CN1954406A

CN1954406A - 投影光学系统、曝光装置以及曝光方法

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Publication number: CN1954406A
Application number: CNA2005800155707A
Authority: CN
Inventors: 小松田秀基; 高桥友刀; 铃木雅之
Original assignee: Canon Inc; Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2025-06-22
Also published as: DE602005019302D1; TWI372262B; CN1954406B; KR20070043979A; JP4711437B2; KR100918335B1; TW200604566A; EP1768172A1; EP1768172B1; EP1768172A4; ATE457522T1; HK1105146A1; JPWO2006001291A1; WO2006001291A1

Abstract

本发明提供一种关于使视野区域及成像区域从光轴分离设置的反射光学系统，为一种使到达像面上各点的光束的数值孔径不依存于像高和方向而大致均一的投影光学系统。反射光学系统具有用于规定投影光学系统的数值孔径的孔径光栏(AS)，且孔径光栏具有所需形状的孔径部，用于使到达设定区域内的各点的光束的数值孔径，在设定区域的范围内，不依存于方向而大致均一地形成。孔径部的所需形状以可补偿孔径光栏和第2面(W)间所配置的部分光学系统(M2～M6)不满足所需的投影关系，对到达设定区域内各点的光束的数值孔径不均一性所带来的影响的形态，而进行规定。

Description

投影光学系统、曝光装置以及曝光方法

技术领域

本发明是关于一种投影光学系统、曝光装置以及曝光方法。更详细地说，本发明是关于一种适用于为了利用EUV(极端远紫外线)光由光蚀刻工程制造半导体元件等元件所使用的曝光装置的投影光学系统。

背景技术

在现有习知的半导体元件等的制造所使用的曝光装置中，是将光罩(光栅)上所形成的电路图案，通过投影光学系统在感光性基片(例如晶圆)上进行投影转印。在感光性基片上涂敷有光阻，并利用通过投影光学系统的投影曝光而使光阻进行感光，得到与光罩图案相对应的光阻图案。

这里，曝光装置的解像能力取决于曝光的光的波长λ和投影光学系统的数值孔径NA，由下式(a)进行表示。

W＝k·λ/NA(k：常数) (a)

因此，为了提高曝光装置的解像能力，需要缩短曝光的光的波长λ，且增大投影光学系统的数值孔径NA。一般来说，将投影光学系统的数值孔径NA增大到设定值以上，从光学设计的观点来看是困难的，所以需要进行曝光的光的短波长化。

因此，作为半导体图案制作的新一代曝光方法(曝光装置)，EUVL(Extreme Ultraviolet Lithography：极端远紫外线光刻)的方法正在受到注目。EUVL曝光装置与利用波长为248nm的KrF激态复合物激光和波长为193nm的ArF激态复合物激光的现有习知的曝光方法比较，利用具有5～20nm左右的波长的EUV(Extreme Ultraviolet：极端远紫外线)光。

在利用EUV光作为曝光的光的情况下，不存在可使用的光透过性的光学材料。因此，在EUVL曝光装置中，必然要利用反射型的光罩，且利用反射型的投影光学系统。

通常，在EUVL曝光装置所使用的反射型的投影光学系统中，在光轴上不存在物体面上的视野区域及像面上的成像区域。这是因为，反射面为了不遮挡通过的光束而进行光路分离。对此，在史瓦西光学系统中，为了使视野区域及成像区域位于光轴上，而通过在反射镜的中央所设置的孔径部使光通过。

在这种情况下，光学系统的孔径呈环带形，只限于某一特定的空间频率而使解像能力低下，所以不适合进行刻蚀。通常，在EUVL曝光装置所使用的投影光学系统中，如后面所说明的，到达像面上的各点的光束的数值孔径因方向而有所不同。到达像面上的各点的光束的数值孔径因方向而有所不同，是指在解像能力上存在因方向所造成的差异，而使通过投影光学系统在感光性基片上所形成的图案形状产生差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种鉴于前述课题而形成的，为使视野区域及成像区域从光轴分离设置的反射光学系统，并使到达像面上各点的光束的数值孔径不依存于方向而大致均匀的投影光学系统。

而且，本发明的目的是提供一种可利用到达像面上各点的光束的数值孔径不依存于方向而大致均匀的投影光学系统，且利用EUV光作为例如曝光的光，以大的解像能力并忠实地在感光性基片上形成光罩图案的曝光装置及曝光方法。

为了解决前述课题，本发明的第1形态提供一种投影光学系统，为一种将第1面的像在第2面上从光轴离开的设定区域进行形成的反射型的投影光学系统，其特征在于：具有用于规定前述投影光学系统的数值孔径的孔径光栏，且前述孔径光栏具有所需形状的孔径部，用于使到达前述设定区域内的各点的光束的数值孔径，在前述设定区域的范围内不依存于方向而大致均匀地形成。

本发明的第2形态提供一种投影光学系统，为一种将第1面的像在第2面上从光轴离开的设定区域进行形成的反射型的投影光学系统，其特征在于：具有用于规定前述投影光学系统的数值孔径的孔径光栏，且前述孔径光栏采用可与孔径形状不同的其他的孔径光栏进行交换的构成。

本发明的第3形态提供一种曝光装置，其特征在于，包括：用于对前述第1面上所设定的光罩进行照明的照明系统；用于将前述光罩上所形成的图案的像，形成在前述第2面上所设定的感光性基片上的第1形态或第2形态的投影光学系统。

本发明的第4形态提供一种曝光方法，其特征在于，包括：对在前述第1面上所设定的光罩进行照明的照明工程；将通过第1形态或第2形态的投影光学系统在前述光罩上所形成的图案的像，在前述第2面上所设定的感光性基片上进行投影曝光的曝光工程。

本发明的第5形态提供一种投影曝光装置，为一种具有用于对第1面上所设定的光罩进行照明的照明光学系统、用于将前述光罩上所形成的图案像在第2面上所设定的感光性基片上，形成在从光轴离开的圆弧形区域上的反射型的投影光学系统、使前述感光性基片和前述晶圆相对可扫描移动地进行保持的载物台的投影曝光装置，

其特征在于：

前述圆弧区域，与前述扫描移动方向的宽度与对前述扫描移动方向垂直的方向的宽度相比，相对狭窄；

前述投影光学系统具有用于规定数值孔径的孔径光栏，该孔径光栏的孔径形状形成一种对应于前述扫描移动方向的方向的直径，较对应于与该扫描移动方向垂直的方向的方向的直径大的形状。

关于本发明的反射型投影光学系统，由于将孔径光栏的孔径部设定为除了圆形形状以外的所需的形状(例如椭圆形状)，所以使因为到达像面上的各点的光束的数值孔径的方向所造成的不均匀性被抑制得较小。

即，本发明可实现一种使视野区域及成像区域从光轴分离设置的反射光学系统，并使到达像面上各点的光束的数值孔径不依存于方向而大致均匀的投影光学系统。因此，本发明的曝光装置可利用到达像面上各点的光束的数值孔径不依存于方向而大致均匀的投影光学系统，且利用EUV光作为例如曝光的光，以大的解像能力并忠实地在感光性基片上形成光罩图案。

附图说明

图1为分别对光轴上的数值孔径及光轴以外的数值孔径的定义进行说明的图示。

图2为关于部分光学系统应满足的广义的正弦条件及投影关系的说明图。

图3为关于本发明的实施形态的曝光装置的构成概略图。

图4为在图3的曝光装置中，在晶圆上所形成的圆弧形的静止曝光区域和光轴的位置关系的概略图。

图5所示为利用扫描曝光在晶圆上形成1个拍摄区域的情形的概略图。

图6所示为关于本实施形态的投影光学系统的构成的概略图。

图7所示为依据现有习知技术将孔径部形成圆形形状时，在成像区域的各点上的孔径的变形方向及变形情况的模式图。

图8所示为依据本发明将孔径部形成椭圆形状时，在成像区域的各点上的孔径的变形方向及变形情况的模式图。

图9所示为具有在子午线方向为长径的椭圆形状的孔径部的孔径光栏的概略图。

图10所示为关于孔径的变形对成像所造成的影响的模拟结果。

图11(a)～图11(b)所示为孔径光栏的孔径部具体满足为佳的条件的说明图。

图12所示为关于得到作为微型元件的半导体元件时的方法的一个例子的流程图。

1：激光等离子体光源 2：波长选择滤波器2

3：照明光学系统 10：孔径部

11、12：辅助孔径部 AX：光轴

AS：孔径光栏 ER：静止曝光区域

GR：部分光学系统 G1：第1反射成像光学系统

G2：第2反射成像光学系统 IF：图像圈

IP：像面 M：光罩

M1～M6：反射镜 MS：光罩载物台

NA：光轴以外的孔径数 NAo：光轴上的孔径数

PL：投影光学系统 W：晶圆

WS：晶圆载物台 θ、θ1、θ2：入射角度

ξ、ζ：高度

具体实施方式

下面，在本发明的实施形态的说明之前，先对现有习知技术的不良情况进行具体的说明。在视野区域及成像区域从光轴分离设置的反射型的投影光学系统中，不能定义现有习知意义上的光轴上的数值孔径NA。因此，将光轴以外的数值孔径NA，如图1所示进行定义。

参照图1，光轴上的数值孔径NAo利用到达像面IP的最外边的光线(通过孔径部的边缘而到达像面IP的光线)与光轴AX形成的角度即入射角度θ，由下式(1)进行表示。另一方面，将光轴以外的数值孔径NA，利用到达像面IP的最外边的光线的入射角度θ₁及θ₂，由下式(2)进行定义。

NAo＝sinθ (1)

NA＝(sinaθ₁-sinθ₂)/2 (2)

上述的光轴以外的数值孔径NA的定义，利用光轴以外的正弦条件而必然导出。关于光轴以外的正弦条件，可参照例如鹤田匡夫着的《第四光的铅笔》，新技术通信，P.443等。通常，在投影光学系统中，光轴以外的孔径数NA与光轴上的NAo不同。而且，因为孔径部为圆形形状，所以光轴以外的数值孔径NA在子午线方向和径向方向上有所不同。该现象因各种各样的要因而产生。

首先，考虑光轴上的NAo与光轴以外的数值孔径NA相同的条件。至少在光学系统满足以下3个条件的情况下，到达像面上的各点的光束的数值孔径NA不依存于像位置且不依存于方向，而变得均匀。

(1)光学系统大致无象差。

(2)在配置于孔径光栏和像面之间的部分光学系统中，广义的正弦条件成立。即，如图2所示，在到达像面IP上的任意像点的光线与像面IP的法线所形成的x方向的角度(x方向入射角度)为α，y方向的角度(y方向入射角度)为β时，该光线通过孔径光栏AS时的光线与光轴AX的x方向高度ξ及y方向高度ζ，以ξ＝Asinα+B及ζ＝Asinβ+C分别进行表示。这里，A、B及C为对每像点固定的常数。

(3)在孔径光栏和像面之间所配置的部分光学系统中，满足h＝Fsinθ所示的投影关系。即，如图2所示，在通过孔径光栏AS时主光线与光轴AX所形成的角度为θ，其主光线与像面IP上的光轴AX的高度为h，上述部分光学系统GR的焦点距离为F时，由h＝Fsinθ所示的投影关系成立。

在曝光装置所搭载的投影光学系统中，光学系统大致无象差这一第1条件可没有问题地得到满足。但是，除了第1条件以外的条件，特别是部分光学系统GR满足所需的投影关系的第3条件，常常产生大的误差。下面，对虽然满足部分光学系统GR满足广义的正弦条件的第2条件和第1条件，但不满足第3条件的情况，即部分光学系统GR的投影关系利用以θ为变数的函数g(θ)以h＝F·g(θ)表示的情况，进行考察。

此时，光轴以外的数值孔径NA，即到达像面上的光轴以外的各点的光束的子午线方向的数值孔径NAm及径向方向上的数值孔径NAs，可利用光轴上的数值孔径NAo，以下式(3)及(4)分别表示。

NAm＝NAo·cosθ/(dg(θ)/dθ) (3)

NAs＝NAo·sinθ/g(θ) (4)

参照式(3)及(4)可知，如g(θ)＝sinθ，则NAm＝NAs＝NAo，使到达像面上的各点的光束的数值孔径NA不依存于像高及方向，而变得均匀。通常，因为g(θ)≠sinθ，所以使到达像面上的各点的光束的数值孔径NA变得不均匀。这里，在投影关系与g(θ)＝sinθ偏离情况下，看一下是怎样的偏离。

实际上即使在曝光装置所搭载的投影光学系统中，因为象差的主成分为3次象差，所以如只着眼于3次象差成分，则可将函数g(θ)以下式(5)进行表示。这里，δ为表示光学系统所具有的投影关系与Fsinθ的偏离量的常数。

g(θ)sinθ+δ·sin³θ (5)

如将式(5)所示的函数g(θ)代入上述的式(3)及(4)，则子午线方向的数值孔径NAm及径向方向的数值孔径NAs，分别以下式(6)及(7)进行表示。

NAm＝NAo/(1+3δ·sin²θ) (6)

NAs＝NAo/(1+δ·sin²θ) (7)

参照式(6)及(7)可知，到达像面上的各点的光束的数值孔径NA不因像高(不依存于θ)而有所不同，如设与光轴上的数值孔径NAo的误差量在径向方向上为1，则在子午线方向上为3。这样，一般在投影光学系统中，到达像面上的各点的光束的数值孔径NA因像高而有所不同，而且因方向有所不同。另一方面，如前面所说明的，投影光学系统的解像能力与λ/NA(λ为使用光的波长)成比例。

因此，光束的数值孔径NA因像高而有所不同且因方向而有所不同，会使投影光学系统的解像能力存在因方向所造成的差异。如在投影光学系统的解像能力上存在因方向所造成的差异，则在半导体电路的印相时所形成的微细图案的形状因方向而产生变动。结果，最终所制造的电容器和电晶体不具有电路设计者想要的所需电气特性(电导、阻抗等)，在最差的情况下积体电路会形成不合格品。

用于应对以上问题的光学上的最佳方法，是设计一种使前述的第1条件～第3条件全部满足的光学系统。但是，设计使第1条件～第3条件全部满足的光学系统虽然在理论上是可能的，但因此所要求的反射镜构造的复杂化、反射镜个数的增加、组装精度的显著高度化，会进而导致制品价格的高涨，实际上是不现实的。特别是在EUVL曝光装置中，反射镜的个数增加因为反射镜的反射率并不怎么高，所以会导致曝光光量的低下，进而也会使制品的价格低下。

本申请的发明者得到了藉由使用于规定投影光学系统的数值孔径的孔径光栏的孔径部的形状不为通常的圆形，而设定为所需的形状(例如椭圆形状)，从而使到达像面上的各点的光束的数值孔径NA不依存于方向而大致均匀地形成的技术思想。下面，参照本发明的实施形态，对本发明的技术思想的具体内容进行说明。

根据附图对本发明的实施形态进行说明。

图3所示为关于本发明的实施形态的曝光装置的构成概略图。而且，图4所示为在图3的曝光装置中，晶圆上所形成的圆弧形的静止曝光区域(即实效曝光区域)和光轴的位置关系。在图3中，分别沿作为感光性基片的晶圆W的法线方向设定Z轴，在晶圆W的面内沿与图3的纸面平行的方向设定Y轴，在晶圆W的面内沿与图3的纸面垂直的方向设定X轴。

参照图3，本实施形态的曝光装置具有例如激光等离子体光源1，作为用于供给曝光的光的光源。从光源1所射出的光，通过波长选择滤波器2，入射照明光学系统3。这里，波长选择滤波器2具有从光源1所供给的光中，只有选择地使设定波长(例如13.5nm)的EUV光(X射线)透过，而遮挡其他波长光的透过的特性。

通过了波长选择滤波器2的EUV光，通过由复数个反射镜构成的照明光学系统3，对形成有应转印的图案的反射型的光罩M进行照明。光罩M为了使其图案面沿XY平面进行延展，而利用沿Y方向可移动的光罩载物台MS进行保持。而且，采用光罩载物台MS的移动可利用省略图示的激光干涉仪进行计测的构成。这样，在光罩M上形成对Y轴呈对称圆弧形的照明区域(视野区域)。

来自被照明的光罩M的光，通过反射型的投影光学系统PL，在作为感光性基片的晶圆W上形成光罩图案的像。即，在晶圆W上，如图4所示，形成对Y轴呈对称的圆弧形的静止曝光区域(实效曝光区域：成像区域)ER。参照图4，在以光轴AX为中心的具有半径Φ的圆形的区域(图像圈)IF内，以与该图像圈IF相接的形态，设置有X方向的长度为LX，Y方向的长度为LY的圆弧形的静止曝光区域ER。

晶圆W为了使其曝光面沿XY平面进行延展，而利用沿X方向及Y方向可二维移动的晶圆载物台WS进行保持。另外，采用使晶圆载物台WS的移动与光罩载物台MS同样，利用省略了图示的激光干涉仪进行计测的构成。这样，藉由使光罩载物台MS及晶圆载物台WS沿Y方向进行移动，即对投影光学系统PL使光罩M及晶圆W沿Y方向进行相对移动，并进行SCAN曝光(扫描曝光)，而在晶圆W上的1个拍摄区域(曝光区域)上转印光罩M的图案。

如图5所示，1个拍摄区域SR的X方向的长度与静止曝光区域ER的X方向的长度LX一致，且其Y方向的长度形成依存于晶圆W的移动距离的长度LYo。另外，在投影光学系统PL的投影倍率(转印倍率)为1/4的情况下，将晶圆载物台WS的移动速度设定为光罩载物台MS的移动速度的1/4，而进行同步扫描。而且，藉由反复进行沿晶圆W的X方向的步进移动和沿Y方向的扫描移动，而在晶圆W的各拍摄区域上依次转印光罩M的图案。

图6所示为关于本实施形态的投影光学系统的构成的概略图。参照图6，本实施形态的投影光学系统PL由用于形成光罩M的图案的中间像的第1反射成像光学系统G1、用于将光罩图案的中间像的像(光罩M的图案的二次像)形成在晶圆W上的第2反射成像光学系统G2构成。

第1反射成像光学系统G1由4个反射镜M1～M4构成，且第2反射成像光学系统G2由2个反射镜M5及M6构成。而且，投影光学系统PL为在晶圆侧(像侧)的远心光学系统。另外，所有的反射镜M1～M6的反射面形成关于光轴旋转对称的非球面形，且在从第1反射镜M1到达第2反射镜M2的光路中，配置有孔径光栏AS。

另外，非球面在设与光轴垂直的方向的高度为y，设从非球面顶点的切平面到高度y的非球面上的位置的沿光轴的距离(下垂量)为z，设顶点曲率半径为r，设圆锥系数为κ，设n次的非球面系数C_n时，由以下的式(b)进行表示。

z＝(y²/r)/[1+{1-(1+κ)·y²/r²}^1/2]+C₄·y⁴+C₆·y⁶+C₈·y⁸+C₁₀·y¹⁰+... (b)

在本实施形态的投影光学系统PL中，来自光罩M(在图6中未图示)的光在由第1凹面反射镜M1的反射面、第2凹面反射镜M2的反射面、第3凹面反射镜M3的反射面及第4凹面反射镜M4的反射面依次被反射后，形成光罩图案的中间像。而且，来自通过第1反射成像光学系统G1所形成的光罩图案中间像的光，在由第5凹面反射镜M5的反射面及第6凹面反射镜M6的反射面依次被反射后，在晶圆W上形成光罩图案的缩小像(二次像)。

在下面的表(1)中，揭示关于本实施形态的投影光学系统PL的诸元的值。在表(1)中，分别以λ表示曝光的光(EUV光)的波长，以β表示投影倍率，以NA表示像侧(晶圆侧)孔径数，以H0表示光罩M上的最大物体高，以φ表示晶圆W上的图像圈IF的半径(最大像高)，以LX表示沿静止曝光区域ER的X方向的尺寸，以LY表示沿静止曝光区域ER的Y方向的尺寸。

而且，分别以面号码表示沿从作为物体面的光罩面到作为像面的晶圆面的光线的行进方向的、从光罩侧开始的反射面的顺序，以r表示各反射面的顶点曲率半径(mm)，以d表示各反射面的轴上间隔即面间隔(mm)。另外，面间隔d在每次进行反射时改变其符号。而且，不管光线的入射方向如何，都是朝向光罩侧，使凸面的曲率半径为正，凹面的曲率半径为负。

表(1)

(主要诸元)

λ＝13.5nm

β＝1/4

NA＝0.26

H0＝124mm

φ＝31mm

LX＝26mm

LY＝2mm

(光学构件诸元)

面

号码 r d

(光罩面) 652.352419

1 -790.73406 -209.979693 (第1反射镜M1)

2 ∞ -141.211064 (孔径光栏AS)

3 3000.00000 262.342040 (第2反射镜M2)

4 478.68563 -262.292922 (第3反射镜M3)

5 571.53754 842.912526 (第4反射镜M4)

6 296.70332 -391.770887 (第5反射镜M5)

7 471.35911 436.582453 (第6反射镜M6)

(晶圆面)

(非球面数据)

1面

κ＝0.000000

C4＝0.246505×10^-8 C6＝-0.446668×10^-13

C8＝0.120146×10^-17 C10＝-0.594987×10^-22

C12＝0.340020×10^-26 C14＝0.254558×10^-30

C16＝-0.806173×10^-34 C18＝0.686431×10^-38

C20＝-0.209184×10^-42

3面

κ＝0.000000

C4＝-0.413181×10^-9 C6＝0.717222×10^-14

C8＝-0.713553×10^-19 C10＝0.255721×10^-21

C12＝-0.495895×10^-24 C14＝0.324678×10^-27

C16＝-0.103419×10^-30 C18＝0.164243×10^-34

C20＝-0.104535×10^-38

4面

κ＝0.000000

C4＝-0.217375×10^-8 C6＝0.385056×10^-13

C8＝-0.347673×10^-17 C10＝0.186477×10^-21

C12＝-0.244210×10^-26 C14＝-0.704052×10^-30

C16＝0.833625×10^-34 C18＝-0.418438×10^-38

C20＝0.792241×10^-43

5面

κ＝0.000000

C4＝-0.380907×10^-10 C6＝-0.334201×10^-15

C8＝0.113527×10^-19 C10＝-0.535935×10^-25

C12＝-0.416047×10^-29 C14＝0.881874×10^-34

C16＝-0.583757×10^-39 C18＝-0.780811×10^-45

C20＝0.176571×10^-49

6面

κ＝0.000000

C4＝-0.190330×10^-8 C6＝0.134021×10^-11

C8＝-0.471080×10^-16 C10＝-0.968673×10^-20

C12＝0.284390×10^-22 C14＝-0.265057×10^-25

C16＝0.131472×10^-28 C18＝-0.341329×10^-32

C20＝0.365714×10^-36

7面

κ＝0.000000

C4＝0.668635×10^-10 C6＝0.359674×10^-15

C8＝0.468613×10^-20 C10＝-0.440976×10^-24

C12＝0.431536×10^-28 C14＝-0.257984×10^-32

C16＝0.938415×10^-39 C18＝-0.190247×10^-41

C20＝0.165315×10^-46

在本实施形态的投影光学系统PL中，作为对波长13.5nm的EUV光而使诸象差被良好的补正的成像区域，在晶圆W上可确保26mm(＝LX)×2mm(＝LY)的圆弧形的静止曝光区域。因此，在晶圆W上，光罩M的图案利用扫描曝光被转印在例如具有26mm(＝LX)×33mm(＝LYo)的大小的各拍摄区域上。

即，在本实施形态的投影光学系统PL中，如图4所示，有效的成像区域(静止曝光区域)ER被限定在26mm×2mm的圆弧形区域中，进而使有效的像高被限定在29mm～31mm(有效的物体高为116mm～124mm)的相对狭小的范围中。这是因为，如前面所说明的，在本实施形态这种反射型的投影光学系统PL中，为了不使反射面遮挡通过的光束，必须进行光路分离。

在本实施形态的投影光学系统PL中，如图4所示，有效的成像区域(静止曝光区域)ER被限定在26mm×2mm的部分圆弧形区域中，对图像区域IF的圆周全体，只不过为相当短的一部分的圆弧形区域。因此，如使孔径光栏AS的孔径部为圆形形状，则如图7所示，子午线方向的数值孔径NAm和径向方向的数值孔径NAs的不同情况，即孔径的变形方向及变形情况，在整个成像区域的全体范围内大致相同。图7将使孔径部为圆形形状时的孔径的变形程度以椭圆进行表示。

具体地说，在本实施形态的投影光学系统PL中，如依据现有习知技术而将孔径光栏AS的孔径部设定为直径68.348mm的圆形形状，则成像区域的各像高的点的子午线方向的数值孔径NAm和径向方向的数值孔径NAs，如以下的表(2)所示。

表(2)

在像高29mm的点的NAm：0.250765182507

在像高29mm的点的NAs：0.258042961396

在像高31mm的点的NAm：0.249217797699

在像高31mm的点的NAs：0.257476183744

因此，在本实施形态中，采用藉由使孔径光栏的孔径部为除了圆形形状以外的所需形状例如椭圆形状，而如图8所示，将孔径的变形在成像区域的全体范围内良好地进行抑制，使子午线方向的数值孔径NAm和径向方向的数值孔径NAs在成像区域的全体范围内变得大致均匀的构成。在图8中，以粗线的椭圆表示将孔径部形成椭圆形状时的孔径的变形程度。而且，图8的虚线的椭圆，与表示将孔径部形成圆形形状时的孔径的变形程度的图7的椭圆相对应。具体参照图8，由于在圆弧的左右末端XY方向和子午线径向方向有所不同，所以严谨地说，NA不为圆形而大致形成椭圆形。这样，虽然在中央形成大致均匀的圆形的NA，但在圆弧的左右末端，严谨地说，是形成不均匀的非圆形的NA。但是，即使不形成完全的圆，也能够得到可缩小子午线方向和径向方向的NA的差(或X方向和Y方向的Na的差)的效果。

图9所示为椭圆形状的孔径光栏的孔径部的一个例子。在同图中，孔径光栏AS的孔径部10的Y方向的直径为a，X方向的直径为b。在图9中的所以使a大于b是因为，EUV曝光装置如上所述为了防止曝光的光量的低下，需要极力减少反射镜的个数，所以通常投影关系形成h＞Fsinθ，因此如图9所示形成使径向方向的数值孔径相对缩小的形状为佳。但是，在投影关系形成h＜Fsinθ等情况下，使图9中的a的值小于b的值为佳。而且，根据情况，也考虑正弦条件等其他的光学特性而决定孔径光栏的形状为佳。

可知如使曝光所使用的有效光线的像高限定在相对狭窄的范围中，则即使在前述式(6)及(7)中，与所需的投影关系的偏离量δ在某种程度上较大，到达像面上的各点的光束的数值孔径NA的因为像高所造成的不均匀性也可忽略不计。因此，如像本实施形态那样，将曝光所使用的有效光线的像高限定在29mm～31mm这一相对狭窄的范围内，则因为像高所造成的数值孔径NA的不均匀性也可进行改善。

具体地说，在本实施形态的投影光学系统PL中，当如图9所示，依据本发明将孔径光栏AS的孔径部10设定为长径(子午线方向)68.348mm、短径(径向方向)66.254mm的椭圆形状时，在成像区域的各像高上的子午线方向的数值孔径NAm及径向方向的数值孔径NAs，如以下的表(3)所示。另外，在图9中，辅助孔径部11为用于使从光罩M朝向第1反射镜M1的所需光束通过的孔径部，辅助孔径部12为用于使从第2反射镜M2朝向第3反射镜M3的所需光束通过的孔径部。

表(3)

在像高29mm的点的NAm：0.250765272746

在像高29mm的点的NAs：0.250272182607

在像高31mm的点的NAm：0.249217758088

在像高31mm的点的NAs：0.24972074902

如表(2)所示，在像高29mm的点为0.2507～0.2580的差异较大的数值孔径NA，藉由应用本发明，而如表(3)所示，其差异变小为0.2507～0.2502，将差异抑制在1/15左右。同样，在像高31mm的点为0.2492～0.2574的差异较大的数值孔径NA，藉由应用本发明，而使其差异变小为0.2492～0.2497，将差异抑制在1/16左右。如上所述，在本实施形态的投影光学系统PL中，由于有效的成像区域被限定在相对细长的圆弧形的区域中，且有效的像高被限定在相对狭窄的范围中，所以到达像面上的各点的光束的数值孔径NA的因为像高所造成的不均匀性被抑制得较小。而且，在本实施形态的投影光学系统PL中，由于将孔径光栏AS的孔径部设定为所需的椭圆形状，所以到达像面上的各点的光束的数值孔径NA的因方向所造成的不均匀性也被抑制得较小。

即，在本实施形态中，可实现一种为使视野区域及成像区域从光轴分离设置的反射光学系统，并使到达像面上各点的光束的数值孔径不依存于方向而大致均匀的投影光学系统。因此，在本发明的实施形态的曝光装置中，由于利用到达像面上各点的光束的数值孔径不依存于方向而大致均匀的反射型的投影光学系统PL，并利用EUV光作为曝光的光，所以可以大的解像能力且忠实地将光罩M的图案形成在晶圆W上。

顺便说一下，在本实施形态的投影光学系统PL中，用于规定在孔径光栏AS和晶圆W(像面)之间所配置的部分光学系统GR(M2～M6)的焦点距离F及部分光学系统GR(M2～M6)的投影关系的函数g(θ)，如以下的表(4)所示。

表(4)

F＝-129.186524007mm

g(θ)＝-1.089581416414470×10^-8+9.983031116454740×10^-1×θ

-2.608569671543950×10^-4×θ²+1.693133763108080×10^-1×θ³

+3.272877426399590×10^-1×θ⁴-1.064541314452320×10⁺¹×θ⁵

+2.105681558275050×10⁺²×θ⁶-1.964921359054180×10⁺³×θ⁷

+9.263250785150350×10⁺³×θ⁸-2.172610074916260×10⁺⁴×θ⁹

+2.026470680865160×10⁺⁴×θ¹⁰

如根据表(4)所示的参数g(θ)进行计算，则在像高29mm的点上的径向方向的数值孔径NAs和子午线方向的数值孔径NAm的比即NAs/NAm，形成下式(8)所示的值。

NAs/NAm＝{sinθ/g(θ)}/{cosθ/(dg(θ)dθ)}＝1.034204511394000(8)

式(8)所示的值与实际的NAs/NAm的值即1.029022286非常接近，可确认关于成像区域的各像高的数值孔径NA的因方向所造成的差异的产生，前述第3条件的要因起到支配性作用。而且，参照式(8)可知，最好将孔径光栏AS的孔径部设定为长径和短径的比率为tanθ∶g(θ)/(dg(θ)/dθ)的椭圆形状。

图10所示为关于孔径的变形对成像所造成的影响的模拟结果。在图10中，分别以横轴表示NA变形(即子午线方向的数值孔径NAm和径向方向的数值孔径NAs的变形程度)，以纵轴表示与设定线宽的误差ΔCD。在该类比中，使投影光学系统的像侧NA为0.18，σ(相干因数：照明光学系统的射出侧数值孔径/投影光学系统的入射侧数值孔径)为0.8，光的波长λ为13.5nm，并利用线宽45nm的孤立线图案光罩，经由过度剂量(overdose)将线宽25nm的图案生成在晶圆上。

因此，图10的纵轴ΔCD可表示与作为设定线宽的25nm的线宽误差。通常，如关于图案线宽产生10％(在该类比的情况下为25nm×0.1＝2.5nm)的误差时，可说半导体积体电路为不合格品。参照图10可知，数％的NA变形对半导体积体电路的好坏具有深刻的影响。

接着，参照图11(a)～图11(b)，对孔径光栏AS的孔径部具体满足为佳的条件进行说明。首先，如图11(a)所示，将投影光学系统PL的像面(第2面)的圆弧形的成像区域(设定区域)ER上的复数个像点，作为A1、A2、A3、...、An。然后，将复数个像点中的任意1个称作Ai。这里，这些复数个像点在像面的圆弧形的成像区域ER上，以大致等间隔取样多个。在图11(a)中，为了使说明简略化，只显示6个像点A1～A6。

而且，如图11(b)所示，在与包含孔径光栏AS在内的平面平行的平面(XY平面)上，假设直交的2个座标x、y，且在孔径光栏边缘中，设座标x达到最大的点为Pxu，座标x达到最小的点为Pxb，座标y达到最大的点为Pyu，座标y达到最小的点为Pyb。另外，假设以像点Ai为中心的半径1的球面Si，并设通过点Pxu到达像点Ai的光线与球面Si进行交差的座标为(Xixu、Yixu)，通过点Pxb到达像点Ai的光线与球面Si进行交差的座标为(Xixb、Yixb)，通过点Pyu到达像点Ai的光线与球面Si进行交差的座标为(Xiyu、Yiyu)，通过点Pyb到达像点Ai的光线与球面Si进行交差的座标为(Xiyb、Yiyb)。这里，以球面Si上的X、Y座标的符号与孔径部中的X、Y座标的符号一致的形态，对孔径部中的X、Y轴的方向进行定义。

而且，作为与像点Ai对应的2个变数，导入利用下式(9)及(10)而分别被定义的变数NAxi及NAyi。

NAxi＝(Xixu-Xixb)/2 (9)

NAyi＝(Yiyu-Yiyb)/2 (10)

这样，为了使到达像面的圆弧形成像区域ER上的各点的光束的数值孔径不依存于方向且大致均匀，而使孔径光栏AS的孔径部的所需形状大致满足下式(11)为佳。但是，在式(11)中，∑(i＝1～n)为从i＝1到i＝n的总和符号。

{∑NAxi(i＝1～n)}/n＝{∑NAyi(i＝1～n)}/n (11)

如前面参照表(2)及(3)所说明的，在图6所示的投影光学系统PL中，使依据现有习知技术的习知例为孔径光栏AS的孔径部为直径φ＝68.348mm的圆形形状，依据本发明的本实施例为孔径光栏AS的孔径部为X方向直径φx＝66.764mm，Y方向直径φy＝68.348mm的椭圆形状。以下所示为只着眼于6个像点A1～A6的评价例，但这样是为了避免记述变得烦杂，本来最好是在像面的圆弧形的成像区域ER上取样更多的像点。图11(a)所示的6个像点A1～A6的座标(X座标、Y座标)，如以下的表(5)所示。

表(5)

A1＝(0，29)

A2＝(0，31)

A3＝(13，26.037)

A4＝(13，28.037)

A5＝(-13，26.037)

A6＝(-13，26.037)

因此，在习知例的情况下，到达各像点A1～A6的光线与球面Si进行交差的座标即Xixu、Xixb、Yiyu、Yiyb，如以下的表(6)所示。

表(6)

X1xu＝0.258042943154

X1xb＝-0.258042943154

Y1yu＝0.256357547338

Y1yb＝-0.245172818845

X2xu＝0.257476143154

X2xb＝-0.257476143154

Y2yu＝0.255819520205

Y2yb＝-0.242616331396

X3xu＝0.259312007332

X3xb＝-0.253769989674

Y3yu＝0.257306651069

Y3yb＝-0.246969026605

X4xu＝0.259077265506

X4xb＝-0.252997085452

Y4yu＝0.256801648512

Y4yb＝-0.244661464593

X5xu＝0.253769989674

X5xb＝-0.259312007332

Y5yu＝0.257306651069

Y5yb＝-0.246969026606

X6xu＝0.252997085391

X6xb＝-0.259077265493

Y6yu＝0.256801650789

Y6yb＝-0.244661462094

另一方面，在本实施的情况下，到达各像点A1～A6的光线与球面Si进行交差的座标即Xixu、Xixb、Yiyu、Yiyb，如以下的表(7)所示。

表(7)

X1xu＝0.252165810353

X1xb＝-0.252165810353

Y1yu＝0.256357547323

Y1yb＝-0.245172893708

X2xu＝0.25161071214

X2xb＝-0.25161071214

Y2yu＝0.255819520205

Y2yb＝-0.242616146657

X3xu＝0.253346326274

X3xb＝-0.248029134343

Y3yu＝0.257306648643

Y3yb＝-0.246967652147

X4xu＝0.253123286675

X4xb＝-0.247265493391

Y4yu＝0.256801637468

Y4yb＝-0.244660091297

X5xu＝0.248029134344

X5xb＝-0.253346326274

Y5yu＝0.257306648643

Y5yb＝-0.246967652148

X6xu＝0.24726549333

X6xb＝-0.253123286663

Y6yu＝0.256801639745

Y6yb＝-0.244660088798

这样，在习知例的情况下，式(11)的左边{∑NAxi(i＝1～n)}/n及右边{∑NAyi(i＝1～n)}/n如以下的表(8)所示。而且，在本实施例的情况下，式(11)的左边{∑NAxi(i＝1～n)}/n及右边{∑NAyi(i＝1～n)}/n如以下的表(9)所示。

表(8)

{∑NAxi(i＝1～n)}/n＝0.256779239

{∑NAyi(i＝1～n)}/n＝0.2509536499

表(9)

{∑NAxi(i＝1～n)}/n＝0.2509234605

{∑NAyi(i＝1～n)}/n＝0.2509531806

参照表(8)及(9)可知，与习知例相比，本实施例良好地满足式(11)。结果，依据本发明的本实施例，由于使孔径光栏AS的孔径部的所需形状被设定为大致满足式(11)那样的椭圆形状，所以可使到达像面的圆弧形成像区域ER上的各点的光束的数值孔径不依存于方向而大致均匀地形成。

然而，在半导体图案曝光装置所搭载的投影光学系统中，作为孔径光栏，通常利用例如与照相机的光圈同样地使孔径直径可变的虹彩光栏。但是，当在本实施形态中利用例如椭圆形状的孔径部那种变形孔径部时，作为孔径光栏不能采用虹彩光栏。因此，在本实施形态中，最好采用在投影光学系统PL的数值孔径Na变化时，可与孔径形状不同的其他孔径光栏进行交换的构成。另外，孔径形状不同的其他孔径光栏，当然也可为相似形的孔径光栏。

而且，参照图6，通常在视野区域及成像区域从光轴离开而形成的反射型的投影光学系统，为了不遮挡有效光束，要在非常狭窄的空间中配置孔径光栏。因此，在利用具有圆形的孔径部的通常的孔径光栏的情况下，与在孔径光栏上设置用于使孔径直径可变的比较复杂的机构相比，有时也是最好采用可与孔径形状不同的其他孔径光栏进行交换的构成。另外，在上述的实施形态中是利用反射型的投影光学系统，但并不限定于此，利用反射折射型的投影光学系统，可得到与上述的实施形态同样的作用效果。

在关于上述实施形态的曝光装置中，藉由利用照明系统对光罩进行照明(照明工程)、利用投影光学系统将光罩上所形成的转印用的图案在感光性基片上进行曝光(曝光工程)，可制造微型元件(半导体元件、摄像元件、液晶显示元件、薄膜磁头等)。下面，对藉由利用本实施形态的曝光装置在作为感光性基片的晶圆等上形成设定的电路图案，而得到作为微型元件的半导体元件时的方法的一个例子，参照图12的流程图进行说明。

首先，在图12的步骤301中，在1批晶圆上蒸镀金属膜。在下一步骤302中，在这1批晶圆上的金属膜上涂敷光阻。然后，在步骤303中，利用本实施形态的曝光装置，使光罩(光栅)上的图案像通过该投影光学系统，在这1批晶圆上的各拍摄区域依次进行曝光转印。

然后，在步骤304中，这1批晶圆上的光阻进行了显像后，在步骤305中，藉由在这1批晶圆上将光阻图案作为光罩进行蚀刻，而使光罩上的图案所对应的电路图案，形成于各晶圆上的各拍摄区域。然后，藉由进行更上一层的电路图案的形成等，而制造半导体元件等元件。如利用上述的半导体元件制造方法，可生产率良好地得到具有极其微细的电路图案的半导体元件。

另外，在上述的本实施形态中，利用激光等离子体光源作为用于供给EUV光的光源。但是，并不限定于此，也可利用供给EUV光的其他适当光源，例如同步加速器(SOR)光源等。

而且，在上述的本实施形态中，是在具有用于供给EUV光(X射线)的光源的曝光装置中应用本发明，但并不限定于此，对具有用于供给除了EUV光以外的其他波长的光的光源的曝光装置，也可应用本发明。

而且，在上述的本实施形态中，是在曝光装置的投影光学系统中应用本发明，但并不限定于此，对将第1面(物体面)的像在第2面(像面)上形成于从光轴离开的设定区域上的一般的反射型的投影光学系统，也可应用本发明。

Claims

1、一种投影光学系统，为一种将第1面的像在第2面上从光轴离开的设定区域进行形成的反射型的投影光学系统，其特征在于：具有用于规定前述投影光学系统的数值孔径的孔径光栏，且前述孔径光栏具有关于直交的2个方向的尺寸彼此不同的孔径部。

2、根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于：

将前述第2面的前述设定区域上的复数个像点，作为A1、A2、A3、...、An，且前述复数个像点在前述第2面的前述设定区域上，以大致等间隔取样多个，并将前述复数个像点中的任意1个称作Ai，且在与包含前述孔径光栏在内的平面平行的平面上，假设直交的2个座标x、y，并在前述孔径光栏边缘中，设座标x达到最大的点为Pxu，座标x达到最小的点为Pxb，座标y达到最大的点为Pyu，座标y达到最小的点为Pyb，另外，假设以前述像点Ai为中心的半径1的球面Si，并设通过前述点Pxu到达前述像点Ai的光线与前述球面Si进行交差的座标为(Xixu、Yixu)，通过前述点Pxb到达前述像点Ai的光线与前述球面Si进行交差的座标为(Xixb、Yixb)，通过前述点Pyu到达前述像点Ai的光线与前述球面Si进行交差的座标为(Xiyu、Yiyu)，通过前述点Pyb到达前述像点Ai的光线与前述球面Si进行交差的座标为(Xiyb、Yiyb)，而且，当将作为与前述像点Ai对应的2个变数NAxi及NAyi，分别规定为

NAxi＝(Xixu-Xixb)/2

NAyi＝(Yiyu-Yiyb)/2时，

前述孔径部的所需形状大致满足

{∑NAxi(i＝1～n)}/n＝{∑NAyi(i＝1～n)}/n。

3、根据权利要求1或2所述的投影光学系统，其特征在于：前述孔径部的前述所需形状以可补偿前述孔径光栏和前述第2面间所配置的部分光学系统不满足所需的投影关系，对到达前述设定区域内各点的光束的数值孔径不均匀性所带来的影响的形态，而进行规定。

4、根据权利要求3所述的投影光学系统，其特征在于：当设通过前述孔径光栏的主光线与光轴所形成的角度为θ，该主光线到达前述第2面的点与前述光轴的距离为h，前述部分光学系统的焦点距离为F，且前述部分光学系统的投影关系利用以θ为变数的函数g(θ)而由h＝F·g(θ)进行表示时，前述孔径部的前述所需形状为长径和短径的比率为tanθ：g(θ)/(dg(θ)/dθ)的椭圆。

5、根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的投影光学系统，其特征在于：前述孔径部的前述所需形状以可补偿前述孔径光栏和前述第2面间所配置的部分光学系统为不满足正弦条件，对到达前述设定区域内各点的光束的数值孔径不均匀性所带来的影响的形态，而进行规定。

6、根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的投影光学系统，其特征在于：前述孔径部的前述所需形状大致为椭圆形。

7、根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的投影光学系统，其特征在于：前述孔径部的前述所需形状，为沿子午线方向具有长径的椭圆形状。

8、根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的投影光学系统，其特征在于：前述孔径光栏采用可与孔径形状不同的其他孔径光栏进行交换的构成。

9、一种投影光学系统，为一种将第1面的像在第2面上从光轴离开的设定区域进行形成的反射型的投影光学系统，其特征在于：具有用于规定前述投影光学系统的数值孔径的孔径光栏，且前述孔径光栏采用可与孔径形状不同的其他的孔径光栏进行交换的构成。

10、一种曝光装置，其特征在于，包括：用于对前述第1面上所设定的光罩进行照明的照明系统；用于将前述光罩上所形成的图案的像，形成在前述第2面上所设定的感光性基片上的权利要求1至9中的任一项所述的投影光学系统。

11、根据权利要求10所述的曝光装置，其特征在于：前述照明系统具有用于供给EUV光作为曝光用的光源，且对前述投影光学系统使前述光罩及前述感光性基片相对移动，并将前述光罩的图案向前述感光性基片上进行投影曝光。

12、一种曝光方法，其特征在于，包括：对在前述第1面上所设定的光罩进行照明的照明工程；将申请专利范围第1项至第9项中的任一项所述的投影光学系统在前述光罩上所形成的图案的像，在前述第2面上所设定的感光性基片上进行投影曝光的曝光工程。

13、一种投影曝光装置，为一种具有用于对第1面上所设定的光罩进行照明的照明光学系统、用于将前述光罩上所形成的图案像在第2面上所设定的感光性基片上，形成在从光轴离开的圆弧形区域上的反射型的投影光学系统、使前述光罩和前述感光性基片相对可扫描移动地进行保持的载物台的投影曝光装置，

其特征在于：

前述圆弧区域其前述扫描移动方向的宽度与对前述扫描移动方向垂直的方向的宽度相比，相对狭窄；以及

前述投影光学系统具有用于规定数值孔径的孔径光栏，且该孔径光栏的孔径形状形成一种对应于前述扫描移动方向的方向的直径，较对应于与该扫描移动方向垂直的方向的方向的直径大的形状。

14、根据权利要求13所述的投影曝光装置，其特征在于：前述孔径光栏的形状为在对应于前述扫描移动方向的方向上具有长径的椭圆形状。

15、根据权利要求14所述的投影曝光装置，其特征在于：前述孔径光栏采用可与孔径形状或大小不同的其他的孔径光栏进行交换的构成。