JP2007027631A - 露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光性能の劣化を防止できる露光装置を提供する。
【解決手段】 露光装置ＥＸは、最終光学素子ＦＬと基板Ｐとの間を液体ＬＱで満たす液浸機構１と、最終光学素子ＦＬと液体ＬＱとを介して基板Ｐ上にパルス状の露光光ＥＬを照射する照明系３０と、最終光学素子ＦＬの液体ＬＱと接触する下面Ｔ１での透過率の低下を抑えるために、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を所定値以上に設定する制御装置７とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板を露光する露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法に関するものである。

半導体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投影光学系を介して感光性の基板上に露光する露光装置が用いられる。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いる。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、投影光学系と基板との間の露光光の光路空間を液体で満たし、液体を介して露光する液浸法が案出されている。
国際公開第９９／４９５０４号パンフレット

ところで、投影光学系と基板との間の光路空間を液体で満たしたとき、その液体中に、例えば基板上から発生した不純物が混入する可能性がある。不純物を含んだ液体が投影光学系の光学部材に接触すると、その光学部材が汚染される可能性がある。光学部材の汚染は、露光性能の劣化をもたらす。

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、液浸法を適用する場合にも、露光性能の劣化を抑制できる露光方法及び露光装置、並びにその露光方法及び露光装置を用いる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、光学部材（ＦＬ）を介して基板（Ｐ）を露光する露光方法において、光学部材（ＦＬ）と基板（Ｐ）との間を液体（ＬＱ）で満たす動作と、光学部材（ＦＬ）と液体（ＬＱ）とを介して基板（Ｐ）上にパルス状の露光光（ＥＬ）を照射して基板（Ｐ）を露光する動作とを含み、光学部材（ＦＬ）の液体（ＬＱ）と接触する液体接触面（Ｔ１）での透過率の低下を抑えるために、パルス毎の露光光（ＥＬ）のエネルギー密度を所定値以上に設定する露光方法が提供される。

本発明の第１の態様によれば、パルス毎の露光光のエネルギー密度を所定値以上に設定することにより、光学部材の汚染を抑制することができ、露光性能の劣化を抑制することができる。

本発明の第２の態様に従えば、上記態様の露光方法を用いるデバイス製造方法が提供される。

本発明の第２の態様によれば、露光性能の劣化を抑制できるので、所望の性能を有するデバイスを製造することができる。

本発明の第３の態様に従えば、光学部材（ＦＬ）を介して基板（Ｐ）を露光する露光装置において、光学部材（ＦＬ）と基板（Ｐ）との間を液体（ＬＱ）で満たす液浸機構（１）と、光学部材（ＦＬ）と液体（ＬＱ）とを介して基板（Ｐ）上にパルス状の露光光（ＥＬ）を照射する照射装置（３０）と、光学部材（ＦＬ）の液体（ＬＱ）と接触する液体接触面（Ｔ１）での透過率の低下を抑えるために、パルス毎の露光光（ＥＬ）のエネルギー密度を所定値以上に設定する制御装置（７）とを備えた露光装置（ＥＸ）が提供される。

本発明の第３の態様によれば、パルス毎の露光光のエネルギー密度を所定値以上に設定することにより、光学部材の汚染を抑制することができ、露光性能の劣化を抑制することができる。

本発明の第４の態様に従えば、上記態様の露光装置を用いるデバイス製造方法が提供される。

本発明の第４の態様によれば、露光性能の劣化を抑制できるので、所望の性能を有するデバイスを製造することができる。

本発明によれば、露光性能の劣化を抑制することができ、所望の性能を有するデバイスを製造することができる。

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。

図１は本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３と、基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージ４と、マスクステージ３に保持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明系３０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７と、制御装置７に接続され、露光処理に関する各種情報を記憶した記憶装置８とを備えている。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。また、本実施形態においては、マスクとして透過型のマスクを用いるが、反射型のマスクを用いることもできる。

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の像面側の露光光ＥＬの光路空間Ｋを液体ＬＱで満たす液浸機構１を備えている。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に露光している間、液浸機構１を使って、露光光ＥＬの光路空間Ｋを液体ＬＱで満たす。露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬと光路空間Ｋ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上に照射することによって、マスクＭのパターン像を基板Ｐに露光する。また、本実施形態の露光装置ＥＸは、光路空間Ｋに満たされた液体ＬＱが、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。また、本実施形態においては、液体ＬＱとして純水を用いる。

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像を基板Ｐに露光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。

照明系３０は、露光光ＥＬをレーザビームとして射出する光源装置３１と、光源装置３１より射出された露光光（レーザビーム）ＥＬの断面形状を整形するビーム整形光学系３２と、通過する露光光ＥＬのエネルギーを調整するエネルギー調整器３３と、エネルギー調整器３３から射出され、ミラー３４によってその光路を折り曲げられた露光光ＥＬにより２次光源を形成してマスクＭ上での露光光ＥＬの照度を均一化するフライアイレンズ等を含むオプティカルインテグレータ３５と、オプティカルインテグレータ３５の光射出面に設けられた開口絞り（σ絞り）３６と、リレーレンズ系３８を構成する第１、第２リレーレンズ３８Ａ、３８Ｂと、マスクＭ上での露光光ＥＬの照射領域（照明領域）ＩＡを設定するブラインド装置３９と、コンデンサレンズ４０とを備えている。

光源装置３１はエキシマレーザ光源によって構成されている。光源装置３１から射出される露光光（レーザビーム）ＥＬとしては、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、光源装置３１としてＡｒＦエキシマレーザ光源を用い、露光光ＥＬとしてＡｒＦエキシマレーザ光を用いる。なお、光源装置３１から射出される露光光ＥＬ（レーザビーム）としては、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、及びＦ_２レーザ光のみならず、水銀ランプから射出される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）等を用いることもできる。

光源装置３１から射出される露光光（レーザビーム）ＥＬは、ビーム整形光学系３２に入射する。ビーム整形光学系３２は、光源装置３１から射出された露光光ＥＬがオプティカルインテグレータ３５に効率良く入射するように、その露光光ＥＬの断面形状を整形するものであって、例えばシリンドリカルレンズやビームエキスパンダ等を備えている。

ビーム整形光学系３２を通過した露光光ＥＬは、エネルギー調整器３３に入射する。エネルギー調整器３３は、そのエネルギー調整器３３から射出される露光光ＥＬのエネルギーを調整するものである。エネルギー調整器３３は、回転可能なレボルバ上に配置され、露光光ＥＬに対する透過率が互いに異なる複数のＮＤフィルタを備えている。エネルギー調整器３３は、レボルバを回転して、露光光ＥＬの光路上に配置されるＮＤフィルタを切り換えることにより、そのエネルギー調整器３３から射出される露光光ＥＬのエネルギーを複数段階で調整することができる。

エネルギー調整器３３から射出された露光光ＥＬは、ミラー３４によってその光路を折り曲げられ、オプティカルインテグレータ３５に入射する。オプティカルインテグレータ３５は、マスクＭ上での露光光ＥＬの照度を均一化するものであって、ミラー３４を介して入射された露光光ＥＬから多数の２次光源を形成する。オプティカルインテグレータ３５から射出され、開口絞り３６を通過した露光光ＥＬは、反射率が小さく透過率が大きいビームスプリッタ３７によって２つの方向に分岐される。

ビームスプリッタ３７を透過した露光光ＥＬは、第１リレーレンズ３８Ａを介してブラインド装置３９を通過する。ブラインド装置３９は、露光光ＥＬの光路上に設けられ、マスクＭ上での露光光ＥＬの照射領域（照明領域）ＩＡ、及び基板Ｐ上での露光光ＥＬの照射領域（投影領域）ＡＲを調整可能である。ブラインド装置３９は、マスクＭのパターン面に対する共役面近傍に配置されている。本実施形態のブラインド装置３９は、複数の板状部材３９Ａを組み合わせて構成されており、その板状部材３９Ａを駆動する駆動装置３９Ｄを備えている。そして、これら板状部材３９Ａによって、露光光ＥＬの光路上に、マスクＭ上の露光光ＥＬの照射領域（照明領域）ＩＡを設定するための開口３９Ｋが形成される。本実施形態では、開口３９Ｋは矩形状であり、マスクＭ上での露光光ＥＬの照射領域（照明領域）ＩＡ、及び基板Ｐ上での露光光ＥＬの照射領域（投影領域）ＡＲは矩形状に設定される。ブラインド装置３９によってマスクＭ上の露光光ＥＬの照射領域（照明領域）ＩＡが設定されることにより、基板Ｐ上の露光光ＥＬの照射領域（投影領域）ＡＲも設定される。また、制御装置７は、ブラインド装置３９の駆動装置３９Ｄを介して板状部材３９Ａを駆動することにより、開口３９Ｋの大きさを調整することができる。そして、制御装置７は、ブラインド装置３９の開口３９Ｋの大きさを調整することによって、マスクＭ上での露光光ＥＬの照射領域（照明領域）ＩＡの大きさ、及び基板Ｐ上での露光光ＥＬの投影領域（照射領域）ＡＲの大きさを調整することができる。本実施形態では、制御装置７は、ブラインド装置３９の駆動装置３９Ｄを用いて板状部材３９Ａを駆動することにより、走査方向（Ｙ軸方向）及び非走査方向（Ｘ軸方向）のそれぞれに対応する方向での開口３９Ｋの幅及び位置を調整することができる。これにより、制御装置７は、走査方向（Ｙ軸方向）及び非走査方向（Ｘ軸方向）のそれぞれにおける露光光ＥＬのマスクＭ上での照射領域（照明領域）ＩＡ、及び基板Ｐ上での照射領域（投影領域）ＡＲの大きさを調整することができる。

ブラインド装置３９を通過した露光光ＥＬは、第２リレーレンズ３８Ｂ、及びコンデンサレンズ４０を介して、マスクステージ３上に保持されたマスクＭ上の矩形状の照明領域ＩＡを均一な照度分布で照明する。

一方、ビームスプリッタ３７へ入射した露光光ＥＬのうち、ビームスプリッタ３７で反射した露光光ＥＬは、集光レンズ４１を介して計測器４２で計測される。計測器４２は、露光光ＥＬのエネルギーを計測するものであって、例えば光電変換素子などのインテグレータセンサによって構成されている。計測器４２の計測信号は制御装置７に出力される。

マスクステージ３は、リニアモータ等のアクチュエータを含むマスクステージ駆動装置３Ｄの駆動により、マスクＭを保持した状態で、Ｘ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向に移動可能である。マスクステージ３（ひいてはマスクＭ）の位置情報はレーザ干渉計３Ｌによって計測される。レーザ干渉計３Ｌはマスクステージ３上に設けられた移動鏡３Ｋを用いてマスクステージ３の位置情報を計測する。制御装置７は、レーザ干渉計３Ｌの計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置３Ｄを駆動し、マスクステージ３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のパターン像を所定の投影倍率で基板Ｐに投影するものであって、複数の光学素子を有しており、それら光学素子は鏡筒ＰＫで保持されている。本実施形態の投影光学系ＰＬは、その投影倍率が例えば１／４、１／５、１／８等の縮小系である。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、投影光学系ＰＬは、倒立像と正立像とのいずれを形成してもよい。本実施形態においては、投影光学系ＰＬの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ＦＬのみが光路空間Ｋの液体ＬＱと接触する。

基板ステージ４は、基板Ｐを保持する基板ホルダ４Ｈを有しており、ベース部材５上で、基板ホルダ４Ｈに基板Ｐを保持して移動可能である。基板ホルダ４Ｈは、基板ステージ４上に設けられた凹部４Ｒに配置されており、基板ステージ４のうち凹部４Ｒ以外の上面４Ｆは、基板ホルダ４Ｈ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、基板ホルダ４Ｈに保持された基板Ｐの表面と基板ステージ４の上面４Ｆとの間に段差があってもよい。

基板ステージ４は、リニアモータ等のアクチュエータを含む基板ステージ駆動装置４Ｄの駆動により、基板Ｐを保持した状態で、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４（ひいては基板Ｐ）の位置情報はレーザ干渉計４Ｌによって計測される。レーザ干渉計４Ｌは基板ステージ４に設けられた移動鏡４Ｋを用いて基板ステージ４のＸ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向に関する位置情報を計測する。また、基板ステージ４に保持されている基板Ｐの表面の面位置情報（Ｚ軸、θＸ、及びθＹ方向に関する位置情報）は、不図示のフォーカス・レベリング検出系によって検出される。制御装置７は、レーザ干渉計４Ｌの計測結果及びフォーカス・レベリング検出系の検出結果に基づいて基板ステージ駆動装置４Ｄを駆動し、基板ステージ４に保持されている基板Ｐの位置制御を行う。

また、基板ステージ４上には、例えば特開昭５７−１１７２３８号公報に開示されているような照度むらセンサ５０、及び特開平１１−１６８１６号公報（対応米国特許公開２００２／００６１４６９号）に開示されているような照射量センサ（照度センサ）５１が設けられている。これらセンサの上面は、基板ホルダ４Ｈに保持された基板Ｐの表面とほぼ同じ高さ（面一）となっている。

最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１を通過した露光光ＥＬの照度は、投影光学系ＰＬの像面側に配置されている照度センサ５１等を用いて計測することができる。また、投影光学系ＰＬの像面でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度は、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１が汚染される前に、照度センサ５１等を用いて計測することができる。あるいは、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を、照明系３０の計測器４２を用いて計測することもできる。この場合、計測器４２の計測信号と、投影光学系ＰＬの像面でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度との相関係数を予め求めておくことにより、計測器４２の計測結果と、前記相関係数とに基づいて、投影光学系ＰＬの像面での露光光ＥＬのエネルギー密度を導出することができる。

次に、液浸機構１について説明する。液浸機構１は、露光光ＥＬが通過する投影光学系ＰＬの最終光学素子ＦＬと、その最終光学素子ＦＬと対向する位置に設けられ、基板ステージ４に保持された基板Ｐとの間の光路空間Ｋを液体ＬＱで満たす。光路空間Ｋを満たす液体ＬＱは最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１と接触し、露光光ＥＬはその最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１を通過する。

液浸機構１は、光路空間Ｋの近傍に設けられ、光路空間Ｋに対して液体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の供給口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の回収口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。本実施形態においては、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のうち、基板Ｐの表面と対向する下面７０Ａに設けられている。ノズル部材７０の内部には、供給口１２と供給管１３とを接続する流路、及び回収口２２と回収管２３とを接続する流路が形成されている。液体供給装置１１及び液体回収装置２１の動作は制御装置７に制御される。液体供給装置１１は清浄で温度調整された液体ＬＱを送出可能であり、真空系等を含む液体回収装置２１は液体ＬＱを回収可能である。制御装置７は、液浸機構１を制御して、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ことで、光路空間Ｋを液体ＬＱで満たし、基板Ｐ上の一部の領域に液体ＬＱの液浸領域ＬＲを局所的に形成する。

次に、光源装置３１について説明する。本実施形態の光源装置３１は、パルスレーザ光源であって、パルス状の露光光（レーザビーム）ＥＬを射出する。また、光源装置３１は、射出する露光光ＥＬのエネルギーを調整することができる。具体的には、光源装置３１は、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギーを調整することができる。また、光源装置３１は、パルス発光周期を調整することができる。

図２は光源装置３１の一例を示す概略構成図である。図２において、光源装置３１は、レーザ共振器３１Ａと、レーザ共振器３１Ａから放出されたレーザビーム（露光光）ＥＬが照射されるビームスプリッタ３１Ｂと、レーザ共振器３１Ａから放出され、ビームスプリッタ３１Ｂを介したレーザビームのエネルギーを計測するエネルギー計測器３１Ｃと、レーザ共振器３１Ａから放出されるレーザビームのエネルギーを調整するレーザ制御器３１Ｄと、高圧電源３１Ｅとを備えている。ビームスプリッタ３１Ｂは、大きい透過率及び小さい反射率を有しており、レーザ共振器３１Ａからパルス的に放出されたレーザビームのうち、ビームスプリッタ３１Ｂを透過したレーザビームは外部に射出される。一方、ビームスプリッタ３１Ｂで反射したレーザビームは、光電変換素子からなるエネルギー計測器３１Ｃに入射し、そのエネルギー計測器３１Ｃに計測される。

レーザ制御器３１Ｄと制御装置７とは接続されており、制御装置７は、レーザ制御器３１Ｄに制御信号を出力可能である。制御装置７には、基板ステージ４上に設けられた照度むらセンサ５０、照度センサ５１、及び照明系３０の計測器４２のそれぞれが接続されている。本実施形態では、制御装置７は、照度むらセンサ５０、照度センサ５１、及び計測器４２の少なくとも一部の計測結果に基づいて、レーザ制御器３１Ｄに制御信号を出力する。レーザ制御器３１Ｄは、制御装置７からの制御信号に基づいて、高圧電源３１Ｅの電源電圧を設定することにより、レーザ共振器３１Ａから射出されるレーザビームの１パルス当たりのエネルギーを設定する。

また、上述のように、レーザ共振器３１Ａから放出され、ビームスプリッタ３１Ｂで反射したレーザビームは、エネルギー計測器３１Ｃで計測されるようになっており、そのエネルギー計測器３１Ｃの計測信号はレーザ制御器３１Ｄに出力される。レーザ制御器３１Ｄは、制御装置７からの制御信号に加えて、エネルギー計測器３１Ｃからの計測信号をエネルギー制御に用いることもできる。

このように、制御装置７は、レーザ制御器３１Ｄを介して、光源装置３１から射出されるレーザビーム（露光光）ＥＬのエネルギーを調整可能である。そして、制御装置７は、光源装置３１から射出される露光光ＥＬのエネルギーをパルス毎に調整することによって、所定面上でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を調整することができる。

ここで、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度とは、露光光ＥＬの１パルス当たりのエネルギーを照射断面積で割って求めた値であって、フルーエンス（fluence）とも呼ばれ、その単位は〔ｍＪ／ｃｍ^２〕である。

本実施形態においては、制御装置７は、最終光学素子ＦＬの液体ＬＱと接触する下面Ｔ１での露光光ＥＬに対する透過率の低下を抑えるために、投影光学系ＰＬの像面近傍の所定面上でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を所定値以上に調整する。具体的には、制御装置７は、投影光学系ＰＬの最終光学素子ＦＬの液体ＬＱと接触する下面Ｔ１、及び投影光学系ＰＬの像面（基板Ｐの表面）の少なくともいずれか一方でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を所定値以上に調整する。このことについて、図３及び図４を参照しながら説明する。

図３は露光対象である基板Ｐの一例を示す図である。図３において、基板Ｐは、基材Ｗと、その基材Ｗの上面の一部に被覆された感光材Ｒｇとを有している。基材Ｗは、例えばシリコンウエハ（半導体ウエハ）を含むものである。感光材Ｒｇは、基材Ｗの上面の中央部の殆どを占める領域に、所定の厚み（例えば２００ｎｍ程度）で被覆されている。一方、基材Ｗの上面の周縁領域には感光材Ｒｇは被覆されておらず、その上面の周縁領域においては、基材Ｗが露出している。

図４は投影光学系ＰＬの最終光学素子ＦＬと基板Ｐとの間の露光光ＥＬの光路空間Ｋを液体ＬＱで満たしている状態を示す図である。図４に示すように、液浸法に基づいて基板Ｐを露光する場合、基板Ｐと液体ＬＱとが接触する。本実施形態の感光材Ｒｇは、化学増幅型レジストであり、ベース樹脂、ベース樹脂中に含まれる光酸発生剤（ＰＡＧ：Photo Acid Generator）、及びクエンチャーと呼ばれるアミン系物質を含んで構成されている。そのような感光材Ｒｇが液体ＬＱに接触すると、感光材Ｒｇの一部の成分、具体的にはＰＡＧやアミン系物質等が液体ＬＱ中に溶出する。なお、以下の説明において、基板Ｐから液体ＬＱ中に溶出した物質（ＰＡＧ、アミン系物質等）を適宜、溶出物質、と称する。ここで、溶出物質は、ＰＡＧやアミン系物質に限られず、感光材Ｒｇに含まれる他の物質も含まれる。また、基材Ｗの一部の物質が基材Ｗの上面の周縁領域から液体ＬＱ中に溶出したり、あるいは感光材Ｒｇを介して液体ＬＱ中に溶出する可能性もあり、そのような基材Ｗの一部の物質も溶出物質に含まれる。

光路空間Ｋに満たされた液体ＬＱは最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１と接触するため、光路空間Ｋに満たされた液体ＬＱ中に溶出物質等の不純物が含まれている場合、その液体ＬＱに接触する最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に不純物が付着する可能性がある。最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に不純物が付着し、その下面Ｔ１が汚染されると、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での露光光ＥＬに対する透過率が低下する可能性がある。

そして、その光路空間Ｋに満たされた液体ＬＱに露光光ＥＬが照射された場合、光化学反応（光化学効果）によって、液体ＬＱに接触している最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に対する不純物の付着（汚染、曇り）が促進され、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での露光光ＥＬに対する透過率の低下が促進される可能性がある。

一方、本実施形態においては、露光光ＥＬとして、光洗浄効果を有する紫外光であるＡｒＦエキシマレーザ光を用いているため、露光光ＥＬが通過する最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１の所定領域ＩＢは光洗浄される。すなわち、紫外光である露光光ＥＬが照射されることにより、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１の所定領域ＩＢに付着した不純物（有機物）は、酸化分解されて除去される。このように、光洗浄効果を有する露光光ＥＬが照射されることにより、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に付着していた不純物を除去することができ、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での露光光ＥＬに対する透過率の低下を抑制することができる。

このように、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１においては、光化学反応によって不純物が付着する現象（透過率を低下させる現象）と、光洗浄効果によって不純物が除去される現象（透過率の低下を抑える現象）との双方が生じる。このような現象が生じる場合、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に付着する不純物の量、すなわち最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下量は、光化学反応による不純物の付着作用と、光洗浄効果による不純物の除去作用とのバランスによって決定される。

したがって、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を最適化することにより、光洗浄効果によって最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１から不純物が除去される量が、光化学反応によって最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に不純物が付着する量よりも多くすることができる。換言すれば、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を最適化することにより、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に付着する不純物の量、すなわち、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下量を抑えることができる。

以下、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えることができる露光光ＥＬのエネルギー密度の最適値を求めるために行った実験及びその結果の一例について図５を参照しながら説明する。

実験は、光路空間Ｋを所定のＰＡＧ等の不純物を含む液体ＬＱで満たした状態で、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を変えつつ、所定のパルス発光周期で、所定時間、露光光ＥＬを照射し、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下量を測定した。実験では、その不純物濃度が０．０１％の液体（水）ＬＱを用いた。

図５は、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下量と、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度との関係を示す図である。図５に示すグラフの横軸は、投影光学系ＰＬの像面でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度（単位：ｍＪ／ｃｍ^２）を示し、縦軸は、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下量（単位：％）を示している。ここで、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下量とは、光路空間Ｋに液体ＬＱを満たした直後（すなわち最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に不純物が付着する前）における最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１を通過した露光光ＥＬの照度をＩ_０、光路空間Ｋの液体ＬＱに露光光ＥＬを所定時間照射した後（すなわち最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に不純物が付着した後）における最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１を通過した露光光ＥＬの照度をＩ_１としたとき、（１−Ｉ_１／Ｉ_０）×１００〔％〕で表される値である。

図５に示すように、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を所定値以上に設定することにより、具体的には、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を０．６〔ｍＪ／ｃｍ^２〕以上に設定することにより、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えられることが推測できる。一方、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を小さくすることにより、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率は低下する。

パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を小さくした場合、光化学反応による最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１への不純物の付着量が低下するものの、光洗浄効果も著しく低下するため、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に対する不純物の付着量が増加し、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率が低下すると考えられる。一方、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を所定値（０．６〔ｍＪ／ｃｍ^２〕）以上に設定した場合、光化学反応により最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に不純物が付着するものの、光洗浄効果が高まるため、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に対する不純物の付着量が抑えられ、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えることができると考えられる。

このように、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を所定値（０．６〔ｍＪ／ｃｍ^２〕）以上に設定することにより、最終光学素子ＦＬの液体ＬＱと接触する下面Ｔ１での透過率の低下を抑えることができる。

なお、上述の所定値（０．６〔ｍＪ／ｃｍ^２〕）は一例である。例えば、図６に示すように、感光材Ｒｇを覆うように薄膜Ｔｃが設けられている場合、その薄膜Ｔｃによって、図７の模式図に示すように、基板Ｐが液体ＬＱに接触しても、感光材Ｒｇから液体ＬＱへの溶出物質の溶出が抑制される可能性がある。このように、感光材Ｒｇを覆う薄膜Ｔｃを設けた場合、感光材Ｒｇから液体ＬＱへの溶出物質の溶出を抑制することができるため、液体ＬＱの不純物濃度を十分に低くすることができる。この場合、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えるためのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度に関する所定値を、０．６〔ｍＪ／ｃｍ^２〕よりも小さい値にすることができる。

なお、薄膜Ｔｃは、例えばトップコート膜と呼ばれる保護膜や、反射防止膜（top ARC）等によって構成される。また、薄膜Ｔｃは、感光材Ｒｇ上に形成された反射防止膜を覆っているトップコート膜の場合もある。トップコート膜は、例えば液体ＬＱから感光材Ｒｇを保護する機能や、液体ＬＱとの接触角を調整する機能を有するものであって、例えばフッ素系の撥液性材料で形成されている。

また、液体ＬＱ中への溶出物質の溶出量、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に付着する不純物の付着量、あるいは不純物が最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に付着したときの、その下面Ｔ１での透過率の変化量（低下量）は、溶出物質を含む不純物の特性（物性、種類）に応じて変化する可能性がある。そのため、ＰＡＧ等を含む感光材Ｒｇの特性（物性、種類）に応じて、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えるためのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度に関する所定値を設定することができる。例えば、第１の特性を有する第１溶出物質を含む溶液を第１溶液、第２の特性を有する第２溶出物質を含む溶液を第２溶液とした場合、第１溶液のほうが、第２溶液に比べて、小さい露光光ＥＬのエネルギー密度で、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えることができる可能性がある。また、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に対する第１溶出物質の付着量と第２溶出物質の付着量とが同じであっても、例えば第１溶出物質のほうが第２溶出物質よりも透明である場合、第１溶出物質が付着した場合のほうが、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えることができる。すなわち、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に対する第１溶出物質の付着量は比較的多くても許容される。したがって、液体ＬＱが第１溶液となるような感光材Ｒｇを用いる場合には、液体ＬＱが第２溶液となるような感光材Ｒｇを用いる場合よりも、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度に関する所定値を小さくすることができる。

このように、感光材Ｒｇに関する情報（物性、種類等の情報を含む）、感光材Ｒｇから溶出する物質に関する情報（物性、種類等の情報を含む）、薄膜Ｔｃの有無に関する情報、及び基材Ｗの情報等、基板Ｐに関する情報に応じて、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度に関する所定値を最適化することができる。そして、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を所定値以上に設定することにより、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を十分に抑えることができる。なお、薄膜Ｔｃの物質が液体ＬＱ中に溶出する可能性がある場合には、薄膜Ｔｃからの溶出物質の情報も基板Ｐに関する情報とすることができる。

最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えるためのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度に関する所定値は、基板Ｐに応じて、図５を参照して説明したような実験、あるいはシミュレーションを行うことによって予め求めておくことができる。本実施形態では、露光される基板Ｐに関する情報と、その基板Ｐを露光したときの最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えることができるパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度の最適値との関係が、実験あるいはシミュレーションによって予め求められ、記憶装置８に記憶される。

なお、基板Ｐに応じてパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度に関する所定値を変更するようにしてもよいが、複数種類の基板Ｐに対して共通の所定値を用いるようにしてもよい。例えば、各種の実験やシミュレーションを行って、基板Ｐの条件（感光材Ｒｇの特性等）や液浸条件（液体の供給量、回収量等）にかかわらず、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１の透過率の低下を抑制できるような共通の所定値を決めてもよい。例えば、図５を参照して説明した実験条件は、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１が汚染されやすい厳しい条件であり、実際に基板Ｐを液浸露光するときの条件は、図５を参照して説明した実験条件よりも、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１が汚染され難い条件である可能性が十分高い。そのため、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を、共通の所定値として、０．６〔ｍＪ／ｃｍ^２〕以上に設定することにより、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を十分に抑えることができる。

次に、上述の構成を有する露光装置ＥＸを用いて基板Ｐを露光する方法について、図８のフローチャート図を参照しながら説明する。

ここで、以下の説明においては、制御装置７は、基板Ｐに応じて、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を調整するものとする。また、記憶装置８には、露光される基板Ｐに関する情報と、その基板Ｐを露光したときの最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えることができる最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度の最適値との関係が予め記憶されているものとする。

基板Ｐを液浸露光する前に、制御装置７は、基板ステージ４を駆動し、投影光学系ＰＬの最終光学素子ＦＬと基板ステージ４上の照度センサ５１とを対向させる。そして、制御装置７は、光源装置３１を駆動し、光源装置３１を含む照明系３０よりパルス状の露光光ＥＬを射出する。照明系３０より射出されたパルス状の露光光ＥＬは、投影光学系ＰＬに入射する。投影光学系ＰＬに入射されたパルス状の露光光ＥＬは、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１を通過した後、投影光学系ＰＬの像面側に設けられた基板ステージ４上の照度センサ５１に照射される。このように、制御装置７は、投影光学系ＰＬの像面側に設けられた照度センサ５１を用いて、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１を通過した露光光ＥＬを計測する（ステップＳＡ１）。照度センサ５１の計測結果は制御装置７に出力される。制御装置７は、照度センサ５１の計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬの像面でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を求めることができる。

ここで、照度センサ５１は、投影光学系ＰＬの像面位置（又はその近傍）で露光光ＥＬを計測しているが、本実施形態では、投影光学系ＰＬの像面でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度と、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度との関係（相関係数）が予め求められている。制御装置７は、投影光学系ＰＬの像面近傍で照度センサ５１を用いて計測した計測結果と、前記相関係数とに基づいて、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を導出することができる。なお、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１と投影光学系ＰＬの像面との距離は、例えば１〜５ｍｍ程度と短いため、投影光学系ＰＬの像面近傍で照度センサ５１を用いて計測した計測結果に基づいて導出した投影光学系ＰＬの像面でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度としてもよい。

照度センサ５１を用いて露光光ＥＬを計測するとき、マスクステージ３にはマスクＭが保持されている。したがって、照度センサ５１は、マスクＭを通過した露光光ＥＬを計測することとなる。また、照度センサ５１を用いて露光光ＥＬを計測するとき、制御装置７は、液浸機構１を用いて、最終光学素子ＦＬと照度センサ５１の上面との間を液体ＬＱで満たす。すなわち、制御装置７は、照度センサ５１を用いて、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１を通過した露光光ＥＬを液体ＬＱを介して計測する。照度センサ５１の上面や基板ステージ４の上面４Ｆから液体ＬＱに対する不純物の溶出（混入）はほぼ無いため、照度センサ５１は清浄な液体ＬＱを介して露光光ＥＬを計測することができる。なお、照度センサ５１を用いて露光光ＥＬを計測するとき、最終光学素子ＦＬと照度センサ５１の上面との間を液体ＬＱで満たさない状態で計測するようにしてもよい。すなわち、制御装置７は、照度センサ５１を用いて、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１を通過した露光光ＥＬを液体ＬＱを介さずに計測するようにしてもよい。

制御装置７は、照度センサ５１を用いて計測した、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１を通過したパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度の計測結果に基づいて、露光光ＥＬのエネルギー密度を調整する（ステップＳＡ２）。制御装置７は、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下が抑えられるように、光源装置３１を調整することによって、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を所定値以上に設定する。図２等を参照して説明したように、制御装置７は、光源装置３１のレーザ制御器３１Ｄ等を用いて、光源装置３１から射出される露光光ＥＬのエネルギーを調整することによって、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を調整することができる。

上述のように、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えるためのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度に関する所定値は、基板Ｐに関する情報に応じて予め求められており、記憶装置８に記憶されている。制御装置７は、記憶装置８の記憶情報を参照し、基板Ｐに関する情報に応じて、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を所定値以上に設定する。

制御装置７は、基板Ｐに対する目標積算露光量と、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度とに応じて、露光光ＥＬを照射するときの露光条件を設定する（ステップＳＡ３）。制御装置７は、目標積算露光量と、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度とに応じて、パルス発光周期、投影領域ＡＲの大きさ（走査方向の幅）、及び基板Ｐの移動速度を少なくとも一部を調整する。

例えば設定されたパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度の設定値が高く、目標積算露光量が小さい場合には、制御装置７は、その目標積算露光量を実現するために、パルス発光周期Ｔｐを長くする。これにより、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を高くした状態で、小さい目標積算露光量を実現することができる。

また、上述のように、本実施形態の露光装置ＥＸは、マスクＭと基板ＰとをＹ軸方向（走査方向）に移動しながらマスクＭのパターン像を基板Ｐのショット領域のそれぞれに露光する。このような構成において、例えば設定されたパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度が高く、目標積算露光量が小さい場合には、制御装置７は、その目標積算露光量を実現するために、基板Ｐの移動速度を速くする。これにより、露光光ＥＬのエネルギー密度を高くした状態で、小さい目標積算露光量を実現することができる。

また、図１などを参照して説明したように、投影領域ＡＲの大きさは、照明系３０に設けられたブラインド装置３９を用いて調整することができる。例えば、設定された露光光ＥＬの密度が高く、目標積算露光量が小さい場合には、制御装置７は、基板Ｐ上での目標積算露光量を実現するために、Ｙ軸方向における投影領域ＡＲの大きさ（幅）を小さくする。こうすることによっても、露光光ＥＬのエネルギー密度を高くした状態で、小さい目標積算露光量を実現することができる。

また、目標積算露光量が小さい場合に限られず、所定の目標積算露光量を実現するために、制御装置７は、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度に応じて、露光条件を最適化する。

露光条件を設定した後、制御装置７は、基板Ｐの液浸露光を開始する（ステップＳＡ４）。制御装置７は、液浸機構１を用いて、投影光学系ＰＬの最終光学素子ＦＬと基板Ｐとの間の露光光ＥＬの光路空間Ｋを液体ＬＱで満たした状態で、その最終光学素子ＦＬと液体ＬＱとを介して基板Ｐを露光する。制御装置７は、１つのショット領域の露光終了後に、基板Ｐ（基板ステージ４）をステッピング移動して次のショット領域を露光開始位置に移動し、以下、ステップ・アンド・スキャン方式で基板Ｐを移動しながら複数のショット領域を順次走査露光する。

制御装置７は、最終光学素子ＦＬの液体ＬＱと接触する下面Ｔ１での透過率の低下を抑えるために、ステップＳＡ２で設定したパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度の下で、基板Ｐ上にパルス状の露光光ＥＬを照射する。また、制御装置７は、ステップＳＡ３で設定した露光条件の下で基板Ｐを露光する。また、制御装置７は、液浸機構１により、最終光学素子ＦＬと基板Ｐとの間に液体ＬＱを供給する動作と液体ＬＱを回収する動作とを並行して行いつつ、最終光学素子ＦＬと液体ＬＱとを介して基板Ｐ上にパルス状の露光光ＥＬを照射する。

なお、基板Ｐを液浸露光するときには、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に対する不純物の付着、すなわち最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えるために、制御装置７は、光路空間Ｋに対する単位時間当たりの液体供給量及び液体回収量の少なくとも一方を調整することができる。制御装置７は、供給口１２から光路空間Ｋに対する単位時間当たりの液体供給量を多くすることで、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱ中の不純物濃度を低下することができる。したがって、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に対する不純物の付着、すなわち最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えることができる。また、光路空間Ｋに対する単位時間当たりの液体供給量及び液体回収量を多くすることで、光路空間Ｋを流れる液体ＬＱの流速を高めることができる。したがって、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に付着した不純物を洗い流して、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に対する不純物の付着を抑える効果が期待できる。

また、単位時間当たりの液体供給量及び／又は液体回収量の調整は、基板Ｐの感光材Ｒｇが低感度の場合にも有効である。例えば、基板Ｐに応じて設定されたエネルギー密度の露光光ＥＬでは、目標積算露光量を実現できない場合に、目標積算露光量が実現されるように、露光光ＥＬのエネルギー密度を所定値よりも小さく設定するとともに、単位時間当たりの液体供給量及び又は液体回収量を増やして、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１の透過率の低下を防止することができる。

また、目標積算露光量を実現できる範囲内で、液体ＬＱの供給と回収とを行いつつ、基板Ｐの移動速度を遅くすることによっても、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えることができる可能性がある。例えば、基板Ｐの表面と液体ＬＱとが接触した直後、基板Ｐの表面から液体ＬＱ中に溶出可能な溶出物質（ＰＡＧなど）のうちの大部分が短時間のうちに溶出し、その後の溶出量が急激に低減するような場合、基板Ｐの移動速度を遅くした状態で、光路空間Ｋに対する液体ＬＱの供給量と回収量とを多くすることにより、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に対する不純物の付着を抑えることができる可能性がある。すなわち、基板Ｐからの溶出物質を含んだ液体ＬＱは直ちに回収されるので、最終光学素子ＦＬは不純物濃度が十分に小さい液体ＬＱと接触することなる。したがって、基板Ｐの移動速度を遅くするとともに、液体ＬＱの供給量及び回収量を多くすることにより、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に不純物が付着することを防止できる。

以上説明したように、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を所定値以上に設定することにより、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えることができ、露光性能の劣化を抑制することができる。

最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に不純物が付着し、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率が低下したり、あるいは透過率に分布（むら）が生じた場合、基板Ｐ上での積算露光量（ドーズ量）が低下したり、積算露光量に分布（むら）が生じる等の不都合が生じる可能性がある。また、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に付着した不純物によって、露光光ＥＬが最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１を通過するときに乱反射してフレアが生じるといった不都合が生じる可能性もある。また、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１の透過率が低下した状態で露光光ＥＬを照射し続けると、最終光学素子ＦＬの温度が変化（上昇）し、投影光学系ＰＬの結像特性に影響を与える不都合が生じる可能性もある。本実施形態では、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を最適化して、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に不純物が付着することを抑えることによって、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えるようにしたので、上述の不都合の発生を抑えることができる。また、最終光学素子ＦＬが汚染した場合には、最終光学素子ＦＬを洗浄したり、汚染していない新たなものと交換する等のメンテナンス処理を実行することが考えられるが、最終光学素子ＦＬの汚染を抑制することで、メンテナンス処理の実行回数を低減することができる。また、基板Ｐへ到達する露光光ＥＬのエネルギー低下を抑えることができるため、露光装置ＥＸのスループット低下を防止できる。

本実施形態では、露光光ＥＬとして、光洗浄効果を有する紫外光を用いているので、露光光ＥＬの照射により、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１を光洗浄することができ、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に付着した不純物（有機物）を除去することができる。また、露光光ＥＬが照射されることにより、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１の親液性を維持する（高める）ことができる。したがって、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に液体ＬＱを密着することができ、例えば液体ＬＱ中に気泡が生成されてしまうといった不都合を防止できる。

なお、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬの像面側でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を調整するために、光源装置３１から射出される露光光ＥＬのエネルギーを調整しているが、例えば照明系３０のエネルギー調整器３３を用いて、所定面上でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を調整することも可能である。エネルギー調整器３３は、その透過率が互いに異なる複数のＮＤフィルタを有しており、射出する露光光ＥＬのエネルギーを調整可能である。したがって、制御装置７は、エネルギー調整器３３から射出される露光光ＥＬのエネルギーを調整することによって、基板Ｐ上での露光光ＥＬのエネルギー密度を調整可能である。また、光源装置３１及びエネルギー調整器３３のそれぞれを制御することによって、所定面上でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を調整することも可能である。すなわち、本実施形態においては、制御装置７は、光源装置３１及びエネルギー調整器３３の少なくとも一方を用いて、所定面上でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を調整可能である。

なお、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬの像面側の所定面上でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を、投影光学系ＰＬの像面側に配置された照度センサ５１を用いて計測し、その計測結果に基づいて、エネルギー密度を調整しているが、照度むらセンサ５０を用いて計測するようにしてもよい。あるいは、照明系３０に設けられた計測器４２を用いて計測するようにしてもよい。この場合、計測器４２の出力信号と、投影光学系ＰＬの像面でのパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度との相関係数を予め求めておくことにより、制御装置７は、計測器４２の計測結果と前記相関係数とに基づいて、投影光学系ＰＬの像面で所望のパルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度が得られるように、光源装置３１及びエネルギー調整器３３の少なくとも一方を制御することができる。

なお、上述の実施形態において、例えば所定時間間隔毎、所定処理基板枚数毎、あるいはロット毎に、照度センサ５１（又は照度むらセンサ５０）を用いて、露光光ＥＬのエネルギー密度（照度）を計測するようにしてもよい。基板Ｐを露光した枚数や、時間経過に伴って、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１に付着した不純物の量が徐々に増し、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率が徐々に低下する可能性があるが、照度センサ５１を用いて露光光ＥＬを計測することにより、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下量を把握することができる。そして、制御装置７は、その計測結果に基づいて、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度や露光条件を再設定（更新）することができる。例えば、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率が低下した場合には、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を上げることにより、光洗浄効果による不純物の除去を促進することができる。そして、パルス毎の露光光ＥＬのエネルギー密度を変えた場合には、基板Ｐ上で目標積算露光量が得られるように、露光条件（パルス発光周期、投影領域ＡＲの大きさ、及び基板Ｐの移動速度の少なくとも一部）を再設定（更新）する。

なお、上述の実施形態においては、パルス状の露光光ＥＬの場合について説明したが、連続光の場合には、最終光学素子ＦＬの下面Ｔ１での透過率の低下を抑えるために、所定面上での連続光のエネルギー（パワー、照度）を調整することができる。そして、連続光のエネルギーを調整した場合には、そのエネルギーと基板Ｐに対する目標積算露光量とに応じて、露光光ＥＬを照射するときの露光条件を設定することができる。

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。

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ＦＬ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。

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。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ＦＬ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。

更に、特開平１１−１３５４００号公報や特開２０００−１６４５０４号公報に開示されているように、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。

以上のように、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９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。 光源装置を説明するための図である。 露光対象である基板の一例を示す図である。 最終光学素子と基板との間に液体が満たされている状態を示す図である。 実験結果の一例を示す図である。 露光対象である基板の別の例を示す図である。 最終光学素子と基板との間に液体が満たされている状態を示す図である。 露光方法の一例を説明するためのフローチャート図である。 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、７…制御装置、３０…照明系（照射装置）、ＥＬ…露光光、ＥＸ…露光装置、ＦＬ…最終光学素子（光学部材）、ＬＱ…液体、Ｐ…基板、Ｒｇ…感光材、Ｔ１…下面（液体接触面）、Ｗ…基材

Claims (16)

1. 光学部材を介して基板を露光する露光方法において、
   前記光学部材と前記基板との間を液体で満たす動作と、
   前記光学部材と前記液体とを介して前記基板上にパルス状の露光光を照射して前記基板を露光する動作とを含み、
   前記光学部材の前記液体と接触する液体接触面での透過率の低下を抑えるために、パルス毎の露光光のエネルギー密度を所定値以上に設定する露光方法。
2. 前記露光光は、光洗浄効果を有する紫外光を含む請求項１記載の露光方法。
3. 前記基板は、基材と該基材上に被覆された感光材とを有し、
   前記基板に関する情報に応じて、前記露光光のエネルギー密度を設定する請求項１又は２記載の露光方法。
4. 前記基板に関する情報は、前記感光材の情報を含む請求項３記載の露光方法。
5. 前記基板に関する情報は、前記感光材から溶出する物質に関する情報を含む請求項３又は４記載の露光方法。
6. 前記露光光のエネルギー密度を０．６〔ｍＪ／ｃｍ^２〕以上に設定する請求項１〜５のいずれか一項記載の露光方法。
7. 前記露光光を前記基板上に照射するときの前記基板上での目標積算露光量と前記露光光のエネルギー密度とに応じて、前記露光光を照射するときの露光条件を調整する請求項１〜６のいずれか一項記載の露光方法。
8. 前記露光条件は、パルス発光周期を含む請求項７記載の露光方法。
9. 前記露光光を所定の照射領域に照射するとともに、前記露光光と前記基板とを所定方向に相対的に移動しつつ露光し、
   前記露光条件は、前記所定方向における前記照射領域の大きさ、及び前記露光光と前記基板との相対的な移動速度の少なくとも一方を含む請求項７又は８記載の露光方法。
10. 前記光学部材の前記液体接触面を通過した前記露光光を計測し、前記計測結果に基づいて、前記エネルギー密度を調整する請求項１〜９のいずれか一項記載の露光方法。
11. 前記光学部材と前記基板との間に液体を供給する動作と液体を回収する動作とを並行して行いつつ前記露光光を照射する請求項１〜１０のいずれか一項記載の露光方法。
12. 前記透過率の低下を抑えるために、単位時間当たりの液体供給量及び液体回収量の少なくとも一方を調整する請求項１１記載の露光方法。
13. 前記液体は水を含む請求項１〜１２のいずれか一項記載の露光方法。
14. 請求項１〜請求項１３のいずれか一項記載の露光方法を用いるデバイス製造方法。
15. 光学部材を介して基板を露光する露光装置において、
    前記光学部材と前記基板との間を液体で満たす液浸機構と、
    前記光学部材と前記液体とを介して前記基板上にパルス状の露光光を照射する照射装置と、
    前記光学部材の前記液体と接触する液体接触面での透過率の低下を抑えるために、パルス毎の露光光のエネルギー密度を所定値以上に設定する制御装置とを備えた露光装置。
16. 請求項１５記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
    

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