TWI596652B - Polarizing beam splitter, substrate processing apparatus, component manufacturing system, and device manufacturing method - Google Patents

Polarizing beam splitter, substrate processing apparatus, component manufacturing system, and device manufacturing method Download PDF

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TWI596652B
TWI596652B TW102140021A TW102140021A TWI596652B TW I596652 B TWI596652 B TW I596652B TW 102140021 A TW102140021 A TW 102140021A TW 102140021 A TW102140021 A TW 102140021A TW I596652 B TWI596652 B TW I596652B
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鈴木哲男
鎌田剛忠
荒井正範
北紘典
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尼康股份有限公司
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Description

偏光分束器、基板處理裝置、元件製造系統及元件製造方法
本發明係關於偏光分束器、基板處理裝置、元件製造系統及元件製造方法。
以往，作為基板處理裝置，已知有對反射型之圓筒狀標線片(光罩)照射曝光用光，將從光罩反射之曝光用光投影於感光基板(晶圓)上之曝光裝置(參照例如專利文獻1)。專利文獻1之曝光裝置具有將從光罩反射之曝光用光投影至晶圓之投影光學系，投影光學系，係包含依據射入之曝光用光之偏光狀態而在成像光路中使曝光用光透射或反射之偏光分束器而構成。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2007-227438號公報
專利文獻1之曝光裝置中，來自照明光學系之照明光束從與投影光學系不同方向傾斜照射於圓筒狀之光罩上，在光罩反射之曝光用光(投影光束)射入投影光學系。若將照明光學系與投影光學系如專利文獻1所示般配置，則有照明光束之利用效率低，且投影於感光基板(晶圓)上之光罩 圖案之像質亦不佳的問題。作為有效率地保持良好像質之照明形態，係有同軸落射照明方式。此方式係將半反射鏡或分束器等光分割元件配置於透過投影光學系所形成之成像光路中，透過該光分割元件將照明光束照射於光罩，且在光罩反射之投影光束亦透過光分割元件導至感光基板。
藉由落射照明方式，將射向光罩之照明光束與來自光罩之投影光束分離時，係藉由使用偏光分束器作為光分割元件，而能進行將照明光束與投影光束之光量損失抑制地較低之有效率曝光。
然而，在藉由偏光分束器例如反射(或使透射)照明光束並使投影光束透射(或反射)之情形，由於在照明光學系及投影光學系中共有偏光分束器，因此有照明光學系與投影光學系物理性地干涉之可能性。
又，在專利文獻1之曝光裝置中使用偏光分束器之情形，偏光分束器之偏光膜係使射入之射入光束之一部分反射而成為反射光束，並使一部分透射而成為透射光束。此時，反射光束或透射光束，藉由被分離而產生能量損耗。因此，為了抑制因分離產生之反射光束或透射光束之能量損耗，射入偏光膜之射入光束，最好係使之成為波長及相位一致之雷射光。
然而，雷射光之能量密度高。因此在使射入光束成為雷射光之情形，若在偏光膜之反射光束之反射率及透射光束之透射率低，則雷射光之能量會在偏光膜被吸收，賦予偏光膜之負荷變大。因此，在將雷射光等能量密度高之光作為射入光束使用時，由於偏光分束器之偏光膜之耐性易降低，因此有難以將射入光束較佳地分離之可能性。
本發明之態樣，係有鑑於上述課題而為，其目的在於，提供 即使在藉由偏光分束器將照明光束與投影光束分離之情形，亦能抑制照明光學系及投影光學系之物理性干涉且可容易地配置照明光學系及投影光學系之偏光分束器、基板處理裝置(曝光裝置)、元件製造系統及元件製造方法。
又，本發明之態樣，係有鑑於上述課題而為，其目的在於，提供即使係能量密度高之射入光束，亦可減低施加於偏光膜之負荷且使射入光束之一部分反射而成為反射光束、使射入光束之一部分透射而成為透射光束之偏光分束器、基板處理裝置、元件製造系統及元件製造方法。
根據本發明之第1態樣，提供一種基板處理裝置(曝光裝置)，其具備：光罩保持構件，保持反射型之光罩；分束器，一方面射入之照明光束反射向前述光罩，另一方面使前述照明光束被前述光罩反射而得之投影光束透射；照明光學模組，使前述照明光束往前述分束器射入；以及投影光學模組，將透射過前述分束器之前述投影光束投影於光感應性之基板；將前述照明光束導向前述光罩之照明光學系，包含前述照明光學模組與前述分束器；將前述投影光束導向前述基板之投影光學系，包含前述投影光學模組與前述分束器；前述照明光學模組及前述分束器，設於前述光罩與前述投影光學模組之間。
根據本發明之第2態樣，提供一種元件製造系統，其具備：本發明之第1態樣之基板處理裝置；以及將前述基板供應至前述基板處理裝置之基板供應裝置。
根據本發明之第3態樣，提供一種元件製造方法，包含：使 用本發明之第1態樣之基板處理裝置對前述基板投影曝光之動作；以及藉由處理被投影曝光之前述基板，而將前述光罩之圖案形成於前述基板上之動作。
根據本發明之第4態樣，提供一種基板處理裝置(曝光裝置)，其具備：光罩保持構件，保持反射型之光罩；分束器，將射入之照明光束往前述光罩透射，且將前述照明光束藉由被前述光罩反射而取得之投影光束反射；照明光學模組，使前述照明光束往前述分束器射入；以及投影光學模組，將在前述分束器反射之前述投影光束投影於光感應性之基板；將前述照明光束導向前述光罩之照明光學系，包含前述照明光學模組與前述分束器；將前述投影光束導向前述基板之投影光學系，包含前述投影光學模組與前述分束器；前述照明光學模組及前述分束器，設於前述光罩與前述投影光學模組之間。
根據本發明之第5態樣，提供一種偏光分束器，其具備：第1稜鏡；第2稜鏡，具有與前述第1稜鏡之一個面對向之面；以及偏光膜，為了將從前述第1稜鏡射向前述第2稜鏡之射入光束依據偏光狀態分離成反射往前述第1稜鏡側之反射光束或往前述第2稜鏡側透射之透射光束，而設於前述第1稜鏡與前述第2稜鏡之對向面之間，並將以二氧化矽為主成分之第1膜體與以氧化鉿為主成分之第2膜體於膜厚方向積層而成。
根據本發明之第6態樣，提供一種基板處理裝置，其具有：光罩保持構件，保持反射型之光罩；照明光學模組，將照明光束導向前述光罩；投影光學模組，將前述照明光束被前述光罩反射而得之投影光束投 影於被投影體(基板)；以及配置於前述照明光學模組與前述光罩之間且配置於前述光罩與前述投影光學模組之間之本發明之第1態樣之偏光分束器與波長板；前述照明光束射入前述偏光分束器之前述偏光膜之射入角為包含52.4°~57.3°之布魯斯特角之既定角度範圍；以前述偏光分束器使前述照明光束往前述光罩透射且使前述投影光束往前述投影光學模組透射之方式，前述波長板使來自前述偏光分束器之前述照明光束偏光且使來自前述光罩之前述投影光束進一步偏光。
根據本發明之第7態樣，提供一種元件製造系統，其具備：本發明之第6態樣之基板處理裝置；以及將前述被投影體供應至前述基板處理裝置之基板供應裝置。
根據本發明之第8態樣，提供一種元件製造方法，包含：使用本發明之第6態樣之基板處理裝置對前述被投影體投影曝光之動作；以及藉由處理被投影曝光之前述被投影體，而形成前述光罩之圖案之動作。
根據本發明之態樣，能提供即使在藉由於照明光學系與投影光學系被共用之偏光分束器將照明光束與投影光束分離之情形，亦能抑制照明光學系及投影光學系之物理性干涉且可容易地配置照明光學系及投影光學系之偏光分束器、基板處理裝置、元件製造系統及元件製造方法。
又，根據本發明之態樣，能提供可減低施加於偏光膜之負荷且使射入光束之一部分反射而成為反射光束、使射入光束之一部分透射而成為透射光束之偏光分束器、基板處理裝置、元件製造系統及元件製造方法。
1‧‧‧元件製造系統
2‧‧‧基板供應裝置
4‧‧‧基板回收裝置
5‧‧‧上位控制裝置
11‧‧‧光罩保持機構
12‧‧‧基板支承機構
13‧‧‧光源裝置
16‧‧‧下位控制裝置
21‧‧‧光罩保持圓筒
25‧‧‧基板支承圓筒
31‧‧‧光源
32‧‧‧導光構件
41‧‧‧1/4波長板
51‧‧‧準直透鏡
52‧‧‧複眼透鏡
53‧‧‧聚光透鏡
54‧‧‧柱面透鏡
55‧‧‧照明視野光闌
56a~56d‧‧‧中繼透鏡
61‧‧‧第1光學系
62‧‧‧第2光學系
63‧‧‧投影視野光闌
64‧‧‧聚焦修正光學構件
65‧‧‧像偏移用光學構件
66‧‧‧倍率修正用光學構件
67‧‧‧旋轉修正機構
68‧‧‧偏光調整機構
70‧‧‧第1偏向構件
71‧‧‧第1透鏡群
72‧‧‧第1凹面鏡
80‧‧‧第2偏向構件
81‧‧‧第2透鏡群
82‧‧‧第2凹面鏡
91‧‧‧第1稜鏡
92‧‧‧第2稜鏡
93‧‧‧偏光膜
110‧‧‧光罩載台(第2實施形態)
P‧‧‧基板
FR1‧‧‧供應用捲筒
FR2‧‧‧回收用輥
U1~Un‧‧‧處理裝置
U3‧‧‧曝光裝置(基板處理裝置)
M‧‧‧光罩
MA‧‧‧光罩(第2實施形態)
AX1‧‧‧第1軸
AX2‧‧‧第2軸
P1‧‧‧光罩面
P2‧‧‧支承面
P7‧‧‧中間像面
EL1‧‧‧照明光束
EL2‧‧‧投影光束
Rm‧‧‧曲率半徑
Rfa‧‧‧曲率半徑
CL‧‧‧中心面
PBS‧‧‧偏光分束器
IR1~IR6‧‧‧照明區域
IL1~IL6‧‧‧照明光學系
ILM‧‧‧照明光學模組
PA1~PA6‧‧‧投影區域
PL1~PL6‧‧‧投影光學系
PLM‧‧‧投影光學模組
BX1‧‧‧第1光軸
BX2‧‧‧第2光軸
BX3‧‧‧第3光軸
D1‧‧‧第1面
D2‧‧‧第2面
D3‧‧‧第3面
D4‧‧‧第4面
θ‧‧‧角度
θ1(β)‧‧‧射入角
θB‧‧‧布魯斯特角
S1‧‧‧非射入區域
S2‧‧‧射入區域
H‧‧‧層體
H1‧‧‧第1膜體
H2‧‧‧第2膜體
圖1係顯示第1實施形態之元件製造系統構成之圖。
圖2係顯示第1實施形態之曝光裝置(基板處理裝置)之整體構成之圖。
圖3係顯示圖2所示之曝光裝置之照明區域及投影區域之配置之圖。
圖4係顯示圖2所示之曝光裝置之照明光學系及投影光學系之構成之圖。
圖5A係顯示在光罩之照明光束及投影光束之圖。
圖5B係顯示從偏光分束器觀看之第4中繼透鏡之圖。
圖6係顯示在偏光分束器之照明光束及投影光束之圖。
圖7係顯示能配置照明光學系之配置區域之圖。
圖8係顯示第1實施形態之偏光分束器之偏光膜周圍之構成之圖。
圖9係顯示相較於第1實施形態之比較例之偏光分束器之偏光膜周圍之構成之圖。
圖10係顯示圖8所示之偏光分束器之透射特性及反射特性之圖表。
圖11係顯示圖9所示之偏光分束器之透射特性及反射特性之圖表。
圖12係顯示第1實施形態之元件製造方法之流程圖。
圖13係顯示第2實施形態之曝光裝置(基板處理裝置)之整體構成之圖。
圖14係顯示第3實施形態之曝光裝置(基板處理裝置)之構成之圖。
圖15係顯示第4實施形態之曝光裝置(基板處理裝置)之整體構成之圖。
圖16係顯示第5實施形態之曝光裝置(基板處理裝置)之構成之圖。
圖17係顯示第6實施形態之偏光分束器之偏光膜周圍之構成之圖。
圖18係顯示圖17所示之偏光分束器之透射特性及反射特性之圖表。
圖19係顯示第7實施形態之偏光分束器之偏光膜周圍之構成之圖。
圖20係顯示圖19所示之偏光分束器之透射特性及反射特性之圖表。
圖21係顯示第8實施形態之偏光分束器之偏光膜周圍之構成之圖。
圖22係顯示圖21所示之偏光分束器之透射特性及反射特性之圖表。
參照圖式詳細說明用以實施本發明之形態(實施形態)。以下之實施形態所記載之內容並非用以限定本發明。又，以下所記載之構成要素包含發明所屬技術領域中具有通常知識者所能容易思及者、實質相同者。進而，以下所記載之構成要素係能適當組合。又，能在不脫離本發明要旨之範圍內進行構成要素之各種省略、置換或變更。
[第1實施形態]
第1實施形態之偏光分束器，設於對被投影體即光感應性基板施以曝光處理之作為基板處理裝置之曝光裝置。又，曝光裝置，係組裝於對曝光後之基板施加各種處理以製造元件之元件製造系統。首先，說明元件製造系統。
<元件製造系統>
圖1係顯示第1實施形態之元件製造系統之構成之圖。圖1所示之元件製造系統1，係製造作為元件之可撓性顯示器的產線(可撓性顯示器產線)。作為可撓性顯示器，有例如有機EL顯示器等。此元件製造系統1，係從將可撓性之基板P捲繞成捲軸狀的供應用輥FR1送出該基板P，對送出之基板P連續施加各種處理後，將處理後之基板P作為可撓性之元件捲取 於回收用輥FR2，即所謂捲對捲(Roll to Roll)方式。第1實施形態之元件製造系統1，係顯示從供應用輥FR1送出膜狀之片即基板P，從供應用輥FR1送出之基板P依序經過n台處理裝置U1、U2、U3、U4、U5、…Un直至被回收用輥FR2捲取之例。首先，說明作為元件製造系統1之處理對象之基板P。
基板P例如為樹脂膜、由不鏽鋼等金屬或合金構成之箔(f0i1)等。樹脂膜之材質例如包含聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚酯樹脂、乙烯乙烯酯共聚物樹脂、聚氯乙烯樹脂、纖維素樹脂、聚醯胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、乙酸乙烯酯樹脂中之1種或2種以上。
較為理想的是例如以因對基板P施加之各種處理步驟中所受之熱而產生之變形量實質上可忽視之方式，選定熱膨脹係數並非明顯較大者作為基板P。熱膨脹係數例如亦可藉由將無機填料混合至樹脂膜而設定得較與製程溫度等相應之閾值小。無機填料例如亦可為氧化鈦、氧化鋅、氧化鋁、氧化矽等。又，基板P可為利用浮式法等製造之厚度為100μm左右之極薄玻璃之單層體，亦可為於該極薄玻璃貼合有上述樹脂膜、箔等之積層體。
以上述方式構成之基板P，藉由被捲繞成捲軸狀而成為供應用輥FR1，此供應用輥FR1安裝於元件製造系統1。安裝有供應用輥FR1之元件製造系統1，係將用以製造元件之各種處理對從供應用輥FR1送出之基板P反覆執行。因此，處理後之基板P成為複數個元件相連的狀態。亦即，從供應用輥FR1送出之基板P係擷取多面用之基板。此外，基板P亦 可為預先藉由特定之預處理對其表面進行改質而得到活化者、或於表面形成有用以進行精密圖案化之微細之間隔壁構造(凹凸構造)者。
處理後之基板P，藉由被捲繞成捲軸狀而作為回收用輥FR2回收。回收用輥FR2安裝於未圖示之切割裝置。安裝有回收用輥FR2之切割裝置係將處理後之基板P分割(切割)成各個元件，而作成複數個元件。基板P之尺寸例如係寬度方向(成為短邊之Y軸方向)之尺寸為10cm~2m左右，長度方向(成為長邊之X軸方向)之尺寸為10m以上。此外，基板P之尺寸不限定於上述之尺寸。
參照圖1，繼續說明元件製造系統。圖1中，為X方向、Y方向及Z方向正交之正交座標系。X方向係在水平面內連結供應用輥FR1及回收用輥FR2之方向。Y方向，係在水平面內與X方向正交之方向。Y方向係供應用輥FR1及回收用輥FR2之軸方向。Z方向係與X方向與Y方向正交之方向(鉛直方向)。
元件製造系統1具備供應基板P之基板供應裝置2、對藉由基板供應裝置2而供應之基板P施加各種處理之處理裝置U1~Un、回收被處理裝置U1~Un施加處理後之基板P之基板回收裝置4、以及控制元件製造系統1之各裝置之上位控制裝置5。
於基板供應裝置2可旋轉地安裝供應用輥FR1。基板供應裝置2具有從被安裝之供應用輥FR1送出基板P之驅動輥R1、以及調整基板P在寬度方向(Y方向)之位置之邊緣位置控制器EPC1。驅動輥R1係一邊夾持基板P之表背兩面一邊旋轉，將基板P送出於從供應用輥FR1往回收用輥FR2之搬送方向，藉此將基板P供應至處理裝置U1~Un。此時，邊緣位 置控制器EPC1係使基板P移動於寬度方向，以將基板P在寬度方向之位置修正成基板P在寬度方向之端部(邊緣)之位置相對目標位置在±十數μm~數十μm左右之範圍。
於基板回收裝置4可旋轉地安裝回收用輥FR2。基板回收裝置4具有將處理後之基板P拉引至回收用輥FR2側之驅動輥R2、以及調整基板P在寬度方向(Y方向)之位置之邊緣位置控制器EPC2。基板回收裝置4，藉由驅動輥R2一邊夾持基板P之表背兩面一邊旋轉，將基板P拉引至搬送方向且使回收用輥FR2旋轉，藉此將基板P捲起。此時，邊緣位置控制器EPC2係與邊緣位置控制器EPC1同樣地構成，將基板P在寬度方向之位置修正成基板P之寬度方向之端部(邊緣)於寬度方向無不均。
處理裝置U1係將感光性功能液塗布於從基板供應裝置2供應之基板P之表面之塗布裝置。作為感光性功能液係使用光阻劑、感光性矽烷偶合材料、UV(ultraviolet，紫外線)硬化樹脂液等。處理裝置U1係從基板P之搬送方向上游側依序設有塗布機構Gp1與乾燥機構Gp2。塗佈機構Gp1，其具有捲繞基板P之壓印輥DR1、及對向於壓印輥DR1之塗布輥DR2。塗布機構Gp1係在將被供應之基板P捲繞於壓印輥DR1之狀態下，藉由壓印輥DR1及塗布輥DR2夾持基板P。接著，塗布機構Gp1藉由使壓印輥DR1及塗布輥DR2旋轉，而一邊使基板P移動於搬送方向、一邊藉由塗布輥DR2塗布感光性功能液。乾燥機構Gp2係噴吹熱風或乾燥空氣等乾燥用空氣，除去感光性功能液所含之溶質(溶劑或水)，藉由使塗布有感光性功能液之基板P乾燥，而於基板P上形成感光性功能層。
處理裝置U2係將自處理裝置U1搬送來之基板P加熱至既 定溫度(例如幾十℃~120℃左右)、以使形成於基板P之表面之感光性功能層穩定之加熱裝置。處理裝置U2，從基板P之搬送方向上游側起依序設有加熱室HA1與冷卻室HA2。加熱室HA1於其內部設有複數個輥及複數個空氣轉向桿(Air-turn Bar)，複數個輥及複數個空氣轉向桿構成基板P之搬送路徑。複數個輥係滾接於基板P之背面而設置，複數個空氣轉向桿係以非接觸狀態設於基板P之表面側。複數個輥及複數個空氣轉向桿係為了增長基板P之搬送路徑而為蛇行狀之搬送路徑之配置。通過加熱室HA1內之基板P，係一邊沿著蛇行狀之搬送路徑被搬送、一邊被加熱至既定溫度，冷卻室HA2為了使在加熱室HA1被加熱之基板P之溫度與後製程(處理裝置U3)之環境溫度一致，而將基板P冷卻至環境溫度。冷卻室HA2於其內部設有複數個輥，複數個輥與加熱室HA1同樣地為了增長基板P之搬送路徑而為蛇行狀之搬送路徑之配置。通過冷卻室HA2內之基板P，係一邊沿著蛇行狀之搬送路徑被搬送、一邊被冷卻。於冷卻室HA2之搬送方向之下游側設有驅動輥R3，驅動輥R3藉由一邊夾持通過冷卻室HA2之基板P、一邊旋轉，而將基板P往處理裝置U3供應。
處理裝置(基板處理裝置)U3係對自處理裝置U2供應之於表面形成有感光性功能層之基板(感光基板)P投影曝光顯示器用之電路或配線等圖案之掃描型曝光裝置。詳細雖於後述，但處理裝置U3係照明光束照明於反射型之圓筒狀光罩M，將照明光束藉由被光罩M反射而得之投影光束投影曝光於被能旋轉之基板支承筒25之外周面支承之基板P。處理裝置U3具有將從處理裝置U2供應之基板P送至搬送方向下游側之驅動輥R4、以及調整基板P在寬度方向(Y方向)之位置之邊緣位置控制器EPC3。驅動輥 R4係一邊夾持基板P之表背兩面一邊旋轉，將基板P往搬送方向下游側送出，藉此將基板P往曝光位置供應。邊緣位置控制器EPC3與邊緣位置控制器EPC1同樣地構成，係將基板P在寬度方向之位置修正成在曝光位置之基板P之寬度方向成為目標位置。
又，處理裝置U3具有在對曝光後之基板P賦予鬆弛度之狀態下將基板P往搬送方向下游側移送之兩組驅動輥R5、R6。兩組之驅動輥R5、R6，係於基板P之搬送方向隔著既定之間隔配置。驅動輥R5係夾持被搬送之基板P之上游側而旋轉，驅動輥R6係夾持被搬送之基板P之下游側而旋轉，藉此將基板P往處理裝置U4供應。此時，由於基板P被賦予鬆弛度，因此能吸收在較驅動輥R6靠搬送方向下游側處產生之搬送速度之變動，而能消除因搬送速度變動對基板P之曝光處理之影響。又，於處理裝置U3，為了使光罩M之光罩圖案之一部分像與基板P相對地位置對齊(對準)，而設有檢測預先形成於基板P之對準標記等之對準顯微鏡AM1、AM2。
處理裝置U4係對自處理裝置U3搬送來之曝光後之基板P進行濕式之顯影處理、無電解電鍍處理等的濕式處理裝置。處理裝置U4，於其內部具有沿鉛直方向(Z方向)階層化之三個處理槽BT1、BT2、BT3、以及搬送基板P之複數個輥。複數個輥配置成使基板P會依序通過三個處理槽BT1、BT2、BT3內部之搬送路徑。於處理槽BT3之搬送方向之下游側設有驅動輥R7，驅動輥R7藉由一邊夾持通過處理槽BT3之基板P一邊旋轉，而將基板P往處理裝置U5供應。
雖圖示省略，但處理裝置U5係使自處理裝置U4搬送來之基板P乾燥之乾燥裝置。處理裝置U5，係將附著於在處理裝置U4中被進 行濕式處理之基板P之水分含有量調整成既定之水分含有量。被處理裝置U5乾燥後之基板P經過若干處理裝置而搬送至處理裝置Un。接著，在處理裝置Un被處理後，基板P被基板回收裝置4之回收用輥FR2捲起。
上位控制裝置5係統籌控制基板供應裝置2、基板回收裝置4及複數個處理裝置U1~Un。上位控制裝置5控制基板供應裝置2及基板回收裝置4將基板P從基板供應裝置2往基板回收裝置4搬送。又，上位控制裝置5係與基板P之搬送同步地控制複數個處理裝置U1~Un，以執行對基板P之各種處理。
<曝光裝置(基板處理裝置)>
其次，參照圖2~圖7說明第1實施形態之作為處理裝置U3之曝光裝置(基板處理裝置)之構成。圖2係顯示第1實施形態之曝光裝置(基板處理裝置)之整體構成之圖。圖3係顯示圖2所示之曝光裝置之照明區域及投影區域之配置之圖。圖4係顯示圖2所示之曝光裝置之照明光學系及投影光學系之構成之圖。圖5A係顯示在光罩之照明光束及投影光束之圖。圖5B係顯示從偏光分束器觀看之第4中繼透鏡之圖。圖6係顯示在偏光分束器之照明光束及投影光束之圖。圖7係顯示能配置照明光學系之配置區域之圖。
圖2所示之曝光裝置U3係所謂掃描曝光裝置，一邊將基板P搬送於搬送方向(掃描方向)、一邊將形成於圓筒狀之光罩M外周面之光罩圖案之像投影曝光至基板P之表面。此外，圖2及圖4~圖7中，為X方向、Y方向及Z方向正交之正交座標系，為與圖1相同之正交座標系。
首先說明曝光裝置U3所使用之光罩M。光罩M為使用例如金屬製圓筒體之反射型圓筒光罩。光罩M形成於具有外周面(圓周面)之 圓筒體，其為以延伸於Y方向之第1軸AX1為中心之曲率半徑Rm，於徑方向具有一定厚度。光罩M之圓周面為形成有既定光罩圖案之光罩面P1。光罩面P1包含將光束以高效率往既定方向反射之高反射部與往既定方向不反射光束或以低效率反射之反射抑制部(或光吸收部)，光罩圖案藉由高反射部及反射抑制部形成。此種光罩M由於係金屬製之圓筒體，因此能廉價地作成。
此外，光罩M亦可形成有對應一個顯示元件之面板用圖案整體或一部分，亦可係形成有對應複數個顯示元件之面板用圖案之多面擷取型。又，於光罩M，亦可於繞第1軸AX1之周方向反覆形成有複數個面板用圖案，亦可於與第1軸AX1平行之方向反覆形成有複數個小型之面板用圖案。進而，光罩M亦可形成有第1顯示元件之面板用圖案與尺寸等異於第1顯示元件之第2顯示元件之面板用圖案。又，光罩M只要係具有以第1軸AX1為中心之曲率半徑Rm之圓周面即可，不限定於圓筒體之形狀。例如，光罩M亦可係具有圓周面之圓弧狀板材。又，光罩M亦可係薄板狀，使薄板狀之光罩M彎曲並以具有圓周面之方式貼附於圓柱狀之母材或圓筒狀之框。
其次說明圖2所示之曝光裝置U3。曝光裝置U3除了具有上述之驅動輥R4~R6、邊緣位置控制器EPC3及對準顯微鏡AM1、AM2以外，還具有光罩保持機構11、基板支承機構12、照明光學系IL、投影光學系PL、以及下位控制裝置16。曝光裝置U3藉由將從光源裝置13射出之照明光束EL1以照明光學系IL及投影光學系PL導引，而將以光罩保持機構11保持之光罩M之光罩圖案之像投射於以基板支承機構12支承之基板P。
下位控制裝置16係控制曝光裝置U3之各部以使各部執行處理。下位控制裝置16亦可係元件製造系統1之上位控制裝置5之一部分或全部。又，下位控制裝置16亦可係被上位控制裝置5控制而與上位控制裝置5為不同裝置。下位控制裝置16包含例如電腦。
光罩保持機構11，具有保持光罩M之光罩保持圓筒(光罩保持構件)21、與使光罩保持圓筒21旋轉之第1驅動部22。光罩保持圓筒21將光罩M保持成以光罩M之第1軸AX1為旋轉中心。第1驅動部22連接於下位控制裝置16，以第1軸AX1為旋轉中心使光罩保持圓筒21旋轉。
又，光罩保持機構11雖係以光罩保持圓筒21保持圓筒體之光罩M，但不限於此構成。光罩保持機構11，亦可順著光罩保持圓筒21之外周面將薄板狀之光罩M捲繞保持。此外，光罩保持機構11，亦可在光罩保持圓筒21之外周面加以保持圓弧狀板材之光罩M。
基板支承機構12，具有支承基板P之基板支承圓筒(基板支承構件)25、使基板支承圓筒25旋轉之第2驅動部26、一對空氣翻轉桿(air turn bar)ATB1、ATB2、以及一對導輥27、28。基板支承圓筒25係形成為具有以延伸於Y方向之第2軸AX2為中心之曲率半徑為Rfa之外周面(圓周面)的圓筒形狀。此處，第1軸AX1與第2軸AX2彼此平行，並以通過第1軸AX1及第2軸AX2之面為中心面CL。基板支承圓筒25之圓周面之一部分為支承基板P之支承面P2。也就是說，基板支承圓筒25係藉由將基板P捲繞於其支承面P2，據以支承基板P。第2驅動部26連接於下位控制裝置16，以第2軸AX2為旋轉中心使基板支承圓筒25旋轉。一對空氣翻轉桿ATB1、ATB2隔著基板支承圓筒25，分別設在基板P之搬送方向上游 側及下游側。一對空氣翻轉桿ATB1、ATB2係設在基板P之表面側，於鉛直方向(Z方向)較基板支承圓筒25之支承面P2設置在下方側。一對導輥27、28隔著一對空氣翻轉桿ATB1、ATB2，分別設在基板P之搬送方向上游側及下游側。一對導輥27、28，其中一方之導輥27將從驅動輥R4搬送而來之基板P引導至空氣翻轉桿ATB1，另一方之導輥28則將從空氣翻轉桿ATB2搬送而來之基板P引導至驅動輥R5。
承上所述，基板支承機構12將從驅動輥R4搬送而來之基板P，以導輥27引導至空氣翻轉桿ATB1，將通過空氣翻轉桿ATB1之基板P導入基板支承圓筒25。基板支承機構12，以第2驅動部26使基板支承圓筒25旋轉，據以將導入基板支承圓筒25之基板P一邊以基板支承圓筒25之支承面P2加以支承、一邊搬送向空氣翻轉桿ATB2。基板支承機構12，將被搬送至空氣翻轉桿ATB2之基板P以空氣翻轉桿ATB2引導至導輥28，將通過導輥28之基板P引導至驅動輥R5。
此時，連接於第1驅動部22及第2驅動部26之下位控制裝置16，使光罩保持圓筒21與基板支承圓筒25以既定旋轉速度比同步旋轉，將形成在光罩M之光罩面P1之光罩圖案之像，連續的反覆投影曝光於捲繞在基板支承圓筒25之支承面P2之基板P表面(順著圓周面彎曲之面)。
光源裝置13，射出照明於光罩M之照明光束EL1。光源裝置13具有光源31與導光構件32。光源31係射出對形成於基板P表面之光感應層賦予光學性作用之既定波長之光。光源31可利用例如水銀燈等燈光源或雷射二極體、發光二極體(LED)等。光源31所射出之照明光係例如從燈光源射出之輝線(g線、h線、i線等)、KrF準分子雷射光(波長248nm) 等遠紫外光(DUV光)、ArF準分子雷射光(波長193nm)等。此處之光源31最好係射出包含i線(365nm之波長)以下之波長照明光束EL1。作為產生i線以下之波長之照明光束EL1的光源31，能使用射出波長355nm之雷射光之YAG第3諧波雷射、射出波長266nm之雷射光之YAG第4諧波雷射、或射出波長248nm之雷射光之KrF準分子雷射等。
此處，從光源裝置13射出之照明光束EL1，射入後述偏光分束器PBS。照明光束EL1，為了抑制偏光分束器PBS對照明光束EL1之分離而產生之能量損失，以入射之照明光束EL1在偏光分束器PBS能大致全部反射之光束較佳。偏光分束器PBS可使係S偏光之直線偏光的光束反射、而使係P偏光之直線偏光的光束透射。因此，光源裝置13，係射出射入偏光分束器PBS之照明光束EL1成為直線偏光(S偏光)之光束的照明光束EL1。因此，光源裝置13係對偏光分束器PBS射出波長及相位一致之偏光雷射光。
導光構件32將從光源31射出之照明光束EL1導至照明光學系IL。導光構件32係以使用光纖或反射鏡之中繼模組等構成。又，導光構件32，在照明光學系IL設有複數個之情形時，係將來自光源31之照明光束EL1分離為複數條後，將複數條照明光束EL1導向複數個照明光學系IL。又，導光構件32，例如在從光源31射出之光束係偏光雷射光之情形時，作為光纖可使用偏光保持光纖(Polarization Maintaining Fiber)，以偏光保持光纖在維持雷射光之偏光狀態下進行導光。
此處，如圖3所示，第1實施形態之曝光裝置U3，係想定所謂之多透鏡(multi lens)方式之曝光裝置。又，圖3中，顯示了從-Z側 觀察光罩保持圓筒21所保持之光罩M上之照明區域IR的俯視圖(圖3之左圖)、與從+Z側觀察基板支承圓筒25所支承之基板P上之投影區域PA的俯視圖(圖3之右圖)。圖3之符號Xs，代表光罩保持圓筒21及基板支承圓筒25之移動方向(旋轉方向)。多透鏡方式之曝光裝置U3，係於光罩M上之複數個(第1實施形態中，例如係6個)照明區域IR1~IR6分別照明照明光束EL1，將各照明光束EL1在各照明區域IR1~IR6反射所得之複數個投影光束EL2，投影曝光至基板P上複數個(第1實施形態中，例如係6個)投影區域PA1~PA6。
首先，說明以照明光學系IL照明之複數個照明區域IR1~IR6。如圖3所示，複數個照明區域IR1~IR6係隔著中心面CL於旋轉方向配置成2行，於旋轉方向上游側之光罩M上配置奇數號之第1照明區域IR1、第3照明區域IR3及第5照明區域IR5，於旋轉方向下游側之光罩M上配置偶數號之第2照明區域IR2、第4照明區域IR4及第6照明區域IR6。各照明區域IR1~IR6係具有延伸於光罩M之軸方向(Y方向)之平行的短邊及長邊之細長梯形(矩形)之區域。此時，梯形之各照明區域IR1~IR6係成一其短邊位於中心面CL側、其長邊位於外側之區域。第1照明區域IR1、第3照明區域IR3及第5照明區域IR5，於軸方向相隔既定間隔配置。又，第2照明區域IR2、第4照明區域IR4及第6照明區域IR6亦於軸方向相隔既定間隔配置。此時，第2照明區域IR2，於軸方向係配置在第1照明區域IR1與第3照明區域IR3之間。同樣的，第3照明區域IR3，於軸方向係配置在第2照明區域IR2與第4照明區域IR4之間。第4照明區域IR4，於軸方向配置在第3照明區域IR3與第5照明區域IR5之間。第5照明區域 IR5，於軸方向配置在第4照明區域IR4與第6照明區域IR6之間。各照明區域IR1~IR6，從光罩M之周方向看，係以相鄰梯形照明區域之斜邊部之三角部重疊(overlap)之方式配置。又，第1實施形態中，各照明區域IR1~IR6雖係作成梯形區域，但亦可以是作成長方形區域。
又，光罩M，具有形成有光罩圖案之圖案形成區域A3、與沒有形成光罩圖案之圖案非形成區域A4。圖案非形成區域A4係吸收照明光束EL1之不易反射區域，配置成以框狀圍繞圖案形成區域A3。第1~第6照明區域IR1~IR6係配置成能涵蓋圖案形成區域A3之Y方向全寬。
照明光學系IL係對應複數個照明區域IR1~IR6設有複數個(第1實施形態中，例如係6個)。於複數個照明光學系IL1~IL6，分別射入來自光源裝置13之照明光束EL1。各照明光學系IL1~IL6，將從光源裝置13射入之各照明光束EL1分別導至各照明區域IR1~IR6。也就是說，第1照明光學系IL1將照明光束EL1導至第1照明區域IR1，同樣的，第2~第6照明光學系IL2~IL6將照明光束EL1導至第2~第6照明區域IR2~IR6。複數個照明光學系IL1~IL6隔(夾)著中心面CL於光罩M之周方向配置成2行。複數個照明光學系IL1~IL6，隔著中心面CL在配置第1、第3、第5照明區域IR1、IR3、IR5之側(圖2之左側)，配置第1照明光學系IL1、第3照明光學系IL3及第5照明光學系IL5。第1照明光學系IL1、第3照明光學系IL3及第5照明光學系IL5於Y方向相隔既定間隔配置。又，複數個照明光學系IL1~IL6，隔著中心面CL在配置第2、第4、第6照明區域IR2、IR4、IR6之側(圖2之右側)，配置第2照明光學系IL2、第4照明光學系IL4及第6照明光學系IL6。第2照明光學系IL2、第4照明光學 系IL4及第6照明光學系IL6於Y方向相隔既定間隔配置。此時，第2照明光學系IL2，係於軸方向配置在第1照明光學系IL1與第3照明光學系IL3之間。同樣的，第3照明光學系IL3，於軸方向配置在第2照明光學系IL2與第4照明光學系IL4之間。第4照明光學系IL4，於軸方向配置在第3照明光學系IL3與第5照明光學系IL5之間。第5照明光學系IL5，於軸方向配置在第4照明光學系IL4與第6照明光學系IL6之間。又，第1照明光學系IL1、第3照明光學系IL3及第5照明光學系IL5與第2照明光學系IL2、第4照明光學系IL4及第6照明光學系IL6，從Y方向看，係以中心面CL為中心對稱配置。
其次，參照圖4說明各照明光學系IL1~IL6。又，由於各照明光學系IL1~IL6皆係同樣構成，因此以第1照明光學系IL1(以下，僅稱為照明光學系IL)為例進行說明。
照明光學系IL，為了照射照明區域IR(第1照明區域IR1)之照明光束EL1成為均一照度分布，係適用柯勒照明法。又，照明光學系IL，從來自光源裝置13之照明光束EL1之射入側起，依序具有照明光學模組ILM、偏光分束器PBS、及1/4波長板41。
如圖4所示，照明光學模組ILM，從照明光束EL1之射入側起，依序包含準直透鏡51、複眼透鏡52、複數個聚光透鏡53、柱面透鏡54、照明視野光闌55、及複數個中繼透鏡56，係設在第1光軸BX1上。準直透鏡51設在光源裝置13之導光構件32之射出側。準直透鏡51之光軸配置在第1光軸BX上。準直透鏡51照射複眼透鏡52之射入側之全面。複眼透鏡52設在準直透鏡51之射出側。複眼透鏡52之射出側之面之中心配置 在第1光軸BX1上。複眼透鏡52，將來自準直透鏡51之照明光束EL1分割成從多數個點光源像之各個發散之光束。此時，生成點光源像之複眼透鏡52之射出側之面，藉由從複眼透鏡52透過照明視野光闌55至後述投影光學系PL之第1凹面鏡72的各種透鏡，配置成與第1凹面鏡72之反射面所在之光瞳面光學上共軛。
聚光透鏡53設在複眼透鏡52之射出側。聚光透鏡53之光軸配置在第1光軸BX1上。聚光透鏡53將在複眼透鏡52被分割之照明光束之各個透過柱面透鏡54而在照明視野光闌55上重疊。藉此，照明光束EL1成為在照明視野光闌55上均一之照度分布。柱面透鏡54係射入側為平面、射出側為凸面之平凸柱面透鏡。柱面透鏡54設在聚光透鏡53之射出側。柱面透鏡54之光軸配置在第1光軸BX1上。
柱面透鏡54，使照明光束EL1之主光線收斂於圖4中之XZ面內與第1光軸BX1正交之方向。柱面透鏡54與照明視野光闌55之射出側相鄰設置。照明視野光闌55之開口部形成為與照明區域IR相同形狀之梯形或長方形，照明視野光闌55之開口部中心配置在第1光軸BX1上。此時，照明視野光闌55，藉由從照明視野光闌55至光罩M之各種透鏡而被配置在與光罩M上之照明區域IR光學上共軛之面。中繼透鏡56設在照明視野光闌55之射出側。中繼透鏡56之光軸配置在第1光軸BX1上。中繼透鏡56使來自照明視野光闌55之照明光束EL1射入偏光分束器PBS。
當照明光束EL1射入照明光學模組ILM時，照明光束EL1即因準直透鏡51而成為照射於複眼透鏡52射入側之全面的光束。射入複眼透鏡52之照明光束EL1成為被分割成多數點光源像之照明光束EL1，透過 聚光透鏡53射入柱面透鏡54。射入柱面透鏡54之照明光束EL1，於XZ面內收斂於與第1光軸BX1正交之方向。通過柱面透鏡54之照明光束EL1射入照明視野光闌55。射入照明視野光闌55之照明光束EL1，通過照明視野光闌55之開口部(梯形或長方形等之矩形)，透過中繼透鏡56射入偏光分束器PBS。
偏光分束器PBS配置在照明光學模組ILM與中心面CL之間。偏光分束器PBS將來自照明光學模組ILM之照明光束EL1加以反射，另一方面，使被光罩M反射之投影光束EL2透射。亦即，藉由使來自照明光學模組ILM之照明光束EL1作為S偏光之直線偏光，射入偏光分束器PBS之投影光束EL2，藉由1/4波長板41之作用而成為P偏光之直線偏光並透射偏光分束器PBS。
此外，雖偏光分束器PBS之詳細構成將於後述，但如圖6所示，偏光分束器PBS具有第1稜鏡91、第2稜鏡92、及設在第1稜鏡91及第2稜鏡92之間之偏光膜(波面分割面)93。第1稜鏡91及第2稜鏡92以石英玻璃構成，於XZ面內為三角形之三角稜鏡。偏光分束器PBS，由三角形之第1稜鏡91與第2稜鏡92夾著偏光膜93接合，而在XZ面內成為四角形。
第1稜鏡91係照明光束EL1及投影光束EL2射入側之稜鏡。第2稜鏡92則係透射偏光膜93之投影光束EL2射出側之稜鏡。於偏光膜93，從第1稜鏡91朝向第2稜鏡92之照明光束EL1射入。偏光膜93反射S偏光(直線偏光)之照明光束EL1、使P偏光(直線偏光)之投影光束EL2透射。
偏光分束器PBS係反射到達偏光膜(波面分割面)93之照明光束EL1之大部分，且使投影光束EL2之大部分透射較佳。在偏光分束器PBS之波面分割面之偏光分離特性雖以消光比表示，但由於該消光比亦會因射向波面分割面之光線之射入角而改變，因此波面分割面之特性係亦考量照明光束EL1或投影光束EL2之NA(數值孔徑)後而設計成對實用上之成像性能之影響不會成為問題。
1/4波長板41配置在偏光分束器PBS與光罩M之間。1/4波長板41將被偏光分束器PBS反射之照明光束EL1從直線偏光(S偏光)轉換為圓偏光。藉由圓偏光之照明光束EL1之照射而在光罩M反射之光(圓偏光)，藉由1/4波長板41被轉換為P偏光(直線偏光)之投影光束EL2。
圖5A係將照射於光罩M上之照明區域IR之照明光束EL1與在照明區域IR反射之投影光束EL2之狀態在XZ面(與第1軸AX1垂直之面)內誇大顯示的圖。如圖5A所示，上述之照明光學系IL係以在光罩M之照明區域IR反射之投影光束EL2之主光線成為遠心(平行系)之方式使照射於光罩M之照明區域IR之照明光束EL1之主光線在XZ面(與第1軸AX1垂直之面)內意圖地成為非遠心狀態，而在YZ面(與中心面CL平行)則成為遠心狀態。照明光束EL1之上述特性，係由圖4中所示之柱面透鏡54所賦予。具體而言，在已設定通過光罩面P1上之照明區域IR周方向中央之點Q1而朝向第1軸AX1之線與光罩面P1之半徑Rm之1/2之圓的交點Q2時，係以通過照明區域IR之照明光束EL1之各主光線在XZ面會朝向交點Q2之方式設定柱面透鏡54之凸圓筒透鏡面之曲率。藉由此方式，則在照明區域IR內反射之投影光束EL2之各主光線，在XZ面內成為與通過第1軸 AX1、點Q1、交點Q2之直線平行(遠心)的狀態。
其次，說明以投影光學系PL投影曝光之複數個投影區域PA1~PA6。如圖3所示，基板P上之複數個投影區域PA1~PA6係與光罩M上之複數個照明區域IR1~IR6對應配置。也就是說，基板P上之複數個投影區域PA1~PA6係隔著中心面CL於搬送方向配置2行，於搬送方向上游側之基板P上配置奇數號之第1投影區域PA1、第3投影區域PA3及第5投影區域PA5，於搬送方向下游側之基板P上配置偶數號之第2投影區域PA2、第4投影區域PA4及第6投影區域PA6。各投影區域PA1~PA6係具有延伸於基板P之寬度方向(Y方向)之短邊及長邊的細長梯形(矩形)區域。此時，梯形之各投影區域PA1~PA6係其短邊位於中心面CL側、其長邊位於外側之區域。第1投影區域PA1、第3投影區域PA3及第5投影區域PA5於寬度方向相隔既定間隔配置。又，第2投影區域PA2、第4投影區域PA4及第6投影區域PA6亦於寬度方向相隔既定間隔配置。此時，第2投影區域PA2，於軸方向係配置在第1投影區域PA1與第3投影區域PA3之間。同樣的，第3投影區域PA3，於軸方向配置在第2投影區域PA2與第4投影區域PA4之間。第4投影區域PA4配置在第3投影區域PA3與第5投影區域PA5之間。第5投影區域PA5配置在第4投影區域PA4與第6投影區域PA6之間。各投影區域PA1~PA6，與各照明區域IR1~IR6同樣的，從基板P之搬送方向看，係以相鄰梯形投影區域PA之斜邊部之三角部重疊(overlap)之方式配置。此時，投影區域PA，係在相鄰投影區域PA之重複區域之曝光量與在不重複區域之曝光量成為實質相同的形狀。而第1~第6投影區域PA1~PA6係被配置成能涵蓋曝光至基板P上之曝光區域A7之 Y方向全寬。
此處，圖2中，於XZ面內觀察時，從光罩M上之照明區域IR1(及IR3、IR5)中心點至照明區域IR2(及IR4、IR6)中心點之周長，係設定成從順著支承面P2之基板P上之投影區域PA1(及PA3、PA5)之中心點至第2投影區域PA2(及PA4、PA6)中心點之周長實質相等。
投影光學系PL，係對應複數個投影區域PA1~PA6設有複數個(第1實施形態中例如為六個)。於複數個投影光學系PL1~PL6，從複數個照明區域IR1~IR6反射之複數個投影光束EL2分別射入。各投影光學系PL1~PL6將被光罩M反射之各投影光束EL2分別導至各投影區域PA1~PA6。也就是說，第1投影光學系PL1將來自第1照明區域IR1之投影光束EL2導至第1投影區域PA1，同樣的，第2~第6投影光學系PL2~PL6將來自第2~第6照明區域IR2~IR6之各投影光束EL2導至第2~第6投影區域PA2~PA6。複數個投影光學系PL1~PL6係夾著中心面CL於光罩M之周方向配置2行。複數個投影光學系PL1~PL6夾著中心面CL，於配置第1、第3、第5投影區域PA1、PA3、PA5之側(圖2之左側)配置第1投影光學系PL1、第3投影光學系PL3及第5投影光學系PL5。第1投影光學系PL1、第3投影光學系PL3及第5投影光學系PL5於Y方向相隔既定間隔配置。又，複數個照明光學系IL1~IL6夾著中心面CL，於配置第2、第4、第6投影區域PA2、PA4、PA6之側(圖2之右側)配置第2投影光學系PL2、第4投影光學系PL4及第6投影光學系PL6。第2投影光學系PL2、第4投影光學系PL4及第6投影光學系PL6於Y方向相隔既定間隔配置。此時，第2投影光學系PL2，於軸方向配置在第1投影光學系PL1與第3 投影光學系PL3之間。同樣的，第3投影光學系PL3，於軸方向配置在第2投影光學系PL2與第4投影光學系PL4之間。第4投影光學系PL4配置在第3投影光學系PL3與第5投影光學系PL5之間。第5投影光學系PL5配置在第4投影光學系PL4與第6投影光學系PL6之間。又，第1投影光學系PL1、第3投影光學系PL3及第5投影光學系PL5與第2投影光學系PL2、第4投影光學系PL4及第6投影光學系PL6，從Y方向看，係以中心面CL為中心對稱配置。
進一步的，參照圖4說明各投影光學系PL1~PL6。又，由於各投影光學系PL1~PL6係同樣構成，因此以第1投影光學系PL1(以下，僅稱為投影光學系PL)為例進行說明。
投影光學系PL，係將光罩M上之照明區域IR(第1照明區域IR1)之光罩圖案之像投影於基板P上之投影區域PA。投影光學系PL，從來自光罩M之投影光束EL2之射入側起，依序具有上述1/4波長板41、上述偏光分束器PBS、及投影光學模組PLM。
1/4波長板41及偏光分束器PBS係與照明光學系IL兼用。換言之，照明光學系IL及投影光學系PL共有1/4波長板41及偏光分束器PBS。
如圖5A所說明，在照明區域IR反射之投影光束EL2成為遠心之光束(主光線彼此平行之狀態)射入投影光學系PL。在照明區域IR反射之成為圓偏光之投影光束EL2，被1/4波長板41從圓偏光轉換為直線偏光(P偏光)後，射入偏光分束器PBS。射入偏光分束器PBS之投影光束EL2在透射偏光分束器PBS後，射入投影光學模組PLM。
投影光學模組PLM與照明光學模組ILM對應射置。也就是說，第1投影光學系PL1係將被第1照明光學系IL1之照明光學模組ILM照明之第1照明區域IR1之光罩圖案之像投影於基板P上之第1投影區域PA1。同樣地，第2~第6投影光學系PL2~PL6係將被第2~第6照明光學系IL2~IL6之照明光學模組ILM照明之第2~第6照明區域IR2~IR6之光罩圖案之像投影於基板P上之第2~第6投影區域PA2~PA6。
如圖4所示，投影光學模組PLM，具備於中間像面P7成像出照明區域IR之光罩圖案之像的第1光學系61、使藉由第1光學系61成像之中間像之至少一部分再成像於基板P之投影區域PA之第2光學系62、以及配置在形成中間像之中間像面P7的投影視野光闌63。此外，投影光學模組PLM，具備聚焦修正光學構件64、像偏移用光學構件65、倍率修正用光學構件66、旋轉(rotation)修正機構67、及偏光調整機構(偏光調整手段)68。
第1光學系61及第2光學系62係例如將戴森(Dyson)系加以變形之遠心的反射折射光學系。第1光學系61，其光軸(以下，稱第2光軸BX2)相對中心面CL實質正交。第1光學系61具備第1偏向構件70、第1透鏡群71、以及第1凹面鏡72。第1偏向構件70係具有第1反射面P3與第2反射面P4的三角稜鏡。第1反射面P3係一使來自偏光分束器PBS之投影光束EL2反射且使反射後之投影光束EL2通過第1透鏡群71而射入第1凹面鏡72的面。第2反射面P4係使在第1凹面鏡72反射之投影光束EL2通過第1透鏡群71射入且使射入之投影光束EL2往投影視野光闌63反射的面。第1透鏡群71包含各種透鏡，各種透鏡之光軸配置於第2光軸BX2上。第1凹面鏡72，係配置在第1光學系61之光瞳面，設定為與藉 由複眼透鏡52生成之多數個點光源像在光學上共軛的關係。
來自偏光分束器PBS之投影光束EL2在第1偏向構件70之第1反射面P3反射，通過第1透鏡群71上半部之視野區域而射入第1凹面鏡72。射入第1凹面鏡72之投影光束EL2在第1凹面鏡72反射，通過第1透鏡群71下半部之視野區域而射入第1偏向構件70之第2反射面P4。射入第2反射面P4之投影光束EL2，在第2反射面P4反射，通過聚焦修正光學構件64及像偏移用光學構件65而射入投影視野光闌63。
投影視野光闌63具有規定投影區域PA之形狀的開口。亦即，投影視野光闌63之開口形狀規定投影區域PA之形狀。
第2光學系62係與第1光學系61相同之構成，隔著中間像面P7與第1光學系61設成對稱。第2光學系62，其光軸(以下，稱第3光軸BX3)相對中心面CL實質正交，與第2光軸BX2平行。第2光學系62具備第2偏向構件80、第2透鏡群81、以及第2凹面鏡82。第2偏向構件80具有第3反射面P5與第4反射面P6。第3反射面P5係一使來自投影視野光闌63之投影光束EL2反射且使反射後之投影光束EL2通過第2透鏡群81而射入第2凹面鏡82的面。第4反射面P6係使在第2凹面鏡82反射之投影光束EL2通過第2透鏡群81射入且使射入之投影光束EL2往投影區域PA反射的面。第2透鏡群81包含各種透鏡，各種透鏡之光軸配置於第3光軸BX3上。第2凹面鏡82，係配置在第2光學系62之光瞳面，設定為與成像於第1凹面鏡72之多數個點光源像在光學上共軛的關係。
來自投影視野光闌63之投影光束EL2，於第2偏向構件80之第3反射面P5反射，通過第2透鏡群81上半部之視野區域而射入第2 凹面鏡82。射入第2凹面鏡82之投影光束EL2在第2凹面鏡82反射，通過第2透鏡群81下半部之視野區域而射入第2偏向構件80之第4反射面P6。射入第4反射面P6之投影光束EL2，在第4反射面P6反射，通過倍率修正用光學構件66而射入投影區域PA。藉此，在照明區域IR之光罩圖案之像係以等倍(×1)投影於投影區域PA。
聚焦修正光學構件64配置在第1偏向構件70與投影視野光闌63之間。聚焦修正光學構件64係調整投影於基板P上之光罩圖案像之聚焦狀態。聚焦修正光學構件64，例如係將2片楔形稜鏡顛倒(圖4中於X方向顛倒)重疊成整體為透明之平行平板。將此1對稜鏡在不改變彼此對向之面間之間隔的情形下滑向斜面方向，即能改變作為平行平板之厚度。據此，即能微調第1光學系61之實效光路長，對形成於中間像面P7及投影區域PA之光罩圖案像之對焦狀態進行微調。
像偏移用光學構件65配置在第1偏向構件70與投影視野光闌63之間。像偏移用光學構件65，可調整投影於基板P上之光罩圖案之像在像面內移動。像偏移用光學構件65由圖4之在XZ面內可傾斜之透明的平行平板玻璃、與圖4之在YZ面內可傾斜之透明的平行平板玻璃構成。藉由調整該2片平行平板玻璃之各傾斜量，即能使形成於中間像面P7及投影區域PA之光罩圖案之像於X方向及Y方向微幅偏移。
倍率修正用光學構件66配置在第2偏向構件80與基板P之間。倍率修正用光學構件66，係以例如將凹透鏡、凸透鏡、凹透鏡之3片以既定間隔同軸配置，前後之凹透鏡固定、而之間之凸透鏡可於光軸(主光線)方向移動之方式構成。據此，形成於投影區域PA之光罩圖案之像， 即能在維持遠心之成像狀態之同時，等向的微幅放大或縮小。又，構成倍率修正用光學構件66之3片透鏡群之光軸，在XZ面內係傾斜而與投影光束EL2之主光線平行。
旋轉修正機構67，例如係藉由致動器(圖示省略)使第1偏向構件70繞與Z軸平行之軸微幅旋轉者。此旋轉修正機構67藉由使第1偏向構件70旋轉，可使形成於中間像面P7之光罩圖案之像在中間像面P7內微幅旋轉。
偏光調整機構68，係例如藉由致動器(圖示省略)使1/4波長板41繞與板面正交之軸旋轉，以調整偏光方向者。偏光調整機構68藉由使1/4波長板41旋轉，可調整投射於投影區域PA之投影光束EL2之照度。
在以此方式構成之投影光學系PL中，來自光罩M之投影光束EL2從照明區域IR往光罩面P1之法線方向射出，通過1/4波長板41及偏光分束器PBS射入第1光學系61。射入第1光學系61之投影光束EL2，於第1光學系61之第1偏向構件70之第1反射面(平面鏡)P3反射，通過第1透鏡群71而在第1凹面鏡72反射。在第1凹面鏡72反射之投影光束EL2再度通過第1透鏡群71而在第1偏向構件70之第2反射面(平面鏡)P4反射，透射聚焦修正光學構件64及像偏移用光學構件65而射入投影視野光闌63。通過投影視野光闌63之投影光束EL2，在第2光學系62之第2偏向構件80之第3反射面(平面鏡)P5反射，通過第2透鏡群81而在第2凹面鏡82反射。在第2凹面鏡82反射之投影光束EL2再度通過第2透鏡群81而在第2偏向構件80之第4反射面(平面鏡)P6反射，射入倍率修正用光學構件 66。從倍率修正用光學構件66射出之投影光束EL2，射入基板P上之投影區域PA，出現在照明區域IR內之光罩圖案之像以等倍(×1)被投影於投影區域PA。
本實施形態中，第1偏向構件70之第2反射面(平面鏡)P4與第2偏向構件80之第3反射面(平面鏡)P5雖為相對中心面CL(或光軸BX2、BX3)傾斜45°之面，但第1偏向構件70之第1反射面(平面鏡)P3與第2偏向構件80之第4反射面(平面鏡)P6係相對中心面CL(或光軸BX2、BX3)傾斜45°以外之角度。第1偏向構件70之第1反射面P3相對中心面CL(或光軸BX2)之角度α°(絕對值)，當在圖6中將點Q1、交點Q2、通過第1軸AX1之直線與中心面CL所構成之角度設定為θ°時，係決定為α°=45°+θ°/2之關係。同樣地，第2偏向構件80之第4反射面P6相對中心面CL(或光軸BX2)之角度β°(絕對值)，當將通過於基板支承圓筒25外周面周方向之投影區域PA內之中心點之投影光束EL2之主光線與中心面CL在ZX面內之角度設定為ε°時，係決定為β°=45°+ε°/2之關係。
<照明光學系及投影光學系之構成>
進而，參照圖4、圖6及圖7，詳細說明第1實施形態之曝光裝置U3之照明光學系IL及投影光學系PL之構成。
如上所述，圖4所示之照明光學系IL具有照明光學模組ILM，投影光學系PL具有投影光學模組PLM，照明光學系IL及投影光學系PL共有偏光分束器PBS及1/4波長板41。照明光學模組ILM及偏光分束器PBS係在中心面CL延伸之方向(Z方向)設於光罩M與投影光學模組PLM之間。具體而言，偏光分束器PBS係於Z方向設於光罩M與投影光學模組 PLM之第1透鏡群71之間，於X方向設於中心面CL與照明光學模組ILM之間。又，照明光學模組ILM係於Z方向設於光罩M與投影光學模組PLM之第1透鏡群71之間，於X方向隔著偏光分束器PBS設於中心面CL側之相反側。
此處，參照圖7說明能配置照明光學模組ILM之配置區域E。在XZ面內之配置區域E係以第1線L1、第2線L2、第3線L3區劃出之區域。第2線L2係在光罩M反射之投影光束EL2之主光線(通過例如圖5A中之點Q1)。第1線L1係在光罩M反射之投影光束EL2之主光線與光罩面P1相交之交點(例如圖5A中之點Q1)中之光罩面P1之接線(接面)。第3線L3係以在空間上不與投影光學模組PLM干涉之方式設定為與第1光學系61之第2光軸BX2平行之線。照明光學模組ILM配置於以第1線L1、第2線L2及第3線L3包圍之配置區域E內。在光罩M為圓筒之情形，能如圖7所示，以第3線L3與第1線L1在Z方向之間隔隨著從中心面CL離開而越大之方式使第1線L1傾斜。因此，照明光學模組ILM之設置變得容易。
又，照明光學模組ILM亦可依據從照明光學模組ILM射入偏光分束器PBS之偏光膜93之照明光束EL1之主光線之射入角β來規定其配置。如圖6所示，將在照明區域IR反射之投影光束EL2之主光線(通過例如圖5A中之點Q1)與中心面CL所構成之角度設為θ。此時，照明光學模組ILM配置成射入偏光分束器PBS之偏光膜93之照明光束EL1之主光線之射入角β(在後述中係作為θ1來說明)會在45°×0.8≦β≦(45°+θ/2)×1.2之範圍內。亦即，此射入角β之角度範圍，係一以適於偏光分束器PBS之 偏光膜93之射入角β使照明光束EL1射入也能以不會對光罩M及投影光學模組PLM產生物理性干涉之方式配置照明光學模組ILM的範圍。此外，上述射入角β之角度範圍雖係亦考量以照明光束EL1之數值孔徑(NA)決定之角度分布來決定，但45°≦β≦(45°+θ/2)較佳。又，最適當之射入角β係在照明光學模組ILM之第1光軸BX1與投影光學模組PLM之第2光軸BX2平行之狀態下使照明光束EL1射入偏光分束器PBS之偏光膜93之射入角。
偏光分束器PBS係以隔著偏光膜93接合之兩個三角稜鏡(例如石英製)91、92構成。供來自照明光學模組ILM之照明光束EL1射入之稜鏡91之射入面設定為與照明光學模組ILM之第1光軸BX1垂直，使照明光束EL1朝向光罩M射出之面設定為與照明光束EL1之主光線(例如連結圖5A中之點Q1與旋轉中心軸AX1之線)垂直。又，使來自光罩M之投影光束EL2透過稜鏡91、偏光膜93往投影光學模組PLM透射之稜鏡92之射出面亦設定為與投影光束EL2之主光線(例如連結圖5A中之點Q1與旋轉中心軸AX1之線)垂直。因此偏光分束器PBS係相對具有遠心之主光線之投影光束EL2具一定厚度之光學平行平板。
如圖4所示，照明光學模組ILM由於易在偏光分束器PBS側與投影光學模組PLM產生物理性干涉，因此係切除照明光學模組ILM所含之各種透鏡(第1透鏡)之一部分。此外，第1實施形態中，雖說明了切除照明光學模組ILM之各種透鏡之情形，但並不限於此構成。亦即，投影光學模組PLM亦由於易在偏光分束器PBS側與照明光學模組ILM產生物理性干涉，因此亦可切除投影光學模組PLM所含之各種透鏡(第2透鏡)之一部分。因此，亦可切除照明光學模組ILM及投影光學模組PLM兩者所含之各 種透鏡之一部分。然而一般而言，由於照明光學模組ILM相較於投影光學模組PLM被要求光學精度較低，因此切除照明光學模組ILM所含之各種透鏡(第1透鏡)之一部分係較簡單且較理想的。
照明光學模組ILM中，設於偏光分束器PBS側之複數個中繼透鏡56之一部分被切除。複數個中繼透鏡56從照明光束EL1之射入側起依序為第1中繼透鏡56a、第2中繼透鏡56b、第3中繼透鏡56c、第4中繼透鏡56d。第4中繼透鏡56d與偏光分束器PBS相鄰設置。第3中繼透鏡56c與第4中繼透鏡56d相鄰設置。第2中繼透鏡56b係與第3中繼透鏡56c隔著既定之間隔設置，第2中繼透鏡56b與第3中繼透鏡56c之間較第2中繼透鏡56b與第1中繼透鏡56a之間長。第1中繼透鏡56a與第2中繼透鏡56b相鄰設置。離偏光分束器PBS較遠側之第1中繼透鏡56a及第2中繼透鏡56b形成為以光軸為中心之圓形。另一方面，離偏光分束器PBS較近側之第3中繼透鏡56c及第4中繼透鏡56d為切除圓形之一部分後之形狀。
在照明光束EL1射入第3中繼透鏡56c及第4中繼透鏡56d後，於第3中繼透鏡56c及第4中繼透鏡56d形成照明光束EL1射入之射入區域S2與照明光束EL1不射入之非射入區域S1。第3中繼透鏡56c及第4中繼透鏡56d係藉由將非射入區域S1之一部分缺損而形成切除圓形之一部分後之形狀。具體而言，第3中繼透鏡56c及第4中繼透鏡56d係將在XZ面內正交於第1光軸BX1之正交方向之兩側於垂直於正交方向之面切除而成之形狀。因此，第3中繼透鏡56c及第4中繼透鏡56d，當從第1光軸BX1上觀看時為包含大致橢圓形、大致長圓形、大致小判形等之形狀。
此處，參照圖5B說明最接近圖4中之偏光分束器PBS之第 4中繼透鏡56d外形一例。此圖5B係從偏光分束器PBS側觀看第4中繼透鏡56d者，隔著照明光束EL1所通過之射入區域S2，於Z方向上下存在照明光束EL1不通過之非射入區域S1。第4中繼透鏡56d係在製造為既定直徑之圓形透鏡後將相當於非射入區域S1之部分切除所作成。
該圓形透鏡之直徑係根據光罩M上之照明區域IR大小、工作距離、照明光束EL1之數值孔徑(NA)、以及以圖5A說明之照明光束EL1之主光線之非遠心之程度而決定。圖5B中，係著眼於設定於光罩M上之照明區域IR(此處為以光軸BX1通過之點Q1為中心之Y方向作為長邊之長方形)之四角。若將該四角之一個點設為FFa，則照明區域IR中之點FFa係被通過第4中繼透鏡56d之照明光束EL1中大致圓形之部分照明光束EL1a照射。部分照明光束EL1a在第4中繼透鏡56d上之圓形分布之尺寸，係由工作距離(焦點距離)或照明光束EL1之數值孔徑(NA)來決定。
又，如以圖5A所說明，在光罩M上之照明光束EL1之各主光線，由於在XZ面內為非遠心之狀態，因此通過光罩M上之點FFa之部分照明光束EL1a之主光線係在第4中繼透鏡56d上往Z方向偏移一定量。如此，將照射照明區域IR之四角(及外緣上)之各點之部分照明光束在第4中繼透鏡56d上之分布之全部重疊而成的光束為分布於第4中繼透鏡56d上之射入區域S2之照明光束EL1。因此，只要將照明光束EL1在第4中繼透鏡56d上之分布(擴散)亦加入照明光束EL1在XZ面內之非遠心之狀態來求出，以成為涵蓋射入區域S2(照明光束EL1之分布區域)之大小之方式決定第4中繼透鏡56d之形狀與尺寸即可。
與第4中繼透鏡56d同樣地，圖4中之其他透鏡56c、或透 鏡56a、56b，亦能以考量實質照明光束EL1之分布區域而成為涵蓋其之大小之方式決定透鏡之形狀與尺寸。
一般而言，具有功率(折射力)之高精度透鏡雖係研磨光學玻璃或石英等之圓形玻璃材表面來製作，但亦可從最初即準備相當於例如以圖5B之方式決定之射入區域S2之大小之大致小判形、大致橢圓形、大致長圓形、或大致長方形之玻璃材，並研磨其表面以形成所欲之透鏡面。此情形下，不需要切除相當於非射入區域S1之部分的步驟。
<偏光分束器>
其次，參照圖6、圖8至圖11說明設於第1實施形態之曝光裝置U3之偏光分束器PBS之構成。圖8係顯示第1實施形態之偏光分束器之偏光膜周圍之構成之圖。圖9係顯示相較於第1實施形態之比較例之偏光分束器之偏光膜周圍之構成之圖。圖10係顯示圖8所示之偏光分束器之透射特性及反射特性之圖表。圖11係顯示圖9所示之偏光分束器之透射特性及反射特性之圖表。
如圖6所示，偏光分束器PBS具有第1稜鏡91、第2稜鏡92、及設在第1稜鏡91及第2稜鏡92之間之偏光膜93。第1稜鏡91及第2稜鏡92以石英玻璃構成，於XZ面內為不同三角形狀之三角稜鏡。偏光分束器PBS，由三角形之第1稜鏡91與第2稜鏡92夾著偏光膜93接合，而在XZ面內成為四角形。
第1稜鏡91係照明光束EL1及投影光束EL2射入之側之稜鏡。第1稜鏡91具有來自照明光學模組ILM之照明光束EL1所射入之第1面D1與來自光罩M之投影光束EL2所射入之第2面D2。第1面D1相對 照明光束EL1之主光線為垂直面。又，第2面D2相對投影光束EL2之主光線為垂直面。
第2稜鏡92係透射偏光膜93之投影光束EL2所射出之側之稜鏡。第2稜鏡92具有對向於第1稜鏡91之第1面D1之第3面D3、以及對向於第1稜鏡91之第2面D2之第4面D4。第4面D4係射入第1稜鏡91之投影光束EL2透射偏光膜93而射出之面，相對射出之投影光束EL2之主光線為垂直面。此時，第1面D1與所對向之第3面D3成為非平行，另一方面，第2面D2與所對向之第4面D4為平行。
從第1稜鏡91射向第2稜鏡92之照明光束EL1係射入偏光膜93。偏光膜93係反射S偏光(直線偏光)之照明光束EL1且使P偏光(直線偏光)之投影光束EL2透射。偏光膜93係於膜厚方向積層主成分為二氧化矽(SiO2)之膜體與主成分為氧化鉿(SiO2)之膜體而形成。氧化鉿係與石英同等之光束吸收較少之材料，係一不易產生因光束之吸收而變化之材料。此偏光膜93為布魯斯特角θB之膜。此處，布魯斯特角θB係P偏光之反射率為0之角。
布魯斯特角θB係由下述之式算出。此外，nh係氧化鉿之折射率，nL係二氧化矽之折射率，ns係稜鏡(石英玻璃)之折射率。
θB=arcsin([(nh2×nL2)/{ns2(nh2+nL2)}]0.5)
此處，若為nh=2.07(HfO2)，nL=1.47(SiO2)，ns=1.47(石英玻璃)，則依據上述式，偏光膜93之布魯斯特角θB為大致54.6°。
不過，各材料之折射率nh、nL、ns，並不唯一限定於上述數值。折射率會相對大致紫外至可視光之使用波長而變化，具有些許之範 圍。又，亦有因對各種材料進行些許添加而使折射率變化之情形。例如，氧化鉿之折射率nh分布於2.00~2.15之範圍，二氧化矽之折射率nL分布於1.45~1.48之範圍。且若考量因使用波長使折射變化之情形，稜鏡(石英玻璃)之折射率ns亦會變化。折射率ns若與上述SiO2同樣地在1.45~1.48之範圍，則從上述式導出之偏光膜93之布魯斯特角θB會具有52.4°~57.3°之範圍。
如上述，雖由於各材料之折射率nh、nL、ns會因材料組成或使用波長而有若干改變，因此布魯斯特角θB也可能改變，但以下具體例中係以θB=54.6°作說明。
此時，當如圖6所示畫出輔助線L1，則可知偏光膜93與第1面D1所構成之角度θ2成為與射入偏光膜93之照明光束EL1之主光線之射入角θ1為相同角度。亦即，第1稜鏡91形成為第1面D1與偏光膜93所構成之角度θ2與照明光束EL1之主光線之射入角θ1為相同角度。
此外，圖6中，雖係以使照明光束EL1在偏光膜93反射，來自光罩M之反射光(投影光束EL2)則透射偏光膜93之方式構成偏光分束器PBS，但亦可使對偏光膜93之照明光束EL1與投影光束EL2之反射/透射透性相反。亦即，亦可使照明光束EL1透射偏光膜93，使來自光罩M之反射光(投影光束EL2)在偏光膜93反射。關於此種實施形態，留待後述。
如圖8所示，偏光膜93，連結第1稜鏡91與第2稜鏡92之方向為膜厚方向。偏光膜93具有二氧化矽之第1膜體H1與氧化鉿之第2膜體H2，第1膜體H1與第2膜體H2積層於厚度方向。具體而言，偏光膜93，係將由第1膜體H1與第2膜體H2之層體H於膜厚方向週期性地積層複數層之週期層。此處，在射入偏光膜93之照明光束EL1之主光線之射入 角θ1為54.6°之布魯斯特角θB時，偏光膜93係形成為18週期以上、30週期以下之週期層。層體H包含對照明光束EL1之波長λ為λ/4波長之膜厚之第1膜體H1與隔著第1膜體H1設於膜厚方向兩側且對照明光束EL1之波長λ為λ/8波長之膜厚之一對第2膜體H2。以此方式構成之層體H，藉由於膜厚方向積層複數層，層體H之各第2膜體H2與相鄰之層體H之各第2膜體H2成一體，形成λ/4波長之膜厚之第2膜體H2。因此，偏光膜93係膜厚方向兩側之膜體為λ/8波長之膜厚之一對第2膜體H2，在λ/8波長之膜厚之一對第2膜體H2之間，交互設置有λ/4波長之膜厚之第1膜體H1與為λ/8波長之膜厚之第2膜體H2。
又，偏光膜93藉由接著劑或光學膠而固定於第1稜鏡91及第2稜鏡92之間。例如，偏光分束器PBS係於第1稜鏡91上形成偏光膜93後，透過接著劑將第2稜鏡92接合於偏光膜93上而形成。
其次，參照圖10說明上述之偏光分束器PBS之透射特性及反射特性。圖10中，將射入偏光分束器PBS之偏光膜93之照明光束EL1之主光線之射入角θ1設為54.6°之布魯斯特角θB，偏光膜93為21週期層，照明光束EL1使用三倍諧波之YAG雷射。圖10所示之圖表中，其橫軸為射入角θ1，其縱軸為透射率/反射率。在圖10所示之圖表中，Rs係射入偏光膜93之S偏光之反射光束，Rp係射入偏光膜93之P偏光之反射光束，Ts係射入偏光膜93之S偏光之透射光束，Tp係射入偏光膜93之P偏光之透射光束。
此處，偏光分束器PBS之偏光膜93由於係反射S偏光之反射光束(照明光束)，且使P偏光之透射光束(投影光束)透射之構成，因此係 反射光束Rs之反射率高、透射光束Tp之透射率高之膜特性優異之偏光膜93。換言之，係反射光束Rp之反射率低、透射光束Ts之透射率低之膜特性優異之偏光膜。圖10中，能最適當地使用之偏光膜93之透射率/反射率之範圍，係相對於54.6°之布魯斯特角θB中之反射光束Rs之反射率及透射光束Tp之透射率，可容許透射率/反射率為-5%之降低的範圍。亦即，由於在布魯斯特角θB之透射率/反射率為100%，因此透射光束Ts之反射率及透射光束Tp之透射率為95%以上之範圍係能最適當地使用之偏光膜93之透射率/反射率範圍。在圖10所示之情形，於反射光束Rs之反射率及透射光束Tp之透射率為95%以上之範圍中，射入角θ1之範圍為46.8°以上、61.4°以下。
由以上可知，圖10中，由於在將射入偏光分束器PBS之偏光膜93之照明光束EL1之主光線之射入角θ1設為54.6°之布魯斯特角θB之場合，能將照明光束EL1之主光線以外之光線之射入角之範圍設為46.8°以上、61.4°以下，因此能使射入偏光膜93之照明光束EL1之射入角之角度範圍成為14.6°之範圍。
因此，曝光裝置U3之照明光學模組ILM中，射入偏光分束器PBS之偏光膜93之照明光束EL1之射入角θ1之角度範圍為46.8°以上、61.4°以下，且能以照明光束EL1之主光線成為54.6°之布魯斯特角θB之方式射出照明光束EL1。
其次，參照圖9，說明作為相較於圖8所示之第1實施形態之偏光分束器PBS之比較例的偏光分束器PBS。作為比較例之偏光分束器PBS，與第1實施形態為大致相同之構成，具有第1稜鏡91、第2稜鏡92、 以及設於第1稜鏡91及第2稜鏡92之間之偏光膜100。第1稜鏡91及第2稜鏡92，由於與第1實施形態相同，因此省略說明。
作為比較例之偏光分束器PBS之偏光膜100，係射偏光膜100之照明光束EL1之主光線會成為45°之射入角θ1的膜。具體而言，在射入偏光膜100之照明光束EL1之主光線為45°之射入角θ1之場合，偏光膜100係將與第1實施形態相同之層體H於膜厚方向積層31週期以上、40週期以下之週期層。
其次，參照圖11說明比較例之偏光分束器PBS之透射特性及反射特性。圖11中，將射入偏光分束器PBS之偏光膜100之照明光束EL1之主光線之射入角θ1設為45°之射入角，偏光膜100為33週期層，照明光束EL1使用三倍諧波之YAG雷射。圖11所示之圖表中，其橫軸為射入角，其縱軸為透射率/反射率，Rs係射入偏光膜100之S偏光之反射光束，Rp係射入偏光膜100之P偏光之反射光束，Ts係射入偏光膜100之S偏光之透射光束，Tp係射入偏光膜100之P偏光之透射光束。
圖11中，能最適當地使用之偏光膜100之透射率/反射率之範圍，係反射光束Rs之反射率及透射光束Tp之透射率為95%以上之範圍。在圖11所示之情形，於反射光束Rs之反射率及透射光束Tp之透射率為95%以上之範圍中，射入角θ1之範圍為41.9°以上、48.7°以下。
由以上可知，圖11中，由於在將射入偏光分束器PBS之偏光膜100之照明光束EL1之主光線之射入角θ1設為45之場合，能將照明光束EL1之主光線以外之光線之射入角之範圍設為41.9°以上、48.7°以下，因此能使射入偏光膜100之照明光束EL1之射入角θ1之角度範圍成為6.8° 之範圍。因此，圖8所示之偏光分束器PBS相較於圖9所示之偏光分束器PBS，能使照明光束EL1之射入角θ1之角度範圍擴大兩倍左右。
<元件製造方法>
其次，參照圖12，說明元件製造方法。圖12係顯示第1實施形態之元件製造方法的流程圖。
圖12所示之元件製造方法，首先，係進行例如使用有機EL等自發光元件形成之顯示面板之功能、性能設計，以CAD等設計所需之電路圖案及配線圖案(步驟S201)。接著，根據以CAD等設計之各種的每一層圖案，製作所需層量之光罩M(步驟S202)。並準備捲繞有作為顯示面板之基材之可撓性基板P(樹脂薄膜、金屬箔膜、塑膠等)的供應用捲筒FR1(步驟S203)。又，於此步驟S203中準備之捲筒狀基板P，可以是視需要將其表面改質者、或事前已形成底層(例如透過印記(imprint)方式之微小凹凸)者、或預先積層有光感應性之功能膜或透明膜(絶緣材料)者。
接著，於基板P上形成構成顯示面板元件之電極或以配線、絶緣膜、TFT(薄膜半導體)等構成之底板層，並以積層於該底板之方式形成以有機EL等自發光元件構成之發光層(顯示像素部)(步驟S204)。於此步驟S204中，雖包含使用先前各實施形態所說明之曝光裝置U3使光阻層曝光之習知微影製程，但亦包含使取代光阻而塗有感光性矽烷耦合劑之基板P圖案曝光來於表面形成親撥水性之圖案的曝光製程、使光感應性觸媒層圖案曝光並以無電解鍍敷法形成金屬膜圖案(配線、電極等)的濕式製程、或以含有銀奈米粒子之導電性墨水等描繪圖案的印刷製程等之處理。
接著，針對以捲筒方式於長條基板P上連續製造之每一顯 示面板元件切割基板P、或於各顯示面板元件表面貼合保護膜(耐環境障壁層)或彩色濾光片膜等，組裝元件(步驟S205)。接著，進行顯示面板元件是否可正常作動、或是否滿足所欲性能及特性之檢查步驟(步驟S206)。經由以上方式，即能製造顯示面板(可撓性顯示器)。
以上，第1實施形態，當於使用偏光分束器PBS之落射照明之照明光學系IL中，藉由偏光分束器PBS反射照明光束EL1並使投影光束EL2透射之情形，係藉由在照明光學系IL及投影光學系PL共有偏光分束器PBS，並將照明光學模組ILM內之至少接近偏光分束器PBS之透鏡元件之外形設定為與照明光束EL1之分布相對應之形狀，而能將照明光學模組ILM及偏光分束器PBS設於光罩M與投影光學模組PLM之間。因此，能緩和照明光學系IL及投影光學系PL之物理性干涉、尤其是能緩和照明光學模組ILM與投影光學模組PLM之物理性干涉條件，提高照明光學模組ILM與偏光分束器PBS之配置自由度、投影光學模組PLM與偏光分束器PBS之配置自由度，而能容易地配置照明光學系IL及投影光學系PL。
又，第1實施形態中，由於相鄰於偏光分束器PBS之第4中繼透鏡56d或第3中繼透鏡56c包含實質上照明光束EL1通過之部分(射入區域S2)，而為無實質上照明光束EL1不通過之部分(非射入區域S1)的透鏡外形，因此縱使為小型之照明光學模組ILM，亦幾乎不會使照明光束EL1產生損耗，而能在將照明區域IR之照明條件(遠心性、照度均一性等)維持於高精度之同時，提高照明光學模組ILM及投影光學模組PLM之配置自由度。
此外，第1實施形態中，雖係使照明光學模組ILM所含之 透鏡之一部分缺損以縮小外形，但亦可使投影光學模組PLM所含之透鏡之一部分缺損以縮小外形。此情形亦與照明光學模組ILM同樣地，能使接近偏光分束器PBS側之透鏡、例如位於第1透鏡群71之第1偏向構件70側之透鏡之一部分缺損以縮小外形。
又，第1實施形態中，能將偏光分束器PBS之偏光膜93以於膜厚方向積層二氧化矽之第1膜體H1與氧化鉿之第2膜體H2而形成。因此，偏光膜93能使射入偏光膜93之S偏光之反射光束(照明光束)之反射率及射入偏光膜93之P偏光之透射光束(投影光束)之透射率較高。藉此，偏光分束器PBS，即使係在i線以下之波長之能量密度高之照明光束EL1射入偏光膜93之場合，亦能抑制施加於偏光膜93之負荷，而能將反射光束與透射光束非常合適地分離。
又，第1實施形態中，能將偏光膜93形成為射入偏光膜93之照明光束EL1之主光線之射入角θ1為54.6°之布魯斯特角θB的膜。換言之，藉由將射入偏光膜93之照明光束EL1之主光線設為54.6°之布魯斯特角θB，能將射入偏光膜93之照明光束EL1之射入角θ1角度之範圍設為46.8°以上、61.4°以下。因此能使射入偏光膜93之照明光束EL1之射入角θ1之角度範圍擴大。藉此，能與能使照明光束EL1之射入角θ1之角度範圍擴大相應地增大相鄰於偏光分束器PBS而設置之透鏡之數值孔徑NA。因此，藉由能使用數值孔徑NA大之透鏡，而能提高曝光裝置U3之解析度，能對基板P曝光微細之光罩圖案。
此外，藉由構成偏光膜93之材料(膜體)之折射率不均，第1實施形態中之偏光膜93之布魯斯特角θB能取得52.4°~57.3°之範圍，因此 只要考量該範圍來設定射入偏光膜93之照明光束EL1之射入角θ1之角度範圍即可。
又，第1實施形態中，能使偏光分束器PBS之第1面D1與第3面D3為非平行，使第2面D2與第4面D4為平行。又，第1實施形態中，能使第1面D1與偏光膜93所構成之角度θ2成為與射入偏光膜93之照明光束EL1之主光線之射入角θ1相同。因此，能相較於射入第1面D1之照明光束EL1之主光線使第1面D1成為垂直面，且能相較於射入第2面D2之投影光束EL2之主光線使第2面D2成為垂直面。藉此偏光分束器PBS能抑制在第1面D1之照明光束EL1之反射，且抑制在第2面D2之投影光束EL2之反射。
又，第1實施形態中，藉由將既定之層體H於膜厚方向週期性地積層複數層，而能形成作為週期層之偏光膜93。此時，舉例而言，照明光束EL1之主光線之射入角θ1為54.6°之布魯斯特角θB之偏光膜93(圖8)，相較於照明光束EL1之主光線之射入角θ1為45°之偏光分束器PBS之偏光膜100(圖9)，能減少週期層。因此，圖8之偏光膜93由於週期層較圖9之偏光膜100少而能相應地使構造簡易，能減低偏光分束器PBS之製造成本。
又，第1實施形態中，能藉由接著劑或光學膠來將偏光膜93非常合適地固定於第1稜鏡91與第2稜鏡92之間。此外，第1實施形態中，亦可將偏光分束器PBS與1/4波長板41藉由接著劑或光學膠來固定成一體。此情形下，能抑制偏光分束器PBS與1/4波長板41之相對位置偏移之產生。
又，第1實施形態中，能使用i線以下之波長作為照明光束EL1，例如由於能使用諧波雷射或準分子雷射，因此能使用適於曝光處理之照明光束EL1。
又，第1實施形態中，由於能藉由偏光調整機構68調整1/4波長板41之偏光方向以調整投影區域PA之照度，因此能使複數個投影區域PA1~PA6之照度均一。
[第2實施形態]
其次，參照圖13說明第2實施形態之曝光裝置U3。又，為避免重複之記載，係僅針對與與第1實施形態相異之部分加以說明，對與第1實施形態相同之構成要素係賦予與第1實施形態相同符號加以說明。圖13係顯示第2實施形態之曝光裝置(基板處理裝置)之整體構成的圖。第1實施形態之曝光裝置U3，雖係將圓筒狀之反射型光罩M保持於能旋轉之光罩保持圓筒21的構成，但第2實施形態之曝光裝置U3，係將平板狀之反射型光罩MA保持於能移動之光罩保持機構11之構成。
第2實施形態之曝光裝置U3中，光罩保持機構11具備保持平面狀之光罩MA之光罩載台110、以及使光罩載台110在與中心面CL正交之面內沿X方向掃描移動之移動裝置(圖示略)。
由於圖13之光罩MA之光罩面P1係實質上與XY面平行之平面，因此從光罩MA反射之投影光束EL2之主光線與XY面垂直。因此，照明光罩MA上之各照明區域IR1~IR6之照明光學系IL1~IL6之照明光束EL1之主光線亦配置成相對XY面成垂直。
在光罩MA反射之投影光束EL2之主光線係與XY面成垂 直之情形，區劃出配置區域E之第1線L1及第2線L2亦會對應於投影光束EL2之主光線而變化。亦即，第2線L2係從光罩MA與投影光束EL2之主光線相交之交點起垂直於XY面的方向，第1線L1係從光罩MA與投影光束EL2之主光線相交之交點起平行於XY面的方向。因此，照明光學模組ILM之配置可伴隨配置區域E之變更而適當變更，伴隨照明光學模組ILM之配置變更，偏光分束器PBS之配置亦適當變更。
又，在光罩MA反射之投影光束EL2之主光線係與XY面成垂直之情形，投影光學模組PLM之第1光學系61所含之第1偏向構件70之第1反射面P3，係作成使來自偏光分束器PBS之投影光束EL2反射並使反射之投影光束EL2通過第1透鏡群71而射入第1凹面鏡72的角度。具體而言，第1偏向構件70之第1反射面P3相對第2光軸BX2(XY面)設定為實質上45°。
又，第2實施形態中亦與先前之圖2同樣的，在XZ面內觀察時，從光罩MA上之照明區域IR1(及IR3、IR5)之中心點至照明區域IR2(及IR4、IR6)之中心點的周長與順著支承面P2之基板P上之投影區域PA1(及PA3、PA5)之中心點至第2投影區域PA2(及PA4、PA6)之中心點的周長，係設定成實質相等。
圖13之曝光裝置U3中，亦係由下位控制裝置16控制光罩保持機構11之移動裝置(掃描曝光用之線性馬達或微動用之致動器等)，與基板支承圓筒25之旋轉同步地驅動光罩載台110。圖11之曝光裝置U3，必須在光罩MA之往+X方向之同步移動進行掃描曝光後，進行使光罩MA返回至-X方向之初期位置的動作(捲回)。因此，在以一定速度使基板支承 圓筒25連續旋轉而以等速持續運送基板P時，於光罩MA之捲回動作期間，不對基板P上進行圖案曝光，而是於基板P之搬送方向離散地(分離地)形成面板用圖案。然而，實用上，由於掃描曝光時之基板P之速度(此處為周速)與光罩MA之速度假定為50mm/s~100mm/s，因此在光罩MA之捲回時只要以例如500mm/s之最高速驅動光罩載台110，則能縮小形成於基板P上之面板用圖案間在搬送方向之余白。
[第3實施形態]
其次，參照圖14說明第3實施形態之曝光裝置U3。又，為避免重複之記載，係僅針對與與第1實施形態(或第2實施形態)相異之部分加以說明，對與第1實施形態(或第2實施形態)相同之構成要素係賦予與第1實施形態(或第2實施形態)相同符號加以說明。圖14係顯示第3實施形態之曝光裝置(基板處理裝置)之構成的圖。圖14之曝光裝置，與先前之各實施形態同樣地係一所謂掃描曝光裝置，一邊使來自反射型之圓筒光罩之反射光(投影光束EL2)投影於以平面狀搬送之可撓性基板P上，一邊使圓筒光罩M之旋轉之周速度與基板P之搬送速度同步。
第3實施形態之曝光裝置U3係使偏光分束器PBS中之照明光束EL1與投影光束EL2之反射/透射特性為相反之情形之曝光裝置一例。圖14中，沿照明光學模組ILM之光軸BX1配置之中繼透鏡56中至少最接近偏光分束器PBS之中繼透鏡56，藉由作成消除照明光束EL1不通過之部分(非射入區域S1)的形狀，來避免與投影光學模組PLM之空間干涉。又，照明光學模組ILM之光軸BX1之延長線與第1軸AX1(作為旋轉中心之線)交叉。
偏光分束器PBS配置成彼此平行之第2面D2及第4面D4與照明光學模組ILM之光軸BX1(第1光軸)成垂直，配置成第1面D1與投影光學模組PLM之光軸BX4(第4光軸)成垂直。光軸BX1與光軸BX4在ZX面內之交叉角度雖與偏光膜93之先前圖6之條件相同，但此處係設定為90度以外之角度以使投影光束EL2以布魯斯特角θB(52.4°~57.3°)反射。
本實施形態之偏光分束器PBS之偏光膜93(波面分割面)能將二氧化矽之第1膜體與氧化鉿之第2膜體於厚度方向積層複數層而形成。因此，偏光膜93能使射入偏光膜93之S偏光之反射率及射入偏光膜93之P偏光之透射率較高。藉此，偏光分束器PBS，即使係在i線以下之波長之能量密度高之照明光束EL1射入偏光膜93之場合，亦能抑制施加於偏光膜93之負荷，而能將反射光束與透射光束非常合適地分離。使偏光膜93成為二氧化矽之第1膜體與氧化鉿之第2膜體之積層構造，同樣亦能適用於先前之第1實施形態或第2實施形態之偏光分束器PBS。
在第3實施形態之情形，從偏光分束器PBS之第4面D4係射入P偏光之照明光束EL1。因此，照明光束EL1係透射偏光膜93從第2面D2射出，通過1/4波長板41被轉換為圓偏光，而照射於光罩M之光罩面P1上之照明區域IR。伴隨光罩M之旋轉，從出現於照明區域IR內之光罩圖案產生(反射)之投影光束EL2(圓偏光)係藉由1/4波長板41而被轉換為S偏光，射入偏光分束器PBS之第2面D2。成為S偏光之投影光束EL2係在偏光膜93反射而從偏光分束器PBS之第1面D1往投影光學模組PLM射出。
本實施形態中，投影光束EL2中通過光罩M上之照明區域 IR中心(點Q1)之主光線Ls，係在從投影光學模組PLM之光軸BX4偏心之位置射入投影光學模組PLM之最初之透鏡系G1。在投影光束EL2之擴散(數值孔徑NA)較小之場合，藉由作成消除透鏡系G1中投影光束EL2實質上不通過之部分的形狀，在使偏光分束器PBS接近圓筒光罩M時，可避免投影光學模組PLM之一部分(透鏡系G1)與圓筒光罩M或照明光學模組ILM之一部分(透鏡56)產生空間干涉。
圖14中，雖說明投影光學模組PLM為將透鏡系G1與透鏡系G2沿著光軸BX4配置之全折射系之投影光學系，但不限於此種系，亦可係將凹面、凸面或平面反射鏡與透鏡組合而成之反折射型之投影光學系。又，亦可係透鏡系G1為全折射系，透鏡系G2為反折射系，將光罩面P1上之照明區域IR內之圖案之像成像於基板P上之投影區域PA時之倍率亦可係等倍(×1)以外之放大或縮小之任一個。
圖14中，係將支承基板P之基板支承構件PH作成平坦之表面，於該表面與基板P之背面之間形成數μm左右之空氣軸承層(氣體軸承)的構成，在基板P之至少包含投影區域PA之既定範圍內，設有使用夾持式之驅動輥等一邊對基板P賦予一定之張力以使之平坦、一邊將基板P搬送於長條方向(X方向)之搬送機構。當然，本實施形態亦可係將基板P捲繞於如先前圖2所示之基板支承圓筒25般之圓筒體之一部分來搬送的構成。
又，在將以如圖14之照明光學模組ILM、偏光分束器PBS、1/4波長板41、投影光學模組PLM構成之曝光單元，於光罩M之旋轉中心軸(第1軸)AX1之方向設置複數個而成為多數個的場合，只要包含光罩M 之旋轉中心軸即第1軸AX1在內隔著與ZY面平行之中心面CL對稱地配置曝光單元即可。
以上之第3實施形態中，藉由使用具備氧化鉿膜體與二氧化矽膜體之積層構造之偏光膜(多層膜)93的偏光分束器PBS，即使在使用紫外波長區之高輝度雷射光作為照明光束EL1的情形，亦能穩定地持續高解析之圖案曝光。具備此種偏光膜93之偏光分束器PBS在先前之第1實施形態、第2實施形態亦同樣能利用。
[第4實施形態]
其次，參照圖15說明第4實施形態之曝光裝置U3。又，為避免重複之記載，係僅針對與與第1實施形態(至第3實施形態)相異之部分加以說明，對與第1實施形態(至第3實施形態)相同之構成要素係賦予與第1實施形態(至第3實施形態)相同符號加以說明。圖15係顯示第4實施形態之曝光裝置(基板處理裝置)之整體構成的圖。第4實施形態之曝光裝置U3，雖係將圓筒狀之反射型光罩M保持於能旋轉之光罩保持圓筒21的構成，但第4實施形態之曝光裝置U3，係將平板狀之反射型光罩MA保持於能移動之光罩保持機構11之構成。
第4實施形態之曝光裝置U3中，光罩保持機構11具備保持平面狀之光罩MA之光罩載台110、以及使光罩載台110在與中心面CL正交之面內沿X方向掃描移動之移動裝置(圖示略)。
由於圖15之光罩MA之光罩面P1係實質上與XY面平行之平面，因此從光罩MA反射之投影光束EL2之主光線與XY面垂直。因此，照明光罩MA上之各照明區域IR1~IR6之照明光學系IL1~IL6之照明光束 EL1之主光線亦配置成相對XY面成垂直。
照明於光罩MA之照明光束EL1之主光線係與XY面成垂直之情形，偏光分束器PBS，係配置成射入偏光膜93之照明光束EL1之主光線之射入角θ1成為布魯斯特角θB(52.4°~57.3°)，在偏光膜93反射之照明光束EL1之主光線與XY面成垂直。伴隨此偏光分束器PBS之配置變更，照明光學模組ILM之配置亦適當變更。
又，從光罩MA反射之投影光束EL2之主光線係與XY面成垂直之情形，投影光學模組PLM之第1光學系61所含之第1偏向構件70之第1反射面P3，係作成使來自偏光分束器PBS之投影光束EL2反射並使反射之投影光束EL2通過第1透鏡群71而射入第1凹面鏡72的角度。具體而言，第1偏向構件70之第1反射面P3相對第2光軸BX2(XY面)設定為實質上45°。
又，第4實施形態中亦與先前之圖2同樣的，在XZ面內觀察時，從光罩MA上之照明區域IR1(及IR3、IR5)之中心點至照明區域IR2(及IR4、IR6)之中心點的周長與順著支承面P2之基板P上之投影區域PA1(及PA3、PA5)之中心點至第2投影區域PA2(及PA4、PA6)之中心點的周長，係設定成實質相等。
圖15之曝光裝置U3中，亦係由下位控制裝置16控制光罩保持機構11之移動裝置(掃描曝光用之線性馬達或微動用之致動器等)，與基板支承圓筒25之旋轉同步地驅動光罩載台110。圖15之曝光裝置U3，必須在光罩MA之往+X方向之同步移動進行掃描曝光後，進行使光罩MA返回至-X方向之初期位置的動作(捲回)。因此，在以一定速度使基板支承 圓筒25連續旋轉而以等速持續運送基板P時，於光罩MA之捲回動作期間，不對基板P上進行圖案曝光，而是於基板P之搬送方向離散地(分離地)形成面板用圖案。然而，實用上，由於掃描曝光時之基板P之速度(此處為周速)與光罩MA之速度假定為50mm/s~100mm/s，因此在光罩MA之捲回時只要以例如500mm/s之最高速驅動光罩載台110，則能縮小形成於基板P上之面板用圖案間在搬送方向之余白。
[第5實施形態]
其次，參照圖16說明第5實施形態之曝光裝置U3。又，為避免重複之記載，係僅針對與與第1實施形態(至第4實施形態)相異之部分加以說明，對與第1實施形態(至第4實施形態)相同之構成要素係賦予與第1實施形態(至第4實施形態)相同符號加以說明。圖16係顯示第5實施形態之曝光裝置(基板處理裝置)之構成的圖。第5實施形態之曝光裝置U3係使偏光分束器PBS中之照明光束EL1與投影光束EL2之反射/透射特性為相反之情形之曝光裝置一例。圖16中，沿照明光學模組ILM之光軸BX1配置之中繼透鏡56中至少最接近偏光分束器PBS之中繼透鏡56，藉由作成切除照明光束EL1不通過之部分的形狀，來避免與投影光學模組PLM之空間干涉。又，照明光學模組ILM之光軸BX1之延長線與第1軸AX1(作為旋轉中心之線)交叉。
偏光分束器PBS配置成彼此平行之第2面D2及第4面D4與照明光學模組ILM之光軸BX1(第1光軸)成垂直，配置成第1面D1與投影光學模組PLM之光軸BX4(第4光軸)成垂直。光軸BX1與光軸BX4在ZX面內之交叉角度雖與偏光膜93之先前圖6之條件相同，但此處係設定 為90度以外之角度以使投影光束EL2以布魯斯特角θB(52.4°~57.3°)反射。
本實施形態之情形，從偏光分束器PBS之第4面D4係射入P偏光之照明光束EL1。因此，照明光束EL1係透射偏光膜93從第2面D2射出，通過1/4波長板41被轉換為圓偏光，而照射於光罩M之光罩面P1上之照明區域IR。伴隨光罩M之旋轉，從出現於照明區域IR內之光罩圖案產生(反射)之投影光束EL2(圓偏光)係藉由1/4波長板41而被轉換為S偏光，射入偏光分束器PBS之第2面D2。成為S偏光之投影光束EL2係在偏光膜93反射而從偏光分束器PBS之第1面D1往投影光學模組PLM射出。
本實施形態中，投影光束EL2中通過光罩M上之照明區域IR中心之主光線Ls，係在從投影光學模組PLM之光軸BX4偏心之位置射入投影光學模組PLM之最初之透鏡系G1。在投影光束EL2之擴散(數值孔徑NA)較小之場合，藉由切除透鏡系G1中投影光束EL2實質上不通過之部分，可避免與照明光學模組ILM之透鏡56產生空間干涉。
圖16中，雖說明投影光學模組PLM為將透鏡系G1與透鏡系G2沿著光軸BX4配置之全折射系之投影光學系，但不限於此種系，亦可係將凹面、凸面或平面反射鏡與透鏡組合而成之反折射型之投影光學系。又，亦可係透鏡系G1為全折射系，透鏡系G2為反折射系，將光罩面P1上之照明區域IR內之圖案之像成像於基板P上之投影區域PA時之倍率亦可係等倍(×1)以外之放大或縮小之任一個。
圖16中，係將支承基板P之基板支承構件PH作成平坦之表面，於該表面與基板P之背面之間形成數μm左右之空氣軸承層(氣體軸承)的構成，在基板P之至少包含投影區域PA之既定範圍內，設有一邊對 基板P賦予一定之張力以使之平坦、一邊將基板P搬送於長條方向(X方向)之搬送機構。當然，本實施形態亦可係將基板P捲繞於如先前圖2所示之基板支承圓筒25般之圓筒體之一部分來搬送的構成。
又，在將以如圖16之照明光學模組ILM、偏光分束器PBS、1/4波長板41、投影光學模組PLM構成之曝光單元，於光罩M之旋轉中心軸(第1軸)之方向設置複數個而成為多數個的場合，只要包含光罩M之旋轉中心軸即第1軸AX1在內隔著與ZY面平行之中心面CL對稱地配置曝光單元即可。
以上之第5實施形態中，藉由使用具備氧化鉿膜體與二氧化矽膜體之積層構造之偏光膜(多層膜)93的偏光分束器PBS，即使在使用紫外波長區之高輝度雷射光作為照明光束EL1的情形，亦能穩定地持續高解析之圖案曝光。具備此種偏光膜93之偏光分束器PBS在先前之第1實施形態、第2實施形態亦同樣能利用。
以上之各實施形態所說明之曝光裝置U3雖係使用將預先決定之光罩圖案固定成平面狀或圓筒狀之光罩M，但亦能同樣地利用為將可變之光罩圖案投影曝光之裝置、例如日本專利第4223036號所揭示之無光罩曝光裝置之分束器。
該無光罩曝光裝置係透過接收在分束器反射之曝光用照明光之可程式之反射鏡陣列與將藉由該反射鏡陣列而圖案化之光束(反射光束)透過分束器與投影系統(亦有包含微透鏡陣列之情形)投影至基板上的構成。若使用如先前圖8所示之偏光分束器PBS作為此種無光罩曝光裝置之分束器，則即使使用紫外波長區之高輝度雷射光作為照明光亦能穩定地持 續高解析之圖案曝光。
在先前各實施形態所使用之偏光分束器PBS雖係在膜厚方向反覆積層有主成分為二氧化矽(SiO2)之膜體與主成分為氧化鉿(HfO2)之膜體而構成，但亦可係其他材料。例如，亦能利用與石英或二氧化矽(SiO2)同樣地對波長355nm附近之紫外線為低折射率且對紫外雷射光為耐性高之材料的氟化鎂(MgF2)。又，亦能利用與氧化鉿(HfO2)同樣地對波長355nm附近之紫外線為低折射率且對紫外雷射光為耐性高之材料的氧化鋯(ZrO2)。接著，基於以下之圖17至圖22說明改變此等材料之組合而取得之偏光膜93之特性模擬後的結果。
圖17，係示意顯示使用氧化鉿(HfO2)之膜體作為高折射率之材料，使用氟化鎂(MgF2)之膜體作為低折射率之材料時之偏光膜93構成。若氧化鉿之折射率nh為2.07，氟化鎂之折射率nL為1.40，稜鏡(石英玻璃)之折射率ns為1.47，則布魯斯特角θB依據下列之式θB=arcsin([(nh2×nL2)/{ns2(nh2+nL2)}]0.5)
可知為約52.1°。
因此，將於厚度78.6nm之氟化鎂之膜體上下積層有厚度22.8nm之氧化鉿之膜體者作為週期層，而將此積層有21週期量之偏光膜93設於第1稜鏡91與第2稜鏡92之接合面之間。於具備此圖17所示之偏光膜93之偏光分束器PBS中，模擬之結果可得到如圖18之光學特性。若模擬上之照明光之波長設為355nm，則對P偏光之反射率Rp為5%以下(透射率Tp為95%以上)之射入角θ1成為43.5°以上，對S偏光之反射率Rs為95%以上(透射率Ts為5%以下)之射入角θ1成為59.5°以下。本例之情形，亦 在相對布魯斯特角θB(52.1°)於-8.6°~+7.4°之約15°之範圍內能得到良好之偏光分離特性。
又，圖19，係示意顯示使用氧化鋯(ZrO2)之膜體作為高折射率之材料，使用二氧化矽(SiO2)之膜體作為低折射率之材料時之偏光膜93構成。若氧化鋯之折射率nh為2.12，二氧化矽之折射率nL為1.47，稜鏡(石英玻璃)之折射率ns為1.47，則布魯斯特角θB依據上述之式，成為約55.2°。
因此，將於厚度88.2nm之二氧化矽之膜體上下積層有厚度20.2nm之氧化鋯之膜體者作為週期層，而將此積層有21週期量之偏光膜93設於第1稜鏡91與第2稜鏡92之接合面之間。於具備此圖19所示之偏光膜93之偏光分束器PBS中，模擬之結果可得到如圖20之光學特性。若模擬上之照明光之波長設為355nm，則對P偏光之反射率Rp為5%以下(透射率Tp為95%以上)之射入角θ1成為47.7°，對S偏光之反射率Rs為95%以上(透射率Ts為5%以下)之射入角θ1成為64.1°以下。本例之情形，亦在相對布魯斯特角θB(55.2°)於-7.5°~+8.9°之約16.4°之範圍內能得到良好之偏光分離特性。
再者，圖21，係示意顯示使用氧化鋯(ZrO2)之膜體作為高折射率之材料，使用氟化鎂(MgF2)之膜體作為低折射率之材料時之偏光膜93構成。若氧化鋯之折射率nh為2.12，氟化鎂之折射率nL為1.40，稜鏡(石英玻璃)之折射率ns為1.47，則布魯斯特角θB依據上述之式，成為約52.6°。
因此，將於厚度77.3nm之氟化鎂之膜體上下積層有厚度22.1nm之氧化鋯之膜體者作為週期層，而將此積層有21週期量之偏光膜93設於第1稜鏡91與第2稜鏡92之接合面之間。於具備此圖21所示之偏光 膜93之偏光分束器PBS中，模擬之結果可得到如圖22之光學特性。若模擬上之照明光之波長設為355nm，則對P偏光之反射率Rp為5%以下(透射率Tp為95%以上)之射入角θ1成為43.1°，對S偏光之反射率Rs為95%以上(透射率Ts為5%以下)之射入角θ1成為60.7°。本例之情形，亦在相對布魯斯特角θB(52.6°)於-9.5°~+8.1°之約17.6°之範圍內能得到良好之偏光分離特性。
如先前之圖4所示，在光罩M反射之投影光束EL2伴隨被等倍之投影光學系PL之數值孔徑(NA)限制之擴散角θna而投影於基板P。數值孔徑NA係以NA=sin(θna)定義，與照明光束EL1之波長λ一起決定投影光學系PL之頭影像之解析力RS。照明光束EL1之數值孔徑，在光罩M如圖15所示為平坦之光罩面時，亦設定為與投影光學系PL之光罩側之數值孔徑NA相同或其以下。
例如，在照明光束EL1之波長λ為355nm，製程因子(Process Fator)k為0.5，取得3μm作為解析力RS時，依據RS=k．(λ/NA)，等倍之投影光學系PL之光罩側之數值孔徑NA成為約0.06(θna≒3.4°)。來自照明光學系IL之照明光束EL1之數值孔徑雖一般係略小於投影光學系PL之光罩側之數值孔徑NA，但此處假定為相等。
然而，如先前圖5A所說明，在光罩面為沿著半徑Rm之圓筒面形成之圓筒光罩時，照明光束EL1之主光線在圓筒光罩之圓周方向係以更寬廣之角度擴展。此處，若設圖3中所示之光罩上之照明區域IR之周方向之曝光寬度為De，則相對於通過圖5A中之點Q1之照明光束EL1之主光線，通過曝光寬度De之最靠周方向之端之照明光束EL1之主光線大致傾 斜如下之角度ψ。
sinψ≒(De/2)/(Rm/2)
此處，若設圓筒光罩M之半徑Rm為150mm，設曝光寬度De為10mm，則角度ψ為約3.8°。進而，由於對通過曝光寬度De之最靠周方向之端之照明光束EL1之主光線施加照明光束EL1之數值孔徑量之角度θna(約3.4°)量，因此照明光束EL1往照明區域IR之擴散角，相對於通過點Q1之照明光束EL1之主光線取得±(ψ+θna)之範圍。亦即，在上述數值例中為±7.2°，照明光束EL1在圓筒光罩面之周方向分布於14.4°之角度範圍。
如上述，照明光束EL1雖設定為伴隨較大角度範圍射入圓筒光罩面，但即使係此種角度範圍，只要係先前圖8、圖10所示之實施形態之偏光分束器PBS、以及圖17~22所示之實施例之偏光分束器PBS，則能將照明光束EL1與投影光束EL2良好地偏光分離。
又，投影光學系PL將光罩面P1之圖案放大投影至基板P上之曝光裝置中，投影光學系PL之光罩面P1側之數值孔徑NAm相較於基板P側之數值孔徑NAp係增大放大倍率MP之量。例如，只要得到與以先前例示之等倍投影光學系取得之解析力RS相同之解析力，放大倍率MP為2倍之投影光學系PL中之光罩側之數值孔徑NA成為約0.12，與其相應地，投影光束EL2之擴散角θna亦增大±6.8°(寬度為14.6°)。然而，以偏光分束器PBS能良好地偏光分離之射入角度範圍，在圖10之場合為約14.6°，在圖18之場合為約16°，在圖20之場合為約16.4°，接著在圖22之場合為約17.6°，不論係任一場合，由於均涵蓋其擴散角θna，因此能以良好之像質放大投影曝光。
如上所述，在光罩M為圓筒光罩時，係以涵蓋照射於光罩面P1上之照明區域IR之照明光束EL1在周方向之最大角度範圍之方式選定包含偏光分離特性良好之布魯斯特角之射入角度範圍之偏光分束器PBS。又，圖17~22所例示之偏光分束器PBS之布魯斯特角θB均為50°以上，即使在如圖4、圖6所示，使照明光學系之光軸BX1與投影光學系PL之光軸BX2(或BX3)為平行之情形，亦能使射向圓筒光罩M之照明光束EL1與在光罩面反射之投影光束EL2在XZ面內之各行進方向相對中心面CL傾斜，而能確保良好之成像性能。
此外，以上各實施形態中，構成偏光膜93之氧化鉿之膜體或氧化鋯之膜體，雖呈現相對紫外區(波長400nm以下)之光較高之折射率nh，但只要該折射率nh與基材(稜鏡91、92)之折射率ns之比nh/ns為1.3以上即可，亦能利用二氧化鈦(TiO2)之膜體、五氧化鉭(Ta2O5)之膜體作為高折射率材料。
41‧‧‧1/4波長板
91‧‧‧第1稜鏡
92‧‧‧第2稜鏡
93‧‧‧偏光膜
AX1‧‧‧第1軸
CL‧‧‧中心面
D1‧‧‧第1面
D2‧‧‧第2面
D3‧‧‧第3面
D4‧‧‧第4面
EL1‧‧‧照明光束
EL2‧‧‧投影光束
M‧‧‧光罩
PBS‧‧‧偏光分束器
P1‧‧‧光罩面

Claims (25)

  1. 一種基板處理裝置，其具備：光罩保持構件，保持反射型之光罩；分束器，一方面將射入之照明光束反射向前述光罩，另一方面使前述照明光束被前述光罩反射而得之投影光束透射；照明光學模組，使前述照明光束往前述分束器射入；以及投影光學模組，將透射過前述分束器之前述投影光束投影於光感應性之基板；將前述照明光束導向前述光罩之照明光學系，包含前述照明光學模組與前述分束器；將前述投影光束導向前述基板之投影光學系，包含前述投影光學模組與前述分束器；前述照明光學模組及前述分束器，設於前述光罩與前述投影光學模組之間；且進一步具備以支承面支承前述基板之基板支承構件；前述光罩之光罩面係沿以第1軸為中心之作為第1曲率半徑之第1圓周面形成；前述基板支承構件之前述支承面係沿以第2軸為中心之作為第2曲率半徑之第2圓周面形成；前述第1軸與前述第2軸平行；在將通過前述第1軸及前述第2軸之中心面與前述投影光束之主光線於前述光罩面之第1圓周面之周方向所夾角度設為θ時， 射入前述分束器之前述照明光束之主光線之射入角β在45°×0.8≦β≦(45°+θ/2)×1.2之範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中，前述照明光學系包含將前述照明光束對前述光罩上之照明區域限制為矩形之光學構件；前述照明光學模組，具有射入前述照明光束並往前述分束器射出之第1透鏡；前述第1透鏡，形成為具有與前述照明光束通過之第1射入區域對應之形狀之外形。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中，前述第1透鏡為將外形為圓形之透鏡切除一部分之形狀。
  4. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中，前述第1透鏡係與前述分束器相鄰配置。
  5. 如申請專利範圍第3項之基板處理裝置，其中，前述第1透鏡係與前述分束器相鄰配置。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之基板處理裝置，其中，前述投影光學模組具有射入來自前述分束器之前述投影光束之第2透鏡；前述第2透鏡，形成為具有與射向前述光感應性之基板上之投影區域之前述投影光束所通過之第2射入區域對應之形狀之外形。
  7. 如申請專利範圍第6項之基板處理裝置，其中，前述第2透鏡為將外形為圓形之透鏡切除一部分之形狀。
  8. 如申請專利範圍第6項之基板處理裝置，其中，前述第2透鏡係與前述分束器相鄰配置。
  9. 如申請專利範圍第7項之基板處理裝置，其中，前述第2透鏡係與前述分束器相鄰配置。
  10. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之基板處理裝置，其中，前述照明光學系，係與形成於前述光罩上之複數個照明區域對應地設有複數個，前述複數個照明光學系將前述照明光束導向前述複數個照明區域；前述投影光學系，係與前述複數個照明光學系對應地設有複數個，前述複數個投影光學系將來自前述複數個照明區域之前述複數個投影光束導向形成於前述基板上之複數個投影區域；前述複數個照明光學系及前述複數個投影光學系於前述光罩之周方向排列成兩行配置；第1行之照明光學系及第1行之投影光學系與第2行之照明光學系及第2行之投影光學系，係隔著通過前述第1軸及前述第2軸之中心面配置成對稱。
  11. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之基板處理裝置，其中，前述分束器係偏光分束器，進一步具備設於前述偏光分束器與前述光罩之間之波長板；前述波長板，係改變從前述偏光分束器射向前述光罩之前述照明光束之偏光狀態，且進而改變從前述光罩射入前述偏光分束器之前述投影光束之偏光狀態。
  12. 如申請專利範圍第11項之基板處理裝置，其中，前述偏光分束器，為了將射入之前述照明光束或前述投影光束依據偏光狀態分離成反射光束或透射光束而具有52.4°~57.3°之布魯斯特角之偏光膜。
  13. 如申請專利範圍第12項之基板處理裝置，其中，前述照明光束，其射入前述偏光分束器之前述偏光膜之射入角設定為包含前述布魯斯特角在內、對在前述偏光膜之反射光束之反射率及對透射光束之透射率為95%以上的角度範圍。
  14. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之基板處理裝置，其中，前述照明光學系包含柱狀透鏡，該柱狀透鏡藉由使從前述分束器朝向前述光罩之光罩面之前述照明光束之主光線，射向從前述第1軸起之前述第1曲率半徑之約1/2之半徑位置，而成為在沿著前述第1圓周面之周方向為彼此非平行之狀態。
  15. 如申請專利範圍第10項之基板處理裝置，其中，前述照明光學系包含柱狀透鏡，該柱狀透鏡藉由使從前述分束器朝向前述光罩之光罩面之前述照明光束之主光線，射向從前述第1軸起之前述第1曲率半徑之約1/2之半徑位置，而成為在沿著前述第1圓周面之周方向為彼此非平行之狀態。
  16. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之基板處理裝置，其中，從前述照明光學系照明於前述光罩之前述照明光束之定向特性，被設定為在前述光罩反射之前述投影光束之主光線彼此平行之遠心狀態。
  17. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之基板處理裝置，其中，前述照明光束係雷射。
  18. 一種元件製造系統，其具備：申請專利範圍第1至15項中任一項之基板處理裝置；以及將前述基板供應至前述基板處理裝置之基板供應裝置。
  19. 一種元件製造方法，包含：使用申請專利範圍第1至15項中任一項之基板處理裝置對前述基板投影曝光之動作；以及藉由處理被投影曝光之前述基板，而將前述光罩之圖案形成於前述基板上之動作。
  20. 一種基板處理裝置，其具備：光罩保持構件，保持反射型之光罩；分束器，將射入之照明光束往前述光罩透射，且將前述照明光束藉由被前述光罩反射而取得之投影光束反射；照明光學模組，使前述照明光束往前述分束器射入；以及投影光學模組，將在前述分束器反射之前述投影光束投影於光感應性之基板；將前述照明光束導向前述光罩之照明光學系，包含前述照明光學模組與前述分束器；將前述投影光束導向前述基板之投影光學系，包含前述投影光學模組與前述分束器；前述照明光學模組及前述分束器，設於前述光罩與前述投影光學模組之間；且進一步具備以支承面支承前述基板之基板支承構件；前述光罩之光罩面係沿以第1軸為中心之作為第1曲率半徑之第1圓周面形成；前述基板支承構件之前述支承面係沿以第2軸為中心之作為第2曲率 半徑之第2圓周面形成；前述第1軸與前述第2軸平行；在將通過前述第1軸及前述第2軸之中心面與前述投影光束之主光線於前述光罩面之第1圓周面之周方向所夾角度設為θ時，射入前述分束器之前述照明光束之主光線之射入角β在45°×0.8≦β≦(45°+θ/2)×1.2之範圍內。
  21. 如申請專利範圍第20項之基板處理裝置，其中，前述照明光學系包含將前述照明光束對前述光罩上之照明區域限制為矩形或長方形之光學構件；前述照明光學模組，具有射入前述照明光束並往前述分束器射出之第1透鏡；前述第1透鏡，形成為具有與前述照明光束通過之第1射入區域對應之形狀之外形。
  22. 如申請專利範圍第21項之基板處理裝置，其中，前述第1透鏡為將外形為圓形之透鏡一部分切除後之形狀。
  23. 如申請專利範圍第21項之基板處理裝置，其中，前述第1透鏡係與前述分束器相鄰配置。
  24. 如申請專利範圍第22項之基板處理裝置，其中，前述第1透鏡係與前述分束器相鄰配置。
  25. 如申請專利範圍第20至24項中任一項之基板處理裝置，其中，前述投影光學模組具有射入前述投影光束之第2透鏡；前述第2透鏡，形成為具有與前述投影光束所通過之第2射入區域對 應之形狀之外形。
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