KR102126981B1 - 패턴 노광 방법 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

패턴 노광 방법 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

소정 곡률로 원통면 모양으로 만곡한 제1 면을 따르도록, 마스크와 기판 중 일방을 지지하는 제1 지지 부재와, 소정의 제2 면을 따르도록 마스크와 기판 중 타방을 지지하는 제2 지지 부재와, 제1 지지 부재를 회전시키고, 또한, 제2 지지 부재를 이동시켜, 마스크와 기판을 주사 노광 방향으로 이동시키는 이동 기구를 구비하며, 투영 광학계는, 투영 영역의 주사 노광 방향의 중심에 수직인 선에 대략 평행한 주광선을 포함하는 투영 광속에 의해서 패턴의 상(像)을 소정의 투영상면에 형성하고, 이동 기구는, 제1 지지 부재의 이동 속도 및 제2 지지 부재의 이동 속도를 설정하고, 패턴의 투영상면과 기판의 노광면 중 곡률이 보다 큰 면 또는 평면이 되는 측의 이동 속도를 타방의 이동 속도 보다도 상대적으로 작게 한다.

Description

패턴 노광 방법 및 디바이스 제조 방법{PATTERN EXPOSURE METHOD AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 마스크의 패턴을 기판에 투영하고, 해당 기판에 해당 패턴을 노광하는 기판 처리 장치, 디바이스 제조 방법, 주사(走査) 노광 방법, 노광 장치, 디바이스 제조 시스템 및 디바이스 제조 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. 특허 문헌 1에 기재된 기판 처리 장치는, 조명 영역에 배치된 마스크에 형성되어 있는 패턴의 상(像)을, 투영 영역에 배치되어 있는 기판 등에 투영하고, 기판에 해당 패턴을 노광한다. 기판 처리 장치에 이용되는 마스크는, 평면 모양인 것, 원통 모양인 것 등이 있다.
포토리소그래피 공정에서 이용되는 노광 장치에서, 하기 특허 문헌에 개시되어 있는 바와 같은, 원통 모양 또는 원기둥 모양의 마스크(이하, 총칭하여 '원통 마스크'라고도 함)를 이용하여 기판을 노광하는 노광 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 2). 또, 원통 마스크를 이용하여, 가요성(플렉시블)을 가지는 장척(長尺)의 시트 기판 상(上)에 표시 패널용의 디바이스 패턴을 연속하여 노광하는 노광 장치도 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 3).
특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2007－299918호 공보 특허 문헌 2 : 국제공개 WO2008/029917호 특허 문헌 3 : 일본특허공개 제2011－221538호 공보
여기서, 기판 처리 장치는, 주사 노광 방향에서의 노광 영역(슬릿 모양의 투영 영역)을 크게 함으로써, 기판 상의 1개의 쇼트(short) 영역, 혹은 디바이스 영역에 대한 주사 노광 시간을 짧게 할 수 있어, 단위시간당 기판의 처리 매수 등의 생산성을 향상시킬 수 있다. 그렇지만, 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 생산성의 향상을 도모하기 위해 회전 가능한 원통 모양 마스크를 이용하면, 마스크 패턴이 원통 모양으로 만곡하고 있기 때문에, 마스크 패턴(원통 모양)의 둘레 방향을 주사 노광의 방향으로 하고, 슬릿 모양의 투영 영역의 주사 노광 방향의 치수를 크게 하면, 기판에 투영 노광되는 패턴의 품질(상질(像質))이 저하하는 경우가 있다.
전술한 특허 문헌 2에 나타내어지는 바와 같이, 원통 모양 또는 원기둥 모양의 마스크는, 소정의 회전 중심축(중심선)으로부터 일정 반경의 외주면(원통면)을 가지며, 그 외주면에 전자 디바이스(예를 들면 반도체 IC 칩 등)의 마스크 패턴이 형성되어 있다. 감광성(感光性)의 기판(웨이퍼) 상에 마스크 패턴을 전사(轉寫)할 때에는, 기판을 소정 속도로 일방향으로 이동시키면서, 원통 마스크를 회전 중심축 둘레로 동기(同期) 회전시킨다. 그 경우, 원통 마스크의 외주면의 전체 둘레 길이가 기판의 길이에 대응하도록 원통 마스크의 직경을 설정하면, 기판의 길이에 걸쳐 연속하여 마스크 패턴을 주사 노광할 수 있다. 또, 특허 문헌 3과 같이, 그러한 원통 마스크를 이용하면, 장척의 플렉시블한 시트 기판(감광층 부착)을 장척 방향으로 소정 속도로 보내면서, 그 속도에 동기시켜 원통 마스크를 회전시키는 것만으로, 시트 기판 상에 표시 패널용 패턴을 반복하여 연속해서 노광할 수 있다. 이와 같이, 원통 마스크를 이용한 경우, 기판의 노광 처리의 효율이나 택트(tact)가 향상하여, 전자 디바이스, 표시 패널 등의 생산성이 높아지는 것이 기대된다.
그렇지만, 특히 표시 패널용 마스크 패턴을 노광하는 경우, 표시 패널의 화면 사이즈는 수인치 ~ 수십 인치로 다종 다양하고, 그를 위한 마스크 패턴의 영역의 치수나 어스펙트비(aspect比)도 다종 다양하다. 그 경우, 노광 장치에 장착 가능한 원통 마스크의 직경이나 회전 중심축 방향의 치수가 일의적(一義的)으로 정해져 있으면, 여러가지 크기의 표시 패널에 대응하여, 원통 마스크의 외주면에 효율적으로 마스크 패턴 영역을 배치하는 것이 어려워진다. 예를 들면, 큰 화면 사이즈의 표시 패널의 경우는, 그 표시 패널의 1면분(面分)의 마스크 패턴 영역을 원통 마스크의 외주면의 거의 전체 둘레에 형성할 수 있어도, 그 사이즈 보다도 조금 작은 표시 패널의 경우는, 2면분의 마스크 패턴 영역을 형성할 수 없어, 둘레 방향(또는 회전 중심축 방향)의 여백이 증대하게 된다.
본 발명의 형태는, 높은 생산성으로 높은 품질의 기판을 생산할 수 있는 기판 처리 장치, 디바이스 제조 방법 및 주사 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 형태는, 직경이 다른 원통 마스크를 장착할 수 있는 노광 장치, 디바이스 제조 시스템 및 그러한 노광 장치를 이용한 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태에 따르면, 조명광의 조명 영역에 배치되는 마스크의 패턴으로부터의 광속을, 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 회전시키며, 해당 제1 지지 부재가 지지하는 상기 마스크와 상기 기판 중 일방을 주사 노광 방향으로 이동시키고, 또한, 상기 제2 지지 부재를 이동시키며, 해당 제2 지지 부재가 지지하는 상기 마스크와 상기 기판 중 타방을 상기 주사 노광 방향으로 이동시키는 이동 기구를 구비하며, 상기 투영 광학계는, 상기 패턴의 상(像)을 소정의 투영상면(投影像面)에 형성하고, 상기 이동 기구는, 상기 제1 지지 부재의 이동 속도 및 상기 제2 지지 부재의 이동 속도를 설정하며, 상기 패턴의 투영상면과 상기 기판의 노광면 중 곡률이 보다 큰 면 또는 평면이 되는 측의 이동 속도를 타방의 이동 속도 보다도 상대적으로 작게 한 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 제2 형태에 따르면, 제1 형태에 기재된 기판 처리 장치를 이용하여 상기 기판에 상기 마스크의 패턴을 형성하는 것과, 상기 기판 처리 장치에 상기 기판을 공급하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제3 형태에 따르면, 소정의 곡률 반경으로 원통 모양으로 만곡한 마스크의 일면에 형성된 패턴을, 투영 광학계를 매개로 하여 원통 모양 또는 평면 모양으로 지지되는 플렉시블한 기판의 표면에 투영함과 아울러, 마스크를 만곡한 일면을 따라서 소정의 속도로 이동시키면서, 원통 모양 또는 평면 모양으로 지지된 기판의 표면을 따라서 소정의 속도로 상기 기판을 이동시켜, 투영 광학계에 의한 패턴의 투영상을 기판 상에 주사 노광할 때, 투영 광학계에 의한 패턴의 투영상이 베스트 포커스 상태로 형성되는 투영상면의 곡률 반경을 Rm, 원통 모양 또는 평면 모양으로 지지된 기판의 표면의 곡률 반경을 Rp, 마스크의 이동에 의해 투영상면을 따라서 이동하는 패턴상(pattern傷)의 이동 속도를 Vm, 기판의 표면을 따른 소정의 속도를 Vp로 했을 때, Rm＜Rp인 경우는 Vm＞Vp로 설정하고, Rm＞Rp인 경우는 Vm＜Vp로 설정하는 주사 노광 방법이 제공된다.
본 발명의 제4 형태에 따르면, 소정의 축선으로부터 일정한 곡률 반경으로 만곡한 곡면의 외주면에 패턴을 가지는 원통 마스크에 조명광을 안내하는 조명 광학계와, 기판을 지지하는 기판 지지 기구와, 상기 조명광에 의해 조명된 상기 원통 마스크의 상기 패턴을 상기 기판 지지 기구가 지지하는 상기 기판에 투영하는 투영 광학계와, 상기 원통 마스크를 교환하는 교환 기구와, 상기 교환 기구가, 상기 원통 마스크를 직경이 다른 원통 마스크로 교환했을 때에, 상기 조명 광학계의 적어도 일부와 상기 투영 광학계의 적어도 일부 중 적어도 일방을 조정하는 조정부를 포함하는 노광 장치가 제공된다.
본 발명의 제5 형태에 따르면, 소정의 축선으로부터 일정 반경으로 원통 모양으로 만곡한 외주면에 패턴을 가지며, 서로 직경이 다른 복수의 원통 마스크 중 1개를 교환 가능하게 장착하여, 상기 소정의 축선의 둘레로 회전시키는 마스크 유지 기구와, 상기 원통 마스크의 패턴에 조명광을 조사하는 조명계와, 조명광에 의해 조사된 상기 원통 마스크의 상기 패턴으로부터의 광에 의해 노광되는 기판을, 만곡한 면 또는 평면을 따라서 지지하는 기판 지지 기구와, 상기 마스크 유지 기구에 장착되는 상기 원통 마스크의 직경에 따라서, 적어도 상기 소정의 축선과 상기 기판 지지 기구와의 거리를 조정하는 조정부를 포함하는 노광 장치가 제공된다.
본 발명의 제6 형태에 따르면, 전술한 노광 장치와, 상기 노광 장치에 상기 기판을 공급하는 기판 공급 장치를 구비하는 디바이스 제조 시스템이 제공된다.
본 발명의 제7 형태에 따르면, 전술한 노광 장치를 이용하여, 상기 원통 마스크의 상기 패턴을 상기 기판에 노광을 하는 것과, 노광된 상기 기판을 처리하는 것에 의해, 상기 원통 마스크의 상기 패턴에 대응한 디바이스를 형성하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 형태에 의하면, 패턴상이 형성되는 투영상면과 패턴상이 전사되는 기판의 표면 중 어느 일방이, 기판의 주사 노광 방향에서 만곡하는 것에 의해서 생기는 상위치의 어긋남(상변위)을 억제하면서, 주사 노광시의 노광폭을 크게 취하는 것이 가능하게 되며, 고품질로 패턴상이 전사되는 기판을, 높은 생산성으로 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 소정의 범위 내에서 직경이 다른 원통 마스크가 장착된 경우에도, 고품질인 패턴 전사가 가능한 노광 장치, 디바이스 제조 시스템 및 디바이스 제조 방법을 제공할 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 6은, 도 4 중의 편광 빔 스플리터에서의 조명 광속 및 투영 광속의 진행 방향을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 마스크의 패턴의 투영상면의 이동과 기판의 노광면의 이동과의 관계를 과장하여 나타내는 설명도이다.
도 8a는, 투영상면과 노광면과의 주속도(周速度, peripheral velocity)에 차이가 없을 때의 노광폭 내에서의 상(像)의 어긋남량, 차분량(差分量)의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 8b는, 투영상면과 노광면과의 주속도에 차이가 있을 때의 노광폭 내에서의 상의 어긋남량, 차분량의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 8c는, 노광면과 투영상면과 주속도의 차이를 변화시켰을 때의 노광폭 내에서의 상의 차분량의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 투영상면과 노광면과의 주속도의 차이의 유무에 의해서 변화하는 패턴 투영상의 노광폭 내에서의 콘트라스트비의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 제2 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은, 마스크의 패턴의 투영상면의 이동과 기판의 노광면의 이동과의 관계를 과장하여 나타내는 설명도이다.
도 12는, 제2 실시 형태에서의 투영상면과 노광면과의 주속도의 차이의 유무에 의해서 변화하는 노광폭 내에서의 상의 어긋남량의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 13a는, 마스크(M) 상의 L＆S 패턴의 투영상의 광 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 13b는, 마스크(M) 상의 고립선(孤立線)(ISO) 패턴의 투영상의 광 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 14는, 주속도차가 없는(보정전) 상태에서, L＆S 패턴의 투영상의 콘트라스트값과 콘트라스트비를 시뮬레이션한 그래프이다.
도 15는, 주속도차가 있는(보정후) 상태에서, L＆S 패턴의 투영상의 콘트라스트값과 콘트라스트비를 시뮬레이션한 그래프이다.
도 16은, 주속도차가 없는(보정전) 상태에서, 고립(ISO) 패턴의 투영상의 콘트라스트값과 콘트라스트비를 시뮬레이션한 그래프이다.
도 17은, 주속도차가 있는(보정후) 상태에서, 고립(ISO) 패턴의 투영상의 콘트라스트값과 콘트라스트비를 시뮬레이션한 그래프이다.
도 18은, 기판 상의 노광면의 이동 속도에 대해서 마스크(M)의 투영상면의 주속도를 변화시켰을 때의 상변위량(어긋남량)과 노광폭과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19는, 어긋남량과 해상력을 사용하여 구한 평가값 Q1, Q2에 의해서, 최적인 노광폭을 평가하는 시뮬레이션의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 20은, 제3 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은, 제4 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 22는, 마스크의 패턴의 투영상면의 이동과 기판의 노광면의 이동과의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 23은, 제5 실시 형태에 관한 노광 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 24는, 노광 장치가 이용하는 마스크를 다른 마스크로 교환할 때의 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 25는, 홀수번째의 제1 투영 광학계의 마스크측의 시야 영역의 위치와 짝수번째의 제2 투영 광학계의 마스크측의 시야 영역의 위치와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 26은, 마스크의 정보를 기억한 정보 기억부를 표면에 가지는 마스크를 나타내는 사시도이다.
도 27은, 노광 조건이 기술된 노광 조건 설정 테이블의 모식도이다.
도 28은, 직경이 다른 마스크 사이에서의 조명 광속 및 투영 광속의 거동을, 앞의 도 5를 기초로 하여 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 29는, 직경이 다른 마스크로 교환한 경우에서의 인코더 헤드 등의 배치 변경을 나타내는 도면이다.
도 30은, 캘리브레이션(calibration) 장치의 도면이다.
도 31은, 캘리브레이션을 설명하기 위한 도면이다.
도 32는, 에어 베어링을 이용하여 마스크를 회전 가능하게 지지하는 예를 나타내는 측면도이다.
도 33은, 에어 베어링을 이용하여 마스크를 회전 가능하게 지지하는 예를 나타내는 사시도이다.
도 34는, 제6 실시 형태에 관한 노광 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 35는, 제7 실시 형태에 관한 노광 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 36은, 반사형의 원통 마스크(M)의 노광 장치 내에서의 지지 기구의 부분적인 구조예를 나타내는 사시도이다.
도 37은, 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 생각할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 게다가, 이하에 기재한 구성요소는 적절히 조합하는 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 플렉시블ㆍ디스플레이를 제조하는 경우로서 설명하지만 이것에 한정되지 않는다. 디바이스로서는, 동박(銅箔) 등에 의한 배선 패턴이 형성되는 배선 기판, 다수의 반도체 소자(트랜지스터, 다이오드 등)가 형성되는 기판 등을 제조할 수도 있다.
［제1 실시 형태］
제1 실시 형태는, 기판에 노광 처리를 실시하는 기판 처리 장치가 노광 장치이다. 또, 노광 장치는, 노광 후의 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 플렉시블ㆍ디스플레이를 제조하는 라인(플렉시블ㆍ디스플레이 제조 라인)이다. 플렉시블ㆍ디스플레이로서는, 예를 들면 유기 EL 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, 처리 후의 기판(P)을 가요성의 디바이스로서 회수용 롤(FR2)에 권취하는, 이른바 롤ㆍ투ㆍ롤(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, 폴리스티렌 수지, 초산비닐수지 중 1개 또는 2개 이상을 포함하고 있다.
기판(P)은, 예를 들면, 기판(P)에 실시되는 각종 처리에서 받은 열에 의한 변형량을 실질적으로 무시할 수 있도록, 열팽창 계수가 현저하게 크지 않은 것을 선정하는 것이 바람직하다. 열팽창 계수는, 예를 들면, 무기(無機) 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 100㎛ 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 되고, 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, 처리 후의 기판(P)은, 복수의 디바이스가 이어진 상태가 된다. 즉, 공급용 롤(FR1)로부터 송출되는 기판(P)은, 다면(多面)을 얻기 위한 기판으로 되어 있다. 또, 기판(P)은, 미리 소정의 전(前)처리에 의해서, 그 표면을 개질(改質)하여 활성화한 것, 혹은, 표면에 정밀 패터닝을 위한 미세한 격벽 구조(요철 구조)를 임프린트법(imprint法) 등에 의해 형성한 것이라도 괜찮다.
처리 후의 기판(P)은, 롤 모양으로 권회됨으로써 회수용 롤(FR2)로서 회수된다. 회수용 롤(FR2)은, 도시하지 않는 다이싱(dicing) 장치에 장착된다. 회수용 롤(FR2)이 장착된 다이싱 장치는, 처리 후의 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 정도이고, 길이 방향(장척(長尺)이 되는 방향)의 치수가 10m 이상이다. 또, 기판(P)의 치수는, 상기한 치수에 한정되지 않는다.
도 1에서는, X방향, Y방향 및 Z방향이 직교하는 직교 좌표계로 되어 있다. X방향은, 수평면내에서 공급용 롤(FR1) 및 회수용 롤(FR2)을 연결하는 방향이고, 도 1에서의 좌우 방향이다. Y방향은, 수평면내에서 X방향에 직교하는 방향이며, 도 1에서의 전후 방향이다. Y방향은, 공급용 롤(FR1) 및 회수용 롤(FR2)의 축 방향으로 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 회전하고, 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 ±십수 μm ~ 수십㎛ 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, 처리 후의 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 회전하고, 기판(P)을 반송 방향으로 끌어 당김과 아울러, 회수용 롤(FR2)을 회전시킴으로써, 기판(P)을 감아 올린다. 이 때, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC2)는, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC1)와 마찬가지로 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(예를 들면, 감광성 친발액성(親撥液性) 개질재, 감광성 도금 환원재 등), 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 제거하여, 감광성 기능액이 도포된 기판(P)을 건조시킴으로써, 기판(P) 상에 감광성 기능층을 형성한다.
처리 장치(U2)는, 기판(P)의 표면에 형성된 감광성 기능층을 안정되도록, 처리 장치(U1)로부터 반송된 기판(P)을 소정 온도(예를 들면, 수 10 ~ 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 있으며, 복수의 롤러 및 복수의 에어ㆍ턴바는, 기판(P)의 반송 경로를 구성하고 있다. 복수의 롤러는, 기판(P)의 이면측으로 굴러 접촉하여 마련되고, 복수의 에어ㆍ턴바는, 기판(P)의 표면측에 비접촉 상태로 마련된다. 복수의 롤러 및 복수의 에어ㆍ턴바는, 기판(P)의 반송 경로를 길게 하도록, 사행(蛇行, 구불구불함) 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.
처리 장치(기판 처리 장치)(U3)는, 처리 장치(U2)로부터 공급된, 표면에 감광성 기능층이 형성된 기판(감광 기판)(P)에 대해서, 디스플레이용 회로 또는 배선등의 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(DR4)와, 기판(P)의 폭방향(Y방향)에서의 위치를 조정하는 엣지 포지션 컨트롤러(EPC3)를 가진다. 구동 롤러(DR4)는, 기판(P)의 표리 양면을 사이에 끼워 지지하면서 회전하여, 기판(P)을 반송 방향의 하류측으로 송출함으로써, 기판(P)을 노광 위치에서 지지하는 회전 드럼(DR5)으로 향하여 공급한다. 엣지 포지션 컨트롤러(EPC3)는, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC1)와 동일하게 구성되며, 노광 위치에서의 기판(P)의 폭방향이 목표 위치가 되도록, 기판(P)의 폭방향에서의 위치를 수정한다. 또, 처리 장치(U3)는, 노광 후의 기판(P)에 늘어짐을 부여한 상태에서, 기판(P)을 반송 방향의 하류측으로 보내는 2조(組)의 구동 롤러(DR6, DR7)를 가진다. 2조의 구동 롤러(DR6, DR7)는, 기판(P)의 반송 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 구동 롤러(DR6)는, 반송되는 기판(P)의 상류측을 사이에 끼워 지지하여 회전하고, 구동 롤러(DR7)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(DR7) 보다도 반송 방향의 하류측에서 발생하는 반송 속도의 변동을 흡수할 수 있어, 반송 속도의 변동에 의한 기판(P)에의 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 노광 후의 기판(P)에 대해서, 습식(濕式)에 의한 현상(現像) 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 롤러가 마련되고, 구동 롤러(DR8)는, 처리조(BT3)를 통과한 기판(P)을 사이에 끼워 지지하면서 회전함으로써, 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)을 제거함과 아울러, 기판(P)의 수분 함유량을 조정한다. 처리 장치(U5)에 의해 건조된 기판(P)은, 몇 개의 처리 장치를 더 거쳐, 처리 장치(Un)에 반송된다. 그리고, 처리 장치(Un)에서 처리된 후, 기판(P)은, 기판 회수 장치(4)의 회수용 롤(FR2)에 감아 올려진다.
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 5를 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. 도 5는, 마스크에 조사되는 조명 광속, 및 마스크로부터 사출하는 투영 광속 의 상태를 나타내는 도면이다. 도 6은, 도 4 중의 편광 빔 스플리터에서의 조명 광속 및 투영 광속의 진행 방향을 모식적으로 나타내는 도면이다. 이하, 처리 장치(U3)를 노광 장치(U3)라고 한다.
도 2에 나타내는 노광 장치(U3)는, 이른바 주사(走査) 노광 장치이며, 기판(P)을 반송 방향으로 반송하면서, 원통 모양의 마스크(M)의 외주면에 형성된 마스크 패턴의 상을, 기판(P)의 표면에 투영 노광한다. 또, 도 2에서는, X방향, Y방향 및 Z방향이 직교하는 직교 좌표계로 되어 있고, 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 형성된다. 마스크(M)의 원주면은, 소정의 마스크 패턴이 형성된 마스크면(P1)으로 되어 있다. 마스크면(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 좋다. 이 때문에, 반사 억제부는, 광을 흡수해도, 투과해도, 소정 방향 이외로 반사(예를 들면 난반사(亂反射))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, 알루미늄이나 SUS 등의 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) 둘레의 둘레 방향으로 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 좋으며, 원통체의 형상에 한정되지 않는다. 예를 들면, 마스크(M)는, 원주면을 가지는 원호 모양의 판재라도 괜찮다. 또, 마스크(M)는, 박판(薄板) 모양이라도 좋고, 박판 모양의 마스크(M)를 만곡시켜, 원주면을 가지도록 해도 괜찮다.
다음으로, 도 2에 나타내는 노광 장치(U3)에 대해 설명한다. 노광 장치(U3)는, 상기한 구동 롤러(DR4, DR6, DR7), 회전 드럼(DR5), 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 제어 장치(16)를 가진다. 노광 장치(U3)는, 광원 장치(13)로부터 사출된 조명광을, 조명 광학계(IL)와 투영 광학계(PL)의 일부를 매개로 하여, 마스크 유지 기구(11)에 의해 지지되는 마스크(M)의 패턴면(P1)에 조사하고, 마스크(M)의 패턴면(P1)에서 반사한 투영 광속(결상광(結像光))을, 투영 광학계(PL)를 매개로 하여 기판 지지 기구(12)에 의해 지지되는 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 별도의 장치라도 괜찮다. 하위 제어 장치(16)는, 예를 들면, 컴퓨터를 포함한다.
마스크 유지 기구(11)는, 마스크(M)를 유지하는 원통 드럼('마스크 유지 드럼'이라고도 함)(21)과, 원통 드럼(21)을 회전시키는 제1 구동부(22)를 가지고 있다. 원통 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 접속되고, 제1 축(AX1)을 회전 중심으로 원통 드럼(21)을 회전시킨다.
또, 마스크 유지 기구(11)의 원통 드럼(21)은, 그 외주면에 고반사부와 저반사부에 의해 마스크 패턴을 직접 형성했지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 마스크 유지 기구(11)로서의 원통 드럼(21)은, 그 외주면을 따라서 박판 모양의 반사형 마스크(M)를 감아 유지해도 괜찮다. 또, 마스크 유지 기구(11)로서의 원통 드럼(21)은, 미리 반경 Rm이고 원호 모양으로 만곡시킨 판 모양의 반사형 마스크(M)를 원통 드럼(21)의 외주면에 착탈 가능하게 유지해도 괜찮다.
기판 지지 기구(12)는, 기판(P)을 지지하는 기판 지지 드럼(25)(도 1 중의 회전 드럼(DR5))과, 기판 지지 드럼(25)을 회전시키는 제2 구동부(26)와, 한 쌍의 에어ㆍ턴바(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 원통면 모양으로 만곡시켜 지지한다. 제2 구동부(26)는, 하위 제어 장치(16)에 접속되고, 제2 축(AX2)을 회전 중심으로 기판 지지 드럼(25)을 회전시킨다. 한 쌍의 에어ㆍ턴바(ATB1, ATB2)와 한 쌍의 가이드 롤러(27, 28)가, 기판 지지 드럼(25)을 사이에 두고, 기판(P)의 반송 방향의 상류측 및 하류측에 각각 마련되어 있다. 가이드 롤러(27)은 구동 롤러(DR4)로부터 반송된 기판(P)을, 에어ㆍ턴바(ATB1)를 매개로 하여 기판 지지 드럼(25)으로 안내하고, 가이드 롤러(28)는 기판 지지 드럼(25)을 거쳐 에어ㆍ턴바(ATB2)로부터 반송된 기판(P)을 구동 롤러(DR6)로 안내한다.
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, 소정 속도로 장척 방향(X방향)으로 보낸다.
이 때, 제1 구동부(22) 및 제2 구동부(26)에 접속된 하위 제어 장치(16)는, 원통 드럼(21)과 기판 지지 드럼(25)을 소정의 회전 속도비로 동기 회전시키는 것에 의해서, 마스크(M)의 마스크면(P1)에 형성된 마스크 패턴의 상이, 기판 지지 드럼(25)의 지지면(P2)에 감겨진 기판(P)의 표면(원주면을 따라 만곡한 면)에 연속적으로 반복하여 투영 노광된다. 노광 장치(U3)는, 제1 구동부(22) 및 제2 구동부(26)가 본 실시 형태의 이동 기구가 된다.
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, 레이저 다이오드 또는 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) 보다 짧은 파장을 포함하는 조명 광속(EL1)을 사출하는 것이 바람직하다. 그러한 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 분할하고, 복수의 조명 광속(EL1)을 복수의 조명 광학계(IL)로 안내한다. 본 실시 형태의 도광 부재(32)는, 광원(31)으로부터 사출된 조명 광속(EL1)을 소정의 편광 상태의 광으로서 편광 빔 스플리터(PBS)에 입사시킨다. 편광 빔 스플리터(PBS)는, 마스크(M)를 낙사(落射) 조명하기 위해서 마스크(M)와 투영 광학계(PL)와의 사이에 마련되며, 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 편광판에서 편광시켜도 괜찮다. 즉 광원 장치(13)는, 랜덤 편광의 광속이 안내되어 있는 경우, 랜덤 편광의 광속을 편광판에서 편광해도 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 상정(想定)한 노광 장치이다. 또, 도 3에는, 원통 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, 원통 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 축 방향(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, 축 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 또, 제2 조명 영역(IR2), 제4 조명 영역(IR4) 및 제6 조명 영역(IR6)은, 축 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 이 때, 제2 조명 영역(IR2)는, 축 방향에서, 제1 조명 영역(IR1)과 제3 조명 영역(IR3)과의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 제3 조명 영역(IR3)은, 축 방향에서, 제2 조명 영역(IR2)과 제4 조명 영역(IR4)과의 사이에 배치된다. 제4 조명 영역(IR4)은, 축 방향에서, 제3 조명 영역(IR3)과 제5 조명 영역(IR5)과의 사이에 배치된다. 제5 조명 영역(IR5)은, 축 방향에서, 제4 조명 영역(IR4)과 제6 조명 영역(IR6)과의 사이에 배치된다. 각 조명 영역(IR1 ~ IR6)은, Y방향으로 서로 이웃하는 사다리꼴 모양의 조명 영역의 사변부(斜邊部)의 삼각부끼리가, 마스크(M)의 둘레 방향(X방향)으로 회전했을 때에 서로 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 프레임 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)을 따라 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, 축 방향에서, 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, 축 방향에서, 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)에 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))을 균일한 조도로 조명하도록, 광원 장치(13)로부터의 조명 광속(EL1)을 마스크(M) 상의 조명 영역(IR)에 쾰러(Kohler) 조명한다. 또, 조명 광학계(IL)는, 편광 빔 스플리터(PBS)를 이용한 낙사 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 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, 도광 부재(32)로부터 사출하는 광을 입사하여, 플라이아이 렌즈(52)의 입사측의 면 전체를 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 점광원상(点光源像)으로 분할한 면광원상(面光源像)을 생성한다. 조명 광속(EL1)은 그 면광원상으로부터 생성된다. 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 마련되어 있다. 콘덴서 렌즈(53)의 광축은, 제1 광축(BX1) 상에 배치된다. 콘덴서 렌즈(53)는, 플라이아이 렌즈(52)의 출사측에 형성된 다수의 점광원상의 각각으로부터의 광을, 조명 시야 조리개(55) 상에서 중첩시켜, 균일한 조도 분포로 조명 시야 조리개(55)를 조사한다. 조명 시야 조리개(55)는, 도 3에 나타낸 조명 영역(IR)과 상사(相似)인 사다리꼴 또는 장방형의 직사각형 모양의 개구부를 가지며, 그 개구부의 중심은 제1 광축(BX1) 상에 배치된다. 조명 시야 조리개(55)로부터 마스크(M)에 이르는 광로 중에 마련되는 릴레이 렌즈(56), 편광 빔 스플리터(PBS), 1/4 파장판(41)에 의해서, 조명 시야 조리개(55)의 개구부는 마스크(M) 상의 조명 영역(IR)과 광학적으로 공역인 관계로 배치된다. 릴레이 렌즈(56)는, 조명 시야 조리개(55)의 개구부를 투과한 조명 광속(EL1)을 편광 빔 스플리터(PBS)에 입사시킨다. 콘덴서 렌즈(53)의 출사측으로서, 조명 시야 조리개(55)에 인접한 위치에는, 실린드리칼 렌즈(54)가 마련되어 있다. 실린드리칼 렌즈(54)는, 입사측이 평면이 되고 출사측이 볼록 원통 렌즈면이 되는 평(平)볼록 실린드리칼 렌즈이다. 실린드리칼 렌즈(54)는, 실린드리칼 렌즈(54)의 광축이, 제1 광축(BX1) 상에 배치된다. 실린드리칼 렌즈(54)는, 마스크(M) 상의 조명 영역(IR)을 조사하는 조명 광속(EL1)의 각 주광선을, XZ면내에서는 수렴시키고, Y방향에 관해서는 평행 상태로 한다.
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)을 S편광의 직선 편광으로 하면, 조명 광속(EL1)은 편광 빔 스플리터(PBS)의 파면 분할면에서 반사하고, 1/4 파장판(41)을 투과하여 원편광이 되어 마스크(M) 상의 조명 영역(IR)을 조사한다. 마스크(M) 상의 조명 영역(IR)에서 반사한 투영 광속(EL2)은, 다시 1/4 파장판(41)을 통과하는 것에 의해서 원편광으로부터 직선 P편광으로 변환되며, 편광 빔 스플리터(PBS)의 파면 분할면을 투과하여 투영 광학계(PL)를 향한다. 편광 빔 스플리터(PBS)는, 파면 분할면에 입사된 조명 광속(EL1)의 대부분을 반사함과 아울러, 투영 광속(EL2)의 대부분을 투과하는 것이 바람직하다. 편광 빔 스플리터(PBS)의 파면 분할면에서의 편광 분리 특성은 소광비(消光比)로 나타내어지지만, 그 소광비는 파면 분할면을 향하는 광선의 입사각에 의해서도 변하기 때문에, 파면 분할면의 특성은, 실용상의 결상(結像) 성능에의 영향이 문제가 되지 않도록, 조명 광속(EL1)이나 투영 광속(EL2)의 NA(개구수)도 고려하여 설계된다.
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(平行系))이 되도록, 마스크(M)의 조명 영역(IR)에 조사되는 조명 광속(EL1)의 주광선을, XZ면(축(AX1)과 수직인 면) 내에서는 의도적으로 비텔레센트릭한 상태로 하고, YZ면(중심면(CL)과 평행) 내에서는 텔레센트릭한 상태로 한다. 조명 광속(EL1)의 그러한 특성은, 도 4 중에 나타낸 실린드리칼 렌즈(54)에 의해서 부여된다. 구체적으로는, 마스크면(P1) 상의 조명 영역(IR)의 둘레 방향의 중앙의 점 Q1을 통과하여 제1 축(AX1)을 향하는 선과, 마스크면(P1)의 반경 Rm의 1/2의 원과의 교점 Q2을 설정했을 때, 조명 영역(IR)을 통과하는 조명 광속(EL1)의 각 주광선이, XZ면에서는 교점 Q2을 향하도록, 실린드리칼 렌즈(54)의 볼록 원통 렌즈면의 곡률을 설정한다. 이와 같이 하면, 조명 영역(IR) 내에서 반사한 투영 광속(EL2)의 각 주광선은, XZ면내에서는, 제1 축(AX1), 점 Q1, 교점 Q2을 통과하는 직선과 평행(텔레센트릭)한 상태가 된다.
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 모양(직사각형 모양)의 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, 축 방향에서, 제1 투영 영역(PA1)과 제3 투영 영역(PA3)과의 사이에 배치된다. 마찬가지로, 제3 투영 영역(PA3)은, 축 방향에서, 제2 투영 영역(PA2)과 제4 투영 영역(PA4)과의 사이에 배치된다. 제4 투영 영역(PA4)은, 축 방향에서, 제3 투영 영역(PA3)과 제5 투영 영역(PA5)과의 사이에 배치된다. 제5 투영 영역(PA5)은, 축 방향에서, 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, Y방향으로 서로 이웃하는 사다리꼴 모양의 투영 영역(PA)의 사변부(斜邊部)의 삼각부끼리가, 기판(P)의 반송 방향에 관해서 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 볼 때, 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 둘레 길이와, 실질적으로 동일하게 설정되어 있다.
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, 축 방향에서, 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, 축 방향에서, 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.
다시, 도 4를 참조하여, 각 투영 광학계(PL1 ~ PL6)에 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 되고 있다. 환언하면, 조명 광학계(IL) 및 투영 광학계(PL)는, 1/4 파장판(41) 및 편광 빔 스플리터(PBS)를 공유하고 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 조명 영역(IR)(도 3 참조)에서 반사된 투영 광속(EL2)은, 각 주광선이 서로 평행하게 된 텔레센트릭한 광속이 되어, 도 2에 나타내는 투영 광학계(PL)에 입사한다. 조명 영역(IR)에서 반사된 원편광이 되는 투영 광속(EL2)은, 1/4 파장판(41)에 의해 원편광으로부터 직선 편광(P편광)으로 변환된 후, 편광 빔 스플리터(PBS)에 입사한다. 편광 빔 스플리터(PBS)에 입사한 투영 광속(EL2)은, 편광 빔 스플리터(PBS)를 투과한 후, 도 4에 나타내는 투영 광학 모듈(PLM)에 입사한다.
일례로서, 편광 빔 스플리터(PBS)는, XZ면내에서 삼각형의 2개의 프리즘(석영제)을 접합하거나, 옵티컬 콘택트(optical contact)에 의해서 접촉 유지하거나 하여, 전체로서 직사각형 모양으로 한 것이다. 그 접합면에는, 편광 분리를 효율적으로 행하기 위해서, 산화 하프늄 등을 포함하는 다층막이 형성된다. 게다가, 마스크(M)로부터의 투영 광속(EL2)을 입사하는 편광 빔 스플리터(PBS)의 면과, 그 투영 광속(EL2)을 투영 광학계(PL)의 제1 편향 부재(70)의 제1 반사면(P3)을 향해서 사출하는 면은, 투영 광속(EL2)의 주광선에 대해서 수직이 되도록 설정된다. 게다가, 조명 광속(EL1)이 입사하는 편광 빔 스플리터(PBS)의 면은, 조명 광학계(IL)의 제1 광축(BX1)(도 4 참조)과 수직하게 설정된다. 또, 접착제를 이용하는 것에 의한 자외선 또는 레이저광에의 내성이 염려되는 경우, 편광 빔 스플리터(PBS)의 접합면은, 접착제를 사용하지 않은 옵티컬 콘택트에 의한 접합이 적용된다.
조명 영역(IR)에서 반사된 투영 광속(EL2)은, 텔레센트릭한 광속이 되어, 투영 광학계(PL)에 입사한다. 조명 영역(IR)에서 반사된 원편광이 되는 투영 광속(EL2)은, 1/4 파장판(41)에 의해 원편광으로부터 직선 편광(P편광)으로 변환된 후, 편광 빔 스플리터(PBS)에 입사한다. 편광 빔 스플리터(PBS)에 입사한 투영 광속(EL2)은, 편광 빔 스플리터(PBS)를 투과한 후, 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 투영 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, 제1 광학계(61)의 동면에 배치되고, 플라이아이 렌즈(52)에 의해 생성되는 다수의 점광원상과 광학적으로 공역인 관계로 설정된다.
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 형상이 투영 영역(PA)의 실질적인 형상을 규정하게 된다. 따라서, 조명 광학계(IL) 내의 조명 시야 조리개(55)의 개구의 형상을, 투영 영역(PA)의 실질적인 형상과 상사(相似) 사다리꼴 모양으로 하는 경우는, 투영 시야 조리개(63)를 생략할 수 있다.
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)을 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, 제2 광학계(62)의 동면에 배치되고, 제1 오목면 거울(72)에 결상한 다수의 점광원상과 광학적으로 공역인 관계로 설정된다.
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 반사되고, 배율 보정용 광학 부재(66)를 통과하여, 투영 영역(PA)에 투사된다. 이것에 의해, 조명 영역(IR)에서의 마스크 패턴의 상(像)은, 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 가변시킨다. 이것에 의해서 제1 광학계(61)의 실효적인 광로 길이를 미세 조정하고, 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 상면내에서 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(微小) 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 고정하며, 사이의 볼록 렌즈를 광축(주광선) 방향으로 이동시키도록 구성한 것이다. 이것에 의해서, 투영 영역(PA)에 형성되는 마스크 패턴의 상은, 텔레센트릭한 결상 상태를 유지하면서, 등방적으로 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 Z축과 평행한 축 둘레로 미소 회전시키는 것이다. 이 로테이션 보정 기구(67)는, 제1 편향 부재(70)의 회전에 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 조정할 수 있다.
이와 같이 구성된 투영 광학계(PL)에서, 마스크(M)로부터의 투영 광속(EL2)은, 조명 영역(IR)으로부터 텔레센트릭한 상태(각 주광선이 서로 평행한 상태)로 출사 하고, 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 반사되어, 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 반사되어, 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 반사되어, 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.
본 실시 형태에서, 제1 편향 부재(70)의 제2 반사면(평면 거울)(P4)과, 제2 편향 부재(80)의 제3 반사면(평면 거울)(P5)은, 중심면(CL)(혹은 광축(BX2, BX3))에 대해서 45° 경사진 면으로 되어 있지만, 제1 편향 부재(70)의 제1 반사면(평면 거울)(P3)과, 제2 편향 부재(80)의 제4 반사면(평면 거울)(P6)은, 중심면(CL)(혹은 광축(BX2, BX3))에 대해서 45°이외의 각도로 설정된다. 제1 편향 부재(70)의 제1 반사면(P3)의 중심면(CL)(혹은 광축(BX2))에 대한 각도 α°(절대값)는, 도 5에서, 점 Q1, 교점 Q2, 제1 축(AX1)을 통과하는 직선과 중심면(CL)이 이루는 각도를 θ°로 했을 때, α°= 45°+ θ°/2인 관계로 정해진다. 마찬가지로, 제2 편향 부재(80)의 제4 반사면(P6)의 중심면(CL)(혹은 광축(BX2))에 대한 각도 β°(절대값)는, 기판 지지 드럼(25)의 외주면의 둘레 방향에 관한 투영 영역(PA) 내의 중심점을 통과하는 투영 광속(EL2)의 주광선과 중심면(CL)과의 ZX면내에서의 각도를 ε°로 했을 때, β°= 45°+ ε°/2인 관계로 정해진다. 또, 각도 ε는, 투영 광학계(PL)의 마스크(M)측, 기판(P)측의 구조상의 치수, 편광 빔 스플리터(PBS) 등의 치수, 조명 영역(IR)이나 투영 영역(PA)의 둘레 방향의 치수 등에 따라서는 다르지만, 10°~ 30°정도로 설정된다.
＜마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계＞
도 7은, 마스크(M)의 원통 모양의 패턴면(P1)의 투영상면(Sm)과 원통 모양으로 지지되는 기판(P)의 노광면(Sp)과의 관계를, 과장하여 나타내는 설명도이다. 다음으로, 제1 실시 형태의 노광 장치(U3)에서의 마스크의 패턴의 투영상면과 기판의 노광면과의 관계에 대해서, 도 7을 참조하여 설명한다.
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. 또, 투영상면(Sm)을 바꾸어, 베스트 포커스 이외의 위치의 면을 이용해도 괜찮다. 예를 들면, 베스트 포커스로부터 일정 거리 떨어진 위치에서 형성되는 면으로 해도 좋다. 여기서, 마스크(M)는, 전술한 바와 같이 곡률 반경 Rm인 곡면(ZX평면에서 곡선)에 배치되어 있다. 투영 광학계(PL)의 투영 배율을 등배로 했으므로, 이것에 의해 투영상면(Sm)도, 투영 영역(PA)의 둘레 방향의 치수인 노광폭(2A)의 범위에서는, 근사적으로, Y방향으로 연장하는 중심선(AX1')을 중심으로 한 곡률 반경 Rm인 곡면의 일부로 간주할 수 있다. 또, 전술한 바와 같이, 기판(P)은 원통 형상의 기판 지지 드럼(25)의 지지면(P2)에 의해 유지되므로, 기판(P)의 표면의 노광면(Sp)은 곡률 반경 Rp인 곡면(ZX평면에서 곡선)의 일부가 된다. 게다가, 투영상면(Sm)의 곡률 중심인 중심선(AX1')과 기판 지지 드럼(25)의 중심축(AX2)과는 서로 평행이 되고, YZ면과 평행한 면 KS에 포함되는 것으로 하면, 면 KS는 노광폭(2A)의 중점에 위치하고, 게다가 반경 Rm인 투영상면(Sm)과 반경 Rp인 노광면(Sp)이 접하는 Y방향으로 연장된 접선(Cp)을 포함하도록 위치한다. 또, 설명을 위해, 노광면(Sp)의 반경 Rp와 투영상면(Sm)의 반경 Rm은, Rp＞Rm인 관계로 설정한다.
여기서, 마스크(M)를 유지하는 원통 드럼(21)은, 제1 구동부(22)에 의해서 각속도 ωm로 회전하고, 기판(P)(노광면(Sp))을 지지하는 기판 지지 드럼(25)은 제2 구동부(26)에 의해서 각속도 ωp로 회전하는 것으로 한다. 또, 면 KS와 직교하고, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)과의 접선(Cp)을 포함하는 면을 기준면(HP)로 한다. 이 기준면(HP)는 XY면과 평행이며, 기준면(HP)이 X방향으로 가상의 이동 속도 V(등속)로 이동하는 것으로 가정한다. 그 이동 속도 V는, 투영상면(Sm) 및 노광면(Sp)의 둘레 방향의 이동 속도(주속도)와 일치하고 있다. 본 실시 형태의 노광 영역(투영 영역(PA))은, 기준면(HP)에 평행한 방향에서, 해당 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)과의 접선(Cp)을 중심으로 하여, 폭 2A가 되는 폭이다. 즉, 노광 영역(투영 영역(PA))은, 기준면(HP)의 이동 방향에서, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)과의 접선(Cp)로부터 ＋X방향과 -X방향의 각각에 거리 A 이동한 위치까지를 포함하는 영역이 된다.
투영상면(Sm)은, 곡률 반경 Rm인 면 상(上)을 각속도 ωm로 회전하므로, 접선(Cp) 상에 존재하는 투영상면(Sm) 상의 특정점은, 시간 t경과후, θm= ωmㆍt만큼 회전한다. 이 때문에, 해당 특정점은, 기준면(HP) 상에서 보면, ＋X방향으로 Xm=Rmㆍsin(θm)만큼 이동한 점 Cp1에 위치한다. 한편, 접선(Cp) 상에 존재하는 상기의 특정점이 기준면(HP)을 따라서 이동 속도 V로 직선 이동하면, 해당 특정점은, 시간 t경과후에는 ＋X방향으로 Vㆍt만큼 이동한 점 Cp0에 위치한다. 따라서, 접선(Cp) 상의 특정점이, 시간 t경과후에 투영상면(Sm)을 따라서 이동했을 때의 X방향의 이동량과, 기준면(HP)을 따라서 직선 이동했을 때의 X방향의 이동량과의 어긋남량 Δ1은, Δ1=Vㆍt－Xm=Vㆍt－Rmㆍsin(θm)가 된다.
마찬가지로, 노광면(Sp)은, 곡률 반경 Rp인 면 상을 각속도를 ωp로 회전하므로, 접선(Cp) 상에 존재하는 노광면(Sp) 상의 특정점은, 기준면(HP) 상에서 보면, 시간 t경과후, θp= ωpㆍt만큼 회전한다. 이 때문에, 해당 노광면(Sp) 상의 특정점은, ＋X방향으로 Xp=Rpㆍsin(θp)만큼 이동한 점 Cp2에 위치한다. 따라서, 접선(Cp) 상의 특정점이, 시간 t경과후에 노광면(Sp)을 따라서 이동했을 때의 X방향의 이동량과, 기준면(HP)을 따라서 직선 이동했을 때의 X방향의 이동량과의 어긋남량 Δ2는, Δ2=Vㆍt－Xp=Vㆍt－Rpㆍsin(θp)가 된다. 상기의 어긋남량 Δ1, Δ2는, 원통면 상의 점을 평면(기준면(HP))에 투영했을 때의 투영 오차라고도 한다. 앞서 도 5에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 도 7에 나타낸 노광폭(2A)의 투영 영역(PA) 내에서는, 마스크(M)의 패턴의 투영상이 텔레센트릭한 상태에서 노광면(Sp)에 투영된다. 즉, XZ면내에서, 투영상면(Sm) 상의 각 점은 면 KS와 평행한 선(기준면(HP)과 수직인 선)을 따라서 노광면(Sp) 상에 투영된다. 이 때문에, 기준면(HP) 상의 점 Cp0에 대응하는 투영상면(Sm) 상의 점 Cp1(위치 Xm)은, 노광면(Sp) 상에서도 동일한 X방향의 위치 Xm에 투영되게 되어, 기준면(HP) 상의 점 Cp0에 대응하는 노광면(Sp) 상의 점 Cp2의 위치 Xp와의 사이에서 어긋남이 발생한다. 이 어긋남의 주된 원인은, 투영상면(Sm)의 반경 Rm과 노광면(Sp)의 반경 Rp이 다르기 때문이다.
이와 같이, 반경 Rm과 반경 Rp에 차이가 있는 경우에는, 도 7 중에 나타낸 투영상면(Sm) 상의 점 Cp1의 어긋남량 Δ1과 노광면(Sp) 상의 점 Cp2의 어긋남량 Δ2와의 차분량 Δ(=Δ1-Δ2)이, 노광폭(2A) 내의 X방향의 위치에 따라 점차 변화한다. 그래서, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)의 반경차(Rm/Rp)에 의해 생기는 어긋남의 차분량 Δ를 노광폭(2A) 내에서 정량화(시뮬레이션)하는 것에 의해, 기판(P) 상에 투영 노광되는 패턴의 품질(투영상의 질)을 고려한 최적인 노광 조건을 설정할 수 있다. 또, 차분량 Δ는, 원통 모양의 투영상면(Sm)을 원통 모양의 노광면(Sp) 상에 전사할 때의 투영 오차라고도 한다.
도 8a는, 일례로서, 투영상면(Sm)의 반경 Rm를 125mm, 노광면(Sp)의 반경 Rp를 200mm로 하고, 투영상면(Sm)의 주속도(Vm로 함)와 노광면(Sp)의 주속도(Vp로 함)를 이동 속도 V로 일치시킨 상태에서, 노광폭(2A)으로서 ±10mm의 범위 내에서, 상기의 어긋남량 Δ1, Δ2, 및 차분량 Δ의 변화를 산출한 그래프이다. 도 8a에서, 가로축은 투영 영역(PA)의 중심(면 KS가 통과하는 위치)을 원점으로 한 기준면(HP) 상의 좌표 위치[mm]를 나타내고, 세로축은 산출되는 어긋남량 Δ1, Δ2, 차분량 Δ[㎛]를 나타낸다. 도 8a와 같이, 투영상면(Sm)의 주속도 Vm과 노광면(Sp)의 주속도 Vp가 일치하고 있는 경우, 차분량 Δ의 절대값은, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)이 접하는 접선(Cp)의 위치(원점)로부터 ±X 방향으로 멀어짐에 따라서 점차 크게 된다. 예를 들면, 최소 선폭(船幅)이 수㎛ ~ 10㎛ 정도의 패턴의 충실한 전사를 위해, 차분량 Δ의 절대값을 1㎛정도로 억제하는 경우는, 도 8a의 계산 결과로부터, 투영 영역(PA)의 노광폭(2A)는 ±6mm(폭으로 12mm) 이하로 할 필요가 있다.
또, 투영상면(Sm)의 주속도 Vm는, 원통 드럼(21)에 유지되는 마스크(M)의 패턴면의 주속도를 Vf로 하면, 투영 광학계(PL)의 투영 배율 β에 의해서, Vm=βㆍVf인 관계로 설정된다. 예를 들면, 투영 배율 β가 1.00(등배)이면, 마스크(M)의 패턴면의 주속도 Vf와 노광면(Sp)의 주속도 Vp는 동일하게 설정되고, 투영 배율 β가 2.00(2배 확대)이면, 2ㆍVf=Vp로 설정된다. 일반적으로, 도 8a에 나타낸 바와 같이, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)의 각 주속도는 Vm=Vp로 설정되므로, βㆍVf=Vp인 관계(기준의 속도 관계)가 되도록, 마스크(M)를 유지하는 원통 드럼(21)과 기판(P)을 지지하는 기판 지지 드럼(25)과의 회전 각속도가 정밀하게 제어된다. 그렇지만, 투영상면(Sm)의 주속도 Vm과 노광면(Sp)의 주속도 Vp에 약간의 차이를 부여하여, 도 8a 중의 차분량 Δ가 어떻게 변화할지를, 후술하는 도 8c와 같이 시뮬레이션하여 보았는데, 주속도 Vm과 주속도 Vp에 약간의 차이를 부여하는 것에 의해서, 차분량 Δ의 절대값을 작게 억제한 상태에서, 이용 가능한 노광폭(2A)을 확대할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 노광면(Sp)의 반경 Rp이 투영상면(Sm)의 반경 Rm 보다도 크다는 조건 아래에서, 노광면(Sp)의 주속도 Vp를 투영상면(Sm)의 주속도 Vm 보다도 상대적으로 낮게 했다. 구체적으로는, 노광면(Sp)의 주속도 Vp는 변화시키지 않고, 투영상면(Sm)의 주속도 Vm가 도 7에서 나타낸 기준면(HP)의 이동 속도 V 보다도 약간의 높게 되도록, 투영상면(Sm)(마스크(M))측의 회전 각속도 ωm만을 약간 변화시켰다. 변경 후의 각속도를 ωm'로 하고, 시간 t경과후의 투영상면(Sm)의 회전 각도는 θm'로 한다. 투영상면(Sm)의 주속도 Vm를 이동 속도 V에 대해서 약간만 높게 하여, 어긋남량 Δ1을 산출해 보면, 도 8a 중의 어긋남량 Δ1의 그래프의 곡선이 원점 0에서 부(負, -)의 기울기를 가지도록 변화한다.
그래서 본 실시 형태에서는, 그러한 경향을 이용하여, 노광폭(2A) 내의 위치에서 원점 0를 사이에 둔 대칭적인 2개소에서 차분량 Δ가 제로가 되도록, 투영상면(Sm)의 주속도 Vm(각속도 ωm')를 설정했다. 도 8b는, 투영상면(Sm)의 주속도 Vm를 변경한 후에 얻어지는 차분량 Δ, 어긋남량 Δ1, Δ2의 각 계산 결과를 나타내는 그래프이며, 세로축과 가로축의 정의는 도 8a와 동일하다. 도 8b에서, 어긋남량 Δ2의 그래프는 도 8a 중의 것과 동일하지만, 어긋남량 Δ1의 그래프는, 노광폭 중의 ＋5mm, －5mm의 각 위치, 및 원점 0에서, 어긋남량 Δ1이 제로가 되도록 투영상면(Sm)의 각속도 ωm'(θm')를 설정한 것이다. 그 결과, 차분량 Δ는, 노광폭 중의 위치가 ±4mm의 범위 내에서는 부의 기울기로 변화하고, 그 외측의 범위에서는 정(正)의 기울기로 변화하게 되며, 노광폭 중의 원점 0, ＋6.4mm, －6.4mm인 각 위치에서 제로가 된다.
차분량 Δ로서 허용할 수 있는 범위가, 예를 들면 ±1㎛정도인 경우, 앞의 도 8a의 조건에서의 노광폭은 ±6mm이었지만, 도 8b의 조건에서의 노광폭은 ±8mm정도까지 넓어진다. 이것은, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향(둘레 방향)의 치수를 12mm 내지 16mm로 증대(약 33% 증가)할 수 있는 것을 의미하고, 노광용의 조명광의 조도가 동일하면, 패턴 전사의 충실도를 떨어뜨리지 않고, 기판(P)의 반송 속도를 약 33% 빠르게 하여 생산성을 향상시킬 수 있는 것을 의미한다. 또, 투영 영역(PA)의 치수를 33% 증대할 수 있는 것은, 기판(P)에 부여하는 노광량을 그만큼 늘릴 수 있는 것도 의미하여, 노광 조건을 완화시킬 수 있다. 또, 노광 장치(U3)는, 마스크(M)를 유지하는 원통 드럼(21)의 회전과 기판(P)을 지지하는 기판 지지 드럼(25)의 회전을, 각각, 고분해능의 로터리 인코더에 의해 계측하면서 서보 제어함으로써, 미소한 회전 속도의 차이를 발생하게 하면서, 정밀도가 높은 회전 제어를 행할 수 있다.
노광면(Sp)의 주속도 Vp를 기준면(HP)의 이동 속도 V와 동일하게 하고, 투영상면(Sm)의 주속도 Vm를 기준면(HP)의 이동 속도 V 보다도 약간 높게 하는 경우, 도 8a 중에 나타낸 차분량 Δ는, 도 8c와 같이 변화한다. 도 8c는, 도 8a 중의 차분량 Δ의 그래프만에 대해서, 노광면(Sp)의 주속도 Vp(=V)에 대한 투영상면(Sm)의 주속도 Vm의 변화율을 α[=(Vm－Vp)/Vp〕%로 하여, ±0%로부터 ＋0.01%씩 변화시킨 경우의 경향을 나타낸다. 도 8c 중의 α=±0%인 차분량 Δ의 그래프는, 도 8a 중의 차분량 Δ의 그래프와 동일한 것이다. 변화율 α=±0%인 경우는 주속도 Vm과 주속도 Vp가 일치한 상태이며, 예를 들면, 변화율 α=＋0.02%인 경우는, 주속도 Vp에 대해서 주속도 Vm가 0.02% 큰 상태이다. 이 도 8c와 같은 계산에 근거하여, 도 8b에서는, 투영상면(Sm)의 주속도 Vm을 기준면(HP)의 기준 속도 V(=Vp)에 대해서, 약 0.026% 증가시킨 상태에서 시뮬레이션을 행했다. 도 8c의 시뮬레이션 결과는, 투영상면(Sm)의 기준면(HP)에 대한 어긋남량 Δ1을 구하는 식에서의 Rmㆍsin(θm)의 θm를, (1＋α)·θm으로 치환하고, 변화율 α를 여러 가지로 변화시킴으로써 얻어진다. 실제로는, Vㆍt를, 노광폭의 X방향의 위치(mm)를 나타내는 A로 치환하면, 이하의 식에 의해 간단하게 구해진다.
Δ = Δ1－ Δ2 = (A－Rmㆍsin[(1＋α)·A/Rm])－Δ2
이상과 같이, 투영상면(Sm)의 반경 Rm과 노광면(Sp)의 반경 Rp이 다른 경우는, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)의 각 이동 속도(주속도 Vm, Vp)에 약간의 차이를 부여하는 것에 의해서, 주사 노광시의 각종 노광 조건(마스크(M)의 반경, 광 감응층의 감도, 기판(P)의 전송 속도, 조명용 광원의 파워, 투영 영역(PA)의 치수등)의 설정 범위를 넓게 하는 것이 가능하게 되어, 프로세스의 변경 등에 유연하게 대응할 수 있는 노광 장치를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 8b와 같이, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)의 각 주속도 Vm, Vp에 약간의 차이를 부여한 경우에, 노광면(Sp) 상에서 얻어지는 패턴상(pattern像)의 콘트라스트에 대해서, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는, 가로축에 도 8a, 도 7b 중의 원점 0를 0mm로 한 노광폭의 위치(절대값)를 취하고, 세로축에 원점 0에서의 값을 1.00(100%)으로 한 콘트라스트비를 취하여, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)에 주속도차가 없는 경우(도 8a)와 주속도차가 있는 경우(도 8b)에, 노광폭 내의 위치에 따른 콘트라스트비의 변화를 계산한 그래프이다. 본 실시 형태에서는, 조명 광속(EL1)(노광광)의 파장 λ를 365nm로 하고, 도 4에 나타낸 투영 광학계(PL(PLM))의 개구수 NA를 0.0875, 프로세스 정수 k를 0.6으로 했다. 이 조건 아래에서 얻어지는 최대의 해상력 Rs는, Rs=kㆍ(λ/NA)로부터, 2.5㎛가 되므로, 계산을 함에 있어서는 2.5㎛인 L＆S(라인 앤드 스페이스(line and space)) 패턴을 이용했다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 마스크 패턴의 투영상면(Sm)과 기판(P) 상의 노광면(Sp) 중 곡률이 보다 큰 면측의 주속도 Vp를 타방의 주속도 Vm 보다도 약간 낮게 설정하는 것에 의해, 높은 콘트라스트비가 얻어지는 노광폭의 범위가 넓어진다. 예를 들면, 노광면(Sp) 상에 전사되는 패턴상의 품질을 유지하기 위해, 콘트라스트비 0.8 정도가 필요하게 되는 경우, 주속도차가 없는 상태(Vm=Vp)에서의 노광폭은 ±6mm 정도인데 대해, 주속도차가 있는 상태(Vm＞Vp)에서의 노광폭은 ±8mm 이상 확보할 수 있다. 또, 콘트라스트비가 0.6 정도라도 괜찮은 것이면, 주속도차가 있는 상태(Vm＞Vp)에서의 노광폭은 ±9.5mm 정도까지 넓어진다. 이상과 같이, 투영상면(Sm)의 주속도 Vm과 노광면(Sp)의 주속도 Vp에 약간의 차이를 부여하는 것에 의해서, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향의 치수(노광폭(2A))를 크게 해도, 투영되는 패턴상의 콘트라스트(상질)를 양호하게 유지한 패턴 노광을 할 수 있다. 또, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향의 노광폭(2A)을 크게 할 수 있기 때문에, 기판(P)의 전송 속도를 보다 높이거나, 혹은 투영 영역(PA) 내의 단위면적당 노광광(투영 광속(EL2))의 조도를 낮게 하거나 할 수 있다.
그런데, 앞의 도 8c와 같이, 주속도차(Vm－Vp)를 조금씩 변화시키면서, 노광폭의 위치에 대한 차분량 Δ을 시뮬레이션하는 경우, 투영 영역(PA) 내에서의 패턴의 투영상면(Sm)과 기판(P) 상의 노광면(Sp)과의 주사 노광 방향에서의 어긋남의 차분량 Δ의 평균값, 혹은 최대값이, 전사할 패턴상의 최소 선폭(최소 치수) 보다도 작게 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 8b 중의 노광폭 중, 노광폭 0mm ~ ＋6mm까지의 범위에 주목하면, 그 범위 내에서의 차분량 Δ의 평균값은 약 -0.42㎛, 최대값은 약 -0.66㎛가 된다. 또, 노광폭 0mm ~ ＋8mm까지의 범위에 주목하면, 그 범위 내에서의 차분량 Δ의 평균값은 약 -0.18㎛, 최대값은 약 ＋1.2㎛가 된다. 전사할 패턴상의 최소 선폭을, 앞의 도 9의 시뮬레이션시에 설정한 2.5㎛로 하면, 노광폭 6mm까지의 범위와 노광폭 8mm까지의 범위 중 어느 것에서도, 차분량 Δ의 평균값, 최대값을 최소 선폭 2.5μm 보다도 작게 할 수 있다.
또, 앞의 도 8b와 같이, 시뮬레이션에서 구한 차분량 Δ의 변화 특성에서, 실제의 노광폭(투영 영역(PA)의 주사 노광 방향의 치수) 내에서 차분량 Δ가 제로가 되는 위치를 적어도 3개소 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 투영 영역(PA)이 ±8mm인 노광폭으로 설정되어 있는 경우, 주사 노광 사이, 투영 영역(PA)내에 투영되는 패턴상 중의 1점은, 노광폭 내의 -8mm의 위치로부터 ＋8mm의 위치로 이동한다. 그 사이, 패턴상 중의 1점은, 차분량 Δ가 제로가 되는 위치 -6.4mm, 위치 0mm(원점), 위치 ＋6.4mm 각각을 통과하여, 노광면(Sp) 상에 전사된다. 이와 같이, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향의 노광폭 내의 적어도 3개소에서 차분량 Δ가 제로가 되도록, 마스크(M)를 유지하는 원통 드럼(21)과 기판 지지 드럼(25)의 각 회전 속도를 정밀하게 제어하는 것에 의해, 투영 영역(PA) 내(노광면(Sp))에 노광되는 패턴상의 주사 노광 방향에서의 치수(선폭) 오차를 작게 억제할 수 있어, 충실한 패턴 전사가 가능해진다.
앞에서도 설명한 바와 같이, 최대의 해상력 Rs는, 투영 광학계(PL)의 투영상면(Sm)측의 개구수 NA, 조명 광속(EL2)의 파장 λ, 프로세스 정수 k(통상 1 이하)에 의해서, Rs=kㆍ(λ/NA)로 규정된다. 이 경우, 기준면(HP)의 이동 속도를 V, 기준면(HP)의 이동거리를 x, A를 노광폭의 절대값으로 하면, 하기의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
[수식 1]
Figure 112019120385216-pat00001
[수식 2]
Figure 112019120385216-pat00002
이 식 F(x)는, 기준면(HP) 상의 어느 점의 위치 x에서의 차분량 Δ를 나타내는 식이지만, 기준면(HP)의 이동 속도 V와 이동거리 x와의 관계는, 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 시간 t(=x/V)에 상당한다. 본 실시 형태에 의한 노광 장치(U3)는, 상기 식을 만족함으로써, 실효적인 투영 영역(PA)의 노광폭을 크게 해도, 투영되는 패턴상의 콘트라스트를 저하시키지 않고, 양호한 상질(像質)로 기판(P)에 패턴을 형성할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 의한 노광 장치(U3)는, 마스크(M)를 유지하는 원통 드럼(21)을 교환 가능하게 할 수 있다. 반사형의 원통 마스크인 경우, 원통 드럼(21)의 외주면에 마스크 패턴으로서의 고반사부와 저반사부(광 흡수부)를 직접 형성할 수 있다. 그 경우, 마스크 교환은 원통 드럼(21)마다 행하여진다. 그 때, 새롭게 노광 장치에 장착되는 반사형 원통 마스크의 원통 드럼(21)의 반경(직경)을, 교환전에 장착되어 있던 원통 마스크의 반경과 다르게 하는 경우가 있다. 이것은, 기판(P) 상에 노광해야 할 디바이스의 치수(표시 패널의 사이즈 등)를 변화시키는 등의 경우에 일어날 수 있다. 본 실시 형태에서는, 그러한 경우에도, 교환후의 원통 드럼(21)의 마스크 패턴면의 반경에 근거하여, 도 8a ~ 도 7c, 도 9와 같은 계산(시뮬레이션)을 행하는 것에 의해, 원통 드럼(21)과 기판 지지 드럼(25)에 설정해야 할 회전 각속도차, 설정해야 할 투영 영역(PA)의 노광폭, 조정해야 할 조명 광속(EL2)의 조도, 혹은 조정할 기판(P)의 반송 속도(기판 지지 드럼(25)의 회전 속도) 등의 파라미터를, 사전에 결정할 수 있다. 또, 반경 Rm이, 예를 들면 밀리 단위, 또는 센치 단위로 다른 복수의 원통 드럼(21)을 교환 가능하게 장착하는 경우는, 원통 드럼(21)의 회전 중심축(AX1)을 지지하는 노광 장치측의 베어링부를 Z방향으로 조정하는 기구가 마련된다. 또, 조정하는 파라미터로서, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향의 노광폭을 변화시키는 경우는, 예를 들면, 도 4 중의 조명 시야 조리개(55), 또는 중간상면(P7)의 시야 조리개(63)에 의해 조정할 수 있다. 이상과 같이, 노광 장치(U3)(기판 처리 장치)는, 상기의 각종 파라미터를 조정함으로써, 마스크(M)에 따라 노광 조건을 적절히 조정할 수 있어, 마스크(M)에 적절한 노광을 행할 수 있다.
노광 장치(U3)는, 기판 유지 기구(12)(기판 지지 드럼(25))에 의한 기판(P)의 이동 속도, 및, 투영 영역(PA)의 주사 노광 방향의 폭 중 적어도 1개를, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)과의 관계에 의해 규정된 조건식에 근거하여 계산되는 값, 또는, 제조 공정 중의 기판(P)의 신축 등의 계측 결과를 가미하여 계산되는 값에 근거하여 조정하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 노광 장치(U3)는, 자동적으로 각종 조건을 조정할 수 있다.
본 실시 형태의 노광 장치(U3)는, 기판(P) 상에 형성하는 표시 패널 등의 모든 패턴 영역의 폭방향의 치수가, 투영 영역(PA)의 축(AX2)의 방향의 치수 보다도 크다는 전제에서, 1개의 투영 광학계(PL)에 의한 투영 영역(PA)이 도 3의 우측 도면과 같이 늘어서도록, 6개의 투영 광학계(PL1 ~ PL6)를 마련했지만, 그 수는, 기판(P)의 폭에 따라서는 1개라도 좋고, 7개 이상이라도 좋다.
복수의 투영 광학계(PL)를 기판(P)의 폭방향으로 늘어놓는 경우, 주사 노광시에 각 투영 영역(PA)의 노광폭에 걸쳐 적산(積算)되는 노광량이, 주사 노광 방향과 직교하는 방향(기판(P)의 폭방향)에서, 어디라도 대략 일정(예를 들면 ±수% 이내)하게 하는 것이 바람직하다.
［제2 실시 형태］
다음으로, 도 10을 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 10은, 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)에 의해, 투영 영역을 통과하는 기판(P)을 유지하는 구성이었지만, 제2 실시 형태의 노광 장치(U3a)는, 평판 모양의 기판(P)을, 이동 가능한 기판 지지 기구(12a)에 의해 유지하는 구성으로 되어 있다.
제2 실시 형태의 노광 장치(U3a)에서, 기판 지지 기구(12a)는, 기판(P)을 평면 모양으로 유지하는 기판 스테이지(102)와, 기판 스테이지(102)를 중심면(CL)과 직교하는 면내(XY면)에서 X방향을 따라서 주사 이동시키는 이동 장치(도시 생략)를 구비한다.
도 10의 기판(P)의 지지면(P2)은 실질적으로 XY면과 평행한 평면이므로, 마스크(M)에서 반사하여 투영 광학 모듈(PLM(PL1 ~ PL6))에 입사한 투영 광속(EL2)은, 기판(P)에 투사될 때, 투영 광속(EL2)의 주광선이 XY면과 수직이 되도록 설정된다.
또, 제2 실시 형태에서도, 앞의 도 2와 마찬가지로, XZ면내에서 보았을 때, 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 둘레 길이와, 실질적으로 동일하게 설정되어 있다.
도 10의 노광 장치(U3a)에서도, 하위 제어 장치(16)가, 기판 지지 기구(12)의 이동 장치(주사 노광용 리니어 모터나 미동용(黴動用) 액추에이터 등)를 제어하여, 원통 드럼(21)의 회전과 동기하여 기판 스테이지(102)를 구동한다. 또, 본 실시 형태에서의 기판(P)은, 수지 필름 등의 플렉시블 기판이라도 좋고, 액정 표시 패널용 유리판이라도 좋다. 게다가, 기판 스테이지(102)의 정밀한 이동에 의해서 주사 노광을 실시하는 경우는, 지지면(P2)에 기판(P)을 진공 흡착하는 구조(예를 들면 핀 척(pin chuck) 방식, 다공질 방식의 평면 홀더 등)가 마련된다. 또, 기판 스테이지(102)는 이동시키지 않고, 기판(P)을 평면 모양으로 지지만 하는 경우는, 지지면(P2)에 기판(P)을 에어 베어링에 의한 기체층에 의해 저마찰 상태, 혹은 비접촉 상태로 지지하는 기구(예를 들면 베르누이 척 방식의 평면 홀더 등)와, 기판(P)에 소정의 텐션을 부여하여 평면성을 유지하기 위한 텐션 부여 기구가 마련된다.
다음으로, 제2 실시 형태의 노광 장치(U3a)에서의 마스크(M)의 패턴의 투영상면(Sm)의 이동과 기판(P)의 노광면(Sp)의 이동과의 관계에 대해서, 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11은, 앞의 도 7과 동일한 조건과 정의 아래에서, 마스크(M)의 패턴의 투영상면(Sm)과 기판(P) 상의 노광면(Sp)과의 관계를 과장하여 나타낸 설명도이다.
노광 장치(U3a)는, 텔레센트릭한 투영 광학계(PL)에 의해서, 원통면 모양의 마스크(M)의 패턴의 투영상면(Sm)을 형성한다. 투영상면(Sm)은, 마스크(M)의 패턴이 결상되는 베스트 포커스면이기도 하다. 여기에서도, 마스크(M)의 패턴면이 곡률 반경 Rm인 곡면으로 형성되어 있기 때문에, 투영상면(Sm)도, 가상적인 선 AX1'를 중심으로 한 곡률 반경 Rm인 원통면(ZX평면에서 원호 곡선)의 일부가 된다. 한편, 기판(P)이 기판 스테이지(102)에 의해서 평면으로 유지되므로, 노광면(Sp)은 평면(ZX평면에서 직선)이 된다. 따라서, 본 실시 형태에서의 노광면(Sp)은, 앞의 도 7에서 나타낸 기준면(HP)과 일치한 면이 된다. 즉, 노광면(Sp)은 곡률 반경 Rp가 무한대(∞)인 면, 혹은, 투영상면(Sm)의 반경 Rm에 대해서 매우 큰 곡면으로 간주할 수 있다.
투영상면(Sm)은, 곡률 반경 Rm인 면 상을 각속도 ωm로 회전하기 때문에, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)이 접하는 투영상면(Sm) 상의 점 Cp는, 시간 t경과후, 각도 θm= ωmㆍt만큼 회전한 점 Cp1에 위치한다. 따라서, 투영상면(Sm) 상의 점 Cp1의 기준면(HP)에 따른 방향(X방향)의 위치 Xm는, Xm=Rmㆍsin(θm)가 된다. 또, 노광면(Sp)은, 기준면(HP)과 일치한 평면이기 때문에, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)이 접하는 노광면(Sp) 상의 점 Cp는, 시간 t경과후, X방향으로 Xp=Vㆍt만큼 이동한 점 Cp0에 위치한다. 따라서, 앞의 도 7에서 설명한 바와 같이, 시간 t경과후의 투영상면(Sm) 상의 점 Cp1와 노광면(Sp) 상의 점 Cp0와의 X방향(주사 노광 방향)의 어긋남량 Δ1은, Δ1=Vㆍt－Rmㆍsin(θm)가 된다.
도 11의 어긋남량 Δ1은, 마스크(M) 또는 투영상면(Sm)이 등각속도도 이동하고, 기판(P) 또는 노광면(Sp)이 등속 직선 이동하는 것에 의해 생기는 투영 오차(sin 오차)이다. 그 어긋남량 Δ1은, 점 Cp가 노광폭(2A) 내의 중심이 되는 면 KS 상에 위치할 때를 제로로 하면, 그 위치로부터 ±방향으로 멀어짐에 따라서 점차 증대해 간다. 주사 노광시, 기판(P) 상의 노광면(Sp)에는, 노광폭(2A)의 범위에 걸쳐서, 투영상면(Sm)의 패턴상이 계속적으로 적산되어 전사된다. 그렇지만, 어긋남량 Δ1의 투영 오차의 영향에 의해, 전사된 패턴상의 주사 노광 방향의 치수는, 마스크(M) 상의 패턴의 치수에 대해서 오차를 가지게 되어, 전사 충실도가 저하해 버린다.
그래서, 본 실시 형태에서도, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp) 중에서, 곡률 반경이 작은 쪽의 면의 주속도를 곡률 반경이 큰 쪽의 면의 주속도에 대해서, 약간 높게 설정함으로써, 앞의 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 본 실시 형태에서는, 노광면(Sp)의 곡률 반경 Rp와 투영상면(Sm)의 곡률 반경 Rm이, Rp》Rm인 관계이기 때문에, 노광면(Sp)의 이동 속도 V에 대해서, 상대적으로 투영상면(Sm)의 주속도 Vm를 약간 높게 한다.
이하, 도 12 내지 도 18을 이용하여, 노광 장치(U3a)의 구성에 의해 각종 시뮬레이션을 실행한 일례에 대해 설명한다. 도 12는, 노광면(Sp)의 이동 속도 V(주속도 Vp와 동일)와 투영상면(Sm)의 주속도 Vm와의 차이의 유무에 의한 어긋남량 Δ1의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 12의 세로축은 도 11 중의 어긋남량 Δ1을 나타내고, 가로축은 도 8a, 도 7b와 마찬가지로 노광폭을 나타낸다. 또, 도 12 이후의 각 시뮬레이션에서는, 마스크(M)의 반경 Rm, 즉 투영상면(Sm)의 반경 Rm를 150mm로 했다. 도 11에서 설명한 바와 같이, 노광면(Sp)의 이동 속도 V(주속도 Vp)와 투영상면(Sm)의 주속도 Vm를 동일하게 한 경우, 즉 주속도차가 없는 경우, 어긋남량 Δ1의 허용 범위를 ±1㎛ 정도로 하면, 노광폭은 ±5mm 정도의 범위가 된다.
그래서, 노광면(Sp)의 이동 속도 V(주속도 Vp)에 대해서 투영상면(Sm)의 주속도 Vm를 약간 높게 하도록, 투영상면(Sm)의 각속도를 ωm으로부터 ωm'(ωm＜ ωm')로 조정하면, 어긋남량 Δ1'은, 원점 0을 중심으로 한 노광폭 ±4mm의 범위에서는 부의 기울기로 변화하고, 그 범위의 외측에서는 정의 기울기로 변화한다. 어긋남량 Δ1'이 제로가 되는 노광폭 상의 위치를 ±6.7mm 정도인 곳으로 하면, 어긋남량 Δ1'의 허용 범위가 ±1㎛ 정도에 들어가는 노광폭은 ±8mm 정도의 범위가 된다. 이것은, 주사 노광으로서 사용 가능한 노광폭을, 주속도차를 부여하지 않은 경우에 비해 60% 정도 확대한 것이 된다.
다음으로, 앞의 도 9와 마찬가지로, 노광면(Sp)의 이동 속도 V(=주속도 Vp)와 투영상면(Sm)의 주속도 Vm를 일치시킨 경우(주속도차 없음)와, 약간의 차이를 부여한 경우(주속도차 있음)와의 패턴상의 콘트라스트값(또는 콘트라스트비)의 변화에 대해 설명한다.
도 13a는, 투영 광학계(PL)의 노광면(Sp)측의 개구수 NA를 0.0875, 조명 광속(EL1)의 파장을 365nm, 프로세스 정수 0.6, 조명 δ를 0.7으로 했을 때에, 마스크(M) 상에 형성된 최대 해상력 Rs=2.5㎛의 L＆S 패턴을 투영한 경우에 노광면(Sp) 상에서 얻어지는 상의 콘트라스트를 나타낸다. 도 13b는, 동일한 투영 조건에서 얻어지는 최대 해상력 Rs=2.5㎛의 고립선(ISO) 패턴을 투영한 경우에 노광면(Sp) 상에서 얻어지는 상의 콘트라스트를 나타낸다.
2.5㎛인 L＆S 패턴에서도 ISO 패턴에서도, 상의 명부분(明部分)은 콘트라스트값으로서 1.0에 가깝고, 암부분(暗部分)은 0에 가까운 강도 분포 CN1이 되는 것이 좋다. 콘트라스트값은, 명부분의 광 강도의 최대값 Imax와 암부분의 광강도의 최소치 Imin에 의해서, (Imax－Imin)/(Imax＋Imin)에 의해서 구해진다. 강도 분포 CN1는 전체적으로 콘트라스트가 높은 상태이지만, 낮은 상태와는 강도 분포 CN2와 같이 최대값 Imax와 최소값 Imin와의 차이(진폭)가 작게 되는 것이다. 도 13a, 도 12b에서 나타낸 상의 강도 분포 CN1은, 2.5㎛의 L＆S 패턴 또는 ISO 패턴의 정지(靜止)한 투영상의 콘트라스트이지만, 주사 노광의 경우, 설정된 노광폭에 걸쳐서 기판(P)이 이동하는 동안, 예를 들면 정지한 강도 분포 CN1를 주사 노광 방향으로, 도 8b에서 설명한 차분량 Δ, 혹은, 도 12에서 설명한 어긋남량 Δ1의 변화에 준하여 늦추면서 적산한 것이, 기판(P) 상에 전사되는 패턴상의 최종적인 콘트라스트가 된다.
다음으로, 도 13a, 도 12b에서 설명한 투영 노광 조건(Rm=150mm, Rp=∞, NA=0.0875, λ=365nm, k=0.6) 하에서, 2.5㎛의 L＆S 패턴의 투영상의 노광폭의 위치에 대한 콘트라스트값(콘트라스트비)의 변화를 시뮬레이션한 결과를 도 14, 도 15에 나타낸다. 도 14, 도 15의 가로축은 정측인 노광폭(A)의 위치를 나타내고, 세로축은 (Imax－Imin)/(Imax＋Imin)로 구해지는 콘트라스트값과, 노광폭 0mm에서의 콘트라스트값을 1.0으로 규격화한 경우의 콘트라스트비를 나타낸다. 게다가, 도 14는 노광면(Sp)의 이동 속도 V(=주속도 Vp)와 투영상면(Sm)의 주속도 Vm을 일치시킨 주속도차가 없는 경우의 콘트라스트 변화를 나타내고, 도 15는, 도 12 중의 어긋남량 Δ1'과 같은 변화 특성이 되도록, 투영상면(Sm)의 주속도 Vm를 노광면(Sp)의 이동 속도 V(=주속도 Vp) 보다도 약간 크게 한 주속도차가 있는 경우의 콘트라스트 변화를 나타낸다.
도 14와 같이, 주속도차가 없는(보정전) 경우, 콘트라스트비는, 노광폭의 위치가 원점 0으로부터 4mm 정도의 사이에서는 거의 일정하지만, 5mm 이상의 위치로부터 급격하게 저하한다. 그리고 노광폭의 위치가 8mm 이상에서는 콘트라스트비가 0.4 이하가 되어, 포토레지스트에 대한 노광에서는 콘트라스트 부족이 될 수 있다. 또, 시뮬레이션에서는, 노광폭의 위치 0mm에서의 콘트라스트값은 약 0.934가 되고, 콘트라스트비는 그 값을 1.0로 규격화하여 나타냈다.
이것에 대해서, 도 15와 같이 주속도차가 있는(보정 후) 경우, 콘트라스트비는, 노광폭의 위치가 0 ~ 4mm의 사이에서 1.0에서 0.8 정도로 점차 저하하지만, 위치 4mm ~ 8mm의 사이에서는 0.8 정도를 유지하고 있다. 시뮬레이션상, 노광폭의 위치 5mm에서의 콘트라스트비는 약 0.77, 위치 7mm에서의 콘트라스트비는 약 0.82이다.
이와 같이, 평면 모양의 노광면(Sp)의 이동 속도 V(=주속도 Vp)에 대해서 투영상면(Sm)의 주속도 Vm를 약간 크게 하는 것에 의해서, 주사 노광시에 설정할 수 있는 투영 영역(PA)의 노광폭(2A)을 크게 할 수 있다.
또, 도 16에 나타내는 바와 같이, 주속도차가 없는(보정전) 경우의 2.5㎛의 ISO 패턴의 상의 콘트라스트비는, 노광폭의 위치가 5mm까지는 거의 일정하지만, 5mm 이상부터 서서히 저하하여, 위치 6mm에서 약 0.9, 위치 8mm에서 약 0.6, 위치 9mm에서 약 0.5, 그리고 위치 10mm에서 약 0.4가 된다. 또, 도 16에서의 콘트라스트비는, 도 14 중의 노광폭의 위치 0mm에서 얻어지는 2.5㎛의 L＆S 패턴의 상의 콘트라스트값(약 0.934)을 기준으로 하여, 2.5㎛의 ISO 패턴의 상에서 얻어지는 콘트라스트값(위치 0mm에서 약 0.968)의 비를 취한 것이다. 그 때문에, 도 16에 나타내는 콘트라스트비의 초기값(위치 0mm에서의 값)은, 약 1.04가 된다.
이것에 대해서, 도 17과 같이 주속도차가 있는(보정후) 경우, 2.5㎛의 ISO 패턴의 상의 콘트라스트비는, 노광폭의 위치가 0 ~ 8mm의 범위에서는 0.9 이상을 유지하고, 위치 9mm에서 0.8 정도로 저하하지만, 위치 10mm에서도 약 0.67을 유지하고 있다. 이상과 같이, 평면 모양의 노광면(Sp)의 이동 속도 V(=주속도 Vp)에 대해서 투영상면(Sm)의 주속도 Vm를 상대적으로 약간 크게 하는 것에 의해서, 주사 노광시에 설정할 수 있는 투영 영역(PA)의 노광폭(2A)을 크게 할 수 있다.
그런데, 투영상면(Sm)의 주속도 Vm와 노광면(Sp)의 주속도 Vp(또는 직선 이동 속도 V)와의 사이에 약간의 차이를 부여하여, 도 8b 중의 차분량 Δ, 혹은 도 12 중의 어긋남량 Δ1'과 같은 특성을 얻어, 최적인 노광폭(2A(또는 A))의 범위를 판별하기 위해서, 차분량 Δ 또는 어긋남량 Δ1'와 해상력 Rs와의 관계를 이용하는 평가법도 있다. 이하, 그 방법을 설명하지만, 간략화를 위해서, 도 8b 중의 차분량 Δ나 도 12 중의 어긋남량 Δ1'을 상변위량 Δ으로 바꾸어 읽기도 한다.
그 평가법에서는, 상변위량 Δ의 평균값/Rs의 관계, 또는 상변위량 Δ2의 평균값/Rs의 관계를 노광폭의 위치마다 계산한다. 그래서, 상변위량 Δ의 평균값/Rs를 평가값 Q1, 상변위량 Δ2의 평균값/Rs를 평가값 Q2로 하여 시뮬레이션하는 예를, 도 18, 도 19에 근거하여 설명한다. 도 18은, 앞의 도 12에 나타낸 어긋남량 Δ1'의 그래프와 동일한 것이지만, 계산해야 할 노광폭을 ±12mm의 범위로 했다. 또, 어긋남량 Δ1'(상변위량 Δ)을 산출한 노광폭 상의 샘플점은 도 12와 마찬가지로 0.5mm 간격이다.
상변위량 Δ의 평균값은, 노광폭의 원점 0mm로부터 주목하는 샘플점까지의 사이에서 얻어지는 각 어긋남량 Δ1'의 절대값을 가산 평균한 것이다. 예를 들면, 위치 -10mm인 샘플점에서의 상변위량 Δ의 평균값은, 위치 0mm로부터 위치 -10mm 사이의 각 샘플점(도 18에서는 21점)에서 얻어지는 어긋남량 Δ1'의 절대값을 가산하고, 그것을 샘플 점수로 나누어 구해진다. 도 18의 경우, 위치 0mm로부터 -10mm까지의 각 샘플점에서의 어긋남량 Δ1'의 절대값의 가산값은 20.86㎛가 되고, 샘플 점수 21로 나눈 평균값은 약 0.99㎛가 된다. 또, 시뮬레이션상에서의 해상력 Rs는, 여기에서는 NA=0.0875, λ=368nm, 프로세스 정수 k=0.5로서, 2.09㎛로 했다. 따라서, 노광폭의 위치 -10mm에서의 평가값 Q1(무단위)은 약 0.48이 된다. 이상과 같은 계산을 노광폭 내의 각 위치(샘플점)에서 행하면, 평가값 Q1의 변화 경향을 알 수 있다.
또, (상변위량 Δ)2의 평균값은, 노광폭의 원점 0mm로부터 주목하는 샘플점까지의 사이에서 얻어지는 각 어긋남량 Δ1'의 절대값을 제곱한 값(㎛2)을 가산 평균한 것이다. 도 18의 경우, 예를 들면, 위치 0mm로부터 -10mm까지의 각 샘플점에서의 어긋남량 Δ1'의 절대값을 제곱하여 가산한 값은 42.47㎛2가 되고, 샘플 점수 21로 나눈 평균값은 약 2.02㎛2가 된다. 시뮬레이션상에서의 해상력 Rs를 2.09μm로 했으므로, 노광폭의 위치 -10mm에서의 평가값 Q2는 약 0.97㎛가 된다. 이상과 같은 계산을 노광폭 내의 각 위치(샘플점)에서 행하면, 평가값 Q2(㎛)의 변화 경향을 알 수 있다.
도 19는, 이상과 같이 하여 구한 평가값 Q1, Q2를 세로축에 취하고, 가로축에 노광폭의 위치를 취한 그래프이다. 평가값 Q1(상변위량 Δ의 평균값/해상력 Rs)는, 노광폭(절대값)이 커짐에 따라 완만하게 변화하여, 대략, 노광폭의 ±12mm의 위치에서, 거의 1.0이 된다. 이것은, ±12mm인 위치에서의 상변위량 Δ의 평균값이, 해상력 Rs와 거의 일치하고 있는 것을 의미한다. 한편, 평가값 Q2(상변위량 Δ2의 평균값/해상력 Rs)는, 노광폭의 위치 ±8mm까지의 범위에서는 평가값 Q1와 동일한 경향으로 변화하지만, 8mm 이상에서는 가파르게 증대하여, 노광폭의 위치 ±10mm에서 거의 1(㎛)로 되어 있다.
여기서, 앞의 도 17에 나타낸 ISO 패턴의 콘트라스트 변화, 혹은 도 15에 나타낸 L＆S 패턴의 콘트라스트 변화에 대해서는, 노광폭이 8mm 이상인 곳으부터 콘트라스트비가 크게 저하하고 있다. 도 15, 도 17에서 구한 콘트라스트비의 변화는, 해상력 Rs를 2.5㎛로 한 경우로서, Rs=2.09㎛에서 계산한 것은 아니지만, 경향은 대체로 동일하다. 이와 같이, 평가값 Q1, 또는 Q2를 지표로 하는 평가법에 의해서도, 콘트라스트 변화를 반영한 최적인 노광폭을 결정할 수 있다.
또, 본 실시 형태의 경우, 앞의 제1 실시 형태에서 이용한 식 F(x)는, 노광면(Sp)이 기준면(HP)과 평행하게 X방향으로 이동 속도 V(주속도 Vp)로 이동하고 있기 때문에, 이하와 같은 식 F'(x)로 치환된다.
[수식 3]
Figure 112019120385216-pat00003
도 10에 나타낸 제2 실시 형태의 노광 장치(U3a)는, 이 식 F'(x)를 상기 제1 실시 형태의 식에 적용하고, 해당 관계를 만족함으로써 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
［제3 실시 형태］
다음으로, 도 20을 참조하여, 제3 실시 형태의 노광 장치(U3b)에 대해 설명한다. 또, 중복하는 기재를 피하도록, 제1, 제2 실시 형태와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 제1, 제2 실시 형태와 동일한 구성요소에 대해서는, 제1, 제2 실시 형태와 동일한 부호를 부여하여 설명한다. 도 20은, 제3 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 제3 실시 형태의 노광 장치(U3b)는, 마스크(M)의 패턴면에서 반사한 광이 투영 광속이 되는 반사형 마스크를 이용하는 구성이었지만, 제3 실시 형태의 노광 장치(U3b)는, 마스크의 패턴면을 투과한 광이 투영 광속이 되는 투과형 마스크를 이용하는 구성으로 되어 있다.
제3 실시 형태의 노광 장치(U3b)에서, 마스크 유지 기구(11a)는, 마스크(M)를 유지하는 원통 드럼(마스크 유지 드럼)(21a)과, 원통 드럼(21a)을 지지하는 가이드 롤러(93)와, 원통 드럼(21a)을 구동하는 구동 롤러(94)와, 구동부(96)를 구비한다.
원통 드럼(21a)은, 마스크(MA) 상의 조명 영역(IR)이 배치되는 마스크면을 형성한다. 본 실시 형태에서, 마스크면은, 선분(모선)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. 원통 드럼(21a)은, 예를 들면 유리나 석영 등으로 구성되며, 일정한 두께를 가지는 원통 모양이고, 그 외주면(원통면)이 마스크면을 형성한다. 즉, 본 실시 형태에서, 마스크(MA) 상의 조명 영역은, 중심선으로부터 곡률 반경 Rm를 가지는 원통면 모양으로 만곡하고 있다. 원통 드럼(21a) 중, 마스크 유지 드럼(21a)의 지름 방향으로부터 보아 마스크(M)의 패턴과 겹치는 부분, 예를 들면 원통 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 차광층에 의해 패턴을 형성한 투과형의 평면 모양 시트 마스크로서 작성되며, 그것을 원통 드럼(21a)의 외주면을 따라서 만곡시키고, 이 외주면에 감은(붙인) 상태에서 사용된다. 마스크(MA)는, 패턴이 형성되어 있지 않은 패턴 비형성 영역을 가지며, 패턴 비형성 영역에서 원통 드럼(21a)에 장착되어 있다. 마스크(MA)는, 원통 드럼(21a)에 대해서 릴리스(release) 가능하다. 마스크(MA)는, 제1 실시 형태의 마스크(M)와 마찬가지로, 투명 원통 모재(母材)에 의한 원통 드럼(21a)에 감는 대신에, 투명 원통 모재에 의한 원통 드럼(21a)의 외주면에 직접 크롬 등의 차광층에 의한 마스크 패턴을 묘화(描畵) 형성하여 일체화해도 괜찮다. 이 경우도, 원통 드럼(21a)이 마스크 패턴의 유지 부재로서 기능을 한다.
가이드 롤러(93) 및 구동 롤러(94)는, 원통 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, 원통 드럼(21a)에 의해 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 원통 드럼(21a)에 전달하는 것에 의해서, 원통 드럼(21a)을 중심축 둘레로 회전시킨다.
본 실시 형태의 조명 장치(13a)는, 광원(도시 생략) 및 조명 광학계(ILa)를 구비한다. 조명 광학계(ILa)는, 복수의 투영 광학계(PL1 ~ PL6)의 각각에 대응하여 Y축 방향으로 늘어선 복수(예를 들면 6개)의 조명 광학계(ILa1 ~ ILa6)를 구비한다. 광원은, 전술한 각종 조명 장치(13a)와 마찬가지로 각종 광원을 이용할 수 있다. 광원으로부터 사출된 조명광은, 조도 분포가 균일화되어, 예를 들면 광 파이버등의 도광 부재를 매개로 하여, 복수의 조명 광학계(ILa1 ~ ILa6)로 나누어진다.
복수의 조명 광학계(ILa1 ~ ILa6) 각각은, 렌즈 등의 복수의 광학 부재, 인티그레이터(integrator) 광학계, 로드 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, 원통 드럼(21a)의 내측에 배치되어 있다. 복수의 조명 광학계(IL1a ~ ILa6)의 각각은, 원통 드럼(21a)의 내측으로부터 원통 드럼(21a)을 통과하여, 원통 드럼(21a)의 외주면에 유지되어 있는 마스크(MA) 상의 각 조명 영역을 조명한다.
조명 장치(13a)는, 조명 광학계(ILa1 ~ ILa6)에 의해서 광원으로부터 사출된 광을 안내하고, 안내된 조명 광속을 원통 드럼(21a) 내부로부터 마스크(MA)에 조사한다. 조명 장치(13a)는, 원통 드럼(21a)에 유지된 마스크(M)의 일부(조명 영역(IR))를, 조명 광속(EL1)에 의해서 균일한 밝기로 조명한다. 또, 광원은, 원통 드럼(21a)의 내측에 배치되어 있어도 괜찮고, 원통 드럼(21a)의 외측에 배치되어 있어도 괜찮다. 또, 광원은, 노광 장치(EX)와 별도의 장치(외부 장치)라도 좋다.
노광 장치(U3b)는, 마스크로서 투과형 마스크를 이용한 경우도, 노광 장치(U3, U3a)와 마찬가지로, 투영상면(Sm)의 이동 속도(주속도 Vm)와 노광면(Sp)의 이동 속도(V, 또는 주속도 Vp)와의 관계를, 앞의 제2 실시 형태와 마찬가지로 조정(보정)하는 것에 의해서, 주사 노광시에 이용할 수 있는 노광폭을 확대할 수 있다.
［제4 실시 형태］
다음으로, 도 21을 참조하여, 제4 실시 형태의 노광 장치(U3c)에 대해 설명한다. 또, 중복하는 기재를 피하도록, 앞의 각 실시 형태와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 앞의 각 실시 형태와 동일한 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명한다. 도 21은, 제4 실시 형태의 노광 장치(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 앞의 각 실시 형태의 노광 장치(U3, U3a, U3b)는, 모두 회전 가능한 원통 드럼(21(또는 21a))에 유지되는 원통 모양 마스크(M)를 이용하는 구성이었다. 제4 실시 형태의 노광 장치(U3c)에서는, 평판 모양의 반사형 마스크(MB)를 유지하여, 주사 노광시에 XY면을 따른 X방향으로 이동하는 마스크 스테이지(110)를 구비한 마스크 유지 기구(11b)가 마련된다.
제4 실시 형태의 노광 장치(U3c)에서, 마스크 유지 기구(11b)는, 평판 모양의 반사형 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 21의 마스크(MB)의 마스크면(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 편광 빔 스플리터(PBS)를 매개로 하여 XY면에 대해서 수직이 되도록 배치된다.
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 통과시켜 제1 오목면 거울(72)에 입사시키는 각도로 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 X방향의 직선 거리는, 기판 지지 드럼(25)의 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 길이 거리와, 실질적으로 동일하게 설정되어 있다.
도 21의 노광 장치(U3c)에서도, 하위 제어 장치(16)가, 마스크 유지 기구(11)의 이동 장치(주사 노광용 리니어 모터나 미동용 액추에이터 등)를 제어하고, 기판 지지 드럼(25)의 회전과 동기하여 마스크 스테이지(110)를 구동한다. 도 21의 노광 장치(U3c)에서는, 마스크(MB)의 ＋X방향으로의 동기 이동으로 주사 노광을 행한 후, －X방향의 초기 위치에 마스크(MB)를 되돌리는 동작(되감음)이 필요하다. 그 때문에, 기판 지지 드럼(25)을 일정 속도로 연속 회전시켜 기판(P)을 등속(주속도 Vp)으로 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(주속도 Vp)와 마스크(MB)의 속도는 50 ~ 100mm/s로 상정되어 있기 때문에, 마스크(MB)의 되감음시에 마스크 스테이지(110)를, 예를 들면 500 ~ 1000mm/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 투영상면(Sm)과 기판(P) 상의 노광면(Sp)과의 관계에 대해서, 도 22를 참조하여 설명한다. 도 22는, 마스크의 패턴의 투영상면(Sm)의 이동과 기판(P)의 노광면(Sp)의 이동과의 관계이며, 앞의 도 11에서 설명한 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)과의 관계를 반대로 한 것에 상당한다. 즉, 도 22에서는, 평면 모양(곡률 반경이 무한대)의 투영상면(Sm)에 형성되는 패턴상을, 곡률 반경 Rp인 노광면(Sp) 상에 전사한다.
여기서, 마스크(M)는 평면이기 때문에, 투영상면(Sm)(베스트 포커스면)도 평면이 된다. 따라서, 도 22 중의 투영상면(Sm)은, 앞의 도 7에서 나타낸 속도 V로 이동하는 기준면(HP)에 상당한다. 한편, 기판(P) 상의 노광면(Sp)은, 앞의 도 7에서 나타낸 것과 마찬가지로, 곡률 반경 Rp인 원통면(ZX평면에서는 원호)이 된다.
본 실시 형태에서도, 기판 유지 드럼(25)(노광면(Sp))의 각속도를 ωp로 하면, 도 7과 마찬가지로 면 KS의 위치에서 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)이 접하고 있는 것으로 하고, 그 접점 Cp가 반경 Rp인 노광면(Sp)을 따라서 시간 t경과후에 이동한 점 Cp2의 X방향의 위치 Xp를, Xp=Rpㆍsin(ωpㆍt)에 의해 구한다. 여기서, ωpㆍt는, 접점 Cp를 원점으로 하여, 그곳으로부터 시간 t경과후의 노광면(Sp)의 회전 각도 θp이다. 이것에 대해서, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)과의 접점 Cp가, 평탄한 투영상면(Sm)을 따라서 원점으로부터 시간 t경과후에 이동한 점 Cp0의 위치 Xm는, Xm=Vㆍt(단 V=Vm)로 나타내어지기 때문에, 앞의 각 실시 형태와 마찬가지로, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp)과의 사이에 투영 오차(어긋남량, 혹은 상변위량)가 생긴다.
그 투영 오차(어긋남량, 혹은 상변위량)를 어긋남량 Δ2로 하면, 어긋남량 Δ2는 Δ2=Xm－Xp로 구해지며, Δ2=Vㆍt－Rpㆍsin(θp)가 된다. 이 어긋남량 Δ2의 특성은, 도 8a 중의 어긋남량 Δ2의 그래프와 동일하고, 투영상면(Sm)의 이동 속도 V와 노광면(Sp)의 주속도 Vp에 약간의 차이를 부여함으로써, 앞의 각 실시 형태와 마찬가지로, 주사 노광시에 이용할 수 있는 투영 영역(PA)의 노광폭을 확대할 수 있다. 그를 위해서는, 투영상면(Sm)과 노광면(Sp) 중 곡률 반경이 작은 쪽의 면의 속도(주속도)를 상대적으로 약간 크게 할 필요가 있다. 본 실시 형태에서는, 투영상면(Sm)의 속도 V(주속도 Vm)가 노광면(Sp)의 주속도 Vp에 대해서, 예를 들면, 도 8c 중에 예시한 변화율 α정도만큼 작게 되도록, 마스크(MB)의 주사 노광시의 속도 Vf를 투영 배율 β에 근거하여 정해지는 기준 속도 V보다 약간 작게 설정한다.
여기서, 제1 실시 형태의 F(x)의 식은, 본 실시 형태의 노광 장치(U3c)의 경우, 하기의 F'(x)의 식으로 치환된다.
[수식 4]
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여기서, 노광 장치(U3c)는, 이 식 F'(x)를 앞의 제1 실시 형태의 식에 적용하고, 해당 관계를 만족함으로써, 상기 각 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
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.
이상, 각 실시 형태에서는, 원통 모양 또는 평면 모양의 마스크(M)를 이용했지만, CAD 데이터에 근거하여, DMD(디지털 미러 디바이스)나 SLM(공간 광변조 소자) 등을 제어하여, 패턴에 대응한 광 분포를 투영 광학계(마이크로 렌즈 어레이를 포함해도 괜찮음)를 매개로 하여 노광면(Sp) 상에 투사하는 마스크레스(maskless) 노광 방식이라도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 각 실시 형태에서, 패턴의 투영상면(Sm)과 기판(P)의 노광면(Sp)과의 곡률 반경을 비교하여, 주사 노광시에는, 면 Sm과 면 Sp 중 곡률 반경이 작은 쪽의 주속도를 상대적으로 약간 크게 하는 것, 또는 면 Sm과 면 Sp 중 곡률 반경이 큰 쪽의 주속도(또는 직선 이동 속도)를 상대적으로 약간 작게 하는 것에 의해서, 주사 노광에 이용 가능한 노광폭을 확대할 수 있다. 상대적인 주속도(또는 직선 이동 속도)의 약간의 차이를 어느 정도로 할지는, 상변위량 Δ(차분량 Δ, 어긋남량 Δ1, Δ2)와 해상력 Rs에 따라 변할 수 있다. 예를 들면, 앞의 도 19의 평가값 Q1, Q2에 의한 평가법에서는, 해상력 Rs를 2.09㎛로 했지만, 이것은 투영 광학계(PL)의 개구수 NA, 노광 파장 λ, 프로세스 정수 k에 의해서 정해지는 것이다. 실제로 기판(P) 상에 노광되는 패턴의 최소 치수(선폭)는, 마스크(M) 상에 형성되는 패턴과 투영 배율 β에 의해서 정해진다. 만일, 기판(P) 상에 형성해야 할 표시 패널용 패턴에서, 최소의 실치수(실선폭)가 5㎛라도 괜찮으면, 그 실선폭의 값을 해상력 Rs로 하여, 허용되는 상변위량 Δ의 범위 내가 되는 주속도차(변화율 α 등)를 구하면 된다. 즉, 노광 장치의 구성(NA, λ)에 의해서 정해지는 해상력 Rs, 또는 기판(P) 상에 전사해야 할 패턴의 최소 치수에 따라서, 노광폭을 확대하기 위한 주속도차의 변화율 α가 정해진다.
이상, 각 실시 형태에서 나타낸 노광 장치를 이용하는 것에 의해, 이하와 같은 주사 노광 방법이 실시된다. 즉, 소정의 곡률 반경으로 원통 모양으로 만곡한 마스크(M, MB)의 일면에 형성된 패턴을, 투영 광학계(PL(PLM))를 매개로 하여 원통 모양 또는 평면 모양으로 지지되는 플렉시블한 기판(P)의 표면(노광면(Sp))에 투영함과 아울러, 마스크(M)를 만곡한 일면을 따라서 소정의 속도로 이동시키면서, 원통 모양 또는 평면 모양으로 지지된 기판의 표면(Sp)을 따라서 소정의 속도로 기판(P)을 이동시켜, 투영 광학계에 의한 패턴의 투영상을 기판 상에 주사 노광할 때에, 투영 광학계에 의한 패턴의 투영상이 베스트 포커스 상태로 형성되는 투영상면(Sm)의 곡률 반경을 Rm(Rm=∞도 포함), 원통 모양 또는 평면 모양으로 지지된 기판(P)의 표면(노광면)(Sp)의 곡률 반경을 Rp(Rp=∞도 포함)로 하고, 마스크(M, MB)의 이동에 의해 투영상면(Sm)을 따라서 이동하는 패턴상의 이동 속도를 Vm, 기판(P)의 표면(노광면)(Sp)에 따른 소정의 속도를 Vp로 했을 때, Rm＜Rp인 경우는 Vm＞Vp로 설정하고, Rm＞Rp인 경우는 Vm＜Vp로 설정한다.
［제5 실시 형태］
도 23은, 제5 실시 형태에 관한 노광 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 처리 장치(U3d)는, 도 1 및 도 2에 나타낸 처리 장치(U3)에 상당한다. 이하에서는, 처리 장치(U3d)를 노광 장치(U3d)라고 칭하여 설명한다. 이 노광 장치(U3d)는, 마스크(M)를 교환하는 기구를 가지고 있다. 노광 장치(U3d)는, 전술한 노광 장치(U3)와 동일한 구조이므로, 공통되는 구조는 원칙으로서 설명을 생략한다.
노광 장치(U3d)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(조명계)(IL)와, 투영 광학계(PL)와, 하위 제어 장치(16)를 가진다.
하위 제어 장치(16)는, 노광 장치(U3d)의 각 부를 제어하여, 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 제어되여, 상위 제어 장치(5)와는 별도의 장치라도 괜찮다. 하위 제어 장치(16)는, 예를 들면, 컴퓨터를 포함한다. 본 실시 형태에서, 하위 제어 장치(16)는, 마스크(M)에 장착된 정보 기억부(예를 들면, 바코드, 자기(磁氣) 기억 매체 또는 정보를 기억할 수 있는 IC 태그 등)로부터 마스크(M)에 관한 정보를 판독하는 판독 장치(17)와, 마스크(M)의 형상, 치수 및 장착 위치 등을 계측하는 계측 장치(18)를 접속하고 있다.
또, 마스크 유지 기구(11)는, 원통체의 마스크(M)(고반사부와 저반사부에 의한 마스크 패턴면)를 마스크 유지 드럼(21)에 의해 유지했지만, 이 구성에 한정되지 않는 것은 제1 실시 형태와 동일하다. 본 실시 형태에서, 마스크(M) 또는 원통 마스크라고 할 때에는, 마스크(M) 뿐만 아니라, 마스크(M)를 유지한 상태의 마스크 유지 드럼(21)(마스크(M)와 마스크 유지 드럼(21)과의 조립체)도 포함하는 것으로 한다.
기판 지지 기구(12)는, 조명광에 의해 조사된 마스크(M)의 패턴으로부터의 광에 의해 노광되는 기판(P)을, 만곡한 면 또는 평면을 따라서 지지한다. 기판 지지 드럼(25)은, Y방향으로 연장하는 제2 축(AX2)을 중심으로 하는 곡률 반경 Rfa가 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 포함하며, 또한 양자에 평행한 평면을 중심면(CL)으로 하고 있다. 중심면(CL)은, 2개의 직선(이 예에서는 제1 축(AX1) 및 제2 축(AX2))에 의해서 정해지는 평면이다. 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 지지하여 반송한다. 이와 같이, 기판 지지 드럼(25)은, 소정의 축선으로서의 제2 축(AX)으로부터 일정한 반경(곡률 반경 Rfa)으로 만곡하는 곡면(외주면)을 가지며, 외주면에 기판(P)의 일부분이 감겨져 제2 축(AX2)을 중심으로 회전한다. 제2 구동부(26)는, 하위 제어 장치(16)에 접속되어, 제2 축(AX2)을 회전 중심축으로 하여 기판 지지 드럼(25)을 회전시킨다.
한 쌍의 에어ㆍ턴바(ATB1, ATB2)는, 기판 지지 드럼(25)을 사이에 두고, 기판(P)의 반송 방향의 상류측 및 하류측에 각각 마련되어 있다. 한 쌍의 에어ㆍ턴바(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 에어ㆍ턴바(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 에어ㆍ턴바(ATB1)로 안내하고, 그 타방의 가이드 롤러(28)가 에어ㆍ턴바(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 에어ㆍ턴바(ATB1)로 안내하고, 에어ㆍ턴바(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, 에어ㆍ턴바(ATB2)로 향하여 반송한다. 기판 지지 기구(12)는, 에어ㆍ턴바(ATB2)에 반송된 기판(P)을, 에어ㆍ턴바(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 마스크면(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.
노광 장치(U3d)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 마스크(M)에 미리 형성된 얼라이먼트 마크 등을 검출하는 얼라이먼트 현미경(GS1, GS2)을, 마스크(M)의 외주면외측에 구비하고 있다. 또, 노광 장치(U3d)는, 마스크(M) 및 마스크 유지 드럼(21)의 회전 각도 등을 검출하기 위한 인코더 헤드(EH1, EH2)를 가지고 있다. 이들은, 마스크(M)(또는 마스크 유지 드럼(21))의 둘레 방향을 따라서 배치된다. 인코더 헤드(EH1, EH2)는, 예를 들면, 마스크 유지 드럼(21)의 제1 축(AX1) 방향의 양단부에 장착되어, 마스크 유지 드럼(21)과 함께 제1 축(AX1)을 중심으로 회전하는 스케일 원반(圓盤)(SD)의 외주면에 새겨서 마련된 스케일(둘레 방향으로 일정 피치로 새겨서 마련된 격자 모양의 패턴)을 판독한다. 게다가, 노광 장치(U3d)는, 회전하는 마스크(M)의 외주면(마스크면(P1))의 지름 방향에서의 미소 변위를 계측하여, 투영 광학계(PL)에 대한 마스크면(P1)의 핀트 어긋남을 검출하는 초점 계측 장치(AFM) 및 마스크면(P1) 상에 부착되는 이물(異物)을 검출하는 이물 검사 장치(CD)를 마련할 수 있다. 이들은, 마스크(M)의 외주면의 둘레의 임의의 방위(方位)에 배치하는 것이 가능하지만, 마스크 교환시의 마스크(M)의 삽탈(揷脫) 이동 공간을 피한 방향에 설치하는 것이 좋다.
또, 인코더 헤드(EH1)의 스케일 판독 위치는, 제1 축(AX1)과 직교하는 XZ면에서는, 마스크(M) 상의 홀수번째의 조명 영역(IR1, IR3, IR5)의 둘레 방향의 중심 위치(도 5 또는 도 7 중의 교점 Q1)에 일치하도록 설치되고, 인코더 헤드(EH2)의 스케일 판독 위치는, XZ면에서는, 마스크(M) 상의 짝수번째의 조명 영역(IR2, IR4, IR6)의 둘레 방향의 중심 위치에 일치하도록 설치된다. 또, 인코더 헤드(EH1, EH2)에 의해서 계측되는 스케일은, 마스크 유지 드럼(21)(마스크(M))의 양단부의 외주면에 마스크 패턴과 함께 형성해도 좋다.
노광 장치(U3d)는, 기판(P) 상의 마크 등을 검출하는 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2) 외에, 기판 지지 드럼(25)의 회전 각도 등을 검출하기 위한 인코더 헤드(EN1, EN2, EN3, EN4)를 가지고 있다. 이들은, 기판 지지 드럼(25)의 둘레 방향을 따라서 배치된다. 인코더 헤드(EN1, EN2, EN3, EN4)는, 예를 들면, 기판 지지 드럼(25)의 제2 축(AX2)의 방향에서의 양단부에 장착되어 기판 지지 드럼(25)과 함께 제2 축(AX2)을 중심으로 하여 회전하는 스케일 원반의 외주면 또는 기판 지지 드럼(25)의 제2 축(AX2)의 방향에서의 양단의 외주면에 새겨서 마련된 스케일(둘레 방향으로 일정 피치로 새겨서 마련된 격자 모양의 패턴)을 판독한다.
또, 인코더 헤드(EN1)의 스케일 판독 위치는, 제2 축(AX2)과 직교하는 XZ면에서는, 얼라이먼트 현미경(AM1)의 관찰 시야의 둘레 방향의 위치에 일치하도록 설치되고, 인코더 헤드(EN4)의 스케일 판독 위치는, XZ면에서는, 얼라이먼트 현미경(AM2)의 관찰 시야의 둘레 방향의 위치에 일치하도록 설치된다. 마찬가지로, 인코더 헤드(EN2)의 스케일 판독 위치는, 기판(P) 상의 홀수번째의 투영 영역(PA1, PA3, PA5)의 둘레 방향의 중심 위치에 일치하도록 설치되고, 인코더 헤드(EN3)의 스케일 판독 위치는, XZ면에서는, 기판(P) 상의 짝수번째의 투영 영역(PA2, PA4, PA6)의 둘레 방향의 중심 위치에 일치하도록 설치된다.
게다가, 도 2에 나타내는 바와 같이, 노광 장치(U3d)는, 마스크(M)를 교환하기 위한 교환 기구(150)를 구비하고 있다. 교환 기구(150)는, 노광 장치(U3d)가 유지하고 있는 마스크(M)를, 곡률 반경 Rm이 동일한 다른 마스크(M)로 교환하거나, 곡률 반경 Rm이 다른 별도의 마스크(M)로 교환하거나 할 수 있다. 곡률 반경 Rm이 동일한 마스크(M)로 교환하는 경우, 교환 기구(150)는, 마스크(M)만을 마스크 유지 드럼(21)으로부터 떼어내어 교환해도 괜찮고, 마스크 유지 드럼(21)마다 마스크(M)를 노광 장치(U3d)로부터 떼어내어 교환해도 괜찮다. 곡률 반경 Rm이 다른 마스크(M)로 교환하는 경우, 교환 기구(150)는, 마스크 유지 드럼(21)마다 마스크(M)를 노광 장치(U3d)로부터 떼어내어 교환할 수 있다. 마스크(M)와 마스크 유지 드럼(21)이 일체로 되어 있는 경우도, 교환 기구(150)는 양자를 일체로 하여 교환한다. 교환 기구(150)는, 마스크(M) 또는 마스크(M)와 마스크 유지 드럼(21)과의 조립체를 노광 장치(U3d)에 장착 및 노광 장치(U3d)로부터 떼어낼 수 있으면, 어떠한 구조라도 괜찮다.
노광 장치(U3d)는, 교환 기구(150)를 구비하는 것에 의해서, 직경이 다른 마스크(M)를 자동적으로 장착하여 기판(P)에 마스크 패턴을 노광할 수 있다. 이 때문에, 노광 장치(U3d)를 구비하는 디바이스 제조 시스템(1)은, 제조할 디바이스(표시 패널)의 치수에 따라서 적절한 직경의 마스크(M)를 이용할 수 있다. 그 결과, 디바이스 제조 시스템(1)은, 기판(P)의 사용되지 않은 여백 부분의 발생을 억제할 수 있어, 기판(P)의 낭비를 억제하여, 디바이스의 제조 코스트를 저감할 수 있다. 이와 같이, 교환 기구(150)를 구비하는 노광 장치(U3d)는, 디바이스 제조 시스템(1)이 제조하는 디바이스(표시 패널) 치수의 선택의 자유도가 크기 때문에, 노광 장치 자체를 바꾸는 등의 과대한 설비 투자를 필요로 하지 않고, 다른 인치 사이즈의 표시 패널을 효율적으로 제조할 수 있다고 하는 이점이 있다.
직경이 다른 마스크(M)로 교환한 경우, 양쪽 모두의 마스크(M) 사이에서는, 마스크면(P1)의 곡률 및 제1 축(AX1)의 Z방향에서의 위치 등이 다른 것에 의해, 조명 광속(EL1)과 마스크(M)와 투영 광속(EL2)과의 관계, 마스크(M) 상의 조명 영역(IR)의 위치 및 조명 광속(EL1)의 주광선의 비텔레센트릭의 정도 등이, 직경이 다른 마스크(M)끼리의 사이에서 변화하거나, 인코더 헤드(EH1, EH2)와 스케일 원반(SD)과의 위치 관계가 다르거나 한다.
따라서, 노광 장치(U3d)의 마스크(M)를, 직경이 다른 마스크(M)로 교환한 경우, 마스크(M)의 마스크면(P1)에 형성된 마스크 패턴의 상을 기판(P)에 적절한 상질로 투영 노광함과 아울러, 멀티 렌즈 방식의 경우는, 복수의 투영 영역(PA1 ~ PA6)의 각각에 나타내어지는 마스크 패턴상을, 양호한 정밀도로 이어붙이도록, 노광 장치(U3d) 내의 관련 기구 및 이것에 관계하는 부분을 조정할 필요가 있다.
본 실시 형태에서는, 직경이 다른 마스크(M)로 교환했을 때에는, 예를 들면, 하위 제어 장치(16)를 조정용 제어부(조정부)로서 이용하여, 노광 장치(U3d)의 각 부, 구체적으로는 조명 광학계(IL) 또는 투영 광학계(PL)를 구성하는 광학 부재의 적어도 일부의 위치를 변경하거나, 광학 부재의 일부를 다른 특성의 부재로 전환하거나 하는 등의 조정을 행한다. 이와 같이 함으로써, 마스크(M)의 교환후에, 노광 장치(U3d)는 기판(P)에 대해서 적절하게 또한 양호하게 노광할 수 있다. 즉, 노광 장치(U3d)는, 디바이스의 사이즈에 대해서 자유도가 큰 노광, 즉 지름이 다른 사이즈의 마스크(M)를 이용한 노광을 적절하게 또한 양호하게 실현할 수 있다. 다음으로, 노광 장치(U3d)가 사용하는 마스크(M)를, 직경이 다른 마스크(M) 또는 지름이 같은 별도의 마스크(M)로 교환하는 순서의 개략과 노광 장치(U3d)의 조정의 구체적인 예에 관해서 설명한다.
도 24는, 노광 장치가 이용하는 마스크를 다른 마스크로 교환할 때의 순서를 나타내는 플로우 차트이다. 도 25는, 홀수번째의 제1 투영 광학계의 마스크측의 시야 영역의 위치와 짝수번째의 제2 투영 광학계의 마스크측의 시야 영역의 위치와의 관계를 나타내는 도면이다. 도 26은, 마스크의 정보를 기억한 정보 기억부를 표면에 가지는 마스크를 나타내는 사시도이다. 도 27은, 노광 조건이 기술된 노광 조건 설정 테이블의 모식도이다.
노광 장치(U3d)가 사용하는 마스크(M)를 다른 직경의 마스크(M)로 교환하는 경우, 스텝 S101에서, 도 23에 나타내는 하위 제어 장치(16)는, 마스크(M)의 교환 동작을 개시한다. 구체적으로는, 하위 제어 장치(16)는, 교환 기구(150)를 구동하여 현재 노광 장치(U3d)에 장착되어 있는 마스크(M)를 떼어낸 후, 교환 기구(150)를 구동하여 교환 대상의 마스크(M)를 노광 장치(U3d)에 장착한다. 이 교환에서는, 교환 기구(150)는, 마스크(M)를 가지는 마스크 유지 드럼(21)을, 제1 축(AX1)이 되는 샤프트마다 떼어내고, 직경이 다른 마스크(M) 및 마스크 유지 드럼(21)을 노광 장치(U3d)에 장착한다. 그 때, 마스크 유지 드럼(21)의 양단부에 스케일 원반(SD)이 제1 축(AX1)과 동축에 장착되어 있는 경우는, 그 스케일 원반(SD)마다 교환하는 것이 좋다.
본 실시 형태에서는, 직경이 다른 마스크(M)로 교환함에 있어서, 새롭게 노광 장치(U3d)에 장착되는 마스크(M)(마스크면(P1))의 직경에 근거하여, 마스크 유지 드럼(21)의 회전 중심축인 제1 축(AX1)의 Z축 방향에서의 샤프트 지지 위치가 변경된다. 이 때문에, 노광 장치(U3d)는, 마스크 유지 드럼(21)을 회전 가능하게 지지하는 베어링 장치를 Z축 방향으로 이동할 수 있는 기구를 가지고 있다.
이 베어링 장치는, 마스크 유지 드럼(21)의 양단측으로 돌출하는 제1 축(AX1)이 되는 샤프트의 각각을 회전 가능하게 축 지지하는 베어링(볼 베어링, 니들 베어링 등의 접촉형 또는 에어·베어링 등의 비접촉형)을 가진다. 접촉형의 베어링은, 마스크 유지 드럼(21)의 샤프트에 고정되는 내륜(內輪)과, 노광 장치(U3d)의 본체측에 고정되는 외륜(外輪)과, 내륜과 외륜과의 사이에 끼워 넣어진 볼 또는 니들로 구성된다.
원활한 마스크 교환을 위해서는, 마스크 유지 드럼(21)의 샤프트측에 접촉형 베어링의 내륜과 외륜 양쪽 모두가 장착된 상태에서, 노광 장치(U3d)의 본체측의 베어링 장치로부터 접촉형 베어링의 외륜이 빠지는 구조로 하는 것이 좋다. 또, 노광 장치(U3d)의 본체측의 베어링 장치는, 제1 축(AX1)(샤프트)이 제2 축(AX2)(Y축)과 평행하게 되도록, YZ면내에서의 기울기를 조정하는 Z구동 기구를 포함함과 아울러, 제1 축(AX1)(샤프트)이 중심면(CL)과도 평행하게 되도록, XY면내에서의 기울기를 조정하기 위한 X구동 기구를 가진다.
도 25는, 마스크 유지 드럼(21)에 유지된 마스크(M)를, 이들 보다도 직경이 작은 마스크 유지 드럼(21a)에 유지된 마스크(Ma)로 교환하는 경우의 상태를 나타내고 있다. 마스크(M)는 곡률 반경이 Rm이며, 마스크(Ma)는 곡률 반경이 Rma(Rma＜Rm)이다. 도 25의 IRa는, 제1 투영 광학계(도 23에 나타내는 제1 투영 광학계(PL1), 제3 투영 광학계(PL3) 및 제5 투영 광학계(PL5))의 마스크(M)측의 시야 영역(조명 광학계(IL)로부터의 조명 광속(EL1)이 마스크(M)에 조사되는 홀수번째의 조명 영역(IR1, IR3, IR5)에 상당)이며, IRb는, 제2 투영 광학계(도 23에 나타내는 제2 투영 광학계(PL2), 제4 투영 광학계(PL4) 및 제6 투영 광학계(PL6))의 마스크(M)측의 시야 영역(조명 광학계(IL)로부터의 조명 광속(EL1)이 마스크(M)에 조사되는 짝수번째의 조명 영역(IR2, IR4, IR6)에 상당)이다.
본 실시 형태에서는, 마스크(M)를 마스크(Ma)로 교환하는 전후에서, Z축 방향에서의 제1 투영 광학계의 시야 영역(IRa)의 위치와, Z방향에서의 제2 투영 광학계의 시야 영역(IRb)의 위치가 변하지 않도록 하는 것이 바람직하다. Z축 방향은, 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))의 회전 중심축(제1축(AX))과 기판 지지 드럼(25)의 회전 중심축(제2 축(AX2))과의 양쪽 모두에 직교하고, 중심면(CL)을 따른 방향이다. Z축 방향에서의 시야 영역(IRa)과 시야 영역(IRb)과의 공간적인 배치 관계가 마스크(M)의 교환의 전후에서 변하지 않도록 함으로써, 조명 광학계(IL) 및 투영 광학계(PL)의 조정, 각종의 계측용 기기(인코더 헤드(EH1, EH2), 얼라이먼트 현미경(GS1, GS2) 등)의 위치 조정 또는 이들과 관련하는 부품의 변경 등을 최소한으로 억제할 수 있다.
본 실시 형태는, 도 23에서 나타낸 바와 같은 멀티 렌즈 방식을 전제로 하지만, 마스크(M)의 외주면의 둘레 방향의 1개소에 설정되는 조명 영역(IR) 내의 패턴을 투영 영역(PA) 내에 투영하는 투영 광학계를, Y방향으로 단일 또는 복수개 배열하는 노광 장치의 경우, 그 조명 영역(IR)과 투영 영역(PA)과의 둘레 방향의 각 중심을, 모두 중심면(CL) 상에 배치하는 것이 좋다. 그러한 노광 장치에서는, 반경(곡률 반경) Rm인 마스크(M)를 반경 Rma(Rma＜Rm)인 원통 마스크(Ma)로 교환하는 경우, 마스크(Ma)의 회전 중심(샤프트)이 Z방향으로 반경차(Rma－Rm)만큼 위치 시프트하도록 베어링 장치를 Z구동시키면 된다.
그렇지만, 본 실시 형태의 멀티 렌즈 방식에서는, 마스크(M)의 외주면 상의 둘레 방향의 떨어진 2개소 중 일방에, 홀수번째의 투영 광학계의 시야 영역(IRa)(홀수번째의 투영 영역(PA)과 공역인 물면(物面))이 위치하고, 타방에 짝수번째의 투영 광학계의 시야 영역(IRb)(짝수번째의 투영 영역(PA)과 공역인 물면)이 위치하기 때문에, 단순히 반경차(Rma－Rm)만큼 마스크(Ma)를 Z방향으로 위치 변경해도, 반경차의 정도에 따라서는, 양호한 포커스 정밀도(또는 양호한 이음 위치 정밀도)가 얻어지지 않는 경우가 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 교환되는 원통 마스크의 외주면이, 홀수번째의 투영 광학계의 시야 영역(IRa)(물면)과 짝수번째의 투영 광학계의 시야 영역(IRb)(물면) 양쪽 모두에 정확하게 합치하도록 베어링 장치를 Z구동시킨다.
이상의 실시 형태에서는, 홀수번째의 투영 광학계(PL1, PL3, PL5)의 시야 영역(IRa)과, 짝수번째의 투영 광학계(PL2, PL4, PL6)의 시야 영역(IRb)과의 노광 장치 내에서의 위치(XYZ의 각 방향)가 변하지 않도록, 장착되는 원통 마스크의 직경에 따라서, 원통 마스크의 Z방향의 위치를 바꿀 수 있도록 했다. 이와 같이, 시야 영역(IRa, IRb)의 위치를 바꾸지 않도록 하면, 지름이 다른 원통 마스크에 대한 장치측의 변경 개소나 조정 개소가 적어도 된다고 하는 이점이 있다. 그렇지만, 그 경우, 원통 마스크를 회전시키는 모터 및 XYZ 방향으로 미동시키는 액추에이터 등의 구동계도 전체적으로 Z방향으로 이동시키게 되어, 구동계의 안정성을 해칠 가능성도 있다.
그래서, 구동계의 안정성을 유지할 수 있는 이점을 얻기 위해서, 노광 장치 내에서의 원통 마스크의 회전 중심(제1 축(AX1), 샤프트)의 Z위치(또는 X위치)는 변화시키지 않고, 지름이 다른 원통 마스크를 장착하도록 해도 괜찮다. 이와 같이 하면, 구동계의 안정성을 유지할 수 있는 이점 외에, 지름이 일정한 회전축에 대해서 외측에 장착되는 중공 모양의 원통 마스크(외주면의 반경이 다름)만을 교환하면 된다는 특징적인 효과가 얻어진다. 그것에 대응하기 위해, 노광 장치측에서는, 각 투영 광학계의 핀트 위치의 조정을 필두로, 각종 얼라이먼트 센서(현미경)의 원통 마스크에 대한 핀트 위치의 조정, 시야 영역(IRa, IRb) 및 얼라이먼트 센서의 검출 시야의 XYZ 방향으로의 위치 조정, 조명 광속(EL1)의 주광선의 기울기와 수렴 정도의 조정 또는 홀수번째의 투영 광학계(PL1, PL3, PL5)와 짝수번째의 투영 광학계(PL2, PL4, PL6)와의 간격 조정 등이 가능한 구성으로 해 두는 것이 바람직하다.
그런데, 본 실시 형태에서는, 도 23에서 나타낸 바와 같이, 교환 기구(150)에 의해서, 마스크(M)(및 마스크 유지 드럼(21))를 베어링 장치로부터 취출하여, 별도로 준비되어 있는 마스크(Ma)(마스크 유지 드럼(21a) 부착)를 베어링 장치에 장착한다. 마스크(M)의 취출시 및 마스크(Ma)의 장착시에, 도 23 중의 초점 계측 장치(AFM)나 이물 검사 장치(CD)가 마스크나 교환 기구(150)의 일부와 공간적으로 간섭하는 경우는, 그들을 일시적으로 회피시켜 둔다. 또, 도 23과 같이, 제1 축(AX1)을 지지하는 베어링 장치에 대해서, －Z방향으로는 투영 광학계(PL) 및 조명 광학계(IL)가 위치하고, －X방향으로는 얼라이먼트 현미경(GS1, GS2)이 위치하므로, 마스크(M)나 마스크(Ma)의 반출, 반입이 가능한 방향은, 베어링 장치에 대해서, ＋Z방향이나 ＋X방향 또는 ±Y방향(제1 축(AX1)의 방향)이 된다.
마스크(M)가 직경이 다른 마스크(Ma)로 교환되면 스텝 S102로 진행되며, 하위 제어 장치(16)는, 교환후, 노광 장치(U3d)에 장착되어 있는 마스크(Ma)에 대한 정보(교환후 마스크 정보)를 취득한다. 교환후 마스크 정보는, 예를 들면, 직경, 둘레 길이, 폭, 두께 등의 치수, 공차, 패턴의 종류, 마스크면(P1)의 진원도, 편심 특성 또는 평탄도 등 마스크에 기인하는 각종의 제원값 및 보정값 등이다.
이들 정보는, 예를 들면, 도 26에 나타내는 바와 같이, 마스크 유지 드럼(21a)의 표면에 마련한 정보 기억부(19)에 기억되어 있다. 정보 기억부(19)는, 예를 들면, 바코드, 홀로그램, 또는 IC태그 등이다. 본 실시 형태에서는, 정보 기억부(19)는, 마스크 유지 드럼(21a)의 표면에 마련되어 있지만, 마스크(Ma)에 디바이스용 패턴과 함께 마련되어 있어도 괜찮다. 본 실시 형태에서, 원통 마스크의 표면이라고 할 때에는, 마스크(Ma)의 표면 및 마스크 유지 드럼(21a)의 표면 모두 포함하는 것으로 한다. 도 26에서, 정보 기억부(19)는 마스크 유지 드럼(21a)의 원통 모양의 외주면에 마련되지만, 마스크 유지 드럼(21a)의 축선 방향의 단면부(端面部)에 마련해도 좋다.
하위 제어 장치(16)는, 판독 장치(17)가 정보 기억부(19)로부터 판독한 교환후 마스크 정보를 취득한다. 판독 장치(17)는, 정보 기억부(19)가 바코드인 경우는 바코드 리더, IC태그인 경우는 IC태그 리더 등을 이용할 수 있다. 정보 기억부(19)는, 마스크(Ma)에 미리 정보가 써넣어진 부분이라도 좋다.
교환후 마스크 정보는, 노광 조건에 관한 노광 정보에 포함되어 있어도 괜찮다. 노광 정보는, 노광 대상인 기판(P)의 정보, 기판(P)의 주사 속도, 조명 광속(EL1)의 파워 등 노광 장치(U3d)가 기판(P)에 노광 처리를 실시할 때에 필요한 정보이다. 본 실시 형태에서는, 노광 정보에 교환후 마스크 정보를 가미하여, 각종의 조정 및 보정을 행함과 아울러, 노광시의 장치 운전 상의 레시피 조건 및 파라미터의 설정이 행하여진다. 노광 정보는, 예를 들면, 도 27에 나타내는 노광 정보 격납 테이블(TBL)에 기억되어 있으며, 하위 제어 장치(16)의 기억부 또는 상위 제어 장치(5)의 기억부에 기억되어 있다. 하위 제어 장치(16)는, 전술한 기억부로부터 노광 정보 격납 테이블(TBL)을 판독하여, 교환후 마스크 정보를 취득한다. 또, 교환후 마스크 정보는, 하위 제어 장치(16) 또는 상위 제어 장치(5)에의 입력장치(키보드 또는 마우스 등)를 매개로 하여 입력된 것이라도 좋다. 이 경우, 하위 제어 장치(16)는, 전술한 입력장치로부터 교환후 마스크 정보를 취득한다. 하위 제어 장치(16)가 교환후 마스크 정보를 취득하면, 스텝 S103으로 진행된다.
스텝 S103에서, 하위 제어 장치(16)는, 교환후의 마스크(Ma)의 직경에 따라 노광 장치(U3d)의 조정이 필요한 부분 및 조정에 필요한 조건에 관한 데이터를 수집하거나 연산하거나 한다. 조정이 필요한 부분으로서는, 예를 들면, 마스크(M)의 Z축 방향에서의 위치, 조명 광학계(IL), 투영 광학계(PL), 마스크(M)의 회전 속도, 노광폭(조명 영역(IR)의 둘레 방향의 폭), 인코더 헤드(EH1, EH2)의 위치 또는 자세, 얼라이먼트 현미경(GS1, GS2)의 위치 또는 자세 등이다. 또, 본 실시 형태에서는, 교환후의 마스크(Ma)의 회전 중심축(제1 축(AX1a))이, 교환전의 마스크(M)의 회전 중심 위치로부터 Z축 방향으로 시프트하기 때문에, 마스크(Ma)를 구동하는 구동원(예를 들면, 전동기)의 출력축이 마스크(Ma)의 샤프트와 연결 가능하도록, 구동원의 노광 장치 본체 내에서의 장착 위치를 스텝 S103에서 조정(위치 시프트)해 둘 필요가 있다. 이 때문에, 노광 장치(U3d)는, 서로 직경이 다른 복수의 마스크 중 1개를 교환 가능하게 장착하여, 소정의 축선으로서의 제1 축(AX1)의 둘레로 회전시키는 마스크 유지 기구(11)에 장착되는 마스크(Ma)의 직경에 따라서, 적어도 제1 축(AX1)과 기판 지지 기구와의 거리를 조정하는 조정부를 가지고 있다. 이 조정부는, 마스크 유지 기구(11)에 장착된 마스크의 외주면과 기판 지지 기구에 의해 지지된 기판(P)과의 간격을, 미리 정해진 허용 범위 내로 설정한다.
전술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, Z축 방향에서의 조명 시야(IR)의 위치는, 직경이 다른 마스크(Ma)로 교환된 전후에서, 변하지 않도록 이루어진다. 이 때문에, 예를 들면, 스텝 S101에서, 하위 제어 장치(16)는, 직경이 다른 마스크(Ma)로 교환할 뿐이며, 스텝 S102에서 교환후 마스크 정보를 취득하면, 이것에 근거하여 마스크(Ma)의 Z축 방향에서의 조명 시야(IR)의 위치를 교환전과 동일한 위치로 제어한다. 또, 마스크(Ma)로 교환하기 전에, 하위 제어 장치(16)가, 예를 들면 노광 정보 격납 테이블(TBL)로부터 마스크(Ma)의 정보를 취득하고, 이것에 근거하여, 마스크(Ma)로 교환하는 타이밍으로, 마스크(Ma)의 Z축 방향에서의 조명 시야(IR)의 위치를 교환전과 동일한 위치로 제어해도 괜찮다. 다음으로, 스텝 S103에서의 조정의 예에 대해 설명한다.
도 28은, 직경이 다른 마스크 사이에서의 조명 광속 및 투영 광속의 거동을, 앞의 도 5를 기초로 하여 개략적으로 나타내는 도면이다. 전술한 바와 같이, 마스크(M)의 교환의 전후에서, 조명 시야(IR)의 Z축 방향에서의 위치가 변화하지 않도록 하면, 도 25에 나타내는 바와 같이, 마스크(M) 및 마스크 유지 드럼(21)의 회전 중심축, 즉 제1 축(AX1)의 Z축 방향에서의 위치가 변화한다. 구체적으로는, 직경이 작은 마스크(Ma)의 회전 중심축(AX1a)은, 직경이 큰 마스크(M)의 제1 축(AX1) 보다도, 기판 지지 드럼(25)의 회전 중심축인 제2 축(AX2)에 접근한다.
교환후의 마스크(Ma)가 교환전의 마스크(M) 보다도 직경이 작은 경우에도, 도 28에 나타내는 바와 같이, 마스크(Ma)(마스크면(P1a)) 상의 조명 영역(IR)의 둘레 방향의 중심인 교점 Q1의 XYZ 좌표 내에서의 절대 위치(노광 장치 내의 일의적인 위치)를 바꾸지 않는 것으로 한다. 이 때문에, 도 28에 나타내는 바와 같이, 교환전의 마스크(M)에 대해서 설정된 조명 광속(EL1)의 조명 조건, 즉, XZ면내에서 조명 광속(EL1)의 각 주광선을 반경(곡률 반경) Rm의 1/2의 점 Q2를 향해서 경사지는 등의 조건을 유지하면서, 직경이 작은 마스크(Ma)에 조명 광속(EL1)을 조사하면, 마스크(Ma) 상의 조명 영역(IR)에서 반사한 투영 광속(EL2a)의 각 주광선은, 서로 평행한 상태로부터 어긋나, XZ면내에서 발산하는 상태가 되어, 진행되는 방향도 어긋나 버린다.
이 때문에, 조명 광학계(IL)로부터의 조명 광속(EL1)을, 마스크(Ma)에 적합한 조명 광속(EL1)으로 조정할 필요가 있다. 그래서, 스텝 S103에서, 조명 광학계(IL)가 가지는 실린드리칼 렌즈(54)(도 4 참조)를 다른 파워의 것으로 변경하여 배율 텔레센트릭의 상태를, 조명 광속(EL1)의 각 주광선이, XZ면내에서 마스크(Ma)의 반경 Rma의 1/2의 위치를 향해 수렴하도록 조정한다. 게다가, 도시하지 않은 편각(偏角) 프리즘을 이용하여 시야 영역(IRa)(조명 영역(IR))의 중심인 교점 Q1에서의 축 텔레센트릭의 상태를, 교점 Q1를 통과하는 조명 광속(EL1)의 주광선의 연장이 마스크(Ma)의 중심축(AX1a)을 통과하는 상태로 조정한다.
또, 마스크(Ma)로부터의 반사 광속, 즉 투영 광속(EL2a)의 각도를 조정한다. 이 경우, 조명 광속(EL1)과 투영 광속(EL2a)와의 축 각도(주광선의 XZ면내에서의 각도)는, 마스크(Ma)의 직경(주광선의 중심 위치)에 의해 변화하기 때문에, 공통의 광로인 편광 빔 스플리터(PBS)와 마스크(Ma)와의 사이에 편각 프리즘(입사면과 사출면이 비평행한 쐐기 모양의 프리즘)을 배치하여 투영 광속(EL2a)의 각도를 조정할 수 있다.
또, 투영 광속(EL2a)만의 각도를 조정하는 경우는, 투영 광학계(PL)가 가지는 편광 부재(예를 들면, 제1 편향 부재(70)의 제1 반사면(P3), 또는 제2 편향 부재(80)의 제4 반사면(P6))의 각도를 조정해도 괜찮다. 이와 같이 함으로써, 직경이 다른 마스크(Ma)로 교환한 경우에(이 예에서는 교환후의 마스크(Ma)의 직경이 교환전보다도 작음), 마스크(Ma)에서 반사된 투영 광속(EL2a)의 각 주광선을 XZ면내에서 서로 평행광으로 할 수 있다. 즉, 교환후의 지름이 다른 마스크(Ma)에 대해서도, 조명 광학계(IL)는, 마스크(Ma)의 조명 영역(IR)에서 반사되는 투영 광속(EL2a)이 텔레센트릭한 상태가 되도록, 마스크(Ma) 상의 조명 영역(IR)에 조사되는 조명 광속(EL1)의 조명 조건이 조정된다.
전술한 조정을 실행하는 경우, 예를 들면, 조명 광학계(IL)의 조명 광학 모듈(ILM)에는, 파워가 다른 복수의 실린드리칼 렌즈(54) 중 1개를 교환 가능하게 광로 내에 설치하는 렌즈 교환 기구 등이 부설된다. 하위 제어 장치(16)로부터의 지령에 의해서, 그 렌즈 교환 기구를 제어하여, 가장 적합한 파워의 실린드리칼 렌즈(54)로 바꾸어도 괜찮다. 이 때, 하위 제어 장치(16)는, 교환후에서의 마스크(Ma)의 직경의 정보에 근거하여 실린드리칼 렌즈(54)를 바꾼다. 또, 전술한 편광 빔 스플리터(PBS)와 마스크(Ma)와의 사이의 편각 프리즘 또는 투영 광학 모듈(PLM)내의 편광 부재의 각도(및 XZ면내에서의 위치)를 조정하기 위한 액추에이터를 하위 제어 장치(16)에 의해서 제어하여, 마스크(Ma)에서 반사되는 투영 광속(EL2)의 광학 특성을 조정해도 괜찮다. 이 경우도, 하위 제어 장치(16)는, 교환후에서의 마스크(Ma)의 직경의 정보에 근거하여 편각 프리즘 또는 편광 부재의 각도를 조정한다. 또, 실린드리칼 렌즈(54)의 교환 및 편각 프리즘 등의 조정은, 노광 장치(U3d)의 오퍼레이터가 행해도 괜찮다.
도 29는, 직경이 다른 마스크로 교환한 경우에서의 인코더 헤드 등의 배치 변경을 나타내는 도면이다. 스텝 S103에서의 조정에서는, 필요에 따라서, 추가로, 인코더 헤드(EH1, EH2), 얼라이먼트 현미경(GS1, GS2), 마스크(M)측의 초점 계측 장치(AFM) 및 이물을 검출하는 이물 검사 장치(CD)의 조정이 행하여진다. 도 29에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 반경(곡률 반경) Rm인 마스크(M) 및 마스크 유지 드럼(21)으로부터, 직경이 작은 반경 Rma인 마스크(Ma) 및 마스크 유지 드럼(21a)으로 교환된 경우, 마스크(M)의 주위에 배치되어 있던 인코더 헤드(EH1, EH2), 얼라이먼트 현미경(GS1, GS2), 초점 계측 장치(AFM) 및 이물 검사 장치(CD)는, 직경이 작게 된 마스크(Ma)의 주위에 다시 배치하거나, 자세를 조정하거나 할 필요가 있다. 이와 같이 함으로써, 마스크(Ma) 상의 얼라이먼트 마크의 위치, 마스크(Ma)의 회전 각도 등을 올바르게 계측할 수 있게 된다.
도 29에 나타내는 예에서는, 얼라이먼트 현미경(GS1, GS2), 초점 계측 장치(AFM) 및 이물 검사 장치(CD)를, 직경이 작게 된 마스크(Ma)의 둘레에 다시 배치한다. 또, 이 예에서의 인코더 헤드(EH1, EH2)는, XZ면내에서는, 각각 제1 투영 광학계(홀수번째)의 시야 영역(IRa)의 위치, 제2 투영 광학계(짝수번째)의 시야 영역(IRb)의 위치의 근방에 배치되어 있다. 그 때문에, 마스크 교환후에, 인코더 헤드(EH1, EH2)의 위치를 XZ면내에서 크게 변경할 필요는 없다.
그러나, 마스크(Ma)로 교환하는 것에 의해서, 인코더 헤드(EH1, EH2)가 판독하는 스케일 원반(SD)의 외주면의 스케일, 또는 마스크(Ma)와 함께 마스크 유지 드럼(21a)의 외주면에 형성된 스케일과, 각 인코더 헤드(EH1, EH2)와의 상대적인 판독 각도가 변화해 버린다. 이 때문에, 인코더 헤드(EH1, EH2)는, 정확하게 스케일면과 대향하도록 자세가 조정된다. 구체적으로는, 도 29에 나타내는 화살표 N1, N2와 같이, 각 헤드(EH1, EH2)를, 스케일면의 지름에 따라서, 그 위치에서 회전(경사)시킨다. 이와 같이 함으로써, 마스크(Ma)의 회전 각도의 정보를 고정밀도로 얻을 수 있다.
마스크(Ma)로 교환할 때에는, 마스크(Ma) 및 마스크 유지 드럼(21a)과 함께 스케일 원반(SD)을 동시에 교환하고, 인코더 헤드(EH1, EH2)의 자세(경사)를 조정함과 아울러, 장착 위치 등을 조정해도 괜찮다. 스케일은, 마스크(Ma)의 표면 또는 마스크 유지 드럼(21a)의 외주면에 마련되어 있어도 괜찮다. 마스크(Ma)로 교환했을 때에, 인코더 헤드(EH1, EH2)가 판독하는 스케일의 둘레 방향의 격자 피치가, 교환전의 것과 다른 경우, 하위 제어 장치(16)는, 교환후에서의 스케일의 격자 피치와 인코더 헤드(EH1, EH2)의 검출값과의 대응 관계를 수정한다. 구체적으로는, 인코더 시스템의 디지털 카운터에 의한 1 카운트가, 교환후의 마스크(Ma)의 회전 각도 또는 마스크면(P1a)의 둘레 방향의 이동거리로서, 어느 정도의 값이 되는지의 변환 계수를 수정한다.
초점 계측 장치(AFM) 및 이물 검사 장치(CD)는, 도 29 중에 상상선(想像線, 가상선)으로 나타내는 바와 같이, 마스크(M) 또는 마스크(Ma)의 회전 중심축(제1 축(AX1) 또는 제1 축(AX1a))의 Z축 방향에서의 바로 아래, 또한 제1 투영 광학계의 조명 시야(IRa)와 제2 투영 광학계의 조명 시야(IRb)와의 사이에 배치하고, 마스크(M) 또는 마스크(Ma)의 마스크면(P1) 또는 마스크면(P1a)을 아래로부터 검출하도록 해도 괜찮다. 이와 같이 하면, 마스크(Ma)의 교환전후에서, 초점 계측 장치(AFM) 및 이물 검사 장치(CD)로부터 마스크(M)의 표면 또는 마스크(Ma)의 표면까지의 거리의 변화를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 초점 계측 장치(AFM) 및 이물 검사 장치(CD)의 광학계 또는 처리용 소프트 웨어의 수정 등으로 대응할 수 있을 가능성이 있다. 이 경우, 초점 계측 장치(AFM) 및 이물 검사 장치(CD)의 장착 위치를 변경하지 않아도 되다.
마스크(Ma)로 교환함으로써, 곡률 반경이 작게 되는 것에 의해, 투영 영역(PA)의 노광폭(기판(P)의 주사 방향 또는 마스크(Ma)의 둘레 방향) 내의 디포커스(defocus)가 크게 될 가능성이 있다. 이러한 경우에는, 노광폭(경사 부분을 포함함), 조명 광학계(IL)의 조도 또는 주사 속도(마스크(Ma)의 회전 속도와 기판(P)의 전송 속도)의 조정이 필요하다. 이들은, 투영 시야 조리개(63)를 조정하거나, 하위 제어 장치(16)가 광원 장치(13)의 광원의 출력, 마스크 유지 드럼(21a) 및 기판 지지 드럼(25)의 회전을 조정하거나 하는 것에 의해서 조정할 수 있다. 이 경우, 노광폭과 조도와 주사 속도를 함께 변경하는 것이 바람직하다.
게다가, 투영 광학계(PL)의 투영 영역(PA)의 위치, 투영 광학 모듈(PLM)의 상대 위치 관계, 및 마스크(Ma)의 둘레 길이가 변화하는 것에 의한 마스크(Ma)의 회전 방향에서의 배율 등을 조정할 필요가 있다. 예를 들면, 하위 제어 장치(16)는, 투영 광학계(PL)의 투영 광학 모듈(PLM)이 구비하는 상시프트용 광학 부재(65)또는 배율 보정용 광학 부재(66) 등을 제어하는 것에 의해, 투영 광학계(PL)의 투영 영역(PA) 또는 마스크(Ma)의 회전 방향에서의 배율 등을 조정할 수 있다.
스텝 S103에서는, 마스크(Ma)의 Z축 방향에서의 위치의 조정, 조명 광학계(IL)가 가지는 광학 부품의 조정, 투영 광학계(PL)가 가지는 광학 부품의 조정, 및 인코더 헤드(EH1, EH2)의 조정 등이라고 하는 기계적인 조정이 행하여진다. 이들에는, 하위 제어 장치(16)와 조정용 구동 기구 등에 의해서 자동(또는 반자동)으로 조정 가능한 것도 있고, 노광 장치(U3d)의 오퍼레이터가 수동으로 조정하는 것도 있다. 이 외에, 스텝 S103에서, 하위 제어 장치(16)는, 교환후 마스크 정보 또는 노광 정보 등에 근거하여, 노광 장치(U3d)를 제어하기 위한 제어 데이터(각종 파라미터) 등을 변경한다.
스텝 S103에서는, 스텝 S102에서 취득된 교환후 마스크 정보에 근거하여, 노광 장치(U3d)가 조정되었지만, 도 23에 나타내는 계측 장치(18)가 계측한 마스크(Ma)의 형상, 치수 및 장착 위치 등을 교환후 마스크 정보로 하고, 이것에 근거하여 노광 장치(U3d)가 조정되어도 괜찮다. 이 경우, 예를 들면, 하위 제어 장치(16)는, 마스크(Ma)로 교환된 후, 계측 장치(18)가 계측한 마스크(Ma)에 근거하여, 각종의 조정을 행한다. 또, 오퍼레이터가 조정, 교환해야만 하는 부품 등에 대해서는, 하위 제어 장치(16)는, 조정이 필요한 부품 등을, 예를 들면, 모니터 등에 표시하여 오퍼레이터에게 통지한다. 교환후에서의 마스크(Ma)의 계측값에 근거하여 노광 장치(U3d)가 조정되는 것에 의해, 예를 들면, 온도 또는 습도 등, 환경의 변화를 가미한 교환후 마스크 정보가 얻어지므로, 보다 실제의 상태에 입각하여 노광 장치(U3d)를 조정할 수 있다. 스텝 S103에서, 마스크(Ma)로 교환하는 것에 의한 조정이 종료하면, 스텝 S104로 진행된다.
이상과 같이, 다른 지름의 마스크로 교환하면, 노광 장치 내의 관련한 광학계, 기구계, 검출계의 각 특성이 변동하는 경우가 있다. 본 실시 형태에서는, 마스크 교환후의 노광 장치로서의 특성이나 성능을 확인할 수 있도록, 도 30에 나타내는 바와 같은 캘리브레이션 장치를 마련한다. 도 30은, 캘리브레이션 장치의 도면이다. 도 31은, 캘리브레이션을 설명하기 위한 도면이다. 스텝 S103에서 노광 장치(U3d)는, 교환후의 마스크(Ma)에 적합한 상태로 되어 있지만, 스텝 S104에서 캘리브레이션을 행하는 것에 의해, 노광 장치(U3d)의 상태를 교환후의 마스크(Ma)에 더 적합한 상태로 한다. 캘리브레이션은, 도 30에 나타내는 캘리브레이션 장치(110)를 이용한다. 본 실시 형태에서의 캘리브레이션은, 하위 제어 장치(16)가 실행한다. 하위 제어 장치(16)는, 캘리브레이션 장치(110)에 의해서, 도 31에 나타내는 바와 같은 마스크 유지 드럼(21a)에 유지된 마스크(Ma)의 표면에 마련된 조정용 마크로서의 제1 마크(ALMM)와, 기판 지지 드럼(25)의 표면(기판 지지 드럼(25)의 기판(P)을 지지하는 부분)에 마련된 조정용 마크로서의 제2 마크(ALMR)를 검출한다. 그리고, 하위 제어 장치(16)는, 제1 마크(ALMM)와 제2 마크(ALMR)와의 상대 위치가 소정의 위치 관계가 되도록 조명 광학계(IL), 투영 광학계(PL), 마스크(Ma)의 회전 속도, 기판(P)의 반송 속도 또는 배율 등을 조정한다. 따라서, 캘리브레이션의 스텝 S104는, 기판 지지 드럼(25)에 기판(P)을 감기 전에 행하는 것이 바람직하지만, 기판(P)의 투과성이 높고, 기판(P) 상에 각종의 패턴이 형성되어 있지 않은 상태라면, 기판 지지 드럼(25)에 기판(P)을 감은 채로, 캘리브레이션을 행해도 괜찮다.
도 30에 나타내는 바와 같이, 캘리브레이션 장치(110)는, 촬상 소자(예를 들면 CCD, CMOS)(111)와, 렌즈군(112)과, 프리즘 미러(113)와, 빔 스플리터(114)를 포함한다. 캘리브레이션 장치(110)는, 멀티 렌즈 방식의 경우, 각각의 조명 광학계(IL1 ~ IL6)에 대응하여 마련된다. 캘리브레이션을 실행하는 경우, 하위 제어 장치(16)는, 캘리브레이션 장치(110)의 빔 스플리터(114)를, 조명 광학계(IL)와 편광 빔 스플리터(PBS)와의 사이에서의 조명 광속(EL1)의 광로 중에 배치한다. 캘리브레이션을 실행하지 않은 경우, 빔 스플리터(114)는, 조명 광속(EL1)의 광로로부터 회피하고 있다.
촬상 소자(111)의 감도는 충분히 높으므로, 광의 파워의 손실은 고려하지 않아도 된다. 이 때문에, 빔 스플리터(114)는, 예를 들면, 하프(half) 프리즘 등이라도 좋다. 또, 빔 스플리터(114)를, 조명 광학계(IL)와 편광 빔 스플리터(PBS)와의 사이에서의 조명 광속(EL1)의 광로에 출입하는 것에 의해, 캘리브레이션 장치(110)를 소형화할 수 있다.
도 30에 나타내는 바와 같이, 캘리브레이션용 광원(115)으로부터의 광속을, 조명 광속(EL1)과 투영 광속(EL2)을 분리하기 위한 편광 빔 스플리터(PBS)의 조명 광속(EL1)이 입사하는 면의 반대면측으로부터 입사시키는 방법도 있다. 게다가, 기판 지지 드럼(25)의 제2 마크(ALMR)의 이면측에, 캘리브레이션용 광원(115)(발광부)를 배치하여, 제2 마크(ALMR)의 이면측으로부터 캘리브레이션용 광속을 조사하고, 제2 마크(ALMR)를 투과한 광을, 투영 광학계(PL)와 편광 빔 스플리터(PBS)를 매개로 하여, 교환후의 마스크(Ma)의 마스크면(P1a)에 투사해도 괜찮다. 이 경우, 캘리브레이션 장치(110)의 촬상 소자(111)는, 교환후의 마스크(Ma) 상에 역투영되는 기판 지지 드럼(25)의 제2 마크(ALMR)의 상(像)과, 마스크(Ma) 상의 제1 마크(ALMM)를 함께 촬상할 수 있다.
조명 광학계(IL)와 편광 빔 스플리터(PBS)와의 사이에서의 조명 광속(EL1)의 광로에 빔 스플리터(114)를 배치함으로써, 마스크(Ma)로부터의 제1 마크(ALMM)의 상(像)과, 기판 지지 드럼(25)으로부터의 제2 마크(ALMR)의 상이, 빔 스플리터(114)를 매개로 하여 캘리브레이션 장치(110)의 프리즘 미러(113)로 안내된다. 프리즘 미러(113)에서 반사한 각 마크상(mark像)의 광은, 렌즈군(112)을 통과한 후, 1프레임분(分)의 촬상 시간(샘플링 시간)이 0.1 ~ 1 밀리초 정도로 매우 짧고, 고속 셔터 스피드를 가지는 촬상 소자(111)에 입사한다. 하위 제어 장치(16)는, 촬상 소자(111)로부터 출력된 제1 마크(ALMM)의 상, 및 제2 마크(ALMR)의 상에 대응한 화상 신호를 해석하고, 그 해석 결과와, 촬상시(샘플링시)의 각 인코더 헤드(EH1, EH2, EN2, EN3)의 계측값에 근거하여, 제1 마크(ALMM)와 제2 마크(ALMR)와의 상대 위치 관계를 구하며, 양자의 상대 위치가 소정의 상태가 되도록 조명 광학계(IL), 투영 광학계(PL), 마스크(Ma)의 회전 속도, 기판(P)의 반송 속도 또는 배율 등을 조정한다.
도 31에 나타내는 바와 같이, 제1 마크(ALMM)는, 각각의 조명 광학계(IL(IL1 ~ IL6))에 대응하는 각각의 조명 영역(IR(IR1 ~ IR6))이 중심면(CL)을 사이에 두고 오버랩하는 위치(각 조명 영역(IR)의 Y방향에서의 양단의 삼각부)에 배치된다. 제2 마크(ALMR)는, 각각의 투영 광학계(PL(PL1 ~ PL6))에 대응하는 각각의 투영 영역(PA(PA1 ~ PA6))이 중심면(CL)을 사이에 두어 오버랩하는 위치(각 투영 영역(PA)의 Y방향에서의 양단의 삼각부)에 배치된다. 캘리브레이션에서, 각 투영 광학 모듈(PLM)마다 마련된 캘리브레이션 장치(110)는, 중심면(CL)을 사이에 두고 1열째(홀수번째), 2열째(짝수번째)의 순서대로, 순차적으로 제1 마크(ALMM)의 상과 제2 마크(ALMR)의 상을 수광한다.
이상과 같이, 스텝 S103에서, 마스크(Ma)로 교환하는 것에 의한 조정(주로 기계적인 조정)이 종료하면, 하위 제어 장치(16)는, 교환후의 마스크(Ma)와 기판(P)을 반송하는 기판 지지 드럼(25)과의 사이의 위치 어긋남이 허용 범위 이하가 되도록, 노광 장치(U3d)를 조정한다. 이와 같이, 하위 제어 장치(16)는, 제1 마크(ALMM)의 상 및 제2 마크(ALMR)의 상을 적어도 이용하여, 노광 장치(U3d)를 조정한다. 이와 같이 함으로써, 기계적인 조정에 의해 수정할 수 없었던 오차를, 교환후의 마스크(Ma)와 기판 지지 드럼(25)으로부터 취득한 실제의 마크의 상에 근거하여 추가로 수정한다. 그 결과, 노광 장치(U3d)는, 적절하고 양호한 정밀도로, 교환후의 마스크(Ma)를 이용한 노광을 행하는 것이 가능하게 된다.
상기 예에서는, 마스크를 교환한 후, 주로 기계적으로 노광 장치(U3d)를 조정했지만, 마스크를 교환한 후의 조정은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 노광 장치(U3d)에 장착 가능한 원통 마스크의 직경의 차이가 작은 경우는, 그들의 원통 마스크 중에서 가장 직경이 작은 원통 마스크에 맞추어, 조명 광학계(IL) 및 투영 광학계(PL)의 유효 지름 및 편광 빔 스플리터(PBS)의 크기를 결정해 둠으로써, 조명 광속(EL1) 등의 각도 특성 등의 조정을 불필요로 할 수도 있다. 이와 같이 하면, 노광 장치(U3d)의 조정 작업을 간략화할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 노광 장치(U3d)가 사용 가능한 마스크를, 마스크의 직경마다 복수의 그룹으로 분류하고, 그룹 내에서 마스크의 직경이 변경되는 경우와, 그룹을 넘어 마스크의 직경을 변경시키는 경우에, 노광 장치(U3d)의 조정 대상 또는 부품 등을 변경해도 좋다.
도 32는, 에어 베어링을 이용하여 마스크를 회전 가능하게 지지하는 예를 나타내는 측면도이다. 도 33은, 에어 베어링을 이용하여 마스크를 회전 가능하게 지지하는 예를 나타내는 사시도이다. 마스크(M)를 유지하는 마스크 유지 드럼(21)은, 양단부를 에어 베어링(160)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있어도 괜찮다. 에어 베어링(160)은, 복수의 지지 유닛(161)을 마스크 유지 드럼(21)의 외주부에 고리 모양으로 배치하여 만들어져 있다. 그리고, 에어 베어링(160)은, 각각의 지지 유닛(161)의 내주면으로부터 마스크 유지 드럼(21)의 외주면을 향해 공기(에어)를 분출하는 것에 의해서, 마스크 유지 드럼(21)을 회전 가능하게 지지한다. 이와 같이, 에어 베어링(160)은, 서로 직경이 다른 복수의 마스크(M) 중 1개를 교환 가능하게 장착하여, 소정의 축선(제1 축(AX1))의 둘레로 회전시키는 마스크 유지 기구로서 기능을 한다.
전술한 스텝 S103에서, 교환된 마스크(Ma)의 직경에 따라 에어 베어링(160)은 지지 유닛(161)이 교환된다. 또, 교환전후에서, 마스크(M)의 직경(2×Rm)의 차이가 작은 경우, 각각의 지지 유닛(161)의 지름 방향에서의 위치를 조정하여, 교환후의 마스크(M)에 대응시켜도 괜찮다. 이와 같이, 노광 장치(U3d)가, 에어 베어링(160)을 매개로 하여 마스크(M)를 회전 가능하게 지지하는 경우, 에어 베어링(160)은, 직경이 다른 마스크를 교환 가능하게 지지하는 노광 장치(U3d) 본체측의 베어링 장치로서 기능을 한다.
＜제6 실시 형태＞
도 34는, 제6 실시 형태에 관한 노광 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 도 34를 이용하여, 노광 장치(U3e)에 대해 설명한다. 중복하는 기재를 피하도록, 전술한 실시 형태와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 실시 형태와 동일한 구성요소에 대해서는, 실시 형태와 동일한 부호를 부여하여 설명한다. 또, 제5 실시 형태의 노광 장치(U3d)의 각 구성은, 본 실시 형태에 적용할 수 있다.
실시 형태의 노광 장치(U3)는, 마스크를 반사한 광이 투영 광속이 되는 반사형 마스크를 이용하는 구성이었지만, 본 실시 형태의 노광 장치(U3e)는, 마스크를 투과한 광이 투영 광속이 되는 투과형 마스크(투과형 원통 마스크)를 이용하는 구성으로 되어 있다. 노광 장치(U3e)에서, 마스크 유지 기구(11e)는, 마스크(MA)를 유지하는 마스크 유지 드럼(21e)과, 마스크 유지 드럼(21e)을 지지하는 가이드 롤러(93)와, 마스크 유지 드럼(21e)을 구동하는 구동 롤러(94)와, 구동부(96)를 구비한다. 도시는 하지 않지만, 노광 장치(U3e)는, 도 23에 나타내는 바와 같은, 마스크(MA)를 교환하기 위한 교환 기구(150)를 구비하고 있다.
마스크 유지 기구(11e)는, 서로 직경이 다른 복수의 마스크(MA) 중 1개를 교환 가능하게 장착하여, 소정의 축선(제1 축(AX1))의 둘레로 회전시킨다. 노광 장치(U3e)는, 서로 직경이 다른 복수의 마스크(MA) 중 1개를 교환 가능하게 장착하여, 소정의 축선으로서의 제1 축(AX1)의 둘레로 회전시키는 마스크 유지 기구(11e)에 장착되는 마스크(MA)의 직경에 따라서, 적어도 제1 축(AX1)과 기판 지지 기구와의 거리를 조정하는 조정부를 가지고 있다. 이 조정부는, 마스크 유지 기구(11e)에 장착된 마스크(MA)의 외주면과 기판 지지 기구에 지지된 기판(P)과의 간격을, 미리 정해진 허용 범위 내로 설정한다.
마스크 유지 드럼(21e)은, 예를 들면 유리 또는 석영 등으로 제조된, 일정한 두께를 가지는 원통 모양이며, 그 외주면(원통면)이 마스크(MA)의 마스크면을 형성한다. 즉, 본 실시 형태에서, 마스크(MA) 상의 조명 영역은, 중심선으로부터 일정한 곡률 반경 Rm를 가지는 원통면 모양으로 만곡하고 있다. 마스크 유지 드럼(21e) 중, 마스크 유지 드럼(21e)의 지름 방향으로부터 보아 마스크(MA)의 패턴과 겹치는 부분, 예를 들면 마스크 유지 드럼(21e)의 Y축 방향에서의 양단측 이외의 중앙 부분은, 조명 광속에 대해서 투광성을 가진다. 마스크면에는, 마스크(MA) 상의 조명 영역이 배치된다.
마스크(MA)는, 예를 들면, 평탄성이 좋은 직사각형 모양의 매우 얇은 유리판(예를 들면 두께 100㎛ ~ 500㎛)의 일방의 면에 크롬 등의 차광층에 의해 패턴을 형성한 투과형의 평면 모양 시트 마스크로서 작성되고, 그것을 마스크 유지 드럼(21e)의 외주면을 따라서 만곡시켜, 이 외주면에 감은(붙인) 상태에서 사용된다. 마스크(MA)는, 패턴이 형성되어 있지 않은 패턴 비형성 영역을 가지며, 패턴 비형성 영역에서 마스크 유지 드럼(21e)에 장착되어 있다. 마스크(MA)는, 마스크 유지 드럼(21e)에 대해서 떼어낼 수 있다. 마스크(MA)는, 실시 형태의 마스크(M)와 마찬가지로, 투명 원통 모재에 의한 마스크 유지 드럼(21e)에 감는 대신에, 투명 원통 모재에 의한 마스크 유지 드럼(21e)의 외주면에 직접 크롬 등의 차광층에 의한 마스크 패턴을 묘화 형성하여 일체화해도 괜찮다. 이 경우도, 마스크 유지 드럼(21e)이 마스크의 지지 부재로서 기능을 한다.
가이드 롤러(93) 및 구동 롤러(94)는, 마스크 유지 드럼(21e)의 중심축에 대해 평행한 Y축 방향으로 연장하고 있다. 가이드 롤러(93) 및 구동 롤러(94)는, 마스크(MA) 및 마스크 유지 드럼(21e)의 회전 중심축과 평행한 축선 둘레로 회전 가능하게 마련되어 있다. 가이드 롤러(93) 및 구동 롤러(94)는, 각각, 축선방향의 단부의 외경이 다른 부분의 외형 보다도 크게 되어 있으며, 이 단부가 마스크 유지 드럼(21e)에 외접하고 있다. 이와 같이, 가이드 롤러(93) 및 구동 롤러(94)는, 마스크 유지 드럼(21e)에 의해 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(21e)에 전달하는 것에 의해서, 마스크 유지 드럼(21e)을, 그 회전 중심축 둘레로 회전시킨다.
마스크 유지 기구(11e)는, 1개의 가이드 롤러(93)를 구비하고 있지만 수는 한정되지 않고, 2개 이상이라도 좋다. 마찬가지로 마스크 유지 기구(11e)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(21e)의 내측에 배치되어 있으며, 마스크 유지 드럼(21e)과 내접하고 있어도 괜찮다. 또, 마스크 유지 드럼(21e) 중, 마스크 유지 드럼(21e)의 지름 방향으로부터 보아 마스크(MA)의 패턴과 겹치지 않는 부분(Y축 방향의 양단측)은, 조명 광속에 대해서 투광성을 가지고 있어도 괜찮고, 투광성을 가지지 않아도 좋다. 또, 가이드 롤러(93) 및 구동 롤러(94)의 일방 또는 쌍방은, 예를 들면 원뿔대 모양으로서, 그 중심축(회전축)이 중심축에 대해 비평행이라도 좋다.
노광 장치(U3e)는, 가이드 롤러(93)와 구동 롤러(94)와의 위치에, 도 25에 나타내는, 제1 투영 광학계의 시야 영역(조명 영역)(IRa)과 제2 투영 광학계의 시야 영역(조명 영역)(IRb)을 각각 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 마스크(MA)의 직경이 변화해도, 시야 영역(IRa, IRb) 각각의 Z축 방향에서의 위치를 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 직경이 다른 마스크(MA)로 교환한 경우에, 시야 영역(IRa, IRb) 각각의 Z축 방향에서의 위치의 조정이 용이하게 된다.
본 실시 형태의 조명 장치(13e)는, 광원(도시 생략) 및 조명 광학계(조명계)(ILe)를 구비한다. 조명 광학계(ILe)는, 복수의 투영 광학계(PL1 ~ PL6)의 각각에 대응하여, Y축 방향으로 늘어선 복수(예를 들면 6개)의 조명 광학계(ILe1 ~ ILe6)를 구비한다. 광원은, 실시 형태의 광원 장치(13)와 마찬가지로, 각종의 광원을 이용할 수 있다. 광원으로부터 사출된 조명광은, 조도 분포가 균일화되어, 예를 들면 광 파이버 등의 도광 부재를 매개로 하여, 복수의 조명 광학계(ILe1 ~ ILe6)로 나누어진다.
복수의 조명 광학계(ILe1 ~ ILe6) 각각은, 렌즈 등의 복수의 광학 부재를 포함한다. 복수의 조명 광학계(ILe1 ~ ILe6) 각각은, 예를 들면 인티그레이터 광학계, 로드 렌즈 또는 플라이아이 렌즈 등을 포함하며, 균일한 조도 분포의 조명 광속에 의해서 마스크(MA)의 조명 영역을 조명한다. 본 실시 형태에서, 복수의 조명 광학계(ILe1 ~ ILe6)는, 마스크 유지 드럼(21e)의 내측에 배치되어 있다. 복수의 조명 광학계(ILe1 ~ ILe6) 각각은, 마스크 유지 드럼(21e)의 내측으로부터 마스크 유지 드럼(21e)을 통과하여, 마스크 유지 드럼(21e)의 외주면에 유지되어 있는 마스크(MA) 상의 각 조명 영역을 조명한다.
조명 장치(13e)는, 조명 광학계(ILe1 ~ ILe6)에 의해서 광원으로부터 사출된 광을 안내하고, 안내된 조명 광속을 마스크 유지 드럼(21e) 내부로부터 마스크(MA)에 조사한다. 조명 장치(13e)는, 마스크 유지 드럼(21e)에 의해 유지된 마스크(MA)의 일부(조명 영역)를, 조명 광속에 의해서 균일한 밝기로 조명한다. 또, 광원은, 마스크 유지 드럼(21e)의 내측에 배치되어 있어도 괜찮고, 마스크 유지 드럼(21e)의 외측에 배치되어 있어도 괜찮다. 또, 광원은, 노광 장치(U3e)와는 별도의 장치(외부 장치)라도 괜찮다.
조명 광학계(ILe1 ~ ILe6)는, 마스크(MA)의 내측으로부터 그 외주면을 향해서, 소정의 축선으로서의 제1 축(AX1)의 방향으로 슬릿 모양으로 연장된 조명 광속을 조사한다. 또, 노광 장치(U3e)는, 조명 광속의 마스크(MA)의 회전 방향에 관한 폭을, 장착되는 마스크(MA)의 직경에 따라 조정하는 조정부를 가지고 있다.
노광 장치(U3e)의 기판 지지 기구(12e)는, 평면 모양의 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. 도 34에 나타내는 지지면(P2)측에서의 기판(P)의 표면은 실질적으로 XY면과 평행한 평면이므로, 마스크(MA)로부터 반사되고, 투영 광학계(PL)를 통과하여, 기판(P)에 투사되는 투영 광속의 주광선은, XY면과 수직하게 된다. 전술한 스텝 S104의 캘리브레이션에서는, 기판 스테이지(102)의 지지면(P2)의 표면에, 도 31에 나타낸 제2 마크(ALMR)가 마련된다.
노광 장치(U3e)는, 마스크(MA)로서 투과형 마스크를 이용하고 있지만, 이 경우도, 노광 장치(U3)와 마찬가지로, 다른 직경의 마스크(MA)와 교환할 수 있다. 그리고, 다른 직경의 마스크(MA)로 교환한 경우, 노광 장치(U3e)는, 노광 장치(U3)와 마찬가지로, 조명 광학계(ILe1 ~ ILe6)와 투영 광학계(PL1 ~ PL6) 중 적어도 일방이 적어도 조정된 후, 교환후의 마스크(MA)와 기판(P)을 반송하는 기판 스테이지(102)와의 사이의 상대 위치 관계가 소정의 허용 범위 내의 어긋남이 되도록 조정(설정)된다. 이와 같이 함으로써, 기계적인 조정에 의해 수정할 수 없었던 오차를, 마스크(MA)와 기판 스테이지(102)로부터 취득한 실제의 마크상 등에 근거하여 추가로 정밀하게 수정한다. 그 결과, 노광 장치(U3e)는, 적절하고 양호한 정밀도로 유지되어, 교환후의 마스크에 의한 노광을 행하는 것이 가능하게 된다.
또, 실시 형태의 노광 장치(U3)가 가지는 기판 지지 기구(12)를 대신하여, 본 실시 형태의 노광 장치(U3e)가 가지는 기판 지지 기구(12e)를 노광 장치(U3)에 적용해도 괜찮다. 또, 실시 형태의 노광 장치(U3)에, 가이드 롤러(93)와 구동 롤러(94)를 이용하여 기판 지지 드럼(25)을 회전 가능하게 지지하고, 또한 가이드 롤러(93)와 구동 롤러(94)와의 위치에, 도 25에 나타내는, 제1 투영 광학계의 시야 영역(조명 영역)(IRa)과 제2 투영 광학계의 시야 영역(조명 영역)(IRb)을 각각 배치해도 괜찮다. 이와 같이 함으로써, 직경이 다른 마스크(MA)로 교환한 경우에서, 시야 영역(IRa, IRb) 각각의 Z축 방향에서의 위치의 조정이 용이하게 된다.
＜제7 실시 형태＞
도 35는, 제7 실시 형태에 관한 노광 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 도 35를 이용하여, 노광 장치(U3f)에 대해 설명한다. 중복하는 기재를 피하도록, 전술한 실시 형태와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 실시 형태와 동일한 구성요소에 대해서는, 실시 형태와 동일한 부호를 부여하여 설명한다. 또, 제5 실시 형태의 노광 장치(U3d) 및 제6 실시 형태 노광 장치(U3e)의 각 구성은, 본 실시 형태에 적용할 수 있다.
노광 장치(U3f)는, 이른바 프록시미티(proximity) 노광을 기판(P)에 실시하는 기판 처리 장치이다. 노광 장치(U3f)는, 마스크(MA)와, 기판 지지 드럼(25f)과의 간극(프록시미티·갭)을 수㎛ ~ 수십㎛ 정도로 설정하여, 조명 광학계(ILc)가 직접 기판(P)에 조명 광속(EL)을 조사하고, 비접촉 노광한다. 마스크(MA)는, 마스크 유지 드럼(21f)의 표면에 마련되어 있다. 본 실시 형태의 노광 장치(U3f)는, 마스크(MA)를 투과한 광이 투영 광속(EL)이 되는 투과형 마스크를 이용하는 구성으로 되어 있다. 노광 장치(U3f)에서, 마스크 유지 드럼(21f)은, 예를 들면 유리 또는 석영 등으로 제조된, 일정한 두께를 가지는 원통 모양이며, 그 외주면(원통면)이 마스크(MA)의 마스크면을 형성한다. 도시는 하지 않지만, 노광 장치(U3f)는, 도 23에 나타내는 바와 같은, 마스크(MA)를 교환하기 위한 교환 기구(150)를 구비하고 있다.
본 실시 형태에서, 기판 지지 드럼(25f)은, 전동 모터 등의 액추에이터를 포함하는 제2 구동부(26f)로부터 공급되는 토크에 의해서 회전한다. 제2 구동부(26f)의 회전 방향과 반대 방향이 되도록, 예를 들면 자기 치차(齒車)에 의해 연결된 한 쌍의 구동 롤러(MGG, MGG)가 마스크 유지 드럼(21f)을 구동한다. 제2 구동부(26f)는, 기판 지지 드럼(25f)을 회전시키고, 또한 구동 롤러(MGG, MGG)와 마스크 유지 드럼(21f)을 회전시켜, 마스크 유지 드럼(21f)과 기판 지지 드럼(25f)을 동기 이동(동기 회전)시킨다. 기판(P)은, 그 일부가, 한 쌍의 에어ㆍ턴바(ATB1f, ATB2f)와, 한 쌍의 가이드 롤러(27f, 28f)를 매개로 하여 기판 지지 드럼(25f)에 감겨져 있으므로, 기판 지지 드럼(25f)이 회전하면, 기판(P)은, 마스크 유지 드럼(21f)과 동기하여 반송된다. 이와 같이, 한 쌍의 구동 롤러(MGG, MGG)는, 서로 직경이 다른 복수의 마스크 중 1개를 교환 가능하게 장착하여, 소정의 축선(제1 축(AX1))의 둘레로 회전시키는 마스크 유지 기구로서 기능을 한다.
조명 광학계(ILc)는, 한 쌍의 구동 롤러(MGG, MGG)와의 위치에서, 마스크(MA)의 외주면과 기판 지지 드럼(25f)에 의해 지지되는 기판(P)이 가장 접근하고 있는 위치에서, Y방향으로 슬릿 모양으로 연장된 조명 광속을 마스크(MA)의 내측으로부터 기판(P)을 향해서 투사한다. 이러한 프록시미티 노광 방식에서는, 기판(P)에의 마스크 패턴의 노광 위치(투영 영역(PA)에 상당)는, 마스크(MA)의 둘레 방향에 관해서 1개소가 되기 때문에, 직경이 다른 원통 마스크로 교환할 때에는, 프록시미티·갭을 소정값으로 유지하도록, 원통 마스크의 Z축 방향의 위치 또는 기판(P)을 지지하는 기판 지지 드럼(25f)의 Z축 방향의 위치를 조정하는 것만이라도 괜찮다.
이와 같이, 노광 장치(U3f)는, 마스크(MA)로서 투과형 마스크를 이용하고, 또한 프록시미티 노광을 기판(P)에 실시하지만, 이 경우도, 노광 장치(U3)와 마찬가지로, 다른 직경의 마스크(MA)와 교환할 수 있다. 그리고, 다른 직경의 마스크(MA)로 교환한 경우, 노광 장치(U3f)는, 노광 장치(U3)와 동일한 캘리브레이션을 행하는 것에 의해, 교환후의 마스크(MA)와 기판(P)을 반송하는 기판 지지 드럼(25f)과의 사이의 상대적인 위치 어긋남(프록시미티·갭도 포함함)이 허용 범위 내가 되도록 조정할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 기계적인 조정에 의해 수정할 수 없었던 오차를, 마스크(MA)와 기판 지지 드럼(25f)으로부터 취득한 실제의 마크상에 근거하여 더 정밀하게 수정하고, 그 결과, 노광 장치(U3f)는 적절하고 양호한 정밀도를 유지하여 노광을 행하는 것이 가능하게 된다.
또, 도 35와 같은 노광 장치(U3f)의 조명 광학계(ILc)는, Y방향으로 가늘고 긴 X방향(마스크(MA)의 회전 방향)의 폭이 좁은 조명 광속을, 소정의 개구수(NA)로 마스크(MA)의 마스크면에 조사할 뿐이므로, 장착되는 원통 마스크의 지름이 달라도, 조명 광학계(ILc)로부터의 조명 광속의 배향 특성(주광선의 기울기 등)을 실질적으로 크게 조정할 필요는 없다. 다만, 마스크(MA)의 직경(반경)에 따라서, 마스크면에 조사되는 조명 광속의 X방향(마스크(MA)의 회전 방향)의 폭을 변화시키도록, 조명 광학계(ILc) 내에 폭 가변인 조명 시야 조리개(가변 블라인드)를 마련하거나, 조명 광속의 X방향(마스크(MA)의 회전 방향)의 폭만을 축소 또는 확대하는 굴절 광학계(예를 들면 실린드리칼 줌 렌즈 등)를 마련하거나 해도 괜찮다.
또, 도 35의 노광 장치(U3f)에서는, 기판(P)을 기판 지지 드럼(25f)에 의해서 원통면 모양으로 지지했지만, 도 34의 노광 장치(U3e)와 같이 평면 모양으로 지지해도 괜찮다. 기판(P)이 평면 모양으로 지지되면, 원통면 모양으로 지지되는 경우와 비교해서, 마스크(MA)의 지름의 차이에 대응한 조명 광속의 X방향(마스크(MA)의 회전 방향)에서의 폭의 조정 범위를 넓게 할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 마스크(MA)의 지름에 따른 프록시미티·갭의 허용 범위 내에서, 조명 광속의 X방향(마스크(MA)의 회전 방향)의 폭을 최적으로 조정할 수 있고, 기판(P) 상에 전사되는 패턴 품질(충실도 등)의 유지와 생산성을 최적화시킬 수 있다. 그 경우, 가변 블라인드나 실린드리칼 줌 렌즈 등이, 투과형의 마스크(MA)의 직경에 따라 조명 광속의 폭을 조정하는 조정부에 포함된다.
이상의 각 실시 형태에서, 노광 장치에 장착 가능한 원통 마스크의 직경에는 일정한 범위가 있다. 예를 들면, 선폭이 2㎛ ~ 3㎛ 정도인 미세 패턴을 투영하는 투영 광학계를 구비한 노광 장치에서는, 그 투영 광학계의 초점 심도(DOF)가 폭에서 수십㎛ 정도로 좁고, 또 투영 광학계 내에서의 포커스 조정의 범위도 좁은 것이 일반적이다. 그러한 노광 장치에 있어서는, 규격으로서 정해진 직경으로부터 밀리 단위로 바뀐 직경의 원통 마스크는 장착이 곤란해진다. 다만, 노광 장치측에서, 당초부터 원통 마스크의 직경 변화에 대응하도록, 각 부, 각 기구에 큰 조정 범위를 갖게 하고 있는 경우는, 그 조정 범위를 근거로 하여, 장착 가능한 원통 마스크의 직경 범위가 정해진다. 또, 도 35와 같은 프록시미티 방식의 노광 장치에서는, 마스크(MA)의 외주면의 일부와 기판(P)과의 갭이 소정의 범위에 들어가 있으면 좋고, 원통 마스크의 지지 기구가 대응 가능한 구성이면, 직경이 0.5배, 1.5배, 2배 …로, 크게 다른 원통 마스크라도 장착 가능하다.
도 36은, 반사형의 원통 마스크(M)의 노광 장치 내에서의 지지 기구의 부분적인 구조예를 나타내는 사시도이다. 도 36에서는, 원통 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))의 회전축(AX1)이 연장하는 방향(Y방향)의 일방측으로 돌출한 샤프트(21S)를 지지하는 기구만을 나타냈지만, 반대측에도 동일한 기구가 마련된다. 도 36의 경우, 스케일 원반(SD)은 원통 마스크(M)와 일체적으로 마련되지만, 원통 마스크(M)의 외주면의 Y방향의 양단측에, 디바이스용 마스크 패턴의 형성과 동시에, 인코더 헤드에 의해서 판독 가능한 스케일(격자)이 새겨서 마련되어도 괜찮다.
샤프트(21S)의 선단부에는, 다른 직경의 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))라도, 항상 일정한 직경으로 정밀 가공된 원통체(21K)가 형성된다. 이 원통체(21K)는, 노광 장치 본체의 프레임(보디(body))(200)의 일부를 U자 모양으로 노치한 부분에서, 상하 방향(Z방향)으로 이동 가능한 Z가동체(204)에 의해서 지지된다. 프레임(200)의 U자 모양의 노치 부분의 Z방향으로 연장된 단부에는, Z방향으로 직선적으로 연장하는 가이드 레일부(201A, 201B)가 X방향으로 소정의 간격으로 대향하도록 형성되어 있다.
Z가동체(204)에는, 원통체(21K)의 하반분 정도를 에어 베어링에 의해 지지하기 위한 반원 모양으로 움푹 패인 패드부(204P)와, 프레임(200)의 가이드 레일부(201A, 201B)와 걸리는 슬라이더부(204A, 204B)가 형성된다. 슬라이더부(204A, 204B)는, 가이드 레일부(201A, 201B)에 대해서, 기계적으로 접촉하는 베어링 또는 에어 베어링에 의해서, Z방향으로 매끄럽게 이동하도록 지지된다.
프레임(200)에는, Z축과 평행한 축선의 둘레로 회전 가능하게 축 지지된 볼 나사(203)와, 이 볼 나사(203)를 회전시키는 구동원(모터, 감속 기어 등)(202)이 마련된다. 볼 나사(203)와 나사 결합하는 너트부는, Z가동체(204)의 하측에 마련되는 캠 부재(206) 내에 마련된다. 따라서, 볼 나사(203)의 회전에 의해서, 캠 부재(206)가 Z방향으로 직선 이동하고, 이것에 의해서 Z가동체(204)도 Z방향으로 직선 이동한다. 도 36에서는 나타내어져 있지 않지만, 볼 나사(203)의 선단부를 지지하는 부재에, 캠 부재(206)가 X방향이나 Y방향으로 변위하지 않고, Z방향으로 이동하도록 안내하는 가이드 부재를 마련해도 좋다.
캠 부재(206)와 Z가동체(204)는 일체로 고정되어 있어도 괜찮고, Z방향으로는 고강성이고, X방향이나 Y방향으로는 저강성인 판 스프링이나 플렉처(flexure) 등에 의해 연결되어도 괜찮다. 혹은, 캠 부재(206)의 상면과 Z가동체(204)의 하면 각각에 구면(球面) 시트를 형성하고, 그러한 구면 시트의 사이에 강구(綱球)를 마련해도 좋다. 이와 같이 하면, 캠 부재(206)와 Z가동체(204)를 Z방향으로는 고강성으로 지지하면서, 강구를 중심으로 한 캠 부재(206)와 Z가동체(204)와의 상대적으로 미소 경사를 허용할 수 있다. 게다가, 도 36의 지지 기구에서는, Z가동체(204)와 프레임(200)과의 사이에, 원통 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))의 자중의 대부분을 지지하기 위한 탄성 지지 부재(208A, 208B)가 마련된다.
이 탄성 지지 부재(208A, 208B)는, 내부에 압착 기체를 공급함으로써 길이가 변화하는 에어 피스톤으로 구성되며, Z가동체(204)에 의해 지지되는 원통 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))의 하중을 공압에 의해서 지지한다. 원통 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))의 회전축으로서의 원통체(21K)를, Z가동체(204)의 패드부(204P)에서 지지하는 경우, 지름이 다른 원통 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))에서는, 당연히 자중도 다르다. 이 때문에, 그 자중에 따라서, 탄성 지지 부재(208A, 208B)로서의 에어 피스톤 내에 공급되는 압착 기체의 압력을 조정한다. 이와 같이 하면, 볼 나사(203)와 캠 부재(206) 중의 너트부와의 사이에 작용하는 Z방향의 하중이 큰 폭으로 저감되어, 볼 나사(203)도 매우 작은 토크로 회전시킬 수 있고, 따라서 구동원(202)도 소형으로 할 수 있으며, 발열 등에 의한 프레임(200)의 변형을 억제할 수 있다.
또, 도 36에는 나타내어 있지 않지만, Z가동체(204)의 Z방향의 위치는, 리니어 인코더와 같은 측장기(測長器)에 의해서 서브 미크론 이하의 계측 분해능으로 정밀하게 계측되고, 그 계측값에 근거하여 구동원(202)이 서보 제어된다. 게다가, Z가동체(204)와 캠 부재(206)와의 사이에 작용하는 하중의 변화를 계측하는 하중 센서 또는 캠 부재(206)의 Z방향 응력에 의한 변형을 계측하는 비틀림 센서 등을 마련하고, 각각의 센서로부터의 계측값에 따라서, 탄성 지지 부재(208A, 208B)로서의 에어 피스톤에 공급되는 압착(壓搾) 기체의 압력(기체의 공급과 배기)을 서보 제어해도 괜찮다.
게다가, 원통 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))를 Z가동체(204)의 패드부(204P)에 장착하고, 구동원(202)에 의한 Z방향의 높이가 소정의 위치에 설정된 후, 조명 광학계(IL)나 투영 광학계(PL)의 각종 조정이나 캘리브레이션을 행하는 도중(途中)에, 혹은 캘리브레이션의 결과에 근거하여, 재차, 원통 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))의 Z방향 위치를 미동시키는 것도 있다. 도 36의 Z가동체(204)를 포함하는 지지 기구는, 원통 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))의 반대측의 샤프트에도 마련되어 있고, 양측에 마련된 지지 기구의 각 Z가동체(204)의 Z방향 위치를 개별로 조정하는 것에 의해서, 회전 중심축(AX1)의 XY면에 대한 미소한 경사도 조정할 수 있다. 이상에 의해, 장착한 원통 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))의 Z방향의 위치 조정이나 경사 조정이 완료되면, Z가동체(204)를 가이드 레일부(201A, 201B)(즉, 프레임(200))에 기계적으로 클램프해도 괜찮다.
투영 노광 장치에 장착 가능한 원통 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))의 최대 직경을 DSa, 최소 직경을 DSb로 하면, Z가동체(204)의 Z방향의 이동 스트로크는, (DSa－DSb)/2라도 좋다. 일례로서, 장착 가능한 원통 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))의 최대 직경을 300mm, 최소 직경을 240mm로 하면, Z가동체(204)의 이동 스트로크는 30mm가 된다.
직경 300mm인 원통 마스크(M)는, 직경 240mm인 원통 마스크(M)에 대해서, 마스크(M)로서의 패턴 형성 영역을, 원통 마스크의 둘레 방향(주사 노광 방향)으로, 60mm×π≒188mm만큼 넓힐 수 있는 것을 의미한다. 종래의 주사 노광 장치와 같이, 평면 마스크를 일차원으로 주사 이동시키는 경우, 주사 방향으로 패턴 형성 영역을 넓히는 것은, 평면 마스크의 180mm 이상의 치수 확대에 대응한 마스크 스테이지의 대형화, 마스크 스테이지의 이동 스트로크를 180mm 이상 확대시키기 위한 보디 구조체의 대형화를 초래한다. 이것에 대해서, 도 36과 같이, 원통 마스크(M)(마스크 유지 드럼(21))의 회전축(AX1)(샤프트(21S))을 지지하는 Z가동체(204)를 Z방향으로 정밀하게 이동 가능한 구성으로 하는 것만으로, 장치의 다른 부분을 대형화하지 않고, 용이하게 마스크의 패턴 형성 영역의 확대에 대응할 수 있다.
＜디바이스 제조 방법＞
다음으로, 도 37을 참조하여, 디바이스 제조 방법에 대해 설명한다. 도 37은, 디바이스 제조 시스템에 의한 디바이스 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다. 이 디바이스 제조 방법은, 제1 실시 형태 내지 제7 실시 형태 중 어느 것에 의해서도 실현할 수 있다.
도 37에 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 요철)을 사전 형성한 것, 광 감응성의 기능막이나 투명막(절연 재료)을 미리 라미네이트한 것이라도 좋다.
다음으로, 기판(P) 상에 표시 패널 디바이스를 구성하는 전극이나 배선, 절연막, TFT(박막 반도체) 등에 의해서 구성되는 백 플레인(back plane)층을 형성 함과 아울러, 그 백 플레인층에 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)를 이용하여, 포토레지스트층을 노광하는 종래의 포토리소그래피 공정도 포함되지만, 포토레지스트 대신에 감광성 실란 커플링재를 도포한 기판(P)을 패턴 노광하여 표면에 친발수성(親撥水性)에 의한 패턴을 형성하는 노광 공정, 광 감응성의 촉매층을 패턴 노광하여 무전해 도금법에 의해서 금속막의 패턴(배선, 전극 등)을 형성하는 습식 공정, 혹은, 은나노 입자를 함유한 도전성 잉크 등에 의해서 패턴을 묘화하는 인쇄 공정 등에 의한 처리도 포함된다.
다음으로, 롤 방식으로 장척의 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 기능을 하는지, 소망의 성능이나 특성을 만족하고 있는지의 검사 공정이 행하여진다(스텝 S206). 이상과 같이 하여, 표시 패널(플렉시블·디스플레이)을 제조할 수 있다.
전술한 실시 형태 및 그 변형예에 관한 노광 장치는, 본원 청구 범위에 열거된 각 구성요소를 포함하는 각종 서브 시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도 및 광학적 정밀도를 유지하도록, 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해서, 노광 장치의 조립 전후에는, 각종 광학계에 대해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 대해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 대해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행하여진다. 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치에의 조립 공정은, 각종 서브 시스템 상호의 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속 및 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치에의 조립 공정 전에, 각 서브 시스템 개개의 조립 공정이 있다는 것은 말할 필요도 없다. 각종 서브 시스템의 노광 장치에의 조립 공정이 종료하면, 총합 조정이 행하여지고, 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또, 노광 장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린룸에서 행하는 것이 바람직하다.
또, 상기 실시 형태 및 그 변형예의 구성요소는 적절히 조합시킬 수 있다. 또, 일부의 구성요소를 이용하지 않는 경우도 있다. 게다가, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성요소의 치환 또는 변경을 행할 수도 있다. 또, 법령에서 허용되는 한에서, 전술의 실시 형태에서 인용한 노광 장치 등에 관한 모든 공개 공보 및 미국 특허의 기재를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다. 이와 같이, 상기 실시 형태에 근거하여 당업자 등에 의해 이루어지는 다른 실시 형태 및 운용 기술 등은, 모두 본 발명의 범위에 포함된다.
1 : 디바이스 제조 시스템 2 : 기판 공급 장치
4 : 기판 회수 장치 5 : 상위 제어 장치
U3 : 노광 장치(기판 처리 장치) M : 마스크
IR1 ~ IR6 : 조명 영역 IL1 ~ IL6 : 조명 광학계
ILM : 조명 광학 모듈 PA1 ~ PA6 : 투영 영역
PLM : 투영 광학 모듈

Claims (11)

  1. 축선의 둘레로 회전하는 기판 지지 드럼의 원통 모양의 외주면에서, 플렉시블한 장척(長尺)의 시트 기판을 지지하고 장척 방향을 주사 방향으로 하여 주속도(周速度, peripheral velocity) Vp로 이동시키면서, 상기 외주면에서 지지된 상기 시트 기판의 표면에 설정되는 투영 영역 내에, 투영 배율 β의 투영 광학계에 의해서 결상되는 전자 디바이스의 패턴에 대응한 평면 모양의 투영상(像)을 속도 Vm으로 상기 주사 방향으로 이동시키면서 투사하는 것에 의해, 상기 시트 기판 상(上)에 상기 패턴을 주사 노광하는 패턴 노광 방법으로서,
    상기 투영 영역 내의 상기 주사 방향으로 만곡한 상기 시트 기판의 표면과, 상기 투영 영역 내에 투사되는 상기 평면 모양의 투영상의 투영상면(投影像面)에 의해서 생기는 상기 주사 방향에 관한 투영 오차의 양을, 상기 투영 영역 내의 상기 주사 방향의 중심 위치를 사이에 둔 상기 주사 방향의 2개소의 각각에서 제로로 하기 위하여, 상기 주속도 Vp와 상기 속도 Vm을, 상기 투영 배율 β에 관계없이 일치시킨 상태에서, Vp＞Vm의 관계로 설정하는, 패턴 노광 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주속도 Vp와 상기 속도 Vm과의 상대 차이는,
    상기 투영 오차의 양의 절대값의 평균값이, 상기 투영상면에 형성되는 상기 패턴의 상(像)의 최소 치수보다도 작아지도록 설정되는, 패턴 노광 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 주속도 Vp와 상기 속도 Vm과의 상대 차이는,
    상기 투영 오차의 양의 절대값의 평균값이, 상기 투영 광학계의 개구수, 노광광의 파장, 프로세스 정수로 정의되는 해상력보다도 작아지도록 설정되는, 패턴 노광 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 주속도 Vp와 상기 속도 Vm과의 상대 차이는,
    상기 투영 오차의 양의 제곱의 평균값이, 상기 투영 광학계의 개구수, 노광광의 파장, 프로세스 정수로 정의되는 해상력보다도 작아지도록 설정되는, 패턴 노광 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 투영 영역의 상기 주사 방향의 폭을 ±A, 상기 시트 기판의 표면의 상기 주사 방향의 곡율 반경을 Rp, 상기 주사 노광시의 상기 시트 기판의 표면의 각속도를 ωp, 상기 투영 광학계의 개구수를 NA, 노광광의 파장을 λ, 프로세스 정수를 k로 하고,
    상기 주속도 Vp와 상기 속도 Vm이 동일할 때의 속도를 V, 상기 투영 영역의 폭 ±A 내에서의 이동 위치를 x로 했을 때, 하기의 식을 만족하도록 상기 투영 영역의 폭 ±A가 설정되는, 패턴 노광 방법.
    [식 1]
    Figure 112019120385216-pat00005

    [식 2]
    Figure 112019120385216-pat00006
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주속도 Vp와 상기 속도 Vm과의 상대 차이를 (Vm－Vp)/Vp로 나타내는 변화율 α(%)로 했을 때, 상기 변화율 α의 절대값을, 0＜α＜0.04%의 사이로 설정한, 패턴 노광 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트 기판의 표면에 상기 투영상으로서 결상되는 상기 패턴은, 상기 투영 광학계의 물면(物面)에 배치되는 평판 모양의 반사형 마스크에 형성되어 있는, 패턴 노광 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트 기판의 표면에 상기 투영상으로서 결상되는 상기 패턴에 대응한 광 분포는, 데이터에 근거하여 제어되는 DMD(디지털 미러 디바이스), 또는 SLM(공간 광변조 소자)에 의해서 형성되는, 패턴 노광 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 동일하게 구성된 복수의 투영 광학 모듈을 포함하고,
    상기 투영 광학 모듈의 각각은, 상기 기판 지지 드럼의 상기 축선의 방향을 따라서 열 모양으로 배치되며, 상기 시트 기판의 표면에 각각에 설정되는 상기 투영 영역에 상기 패턴의 상을 투사하는, 패턴 노광 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 투영 광학 모듈의 각각은, 상기 주사 방향으로 적어도 2열로 배치되는, 패턴 노광 방법.
  11. 플렉시블한 장척(長尺) 시트 기판의 표면에 전자 디바이스를 형성하는 디바이스 제조 방법으로서,
    상기 시트 기판의 표면에 감광성 기능층을 형성하는 공정과,
    청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재의 패턴 노광 방법에 의해서, 상기 시트 기판의 상기 감광성 기능층에 상기 전자 디바이스를 위한 패턴에 대응한 광 분포를 노광하는 공정과,
    상기 노광 후의 상기 시트 기판에 대해서 습식 처리 또는 인쇄 처리를 실시하여, 상기 감광성 기능층에 노광된 상기 패턴에 따른 막을 형성하는 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법.
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