508456 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明領域及相關技藝 本發明有關一種具有一衍射光學元件之光學系統，本 發明特別有關一種可在半導體製造設備中穩定使用之光學 系統，譬如根據一*種階級與重覆法（s t e p - a n d - r e p e a t method )或階級與掃描法（step-and-scan method )以投 射曝光將一標線片或一光罩（下文稱爲光罩）上形成的一 種裝置圖案印刷在晶圓的不同位置上以產生具有次微米或 四分之一微米尺寸圖案的各種裝置（譬如I C、LS I 、 C C D或液晶面板）。 半導體製造設備之大多數光學系統（包括投射光學系 統）係僅由屈光系統所構成。但近來多方提議一種採用一 衍射光學元件（D〇E )之光學系統，此等衍射光學元件 的範例係爲一相位型衍射光學元件或一幅度型衍射光學元 件，稱爲夫瑞司諾區板（Fresnel zone plate )。幅度型 衍射光學元件中，一部份光線受到光學元件所阻擋，因此 不利於光利用效率。另一方面，相位型衍射光學元件中， 已知若確定可製成一種理想的相變，則可達成1 0 0 %的 衍射效率。特別是在普通光學系統的多數情形中採用所謂 的表面凸現型（face rsurelief )，在元件基材的深度方 向中界定一種結構，藉以將與元件表面上的位置相對應之 一相變施加至所通過的光線，通常需要一波長數量級的深 度，且可能使元件具有很小厚度，並且，可藉由改變結構 的位置來產生多種相變，因此對於普通的屈光系統而言， 可廣泛達成一種譬如可藉由構成一非球型表面所產生之效
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） TJI r---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 B7 五、發明説明（2 ) 果’用於描述根據·元件表面上的位置來施加至光線的相變 之函數係稱爲一種相函數。 衍射光學元件的另一種特徵爲：一色彩散佈係與一屈 光系統的色彩散佈呈反比狀出現。可根據此種特徵，利用 一衍射光學元件來矯正一屈光系統所產生的色像差。 由於上述特徵，可在半導體製造設備之投射光學系統 中適當地採用衍射光學元件。習知情形中，此光學系統所 用的光線具有i 一行的波長（λ = 3 5 6毫微米），對於 此波長而言，可藉由屈光光學元件的一組合來.達成具有足 夠傳輸因數以及針對此功能的色像差矯正之多種玻璃材料 。另一方面，對於目前使用的K r F受激準分子雷射（λ =2 4 8毫微米）或下一代A r F受激準分子雷射（又二 1 9 3毫微米）之一紫外線區，譬如，具有足夠傳輸因數 的玻璃材料僅爲S i〇2及F 2。並且，對於F 2雷射（入 =1 5 7毫微米）僅可採用C a F2。雷射光源的發射頻譜 雖具有窄的頻寬，但半導體製造設備的投射光學系統卻需 要異常高的成像性能，因此，若僅藉由屈光系統構成的一 種光學系統，則會產生色像差的問題。因此對於光源另外 施加了一項頻寬決不超過1 P m之嚴格條件，故需要一種 可使頻寬變窄之結構。並且，用於充分降低光學系統的波 前像差所需要之鏡片數則增加，造成鏡片整體厚度增大且 使得應施用抗反射薄膜之表面增大。結果整體光學系統的 傳輸因數變低，代表鏡片系統所吸收的曝光增大，故亦不 利於曝光所產生的像差（曝光像差）。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ΓδΙ 一 -------rk^! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 B7 五、發明説明（3 ) 對於鏡片總厚.度增加或鏡片表面增大或大像差矯正等 問題’採用一種衍射光學元件可能是有效的方式。 本技藝雖已經熟知衍射光學元件本身的優點，近來緊 接在二元光學元件（B〇E )之後多次提出此等光學系統 (譬如日本專利特許公開申請案第3 3 1 9 4 1 / 1 9 9 4號），此等 二元光學元件的細節譬如請見G · j ·思旺森的技術報告 854，MIT林肯實驗室，1989年8月14曰、或 是G · J ·思旺森的技術報告9 1 4，Μ I T林肯實驗室 ，1999年5月1曰。 習知情形中’由於加X精確度及類似原因，非常難以 直接製造衍射光學元件所需要的理想形狀（刻痕形狀）， 亦即正確描繪相函數所需要的一種形狀。但在二元光學的 情形中並未直接產生刻痕形狀，而是利用階級形狀來近似 模擬。可經由微影方法並利用作爲曝光設備的階級機（ s t eppe r )以一種極精細的結構來精確地產生此等階級形狀 〇 現在以可將平行光收斂至單點之理想鏡片來進行描述 ’爲了將入射在一鏡片上的平行光（平面波）收斂至單點 ，可提供譬如下式之像函數： Ψ (γ) = -2τγ |(r+f) - f I / λ ---(1) 其中ί爲焦距，λ爲所用光線的波長，r爲與一任意原點 之距離。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-6 · -------·---- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 _ B7 五、發明説明（4 ) 在衍射光學元.件中，利用光線相對於相位具有2 7Γ週 期之事實。首先計算出讓相函數0 (r)値變成等於2ττ 的整數倍數之r = R m値（其中m爲一個小於0的整數，且 若R 〇 = 0，則從原點往外依序計數），並且製備添加有 2 τι倍數之相函數0 ' ( r )所以在週期〔R m，R m + i〕 中，0 ( r )値係在範圍〔〇，2 τγ〕內。一種具有滿足 此相函數0 '( r )的表面形狀之光學元件因此係爲一種根 據一衍射光學元件之理想的鏡片。圖1 A及1 B爲此表面 形狀的示意圖，可將環間隔T m界定爲T m = R m + i — R m ’環間隔在中央部份較大（r至〇 )，並且根據m的差距 ，環間隔亦具有大的差距。另一方面，在周邊部份處，即 使m値不同，環間隔仍約呈規律狀，因此可視爲一種規則 間隔的格柵。 編號1 0 1代表中央部份處的表面形狀，其可完整描 述相函數之刻痕形狀，此處的形狀1 0 1爲一曲線狀表面 的一部份。另一方面，編號1 0 2代表周邊部份處的刻痕 形狀，可大約視爲一平面。 圖2 A及2 B爲一表面形狀的示意圖，其中將一理想 鏡片製成二元光學裝置。藉由一階級形狀來近似模擬圖1 的刻痕形狀以提供此形狀，此處可決定階級的階差（高度 )而以規則間隔對於相位取樣。亦即，若刻痕形狀的深度 爲D且近似的階級數爲N，則各階級具有高度D / N。因 爲具有固定的階差（高度），在近似一曲線狀表面之部份 1 0 3中，各階級具有不平均的寬度，而在近似一平面之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -------.---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 _ B7 五、發明説明（5 ) 區域1 0 4中，各階級具有平均的寬度。 但是，二元光學裝置中，因爲形狀係基於近似模擬方 式，所以衍射效率無法達到1 0 0 %且會產生不需要的衍 射光。當所近似模擬的階級數爲N且設定滿足成像條件之 衍射階（設計階）爲1 ，則可以下式表示衍射次序m之衍 射效率7? N IB : 7/ Nm=[sin(;r m/N)sin{7T (l-m)}/7T sin{7T (l-m)/N}]2 (2) 此處，應該將元件深度相對於所用的波長λ進行最佳化， 此情形中，假設將一種折射率η的玻璃製成之元件放在空 氣（折射率1 · 0 )中，則一階級的高度d=/(n-1.0)/N。 --般而言，半導體製造設備的投射光學系統所用之波 長具有約爲1的頻寬，因爲難以矯正鏡片系統中之色像差 故需要此種頻寬。即使在一衍射光學元件與一鏡片系統合 倂而能夠矯正特定範圍中的色像差時，若採用雷射光作爲 光源，則頻寬最大爲1毫微米。爲了滿足關係式（2 )， 必須將深度相對於波長進行最佳化。但在譬如上述等極窄 的頻寬中，可大致忽略衍射效率對於波長的因變性。
若等式（2 )中假設N ⑺，貝(J 7? 00 1 = 1 故可知理想狀況下之衍射效率爲1 〇 〇 %，但從衍射效率 及可產生的最小線寬，實際上採用大約N = 8的數値。該 情形之衍射效率爲：8 ! = 0 · 9 5。並且，僅有當m = 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8 - -------.1.0^------、玎-----r—mw— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 B7 五、發明説明（6 ) .......... —1 5，— 7，1 ’ 9，1 8..........時，778m 才會具有數値，故可表示如下： 77"m=[sin(^ m/8)/(TT m/8)]2 ----(3) 譬如，可獲得7?89=〇.〇117及7?87=0.〇194 。亦即，對於具有八階級的二元光學裝置，在m = 8 k + 1 ( k爲一整數）階時衍射效率變成 ''不爲零"。一般而言 ，對於階級N，在m = N k + 1 ( k爲一整數.）階時衍射 效率變成 ''不爲零"。並且，當不以理想方式構成階級形狀 、或是製造時不符合純量衍射理論所適用的條件時，一任 意整數階m之衍射效率將變成 ''不爲零"。在下文描述中， 將有關設計階以外的階數之光線稱爲u不需要的衍射階"， 特別是，設計階以外之階N k + 1 ( N爲階級數而k爲零 以外的一整數，且其中衍射效率變成 ''不爲零"）在理想條 件（具有理想的階級形狀）之下稱爲 ''主要之不需要的衍射 階' 如上述，其中採用一種二元光學元件，可具有呈現特 別階（方向）之不需要的衍射階，因爲這些光射線並未滿 足成像條件，當入射在一影像平面上時則呈現一外擴組份 ，造成影像特徵的劣化。至於抵達影像平面之不需要的衍 射光則具有兩種類型：由一筒部反射一次或多次之光線； 以及直接通過光學系統的有效直徑之光線。可藉由設計此 筒並使用抗反射方式’而將筒所反射的光線充分降低至低 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~ --------------1^4------1T-----ίφτ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 B7 五、發明説明（7 ) 値。直接通過光學系統之有效直徑的光線將造成一項問題 〇 當評估不需要的衍射光所造成的影響時，應該考慮相 對於設計階之影像平面上不需要的衍射光之強度及分佈。 強度理想上應幾乎爲零，但由於公差的緣故，即使強度約 爲1 %，仍可槪呈均勻地分佈於影像平面上。此情形中， 因爲添加不需要的衍射光作爲一種平均（均勻）的背景光 ，所以影像對比將略爲減少。但因爲整體影像平面上的對 比大約爲平均狀，故可由後續程序達成。 當二元光學元件配置於鄰近一物平面或影像平面時， 影像平面上不需要的衍射光的強度將變大，此外亦產生不 均勻的曝光情形。若位於投射光學系統的一瞳孔平面附近 ，則具有夠小的強度且不會發生不均勻曝光。但是，如果 施加至二元光學元件的相位函數足夠緩慢，即使元件鄰近 瞳孔平面，仍將具有夠大的環間隔以及夠大的強度。可以 定性方式說明，當環間隔變大時，（較高階）不需要的衍 射光之衍射角將變小，使得通過光學系統有效直徑之光線 增加，因此爲了抑制背景光的強度，應該在整個元件中保 持夠小的環間隔。但是，在具有普通聚光焦強的二元光學 元件中，環間隔在中心處很鬆散但在周邊處則很緊密，因 此很難讓環間隔在整個元件上都很小，表示只要階級數N 固定，來自具有大的環間隔之一中央區域之不需要的光線 將會衝擊在影像平面上。 若將階級數N加大，不需要的衍射光階將變成與設計 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 7^〇7 -------.--0------1T-----ίφτ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 B7 五、發明説明（8 ) 階大爲不同，因此降低了不需要衍射光的影響。但是，N 的尺寸受限於製造的精確度，譬如當採用一種普通的i -行階級機時，所產生的線寬約爲0 . 3微米。若據以製造 具有1 6個階級之階級狀結構，則環間隔將爲5 . 6微米 ，此數値並不足以將利用K r F受激準分子雷射作爲光源 之一種投射光學系統中的色像差予以完全矯正，且需要一 較窄的環間隔。此外，製造一種具有1 6階級之階級狀結 構將需要包括複數個製程之程序，若以接近製造極限的最 小線寬來執行多項製程，則無法獲得預定的階級形狀，且 容易產生製造誤差，此等製造誤差不只造成不需要的衍射 階m = N k + 1 ，亦造成接近設計階之較低階不需要的衍 射光。 發明槪論 因此，本發明之一目的係提供一種具有一衍射光學元 件之光學系統，藉以盡量減少所產生不需要的衍射光對於 成像之影響，故可作爲一種光學系統（譬如需要異常高的 成像性能之半導體製造設備所用的投射光學系統）。 根據本發明之一型態，提供一種具有一衍射光學元件 之投射光學系統，其特徵爲：該衍射光學元件的配置方式 可避免將未用於投射影像之一部份或大部份衍射光入射在 一影像平面上之一影像投射範圍內。 根據本發明的另一型態，提供一種具有二元光學裝置 之投射光學系統，其特徵爲：該二元光學裝置的各環中之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) :1 1 - -------'—-0------1T-----ίφ— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 508456 A7 B7 五、發明説明（9 ) 階級數係根據各環的環間隔而決定，所以可避免將未用於 投射影像之一部份或大部份衍射光入射在一影像投射範圍 內。 本發明的此型態中，該二元光學裝置可位於該投射光 學系統的一開孔擋件附近。 當階級數爲N且環間隔爲T時，可滿足下列關係式： 1 6 ^ N ^ T Sin0h/A， 其中λ爲該投射光學系統所用光線之波長的代表値，β h爲 藉由從該投射光學系統的一最大物高度所發出且通過該開 孔擋件的一中心之一條光射線相對於該投射光學系統的一 光軸線所界定之角度。 該二元光學裝置的各環可具有至少八個階級。 根據本發明的另一型態，提供一種具有一衍射光學元 件之投射光學系統，其特徵爲：將一個比投射在一影像平 面上的影像更大之開孔設置於影像平面附近。 根據本發明另一型態，提供一種具有一衍射光學元件 之光學系統，其特徵爲：在一影像平面附近設置一個擋件 〇 本發明的上述型態中，可將一開孔擋件設置於與影像 平面附近位置不同之一位置。 該擋件之一光阻擋部可攔截由該衍射光學元件發出且 未用於投射影像之一部份衍射光。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）-12 - -------.---- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 B7 五、發明説明（10 ) 由該衍射光學.元件發出且未用於投射影像之另一部份 衍射光則可入射在該光學系統之一筒的一內壁上。 未用於投射影像之另一部份衍射光可通過該擋件的開 孔且可與影像疊合，此另一部份可在影像平面上具有大致 均勻的光線強度分佈。 衍射光學元件可包含一種二元光學裝置，該光學系統 可包括一或多個二元光學裝置。 當該光學裝置的各環的階級數爲N而各環的環間隔爲 T時，可滿足下列關係式： 1 6 S N ^ T s i η 0 h / λ ^ 其中爲該投射光學系統所用光線之波長的代表値，0 h爲 藉由從該投射光學系統的一最大物高度所發出且通過該開 孔擋件的一中心之一條光射線相對於該投射光學系統的一 光軸線所界定之角度。 該二元光學裝置的各環可具有至少八個階級。 根據本發明的另一型態，提供利用上述光學系統將一 光罩的圖案依序成像於一所曝光基材的多區上之一種投射 曝光設備。 根據本發明另一型態，提供一種包含以下步驟之裝置 製造方法：如上述利用一種曝光設備以一裝置圖案將一晶 圓曝光.；並將經曝光的晶圓進行顯影。 由本發明較佳實施例的下列描述連同圖式，可更瞭解 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -13 - -------.—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 ___B7__ 五、發明説明（11 ) 本發明的上述及其他目的、特徵與優點。 圖式簡單說明 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 圖1 A及1 B分別爲說明刻痕形狀之示意圖； 圖2 A及2 B分別爲說明一種用於近似模擬刻痕形狀 之階級形狀的示意圖； 圖3爲說明根據本發明一項實施例的一投射光學系統 中之一種二元光學元件的環間隔分佈之圖示； 圖4爲說明根據本發明的一項實施例具有一個二元光 學元件之一種投射光學系統中不需要的衍射光之一影像平 面強度分佈的圖示； 圖5爲根據本發明一項實施例具一個二元光學元件之 一種投射光學系統的示意圖，其中一開孔擋件係配置於一 影像平面附近； 圖6爲配置於影像平面附近之一開孔擋件的放大立體 圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 主要元件對照 1 5 0 :擋件（開孔） 1 5 1 :二元光學元件 1 5 2 :影像平面範圍 1 5 3 :標線片 1 6 0 :設計階之光線 1 6 1 :不需要的衍射光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 ______B7 五、發明説明〇2 ) 2 0 0 :光源 2 0 1 ··照明光學系統 2〇2 :投射光學系統 2〇3 :晶圓 2 0 4 :可移式階部 較佳實施例的描述 一般而言，根據本發明，譬如可將不需要的衍射光對 於半導體製造設備的一投射光學系統的一影像平面之影響 予以明顯降低。並可防止不需要的衍射光影響到影像平面 範圍附近的一區域。 下文中予以詳細描述。 當在一種具有折射率n i的介質中前進之波長λ (真空 中的數値）的光線以入射角0 i入射在一種由一具折射率 η 2的玻璃材料製成的二元光學元件上時，以第m階衍射光 發出之發射角<9 2爲： n2sin Θ 2-msin Θ i = m λ /T ---(4) 其中二元光學元件具有迴轉對稱性結構，且可將相位函數 0 ( r )描述爲對於中心的距離之函數。其中Τ爲入射位 置之二元光學元件的環間隔且可爲 T ( r ) = 2 7Γ | d 0 ( r ) /dr | .丨。 若爲簡單起見假設具有垂直入射（θι = 〇)，由等式 (4 )可獲得： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉Α4規格（210X297公釐）-15 - -------- 0------，玎-----ίφ— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 _ _B7_____ 五、發明説明（13 ) sin Θ 2 = m λ / (η2Τ) ----(5) 上式（5 )表示當環間隔變小時，一任意衍射階m的發射 角Θ 2將變大。並當衍射階m變大時，發射角0 2將變大。 特別是，若二元光學元件配置於投射光學系統的一瞳 孔平面附近，因爲瞳孔平面上的角度分佈係與影像平面上 的強度分佈相對應，所以光射線在光學元件上之發射角分 佈可視爲與影像平面上的強度分佈具有大致逐一對應的關 係。因爲最大物高度之主要射線將抵達影像平面的邊緣， 可將影像平面上之此光射線的發射角0 h視爲最大角度α， 所以光線可在光學系統的有效直徑內通過並可抵達一投射 影像的範圍（下文亦稱爲影像平面範圍）。並且，此數値 幾乎與元件上的位置r無關。因此，第m階衍射光抵達影 像平面範圍以外之條件爲：設計階與第m階之間所界定的 角度大於，此角度爲位於瞳孔平面上的角度，通常 可將瞳孔平面視爲處於空氣中。另一方面，因爲角度Θ 2爲 對於一種具有折射率η 2的介質之發射角，爲了與角度0 h 相對應，η 2可視爲約等於1 . 〇而與光離開側的折射率無 關。其中η 2可爲實際値，使得條件更爲嚴格。由上文可知 ，來自環間隔小於T i = ( m — 1 ) λ / s i η 0 h的區域 之弟m階衍射光並未衝擊在影像平面上。 然後，當二元光學元件具有一種階級N之階級狀的結 構、且以不需要衍射光方式出現之主要階爲m = N k + 1 時’若具有最接近設計階之k = ± 1，則產生最小的衍射角 。因此’來自於環間隔小於下式數値的區域之不需要的光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-16 - --------1 -0------1T-----ίφτ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 ____ B7 五、發明説明（14 ) 線將不會幫助影像.平面範圍：
Ti=NA/sin0 h ----(6) 由上式（6 )可知，對於較多的階級數，可將並未受到不 需要的衍射光所幫助之環間隔予以加大。 在具有光收斂或發散功能之普通的二元光學元件中， 環間隔在中心部較大且在周邊部則較小。因此在周邊部中 ’即使具有較小的階級數，主要之不需要衍射階的光線亦 未入射在影像平面的範圍內。但對於中心部必.須具有較大 的階級數，可根據等式（6‘）或修改後的等式 N = T I s i η (9 h / λ來決定階級數。 等式（2 )至（6 )適用於假設具有規則間隔格柵之 情形，並不適用於不規則間隔格柵（如中心）之情形。但 沿中心處的環間隔通常具有數十微米的尺寸，故可直接產 生一刻痕形狀。因此依需要，元件可能不具有二元形狀（ 階級形狀）而是具有刻痕形狀（吉諾形狀（kino form )) ο 若二元光學元件的階級數Ν變大，則所用的光罩數亦 增加且製程將變得複雜，因此難以達成所需要的形狀，在 決定階級數Ν時應考慮此因素，由於考慮到製造刻痕形狀 所需要的環間隔及光罩數，故可能大約需要Ν = 1 6。當 使用一種具有1 6個階級的結構且各階級具有1 · 5微米 尺寸時，環間隔爲2 4微米，對於此種環間隔，在一種下 述光學系統中，主要之不需要的衍射階不會受到i 6階級 本紙張尺度適财關家縣（CNS ) A4^ ( 210X297公釐)ΓΤΤΙ ' -------.— 0------1T-----[ΦΓ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 _B7 _ 五、發明説明（15 ) 所影響。並且，若環間隔比此値更大，則譬如可以銑製方 式充分地產生一種刻痕形狀。 現在描述一種具有兩個二元光學元件之投射光學系統 中之不需要的衍射光’此投射光學系統係爲一種具有縮小 比1 : 5之縮減投射光學系統，所使用的波長A = 2 4 8 毫微米，最大的物高度爲7 8公厘（最大的影像高度爲 1 5 · 6公厘），且標稱開孔N A = 〇 · 6。位於兩位置 之間的兩個二元光學元件之相位函數如下： 0 l(r)=0.01812r2-1.7000e-7r4-4.190e-llr6 0 2(r)=0.006593r2+2.835e-7r4+5.681e-llr6 圖3顯示根據上述相函數之環間隔，這些二元光學元件可 能非常靠近投射光學系統的一開孔擋件。 此投射光學系統中，可相對於第一 1 5階至第+ 1 5 階的不需要衍射光計算出影像平面範圍內之強度分佈。圖 4以對於影像構造所用的第一階衍射光強度之比値來顯示 結果。其中二元光學元件的結構係以T 1作爲臨界値，若超 過Τι則N = 1 6，若未超過Tj[jN=8。Τι可爲 5 · 6 、10、15及2〇（微米）等四種數値，並且在 比較時呈現一種共有八個數値的結構，其中依據Μ · G · 莫哈蘭等人在美國光學學會期刊A. V〇 1 .12， 1^〇.5，？？1068 — 1076，1 9 9 5 之一種“強 力耦合波分析”方法，來計算所需要的各階之衍射效率値。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公慶） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 B7 五、發明説明〇6 ) 由簡單的射線追蹤可瞭解：在此投射光學系統中，來 自於開孔擋件平面上相對於光學軸線所界定之一最大物高 度之主要射線的角度係等於8 · 3 7 (度），這與等式（ 6)中的角度相對應。並且，若採用N=8而；1 = 2 4 0 (毫微米），則階級數8的T i値爲1 3 · 7微米。 圖4中，若Ti分別爲5 · 6微米及10微米，則不需 要的衍射光的強度大致不變約爲1 %。但是若爲超過此T i 之1 5微米，特別是在具有大的影像高度之區域中，則不 需要的衍射光的強度將變大。進一步若爲2 0 .微米，則相 較於5 . 6微米或1 0微米的情形，將增加約0 · 3 %且 會接近共有八個數値的結構之情形。 如上述，若超過了等式（6 )中的環間隔極限，則主 要之不需要衍射階將進入影像平面範圍中使得不需要衍射 光之相對強度增大。但若等式（6 )極限仍成立，則即使 不採用與製造極限相對應之一種最小線寬，仍可以降低不 需要衍射光的影響。 在根據等式（6 )將影像平面範圍中主要之不需要的 衍射光的影響予以降低，則將抵達影像平面範圍以外。雖 然在一般的照明機或光線接收系統中不會造成問題，因爲 階級與重覆型或階級與掃描型的半導體製造設備中，亦相 對於影像平面範圍附近的一區域進行曝光，所以有可能因 爲不需要的衍射光衝擊在影像平面範圍以外的一區域上而 使影像性能劣化。考慮到此作用，較佳可能將一開孔擋件 配置於影像平面附近，使得主要之不需要衍射階的光線不 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） Γ]9 - -------r--------訂-----^― (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 508456 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（17 ) 會抵達影像平面範.圍附近之一區域。 圖5顯不根據本發明一項實施例之一種投射光學系統 ，其中將一擋件（開孔）1 5 0配置於影像平面附近，此 光學系統係爲階級與重覆型或階級與掃描型的投射曝光設 備所用之一種投射光學系統，且設計波長不超過2 5 0毫 微米。從一種可能含有K r F受激準分子雷射、a r F受 激準分子雷射、與F 2受激準分子雷射其中一者之光源 2 0 0發出的光線將通過一照明光學系統2 0 1並照射一 標線片1 5 3 ，所投射的一種裝置圖案係形成.於此標線片 1 5 3上，藉由一投射光學系統2 0 2將此裝置圖案成像 在一晶圓2 0 3上，然後將以此裝置圖案（影像）曝光成 像之晶圓予以顯影，並利用一阻障光罩進行鈾刻，藉以在 晶圓上複製裝置圖案。所投射影像的範圍在圖中以1 5 2 表示，2 0 4代表用於固持晶圓2 0 3之一種可移式階部 。在投射光學系統2 0 2中，具有接近瞳孔平面之一或多 個二元光學元件1 5 1 ，而與開孔擋件的位置相對應。一 設計階之光線1 6 0係在範圍1 5 2內成像。另一方面， 光學元件1 5 1所產生主要之不需要衍射階的衍射光 1 6 1係入射在此範圍以外，藉此設定二元光學元件 1 5 1的階級數或類似物，擋件1 5 0可配置於影像平面 附近以防止不需要的衍射光1 5 1抵達晶圓2 0 3，且衍 射光1 6 1係入射在此擋件的光阻擋部（非開孔區域）上 。由元件1 5 1所發射具有比不需要衍射光1 6 1更大的 衍射角之任何不需要的衍射光均將入射在進行光阻擋處理 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -20- ^ ， IT-----„ I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508456 A7 B7 五、發明説明（18 ) 且用於固持光學系統2 0 2之一筒（未圖示）的一內壁上 。藉由此筒來固持擋件1 5〇。 對於擋件1 5 0所需要的條件，首先不應該攔截可幫 助圖案成像之設計階的衍射光。此外，應該盡可能地防止 不需要的衍射光161在曝光之前片刻衝擊在曝光區域（ 目前的拍攝）之一相鄰區域（相鄰的拍攝）上，如此將盡 量減少衍射的影響，可藉由在緊鄰影像平面處提供一種具 有大於影像平面範圍1 5 2的一開孔之擋件1 5 0來滿足 此條件。或者，擋件1 5 0的開孔尺寸可能加.大，即使開 孔遠離影像平面仍不會讓設計階的衍射光產生暗蝕。並且 ，若元件1 5 1所發出之一部份的不需要衍射光通過擋件 1 5 0的開孔並進入範圍1 5 2，則可能根據日本專利特 許公開申請案3 0 3 1 2 7 / 1 9 9 8號揭露的一種程序 使得入射衍射光具有平均（均勻）的影像平面強度分佈。 本發明所用的衍射光學元件並不限於一種二元衍射格 柵，亦可能包含一種合倂吉諾形狀（kin〇 form )型及二元 型之衍射格柵，或一種吉諾形狀（ki no form )型（刻痕型 )衍射格柵。 根據上述本發明的實施例，若在一種投射光學系統中 採用一衍射光學元件，則可顯著減少不需要的衍射光對於 影像平面的影響。並且，可將一種可阻擋不需要的衍射光 但不會攔截有助於成像的設計階光線之開孔擋件設置於一 影像平面附近處，如此可有效地防止不需要的衍射光對於 影像平面範圍附近的一區域之影響，並可確保穩定的成像 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐)-21 - n —I— S - - - - —1— I 二_=·»_= !- - S— ------- 1 - - I:— 丁 - Hi m I —Ml·----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 508456 A7 _B7___ 五、發明説明（19 ) 性能。 雖然已經參照上述結構來描述本發明，但並不限於所 描述的細節，本申請案預定涵蓋申請專利範圍之內或改良 目的之內的此等修改與變化。 -----------9------1T-------φί (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -22 -