KR102096891B1 - 디바이스 제조 방법 - Google Patents

Abstract

기판 처리 장치(EX)는 조명 영역(IR)으로부터 발생하는 반사 광속(L2)을 기판을 향해서 투사시켜서, 마스크 패턴의 상을 기판에 결상하는 투영 광학계(PL)와, 조명 영역을 향하는 조명광과 조명 영역으로부터 발생하는 결상 광속 중, 한쪽을 통과시키고 다른 쪽을 반사시키는 광분리부(10)와, 1차 광원상을 형성하여, 1차 광원상으로부터의 조명광을 조명 영역에 조사함과 아울러, 1차 광원상과 광학적으로 공역인 제1 공역면을, 중심선과 원통면의 사이에 형성하는 조명 광학계(IL)를 구비한다.

Description

디바이스 제조 방법{DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 기판 처리 장치 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.

본원은 2012년 7월 13일에 출원된 일본국 특원 2012－157810호 및 2012년 7월 13일에 출원된 일본국 특원 2012－157811호에 기초하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.

반도체 집적 디바이스, 표시 패널 등의 전자 회로의 패터닝을 행하는 기판 처리 장치로서, 정밀한 노광 장치가 폭넓게 이용되고 있다. 그 노광 장치는, 일반적으로, 마스크에 형성된 전자 회로의 패턴을, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 감광성(感光性)의 기판 상에, 투영 광학계를 통해서 광학적으로 전사(轉寫)하는 것이다. 여기서 사용되는 마스크는, 통상, 평탄한 석영판 상에 크롬 등의 차광재(遮光材)로 회로 패턴을 형성한 것이고, 주사형의 투영 노광 장치에서는, 그 마스크를 일차원으로 왕복 이동시키면서, 감광성의 기판을 스텝＆스캔 방식으로 이동시켜서, 마스크의 회로 패턴을 기판 상에 매트릭스 모양(2차원)으로 정렬하도록 전사하고 있다.

그러한 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치에서는, 스테핑의 횟수(기판을 이동하는 가동 스테이지의 가감속의 횟수)를 줄임으로써, 스루풋(throughput)(생산성)을 향상시키는 것이 알려져 있다. 여기서, 반사형의 원통 마스크를 준비하고, 그 원통 표면의 원주 방향으로 복수의 회로 패턴을 반복해 늘어놓음으로써, 고스루풋화를 도모하는 노광 장치가, 예를 들면 하기의 특허 문헌 1에 기재되어 있다.

한편으로, 대형의 표시 패널을 생산하는 현장에서는, 대형의 유리 기판(2m×m 이상)을 탑재하는 가동 스테이지를 가진 주사형 노광 장치와, 대형의 유리 기판 채, 현상, 에칭, 디포지션 등을 행하는 각종의 프로세스 장치나 반송 장치가 사용되고 있다. 이들 노광 장치, 프로세스 장치, 반송 장치는, 모두 매우 대형이고 고가일 뿐 아니라, 표시 패널의 제조에 드는 토탈 코스트(장치 가동에 따른 각종 용력의 경비, 광대한 클린 룸의 유지 경비, 에칭 등과 같은 재료 폐기의 공정에 의한 낭비 등)를 억제하는 것이 어렵다.

여기서, 보다 자원이 절약된 제조 방법으로서 주목받고 있는 것이, 고정밀한 인쇄 기술을 활용하여, 플렉서블 수지 기판이나 플라스틱 기판 상에, 직접, 전자 회로를 형성하는 프린티드·일렉트로닉스 기술이다. 이 기술을 이용하여, 유기 EL에 의한 표시 패널을 롤·투·롤 방식으로 제조하는 방법이, 예를 들면 하기의 특허 문헌 2에 기재되어 있다. 롤·투·롤 방식은 공급 롤로부터 플렉서블(가요성(可撓性))한 긴 기판(필름)을 인출하여, 회수 롤에 감아 올려 가는 반송(搬送) 경로의 도중에서, 기판에 각종 처리를 가하는 것이다.

또, 노광 장치 등의 기판 처리 장치로서, 예를 들면 하기의 특허 문헌 1에 기재되어 있는 것처럼, 반도체 웨이퍼 상에 복수 개의 칩 디바이스를 스캔 방식으로 연속적으로 투영 노광할 때의 스루풋 향상을 위해, 원통 모양의 회전 마스크를 이용한 장치가 제안되어 있다. 또, 표시 패널이나 솔라 셀 등의 전자 디바이스를 제조하는 수법의 하나로서, 예를 들면 하기의 특허 문헌 2에 기재되어 있는 것 같은 롤·투·롤 방식이 알려져 있다. 롤·투·롤 방식은, 송출용 롤로부터 회수용 롤로 필름 등의 가요성 기판을 반송하면서, 반송 경로상에 있어서 기판에 각종 처리를 행하는 방식이다.

특허 문헌 1: 국제 공개 제2008/029917호 특허 문헌 2: 국제 공개 제2008/129819호

특허 문헌 1에 개시된 노광 장치에서는, 예를 들면, 원통 마스크를 회전시키면서, 기판(웨이퍼) 상에서 주사 노광의 방향으로 일렬로 늘어선 복수의 쇼트 영역을, 통합하여 주사 노광할 수 있으므로, 스테핑 횟수가 격감하여, 스루풋이 높은 노광 처리를 할 수 있다. 그렇지만, 특허 문헌 1에 개시된 노광 장치의 투영 광학계에서는, 원통 마스크의 외주면에 형성되는 패턴이 원통 형상이기 때문에, 기판 상에 투영되는 패턴상(pattern image)의 품질(상질(像質))이 열화되거나, 투영 가능한 최소 선폭이 굵어져서, 고정밀한(충실한) 전사를 기대할 수 없게 될 가능성도 있다.

또, 특허 문헌 2에 개시된 롤·투·롤 방식에 의한 표시 패널의 제조 방식에 있어서도, 인쇄 방식이나 잉크젯(액적(液滴)) 방식만으로 고해상 패터닝을 할 수 없는 경우는, 노광 장치를 도입하게 된다. 그 경우, 가요성의 시트 기판을 투영계 아래에서 안정적으로 반송할 필요가 있다. 그것을 위한 유력한 방식은, 예를 들면, 시트 기판을 긴 방향으로 텐션을 주면서, 회전 드럼의 표면의 일부분에 감아 보내는 방식이다. 이 방식에 있어서도, 투영계에 의한 마스크의 패턴상은, 원통면 모양으로 만곡(彎曲)된 시트 기판 상에 투영되기 때문에, 마찬가지로, 기판 상의 패턴상의 품질(상질)이 열화되거나, 투영 가능한 최소 선폭이 굵어져서, 고정밀한(충실한) 전사를 기대할 수 없게 될 가능성도 있다.

본 발명의 양태는, 원통 모양으로 만곡된 마스크면 상의 패턴의 투영, 혹은 원통 모양으로 만곡된 기판 상으로의 패턴 투영에 있어서, 투영상(projective image)을 기판 상에, 고정밀도로 노광할 수 있는 기판 처리 장치, 및 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 상술과 같은 노광 장치는, 예를 들면 롤 모양으로 만곡된 마스크 패턴을 연속 회전시키면서, 그 회전과 동기하여 기판(웨이퍼)을 주사 이동시킴으로써, 효율이 좋은 노광 처리가 가능하다. 그렇지만, 마스크 패턴은 원통면 모양으로 만곡되어 있기 때문에, 그 마스크 패턴의 일부를 통상의 투영 광학계를 통해서 평면 모양의 반도체 웨이퍼 상에 투영하면, 투영상의 품질(왜곡 오차, 비등방적인 배율 오차, 포커스 오차 등)이 저하될 가능성이 있다.

본 발명의 다른 양태는, 만곡된 마스크 패턴(원통 마스크)을 이용하여, 투영상의 품질을 저하시키는 일 없이, 정밀도 좋게 투영 노광할 수 있는 기판 처리 장치, 및 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 소정의 중심선의 둘레를 소정 반경으로 만곡된 원통면을 따라서 배치되는 반사성의 마스크 패턴의 상(像)을, 감응성의 기판 상에 투영 노광하는 기판 처리 장치로서, 상기 원통면을 따라서 상기 마스크 패턴을 유지하고, 상기 중심선의 둘레를 회전 가능한 마스크 유지 부재와, 상기 마스크 패턴 상의 일부분에 설정되는 조명 영역으로부터 발생하는 반사 광속(光束)을 상기 감응성 기판을 향해서 투사(投射)함으로써, 상기 마스크 패턴의 일부분의 상을 상기 감응성 기판에 결상(結像)하는 투영 광학계와, 상기 조명 영역을 락사(落斜) 조명하기 위해, 상기 투영 광학계의 광로(光路) 내에 배치되어, 상기 조명 영역을 향하는 상기 조명광과 상기 조명 영역으로부터 발생하는 반사 광속 중, 한쪽을 통과시키고 다른 쪽을 반사시키는 광분리부와, 상기 조명광의 근원이 되는 1차 광원상(光源像)을 형성하고, 상기 광분리부와 상기 투영 광학계의 일부의 광로를 통해서, 상기 1차 광원상으로부터의 상기 조명광을 상기 조명 영역에 조사함과 아울러, 상기 1차 광원상과 광학적으로 공역(共役)인 제1 공역면을, 상기 중심선과 상기 원통면의 사이에 형성하는 조명 광학계를 구비한 기판 처리 장치가 제공된다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 제1 양태의 기판 처리 장치에 의해서, 상기 마스크 유지 부재를 회전시키면서 상기 감응성 기판을 소정 방향으로 반송하면서, 상기 감응성 기판에 상기 마스크 패턴을 노광하는 것과, 그 노광된 감응성 기판의 감응층의 변화를 이용하여 후속 처리를 실시하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 소정의 중심선의 둘레를 소정 반경으로 만곡된 원통면을 따라서 배치되는 반사성의 마스크 패턴의 상을, 감응성의 기판 상에 투영 노광하는 기판 처리 장치로서, 상기 원통면을 따라서 상기 마스크 패턴을 유지하고, 상기 중심선의 둘레를 회전 가능한 마스크 유지 부재와, 상기 마스크 패턴 상의 일부분에 설정되는 조명 영역으로부터 발생하는 반사 광속을 상기 감응성 기판을 향해서 투사함으로써, 상기 마스크 패턴의 일부분의 상을 상기 감응성 기판에 결상하는 투영 광학계와, 상기 조명 영역을 락사 조명하기 위해, 상기 투영 광학계의 광로 내에 배치되어, 상기 조명 영역을 향하는 상기 조명광과 상기 조명 영역으로부터 발생하는 반사 광속 중, 한쪽을 통과시키고 다른 쪽을 반사시키는 광분리부와, 광원으로부터 발생한 상기 조명광을, 상기 광분리부를 통해서 상기 조명 영역에 조사함과 아울러, 상기 조명광의 주광선을, 상기 중심선과 상기 원통면 사이의 소정 위치를 향하도록, 상기 원통면의 원주 방향에 대해서 경사진 조명 광학계를 구비한 기판 처리 장치가 제공된다.

본 발명의 제4 양태에 따르면, 소정의 중심선의 둘레를 소정 반경으로 만곡된 원통면을 따라서 배치되는 반사성의 마스크 패턴의 상을, 감응성의 기판 상에 투영 노광하는 기판 처리 장치로서, 상기 원통면을 따라서 상기 마스크 패턴을 유지하고, 상기 중심선의 둘레를 회전 가능한 마스크 유지 부재와, 상기 마스크 패턴 상의 일부분에 설정되는 조명 영역을 향하는 조명광의 근원이 되는 1차 광원상을 형성하고, 상기 1차 광원상으로부터의 상기 조명광을 상기 조명 영역에 조사함과 아울러, 상기 1차 광원상과 광학적으로 공역인 제1 공역면을, 상기 중심선과 상기 원통면의 사이에 형성하는 조명 광학계와, 상기 조명광이 조사되고 있는 상기 조명 영역으로부터 발생하는 반사 광속을 중간상면(中間像面)으로 안내함과 아울러, 상기 마스크 패턴의 일부분의 상을 상기 중간상면에 형성하는 제1 투영 광학계와, 상기 중간상면의 위치 또는 그 근방에 배치된 오목 거울과, 상기 오목 거울에서 반사된 상기 반사 광속을 상기 감응성 기판을 향해서 투사함으로써, 상기 제1 투영 광학계가 상기 중간상면에 형성한 상을 상기 감응성 기판에 투영하는 제2 투영 광학계를 구비한 기판 처리 장치가 제공된다.

본 발명의 제5 양태에 따르면, 제3 양태의 기판 처리 장치에 의해서, 상기 마스크 유지 부재를 회전시키면서 상기 감응성 기판을 소정 방향으로 반송하여, 상기 감응성 기판에 상기 마스크 패턴을 연속적으로 노광하는 것과, 그 노광된 감응성 기판의 감응층의 변화를 이용하여 후속 처리를 실시하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 제6 양태에 따르면, 소정의 중심선의 둘레를 소정 반경으로 만곡된 원통면을 따라서 배치되는 반사성의 마스크 패턴의 상을, 감응성의 기판 상에 투영 노광하는 노광 장치로서, 상기 원통면을 따라서 상기 마스크 패턴을 유지하고, 상기 중심선의 둘레를 회전 가능한 마스크 유지 부재와, 상기 마스크 패턴 상의 일부분에 설정되는 조명 영역을 향해서, 광원으로부터의 조명광을 조사함과 아울러, 상기 조명광의 주광선을, 상기 중심선과 상기 원통면 사이의 특정 위치를 향하도록, 상기 원통면의 원주 방향에 관해서 기울긴 조명 광학계와, 상기 조명광의 조사에 의해서 상기 조명 영역으로부터 발생하는 반사 광속을 중간상면으로 안내함과 아울러, 상기 마스크 패턴의 일부분의 상을 상기 중간상면에 형성하는 제1 투영 광학계와, 상기 중간상면의 위치 또는 그 근방에 배치된 오목 거울과, 상기 오목 거울에서 반사된 상기 반사 광속이 입사되어, 상기 제1 투영 광학계에 의해서 상기 중간상면에 형성된 상을 상기 감응성 기판에 투영하는 제2 투영 광학계를 구비한 노광 장치가 제공된다.

본 발명의 양태에 의하면, 투영상을 기판 상에 고정밀도로 노광할 수 있음과 아울러, 효율 좋게 노광할 수 있는 기판 처리 장치, 및 디바이스 제조 방법을 제공할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 양태에 의하면, 만곡된 마스크 패턴의 상을 높은 품질로 투영할 수 있어, 고해상화, 미세화된 표시 디바이스 등의 패터닝 시에, 고정밀도로 투영 노광할 수 있는 기판 처리 장치, 및 디바이스 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 의한 디바이스 제조 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 노광 장치의 광학계의 개략을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 조명 영역에 입사되는 광속 및 조명 영역으로부터 출사되는 광속을 도시한 도면이다.
도 4는 기판 처리 장치(노광 장치)의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 광원으로부터 조명 광학계의 제2 조리개 부재까지의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 조명 광학계의 제1 조리개 부재의 구성을 도시한 도면이다.
도 7a는 조명 광학계의 제1 조리개 부재에서부터 광분리부까지의 구성을 도시한 도면이다.
도 7b는 조명 광학계의 제1 조리개 부재에서부터 광분리부까지의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 조명 광학계의 광분리부에서부터 투영 광학계의 상면까지의 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 제1 실시 형태에 의한 광분리부를 도시한 도면이다.
도 10은 조명 영역에 입사되는 광속 및 조명 영역으로부터 출사되는 광속을 도시한 도면이다.
도 11은 조명 영역으로부터 출사되는 광속을 도시한 상면도이다.
도 12는 스팟의 설명에서 참조하는 조명 영역의 대표 위치를 도시한 도면이다.
도 13은 광원상과 공역인 제1 공역면에 있어서의 스팟을 도시한 도면이다.
도 14는 제2 실시 형태에 의한 기판 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 15는 노광 장치의 광학계의 일부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 16은 제3 실시 형태에 의한 디바이스 제조 시스템을 도시한 도면이다.
도 17은 제3 실시 형태에 의한 노광 장치의 광학계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 18은 조명 영역에 입사되는 광속 및 조명 영역으로부터 출사되는 광속을 도시한 도면이다.
도 19는 제3 실시 형태에 의한 기판 처리 장치(노광 장치)의 구성을 도시한 도면이다.
도 20은 균일화 광학계의 구성을 도시한 도면이다.
도 21은 제1 조리개 부재의 구성을 도시한 도면이다.
도 22a는 제1 조리개 부재에서부터 광분리부까지의 구성을 도시한 도면이다.
도 22b는 제1 조리개 부재에서부터 광분리부까지의 구성을 도시한 도면이다.
도 23은 광분리부의 구성을 도시한 도면이다.
도 24는 조명 영역에 입사되는 광속 및 조명 영역으로부터 출사되는 광속을 도시한 도면이다.
도 25는 조명 영역으로부터 출사되는 광속을 도시한 도면이다.
도 26은 스팟의 설명에서 참조하는 조명 영역의 대표 위치를 도시한 도면이다.
도 27은 광원상과 공역인 제1 공역면에 있어서의 스팟을 도시한 도면이다.
도 28은 제1 투영 광학계에 있어서의 광로를 도시한 도면이다.
도 29는 제2 투영 광학계에 있어서의 광로를 도시한 도면이다.
도 30은 제4 실시 형태에 의한 기판 처리 장치(노광 장치)의 구성을 도시한 도면이다.
도 31은 조명 광학계에 있어서의 광로를 도시한 도면이다.
도 32는 제1 투영 광학계에 있어서의 광로를 도시한 도면이다.
도 33은 제2 투영 광학계에 있어서의 광로를 도시한 도면이다.
도 34는 디바이스 제조 방법을 도시한 순서도이다.

［제1 실시 형태］

도 1은 본 실시 형태의 디바이스 제조 시스템(SYS)(플렉서블·디스플레이 제조 라인)의 일례에 의한 구성을 도시한 도면이다. 여기에서는, 공급 롤(FR1)로부터 인출된 가요성 기판(P)(시트, 필름 등)이, 차례로, n대의 처리 장치(U1, U2, U3, U4, U5, … Un)를 거쳐서, 회수 롤(FR2)에 감아 올려 때까지의 예를 나타내고 있다.

이하의 설명에 있어서, XYZ 직교 좌표계는 기판(P)의 표면(또는 이면)이 XZ면과 수직이 되도록 설정되고, 기판(P)의 반송 방향(긴 방향)과 직교하는 폭 방향이 Y축 방향으로 설정되는 것으로 한다. 이하의 설명에 있어서, X축 방향의 둘레의 회전 방향을 θX축 방향이라고 하고, 마찬가지로, Y축 방향, Z축 방향의 둘레의 회전 방향을 각각 θY축 방향, θZ축 방향이라고 한다.

공급 롤(FR1)에 감겨 있는 기판(P)은, 닙(nip)된 구동 롤러(DR1)에 의해서 인출되어 처리 장치(U1)에 반송된다. 기판(P)의 Y축 방향(폭 방향)의 중심은, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC1)에 의해서, 목표 위치에 대해서 ±십수 ㎛에서 수십 ㎛ 정도의 범위에 들어가도록 서보 제어된다.

처리 장치(U1)는 인쇄 방식으로 기판(P)의 표면에 감광성 기능액(포토레지스트, 감광성 커플링재, 감광성 도금 환원제, UV 경화 수지액 등)을, 기판(P)의 반송 방향(긴 방향)에 대해서 연속적 또는 선택적으로 도포하는 도포 장치이다. 처리 장치(U1) 내에는, 기판(P)이 감기는 실린더 롤러(DR2), 이 실린더 롤러(DR2) 상에서, 기판(P)의 표면에 감광성 기능액(감응성 기능액)을 똑같이, 혹은 부분적으로 도포하기 위한 도포용 롤러 등을 포함하는 도포 장치(Gp1), 기판(P)에 도포된 감광성 기능액에 포함되는 용제 또는 수분을 급속히 제거하기 위한 건조 장치(Gp2) 등이 마련되어 있다.

처리 장치(U2)는 처리 장치(U1)로부터 반송되어 온 기판(P)을 소정 온도(예를 들면, 수십 ℃ 내지 120℃ 정도)까지 가열하여, 표면에 도포된 감광성 기능층(감응성 기능층)을 안정되게 정착하기 위한 가열 장치이다. 처리 장치(U2) 내에는, 기판(P)을 꺾어 접어서 반송하기 위한 복수의 롤러와 에어·턴·바, 반입되어 온 기판(P)을 가열하기 위한 가열 챔버부(HA1), 가열된 기판(P)의 온도를, 후속 공정(처리 장치(U3), 기판 처리 장치)의 환경 온도와 맞추도록 내리기 위한 냉각 챔버부(HA2), 닙된 구동 롤러(DR3) 등이 마련되어 있다.

처리 장치(U3)(기판 처리 장치)는 노광 장치를 포함하며, 처리 장치(U2)로부터 반송되어 온 기판(P)의 감광성 기능층(감응성 기능층)에 대해서, 디스플레이용 회로 패턴이나 배선 패턴에 대응한 자외선의 패터닝 광을 조사한다. 처리 장치(U3) 내에는, 기판(P)의 Y축 방향(폭 방향)의 중심을 일정 위치로 제어하는 엣지 포지션 컨트롤러(EPC2), 닙된 구동 롤러(DR4), 패터닝 광이 기판(P)의 조사되는 위치에 있어서 기판(P)을 지지하는 기판 지지 롤(DR5)(기판 지지 부재), 및 기판(P)에 소정의 늘어짐(여유)(DL)을 주기 위한 2세트의 구동 롤러(DR6, DR7) 등이 마련되어 있다.

처리 장치(U3)에는, 원통 모양의 외주면에 반사형의 마스크 패턴(M)이 형성되고, Y축 방향과 평행한 중심선의 둘레를 회전하는 드럼 마스크(DM)와, 드럼 마스크(DM)의 마스크 패턴(M)에 Y축 방향으로 연장된 슬릿 모양의 노광용 조명광을 조사하는 조명 유닛(IU)과, 기판 지지 롤(DR5)에 지지되는 기판(P)의 일부분에, 드럼 마스크(DM)의 마스크 패턴(M)의 원주 방향의 일부분의 상을 투영하는 투영 광학계(PL), 및 투영되는 패턴의 일부분의 상과 기판(P)을 상대적으로 위치 맞춤(얼라이먼트)하기 위해서, 기판(P)에 미리 형성된 얼라이먼트 마크 등을 검출하는 얼라이먼트 현미경(AM)이 마련되어 있다.

처리 장치(U4)는 처리 장치(U3)로부터 반송되어 온 기판(P)의 감광성 기능층에 대해서, 습식에 의한 현상 처리, 무전해 도금 처리 등과 같은 각종의 습식 처리 중 적어도 1개를 행하는 웨트(wet) 처리 장치이다. 처리 장치(U4) 내에는, Z축 방향으로 계층화된 3개의 처리조(BT1, BT2, BT3)와, 기판(P)을 접어 구부려서 반송하는 복수의 롤러와, 닙된 구동 롤러(DR8) 등이 마련되어 있다.

처리 장치(U5)는 처리 장치(U4)로부터 반송되어 온 기판(P)을 데워서, 습식 프로세스에서 습해진 기판(P)의 수분 함유량을 소정치로 조정하는 가열 건조 장치이지만, 자세한 것은 생략한다. 그 후, 몇 개의 처리 장치를 거쳐서, 일련의 프로세스의 마지막 처리 장치(Un)를 통과한 기판(P)은, 닙된 구동 롤러(DR9)를 통해서 회수 롤(FR2)에 감겨 올려진다. 그 감아올릴 때도, 기판(P)의 Y축 방향(폭 방향)의 중심, 혹은 Y축 방향의 기판단(基板端)이, Y축 방향으로 흩어지지 않도록, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC3)에 의해서, 구동 롤러(DR9)와 회수 롤(FR2)의 Y축 방향의 상대 위치가 차례로 보정 제어된다.

상위 제어 장치(CONT)는 제조 라인을 구성하는 각 처리 장치(U1 내지 Un)의 운전을 통괄 제어하는 것이다. 상위 제어 장치(CONT)는 각 처리 장치(U1 내지 Un)에 있어서의 처리 상황이나 처리 상태의 감시, 처리 장치 사이에서의 기판(P)의 반송 상태의 모니터, 사전·사후 검사·계측 결과에 기초한 피드백 보정이나 피드 포워드(feed forward) 보정 등도 행한다.

본 실시 형태에서 사용되는 기판(P)은, 예를 들면, 수지 필름, 스텐레스 강철 등의 금속 또는 합금으로 이루어진 박(箔)(포일) 등의 플렉서블한 기판이다. 수지 필름의 재질은, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 에틸렌 비닐 공중합체 수지, 폴리염화비닐 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지, 폴리스티렌 수지, 초산비닐수지 중 1 또는 2 이상을 포함한다.

기판(P)은 각종의 처리 공정에서 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 혼합함으로써, 프로세스 온도 등에 따른 임계치보다도 작게 설정되어 있어도 좋다. 무기 필러는, 예를 들면, 산화 티탄, 산화 아연, 알루미나, 산화 규소 등이라도 좋다. 또, 기판(P)은 플로트법 등으로 제조된 두께 100㎛ 정도의 극박(極薄) 유리의 단층체(單層體)여도 좋고, 이 극박 유리에 상기의 수지 필름, 박 등을 첩합(貼合)시킨 적층체여도 좋다. 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(凹凸) 구조)를 임프린트(imprint)법에 의해 형성한 것이어도 좋다.

본 실시 형태의 디바이스 제조 시스템(SYS)은, 디바이스(디스플레이 패널 등) 제조를 위한 각종의 처리를, 기판(P)에 대해서 반복하거나, 혹은 연속하여 실행한다. 각종의 처리가 가해진 기판(P)은, 디바이스마다 분할(다이싱)되어, 복수 개의 디바이스가 된다. 기판(P)의 치수는, 예를 들면, 폭 방향(짧은 길이가 되는 Y축 방향)의 치수가 10cm 내지 2m 정도이고, 긴 방향(긴 길이가 되는 X축 방향)의 치수가 10m 이상이다. 기판(P)의 폭 방향(짧은 길이가 되는 Y축 방향)의 치수는, 10cm 이하여도 좋고, 2m 이상이어도 좋다. 기판(P)의 긴 방향(긴 길이가 되는 X축 방향)의 치수는, 10m 이하여도 좋다.

다음으로, 처리 장치(U3)(노광 장치(EX), 기판 처리 장치)에 의한 노광의 원리를 설명한다. 도 2는 노광 장치(EX)의 광학계의 개략 구성을 설명하기 위한 모식도이다. 도 3은 조명 영역(IR)에 입사되는 광속 및 조명 영역(IR)으로부터 출사되는 광속의 상태를 나타내는 설명도이다.

도 2에 도시한 노광 장치(EX)는, 드럼 마스크(DM), 조명 광학계(IL), 투영 광학계(PL), 광분리부(10), 및 편향(偏向) 부재(11)를 구비한다. 드럼 마스크(DM)는 원통면 모양의 외주면(이하, 원통면(12)이라고 함)을 가지고, 반사형의 마스크 패턴(M)을 원통면(12)을 따르도록 만곡시켜 형성하고 있다. 원통면(12)은 소정의 중심선의 둘레를 소정 반경으로 만곡시킨 면이며, 예를 들면, 원 기둥(圓柱) 또는 원통의 외주면의 적어도 일부이다. 드럼 마스크(DM)는 회전 중심축(AX1)(중심선)의 둘레에서 회전 가능하다.

조명 광학계(IL)는 드럼 마스크(DM)에 유지된 마스크 패턴(M) 상의 조명 영역(IR)을, 투영 광학계(PL)의 일부를 통해서 조명광 L1으로 락사 조명한다. 조명 광학계(IL)는, 조명광 L1의 근원이 되는 광원상(L0)을 형성하는 제1 광학계(13)와, 투영 광학계(PL)의 일부를 겸한 제2 광학계(14)(그 광축을 14a라고 함)를 포함한다. 광원상(L0)으로부터의 조명광 L1은, 투영 광학계(PL)의 동면(瞳面)에 배치되는 오목 거울의 모재(母材)가 되는 초재(礎材)로 구성되는 광분리부(10)의 통과부(15)를 통과해서 제2 광학계(14)에 입사되고, 제2 광학계(14)를 통과하여 편향 부재(11)의 상측의 반사 평면에서 편향된 후에, 조명 영역(IR)에 조사된다. 투영 광학계(PL)는 광분리부(10)와, 광분리부(10)와, 조명 영역(IR) 사이의 광로에 배치된 제2 광학계(광학계)(14)를 포함한다.

자세한 것은 후술하지만, 광분리부(10)는, 도 2 중에서 광축(14a)에서부터 상반분(上半分)이 통과부(투과부)(15)이며, 그곳에 광원상(L0)(예를 들면, 플라이-아이 렌즈로 만들어지는 다수의 점광원상이 모인 것)이 형성된다. 또는, 도 2 중에서, 광분리부(10)의 광축(14a)에서부터 하반분(下半分)은, 오목면 모양의 반사부(16)로 되어 있다.

투영 광학계(PL)(제2 광학계(14)를 포함함)는, 조명 영역(IR)에서 발생한 반사 광속을 기판(P)을 향해서 투사함으로써, 조명 영역(IR) 내에 나타나는 마스크 패턴(M)의 일부의 상을 기판(P)에 투영한다. 이하의 설명에 있어서, 조명광 L1의 조사에 의해, 마스크 패턴(M)으로부터 발생하여 기판에 투사되는 광속을, 적당, 결상 광속 L2라고 한다.

조명 영역(IR)에서 발생한 결상 광속 L2는, 편향 부재(11)의 상측의 반사 평면에서 편향되어 제2 광학계(14)에 입사되고, 제2 광학계(14)를 통과하여 광분리부(10)의 반사부(16)에서 반사된 후에, 제2 광학계(14)를 재차 통해서 편향 부재(11)의 하측의 반사 평면에 이른다. 편향 부재(11)의 하측의 반사 평면에서 반사한 결상 광속 L2는, 조명 영역(IR)과 공역인 위치에서, 조명 영역(IR) 내에 나타나는 마스크 패턴(M)의 일부에 대응한 중간상 Im을 형성한다. 이 중간상 Im은, 그 후에 배치되는 투영 광학계(도 4에 부호 PL2로 나타냄)에 의해서, 기판(P) 상에 재결상된다.

그런데, 도 3에 도시된 것처럼 조명 영역(IR)이 원통면 모양으로 만곡되어 있으므로, 조명광 L1의 주광선 L1a의 조명 영역(IR)에 대한 입사각은, 원통면(12)의 원주 방향에 있어서의 주광선 L1a의 입사 위치에 따라 다르게 한다. 이것은, 조명 영역(IR)으로부터 발생하는 결상 광속 L2의 각 주광선 L2a를, 회전 중심축(AX1)과 수직인 면 내에서는 서로 평행하게 하기 위함이다.

본 실시 형태에 있어서, 조명 광학계(IL)는, 결상 광속 L2의 각 주광선 L2a가 서로 평행에 가까운 상태(텔레센트릭한 상태)가 되도록, 회전 중심축(AX1)과 수직인 면 내에서 주광선 L1a를 비평행으로 한 조명광 L1을, 조명 영역(IR)에 조사하도록 구성되어 있다. 즉, 조명 광학계(IL)는 결상 광속 L2의 투영 광학계(PL)로의 입사측을 텔레센트릭한 상태로 하려고, 조명 영역(IR)에 입사되는 조명광 L1이 비텔레센트릭한 상태로 구성되어 있다.

이러한 조명 상태로 하기 위해, 조명광 L1의 각 주광선 L1a는, 원통면(12)과 회전 중심축(AX1)의 중간 위치(원통면(12)의 반경의 1/2의 위치 부근)에서 수렴하도록 설정된다. 따라서 그 중간 위치는, 조명 광학계(IL)의 동면(도 2의 광분리부(10)의 통과부(15))과 공역인 위치로 되어 있다.

또, 회전 중심축(AX1)과 수직인 면 내에 있어서의 결상 광속 L2의 각 주광선 L2a의 진행 방향은, 예를 들면, 각 주광선 L2a의 조명 영역(IR) 상의 발생 위치와 회전 중심축(AX1)을 연결하는 선(지름 방향)에 대해서 경사지도록 설정된다. 이것은, 도 2에 도시된 것처럼, 조명광 L1과 결상 광속 L2를, 광분리부(10)의 위치에서, 광축(14a)을 사이에 두고 상하로 분리시킬 필요가 있기 때문이다. 그 때문에, 도 2에 도시한 것처럼, 회전 중심축(AX1)과 수직인 면 내에 있어서의 결상 광속 L2의 각 주광선 L2a의 진행 방향은, 제2 광학계(14)의 광축(14a)과 수직인 면(지면과 수직)에 대해서, 이 면(지면) 내에서 일정 각도만큼 경사진 것이 된다.

다음으로, 처리 장치(U3)(노광 장치(EX))의 구성에 대해서 보다 자세하게 설명한다. 도 4는 노광 장치(EX)의 구성을 도시한 도면이다. 노광 장치(EX)는 마스크 패턴(M)을 유지하고 회전 중심축(AX1)의 둘레에서 회전 가능한 드럼 마스크(DM)(마스크 유지 부재)와, 기판(P)을 지지하며 회전 중심축(AX2)의 둘레에서 회전 가능한 회전 드럼(DP)(기판 지지 부재)을 구비한다. 조명 광학계(IL)는 드럼 마스크(DM)에 유지된 마스크 패턴(M) 상의 조명 영역(IR)을, 퀄러 조명(Koehler illumination)에 의해 균일한 밝기로 조명한다.

투영 광학계(PL)는 조명 영역(IR)으로부터 발생하는 결상 광속 L2를, 회전 드럼(DP)에 지지된 기판(P) 상의 투영 영역(PR)을 향해서 투사함으로써, 마스크 패턴(M)의 일부분(조명 영역(IR) 내)의 상을 기판(P)에 결상한다.

도 4에 도시한 투영 광학계(PL)는, 조명 영역(IR) 내의 마스크 패턴(M)의 중간상 Im을 형성하는 제1 투영 광학계(PL1)와, 그 중간상 Im을 기판(P)에 투영하는 제2 투영 광학계(PL2)를 구비한다. 도 4에 도시한 제1 투영 광학계(PL1)와 제2 투영 광학계(PL2)는, 예를 들면, 원형 이미지 필드를 프리즘 미러(편향 부재(11, 35))의 상하의 반사 평면에서 분할한 하프·이미지 필드 타입의 반사 굴성형(屈性型) 투영 광학계로서 텔레센트릭하게 구성된다.

노광 장치(EX)는, 이른바 주사 노광 장치이며, 드럼 마스크(DM)와 회전 드럼(DP)을 소정의 회전 속도비로 동기 회전시킴으로써, 드럼 마스크(DM)에 유지된 마스크 패턴(M)의 상이, 회전 드럼(DP)에 지지된 기판(P)의 표면(원통면을 따라서 만곡한 면)에 연속적으로 반복하여 투영 노광된다.

드럼 마스크(DM)는 원 기둥 모양 또는 원통 모양의 부재이며, 그 외주면(원통면(12))을 따라서 반사형의 마스크 패턴(M)이 형성되어 있으면 좋다.

마스크 패턴(M)은, 예를 들면, 100㎛ 정도 두께의 가요성의 유리 시트에 증착된 고반사성의 금속 피막을 패터닝한 시트 모양 마스크로서 작성되고, 그것을 드럼 마스크(DM)의 외주면에 감아서, 드럼 마스크(DM)에 대해서 교환 가능하게 장착되는 구성이어도 좋다.

회전 드럼(DP)(도 1의 기판 지지 롤(DR5))은, 원 기둥 모양 또는 원통 모양의 부재이며, 그 외주면이 원통면 모양이다. 기판(P)은, 예를 들면, 회전 드럼(DP)의 외주면의 일부에 감김으로써, 회전 드럼(DP)에 지지된다. 마스크 패턴(M)의 상이 투영되는 투영 영역(PR)은, 회전 드럼(DP)의 외주면의 근방에 배치된다.

기판(P)은 복수의 반송 롤러에 현가(懸架)됨으로써 지지되어 있어도 좋고, 이 경우에 투영 영역(PR)이 복수의 반송 롤러의 사이에 배치되어 있어도 좋다.

노광 장치(EX)는, 예를 들면, 드럼 마스크(DM) 및 회전 드럼(DP)을 각각 회전 구동하기 위한 구동부와, 드럼 마스크(DM) 및 회전 드럼(DP)의 각각의 위치를 검출하는 검출부와, 드럼 마스크(DM) 및 회전 드럼(DP)의 각각의 위치를 조정하기 위한 이동부와, 노광 장치(EX)의 각 부를 제어하는 제어부를 구비한다.

노광 장치(EX)의 제어부는, 검출부의 검출 결과에 기초하여 구동부를 제어함으로써, 드럼 마스크(DM)와 회전 드럼(DP)을 소정의 회전 속도비로 동기 회전시킨다. 또, 이 제어부는, 검출부의 검출 결과에 기초하여 이동부를 제어함으로써, 드럼 마스크(DM)와 회전 드럼(DP)의 상대 위치를 조정한다.

도 1에 도시한 조명 유닛(IU)은, 도 4에 도시한 광원(20), 및 조명 광학계(IL)의 제1 광학계(13)를 포함한다. 조명 광학계(IL)의 제1 광학계(13)는, 광원(20)으로부터 발사된 광에 의해 조명광 L1의 근원이 되는 광원상(L0)을 형성하고, 또 조명광 L1의 광 강도 분포를 균일하게 한다.

광원(20)은, 예를 들면 수은 램프 등의 램프 광원, 또는 레이저 다이오드, 발광 다이오드(LED) 등의 고체 광원을 포함한다. 광원(20)으로부터 발사되는 조명광 L1은, 예를 들면, 휘선(輝線)(g선, h선, i선), KrF 엑시머 레이저광(파장 248nm) 등의 원자외광(DUV 광), ArF 엑시머 레이저광(파장 193nm) 등이다.

도 5는 도 4에도 도시한 광원(20)에서부터 조명 광학계(IL)의 제2 조리개 부재(26)까지의 구성을 도시한 도면이다. 도 5에 도시한 제1 광학계(13)는 인풋 렌즈(21), 플라이-아이 렌즈(22), 제1 조리개 부재(23), 릴레이 렌즈(24), 실린드리칼 렌즈(cylindrical lens)(25), 및 제2 조리개 부재(26)를 구비한다.

인풋 렌즈(21)는 광원(20)으로부터 발사된 조명광 L1이 입사되는 위치에 배치되어 있다. 인풋 렌즈(21)는, 조명광 L1을 플라이-아이 렌즈(22)의 입사 단면(22a)에 들어가도록 집광한다. 플라이-아이 렌즈(22)는 인풋 렌즈(21)의 광축에 직교하는 면에 이차원적으로 배열된 복수의 렌즈 요소(22b)를 가진다.

플라이-아이 렌즈(22)는 인풋 렌즈(21)로부터 출사된 조명광 L1을 렌즈 요소(22b) 마다 공간적으로 분할한다. 플라이-아이 렌즈(22)로부터 광이 출사하는 출사 단면(22c)에는, 렌즈 요소(22b) 마다 1차 광원상(수렴한 점광원(点光源) 등)이 형성된다. 이 1차 광원상이 형성되는 면은, 도 4 중의 제1 투영 광학계(PL1)의 동면(조명 광학계(IL)의 동면이기도 함)의 근방의 광분리부(10), 및 후에 설명하는 공역면(40)(제1 공역면, 도 10 등에 도시함)과 광학적으로 공역이다.

제1 조리개 부재(23)는, 이른바 개구 조리개(조명 σ 조리개)이며, 플라이-아이 렌즈(22)의 출사 단면(22c) 또는 그 근방에 배치된다.

도 6은 조명 광학계(IL)의 제1 조리개 부재(23)의 구성을 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 것처럼, 제1 조리개 부재(23)는 플라이-아이 렌즈(22)로부터의 조명광 L1의 적어도 일부가 지나는 길쭉한 원모양 또는 타원 모양의 개구(23a)를 가진다.

도 5, 도 6에 있어서, 제1 조리개 부재(23)는, 릴레이 렌즈(24)의 광축과 직교한 면(XY면과 평행)에 배치된다. 또, 개구(23a)는 제1 방향(X축 방향)의 내측 치수(치수) D1이, 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향에 대응한 제2 방향(Y축 방향)의 내측 치수(치수) D2보다도 작다. 내측 치수(치수) D1의 제1 방향은, 도 2 또는 도 4 중의 드럼 마스크(DM) 상의 조명 영역(IR) 내에서는, 원통면(12)의 원주 방향과 일치한다.

제1 방향은 원통면(12) 상의 원주 방향으로 투영되는 방향이며, 제2 방향은 원통면(12)의 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향으로 투영되는 방향이다. 즉, 제1 조리개 부재(23)는, 원통면(12)의 원주 방향에 있어서의 조명광 L1의 확산각(NA)을, 원통면(12)의 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향에 있어서의 조명광 L1의 확산각(NA)보다도 작게 하도록, 마련되어 있다.

도 7a 및 도 7b는, 도 4 및 도 5에 도시한 조명 광학계(IL)의 제1 조리개 부재(23)에서부터 광분리부(10)까지의 구체적인 광학계(렌즈 배치)의 일례를 도시한 도면이다. 도 7a에는 회전 중심축(AX1)에 직교하는 면에 있어서의 평면도가 도시되어 있다. 도 7b에는 회전 중심축(AX1)에 평행한 면에 있어서의 평면도가 도시되어 있다.

도 7a에 도시한 것처럼, 제1 조리개 부재(23)의 개구(23a)는, 제1 광학계(13)의 Z축과 평행한 광축(13a)에 대해서 한쪽측(＋X축측)으로 치우치게 배치되어 있다. 또, 도 7b에 도시된 것처럼, 제1 조리개 부재(23)의 개구(23a)는, Y축 방향에 있어서 제1 광학계(13)의 광축(13a)에 대해서 대칭적으로 배치되어 있다. 즉, 제1 조리개 부재(23)는, X축 방향에서 볼 때 개구(23a)의 중심을 제1 광학계(13)의 광축(13a)이 통과하도록, 배치되어 있다.

릴레이 렌즈(24)는 제1 조리개 부재(23)를 통과한 광이 입사되는 위치에 배치되어 있다. 릴레이 렌즈(24)는 플라이-아이 렌즈(22)에 형성된 복수의 1차 광원상으로부터의 광속을 중첩하도록, 마련되어 있다. 플라이-아이 렌즈(22)의 사출측(射出側)에 형성된 복수의 1차 광원상으로부터의 광은, 중첩되는 위치에서 광 강도 분포가 균일화된다.

실린드리칼 렌즈(25)는, 플라이-아이 렌즈(22)에 있어서 1차 광원상이 형성되는 위치에서부터 제2 조리개 부재(26)에 이르는 광로에 배치되어 있다.

앞의 도 4, 도 5 중의 실린드리칼 렌즈(25)와 마찬가지로, 도 7a, 도 7b 중의 실린드리칼 렌즈(25)는, XZ면 내에서의 파워(굴절력)가, 회전 중심축(AX1)과 평행하는 YZ면 내에서의 파워(굴절력)보다도 큰 광학 부재이다. 실린드리칼 렌즈(25)의 파워(굴절력)가 큰 방향은, 도 2 또는 도 4 중의 드럼 마스크(DM) 상의 조명 영역(IR) 내에서는, 원통면(12)의 원주 방향과 일치한다.

제2 조리개 부재(26)는, 이른바 시야 조리개이고, 조명 영역(IR)의 위치 및 형상을 규정한다. 제2 조리개 부재(26)는, 조명 영역(IR)과 공역인 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 플라이-아이 렌즈(22)에 형성된 복수의 1차 광원상으로부터의 광은, 릴레이 렌즈(24) 및 실린드리칼 렌즈(25)에 의해서 제2 조리개 부재(26)의 위치에 중첩되어, 제2 조리개 부재(26)에 있어서의 광 강도 분포가 균일화된다. 즉, 인풋 렌즈(21), 플라이-아이 렌즈(22), 릴레이 렌즈(24) 및 실린드리칼 렌즈(25)는, 조명광 L1의 광 강도 분포를 균일화하는 균일화 광학계(19)를 구성하고 있다.

또한, 조명 광학계(IL)는 1차 광원상에서부터 제2 조리개 부재(26)에 이르는 광로의 적어도 일부에 배치되고, 1차 광원상을 근원으로 하는 조명광 L1의 광 강도 분포를 제2 조리개 부재(26)의 위치 또는 그 근방에 있어서 균일하게 하는 균일화 광학계(19)를 포함한다. 또, 조명 광학계(IL)는 제2 조리개 부재(26)를 구비하지 않아도 좋다. 또, 균일화 광학계(19)는 플라이-아이 렌즈(22) 대신에 로드 렌즈(rod lens)를 이용하여 구성할 수도 있다. 이 경우에, 조명 광학계(IL)의 구성은, 로드 렌즈에서 광이 출사되는 출사 단면이 조명 영역(IR)과 광학적으로 공역이 되도록, 적당 변경된다.

도 7a 및 도 7b에 도시한 것처럼, 제1 광학계(13)는, 제2 조리개 부재(26)와 광분리부(10) 사이의 광로에 배치된 렌즈 그룹(27)을 구비한다. 렌즈 그룹(27)은, 예를 들면, 제1 광학계(13)의 광축(13a)을 회전 중심으로 하는 축대칭인 복수의 렌즈로 구성된다. 도 7b에 도시한 것처럼, 렌즈 그룹(27)은, X축 방향에서 보았을 때에 제1 조리개 부재(23)와 광학적으로 공역인 동면(28)(제2 공역면)을 형성한다. 동면(28) 상에는, 도 2(또는 도 4)에 도시한 것처럼, 조명 영역(IR)에 조사되는 조명광 L1의 근원이 되는 광원상(L0)(2차 광원상)이 형성된다.

투영 광학계(PL)의 동면(28)에 형성되는 2차 광원상(L0)은, 도 2(또는 도 4)나 도 7a, 도 7b에 있어서, X축 방향의 치수가, 회전 중심축(중심선)(AX1)과 평행한 Y축 방향의 치수보다도 크게 되도록 설정된다. 2차 광원상(L0)의 치수가 크게 되는 X축 방향은, 도 2 또는 도 4 중 드럼 마스크(DM) 상의 조명 영역(IR) 내에서는, 원통면(12)의 원주 방향과 일치한다.

또, 도 7a, 도 7b에 있어서, 제2 공역면(동면(28))에 형성되는 2차 광원상(L0)의 분포 범위는, 회전 중심축(중심선)(AX1)과 평행한 Y축 방향의 치수가, X축 방향의 치수보다도 작게 되도록 설정되어 있다. 2차 광원상(L0)의 분포 범위의 치수가 상대적으로 크게 되는 X축 방향은, 도 2 또는 도 4 중의 드럼 마스크(DM) 상의 조명 영역(IR) 내에서는, 원통면(12)의 원주 방향과 일치해 있다.

그런데, 렌즈 그룹(27)은, 제1 조리개 부재(23)에 형성된 1차 광원상으로부터의 광속 중, Y축 방향으로 확산되는 성분을 동면(28) 상에 수렴하도록, 구성되어 있다. 여기서, 실린드리칼 렌즈(25)의 파워가 X축 방향과 Y축 방향에서 다르기 때문에, 1차 광원상(제1 조리개 부재(23)의 개구)의 각 점에서부터 X축 방향으로 확산되는 성분은, 도 7a에 도시한 것처럼 동면(28) 상의 1점으로는 수렴하지 않는다. 환언하면, 동면(28)은, Y축 방향에서 보았을 때에 제1 조리개 부재(23)와 광학적으로 공역이 아닌 관계가 된다.

광분리부(10)는, 그 적어도 일부가 동면(28)에 배치되도록, 동면(28)의 위치 또는 그 근방에 배치된다. 여기서, 동면(28)의 위치 또는 그 근방은, 조명 영역(IR)에 대해서 거의 푸리에 변환면에 상당하는 면이다. 그 때문에, 광분리부(10) 중 조명광 L1이 통과하는 범위(도 2 중의 통과부(15))를 규정함으로써, 드럼 마스크(DM) 상의 조명 영역(IR)에 입사되는 조명광 L1의 주광선 L1a의 방향(배향(配向) 특성)을 규정할 수 있다. 광분리부(10)(규정부)는, 도 3을 이용하여 설명한 것처럼, 결상 광속 L2의 투영 광학계(PL)로의 입사측을 텔레센트릭로 하려고, 조명광 L1의 조명 영역(IR)으로의 입사측이 비텔레센트릭으로 되도록, 광분리부(10)에 있어서의 조명광 L1의 통과 범위(분포 범위)를 규정한다. 광분리부(10)는 조명 영역(IR)을 락사 조명하기 위해, 투영 광학계(PL)의 광로 내에 배치되어 있다.

도 8은 조명 광학계(IL)의 광분리부(10)에서부터 투영 광학계(PL)의 중간상면(32)(Im)까지의 구성을 도시한 도면이다. 도 9는 본 실시 형태에 의한 광분리부(10)를 도시한 평면도이다.

도 8에 도시한 광분리부(10)는 광이 투과하는 재질의 렌즈 부재(30)와, 렌즈 부재(30)의 표면에 형성된 반사막(31)(도 2 중의 반사부(16)에 상당)을 포함한다. 렌즈 부재(30)는, 예를 들면 메니스커스 렌즈(meniscus lens)와 같은 형상으로, 제1 광학계(13)로부터 조명광 L1이 입사되어 오는 면(30a)측이 볼록면이며, 면(30a)의 반대를 향하는 면(30b)측이 오목면이다. 반사막(31)은, 렌즈 부재(30)의 면(30b)에 마련되어 있다.

도 9에 도시한 것처럼, 광분리부(10)는 제1 광학계(13)로부터의 조명광 L1의 적어도 일부가 통과하는 통과부(15)와, 마스크 패턴(M) 상의 조명 영역(IR)에서 발생한 결상 광속 L2(도 2 참조)가 반사하는 반사부(16)를 구비한다. 광분리부(10)에 있어서, 반사막(31)은, 렌즈 부재(30)의 면(30b)의 일부를 제외하고 형성되어 있고, 통과부(15)는 광분리부(10) 중 Z축 방향에서 보았을 때 반사막(31)이 형성되어 있지 않은 영역에 배치되어 있다.

통과부(15)는 제1 광학계(13)의 광축(13a)과 면(30b)의 교점(13b)에 대해서,－X축측에 배치되어 있다. 통과부(15)는, 면(30b) 중 교점(13b)과 겹치지 않는 영역에 배치되어 있다. 통과부(15)(광 통과창)는, 도 8에 있어서, X축 방향을 긴 방향으로 하고, 드럼 마스크(DM)의 회전 중심축(AX1)과 평행한 Y축 방향을 짧은 방향으로 하는 길쭉한 원형 모양으로 형성되어 있다. 따라서 길쭉한 원형 모양의 통과부(15)의 긴 방향은, 도 2(또는 도 4)나 도 8 중의 드럼 마스크(DM) 상의 조명 영역(IR) 내에서는, 원통면(12)의 원주 방향에 대응하고 있다.

광분리부(10) 중, Z축 방향에서 보았을 때 반사막(31)이 형성되어 있는 영역은, 결상 광속 L2가 반사되는 반사부(16)에 이용됨과 아울러, 통과부(15)를 통해서 조명 영역(IR)을 향하는 조명광 L1의 통과 범위를 규정하는 규정부로서도 이용된다. 환언하면, 반사막(31)은, 조명광 L1이 광분리부(10) 중 통과부(15) 이외의 영역을 통과하지 않도록, 마련되어 있다. 또, 반사막(31)은, 결상 광속 L2를 반사시키도록, 적어도, 광분리부(10) 중 교점(13b)에 대해서 대체로 통과부(15)와 대칭적인 위치에 존재하는 영역을 포함하도록 배치된다.

도 8의 설명으로 돌아가, 제2 광학계(14)는 광분리부(10)의 통과부(15)를 통과한 조명광 L1이 입사하는 위치에 배치되어 있다. 제2 광학계(14)는, 조명 영역(IR)이 제1 조리개 부재(23)와 광학적으로 공역이 되도록, 조명광 L1을 집광한다. 즉, 제2 광학계(14) 및, 도 7a 및 도 7b에 도시한 렌즈 그룹(27)은, 제2 조리개 부재(26)와 광학적으로 공역인 면을 조명 영역(IR)에 형성한다.

제2 광학계(14)는, 예를 들면, 소정의 중심축(광축(14a))의 둘레에서 축대칭인 복수의 렌즈에 의해 구성된다. 제2 광학계(14)의 광축(14a)은, 예를 들면, 제1 광학계(13)의 광축(13a)과 동축으로 설정된다. 제2 광학계(14)에 입사된 조명광 L1은, 제2 광학계(14)의 광축(14a)을 포함하는 면(YZ면)에 대해서 한쪽측을 통과하여, 제2 광학계(14)로부터 출사된다.

편향 부재(11)는 제2 광학계(14)로부터 출사된 조명광 L1이 입사하는 위치에 배치되어 있다. 편향 부재(11)는, 예를 들면, 삼각 프리즘 모양의 부재로서, 서로 직교하는 제1 반사면(11a) 및 제2 반사면(11b)을 가진다. 제1 반사면(11a) 및 제2 반사면(11b)은, 예를 들면, 각각 제2 광학계(14)의 광축(14a)과 거의 45℃의 각도를 이루도록 배치된다.

제2 광학계(14)로부터 출사된 조명광 L1은, 제1 반사면(11a)에서 반사되고 편향되어, 드럼 마스크(DM)에 유지된 마스크 패턴(M) 상의 조명 영역(IR)에 입사된다. 이 조명광 L1은, 마스크 패턴(M)에서 반사 회절됨으로써, 결상 광속 L2를 발생시킨다. 조명 영역(IR)에 입사되는 조명광 L1, 및 조명 영역(IR)으로부터 출사되는 결상 광속 L2에 대해서는, 후에 도 9~도 14를 참조하여 자세하게 설명한다.

조명 영역(IR)으로부터 출사된 결상 광속 L2는, 편향 부재(11)의 제1 반사면(11a)에 입사된다. 결상 광속 L2는, 제1 반사면(11a)에서 반사됨으로써 편향되어, 제2 광학계(14)에 입사된다. 제2 광학계(14)에 입사된 결상 광속 L2는, 앞의 도 2, 도 3에서 설명한 것처럼, 조명 영역(IR)을 향하는 조명광 L1과는 다른 광로를 통과한다. 제2 광학계(14)에 있어서의 결상 광속 L2의 광로는, 제2 광학계(14)의 광축(14a)을 포함하는 면(YZ면)에 대해서, 조명광 L1의 광로와 대체로 반대측(＋X축측)에 배치된다.

제2 광학계(14)를 통과한 결상 광속 L2는, 광분리부(10)에 입사된다. 도 9에 도시된 것처럼, 광분리부(10)에 있어서 결상 광속 L2가 입사되는 범위 R1은, 조명광 L1이 제1 광학계(13)로부터 광분리부(10)에 입사되는 범위 R2(통과부(15))와 중복되지 않도록, 설정된다. 결상 광속 L2가 입사되는 범위 R1은, 예를 들면, YZ면에 대해서 통과부(15)와 반대측에 설정되어, 광분리부(10)의 반사부(16)가 되어 있다. 반사부(16)는 동면(28) 또는 그 근방에 배치되어 있고, 또, 도 3에 도시한 것처럼 조명 영역(IR)의 각 점으로부터 출사된 주광선 L2a는, 서로 거의 평행한 관계이므로, 조명 영역(IR)의 각 점에서 발생한 광속은, 범위 R2에서 스팟이 겹쳐지도록, 반사부(16)에 입사된다.

도 8에 도시한 것처럼, 반사부(16)에 입사된 결상 광속 L2는, 반사부(16)에서 반사되어 제2 광학계(14)에 재차 입사된다. 제2 광학계(14)를 통과한 결상 광속 L2는, 편향 부재(11)의 제2 반사면(11b)에 입사되어, 제2 반사면(11b)에서 반사되고 편향된다. 제2 반사면(11b)에서 반사된 결상 광속 L2의 주광선의 진행 방향은, 조명 영역(IR)으로부터 출사될 때의 주광선의 진행 방향과 대체로 평행한 방향이며, 제2 광학계(14)의 광축(14a)에 대해서 비수직으로 교차하는 방향이다.

결상 광속 L2 중 조명 영역(IR)의 각 점으로부터 출사된 광속은, 제2 광학계(14)를 2회 통과함으로써, 조명 영역(IR)과 광학적으로 공역인 중간상면(32) 상의 거의 1점으로 수렴한다. 이와 같이 하여, 투영 광학계(PL) 중 도 4에 도시한 제1 투영 광학계(PL1)는, 마스크 패턴(M)의 일부(조명 영역(IR))의 중간상을, 중간상면(32)(Im)에 형성한다. 중간상면(32)은, 투영 영역(PR)과도 광학적으로 공역인 면이며, 투영 영역(PR)의 위치 및 형상을 규정하기 위한 시야 조리개(제3 조리개 부재)가 배치되는 일이 있다.

도 4에 도시한 제2 투영 광학계(PL2)는, 예를 들면, 제1 투영 광학계(PL1)의 광로에 있어서의 광분리부(10) 대신에, 광분리부(10)와 광학적으로 공역인 위치에 오목 거울(33)을 배치함으로써 구성된다. 즉, 제2 투영 광학계(PL2)는, 제1 투영 광학계(PL1)의 제2 광학계(14)와 마찬가지인 제3 광학계(34)를 포함한다. 중간상면(32)을 통과한 결상 광속 L2는, 편향 부재(35)의 제1 반사면(35a)에서 반사되고 편향되어, 제3 광학계(34)를 통과하여 오목 거울(33)에 입사된다. 오목 거울(33)에 입사된 결상 광속 L2는, 오목 거울(33)에서 반사되어 제3 광학계(34)를 재차 통과한 후에, 편향 부재(35)의 제2 반사면(35b)에서 반사되고 편향되어, 회전 드럼(DP)에 지지된 기판(P) 상의 투영 영역(PR)에 입사된다. 결상 광속 L2 중 중간상면(32)의 각 점으로부터 출사된 광속은, 제3 광학계(34)를 2회 통과함으로써, 중간상면(32)과 광학적으로 공역인 투영 영역(PR) 내의 대응하는 각 점으로 수렴한다. 이와 같이 하여, 제2 투영 광학계(PL2)는, 제1 투영 광학계(PL1)에 의해서 형성된 중간상 Im을 투영 영역(PR)에 투영한다.

다음으로, 조명 영역(IR)에 입사될 때의 조명광 L1과 조명 영역(IR)으로부터 출사되는 결상 광속 L2의 상태에 대해서 보다 자세하게 설명한다.

도 10은 조명 영역(IR)에 입사되는 광속(조명광 L1), 및 조명 영역(IR)으로부터 출사되는 결상 광속 L2를 드럼 마스크(DM)의 회전 중심축(AX1)의 방향(Y축과 수직인 XZ면 내)에서 본 측면도이다. 도 11은 조명 영역(IR)으로부터 출사되는 결상 광속 L2를, 도 10과는 직교하는 방향(Z축 방향)에서 본 상면도이다.

도 10(도 3 참조)에 도시한 것처럼, 조명광 L1의 주광선 L1a는, 드럼 마스크(DM)의 회전 중심축(AX1)의 방향(Y축 방향)에서 보았을 때에, 회전 중심축(AX1)과 원통면(12)의 사이에 1차 광원상(제1 조리개 부재(23))과 공역인 공역면(40)(2차 광원상이 형성되는 제1 투영 광학계(PL1)의 동면(28)과도 공역)이 형성되어 있도록, 조명 영역(IR)에 입사된다. 공역면(40)(제1 공역면)은, 예를 들면, 회전 중심축(AX1)과 조명 영역(IR)의 중앙 위치 또는 그 근방에 배치된다. 즉, 광분리부(10)의 통과부(15)와 반사부(16)의 위치 관계는, 마스크 패턴(M)의 반경을 r이라고 했을 때에, 회전 중심축(AX1)에서부터 공역면(40)까지의 거리 D3가 반경 r의 약 절반이 되도록, 설정된다.

여기에서는, 조명광 L1의 주광선 L1a의 연장선(41)은, 드럼 마스크(DM)의 회전 중심축(AX1)에 직교하는 단면에 있어서, 공역면(40) 상에서 교차하도록 배치된다. 이러한 주광선 L1a의 연장선(41)의 교점(142)은, 드럼 마스크(DM)의 회전 중심축(AX1)과 평행한 선상에 연속적으로 늘어놓아 배치된다. 즉, 광분리부(10)의 통과부(15)와 반사부(16)의 위치 관계는, 조명광 L1 중 원통면(12)의 원주 방향으로 분포하는 주광선 L1a의 연장선(41)이 회전 중심축(AX1)과 평행한 공역면(40) 상의 선과 교차하도록, 설정된다. 즉, 조명 광학계(IL)는, 광원(20)으로부터 발생한 조명광 L1을, 광분리부(10)를 통해서 조명 영역(IR)에 조사함과 아울러, 조명광 L1의 주광선 L1a를, 회전 중심축(AX1)과 원통면(12) 사이의 소정 위치를 향하도록, 원통면(12)의 원주 방향에 대해서 경사진다.

또, 조명광 L1 중 드럼 마스크(DM)의 회전 중심축(AX1)과 평행한 방향으로 분포하는 주광선 L1a는, 서로 거의 평행한 관계로 조명 영역(IR)에 입사된다. 그리고 도 11에 도시한 것처럼, 결상 광속 L2의 주광선 L2a는, 드럼 마스크(DM)의 회전 중심축(AX1)과 직교하는 방향(Z축 방향)에서 보았을 때에, 서로 거의 평행한 관계로 조명 영역(IR)으로부터 출사된다. 여기에서는, 조명광 L1의 주광선 L1a는, Z축 방향에서 보았을 때 드럼 마스크(DM)의 원통면(12)의 거의 법선 방향(X축 방향)으로부터 조명 영역(IR)에 입사되고, 결상 광속 L2의 주광선 L2a는, Z축 방향에서 보았을 때 드럼 마스크(DM)의 원통면(12)의 거의 법선 방향(X축 방향)을 향해 조명 영역(IR)으로부터 출사된다.

다음으로, 도 9, 도 12, 및 도 13을 참조하면서, 광원상과 공역인 면에 있어서의 동공의 형상에 대해 설명한다. 도 12는 동공의 설명에서 참조하는 조명 영역(IR)의 대표 위치를 도시한 도면이다. 도 13은 광원상과 공역인 공역면(40)에 있어서의 스팟을 도시한 도면이다. 여기에서는, 설명의 편의상, 조명 영역(IR)의 각 점을 경유하는 광속(조명광 L1 및 결상 광속 L2)은, 광원상과 공역인 면(동면(28) 및 공역면(40))에 있어서 스팟 형상이 원인 것으로 한다.

도 12에 있어서, 부호 P1~P9는, X축 방향에서 평면에서 본 조명 영역(IR) 상의 점을 나타낸다. 점 P1, 점 P2, 및 점 P3은, 도 10 등에 도시한 원통면(12)의 원주 방향으로 늘어서는 점의 그룹(제1 그룹이라고 함)이다. 점 P1은, 조명 영역(IR)의 ＋Z축측의 단, 점 P3은 조명 영역(IR)의 -Z축측의 단, 점 P2는 점 P1과 점 P3의 중앙에 배치되어 있다. 마찬가지로, 점 P4, 점 P5 및 점 P6의 제2 그룹, 점 P7, 점 P8 및 점 P9의 제3 그룹은, 각각, 원통면(12)의 원주 방향으로 늘어서는 점의 그룹이다. 또, 점 P1~점 P3의 제1 그룹은 조명 영역(IR)의 -Y축측의 단에 배치되고, 점 P7~점 P9의 제3 그룹은 조명 영역(IR)의 ＋Y축측의 단에 배치되고, 점 P4~점 P6의 제2 그룹은 제1 그룹과 제3 그룹의 사이에 배치되어 있다.

우선, 도 9 및 도 12를 참조하면서, 동면(28)에 있어서의 조명광 L1의 통과 범위에 대해 설명한다. 도 12에 도시한 조명 영역(IR)에 있어서 회전 중심축(AX1)과 평행한 방향으로 늘어서는 점 P1, 점 P4 및 점 P7에 입사되는 조명광 L1의 주광선은, 조명 영역(IR)의 원주 방향에 있어서의 입사 위치가 거의 같고, 조명 영역(IR)에 대한 입사각이 거의 같다.

그 때문에, 점 P1, 점 P4 및 점 P7에 입사되는 광속은, 각각, 동면(28) 상의 통과 범위의 위치가, 앞의 도 8도 참조하면 X축 방향에 대해서 거의 같게 된다. 그 때문에, 드럼 마스크(DM) 상의 조명 영역(IR) 내의 점 P1, 점 P4 및 점 P7에 입사되는 광속은, 조명 영역(IR)측에서 보면, 거의 같은 방향으로부터 진행해 오는 광속이 된다. 여기에서는, 점 P1, 점 P4 및 점 P7에 입사되는 광속은, 모두, 도 9에 도시한 동면(28) 상의 거의 같은 범위 R3을 통과한다. 마찬가지로, 회전 중심축(AX1)과 평행한 방향으로 늘어서는 점 P3, 점 P6, 점 P9에 입사되는 광속은, 모두, 동면(28) 상의 거의 같은 범위 R4를 통과한다.

또, 점 P1에 입사되는 조명광 L1의 주광선과 점 P3에 입사되는 조명광 L1의 주광선은, 조명 영역(IR)의 원주 방향에 있어서의 입사 위치가 달라, 조명 영역(IR)에 대한 입사각이 다르다.

그 때문에, 조명 영역(IR) 내의 점 P1에 입사되는 광속이 동면(28)을 통과하는 통과 범위(범위 R3)의 위치와, 조명 영역(IR) 내의 점 P3에 입사되는 광속이 동면(28)을 통과하는 통과 범위(범위 R4)는 X축 방향으로 시프트되어 있다.

도 9에 있어서, 범위 R3의 Y축 방향의 위치는, 범위 R4와 거의 같다. 또, 범위 R3의 X축 방향의 위치는, 범위 R4의 X축 방향의 위치보다도, 제1 광학계(13)의 광축(13a)과 광분리부(10)의 교점(13b)으로부터 떨어져 있다.

또한, 도 12에 도시한 조명 영역(IR)에 있어서 회전 중심축(AX1)과 평행한 방향으로 늘어서는 점 P2, 점 P5 및 점 P8에 입사되는 광속의 통과 범위는, 도 9에 도시되어 있지 않지만, 범위 R3와 범위 R4의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 점 P1과 점 P3를 연결하는 선상의 임의의 점을 통과하는 광속은, 이 임의의 점의 점 P1로부터의 시프트량에 따라서, 범위 R3에서부터 범위 R4를 향해 시프트된 범위를 통과하게 된다. 그 때문에, 조명 영역(IR)에 입사되는 조명광 L1의 동면(28) 상의 통과 범위는, 예를 들면, 범위 R3와 범위 R4를 연결하는 길쭉한 원형 모양의 범위 R2가 된다.

이와 같이, 통과부(15)의 범위 R2를 길쭉한 원형 모양으로 하면, 회전 중심축(AX1)의 원주 방향으로 분포하는 결상 광속 L2의 주광선 L2a는, 조명광을 평행 광속으로 하여 조명 영역에 입사시키는 경우보다도, 서로 평행한 관계(텔레센트릭한 상태)에 가깝게 된다. 이것은, 공역면(40)이 회전 중심축(AX1)과 조명 영역(IR)의 중앙 위치 또는 그 근방에 배치되도록, 광분리부(10)나 그 이전의 조명 광학계를 설정하는 것과 더불어 달성된다.

다음으로, 도 10, 도 12 및 도 13을 참조하면서, 공역면(40)에 있어서의 동공의 형상에 대해 설명한다. 공역면(40)에 있어서의 동공의 형상은, 조명 영역(IR)에 입사된 조명광 L1이 드럼 마스크(DM)의 내측에 가상적으로 전파되었을 때에, 공역면(40)에 형성되는 2차 광원상의 형상에 대응한 것이다.

원통면(12) 상의 조명 영역(IR) 내의 원주 방향으로 늘어서는 점 P1, 점 P2, 점 P3에는, 주광선 L1a의 연장선(41)이 공역면(40) 상에서 거의 1점으로 겹쳐지도록, 조명광 L1의 주광선 L1a가 입사된다. 그 때문에, 점 P1, 점 P2, 점 P3에 입사되는 광속은, 각각이 원통면(12)의 내측까지 전파되었다고 하면, 공역면(40) 상에서의 통과 범위의 위치가 일치하게 되어, 모두 도 13에 도시한 범위 R5를 통과하게 된다. 마찬가지의 이유에 의해, 원통면(12) 상의 조명 영역(IR) 내의 원주 방향으로 늘어서는 점 P4, 점 P5, 점 P6에 입사되는 광속은, 모두 같은 범위 R6을 통과하고, 원통면(12) 상의 조명 영역(IR) 내의 원주 방향으로 늘어서는 점 P7, 점 P8, 점 P9에 입사되는 광속은, 모두 같은 범위 R7을 통과하게 된다.

또, 회전 중심축(AX1)과 평행한 방향(Y축 방향)으로 늘어서는 점 P1, 점 P4, 점 P7에는, 서로 거의 평행한 관계로 조명광 L1의 주광선 L1a가 입사되어 온다. 그 때문에, 점 P1, 점 P4, 점 P7에 입사되는 광속은, 각각이 원통면(12)의 내측까지 전파되었다고 하면, 회전 중심축(AX1)과 평행한 Y축 방향에 있어서, 공역면(40) 상에서의 통과 범위의 위치가 시프트되게 된다. 즉, 범위 R5는 공역면(40) 상의 -Y축측의 단에 배치되고, 범위 R7은 공역면(40) 상의 ＋Y축측의 단에 배치되고, 범위 R6은 범위 R5와 범위 R7의 중앙에 배치되게 된다. 결과적으로, 조명 영역(IR)에 입사되는 조명광 L1은, 공역면(40)에 있어서의 동공의 형상이 범위 R5와 범위 R7을 연결하는 길쭉한 원형 모양의 범위 R8이 된다.

상술한 바와 같이, 결상 광속 L2 중 조명 영역(IR)의 각 위치에서 발생하는 주광선 L2a는, 원통면(12)의 원주 방향과, 회전 중심축(AX1)과 평행한 방향(Y축 방향)의 각각의 방향에 있어서, 서로 거의 평행이 된다. 그 때문에, 투영 광학계(PL)는, 그 입사측(조명 영역(IR)의 출사측)을 텔레센트릭하게 구성할 수 있다.

이상과 같은 본 실시 형태의 처리 장치(U3)(노광 장치(EX))는, 투영 광학계(PL)에 입사되는 결상 광속 L2가 평행 광속에 가깝게 되도록 조명 광학계(IL)가 구성되어 있으므로, 투영 광학계(PL)를 복잡하게 하지 않더라도, 만곡된 마스트 패턴(M)의 상을 정밀도 좋게 투영 노광할 수 있다. 그 때문에, 처리 장치(U3)는 마스크 패턴(M)을 회전시키면서 노광 처리를 실행함으로써 기판(P)을 효율 좋게 노광시킬 수 있다.

또, 처리 장치(U3)는 투영 광학계(PL)의 동면(28)에 광분리부(10)를 배치했으므로, 조명광 L1의 광로와 결상 광속 L2의 광로를 분리할 수 있다. 그 때문에, 처리 장치(U3)는, 예를 들면 편광 분리 스플리터(PBS) 등을 이용하여 광로를 나누는 구성과 비교하여, PBS에 있어서의 광량의 손실이나 미광(迷光)의 발생을 저감시킬 수 있다. 또한, 광분리부(10)는 PBS 등으로 구성되어 있어도 좋다.

또, 광분리부(10)는 통과부(15)를 통해서 조명 영역(IR)을 향하는 조명광 L1의 통과 범위를 규정하므로, 조명 영역(IR)에 입사될 때의 조명광 L1의 주광선 L1a의 방향을 고정밀도로 규정할 수 있다. 또, 광분리부(10)는 반사부(16)를 이용하여 조명광 L1의 통과 범위를 규정하므로, 구성을 심플하게 하는 것 등이 가능하게 된다.

그런데, 조명광 L1 중 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향으로 분포하는 주광선 L1a의 관계(예를 들면, 서로 평행)는, 결상 광속 L2 중 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향으로 분포하는 주광선 L2a 관계(예를 들면, 서로 평행)에 있어서도 유지된다. 또, 결상 광속 L2에 있어서 원통면(12)의 원주 방향으로 분포하는 주광선 L2a의 관계(예를 들면, 서로 평행)는, 조명광 L1 중 원통면(12)의 원주 방향으로 분포하는 주광선 L1a의 관계(예를 들면, 서로 비평행)로부터 변화한다. 그 때문에, 예를 들면, 결상 광속 L2에 있어서 원통면(12)의 원주 방향으로 분포하는 주광선 L2a가 서로 평행한 관계가 되도록, 조명광 L1의 확산각(NA)을 등방적인 파워를 가지는 광학 부재로 조정하면, 결상 광속 L2 중 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향으로 분포하는 주광선 L2a 관계가 서로 평행이 되지 않게 된다.

본 실시 형태에 있어서는, 실린드리칼 렌즈(25)에 의해서, 드럼 마스크(DM)의 원통면(12) 상의 조명 영역(IR)에 이르는 조명광 L1의 확산각을, 회전 중심축(AX1)에 대응하는 방향(Y축 방향)과, 조명 영역(IR) 내에서의 원통면(12)의 원주 방향에서 다르게 한다.

즉, 실린드리칼 렌즈(25)는, 조명 영역(IR)에 이르는 조명광 L1의 주광선 L1a 중, 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향으로 늘어서는 주광선 L1a는 서로 평행하게 하면서, 원통면(12)의 원주 방향으로 늘어서는 주광선 L1a는 그 연장선(41)이 회전 중심축(AX1)에 평행한 공역면(40) 상의 선과 교차하도록 편향시킨다. 그 때문에, 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향으로 분포하는 결상 광속 L2의 주광선 L2a를 서로 거의 평행하게 함과 아울러, 원통면(12)의 원주 방향으로 분포하는 결상 광속 L2의 주광선 L2a도 서로 거의 평행하게 할 수 있다. 또한, 조명광 L1의 확산각에 이방성을 갖게 하는 수법으로서는, 광섬유를 묶은 도광(導光) 부재를 이용하여, 이 도광 부재의 광출사측의 형상을, 예를 들면, 도 6 중의 제1 조리개 부재(23)의 개구부(23a)와 같은 길쭉한 원모양 또는 타원 모양으로 하고, 그 광출사측을 도 6 중의 제1 조리개 부재(23)의 위치에 배치해도 좋다.

［제2 실시 형태］

다음으로, 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 있어서, 상기의 실시 형태와 마찬가지의 구성요소에 대해서는, 같은 부호를 부여하고 그 설명을 간략화 혹은 생략한다.

도 14는 본 실시 형태에 의한 처리 장치(노광 장치(EX2))의 구성을 도시한 도면이다. 도 14에 도시한 노광 장치(EX2)는, 투영 광학계(PL)가 오프너 광학계와 같은 광학계로 구성되어 있다는 점에서, 제1 실시 형태와 다르다.

투영 광학계(PL)는 마스크 패턴(M)의 일부(조명 영역(IR))의 중간상 Im을 형성하는 제1 투영 광학계(PL1)와, 제1 투영 광학계(PL1)가 형성한 중간상을 기판(P) 상의 투영 영역(PR)에 투영하는 제2 투영 광학계(PL2)를 구비한다. 여기에서는, 제1 투영 광학계(PL1)와 제2 투영 광학계(PL2)는, 각각이 오프너(offner) 광학계와 같은 광학계로 구성되어 있다.

조명 광학계(IL)는 광원(20)에서부터 광분리부(50)까지 배치되는 요소에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 구성할 수 있다. 광원(20)으로부터 발사된 조명광 L1은, 균일화 광학계(19)를 통과함으로써 제2 조리개 부재(26)에 있어서의 광 강도 분포가 균일화된다. 제2 조리개 부재(26)를 통과한 조명광 L1은, 렌즈 그룹(27)을 통해서 광분리부(50)에 입사된다.

도 15는 도 14 중의 조명 광학계(IL)의 일부 및 제1 투영 광학계(PL1)를 확대하여 도시한 도면이다. 광분리부(50)는 제1 실시 형태에서 설명한 것 같은 통과부(15) 및 반사부(16)를 구비하는 것이다. 광분리부(50)는 조명광 L1의 근원이 되는 광원상이 형성되는 동면의 위치 또는 그 근방에 배치된다. 통과부(15)와 반사부(16)의 배치에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

광분리부(50)는 조명광 L1이 입사되어 오는 면(50a)과, 면(50a)의 반대를 향하는 면(50b)을 가진다. 면(50b)은, 제1 투영 광학계(PL1)의 광로에 있어서 결상 광속 L2가 입사되는 면이며, 외부(결상 광속 L2의 입사측)를 향해서 볼록하게 되어 있다.

광분리부(50)의 통과부(15)를 통과한 조명광 L1은, 수차의 보정 등에 이용되는 렌즈 그룹(51)을 통과하여 오목 거울(53)의 반사면(53a)에 입사된다. 반사면(53a)은, 광분리부(50)의 면(50b)과 대향하도록 배치된다. 오목 거울(53)의 반사면(53a)과 광분리부(50)의 면(50b)은, 곡률 중심이 거의 같은 위치에 배치되는 만곡면이다.

반사면(53a)에 입사된 조명광 L1은, 반사면(53a)에서 반사됨으로써 집광되고, 수렴하면서 편향 부재(평면 반사경)(54)의 반사면(54a)에 입사된다. 편향 부재(54)의 반사면(54a)에 입사된 조명광 L1은, 반사면(54a)에서 반사됨으로써 편향되어, 상조정(像調整) 부재(55)를 통해서 조명 영역(IR)에 입사된다. 상조정 부재(55)는 광 강도 분포의 조정, 확산각의 조정, 수차의 보정 등에 이용되는 광학 부재(파워를 가지는 렌즈 소자)이다.

이상과 같은 조명 광학계(IL)는, 도 3을 참조하여 설명한 것처럼, 조명 영역(IR)에서 발생하는 결상 광속 L2의 주광선을 서로 평행하게 만들기 위해, 조명 영역(IR)으로 입사되는 조명광 L1의 주광선의 연장선이 드럼 마스크(DM)의 내측에서 교차하도록, 구성되어 있다.

조명 영역(IR)에서 발생한 결상 광속 L2는, 상조정 부재(55)를 통해서 편향 부재(54)의 반사면(54a)에 입사되고, 반사면(54a)에서 반사되어 오목 거울(53)의 반사면(53a)에 입사된다. 반사면(53a)에 입사된 결상 광속 L2는, 반사면(53a)에서 반사됨으로써 집광되고, 수렴하면서 렌즈 그룹(51)을 통해서 광분리부(50)의 반사부(16)에 입사된다. 반사부(16)에 입사된 결상 광속 L2는, 반사부(16)에서 반사되고, 렌즈 그룹(51)을 통과하여 오목 거울(53)의 반사면(53a)에 입사된다. 반사면(53a)에 입사된 결상 광속 L2는, 반사면(53a)에서 반사됨으로써 집광되고, 수렴하면서 편향 부재(평면 반사경)(56)의 반사면(56a)에 입사된다.

여기에서는, 편향 부재(54) 및 편향 부재(56)는, 편향 부재(54)와 편향 부재(56)의 사이에 결상 광속 L2를 통과할 수 있도록 마련되어 있다. 편향 부재(56)의 반사면(56a)에 입사된 결상 광속 L2는, 반사면(56a)에서 반사됨으로써 편향되고, 상조정 부재(57)를 통과하여 중간상면(32)에 입사된다. 상조정 부재(57)는, 상조정 부재(55)와 마찬가지의 기능을 가지는 광학 부재이다. 이와 같이 하여, 제1 투영 광학계(PL1)는, 마스크 패턴(M)의 일부(조명 영역(IR))의 중간상 Im을 중간상면(32)에 형성한다.

도 14의 설명으로 돌아가, 제2 투영 광학계(PL2)는, 예를 들면, 광분리부(50) 대신에 볼록 거울(60)을 배치함으로써 구성된다. 중간상면(32)을 통과한 결상 광속 L2는, 편향 부재(61)의 제1 반사면(61a)에서 반사되어 오목 거울(62)에 입사되고, 오목 거울(62)에서 반사되어 볼록 거울(60)에 입사된다. 볼록 거울(60)에 입사된 결상 광속 L2는, 볼록 거울(60)에서 반사되어 오목 거울(62)에 입사되고, 오목 거울(62)에서 반사된 후에 편향 부재(61)의 제2 반사면(61b)에서 반사되어, 회전 드럼(DP)에 지지되어 있는 기판(P) 상의 투영 영역(PR)에 입사된다. 이와 같이 하여, 제2 투영 광학계(PL2)는, 마스크 패턴(M)의 조명 영역(IR)의 중간상 Im을 기판(P) 상의 투영 영역(PR)에 투영한다.

［제3 실시 형태］

다음으로, 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 있어서, 상기의 실시 형태와 마찬가지의 구성요소에 대해서는, 같은 부호를 부여하고 그 설명을 간략화 혹은 생략한다.

도 16은 본 실시 형태의 디바이스 제조 시스템(SYS2)(플렉서블·디스플레이 제조 라인)의 구성을 도시한 도면이다. 여기에서는, 공급 롤(FR1)로부터 인출된 가요성 기판(P)(시트, 필름 등)이, 차례로, n대의 처리 장치(U1, U2, U3, U4, U5, … Un)을 거쳐서, 회수 롤(FR2)에 감길 때까지의 예를 나타내고 있다.

도 16에 있어서도, XYZ 직교 좌표계는, 기판(P)의 표면(또는 이면)이 XZ면과 수직이 되도록 설정되고, 기판(P)의 반송 방향(긴 방향)과 직교하는 방향(폭 방향)이 Y축 방향으로 설정되는 것으로 한다.

다음으로, 본 실시 형태의 디바이스 제조 시스템(SYS2)의 처리 장치(U3)(노광 장치(EX), 기판 처리 장치)에 의한 노광의 원리를 설명한다. 도 17은 노광 장치(EX3)의 광학계를 설명하기 위한 모식도를 도시한 도면이다. 도 18은 조명 영역(IR)에 입사되는 조명광 L1 및 조명 영역(IR)으로부터 출사되는 결상 광속 L2를 도시한 도면이다.

도 17에 도시한 노광 장치(EX3)는, 마스크 패턴(M)을 유지하는 드럼 마스크(DM), 조명 광학계(IL), 투영 광학계(PL), 및 기판(P)을 지지하는 회전 드럼(DP)(도 16에 도시한 기판 지지 롤(DR5))을 구비한다.

드럼 마스크(DM)는 원통면 모양의 외주면(이하, 원통면(12)이라고도 함)을 가지고, 반사형의 마스크 패턴(M)을 원통면(12)을 따르도록 원통면 모양으로 만곡시켜 유지한다. 원통면은 소정의 중심선(회전 중심축(AX1))의 주위에 소정 반경으로 만곡된 면이며, 예를 들면, 원 기둥 또는 원통의 외주면의 적어도 일부이다.

조명 광학계(IL)는 드럼 마스크(DM)에 유지된 마스크 패턴(M) 상의 조명 영역(IR)을, 투영 광학계(PL)의 일부를 통해서 조명광 L1으로 락사 조명한다. 조명 광학계(IL)는 조명광 L1의 근원이 되는 광원상(L0)을 형성하는 제1 광학계(13)와, 투영 광학계(PL)의 일부를 겸한 제2 광학계(14)를 포함한다. 제1 광학계(13)에 의해서 형성되는 광원상(L0)은, 광분리부(10)의 통과부(15)(투과부)의 근방에 형성되고, 광원상(L0)으로부터 진행하는 조명광 L1은, 통과부(15)를 통해서 제2 광학계(14)에 입사되고, 제2 광학계(14)를 통과하여 조명 영역(IR)에 입사된다.

투영 광학계(PL)는 조명 영역(IR)에서 발생한 반사 광속을, 회전 드럼(DP)에 지지되어 있는 기판(P)에 투사함으로써, 마스크 패턴(M) 상의 조명 영역(IR)의 상을 기판(P)에 투영한다. 투영 광학계(PL)는, 조명 영역(IR)의 중간상 Im을 형성하는 제1 투영 광학계(PL1)와, 제1 투영 광학계(PL1)가 형성한 중간상 Im을 기판(P)에 투영하는 제2 투영 광학계(PL2)를 구비한다. 제1 투영 광학계(PL)는 광분리부(10)와, 광분리부(10)와 조명 영역(IR) 사이의 광로에 배치된 제2 광학계(광학계)(14)를 포함한다. 이하의 설명에 있어서, 조명광 L1에 의해서 조명되고 있는 마스크 패턴(M)에서 발생하여 기판에 투사되는 광속을, 적당, 결상 광속 L2라고 한다.

조명 영역(IR)에서 발생한 결상 광속 L2는, 제1 투영 광학계(PL1)의 제2 광학계(14)를 통과하여 광분리부(10)의 반사부(16)에서 반사된 후에, 제2 광학계(14)를 재차 통과하여 편향 부재(17)에 입사된다. 편향 부재(17)에 입사된 결상 광속 L2는, 편향 부재(17)에 의해서 편향되어, 오목 거울(18)에 입사된다.

조명 영역(IR) 내의 어느 점으로부터 발생한 광속(결상 광속 L2)은, 제2 광학계(14)를 2회 통과함으로써, 조명 영역(IR)과 광학적으로 공역인 중간상면(42) 상의 대응하는 점(공역점)에 수렴된다. 이와 같이, 제1 투영 광학계(PL1)는, 조명광 L1에 의해서 조명되고 있는 마스크 패턴(M)의 일부(조명 영역(IR))의 중간상 Im을 중간상면(42)에 형성한다. 조명 영역(IR)이 광출사측을 향해 볼록한 원통면 모양이므로, 중간상면(42)은 광입사측(편향 부재(17)측)을 향해 오목한 원통면 모양이 된다.

오목 원통면경(이하, 간단하게 오목 거울이라고 부름)(18)은, 중간상면(42)의 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 오목 거울(18)은 중간상면(42)을 따르도록, 광입사측을 향해 오목한 원통면 모양으로 만곡되어 있다. 오목 거울(18)에서 반사된 결상 광속 L2는, 제2 투영 광학계(PL2)의 광학 부재(렌즈, 미러 등)를 경유하여 투영 영역(PR)에 투사된다. 이와 같이 하여, 마스크 패턴(M)의 조명 영역(IR)의 상은, 회전 드럼(DP)에 지지된 기판(P) 상의 투영 영역(PR)에 투영된다.

여기서, 오목 거울(18)이 마련되어 않은 구성(단순한 평면 거울인 경우)을 상정한다. 이 구성에 있어서, 제2 투영 광학계(PL2)의 상면(像面)은, 제1 투영 광학계(PL1)의 상면(중간상면)과 마찬가지로 광입사측을 향해 오목한 원통면 모양으로 이루어지고, 투영 영역의 접평면(接平面)에 대해서 투영 영역과 반대측으로 만곡되게(투영 영역과 요철(凹凸)의 방향이 역으로 되게) 된다. 그 때문에, 만곡된 투영 영역의 원주 방향에 있어서 접평면과의 접선으로부터 멀어짐에 따라, 디포커스가 커진다.

도 17에 도시한 노광 장치(EX3)에 있어서, 오목 거울(18)은 제2 투영 광학계(PL2)의 상면이 광입사측을 향해 볼록한 모양으로 되도록, 상면을 변환한다. 환언하면, 오목 거울(18)은 제2 투영 광학계(PL2)의 상면의 곡률 중심이 투영 영역(PR)에 대해서 투영 영역(PR)의 곡률 중심과 같은 측에 배치되도록, 제2 투영 광학계(PL2)의 상면을 변환한다. 그 때문에, 제2 투영 광학계(PL2)의 상면은, 원통면 모양으로 만곡된 기판(P) 상의 투영 영역(PR)을 따르는 듯한 형상이 되고, 결과적으로, 노광 장치(EX3)는 원하는 패턴을 정밀도 좋게 충실히 전사할 수 있어, 고정밀 패턴 노광이 가능해진다.

그런데, 도 18에 도시한 것처럼 조명 영역(IR)이 원통면 모양으로 만곡되어 있으므로, 본 실시 형태에서는, 조명광 L1의 주광선 L1a의 조명 영역(IR)에 대한 입사각을, 원통면(12)의 원주 방향에 있어서의 주광선 L1a의 입사 위치에 따라 다르게 한다. 즉, 통상의 조명계에 의한 퀄러 조명법과 같이, 물면(物面)에 입사되는 조명광의 주광선을 서로 평행한 것이 아니라, 원통면(12)의 반경의 거의 절반의 위치에 수렴하는 듯한 주광선으로 한다. 이와 같이 하면, 조명 영역(IR) 내의 각 점에서 발생하는 반사 광속(결상 광속 L2)의 주광선 L2a가, 원통면(12)의 원주 방향에 관해서 서로 평행한 상태(텔레센트릭)가 된다.

본 실시 형태에 있어서, 조명 광학계(IL)는 원통면(12)의 원주 방향에 관해서, 조명광 L1의 주광선이 비평행하게 되는 비텔레센트릭계로서 구성되고, 결상 광속 L2의 주광선을 원주 방향에 관해서 평행하게 되도록 한다. 그 때문에, 도 18에 도시한 것처럼, 조명광 L1의 주광선 L1a를 연장한 연장선(41)이 원통면(12)의 내측에서 반경의 약 절반의 위치에서 교차하도록, 구성되어 있다.

이러한 결상 광속 L2에 있어서, 조명 영역(IR) 상의 각 점에서 발생한 주광선 L2a는, 예를 들면, 서로 평행한 관계에서 조명 영역(IR)으로부터 출사된다. 드럼 마스크(DM)의 중심선(회전 중심축(AX1))의 방향에서 보았을 때의 각 주광선 L2a의 진행 방향은, 예를 들면, 각 주광선 L2a의 조명 영역(IR) 상의 발생 위치와 회전 중심축(AX1)을 연결하는 선(지름 방향)에 대해서 교차하는 방향이다. 또, 도 17에 도시한 것처럼, 회전 중심축(AX1)의 방향에서 보았을 때의 각 주광선 L2a의 진행 방향은, 예를 들면, 제2 광학계(14)의 광축(14a)과 비수직으로 교차하는 방향이다.

상술한 것처럼, 조명 광학계(IL)는 제1 투영 광학계(PL1)의 입사측이 텔레센트릭이 되도록 구성되어 있지만, 투영 광학계(PL)를 통과하는 결상 광속 L2는, 예를 들면 제1 투영 광학계(PL1)에서 발생 수차 등에 의해서, 텔레센트릭한 관계가 붕괴되는 일이 있다. 오목 거울(18)은, 예를 들면 제1 투영 광학계(PL1)에서 발생하는 수차 등을 가미하여, 기판(P)에 투영되는 상의 특성을 조정하도록 마련되어 있다. 그 때문에, 노광 장치(EX3)는 만곡된 마스트 패턴(M)을 이용하는 경우에 있어서도, 정밀도 좋게 노광할 수 있다.

또, 제1 투영 광학계(PL1)는, 예를 들면, 배율이 N배(단, N＜1)의 축소 광학계로서 구성된다. 즉, 제1 투영 광학계(PL1)는 중간상면(42)에 마스크 패턴(M)의 일부분의 상을 축소 배율로 형성한다. 이러한 구성으로 함으로써, 결상 광속 L2에 있어서 주광선 L2a의 텔레센트릭한 관계로부터의 시프트량을 작게 할 수 있다. 투영 광학계(PL)는, 예를 들면, 마스크 패턴(M)의 투영 영역(PR)의 일부분의 상을 등배율로 투영 영역(PR)에 형성하는 등배 광학계이고, 제2 투영 광학계(PL2)는 배율이 1/N배의 확대 광학계로서 구성된다.

또한, 투영 광학계(PL)가 전체적으로 등배 광학계인 경우에, 제1 투영 광학계(PL1) 및 제2 투영 광학계(PL2)는, 모두 등배 광학계여도 좋고, 한쪽이 축소 광학계이고 다른 쪽이 확대 광학계여도 좋다. 또, 투영 광학계(PL)는 전체적으로 축소 광학계여도 좋고, 전체적으로 확대 광학계여도 좋다.

다음으로, 처리 장치(U3)(노광 장치(EX3))의 구성에 대해서 보다 자세하게 설명한다.

도 19는 노광 장치(EX3)의 구성을 도시한 도면이다. 노광 장치(EX3)는 마스크 패턴(M)을 유지하고 회전 중심축(AX1)의 둘레에서 회전 가능한 드럼 마스크(DM)(마스크 유지 부재)와, 기판(P)을 지지하며 회전 중심축(AX2)의 둘레에서 회전 가능한 회전 드럼(DP)(기판 지지 부재)을 구비한다. 회전 드럼(DP)의 회전 중심축(AX2)은, 예를 들면, 드럼 마스크(DM)의 회전 중심축(AX1)과 거의 평행하게 설정된다.

드럼 마스크(DM)는 일정 반경의 원 기둥 모양 또는 원통 모양의 부재이고, 그 외주면이 원통면(12)이다. 마스크 패턴(M)은, 예를 들면, 드럼 마스크(DM)의 외주면에 감겨지고, 드럼 마스크(DM)에 대해서 릴리스 가능하게 장착된다. 마스크 패턴(M)은, 예를 들면 드럼 마스크(DM)의 표면에 증착법 등을 이용하여 형성되어 있어도 좋고, 드럼 마스크(DM)로부터 릴리스 불가능이라도 좋다. 릴리스 가능한 마스크 패턴(M)으로서는, 극박 유리 시트(두께 100㎛ 정도)로 증착된 크롬층을 패터닝한 것, 투명한 수지나 플라스틱의 시트에 차광층으로 패터닝한 것이 사용된다. 이러한 시트 모양의 마스크 패턴(M)을 드럼 마스크(DM)에 감는 경우, 혹은 드럼 마스크(DM)의 표면에 직접 마스크 패턴(M)을 묘화(描畵) 형성하는 경우 중 어느 것에 있어서도, 원통면 모양으로 만곡된 마스크 패턴(M)의 반경(직경)을 정밀하게 파악해 두는 것이 중요하다.

회전 드럼(DP)은 일정 반경의 원 기둥 모양 또는 원통 모양의 부재이며, 그 외주면이 원통면 모양이다. 기판(P)은, 예를 들면, 회전 드럼(DP)의 외주면의 일부에 감김으로써, 회전 드럼(DP)에 지지된다. 마스크 패턴(M)의 상이 투영되는 투영 영역(PR)은, 회전 드럼(DP)의 외주면의 근방에 배치된다. 기판(P)을 지지하는 기판 지지 부재의 구성은, 적당 변경 가능하다. 예를 들면, 기판(P)은, 복수의 반송 롤러에 현가됨으로써 지지되어 있어도 좋고, 이 경우에 투영 영역(PR)이 복수의 반송 롤러의 사이에 평면 모양으로 배치되어 있어도 좋다.

도 19와 같이, 조명 광학계(IL)는 드럼 마스크(DM)에 유지된 마스크 패턴(M) 상의 조명 영역(IR)을, 퀄러 조명과 같은 조명법에 의해 균일한 밝기로 조명한다. 투영 광학계(PL)는 조명 영역(IR)에서 발생하는 결상 광속 L2를, 회전 드럼(DP)에 지지된 기판(P) 상의 투영 영역(PR)을 향해서 투사함으로써, 마스크 패턴(M)의 일부분(조명 영역(IR) 내)의 상을 기판(P) 상의 투영 영역(PR)에 결상한다.

노광 장치(EX3)는, 이른바 주사 노광 장치이고, 드럼 마스크(DM)와 회전 드럼(DP)을 소정의 회전 속도비로 동기 회전시킴으로써, 드럼 마스크(DM)에 유지된 마스크 패턴(M)의 상을, 회전 드럼(DP)에 지지된 기판(P)의 표면(원통면을 따라서 만곡한 면)에 연속적으로 반복하여 투영 노광한다.

노광 장치(EX3)는, 예를 들면, 드럼 마스크(DM) 및 회전 드럼(DP)을 각각 회전 구동하기 위한 회전 구동부와, 드럼 마스크(DM) 및 회전 드럼(DP)의 각각의 위치를 검출하는 위치 검출부(로터리 인코더 등)와, 드럼 마스크(DM) 및 회전 드럼(DP)의 각각의 위치를 조정하기 위한 이동부와, 노광 장치(EX3)의 각 부를 제어하는 제어부를 구비한다.

노광 장치(EX3)의 제어부는, 위치 검출부가 검출한 드럼 마스크(DM) 및 회전 드럼(DP)의 회전 위치에 기초하여 회전 구동부를 제어함으로써, 드럼 마스크(DM)와 회전 드럼(DP)을 소정의 회전 속도비로 동기 회전시킨다. 또, 이 제어부는, 위치 검출부의 검출 결과에 기초하여 이동부를 제어함으로써, 드럼 마스크(DM)와 회전 드럼(DP)의 상대 위치를 조정 가능하다.

다음으로, 조명 광학계(IL)에 대해서, 보다 자세하게 설명한다. 조명 광학계(IL)의 제1 광학계(13)는, 광원(20)으로부터 광분리부(10)에 이르는 광로에 배치된 균일화 광학계(19)와m 균일화 광학계(19)로부터 광분리부(10)에 이르는 광로에 배치된 렌즈 그룹(27)을 구비한다.

균일화 광학계(19)는 광원(20)으로부터 발사된 광에 의해 복수의 1차 광원상을 형성하고, 복수의 1차 광원상으로부터의 광속을 중첩함으로써 광 강도 분포를 균일하게 한다. 균일화 광학계(19)로부터 출사하는 조명광 L1은, 렌즈 그룹(27)의 광축(27a)에 대해서 비평행한 방향으로 진행하여, 렌즈 그룹(27)에 입사한다. 렌즈 그룹(27)은 균일화 광학계(19)가 형성하는 1차 광원상과 공역인 2차 광원상을 형성한다. 여기에서는, 렌즈 그룹(27)이 축대칭인 광학계이며, 렌즈 그룹(27)의 광축(27a)을 제1 광학계(13)의 광축(13a)이라고 한다.

본 실시 형태의 광원(20)에 대해서, 예를 들면, 제1 실시 형태와 마찬가지로 구성할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 도 16에 도시한 조명 유닛(IU)은, 예를 들면, 광원(20) 및 제1 광학계(13)를 포함한다.

도 20은 균일화 광학계(19)의 구성을 도시한 도면이다. 도 20에 도시한 균일화 광학계(19)는, 인풋 렌즈(21), 플라이-아이 렌즈(22), 제1 조리개 부재(23), 릴레이 렌즈(집광렌즈)(24), 실린드리칼 렌즈(25), 및 제2 조리개 부재(26)를 구비한다.

본 실시 형태의 인풋 렌즈(21)에 대해서, 예를 들면, 제1 실시 형태와 마찬가지로 구성할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 인풋 렌즈(21)의 광축(21a)은 렌즈 그룹(27)(도 19 참조)의 광축(27a)과 거의 평행하며, 광축(27a)과 직교하는 X축 방향에 있어서 광축(27a)에서부터 ＋X축측으로 시프트되어 있다.

본 실시 형태의 플라이-아이 렌즈(22)에 대해서, 예를 들면, 제1 실시 형태와 마찬가지로 구성할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 플라이-아이 렌즈(22)는, 인풋 렌즈(21)로부터 출사된 조명광 L1을 렌즈 요소(22b) 마다 공간적으로 분할한다. 플라이-아이 렌즈(22)로부터 광이 출사하는 출사 단면(22c)에는, 렌즈 요소(22b) 마다 1차 광원상(집광점)이 형성된다. 이 1차 광원상이 형성되는 면은, 후에 설명하는 공역면(제1 공역면)(40)(도 24등에 나타냄)과 광학적으로 공역이다.

제1 조리개 부재(23)는, 이른바 개구 조리개이며, 플라이-아이 렌즈(22)(도 20 참조)의 출사 단면(22c) 또는 그 근방에 배치된다. 도 21은 제1 조리개 부재(23)의 구성을 도시한 도면이다. 제1 조리개 부재(23)는 플라이-아이 렌즈(22)로부터의 조명광 L1의 적어도 일부가 지나는 길쭉한 원모양 또는 타원 모양의 개구(23a)를 가지고, 개구(23a)의 중심은, 예를 들면, 인풋 렌즈(21)(도 20 참조)의 광축(21a)과 거의 동축에 설정된다.

도 20에 도시된 것처럼, 제1 조리개 부재(23)는 인풋 렌즈(21)의 광축(21a)과 직교한 면(XY면과 평행)에 배치된다. 또, 개구(23a)는 제1 방향(X축 방향)의 내측 치수(치수) D1이, 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향에 대응한 제2 방향(Y축 방향)의 내측 치수(치수) D2보다도 작다. 내측 치수(치수) D1의 제1 방향은, 도 17 또는 도 19 중의 드럼 마스크(DM) 상의 조명 영역(IR) 내에서는, 원통면(12)의 원주 방향과 일치해 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서 제1 방향, 및 제2 방향에 관해서, 제1 실시 형태와 마찬가지로 정의할 수 있다.

도 22a 및 22b는, 제1 조리개 부재(23)에서부터 광분리부(10)까지의 구성을 도시한 도면이다. 도 22a에는 회전 중심축(AX1)에 직교하는 면에 있어서의 평면도를 도시한다. 도 22b에는 회전 중심축(AX1)에 평행한 면에 있어서의 평면도를 도시한다.

도 22a에 도시한 것처럼, 제1 조리개 부재(23)의 개구(23a)는, 제1 광학계(13)의 광축(13a)에 대해서 한쪽측(＋X축측)으로 치우치게 배치되어 있다. 또, 도 22b에 도시한 것처럼, 제1 조리개 부재(23)의 개구(23a)는, Y축 방향에 있어서 제1 광학계(13)의 광축(13a)에 대해서 대칭적으로 배치되어 있다. 즉, 제1 조리개 부재(23)는, X축 방향에서 볼 때 개구(23a)의 중심을 제1 광학계(13)의 광축(13a)이 통과하도록, 배치되어 있다.

릴레이 렌즈(집광렌즈)(24)는, 제1 조리개 부재(23)를 통과한 광이 입사되는 위치에 배치되어 있다. 릴레이 렌즈(24)는 플라이-아이 렌즈(22)에 형성된 복수의 1차 광원상(집광점)으로부터의 광속을 중첩하도록, 마련되어 있다. 플라이-아이 렌즈(22)에 형성된 복수의 1차 광원상으로부터의 조명광 L1은, 중첩되는 위치에서의 광 강도 분포가 균일화된다.

실린드리칼 렌즈(25)는, 플라이-아이 렌즈(22)에 있어서 1차 광원상이 형성되는 위치에서부터 제2 조리개 부재(26)에 이르는 광로에 배치되어 있다. 실린드리칼 렌즈(25)는, 드럼 마스크(DM)(도 17 참조)의 원통면(12)(마스크 패턴면)의 원주 방향의 원호(圓弧)를 포함하는 면, 즉 회전 중심축(AX1)과 수직인 XZ면에 대한 굴절력(파워)이, 회전 중심축(AX1)과 평행한 방향의 YZ면에 대한 굴절력(파워)보다도 큰 광학 부재(렌즈 그룹)로서 구성된다.

제2 조리개 부재(26)는, 이른바 시야 조리개이고, 조명 영역(IR)의 위치 및 형상을 규정한다. 제2 조리개 부재(26)는 조명 영역(IR)과 공역인 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 도 22a에 도시한 것처럼, 제2 조리개 부재(26)에 있어서 조명광 L1이 통과하는 개구의 중심 위치는, 제1 광학계(13)의 광축(13a)에 의해서도 ＋X축측으로 시프트되어 있다. 또, 도 22b에 도시한 것처럼, 제2 조리개 부재(26)에 있어서 조명광 L1이 통과하는 개구의 중심 위치는, 제1 광학계(13)의 광축(13a)과 거의 같은 위치에 배치되어 있다.

플라이-아이 렌즈(22)에 형성된 복수의 1차 광원상으로부터의 광은, 릴레이 렌즈(24) 및 실린드리칼 렌즈(25)에 의해서 제2 조리개 부재(26)의 위치에 중첩되어, 제2 조리개 부재(26)에 있어서의 광 강도 분포가 균일화된다. 즉, 인풋 렌즈(21), 플라이-아이 렌즈(22), 릴레이 렌즈(24) 및 실린드리칼 렌즈(25)는, 조명광 L1의 광 강도 분포를 균일화한다.

또한, 조명 광학계(IL)는 1차 광원상에서부터 제2 조리개 부재(26)에 이르는 광로의 적어도 일부에 배치되고, 1차 광원상을 근원으로 하는 조명광 L1의 광 강도 분포를 제2 조리개 부재(26)의 위치 또는 그 근방에 있어서 균일하게 하는 균일화 광학계(19)를 포함한다. 또, 조명 광학계(IL)는, 예를 들면 투영 광학계(PL)가 시야 조리개를 구비하고 있는 경우에, 제2 조리개 부재(26)를 구비하지 않아도 좋다. 또, 균일화 광학계(19)는 플라이-아이 렌즈(22) 대신에 로드 렌즈(rod lens)를 이용하여 구성할 수도 있다. 이 경우에, 조명 광학계(IL)의 구성은, 로드 렌즈에 있어서 광을 출사하는 출사 단면이 조명 영역(IR)과 광학적으로 공역이 되도록, 적당 변경된다.

렌즈 그룹(27)은, 예를 들면, 소정의 축을 회전 중심으로 하는 축대칭인 복수의 렌즈로 구성된다. 도 22b에 도시하는 것처럼, 렌즈 그룹(27)은, X축 방향에서 보았을 때에 제1 조리개 부재(23)와 광학적으로 공역인 동면(28)을 형성한다. 동면(28) 상에는, 도 17에 도시한 것처럼, 조명 영역(IR)에 조사되는 조명광 L1의 근원이 되는 광원상(L0)(2차 광원상)이 형성된다.

제1 투영 광학계(PL1)의 동면(28)에 형성되는 2차 광원상(L0)은, 조명 광로를 따라서 드럼 마스크(DM)의 원통면(12) 상에 투영해 보면, 원통면(12)의 원주 방향의 치수가 회전 중심축(중심선)(AX1)의 방향의 치수보다도 크게 설정된다.

또, 제2 공역면(동면(28))에 형성되는 2차 광원상(L0)의 분포 범위는, 그 2차 광원상(L0)의 분포 범위를 조명 광로를 따라서 드럼 마스크(DM)의 원통면(12) 상에 투영해 보면, 회전 중심축(중심선)(AX1)의 방향의 치수가 원통면(12)의 원주 방향의 치수보다도 작게 되도록, 설정되어 있다.

그런데, 렌즈 그룹(27)은 제1 조리개 부재(23)에 형성된 1차 광원상으로부터의 광속 중, Y축 방향으로 확산되는 성분을 동면(28) 상에 수렴하도록, 구성되어 있다. 여기서, 실린드리칼 렌즈(25)의 파워가 X축 방향과 Y축 방향에서 다르기 때문에, 1차 광원상(제1 조리개 부재(23)의 개구(23a))의 각 점에서부터 X축 방향으로 확산되는 성분은, 도 22a에 도시된 것처럼 동면(28) 상의 대응하는 각 점상에서는 수렴하지 않는다. 환언하면, 동면(28)은 X축 방향에서 보았을 때에 제1 조리개 부재(23)와 광학적으로 공역인 관계이며, Y축 방향에서 보았을 때에 제1 조리개 부재(23)와 광학적으로 공역이 아니어도 좋다.

본 실시 형태의 광분리부(10)에 대해서, 예를 들면, 제1 실시 형태와 마찬가지로 구성할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 광분리부(10)는, 광이 투과하는 재질의 렌즈 부재(30)와, 렌즈 부재(30)의 표면에 형성된 반사막(31)을 포함한다. 렌즈 부재(30)는, 예를 들면 메니스커스 렌즈와 같은 형상이며, 제1 광학계(13)로부터 조명광 L1이 입사되어 오는 면(30a)측이 볼록면이고, 면(30a)의 반대를 향하는 면(30b)측이 오목면이다. 면(30b)은, 예를 들면, 구면(球面)의 일부를 포함하는 만곡면이다. 반사막(31)은 렌즈 부재(30)의 면(30b)에 마련되어 있다.

도 23은 광분리부(10)의 구성을 도시한 평면도이다. 도 23에 도시된 것처럼, 광분리부(10)는, 제1 광학계(13)로부터의 조명광 L1의 적어도 일부가 통과하는 통과부(15)와, 마스크 패턴(M) 상의 조명 영역(IR)에서 발생한 결상 광속 L2(도 17 참조)가 반사되는 반사부(16)를 구비한다. 광분리부(10)는 1차 광원상에서부터 조명 영역(IR)에 이르는 광로와 조명 영역(IR)으로부터 중간상면(42)에 이르는 광로에 걸쳐서 배치된다. 본 실시 형태의 광분리부(10)의 반사부(16)는, 예를 들면 구면의 일부를 포함하는 오목면 모양으로 만곡된 반사면(반사막(31))을 포함한다.

도 19에 도시한 것처럼, 제2 광학계(14)는 광분리부(10)의 통과부(15)를 통과한 조명광 L1이 입사되는 위치에 배치되어 있다. 제2 광학계(14)는, 조명 영역(IR)이 제1 조리개 부재(23)와 광학적으로 공역이 되도록, 조명광 L1을 집광한다. 즉, 렌즈 그룹(27) 및 제2 광학계(14)는, 제2 조리개 부재(26)와 광학적으로 공역인 면을 조명 영역(IR)에 형성한다.

제2 광학계(14)는, 예를 들면, 소정의 중심축의 둘레에서 축대칭인 복수의 렌즈에 의해 구성된다. 본 실시 형태에 있어서는, 이 소정의 중심축을 제2 광학계(14)의 광축(14a)이라고 한다. 제2 광학계(14)의 광축(14a)은, 예를 들면, 제1 광학계(13)의 광축(13a)과 동축으로 설정된다. 제2 광학계(14)에 입사된 조명광 L1은, 제2 광학계(14)의 광축(14a)을 포함하는 면(YZ면)에 대해서 한쪽측을 통과하여, 제2 광학계(14)로부터 출사한다. 제2 광학계(14)로부터 출사된 조명광 L1은, 드럼 마스크(DM)에 유지된 마스크 패턴(M) 상의 조명 영역(IR)에 입사된다. 이 조명광 L1이, 마스크 패턴(M)에서 반사 회절됨으로써, 결상 광속 L2가 발생한다.

여기서, 조명 영역(IR)에 입사될 때의 조명광 L1과 조명 영역(IR)으로부터 출사되는 결상 광속 L2에 대해서, 보다 자세하게 설명한다.

도 24는 조명 영역(IR)에 입사되는 광속(조명광 L1), 및 조명 영역(IR)으로부터 출사되는 결상 광속 L2를 드럼 마스크(DM)의 회전 중심축(AX1)의 방향(Y축 방향)에서 본 측면도이다. 도 25는 조명 영역(IR)으로부터 출사되는 결상 광속 L2를, 도 24와는 직교하는 방향(Z축 방향)에서 본 상면도이다. 본 실시 형태에 있어서, 조명광 L1과 결상 광속 L2에 대한 도 24 및 도 25에 있어서의 설명은, 제1 실시 형태의 도 10 및 도 11에 있어서의 설명과 마찬가지의 내용이므로, 여기에서는 그 설명을 생략한다.

다음으로, 광원상과 공역인 면(동면(28), 공역면(40))에 있어서의 동공의 형상에 대해 설명한다. 도 26은 동공의 설명에서 참조하는 조명 영역(IR)의 대표 위치를 도시한 도면이다. 도 27은 광원상과 공역인 공역면(40)에 있어서의 동공의 형상을 도시한 도면이다. 여기에서는, 설명의 편의상, 조명 영역(IR)의 각 점을 경유하는 광속(조명광 L1 및 결상 광속 L2)은, 광원상과 공역인 면(동면(28) 및 공역면(40))에 있어서 스팟 형상이 원인 것으로 한다.

도 26에 있어서, 부호 P1~P9는 X축 방향에서 평면에서 본 조명 영역(IR) 상의 점을 도시한다. 점 P1, 점 P2, 및 점 P3은, 드럼 마스크(DM)의 원통면(12)의 원주 방향(평면에서 보았을 때의 X방향)으로 늘어서는 점의 그룹(제1 그룹이라고 함)이다. 점 P1은 조명 영역(IR)의 ＋X축측의 단, 점 P3은 조명 영역(IR)의 -X축측의 단, 점 P2는 점 P1과 점 P3의 중앙에 배치되어 있다. 마찬가지로, 점 P4, 점 P5 및 점 P6의 제2 그룹, 점 P7, 점 P8 및 점 P9의 제3 그룹은, 각각, 원통면(12)의 원주 방향으로 늘어서는 점의 그룹이다. 또, 점 P1~점 P3의 제1 그룹은 조명 영역(IR)의 -Y축측의 단에 배치되고, 점 P7~점 P9의 제3 그룹은 조명 영역(IR)의 ＋Y축측의 단에 배치되고, 점 P4~점 P6의 제2 그룹은 제1 그룹과 제3 그룹의 사이에 배치되어 있다.

우선, 동면(28)(광분리부(10))에 있어서의 조명광 L1의 통과 범위에 대해 설명한다. 도 26에 도시한 조명 영역(IR)의 주연(周緣)상에서 회전 중심축(AX1)(Y축 방향)과 평행한 방향으로 늘어서는 점 P1, 점 P4 및 점 P7에 입사되는 조명광 L1의 주광선은, 조명 영역(IR)의 원주 방향에 있어서의 입사 위치가 거의 같고, 조명 영역(IR)에 대한 입사각이 거의 같다. 그 때문에, 점 P1, 점 P4, 및 점 P7에 입사되는 광속은, 각각, 광분리부(10)(동면(28)) 상의 통과 범위의 위치가, 도 22a에 있어서, X축 방향에서는 일치하게 된다. 따라서 도 23에 도시하는 것처럼, 점 P1, 점 P4 및 점 P7에 입사되는 광속은, 모두, 광분리부(10)(동면(28)) 상의 범위 R3을 통과한다. 마찬가지로, 회전 중심축(AX1)과 평행한 방향으로 늘어서는 조명 영역(IR) 내의 점 P3, 점 P6, 점 P9에 입사되는 광속은, 모두, 동면(28) 상의 범위 R4를 통과한다.

또, 점 P1에 입사되는 조명광 L1의 주광선과 점 P3에 입사되는 조명광 L1의 주광선은, 조명 영역(IR)(원통면(12))의 원주 방향에 있어서의 입사 위치가 달라, 조명 영역(IR)에 대한 입사각이 다르다.

그 때문에, 점 P1에 입사되는 광속이 통과하는 광분리부(10)(동면(28)) 상의 통과 범위(범위 R3)와, 점 P3에 입사되는 광속이 통과하는 광분리부(10)(동면(28)) 상의 통과 범위(범위 R4)는, 동면(28) 상에서는 X축 방향으로 시프트되고, 조명 영역(IR)에서는 원통면(12)의 원주 방향으로 시프트되어 있다.

도 23에 있어서, 동면(28) 상에서의 범위 R3의 Y축 방향의 위치는, 범위 R4와 거의 같다. 또, 범위 R3의 X축 방향의 위치는, 범위 R4의 X축 방향의 위치보다도, 제1 광학계(13)의 광축(13a)과 광분리부(10)의 교점(13b)으로부터 떨어져 있다.

또한, 도 26에 도시한 조명 영역(IR)에 있어서 회전 중심축(AX1)과 평행한 Y축 방향으로 늘어서는 점 P2, 점 P5 및 점 P8에 입사되는 광속의 통과 범위는, 도 23에 도시되어 있지 않지만, 범위 R3와 범위 R4의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 점 P1과 점 P3를 연결하는 선상의 임의의 점을 통과하는 광속은, 이 임의의 점의 점 P1로부터의 시프트량에 따라서, 범위 R3에서부터 범위 R4를 향해 시프트된 범위를 통과하게 된다. 그 때문에, 조명 영역(IR)에 입사되는 조명광 L1의 동면(28) 상의 통과 범위는, 예를 들면, 범위 R3와 범위 R4를 연결하는 길쭉한 원 모양의 범위 R2가 된다.

이와 같이, 통과부(15)의 범위 R2를 길쭉한 원 모양으로 하면, 회전 중심축(AX1)의 원주 방향으로 분포하는 결상 광속 L2의 주광선 L2a는, 조명광을 평행 광속으로 하여 조명 영역에 입사시키는 경우보다도, 서로 평행한 관계(텔레센트릭한 상태)에 가깝게 된다. 이것은, 공역면(40)이 회전 중심축(AX1)과 조명 영역(IR)의 중앙 위치 또는 그 근방에 배치되도록, 광분리부(10)나 그 이전의 조명 광학계를 설정하는 것과 더불어 달성된다.

다음으로, 공역면(40)에 있어서의 동공의 형상에 대해 설명한다. 공역면(40)에 있어서의 동공의 형상은, 조명 영역(IR)에 입사된 조명광 L1이 드럼 마스크(DM)의 내측에 가상적으로 전파되었을 때에, 공역면(40)에 형성되는 스팟의 형상과 거의 같다.

원통면(12)의 원주 방향으로 늘어서는 조명 영역(IR) 중의 점 P1, 점 P2, 점 P3에는, 주광선 L1a의 연장선(41)(도 24 참조)이 공역면(40) 상에서 거의 1점으로 겹쳐지도록, 조명광 L1의 주광선 L1a가 입사된다. 그 때문에, 점 P1, 점 P2, 점 P3에 입사되는 광속은, 각각이 원통면(12)의 내측까지 전파되었다고 하면, 공역면(40) 상에서의 통과 범위의 위치가 일치하게 되어, 모두 도 27에 도시한 범위 R5를 통과하게 된다. 마찬가지의 이유에 의해, 원통면(12)의 원주 방향으로 늘어서는 조명 영역(IR) 중의 점 P4, 점 P5, 점 P6에 입사되는 광속은, 모두 범위 R6을 통과하고, 원통면(12)의 원주 방향으로 늘어서는 점 P7, 점 P8, 점 P9에 입사되는 광속은, 모두 범위 R7을 통과하게 된다.

또, 회전 중심축(AX1)과 평행한 방향(Y축 방향)으로 늘어서는 조명 영역(IR) 중의 점 P1, 점 P4, 점 P7에는, 조명광 L1의 주광선 L1a가 서로 거의 평행한 관계로 입사되어 온다. 그 때문에, 점 P1, 점 P4, 점 P7에 입사되는 광속은, 각각이 원통면(12)의 내측까지 전파되었다고 하면, 회전 중심축(AX1)과 평행한 Y축 방향에 있어서, 공역면(40) 상에서의 통과 범위의 위치가 시프트되게 된다. 즉, 범위 R5는 공역면(40) 상의 -Y축측의 단에 배치되고, 범위 R7은 공역면(40) 상의 ＋Y축측의 단에 배치되고, 범위 R6은 범위 R5와 범위 R7의 중앙에 배치되게 된다. 결과적으로, 도 27에 도시하는 것처럼, 조명 영역(IR)에 입사되는 조명광 L1은, 공역면(40)에 있어서의 동공의 형상이 범위 R5와 범위 R7을 연결하는 길쭉한 원 모양의 범위 R8이 된다.

상술한 바와 같이, 결상 광속 L2 중 조명 영역(IR)의 각 위치에서 발생하는 주광선 L2a는, 원통면(12)의 원주 방향과, 회전 중심축(AX1)과 평행한 방향(Y축 방향)의 각각의 방향에 있어서, 서로 거의 평행이 된다. 그 때문에, 투영 광학계(PL)는, 그 입사측(조명 영역(IR)측)이 텔레센트릭하게 구성할 수 있다. 또한, 도 19 등에 도시하는 것처럼, 조명 영역(IR)으로부터 출사될 때의 결상 광속 L2의 주광선 L2a의 진행 방향은, 회전 중심축(AX1)의 방향에서 보았을 때에, 제2 광학계(14)의 광축(14a)과 비수직으로 교차하는 방향이다.

다음으로, 투영 광학계(PL)에 대해 보다 자세하게 설명한다. 원 기둥 모양은 제1 투영 광학계로서 기능하는 광로를 도시한 도면이다. 도 29는 제2 투영 광학계로서 기능하는 광로를 도시한 도면이다.

투영 광학계(PL)는, 원 기둥 모양에 도시하는 것 같은 중간상 Im을 형성하는 제1 투영 광학계(PL1)와, 도 29에 도시하는 것 같은 중간상 Im을 기판(P)에 투영하는 제2 투영 광학계(PL2)를 구비한다. 제1 투영 광학계(PL1)와 제2 투영 광학계(PL2)는, 예를 들면, 원형 이미지 필드를 분할한 하프·이미지 필드 타입의 반사 굴성형 투영 광학계로서 텔레센트릭하게 구성된다.

도 28에 도시한 제1 투영 광학계(PL1)는 제2 광학계(14), 광분리부(10), 편향 부재(17), 렌즈 그룹(43), 및 편향 부재(44)를 포함한다.

제2 광학계(14)는 상술한 것처럼 조명 광학계(IL)의 일부를 겸하고 있고, 렌즈 그룹(45) 및 렌즈 그룹(46)을 포함한다. 렌즈 그룹(45) 및 렌즈 그룹(46)은, 조명 광학계(IL)가 형성하는 광원상과 공역인 면(제1 투영 광학계(PL1)의 동면(28))을 형성한다.

렌즈 그룹(45)은 제2 투영 광학계(PL2)의 광축(PL2a)을 포함하며 회전 중심축(AX1)(도 19 참조)에 평행한 면(XY면)에 대해서, 조명 영역(IR)(드럼 마스크(DM))와 같은 측에 배치되어 있다. 렌즈 그룹(46)은 제2 투영 광학계(PL2)의 광축(PL2a)을 포함하며 회전 중심축(AX1)(도 19 참조)에 평행한 면(XY면)에 대해서, 조명 영역(IR)(드럼 마스크(DM))과 반대측에 배치되어 있다.

제2 광학계(14)에 입사된 결상 광속 L2는, 조명 영역(IR)을 향하는 조명광 L1(도 19 참조)과는 다른 광로를 통과한다. 제2 광학계(14)에 있어서의 결상 광속 L2의 광로는, 제2 광학계(14)의 광축(14a)을 포함하는 면(YZ면)에 대해서, 조명광 L1의 광로와 대체로 반대측(＋X축측)에 배치된다.

제2 광학계(14)를 통과한 결상 광속 L2는, 광분리부(10)에 입사된다. 광분리부(10)(도 23 참조)에 있어서 결상 광속 L2가 입사되는 범위 R1은, 조명광 L1이 제1 광학계(13)로부터 광분리부(10)에 입사되는 범위 R2(통과부(15))와 중복되지 않도록, 설정된다. 결상 광속 L2가 입사되는 범위 R1은, 예를 들면, YZ면에 대해서 통과부(15)와 반대측에 설정되어, 광분리부(10)의 반사부(16)로 되어 있다. 반사부(16)는 동면(28) 또는 그 근방에 배치되어 있고, 또, 도 18에 도시한 것처럼 조명 영역(IR)의 각 점으로부터 출사된 주광선 L2a는, 서로 거의 평행한 관계이므로, 조명 영역(IR)의 각 점에서 발생한 광속은, 범위 R2에서 스팟이 겹쳐지도록, 반사부(16)에 입사된다.

도 28에 도시하는 것처럼, 광분리부(10)의 반사부(16)에 입사된 결상 광속 L2는, 반사부(16)에서 반사되고 제2 광학계(14)의 렌즈 그룹(46)을 통과하여, 편향 부재(17)에 입사된다. 편향 부재(17)는, 예를 들면 프리즘 미러이고, 광분리부(10)로부터 결상 광속 L2가 입사되는 면이 평면 모양의 반사면이다.

편향 부재(17)는 제2 광학계(14)를 통과하여 조명 영역(IR)을 향하는 조명광 L1(도 19 참조)을 차단하지 않도록, 조명광 L1의 광로로부터 벗어난 위치에 배치되어 있다. 여기에서는, 편향 부재(17)는 광분리부(10)에서 반사된 결상 광속 L2를, 드럼 마스크(DM)를 향하지 않도록 차광한다. 편향 부재(17)에 입사된 결상 광속 L2는, 편향 부재(17)에서 반사함으로써 편향되어, 렌즈 그룹(43)에 입사된다.

렌즈 그룹(43)은 조명 영역(IR)과 공역인 중간상면(42)이 형성되도록, 편향 부재(17)에서 반사된 결상 광속 L2를 집광한다. 렌즈 그룹(43)은, 제2 광학계(14)의 광축(14a)과 회전 중심축(AX1)(도 19 참조)을 포함하는 면(YZ면)에 대해서, 예를 들면 투영 영역(PR)(회전 드럼(DP))과 같은 측에 배치된다. 렌즈 그룹(43)은, 예를 들면 제2 광학계(14)의 렌즈 그룹(45)과 광학적으로 등가가 되도록, 구성된다. 렌즈 그룹(43)은, 예를 들면, 소정의 축(제2 투영 광학계(PL2)의 광축(PL2a))의 둘레에서 회전 대칭인 렌즈 등의 광학 부재로 구성된다. 제2 투영 광학계(PL2)의 광축(PL2a)은, 예를 들면, 제2 광학계(14)의 광축(14a)과 직교하도록 설정된다.

편향 부재(17)에서 반사되어 렌즈 그룹(43)을 통과한 결상 광속 L2는, 편향 부재(44)의 반사면(44a)에 입사되고, 반사면(44a)에서 반사됨으로써 편향되어 오목 거울(18)에 입사된다. 편향 부재(17)는, 예를 들면 프리즘 미러이며, 반사면(44a)이 거의 평면 모양이다.

도 29에 도시하는 제2 투영 광학계(PL2)는 오목 거울(18), 편향 부재(44), 렌즈 그룹(43), 렌즈 그룹(47) 및 오목 거울(48)을 포함한다.

도 28, 도 29에 도시하는 오목 거울(18)은, 제1 투영 광학계(PL1)에 의해서 중간상 Im이 형성되는 중간상면(42)의 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 즉, 결상 광속 L2 중 조명 영역(IR) 상의 각 점으로부터 출사된 광속은, 오목 거울(18)상의 대응하는 각 점(공역점)의 각각에 수렴하여, 그 각 점에서 반사된다. 오목 거울(18)은 편향 부재(44)로부터 결상 광속 L2가 입사되어 오는 면이 대체로 원통면 모양의 반사면으로 되어 있다. 오목 거울(18)의 곡률 반경은, 제1 투영 광학계(PL1)의 배율에 관계없이, 조명 영역(IR)의 곡률 반경과 거의 같게 설정된다.

오목 거울(18)에서 반사된 결상 광속 L2는, 오목 거울(18)에 입사시의 진행 방향에 대해서 비평행한 방향으로 진행하여, 편향 부재(44)에 입사된다. 그 때문에, 오목 거울(18)에서 반사된 결상 광속 L2의 편향 부재(44)에 대한 입사각은, 오목 거울(18)을 향할 때의 편향 부재(44)에 대한 입사각과 다르게 된다. 결과적으로, 오목 거울(18) 및 편향 부재(44)에서 반사된 결상 광속 L2는, 편향 부재(17)로부터 편향 부재(44)를 향할 때의 결상 광속 L2의 광로(도 28 참조)와는 다른 광로를 통해서 렌즈 그룹(43)에 입사된다.

렌즈 그룹(43)을 통과한 결상 광속 L2는, 편향 부재(17)에서 차단되는 일 없이, 렌즈 그룹(47)에 입사된다. 환언하면, 편향 부재(17)는 광분리부(10)에서 반사된 결상 광속 L2가 입사되는 위치이면서, 또한 오목 거울(18)에서 반사된 후에 편향 부재(44)에서 반사된 결상 광속 L2가 입사되지 않는 위치에 배치되어 있다.

렌즈 그룹(47)은 제1 투영 광학계(PL1)의 동면(28)과 공역인 동면(47a)이 형성되도록, 편향 부재(44)에서 반사되어 렌즈 그룹(43)을 통과한 결상 광속 L2를 집광한다. 렌즈 그룹(47)은, 예를 들면 제2 광학계(14)의 렌즈 그룹(46)과 광학적으로 등가가 되도록, 구성된다. 렌즈 그룹(47)은, 예를 들면, 소정의 축(제2 투영 광학계(PL2)의 광축(PL2a))의 둘레에서 회전 대칭인 렌즈 등으로 구성된다.

편향 부재(44)에서 반사되어 렌즈 그룹(43) 및 렌즈 그룹(47)을 통과한 결상 광속 L2는, 오목 거울(48)에 입사된다. 오목 거울(48)은, 예를 들면, 제2 투영 광학계(PL2)에 있어서의 동면(47a)의 위치 또는 그 근방에 배치된다. 오목 거울(48)은, 예를 들면, 결상 광속 L2가 입사되어 오는 측의 입사 단면이 구면(球面) 모양으로 만곡된 반사면으로서 구성된다. 오목 거울(48)은 입사 단면 중 적어도, 결상 광속 L2가 입사되는 영역이 반사면이다.

또한, 오목 거울(48)은 입사 단면 중 결상 광속 L2가 입사되는 영역의 일부가 반사면이 아니어도 좋다. 예를 들면, 오목 거울(48)은 입사 단면 중 결상 광속 L2가 입사되는 영역의 일부를 결상 광속 L2가 투과하는 투과부로 함으로써, 조리개 부재로서 기능시킬 수 있다. 이 투과부의 적어도 일부를 대신하여, 결상 광속 L2를 흡수하는 흡수부가 마련되어 있어도 좋다.

오목 거울(48)에서 반사된 결상 광속 L2는, 렌즈 그룹(47) 및 렌즈 그룹(43)을 통과하여 투영 영역(PR)에 투사된다. 결상 광속 L2 중 중간상면(42) 상의 각 점으로부터의 광속은, 렌즈 그룹(43) 및 렌즈 그룹(47)을 각각 2회 통과함으로써, 중간상면(42)과 공역인 면(제2 투영 광학계(PL2)의 상면) 상의 대응하는 점(공역점)의 각각에 수렴된다. 이와 같이 하여, 제1 투영 광학계(PL1)에 의해서 중간상면(42)에 형성된 중간상 Im은, 제2 투영 광학계(PL2)의 상면에 투영된다.

제2 투영 광학계(PL2)의 상면은, 회전 드럼(DP)의 외주면에 지지된 기판(P) 상의 투영 영역(PR)과 거의 같은 위치에 설정되어 있고, 마스크 패턴(M) 상의 조명 영역(IR)의 상은, 투영 영역(PR)에 투영 노광된다. 이러한 노광 장치(EX3)에 있어서, 오목 거울(18)은 제2 투영 광학계(PL2)의 상면을, 투영 영역(PR)의 형상에 맞춰지도록 변환하므로, 조명 영역(IR)의 상이 정밀도 좋게 충실히 투영된다.

그런데, 도 25 등을 이용하여 설명한 것처럼, 조명 광학계(IL)는, 투영 광학계(PL)에 입사될 때의 결상 광속 L2의 주광선 L2a가 서로 거의 평행하게 되도록, 구성되어 있다. 그렇지만, 투영 광학계(PL)의 적어도 일부를 통과한 결상 광속 L2는, 예를 들면 수차 등에 의해서, 주광선이 서로 평행한 관계로부터 시트프되는 일이 있다. 투영 영역(PR)에 입사될 때의 결상 광속 L2의 주광선의 서로의 관계가 평행한 관계에서 시트프된 만큼, 노광의 정밀도가 저하될 가능성이 있다.

여기서, 투영 광학계(PL)는 결상 광속 L2의 주광선의 방향을 서로 거의 평행한 관계에 가까워지도록 보정하는 보정부를 구비하고 있어도 좋다. 이 보정부는 조명 영역(IR)으로부터 투영 영역(PR)에 이르는 광로의 어느 위치에 배치되어 있어도 좋다. 단, 중간상면(42)의 근처에 배치되어 있을수록, 결상 광속 L2의 주광선 L2a의 방향을 효과적으로 보정할 수 있다.

예를 들면, 오목 거울(18)은, 투영 광학계(PL) 중 중간상면(42)에 가장 가깝게 배치된 광학 부재이고, 상술된 보정부는 오목 거울(18)을 이용하여 구성할 수 있다. 예를 들면, 오목 거울(18)은 제2 투영 광학계(PL2)의 동면(47a)에 이르는 결상 광속 L2의 주광선이 서로 평행하게 되도록, 그 반사면의 형상과 위치의 한쪽 또는 양쪽이 설정되어 있어도 좋다.

즉, 오목 거울(18)의 형상은, 결상 광속 L2의 주광선이 서로 평행하게 되도록, 예를 들면 Y축 방향으로 직교하는 단면 형상이 원형과 다른 타원 모양으로 설정되어 있어도 좋다. 또, 오목 거울(18)의 위치는, 결상 광속 L2의 주광선이 서로 평행하게 되도록, 제2 투영 광학계(PL2)의 상면과 투영 영역(PR)의 거리가 초점 심도 이하로 되는 범위에 있어서, 중간상면(42)으로부터 시프트되어서 배치되어 있어도 좋다.

또한, 상술된 보정부는, 편향 부재(17)와 편향 부재(44) 중 한쪽 또는 양쪽을 포함하고 있어도 좋다. 예를 들면, 편향 부재(44)의 반사면(44a)은, 제2 투영 광학계(PL2)의 동면(47a)에 이르는 결상 광속 L2의 주광선이 서로 평행하게 되도록, 만곡되어 있어도 좋다. 이것은, 편향 부재(17)에 대해서도 마찬가지이다.

편향 부재(44)는 편향 부재(17)보다도 중간상면(42)의 근처에 배치되어 있으므로, 상술된 보정부로 함으로써 주광선의 방향을 효과적으로 조정할 수 있다. 또, 편향 부재(17)는 중간상면(42)을 향하는 결상 광속 L2가 입사되고, 중간상면(42)으로부터 출사된 결상 광속 L2가 입사되지 않기 때문에, 결상 광속 L2의 주광선의 방향을 조정하는데 있어서 설계 자유도가 높다. 또, 상술된 보정부는, 오목 거울(18)과 편향 부재(17)와 편향 부재(44)는, 다른 광학 부재를 포함하고 있어도 좋고, 마련되지 않아도 좋다.

이상과 같은 본 실시 형태의 처리 장치(U3)(노광 장치(EX3))는, 투영 광학계(PL)에 입사되는 결상 광속 L2가 평행 광속에 가깝게 되도록 조명 광학계(IL)가 구성되어 있으므로, 투영 광학계(PL)를 복잡하게 하지 않더라도, 만곡된 마스크 패턴(M)의 상을 정밀도 좋게 투영 노광할 수 있다. 그 때문에, 처리 장치(U3)는 마스크 패턴(M)을 회전시키면서 노광 처리를 실행함으로써, 기판(P)을 효율 좋고, 또한 정밀도 좋게 노광할 수 있다.

또, 원통 모양으로 만곡된 마스크 패턴(M)의 상을 원통 모양으로 만곡된 기판(P) 상에 투영하기 위해, 중간상면의 위치에 원통 모양의 반사면을 가지는 오목 거울(18)을 마련했으므로, 제2 투영 광학계(PL2)의 상면은 투영 영역(PR)을 따르도록 변환되게 되고, 처리 장치(U3)는 주사 노광 방향(마스크 패턴(M)의 원주 방향)에 대해서, 조명 영역(IR)과 투영 영역(PR)의 폭을 넓게 확보하는 것이 가능하게 되어, 생산성이 높고, 또한 고정밀도의 노광 처리를 할 수 있다.

또, 처리 장치(U3)는 제1 투영 광학계(PL1)의 동면(28)에 광분리부(10)를 배치했으므로, 조명광 L1의 광로와 결상 광속 L2의 광로를 분리한 락사 조명 방식을 채용할 수 있다. 그 때문에, 처리 장치(U3)는, 예를 들면 편광 분리 스플리터(PBS) 등을 이용하여 광로를 나누는 구성과 비교하여, PBS에 있어서의 광량의 손실이나 미광의 발생을 저감시킬 수 있다. 또한, 광원(20)을 레이저 광원 등으로 하여, 조명광의 편광 특성을 이용하여 광량 손실의 저감을 도모할 수 있는 경우는, 그러한 광분리부(10)를 PBS 등으로 구성해도 좋다.

또, 광분리부(10)(규정부)는 통과부(15)를 통해서 조명 영역(IR)을 향하는 조명광 L1의 통과 범위를 규정하므로, 조명 영역(IR)에 입사될 때의 조명광 L1의 주광선 L1a의 방향을 고정밀도로 규정할 수 있다. 또, 광분리부(10)는 반사부(16)를 이용하여 조명광 L1의 통과 범위를 규정하므로, 구성을 심플하게 하는 것 등이 가능하게 된다.

그런데, 조명광 L1 중 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향으로 분포하는 주광선 L1a의 관계(예를 들면, 서로 평행)는, 결상 광속 L2 중 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향으로 분포하는 주광선 L2a 관계(예를 들면, 서로 평행)에 있어서도 유지된다. 또, 결상 광속 L2에 있어서 원통면(12)의 원주 방향으로 분포하는 주광선 L2a의 관계(예를 들면, 서로 평행)는, 조명광 L1 중 원통면(12)의 원주 방향으로 분포하는 주광선 L1a의 관계(예를 들면, 서로 비평행)로부터 변화한다. 그 때문에, 예를 들면, 결상 광속 L2에 있어서 원통면(12)의 원주 방향으로 분포하는 주광선 L2a가 서로 평행한 관계가 되도록, 조명광 L1의 확산각(NA)을 등방적인 파워를 가지는 광학 부재로 조정하면, 결상 광속 L2 중 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향으로 분포하는 주광선 L2a 관계가 서로 평행이 되지 않게 된다.

본 실시 형태에 있어서는, 실린드리칼 렌즈(25)에 의해서, 조명광 L1(주광선)가 확산각을, 드럼 마스크(DM)의 회전 중심축(AX1)이 연장되는 방향과 원통면(12)의 원주 방향에서 다르게 한다. 즉, 실린드리칼 렌즈(25)는, 조명 영역(IR)에 이르는 조명광 L1의 주광선 L1a 중, 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향으로 늘어서는 주광선 L1a를 서로 평행하게 하면서, 원통면(12)의 원주 방향으로 늘어서는(분포하는) 주광선 L1a를 그 연장선(41)이 회전 중심축(AX1)에 평행한 공역면(40) 상의 선과 교차하도록 편향시킨다(설정한다). 그 때문에, 회전 중심축(AX1)에 평행한 방향으로 분포하는 결상 광속 L2의 주광선 L2a를 서로 거의 평행하게 함과 아울러, 원통면(12)의 원주 방향으로 분포하는 결상 광속 L2의 주광선 L2a도 서로 거의 평행하게 할 수 있다. 또한, 조명광 L1의 확산각에 이방성을 갖게 하는 수법으로서는, 앞의 제1 실시 형태와 마찬가지로, 광섬유를 묶은 도광 부재를 이용하여, 이 도광 부재의 광출사측의 형상을 조정하는 수법을 이용할 수도 있다.

［제4 실시 형태］

다음으로, 제4 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 있어서, 상기의 실시 형태와 마찬가지의 구성요소에 대해서는, 같은 부호를 부여하고 그 설명을 간략화 혹은 생략한다.

도 30은 본 실시 형태에 의한 처리 장치(노광 장치(EX4))의 구성을 도시한 도면이다. 도 31은, 도 30의 구성에 있어서 조명 광학계(IL)로서 기능하는 광로를 도시한 도면이다. 도 32는 도 30의 구성에 있어서 제1 투영 광학계(PL1)로서 기능하는 광로를 도시한 도면이다. 도 33은, 도 30의 구성에 있어서 제2 투영 광학계(PL2)로서 기능하는 광로를 도시한 도면이다.

투영 광학계(PL)는 마스크 패턴(M)의 일부(조명 영역(IR))의 중간상 Im을 형성하는 제1 투영 광학계(PL1)와, 제1 투영 광학계(PL1)가 형성한 중간상을 기판(P) 상의 투영 영역(PR)에 투영하는 제2 투영 광학계(PL2)를 구비한다. 여기에서는, 제1 투영 광학계(PL1)와 제2 투영 광학계(PL2)는, 각각이 오프너 광학계와 같은 광학계로 구성되어 있다. 조명 광학계(IL)는 제1 투영 광학계(PL1)의 일부를 통해서 조명 영역(IR)을 조명광 L1으로 조명한다.

조명 광학계(IL)는, 광원으로부터 제1 조리개 부재(23)까지에 배치되는 요소(균일화 광학계(19))에 대해서는, 예를 들면, 제3 실시 형태와 마찬가지로 구성할 수 있다. 광원으로부터 발사된 조명광 L1은, 균일화 광학계(19)를 통과함으로써 제1 조리개 부재(23)에 있어서의 광 강도 분포가 균일화된다.

도 31에 도시하는 조명 광학계(IL)는 광분리부(50), 상조정 부재(51), 오목 거울(52), 렌즈 그룹(53), 볼록 거울(54), 편향 부재(55), 및 상조정 부재(56)를 구비한다.

제1 조리개 부재(23)를 통과한 조명광 L1은, 상조정 부재(51)를 통해서 광분리부(50)의 반사부(57)에 입사된다. 상조정 부재(51)는 1차 광원상과 공역인 면에 형성되는 2차 광원상의 상특성(像特性)을 조정하기 위해서, 수차 등을 가미하여 마련된다. 상조정 부재(51)는 적당, 생략 가능하다.

광분리부(50)의 반사부(57)는, 균일화 광학계(19)로부터 조명광 L1이 입사되는 위치로서, 투영 광학계(PL)를 통과하는 결상 광속 L2(도 30 참조)가 입사되지 않는 위치에 배치되어 있다. 광분리부(50)의 반사부(57)는, 예를 들면 프리즘 미러이고, 균일화 광학계(19)로부터 조명광 L1이 입사되는 면이 평면 모양의 반사면이다.

반사부(57)에 입사된 조명광 L1은, 반사부(57)에서 반사됨으로써 편향되어, 오목 거울(52)에 입사된다. 반사부(57)에서 반사되어 오목 거울(52)에 입사된 조명광 L1은, 오목 거울(52)에서 반사되고, 렌즈 그룹(53)을 통해서 볼록 거울(54)에 입사된다.

오목 거울(52)은, 예를 들면 구면(球面)의 일부를 포함하는 반사면을 가지고, 균일화 광학계(19)에 있어서 형성된 1차 광원상(도 20에 도시하는 제1 조리개 부재(23))과 공역인 동면(28)을 형성하도록, 조명광 L1을 집광한다. 즉, 동면(28)에는 2차 광원상이 형성된다.

렌즈 그룹(53)은 동면(28)에 있어서의 2차 광원상의 상특성을 조정하도록 적당 마련되고, 예를 들면 필드 렌즈를 포함한다. 볼록 거울(54)은, 예를 들면, 구면의 일부를 포함하는 반사면을 가지고, 오목 거울(52)과 곡률 중심이 일치하도록 마련되어 있다. 여기에서는, 오목 거울(52)의 중심과 볼록 거울(54)의 중심을 연결하는 축을 조명 광학계(IL)의 광축(ILa)(제1 투영 광학계(PL1)의 광축(PL1a))이라고 한다. 볼록 거울(54)과 오목 거울(52)은, 볼록 거울(54)에서 반사된 광(조명광 L1, 결상 광속 L2)이 오목 거울(52)에 재차 입사되도록 마련되어 있다.

오목 거울(52)로부터의 조명광 L1은, 조명 광학계(IL)의 광축(ILa)에 대해서, 볼록 거울(54)의 -X축측에 입사되고, 볼록 거울(54)에서 반사되어, 오목 거울(52)에 재차 입사된다. 볼록 거울(54)에서 반사되어 오목 거울(52)에 입사된 조명광 L1은, 오목 거울(52)에서 반사되어 편향 부재(55)에 입사되어, 편향 부재(55)에서 반사됨으로써 편향되어, 상조정 부재(56)를 통해서 조명 영역(IR)에 입사된다.

편향 부재(55)는, 예를 들면 프리즘 미러이며, 오목 거울(52)로부터 조명광 L1이 입사되는 면이 평면 모양의 반사면이다. 상조정 부재(56)는 상조정 부재(51)와 마찬가지로 수차 등을 가미하여 적당 마련된다.

도 32에 도시된 것처럼, 제1 투영 광학계(PL1)는 상조정 부재(56), 편향 부재(55), 오목 거울(52), 렌즈 그룹(53), 볼록 거울(54) 및 상조정 부재(58)를 포함한다.

조명 영역(IR)으로부터 출사된 결상 광속 L2는, 상조정 부재(56)를 통해서 편향 부재(55)에 입사되고, 편향 부재(55)에서 반사됨으로써 편향된다. 편향 부재(55)에서 편향된 결상 광속 L2는, 도 31에 도시한 오목 거울(52)에서부터 편향 부재(55)를 향하는 조명광 L1의 광로와는 다른 광로를 통해서, 오목 거울(52)에 입사된다. 오목 거울(52)에 입사된 결상 광속 L2는, 조명광 L1과는 다른 광로를 통과하고, 렌즈 그룹(53)을 통과하여 볼록 거울(54)에 입사된다. 볼록 거울(54)에 있어서 결상 광속 L2가 입사되는 위치는, 제1 투영 광학계(PL1)의 광축(PL1a)에 대해서, 조명광 L1의 입사 위치와는 반대측(＋X축측)에 배치된다.

볼록 거울(54)에서 반사된 결상 광속 L2는, 렌즈 그룹(53)을 통과하여 오목 거울(52)에 입사되어, 오목 거울(52)에서 반사된다. 오목 거울(52)에서 반사된 결상 광속 L2는, 광분리부(50)의 통과부(59)를 통해서, 상조정 부재(58)에 입사된다. 여기에서는, 광분리부(50)의 통과부(59)는, 반사부(57)가 마련되어 않은 영역이다. 즉, 반사부(57)는 볼록 거울(54)에서 반사된 후에 오목 거울(52)에서 반사된 결상 광속 L2가 입사되지 않는 위치에 배치되어 있다. 이와 같이, 광분리부(50)는 조명광 L1의 통과 범위를 규정하도록 마련되어 있다.

결상 광속 L2 중 조명 영역(IR) 상의 각 점으로부터 출사된 광속은, 이상과 같은 광로를 통과함으로써, 조명 영역(IR)과 공역인 중간상면(42) 상의 거의 1점으로 수렴한다. 환언하면, 중간상면(42)에는 조명 영역(IR)의 상이 형성된다. 상조정 부재(56) 및 상조정 부재(58)는, 중간상 Im의 상특성을 조정하도록, 수차 등을 가미하여 적당 마련된다. 상조정 부재(56) 및 상조정 부재(58)의 한쪽 또는 양쪽은, 적당, 생략 가능하다.

도 33에 도시된 것처럼, 제2 투영 광학계(PL2)는 오목 거울(60), 상조정 부재(58), 편향 부재(61), 오목 거울(62), 렌즈 그룹(63), 볼록 거울(64), 편향 부재(65) 및 상조정 부재(66)를 포함한다.

오목 거울(60)은 중간상면(42)의 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 제1 투영 광학계(PL1)가 형성하는 중간상 Im의 형상을 따르도록, 결상 광속 L2의 입사 측을 향해 오목한 원통면 모양으로 형성되어 있다. 오목 거울(60)은, 제3 실시 형태에서 설명한 것처럼, 제2 투영 광학계(PL2)의 상면의 형상을 투영 영역(PR)을 따르도록 변환한다.

오목 거울(60)에 입사된 결상 광속 L2는, 오목 거울(60)에서 반사되어, 상조정 부재(58)를 통해서 편향 부재(61)에 입사된다. 편향 부재(61)는, 예를 들면 프리즘 미러이며, 오목 거울(60)로부터의 결상 광속 L2가 입사되는 면이 평면 모양의 반사면이다. 편향 부재(61)는 오목 거울(60)에서 반사된 결상 광속 L2가 입사되는 위치로서, 제1 투영 광학계(PL1)의 오목 거울(52)(도 32 참조)로부터 오목 거울(60)을 향하는 결상 광속 L2를 차단하지 않는 위치에 배치되어 있다.

편향 부재(61)에 입사된 결상 광속 L2는, 편향 부재(61)에서 반사됨으로써 편향되어, 오목 거울(62)에 입사된다. 오목 거울(62)에 입사된 결상 광속 L2는, 오목 거울(62)에서 반사되어 렌즈 그룹(63)을 통과하여, 볼록 거울(64)에 입사된다.

오목 거울(62)은, 도 32에 도시한 제1 투영 광학계(PL1)의 동면(28)과 공역인 동면(67)을 형성하도록, 결상 광속 L2를 집광한다. 오목 거울(62)은, 예를 들면, 제1 투영 광학계(PL1)의 오목 거울(52)과 광학적으로 등가가 되도록 구성된다. 오목 거울(62)은, 예를 들면 구면의 일부를 포함하는 만곡된 반사면을 가진다.

렌즈 그룹(63)은, 예를 들면 투영 영역(PR)에 형성하는 상의 특성을 조정하도록 수차 등을 가미하여 적당 마련되며, 필드 렌즈 등을 포함한다.

볼록 거울(64)은 동면(67)과 공역인 위치 또는 그 근방에 배치된다. 볼록 거울(64)은, 예를 들면, 제1 투영 광학계(PL1)의 볼록 거울(54)과 광학적으로 등가가 되도록 구성된다. 볼록 거울(64)은, 예를 들면 구면의 일부를 포함하는 만곡된 반사면을 가지고, 이 반사면의 곡률 중심이 오목 거울(62)의 곡률 중심과 거의 같은 위치로 설정된다.

볼록 거울(64)에서 반사된 결상 광속 L2는, 렌즈 그룹(63)을 통과하여 오목 거울(62)에 재차 입사되고, 오목 거울(62)에서 반사되어 편향 부재(65)에 입사된다. 편향 부재(65)에 입사된 결상 광속 L2는, 편향 부재(65)에서 반사됨으로써 편향되어, 상조정 부재(66)를 통과하여 투영 영역(PR)에 입사된다.

이상과 같이 하여, 제2 투영 광학계(PL2)는 중간상면(42)에 형성되는 조명 영역(IR)의 중간상 Im을 제2 투영 광학계(PL2)의 상면에 형성하는 제2 투영 광학계(PL2)의 상면은, 회전 드럼(DP)에 지지된 기판(P) 상의 투영 영역(PR)의 위치 또는 그 근방으로 설정되어 있고, 조명 영역(IR)의 상이 기판(P) 상의 투영 영역(PR)에 투영 노광된다.

이상과 같은 본 실시 형태의 처리 장치(U3)(노광 장치(EX4))는, 투영 광학계(PL)에 입사되는 결상 광속 L2의 주광선이 평행계에 가깝게 되도록 조명 광학계(IL)가 구성되어 있으므로, 투영 광학계(PL)를 복잡하게 하지 않더라도, 만곡된 마스크 패턴(M)의 상을 정밀도 좋게 투영 노광할 수 있다. 그 때문에, 처리 장치(U3)는 마스크 패턴(M)을 회전시키면서 노광 처리를 실행함으로써, 기판(P)을 효율 좋고, 또한 정밀도 좋게 노광할 수 있다.

또, 처리 장치(U3)는 만곡된 마스크 패턴(M)의 상을 만곡된 기판(P) 상에 투영한다. 또, 처리 장치(U3)에 있어서, 오목 거울(18)은 제2 투영 광학계(PL2)의 상면을 투영 영역(PR)을 따르도록 변환하므로, 처리 장치(U3)는 정밀도 좋게 노광할 수 있다. 또, 예를 들면 결상 광속 L2가 텔레센트릭에 가까워지도록 보정부를 마련함으로써, 처리 장치(U3)는 정밀도 좋게 노광할 수 있다. 이 보정부는, 예를 들면, 오목 거울(60), 상조정 부재(58), 및 편향 부재(61) 중 적어도 1개를 이용하여 구성할 수 있다.

또, 처리 장치(U3)는 제1 투영 광학계(PL1)의 동면(28)에 광분리부(10)를 배치했으므로, 조명광 L1의 광로와 결상 광속 L2의 광로를 분리할 수 있다. 그 때문에, 처리 장치(U3)는, 예를 들면 편광 분리 스플리터 등을 이용하여 광로를 나누는 구성과 비교하여, 광량의 손실이나 미광의 발생을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 기술 범위는, 상술한 각 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상술한 각 실시 형태에서 설명한 요소 중 하나 이상은, 생략되는 일이 있다. 또, 상술한 각 실시 형태에서 설명한 요소는, 적당 조합할 수 있다.

또한, 상술한 각 실시 형태에 있어서는, 기판(P) 상의 투영 영역(PR)이 원통면 모양으로 만곡되어 있지만, 투영 영역(PR)이 평면이어도 좋다.

즉, 기판(P)이 실질적으로 변형되지 않는 리지드(rigid)한 기판인 경우, 혹은 가요성의 시트 모양 기판에서도 투영 영역(PR)을 포함하는 일정한 범위를 평탄(평면)하게 유지할 수 있는 경우에는, 각 실시 형태의 노광 장치에 의해서, 그러한 평탄(평면 모양)의 기판(P)을 마찬가지로 노광할 수 있다.

예를 들면, 기판(P)이 실질적으로 변형되지 않는 리지드 기판 등으로서, 노광 장치는 이 기판(P)을 노광해도 좋다. 또, 기판(P) 상의 투영 영역(PR)이 평면 모양이 되도록 기판(P)이 반송되고, 노광 장치는 이러한 기판(P)을 노광해도 좋다.

또한, 상술한 각 실시 형태에 있어서는, 조명 광학계의 수가 1개이며, 투영 광학계의 수가 1개인 싱글 렌즈 방식의 노광 장치의 예를 설명했지만, 노광 장치는 복수의 조명 광학계와 투영 광학계의 세트를, 드럼 마스크(DM)나 회전 드럼(DP)의 회전 중심축(AX2, AX1)이 연장되는 방향으로 복수 배치한 구성, 이른바 멀티 렌즈 방식의 노광 장치여도 좋다.

또한, 제1 실시 형태 및 제3 실시 형태에 있어서는, 광분리부(10)의 반사부(16)를 이용하여 조명광 L1의 통과 범위를 규정하고 있지만, 반사부(16)와는 별도로 마련된 차광부에 의해서 통과 범위를 규정해도 좋다. 이 차광부는, 예를 들면 통과부(15)의 외측에 입사되는 광을 흡수함으로써, 이 광을, 광분리부(10)를 통과하지 않도록 차광해도 좋다. 또, 통과부(15)는, 예를 들면, 조명광 L1을 통과하도록 배치된 공극(개구)이어도 좋다.

［디바이스 제조 방법］

다음으로, 상기의 실시 형태의 디바이스 제조 방법에 대해 설명한다. 도 34는 상기의 실시 형태의 디바이스 제조 방법을 도시한 순서도이다. 이 순서도 중의 일부의 공정은, 앞의 도 1이나 도 16에 도시한 디바이스 제조 시스템(SYS, SYS2)(플렉서블·디스플레이 제조 라인)에서 실시된다. 그러나 도 34의 순서도의 모든 공정을 실시하기 위해서는, 추가로 복수의 제조 처리 장치를 준비할 필요가 있다.

도 34에 도시한 디바이스 제조 방법에서는, 우선, 예를 들면 유기 EL 표시 패널 등의 디바이스의 기능·성능 설계를 행한다(스텝 201). 그 다음으로, 디바이스의 설계에 기초하여, 마스크 패턴(M)을 제작한다(스텝 202). 또, 디바이스의 기재인 투명 필름이나 시트, 혹은 극박의 금속박 등의 기판을, 구입이나 제조 등에 의해서 준비해 둔다(스텝 203).

그 다음으로, 준비한 기판을 롤식, 패치식의 제조 라인에 투입하여, 그 기판 상에 디바이스를 구성하는 전극이나 배선, 절연막, 반도체막 등의 TFT 백플랜층이나, 화소부로 되는 유기 EL 발광층을 형성한다(스텝 204). 스텝 204에는, 전형적으로는, 기판 상의 막의 위에 레지스터 패턴을 형성하는 공정과, 이 레지스터 패턴을 마스크로 하여 상기 막을 에칭하는 공정이 포함된다. 레지스터 패턴의 형성에는, 레지스터막을 기판 표면에 균일하게 형성하는 공정, 상기의 각 실시 형태에 따라서, 마스크 패턴(M)을 경유하여 패턴화된 노광광(露光光)으로 기판의 레지스터막을 노광하는 공정, 그 노광에 의해서 마스크 패턴의 잠상(潛像)이 형성된 레지스터막을 현상하는 공정이 이 실시된다.

자원 절약화를 위한, 종래의 레지스터 프로세스를 사용하지 않는 애더티브(Additive)인 프로세스의 전형으로서, 인쇄 기술 등을 병용한 플렉서블·디바이스 제조의 경우는, 플렉서블한 기판의 표면에 기능성 감광층(기능성 감응층, 감광성 실란 커플링재 등)을 도포식에 의해 형성하는 공정, 상기의 각 실시 형태에 도시한 노광 장치를 사용하여, 드럼 마스크(DM)를 경유하여 패턴화된 노광광을, 플렉서블 기판 상의 기능성 감광층(기능성 감응층)에 조사하여, 기능성 감광층에 패턴 형상에 따라 친수화(親水化)한 부분과 발수화(撥水化)한 부분을 형성하는 공정, 기능성 감광층의 친수성이 높은 부분에 도금 기초액 등을 도공(塗工)하고, 무전해 도금에 의해 금속성의 패턴을 석출(析出) 형성하는 공정, 소위, 120℃이하의 저온 습식 프로세스 등이 실시된다.

그 다음으로, 제조하는 디바이스에 따라서, 예를 들면, 기판을 다이싱, 혹은 컷하는 것이나, 별도의 공정으로 제조된 다른 기판, 예를 들면 봉지(封止) 기능을 가진 시트 모양의 칼라 필터나 얇은 유리 기판 등을 첩합하는 공정이 실시되고, 디바이스(표시 패널)를 조립한다(스텝 205). 그 다음으로, 디바이스에 검사 등의 후처리를 행한다(스텝 206). 이상과 같이 하여, 디바이스를 제조할 수 있다. 상기의 실시 형태에 있어서의 디바이스 제조 방법은, 처리 장치(기판 처리 장치)에 의해서, 드럼 마스크(마스크 유지 부재)를 회전시키면서 감응성 기판을 소정 방향으로 반송하여, 감응성 기판에 마스크 패턴을 연속적으로 노광하는 공정과, 노광된 감응성 기판의 감응층의 변화를 이용하여 후속 처리를 실시하는 공정을 포함한다.

10: 광분리부, 12: 원통면,
15: 통과부, 16: 반사부,
18: 오목 거울, 19: 균일화 광학계,
23: 제1 조리개 부재, 25: 실린드리칼 렌즈,
26: 제2 조리개 부재, 28: 동면,
40: 공역면, 41: 연장선,
42: 중간상면, 50: 광분리부,
57: 반사부, 60: 오목 거울,
IL: 조명 광학계, IR: 조명 영역,
Im: 중간상, L0: 광원상,
L1: 조명광, L2: 결상 광속,
L2a: 주광선, M: 마스크 패턴,
P: 기판, PL: 투영 광학계,
PR: 투영 영역, PL1: 제1 투영 광학계,
PL2: 제2 투영 광학계, U3: 처리 장치.

Claims (14)

1. 제1 중심축으로부터 일정 반경의 외주면을 따라서 전자 디바이스용의 반사형의 마스크 패턴이 형성된 원통 모양의 드럼 마스크를 상기 제1 중심축의 주위로 회전시켜, 긴 방향으로 이동하는 감광성의 시트모양 기판에 투영 광학계를 통해서 상기 마스크 패턴의 상을 노광하는 투영 노광 장치를 이용한 디바이스 제조 방법으로서,
   상기 투영 노광 장치의 조명 광학계에 의해서, 상기 드럼 마스크의 외주면상의 조명 영역에 조사되는 조명광의 배향 특성을, 상기 외주면의 원주 방향에 관해서는 비텔레센트릭한 상태로 하고, 또한 상기 제1 중심축이 연장되는 축방향에 관해서는 텔레센트릭한 상태로 함으로써, 상기 조명 영역으로부터 발생하는 반사광속을, 상기 외주면의 원주 방향과 상기 축방향의 양쪽에 관해서 텔레센트릭한 상태로 하여 상기 투영 광학계에 입사시키는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 조명 광학계는, 상기 조명광의 근원이 되는 광원상과 광학적으로 공역인 제1 공역면을 상기 드럼 마스크의 외주면과 상기 제1 중심축의 사이에 형성하는 디바이스 제조 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 중심축으로부터 상기 제1 공역면까지의 거리는 상기 외주면의 반경의 절반으로 설정되는 디바이스 제조 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 투영 광학계는 상기 광원상이 형성되는 동면을 가지고, 그 동면에 형성되는 상기 광원상은, 상기 외주면의 원주 방향에 대응한 치수가 상기 축방향에 대응한 치수보다도 크게 설정되는 디바이스 제조 방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 드럼 마스크의 외주면상의 상기 조명 영역을 향하는 상기 조명광의 배향 특성을 상기 원주 방향과 상기 축방향에서 다르게 하기 위해, 상기 조명 광학계에는 상기 원주 방향과 상기 축방향에서 굴절력이 다른 광학 부재가 마련되는 디바이스 제조 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 투영 노광 장치에는, 상기 제1 중심축과 평행하게 배치되는 제2 중심축으로부터 일정 반경이 되도록 상기 시트모양 기판을 감아 지지하는 외주면을 구비하고, 상기 제2 중심축의 주위의 회전에 의해서 상기 시트모양 기판을 긴 방향으로 이동시키는 회전 드럼이 마련되는 디바이스 제조 방법.
7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 투영 노광 장치에는, 상기 제1 중심축과 평행하게 배치되는 제2 중심축으로부터 일정 반경이 되도록 상기 시트모양 기판을 감아 지지하는 외주면을 구비하고, 상기 제2 중심축의 주위의 회전에 의해서 상기 시트모양 기판을 긴 방향으로 이동시키는 회전 드럼이 마련되는 디바이스 제조 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 투영 노광 장치의 상기 회전 드럼에 반입되기 전의 상기 시트모양 기판에는, 도포 장치에 의해서 포토레지스트, 감광성 커플링재, 감광성 도금 환원제, 또는 UV 경화 수지 중 어느 것에 의한 감광성 기능층이 긴 방향으로 연속적 또는 선택적으로 도포되는 디바이스 제조 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 투영 노광 장치에 의해서 상기 감광성 기능층에 상기 마스크 패턴의 상이 노광된 상기 시트모양 기판은, 이어서 웨트 처리 장치에 보내져 습식 처리되는 디바이스 제조 방법.
10. 제1 중심축으로부터 일정 반경의 외주면을 따라서 전자 디바이스용의 반사형의 마스크 패턴이 형성된 원통 모양의 드럼 마스크를 상기 제1 중심축의 주위로 회전시켜, 긴 방향으로 이동하는 감광성의 시트모양 기판에 투영 광학계를 통해서 상기 마스크 패턴의 상을 노광하는 투영 노광 장치를 이용한 디바이스 제조 방법으로서,
    상기 투영 노광 장치의 조명 광학계에 의해서, 상기 드럼 마스크의 외주면상에 설정되는 조명 영역을 향해서, 상기 외주면의 원주 방향에 분포하는 주광선은 비텔레센트릭한 상태가 되고, 또한 상기 제1 중심축이 연장되는 축방향으로 분포하는 주광선은 텔레센트릭한 상태가 되는 배향 특성의 조명광을 조사하는 단계와,
    상기 조명 영역으로부터 발생하는 반사광속의 주광선을, 상기 외주면의 원주 방향과 상기 축방향의 양쪽에 관해서 텔레센트릭한 상태로 하여 상기 투영 광학계에 입사시키는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 조명 광학계는, 상기 조명광의 근원이 되는 광원상과 광학적으로 공역인 제1 공역면을 상기 드럼 마스크의 외주면과 상기 제1 중심축의 사이에 형성하는 디바이스 제조 방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 중심축으로부터 상기 제1 공역면까지의 거리는 상기 외주면의 반경의 절반으로 설정되는 디바이스 제조 방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 투영 광학계는 상기 광원상이 형성되는 동면을 가지고, 그 동면에 형성되는 상기 광원상은, 상기 외주면의 원주 방향에 대응한 치수가 상기 축방향에 대응한 치수보다도 크게 설정되는 디바이스 제조 방법.
14. 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드럼 마스크의 외주면상의 상기 조명 영역을 향하는 상기 조명광의 배향 특성을 상기 원주 방향과 상기 축방향에서 다르게 하기 위해, 상기 조명 광학계에는 상기 원주 방향과 상기 축방향에서 굴절력이 다른 광학 부재가 마련되는 디바이스 제조 방법.

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