JP4711437B2 - 投影光学系、露光装置および露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、投影光学系、露光装置および露光方法に関する。さらに詳細には、本発明は、ＥＵＶ光を用いて半導体素子などのデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造するのに使用される露光装置に好適な投影光学系に関するものである。

従来、半導体素子などの製造に使用される露光装置では、マスク（レチクル）上に形成された回路パターンを、投影光学系を介して感光性基板（たとえばウェハ）上に投影転写する。感光性基板にはレジストが塗布されており、投影光学系を介した投影露光によりレジストが感光し、マスクパターンに対応したレジストパターンが得られる。

ここで、露光装置の解像力Ｗは、露光光の波長λと投影光学系の開口数ＮＡとに依存し、次の式（ａ）で表される。
Ｗ＝ｋ・λ／ＮＡ （ｋ:定数） （ａ）

したがって、露光装置の解像力を向上させるためには、露光光の波長λを短くするとともに、投影光学系の開口数ＮＡを大きくすることが必要になる。一般に、投影光学系の開口数ＮＡを所定値以上に大きくすることは光学設計の観点から困難であるため、露光光の短波長化が必要になる。

そこで、半導体パターニングの次世代の露光方法（露光装置）として、ＥＵＶＬ（Extreme UltraViolet Lithography：極紫外リソグラフィ）の手法が注目されている。ＥＵＶＬ露光装置では、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光や波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光を用いる従来の露光方法と比較して、５〜２０ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ（Extreme UltraViolet：極紫外線）光を用いる。

露光光としてＥＵＶ光を用いる場合、使用可能な光透過性の光学材料が存在しなくなる。このため、ＥＵＶＬ露光装置では、必然的に、反射型のマスクを用いるとともに、反射型の投影光学系を用いることになる。

一般に、ＥＵＶＬ露光装置に用いられる反射型の投影光学系では、物体面上の視野領域および像面上の結像領域が光軸上にない。これは、反射面が通過する光束を遮ることがないように光路分離を行うからである。これに対し、シュヴァルツシルト光学系では、視野領域および結像領域を光軸上に位置させるために、ミラーの中央に設けられた開口部を介して光を通過させている。

この場合、光学系の開口が輪帯状になり、ある特定の空間周波数に限って解像力が低下する特性になるため、リソグラフィには適しない。一般に、ＥＵＶＬ露光装置に用いられる投影光学系では、後述するように、像面上の各点に達する光束の開口数が方向により異なる。像面上の各点に達する光束の開口数が方向により異なるということは、解像力に方向に起因するムラがあるということであり、投影光学系を介して感光性基板上に形成されるパターンの形状にばらつきが生じることになる。

本発明は、視野領域および結像領域が光軸から離れて位置する反射光学系であって、像面上の各点に達する光束の開口数が方向に依らずほぼ均一な投影光学系を提供することを目的とする。

また、本発明は、像面上の各点に達する光束の開口数が方向に依らずほぼ均一な反射型の投影光学系を用い、たとえば露光光としてＥＵＶ光を用いて、マスクパターンを感光性基板上に大きな解像力で且つ忠実に形成することのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の第１形態では、第１面の像を第２面上において光軸から離れた所定領域に形成する反射型の投影光学系において、
前記投影光学系の開口数を規定するための開口絞りを備え、
前記開口絞りは、直交する２方向に関する寸法が互いに異なる開口部を有することを特徴とする投影光学系を提供する。

本発明の第２形態では、第１面の像を第２面上において光軸から離れた所定領域に形成する反射型の投影光学系において、
前記投影光学系の開口数を規定するための開口絞りを備え、
前記開口絞りは、開口形状の異なる別の開口絞りと交換可能に構成されていることを特徴とする投影光学系を提供する。

本発明の第３形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に形成するための第１形態または第２形態の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第４形態では、前記第１面に設定されたマスクを照明する照明工程と、第１形態または第２形態の投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。

本発明の第５形態では、第１面に設定されるマスクを照明するための照明光学系と、前記マスクに形成されたパターンの像を第２面に設定される感光性基板上において光軸から離れた円弧領域に形成するための反射型の投影光学系と、前記マスクと前記感光性基板とを相対的に走査移動可能に保持するステージとを有する投影露光装置において、
前記円弧領域は前記走査移動方向の幅が前記走査移動方向に対して垂直な方向の幅に対して相対的に狭く、
前記投影光学系は開口数を規定するための開口絞りを備え、該開口絞りの開口形状は前記走査移動方向に対応する方向の直径が該走査移動方向に垂直な方向に対応する方向の直径よりも大きい形状であることを特徴とする投影露光装置を提供する。

本発明にかかる反射型の投影光学系では、開口絞りの開口部を円形形状以外の所要の形状（例えば楕円形状）に設定しているので、像面上の各点に達する光束の開口数の方向による不均一性を小さく抑えられる。

すなわち、本発明では、視野領域および結像領域が光軸から離れて位置する反射光学系であって、像面上の各点に達する光束の開口数が方向に依らずほぼ均一な投影光学系を実現することができる。したがって、本発明の露光装置では、像面上の各点に達する光束の開口数が方向に依らずほぼ均一な反射型の投影光学系を用い、たとえば露光光としてＥＵＶ光を用いて、マスクパターンを感光性基板上に大きな解像力で且つ忠実に形成することができる。

光軸上の開口数および光軸外の開口数の定義をそれぞれ説明する図である。 部分光学系が満足すべき広義の正弦条件および射影関係について説明する図である。 本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 図３の露光装置においてウェハ上に形成される円弧状の静止露光領域と光軸との位置関係を概略的に示す図である。 走査露光によりウェハ上に１つのショット領域が形成される様子を概略的に示す図である。 本実施形態にかかる投影光学系の構成を概略的に示す図である。 従来技術にしたがって開口部を円形形状にしたときの結像領域の各点における開口の歪み方向および歪み方を模式的に示す図である。 本発明にしたがって開口部を楕円形状にしたときの結像領域の各点における開口の歪み方向および歪み方を模式的に示す図である。 メリディオナル方向に長径を有する楕円形状の開口部を有する開口絞りを概略的に示す図である。 開口の歪みが結像に与える影響についてのシミュレーション結果を示す図である。 開口絞りの開口部が具体的に満たすことが好ましい条件を説明する図である。 マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例について、そのフローチャートを示す図である。

以下、本発明の実施形態の説明に先立って、従来技術の不都合について具体的に説明する。視野領域および結像領域が光軸から離れて位置する反射型の投影光学系では、本来の意味での光軸上の開口数ＮＡは定義できない。そこで、光軸外の開口数ＮＡを、図１に示すように定義する。

図１を参照すると、光軸上の開口数ＮＡｏは、像面ＩＰに達する最外縁の光線（開口部の縁を通過して像面ＩＰに達する光線）が光軸ＡＸとなす角度、すなわち入射角度θを用いて次の式（１）により表される。一方、光軸外の開口数ＮＡを、像面ＩＰに達する最外縁の光線の入射角度θ₁およびθ₂を用いて次の式（２）により定義する。
ＮＡｏ＝sinθ （１）
ＮＡ＝（sinθ₁−sinθ₂）／２ （２）

上述した光軸外の開口数ＮＡの定義は、光軸外の正弦条件より必然的に導かれる。光軸外の正弦条件については、例えば、鶴田匡夫著、「第４光の鉛筆」、新技術コミュニケーションズ、ｐ．４３３などを参照することができる。一般に、投影光学系において、光軸外の開口数ＮＡは、光軸上のＮＡｏと異なる。しかも、開口部が円形形状であるため、光軸外の開口数ＮＡは、メリディオナル方向とサジタル方向とで異なる。この現象は、様々な要因に起因して発生する。

先ず、光軸上のＮＡｏが光軸外の開口数ＮＡと同一になる条件について考える。少なくとも光学系が下記の３つの条件を満足する場合、像面上の各点に達する光束の開口数ＮＡは像位置に依らず、方向に依らず、均一になる。
（１） 光学系がほぼ無収差であること。

（２） 開口絞りと像面との間に配置された部分光学系において、広義の正弦条件が成り立つこと。すなわち、図２に示すように、像面ＩＰ上の任意の像点に到達する光線が像面ＩＰの法線となすｘ方向の角度（ｘ方向入射角度）をαとし、ｙ方向の角度（ｙ方向入射角度）をβとするとき、その光線が開口絞りＡＳを通過する際の光線の光軸ＡＸからのｘ方向高さξ、およびｙ方向高さζは、ξ＝Ａsinα＋Ｂ、およびζ＝Ａsinβ＋Ｃでそれぞれ表されること。ここで、Ａ、ＢおよびＣは、像点毎に決まる定数である。

（３） 開口絞りと像面との間に配置された部分光学系において、ｈ＝Ｆsinθで示す射影関係を満足すること。すなわち、図２に示すように、開口絞りＡＳを通過するときに主光線が光軸ＡＸとなす角度をθとし、その主光線の像面ＩＰでの光軸ＡＸからの高さをｈとし、上記部分光学系ＧＲの焦点距離をＦとするとき、ｈ＝Ｆsinθで示す射影関係が成り立つこと。

露光装置に搭載される投影光学系において、光学系がほぼ無収差であるという第１条件は問題なく満足される。しかしながら、第１条件以外の条件、特に部分光学系ＧＲが所望の射影関係を満たすという第３条件については、大きな誤差が発生しがちである。以下、部分光学系ＧＲが広義の正弦条件を満たすという第２条件と第１条件とを満足するが、第３条件を満足しない場合、すなわち部分光学系ＧＲの射影関係がθを変数とする関数ｇ（θ）を用いてｈ＝Ｆ・ｇ（θ）で表される場合について考察する。

このとき、光軸外の開口数ＮＡ、すなわち像面上の光軸以外の各点に達する光束のメリディオナル方向の開口数ＮＡｍおよびサジタル方向の開口数ＮＡｓは、光軸上の開口数ＮＡｏを用いて、次の式（３）および（４）でそれぞれ表される。
ＮＡｍ＝ＮＡｏ・cosθ／（ｄｇ（θ）／ｄθ） （３）
ＮＡｓ＝ＮＡｏ・sinθ／ｇ（θ） （４）

式（３）および（４）を参照すると、ｇ（θ）＝sinθであれば、ＮＡｍ＝ＮＡｓ＝ＮＡｏとなり、像面上の各点に達する光束の開口数ＮＡが像高および方向に依らず均一になることは明らかである。一般には、ｇ（θ）≠sinθであるため、像面上の各点に達する光束の開口数ＮＡは均一にならない。ここで、射影関係がｇ(θ)＝sinθから外れる場合、具体的にどのように外れるかを考えてみる。

実際に露光装置に搭載される投影光学系においても収差の主成分は３次収差であることから、３次収差成分のみに着目すると、関数ｇ(θ)を次の式（５）で表すことができる。ここで、δは、光学系が持つ射影関係のＦsinθからの外れ量を表す定数である。
ｇ(θ)≒sinθ＋δ・sin³θ （５）

式（５）で表される関数ｇ(θ)を上述の式（３）および（４）に代入すると、メリディオナル方向の開口数ＮＡｍおよびサジタル方向の開口数ＮＡｓは、次の式（６）および（７）でそれぞれ表される。
ＮＡｍ＝ＮＡｏ／（１＋３δ・sin²θ） （６）
ＮＡｓ＝ＮＡｏ／（１＋δ・sin²θ） （７）

式（６）および（７）を参照すると、像面上の各点に達する光束の開口数ＮＡは像高により（θに依存して）異なり、光軸上の開口数ＮＡｏからの誤差量はサジタル方向を１とするとメリディオナル方向は３になることがわかる。このように、一般に投影光学系において像面上の各点に達する光束の開口数ＮＡは像高により異なり、また方向により異なる。一方、前述したように、投影光学系の解像力は、λ／ＮＡ（λは使用光の波長）に比例する。

したがって、光束の開口数ＮＡが像高により異なるとともに方向により異なるということは、投影光学系の解像力に方向に起因するムラがあるということになる。投影光学系の解像力に方向に起因するムラがあると、半導体回路の焼付けに際して形成される微細パターンの形状が方向によって変動する。その結果、最終的に製造されるコンデンサやトランジスタが電気回路設計者の意図する所要の電気的特性（コンダクタンス、インピーダンスなど）を持たなくなり、最悪の場合には集積回路が不良品になってしまう。

以上の問題に対処するのに光学的に最も望ましい方法は、前述した第１条件〜第３条件をすべて満足する光学系を設計することである。しかしながら、第１条件〜第３条件をすべて満足する光学系を設計することは理論的には可能であるが、そのために要求されるミラー構造の複雑さ、ミラー枚数の増加、組み立て精度の著しい高度化は、ひいては製品価格の高騰を招くことになり、実際には現実的ではない。特に、ＥＵＶＬ露光装置においては、反射ミラーの枚数増加は、ミラーの反射率があまり高くないことから、露光光量の低下を招くことになり、ひいては製品の価値も低下させてしまうことになる。

本願の発明者は、投影光学系の開口数を規定する開口絞りの開口部の形状を通常の円形状ではなく所要形状（例えば楕円形状）に設定することにより、像面上の各点に達する光束の開口数ＮＡを方向に依らずほぼ均一にするという技術的思想を得た。以下、本発明の実施形態を参照して、本発明の技術的思想の具体的な内容について説明する。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図３は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図４は、図３の露光装置においてウェハ上に形成される円弧状の静止露光領域（すなわち実効露光領域）と光軸との位置関係を示す図である。図３において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図３の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの面内において図３の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

図３を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光を供給するための光源として、たとえばレーザプラズマ光源１を備えている。光源１から射出された光は、波長選択フィルタ２を介して、照明光学系３に入射する。ここで、波長選択フィルタ２は、光源１が供給する光から、所定波長（たとえば１３．５ｎｍ）のＥＵＶ光（Ｘ線）だけを選択的に透過させ、他の波長光の透過を遮る特性を有する。

波長選択フィルタ２を透過したＥＵＶ光は、複数の反射鏡から構成された照明光学系３を介して、転写すべきパターンが形成された反射型のマスクＭを照明する。マスクＭは、そのパターン面がＸＹ平面に沿って延びるように、Ｙ方向に沿って移動可能なマスクステージＭＳによって保持されている。そして、マスクステージＭＳの移動は、図示を省略したレーザー干渉計により計測されるように構成されている。こうして、マスクＭ上には、Ｙ軸に関して対称な円弧状の照明領域（視野領域）が形成される。

照明されたマスクＭのパターンからの光は、反射型の投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、ウェハＷ上には、図４に示すように、Ｙ軸に関して対称な円弧状の静止露光領域（実効露光領域：結像領域）ＥＲが形成される。図４を参照すると、光軸ＡＸを中心とした半径φを有する円形状の領域（イメージサークル）ＩＦ内において、このイメージサークルＩＦに接するようにＸ方向の長さがＬＸでＹ方向の長さがＬＹの円弧状の静止露光領域ＥＲが設けられている。

ウェハＷは、その露光面がＸＹ平面に沿って延びるように、Ｘ方向およびＹ方向に沿って二次元的に移動可能なウェハステージＷＳによって保持されている。なお、ウェハステージＷＳの移動は、マスクステージＭＳと同様に、図示を省略したレーザー干渉計により計測されるように構成されている。こうして、マスクステージＭＳおよびウェハステージＷＳをＹ方向に沿って移動させながら、すなわち投影光学系ＰＬに対してマスクＭおよびウェハＷをＹ方向に沿って相対移動させながらスキャン露光（走査露光）を行うことにより、ウェハＷ上の１つのショット領域（露光領域）にマスクＭのパターンが転写される。

図５に示すように、１つのショット領域ＳＲのＸ方向の長さは静止露光領域ＥＲのＸ方向の長さＬＸに一致し、そのＹ方向の長さはウェハＷの移動距離に依存した長さＬＹｏになる。なお、投影光学系ＰＬの投影倍率（転写倍率）が１／４である場合、ウェハステージＷＳの移動速度をマスクステージＭＳの移動速度の１／４に設定して同期走査を行う。そして、ウェハステージＷＳのＸ方向に沿ったステップ移動とＹ方向に沿った走査移動を繰り返すことにより、ウェハＷの各ショット領域にマスクＭのパターンが逐次転写される。

図６は、本実施形態にかかる投影光学系の構成を概略的に示す図である。図６を参照すると、本実施形態の投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンの中間像を形成するための第１反射結像光学系Ｇ１と、マスクパターンの中間像の像（マスクＭのパターンの二次像）をウェハＷ上に形成するための第２反射結像光学系Ｇ２とにより構成されている。

第１反射結像光学系Ｇ１は４つの反射鏡Ｍ１〜Ｍ４により構成され、第２反射結像光学系Ｇ２は２つの反射鏡Ｍ５およびＭ６により構成されている。また、投影光学系ＰＬは、ウェハ側（像側）にテレセントリックな光学系である。さらに、すべての反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の反射面が光軸に関して回転対称な非球面状に形成され、第１反射鏡Ｍ１から第２反射鏡Ｍ２へ至る光路中には開口絞りＡＳが配置されている。

なお、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣ_n としたとき、以下の式（ｂ）で表される。
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ²／ｒ²｝^1/2］
＋Ｃ₄・ｙ⁴＋Ｃ₆・ｙ⁶＋Ｃ₈・ｙ⁸＋Ｃ₁₀・ｙ¹⁰＋・・・ （ｂ）

本実施形態の投影光学系ＰＬでは、マスクＭ（図６では不図示）からの光は、第１凹面反射鏡Ｍ１の反射面、第２凹面反射鏡Ｍ２の反射面、第３凸面反射鏡Ｍ３の反射面、および第４凹面反射鏡Ｍ４の反射面で順次反射された後、マスクパターンの中間像を形成する。そして、第１反射結像光学系Ｇ１を介して形成されたマスクパターン中間像からの光は、第５凸面反射鏡Ｍ５の反射面および第６凹面反射鏡Ｍ６の反射面で順次反射された後、ウェハＷ上にマスクパターンの縮小像（二次像）を形成する。

次の表（１）に、本実施形態にかかる投影光学系ＰＬの諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光（ＥＵＶ光）の波長を、βは投影倍率を、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、Ｈ０はマスクＭ上における最大物体高を、φはウェハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径（最大像高）を、ＬＸは静止露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法を、ＬＹは静止露光領域ＥＲのＹ方向に沿った寸法をそれぞれ表している。

また、面番号は物体面であるマスク面から像面であるウェハ面への光線の進行する方向に沿ったマスク側からの反射面の順序を、ｒは各反射面の頂点曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各反射面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）をそれぞれ示している。なお、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。そして、光線の入射方向にかかわらずマスク側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。

表（１）
（主要諸元）
λ＝１３．５ｎｍ
β＝１／４
ＮＡ＝０．２６
Ｈ０＝１２４ｍｍ
φ＝３１ｍｍ
ＬＸ＝２６ｍｍ
ＬＹ＝２ｍｍ

（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ
（マスク面） 652.352419
1 -790.73406 -209.979693 （第１反射鏡Ｍ１）
2 ∞ -141.211064 （開口絞りＡＳ）
3 3000.00000 262.342040 （第２反射鏡Ｍ２）
4 478.68563 -262.292922 （第３反射鏡Ｍ３）
5 571.53754 842.912526 （第４反射鏡Ｍ４）
6 296.70332 -391.770887 （第５反射鏡Ｍ５）
7 471.35911 436.582453 （第６反射鏡Ｍ６）
（ウェハ面）

（非球面データ）
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^-37 Ｃ₁₈＝−０．１９０２４７×１０^-41
Ｃ₂₀＝０．１６５３１５×１０^-46

本実施形態の投影光学系ＰＬでは、波長が１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対して諸収差が良好に補正された結像領域として、２６ｍｍ（＝ＬＸ）×２ｍｍ（＝ＬＹ）の円弧状の静止露光領域がウェハＷ上に確保される。したがって、ウェハＷにおいて、たとえば２６ｍｍ（＝ＬＸ）×３３ｍｍ（＝ＬＹｏ）の大きさを有する各ショット領域に、マスクＭのパターンが走査露光により転写される。

すなわち、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、図４に示すように、有効な結像領域（静止露光領域）ＥＲが２６ｍｍ×２ｍｍの円弧状の領域に限定され、ひいては有効な像高が２９ｍｍ〜３１ｍｍ（有効な物体高が１１６ｍｍ〜１２４ｍｍ）の相対的に狭い範囲に限定されている。これは、前述したように、本実施形態のような反射型の投影光学系ＰＬでは、反射面が通過する光束を遮ることがないように光路分離を行わなければならないからである。

本実施形態の投影光学系ＰＬでは、図４に示すように有効な結像領域（静止露光領域）ＥＲが２６ｍｍ×２ｍｍの部分円弧状の領域に限定され、イメージフィールドＩＦの円周全体に対してかなり短い一部の円弧状の領域に過ぎない。したがって、開口絞りＡＳの開口部を円形形状にすると、図７に示すように、メリディオナル方向の開口数ＮＡｍとサジタル方向の開口数ＮＡｓとの異なり方、すなわち開口の歪み方向および歪み方が、結像領域の全体に亘ってほぼ同一になる。図７では、開口部を円形形状にしたときの開口の歪み度合いを楕円で表している。

具体的に、本実施形態の投影光学系ＰＬにおいて、従来技術にしたがって開口絞りＡＳの開口部を直径が６８．３４８ｍｍの円形形状に設定すると、結像領域の各像高の点におけるメリディオナル方向の開口数ＮＡｍおよびサジタル方向の開口数ＮＡｓは、以下の表（２）に示す通りである。

表（２）
像高２９ｍｍの点でのＮＡｍ： ０．２５０７６５１８２５０７
像高２９ｍｍの点でのＮＡｓ： ０．２５８０４２９６１３９６
像高３１ｍｍの点でのＮＡｍ： ０．２４９２１７７９７６９９
像高３１ｍｍの点でのＮＡｓ： ０．２５７４７６１８３７４４

そこで、本実施形態では、開口絞りＡＳの開口部を円形形状以外の所要の形状、たとえば楕円形状にすることにより、図８に示すように、開口の歪みを結像領域の全体に亘って良好に抑え、メリディオナル方向の開口数ＮＡｍとサジタル方向の開口数ＮＡｓとが結像領域の全体に亘ってほぼ均一になるように構成している。図８では、開口部を楕円形状にしたときの開口の歪み度合いを太線の楕円で表している。また、図８における破線の楕円は、開口部を円形形状にしたときの開口の歪み度合いを表す図７の楕円に対応している。具体的に図８を参照すると、円弧の左右の端ではＸＹ方向とメリディオナル・サジタル方向とが異なるので、厳密にはＮＡが円にならずほぼ楕円形状になる。このように、中央ではほぼ均一な円形のＮＡになるが、円弧の左右の端では厳密には不均一な非円形のＮＡになる。しかしながら、完全な円にならないとしても、メリディオナル方向とサジタル方向とのＮＡの差（あるいはＸ方向とＹ方向とのＮＡの差）を小さくすることができるという効果が得られる。

図９は、楕円形状の開口絞りの開口部を示す一例である。同図において、開口絞りＡＳの開口部１０のＹ方向の直径はａ、Ｘ方向の直径はｂである。図９でａの方がｂよりも大きいのは、ＥＵＶ露光装置は上述したように露光光量の低下を防ぐために、ミラー枚数を極力少なくする必要があり、この為、一般的には射影関係がｈ＞Ｆsinθとなる為、図９に示すようにサジタル方向の開口数を相対的に小さくする形状とする事が好ましいからである。しかし、射影関係がｈ＜Ｆsinθとなる場合等は、図９のａの値をｂの値よりも小さくすることが好ましい。また、場合によっては、正弦条件等他の光学特性も考慮して開口絞りの形状を決めることが好ましい。

露光に使用される有効な光線の像高が相対的に狭い範囲に限定すると、前述の式（６）および（７）において所望の射影関係からの外れ量δがある程度大きくても、像面上の各点に達する光束の開口数ＮＡの像高による不均一性は無視し得ることがわかる。したがって、本実施の形態のように、露光に使用される有効な光線の像高を２９ｍｍ〜３１ｍｍと相対的に狭い範囲に限定すると像高による開口数ＮＡの不均一性も改善することが可能となる。

具体的に、本実施形態の投影光学系ＰＬにおいて、図９に示すように、本発明にしたがって開口絞りＡＳの開口部１０を長径（メリディオナル方向）が６８．３４８ｍｍで短径（サジタル方向）が６６．２５４ｍｍの楕円形状に設定すると、結像領域の各像高におけるメリディオナル方向の開口数ＮＡｍおよびサジタル方向の開口数ＮＡｓは、以下の表（３）に示す通りになる。なお、図９において、補助開口部１１はマスクＭから第１反射鏡Ｍ１に向かう所要の光束を通過させるための開口部であり、補助開口部１２は第２反射鏡Ｍ２から第３反射鏡Ｍ３に向かう所要の光束を通過させるための開口部である。

表（３）
像高２９ｍｍの点でのＮＡｍ： ０．２５０７６５２７２７４６
像高２９ｍｍの点でのＮＡｓ： ０．２５０２７２１８２６０７
像高３１ｍｍの点でのＮＡｍ： ０．２４９２１７７５８０８８
像高３１ｍｍの点でのＮＡｓ： ０．２４９７２０７４９０２

表（２）に示すように像高２９ｍｍの点で０．２５０７〜０．２５８０と比較的大きくばらついていた開口数ＮＡが、本発明を適用することにより、表（３）に示すように０．２５０７〜０．２５０２とばらつきが小さくなり、１／１５程度にばらつきを抑えることが可能になった。同様に、像高３１ｍｍの点で０．２４９２〜０．２５７４と比較的大きくばらついていた開口数ＮＡが、本発明を適用することにより、０．２４９２〜０．２４９７とばらつきが小さくなり、１／１６程度にばらつきを抑えることが可能になった。

以上のように、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、有効な結像領域が相対的に細長い円弧状の領域に限定され、有効な像高が相対的に狭い範囲に限定されているので、像面上の各点に達する光束の開口数ＮＡの像高による不均一性が小さく抑えられる。また、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、開口絞りＡＳの開口部を所要の楕円形状に設定しているので、像面上の各点に達する光束の開口数ＮＡの方向による不均一性も小さく抑えられる。

すなわち、本実施形態では、視野領域および結像領域が光軸から離れて位置する反射光学系であって、像面上の各点に達する光束の開口数が方向に依らずほぼ均一な投影光学系ＰＬを実現することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、像面上の各点に達する光束の開口数が方向に依らずほぼ均一な反射型の投影光学系ＰＬを用い、露光光としてＥＵＶ光を用いているので、マスクＭのパターンをウェハＷ上に大きな解像力で且つ忠実に形成することができる。

ちなみに、本実施形態の投影光学系ＰＬにおいて、開口絞りＡＳとウェハＷ（像面）との間に配置された部分光学系ＧＲ（Ｍ２〜Ｍ６）の焦点距離Ｆ、および部分光学系ＧＲ（Ｍ２〜Ｍ６）の射影関係を規定する関数ｇ（θ）は、以下の表（４）に示す通りである。

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

表（４）に示すパラメータｇ（θ）に基づいて計算すると、像高２９ｍｍの点でのサジタル方向の開口数ＮＡｓとメリディオナル方向の開口数ＮＡｍとの比、すなわちＮＡｓ／ＮＡｍは、次の式（８）で示す値になる。
ＮＡｓ／ＮＡｍ＝｛sinθ／ｇ(θ)｝／｛cosθ／（ｄｇ（θ）／ｄθ）｝
＝１．０３４２０４５１１３９４０００ （８）

式（８）で示す値は、実際のＮＡｓ／ＮＡｍの値、すなわち１．０２９０２２２８６に極めて近く、結像領域の各像高における開口数ＮＡの方向による差異の発生については前述した第３条件の要因が支配的であることが確認できる。また、式（８）を参照すると、開口絞りＡＳの開口部を、長径と短径との比率がtanθ：ｇ（θ）／（ｄｇ（θ）／ｄθ）の楕円形状に設定することが望ましいことがわかる。

図１０は、開口の歪みが結像に与える影響についてのシミュレーション結果を示す図である。図１０において、横軸はＮＡ歪み（すなわちメリディオナル方向の開口数ＮＡｍとサジタル方向の開口数ＮＡｓとの歪み度合い）を、縦軸は所定線幅からの誤差ΔＣＤをそれぞれ示している。このシミュレーションでは、投影光学系の像側ＮＡを０．１８とし、σ（コヒーレンスファクタ：照明光学系の射出側開口数／投影光学系の入射側開口数）を０．８とし、光の波長λを１３．５ｎｍとし、線幅が４５ｎｍの孤立線パターンマスクを用いて、オーバードーズにより線幅が２５ｎｍパターンをウェハ上に焼き付けた。

したがって、図１０の縦軸ΔＣＤ（ｎｍ）は、所定線幅である２５ｎｍからの線幅誤差を示していることになる。一般に、パターン線幅について１０％（このシミュレーションの場合には２５ｎｍ×０．１＝２．５ｎｍ）の誤差が発生すると、半導体集積回路が不良品になると言われている。図１０を参照すると、数％のＮＡ歪みが半導体集積回路の良否について深刻な影響を持つことがわかる。

次いで、図１１を参照して、開口絞りＡＳの開口部が具体的に満たすことが好ましい条件について説明する。先ず、図１１（ａ）に示すように、投影光学系ＰＬの像面（第２面）の円弧状の結像領域（所定領域）ＥＲ上の複数の像点を、Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・・，Ａｎとする。そして、複数の像点のうち任意の１つを、Ａｉと称する。ここで、これらの複数の像点は、像面の円弧状の結像領域ＥＲ上において、ほぼ等間隔に多数サンプリングされる。図１１（ａ）では、説明を簡略化するために、６つの像点Ａ１〜Ａ６だけを示している。

また、図１１（ｂ）に示すように、開口絞りＡＳを含む平面に平行な平面（ＸＹ平面）において直交する２つの座標ｘ，ｙを想定し、開口絞りエッジのうち、座標ｘが最大となる点をＰxuとし、座標ｘが最小となる点をＰxbとし、座標ｙが最大となる点をＰyuとし、座標ｙが最小となる点をＰybとする。さらに、像点Ａｉを中心とする半径１の球面Ｓｉを想定し、点Ｐxuを通過して像点Ａｉに到達する光線が球面Ｓｉと交差する座標を（Ｘixu，Ｙixu）とし、点Ｐxbを通過して像点Ａｉに到達する光線が球面Ｓｉと交差する座標を（Ｘixb，Ｙixb）とし、点Ｐyuを通過して像点Ａｉに到達する光線が球面Ｓｉと交差する座標を（Ｘiyu，Ｙiyu）とし、点Ｐybを通過して像点Ａｉに到達する光線が球面Ｓｉと交差する座標を（Ｘiyb，Ｙiyb）とする。ここで、球面ＳｉでのＸ，Ｙ座標の符号と、開口部におけるＸ，Ｙ座標の符号とが一致するように、開口部におけるＸ，Ｙ軸の方向を定義する。

そして、像点Ａｉに対応する２つの変数として、次の式（９）および（１０）によりそれぞれ定義される変数ＮＡxiおよびＮＡyiを導入する。
ＮＡxi＝（Ｘixu−Ｘixb）／２ （９）
ＮＡyi＝（Ｙiyu−Ｙiyb）／２ （１０）

こうして、像面の円弧状の結像領域ＥＲ上の各点に達する光束の開口数を方向に依らずほぼ均一にするには、開口絞りＡＳの開口部の所要形状が、次の式（１１）をほぼ満足することが好ましい。ただし、式（１１）において、Σ（ｉ＝１〜ｎ）はｉ＝１からｉ＝ｎまでの総和記号である。
｛ΣＮＡxi（ｉ＝１〜ｎ）｝／ｎ＝｛ΣＮＡyi（ｉ＝１〜ｎ）｝／ｎ （１１）

表（２）および（３）を参照して前述したように、図６に示す投影光学系ＰＬにおいて、従来技術にしたがう従来例では開口絞りＡＳの開口部が直径φ＝６８．３４８ｍｍの円形形状であり、本発明にしたがう本実施例では開口絞りＡＳの開口部がＸ方向直径φｘ＝６６．７６４ｍｍでＹ方向直径φｙ＝６８．３４８ｍｍの楕円形状であるものとする。以下、６つの像点Ａ１〜Ａ６のみに着目した評価例を示すが、これは記述が煩雑となることを避けるためであり、本来は像面の円弧状の結像領域ＥＲ上においてさらに多くの像点をサンプリングすることが望ましい。図１１（ａ）に示す６つの像点Ａ１〜Ａ６の座標（Ｘ座標，Ｙ座標）は、以下の表（５）に示す通りである。

表（５）
Ａ１ ＝ （０，２９）
Ａ２ ＝ （０，３１）
Ａ３ ＝ （１３，２６．０３７）
Ａ４ ＝ （１３，２８．０３７）
Ａ５ ＝ （−１３，２６．０３７）
Ａ６ ＝ （−１３，２６．０３７）

したがって、従来例の場合、各像点Ａ１〜Ａ６に到達する光線が球面Ｓｉと交差する座標、すなわちＸixu，Ｘixb，Ｙiyu，Ｙiybは、以下の表（６）に示す通りである。

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

一方、本実施例の場合、各像点Ａ１〜Ａ６に到達する光線が球面Ｓｉと交差する座標、すなわちＸixu，Ｘixb，Ｙiyu，Ｙiybは、以下の表（７）に示す通りである。

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

こうして、従来例の場合、式（１１）の左辺｛ΣＮＡxi（ｉ＝１〜ｎ）｝／ｎおよび右辺｛ΣＮＡyi（ｉ＝１〜ｎ）｝／ｎは以下の表（８）に示す通りである。また、本実施例の場合、式（１１）の左辺｛ΣＮＡxi（ｉ＝１〜ｎ）｝／ｎおよび右辺｛ΣＮＡyi（ｉ＝１〜ｎ）｝／ｎは以下の表（９）に示す通りである。

表（８）
｛ΣＮＡxi（ｉ＝１〜ｎ）｝／ｎ ＝ ０．２５６７７９２３９
｛ΣＮＡyi（ｉ＝１〜ｎ）｝／ｎ ＝ ０．２５０９５３６４９９

表（９）
｛ΣＮＡxi（ｉ＝１〜ｎ）｝／ｎ ＝ ０．２５０９２３４６０５
｛ΣＮＡyi（ｉ＝１〜ｎ）｝／ｎ ＝ ０．２５０９５３１８０６

表（８）および（９）を参照すると、従来例よりも本実施例の方が式（１１）を良好に満足していることがわかる。その結果、本発明にしたがう本実施例では、開口絞りＡＳの開口部の所要形状が式（１１）をほぼ満足するような楕円形状に設定されているので、像面の円弧状の結像領域ＥＲ上の各点に達する光束の開口数を方向に依らずほぼ均一にすることができる。

ところで、半導体パターン露光装置に搭載される投影光学系では、開口絞りとして、例えばカメラの絞りと同様に開口径が可変の虹彩絞りを用いるのが通常である。しかしながら、本実施形態において例えば楕円形状の開口部のような変形開口部を用いる場合、開口絞りとして虹彩絞りを採用することはできない。そこで、本実施形態では、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡの変化に際して、開口形状の異なる別の開口絞りと交換可能な構成を採用することが望ましい。なお、開口形状の異なる別の開口絞りは、相似形の開口絞りであってもよいことは言うまでもない。

また、図６を参照すると、一般に視野領域および結像領域が光軸から離れて形成される反射型の投影光学系では、有効光束を遮ることがないように非常に狭い空間に開口絞りを配置することになる。したがって、円形状の開口部を有する通常の開口絞りを用いる場合にも、開口絞りに開口径の可変のための比較的複雑な機構を設けるよりも、開口形状の異なる別の開口絞りと交換可能な構成を採用することが望ましい場合もある。なお、上述の実施形態では反射型の投影光学系を用いているが、これに限定されることなく、反射屈折型の投影光学系を用いて、上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述の実施形態にかかる露光装置では、照明系によってマスクを照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例について、図１２のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図１２のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク（レチクル）上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。

その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。

なお、上述の本実施形態では、ＥＵＶ光を供給するための光源としてレーザプラズマ光源を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、ＥＵＶ光を供給する他の適当な光源、たとえばシンクロトロン放射（ＳＯＲ）光源などを用いることもできる。

また、上述の本実施形態では、ＥＵＶ光（Ｘ線）を供給するための光源を有する露光装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、ＥＵＶ光以外の他の波長光を供給する光源を有する露光装置に対しても本発明を適用することができる。

また、上述の本実施形態では、露光装置の投影光学系に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、第１面（物体面）の像を第２面（像面）上において光軸から離れた所定領域に形成する一般的な反射型の投影光学系に対しても本発明を適用することができる。

符号の説明

１ レーザプラズマ光源
２ 波長選択フィルタ
３ 照明光学系
Ｍ マスク
ＭＳ マスクステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ
Ｍ１〜Ｍ６ 反射鏡
ＡＳ 開口絞り

Claims (10)

1. 第１面の像を第２面上において光軸から離れた所定領域に形成する反射型の投影光学系であって、該投影光学系に対して前記第１面に設定されたマスクおよび前記第２面に設定された感光性基板を走査方向に相対移動させて、前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する露光装置に用いられる投影光学系において、
   前記投影光学系の開口数を規定するための開口絞りを備え、
   前記開口絞りは、直交する２方向に関する寸法が互いに異なる開口部を有し、
   前記開口部は、前記走査方向に対応する方向の直径が該走査方向に垂直な方向に対応する方向の直径よりも大きい所要形状を有し、
   前記開口部の前記所要形状は、前記開口絞りと前記第２面との間に配置された部分光学系が所望の射影関係を満足していないことが前記所定領域内の各点に達する光束の開口数の不均一性に及ぼす影響を補償するように規定されていることを特徴とする投影光学系。
2. 前記第２面の前記所定領域上の複数の像点を、Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・・，Ａｎとし、
   前記複数の像点は、前記第２面の前記所定領域上において、ほぼ等間隔に多数サンプリングされるものとし、
   前記複数の像点のうち任意の１つをＡｉと称するものとし、
   前記開口絞りを含む平面に平行な平面において直交する２つの座標ｘ，ｙを想定し、前記開口絞りエッジのうち、座標ｘが最大となる点をＰxuとし、座標ｘが最小となる点をＰxbとし、座標ｙが最大となる点をＰyuとし、座標ｙが最小となる点をＰybとし、
   前記像点Ａｉを中心とする半径１の球面Ｓｉを想定し、前記点Ｐxuを通過して前記像点Ａｉに到達する光線が前記球面Ｓｉと交差する座標を（Ｘixu，Ｙixu）とし、前記点Ｐxbを通過して前記像点Ａｉに到達する光線が前記球面Ｓｉと交差する座標を（Ｘixb，Ｙixb）とし、前記点Ｐyuを通過して前記像点Ａｉに到達する光線が前記球面Ｓｉと交差する座標を（Ｘiyu，Ｙiyu）とし、前記点Ｐybを通過して前記像点Ａｉに到達する光線が前記球面Ｓｉと交差する座標を（Ｘiyb，Ｙiyb）とし、
   前記像点Ａｉに対応する２つの変数ＮＡxiおよびＮＡyiをそれぞれ、
   ＮＡxi＝（Ｘixu−Ｘixb）／２
   ＮＡyi＝（Ｙiyu−Ｙiyb）／２
   と規定するとき、
   前記開口部の所要形状は、
   ｛ΣＮＡxi（ｉ＝１〜ｎ）｝／ｎ＝｛ΣＮＡyi（ｉ＝１〜ｎ）｝／ｎ
   をほぼ満足することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
3. 前記開口絞りを通過する主光線が光軸となす角度をθとし、該主光線が前記第２面に達する点の前記光軸からの距離をｈとし、前記部分光学系の焦点距離をＦとし、前記部分光学系の射影関係がθを変数とする関数ｇ（θ）を用いてｈ＝Ｆ・ｇ（θ）で表されるとき、
   前記開口部の前記所要形状は、長径と短径との比率が、tanθ：ｇ（θ）／（ｄｇ（θ）／ｄθ）の楕円であることを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系。
4. 前記開口部の前記所要形状は、前記開口絞りと前記第２面との間に配置された部分光学系が正弦条件を満足していないことが前記所定領域内の各点に達する光束の開口数の不均一性に及ぼす影響を補償するように規定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
5. 前記開口部の前記所要形状は、ほぼ楕円形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系。
6. 前記開口部の前記所要形状は、メリディオナル方向に長径を有する楕円形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投影光学系。
7. 前記開口絞りは、開口形状の異なる別の開口絞りと交換可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投影光学系。
8. 前記第１面に設定されたマスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に形成するための請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
9. 前記照明系は、露光光としてＥＵＶ光を供給するための光源を有することを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. 前記第１面に設定されたマスクを照明する照明工程と、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投影光学系を介して前記マスクに形成されたパターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に投影露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。

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