WO2004073052A1

WO2004073052A1 - 露光装置及び露光装置用光学部材

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Publication number: WO2004073052A1
Application number: PCT/JP2004/001630
Authority: WO
Inventors: Masafumi Mizuguchi; Norio Komine
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2004-08-26
Also published as: JPWO2004073052A1; US20060164620A1; EP1596424A9; US7072026B2; JP4370581B2; EP1596424B1; EP1596424A4; EP1596424A1; US20060012768A1; US20060158636A1

Abstract

　複数の光学部材２、４ａ、４ｂ、６、７、９、１２を透過させて300nm以下の波長のパルス光を照射することにより被露光物１５を露光する露光装置であって、複数の光学部材２、４ａ、４ｂ、６、７、９、１２のうちの少なくとも一つが合成石英ガラス部材からなり、該合成石英ガラス部材の厚さと、パルス光のパルス当たりのエネルギー密度と、パルス幅とが、τＩ-2Ｌ-1.7≧0.02（ns・mJ-2 ・cm2.3・pulse2）（Ｌは前記合成石英ガラス部材の厚さ（単位：cm）、Ｉはパルス当たりのエネルギー密度（単位：mJ・cm-2・pulse-1）、τはパルス幅（単位：ns））の式を満足するように構成した。

Description

明糸田書

露光装置及び露光装置用光学部材技術分野

この発明は、エキシマレーザリソグラフィ技術において、 300nm以下の特定波長帯域で使用されるレンズやミラー等の光学部材とそれを用いた露光装置に関する。

背景技術

IC、 LSI等の集積回路のパターン転写には、主に縮小投影露光装置または光リソグラフィ装置が用いられている。この装置に用いられる投影光学系には、集積回路の高集積化に伴い、広い露光領域と、その露光領域全体にわたっての高い解像度が要求される。投影光学系の解像度をより向上するには、露光波長をより短くしたり、投影光学系の開口数 (NA)を大きくすることが考えられる。露光装置の光源には、現在では、主に KrF (248nm)エキシマレーザが用いられており、更なる高解像度化を目指して、深紫外光線である ArFエキシマレーザへの短波長化が進められている。

従来のエキシマレーザリソグラフィ技術における知見では、光学部材の損傷は主に 3つに大別されていた。 1つ目は内部欠陥の生成による内部透過率の低下（特開平 8— 2 5 9 2 5 5号公報参照）、 2つ目はコンパクションゃエタスパンジョン等の体積変化に伴う屈折率変化（特表 2 0 0 0— 5 1 7 2 8 4号公報参照）、 3つ目は光学薄膜の破壌や汚染といった表面状態の変化（特開 2 0 0 2— 1 4 2 0 2号公報、特開平 1 1— 5 2 1 0 2号公報参照）である。

ところが、最近これらのいずれにも属さない損傷が報告され、関心を集めた（ E. M. Wright et al. Spatial pattern microchannel formation in fused si lica irradiated by nanosecond ultraviolet pu丄 ses〃， Applied Optics, 1999

， Vol. 38, p. 5785-5788参照）。これは光学部品の表面から内部に直径数 tnの穴が形成されるマイクロチャンネル現象であり、この現象が発生すると、散乱による光学部材の透過率の減少や光学薄膜の破壊が生じ、光学部材の透過率特性が著しく減少することが予測されている。

ところが、マイクロチャンネル現象に関する報告は少なく、未だに十分な知見が得られていない。このマイクロチャンネル現象は次のような性質を有していることが知られている。

( 1 ) 数 mj■ cm— ² · pulse— ¹のエネルギー密度の ArFエキシマレーザを合成石英ガラスにパルス程度照射し続けると発生する。

( 2 ) レーザが入射する面ではなく、裏面で発生する。

( 3 ) レーザの照射部と非照射部の境界付近で発生する。

このマイクロチャンネル現象は露光装置の通常の使用条件下で、実用域の弱いエネルギー密度においても極めて長時間照射し続けることによつて発生するため、この現象による機械的損傷の防止策を施さなければならない。

発明の開示

このマイクロチャンネル現象が発生すると光学部材の透過率特性が著しく減少するとともに、不要な散乱光も発生するので、露光装置の結像性能、安定性や寿命が劣化することが予測されるにも拘わらず、マイクロチャンネル発生の原因が明確でなく、その防止手段は知られていない。そこで、この発明はマイクロチャンネルの発生を抑制できる光学部材及び露光装置を提供することを目的とする。

このマイクロチャンネル現象が発生すると光学部材の透過率特性が著しく減少するとともに、不要な散乱光も発生するので、露光装置の結像性能、安定性や寿命が劣化することが予測されるにも拘わらず、マイクロチャンネル発生の原因が明確でなく、その防止手段は知られていない。そこで、この発明はマイクロチャンネルの発生を抑制できる光学部材及び露光装置を提供することを目的とする。本発明者らは、パルス光である KrF及び ArFエキシマレーザ光を、合成石英ガラス、水晶単結晶、フッ化カルシウム単結晶等からなる各種光学部材に照射し、実際にマイクロチヤンネルを発生させることで、発生の条件を検討した。

その結果、マイクロチャンネルの発生原因は合成石英の特徴的な現象である屈折率変化による自己集光であると考えるに至った。即ち、合成石英ガラスに前記レーザ光が照射されると、コンパクションを伴う屈折率変化が生じる。この照射を繰り返すうちに、小さな屈折率変化量が蓄積され、大きな屈折率分布として光学部材に残る。これにより、光は屈折率の高い方に曲げられ、照射光が光学部材の裏面近くで徐々に自己集光される。そして、最後には裏面近くで照射光のエネルギー密度が光学部材の破壊閾値を越える強いものになるのである。

図 1はエキシマレーザ光を合成石英ガラス試料に照射した際の、 1パルス当たりのエネルギー密度 Iとマイクロチャンネルの発生パルス数 Nとの関係を表すグラフである。

照射実験に使用した試料は、 0H基を 1100p_Pm、水素分子を 2 X 10¹⁸個 Zcm³含有した合成石英ガラスを、直径 30mtn、厚さ lOramの大きさに切り出し、直径 30謹の面を両面光学研磨して作製した。ァパーチヤーによつて規制された直径 5mmの KrFェキシマレ一ザ光または ArFェキシマレーザ光を、レンズ及びホモジナイザ等の光学部品を透過させずに、光源から試料に直接照射した。レーザ光のパルス当たりのエネルギー密度は放電電圧を変化させることで調節し、その値は試料の位置にジユールメータを配置して測定した。試料は、アルミニウム製の箱の内部に配置し、乾燥窒素ガスで箱内の雰囲気を置換した。レーザ光のエネルギー密度を固定し、所定パルスのレーザ光を照射した。レーザ光のパルス幅 τは KrF又は ArFエキシマレーザともに 20nsである。マイクロチャンネルの有無は集光灯の光で試料を照らし、目視にて確認した。

図 1において、直線。は KrFエキシマレーザ光、直線 A 。は ArFエキシマレーザ光に関する相関を示している。これらの直線はマイクロチャンネルの発生閾値を表し、直線 K _{1 C)}、。より左側の領域ではマイクロチャンネルが発生しなかつた。

以上の実験結果より、マイクロチャンネルは照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度 Iが高いほど発生し易いことが明らかになった。そして、マイク口チャンネルが発生するパルス数 Nはパルス当たりのエネルギー密度 Iと相関を有し、 Iの 2乗に反比例して少なくなることが分かった。

なお、マイクロチヤンネルは合成石英ガラスの屈折率変化 Δ nと関係しており、この実験では、 KrFエキシマレーザ光では Δ ηが 20ppm、 ArFエキシマレーザ光では Δ ηが 2ppmのとき、マイクロチャンネルが発生した。

次に厚さ 100瞧の試料を用い、同様に KrFエキシマレーザ光を照射してマイクロチャンネルの発生閾値を求めた。その結果を図 1に直線 κ _{1 0}。として示した。

。と。。との比較から、マイクロチャンネルの発生閾値は試料の厚さと相関があると考えられたので、その依存性を調べるため次の実験を行った。

0H基を 1100ppm、水素分子を 2 X 10¹⁸個 Zcm³含有した合成石英ガラスを、 15 X 15 瞧角、厚さを 30mm~100mmの範囲で変更して、複数の直方体を切り出し、 15 X 15m m角の面を両面光学研磨して試料とした。この試料に 20mJ■ cm— ²■ pulse^-1のェネルギー密度で ArFエキシマレーザ光を照射し、マイクロチャンネルの発生閾値を求めた。結果を図 2に示す。

実験結果より、マイクロチャンネルは光学部材が厚いほど発生し易いことが明らかとなり、マイクロチャンネルが発生するパルス数 Nは厚さ Lの 1. 7乗に反比例して少なくなることが分かった。

本発明者らは以上の実験結果に加え、コンパクションによる Δ ηがパルス幅てに反比例するという報告 (Applied Optics, 1999， Vol. 38， ρ· 5785- 5788参照）から、光学部材の厚さ L (cm)、照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度 I (mj■ cm"²■ pulse"¹)、パルス光のパルス幅て (ns)と、マイク口チャンネルの発生パルス数 N (pulse)との相互関係を表す式を導出することに成功した。すなわち KrFレーザ光については、

Ν = 5 Χ 10^η Χ τ I—² L一¹ ·⁷

の関係が成立し、一方 ArFレーザ光については、

N = 4 X 10⁸ X て I ^-2 L^{-L 7}

の関係が成立することを明らかにしたのである。

合成石英ガラス部材を搭載した現実の露光装置について検討すると、極めて高エネルギー密度の光線が入射する一部の部材については定期交換で対応すると仮定しても、半導体工場等における一般的な稼動状況および耐用年数を考慮すれば、少なくとも 10¹⁽⁾パルス以上、より好ましくは 10¹¹パルス以上の照射に対して、マイクロチャンネルを生じないことが望ましい。そこで上記の関係式の Nに 10^w パルスを代入すれば、露光装置の光学部材として好適な厚さの範囲を特定する関係式を導くことができる。

すなわち KrFレーザ光を含む波長 300nm以下のパルス光に用いる光学部材に対しては

て I -² L— ⁷ 0. 02 (ns · mj"² ■ cm²' ³■ pulse²)

であり、また ArFレーザ光を含む波長 200nm以下のパルス光に用いる光学部材に対しては、

τ I _² L一¹' ⁷ 25 (ns■ mj"² ■ cm².³ · pulse²)

であればマイクロチヤンネルを発生することなく、 10¹。パルスのパルス光を照射することができる。

以上の実験おょぴ考察に基づき、本発明はマイクロチャンネルの発生を抑制する手段として以下の露光装置を提供する。

< 1 > 波長 300nm以下のパルス光を発する光源を有し、該パルス光を複数の光学部材を透過させて照射することにより被露光物を露光する露光装置であつて、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材の厚さと、該合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度と、該パルス光のパルス幅とが、下記式（1 ) を満たすように構成されたことを特徴とする露光装置。

X I "² L-^{L 7}≥0. 02 (ns · mj"² · cm²- ³■ pulse²) ■ · ( 1 )

(式（1 ) 中、 Lは前記合成石英ガラス部材の厚さ（単位： cm)、 Iは該合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度（単位： tnj ■ cm— ² . pulse— 、 τは該パルス光のパルス幅（単位： ns) を示す。）

< 2 > < 1 >に記載の構成に加え、前記パルス光の波長が 200nm以下であつて、前記合成石英ガラス部材の厚さと、該合成石英ガラス部材に照射される前記ノ、。ルス光のパルス当たりのエネルギー密度と、該パルス光のパルス幅とが、下記式（2 ) を満足するように構成されたことを特徴とする露光装置。

て厂²じ¹'⁷ 25 (ns■ mj"²■ cm²' ³ . pulse²) ■ · ( 2 )

(式（2 ) 中、 Lは前記合成石英ガラス部材の厚さ（単位： cm)、 Iは該合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度（単位： mj • cm— ²■ pul se— 、 τは該パルス光のパルス幅（単位： ns) を示す。）

< 3 > < 1 >に記載の露光装置であって、前記複数の光学部材中の合成石英ガラス部材の全数に対して、前記式（1 ) を満たす合成石英ガラス部材の数が 2 分の 1以上であることを特徴とする露光装置。

< 4 > < 2 >に記載の露光装置であって、前記複数の光学部材中の合成石英ガラス部材の全数に対して、前記式（2 ) を満たす合成石英ガラス部材の数が 2 分の 1以上であることを特徴とする露光装置。

本発明者らは引き続き光学部材の組成および各種物性とマイクロチヤンネル現象との相関についても研究し、マイクロチャンネルの発生を抑制する手段として以下の発明をなすに至った。

< 5 > 波長 300mn以下のパルス光を発する光源を有し、該パルス光を複数の光学部材を透過させて照射することにより被露光物を露光する露光装置であつて、前記複数の光学部材のうち、パルス当たりのエネルギー密度が lmj · cm"² - pu lse—¹以上のパルス光が照射される部材が、水晶単結晶、酸化アルミニウム単結晶、フッ化カルシウム単結晶、フッ化マグネシウム単結晶、および無水フッ素ドープ石英ガラスからなる群から選ばれた少なくとも 1種からなることを特徴とする露光装置。

< 6 > < 5 >に記載の構成に加え、前記無水フッ素ドープ石英ガラスの、パルス当たりのエネルギー密度が 30mJ■ cm— ² · pulse—¹の ArFエキシマレーザ光を 1 X 1 0⁷パルス照射したときに波長 633nmで測定される屈折率変化量が、 3_Ppm以下であることを特徴とする露光装置。

< 7 > 波長 300nm以下の紫外線を発する光源を有し、該紫外線を複数の光学部材を透過させて照射することにより被露光物を露光する露光装置であって、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材ょり光源側に配置される光学部材の脈理が、日本光学硝子工業会規格（J0GIS) 11 - 1975に基づく評価において、 1級ないし 3級であることを特徴とする露光装置。

く 7— 1 〉前記光源が波長 300nm以下の紫外線のパルス光を発するものであり、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材より光源側に配置される光学部材の脈理が、日本光学硝子ェ業会規格（J0GIS) 11-1975に基づく評価において、 1級ないし 3級である、 < 1 〉に記載の露光装置。

< 8 > 波長 300M1以下の紫外線を発する光源を有し、該紫外線を複数の光学部材を透過させて照射することにより被露光物を露光する露光装置であって、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材より光源側に配置される光学部材に含有される異物および泡の大きさ力 S1 μ m以下であることを特徴とする露光装置。

< 8— 1 > 前記光源が波長 300nm以下の紫外線のパルス光を発するものであり、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材より光源側に配置される光学部材に含有される異物および泡の大きさ力 Ai m以下である、 < 1〉に記載の露光装置。

次に本発明者らはパルス光のビーム品質とマイクロチヤンネルとの関係についても研究を行い、次の知見を得た。

図 3は試料の裏面におけるマイクロチヤンネルの微分干渉顕微鏡像の模式図を示す。図中の記号 *はマイクロチャンネルを示し、符号 mは直線状に延びる 3 本の溝を示す。各溝 mは略平行に形成され、その間隔は 0. lrnm程度となっていた。ここでは、マイクロチャンネルは照射部と非照射部の境界付近に発生し、また、 0. 1 mm程度の間隔の溝 mに沿って発生していることが分かった。

一方、エキシマレーザ光のビームプロファイルを調べたところ、 0. 1mm程度の層状の構造のエネルギー密度のむらがあり、局所的にエネルギー密度の高い部分が存在することが分かった。このエネルギー密度のむらを測定したところ、むらの頂部と底部との差は平均エネルギー密度の 5%程度であつた。

従って、試料の裏面の 0. 1瞧の間隔の溝 mはエキシマレーザ光が有していたェネルギー密度のむらに基づく構造と推測でき、この溝 mに沿ってマイクロチャンネルが発生しているということは、図 3に示すように、極めて細かくて鋭いエネルギー密度のむらの構造があるため、マイクロチャンネルの発生が促進された可能性が示されたと推測することができる。

なお、マイクロチャンネルが発生する場所は、エネルギー密度の高い場所であり、特にエネルギー密度が均質でないレーザ光では部材の内部でも発生すること力 Sあった。

また、エネルギー密度のむらを複数観察したところ、エネルギー密度のむらの頂部と底部との差が平均エネルギー密度の 5%以下の光では、エネルギー密度の隣接する頂部間の幅が 0. 1瞧以上であればマイクロチャンネルの発生を抑制し易いことが確認できた。

以上の研究結果より、本発明者らは以下の発明をなすに至った。 < 9 > 波長 300nm以下の紫外線を発する光源を有し、該紫外線を複数の光学部材を透過させて照射することにより被露光物を露光する露光装置であって、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材に照射される紫外線は、光軸に垂直な面内におけるエネルギー密度のむらの隣接する頂部間の幅が 0. Iranより広く、且つ、前記エネルギー密度の頂部と底部との差が平均エネルギー密度の 5%以下となるように構成されたことを特徴とする露光装置。

< 9 - 1 > 前記光源が波長 300nm以下の紫外線のパルス光を発するものであり、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材に照射される紫外線は、光軸に垂直な面内におけるエネルギ一密度のむらの隣接する頂部間の幅が 0. ltnmより広く、且つ、前記エネルギー密度の頂部と底部との差が平均エネルギー密度の 5%以下となるように構成されている、 < 1 >に記載の露光装置。

< 1 0 > 波長 300nm以下の紫外線を発する光源と、該紫外線の光軸に垂直な面内におけるエネルギー密度のむらを減少させるホモジナイザとを有し、該紫外線を複数の光学部材を透過させて照射することにより被露光物を露光する露光装置であって、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラフ、部材の全てが、最も光源側に配置された前記ホモジナィザよりも被露光物側に配置されたことを特徴とする露光装置。

< 1 0 - 1 > 前記光源が波長 300nm以下の紫外線のパルス光を発するものであり、該紫外線の光軸に垂直な面内におけるエネルギー密度のむらを減少させるホモジナイザを更に有しており、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材の全てが、最も光源側に配置された前記ホモジナイザよりも被露光物側に配置されている、 < 1 >に記載の露光装置。

< 1 1 > 被露光物を波長 300nm以下のパルス光で露光する露光装置の光学系に使用される合成石英ガラス部材であって、該合成石英ガラス部材の厚さと、該合成石英ガラス部材に照射される前記パルス光のパルス当たりのエネルギー密度と、該パルス光のパルス幅とが、下記式（3) を満たすように構成されたことを特徴とする露光装置用合成石英ガラス部材。

τ I一² L一¹ ·⁷≥0.02 (ns - raj"² - cm²'³ - pulse²) ■ ■ (3)

(式（3) 中、 Lは前記合成石英ガラス部材の厚さ（単位： cm)、 Iは該合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度（単位： mj • cm"² · pulse^-1)、 τは該パルス光のパルス幅（単位： ns) を示す。）

< 1 2 > < 1 1〉に記載の構成に加え、前記パルス光の波長が 200nm以下であって、前記合成石英ガラス部材の厚さと、該合成石英ガラス部材に照射される前記パルス光のパルス当たりのエネルギー密度と、該パルス光のパルス幅とが、下記式（4) を満たすように構成されたことを特徴とする露光装置用合成石英ガラス部材。

τ I一² L一¹ ·⁷≥25 (ns ■ mj"² · cm²'³ · pulse²) ■ ■ (4)

(式（4) 中、 Lは前記合成石英ガラス部材の厚さ（単位： cm)、 Iは該合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度（単位： raj ■ cm— ² . pulse^-1) τは該パルス光のパルス幅（単位： ns) を示す。）

< 1 3 > 原版上に設けられたパターンの像を感光性物質を有する基板上に投影露光する露光方法であって、 < 1〉〜< 1 0 >、 < 7— 1 >、 < 8— 1 >、 < 9 _ 1〉、 < 1 0— 1 >のいずれかに記載の露光装置を用いることを特徴とする。

< 1 >及び < 2 >に記載の本発明の露光装置によれば、合成石英ガラス部材の厚さと、該合成石英ガラス部材に照射される前記パルス光のパルス幅とパルス当たりのエネルギー密度とを特定の関数として規定したので、紫外線照射時に合成石英ガラス部材の被露光物側の面にマイクロチヤンネルが発生することを抑制できる。そのため、被露光物を露光する際に、合成石英ガラス部材の機械的損傷を防止して露光装置の寿命を向上させることができる。

< 3 >及び < 4〉に記載の本発明の露光装置によれば、く 1 >又はく 2 >に記載の合成石英ガラス部材を、全合成石英ガラス部材のうち半数以上としたので、さらに露光装置の寿命を向上させることができる。

< 5 >に記載の本発明の露光装置によれば、所定量以上のエネルギー密度の紫外線が照射される複数の光学部材を、マイクロチャンネルの発生を抑制できる単結晶体または無水フッ素ドープ石英ガラスで形成したので、マイクロチャンネルの発生を抑制でき、露光装置の寿命を向上させることができる。

特にく 6 >に記載の本発明の露光装置によれば、所定量以上のエネルギー密度の紫外線が照射される複数の光学部材を、パルス当たりのエネルギー密度が 30mJ ■ cm— ² , pulse— ¹の ArFエキシマレーザ光を I X 10⁷パルス照射したときに波長⁶³³ nm で測定される屈折率変化量が 3ppm以下である前記無水フッ素ドープ石英ガラスで形成したので、マイクロチャンネルの発生を抑制でき、露光装置の寿命を向上させることができる。

さらに < 7 >及び< 7— 1 >に記載の本発明の露光装置によれば、合成石英ガラス部材より光源側に配置される光学部材の脈理を、日本光学硝子工業会規格（ J0GIS) 11-1975に基づく評価において、 1級ないし 3級の範囲にしたので、パルス光が合成石英ガラス部材を透過する際、該部材の脈理により、マイクロチャンネルの発生原因となる光のエネルギー密度のむらを生成することがない。そのため、該合成石英ガラス部材より被露光物側の光学部材にエネルギー密度のむらを含有するパルス光を照射することがなく、マイクロチャンネルの発生を抑制して、露光装置の寿命をより向上させることができる。

また、 < 8〉及び < 8 _ 1 >に記載の本発明の露光装置によれば、合成石英ガラス部材より光源側に配置される光学部材に含有される異物又は泡の大きさが 1 μ πι以下であるので、パノレス光が透過する際に、マイクロチャンネルの発生原因となる光のエネルギー密度のむらを生成することがなく、マイク口チャンネルの発生を抑制して、露光装置の寿命をより向上することができる。

さらに、 < 9 >及びく 9一 1 >に記載の本発明の露光装置によれば、パルス光のエネルギー密度のむらを所定の範囲に小さくしたので、マイクロチャンネルの発生原因となりやすい微細で変化の大きいエネルギー密度のむらがなく、マイク口チャンネルの発生を抑制して露光装置の寿命を向上させることができる。また、 < 1 0 >及び < 1 0— 1〉に記載の本発明の露光装置は、合成石英ガラス部材の全てが、光源に最も近い位置に配置されたホモジナイザよりも被露光物側に配置されているので、マイク口チャンネルの発生原因となるエネルギ密度のむらを低減した紫外線を合成石英部材に照射することができ、マイクロチャンネルの発生を抑制できて露光装置の寿命を向上させることができる。

そして、く 1 1〉及びく 1 2〉に記載した本発明の光学部材によれば、合成石英ガラス部材の厚さと、該合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス幅とパルス当たりのエネルギー密度とが特定の関係となるように構成されているので、マイクロチャンネルの発生を抑制することができ、耐久性の優れた露光装置用の光学部材を提供することができる。

また、く 1 3〉に記載した本発明の露光方法によれば、マイクロチャンネルの発生が抑制された前記本発明の露光装置を用いるので、安定した露光特性を長期間維持することができる。

図面の簡単な説明

図 1は、照射エネルギー密度とマイクロチャンネル発生パルス数との相関を示すグラフである。

図 2は、光学部材の厚さとマイクロチャンネル発生パルス数との相関を示すグラフである。

図 3は、マイクロチヤンネルの微分干渉顕微鏡像の模式図である。

図 4は、本発明の好適な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 5は、本発明の好適な他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。

発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の実施の形態について説明する。

図 4は、本発明の好適な実施形態にかかる露光装置である。この露光装置は、光源 1から照射された波長 300nm以下の紫外線が、複数のレンズ 2が配置された光束整形光学系 3において平行光束に変換され、回折格子 4 aやレンズ 4 b等を備えたホモジナイザー 5において光束のずれ等が補正されてエネルギー密度のむらが低減され、フライアイレンズ等のィンテグレータ 7及びコンデンサレンズ 9を経由してマスク 1 1に照射され、その後、多数のレンズ 1 2を備えた投影光学系 1 3を通して、マスク 1 1の回路パターン等の露光形状がウェハ等の被露光物 1 5に転写されるように構成されている。この露光時には、光源 1からは、例えば KrFエキシマレーザ光等の波長 300nm以下のパルス光や、 ArFエキシマレーザ光等の波長 200nm以下のパルス光が照射されるようになっている。なお、フライアイレンズ等のインテグレータ 7は、単独でもホモジナイザーとして作用する。この露光装置では、レンズ 2， 4 b , 7 , 9， 1 2や回折格子 4 aなどの多数の光学部材の一部又は全部に、合成石英ガラスから形成された合成石英ガラス部材が用いられている。この実施の形態では、このような合成石英ガラス部材のマイク口チャンネルの発生を抑制する。

まず、合成石英ガラス部材の厚さと、該合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度と、該パルス光のパルス幅とが、下記（1 ) 式を満足するように形成するのが好ましく、特に波長 200nm以下のパルス光を照射する露光装置では、下記（2 ) 式の関係を満足するように形成するのが特に好ましい。

τ I -² L ^_1- ⁷≥0. 2 (ns ■ mJT² ■ cm²' ³ · pulse²) ■ · ( 1 )

x I— ² L一¹ · ⁷≥250 (ns ■ mj—² · cm²' ³ · pul se²) ■ · ( 2 ) (式（1 ) 及び（2 ) 中、 Lは合成石英ガラス部材の厚さ（単位： _Cm)、 Iは合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度（単位： mj■ cm— ² ' pulse)、 τはパルス光のパルス幅（単位： ns) を示す。）

ここで合成石英ガラス部材の厚さとは、合成石英ガラス部材の光軸に沿って測定される厚さであり、この厚さが不均一な凸レンズの場合には中心厚、凹レンズの場合には外縁部間となる。また、メニスカス形状のレンズの場合は凸面の中心と凹面の外縁部間を光軸に沿って測定した値である。

なお本発明は、露光装置を構成する全ての合成石英ガラス部材が上記関係式を満たすことを要求するものではない。光源直後のレンズ 2等のように極めて高いエネルギー密度の光線が入射する部材は、上記の関係式を適用してマイクロチヤンネルを防止しようとしても、部材の厚さ Lが極めて小さなものとなってしまい事実上実現は困難である。したがってこのような部材を合成石英ガラス部材で構成する場合、比較的早期にマイクロチャンネルが発生し部品交換等による対応が必要になると予想される。しかしながら当該部材が光学系全体に占める割合はごく僅かであるので、他の部材を上記関係式を満たすものとしておけば、露光装置全体に対するマイクロチャンネルの抑制効果を大幅に損なうものではない。露光装置を構成する合成石英ガラス部材の全数に対して、前記（1 ) 式の関係を満足する合成石英ガラス部材の数が 2分の 1以上であることが好ましく、特に波長 ²0 Omn以下のパルス光を照射する露光装置では、前記（2 ) 式の関係を満足する合成石英ガラス部材の数が 2分の 1以上であることが好ましい。また以下に説明するように、エネルギー密度の高い光線が入射する部材を無水フッ素ドープ石英ガラスや結晶材料で構成すれば、このような問題は生じない。

マイクロチャンネルはコンパクションの蓄積により生じると考えられるが、光学部材の材料として合成石英ガラスを用いる場合は、コンパクションが生じることが避けられない。そのため紫外線のエネルギー密度が高い領域、例えば、光学部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度が lmj · cm— ² · pulse一 ¹以上の領域には、光学部材としてコンパクションを生じ難い材料を用いることも好ましい。光学部材の材料を選択することによつてマイク口チャンネルの発生を抑制することができるからである。

このようなエネルギー密度のパルス光が照射される領域に配置される光学部■ 材の材料としては、無水フッ素ドープ石英ガラスや単結晶からなる結晶材料を挙げることができる。

この無水フッ素ドープ石英ガラスとしては、パルス当たりのエネルギー密度 30 mj · cm"² · pulse^-1の ArFエキシマレーザを I X 10⁷パノレス照射し、その前後において波長 633nmで測定される屈折率変化量が 3ppm以下となるものを使用するのが好ましく、このような無水フッ素ドープ石英ガラスであれば、マイクロチャンネル現象を抑制し易くすることができる。

また、結晶材料としては、水晶単結晶、酸化アルミニウム単結晶、フッ化カルシゥム単結晶及びフッ化マグネシゥム単結晶などからなる群から、 1種単独で、或いは 2種以上を組み合わせて選択して使用することができる。このような結晶材料を用いれば、より確実にマイクロチャンネル現象を抑制することができる。なお、パルス当たりのエネルギー密度が非常に高い領域、例えば 10〜100mJ · c m-²■ pulse— ¹程度のパルス光が照射される領域には結晶材料を使用し、 l〜10mj - c m一² - puis e—¹程度の領域にはコンパクション量の小さい無水フッ素ドープ石英ガラス等の硝材を用いるように構成することも可能である。

次に、このような光学部材、特に合成石英ガラス部材では、照射される光に微細なエネルギー密度の分布があって、エネルギー密度にむらが存在している場合はマイクロチャンネルが発生し易い。そのため、複数の光学部材を配置した露光装置では、光学部材に照射される光の光軸と直交する方向のエネルギー密度のむらを小さくすることが好ましい。

これは、光にエネルギー密度のむらが存在すると、微細な部分のコンパクションの差による微細な屈折率のむらが生じ、その微細な屈折率のむらにより微細な多数の位置で光が集光し易くなり、その結果、均質なエネルギー密度の光に比べてマイクロチャンネルが発生し易くなるためと推測される。

そこで、この露光装置では、まず、マイクロチャンネルの発生を防止すべき光学部材に照射される紫外線において、エネルギー密度のむらの頂部間の幅を 0. lm mより広くし、且つ、頂部と底部との差を平均エネルギー密度の 5°/。以下とするのが好ましく、エネルギー密度のむらの頂部間の幅を 1瞧以上とするのが特に好適である。

また、光源 1から放射される紫外線に前記の範囲を超えるエネルギー密度のむらが存在する場合、ホモジナイザ 5を配置し、エネルギー密度のむらを減少させるのが好ましいが、その場合、特に、光源 1とこの光源 1に最も近い位置に配置されたホモジナイザー 5との間、例えば光束整流光学系 3には、合成石英ガラス部材を配置しないようにするのが好ましい。

さらに、光源 1から照射される紫外線やホモジナイザ 5等を経由して照射される紫外線がエネルギー密度のむらの少ないものであっても、各光学部材を透過する際、脈理が存在したり、 1 /i tn以上の大きさの異物や泡が存在する場合には、その光学部材を透過後の光にエネルギー密度のむらが生成される。そのため、各光学部材、特に各合成石英ガラス部材より光源側に配置される光学部材においてもエネルギー密度のむらを生成しにくいものを採用するのが好ましい。

このエネルギー密度のむらを生成しにくい光学部材としては、日本光学硝子ェ業会規格（J0GIS) 11 - 1975において脈理が 1級ないし 3級である光学部材を用いるのが好ましく、また、光学部材に含有される異物および泡の大きさを 1 μ ηι以下とすることも好ましい。ここで日本光学硝子工業会規格（J0GIS) 11- 1975における脈理 3級とは、 50mm X 50瞧 X 20瞧の光学部材の ⁵0瞧 Χ ²0瞧の平行な両面間に、層状の不均質性がピンホール光の投影像でわずかに目視で認められるものをいう。 ' なお、本発明は、レチクルとウェハとを同期移動してレチクルのパターンを露光するステップ ' アンド ' スキャン方式の走査型投影露光装置（米国特許 5， 4 73， 410号）、いわゆるスキャニング■ ステッパーのみならず、レチクノレとウェハとを静止した状態でレチクルのパターンを露光し、ウェハを順次ステップ移動させるステップ■ アンド ' リピート方式の露光装置（ステッパー）にも適用することができる。

また、本発明はツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平 10— 1 63099号及び特開平 1 0— 214783号（対応米国特許 6， 341, 007号、 6， 400， 441号、 6, 549, 269号及び 6, 590， 634号）、特表 2000— 5 05958号（対応米国特許 5， 969， 441号）あるいは米国特許 6, 20

8, 407号に開示されている。

さらに、本発明は、投影光学系と被露光物との間に局所的に液体を満たす液浸露光装置や、露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置や、ステージ上に所定深さの液体槽を形成しその中に基板を保持する液浸露光装置にも適用可能である。露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置の構造及び露光動作については、例えば特開平 6— 1 2 48 73号に、ステージ上に所定深さの液体槽を形成してその中に基板を保持する液浸露光装置については、例えば特開平 10— 303 1 14号や米国特許 5， 825, 043号にそれぞれ開示されている。

以上説明したように、本発明の露光装置は、前記く 1 >〜< 10 >、 < 7— 1

>、く 8— 1 >、く 9_ 1 >、 < 10— 1 >のうちのいずれかに記載の構成を備えていればよく、それ以外の構成は特に制限されない。本発明の露光装置に適用可能な構成が記載されている上記の米国特許 5， 473， 410号、米国特許 6 ， 34 1， 007号、米国特許 6， 400, 441号、米国特許 6， 549, 2 69号、米国特許 6， 590, 634号、米国特許 5， 969， 441号、米国特許 6 , 208， 407号及び米国特許 5， 825, 043号、並びに、特開平 10— 163099号、特開平 10— 214783号、特開平 6— 1 24873 号、特開平 10— 303 1 14号及び特表 2000— 505958号は、参考文献としてこの明細書中に組み込まれる。

[実施例]

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例 1

フッ素を lOOOOppm含有した無水フッ素ドープ石英ガラス、 JIS- C6704で A aグレード（Q :が 380X 10⁴以上）の水晶、多重反射含みで 193nraの透過率が 92.1%以上のフッ化カルシウム単結晶を用意し、それぞれ直径 30議、厚さ 10mmの大きさに切り出し、直径 30瞧の面を両面光学研磨して試料を作製した。なお、無水フッ素ドープ石英ガラスは、エネルギー密度 3030mJ · cm— ²■ pulse—¹の ArFエキシマレーザ光を 1 X 10⁷パルス照射したときに波長 633mnで測定される屈折率変化量が 3ppm以下のものであった。

アパーチャ一によつて規制された直径 5匪の KrFエキシマレーザ光または ArFェキシマレーザ光を、レンズまたはホモジナイザ等の光学部品を透過させずに、光源から試料に直接照射した。レーザ光のパルス当たりのエネルギー密度は放電電圧を変化させることで調節し、その値は試料の位置にジュールメータを配置して測定した。試料は、アルミニウム製の箱の内部に配置し、乾燥窒素ガスで箱内の雰囲気を置換した。レーザビームのエネルギー密度を固定し、マイクロチャンネルが発生するまでレーザビームを照射し続けた。エキシマレーザのパルスの時間幅 τは KrF又は ArFエキシマレーザともに² Onsである。マイク口チャンネルの有無は集光灯の光で試料を照らし、目視にて確認した。

その結果、無水フッ素ドープ石英ガラス（OH OOppm) ではコンパクション量は小さく、 ArFエキシマレーザ光に対する耐性が合成石英ガラスに比べて 10倍程度高いことが確認できた。また、水晶単結晶及びフッ化カルシウム単結晶では、合成石英ガラスの 100倍以上のパルスの ArFエキシマレーザ光を照射してもマイクロチヤンネルは発生しなかった。

実施例 2

0H基を 1100ppm、水素分子を 2 X 10¹²個 Zcm²含有した合成石英ガラスを、直径 30

■、厚さ 10mmの大きさに切り出し、直径 30瞧の面を両面光学研磨して試料を作製した。この試料に、ホモジナイザを通した KrFまたは ArFエキシマレーザ光をァパ一チヤ一で直径 5mmに規制して照射し、以下、実施例 1と同様の手順でマイクロチヤンネルの発生を観察した。

光源からのレーザ光をホモジナイザーを通して観察したところ、いずれのレーザ光についてもエネルギー密度のむらは見られなかった。そして、ホモジナイザ一を通したビームを照射した合成石英ガラスでは、ホモジナイザ一を通さずに照射したときの約 100倍以上のパルス数を照射してもマイクロチヤンネルは発生しなかった。

実施例 3

0H基を 1100ppm、水素分子を 2 X 10¹²個 Zcm²含有した合成石英ガラスを、直径 30 mm、厚さ 10mmの大きさに切り出し、直径 30瞧の面を両面光学研磨して試料を作製した。この試料と光源との間に J0GIS- 11-1975による脈理 1級ないし 4級の合成石英ガラス部材を配置し、実施例 1と同様の照射を行ってマイクロチャンネルが発生するパルス数を比較した。

その結果、脈理 1級または 2級の合成石英ガラスを配置した場合、マイクロチヤンネルの発生したパルス数はほぼ同じであった。一方、 3級の脈理を有する合成石英ガラスを配置した場合には、マイクロチヤンネルの発生したパルス数は前 2者に比べて 1/10にまで低下したものの、脈理 4級のものより十分にパルス数を多くすることができた。

実施例 4 実施例 3と同様に作製した試料を用い、試料とアパーチャ一の間に、泡および異物を含まない合成石英ガラスを配置した場合と、およそ 1 μ πιの大きさの異物または泡が混入した合成石英ガラスを配置した場合とを比較した。照射条件は実施例 1と同様とした。

その結果、泡および異物を含まない合成石英ガラスを配置した場合に比べ、異物または泡が混入した合成石英ガラスを配置した場合には、マイクロチヤンネルの発生したパルス数は 1/20にまで低下した。

実施例 5

図 5に示す本発明の露光装置を作製して、以下に説明する照射試験を行った。図 5は、本実施例で作製した露光装置 1 0 1の概略構成図である。

2 4 8 11 mの出力波長を持ちパルス幅 2 0 n sのパルス光を発振する K r F エキシマレーザ光源 1 0 3から、ほぼ平行光束としてのレーザ光（露光光）が出射され、露光装置本体 1 0 2側の光透過窓 1 0 5へ導かれる。

ここで、露光装置本体 1 0 2は、チャンバ一 1 0 6内に収容されており、温度が一定に保たれるように制御されている。光透過窓 1 0 5を通過したレーザ光は、ビーム整形光学系 1 0 7で所定断面形状のレーザ光に整形され、ターレット板 T Pに設けられた互いに透過率（減光率）が異なる複数の N Dフィルタの一つ（図 5では、 N D 1 ) を通過して反射ミラー 1 0 8で反射して、ホモジナイザ（ィンテグレータ）としてのフライアイレンズ 1 0 9に導かれる。フライアイレンズ 1 0 9は、多数のレンズ素子が束ねられて構成されており、このレンズ素子の射出面側には、それを構成するレンズ素子の数に対応した多数の光源像（二次光源 ) が形成される。

フライアイレンズ 1 0 9により形成される多数の二次光源の位置には、互いに形状と大きさの異なる複数の開口絞りを有するターレツト板 1 1 2が配設されている。ターレツト板 1 1 2はモータ 1 1 3で回転駆動され、ウェハ W上に転写すべきレチクル Rのパターンに応じて、開口絞りの一つが選択されて照明光学系の光路中に挿入されるようになっている。ターレツト板 1 1 2とモータ 1 1 3とは、照明系用可変開口絞りを構成している。

フライアイレンズ 1 0 9によつて形成された二次光源からの光束は、ターレツト板 1 1 2の可変開口絞りを通過してビームスプリッタ 1 1 4で二つの光路に分岐される。ビームスプリッタ 1 1 4を透過した光は、リレーレンズ 1 7、長方形の開口を規定する可変視野絞り 1 1 0、リレーレンズ 1 8を通って反射ミラー 1 9で反射された後、複数のレンズ等の屈折性光学素子で構成されるコンデンサ光学系 2 0にて集光される。これにより、可変視野絞り 1 1 0の開口によって規定されるレチクル R上の照明領域が重畳的にほぼ均一照明される。そして、投影光学系 1 1 1によって被露光物であるウェハ W上にレチクル R上の回路パターンの像が形成され、ウェハ W上に塗布されたレジストが感光して、ウェハ W上に回路パターン像が転写される。

本実施例の露光装置 1 0 1では、照明光学系および投影光学系に複数の光学部材が配置され、その少なくとも一つが合成石英ガラスで構成されている。

本実施例の露光装置 1 0 1を構成する光学部材のうち、リレーレンズ 1 8は合成石英ガラスで構成され、その中心厚 Lは 5cmであり、入射エネルギー密度 Iは 6 mj · cm— ²■ pulse— ¹に設計されている。したがって、リレーレンズ 1 8については以下の式：

I— ² L— ⁷ =0. 036≥0. 02

が成り立つこととなり、前記式（1 ) が満たされるように構成されている。本実施例の露光装置 1 0 1においては、 K r Fレーザ光を 10^1Qパルス以上照射してもリレーレンズ 1 8にマイクロチャンネルは発生せず、安定した露光性能を維持することができた。

なお、本実施例においてリレーレンズ 1 8への入射エネルギー密度 Iとは、タ —レット板 T P上の N Dフィルタのうち、最も透過率の高いものを選択した場合の値である。これよりも透過率の低い N Dフィルタを選択すれば、リレーレンズ 1 8への入射エネルギー密度 Iも下がることから、いずれの N Dフィルタを選択しても上記の条件が満たされることに変わりはない。

また、本実施例の露光装置 1 0 1において、 K r Fエキシマレーザ光源 1 0 3 とフライアイレンズ 1 0 9の間に配置される、ビーム整形光学系 1 0 7及びターレット板 T P上の N Dフィルタ及び反射ミラー 1 0 8は、いずれも合成石英ガラス以外の部材（フッ化カルシウム単結晶等）で構成されている。したがって、本実施例の露光装置 1 0 1においては、全ての合成石英ガラス部材が、 K r Fェキシマレーザ光 ¾1 1 0 3に最も近いホモジナイザであるフライアイレンズ 1 0 9 よりもウェハ W (被露光物）側に位置するように構成されており、合成石英ガラス部材に照射される光はホモジナイザでエネルギー密度が十分に均質化されていた。

さらに、本実施例の露光装置 1 0 1を構成する光学部材の全ては、脈理が J0GI S U-1475に基づく評価において 1級であり、かつ 1 mを超える異物および泡を含まない材料で構成されており、光学部材を透過する光におけるエネルギー密度のむらの発生は十分に抑制されていた。

以上の構成により、本実施例の露光装置 1 0 1において合成石英ガラス部材に入射する光は、光軸に垂直な面内におけるエネルギー密度のむらの隣接する頂部間の幅が 0. 1瞧より広く、かつエネルギー密度の頂部と底部との差が平均エネルギー密度の 5%以下に制限されていた。したがって、本実施例の露光装置 1 0 1を構成する合成石英ガラス部材においては、エネルギー密度のむらによるマイクロチャンネルの発生が十分に抑制され、本実施例の露光装置 1 0 1は長期間安定した露光性能が維持されることが確認された。

なお、本実施例のウェハ Wに代えて、液晶ディスプレイデバイス用のガラスプレートや薄膜磁気へッド用のセラミックウェハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウェハ）等に適用することも可能である。露光装置 1 0 1の用途としては、半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角形のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（C C D) あるいはレチクル R等を製造するための露光装置等にも広く適用できる。

産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明の露光装置によれば、紫外線 (パルス光) 照射時に光学部材にマイクロチャンネルが発生することが十分に抑制され、被露光物を露光する際における光学部材の機械的損傷を防止して露光装置の寿命を向上させることが可能となる。

また、本発明の合成石英ガラス部材によれば、紫外線（パルス光）照射時におけるマイクロチャンネルの発生が十分に抑制され、その部材を用いた露光装置の寿命を向上させることが可能となる。

さらに、本発明の露光方法によれば、光学部材におけるマイクロチャンネルの発生を十分に抑制して安定した露光特性を長期間維持することが可能となる。

Claims

言青求の範囲

1 . 波長 300nm以下のパルス光を発する光源を有し、該パルス光を複数の光学部材を透過させて照射することにより被露光物を露光する露光装置であって、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材の厚さと、該合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度と、該パルス光のパルス幅とが、下記式（1 ) を満たすように構成されている露光装置。

て I一² L— ^{L 7}≥0. 02 (ns■ mj— ² · cm²' ³ · pulse²) · · ( 1 )

(式（1 ) 中、 Lは前記合成石英ガラス部材の厚さ（単位： cm)、 Iは該合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度（単位： mj ■ cm^-2 · pulse— 、 τは該パルス光のパルス幅（単位： ns) を示す。）

2 . 前記パルス光の波長が 200nm以下であって、前記合成石英ガラス部材の厚さと、該合成石英ガラス部材に照射される前記パルス光のパルス当たりのエネルギー密度と、該パルス光のパルス幅とが、下記式（2 ) を満足するように構成されている、請求項 1に記載の露光装置。

τ I一² L一¹ · ⁷ 25 (ns■ mj"²■ cm²- ³■ pulse²) · ■ ( 2 )

(式（2 ) 中、 Lは前記合成石英ガラス部材の厚さ（単位： cm)、 Iは該合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度（単位： mj · cm— ² · pul se— 、 τは該パルス光のパルス幅（単位： ns) を示す。）

3 . 前記複数の光学部材中の合成石英ガラス部材の全数に対して、前記式（ 1 ) を満たす合成石英ガラス部材の数が 2分の 1以上である、請求項 1に記載の露光装置。

4 . 前記複数の光学部材中の合成石英ガラス部材の全数に対して、前記式（ 2 ) を満たす合成石英ガラス部材の数が 2分の 1以上である、請求項 2に記載の露光装置。

5 . 前記光源が波長³ OOnm以下の紫外線のパルス光を発するものであり、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材より光源側に配置される光学部材の脈理が、日本光学硝子工業会規格（J0GIS) 11- 1975に基づく評価において、 1級ないし 3級である、請求項 1に記載の露光装置。

6 . 前記光源が波長 300nm以下の紫外線のパルス光を発するものであり、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材より光源側に配置される光学部材に含有される異物および泡の大きさ力 l / ra以下である、請求項 1に記載の露光装置。

7 . 前記光源が波長 300nm以下の紫外線のパルス光を発するものであり、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材に照射される紫外線は、光軸に垂直な面内におけるエネルギー密度のむらの隣接する頂部間の幅が 0. lmmより広く、且つ、前記エネルギー密度の頂部と底部との差が平均エネルギー密度の 5%以下となるように構成されている、請求項 1に記載の露光装置。

8 . 前記光源が波長 300nm以下の紫外線のパルス光を発するものであり、該紫外線の光軸に垂直な面内におけるエネルギー密度のむらを減少させるホモジナイザを更に有しており、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材の全てが、最も光源側に配置された前記ホモジナイザよりも被露光物側に配置されている、請求項 1に記載の露光装置

9 . 波長 300nm以下のパルス光を発する光源を有し、該パルス光を複数の光学部材を透過させて照射することにより被露光物を露光する露光装置であって、前記複数の光学部材のうち、パルス当たりのエネルギー密度力 S lmJ · _cm— ² · puis e—¹以上のパルス光が照射される部材が、水晶単結晶、酸化アルミニウム単結晶、フッ化カルシウム単結晶、フッ化マグネシウム単結晶、および無水フッ素ドープ石英ガラスからなる群から選ばれた少なくとも 1種からなる露光装置。

1 0 . 前記無水フッ素ドープ石英ガラスの、パルス当たりのエネルギー密度が 30mJ · cm— ²■ pulse^-1の ArFエキシマレーザ光を 1 X 10⁷パルス照射したときに波長 633nmで測定される屈折率変化量が、 3ppra以下である、請求項 9に記載の露光装置。

1 1 . 波長 300nra以下の紫外線を発する光源を有し、該紫外線を複数の光学部材を透過させて照射することにより被露光物を露光する露光装置であって、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材より光源側に配置される光学部材の脈理が、日本光学硝子工業会規格（J0GIS) 11- 1975に基づく評価において、 1級ないし 3級である露光装置

1 2 . 波長 300nra以下の紫外線を発する光源を有し、該紫外線を複数の光学部材を透過させて照射することにより被露光物を露光する露光装置であって、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材より光源側に配置される光学部材に含有される異物および泡の大きさが 1 μ m以下である露光装置。

1 3 . 波長 300nm以下の紫外線を発する光源を有し、該紫外線を複数の光学部材を透過させて照射することにより被露光物を露光する露光装置であって、前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材に照射される紫外線は、光軸に垂直な面内におけるエネルギー密度のむらの隣接する頂部間の幅が 0. 1瞧より広く、且つ、前記エネルギー密度の頂部と底部との差が平均エネルギー密度の 5%以下となるように構成されている露光装置。

1 4 . 波長 300nm以下の紫外線を発する光源と、該紫外線の光軸に垂直な面内におけるエネルギー密度のむらを減少させるホモジナイザとを有し、該紫外線を複数の光学部材を透過させて照射することにより被露光物を露光する露光装置であって、

前記複数の光学部材のうち少なくとも一つが合成石英ガラス部材であり、該合成石英ガラス部材の全てが、最も光源側に配置された前記ホモジナイザよりも被露光物側に配置されている露光装置。

1 5 . 被露光物を波長 300nm以下のパルス光で露光する露光装置の光学系に使用される合成石英ガラス部材であって、該合成石英ガラス部材の厚さと、該合成石英ガラス部材に照射される前記パルス光のパルス当たりのエネルギー密度と、該パルス光のパルス幅と力下記式（3 ) を満たすように構成されている露光装置用合成石英ガラス部材。

て I— ² L一¹' ⁷≥0. 02 (ns ' mj—² · era²' ³ · pulse²) · ■ ( 3 )

(式（3 ) 中、 Lは前記合成石英ガラス部材の厚さ（単位： cm)、 Iは該合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度（単位： mj • cnf²■ pulse— 、 τは該パルス光のパルス幅（単位： ns) を示す。）

1 6 . 前記パルス光の波長が 200nm以下であって、前記合成石英ガラス部材の厚さと、該合成石英ガラス部材に照射される前記パルス光のパルス当たりのェネルギー密度と、該パルス光のパルス幅とが、下記式（4 ) を満たすように構成されている、請求項 1 5に記載の露光装置用合成石英ガラス部材。

て I一² L一¹ · ⁷≥25 (ns■ raj"²■ cm²- ³ · pulse²) ■ ■ ( 4 )

(式（4 ) 中、 Lは前記合成石英ガラス部材の厚さ（単位： cm)、 Iは該合成石英ガラス部材に照射されるパルス光のパルス当たりのエネルギー密度（単位： mj - cm"² - pulse"¹) , τは該パノレス光のパルス幅（単位： ns) を示す。）

1 7 . 請求項 1ないし請求項 1 4のいずれか一項に記載の露光装置を用い、原版上に設けられたパターンの像を感光性物質を有する基板上に投影露光する露光方法。