JP2012129560A - 露光装置、露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の液浸領域の状態を把握することができる露光装置を提供する。
【解決手段】露光装置ＥＸは投影光学系ＰＬを備えており、投影光学系ＰＬは投影光学系ＰＬの像面に最も近い第１光学素子ＬＳ１を有している。そして、露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの像面側に設けられた透明部材６４の上面６５と第１光学素子ＬＳ１との間に第１液体ＬＱ１の第１液浸領域ＬＲ１を形成する第１液浸機構１と、第１液浸領域ＬＲ１の状態を観察する観察装置６０とを備えている。
【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、露光方法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は、マスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に転写する、いわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マスクを支持するマスクステージと基板を支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転写するものである。近年、デバイスパターンのより一層の高集積化に対応するために投影光学系の更なる高解像度化が望まれている。投影光学系の解像度は、使用する露光波長が短いほど、また投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。そのため、露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大している。そして、現在主流の露光波長はＫｒＦエキシマレーザの２４８ｎｍであるが、更に短波長のＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍも実用化されつつある。
また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度（ＤＯＦ）も重要となる。解像度Ｒ、及び焦点深度δはそれぞれ以下の式で表される。
Ｒ＝ｋ_１・λ／ＮＡ … （１）
δ＝±ｋ_２・λ／ＮＡ^２ … （２）
ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ_１、ｋ_２はプロセス係数である。（１）式、（２）式より、解像度Ｒを高めるために、露光波長λを短くして、開口数ＮＡを大きくすると、焦点深度δが狭くなることが分かる。

焦点深度δが狭くなり過ぎると、投影光学系の像面に対して基板表面を合致させることが困難となり、露光動作時のフォーカスマージンが不足するおそれがある。そこで、実質的に露光波長を短くして、且つ焦点深度を広くする方法として、例えば下記特許文献１に開示されている液浸法が提案されている。この液浸法は、投影光学系の下面と基板表面との間を水や有機溶媒等の液体で満たして液浸領域を形成し、液体中での露光光の波長が空気中の１／ｎ（ｎは液体の屈折率で通常１．２〜１．６程度）になることを利用して解像度を向上するとともに、焦点深度を約ｎ倍に拡大するというものである。

国際公開第９９／４９５０４号

ところで、液浸法に基づく露光処理を良好に行うためには、液浸領域を所望状態にすることが不可欠である。そのため、液体の液浸領域の状態を把握し、液浸領域が所望状態であることを確認した後、露光処理を行うことが望ましい。

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、液体の液浸領域の状態を把握することができる露光装置及び露光方法並びにその露光装置及び露光方法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、投影光学系（ＰＬ）と投影光学系（ＰＬ）の像面側に形成された液浸領域（ＬＲ１）の液体（ＬＱ１）とを介して基板（Ｐ）を露光する露光装置において、投影光学系（ＰＬ）は、投影光学系（ＰＬ）の像面に最も近い第１光学素子（ＬＳ１）を有し、投影光学系（ＰＬ）の像面側に設けられた所定面（６５）と第１光学素子（ＬＳ１）との間に液体（ＬＱ１）の液浸領域（ＬＲ１）を形成する液浸機構（１２，１４など）と、液浸領域（ＬＲ１）の状態を観察する観察装置（６０）とを備えた露光装置（ＥＸ）が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、投影光学系（ＰＬ）と投影光学系（ＰＬ）の像面側に形成された液浸領域（ＬＲ２）の液体（ＬＱ２）とを介して基板（Ｐ）を露光する露光装置において、投影光学系（ＰＬ）は、投影光学系（ＰＬ）の像面に最も近い第１光学素子（ＬＳ１）と、第１光学素子（ＬＳ１）に次いで像面に近い第２光学素子（ＬＳ２）とを有し、第１光学素子（ＬＳ１）と第２光学素子（ＬＳ２）との間に液体（ＬＱ２）の液浸領域（ＬＲ２）を形成する液浸機構（３２，３４など）と、液浸領域（ＬＲ２）の状態を観察する観察装置（６０）とを備えた露光装置（ＥＸ）が提供される。

また本発明の第３の態様に従えば、光学素子（ＬＳ１）と該光学素子の光射出側に形成された液浸領域（ＬＲ１）の液体（ＬＱ１）とを介して基板（Ｐ）を露光する露光装置において、光学素子（ＬＳ１）の光射出側に配置された所定面（６５）と光学素子（ＬＳ１）との間を液体で満たすための液浸機構（１２，１４など）と、光学素子（ＬＳ１）と所定面（６５）との間の液体（ＬＱ１）の状態を観察する観察装置（６０）とを備えた露光装置（ＥＸ）が提供される。

本発明の第１〜第３の態様によれば、液浸領域の状態を観察する観察装置を設けたので、その観察装置の観察結果に基づいて、形成された液浸領域が所望状態であるか否かを確認することができる。そして、観察装置の観察結果に基づいて、形成された液浸領域が所望状態であると判断した後、例えば基板の露光を行うことで、液浸領域の液体を介して基板を良好に露光することができる。一方、観察装置の観察結果に基づいて、形成された液浸領域が所望状態でないと判断された場合には、液浸領域を所望状態にするための適切な処置、例えば液体の入れ替えを行うことができる。

本発明の第４の態様に従えば、上記態様の露光装置（ＥＸ）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、形成された液浸領域が所望状態であることを確認した後に、その液浸領域の液体を介してデバイスを製造するための露光処理や計測処理などを良好に行うことができる。したがって、所望の性能を有するデバイスを提供することができる。

本発明の第５の態様に従えば、光学素子（ＬＳ１及び／またはＬＳ２）の光射出側に形成された液浸領域（ＬＲ１及び／またはＬＲ２）の液体（ＬＱ１及び／またはＬＱ２）を介して基板（Ｐ）を露光する露光方法であって、前記液浸領域の液体を介して基板を露光することと、露光した基板（Ｐ）を未露光の基板（Ｐ）と交換すること、基板の交換中に、前記液浸領域の液体中の気体部分を検出することとを含む露光方法が提供される。

本発明の第５の態様によれば、液浸領域の液体中の気体部分を検出することで、液浸領域の状態を把握し、液浸領域に適宜必要な処置を施すことにより、良好な液浸領域を維持することができる。また、基板の交換時に気体部分の検出を行うので、気体部分の検出が露光動作に影響を及ぼすことがなく、露光装置の所望のスループットを維持することができる。なお、「液体中の気体部分」は液体中の気泡だけでなく、液体中の空隙（Ｖｏｉｄ）も含む。

本発明の第６の態様に従えば、上記本発明の露光方法により基板を露光することと、露光した基板を現像することと、現像した基板を加工することを含むデバイスの製造方法が提供される。本デバイス製造方法は本発明の露光方法を採用しているので、所望の性能を有するデバイスを提供することができる。

本発明によれば、観察装置を使って液体の液浸領域が所望状態であることを確認し、基板を良好に露光することができる。

第１の実施形態に係る露光装置を示す概略構成図である。 基板ステージ及び計測ステージを上方から見た平面図である。 投影光学系先端近傍の拡大断面図である。 基板ステージと計測ステージとの間で第１液浸領域が移動する様子を説明するための図である。 露光手順の一例を示すフローチャート図である。 観察装置が液浸領域を観察している状態を示す図である。 第２の実施形態に係る露光装置を示す図である。 第３の実施形態に係る露光装置を示す図である。 観察装置による観察タイミングの一例を示すフローチャート図である。 第４実施形態に係る露光手順の一例を示すフローチャート図である。 第４実施形態に係る露光装置の要部を示す図である。 脱気装置の一例を示す図である。 照明光源を備えた観察装置を示す概略図である。 液浸領域を照明する照明装置の一例を示す概略図である。 液浸領域を照明する照明装置の一例を示す概略図である。 液浸領域を照明する照明装置の一例を示す概略図である。 液浸領域を照明する照明装置の一例を示す概略図である。 半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。

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。

＜第１の実施形態＞
図１は第１の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を支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、基板ホルダＰＨに基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージＰＳＴ１と、露光処理に関する計測を行う計測器を保持し、基板ステージＰＳＴ１とは独立して移動可能な計測ステージＰＳＴ２と、マスクステージＭＳＴに支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のパターンの像を基板ステージＰＳＴ１に支持されている基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸ全体の動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。制御装置ＣＯＮＴには、露光処理に関する情報を表示する表示装置ＤＹが接続されている。

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を構成する複数の光学素子ＬＳ１〜ＬＳ７のうち、投影光学系ＰＬの像面に最も近い第１光学素子ＬＳ１の下面Ｔ１と基板Ｐとの間を第１液体ＬＱ１で満たして第１液浸領域ＬＲ１を形成する第１液浸機構１を備えている。第１液浸機構１は、第１光学素子ＬＳ１の下面Ｔ１と基板Ｐとの間に第１液体ＬＱ１を供給する第１液体供給機構１０と、第１液体供給機構１０で供給された第１液体ＬＱ１を回収する第１液体回収機構２０とを備えている。第１液浸機構１の動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。

また、投影光学系ＰＬの像面側近傍、具体的には投影光学系ＰＬの像面側端部の光学素子ＬＳ１の近傍には、第１液浸機構１の一部を構成するノズル部材７０が配置されている。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の先端部の周りを囲むように設けられた環状部材である。

また、露光装置ＥＸは、第１光学素子ＬＳ１と、第１光学素子ＬＳ１に次いで投影光学系ＰＬの像面に近い第２光学素子ＬＳ２との間を第２液体ＬＱ２で満たして第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液浸機構２を備えている。第２光学素子ＬＳ２は第１光学素子ＬＳ１の上方に配置されており、第１光学素子ＬＳ１の上面Ｔ２は、第２光学素子ＬＳ２の下面Ｔ３と対向するように配置されている。第２液浸機構２は、第１光学素子ＬＳ１と第２光学素子ＬＳ２との間に第２液体ＬＱ２を供給する第２液体供給機構３０と、第２液体供給機構３０で供給された第２液体ＬＱ２を回収する第２液体回収機構４０とを備えている。第２液浸機構２の動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。

本実施形態における露光装置ＥＸは、第１液浸領域ＬＲ１を基板Ｐ上の一部に局所的に形成する局所液浸方式を採用している。また、露光装置ＥＸは、第２液浸領域ＬＲ２も、第１光学素子ＬＳ１の上面Ｔ２の一部に局所的に形成する。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上に転写している間、第１液浸機構１を使って、第１光学素子ＬＳ１とその像面側に配置された基板Ｐとの間に第１液体ＬＱ１を満たして第１液浸領域ＬＲ１を形成するとともに、第２液浸機構２を使って、第１光学素子ＬＳ１と第２光学素子ＬＳ２との間に第２液体ＬＱ２を満たして第２液浸領域ＬＲ２を形成する。

また、計測ステージＰＳＴ２には、第１液浸領域ＬＲ１及び第２液浸領域ＬＲ２のそれぞれの状態を観察可能な観察装置６０が設けられている。観察装置６０は計測ステージ６０の内部に設けられている。

本実施形態では、露光装置ＥＸとしてマスクＭと基板Ｐとを走査方向における互いに異なる向き（逆方向）に同期移動しつつマスクＭに形成されたパターンを基板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Ｘ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ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」は半導体ウエハ上に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、露光光ＥＬを射出する露光用光源、露光用光源から射出された露光光ＥＬ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。露光用光源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、第１液体供給機構１０から供給される第１液体ＬＱ１、及び第２液体供給機構３０から供給される第２液体ＬＱ２として純水が用いられる。すなわち、本実施形態においては、第１液体ＬＱ１と第２液体ＬＱ２とは同一の液体である。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って、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方向に微小回転可能である。マスクステージＭＳＴはリニアモータ等を含んで構成されるマスクステージ駆動機構ＭＳＴＤにより駆動される。マスクステージ駆動機構ＭＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。マスクステージＭＳＴ上には移動鏡５２が設けられている。また、移動鏡５２に対向する位置にはレーザ干渉計５３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、及び回転角はレーザ干渉計５３によりリアルタイムで計測され、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５３の計測結果に基づいてマスクステージ駆動機構ＭＳＴＤを駆動することでマスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭの位置決めを行う。

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に投影するものであって、基板Ｐ側の先端部に設けられた第１光学素子ＬＳ１を含む複数の光学素子ＬＳ１〜ＬＳ７で構成されており、これら複数の光学素子ＬＳ１〜ＬＳ７は鏡筒ＰＫで支持されている。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、屈折素子と反射素子とを含む反射屈折系、反射素子を含まない屈折系、屈折素子を含まない反射系のいずれであってもよい。照明光学系ＩＬより射出された露光光ＥＬは、投影光学系ＰＬに物体面側より入射し、複数の光学素子ＬＳ７〜ＬＳ１を通過した後、投影光学系ＰＬの像面側より射出され、基板Ｐ上に到達する。具体的には、露光光ＥＬは、複数の光学素子ＬＳ７〜ＬＳ３のそれぞれを通過した後、第２光学素子ＬＳ２の上面Ｔ４の所定領域を通過し、下面Ｔ３の所定領域を通過した後、第２液浸領域ＬＲ２に入射する。第２液浸領域ＬＲ２を通過した露光光ＥＬは、第１光学素子ＬＳ１の上面Ｔ２の所定領域を通過した後、下面Ｔ１の所定領域を通過し、第１液浸領域ＬＲ１に入射した後、基板Ｐ上に到達する。

本実施形態においては、第１光学素子ＬＳ１は露光光ＥＬを透過可能な無屈折力の平行平面板であって、第１光学素子ＬＳ１の下面Ｔ１と上面Ｔ２とはほぼ平行である。一方、第２光学素子ＬＳ２は屈折力（レンズ作用）を有している。なお、第１光学素子ＬＳ１が屈折力（レンズ作用）を有していてもよい。

基板ステージＰＳＴ１は、基板Ｐを保持する基板ホルダＰＨを有しており、投影光学系ＰＬの像面側において、ベースＢＰ上で移動可能に設けられている。基板ステージＰＳＴは基板ステージ駆動機構ＰＳＴＤ１により駆動される。基板ステージ駆動機構ＰＳＴＤ１は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。基板ステージ駆動機構ＰＳＴＤ１は、例えばリニアモータやボイスコイルモータ等を含んで構成されており、基板ステージＰＳＴ１をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向、θＸ、θＹ、及びθＺ方向のそれぞれに移動可能である。したがって、基板ステージＰＳＴ１は、基板ホルダＰＨに保持されている基板ＰをＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向、θＸ、θＹ、及びθＺ方向のそれぞれに移動可能である。

基板ステージＰＳＴ１の側面には移動鏡５４が設けられている。また、移動鏡５４に対向する位置にはレーザ干渉計５５が設けられている。基板ステージＰＳＴ１上の基板Ｐの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計５５によりリアルタイムで計測され、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５５の計測結果に基づいて、レーザ干渉計５５で規定される２次元座標系内で、基板ステージ駆動機構ＰＳＴＤ１を介して基板ステージＰＳＴ１を駆動することで基板ステージＰＳＴ１に支持されている基板ＰのＸ軸方向及びＹ軸方向における位置決めを行う。

また、露光装置ＥＸは、例えば特開平８−３７１４９号公報に開示されているような、基板Ｐ表面の面位置情報を検出する斜入射方式のフォーカス検出系を有している。フォーカス検出系は、投影光学系ＰＬの像面に対する基板Ｐ表面のＺ軸方向における位置（フォーカス位置）を検出する。また、基板Ｐの表面における複数の各点での各フォーカス位置を求めることにより、フォーカス検出系は基板Ｐの傾斜方向の姿勢を求めることもできる。制御装置ＣＯＮＴは、フォーカス検出系の検出結果に基づいて、基板ステージ駆動機構ＰＳＴＤ１を介して基板ステージＰＳＴ１を駆動し、基板ＰのＺ軸方向における位置（フォーカス位置）及び、θＸ、θＹ方向における位置を制御して、基板Ｐの表面（露光面）を投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介して形成される像面に合わせ込む。また、特表２０００−５０５９５８号（対応米国特許５，９６９，４４１）あるいは米国特許６，２０８，４０７に開示されているように、投影光学系ＰＬから離れた位置で基板Ｐ表面の位置情報（凹凸情報）を計測してもよい。

なお、フォーカス検出系は液浸領域ＬＲ１の外側で液体ＬＱ１を介さずに基板Ｐの表面位置を検出ものであってもよいし、液体ＬＱ１を介して基板Ｐの表面位置を検出するものとの併用であってよい。

基板ステージＰＳＴ１上には凹部５０が設けられており、基板ホルダＰＨは凹部５０に配置されている。そして、基板ステージＰＳＴ１上のうち凹部５０以外の上面５１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。基板ステージＰＳＴ１の上面５１は第１液体ＬＱ１に対して撥液性を有している。基板Ｐの周囲に基板Ｐ表面とほぼ面一の上面５１を設けたので、基板Ｐの表面の周縁領域を液浸露光するときにおいても、投影光学系ＰＬの像面側に第１液体ＬＱ１を保持して第１液浸領域ＬＲ１を良好に形成することができる。なお、第１液浸領域ＬＲ１を良好に維持することができるならば、基板ホルダＰＨに保持された基板Ｐの表面と上面５１とに段差があってもよい。

計測ステージＰＳＴ２は、露光処理に関する計測を行う各種計測器を搭載しており、投影光学系ＰＬの像面側において、ベースＢＰ上で移動可能に設けられている。計測ステージＰＳＴ２は計測ステージ駆動機構ＰＳＴＤ２により駆動される。計測ステージ駆動機構ＰＳＴＤ２は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。そして、制御装置ＣＯＮＴは、ステージ駆動機構ＰＳＴＤ１、ＰＳＴＤ２のそれぞれを介して、基板ステージＰＳＴ１及び計測ステージＰＳＴ２のそれぞれをベースＢＰ上で互いに独立して移動可能である。計測ステージ駆動機構ＰＳＴＤ２は基板ステージ駆動機構ＰＳＴＤ１と同等の構成を有し、計測ステージＰＳＴ２は、計測ステージ駆動機構ＰＳＴＤ２によって、基板ステージＰＳＴ１と同様に、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向、θＸ、θＹ、及びθＺ方向のそれぞれに移動可能である。また、計測ステージＰＳＴ２の側面には、レーザ干渉計５７用の移動鏡５６が設けられている。計測ステージＰＳＴ２の２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計５７によりリアルタイムで計測され、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計５７の計測結果に基づいて、計測ステージＰＳＴ２の位置を制御する。

投影光学系ＰＬの像面側に配置されている計測ステージＰＳＴ２上には開口部６４Ｋが形成されており、その開口部６４Ｋには透明部材６４が配置されている。透明部材６４は例えばガラス板によって構成されている。なお、透明部材６４の材料は、後述する撮像素子に導かれる光の波長により、蛍石や石英などを適宜選択することができる。透明部材６４の上面６５は平坦面である。また、計測ステージＰＳＴ２上のうち開口部６４Ｋ以外の上面５８も平坦面である。そして、計測ステージＰＳＴ２の上面５８と、開口部６４Ｋに配置された透明部材６４の上面６５とはほぼ同じ高さ（面一）になるように設けられており、計測ステージＰＳＴ２の上面５８は透明部材６４の上面６５を含んだ構成となっている。なお、計測ステージＰＳＴ２の上面５８や透明部材６４の上面６５は液体ＬＱに対して撥液性であることが望ましい。

また、透明部材６４の上面６５を含む計測ステージＰＳＴ２の上面５８は、基板Ｐの表面を含む基板ステージＰＳＴ１の上面５１に並んだ位置に設けられており、基板ステージＰＳＴ１の上面５１と計測ステージＰＳＴ２の上面５８とは、ほぼ同じ高さ位置となるように設けられている。

計測ステージＰＳＴ２には、開口部６４Ｋに接続する内部空間６６が形成されている。
そして、計測ステージＰＳＴ２の内部空間６６には観察装置６０が配置されている。観察装置６０は、透明部材６４の下側に配置された光学系６１と、ＣＣＤ等によって構成されている撮像素子６３とを備えている。撮像素子６３は、液体（ＬＱ１、ＬＱ２）や光学素子（ＬＳ１、ＬＳ２）などの光学像（画像）を透明部材６４及び光学系６１を介して取得可能である。撮像素子６３は取得した画像を電気信号に変換し、その信号（画像情報）を制御装置ＣＯＮＴに出力する。また、観察装置６０は、光学系６１の焦点位置を調整可能な調整機構６２を有している。また、観察装置６０は、第１液浸領域ＬＲ１及び第２液浸領域ＬＲ２の全体を観察可能な視野を有している。撮像素子６３は、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いることができるが、それに限らず種々の素子を用いることができる。
なお、電荷結合素子もまた、それに入射する光（の波長）に高感度の素子を適宜選択することができる。

なお観察装置６０の全部が計測ステージＰＳＴ２の内部に配置されていてもよいが、例えば光学系６１を構成する複数の光学素子のうち一部の光学素子や撮像素子６３等が計測ステージＰＳＴ２の外側に配置されていてもよい。また、調整機構６２が省略された構成であってもよい。あるいは撮像素子６３を省略して、光信号をそのまま光ファイバや導波管を通じて制御装置ＣＯＮＴに導いて、制御装置内で光信号のまま処理したり光電変換してもよい。あるいは、光信号をそのまま表示装置ＤＹに導いて、表示装置ＤＹで第１液浸領域ＬＲ１及び第２液浸領域ＬＲ２の状態を観測しても良い。

図２は基板ステージＰＳＴ１及び計測ステージＰＳＴ２を上方から見た平面図である。
図２において、計測ステージＰＳＴ２の上面５８には、計測器として、投影光学系ＰＬを介したマスクＭのパターンの像に対する基板Ｐのアライメント位置を規定するために、パターンの像の投影位置と不図示の基板アライメント系の検出基準とのＸＹ平面内での位置関係（ベースライン量）を測定するための基準部材３００が設けられている。その基準部材３００には、基準マークＰＦＭと基準マークＭＦＭとが所定の位置関係で形成されている。基準マークＰＦＭは、例えば特開平４−６５６０３号公報に開示されているようなＦＩＡ（フィールド・イメージ・アライメント）方式の基板アライメント系により、投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱ１、ＬＱ２を介さずに検出される。また基準マークＭＦＭは、例えば特開平７−１７６４６８号公報に開示されているようなＶＲＡ（ビジュアル・レチクル・アライメント）方式のマスクアライメント系により、投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱ１、ＬＱ２を介して検出される。また、上面５８には、計測器として、例えば特開昭５７−１１７２３８号公報に開示されているように照度ムラを計測したり、特開２００１−２６７２３９号公報に開示されているように投影光学系ＰＬの露光光ＥＬの透過率の変動量を計測するためのムラセンサ４００の一部を構成する上板４０１、特開２００２−１４００５号公報に開示されているような空間像計測センサ５００の一部を構成する上板５０１、及び特開平１１−１６８１６号公報に開示されているような照射量センサ（照度センサ）６００の一部を構成する上板６０１が設けられている。これら基準部材３００の上面や上板４０１、５０１、６０１の上面は、計測ステージＰＳＴ２の上面５８及び透明部材６４の上面６５とほぼ面一になっている。また、これら基準部材３００の上面、上板４０１、５０１、６０１の上面も、計測ステージＰＳＴ２の上面５８及び透明部材６４の上面６５と同様、撥液性となっている。

この実施形態では、計測ステージＰＳＴ２は露光処理に関する計測処理を行うための専用のステージであって、基板Ｐを保持しない構成となっており、基板ステージＰＳＴ１は、露光処理に関する計測を行う計測器が搭載されていない構成となっている。なお、計測ステージＰＳＴ２については、例えば特開平１１−１３５４００号公報においてより詳細に開示されている。

次に、図１及び図３を参照しながら、第１液浸機構１及び第２液浸機構２について説明する。図３は投影光学系ＰＬの像面側先端部近傍を示す拡大断面図である。

第１液浸機構１の第１液体供給機構１０は、投影光学系ＰＬの第１光学素子ＬＳ１の像面側の第１空間Ｋ１に第１液体ＬＱ１を供給するためのものであって、第１液体ＬＱ１を送出可能な第１液体供給部１１と、第１液体供給部１１にその一端部を接続する第１供給管１３とを備えている。第１供給管１３の他端部はノズル部材７０に接続されている。本実施形態においては、第１液体供給機構１０は純水を供給するものであって、第１液体供給部１１は、純水製造装置、供給する第１液体（純水）ＬＱ１の温度を調整する温調装置、及び供給する第１液体ＬＱ１中の気体成分を低減するための脱気装置等を備えている。
なお、所定の品質条件を満たしていれば、露光装置ＥＸに純水製造装置を設けずに、露光装置ＥＸが配置される工場の純水製造装置（用力）を用いるようにしてもよい。同様に、温調装置および脱気装置などをすべてを露光装置ＥＸで備えている必要はなく、それらの少なくとも一部の代わりに露光装置ＥＸが配置される工場などの設備を使用してもよい。

また、第１供給管１３の途中には、第１液体供給部１１から送出され、投影光学系ＰＬの像面側に供給される単位時間あたりの液体量を制御するマスフローコントローラと呼ばれる流量制御器１６が設けられている。流量制御器１６による液体供給量の制御は制御装置ＣＯＮＴの指令信号の下で行われる。

第１液浸機構１の第１液体回収機構２０は、投影光学系ＰＬの像面側の第１液体ＬＱ１を回収するためのものであって、第１液体ＬＱ１を回収可能な第１液体回収部２１と、第１液体回収部２１にその一端部を接続する第１回収管２３とを備えている。第１回収管２３の他端部はノズル部材７０に接続されている。第１液体回収部２１は例えば真空ポンプ等の真空系（吸引装置）、回収された第１液体ＬＱ１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。なお真空系、気液分離器、タンクなどの少なくとも一部を露光装置ＥＸに設けずに、露光装置ＥＸが配置される工場などの設備を用いるようにしてもよい。

投影光学系ＰＬの像面側近傍には環状部材であるノズル部材７０が配置されている。ノズル部材７０と投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫとの間には隙間が設けられており、ノズル部材７０は投影光学系ＰＬに対して振動的に分離されるように所定の支持機構で支持されている。ノズル部材７０の下面７０Ａは、基板Ｐの表面（基板ステージＰＳＴ１の上面５１）と対向している。

ノズル部材７０の下面７０Ａには、基板Ｐ上に第１液体ＬＱ１を供給する第１供給口１２が設けられている。第１供給口１２はノズル部材７０の下面７０Ａに複数設けられている。また、ノズル部材７０の内部には、第１供給管１３の他端部と第１供給口１２とを接続する内部流路１４が形成されている。内部流路１４の一端部は第１供給管１３の他端部に接続しており、内部流路１４の他端部は、複数の第１供給口１２のそれぞれに接続するように途中で分岐している。

更に、ノズル部材７０の下面７０Ａには、基板Ｐ上の第１液体ＬＱ１を回収する第１回収口２２が設けられている。本実施形態において、第１回収口２２は、ノズル部材７０の下面７０Ａにおいて、第１供給口１２を囲むように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して第１供給口１２の外側に環状に設けられている。また、ノズル部材７０の内部には、第１回収管２３の他端部と第１回収口２２とを接続する内部流路２４が形成されている。内部流路２４は、環状の第１回収口２２に応じて形成された環状流路２４Ｋと、環状流路２４Ｋの一部と第１回収管２３の他端部とを接続するマニホールド流路２４Ｍとを有している。また本実施形態においては、第１回収口２２には多孔質体２２Ｐが設けられている。なお、ノズル部材７０の構成（供給口の位置、回収口の位置など）は、上述したものに限られず、各種構成のノズル部材を用いることができ、その一例が米国特許公開第２００４／０１６５１５９号公報に開示されている。

第１液体供給部１１及び第１液体回収部２１の動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。第１空間Ｋ１に第１液体ＬＱ１の第１液浸領域ＬＲ１を形成する際、制御装置ＣＯＮＴは、第１液体供給部１１より第１液体ＬＱ１を送出し、第１供給管１３、及びノズル部材７０の内部流路１４を介して、基板Ｐの上方に設けられている第１供給口１２より基板Ｐ上に第１液体ＬＱ１を供給する。また、第１空間Ｋ１の第１液体ＬＱ１は、第１回収口２２より回収され、ノズル部材７０の内部流路２４、及び第１回収管２３を介して第１液体回収部２１に回収される。

本実施形態においては、露光装置ＥＸは、基板Ｐの露光中に、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲを含む基板Ｐ上の一部に、投影領域ＡＲよりも大きく且つ基板Ｐよりも小さい第１液浸領域ＬＲ１を局所的に形成する局所液浸方式を採用している。ここで、ノズル部材７０の下面７０Ａ、及び第１光学素子ＬＳ１の下面Ｔ１のそれぞれはほぼ平坦面であり、ノズル部材７０の下面７０Ａと第１光学素子ＬＳ１の下面Ｔ１とはほぼ面一となっている。
これにより、所望の範囲内に第１液浸領域ＬＲ１を良好に形成することができる。また、第１光学素子ＬＳ１のうち第１液浸領域ＬＲ１の第１液体ＬＱ１と接触する下面Ｔ１、及びノズル部材７０のうち第１液浸領域ＬＲ１の第１液体ＬＱ１と接触する下面７０Ａは、第１液体ＬＱ１に対して親液性を有している。

第２液浸機構２の第２液体供給機構３０は、第２液体ＬＱ２を投影光学系ＰＬの第２光学素子ＬＳ２と第１光学素子ＬＳ１との間の第２空間Ｋ２に供給するためのものであって、第２液体ＬＱ２を送出可能な第２液体供給部３１と、第２液体供給部３１にその一端部を接続する第２供給管３３とを備えている。第２液体供給部３１は第１液体供給部１１とほぼ同等の構成を有している。すなわち、第２液体供給部３１は、純水製造装置、供給する第２液体（純水）ＬＱ２の温度を調整する温調装置、及び供給する第２液体ＬＱ２中の気体成分を低減するための脱気装置等を備えている。第２供給管３３の他端部は、鏡筒ＰＫの内部に形成された供給流路３４の一端部に接続されている。また、供給流路３４の他端部は鏡筒ＰＫの内側（内部空間）に配置された供給部材３５に接続されている。供給部材３５には第２液体ＬＱ２が流れる内部流路が形成されており、供給部材３５の所定位置には前記内部流路に接続し、第２空間Ｋ２に対して第２液体ＬＱ２を供給する第２供給口３２が形成されている。すなわち、第２空間Ｋ２に対しては、温度調整され、脱気された第２液体ＬＱ２が第２供給口３２から供給される。なお、純水製造装置、温調装置、脱気装置などのすべてを露光装置ＥＸに設けずに、それらの少なくとも一部の代わりに露光装置ＥＸが設置される向上などの設備を利用してもよい。

また、第２供給管３３の途中には、第２液体供給部３１から送出され、第２空間Ｋ２に供給される単位時間あたりの液体量を制御する流量制御器（マスフローコントローラ）３６が設けられている。流量制御器３６による液体供給量の制御は制御装置ＣＯＮＴの指令信号の下で行われる。

第２液浸機構２の第２液体回収機構４０は、投影光学系ＰＬの第２光学素子ＬＳ２と第１光学素子ＬＳ１との間の第２空間Ｋ２の第２液体ＬＱ２を回収するためのものであって、第２液体ＬＱ２を回収可能な第２液体回収部４１と、第２液体回収部４１にその一端部を接続する第２回収管４３とを備えている。第２液体回収部４１は第１液体回収部２１とほぼ同等の構成を有している。第２回収管４３の他端部は、鏡筒ＰＫの内部に形成された回収流路４４の一端部に接続されている。回収流路４４の他端部は鏡筒ＰＫの内側（内部空間）に配置された回収部材４５に接続されている。回収部材４５には第２液体ＬＱ２が流れる内部流路が形成されており、回収部材４５の所定位置には前記内部流路に接続し、第２空間Ｋ２の第２液体ＬＱ２を回収する第２回収口４２が設けられている。本実施形態においては、回収部材４５は第２液浸領域ＬＲ２を囲む環状部材であって、第２回収口４２は、回収部材４５のうち第２液浸領域ＬＲ２を向く面に複数設けられている。なお第２液浸機構２の構成は、上述のものに限られず、第１光学素子ＬＳ１と第２光学素子ＬＳ２との間の光路を第２液体ＬＱ２で満たすことができれば、各種の構成を採用することができる。

第２液体供給部３１及び第２液体回収部４１の動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。第２空間Ｋ２に第２液体ＬＱ２の第２液浸領域ＬＲ２を形成する際、制御装置ＣＯＮＴは、第２液体供給部３１より第２液体ＬＱ２を送出し、第２供給管３３、供給流路３４、供給部材３５の内部流路を介して、第２供給口３２より第２空間Ｋ２に第２液体ＬＱ２を供給する。また、第２空間Ｋ２の第２液体ＬＱ２は、第２回収口４２より回収され、回収部材４５の内部流路、回収流路４４、及び第２回収管４３を介して第２液体回収部４１に回収される。

なお、第１液体供給部１１、及び第２液体供給部３１の脱気装置としては、例えば国際公開第２００４／０５３９５０号公報に開示されている装置を適用することができ、その構造については図１２との関係で後に詳述する。

また本実施形態においては、露光装置ＥＸは、第１光学素子ＬＳ１の上面Ｔ２のうち露光光ＥＬが通過する領域ＡＲ’を含む一部の領域のみに第２液体ＬＱ２の第２液浸領域ＡＲ’を局所的に形成する。

本実施形態においては、第１光学素子ＬＳ１の下面Ｔ１側の第１空間Ｋ１と、第１光学素子ＬＳ１と第２光学素子ＬＳ２との間の第２空間Ｋ２とは独立した空間である。制御装置ＣＯＮＴは、第１液浸機構１による第１空間Ｋ１に対する第１液体ＬＱ１の供給動作及び回収動作と、第２液浸機構２による第２空間Ｋ２に対する第２液体ＬＱ２の供給動作及び回収動作とを互いに独立して行うことができ、第１空間Ｋ１及び第２空間Ｋ２の一方から他方への液体（ＬＱ１、ＬＱ２）の出入りは生じない。

そして、第１光学素子ＬＳ１の下面Ｔ１側の第１空間Ｋ１、及び上面Ｔ２側の第２空間Ｋ２のそれぞれの光路空間を第１液体ＬＱ１、及び第２液体ＬＱ２で満たすことで、第２光学素子ＬＳ２の下面Ｔ３や第１光学素子ＬＳ１の上面Ｔ２での反射損失が低減され、大きな像側開口数を確保した状態で、基板Ｐを良好に露光することができる。

なお、本実施形態においては、第１光学素子ＬＳ１は、鏡筒ＰＫに対して容易に取り付け・外し可能（交換可能）となっているため、第１光学素子ＬＳ１が汚染された場合には、清浄な第１光学素子ＬＳ１と交換することで、光学素子の汚染に起因する露光精度及び投影光学系ＰＬを介した計測精度の劣化を防止できる。

また、図４に示すように、投影光学系ＰＬの第１光学素子ＬＳ１の下に形成された第１液浸領域ＬＲ１は、基板ステージＰＳＴ１上と計測ステージＰＳＴ２上との間で移動可能となっている。第１液浸領域ＬＲ１を移動する際には、制御装置ＣＯＮＴは、ステージ駆動機構ＰＳＴＤ１、ＰＳＴＤ２を使って、基板ステージＰＳＴ１と計測ステージＰＳＴ２とを接触又は接近した状態で、基板ステージＰＳＴ１と計測ステージＰＳＴ２とをＸＹ方向に一緒に移動し、第１液浸領域ＬＲ１を基板ステージＰＳＴ１の上面と計測ステージＰＳＴ２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ＰＳＴ１と計測ステージＰＳＴ２との隙間（ギャップ）からの第１液体ＬＱ１の流出を抑えつつ、投影光学系ＰＬの像面側の第１空間Ｋ１（光路空間）を第１液体ＬＱ１で満たした状態で、基板ステージＰＳＴ１上と計測ステージＰＳＴ２上との間で第１液浸領域ＬＲ１を移動することができる。

したがって、例えば基板Ｐの交換などのために、基板ステージＰＳＴ１が投影光学系ＰＬの下から移動する場合には、第１液浸領域ＬＲ１は基板ステーＰＳＴ１上から計測ステージＰＳＴ２上へ移動し、投影光学系ＰＬの第１光学素子ＬＳ１と計測ステージＰＳＴ２の上面との間で第１液体ＬＱ１を保持して、観察装置６０、基準部材３００、ムラセンサ４００、空間像計測センサ５００、照射量センサ６００の少なくとも一つを用いた動作を第１液体ＬＱ１を介して実行する。この場合、その動作の結果がその後の露光動作などに反映される。また、基板ステージＰＳＴ１が投影光学系ＰＬの下へ移動する場合には、第１液浸領域ＬＲ１は計測ステージＰＳＴ２上から基板ステージＰＳＴ１上に移動し、投影光学系ＰＬの第１光学素子ＬＳ１と基板ステージＰＳＴ１の上面（基板Ｐ表面含む）との間で第１液体ＬＱ１を保持して、基板Ｐの露光動作などを実行する。

次に、上述した構成を有する露光装置ＥＸを用いて基板Ｐを露光する手順について図５のフローチャート図、及び図６を参照しながら説明する。

まず、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬと計測ステージＰＳＴ２上の透明部材６４とを対向させた状態で、第１液浸機構１及び第２液浸機構２のそれぞれを駆動し、第１液浸領域ＬＲ１及び第２液浸領域ＬＲ２のそれぞれを形成する（ステップＳＡ１）。これにより、図６に示すように、透明部材６４の上面６５を含む計測ステージＰＳＴ２の上面５８上に第１液浸領域ＬＲ１が形成される。

制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０を使って、透明部材６４上に形成された第１液浸領域ＬＲ１の状態を観察する（ステップＳＡ２）。観察装置６０は、透明部材６４の上面６５上の第１液浸領域ＬＲ１の状態を、透明部材６４を介して観察する。なお、観察装置６０が第１液浸領域ＬＲ１の状態を観察しているときには、計測ステージＰＳＴ２はほぼ静止している。透明部材６４の下側の内部空間６６には観察装置６０の光学系６１が配置されており、撮像素子６３は、透明部材６４上にある第１液浸領域ＬＲ１を形成する第１液体ＬＱ１の画像を透明部材６４及び光学系６１を介して取得する。観察装置６０を使って第１液浸領域ＬＲ１の状態を観察するとき、制御装置ＣＯＮＴは、調整機構６２を使って光学系６１の焦点位置を第１液浸領域ＬＲ１のＺ軸方向の位置に合わせる。したがって、撮像素子６３は透明部材６４上にある第１液浸領域ＬＲ１を形成している第１液体ＬＱ１の画像を良好に取得可能である。また、観察装置６０は、第１液浸領域ＬＲ１よりも大きい視野を有しているため、第１液浸領域ＬＲ１を形成する第１液体ＬＱ１の画像を一括して取得可能である。

なお、第１液浸領域ＬＲ１の大きさは、第１液浸機構１による液体供給量や液体回収量によって変化する可能性があるが、観察装置６０は予想される最大の第１液浸領域ＬＲ１が観察できる視野を有している。

撮像素子６３で取得された第１液浸領域ＬＲ１に関する画像情報は制御装置ＣＯＮＴに出力される（ステップＳＡ３）。制御装置ＣＯＮＴは、撮像素子６３から出力された信号（画像情報）に基づいて、第１液浸領域ＬＲ１を形成している第１液体ＬＱの画像を表示装置ＤＹで表示する。

次に、制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０を使って、第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察する（ステップＳＡ４）。観察装置６０は、第１液浸領域ＬＲ１の第１液体ＬＱ１、及び第１光学素子ＬＳ１を介して、第２液浸領域ＬＲ２を観察する。なお、観察装置６０が第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察しているときにも、計測ステージＰＳＴ２はほぼ静止している。第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察装置６０を使って観察するとき、制御装置ＣＯＮＴは、調整機構６２を使って光学系６１の焦点位置を第２液浸領域ＬＲ２のＺ軸方向の位置に合わせる。したがって、撮像素子６３は第２液浸領域ＬＲ２を形成している第２液体ＬＱ２の画像を良好に取得可能である。また、観察装置６０は、第２液浸領域ＬＲ２よりも大きい視野を有しているため、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２の画像を一括して取得可能である。

撮像素子６３で取得された第２液浸領域ＬＲ２に関する画像情報は制御装置ＣＯＮＴに出力される（ステップＳＡ５）。制御装置ＣＯＮＴは、撮像素子６３から出力された信号（画像情報）に基づいて、第２液浸領域ＬＲ２を形成している第２液体ＬＱ２の画像を表示装置ＤＹで表示する。

なおここでは、第１液浸領域ＬＲ１の状態を観察した後、第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察しているが、第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察した後、第１液浸領域ＬＲ１の状態を観察するようにしてもよい。

制御装置ＣＯＮＴは、ステップＳＡ３、及びステップＳＡ５において、撮像素子６３から出力された信号を演算処理（画像処理）し、その処理結果に基づいて、第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２が所望状態であるか否かを判別する（ステップＳＡ６）。制御装置ＣＯＮＴは、特に液体（ＬＱ１、ＬＱ２）にパーティクルや気体部分（気塊や気泡など）が存在していないか否かを判別する。例えば、制御装置ＣＯＮＴは、撮像素子６３から出力を画素毎に明暗を判断し、孤立した画素または画素の集団を液体中の気泡の存在とみなして、そのような画素または画素集団の数から気泡の数や量を求めることができる。あるいは、制御装置ＣＯＮＴは、気泡の数や量が既知の複数の液体サンプルの画像データを制御装置ＣＯＮＴのメモリに記憶しておき、そのデータとの比較において気泡の数や量を判断してもよい。この場合に、画像データは画素の明部または暗部の平均面積や平均数を気泡の数や量に対応付けても良い。画像データや基準データは、制御装置のメモリに保存してよく、あるいは露光装置に別途設けたメモリに記憶してもよい。また同様にして、あるいは液体中の空隙の位置や大きさを検知することもできる。

例えば、第１液浸機構１が第１液浸領域ＬＲ１の形成動作を開始した直後（第１液体ＬＱ１の供給を開始した直後）においては、第１液浸領域ＬＲ１が投影領域ＡＲを十分に覆っていない状態（液切れ状態）が生じていたり、あるいは第１液体ＬＱ１中に気泡が混入する等の不具合が発生する可能性が高くなる。また、第１液浸領域ＬＲ１の形成動作を開始した直後に限らず、第１液浸機構１の動作状態などに応じても、第１液浸領域ＬＲ１の状態が変動し、上記不具合が発生する可能性がある。そのような不具合が発生している状態の第１液浸領域ＬＲ１を介して露光処理や計測処理を行った場合、良好な露光精度や計測精度を得ることができなくなる。本実施形態においては、観察装置６０を使って第１液浸領域ＬＲ１の状態を観察することで、第１液浸領域ＬＲ１に不具合が生じているか否かを把握することができる。同様に、第２液浸領域ＬＲ２においても、液切れ状態が生じたり、気泡が混入する等の不具合が発生する可能性があるが、観察装置６０を使って第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察することで、第２液浸領域ＬＲ２に不具合が生じているか否かを把握することができる。なお、本実施形態の観察装置６０は、例えば径が０．１ｍｍ以上の気泡を観察（検出）できるが、観察装置６０の観察（検出）能力は、露光装置ＥＸで基板Ｐ上に形成されるパターンの線幅などに応じて決めればよく、例えば０．０１ｍｍ以上の気泡を観察できるようにしてもよい。

第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２が所望状態であると判断した場合、制御装置ＣＯＮＴは、計測ステージＰＳＴ２に搭載された各計測器を使って計測処理を行う（ステップＳＡ７）。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、計測ステージＰＳＴ２をＸＹ方向に移動し、第１液浸領域ＬＲ１を透明部材６４上から、基準部材３００、上板４０１、上板５０１、及び上板６０１のうちいずれか１つの上に移動する。例えば、第１液浸領域ＬＲ１を透明部材６４上から照度ムラセンサ４００の上板４０１上に移動したときには、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬ、第１液浸領域ＬＲ１の第１液体ＬＱ１、及び第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２を介して、上板４０１上に露光光ＥＬを照射し、露光光ＥＬの照度ムラを照度ムラセンサ４００を使って計測する。同様に、制御装置ＣＯＮＴは、第１液浸領域ＬＲ１を、基準部材３００上、上板５００上、及び上板６００上に順次移動し、基準部材３００、空間像計測センサ５００、及び照射量センサ６００のそれぞれを使った計測処理を行う。そして、上記各計測器を使った計測結果に基づいて、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬのキャリブレーション処理などを適宜行う。

なお、ステップＳＡ７の各種計測動作と並行して、あるいは計測動作の前後に、基準部材３００上の基準マークＰＦＭが不図示の基板アライメント系により検出され、ベースライン量が決定される。

一方、第１液浸領域ＬＲ１及び第２液浸領域ＬＲ２のうち少なくともいずれか一方が所望状態でないと判断した場合、制御装置ＣＯＮＴは、上述した不具合（液切れ状態、気泡の混入など）が解消されるまで待ち時間を設けたり、上記の不具合を解消するために、所望状態でないと判断された液浸領域が形成された空間への液体供給を停止するとともに液体の回収を行い、再度液体を供給して、液浸領域を作り直す処置を講ずる。あるいは上記不具合を解消するために第１、第２液浸機構１、２の動作状態を変更するなどの適切な処置を講ずる（ステップＳＡ８）。ここで、第１、第２液浸機構１、２の動作状態の変更とは、例えば第１、第２液浸機構１、２の第１、第２液体供給機構１０、３０による単位時間あたりの液体供給量の変更、第１、第２液体供給機構１０、３０に設けられている脱気装置の調整等を含む。そして、観察装置６０を使って第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２の状態を再び観察し（ステップＳＡ２、ＳＡ４）、上記不具合が解消されたことを確認した後、計測処理（ステップＳＡ７）を行う。

計測ステージＰＳＴ２を使った計測処理が完了した後、図４を参照して説明したように、制御装置ＣＯＮＴは、計測ステージＰＳＴ２上に形成されている第１液体ＬＱ１の第１液浸領域ＬＲ１を、基板Ｐを支持している基板ステージＰＳＴ１上に移動する。そして、基板ステージＰＳＴ１上に第１液浸領域ＬＲ１を移動した後、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬ、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２、及び第１液浸領域ＬＲ１の第１液体ＬＱ１を介して、基板Ｐ上に露光光ＥＬを照射して、その基板Ｐを露光する（ステップＳＡ９）。

なお、表示装置ＤＹに表示されている第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２の画像に基づいて、例えば作業者が、第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２が所望状態であるか否かを判断するようにしてもよい。この場合は、作業者などが次の動作を制御装置ＣＯＮＴへ指令する。

以上説明したように、第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２の状態を観察する観察装置６０を設けたので、その観察装置６０の観察結果に基づいて、形成された第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２が所望状態であるか否かを確認することができる。そして、観察装置６０の観察結果に基づいて、形成された第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２が所望状態であると判断した後、基板Ｐの露光を行うことで、第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２の第１、第２液体ＬＱ１、ＬＱ２を介して基板Ｐを良好に露光することができる。一方、観察装置６０の観察結果に基づいて、形成された第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２に気体（気泡）が混入している等、所望状態でないと判断した場合、このような状態の第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２を介して露光処理や計測処理を行った場合には良好な露光精度や計測精度を得ることができなくなる。そこで、制御装置ＣＯＮＴは、第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２を所望状態にするための適切な処置を施し、第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２が所望状態になったことを確認した後、第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２の第１、第２液体ＬＱ１、ＬＱ２を介して基板Ｐを露光することで、基板Ｐを良好に露光することができる。

また、第１液浸領域ＬＲ１は投影光学系ＰＬとその投影光学系ＰＬの像面側に配置された透明部材６４との間に形成され、観察装置６０は透明部材６４を介して第１液浸領域ＬＲ１を観察するので、第１液浸領域ＬＲ１の状態を良好に観察できる。

＜第２の実施形態＞
図７は第２の実施形態を示す図である。以下の説明において、上述した第１の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。

図７に示すように、観察装置６０を使って第２液浸領域ＬＲ２を観察するとき、制御装置ＣＯＮＴは、第１液浸領域ＬＲ１を形成せずに、第２液浸機構２を駆動して、第２液浸領域ＬＲ２のみを形成するようにしてもよい。この場合であっても、観察装置６０は、第１光学素子ＬＳ１を介して第２空間Ｋ２の第２液浸領域ＬＲ２を観察できる。

また、第１液浸領域ＬＲ１の観察は、第２液浸領域ＬＲ２の観察の前、又は後に、第２液浸領域ＬＲ２を形成した状態あるいは第２液浸領域を形成しない状態で実行される。

＜第３の実施形態＞
図８は第３の実施形態を示す図である。図８において、観察装置６０は基板ステージＰＳＴ１の内部空間６６’に設けられている。そして、基板ステージＰＳＴ１の上面５１の一部には、内部空間６６’に接続するように開口部６４Ｋ’が形成されており、その開口部６４Ｋ’に透明部材６４が配置されている。このように、透明部材６４及び観察装置６０を、基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージＰＳＴ１に設けてもよい。

なお、上述した各実施形態においては、観察装置６０は第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２よりも大きい視野を有しているが、第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２よりも小さい視野を有していてもよい。その場合、投影光学系ＰＬに対して、観察装置６０が搭載された計測ステージＰＳＴ２（あるいは基板ステージＰＳＴ１）をＸＹ方向に動かしながら、すなわち、第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２と観察装置６０の視野とを相対的に移動しながら観察することにより、第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２それぞれの全域を良好に観察することができる。

また、観察装置６０にズーム光学系を搭載して、液浸領域ＬＲ１を観察するときと液浸領域ＬＲ２を観察するときとで観察視野の大きさを変化させたり、液浸領域の一部分を拡大して観察するようにしてもよい。

なお上述した実施形態においては、観察装置６０の撮像素子６３で取得された画像情報に基づいて、制御装置ＣＯＮＴが表示装置ＤＹに第１、第２液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２の画像を表示させているが、観察装置６０が、画像処理機能や表示装置ＤＹを有した構成としてもよい。

また、上述の実施形態において、制御装置ＣＯＮＴは第１液浸機構１，２が第１液浸領域ＬＲ１，ＬＲ２の形成したときに、観察装置６０を使って観察動作を実行するようにしているが、所定時間間隔毎、あるいは所定基板処理枚数毎に観察動作を実行するようにしてもよい。

また、基板Ｐの交換（例えば、露光した基板と未露光の基板の交換）中に、投影光学系ＰＬの第１光学素子ＬＳ１と計測ステージＰＳＴ２との間に液体ＬＱ１が保持されている状態で観察動作を実行することもできる。この場合、基板Ｐの交換毎に観察装置６０による観察動作を実行することもできるが、所定の基板処理枚数毎に観察動作を実行してもよい。図９は、観察装置６０による観察のタイミングの一例を示すもので、４枚の基板の露光処理毎に観察装置６０による観察動作を実行する手順を示すものである。なお、図９においては、図５のフローチャートで説明したステップＳＡ９の露光（１枚目の基板の露光）に続く処理手順を示す。

ステップＳＡ９で１枚目の基板の露光処理後、基準部材３００を用いたベースライン量の計測が実行される（ステップＳＡ１０）。次に、２枚目の基板の露光処理が実行され（ステップＳＡ１１）、その後にムラセンサ４００を用いた透過率の変動量の計測が実行される（ステップＡ１２）。次に、３枚目の基板の露光処理が実行され（ステップＳＡ１３）、その後に、空間像計測センサ５００を用いた像面位置計測が実行される（ステップＳＡ１４）。次に、４枚目の基板の露光処理が実行され（ステップＳＡ１５）、その後に観察装置６０による液浸領域ＬＲ１の観察が実行される（ステップＳＡ１６）。次に、５枚の基板の露光処理が実行され（ステップＳＡ１７）、以降ステップＳＡ１０〜ＳＡ１７が、繰り返し行われる。なお、図９のフローチャートは一例にすぎず、観察装置６０、基準部材３００、センサ４００，５００を用いた各動作の順番は適宜入れ替えることが可能でき、各動作の実行頻度も必要に応じて決定することができる。

なお、計測ステージＰＳＴ２に搭載される計測部材や計測装置は、上述のものに限られず、各種計測部材や計測装置を必要に応じて搭載すればよい。例えば、国際公開第９９／６０３６１号パンフレット（対応ＵＳ出願第０９／７１４，１８３号）、特開２００２−７１５１４号、ＵＳ特許第６６５０３９９号などに開示されている波面収差測定装置や、例えば特開昭６２−１８３５２２号公報に開示されている反射部を計測ステージＰＳＴ２に搭載してもよい。

また、上述の実施形態においては、基板ステージＰＳＴ１の基板交換動作の前後において、基板ステージＰＳＴ１及び計測ステージＰＳＴ２の一方から他方へ第１液浸領域ＬＲ１を移動させるために、基板ステージＰＳＴ１と計測ステージＰＳＴ２とを接触又は接近させているが、その他の動作のときにも必要に応じて２つのステージを接触又は接近させてもよい。例えば、基板Ｐの露光を開始する前に基板Ｐ上の複数のアライメントマークを検出するアライメント処理が実行されるが、そのアライメント処理中に第１液浸領域ＬＲ１の一部が基板ステージＰＳＴ１の上面５１から外れるおそれがある場合には、第１液浸領域ＬＲ１を維持するために、２つのステージを接触又は接近させてもよい。また、基板Ｐの露光中に第１液浸領域ＬＲ１の一部が基板ステージＰＳＴ１の上面５１から外れるおそれがある場合には、第１液浸領域ＬＲ１を維持するために、２つのステージを接触又は接近させてもよい。このようにすることで、基板ステージＰＳＴ１の上面５１の面積が小さくても、第１液浸領域ＬＲ１を維持することができる。

なお、図９のフローチャートには明記していないが、各ステップ間においては、一方のステージ上から他方のステージ上への第１液浸領域ＬＲ１の移動が行われており、さらに、ステップＳＡ１０、ＳＡ１２、ＳＡ１４，ＳＡ１６における各動作と並行して、露光された基板と次に露光される基板との交換動作が基板ステージＰＳＴ１を使って実行されている。

また、観察装置６０を用いた観察動作の度に、第１液浸領域ＬＲ１と第２液浸領域ＬＲ２を観察する必要はなく、どちらか一方を観察するようにしてもよい。

＜第４実施形態＞
第４実施形態について説明する。上述の実施形態においては、制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０の観察結果に基づいて、液浸領域が所望状態であるか否かを判別し（図５のステップＳＡ６）、液浸領域が所望状態でないと判断した場合、不具合を解消するための種々の処置を講じている（図５のステップＳＡ８）が、本実施形態においては、液浸領域を形成する液体中に気泡などの気体部分がある場合、制御装置ＣＯＮＴは、その気体部分を低減又は消失させるための処置として、脱気された液体ＬＱを所定時間供給する。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、計測ステージＰＳＴ２に搭載された観察装置６０の観察結果に基づいて、例えば第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中に気体部分があると判断したとき、脱気された第２液体ＬＱ２を第１光学素子ＬＳ１と第２光学素子ＬＳ２との間の第２空間Ｋ２に所定時間供給するとともに、脱気された第２液体ＬＱ２の供給量に応じて、第２空間Ｋ２から所定量の第２液体ＬＱ２を回収するように、第２液浸機構２を制御する。上述のように、第２液浸機構２の第２液体供給部３１は、第２液体ＬＱ２中の気体成分を低減するための脱気装置を備えているため、制御装置ＣＯＮＴは、第２液体供給部３１に設けられた脱気装置を使って第２液体ＬＱ２を十分に脱気した後、第２液浸機構２を制御して、脱気された第２液体ＬＱ２を第１光学素子ＬＳ１と第２光学素子ＬＳ２との間の第２空間Ｋ２に供給することができる。そして、十分に脱気された第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に対して所定時間供給することにより、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中の気体部分（気泡）を第２液体ＬＱ２中に溶かし込んで低減又は消失させることができる。

図１０は脱気された第２液体ＬＱ２を所定時間供給する動作の一例を説明するためのフローチャート図である。ここでは、観察装置６０による観察動作が第２液体ＬＱ２を交換するときに実行される場合を例にして説明する。第２液体ＬＱ２の交換とは、第１光学素子ＬＳ１と第２光学素子ＬＳ２との間の第２空間Ｋ２に第２液体ＬＱ２が満たされている場合において、第２液浸機構２による第２空間Ｋ２に対する第２液体ＬＱ２の供給動作と第２空間Ｋ２の第２液体ＬＱ２の回収動作とを並行して行い、先に第２空間Ｋ２に満たされていた第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２より回収するとともに、所定温度に調整された清浄な新たな第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に供給する動作を言う。

本実施形態においては、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２の交換動作は、基板Ｐのロット毎（所定基板処理枚数毎）に行われるものとする。そして、基板Ｐの露光中においては、第１光学素子ＬＳ１と第２光学素子ＬＳ２との間の第２空間Ｋ２に第２液体ＬＱ２が満たされるものの、第２液浸機構２による第２液体ＬＱ２の供給動作及び回収動作は行われないものとする。こうすることにより、基板Ｐの露光中において、第２液浸機構２による液体供給動作及び回収動作に起因する振動の発生を防止することができる。そして、基板Ｐのロット毎（所定基板処理枚数毎）に第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２の交換動作を行うことで、第２空間Ｋ２を所望温度の第２液体ＬＱ２で満たすことができる。

また、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２を交換するときには、第２空間Ｋ２から第２液体ＬＱ２を完全に除去することなく、常に第２空間Ｋ２に第２液体ＬＱ２が満たされているように、先に第２空間Ｋ２に満たされている第２液体ＬＱ２と新たな第２液体ＬＱ２とを徐々に入れ換えることが好ましい。こうすることにより、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２の交換に伴って、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２中に気体部分（気泡）が生成されてしまうことを抑制することができる。

所定ロットの最終の基板Ｐの露光が完了した後（ステップＳＡ１８）、制御装置ＣＯＮＴは、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２の交換を行う（ステップＳＡ１９）。制御装置ＣＯＮＴは、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２の交換を行うために、第２液浸機構２による第２空間Ｋ２に対する第２液体ＬＱ２の供給動作と第２空間Ｋ２の第２液体ＬＱ２の回収動作とを並行して行う。また、所定ロットの最終の基板Ｐの露光が完了した後、制御装置ＣＯＮＴは、計測ステージＰＳＴ２を投影光学系ＰＬと対向する位置に移動し、計測ステージＰＳＴ２に搭載された観察装置６０で第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２を観察できる状態で第２液体ＬＱ２の交換動作を開始する。

第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２の交換が完了した後、制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０を使って、第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察する。そして、制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０の観察結果に基づいて、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２中に気体部分（気泡）があるか否かを判別する（ステップＳＡ２０）。

ステップＳＡ２０において、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中に気泡がないと判断した場合、制御装置ＣＯＮＴは、次のロットの基板Ｐの露光を実行する（ステップＳＡ２１）。

一方、ステップＳＡ２０において、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中に気泡があると判断した場合、制御装置ＣＯＮＴは、脱気された第２液体ＬＱ２を所定時間供給するように、第２液浸機構２を制御する（ステップＳＡ２２）。ここで、気泡を低減又は消失させるために第２空間Ｋ２に対して第２液体ＬＱ２を供給するときの単位時間当たりの液体供給量と、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２を交換するときの単位時間当たりの液体供給量とはほぼ同じであってもよいし、気泡を低減又は消失させるために第２空間Ｋ２に対して第２液体ＬＱ２を供給するときの単位時間当たりの液体供給量が、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２を交換するときの単位時間当たりの液体供給量よりも多くてもよい。

図１１は、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中に気泡があると判断された後、脱気された第２液体ＬＱ２が第２空間Ｋ２に供給されている状態を示す図である。図１１に示すように、制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０で第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察しつつ、第２液浸機構２の第２液体供給部３１より、脱気された第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に対して供給する。図１１においては、第１液浸領域ＬＲ１は形成されていない。制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０で第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察しつつ、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中の気泡の大きさ又は量が所定レベル以下になるまで、第２液体供給部３１より十分に脱気された第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に対して供給するとともに、第２液体回収部４１により第２空間Ｋ２の第２液体ＬＱ２を回収する。十分に脱気された第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に所定時間供給し続けることにより、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２中の気泡を低減又は消失させることができる。また、例えば気泡が第１光学素子ＬＳ１の上面Ｔ２や第２光学素子ＬＳ２の下面Ｔ３に付着している状態であっても、十分に脱気された第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に所定時間供給し続けることにより、その気泡を消失させることができる。

気泡を低減又は消失させるために第２空間Ｋ２に供給される第２液体ＬＱ２は、基板Ｐを露光するときに第２空間Ｋ２に満たされる液体と同じものである。本実施形態においては、第２液体供給部３１に設けられた脱気装置３８は、気泡を低減又は消失させるために第２空間Ｋ２に供給する第２液体ＬＱ２の溶存気体濃度が５ｐｐｍ以下となるように、第２液体ＬＱ２を脱気する。更に具体的には、脱気装置３８は、溶存酸素濃度５ｐｐｍ以下、溶存炭酸ガス濃度５ｐｐｍ以下、及び溶存窒素濃度５ｐｐｍ以下の少なくとも一つの条件を満たすように第２液体ＬＱ２の脱気を行う。第２空間Ｋ２に供給する第２液体ＬＱ２の溶存気体濃度を５ｐｐｍ以下に抑えることで、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中の気泡を第２液体ＬＱ２中に溶かして低減又は消失させることができる。

図１２は脱気装置３８の概略構成を示す断面図である。ハウジング１７１の内部に筒状の中空糸束１７２が所定空間１７３を介して収容されている。中空糸束１７２はストロー状の中空糸膜１７４の複数を平行に束ねたものであり、各中空糸膜１７４は、疎水性が高く気体透過性に優れた素材（例えば、ポリ４メチルペンテン１）で形成されている。ハウジング１７１の両端には真空キャップ部材１７５ａ、１７５ｂが固定されており、ハウジング１７１の両端外側に密閉空間１７６ａ、１７６ｂを形成している。真空キャップ部材１７５ａ、１７５ｂには不図示の真空ポンプに接続された脱気口１７７ａ、１７７ｂが設けられている。また、ハウジング１７１の両端には、中空糸束１７２の両端のみが密閉空間１７６ａ、１７６ｂに連結されるように封止部１７８ａ、１７８ｂが形成されており、脱気口１７７ａ、１７７ｂに接続された真空ポンプによりそれぞれの中空糸膜１７４の内側を減圧状態にすることができる。中空糸束１７２の内部には、所定の液体供給源に接続された管１７９が配置されている。管１７９には複数の液体供給穴１８０が設けられており、封止部１７８ａ、１７８ｂ及び中空糸束１７２で囲まれた空間１８１に、液体供給穴１８０から液体ＬＱが供給される。液体供給穴１８０から空間１８１に液体ＬＱの供給を続けられると、液体ＬＱは平行に束ねた中空糸膜１７４の層を横切るように外側へ向かって流れ、液体ＬＱが中空糸膜１７４の外表面と接触する。前述したように中空糸膜１７４はそれぞれ、疎水性が高く気体透過性に優れた素材で形成されているので、液体ＬＱは中空糸膜１７４の内側に入ることなく、各中空糸膜１７４の間を通って中空糸束１７２の外側の空間１７３に移動する。一方、液体ＬＱ中に溶解している気体（分子）は、中空糸膜１７４の内側が減圧状態（２０Ｔｏｒｒ程度）になっているので、各中空糸膜１７４の内側へ移動する（吸収される）。このように、中空糸膜１７４の層を横切る間に液体ＬＱから除去（脱気）された気体成分は、矢印１８３で示すように、中空糸束１７２の両端から密閉空間１７６ａ、１７６ｂ介して脱気口１７７ａ、１７７ｂから排出される。また、脱気処理された液体ＬＱは、ハウジング１５１に設けられた液体出口１８２から第２供給管３３（第２空間Ｋ２）に供給される。本実施形態においては、第２液体供給部３１は、脱気装置３８を使って、第２空間Ｋ２に供給する第２液体ＬＱ２の溶存気体濃度を５ｐｐｍ以下にする。

また、制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０の観察結果に基づいて、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２中の気泡の大きさや気泡の量を求めることができるため、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２中の気泡の大きさ又は量に応じて、第２液体供給部３１より脱気された第２液体ＬＱ２を供給する時間を調整してもよい。制御装置ＣＯＮＴにはタイマーＴＭが接続されており、制御装置ＣＯＮＴはタイマーＴＭによって時間を管理することができ、時間を管理しつつ、脱気された第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に対して所定時間供給することにより、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中の気泡を低減又は消失させることができる。具体的には、気泡の大きさが大きかったりあるいは気泡の量が多い場合には、制御装置ＣＯＮＴは、脱気された第２液体ＬＱ２を供給する時間を長くし、気泡の大きさが小さかったりあるいは気泡の量が少ない場合には、脱気された第２液体ＬＱ２を供給する時間を短くする。こうすることにより、気泡の大きさが大きかったりあるいは気泡の量が多い場合には、その気泡を確実に低減又は消失させることができ、気泡の大きさが小さかったりあるいは気泡の量が少ない場合には、気泡が低減又は消失したにもかかわらず脱気された第２液体ＬＱ２を供給し続けるといった無駄を省くことができる。

また、制御装置ＣＯＮＴは、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２中の気泡の大きさ又は量に応じて、第２液体供給部３１より脱気された第２液体ＬＱ２を供給するときの単位時間当たりの液体供給量を調整することもできる。例えば、気泡の大きさが大きかったりあるいは気泡の量が多い場合には、制御装置ＣＯＮＴは、脱気された第２液体ＬＱ２を供給するときの単位時間当たりの液体供給量を多くし、気泡の大きさが小さかったりあるいは気泡の量が少ない場合には、脱気された第２液体ＬＱ２を供給するときの単位時間当たりの液体供給量を少なくする。

そして、脱気された第２液体ＬＱ２を所定時間供給した後、観察装置６０の観察結果に基づいて、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中の気泡の大きさ又は量が所定レベル以下になったことを確認した後、次のロットの基板Ｐの露光を開始する。

なお本実施形態においては、制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０で第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察しつつ、脱気された第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に所定時間供給しているが、脱気された第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に供給している間、常に観察装置６０を使って第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察していなくてもよい。例えば第１の時点において、観察装置６０を使って第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察し、その観察装置６０の観察結果に基づいて、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中に気泡があると判断した後、制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０の観察動作を行うことなく、第２液体供給部３１より脱気された第２液体ＬＱ２を所定時間供給するようにしてもよい。そして、所定時間経過後、第２の時点において、観察装置６０を用いて第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２中の気泡が低減又は消失したか否かを確認することにより、制御装置ＣＯＮＴは、次のロットの基板を露光するか、あるいは脱気された第２液体ＬＱ２の供給を更に継続するかを判断することができる。この場合においても、制御装置ＣＯＮＴは、第１の時点における観察装置６０の観察結果に基づいて、第２液浸領域ＬＲ２中の気泡の大きさ又は量を求めることができるので、その気泡の大きさ又は量に応じて、脱気された第２液体ＬＱ２を供給する供給時間を調整することができる。脱気された第２液体ＬＱ２の供給時間を調整する場合、制御装置ＣＯＮＴは、タイマーＴＭをモニタしつつ供給時間を調整することができる。

なお本実施形態においては、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２の交換が完了した後、観察装置６０が第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察しているが、もちろん、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２の交換を行いつつ、観察装置６０による第２液浸領域ＬＲ２の状態の観察を行うようにしてもよい。

なお、図１１に示したように、観察装置６０が計測ステージＰＳＴ２に設けられている場合には、観察装置６０の観察動作と、基板ステージＰＳＴ１上の基板Ｐの交換動作（所定ロットの最終基板と次のロットの基板との交換動作）とを並行して行うことができる。
一方、第３実施形態で説明したように、観察装置６０が基板ステージＰＳＴ１に設けられていてもよい。この場合には、観察装置６０の観察動作の前又は後に、基板ステージＰＳＴ１上の基板Ｐの交換動作を行うことができる。また、図１１では、観察装置６０を使って第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察しているときには第１液浸領域ＬＲ１は形成されていないが、第１液浸領域ＬＲ１が形成されていてもよい。この場合、観察装置６０は、第１液浸領域ＬＲ１の第１液体ＬＱ１を介して第２液浸領域ＬＲ２を観察する。一方、図１１に示すように、観察装置６０を使って第２液浸領域ＬＲ２の状態を観察しているときには、第１液浸領域ＬＲ１を形成しないことにより、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中の気泡の有無をより高精度に観察することができる。

なお本実施形態においては、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２の交換動作を、基板Ｐのロット毎（すなわちマスクステージＭＳＴに対するマスクＭの交換毎）に行っているが、所定時間間隔毎、あるいは所定基板処理枚数毎に行うようにしてもよい。

また本実施形態では、観察装置６０による観察動作は、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２の交換毎に行っているが、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２の交換時以外のタイミングで行うようにしてもよい。例えば、第２液体ＬＱ２が無い状態の第２空間Ｋ２に対して第２液体ＬＱ２を供給するときに、観察装置６０による観察を行うようにしてもよい。あるいは、１つのロットの途中であっても、基板ステージＰＳＴ１上の基板Ｐの交換を行っているときには、投影光学系ＰＬと計測ステージＰＳＴ２とが対向するため、計測ステージＰＳＴ２に観察装置６０が設けられている構成の場合には、そのロットの途中の基板交換時に、第２液浸領域ＬＲ２の観察を行うことができる。そして、観察装置６０の観察結果に基づいて、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中に気泡があると判断したときには、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴ１にロードされた基板Ｐの露光を行わずに、第２液浸領域ＬＲ２中の気泡を低減又は消失させるために、脱気された第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に対して所定時間供給することができる。

なお本実施形態においては、第２液浸領域ＬＲ２の第２液体ＬＱ２の交換動作は、ロット毎（あるいは所定時間間隔毎、所定基板処理枚数毎）に行われるが、基板Ｐの露光中においても、第２液浸機構２は、第２空間Ｋ２に対する第２液体ＬＱ２の供給動作及び第２空間Ｋ２の第２液体ＬＱ２の回収動作を常時行うようにしてもよい。この場合、基板Ｐの交換中などの非露光動作時に第２液浸領域ＬＲ２（第２液体ＬＱ２）の状態を観察し、第２液体ＬＱ２中に気泡があると判断したときには、制御装置ＣＯＮＴは、次の基板Ｐの露光を開始せずに、脱気された第２液体ＬＱ２の供給動作と回収動作を行って、第２液体ＬＱ２中の気泡を低減又は消失させる。このとき、気泡を低減又は消失させるために第２空間Ｋ２に対して脱気された第２液体ＬＱ２を供給するときの単位時間当たりの液体供給量と、基板Ｐを露光するときに第２空間Ｋ２に対して第２液体ＬＱ２を供給するときの単位時間当たりの液体供給量とは同じであってもよいし、気泡を低減又は消失させるために第２空間Ｋ２に対して脱気された第２液体ＬＱ２を供給するときの単位時間当たりの液体供給量を、基板Ｐを露光するときに第２空間Ｋ２に対して第２液体ＬＱ２を供給するときの単位時間当たりの液体供給量よりも多くしてもよい。

また、本実施形態においては、第２液浸領域を形成する第２液体ＬＱ２中に気泡があると判断したときに、その気体部分を低減又は消失させるために脱気された第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に所定時間供給するようにしているが、脱気された第２液体ＬＱ２の液体供給時間を管理せずに、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中に気泡があると判断したときに、脱気された第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に供給しながら観察装置６０で第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２を連続的又は断続的に観察し、第２液体ＬＱ２中の気体部分が露光や計測に影響のない程度に低減又は消失したと判断した時点で脱気された第２液体ＬＱ２の供給停止、及び／又は露光光ＥＬの照射を実行するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、第２液浸領域ＬＲ２を形成する第２液体ＬＱ２中に気泡があると判断したとき、脱気された第２液体ＬＱ２を第２空間Ｋ２に所定時間供給しているが、制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０の観察結果に基づいて、第１液浸領域ＬＲ１を形成する第１液体ＬＱ１中に気泡があると判断したとき、脱気された第１液体ＬＱ１を所定時間供給するように、第１液浸機構１を制御するようにしてもよい。第１液浸機構１の第１液体供給部１１も脱気装置を備えているため、第１液浸機構１の第１液体供給部１１は脱気された第１液体ＬＱ１を供給可能である。

＜第５の実施形態＞
上述の各実施形態において、観察装置６０を用いた観察動作を実行するときに、この実施形態で説明するように、液浸領域ＬＲ１、ＬＲ２を光源からの光で照明するようにしてもよい。この実施形態では種々の照明方法及びそのための装置・構造を説明する。例えば、照明光として、露光光ＥＬを用いることができ、この場合には強度を低下させてもよい。また、透明部材６４の材料として露光光ＥＬの波長に応じて透明な材料（例えば蛍石や石英など）を適宜選択する。また、露光光ＥＬの波長に応じて高感度な撮像素子や検出素子を用いることが好ましい。

図１３に示すように、観察装置６０に照明用の光源６７を持たせてもよい。照明用の光源としては、例えばＬＥＤ（白色ＬＥＤなど）やＥＬ素子（無機ＥＬシートなど）を用いることができる。また照明光の照明方法として暗視野照明法や明視野照明法を用いることができ、暗視野照明法と明視野照明法とを切換可能にすることもできる。この場合、例えば、明視野照明法を用いて空間Ｋ１，Ｋ２が液体ＬＱ１、ＬＱ２で十分に満たされているか否かを観察し、暗視野照明法を用いて液体ＬＱ１、ＬＱ２中に小さな気泡やパーティクルが混入していない否かを観察することができる。

また、図１４に示すように、第２液浸領域ＬＲ２を照明するための照明装置６８を、第２液浸領域ＬＲ２の上方、すなわち第２液浸領域ＬＲ２を挟んで観察装置６０と対向する位置に配置し、第２液浸領域ＬＲ２に対して上方から照明光を照射するようにしてもよい。照明装置６８は、例えばＬＥＤ（白色ＬＥＤなど）やＥＬ素子（無機ＥＬシートなど）によって構成可能である。図１４に示す照明装置６８は、露光光ＥＬの光路空間に対して進退可能に設けられており、制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０を使って第２液浸領域ＬＲ２の観察を行う場合、照明装置６８を露光光ＥＬの光路空間に配置し、照明装置６８より射出された照明光を、第２液浸領域ＬＲ２に対して上方から照射する。照射装置６８から射出された照明光は、投影光学系ＰＬの各光学素子を通過した後、第２空間Ｋ２の第２液浸領域ＬＲ２を照明することができる。そして、基板Ｐを露光するときなど、投影光学系ＰＬに露光光ＥＬを通過させる場合には、制御装置ＣＯＮＴは、照明装置６８を露光光ＥＬの光路空間より退避させる。図１４に示す例では、照明装置６８はマスクステージＭＳＴ（マスクＭ）と投影光学系ＰＬとの間に配置されるが、マスクステージＭＳＴ（マスクＭ）の上方に配置されてもよい。

また、図１５に示すように、照明装置６８をマスクステージＭＳＴの下面に取り付けてもよい。こうすることによっても、第２液浸領域ＬＲ２に対して上方から照明光を照射することができる。制御装置ＣＯＮＴは、観察装置６０を使って第２液浸領域ＬＲ２の観察を行う場合、マスクステージＭＳＴを駆動して、照明装置６８を投影光学系ＰＬの上方に配置し、照明装置６８より射出された照明光を、投影光学系ＰＬの各光学素子を介して、第２液浸領域ＬＲ２に対して上方から照射する。

また、図１６に示すように、蛍光部材（蛍光板）６９をマスクステージＭＳＴで保持し、蛍光板６９から発生した光（照明光）を、第２液浸領域ＬＲ２に対して上方から照射するようにしてもよい。マスクステージＭＳＴには露光光ＥＬを通過させるための開口部Ｋｍが設けられているが、蛍光板６９から発生した光はその開口部Ｋｍを通過した後、投影光学系ＰＬの各光学素子を介して、第２液浸領域ＬＲ２に照射される。蛍光板６９を蛍光させるためには、例えば蛍光板６９に露光光ＥＬを照射すればよい。あるいは、マスクステージＭＳＴの一部に開口部Ｋｍとは別の蛍光板用開口部を設け、その蛍光板用開口部に蛍光板を固定するようにしてもよい。

なお、図１４〜図１６を参照して説明した照明光を使って第１液浸領域ＬＲ１を照明することも可能である。

また、図１７に示すように、照明装置６８をノズル部材７０近傍に設け、その照明装置６８より照明光を射出することにより、その照明光は第１液浸領域ＬＲ１を傾斜方向から照明することができる。図１７に示す例では、照明装置６８は、第１支持機構８１を介して、露光装置ＥＸのボディ（コラム）１００の一部に支持されている。コラム１００は投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫに設けられたフランジＰＦを支持している。また、コラム１００は、第２支持機構８２を介して、ノズル部材７０を支持することができる。

また、上述の説明においては、透明部材６４を介して液浸領域（ＬＲ１、ＬＲ２）を形成する液体（ＬＱ１、ＬＱ２）の状態を観察しているが、図１７に示した照明装置６８の替わりに観察装置（例えば、撮像装置や気泡検出器）を設けて、第１液浸領域ＬＱ１を形成する第１液体ＬＱ１を側方から観察するようにしてもよい。このような観察装置として、例えば、ＷＯ ２００４／０５３９５８に開示されているような気泡検出器を用いてもよい。この気泡検出器は投影光学系の光軸から離れた位置に設置された投射系と検出系を有している。より具体的には、投射系と検出系は、投影光学系の投影領域を挟むように走査方向（Ｘ方向）に設けられており、投射系の複数の投射部から液浸領域に検出光が斜入射され、液浸領域に気泡が存在しない場合には液浸領域の底面または界面（本願では透明部材６４の上面）で反射して受光系で受光される。液浸領域に気泡が存在する場合には、気泡により光が散乱するために、受光系とは異なる位置に設けられた別の受光系により光が受光され、その受光量に基づいて気泡の量が求められる（暗視野検出）。

また、計測ステージＰＳＴ２が投影光学系ＰＬと対向していない状態で第１液浸領域ＬＱ１を形成する第１液体ＬＱ１の状態を側方から観察（チェック）することができる観察装置を計測ステージＰＳＴ２に設けてもよい。この場合、例えば、基板ステージＰＳＴ１に保持されている基板Ｐの露光中にも、基板ステージＰＳＴ１（基板Ｐ）上に形成されている第１液浸領域ＬＲ１の状態（液体ＬＱ１中の泡の有無や液体ＬＱ１の漏れ出しなど）を、計測ステージＰＳＴ２に設けた観察装置を使ってチェックすることができる。

また、上述のした各実施形態においては、第１光学素子ＬＳ１の下面Ｔ１側の第１空間Ｋ１と上面Ｔ２側の第２空間Ｋ２のそれぞれを液体で満たした状態で使用される投影光学系ＰＬを採用しているが、投影光学系ＰＬの第１光学素子ＬＳ１の下面Ｔ１側の第１空間Ｋ１のみを液体で満たした状態で使用される投影光学系ＰＬを採用することもできる。この場合、観察装置６０による観察対象は第１液浸領域ＬＲ１のみとなる。

また、観察装置６０を液浸領域ＬＲ１，ＬＲ２の観察だけでなく、投影光学系ＰＬの第１光学素子ＬＳ１の下面Ｔ１の観察やノズル部材７０の下面７０Ａや不図示の基板アライメント系の対物レンズ下面の観察に用いることもできる。この場合、観察装置６０を用いて取得された画像から、第１光学素子ＬＳ１の下面Ｔ１、第１光学素子ＬＳ１の保持部、ノズル部材の下面７０Ａなどの汚染状態を確認したり、基板アライメント系の対物レンズ下面や基板アライメント系の筐体などに液体（水）が付着していないかどうかを確認することができる。

上述した各実施形態における液体ＬＱは純水である。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。

上記実施形態において気泡を観測する場合に、撮像素子や透過率センサを用いる場合には、それらの素子やセンサの感度を向上させるために添加物を加えても良い。例えば、気泡液体の区別を明確にするために、液体中に色素を添加してもよい。この場合、露光光に対して吸収帯を持たない色素であることが望ましい。このような添加物を加えた液体を液浸状態を観測する場合に用い、実際の露光時には添加物を加えない純水を用いても良い。

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。

なお、液浸法において開口数を上げるためには、屈折率が高い液体、例えば屈折率が１．６以上の液体を用いることが考えられる。この場合、投影光学系ＰＬの大きさ（径）を抑えるために、投影光学系の一部のレンズ（特に像面に近いレンズ）を高屈折率の材料で形成することが望ましい。例えば、投影光学系ＰＬ中の光学素子のうち第２液体ＬＱ２に接する第２光学素子ＬＳ２を、ＣａＯ（酸化カルシウム）及びＭｇＯ（酸化マグネシウム）のうち少なくとも一方の材料で形成することのが好ましい。こうすることにより、実現可能なサイズのもとで、高い開口数を実現することができる。たとえばＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いた場合にも、１．５程度、あるいはそれ以上の高い開口数を実現することが可能となる。

上述の各実施形態では、最も像面側（基板Ｐ側）に配置される第１光学素子ＬＳ１が屈折力を有しない平行平面板の形態であるが、この第１光学素子ＬＳ１が屈折力を有する場合には、この最も像面側に配置される第１光学素子ＬＳ１をＣａＯ及びＭｇＯのうち少なくとも一方の材料で形成することが好ましい。

すなわち、像面側に形成された液浸領域の液体を介して基板上に物体の像を投影する投影光学系が、最も像面側に配置されてＣａＯ（酸化カルシウム）及びＭｇＯ（酸化マグネシウム）のうち少なくとも一方の材料で形成された第１光学素子を備えることが好ましい。また、像面側に形成された液浸領域の液体を介して基板上に物体の像を投影する投影光学系が、最も像面側に配置された第１光学素子と、第１光学素子の物体側に隣接して配置された第２光学素子とを備え、第１光学素子と第２光学素子との少なくとも一方が、ＣａＯ（酸化カルシウム）及びＭｇＯ（酸化マグネシウム）のうち少なくとも一方の材料で形成されることが好ましい。例えば、第１光学素子ＬＳ１及び第２光学素子ＬＳ２の一方をＣａＯ（酸化カルシウム）で形成し、他方をＭｇＯ（酸化マグネシウム）で形成することができる。

なお、第１光学素子ＬＳ１が屈折力を有する場合、第１光学素子ＬＳ１と第２光学素子ＬＳ２との間の光路空間は第２液体ＬＱ２で満たさなくてもよい。

また、ＣａＯ（酸化カルシウム）及びＭｇＯ（酸化マグネシウム）は露光光ＥＬの波長（例えば１９３ｎｍ）において固有複屈折を有するが、固有複屈折の符号はＣａＯ（酸化カルシウム）とＭｇＯ（酸化マグネシウム）とで互いに逆向きである。従って、投影光学系の像面側（基板Ｐ側）に近い光学素子のうちの１つをＣａＯ又はＭｇＯで形成した場合、当該光学素子の近傍の光学素子をＭｇＯ又はＣａＯで形成して、これらの光学素子の光軸方向の厚みを固有複屈折の影響を低減させるように定めることが好ましい。ここで、これらの光学素子の結晶方向がそろっていることが好ましい。また、ＣａＯで形成された光学素子とＭｇＯで形成された光学素子とが隣り合っていなくてもよい。

例えば第２光学素子ＬＳ２をＭｇＯ（又はＣａＯ）で形成し、且つ第３光学素子ＬＳ３をＣａＯ（又はＭｇＯ）で形成した場合を考えると、これらの第２光学素子ＬＳ２の光軸方向の厚みと第３光学素子ＬＳ３の光軸方向の厚みとを、ＣａＯ及びＭｇＯが有する固有複屈折の値の逆数にほぼ比例するように定めることが好ましい。上述の場合、最も像面側（基板Ｐ側）の第１光学素子ＬＳ１を石英ガラスで形成することができる。

また、第１光学素子ＬＳ１が屈折力を有している場合には、第１光学素子ＬＳ１をＭｇＯ（又はＣａＯ）で形成し、且つ第２光学素子ＬＳ２をＣａＯ（又はＭｇＯ）で形成し、第１光学素子ＬＳ１の光軸方向の厚みと第２光学素子ＬＳ２の光軸方向の厚みとを、ＣａＯ及びＭｇＯが有する固有複屈折の値の逆数にほぼ比例するように定めるようにしてもよい。

さて、ＣａＯ（酸化カルシウム）で光学素子を形成する場合には、当該光学素子の光学面上にＭｇＯ（酸化マグネシウム）を含む反射防止コートを形成することが好ましい。また、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）で光学素子を形成する場合には、当該光学素子の光学面上にＣａＯ（酸化カルシウム）を含む反射防止コートを形成することが好ましい。

なお、上述したように液浸法を用いた場合には、投影光学系の開口数ＮＡが０．９〜１．５になることもある。このように投影光学系の開口数ＮＡが大きくなる場合には、従来から露光光として用いられているランダム偏光光では偏光効果によって結像性能が悪化することもあるので、偏光照明を用いるのが望ましい。その場合、マスク（レチクル）のライン・アンド・スペースパターンのラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明を行い、マスク（レチクル）のパターンからは、Ｓ偏光成分（ＴＥ偏光成分）、すなわちラインパターンの長手方向に沿った偏光方向成分の回折光が多く射出されるようにするとよい。投影光学系ＰＬと基板Ｐ表面に塗布されたレジストとの間が液体で満たされている場合、投影光学系ＰＬと基板Ｐ表面に塗布されたレジストとの間が空気（気体）で満たされている場合に比べて、コントラストの向上に寄与するＳ偏光成分（ＴＥ偏光成分）の回折光のレジスト表面での透過率が高くなるため、投影光学系の開口数ＮＡが１．０を越えるような場合でも高い結像性能を得ることができる。また、位相シフトマスクや特開平６−１８８１６９号公報に開示されているようなラインパターンの長手方向に合わせた斜入射照明法（特にダイポール照明法）等を適宜組み合わせると更に効果的である。特に、直線偏光照明法とダイポール照明法との組み合わせは、ライン・アンド・スペースパターンの周期方向が所定の一方向に限られている場合や、所定の一方向に沿ってホールパターンが密集している場合に有効である。例えば、透過率６％のハーフトーン型の位相シフトマスク（ハーフピッチ４５ｎｍ程度のパターン）を、直線偏光照明法とダイポール照明法とを併用して照明する場合、照明系の瞳面においてダイポールを形成する二光束の外接円で規定される照明σを０．９５、その瞳面における各光束の半径を０．１２５σ、投影光学系ＰＬの開口数をＮＡ＝１．２とすると、ランダム偏光光を用いるよりも、焦点深度（ＤＯＦ）を１５０ｎｍ程度増加させることができる。

また、直線偏光照明と小σ照明法（照明系の開口数ＮＡｉと投影光学系の開口数ＮＡｐとの比を示すσ値が０．４以下となる照明法）との組み合わせも有効である。

また、例えばＡｒＦエキシマレーザを露光光とし、１／４程度の縮小倍率の投影光学系ＰＬを使って、微細なライン・アンド・スペースパターン（例えば２５〜５０ｎｍ程度のライン・アンド・スペース）を基板Ｐ上に露光するような場合、マスクＭの構造（例えばパターンの微細度やクロムの厚み）によっては、Wave guide効果によりマスクＭが偏光板として作用し、コントラストを低下させるＰ偏光成分（ＴＭ偏光成分）の回折光よりＳ偏光成分（ＴＥ偏光成分）の回折光が多くマスクＭから射出されるようになる。この場合、上述の直線偏光照明を用いることが望ましいが、ランダム偏光光でマスクＭを照明しても、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが０．９〜１．３のように大きい場合でも高い解像性能を得ることができる。

また、マスクＭ上の極微細なライン・アンド・スペースパターンを基板Ｐ上に露光するような場合、Wire Grid効果によりＰ偏光成分（ＴＭ偏光成分）がＳ偏光成分（ＴＥ偏光成分）よりも大きくなる可能性もあるが、例えばＡｒＦエキシマレーザを露光光とし、１／４程度の縮小倍率の投影光学系ＰＬを使って、２５ｎｍより大きいライン・アンド・スペースパターンを基板Ｐ上に露光するような場合には、Ｓ偏光成分（ＴＥ偏光成分）の回折光がＰ偏光成分（ＴＭ偏光成分）の回折光よりも多くマスクＭから射出されるので、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが０．９〜１．３のように大きい場合でも高い解像性能を得ることができる。

更に、マスク（レチクル）のラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明（Ｓ偏光照明）だけでなく、特開平６−５３１２０号公報に開示されているように、光軸を中心とした円の接線（周）方向に直線偏光する偏光照明法と斜入射照明法との組み合わせも効果的である。特に、マスク（レチクル）のパターンが所定の一方向に延びるラインパターンだけでなく、複数の異なる方向に延びるラインパターンが混在（周期方向が異なるライン・アンド・スペースパターンが混在）する場合には、同じく特開平６−５３１２０号公報に開示されているように、光軸を中心とした円の接線方向に直線偏光する偏光照明法と輪帯照明法とを併用することによって、投影光学系の開口数ＮＡが大きい場合でも高い結像性能を得ることができる。例えば、透過率６％のハーフトーン型の位相シフトマスク（ハーフピッチ６３ｎｍ程度のパターン）を、光軸を中心とした円の接線方向に直線偏光する偏光照明法と輪帯照明法（輪帯比３／４）とを併用して照明する場合、照明σを０．９５、投影光学系ＰＬの開口数をＮＡ＝１．００とすると、ランダム偏光光を用いるよりも、焦点深度（ＤＯＦ）を２５０ｎｍ程度増加させることができ、ハーフピッチ５５ｎｍ程度のパターンで投影光学系の開口数ＮＡ＝１．２では、焦点深度を１００ｎｍ程度増加させることができる。

更に、上述の各種照明法に加えて、例えば特開平４−２７７６１２号公報や特開２００１−３４５２４５号公報に開示されている累進焦点露光法や、多波長（例えば二波長）の露光光を用いて累進焦点露光法と同様の効果を得る多波長露光法を適用することも有効である。

上述の各実施形態では、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、このレンズにより投影光学系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、上述した実施形態では、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。

なお、上述した各実施形態の液体ＬＱは水（純水）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。この場合も表面処理は用いる液体ＬＱの極性に応じて行われる。

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場合は、基板を保持する二つの基板ステージのそれぞれに観察装置６０の少なくとも一部を設けてもよいし、一方の基板ステージのみに観察装置６０の少なくとも一部を設けることもできる。

また上述の実施形態においては、計測ステージと基板ステージとを備えた露光装置に本発明を適用した場合について説明したが、計測ステージを備えずに、一つの基板ステージのみを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。この場合は、上述の第３実施形態で説明したように、基板ステージに観察装置６０の少なくとも一部が搭載される。

また、上述の各実施形態においては、基板ステージや計測ステージに透明部材６４と光学系６１と撮像素子６３が搭載されているが、例えば特開平１０−２８４４１２号公報に開示されているようにして、透明部材６４をステージに配置するとともに、ステージとは分離して設けられた部材（例えばベースＢＰ）に撮像素子６３を配置して、透明部材６４を介して撮像素子６３で光を受けて、液浸領域（ＬＲ１、ＬＲ２）を形成する液体（ＬＱ１、ＬＱ２）の状態を観察するようにしてもよい。

また、図８に示した第３実施形態においては、基板ステージＰＳＴ１に透明部材６４と光学系６１と撮像素子６３が搭載されているが、透明部材６４と第１送光系を基板ステージＰＳＴ１に配置するとともに、第２送光系と撮像素子６３を計測ステージＰＳＴ２に搭載し、基板ステージＰＳＴ１と計測ステージＰＳＴ２とが所定の位置関係にある状態で、透明部材６４を介して第１送光系に入射した光を第２送光系を介して撮像素子６３で受光して、液浸領域（ＬＲ１、ＬＲ２）を形成する液体（ＬＱ１、ＬＱ２）の状態を観察するようにしてもよい。

また、上述の第４実施形態においては、撮像素子６３を有する観察装置６０を使って気泡（気体部分）を検出して、気泡が検出された場合に脱気した液体を流して気泡を低減または消滅させるようにしているが、気泡（気体部分）を検出する方式は撮像素子６３を用いる方式に限られず、他の方式で気泡を検出して脱気した液体を流すようにしてもよい。
例えば、撮像素子に代えて受光素子を設置し、液浸領域に第５実施形態で例示したような方法で光を照射して液浸領域を透過した光の透過率を受光素子で検出することもできる。
この場合、気泡が許容範囲内である場合の透過率を予め基準値として求めておき、基準値に対する検出値を比較することで気泡量を判断することができる。なお、そのような受光素子の設置位置は、投影光学系の下方（光軸位置）に限らず、前述のＷＯ ２００４／０５３９５８に開示されている気泡検出器のように投影光学系の光軸から外れた位置に設置してもよい。

さらに、観察装置６０の一部または全部を、計測ステージや基板ステージに対して脱着可能に構成することもできる。

また、第１液浸領域ＬＲ１の状態を側方から観察する観察装置を使っても良い。この場合、観察装置を露光装置ＥＸ内に配置してもよく（露光装置のパーツとしてもよく）、あるいは露光装置とは別のユニット（例えばオプショナルモジュール）であってもよい。

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、例えば、特開平６−１２４８７３号公報、特開平１０−３０３１１４号公報、米国特許第５，８２５，０４３号などに詳細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で覆われる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、本発明の露光装置は投影光学系を持たないタイプの露光装置にも適用することができる。この場合、光源からの露光光が光学素子を通過して液浸領域に照射されることになる。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１８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、パッケージ工程などの加工工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。なお、露光処理ステップには、図５、９及び１０で説明した液浸領域の観察や処置などプロセスや基板の現像プロセスを含む。

１…第１液浸機構、２…第２液浸機構、３８…脱気装置、５１…基板ステージ上面、５８…計測ステージ上面、６０…観察装置、６１…光学系、６２…調整機構、６３…撮像素子、６４…透明部材、６５…透明部材上面、３００…基準部材、４００…照度ムラセンサ、５００…空間像計測センサ、６００…照射量センサ、ＣＯＮＴ…制御装置、ＤＹ…表示装置、ＥＸ…露光装置、ＬＱ１…第１液体、ＬＱ２…第２液体、ＬＲ１…第１液浸領域、ＬＲ２…第２液浸領域、ＬＳ１…第１光学素子、ＬＳ２…第２光学素子、Ｐ…基板、ＰＬ…投影光学系、ＰＳＴ１…基板ステージ、ＰＳＴ２…計測ステージ

Claims (36)

1. 投影光学系と前記投影光学系の像面側に形成された液浸領域の液体とを介して基板を露光する露光装置において、
   前記投影光学系は、該投影光学系の像面に最も近い第１光学素子を有し、
   前記投影光学系の像面側に設けられた所定面と前記第１光学素子との間に液体の液浸領域を形成する液浸機構と、
   前記液浸領域の状態を観察する観察装置とを備えた露光装置。
2. 前記観察装置は、前記投影光学系の像面側に配置された所定面を介して前記液浸領域の状態を観察する請求項１記載の露光装置。
3. 前記所定面は透明部材の表面を含み、
   前記観察装置は前記透明部材を介して液浸領域を観察する請求項２記載の露光装置。
4. 前記投影光学系の像面側で移動可能なステージを有し、
   前記ステージの上面は前記所定面を含む請求項２又は３記載の露光装置。
5. 前記観察装置の少なくとも一部は前記ステージの内部に設けられている請求項４記載の露光装置。
6. 前記ステージは前記基板を保持して移動可能である請求項４又は５記載の露光装置。
7. 前記ステージは、互いに独立して移動可能な第１ステージ及び第２ステージを含み、
   前記第１ステージは前記基板を保持して移動し、前記第２ステージは露光処理に関する計測を行う計測器を保持して移動し、
   前記第２ステージの上面が前記所定面を含む請求項４又は５記載の露光装置。
8. 前記投影光学系は、該投影光学系の像面に前記第１光学素子に次いで近い第２光学素子を有し、
   前記液浸機構は、前記第１光学素子と前記所定面との間に第１液浸領域を形成する第１液浸機構と、
   前記第１光学素子と前記第２光学素子との間に第２液浸領域を形成する第２液浸機構とを含み、
   前記観察装置は、前記第１液浸領域及び前記第２液浸領域のそれぞれを観察可能である請求項１〜７のいずれか一項記載の露光装置。
9. 前記観察装置は、前記第１光学素子を介して前記第２液浸領域を観察する請求項８記載の露光装置。
10. 前記観察装置は、該観察装置の光学系の焦点位置を調整可能な調整機構を有し、
    前記焦点位置を調整することで、前記第１液浸領域、及び前記第２液浸領域のそれぞれを観察する請求項８又は９記載の露光装置。
11. 前記観察装置は、前記液浸領域よりも大きい視野を有する請求項１〜１０のいずれか一項記載の露光装置。
12. 前記観察装置は、前記液浸領域よりも小さい視野を有し、
    前記液浸領域と前記視野とを相対的に移動しながら観察する請求項１〜１０のいずれか一項記載の露光装置。
13. 前記観察装置は、前記液浸領域を形成する液体の画像を取得する請求項１〜１２のいずれか一項記載の露光装置。
14. 前記観察装置は、前記画像を表示する表示装置を含む請求項１２記載の露光装置。
15. 前記観察装置は、撮像素子を含む請求項１３又は１４記載の露光装置。
16. 前記観察装置は、前記液浸領域を形成する液体中の気体の混入状態を観察する請求項１〜１５のいずれか一項記載の露光装置。
17. 前記液浸機構は、液体を脱気する脱気装置を有し、
    前記観察装置の観察結果に基づいて、前記液浸領域を形成する液体中に気体部分があると判断したとき、脱気された液体を供給するように前記液浸機構を制御する制御装置を有する請求項１〜１６のいずれか一項記載の露光装置。
18. 前記脱気装置は、溶存気体濃度５ｐｐｍ以下となるように液体を脱気する請求項１７記載の露光装置。
19. 前記制御装置は、前記観察装置で前記液浸領域の状態を観察しつつ前記脱気された液体を供給する請求項１７又は１８記載の露光装置。
20. 前記制御装置は、前記液浸領域中の気体部分の大きさ又は量に応じて前記脱気された液体を供給する時間を調整する請求項１７〜１９のいずれか一項記載の露光装置。
21. 投影光学系と前記投影光学系の像面側に形成された液浸領域の液体とを介して基板を露光する露光装置において、
    前記投影光学系は、該投影光学系の像面に最も近い第１光学素子と、前記第１光学素子に次いで前記像面に近い第２光学素子とを有し、
    前記第１光学素子と前記第２光学素子との間に液体の液浸領域を形成する液浸機構と、
    前記液浸領域の状態を観察する観察装置とを備えた露光装置。
22. 前記観察装置は、照明装置を含む請求項１〜２１のいずれか一項記載の露光装置。
23. 第１光学素子がＣａＯ及びＭｇＯの一方から形成されており、第２光学素子がＣａＯ及びＭｇＯの他方から形成されている請求項８〜２１のいずれか一項に記載の露光装置。
24. ＣａＯから形成された光学素子の表面にＭｇＯの反射防止コートを有し、ＭｇＯから形成された光学素子の表面にＣａＯの反射防止コートを有する請求項２３に記載の露光装置。
25. 光学素子と該光学素子の光射出側に形成された液浸領域の液体とを介して基板を露光する露光装置において、
    前記光学素子の光射出側に配置された所定面と前記光学素子との間を液体で満たすための液浸機構と、
    前記光学素子と前記所定面との間の液体の状態を観察する観察装置とを備えた露光装置。
26. 投影光学系をさらに備え
    前記光学素子は、前記投影光学系の像面に最も近い光学素子である請求項２５記載の露光装置。
27. 請求項１〜２６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。
28. 光学素子の光射出側に形成された液浸領域の液体を介して基板を露光する露光方法であって、
    前記液浸領域の液体を介して基板を露光することと、
    露光した基板を未露光の基板と交換すること、
    基板の交換中に、前記液浸領域の液体中の気体部分を検出することとを含む露光方法。
29. 前記液浸領域の液体中に気体部分が検知された場合に、液浸領域中の気体部分を低減する処置を施すことを含む請求項２８記載の露光方法。
30. 前記処置が、脱気した液体を液浸領域に供給しつつ液浸領域の液体を回収することを含む請求項２９記載の露光方法。
31. 第１ステージ上で前記基板の露光及び交換を行い、第２ステージ上で液浸領域の液体中の気体部分の検出を行う請求項２８〜３０のいずれか一項記載の露光方法。
32. さらに、第１ステージと第２ステージとの間で前記液浸領域を移動することを含む請求項３１記載の露光方法。
33. 前記光学素子が、露光の際に基板により近い順序で配置される第１光学素子と第２光学素子とを含み、第１光学素子と基板との間の第１空間及び第１光学素子と第２光学素子との間の第２空間の少なくとも一方の空間に液浸領域が形成される請求項２８〜３２のいずれか一項記載の露光方法。
34. 第２空間に形成された液浸領域の液体中の気体部分を、第２空間に形成された液浸領域の液体の交換時に、検出することを含む請求項３３記載の露光方法。
35. 所定の枚数の基板の露光処理が完了する毎に、前記液浸領域の液体中の気体部分を検出する請求項２８〜３４のいずれか一項に記載の露光方法。
36. 請求項２８〜３５のいずれか一項に記載の露光方法により基板を露光することと、
    露光した基板を現像することと、
    現像した基板を加工することを含むデバイスの製造方法。

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