JP2006310587A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光路空間に満たされた液体の状態を素早く精確に検出し、デバイス生産性の低下を抑制できる露光装置を提供する。
【解決手段】露光装置ＥＸは、液体ＬＱに検出光Ｌａを投射する投射部６１と、液体ＬＱを通過した検出光Ｌａを受光可能な受光部６２とを有し、受光部６２の出力値を統計演算して、該演算結果に基づいて液体ＬＱ中の気泡の情報を取得する気泡検出装置６０を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体を介して基板を露光する露光装置、及びデバイス製造方法に関するものである。

半導体デバイスや液晶表示デバイス等のマイクロデバイスの製造工程の一つであるフォトリソグラフィ工程では、マスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に投影露光する露光装置が用いられる。この露光装置は、マスクを保持するマスクステージと基板を保持する基板ステージとを有し、マスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながらマスクのパターンを投影光学系を介して基板に投影露光するものである。マイクロデバイスの製造においては、デバイスの高密度化のために、基板上に形成されるパターンの微細化が要求されている。この要求に応えるために露光装置の更なる高解像度化が望まれており、その高解像度化を実現するための手段の一つとして、下記特許文献に開示されているような、露光光の光路空間を液体で満たし、その液体を介して基板を露光する液浸露光装置が案出されている。
国際公開第９９／４９５０４号パンフレット 特開２００４−２０７６９６号公報

液浸露光装置においては、光路空間を所望状態の液体で満たすことが重要である。例えば、光路空間に満たされた液体中に気泡が存在すると、この気泡により基板上に投影されるパターン像が劣化する可能性がある。そのようなパターン像の劣化を放置しておくと、最終的なデバイスになった後に不良品として発見される場合があり、この場合、デバイス生産性の低下を招くこととなる。そのため、液体中の気泡に関する情報を素早く精確に検出できる技術の案出が望まれる。

また、光路空間に満たされた液体が所望温度を有していない場合には、基板上に投影されるパターン像が劣化する可能性がある。そのため、液体の温度に関する情報を素早く精確に検出して、デバイス生産性の低下を抑制するための適切な処置を行うことができる技術の案出が望まれる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光路空間に満たされた液体の状態を素早く精確に検出し、デバイス生産性の低下を抑制できる露光装置、並びにデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。

本発明の第１の態様に従えば、露光光（ＥＬ）の光路空間（Ｋ１）を液体（ＬＱ）で満たし、液体（ＬＱ）を介して基板（Ｐ）上に露光光（ＥＬ）を照射して基板（Ｐ）を露光する露光装置において、液体（ＬＱ）に検出光（Ｌａ）を投射する投射部（６１）と、液体（ＬＱ）を通過した検出光（Ｌａ）を受光可能な受光部（６２）とを有し、受光部（６２）の出力値を統計演算して、該演算結果に基づいて液体（ＬＱ）中の気泡の情報を取得する気泡検出装置（６０）を備えた露光装置（ＥＸ）が提供される。

本発明の第１の態様に従えば、液体中の気泡に関する情報を素早く精確に取得することができる。したがって、この検出結果に基づいて、デバイス生産性の低下を抑制するための適切な処置を行うことができる。

本発明の第２の態様に従えば、露光光（ＥＬ）の光路空間（Ｋ１）を液体（ＬＱ）で満たし、液体（ＬＱ）を介して基板（Ｐ）に露光光（ＥＬ）を照射して基板（Ｐ）を露光する露光装置において、液体（ＬＱ）に検出光（Ｌａ）を投射する投射部（６１）と、液体（ＬＱ）を通過した検出光（Ｌａ）を受光可能な受光部（６２）とを有し、受光部（６２）の出力値を統計演算して、該演算結果に基づいて液体（ＬＱ）の温度を調整する温度調整装置（６０）を備えた露光装置（ＥＸ）が提供される。

本発明の第２の態様によれば、液体の温度に関する情報を素早く精確に取得することができ、その取得した情報に基づいて液体の温度を調整することができる。したがって、デバイス生産性の低下を抑制するための適切な処置を行うことができる。

本発明の第３の態様に従えば、上記態様の露光装置（ＥＸ）を用いるデバイス製造方法が提供される。

本発明の第３の態様によれば、生産性の低下を抑制しつつデバイスを製造することができる。

本発明によれば、光路空間に満たされた液体の状態を素早く精確に検出し、デバイス生産性の低下を抑制できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る露光装置ＥＸを示す概略構成図である。図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを保持して移動可能なマスクステージＭＳＴと、基板Ｐを保持する基板ホルダＰＨを有し、基板Ｐを保持した基板ホルダＰＨを移動可能な基板ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに保持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターン像を基板Ｐ上に投影する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸ全体の動作を制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。

本実施形態の露光装置ＥＸは、露光波長を実質的に短くして解像度を向上するとともに焦点深度を実質的に広くするために液浸法を適用した液浸露光装置であって、投影光学系ＰＬの像面近傍における露光光ＥＬの光路空間Ｋ１を液体ＬＱで満たすための液浸機構１を備えている。液浸機構１は、光路空間Ｋ１の近傍に設けられ、液体ＬＱを供給する供給口１２及び液体ＬＱを回収する回収口２２を有するノズル部材７０と、供給管１３、及びノズル部材７０に設けられた供給口１２を介して液体ＬＱを供給する液体供給装置１１と、ノズル部材７０に設けられた回収口２２、及び回収管２３を介して液体ＬＱを回収する液体回収装置２１とを備えている。液体供給装置１１及び液体回収装置２１を含む液浸機構１の動作は制御装置ＣＯＮＴに制御される。ノズル部材７０は、基板Ｐ（基板ステージＰＳＴ）の上方において、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学素子のうち、投影光学系ＰＬの像面に最も近い最終光学素子ＬＳ１を囲むように環状に形成されている。

また、本実施形態の露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲを含む基板Ｐ上の一部の領域に、投影領域ＡＲよりも大きく且つ基板Ｐよりも小さい液体ＬＱの液浸領域ＬＲを局所的に形成する局所液浸方式を採用している。露光装置ＥＸは、少なくともマスクＭのパターン像を基板Ｐに投影している間、投影光学系ＰＬの像面に最も近い最終光学素子ＬＳ１と、投影光学系ＰＬの像面側に配置された基板Ｐとの間の露光光ＥＬの光路空間Ｋ１を液体ＬＱで満たし、投影光学系ＰＬと光路空間Ｋ１に満たされた液体ＬＱとを介してマスクＭを通過した露光光ＥＬを基板Ｐに照射することによって、マスクＭのパターン像で基板Ｐを露光する。制御装置ＣＯＮＴは、液浸機構１の液体供給装置１１を使って液体ＬＱを所定量供給するとともに、液体回収装置２１を使って液体ＬＱを所定量回収することで、光路空間Ｋ１を液体ＬＱで満たし、基板Ｐ上に液体ＬＱの液浸領域ＬＲを局所的に形成する。

また、露光装置ＥＸは、光路空間Ｋ１に満たされた液体ＬＱに検出光Ｌａを投射する投射部６１と、液体ＬＱを通過した検出光Ｌａを受光可能な受光部６２とを有し、受光部６２の出力値を統計演算して、その演算結果に基づいて液体ＬＱ中の気泡の情報を取得する気泡検出装置６０を備えている。気泡検出装置６０の動作は制御装置ＣＯＮＴに制御される。

また、露光装置ＥＸは、少なくとも投影光学系ＰＬを収容するチャンバ装置ＣＨを備えている。チャンバ装置ＣＨは、投影光学系ＰＬ及び光路空間Ｋ１を含むチャンバ装置ＣＨの内部空間の環境（温度、湿度、クリーン度等）を調整可能な空調系３００を備えている。本実施形態では、照明光学系ＩＬ、マスクステージＭＳＴ、投影光学系ＰＬ、及び基板ステージＰＳＴを含む露光装置ＥＸを構成する大部分の各種機器・部材がチャンバ装置ＣＨの内部空間に収容されており、空調系３００は、このチャンバ装置ＣＨの内部空間の環境を調整可能である。

なお、本実施形態においては、液浸領域ＬＲは基板Ｐ上に形成されるものとして説明する場合があるが、投影光学系ＰＬの像面側において、最終光学素子ＬＳ１と対向する位置に配置された物体上、例えば基板ステージＰＳＴの上面などにも形成可能である。

本実施形態では、露光装置ＥＸとしてマスクＭと基板Ｐとを走査方向に同期移動しつつマスクＭに形成されたパターンの像を基板Ｐ上に投影する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）を使用する場合を例にして説明する。以下の説明において、水平面内においてマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向）をＹ軸方向、水平面内においてＹ軸方向と直交する方向をＸ軸方向（非走査方向）、Ｘ軸及びＹ軸方向に垂直で投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。なお、ここでいう「基板」は半導体ウエハ等の基材上に感光材（レジスト）を塗布したものを含み、「マスク」は基板上に縮小投影されるデバイスパターンを形成されたレチクルを含む。

照明光学系ＩＬは、露光用光源、露光用光源から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの露光光ＥＬを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、及び露光光ＥＬによるマスクＭ上の照明領域を設定する視野絞り等を有している。マスクＭ上の所定の照明領域は照明光学系ＩＬにより均一な照度分布の露光光ＥＬで照明される。照明光学系ＩＬから射出される露光光ＥＬとしては、例えば水銀ランプから射出される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。本実施形態においてはＡｒＦエキシマレーザ光が用いられる。

本実施形態においては、液体ＬＱとして純水が用いられている。純水は、ＡｒＦエキシマレーザ光のみならず、例えば、水銀ランプから射出される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）も透過可能である。

マスクステージＭＳＴは、マスクＭを保持して移動可能である。マスクステージＭＳＴは、マスクＭを真空吸着（又は静電吸着）により保持する。マスクステージＭＳＴは、制御装置ＣＯＮＴにより制御されるリニアモータ等を含むマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤの駆動により、マスクＭを保持した状態で、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微少回転可能である。マスクステージＭＳＴ上には移動鏡９１が設けられている。また、所定位置にはレーザ干渉計９２が設けられている。マスクステージＭＳＴ上のマスクＭの２次元方向の位置、及びθＺ方向の回転角（場合によってはθＸ、θＹ方向の回転角も含む）は移動鏡９１を使ってレーザ干渉計９２によりリアルタイムで計測される。レーザ干渉計９２の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴは、レーザ干渉計９２の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを駆動し、マスクステージＭＳＴに保持されているマスクＭの位置制御を行う。

投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンを所定の投影倍率βで基板Ｐに投影露光するものであって、複数の光学素子で構成されており、それら光学素子は鏡筒ＰＫで保持されている。本実施形態において、投影光学系ＰＬは、投影倍率βが例えば１／４、１／５、あるいは１／８の縮小系である。なお、投影光学系ＰＬは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬは、反射光学素子を含まない屈折系、屈折光学素子を含まない反射系、反射光学素子と屈折光学素子とを含む反射屈折系のいずれであってもよい。また、本実施形態においては、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学素子のうち、投影光学系ＰＬの像面に最も近い最終光学素子ＬＳ１のみが液体ＬＱと接触するように、鏡筒ＰＫに保持されている。

基板ステージＰＳＴは、基板Ｐを保持する基板ホルダＰＨを有し、投影光学系ＰＬの像面側において、ベース部材ＢＰ上で移動可能である。基板ホルダＰＨは、例えば真空吸着等により基板Ｐを保持する。基板ステージＰＳＴ上には凹部９６が設けられており、基板Ｐを保持するための基板ホルダＰＨは凹部９６に配置されている。そして、基板ステージＰＳＴのうち凹部９６以外の上面９７は、基板ホルダＰＨに保持された基板Ｐの表面とほぼ同じ高さ（面一）になるような平坦面となっている。なお、光路空間Ｋ１に液体ＬＱを満たし続けることができるならば、基板ステージＰＳＴの上面９７と基板ホルダＰＨに保持された基板Ｐの表面とに段差があってもよい。

基板ステージＰＳＴは、制御装置ＣＯＮＴにより制御されるリニアモータ等を含む基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤの駆動により、基板Ｐを基板ホルダＰＨを介して保持した状態で、ベース部材ＢＰ上でＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。更に基板ステージＰＳＴは、Ｚ軸方向、θＸ方向、及びθＹ方向にも移動可能である。したがって、基板ステージＰＳＴに支持された基板Ｐの表面は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６自由度の方向に移動可能である。

基板ステージＰＳＴの側面には移動鏡９３が設けられている。また、所定位置にはレーザ干渉計９４が設けられている。基板ステージＰＳＴ上の基板Ｐの２次元方向の位置、及び回転角は移動鏡９３を使ってレーザ干渉計９４によりリアルタイムで計測される。レーザ干渉計９４の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。

次に、液浸機構１について説明する。液浸機構１の液体供給装置１１は、液体ＬＱを収容するタンク、加圧ポンプ、供給する液体ＬＱの温度を調整する温度調整装置、及び液体ＬＱ中の異物を取り除くフィルタユニット等を備えている。図１には一例として温度調整装置（温調装置）１８が示されている。液体供給装置１１には供給管１３の一端部が接続されており、供給管１３の他端部はノズル部材７０に接続されている。液体供給装置１１の液体供給動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。制御装置ＣＯＮＴは、液体供給装置１１を制御することで、供給口１２からの単位時間当たりの液体供給量を調整可能である。なお、液体供給装置１１のタンク、加圧ポンプ、温度調整装置、フィルタユニット等は、その全てを露光装置ＥＸが備えている必要はなく、露光装置ＥＸが設置される工場等の設備を代用してもよい。

液浸機構１の液体回収装置２１は、真空ポンプ等の真空系、回収された液体ＬＱと気体とを分離する気液分離器、及び回収した液体ＬＱを収容するタンク等を備えている。液体回収装置２１には回収管２３の一端部が接続されており、回収管２３の他端部はノズル部材７０に接続されている。液体回収装置２１の液体回収動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。制御装置ＣＯＮＴは、液体回収装置２１を制御することで、回収口２２を介した単位時間当たりの液体回収量を調整可能である。なお、液体回収装置２１の真空系、気液分離器、タンク等は、その全てを露光装置ＥＸが備えている必要はなく、露光装置ＥＸが設置される工場等の設備を代用してもよい。

液体ＬＱを供給する供給口１２及び液体ＬＱを回収する回収口２２はノズル部材７０の下面７０Ａに形成されている。ノズル部材７０の下面７０Ａは、基板Ｐの表面、及び基板ステージＰＳＴの上面９７と対向する位置に設けられている。ノズル部材７０は、最終光学素子ＬＳ１の側面を囲むように設けられた環状部材であって、供給口１２は、ノズル部材７０の下面７０Ａにおいて、投影光学系ＰＬの最終光学素子ＬＳ１（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ）を囲むように複数設けられている。また、回収口２２は、ノズル部材７０の下面７０Ａにおいて、最終光学素子ＬＳ１に対して供給口１２よりも外側に設けられており、最終光学素子ＬＳ１及び供給口１２を囲むように設けられている。

そして、制御装置ＣＯＮＴは、液体供給装置１１を使って基板Ｐ上に液体ＬＱを所定量供給するとともに、液体回収装置２１を使って基板Ｐ上の液体ＬＱを所定量回収することで、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の露光光ＥＬの光路空間Ｋ１を液体ＬＱで満たし、基板Ｐ上に液体ＬＱの液浸領域ＬＲを局所的に形成する。液体ＬＱの液浸領域ＬＲを形成する際、制御装置ＣＯＮＴは、液体供給装置１１及び液体回収装置２１のそれぞれを駆動する。制御装置ＣＯＮＴの制御のもとで液体供給装置１１から液体ＬＱが送出されると、その液体供給装置１１から送出された液体ＬＱは、供給管１３を流れた後、ノズル部材７０の内部に形成された供給流路を介して、供給口１２より投影光学系ＰＬの像面側に供給される。また、制御装置ＣＯＮＴのもとで液体回収装置２１が駆動されると、投影光学系ＰＬの像面側の液体ＬＱは回収口２２を介してノズル部材７０の内部に形成された回収流路に流入し、回収管２３を流れた後、液体回収装置２１に回収される。

次に、図２を参照しながら気泡検出装置６０について説明する。気泡検出装置６０は、基板Ｐと、基板Ｐと対向する位置に設けられ露光光ＥＬが通過する最終光学素子ＬＳ１との間の光路空間Ｋ１に満たされた液体ＬＱ中の気泡の情報を取得するものであって、光路空間Ｋ１の液体ＬＱに検出光Ｌａを投射する投射部６１と、液体ＬＱを通過した検出光Ｌａを受光可能な受光部６２とを有している。投射部６１は、検出光Ｌａを基板Ｐの表面に対して傾斜方向から投射することにより、光路空間Ｋ１の液体ＬＱに検出光Ｌａを投射する。検出光Ｌａは、液体ＬＱを介して基板Ｐの表面に投射される。基板Ｐの表面に投射され、その基板Ｐの表面で反射した検出光Ｌａは、受光部６２に到達可能となっている。投射部６１は、検出光Ｌａを光路空間Ｋ１に対して離れた位置から基板Ｐの表面に対して投射する。本実施形態においては、投射部６１は光路空間Ｋ１に対して−Ｘ側（一方側）に離れた位置に設けられ、受光部６２は光路空間Ｋ１に対して＋Ｘ側（他方側）に離れた位置に設けられている。

ノズル部材７０には、検出光Ｌａを通過（透過）させるための通過部７１が設けられている。通過部７１は、検出光Ｌａを透過可能な光学部材を含んで構成されている。投射部６１から投射された検出光Ｌａは、ノズル部材７０に設けられた光学部材のうち、ノズル部材７０の−Ｘ側の側面に設けられた第１面７１Ａより入射し、ノズル部材７０の下面７０Ａのうち光路空間Ｋ１に対して−Ｘ側の領域に設けられた第２面７１Ｂより射出される。射出面７１Ｂより射出された検出光Ｌａは、ノズル部材７０の下面７０Ａと基板Ｐの表面との間に満たされている液体ＬＱを通過した後、基板Ｐの表面に傾斜方向から照射される。基板Ｐの表面で反射した検出光Ｌａは、ノズル部材７０の下面７０Ａのうち光路空間Ｋ１に対して＋Ｘ側の領域に設けられた第３面７１Ｃより入射し、ノズル部材７０の＋Ｘ側の側面に設けられた第４面７１Ｄより射出される。そして、第４面７１Ｄより射出された検出光Ｌａは受光部６２に到達するようになっている。

ここで、第２面７１Ｂ及び第３面７１Ｃは、光路空間Ｋ１に対して供給口１２よりも内側（光路空間Ｋ１に近い側）に設けられており、第２面７１Ｂ及び第３面７１Ｃは、光路空間Ｋ１に満たされた液体ＬＱと接触（密着）するように設けられている。すなわち、本実施形態においては、液浸機構１は、ノズル部材７０の下面７０Ａと基板Ｐの表面との間の空間を含む光路空間Ｋ１に液体ＬＱを満たすようになっている。したがって、光路空間Ｋ１に満たされた液体ＬＱ中に気泡を含む気体部分が無い場合には、第２面７１Ｂから射出された検出光Ｌａは、気体部分を通過することなく、液体ＬＱを通過した後、基板Ｐの表面に到達し、その基板Ｐの表面で反射した後、気体部分を通過することなく、第３面７１Ｃより入射する。

なお図２において、検出光Ｌａが通過する第１面７０Ａ〜第４面７０Ｄを有する光学部材の形状や配置（位置、角度など）は、検出光Ｌａが基板Ｐの表面に照射され、基板Ｐ表面で反射した検出光Ｌａが受光部６２に到達するように最適化されているが、ここでは説明を簡単にするために詳細は省略する。

本実施形態の気泡検出装置６０の投射部６１は、液体ＬＱ（基板Ｐの表面）に、複数の検出光Ｌａを投射する。投射部６１は、液体ＬＱに複数の検出光Ｌａを略同時に投射する。投射部６１は、検出光Ｌａを射出する複数の射出部を有しており、射出部の数に応じた複数の検出光Ｌａを投射する。

図３は基板Ｐの表面に投射された検出光Ｌａを示す模式図である。本実施形態においては、投射部６１は２５個の射出部を有しており、図３に示すように、基板Ｐ（液体ＬＱ）には２５本の検出光Ｌａ（Ｌａ１〜Ｌａ２５）が投射される。投射部６１から投射される複数の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５の基板Ｐの表面に対する入射角度はそれぞれ同じ角度に設定されており、投射部６１から投射された複数（２５本）の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５は、基板Ｐ上におけるマトリクス状の複数の所定位置のそれぞれに照射される。受光部６２は、投射部６１から投射される複数の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５に対応する複数（２５個）の受光センサ６２Ｓを有している。なお、図２では、図面を見やすくするため、複数の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５、及び複数の受光センサ６２Ｓのうち、一部の検出光Ｌａ、及びそれに対応する受光センサ６２Ｓが図示されている。

また、投射部６１から投射される複数の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５のうち、少なくとも一部の検出光Ｌａは基板Ｐ上の投影領域ＡＲに投射されるようになっている。本実施形態においては、基板Ｐ上においてマトリクス状に照射される２５本の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５のうち、中央の検出光Ｌａ１３が投影領域ＡＲのほぼ中央部に照射される。また、本実施形態においては、投影領域ＡＲの中央部と液浸領域ＬＲの中央部とはほぼ一致しており、検出光Ｌａ１３は、液浸領域ＬＲのほぼ中央部に照射される。

なお、本実施形態においては、検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５は、その断面視における形状をスリット状（矩形状）に設定された所謂スリット光であるが、スリット光に限られず、例えばその断面視における形状を略円形状に設定された所謂スポット光でもよい。

次に、気泡検出装置６０による気泡検出の原理について説明する。気泡検出装置６０の受光部６２は、光路空間Ｋ１に所望状態の液体ＬＱが満たされているとき、投射部６１から投射され、液体ＬＱを通過し、基板Ｐの表面で反射した検出光Ｌａを受光可能なように設けられている。すなわち、基板Ｐの表面と基準面（例えば投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介して形成される像面）とが所定の位置関係になっているとともに、液体ＬＱ中に気泡が無く、液体ＬＱが所望状態である場合、投射部６１から光路空間Ｋ１の液体ＬＱに投射された検出光Ｌａは、液体ＬＱを通過して基板Ｐの表面で反射し、受光部６２の受光センサ６２Ｓの受光面上に設定された基準位置に所定の光量で到達するようになっている。また、液体ＬＱが所望状態である場合、受光センサ６２Ｓの出力値（受光信号）はほぼ一定となる。換言すれば、液体ＬＱが所望状態である場合、受光センサ６２Ｓの出力値は、時間経過に対して揺らぎの無いほぼ一定値となる。

一方、液体ＬＱ中に気泡が存在し、検出光Ｌａの光路上に気泡が配置されると、その検出光Ｌａの一部が散乱したり、あるいはその検出光Ｌａの光路が変動する等して、検出光Ｌａが受光部６２の受光センサ６２Ｓに到達しない、あるいは検出光Ｌａが受光センサ６２Ｓの受光面上に到達する位置（受光位置）と基準位置とのずれ量が所定量以上となる、あるいは検出光Ｌａの光量が低下された状態で受光センサ６２Ｓに到達する等の状況が生じる。したがって、気泡検出装置６０は、受光部６２（受光センサ６２Ｓ）の受光結果に基づいて、液体ＬＱ中を通過する検出光Ｌａの光路上に気泡が有るか否かを判断することができる。

例えば、図４の模式図に示すように、液体ＬＱ中を通過する検出光Ｌａの光路近傍に気泡が存在する場合、その気泡の影響によって、検出光Ｌａの光路上の液体ＬＱの状態（比重、密度等）が変動する可能性がある。すなわち、検出光Ｌａの光路近傍に存在する気泡が液体ＬＱ中を動くことによって、検出光Ｌａの光路上の液体ＬＱを揺らして比重（密度）等を変動させ、その比重（密度）等が変動した液体ＬＱ中を検出光Ｌａが通過することによって、その検出光Ｌａに対応する受光センサの出力値に揺らぎが生じる可能性がある。すなわち、検出光Ｌａの光路上に気泡が存在しなくても、検出光Ｌａの光路近傍に存在する気泡の影響によって、その検出光Ｌａに対応する受光センサ６２Ｓの出力値に揺らぎが生じる現象が生じる。換言すれば、検出光Ｌａの光路近傍に気泡が存在する場合、その検出光Ｌａが受光センサ６２Ｓの受光面上に到達する位置（受光位置）と基準位置とのずれ量が所定量以下であるものの、基準位置に対する受光位置が時間経過に伴って揺動する（揺らぐ）現象が生じる。したがって、気泡検出装置６０は、受光部６２（受光センサ６２Ｓ）の受光結果に基づいて、検出光Ｌａの光路上に配置された気泡のみならず、液体ＬＱ中を通過する検出光Ｌａの光路近傍に存在する気泡も検出することができる。

図５は受光部６２の受光センサ６２Ｓの出力値と時間との関係を示す図である。ここで、受光センサ６２Ｓは、受光面上での基準位置と受光位置とのずれ量を出力値として出力するものとする。図５中、横軸は時間、縦軸は受光センサ６２Ｓの受光面上での基準位置（ここでは０）と受光位置とのずれ量である。図５には２５本の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５のそれぞれに対応する受光センサ６２Ｓの出力値のうち、一例として、第１、第２、第３の検出光Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３に対応する受光センサ６２Ｓの出力値が示されている。

第１、第２の検出光Ｌａ１、Ｌａ２に対応する受光センサ６２Ｓの出力値（受光位置）は、基準値（基準位置）に対するずれ量が所定量以下であるとともに、基準値に対してほぼ一定であり、大きな揺らぎが生じていないため、第１、第２の検出光Ｌａ１、Ｌａ２の光路上及び光路近傍には気泡が存在しないと判断される。

一方、第３の検出光Ｌａ３に対応する受光センサの出力値（受光位置）は、基準値（基準位置）に対するずれ量が所定量以下であるものの、揺らぎが大きいため、第３の検出光Ｌａの光路上には気泡が存在しないものの、第３の検出光Ｌａ３の光路近傍に気泡が存在していると判断される。

また、気泡検出装置６０は、基板ステージＰＳＴに保持されている基板Ｐの表面の面位置情報を検出可能な所謂斜入射方式のフォーカス・レベリング検出系として機能する。フォーカス・レベリング検出系は、基板Ｐの表面の面位置情報（Ｚ軸方向の位置情報、及びθＸ及びθＹ方向の傾斜情報）を検出する。制御装置ＣＯＮＴは、フォーカス・レベリング検出系として機能する気泡検出装置６０の検出結果に基づいて、基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを駆動し、基板Ｐのフォーカス位置（Ｚ位置）及び傾斜角（θＸ、θＹ）を制御して基板Ｐの表面と投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介した像面との位置関係を調整可能であるとともに、レーザ干渉計９４の計測結果に基づいて、基板ＰのＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθＺ方向における位置制御を行うことができる。

次に、上述の露光装置ＥＸを用いて基板Ｐを露光する方法について図６のフローチャート図を参照しながら説明する。

まず、制御装置ＣＯＮＴは、液体ＬＱが存在していない初期状態の光路空間Ｋ１を液体ＬＱで満たすために、基板ステージＰＳＴを所定の位置（初期満たし位置）に移動する（ステップＳＡ１）。なお、基板ステージＰＳＴ（基板ホルダＰＨ）には基板Ｐが既にロードされている。

ここで、以下の説明においては、液体ＬＱが存在していない初期状態の光路空間Ｋ１を液体ＬＱで満たすために、その光路空間Ｋ１に対して液体ＬＱを供給する動作を適宜、「初期満たし動作」と称する。すなわち、初期満たし動作とは、液体ＬＱが無い状態（空の状態）の光路空間Ｋ１に対して液体ＬＱを供給することによって、その光路空間Ｋ１を液体ＬＱで満たす動作を言う。

本実施形態においては、光路空間Ｋ１を初期満たしするために、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬの最終光学素子ＬＳ１と、基板ステージＰＳＴの上面９７とが対向するように、基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴの位置を調整する。

基板ステージＰＳＴを初期満たし動作可能な初期満たし位置へ移動した後、制御装置ＣＯＮＴは、光路空間Ｋ１の初期満たし動作を開始する（ステップＳＡ２）。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、最終光学素子ＬＳ１と基板ステージＰＳＴの上面９７とを対向させ、最終光学素子ＬＳ１と基板ステージＰＳＴの上面９７との間の液体ＬＱが存在していない光路空間Ｋ１に対する液体ＬＱの供給を開始する。制御装置ＣＯＮＴは、最終光学素子ＬＳ１と基板ステージＰＳＴの上面９７とを対向させた状態で、その最終光学素子ＬＳ１と基板ステージＰＳＴの上面９７との間に液浸機構１を使って液体ＬＱを供給することで、最終光学素子ＬＳ１の像面側の光路空間Ｋ１を液体ＬＱで満たすことができる。光路空間Ｋ１を液体ＬＱで満たす際には、制御装置ＣＯＮＴは、液浸機構１の液体供給装置１１による液体供給動作と、液体回収装置２１による液体回収動作とを並行して行う。

上述のステップＳＡ１やステップＳＡ２においては、基板ステージＰＳＴに設けられているエンコーダなどの位置計測装置によって、基板Ｐを含む基板ステージＰＳＴのＺ軸方向の位置、ひいては最終光学素子ＬＳ１の下面と基板ステージＰＳＴの上面９７との間のギャップが計測され、制御装置ＣＯＮＴは、その位置計測装置の計測結果に基づいて、基板ステージＰＳＴのＺ軸方向及びθＸ、θＹ方向の位置制御（サーボ制御）を行う。

そして、液浸機構１の液体供給装置１１による液体供給動作と、液体回収装置２１による液体回収動作とを所定時間並行して行うことにより、光路空間Ｋ１が液体ＬＱで満たされ、初期満たし動作が終了する（ステップＳＡ３）。なお、本実施形態においては、制御装置ＣＯＮＴは、初期満たし動作のために光路空間Ｋ１に液体ＬＱの供給を開始したときから、予め設定された所定時間経過後に、初期満たし動作が終了したと判断する。

次に、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴをＸＹ方向に移動して液体ＬＱの液浸領域ＬＲを基板Ｐ上に移動した後、気泡検出装置（フォーカス・レベリング検出系）６０の受光部６２を構成する複数（２５個）の受光センサ６２Ｓのうち、所定の受光センサ６２Ｓを用いて、基板ステージＰＳＴに保持された基板Ｐの表面の面位置情報の取得（サーボ）を開始する。そして、制御装置ＣＯＮＴは、その取得した面位置情報に基づいて、基板Ｐの表面のＺ軸方向及びθＸ、θＹ方向の位置制御（サーボ制御）を開始する（ステップＳＡ４）。

以下の説明においては、初期満たし終了後、基板Ｐの表面の位置制御（サーボ制御）を開始するときに使用される受光センサ６２Ｓを適宜、「第１の所定センサ」と称する。

上述したように、気泡検出装置（フォーカス・レベリング検出系）６０の受光部６２は、光路空間Ｋ１に液体ＬＱが満たされているとき、投射部６１から投射され、液体ＬＱを通過し、基板Ｐの表面で反射した検出光Ｌａを受光可能なように設けられているため、初期満たし終了前においては、基板Ｐを含む基板ステージＰＳＴのＺ軸方向及びθＸ、θＹ方向の位置情報は、基板ステージＰＳＴに設けられたエンコーダ等の位置計測装置によって計測され、初期満たし終了後においては、気泡検出装置（フォーカス・レベリング検出系）６０によって計測される。

本実施形態においては、初期満たし終了した後、基板Ｐの表面の位置制御（サーボ制御）を開始するときに使用される第１の所定センサとして、液浸領域ＬＲの中央部に照射される所定数の検出光（例えば検出光Ｌａ８、Ｌａ１２、Ｌａ１４、Ｌａ１８など）に対応する受光センサ６２Ｓが用いられる。そして、制御装置ＣＯＮＴは、この第１の所定センサの受光結果に基づいて、基板Ｐのサーボ制御を開始する。なお、上述の第１の所定センサは一例であって、基板Ｐのサーボ制御を開始するとき、他の検出光Ｌａに対応する受光センサ６２Ｓの検出結果を使用してもよい。あるいは、上述の検出光Ｌａ８、Ｌａ１２、Ｌａ１４、Ｌａ１８に対応する受光センサ６２Ｓに加えて、例えば中央部の検出光Ｌａ１３に対応する受光センサ６２Ｓを用い、これら検出光Ｌａ８、Ｌａ１２、Ｌａ１３、Ｌａ１４、Ｌａ１８のそれぞれに対応する受光センサ６２Ｓを第１の所定センサとし、サーボ制御を開始するときには、その第１の所定センサの検出結果を用いるようにしてもよい。

制御装置ＣＯＮＴは、第１の所定センサの受光結果に基づいて、第１の所定センサがサーボ可能な状態であるか否かを判別する（ステップＳＡ５）。

ここで、サーボ可能な状態とは、受光部６２（受光センサ６２Ｓ）から所定の出力値が出力される状態を言う。具体的には、検出光Ｌａが受光センサ６２Ｓの受光面上に到達する位置（受光位置）と基準位置とのずれ量が所定量以下である状態を言う。制御装置ＣＯＮＴは、受光部６２（受光センサ６２Ｓ）からの出力値に基づいて、サーボ可能な状態か否かを判断することができる。

サーボ可能な状態であるか否かを判別するとき、制御装置ＣＯＮＴは、第１の所定センサの受光結果をモニタしつつ、基板Ｐを保持した基板ステージＰＳＴをＺ軸方向に移動し、第１の所定センサがサーボ可能な基板Ｐ（基板ステージＰＳＴ）のＺ軸方向の位置を探す動作を実行する。サーボ可能な基板Ｐ（基板ステージＰＳＴ）のＺ軸方向の位置は、基板ステージＰＳＴのＺ軸方向の全ストロークのうちの一部の範囲であるため、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴをＺ軸方向に移動しつつ、第１の所定センサがサーボ可能な位置を探す。また、第１の所定センサがサーボ可能な位置を探すときには、基板Ｐ（基板ステージＰＳＴ）のＺ軸方向の位置制御（フォーカス位置制御）のみならず、第１の所定センサを構成する複数の受光センサ６２Ｓのそれぞれがサーボ可能な状態となるように、基板Ｐ（基板ステージＰＳＴ）のθＸ、θＹ方向の位置制御（レベリング制御）も行われる。

ステップＳＡ５において、第１の所定センサがサーボ可能であると判断した場合、制御装置ＣＯＮＴは、第１の所定センサ以外の受光センサ６２Ｓ（第２の所定センサ）もサーボ可能な状態か否かを確認する（ステップＳＡ６）。

以下の説明においては、第１の所定センサがサーボ可能であると判断された後、次にサーボ可能であるか否かが判断される受光センサ６２Ｓを適宜、「第２の所定センサ」と称する。本実施形態においては、第２の所定センサとして、例えば検出光Ｌａ１、Ｌａ５、Ｌａ１１、Ｌａ１５、Ｌａ２１、Ｌａ２５に対応する受光センサ６２Ｓが用いられる。

そして、制御装置ＣＯＮＴは、第２の所定センサもサーボ可能な状態であるか否かを判別する（ステップＳＡ７）。

ステップＳＡ７において、第２の所定センサがサーボ可能であると判断した場合、制御装置ＣＯＮＴは、サーボ可能な第１、第２の所定センサの出力値を取得する（ステップＳＡ８）。

制御装置ＣＯＮＴは、上述の第１、第２の所定センサの出力値を、所定のサンプリング間隔で所定時間取得する。そして、制御装置ＣＯＮＴは、受光部６２（受光センサ６２Ｓ）の出力値を統計演算して、その演算結果に基づいて、液体ＬＱ中の気泡の情報を取得する。

具体的には、制御装置ＣＯＮＴは、例えば０．０２５秒のサンプリング間隔で、１０秒間、第１、第２の所定センサの出力値を取得する。そして、制御装置ＣＯＮＴは、この複数の出力値の平均値のまわりの散らばり度合いに基づいて、液体ＬＱ中の気泡の有無を検出する。

本実施形態においては、制御装置ＣＯＮＴは、所定のサンプリング間隔で所定時間取得した複数の出力値の標準偏差を導出する（ステップＳＡ９）。標準偏差は、第１、第２の所定センサを構成する複数（ここでは１０個）の受光センサ６２Ｓの出力値毎に導出される。

制御装置ＣＯＮＴは、導出した標準偏差値が、予め設定されている所定値以下か否かを判別する（ステップＳＡ１０）。

すなわち、標準偏差値が大きいということは、図４や図５等を参照して説明したように、受光センサ６２Ｓの出力値の揺らぎが大きいということになり、検出光Ｌａの光路近傍に気泡が存在しているということになる。したがって、複数（ここでは１０個）の受光センサ６２Ｓのうち、例えば検出光Ｌａ１１に対応する受光センサ６２Ｓの出力値に基づく標準偏差値が所定値よりも大きい場合には、検出光Ｌａ１１の光路近傍に気泡が存在すると判断することができる。

ここで、所定値とは、光路空間Ｋ１に満たされている液体ＬＱを所望状態に維持することができる標準偏差値の許容値、ひいては液体ＬＱ中を通過する光（検出光Ｌａ、露光光ＥＬ等）を所望状態で通過させることができる許容値である。標準偏差値が所定値以下であれば、気泡に起因する光の揺らぎが小さく、存在する気泡の数や大きさが許容レベル以下であるため、検出光Ｌａを用いて基板Ｐの面位置情報を検出するときの検出精度や、露光光ＥＬを用いて基板ＰにマスクＭのパターンを露光するときの露光精度は維持される。一方、標準偏差値が所定値以上である場合、気泡に起因する光の揺らぎが大きく、また存在する気泡の数や大きさが許容レベル以上であるため、検出光Ｌａを用いて基板Ｐの面位置情報を検出するときの検出精度や、露光光ＥＬを用いて基板ＰにマスクＭのパターンを露光するときの露光精度を維持することができない。この所定値は、予め実験やシミュレーションによって求めておくことができ、制御装置ＣＯＮＴに記憶されている。

このように、制御装置ＣＯＮＴは、導出した標準偏差に基づいて、液体ＬＱ中の気泡の有無を検出する。また、投射部６１は液体ＬＱに複数の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５を投射し、受光部６２は複数の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５のそれぞれに対応する受光センサ６２Ｓを含んで設けられているため、制御装置ＣＯＮＴは、複数の受光センサ６２Ｓそれぞれの受光結果に基づいて、液体ＬＱ中における気泡の位置を求めることができる。具体的には、制御装置ＣＯＮＴは、複数の受光センサ６２Ｓそれぞれの受光結果に基づいて、液体ＬＱ中の気泡が、複数の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５のうちどの検出光の近傍に存在するのかを求めることができる。

ステップＳＡ１０において、導出した標準偏差値が所定値以下であると判断した場合、制御装置ＣＯＮＴは、液体ＬＱ中に気泡が無い、あるいは存在しているとしてもその数や大きさは許容レベル以下と判断し、正常な露光動作を行うことができると判断し、基板Ｐの露光動作へと移行する（ステップＳＡ１１）。

なお、上述のステップＳＡ５において、サーボ不能であると判断した場合、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴを、Ｚ軸方向の全ストロークにわたって大きく動かし、サーボ可能な位置を探す（ステップＳＡ１２）。気泡以外の何らかの原因でサーボ不能な状況が発生したことも考えられるため、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴをＺ軸方向に大きく動かし、第１の所定センサがサーボ可能な位置を探す。

そして、再び、第１の所定センサがサーボ可能な状態となったか否かが判断される（ステップＳＡ１３）。検出光Ｌａ８、Ｌａ１２、Ｌａ１４、Ｌａ１８に対応する受光センサの受光結果をモニタしつつ、基板ステージＰＳＴをＺ軸方向に大きく動かして、第１の所定センサがサーボ可能な位置を探す動作を実行しても、サーボ不能である場合には、例えば光路空間Ｋ１に満たされた液体ＬＱ中に多量の気泡、あるいは巨大な気泡が存在する等の不都合が発生している可能性が高いため、制御装置ＣＯＮＴは、光路空間Ｋ１を満たす液体ＬＱ中に許容レベル以上の気泡があると判断し、光路空間Ｋ１の液体ＬＱを排除（全て回収）する（ステップＳＡ１４）。光路空間Ｋ１の液体ＬＱを排除する場合には、制御装置ＣＯＮＴは、液体供給装置１１（供給口１２）から光路空間Ｋ１に対する液体ＬＱの供給を停止し、その液体ＬＱの供給を停止した後においても、液体回収装置２１（回収口２２）を用いた液体ＬＱの回収を所定時間継続する。そして、制御装置ＣＯＮＴは、初期満たし動作を再度実行する。

また、上述のステップＳＡ７において、第２の所定センサがサーボ不能であると判断した場合、制御装置ＣＯＮＴは、液体ＬＱ中に気泡があると判断し、液体ＬＱを排除した後（ステップＳＡ１４）、初期満たし動作を再度実行する（ステップＳＡ２）。

また、上述のステップＳＡ１０において、導出した標準偏差値が所定値以上であると判断した場合、制御装置ＣＯＮＴは、液体ＬＱ中に許容レベル以上の気泡があると判断し、光路空間Ｋ１の液体ＬＱを排除した後（ステップＳＡ１４）、初期満たし動作を再度実行する（ステップＳＡ２）。

なお、所定回数（例えば３回）連続して初期満たし動作を再度実行するような状況が生じた場合には、制御装置ＣＯＮＴは、初期満たし動作が正常に実行されない旨を不図示の表示装置や警報装置で通知し、基板ステージＰＳＴを初期満たし位置に移動し、光路空間Ｋ１の液体ＬＱを排除した状態とすることができる。

以上説明したように、気泡検出装置６０によって、検出光Ｌａの光路上に存在する気泡はもちろん、検出光Ｌａの光路近傍（光路上以外の領域）に存在する気泡も検出することができ、光路空間Ｋ１に満たされた液体ＬＱ中の気泡の情報を素早く精確に取得することができる。したがって、取得した気泡の情報に基づいて、例えば気泡が有る場合には初期満たし動作を再度実行して気泡を排除する等、デバイス生産性の低下を抑制するための適切な処置を行うことができる。

なお、本実施形態においては、初期満たし動作後、基板Ｐを露光する前に、気泡検出装置６０を用いて液体ＬＱ中の気泡の情報を取得しているが、基板Ｐを液浸露光中に、気泡検出装置６０を用いて液体ＬＱ中の気泡の情報を取得することも可能である。そして、基板Ｐの液浸露光中に、導出した標準偏差値が所定値以上となった場合、例えば露光処理動作を中断したり、あるいは不図示の表示装置や警報装置を用いて、標準偏差値が所定値以上になった旨を通知することができる。また、気泡検出装置６０を用いた液体ＬＱ中の気泡の情報を取得する動作は、初期満たし動作直後のみならず、例えば所定時間間隔毎、所定基板処理枚数毎（ロット毎）などに実行してもよい。

また、気泡検出装置６０は、気泡の位置を求めることができるため、例えば気泡の位置を表示装置で表示するなどの動作を行うことができる。また、受光センサ６２Ｓの出力値の揺らぎの度合い（標準偏差値）に基づいて、気泡の数や大きさを推測することも可能である。

なお、上述の実施形態において、検出光Ｌａの光路上に存在する気泡を検出するために、受光部６２の一部として、投射部６１からの検出光Ｌａが直接入射しない位置に散乱光を受光するための不図示の散乱光用センサを配置し、投射部６１からの検出光Ｌａが液体ＬＱ中の気泡に当たって反射する散乱光を、その散乱光用センサで受光（暗視野検出）することによって、検出光Ｌａの光路上の気泡の有無を判断することもできる。気泡に投射された検出光Ｌａは散乱するため、気泡に投射された検出光Ｌａの一部が散乱することで、通常では検出されない強い光が散乱光用センサに入射し、この検出光Ｌａに対応する受光センサ６２Ｓに受光される光強度が低下する。制御装置ＣＯＮＴは、この散乱光用センサ及び受光センサ６２Ｓで検出される光の強度に基づいて、検出光Ｌａの光路上に気泡が存在するか否かを検出することもできる。また、散乱光用センサを設けた場合には、その散乱光用センサで検出される光の強度に基づいて気泡の大きさや量を求めることができる。例えば、小さい気泡はより大きな角度で光を散乱するので、制御装置ＣＯＮＴは、散乱光用センサの検出結果に基づいて、気泡からの散乱光の方向を求めることにより、気泡の大きさを求めることができる。更に、受光した光の強度を検出することで基板Ｐ上の単位面積当たりの気泡の量を求めることもできる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図７に示す露光装置ＥＸは、基板Ｐを保持する基板ステージＰＳＴと、露光処理に関する計測を行う計測器を搭載し、基板ステージＰＳＴとは独立して移動可能な計測ステージＫＳＴとを備えている。計測ステージＫＳＴには、基準マークが形成された基準部材や各種の光電センサが搭載されている。なお、計測ステージＫＳＴの詳細は、例えば特開平１１−１３５４００号公報や特開２０００−１６４５０４号公報等に開示されている。

上述の第１実施形態においては、最終光学素子ＬＳ１と基板ステージＰＳＴの上面９７とを対向させた状態で初期満たし動作を行っているが、初期満たし動作を実行するときや液体ＬＱ中の気泡の情報を取得するとき、図７に示すように、投影光学系ＰＬと計測ステージＫＳＴとを対向させた状態で行ってもよい。また、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬの最終光学素子ＬＳ１の光射出側に形成された液浸領域ＬＲを、基板ステージＰＳＴ上と計測ステージＫＳＴ上との間で移動可能である。液浸領域ＬＲを移動する際には、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴの上面と計測ステージＫＳＴの上面とを接触又は接近させた状態で、基板ステージＰＳＴと計測ステージＫＳＴとをＸＹ方向に一緒に移動し、液浸機構１によって形成された液浸領域ＬＲを基板ステージＰＳＴの上面と計測ステージＫＳＴの上面との間で移動する。こうすることにより、基板ステージＰＳＴと計測ステージＫＳＴとの隙間（ギャップ）からの液体ＬＱの流出を抑えつつ、投影光学系ＰＬの光路空間Ｋ１を液体ＬＱで満たした状態で、基板ステージＰＳＴ上と計測ステージＫＳＴ上との間で液浸領域ＬＲを移動することができる。したがって、計測ステージＫＳＴ上で初期満たし動作などを行った後、液浸領域ＬＲを基板ステージＰＳＴ上に移動することにより、基板Ｐを液浸露光することができる。

なお、初期満たし動作を実行するときや液体ＬＱ中の気泡の情報を取得するときには、投影光学系ＰＬの最終光学素子ＬＳ１と基板ステージＰＳＴ及び計測ステージＫＳＴ以外の所定の物体（例えば基板Ｐ）とを対向させた状態で行うようにしてもよい。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。上述の第１実施形態においては、ノズル部材７０に検出光Ｌａを通過させるための通過部７１を設け、気泡検出装置６０の検出光Ｌａはノズル部材７０の通過部７１を通過する構成であるが、本実施形態においては、図８に示すように、投射部６１から投射された検出光Ｌａは、光路空間Ｋ１に満たされた液体ＬＱの一方側（−Ｘ側）の界面から入射し、他方側（＋Ｘ側）の界面から射出され、受光部６２に到達するように設けられている。なお、第３実施形態の検出光Ｌａはノズル部材７０（通過部７１）を通過しないが、上述の第１、第２実施形態同様、投射部６１には２５個の射出部が設けられており、基板Ｐ（液体ＬＱ）には２５本の検出光Ｌａが投射される。また、投射部６１から投射される複数の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５の基板Ｐの表面に対する入射角度はそれぞれ同じ角度に設定されており、投射部６１から投射された複数（２５本）の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５は、基板Ｐ上においてマトリクス状の複数の所定位置のそれぞれに照射される。また、受光部６２は、投射部６１から投射される複数の検出光Ｌａ１〜Ｌａ２５に対応する複数（２５個）の受光センサ６２Ｓを有している。

第１の所定センサを用いてサーボを開始するとき（ステップＳＡ４）、第１の所定センサとして、検出光Ｌａ８、Ｌａ１２、Ｌａ１３、Ｌａ１４、Ｌａ１８など液浸領域ＬＲの中央部に照射される検出光に対応する受光センサ６２Ｓを用いることにより、気泡の影響を大きく受けずに、受光センサ６２Ｓによって検出光を受光することができる。すなわち、液浸領域ＬＲの中央部に照射される検出光Ｌａ８、Ｌａ１２、Ｌａ１３、Ｌａ１４、Ｌａ１８の光路は比較的気泡の影響を受けにくい光路に設定されている。

図９の模式図に示すように、気泡は液体ＬＱとの比重差により液浸領域ＬＲの上部に集まりやすいが、第１の所定センサ以外の受光センサ６２Ｓに対応する検出光Ｌａ（例えば検出光Ｌａ１１、Ｌａ１５等）は、投射部６１と受光部６２との間において、液浸領域ＬＲの上部を通過するので、その光路上に気泡が配置される可能性が高い。したがって、その検出光Ｌａ（Ｌａ１１、Ｌａ１５等）に対応する受光センサ６５Ｓは気泡の影響を受けやすいこととなる。一方、第１の所定センサに対応する検出光Ｌａは、投影領域ＡＲ（液浸領域ＬＲ）の中央部を通る形態であって、その検出光Ｌａの光路は液浸領域ＬＲの上部を通過しないため、気泡の影響を受けにくい。したがって、サーボ制御を開始するときには、気泡の影響を受けにくい光路に設定されている検出光Ｌａの受光結果に基づいて、サーボ制御を開始することにより、サーボ制御を円滑に開始することができる。

なお、図６のステップＳＡ７等において、検出光Ｌａ１、Ｌａ５、Ｌａ１１、Ｌａ１５、Ｌａ２１、Ｌａ２５などに対応する受光センサ６２Ｓを含む第２の所定センサがサーボ不能なときには、これらの検出光の光路は液浸領域ＬＲの上部に設けられているため、制御装置ＣＯＮＴは、液浸領域ＬＲの上部（ノズル部材７０の下面７０Ａ近傍）に気泡があると判断できる。このように、制御装置ＣＯＮＴは、第２の所定センサの出力値に基づいて、気泡のＺ軸方向の位置を求めることができる。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態の露光装置ＥＸは、上述の気泡検出装置６０の受光部６２の出力値を統計演算して、その演算結果に基づいて、光路空間Ｋ１の液体ＬＱの温度を調整する。光路空間Ｋ１の液体ＬＱの温度を調整するための温度調整装置は、上述の投射部６１、受光部６２、液体供給装置１１の温調装置１８、及び制御装置ＣＯＮＴを含んで構成されている。

光路空間Ｋ１に満たされた液体ＬＱ中に温度分布が発生すると、液体ＬＱを通過する光（検出光Ｌａ、露光光ＥＬ等）に対する屈折率分布が生じる。この屈折率分布によって、受光部６２で検出光Ｌａを受光したときの出力値に揺らぎが生じる。制御装置ＣＯＮＴは、上述の実施形態同様、受光部６２の複数の出力値の平均値のまわりの散らばり度合いに基づいて、液体ＬＱの温度分布（ひいては屈折率分布）が低減されるように、光路空間Ｋ１の液体ＬＱの温度を調整する。具体的には、制御装置ＣＯＮＴは、受光部６２の出力値を所定のサンプリング間隔で所定時間取得し、出力値の標準偏差に基づいて、標準偏差値が予め定められた所定値以下となるように、液体供給装置１１に設けられた温調装置１８を制御し、液体供給装置１１によって光路空間Ｋ１に供給される液体ＬＱの温度を調整することによって、光路空間Ｋ１の液体ＬＱの温度を調整する。

光路空間Ｋ１に満たされた液体ＬＱの温度分布の発生の原因の１つとして、液体供給装置１１より光路空間Ｋ１に供給される液体ＬＱの温度と、空調系３００により調整される露光装置ＥＸを収容するチャンバ装置ＣＨの内部空間の温度との差が挙げられる。上述のように、空調系３００は、光路空間Ｋ１近傍の空間の温度を調整可能である。

液体供給装置１１の温調装置１８を用いて、光路空間Ｋ１に供給される液体ＬＱを所望温度に調整できたとしても、光路空間Ｋ１に供給された液体ＬＱの温度と、空調系３００により調整された光路空間Ｋ１近傍の空間の温度との間に差があると、その温度差に起因して、光路空間Ｋ１を満たす液体ＬＱ中に温度分布（屈折率分布）が生じる可能性がある。液体ＬＱの温度分布（屈折率分布）は、基板Ｐ上に投影するパターン像の劣化を招く。

そこで、制御装置ＣＯＮＴは、受光部６２の出力値を統計演算して、液体ＬＱの温度分布の情報（ひいては屈折率分布の情報）を取得し、光路空間Ｋ１に供給された液体ＬＱとその周囲の空間との間の温度差を低減するように、すなわち、光路空間Ｋ１に満たされる液体ＬＱの温度分布（屈折率分布）を低減するように、液体供給装置１１に設けられた温調装置１８を制御する。

制御装置ＣＯＮＴは、受光部６２からの出力値に基づいて導出した標準偏差値が予め定められた所定値以下となるように、すなわち液体ＬＱの温度分布に起因する受光部６２の出力値の揺らぎが低減されるように、温調装置１８を使って、光路空間Ｋ１に対して供給する液体ＬＱの温度を調整する。こうすることにより、液体ＬＱの温度の情報を素早く精確に取得することができるとともに、液体ＬＱの温度（温度分布）を所望状態にすることができる。したがって、デバイス生産性の低下を抑制することができる。

なお、第４実施形態の温度調整装置６０も、基板Ｐの面位置情報を検出可能なフォーカス・レベリング検出系としての機能を備えている。

なお、上述の気泡検出装置（温度調整装置）６０に、基板Ｐの面位置情報を検出するためのフォーカス・レベリング検出系の機能を持たせずに、気泡検出装置（温度調整装置）６０とは別に、基板Ｐ表面の面位置情報を検出するフォーカス・レベリング検出系を搭載してもよい。このフォーカス・レベリング検出系は、光学的な検出系であってもよいし、非光学的な検出系であってもよい。また、このフォーカス・レベリング検出系は、液体ＬＱを介して検出を行うものであってもよいし、液体ＬＱを介さずに検出するものであってもよい。

上述したように、本実施形態における液体ＬＱは純水により構成されている。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できるとともに、基板Ｐ上のフォトレジストや光学素子（レンズ）等に対する悪影響がない利点がある。また、純水は環境に対する悪影響がないとともに、不純物の含有量が極めて低いため、基板Ｐの表面、及び投影光学系ＰＬの先端面に設けられている光学素子の表面を洗浄する作用も期待できる。なお工場等から供給される純水の純度が低い場合には、露光装置が超純水製造器を持つようにしてもよい。

そして、波長が１９３ｎｍ程度の露光光ＥＬに対する純水（水）の屈折率ｎはほぼ１．４４程度と言われており、露光光ＥＬの光源としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を用いた場合、基板Ｐ上では１／ｎ、すなわち約１３４ｎｍに短波長化されて高い解像度が得られる。更に、焦点深度は空気中に比べて約ｎ倍、すなわち約１．４４倍に拡大されるため、空気中で使用する場合と同程度の焦点深度が確保できればよい場合には、投影光学系ＰＬの開口数をより増加させることができ、この点でも解像度が向上する。

本実施形態では、投影光学系ＰＬの先端に光学素子ＬＳ１が取り付けられており、この光学素子により投影光学系ＰＬの光学特性、例えば収差（球面収差、コマ収差等）の調整を行うことができる。なお、投影光学系ＰＬの先端に取り付ける光学素子としては、投影光学系ＰＬの光学特性の調整に用いる光学プレートであってもよい。あるいは露光光ＥＬを透過可能な平行平面板であってもよい。

なお、液体ＬＱの流れによって生じる投影光学系ＰＬの先端の光学素子と基板Ｐとの間の圧力が大きい場合には、その光学素子を交換可能とするのではなく、その圧力によって光学素子が動かないように堅固に固定してもよい。

なお、本実施形態では、投影光学系ＰＬと基板Ｐ表面との間は液体ＬＱで満たされている構成であるが、例えば基板Ｐの表面に平行平面板からなるカバーガラスを取り付けた状態で液体ＬＱを満たす構成であってもよい。

また、上述の実施形態の投影光学系は、先端の光学素子の像面側の光路空間を液体で満たしているが、国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレットに開示されているように、先端の光学素子の物体面側の光路空間も液体で満たす投影光学系を採用することもできる。すなわち、気泡検出装置６０を用いた検出動作は、最終光学素子ＬＳ１の像面側の光路空間Ｋ１に満たされた液体ＬＱに対してのみならず、最終光学素子ＬＳ１の物体面側に満たされる液体ＬＱに対しても行うことができる。

なお、本実施形態の液体ＬＱは水であるが、水以外の液体であってもよい、例えば、露光光ＥＬの光源がＦ_２レーザである場合、このＦ_２レーザ光は水を透過しないので、液体ＬＱとしてはＦ_２レーザ光を透過可能な例えば、過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）やフッ素系オイル等のフッ素系流体であってもよい。この場合、液体ＬＱと接触する部分には、例えばフッ素を含む極性の小さい分子構造の物質で薄膜を形成することで親液化処理する。また、液体ＬＱとしては、その他にも、露光光ＥＬに対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系ＰＬや基板Ｐ表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なもの（例えばセダー油）を用いることも可能である。

また、液体ＬＱとしては、屈折率が１．６〜１．８程度のものを使用してもよい。更に、石英や蛍石よりも屈折率が高い（例えば１．６以上）材料で光学素子ＬＳ１を形成してもよい。

なお、上記各実施形態の基板Ｐとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、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、シリコンウエハ）等が適用される。

露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。

また、露光装置ＥＸとしては、第１パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で第１パターンの縮小像を投影光学系（例えば１／８縮小倍率で反射素子を含まない屈折型投影光学系）を用いて基板Ｐ上に一括露光する方式の露光装置にも適用できる。この場合、更にその後に、第２パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で第２パターンの縮小像をその投影光学系を用いて、第１パターンと部分的に重ねて基板Ｐ上に一括露光するスティッチ方式の一括露光装置にも適用できる。また、スティッチ方式の露光装置としては、基板Ｐ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写し、基板Ｐを順次移動させるステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。

また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報などに開示されているような複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

また、基板を保持する基板ステージと、基準マークが形成された基準部材や各種の光電センサを搭載した計測ステージとを複数備えた露光装置にも本発明を適用することができる。

また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に局所的に液体を満たす露光装置を採用しているが、本発明は、特開平６−１２４８７３号公報、特開平１０−３０３１１４号公報、米国特許第５，８２５，０４３号などに開示されているような露光対象の基板の表面全体が液体中に浸かっている状態で露光を行う液浸露光装置にも適用可能である。

露光装置ＥＸの種類としては、基板Ｐに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。

なお、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスクを用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。

また、国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞を基板Ｐ上に形成することによって、基板Ｐ上にライン・アンド・スペースパターンを露光する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。

本願実施形態の露光装置ＥＸは、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図１０に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に露光する露光処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。 気泡検出装置の一実施形態を説明するための側面図である。 気泡検出装置を説明するための平面図である。 気泡検出装置の検出原理を説明するための模式図である。 気泡検出装置の検出原理を説明するための図である。 露光装置の動作の一例を説明するためのフローチャート図である。 露光装置の別の実施形態を説明するための図である。 気泡検出装置の別の実施形態を説明するための図である。 気泡検出装置の検出原理を説明するための模式図である。 マイクロデバイスの製造工程の一例を説明するためのフローチャート図である。

符号の説明

１…液浸機構、１１…液体供給装置、１８…温調装置（温度調整装置）、６０…気泡検出装置、６１…投射部、６２…受光部、ＥＬ…露光光、ＥＸ…露光装置、Ｋ１…光路空間、Ｌａ（Ｌａ１〜Ｌａ２５）…検出光、ＬＱ…液体、ＬＳ１…最終光学素子、Ｐ…基板

Claims (12)

1. 露光光の光路空間を液体で満たし、前記液体を介して基板上に露光光を照射して前記基板を露光する露光装置において、
   前記液体に検出光を投射する投射部と、前記液体を通過した検出光を受光可能な受光部とを有し、前記受光部の出力値を統計演算して、該演算結果に基づいて前記液体中の気泡の情報を取得する気泡検出装置を備えた露光装置。
2. 前記気泡検出装置は、前記受光部の複数の出力値の平均値のまわりの散らばり度合いに基づいて、前記液体中の気泡の有無を検出する請求項１記載の露光装置。
3. 前記気泡検出装置は、前記出力値を所定のサンプリング間隔で所定時間取得し、前記出力値の標準偏差に基づいて、前記液体中の気泡の有無を検出する請求項１又は２記載の露光装置。
4. 前記投射部は前記液体に複数の検出光を投射し、前記受光部は前記複数の検出光のそれぞれに対応して設けられ、前記受光部の受光結果に基づいて前記液体中における気泡の位置を求める請求項１〜３のいずれか一項記載の露光装置。
5. 前記気泡検出装置は、前記基板と、該基板と対向する位置に設けられ前記露光光が通過する光学部材との間の光路空間に満たされた液体中の気泡を検出する請求項１〜４のいずれか一項記載の露光装置。
6. 前記気泡検出装置は、前記基板の面位置情報を検出可能である請求項１〜５のいずれか一項記載の露光装置。
7. 前記演算結果に基づいて、前記液体の温度を調整する温度調整装置を更に備えた請求項１〜６のいずれか一項記載の露光装置。
8. 露光光の光路空間を液体で満たし、前記液体を介して基板に露光光を照射して前記基板を露光する露光装置において、
   前記液体に検出光を投射する投射部と、前記液体を通過した検出光を受光可能な受光部とを有し、前記受光部の出力値を統計演算して、該演算結果に基づいて前記液体の温度を調整する温度調整装置を備えた露光装置。
9. 前記温度調整装置は、前記受光部の複数の出力値の平均値のまわりの散らばり度合いに基づいて、前記液体の温度を調整する請求項８記載の露光装置。
10. 前記光路空間に対して液体を供給する液体供給装置を備え、
    前記温度調整装置は、前記液体供給装置によって供給される液体の温度を調整する請求項８又は９記載の露光装置。
11. 前記温度調整装置は、前記基板の面位置情報を検出可能である請求項８〜１０のいずれか一項記載の露光装置。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれか一項記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
    

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