직후의 조명 광속(EL1)의 각 주광선은, Y방향에 관해서는 서로 제1 광축(BX1)과 평행하게 되고, XZ면내에서는 제1 광축(BX1) 상의 어느 점(정확하게는, 제1 광축(BX1)과 직교하는 Y방향으로 연장하는 선)을 향해서 수렴한다.
조명 시야 조리개(55)의 개구부는, 조명 영역(IR)과 동일한 형상이 되는 사다리꼴 모양(직사각형)으로 형성되어 있고, 조명 시야 조리개(55)의 개구부의 중심은, 제1 광축(BX1) 상에 배치된다. 이 때, 조명 시야 조리개(55)는, 조명 시야 조리개(55)로부터 마스크(M)의 원통 모양의 면(P1)의 사이의 릴레이 렌즈(결상계)(56), 편광 빔 스플리터(PBS), 1/4 파장판(41) 등에 의해서, 마스크(M) 상의 조명 영역(IR)과 광학적으로 공역인 면에 배치된다. 릴레이 렌즈(56)는, 조명 시야 조리개(55)의 출사측에 마련되어 있다. 릴레이 렌즈(56)의 광축은, 제1 광축(BX1) 상에 배치된다. 릴레이 렌즈(56)는, 조명 시야 조리개(55)의 개구부를 통과한 조명 광속(EL1)을, 편광 빔 스플리터(PBS)와 1/4 파장판(41)을 매개로 하여 마스크(M)의 원통 모양의 면(P1)(조명 영역(IR))에 조사한다.
편광 빔 스플리터(PBS)는, 조명 광학 모듈(ILM)과 중심면(CL)과의 사이에 배치되어 있다. 편광 빔 스플리터(PBS)는, 파면(波面) 분할면에서 S편광의 직선 편광이 되는 광속을 반사하고, P편광의 직선 편광이 되는 광속을 투과한다. 여기서, 편광 빔 스플리터(PBS)에 입사하는 조명 광속(EL1)은, S편광의 직선 편광이 되는 광속이며, 편광 빔 스플리터(PBS)에 입사하는 마스크(M)로부터의 반사광(투영 광속(EL2))은, 1/4 파장판(41)에 의해서 P편광의 직선 편광이 되는 광속이다.
이것에 의해, 편광 빔 스플리터(PBS)는, 조명 광학 모듈(ILM)로부터 파면 분할면에 입사된 조명 광속(EL1)을 반사하는 한편으로, 마스크(M)에서 반사되어 파면 분할면에 입사된 투영 광속(EL2)을 투과한다. 편광 빔 스플리터(PBS)는, 파면 분할면에 입사된 조명 광속(EL1) 전부를 반사하는 것이 바람직하지만, 파면 분할면에 입사된 조명 광속(EL1)의 대부분을 반사하고, 일부를 파면 분할면에서 투과 또는 흡수해도 괜찮다. 마찬가지로, 편광 빔 스플리터(PBS)는, 파면 분할면에 입사된 투영 광속(EL2) 전부를 투과하는 것이 바람직하지만, 파면 분할면에 입사된 투영 광속(EL2)의 대부분을 투과하고, 일부를 반사 또는 흡수해도 괜찮다.
1/4 파장판(41)은, 편광 빔 스플리터(PBS)와 마스크(M)와의 사이에 배치되고, 편광 빔 스플리터(PBS)에서 반사된 조명 광속(EL1)을 직선 편광(S편광)으로부터 원편광으로 변환한다. 원편광된 조명 광속(EL1)은, 마스크(M)에 조사된다. 1/4 파장판(41)은, 마스크(M)에서 반사된 원편광의 투영 광속(EL2)을 직선 편광(P편광)으로 변환한다.
여기서, 조명 광학계(IL)는, 마스크(M)의 면(P1) 상의 조명 영역(IR)에서 반사되는 투영 광속(EL2)의 주광선이, Y방향과 XZ면내 중 어느 것에서도, 텔레센트릭한 상태가 되도록, 마스크(M)의 조명 영역(IR)에 조명 광속(EL1)을 조명한다. 그 상태를, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는, 마스크(M) 상의 조명 영역(IR)에 조사되는 조명 광속(EL1)과, 조명 영역(IR)에서 반사된 투영 광속(EL2)의 거동을, XZ면(제1 축(AX1)과 수직인 면) 내에서 과장하여 나타낸 도면이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기한 조명 광학계(IL)는, 마스크(M)의 조명 영역(IR)에서 반사되는 투영 광속(EL2)의 주광선이 텔레센트릭(평행계)이 되도록, 마스크(M)의 조명 영역(IR)에 조사되는 조명 광속(EL1)의 주광선을, XZ면에서는 의도적으로 비텔레센트릭한 상태로 하고, Y방향에 관해서는 텔레센트릭한 상태로 한다.
조명 광속(EL1)의 그러한 특성은, 도 4 중에 나타낸 실린드리칼 렌즈(54)에 의해서 부여된다. 구체적으로는, 마스크(M)의 면(P1) 상의 조명 영역(IR)의 주방향의 중앙의 점 Q1를 통과하여 제1 축(AX1)을 향하는 선과, 마스크면(M)의 면(P1)의 반경 Rm의 1/2인 원(Rm/2)과의 교점 Q2를 설정했을 때, 조명 영역(IR)을 통과하는 조명 광속(EL1)의 각 주광선이, XZ면에서는 교점 Q2를 향하도록, 실린드리칼 렌즈(54)의 볼록 원통면의 곡률을 설정한다. 이와 같이 하면, 조명 영역(IR) 내에서 반사한 투영 광속(EL2)의 각 주광선은, XZ면내에서는, 제1 축(AX1), 점 Q1, 교점 Q2를 통과하는 직선과 평행(텔레센트릭)한 상태가 된다. 물론, 마스크(M)의 면(P1)의 Y방향에 관한 곡률은 무한대로 간주할 수 있으므로, 투영 광속(EL2)의 각 주광선은 Y방향에 관해서도 텔레센트릭한 상태로 되어 있다.
다음으로, 투영 광학계(PL)에 의해 투영 노광되는 복수의 투영 영역(노광 영역)(PA1~PA6)에 대해 설명한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 기판(P) 상의 복수의 투영 영역(PA1~PA6)은, 마스크(M) 상의 복수의 조명 영역(IR1~IR6)과 대응시켜서 배치되어 있다. 즉, 기판(P) 상의 복수의 투영 영역(PA1~PA6)은, 중심면(CL)을 사이에 두고, 반송 방향의 상류측의 기판(P) 상에 제1 투영 영역(PA1), 제3 투영 영역(PA3) 및 제5 투영 영역(PA5)이 배치되고, 반송 방향의 하류측의 기판(P) 상에 제2 투영 영역(PA2), 제4 투영 영역(PA4) 및 제6 투영 영역(PA6)이 배치된다. 각 투영 영역(PA1~PA6)은, 기판(P)의 폭방향(Y방향)으로 연장하는 단변 및 장변을 가지는 가늘고 긴 사다리꼴 모양의 영역으로 되어 있다. 이 때, 사다리꼴 모양의 각 투영 영역(PA1~PA6)은, 그 단변이 중심면(CL)측에 위치하고, 그 장변이 외측에 위치하는 영역으로 되어 있다. 제1 투영 영역(PA1), 제3 투영 영역(PA3) 및 제5 투영 영역(PA5)은, 폭방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 또, 제2 투영 영역(PA2), 제4 투영 영역(PA4) 및 제6 투영 영역(PA6)은, 폭방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 이 때, 제2 투영 영역(PA2)은, 축방향에서, 제1 투영 영역(PA1)과 제3 투영 영역(PA3)과의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 제3 투영 영역(PA3)은, 축방향에서, 제2 투영 영역(PA2)과 제4 투영 영역(PA4)과의 사이에 배치된다. 제4 투영 영역(PA4)은, 축방향에서, 제3 투영 영역(PA3)과 제5 투영 영역(PA5)과의 사이에 배치된다. 제5 투영 영역(PA5)은, 축방향에서, 제4 투영 영역(PA4)과 제6 투영 영역(PA6)과의 사이에 배치된다. 각 투영 영역(PA1~PA6)은, 각 조명 영역(IR1~IR6)과 마찬가지로, 기판(P)의 반송 방향으로부터 보아, 서로 이웃하는 사다리꼴 모양의 투영 영역(PA)의 사변부의 삼각부가 겹치도록(오버랩하도록) 배치되어 있다. 이 때, 투영 영역(PA)은, 서로 이웃하는 투영 영역(PA)의 중복하는 영역에서의 노광량이, 중복하지 않은 영역에서의 노광량과 실질적으로 동일하게 되는 형상으로 되어 있다. 그리고, 제1~제6 투영 영역(PA1~PA6)은, 기판(P) 상에 노광되는 노광 영역(A7)의 Y방향의 전체 폭을 커버하도록, 배치되어 있다.
여기서, 도 2에서, XZ면내에서 보았을 때, 마스크(M) 상의 홀수번째의 조명 영역(IR1(및 IR3, IR5))의 중심점으로부터 짝수번째의 조명 영역(IR2(및 IR4, IR6))의 중심점까지의 둘레 길이 거리는, 기판 지지 드럼(25)의 지지면(P2)을 따른 기판(P) 상의 홀수번째의 투영 영역(PA1(및 PA3, PA5))의 중심점으로부터 짝수번째의 투영 영역(PA2(및 PA4, PA6))의 중심점까지의 둘레 길이 거리와, 실질적으로 동일하게 설정되어 있다. 이것은, 각 투영 광학계(PL1~PL6)의 투영 배율을 등배(×1)로 했기 때문이다.
투영 광학계(PL)는, 복수의 투영 영역(PA1~PA6)에 따라 복수(제1 실시 형태에서는 예를 들면 6개) 마련되어 있다. 복수의 투영 광학계(분할 투영 광학계)(PL1~PL6)에는, 복수의 조명 영역(IR1~IR6)으로부터 반사된 복수의 투영 광속(EL2)이 각각 입사한다. 각 투영 광학계(PL1~PL6)는, 마스크(M)에서 반사된 각 투영 광속(EL2)을, 각 투영 영역(PA1~PA6)으로 각각 안내한다. 즉, 제1 투영 광학계(PL1)는, 제1 조명 영역(IR1)으로부터의 투영 광속(EL2)을 제1 투영 영역(PA1)으로 안내하고, 마찬가지로, 제2~제6 투영 광학계(PL2~PL6)는, 제2~제6 조명 영역(IR2~IR6)으로부터의 각 투영 광속(EL2)을 제2~제6 투영 영역(PA2~PA6)으로 안내한다. 복수의 투영 광학계(PL1~PL6)는, 중심면(CL)을 사이에 두고, 제1, 제3, 제5 투영 영역(PA1, PA3, PA5)이 배치되는 측(도 2의 좌측)에, 제1 투영 광학계(PL1), 제3 투영 광학계(PL3) 및 제5 투영 광학계(PL5)가 배치된다. 제1 투영 광학계(PL1), 제3 투영 광학계(PL3) 및 제5 투영 광학계(PL5)는, Y방향으로 소정의 간격을 두고 배치된다. 또, 복수의 투영 광학계(PL1~PL6)는, 중심면(CL)을 사이에 두고, 제2, 제4, 제6 투영 영역(PA2, PA4, PA6)이 배치되는 측(도 2의 우측)에, 제2 투영 광학계(PL2), 제4 투영 광학계(PL4) 및 제6 투영 광학계(PL6)가 배치된다. 제2 투영 광학계(PL2), 제4 투영 광학계(PL4) 및 제6 투영 광학계(PL6)는, Y방향으로 소정의 간격을 두고 배치된다. 이 때, 제2 투영 광학계(PL2)는, 축방향에서, 제1 투영 광학계(PL1)와 제3 투영 광학계(PL3)와의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 제3 투영 광학계(PL3), 제4 투영 광학계(PL4), 제5 투영 광학계(PL5)는, 축방향에서, 제2 투영 광학계(PL2)와 제4 투영 광학계(PL4)와의 사이, 제3 투영 광학계(PL3)와 제5 투영 광학계(PL5)와의 사이, 제4 투영 광학계(PL4)와 제6 투영 광학계(PL6)와의 사이에 배치된다. 또, 제1 투영 광학계(PL1), 제3 투영 광학계(PL3) 및 제5 투영 광학계(PL5)와, 제2 투영 광학계(PL2), 제4 투영 광학계(PL4) 및 제6 투영 광학계(PL6)는, Y방향으로부터 보아 대칭으로 배치되어 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 각 투영 광학계(PL1~PL6)의 상세한 구성에 대해 설명한다. 또, 각 투영 광학계(PL1~PL6)는, 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 제1 투영 광학계(PL1)(이하, 간단하게 '투영 광학계(PL)'라고 함)를 예로 설명한다.
투영 광학계(PL)는, 마스크(M) 상의 조명 영역(IR)(제1 조명 영역(IR1))에서의 마스크 패턴의 상을, 기판(P) 상의 투영 영역(PA)에 투영한다. 투영 광학계(PL)는, 마스크(M)로부터의 투영 광속(EL2)의 입사측으로부터 순서대로, 상기의 1/4 파장판(41)과, 상기의 편광 빔 스플리터(PBS)와, 투영 광학 모듈(PLM)을 가진다.
1/4 파장판(41) 및 편광 빔 스플리터(PBS)는, 조명 광학계(IL)와 겸용으로 되어 있다. 환언하면, 조명 광학계(IL) 및 투영 광학계(PL)는, 1/4 파장판(41) 및 편광 빔 스플리터(PBS)를 공유하고 있다.
조명 영역(IR)에서 반사된 투영 광속(EL2)은, 1/4 파장판(41)에 의해 원편광으로부터 직선 편광(P편광)으로 변환된 후, 편광 빔 스플리터(PBS)를 투과하고, 텔레센트릭한 결상 광속이 되어 투영 광학계(PL)(투영 광학 모듈(PLM))에 입사한다.
투영 광학 모듈(PLM)은, 조명 광학 모듈(ILM)에 대응하여 마련되어 있다. 즉, 제1 투영 광학계(PL1)의 투영 광학 모듈(PLM)은, 제1 조명 광학계(IL1)의 조명 광학 모듈(ILM)에 의해서 조명되는 제1 조명 영역(IR1)의 마스크 패턴의 상을, 기판(P) 상의 제1 투영 영역(PA1)에 투영한다. 마찬가지로, 제2~제6 투영 광학계(PL2~PL6)의 투영 광학 모듈(PLM)은, 제2~제6 조명 광학계(IL2~IL6)의 조명 광학 모듈(ILM)에 의해서 조명되는 제2~제6 조명 영역(IR2~IR6)의 마스크 패턴의 상을, 기판(P) 상의 제2~제6 투영 영역(PA2~PA6)에 투영한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 투영 광학 모듈(PLM)은, 조명 영역(IR)에서의 마스크 패턴의 상을 중간상면(P7)에 결상하는 제1 광학계(61)와, 제1 광학계(61)에 의해 결상한 중간상의 적어도 일부를 기판(P)의 투영 영역(PA)에 재결상하는 제2 광학계(62)와, 중간상이 형성되는 중간상면(P7)에 배치된 투영 시야 조리개(63)를 구비한다. 또, 투영 광학 모듈(PLM)은, 포커스 보정 광학 부재(64)와, 상(像)시프트용 광학 부재(65)와, 배율 보정용 광학 부재(66)와, 로테이션 보정 기구(67)와, 편광 조정 기구(편광 조정 수단)(68)를 구비한다.
제1 광학계(61) 및 제2 광학계(62)는, 예를 들면 다이슨계(dyson系)를 변형한 텔레센트릭한 반사 굴절 광학계이다. 제1 광학계(61)는, 그 광축(이하, '제2 광축(BX2)'이라고 함)이 중심면(CL)에 대해서 실질적으로 직교한다. 제1 광학계(61)는, 제1 편향 부재(70)와, 제1 렌즈군(71)과, 제1 오목면 거울(72)을 구비한다. 제1 편향 부재(70)는, 제1 반사면(P3)과 제2 반사면(P4)을 가지는 삼각 프리즘이다. 제1 반사면(P3)은, 편광 빔 스플리터(PBS)로부터의 투영 광속(EL2)을 반사시키고, 반사시킨 투영 광속(EL2)을 제1 렌즈군(71)을 통과시켜 제1 오목면 거울(72)에 입사시키는 면으로 되어 있다. 제2 반사면(P4)은, 제1 오목면 거울(72)에서 반사된 투영 광속(EL2)이 제1 렌즈군(71)을 통과하여 입사하고, 입사한 투영 광속(EL2)을 투영 시야 조리개(63)로 향하여 반사하는 면으로 되어 있다. 제1 렌즈군(71)은, 각종 렌즈를 포함하며, 각종 렌즈의 광축은, 제2 광축(BX2) 상에 배치되어 있다. 제1 오목면 거울(72)은, 플라이아이 렌즈(52)에 의해 생성된 다수의 점광원이, 플라이아이 렌즈(52)로부터 조명 시야 조리개(55)를 매개로 하여 제1 오목면 거울(72)에 이르는 각종 렌즈에 의해서 결상하는 동면에 배치되어 있다.
편광 빔 스플리터(PBS)로부터의 투영 광속(EL2)은, 제1 편향 부재(70)의 제1 반사면(P3)에서 반사되고, 제1 렌즈군(71)의 상반분(上半分)의 시야 영역을 통과하여 제1 오목면 거울(72)에 입사한다. 제1 오목면 거울(72)에 입사한 투영 광속(EL2)은, 제1 오목면 거울(72)에서 반사되고, 제1 렌즈군(71)의 하반분(下半分)의 시야 영역을 통과하여 제1 편향 부재(70)의 제2 반사면(P4)에 입사한다. 제2 반사면(P4)에 입사한 투영 광속(EL2)은, 제2 반사면(P4)에서 반사되고, 포커스 보정 광학 부재(64) 및 상시프트용 광학 부재(65)를 통과하여, 투영 시야 조리개(63)에 입사한다.
투영 시야 조리개(63)는, 투영 영역(PA)의 형상을 규정하는 개구를 가진다. 즉, 투영 시야 조리개(63)의 개구의 형상에 의해서 투영 영역(PA)의 형상을 규정할 수 있다. 따라서, 도 4에 나타낸 조명 광학계(IL) 내의 조명 시야 조리개(55)의 개구 형상을, 투영 영역(PA)의 형상(사다리꼴)과 상사형(相似刑)으로 할 수 있는 경우는, 투영 시야 조리개(63)를 생략할 수 있다. 또, 조명 시야 조리개(55)의 개구 형상을, 투영 영역(PA)을 포함하는 장방형으로 한 경우는, 사다리꼴 모양의 투영 영역(PA)을 규정하는 투영 시야 조리개(63)가 필요하게 된다.
제2 광학계(62)는, 제1 광학계(61)와 동일한 구성이며, 중간상면(P7)을 사이에 두고 제1 광학계(61)와 대칭으로 마련되어 있다. 제2 광학계(62)는, 그 광축(이하, '제3 광축(BX3)'이라고 함)이 중심면(CL)에 대해서 실질적으로 직교하고, 제2 광축(BX2)과 평행하게 되어 있다. 제2 광학계(62)는, 제2 편향 부재(80)와, 제2 렌즈군(81)과, 제2 오목면 거울(82)을 구비한다. 제2 편향 부재(80)는, 제3 반사면(P5)과 제4 반사면(P6)을 가진다. 제3 반사면(P5)은, 투영 시야 조리개(63)로부터의 투영 광속(EL2)을 반사시키고, 반사시킨 투영 광속(EL2)을 제2 렌즈군(81)을 통과시켜 제2 오목면 거울(82)에 입사시키는 면으로 되어 있다. 제4 반사면(P6)은, 제2 오목면 거울(82)에서 반사된 투영 광속(EL2)이 제2 렌즈군(81)을 통과하여 입사하고, 입사한 투영 광속(EL2)을 투영 영역(PA)으로 향하여 반사하는 면으로 되어 있다. 제2 렌즈군(81)은, 각종 렌즈를 포함하며, 각종 렌즈의 광축은, 제3 광축(BX3) 상에 배치되어 있다. 제2 오목면 거울(82)은, 제1 오목면 거울(72)에서 결상한 다수의 점광원상이, 제1 오목면 거울(72)로부터 투영 시야 조리개(63)를 매개로 하여 제2 오목면 거울(82)에 이르는 각종 렌즈에 의해서 결상하는 동면에 배치되어 있다.
투영 시야 조리개(63)로부터의 투영 광속(EL2)은, 제2 편향 부재(80)의 제3 반사면(P5)에서 반사되고, 제2 렌즈군(81)의 상반분의 시야 영역을 통과하여 제2 오목면 거울(82)에 입사한다. 제2 오목면 거울(82)에 입사한 투영 광속(EL2)은, 제2 오목면 거울(82)에서 반사되고, 제2 렌즈군(81)의 하반분의 시야 영역을 통과하여 제2 편향 부재(80)의 제4 반사면(P6)에 입사한다. 제4 반사면(P6)에 입사한 투영 광속(EL2)은, 제4 반사면(P6)에서 반사되며, 배율 보정용 광학 부재(66)를 통과하여, 투영 영역(PA)에 투사된다. 이것에 의해, 조명 영역(IR)에서의 마스크 패턴의 상은, 투영 영역(PA)에 등배(×1)로 투영된다.
포커스 보정 광학 부재(64)는, 제1 편향 부재(70)와 투영 시야 조리개(63)와의 사이에 배치되어 있다. 포커스 보정 광학 부재(64)는, 기판(P) 상에 투영되는 마스크 패턴의 상의 포커스 상태를 조정한다. 포커스 보정 광학 부재(64)는, 예를 들면, 2매의 쐐기 모양의 프리즘을 반대 방향(도 4에서는 X방향에 대해 반대 방향)으로 하여, 전체로서 투명한 평행 평판이 되도록 서로 겹친 것이다. 이 1쌍의 프리즘을 서로 대향하는 면 사이의 간격을 변화시키지 않고 경사면 방향으로 슬라이드시키는 것에 의해, 평행 평판으로서의 두께를 가변으로 한다. 이것에 의해서 제1 광학계(61)의 실효적인 광로 길이를 미세 조정하여, 중간상면(P7) 및 투영 영역(PA)에 형성되는 마스크 패턴의 상의 핀트(pint) 상태가 미세 조정된다.
상시프트용 광학 부재(65)는, 제1 편향 부재(70)와 투영 시야 조리개(63)와의 사이에 배치되어 있다. 상시프트용 광학 부재(65)는, 기판(P) 상에 투영되는 마스크 패턴의 상을 상면 내에서 미소(微少) 이동 가능하게 조정한다. 상시프트용 광학 부재(65)는, 도 4의 XZ면내에서 경사 가능한 투명한 평행 평판 유리와, 도 4의 YZ면내에서 경사 가능한 투명한 평행 평판 유리로 구성된다. 그 2매의 평행 평판 유리의 각 경사량을 조정함으로써, 중간상면(P7) 및 투영 영역(PA)에 형성되는 마스크 패턴의 상을 X방향이나 Y방향으로 미소 시프트시킬 수 있다.
배율 보정용 광학 부재(66)는, 제2 편향 부재(80)와 기판(P)과의 사이에 배치되어 있다. 배율 보정용 광학 부재(66)는, 예를 들면, 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 오목 렌즈의 3매를 소정 간격으로 동축에 배치하고, 전후의 오목 렌즈는 고정하여, 사이의 볼록 렌즈를 광축(주광선) 방향으로 이동시키도록 구성한 것이다. 이것에 의해서, 투영 영역(PA)에 형성되는 마스크 패턴의 상은, 텔레센트릭한 결상 상태를 유지하면서, 등방적(等方的)으로 미소량만큼 확대 또는 축소된다. 또, 배율 보정용 광학 부재(66)를 구성하는 3매의 렌즈군의 광축은, 투영 광속(EL2)의 주광선과 평행이 되도록 XZ면내에서는 경사져 있다.
로테이션 보정 기구(67)는, 예를 들면, 액추에이터(도시 생략)에 의해서, 제1 편향 부재(70)를 제2 광축(BX2)과 수직으로 Z축에 평행한 축 둘레로 미소 회전시키는 것이다. 이 로테이션 보정 기구(67)는, 제1 편향 부재(70)를 회전시키는 것에 의해서, 중간상면(P7)에 형성되는 마스크 패턴의 상을, 그 중간상면(P7) 내에서 미소 회전시킬 수 있다.
편광 조정 기구(68)는, 예를 들면, 액추에이터(도시 생략)에 의해서, 1/4 파장판(41)을, 판면에 직교하는 축 둘레로 회전시켜, 편광 방향을 조정하는 것이다. 편광 조정 기구(68)는, 1/4 파장판(41)을 회전시키는 것에 의해서, 투영 영역(PA)에 투사되는 투영 광속(EL2)의 조도를 미세 조정할 수 있다.
이와 같이 구성된 투영 광학계(PL)에서, 마스크(M)로부터의 투영 광속(EL2)은, 그 각 주광선이 조명 영역(IR) 내의 마스크(M)의 면(P1)으로부터 텔레센트릭한 상태로 출사하고, 1/4 파장판(41) 및 편광 빔 스플리터(PBS)를 통과하여 제1 광학계(61)에 입사한다. 제1 광학계(61)에 입사한 투영 광속(EL2)은, 제1 광학계(61)의 제1 편향 부재(70)의 제1 반사면(평면 거울)(P3)에서 반사되고, 제1 렌즈군(71)을 통과하여 제1 오목면 거울(72)에서 반사된다. 제1 오목면 거울(72)에서 반사된 투영 광속(EL2)은, 다시 제1 렌즈군(71)을 통과하여 제1 편향 부재(70)의 제2 반사면(평면 거울)(P4)에서 반사되고, 포커스 보정 광학 부재(64) 및 상시프트용 광학 부재(65)를 투과하여, 투영 시야 조리개(63)에 입사한다. 투영 시야 조리개(63)를 통과한 투영 광속(EL2)은, 제2 광학계(62)의 제2 편향 부재(80)의 제3 반사면(평면 거울)(P5)에서 반사되고, 제2 렌즈군(81)을 통과하여 제2 오목면 거울(82)에서 반사된다. 제2 오목면 거울(82)에서 반사된 투영 광속(EL2)은, 다시 제2 렌즈군(81)을 통과하여 제2 편향 부재(80)의 제4 반사면(평면 거울)(P6)에서 반사되어, 배율 보정용 광학 부재(66)에 입사한다. 배율 보정용 광학 부재(66)로부터 출사한 투영 광속(EL2)은, 기판(P) 상의 투영 영역(PA)에 입사하고, 조명 영역(IR) 내에 나타내어지는 마스크 패턴의 상이 투영 영역(PA)에 등배(×1)로 투영된다.
＜마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계＞
다음으로, 제1 실시 형태의 노광 장치(U3)에서의 마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계에 대해서, 도 6a, 및 도 6b를 참조하여 설명한다. 도 6a는, 마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계를 나타내는 설명도이다. 도 6b는, 투영 영역 내에 투영되는 패턴상의 포커스 위치(디포커스량)의 변화를 개략적으로 나타내는 설명도이다.
노광 장치(U3)는, 투영 광학계(PL)에 의해서 투영 광속(EL2)이 결상됨으로써, 마스크(M)의 패턴의 투영상면(Sm)이 형성된다. 투영상면(Sm)은, 마스크(M)의 패턴이 결상되는 위치이며, 베스트 포커스가 되는 위치이다. 여기서, 마스크(M)는, 상술한 바와 같이 곡률 반경 Rm인 곡면(ZX평면에서 곡선)에 배치되어 있다. 이것에 의해 투영상면(Sm)도 곡률 반경 Rm인 곡면이 된다. 또, 노광 장치(U3)는, 기판(P)의 표면이 노광면(Sp)이 된다. 여기서, 노광면(Sp)은, 기판(P)의 표면이다. 기판(P)은, 상술한 바와 같이 원통 형상의 기판 지지 드럼(25)에 유지되어 있다. 이것에 의해, 노광면(Sp)은, 곡률 반경 Rp인 곡면(ZX평면에서 곡선)이 된다. 또, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)은, 주사 노광 방향에 직교하는 방향이 곡면의 축이 된다.
이 때문에, 도 6a에 나타내는 바와 같이 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)은, 주사 노광 방향(기판 지지 드럼(25)의 외주면의 주방향(周方向))에 대해서 구부러진 면이 된다. 따라서, 투영상면(Sm)은, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향에서의 노광폭 A의 양단 위치와 중심 위치에서, 투영 광속(EL2)의 주광선(主光線)의 방향으로 최대 ΔFm의 면 위치차를 따라서 만곡하고, 노광면(Sp)은, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향에서의 노광폭 A의 양단 위치와 중심 위치에서, 투영 광속(EL2)의 주광선의 방향으로 ΔFp의 면 위치차를 따라서 만곡하고 있다. 여기서, 노광 장치(U3)는, 도 6a와 같이, 투영상면(Sm)에 대해서, 실제의 노광시에 위치하는 노광면(Sp)(기판(P)의 표면)이 실(實)노광면(Spa)이 되도록, 마스크(M)의 제1 축(AX1)과 기판 지지 드럼(25)의 제2 축(AX2)이 노광 장치 본체에 축 지지된다.
실(實)노광면(Spa)은, 주사 노광 방향에서, 투영상면(Sm)과 다른 2개의 위치 FC1, FC2에서 교차한다. 또, 노광 장치(U3)는, 투영 광학계(PL)의 각 광학 부재의 위치를 조정하거나, 마스크 유지 기구(11) 및 기판 지지 기구(12) 중 어느 일방에 의해 마스크(M)와 기판(P)과의 간격을 미세 조정하거나, 혹은 포커스 보정 광학 부재(64)를 조정함으로써, 투영상면(Sm)에 대한 실노광면(Spa)의 법선 방향(포커스 조정 방향)의 위치를 변화시킬 수 있다.
투영상면(Sm)과 실노광면(Spa)은, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향의 노광폭 A 내에서, 다른 2개의 위치 FC1, FC2의 각각에서 교차하도록 설정된다. 따라서, 노광폭 A 내의 위치 FC1과 위치 FC2의 각각에서는, 마스크(M)의 패턴상이 기판(P)의 표면에 베스트 포커스 상태로 투영 노광된다. 또, 노광폭 A 내의 위치 FC1과 위치 FC2와의 사이의 영역에서는, 투영되는 패턴상의 베스트 포커스면(투영상면(Sm))이 실노광면(Spa) 보다도 후방에 위치하는 후(後)핀트 상태가 되고, 위치 FC1과 위치 FC2와의 사이 보다도 외측의 영역에서는, 투영되는 패턴상의 베스트 포커스면(투영상면(Sm))이 실노광면(Spa) 보다도 전방에 위치하는 전(前)핀트 상태로 되어 있다.
즉, 실노광면(Spa)을 따라서 기판(P)의 표면이, 노광폭 A의 일방의 단부 As로부터 타방의 단부 Ae를 향하는 경우, 기판(P) 상의 패턴상은, 노광 개시시의 단부 As의 위치에서는 소정의 디포커스량을 따라서 노광되고, 그 후, 시간과 함께 디포커스량이 감소하여, 위치 FC1에서는 베스트 포커스(디포커스량이 제로)로 노광된다. 위치 FC1에서의 베스트 포커스 상태를 통과하면, 디포커스량은 반대 방향으로 증가하여, 노광폭 A의 중심 위치 FC3에서 최대의 디포커스량이 된다. 노광폭 A의 중심 위치 FC3를 변곡점으로 하여, 그 다음은 디포커스량이 감소하고, 위치 FC2에서 다시 베스트 포커스 상태로 패턴상이 기판(P) 상에 노광된다. 위치 FC2에서의 베스트 포커스 상태를 통과하면, 디포커스량이 다시 증가하여, 타방의 단부 Ae에서 패턴상의 노광이 끝난다. 이와 같이, 위치 FC1과 위치 FC2의 사이의 영역과, 위치 FC1과 위치 FC2의 사이 보다도 외측의 영역에서는, 디포커스의 방향, 즉, 디포커스의 부합(符合)이 다르다.
이상과 같이, 기판(P)이 투영 영역(PA)의 노광폭 A의 단부 As로부터 단부 Ae에 걸쳐서 일정한 주속도(周速度)로 이동하고 있는 동안, 기판(P) 상에 투영되는 패턴상 중의 각 점은, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 전핀트 상태(위치 As)에서 노광이 개시되고, 베스트 포커스 상태(위치 FC1), 후핀트 상태(위치 FC3), 베스트 포커스 상태(위치 FC2), 전핀트 상태(위치 Ae)의 순서로 연속적으로 변화하면서 기판(P) 상에 노광된다. 도 6b의 세로축의 포커스 위치(또는 디포커스량)의 제로는, 투영상면(Sm)의 위치와 실노광면(Spa)의 위치와의 차분(差分)(Sm－Spa)이 제로가 되는 베스트 포커스 상태이다. 또, 도 6b의 가로축은, 노광폭 A의 직선적인 위치를 나타내지만, 기판 지지 드럼(25)의 외주면의 둘레 길이 방향의 위치로 해도 괜찮다.
노광폭 A의 단부 As, Ae에서의 전핀트 상태(정(正)방향)에서의 디포커스량, 중심 위치 FC3에서의 후핀트 상태(부(負)방향)에서의 디포커스량은, 투영 광학계(PL)의 결상 성능(해상력, 초점 심도), 투영 영역(PA)의 노광폭 A, 투영할 마스크 패턴의 최소 치수, 마스크(M)의 면(P1)(투영상면(Sm))의 곡률 반경 Rm, 기판 지지 드럼(25)의 외주면(기판(P) 상의 노광면(Spa))의 곡률 반경 Rp에 의해서 바람직한 범위가 정해진다. 구체적인 수치예는 후술하지만, 이와 같이, 노광폭 A에 걸치는 주사 노광 동안에, 포커스 상태를 연속적으로 변화시키는 것에 의해, 마스크 패턴 중의, 특히 단독의 가는 선이나 이산적인 콘택트 홀(contact hole)(비어 홀(via hole)) 등의 고립 패턴의 외관상의 초점 심도를 확대할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 마스크(M)의 면(P1)과 기판(P)의 표면을 원통 형상으로 함으로써, 마스크 패턴이 기판(P)측에 투영되는 주사 노광 방향의 투영상면과, 노광되는 기판의 노광면에 원통 형상차를 낼 수 있다. 그 때문에, 노광 장치(U3)는, 마스크(M)와 기판 지지 드럼(25)의 회전 운동만으로, 투영 영역(PA) 내의 주사 노광 방향의 위치에 따라서, 포커스 상태를 연속적으로 변화시킬 수 있고, 또, 실질적인 포커스에 대한 상(像)콘트라스트 변화를 억제할 수 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 투영 영역(PA) 내에서, 주사 노광 방향의 2개소에서 베스트 포커스가 되도록 노광폭 A를 설정하므로, 노광폭 A 내에서의 평균적인 디포커스량을 작게 하면서, 노광폭 A를 크게 할 수 있다. 이것에 의해, 투영 광속(EL2)의 조도를 작게 한 경우, 혹은, 주사 노광 방향의 마스크(M)나 기판(P)의 주사 속도를 빨리 한 경우도, 적정한 노광량을 확보할 수 있으며, 이것에 의해, 높은 생산 효율로 기판을 처리할 수 있다. 또, 노광폭에 대해서 평균적인 디포커스량을 작게 할 수 있기 때문에, 품질도 유지할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 노광폭 A의 좌표 위치(둘레 길이 위치)에 따라 포커스 위치가 다르게 노광되고, 결과적으로, 노광폭 A에 걸쳐 다른 포커스 상태에서 기판(P) 상에 투영된 패턴상의 적산된 상이, 기판(P)의 노광면 상에 형성되는 최종적인 상강도(像强度) 분포가 된다. 여기서, 적산된 상에 관해서 설명하지만, 간단히 하기 위해, 우선은, 점상강도 분포로 그 개념을 설명한다. 대체로 점상강도 분포는, 그 콘트라스트와 상관 관계에 있다. 광축 방향(포커스 변화 방향)으로 z만큼 디포커스한 위치에서의 점상강도 분포 I(z)는 아래 식이 된다. 여기서, λ를 조명 광속(EL1)의 파장, NA를 투영 광학계(PL)의 기판측의 개구수, I0를 이상(理想)의 베스트 포커스 위치에서의 강도 분포로 하고,
ΔDz=(π/2/λ)×NA2×Z
으로 하면, 점상강도 분포 I(z)는,
I(z)=[sin(ΔDz)/(ΔDz)]2×I0
가 된다.
이러한 점상강도 분포 I(z)를 이용하면, 노광폭 A분(分)의 적산값(또는 평균값)를 구하고, 또, 실제의 중심 위치(도 6a 중의 중심 위치 FC3)에서의 디포커스량을 가로축에 취하여, 각 디포커스량마다의 강도 분포를 시뮬레이션으로 구할 수 있다. 이것에 근거하여, 노광 장치(U3)가 포커스 상태(투영상면(Sm)과 실노광면(Spa)의 위치 관계)를 조정함으로써, 노광시에 얻어지는 패턴상의 강도 분포(상콘트라스트)를 최적인 상태로 조정할 수 있다.
또, 일반적으로 투영 광학계(PL)의 해상력 R과 초점 심도 DOF는, 아래 식과 같이 나타내어진다.
R=k1·λ/NA (0＜k1≤1)
DOF=k2·λ/NA2 (0＜k2≤1)
여기서, k1, k2는, 노광 조건이나 감광 재료(포토레지스트 등), 혹은 노광후의 현상(現像) 처리나 성막 처리에 의해도 바뀔 수 있는 계수이지만, 해상력 R의 k1 팩터는, 대체로 0.4≤k1≤0.8의 범위이며, 초점 심도 DOF의 k2 팩터는, 대체로 k2≒1로 나타낼 수 있다.
그러한 투영 광학계(PL)의 초점 심도 DOF의 정의에 근거하여, 본 실시 형태에서는, 근사적으로 이하의 관계식을 만족하도록 조정해 두는 것이 바람직하다.
[수식 1]
여기서, ΔRm, ΔRp는, 투영상면(Sm)(마스크(M)의 면(P1))의 곡률 반경 Rm, 기판(P)의 표면(실노광면(Spa))의 곡률 반경 Rp, 및 노광폭 A에 근거하여, 각각 이하의 식에서 구해진다.
[수식 2]
[수식 3]
이 식으로부터 분명한 바와 같이, ΔRm과 ΔRp는, 각각, 도 6a에서 나타낸 ΔFm, ΔFp를 나타낸다. 또, 상기의 관계식 1은, 또는, DOF＜(ΔRm+ΔRp)를 만족하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태의 노광 장치(U3)에서는, 상기의 관계식 1을 만족하도록 노광폭 A, 곡률 반경 Rm, Rp가 결정되지만, 상기의 관계식 1을 만족하는 것에 의해서, 기판(P) 상에 형성되는 표시 패널용의 각종 패턴의 품질(선폭 정밀도, 위치 정밀도, 겹침 정밀도 등)을 유지하면서, 생산성을 높일 수 있다. 이 점에 대해서는, 제2 실시 형태에서 상세하게 설명한다.
또, 본 실시 형태에서는, 노광폭 A 내에서의 디포커스량의 변화 범위, 즉, 도 6b에 나타낸 단부 As, Ae에서의 정(正)방향의 디포커스량과, 노광폭 A의 중심 위치 FC3에서의 부(負)방향의 디포커스량과의 차이를 ΔDA로 했을 때, 투영 광학계(PL)의 초점 심도 DOF와의 관계로부터, 0.5≤(ΔDA/DOF)≤3의 관계를 만족하도록 설정하는 것도 바람직하고, 또한, 1≤(ΔDA/DOF)을 만족하는 것이 바람직하다. 이 관계를 만족하도록 노광 장치(U3)를 설정하는 것에 의해, 기판(P) 상에 형성되는 표시 패널용의 각종 패턴의 품질(선폭 정밀도, 위치 정밀도, 겹침 정밀도 등)을 유지하면서, 생산성을 높일 수 있다. 이 점에 대해서도, 제2 실시 형태에서 상세하게 설명한다.
또, 노광 장치(U3)는, 본 실시 형태의 도 6b와 같이, 마스크(M)의 패턴의 투영상면(Sm)과, 기판(P)의 실노광면(Spa)과의 주사 노광 방향에 관한 차이가, 투영 영역(PA)의 노광폭 A의 중심 위치 FC3를 축으로 하여 선대칭(도 6b에서는 좌우 대칭)으로 변화하도록 설정되는 것이 바람직하다.
또, 본 실시 형태에서는, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 투영 영역(PA)의 노광폭 A 내에서, 디포커스량이 정(正)이 되는 단부 As로부터 위치 FC1까지의 구간과 위치 FC2로부터 단부 Ae까지의 구간에서, 정방향의 디포커스량을 적분한 값(절대값)과, 디포커스량이 부(負)가 되는 위치 FC1으로부터 위치 FC2까지의 구간에서, 부방향의 디포커스량을 적분한 값(절대값)을 비교하여, 양자가 거의 동일하게 되도록, 투영상면(Sm)과 실노광면(Spa)의 위치 관계를 설정해도 좋다.
본 실시 형태의 노광 장치(U3)는, 복수의 투영 광학 모듈(PLM)을 주사 노광 방향으로 적어도 2열로 배치하고, 주사 노광 방향과 직교하는 Y방향에서는, 인접하는 투영 광학 모듈(PLM)의 투영 영역(PA)의 단부(삼각형 부분)끼리를 오버랩시켜, 마스크(M)의 패턴을 Y방향으로 이어서 노광하도록 했다. 이것에 의해, Y 방향으로 인접하는 2개의 투영 영역(PA) 사이의 이음부(오버랩 영역)에서의 패턴상의 콘트라스트나, 노광량이 다른 것에 의한 띠 모양의 불균일의 발생이 억제된다. 본 실시 형태에서는, 그것에 더하여, 실노광면(Spa)(기판(P)의 표면) 상의 투영 영역(PA) 내의 주사 노광 방향에 관해서, 베스트 포커스 위치가 2개소(위치 FC1, FC2) 생기도록, 투영상면(Sm)과 실노광면(Spa)과의 위치 관계를 설정했으므로, 주사 노광 중에 투영상면(Sm)과 실노광면(Spa)과의 위치 관계가 다소 변동하는 동적인 디포커스에 의해 생기는 상콘트라스트의 변화를 작게 할 수 있다. 그 때문에, 인접하는 투영 영역(PA) 사이의 오버랩 영역에서 발생하는 상콘트라스트의 차이도 작게 할 수 있어, 이음부가 눈에 띄지 않는 고품질인 플렉시블 표시 패널을 제조할 수 있다.
본 실시 형태와 같이, 복수의 투영 광학 모듈(PLM)의 각 투영 영역(PA)을, 주사 노광 방향(X방향)과 직교하는 Y방향으로 늘어놓을 때, 각 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향의 폭에 걸쳐서 기판(P) 상에서의 조도(노광광의 강도)를 적산한 적산값은, 주사 노광 방향에 직교하는 Y방향의 어느 위치에서도 대략 일정하게 되는 것이 바람직하다. 또 Y 방향에 인접하는 2개의 투영 영역(PA)의 단부가 일부 겹치는 부분(삼각형의 오버랩 영역)에서도, 일방의 삼각형의 영역에서의 적산값과 타방의 삼각형의 영역에서의 적산값과의 합계가, 오버랩하지 않은 영역에서의 적산값과 동일하게 되도록 설정된다. 이것에 의해서, 주사 노광 방향에 직교하는 방향에서 노광량이 변화하는 것을 억제할 수 있다.
또, 노광 장치(U3)는, 투영상면(Sm) 및 노광면(Sp)(실노광면(Spa))을 원통면으로 함으로써, 본 실시 형태와 같이 복수의 투영 광학 모듈(PLM)을 주사 노광 방향으로 복수 배치(홀수번째와 짝수번째의 2열을 배치)해도, 각각의 투영 광학 모듈(PLM)에서 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)(실노광면(Spa))과의 관계가, 모두 동일하게 되기 때문에, 그들 관계를 모두 조정할 수 있다. 통상의 멀티 렌즈 방식의 투영 노광 장치와 같이, 투영상면 및 노광면이 평면인 경우, 예를 들면, 홀수번째의 투영 광학 모듈의 투영 영역에서, 초점 심도를 넓힐 수 있도록 투영상면에 대해서 노광면(평면 기판의 표면)을 경사시키면, 짝수번째의 투영 광학 모듈의 투영 영역에서는, 허용하기 어려운 큰 디포커스가 발생해 버린다. 이것에 대해서, 본 실시 형태와 같이, 투영상면(Sm) 및 노광면(Sp)(실노광면(Spa))을 원통면으로 함으로써, 주사 노광 방향으로 늘어선 2열의 투영 광학 모듈(PLM)의 각 투영 영역(PA)에서의 포커스 조정은, 원통 모양의 마스크(M)의 회전 중심의 제1 축(AX1)과 기판 지지 드럼(25)의 회전 중심의 제1 축(AX1)과의 Z방향의 간격, 혹은 개개의 투영 광학 모듈(PLM) 내의 배율 보정용 광학 부재(66)의 조정으로 간단하게 실현할 수 있다. 이것에 의해, 간단한 장치 구성으로, 디포커스에 대한 상콘트라스트 변화를 억제할 수 있다. 상콘트라스트의 변화를 억제하면서, 주사 노광 영역에서의 노광폭을 크게 할 수 있기 때문에, 생산 효율도 향상시킬 수 있다.
[제2 실시 형태]
다음으로, 도 7을 참조하여, 제2 실시 형태의 노광 장치(U3a)에 대해 설명한다. 또, 중복하는 기재를 피하도록, 제1 실시 형태와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 제1 실시 형태와 동일한 구성요소에 대해서는, 제1 실시 형태와 동일한 부호를 부여하여 설명한다. 도 7은, 제2 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 제1 실시 형태의 노광 장치(U3)는, 원통 모양의 기판 지지 드럼(25)에서, 투영 영역(PA)을 통과하는 기판(P)을 유지하는 구성이었지만, 제2 실시 형태의 노광 장치(U3a)는, 기판(P)을 평면 모양으로 지지하여 이동 가능한 기판 지지 기구(12a)에 유지하는 구성으로 되어 있다.
제2 실시 형태의 노광 장치(U3a)에서, 기판 지지 기구(12a)는, 평면 모양으로 기판(P)을 유지하는 기판 스테이지(102)와, 기판 스테이지(102)를 중심면(CL)과 직교하는 면내에서 X방향을 따라서 주사 이동시키는 이동 장치(도시 생략)를 구비한다. 따라서, 기판(P)은 플렉시블한 얇은 시트(PET, PEN 등의 수지 필름, 매우 얇은 구부러지는 유리 시트, 얇은 금속제의 포일 등) 외에, 거의 구부러지지 않는 매엽(枚葉)의 유리 기판이라도 좋다.
도 7의 기판(P)의 지지면(P2)은 실질적으로 XY면과 평행한 평면(곡률 반경 ∞)이므로, 마스크(M)로부터 반사되고, 각 투영 광학 모듈(PLM)을 통과하여, 기판(P)에 투사되는 투영 광속(EL2)의 주광선은, XY면과 수직이 된다.
또, 제2 실시 형태에서도, 앞의 도 2와 마찬가지로, XZ면내에서 보았을 때, 원통 모양의 마스크(M) 상의 조명 영역(IR1(및 IR3, IR5))의 중심점으로부터 조명 영역(IR2(및 IR4, IR6))의 중심점까지의 둘레 길이는, 지지면(P2)을 따른 기판(P) 상의 투영 영역(PA1(및 PA3, PA5))의 중심점으로부터 제2 투영 영역(PA2(및 PA4, PA6))의 중심점까지의 X방향의 직선 거리와, 실질적으로 동일하게 설정되어 있다.
도 7의 노광 장치(U3a)에서도, 하위 제어 장치(16)가, 기판 지지 기구(12a)의 이동 장치(주사 노광용의 리니어 모터나 미동용의 액추에이터 등)를 제어하고, 마스크 유지 드럼(21)의 회전과 동기하여 기판 스테이지(102)를 구동한다.
다음으로, 제2 실시 형태의 노광 장치(U3a)에서의 마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계에 대해서, 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은, 마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계를 나타내는 설명도이다.
노광 장치(U3a)는, 투영 광학계(PL)에 의해서 투영 광속(EL2)이 결상됨으로써, 마스크(M)의 패턴의 투영상면(Sm1)을 형성한다. 투영상면(Sm1)은, 마스크(M)의 원통 모양의 마스크 패턴면이 베스트 포커스 상태로 결상되는 면이며, 원통면이 된다. 여기서, 마스크(M) 상의 조명 영역(IR)은, 상술한 바와 같이 곡률 반경 Rm1인 곡면(XZ면내에서는 원호)의 일부이기 때문에, 투영상면(Sm1)도 곡률 반경 Rm1인 곡면(XZ면내에서는 원호)의 일부가 된다. 또, 마스크 패턴의 상이 투영되는 기판(P)의 평면 모양의 표면이 노광면(Sp1)(곡률 반경 ∞)이 된다. 이 때문에, 도 8에 나타내는 바와 같이, 홀수번째의 투영 영역(PA)의 투영상면(Sm1)(좌측)과 짝수번째의 투영 영역(PA)의 투영상면(Sm1)(우측)은, 모두 주사 노광 방향(X방향)에 관해서 원통 모양으로 만곡하고, 앞의 도 6a에서 나타낸 것과 마찬가지로, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향에서의 노광폭 A 내에서, 양단의 포커스 위치와 노광폭 A의 중심에서의 포커스 위치와의 차분인 면 위치차(포커스 변화폭) ΔFm을 가진다. 여기서, 주사 노광시에, 기판(P)의 표면은 실노광면(Spa1)에 배치되는 것으로 한다. 노광면(Sp1) 및 실노광면(Spa1)은, 평면이기 때문에, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향에서의 노광폭 A 내에서는, Z방향의 면 위치의 변화량이 0이 된다. 실노광면(Spa1)은, 투영상면(Sm1) 상에서 주사 노광 방향으로 떨어진 다른 2개의 위치 FC1, FC2에서 교차하도록 설정된다. 즉, 노광 장치(U3a)는, 투영 광학계(PL) 내의 배율 보정용 광학 부재(66) 등을 조정하거나, 마스크 유지 기구(11)(제1 축(AX1)) 및 기판 스테이지(102) 중 어느 일방을 Z방향으로 미동(微動)시키거나 함으로써, 투영상면(Sm1)과 실노광면(Spa1)의 상대 위치 관계를 소정의 상태로 설정한다.
2개의 위치 FC1, FC2 각각은, 그 위치에서, 투영상면(Sm1) 내의 마스크 패턴상을 베스트 포커스 상태로 노광하는 위치이다.
이것에 의해, 본 실시 형태에서도, 원통 모양의 마스크(M)의 회전 운동에 의해, 주사 노광 방향의 노광폭 A 내에서, 포커스 상태를 소정의 범위 내에서 연속적으로 변화시키는 주사 노광을 할 수 있고, 또, 실질적인 포커스 변동에 대한 상콘트라스트 변화를 억제할 수 있다. 이와 같이, 노광면(Sp1)(실노광면(Spa1))이 평면이라도, 투영상면(Sm1)을 주사 노광 방향으로 만곡한 원통면 모양으로 하는 것에 의해, 기판(P)을 기울이지 않고, 기판(P) 상에 노광되는 마스크 패턴상의 초점 심도를 외관상으로 확대하는 효과가 얻어짐과 아울러, 상콘트라스트의 변화를 억제할 수 있다. 이러한 작용 효과는, 통상의 평면 마스크로부터의 패턴상을 원통면 모양으로 지지되는 기판의 표면(노광면)에 투영 노광하는 경우에도 동일하게 얻어진다.
그런데, 본 실시 형태의 경우, 도 8에 나타낸 면 위치차(포커스 변화폭)ΔFm는, 앞의 식 2의 ΔRm와 동일하므로,
[수식 4]
에서 구해진다. 여기서, 이 식 2를 베이스로 하여, 도 7의 노광 장치(U3a)에서의 투영 상태나 결상 특성 등의 각종 시뮬레이션을 행하여 보면, 도 9~도 17과 같은 결과가 얻어진다.
또, 그 시뮬레이션을 함에 있어서, 원통 모양의 마스크(M)의 면(P1)(투영상면(Sm1))의 반경 Rm을 250mm(직경 φ로 500mm), 노광용의 조명 광속(EL1)의 파장 λ를 i선(365nm), 투영 광학계(PL)를 개구수 NA가 0.0875인 등배의 이상(理想) 투영계로 하고, 노광면(Sp1)(실노광면(Spa1))은 곡률 반경이 ∞인 평면으로 했다. 프로세스에 의존하는 초점 심도 DOF의 k2 팩터를 1.0으로 하면, 그러한 투영 광학계(PL)의 초점 심도 DOF는, λ／NA2 로부터, 폭으로 약 48㎛(베스트 포커스면에 대해서 거의 ±24㎛의 범위)가 된다. 또, 이하의 시뮬레이션에서는, 편의상, 초점 심도 DOF를 폭으로 40㎛(베스트 포커스면에 대해서 거의 ±20㎛의 범위)로 하는 경우도 있다.
그런데, 도 9는, 그러한 투영 광학계(PL)에 의한 노광폭 A 내에서의 디포커스 특성 Cm을 나타내며, 가로축은 노광폭 A의 중심 위치를 원점으로 한 X방향의 좌표를 나타내고, 세로축은 베스트 포커스 위치를 원점(제로점)으로 한 투영상면(Sm1)의 디포커스량을 나타낸다. 이 도 9의 그래프는, 앞의 식 2에서, 노광폭 A를 20mm로 하고, 그 폭 A의 좌표 위치를 -10mm로부터 ＋10mm의 사이에서 변화시켜 얻어지는 면 위치차 ΔRm을 플롯(plot)한 것이기도 하다. 도 9의 그래프와 같이, 마스크(M)의 면(P1)(투영상면(Sm1))이 주사 노광 방향으로 원통면 모양으로 만곡하는 것에 기인하여, 노광폭 A 내에서의 디포커스 특성 Cm은, 원호 모양으로 변화한다.
도 10은, 도 9에 나타낸 디포커스 특성 Cm에서, 그 점상(点像)강도가 초점 심도 DOF의 폭의 변화에 대해서, 어떻게 변화할지를 시뮬레이션한 그래프이며, 가로축은, 기판(P)의 표면이나 마스크 패턴면의 면 정밀도의 오차, 투영 광학계(PL)의 상면(像面) 방향의 수차(收差) 등에 의해 발생할 수 있는 포커스 방향의 블러량(blur量)(디포커스 특성 Cm에 대한 기판(P)의 표면의 포커스 방향의 어긋남)을 나타내고, 가로축은 점상강도의 값을 나타낸다. 도 10에서는, 도 9 중의 디포커스 특성 Cm 하에서, 초점 심도 DOF가 0×DOF인 경우에 산출되는 점상강도 분포 중, 노광폭 A의 중심(원점)에서의 점상강도를 1.0으로서 규격화하고 있다. 도 11은, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 도 9의 디포커스 특성 Cm의 변화량과 강도차(강도 변화량)와의 관계의 일례를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 12는, 장치가 설정한 베스트 포커스시와 장치에서 발생하는 디포커스를 24㎛로 했을 때의, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm과, 라인 앤드 스페이스(L/S, L＆S) 패턴의 콘트라스트 변화와의 관계의 일례를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 13은, 마찬가지로 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm과 L/S 패턴의 콘트라스트비의 변화와의 관계의 다른 예를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 14는, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm과 L/S 패턴의 CD값(크리티컬·디멘션(Critical·Dimension)) 및 슬라이스 레벨과의 관계의 일례를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 15는, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm과 고립선(ISO 패턴)의 콘트라스트 변화와의 관계의 일례를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 16은, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm과 고립선의 콘트라스트비의 변화와의 관계의 다른 예를 시뮬레이션한 그래프이다. 도 17은, 노광폭 내 A에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm과 고립선의 CD값 및 슬라이스 레벨과의 관계의 일례를 시뮬레이션한 그래프이다.
먼저, 상기 조건 하에서, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm을, 초점 심도 DOF 단위로 흔든 경우에 생기는 디포커스량에 대한 점상강도 분포 I(z)를, 도 10과 같이 구한다. 점상강도 분포는 앞에 설명한 식,
I(z)=[sin(ΔDz)/(ΔDz)]2×I0,
ΔDz=(π/2/λ)×NA2×Z
에 의해 구해진다.
다음으로, 만일 디포커스량의 평균을 베스트 포커스가 되도록 기판을 조정한 경우의 점상강도 분포를 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 폭을 여러 가지의 값, 예를 들면, 0, 1×DOF, 2×DOF, 3×DOF, 4×DOF로 한 경우에 대해서, 산출한다. 또, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 폭이 여러 가지의 경우에 대해서, 해당 디포커스량 및 그 슬릿폭을 기준으로 하여, 그 위치로부터 디포커스시킨 경우의 점상강도 분포를 산출한다. 이와 같이 하여, 산출한 노광폭 A에서 일의적으로 정해지는 각 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 폭일 때의 점상강도 분포와, 디포커스의 관계를 정리했다. 구체적으로는, 노광 장치(U3a)에서 노광폭 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 폭을, 0, 0.5×DOF, 1×DOF, 1.5×DOF, 2×DOF, 2.5×DOF, 3×DOF, 3.5×DOF, 4×DOF로 한 경우의 각각에 대해서, 점상강도 분포와 노광시에 상정되는 포커스 오차, 디포커스의 관계를 산출했다.
다음으로, 만일 디포커스량의 평균을 베스트 포커스가 되도록 기판(P)을 조정한 경우의 점상강도 분포를, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm을 여러 가지의 값, 예를 들면, 0×DOF, 1×DOF, 2×DOF, 3×DOF, 4×DOF로 한 경우에 대해서, 산출한다. 또, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm이 여러 가지의 경우에 대해서, 해당 디포커스량 및 그 슬릿폭을 기준으로 하여, 그 위치로부터 디포커스시킨 경우의 점상강도 분포를 산출한다. 이와 같이 하여, 산출한 노광폭 A에서 일의적으로 정해지는 각 디포커스 특성 Cm일 때의 점상강도 분포와 디포커스의 관계를 정리했다. 구체적으로는, 노광 장치(U3a)로서 시뮬레이션 상에서 설정되는 도 9와 같은 디포커스 특성 Cm을, 0×DOF, 0.5×DOF, 1×DOF, 1.5×DOF, 2×DOF, 2.5×DOF, 3×DOF, 3.5×DOF, 4×DOF로 한 경우의 각각에 대해서, 점상강도 분포와 노광시에 상정되는 포커스 오차(설정되는 투영상면(Sm1)과 기판(P)의 표면과의 설정해야 할 위치 관계로부터의 어긋남)의 관계를 산출했다. 이것이, 도 10의 그래프에 상당한다.
도 10에서, 가로축을 디포커스량［㎛］로 하고, 세로축을 규격화한 점상강도값으로 했다. 또 노광 장치(U3a)는, 원통 모양의 마스크 패턴면, 즉, 투영상면(Sm1)의 회전 운동을 행하여, 투영 광속(EL2)을 기판(P) 상에 투사하므로, 노광시에 상정되는 포커스 오차가 2차적인 변화를 한다. 그 때문에, 디포커스의 플러스측과 마이너스측에서 점상의 거동이 약간 다르다. 본 실시 형태에서는, 디포커스가＋40㎛가 되는 위치의 상강도와 -40㎛가 되는 위치의 상강도가 대칭의 강도가 되는 위치를 베스트 포커스로 하고 있다. 도 10의 그래프에 나타내는 바와 같이, 회전에 의한 진폭이 크게 됨에 따라서, 즉, 노광 영역 내에서, 도 9와 같은 디포커스 특성 Cm에 따라서 디포커스 폭이 크게 됨에 따라서, 베스트 포커스시의 점상강도가 낮게 되어, 디포커스시의 점상강도의 변화도 작게 되어 있다.
다음으로, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm을 변화시킨 경우의 각각에 대한 점상강도 변화, 즉 점상강도의 최대치와 최소치와의 차이를 산출하고, 또 노광폭 A 내에서 디포커스 특성 Cm이 0.5DOF만큼 다른 2개의 점에서의 점상강도 변화의 차이를 산출했다. 그 산출 결과를 도 11에 나타낸다. 도 11의 세로축은, 2개의 점상강도 변화의 차분량을 나타내고, 가로축은, 0.5DOF마다 디포커스 특성 Cm을 변화시켰을 때에 차분량을 구하는 대상을 나타낸다. 즉, 도 11의 가로축에서, 예를 들면, 제일 왼쪽의 점상강도차(약 0.02)는, 디포커스 특성 Cm을 0×DOF 변화시켰을 때와, 0.5×DOF 변화시켰을 때의 차분이다. 이 도 11의 시뮬레이션 결과에 의하면, 점상강도 변화의 차이는, 디포커스 특성 Cm이 0.5×DOF분(分) 변화한 상태로부터 1×DOF분 변화한 상태로 천이할 때와, 디포커스 특성 Cm이 2.5×DOF분 변화한 상태로부터 3×DOF분 변화한 상태로 천이할 때에, 대체로 차이가 크다. 즉, 0.5×DOF로부터 3×DOF의 범위는, 디포커스량의 변화에 대해서 점상강도 변화가 완만하게 되는 효과가 높게 된다. 따라서, 디포커스 특성 Cm에 따른 디포커스량은, 초점 심도 DOF의 0.5배로부터 3배까지의 진폭이 되도록 설정하는 것이, 효과가 높은 것을 알 수 있다.
또, 도 10에 나타내는 그래프에서, 기판(P)의 표면에 감광층으로서 포토레지스트가 일정한 두께로 도포되어 있는 경우, 그 포토레지스트 상에 상(像)으로서 형성되는 점상강도의 값은, 사용하는 레지스터 등에 의해 다르지만, 실험에 의하면 해상력의 k1 팩터가 0.5 정도인 경우, 점상강도가 대체로 0.6 이상이 되면, 상으로서 형성할 수 있다.
여기서, 노광 장치로서 기대하는 포커스 오차를, 초점 심도 DOF의 정의식 λ／NA2까지의 디포커스 폭(본 실시 형태에서는, ±24㎛)으로 하면, 노광 영역 내에서의 디포커스의 진폭인 디포커스 폭을 2.5×DOF로 함으로써, 상강도의 변화가 적어, 양호하게 마스크 패턴의 상을 형성할 수 있다.
다음으로, 투영해야 할 마스크 패턴을 L/S(라인 앤드 스페이스) 패턴으로 한 경우에 대해 각종 연산을 행했다. 여기서, 이하에서는, 디포커스의 고려 대상을 초점 심도의 정의식의 범위, 즉, 본 실시 형태에서는, ±24㎛로 한다. L/S(라인 앤드 스페이스) 패턴은, 선폭 2.5㎛인 선 모양 패턴의 복수개가, 선폭 방향으로 2.5㎛ 간격으로 격자 모양으로 배열된 패턴으로 했다. 게다가, 결상 상태는, 조명 조건에 따라서도 다르기 때문에, 본 실시 형태에서는, 조명 광학계(IL)에 의한 조명 조건인 조명 개구수 σ를 0.7로 했다.
먼저, 도 9에 나타낸 디포커스 특성 Cm을 여러 가지로 변화시킨 경우, 즉 상기와 마찬가지로, 0×DOF, 0.5×DOF, 1×DOF, 1.5×DOF, 2×DOF, 2.5×DOF, 3×DOF, 3.5×DOF, 4×DOF로, 0.5 DOF 단위로 변화시킨 경우에 대해서, 베스트 포커스 상태의 L/S 패턴상의 광 강도 분포와, DOF/2의 디포커스 상태, 즉 ＋24㎛ 또는 -24㎛로 디포커스한 상태의 L/S 패턴상의 광 강도 분포를 산출했다.
그 산출 결과에 근거하여, 베스트 포커스 상태와, DOF/2의 디포커스 상태 각각에서 콘트라스트의 변화를 산출하고, 그것을 플롯한 것이 도 12이다. 도 12의 가로축은, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm의 디포커스 폭을 나타내고, 세로축은 콘트라스트를 나타내며, 베스트 포커스 상태의 콘트라스트 변화를 0㎛(BestF), 디포커스 상태의 콘트라스트 변화를 ±24㎛Def로 했다. 또, 도 12에 나타내는 결과에 근거하여, 베스트 포커스 상태의 콘트라스트〔0㎛(BestF)〕와 DOF/2 디포커스 상태의 콘트라스트〔±24㎛Def〕와의 비(比), 즉〔0㎛(BestF)〕/〔±24㎛Def〕를 산출한 결과를, 도 13에 나타낸다. 도 13은, 가로축을 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm의 디포커스 폭으로 하고, 세로축을 콘트라스트로 했다.
또, 각 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm의 디포커스 폭에서의 CD(Critical Dimension)값［㎛］과, 포토레지스트를 상정한 슬라이스 레벨(상의 광 강도)을 산출했다. 또, CD값은, 디포커스가 ±24㎛인 경우, 슬라이스 레벨은, 베스트 포커스의 경우로서 산출했다. 그 산출 결과를 도 14에 나타낸다. 도 14의 가로축은, 노광폭 A 내에서의 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm 상의 디포커스 폭을 나타내며, 세로축의 좌측은 CD값을 나타내고, 우측은 슬라이스 레벨의 상대 광 강도를 나타낸다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 투영해야 할 상이 L/S 패턴인 경우, 노광 영역내에서의 디포커스의 진폭의 변화에 대해서, 선폭의 변화(CD값의 변화)는 적고, 앞의 도 12에 나타낸 바와 같이, 콘트라스트는 크게 변화한다. 그렇지만, 도 13에 나타낸 바와 같이, 디포커스의 진폭이 크게 됨에 따라, 베스트 포커스 상태에서의 콘트라스트와 ±24㎛ 디포커스 상태에서의 콘트라스트의 비는, 1에 가까워지는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 원통면 모양의 투영상면(Sm1)의 주방향을 따라서 노광폭 A를 설정한 주사 노광 방식에서는, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm에 의한 디포커스 폭을 크게 함으로써, 콘트라스트비를 1에 가깝게 하여, 베스트 포커스 상태의 상콘트라스트와 디포커스 상태의 상콘트라스트와의 차이를 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 원통 모양의 마스크(M)(원통 모양의 투영상면(Sm1))의 경우는, 회전 운동만에 의해서, 베스트 포커스시의 콘트라스트와 디포커스시의 콘트라스트의 변화를 작게 억제하여, 노광되는 패턴의 선폭의 변화를 억제하면서, 투영상면(Sm1)과 기판(P)의 표면과의 포커스 방향(원통면의 지름 방향)의 변동 마진을 크게 한 주사 노광이 가능해진다.
다음으로, 마스크의 패턴을 고립선 패턴으로 한 경우에 대해 각종 연산을 행했다. 여기서, 이하에서도, 디포커스의 고려 대상을 초점 심도 DOF의 정의식의 범위, 즉, 본 실시 형태에서는, ±24㎛로 한다. 고립선의 패턴은, 선폭 2.5㎛인 선 모양 패턴으로 했다. 게다가, 결상 상태는, 조명 조건에 따라서도 다르기 때문에, 조명 조건으로서의 조명 개구수 σ를 0.7로 했다.
앞서 시뮬레이션한 L/S 패턴의 경우와 마찬가지로, 먼저, 도 9에 나타낸 디포커스 특성 Cm을 여러 가지로 변화시킨 경우, 즉 상기와 마찬가지로, 0×DOF, 0.5×DOF, 1×DOF, 1.5×DOF, 2×DOF, 2.5×DOF, 3×DOF, 3.5×DOF, 4×DOF로, 0.5 DOF 단위로 변화시킨 경우에 대해서, 베스트 포커스 상태의 고립선 패턴상의 광 강도 분포와, DOF/2의 디포커스 상태, 즉 ＋24㎛ 또는 -24㎛로 디포커스한 상태의 고립선 패턴상의 광 강도 분포를 산출했다. 그 산출 결과에 근거하여, 도 15에 나타내는 바와 같은 0.5DOF마다의 디포커스 폭의 변화에 대한 상콘트라스트의 변화 특성이 구해진다.
도 15의 가로축은, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm의 디포커스 폭을 나타내고, 세로축은 고립선 패턴상의 콘트라스트를 나타낸다. 또, 도 15에 나타내는 결과에 근거하여, 앞의 도 13과 동일하게 하여, 베스트 포커스 상태의 콘트라스트〔0㎛(BestF)〕와 DOF/2 디포커스 상태의 콘트라스트〔±24㎛Def〕와의 비, 즉〔0㎛(BestF)〕/〔±24㎛Def〕를 산출한 결과를, 도 16에 나타낸다. 도 16은, 가로축을 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm의 디포커스 폭으로 하고, 세로축을 콘트라스트비로 했다.
또, 각 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm의 디포커스 폭에서의 CD(Critical Dimension)값［㎛］과, 포토레지스트를 상정한 슬라이스 레벨(상의 광 강도)을 산출했다. 또, CD값은, 디포커스가 ±24㎛인 경우, 슬라이스 레벨은, 베스트 포커스의 경우로서 산출했다. 그 산출 결과를 도 17에 나타낸다. 도 17의 가로축은, 노광폭 A 내에서의 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm 상의 디포커스 폭을 나타내며, 세로축의 좌측은 CD값을 나타내고, 우측은 슬라이스 레벨의 상대 광 강도를 나타낸다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 패턴이 고립선인 경우, 노광 영역 내에서의 디포커스의 진폭의 변화에 대한 콘트라스트의 변화는, L/S 패턴인 경우 보다도 작다. 이것에 대해서, 패턴이 고립선인 경우, 디포커스량의 변화에 대해서 선폭(CD값)의 변화가 큰 것을 알 수 있다.
따라서, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm에 의한 디포커스 폭을, 예를 들면 2.5×DOF, 혹은 3.0×DOF로 크게 함으로써, 설정한 포커스 위치에 변동이 생겨도, 기판(P)에 노광되는 패턴의 선폭 변화를 억제하는 것이 가능해진다. 즉, 노광시에 여러 가지의 이유에 의해서, 미리 설정되는 투영상면(Sm1)과 기판(P)의 표면과의 포커스 방향의 상대 위치 관계가 변동해도, 그 포커스 변동에 대한 선폭의 변화를 억제할 수 있고, 기판(P) 상에 순차적으로 제조되는 표시 패널이나 전자 디바이스의 품질을 양호하게 유지할 수 있다. 또, 베스트 포커스시의 선폭 2.5㎛인 고립선이, 2.5㎛가 되는 슬라이스 레벨은, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm에 의한 디포커스 폭을 크게 함에 따라 큰 값이 되는 것을 알 수 있고, 결과적으로 디포커스에 대해서 선폭의 변화도 작게 된다.
또, 앞의 도 14와 도 17을 이용하여, 패턴의 차이에 의한 슬라이스 레벨의 차이를 비교하면, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm에 의한 디포커스 폭을, 2.25×DOF로 하면, L/S 패턴과 고립선 패턴 양자에 대한 슬라이스 레벨(광 강도)이 거의 일치한다. 따라서, 디포커스 특성 Cm에 의한 디포커스 폭을, 2.25×DOF의 범위로 함으로써, L/S 패턴과 고립선 패턴이 혼재하는 마스크 패턴의 경우에도, 높은 품질의 기판을 제조할 수 있다. 이것에 의해, L/S 패턴과 고립선 패턴에 의해 슬라이스 레벨이 일치하지 않은 경우에 필요하게 되어 있는, 마스크 패턴의 선폭 수정(OPC, 선폭 오프셋) 등을 고려하지 않고, 양자를 공존시킬 수 있다. 또, 선폭 수정(OPC, 오프셋)을 위해서, 마스크의 개작이 발생하거나, 조정을 위해서 마스크를 복수매 제조할 필요가 없게 되거나 하기 때문에, 제조의 수고와 코스트를 저감할 수 있다. 또, 선폭에 오프셋을 설정하고, 마스크 패턴의 일부분의 선폭을 변화시키는 것에 의해, 그 부분에서 반대로 초점 심도가 좁게 되는 등의 문제점이 생기는 것을 억제할 수도 있다.
[제3 실시 형태]
다음으로, 도 18을 참조하여, 제3 실시 형태의 노광 장치(U3b)에 대해 설명한다. 또 중복하는 기재를 피하도록, 제2 실시 형태와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 제2 실시 형태와 동일한 구성요소에 대해서는, 제2 실시 형태와 동일한 부호를 부여하여 설명한다. 도 18은, 제3 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 제2 실시 형태의 노광 장치(U3a)는, 마스크를 반사한 광이 투영 광속이 되는 반사형 마스크를 이용하는 구성이었지만, 제3 실시 형태의 노광 장치(U3b)는, 마스크를 투과한 광이 투영 광속이 되는 투과형 마스크를 이용하는 구성으로 되어 있다.
제3 실시 형태의 노광 장치(U3b)에서, 마스크 유지 기구(11a)는, 마스크(MA)를 유지하는 마스크 유지 드럼(21a)과, 마스크 유지 드럼(21a)을 지지하는 가이드 롤러(93)와, 마스크 유지 드럼(21a)을 구동하는 구동 롤러(94)와, 구동부(96)를 구비한다.
마스크 유지 드럼(21a)은, 마스크(MA) 상의 조명 영역(IR)이 배치되는 마스크면을 형성한다. 본 실시 형태에서, 마스크면은, 선분(모선(母線))을 이 선분에 평행한 축(원통 형상의 중심축) 둘레로 회전한 면(이하, '원통면'이라고 함)을 포함한다. 원통면은, 예를 들면, 원통의 외주면, 원기둥의 외주면 등이다. 마스크 유지 드럼(21a)은, 예를 들면 유리나 석영 등으로 구성되며, 일정한 두께를 가지는 원통형이고, 그 외주면(원통면)이 마스크면을 형성한다. 즉, 본 실시 형태에서, 마스크(MA) 상의 조명 영역(IR)은, 중심선으로부터 일정한 곡률 반경 Rm을 가지는 원통면 모양으로 만곡하고 있다. 마스크 유지 드럼(21a) 중, 마스크 유지 드럼(21a)의 지름 방향으로부터 보아 마스크(MA)의 패턴과 겹치는 부분, 예를 들면 마스크 유지 드럼(21a)의 Y축 방향의 양단측 이외의 중앙 부분은, 조명 광속(EL1)에 대해서 투광성을 가진다.
마스크(MA)는, 예를 들면 평탄성이 좋은 직사각형 모양의 매우 얇은 유리판(예를 들면 두께 100~500㎛)의 일방의 면에 크롬 등의 차광층으로 패턴을 형성한 투과형의 평면 모양 시트 마스크로서 작성되고, 그것을 마스크 유지 드럼(21a)의 외주면을 따라서 만곡시키며, 이 외주면에 감은(붙인) 상태로 사용된다. 마스크(MA)는, 패턴이 형성되어 있지 않은 패턴 비형성 영역을 가지며, 패턴 비형성 영역에서 마스크 유지 드럼(21a)에 장착되어 있다. 마스크(MA)는, 마스크 유지 드럼(21a)에 대해서 릴리스(release) 가능하다. 마스크(MA)는, 제1 실시 형태의 마스크(M)와 마찬가지로, 투명 원통 모재(母材)에 의한 마스크 유지 드럼(21a)에 감는 대신에, 투명 원통 모재에 의한 마스크 유지 드럼(21a)의 외주면에 직접 크롬 등의 차광층에 의한 마스크 패턴을 묘화 형성하여 일체화해도 괜찮다. 이 경우도, 마스크 유지 드럼(21a)이 마스크의 지지 부재로서 기능한다.
가이드 롤러(93) 및 구동 롤러(94)는, 마스크 유지 드럼(21a)의 중심축에 대해 평행한 Y축 방향으로 연장하고 있다. 가이드 롤러(93) 및 구동 롤러(94)는, 중심축과 평행한 축 둘레로 회전 가능하게 마련되어 있다. 가이드 롤러(93) 및 구동 롤러(94)는, 각각, 축방향의 단부의 외경이 다른 부분의 외형 보다도 크게 되어 있고, 이 단부가 마스크 유지 드럼(21a)에 외접하고 있다. 이와 같이, 가이드 롤러(93) 및 구동 롤러(94)는, 마스크 유지 드럼(21a)에 유지되어 있는 마스크(MA)에 접촉하지 않도록, 마련되어 있다. 구동 롤러(94)는, 구동부(96)와 접속되어 있다. 구동 롤러(94)는, 구동부(96)로부터 공급되는 토크를 마스크 유지 드럼(21a)에 전달하는 것에 의해서, 마스크 유지 드럼(21a)을 중심축 둘레로 회전시킨다.
또, 마스크 유지 기구(11a)는, 1개의 가이드 롤러(93)을 구비하고 있지만 수는 한정되지 않으며, 2개 이상이라도 좋다. 마찬가지로 마스크 유지 기구(11a)는, 1개의 구동 롤러(94)를 구비하고 있지만 수는 한정되지 않고, 2개 이상이라도 좋다. 가이드 롤러(93)와 구동 롤러(94) 중 적어도 하나는, 마스크 유지 드럼(21a)의 내측에 배치되어 있고, 마스크 유지 드럼(21a)과 내접하고 있어도 괜찮다. 또, 마스크 유지 드럼(21a) 중, 마스크 유지 드럼(21a)의 지름 방향으로부터 보아 마스크(MA)의 패턴과 겹치지 않는 부분(Y축방향의 양단측)은, 조명 광속(EL1)에 대해서 투광성을 가지고 있어도 괜찮고, 투광성을 가지지 않아도 좋다. 또, 가이드 롤러(93) 및 구동 롤러(94)의 일방 또는 쌍방은, 예를 들면 원추대(圓錐台) 모양으로서, 그 중심축(회전축)이 중심축에 대해 비평행이라도 좋다.
본 실시 형태의 광원 장치(13a)는, 광원(도시 생략) 및 조명 광학계(ILa)를 구비한다. 조명 광학계(ILa)는, 복수의 투영 광학계(PL1~PL6) 각각에 대응하여 Y축방향으로 늘어선 복수(예를 들면 6개)의 조명 광학계(ILa1~ILa6)를 구비한다. 광원은, 상술한 각종 광원 장치(13a)와 마찬가지로 각종 광원을 이용할 수 있다. 광원으로부터 사출된 조명광은, 조도 분포가 균일화되어, 예를 들면 광 파이버 등의 도광 부재를 매개로 하여, 복수의 조명 광학계(ILa1~ILa6)에 나누어진다.
복수의 조명 광학계(ILa1~ILa6) 각각은, 렌즈 등의 복수의 광학 부재를 포함한다. 복수의 조명 광학계(ILa1~ILa6) 각각은, 예를 들면 인티그레이터(integrator) 광학계, 로드(rod) 렌즈, 플라이아이 렌즈 등을 포함하며, 균일한 조도 분포의 조명 광속(EL1)에 의해서 조명 영역(IR)을 조명한다. 본 실시 형태에서, 복수의 조명 광학계(ILa1~ILa6)는, 마스크 유지 드럼(21a)의 내측에 배치되어 있다. 복수의 조명 광학계(IL1~IL6) 각각은, 마스크 유지 드럼(21a)의 내측으로부터 마스크 유지 드럼(21a)을 통하여, 마스크 유지 드럼(21a)의 외주면에 유지되어 있는 마스크(MA) 상의 각 조명 영역을 조명한다.
광원 장치(13a)는, 조명 광학계(ILa1~ILa6)에 의해서 광원으로부터 사출된 광을 안내하고, 안내된 조명 광속(EL1)을 마스크 유지 드럼(21a) 내부로부터 마스크(MA)에 조사한다. 광원 장치(13)는, 마스크 유지 기구(11a)에 유지된 마스크(MA)의 일부(조명 영역(IR))를, 조명 광속(EL1)에 의해서 균일한 밝기로 조명한다. 또, 광원은, 마스크 유지 드럼(21a)의 내측에 배치되어 있어도 괜찮고, 마스크 유지 드럼(21a)의 외측에 배치되어 있어도 괜찮다. 또, 광원은, 노광 장치(U3b)와 다른 장치(외부 장치)라도 좋다.
노광 장치(U3b)는, 마스크로서 투과형 마스크를 이용한 경우도, 노광 장치(U3, U3a)와 마찬가지로, 투영상면과 노광면과의 관계가 상술한 바와 같이 노광면에 베스트 포커스 상태가 되는 위치가 2개소 있는 관계로 함으로써, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[제4 실시 형태]
다음으로, 도 19를 참조하여, 제4 실시 형태의 노광 장치(U3c)에 대해 설명한다. 또, 중복하는 기재를 피하도록, 제1 실시 형태와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 제1 실시 형태와 동일한 구성요소에 대해서는, 제1 실시 형태와 동일한 부호를 부여하여 설명한다. 도 19는, 제4 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 제1 실시 형태의 노광 장치(U3)는, 원통 모양의 반사형의 마스크(M)를, 회전 가능한 마스크 유지 드럼(21)에 유지하는 구성이었지만, 제4 실시 형태의 노광 장치(U3c)는, 평판 모양의 반사형 마스크(MB)를, 이동 가능한 마스크 유지 기구(11b)에 유지하는 구성으로 되어 있다.
제4 실시 형태의 노광 장치(U3c)에서, 마스크 유지 기구(11b)는, 평면 모양의 마스크(MB)를 유지하는 마스크 스테이지(110)와, 마스크 스테이지(110)를 중심면(CL)과 직교하는 면내에서 X방향을 따라서 주사 이동시키는 이동 장치(도시 생략)를 구비한다.
도 19의 마스크(MB)의 면(P1)은 실질적으로 XY면과 평행한 평면이므로, 마스크(MB)로부터 반사된 투영 광속(EL2)의 주광선은, XY면과 수직이 된다. 이 때문에, 마스크(MB) 상의 각 조명 영역(IR1~IR6)을 조명하는 조명 광학계(IL1~IL6)로부터의 조명 광속(EL1)의 주광선도 XY면에 대해서 수직이 되도록 배치된다.
마스크(MB)에 조명되는 조명 광속(EL1)의 주광선이 XY면과 수직이 되는 경우, 편광 빔 스플리터(PBS)는, 1/4 파장판(41)에 입사하는 조명 광속(EL1)의 주광선의 입사각 θ1이 브루스터 각(Brewster 角)(θB)이 되고, 1/4 파장판(41)에서 반사한 조명 광속(EL1)의 주광선이 XY면과 수직이 되도록 배치된다. 이 편광 빔 스플리터(PBS)의 배치의 변경에 따라서, 조명 광학 모듈(ILM)의 배치도 적절히 변경된다.
또, 마스크(MB)로부터 반사되는 투영 광속(EL2)의 주광선이 XY면과 수직이 되는 경우, 투영 광학 모듈(PLM)의 제1 광학계(61)에 포함되는 제1 편향 부재(70)의 제1 반사면(P3)은, 편광 빔 스플리터(PBS)로부터의 투영 광속(EL2)을 반사시키고, 반사시킨 투영 광속(EL2)을 제1 렌즈군(71)을 통하여 제1 오목면 거울(72)에 입사시키는 각도가 된다. 구체적으로, 제1 편향 부재(70)의 제1 반사면(P3)은, 제2 광축(BX2)(XY면)에 대해서 실질적으로 45°로 설정된다.
또, 제4 실시 형태에서도, 앞의 도 2와 마찬가지로, XZ면내에서 보았을 때, 마스크(MB) 상의 조명 영역(IR1(및 IR3, IR5))의 중심점으로부터 조명 영역(IR2(및 IR4, IR6))의 중심점까지의 둘레 길이는, 지지면(P2)을 따른 기판(P) 상의 투영 영역(PA1(및 PA3, PA5))의 중심점으로부터 제2 투영 영역(PA2(및 PA4, PA6))의 중심점까지의 둘레 길이와, 실질적으로 동일하게 설정되어 있다.
도 19의 노광 장치(U3c)에서도, 하위 제어 장치(16)가, 마스크 유지 기구(11b)의 이동 장치(주사 노광용의 리니어 모터나 미동용의 액추에이터 등)를 제어하여, 기판 지지 드럼(25)의 회전과 동기하여 마스크 스테이지(110)를 구동한다. 도 19의 노광 장치(U3c)에서는, 마스크(MB)의 ＋X방향으로의 동기 이동으로 주사 노광을 행한 후, －X방향의 초기 위치에 마스크(MB)를 되돌리는 동작(되감음)이 필요하게 된다. 그 때문에, 기판 지지 드럼(25)을 일정 속도로 연속 회전시켜 기판(P)을 등속으로 계속 보내는 경우, 마스크(MB)의 되감음 동작 동안, 기판(P) 상에는 패턴 노광이 행해지지 않고, 기판(P)의 반송 방향에 관해서 패널용 패턴이 띄엄띄엄(이간하여) 형성되게 된다. 그렇지만, 실용상, 주사 노광시의 기판(P)의 속도(여기에서는 둘레 속도)와 마스크(MB)의 속도는 50~100mm/s로 상정되어 있기 때문에, 마스크(MB)의 되감음시에 마스크 스테이지(110)를, 예를 들면 500mm/s의 최고속으로 구동하면, 기판(P) 상에 형성되는 패널용 패턴 사이의 반송 방향에 관한 여백을 좁게 할 수 있다.
다음으로, 제4 실시 형태의 노광 장치(U3c)에서의 마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계에 대해서, 도 20을 참조하여 설명한다. 도 20은, 마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계를 나타내는 설명도이다.
노광 장치(U3c)는, 투영 광학계(PL)에 의해서 투영 광속(EL2)이 결상됨으로써, 마스크(MB)의 패턴의 투영상면(Sm2)이 형성된다. 투영상면(Sm2)은, 마스크(MB)의 패턴이 결상되는 위치이며, 베스트 포커스가 되는 위치이다. 여기서, 마스크(MB)는, 상술한 바와 같이 평면으로 배치되어 있다. 이것에 의해 투영상면(Sm2)도 평면(ZX평면에서 직선)이 된다. 또, 노광 장치(U3c)는, 기판(P)의 표면이 노광면(Sp)이 된다. 여기서, 노광면(Sp)은, 기판(P)의 표면이다. 기판(P)은, 상술한 바와 같이 원통 형상의 기판 지지 드럼(25)에 유지되어 있다. 이것에 의해, 노광면(Sp)은, 곡률 반경 Rp의 곡면(ZX평면에서 곡선)이 된다. 또, 노광면(Sp)은, 주사 노광 방향에 직교하는 방향이 곡면의 축이 된다. 이 때문에, 도 20에 나타내는 바와 같이 노광면(Sp)은, 주사 노광 방향에 대해서 구부러진 곡선이 된다. 노광면(Sp)은, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향에서의 노광폭 A에서의 위치의 변화량이Δp가 된다. 투영상면(Sm2)은, 평면이다. 이 때문에 투영상면(Sm2)은, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향에서의 노광폭 A에서의 위치의 변화량이 0이 된다. 여기서, 노광 장치(U3c)는, 투영상면(Sm2)에 대한 노광면(Sp)의 위치를 실노광면(Spa)으로 한다. 실노광면(Spa)은, 주사 노광 방향에서, 투영상면(Sm2)과 다른 2개의 위치 Pa2, Pb2에서 교차한다. 또, 노광 장치(U3c)는, 투영 광학계(PL)의 각 광학 부재의 위치를 조정하거나, 마스크 유지 기구(11b) 및 기판 지지 기구(12) 중 어느 일방에 의해 마스크(MB)와 기판(P)과의 간격을 조정하거나 함으로써, 투영상면(Sm2)에 대한 노광면의 위치를 변화시킬 수 있다.
노광 장치(U3c)는, 투영상면(Sm2)과 실노광면(Spa)이, 다른 2개의 위치 Pa2, Pb2에서 교차함으로써, 노광폭 A 내에서, 실노광면(Spa) 상의 위치 Pa2에서 포커스 상태가 베스트 포커스가 되고, 실노광면(Spa) 상의 위치 Pb2에서 포커스 상태가 베스트 포커스가 된다.
노광 장치(U3c)는, 마스크(MB)의 표면을 평면으로 하고, 기판(P)의 표면을 원통 형상이라고 해도 노광 장치(U3, U3a, U3b)와 마찬가지로, 마스크 패턴이 기판(P)측에 투영되는 주사 노광 방향의 투영상면(Sm2)과, 노광되는 기판(P)의 노광면(Sp)에 원통 형상차를 낼 수 있다. 게다가, 노광 장치(U3c)는, 투영상면(Sm2)과 실노광면(Spa)이, 다른 2개의 위치 Pa2, Pb2에서 교차하고, 다른 2개의 위치에서 노광면의 포커스 상태가 베스트 포커스가 된다.
이것에 의해, 노광 장치(U3c)도, 마스크 유지 드럼(21)의 회전 운동에 의해, 주사 노광 방향의 노광폭 A 내에서, 포커스 상태를 연속적으로 변화시킬 수 있고, 또, 실질적인 포커스에 대한 상콘트라스트 변화를 억제할 수 있다. 또, 노광 장치(U3c)는, 노광 장치(U3)와 동일한 각종 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이, 투영상면과 노광면(기판(P)의 표면) 중 일방만을 곡면으로 한 경우에도, 투영상면과 노광면 양쪽 모두를 곡면으로 한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 노광 장치(U3c)는, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 폭 Δ를, 상술한 식의 기판(P)의 주사 노광 방향의 투영상면(Sm2)의 원통 반경 r1를 0으로 한 하기 식에서 구할 수 있다.
Δ= r2－((r2 2)－(A/2)2)1/2
여기서, 노광 장치(U3c)에서는, 마스크 패턴의 투영상면(Sm2)의 곡률 반경이∞이기 때문에, 노광폭 A 내에서 원호 모양으로 변화하는 디포커스 특성 Cm은, 앞의 식 3만에 의해 구해진다. 즉, 노광 장치(U3c)의 경우의 디포커스 특성 Cm(=ΔRp)은,
[수식 5]
에서 구해진다.
또, 본 실시 형태의 노광 장치는, 마스크 유지 기구와 기판 지지 기구 중, 곡면으로 유지하는 쪽이 제1 지지 부재가 되고, 곡면 또는 평면으로 지지하는 쪽이 제2 지지 부재가 된다.
＜노광 방법＞
다음으로, 도 21을 참조하여, 노광 방법에 대해 설명한다. 도 21은, 노광 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 21에 나타내는 노광 방법에서는, 먼저, 기판 지지 기구에서 지지면(P2)에 기판(P)을 지지하고(스텝 S101), 마스크 유지 기구에서 면(P1)에 마스크(M)를 지지한다(스텝 S102). 이것에 의해, 마스크(M)와 기판(P)이 대면(對面)한 상태가 된다. 또, 스텝 S101와 스텝 S102의 순서는 반대라도 괜찮다. 또, 면(P1), 지지면(P2) 중 어느 일방이 제1 면이 되고, 타방이 제2 면이 된다. 제1 면은, 소정 곡률로 원통면 모양으로 만곡한 형상이다.
그 다음으로, 노광면에 대한 포커스 위치를 조정한다(스텝 S103). 구체적으로는, 기판(P)의 표면에 설정되는 투영 영역(PA)의 노광폭 A 내에서, 베스트 포커스 위치가 주사 노광 방향으로 2개소 포함되는 위치에, 포커스 위치를 설정한다.
포커스 위치의 조정이 완료하면, 기판(P)과 마스크(M)와의 주사 노광 방향의 상대 이동(회동)을 개시시킨다(스텝 S104). 즉, 기판 지지 기구 및 마스크 유지 기구 중 적어도 일방에 의해서, 기판(P)과 마스크(M) 중 적어도 일방을 주사 노광 방향으로 이동시키는 동작을 개시한다.
상대 이동을 개시시키면, 투영 영역(PA) 내로의 투영 광속의 투사를 개시시킨다(스텝 S105). 즉, 조명광의 조명 영역(IR)에 배치되는 마스크의 패턴으로부터의 광속을, 기판(P)이 배치되는 투영 영역(PA)에 투사한다. 이것에 의해, 도 21에 나타내는 노광 방법은, 기판(P)의 노광면에서, 베스트 포커스 위치가 주사 노광 방향으로 2개소 포함되는 광속을 투영 영역에 투사한다.
노광 방법은, 이상과 같이 하여, 포커스 위치를 조정한 광속을 투사시킴으로써, 기판의 노광면에서, 베스트 포커스 위치가 주사 노광 방향으로 2개소 포함되는 광속을 투영 영역에 투사할 수 있다. 이것에 의해, 상술한 각종 효과를 얻을 수 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 포커스 위치를 조정하는 경우로서 설명했지만, 장치의 설정에 의해서, 베스트 포커스 위치가 주사 노광 방향으로 2개소 포함되는 위치가 포커스 위치가 되도록 해도 괜찮다.
＜디바이스 제조 방법＞
다음으로, 도 22를 참조하여, 디바이스 제조 방법에 대해 설명한다. 도 22는, 디바이스 제조 시스템에 의한 디바이스 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 22에 나타내는 디바이스 제조 방법에서는, 먼저, 예를 들면 유기 EL 등의 자발광 소자에 의한 표시 패널의 기능·성능 설계를 행하고, 필요한 회로 패턴이나 배선 패턴을 CAD 등에 의해 설계한다(스텝 S201). 다음으로, CAD 등에 의해 설계된 각종 레이어(layer)마다의 패턴에 근거하여, 필요한 레이어분(分)의 마스크(M)를 제작한다(스텝 S202). 또, 표시 패널의 기재가 되는 가요성의 기판(P)(수지 필름, 금속 박막, 플라스틱 등)이 감겨진 공급용 롤(FR1)을 준비해 둔다(스텝 S203). 또, 이 스텝 S203에서 준비해 두는 롤 모양의 기판(P)은, 필요에 따라서 그 표면을 개질한 것, 기초층(예를 들면 임프린트 방식에 의한 미소(微小) 요철)을 사전 형성한 것, 광 감응성의 기능막이나 투명막(절연 재료)을 미리 라미네이트한 것이라도 괜찮다.
다음으로, 기판(P) 상에 표시 패널 디바이스를 구성하는 전극이나 배선, 절연막, TFT(박막 반도체) 등에 의해서 구성되는 백플랜(backplane)층을 형성함과 아울러, 그 백플랜에 적층되도록, 유기 EL 등의 자발광 소자에 의한 발광층(표시 화소부)이 형성된다(스텝 S204). 이 스텝 S204에는, 앞의 각 실시 형태에서 설명한 노광 장치(U3, U3a, U3b, U3c) 중 어느 하나를 이용한 노광 처리를 행한다. 노광 처리에는, 포토레지스트층을 노광하는 종래의 포토리소그래피 공정도 포함되지만, 포토레지스트 대신에 감광성 실란 커플링재를 도포한 기판(P)을 패턴 노광하여 표면에 친발수성에 의한 패턴을 형성하거나, 무전해 도금을 위해 광 감응성의 촉매층을 패턴 노광하는 공정도 포함된다. 종래의 포토리소그래피 공정에서는 포토레지스트의 현상 공정이 행해지고, 무전해 도금법에서는 금속막의 패턴(배선, 전극 등)을 형성하는 습식 공정, 혹은, 은나노 입자를 함유한 도전성 잉크 등에 의해서 패턴을 묘화하는 인쇄 공정 등이 실시된다.
다음으로, 롤 방식으로 장척(長尺)의 기판(P) 상에 연속적으로 제조되는 표시 패널 디바이스마다, 기판(P)을 다이싱하거나, 각 표시 패널 디바이스의 표면에, 보호 필름(대(對)환경 배리어층)이나 칼라 필터 시트 등을 접합하거나 하여, 디바이스를 조립한다(스텝 S205). 다음으로, 표시 패널 디바이스가 정상적으로 기능하는지, 소망의 성능이나 특성을 만족하고 있는지의 검사 공정이 행하여진다(스텝 S206). 이상과 같이 하여, 표시 패널(플렉시블·디스플레이)을 제조할 수 있다.
1 : 디바이스 제조 시스템 2 : 기판 공급 장치
4 : 기판 회수 장치 5 : 상위 제어 장치
11 : 마스크 유지 기구 12 : 기판 지지 기구
13 : 광원 장치 16 : 하위 제어 장치
21 : 마스크 유지 드럼 25 : 기판 지지 드럼
31 : 광원 32 : 도광 부재
41 : 1/4 파장판 51 : 콜리메이터 렌즈
52 : 플라이아이 렌즈 53 : 콘덴서 렌즈
54 : 실린드리칼 렌즈 55 : 조명 시야 조리개
56 : 릴레이 렌즈 61 : 제1 광학계
62 : 제2 광학계 63 : 투영 시야 조리개
64 : 포커스 보정 광학 부재 65 : 상(像)시프트용 광학 부재
66 : 배율 보정용 광학 부재 67 : 로테이션 보정 기구
68 : 편광 조정 기구 70 : 제1 편향 부재
71 : 제1 렌즈군 72 : 제1 오목면 거울
80 : 제2 편향 부재 81 : 제2 렌즈군
82 : 제2 오목면 거울 110 : 마스크 스테이지
P : 기판 FR1 : 공급용 롤
FR2 : 회수용 롤 U1~Un : 처리 장치
U3 : 노광 장치(기판 처리 장치) M : 마스크
MA : 마스크 AX1 : 제1 축
AX2 : 제2 축 P1 : 마스크면
P2 : 지지면 P7 : 중간상면
EL1 : 조명 광속 EL2 : 투영 광속
Rm : 곡률 반경 Rp : 곡률 반경
CL : 중심면 PBS : 편광 빔 스플리터
IR1~IR6 : 조명 영역 IL1~IL6 : 조명 광학계
ILM : 조명 광학 모듈 PA1~PA6 : 투영 영역
PLM : 투영 광학 모듈
4 : 기판 회수 장치 5 : 상위 제어 장치
11 : 마스크 유지 기구 12 : 기판 지지 기구
13 : 광원 장치 16 : 하위 제어 장치
21 : 마스크 유지 드럼 25 : 기판 지지 드럼
31 : 광원 32 : 도광 부재
41 : 1/4 파장판 51 : 콜리메이터 렌즈
52 : 플라이아이 렌즈 53 : 콘덴서 렌즈
54 : 실린드리칼 렌즈 55 : 조명 시야 조리개
56 : 릴레이 렌즈 61 : 제1 광학계
62 : 제2 광학계 63 : 투영 시야 조리개
64 : 포커스 보정 광학 부재 65 : 상(像)시프트용 광학 부재
66 : 배율 보정용 광학 부재 67 : 로테이션 보정 기구
68 : 편광 조정 기구 70 : 제1 편향 부재
71 : 제1 렌즈군 72 : 제1 오목면 거울
80 : 제2 편향 부재 81 : 제2 렌즈군
82 : 제2 오목면 거울 110 : 마스크 스테이지
P : 기판 FR1 : 공급용 롤
FR2 : 회수용 롤 U1~Un : 처리 장치
U3 : 노광 장치(기판 처리 장치) M : 마스크
MA : 마스크 AX1 : 제1 축
AX2 : 제2 축 P1 : 마스크면
P2 : 지지면 P7 : 중간상면
EL1 : 조명 광속 EL2 : 투영 광속
Rm : 곡률 반경 Rp : 곡률 반경
CL : 중심면 PBS : 편광 빔 스플리터
IR1~IR6 : 조명 영역 IL1~IL6 : 조명 광학계
ILM : 조명 광학 모듈 PA1~PA6 : 투영 영역
PLM : 투영 광학 모듈
Claims (21)
- 조명광의 조명 영역에 배치되는 마스크의 패턴으로부터의 광속(光束)을, 기판이 배치되는 투영 영역에 투사하는 투영 광학계를 구비한 기판 처리 장치로서,
상기 조명 영역과 상기 투영 영역 중 일방의 영역에서 소정 곡률로 원통면 모양으로 만곡(灣曲)한 제1 면을 따르도록, 상기 마스크와 상기 기판 중 일방을 지지하는 제1 지지 부재와,
상기 조명 영역과 상기 투영 영역 중 타방의 영역에서 소정의 곡률의 제2 면을 따르도록, 상기 마스크와 상기 기판 중 타방을 지지하는 제2 지지 부재와,
상기 제1 지지 부재를 회전시키고, 해당 제1 지지 부재가 지지하는 상기 마스크와 상기 기판 중 어느 하나를 주사 노광 방향으로 이동시키는 이동 기구를 구비하며,
상기 투영 광학계는, 상기 기판의 노광면에서, 베스트 포커스 위치가 상기 주사 노광 방향으로 2개소 포함되는 광속을 상기 투영 영역에 투사하는 기판 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 투영 광학계는, 상기 주사 노광 방향을 따라서 상기 마스크의 패턴이 투영되는 투영상면(投影像面)과, 상기 기판의 노광면에 원통 형상차를 낼 수 있도록 상기 광속을 투사하는 기판 처리 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 투영 광학계는, 상기 투영 영역의 상기 주사 노광 방향의 중점(中点)에서의 디포커스량(defocus量)을 Δ로 하고, 초점 심도(深度)를 DOF로 한 경우, 0.5＜Δ/DOF≤3을 만족하는 기판 처리 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 투영 광학계는, 1≤Δ／DOF를 만족하는 기판 처리 장치. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투영 광학계는, 복수의 분할 투영 광학계를 가지며,
상기 복수의 분할 투영 광학계의 각각은, 상기 주사 노광 방향에 직교하는 방향으로 열(列) 모양으로 배치되며, 각각이 대응하는 상기 투영 영역에 상기 광속을 투사하는 기판 처리 장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 복수의 분할 투영 광학계는, 상기 주사 노광 방향으로 적어도 2열로 배치되며, 상기 주사 노광 방향에 직교하는 방향에서, 인접하는 상기 분할 투영 광학계의 상기 투영 영역의 단부끼리가 겹치도록 배치되는 기판 처리 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 복수의 분할 투영 광학계의 각각의 상기 투영 영역의 상기 주사 노광 방향의 폭을 적산(積算)한 경우, 해당 적산값이 상기 주사 노광 방향에 직교하는 방향에서 일정하게 되도록 설정되는 기판 처리 장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 투영 광학계는, 상기 주사 노광 방향과 직교하는 방향으로 열(列) 모양으로 배치되도록 복수 마련되며, 상기 복수의 투영 광학계의 각각은 대응하는 상기 투영 영역에 상기 광속을 투사하는 기판 처리 장치. - 청구항 1 내지 청구항 4 또는 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 지지 부재는, 상기 마스크를 지지하고,
상기 제2 지지 부재는, 상기 기판을 지지하는 기판 처리 장치. - 청구항 1 내지 청구항 4 또는 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 지지 부재는, 상기 기판을 지지하고,
상기 제2 지지 부재는, 상기 마스크를 지지하는 기판 처리 장치. - 청구항 1 내지 청구항 4 또는 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 면은, 소정 곡률로 원통면 모양으로 만곡하고 있는 기판 처리 장치. - 청구항 11에 있어서,
상기 투영 광학계는, 상기 주사 노광 방향에서의 상기 투영 영역의 폭을 A, 상기 마스크의 패턴의 투영상면의 원통 반경을 r1, 상기 기판의 주사 노광 방향의 노광면의 원통 반경을 r2, 상기 투영 광학계의 개구수를 NA, 노광 파장을 λ로 하면, 0.5×(λ/NA2)＜r1－((r1 2)－(A/2)2)1/2＋r2－((r2 2)－(A/2)2)1/2≤3×λ／NA2를 만족하는 기판 처리 장치. - 청구항 12에 있어서,
상기 투영 광학계는, (λ／NA2)＜r1－((r1 2)－(A/2)2)1/2＋r2－((r2 2)－(A/2)2)1/2를 만족하는 기판 처리 장치. - 청구항 1 내지 청구항 4 또는 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주사 노광 방향을 따라서 상기 투영 광학계에 의해 상기 마스크의 패턴이 투영되는 투영상면과, 상기 기판의 노광면과의 거리의 차이가, 상기 주사 노광 방향에서의 상기 투영 영역의 폭의 중심을 축으로 하여 선대칭으로 변화하는 기판 처리 장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 주사 노광 방향을 따라서 상기 분할 투영 광학계에 의해 상기 마스크의 패턴이 투영되는 투영상면과, 상기 기판의 노광면과의 거리의 차이가, 상기 주사 노광 방향에서의 상기 투영 영역의 폭의 중심을 축으로 하여 선대칭으로 변화하는 기판 처리 장치. - 청구항 14에 있어서,
상기 제1 지지 부재는, 제1 축으로부터 일정한 곡률 반경의 원통 모양의 외주면을 상기 제1 면으로 하여 가지고, 상기 제1 축의 둘레로 회전 가능한 마스크 유지 드럼으로 구성되며,
상기 마스크의 패턴이 상기 마스크 유지 드럼의 외주면에 형성되는 기판 처리 장치. - 청구항 15에 있어서,
상기 제1 지지 부재는, 제1 축으로부터 일정한 곡률 반경의 원통 모양의 외주면을 상기 제1 면으로 하여 가지고, 상기 제1 축의 둘레로 회전 가능한 마스크 유지 드럼으로 구성되며,
상기 마스크의 패턴이 상기 마스크 유지 드럼의 외주면에 형성되는 기판 처리 장치. - 청구항 16에 있어서,
상기 기판은, 상기 주사 노광 방향을 장척(長尺)의 방향으로 하는 플렉시블한 시트이며,
상기 제1 축과 평행하게 배치되는 제2 축으로부터 일정한 곡률 반경의 원통 모양의 외주면을 상기 제2 면으로 하여 가지고, 상기 제2 축의 둘레로 회전 가능한 기판 지지 드럼을 더 구비하며,
상기 플렉시블한 시트가 상기 기판 지지 드럼의 외주면에서 지지되는 기판 처리 장치. - 청구항 17에 있어서,
상기 기판은, 상기 주사 노광 방향을 장척(長尺)의 방향으로 하는 플렉시블한 시트이며,
상기 제1 축과 평행하게 배치되는 제2 축으로부터 일정한 곡률 반경의 원통 모양의 외주면을 상기 제2 면으로 하여 가지고, 상기 제2 축의 둘레로 회전 가능한 기판 지지 드럼을 더 구비하며,
상기 플렉시블한 시트가 상기 기판 지지 드럼의 외주면에서 지지되는 기판 처리 장치. - 청구항 1 내지 청구항 4 또는 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치에 기판을 공급하는 것과,
상기 기판 처리 장치를 이용하여 상기 기판에 상기 마스크의 패턴을 형성하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법. - 청구항 20에 있어서,
상기 기판 처리 장치에 공급되는 상기 기판의 표면에는, 포토레지스트, 감광성 실란 커플링재, 감광성 도금 환원재, 및 UV경화 수지액 중 어느 하나의 감광성 기능액의 도포에 의해 감광성 기능층이 형성되는 디바이스 제조 방법.
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