JP4515209B2

JP4515209B2 - 露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法

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Publication number: JP4515209B2
Application number: JP2004281566A
Authority: JP
Inventors: 正弘中川; 恒幸萩原; 望江村
Original assignee: Nikon Corp
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Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2024-09-28
Also published as: JP2005129914A

Description

本発明は、投影光学系と液体とを介して基板を露光する露光装置及び露光方法、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、所謂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。また、これらの露光装置は投影光学系を介して露光光を受光する光センサ（受光部）を有しており、これらの光センサの出力に基づいて、各種の機械的調整や光学的調整を行ったり、各種の動作条件を決定して、実際に基板の露光を行うときの露光動作が最適化されている。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号パンフレット

上述の光センサ（受光部）は、投影光学系の像面側に配置される光透過部を有しており、その光透過部を介して光を受光しているため、液浸法の採用等によって投影光学系の開口数が増大し、露光光の入射角（最外の光線と光軸とがなす角度）が大きくなると、光透過部から射出される光の拡がりも大きくなり、良好に受光することができない虞がある。

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、投影光学系を介した光を良好に受光できる受光器を有する露光装置、露光方法、及び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図１〜図２６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。

本発明の露光装置（ＥＸ）は、投影光学系（ＰＬ）の像面側に配置された基板（Ｐ）に対して投影光学系（ＰＬ）と液体（ＬＱ）とを介して露光光（ＥＬ）を照射することによって基板（Ｐ）を露光する露光装置において、投影光学系（ＰＬ）の像面側に配置された光透過部（７１）を有する光学部材（７５）を介して投影光学系（ＰＬ）を通過した光を受光する受光器（７６、９０）を備え、受光器（７６、９０）と光学部材（７５）との間に液体（ＬＱ）が満たされていることを特徴とする。

液浸露光においては、投影光学系の像面側に配置された光学部材を介して投影光学系を通過した光を受光器で受光する際、投影光学系と光学部材との間を液体で満たした状態で受光器に光を照射して受光動作を行うことが考えられる。本発明によれば、その光学部材と受光器との間にも液体を満たすことで、投影光学系を通過した光を受光器で良好に受光することができる。つまり、投影光学系と光学部材との間の空間を液体で満たすことで、投影光学系の開口数ＮＡが向上するが、この投影光学系の開口数ＮＡに応じて、受光器の光学系の開口数ＮＡも変化させる必要がある。すなわち、投影光学系の開口数ＮＡに応じて、受光器の開口数ＮＡも向上させないと、受光器は、投影光学系を通過した光を良好に取り込むことができない状況が発生し、良好に受光できなくなる。したがって、投影光学系と光学部材との間に液体を満たすことによって投影光学系の開口数ＮＡを向上させた場合には、光学部材と受光器との間にも液体を満たして受光器の光学系の開口数ＮＡを向上させることで、受光器は投影光学系を介した光を良好に受光することができる。

ここで、光学部材とは、光透過部を有するものは全て含まれる。

本発明の露光装置（ＥＸ）は、投影光学系（ＰＬ）の像面側に配置された基板（Ｐ）に対して投影光学系（ＰＬ）を介して露光光（ＥＬ）を照射することによって基板（Ｐ）を露光する露光装置において、投影光学系（ＰＬ）の像面側に配置された光透過部（７１）を有する光学部材（７５）を介して投影光学系（ＰＬ）を通過した光を受光する受光器（７６、９０）を備え、受光器（７６、９０）と光学部材（７５）との間に液体（ＬＱ）が満たされていることを特徴とする。

本発明によれば、光学部材と受光器との間に液体を満たすことで、受光器の光学系の開口数ＮＡを向上することができ、受光動作を良好に行うことができる。本発明の光学部材と受光器との間に液体を満たす構成は、液浸露光装置に対する適用の他に、液体を介さないで露光するドライ露光装置に対する適用も可能である。

本発明の露光装置（ＥＸ）は、投影光学系（ＰＬ）の像面側に配置された基板（Ｐ）に対して投影光学系（ＰＬ）及び液体（ＬＱ）を介して露光光（ＥＬ）を照射することによって基板（Ｐ）を露光する露光装置において、投影光学系（ＰＬ）の像面側に配置された光透過部（７１）を有する光学部材（７５）を介して投影光学系（ＰＬ）を通過した光を受光する受光素子（８２）を備え、受光素子（８２）は光学部材（７１）に接していることを特徴とする。

本発明によれば、受光器の受光素子を光学部材に接するように配置することで、投影光学系と光学部材との間に液体を満たして投影光学系の開口数ＮＡを実質的に向上させた場合においても、受光器は投影光学系を介した光を良好に受光することができる。

本発明の露光装置（ＥＸ）は、投影光学系（ＰＬ）の像面側に配置された基板（Ｐ）に対して投影光学系（ＰＬ）と液体（ＬＱ）とを介して露光光（ＥＬ）を照射することによって基板（Ｐ）を露光する露光装置において、投影光学系（ＰＬ）の像面側に配置された光透過部（７１）を有する光学部材（７５）を介して投影光学系（ＰＬ）を通過した光を受光する受光器（７６、９０）を備え、光学部材（７５）の所定位置に貫通穴（１２０、１３０）が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、光学部材に貫通穴を設けたことにより、投影光学系と光学部材との間の液体は貫通穴を介して移動する（逃げる）ことができるので、投影光学系と光学部材との間の液体の圧力と、光学部材と受光器との間の液体の圧力との差が生じず、光学部材が撓む等の不都合は生じない。また、貫通穴を介して液体が移動可能であるので、投影光学系と光学部材との間の液体の大きな圧力変動も生じないため、液体の圧力変動によって投影光学系を変動（振動）させる不都合の発生を防止することができる。

本発明のデバイス製造方法は、上記記載の露光装置（ＥＸ）を用いることを特徴とする。本発明によれば、受光器は投影光学系を介した光を良好に受光できるので、その受光結果に基づいて最適な露光条件を設定した状態で精度良い露光処理を行うことができ、所望の性能を有するデバイスを製造することができる。

また本発明の露光方法は、露光光を投影光学系を介して基板上に照射することによって前記基板を露光する露光方法であって：前記投影光学系の像面側に配置された光透過部を有する光学部材を介して前記投影光学系を通過した光を受光器で受光することと；投影光学系を介して基板上に露光光を照射することによって前記基板を露光することとを含み；前記受光器と前記光学部材との間に液体が満たされている露光方法が提供される。

この方法では受光器と光学部材との間に液体が満たされているので、投影光学系の開口数が大きくなっても、光透過部からの露光光を良好に受光することができる。

本発明によれば、投影光学系を介した光を受光器によって良好に受光できるので、その受光結果に基づいて最適な露光条件を設定した状態で精度良い露光処理を行うことができる。

以下、本発明に係る露光装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る露光装置の一実施形態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を支持するマスクステージＭＳＴと、基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴ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のパターン像を基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐに投影露光する投影光学系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、制御装置ＣＯＮＴ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ＭＲＹを備えている。更に露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性）の計測に用いられる空間像計測装置７０を備えている。空間像計測装置７０は、投影光学系ＰＬの像面側に配置されたスリット部７１を有するスリット板７５を介して投影光学系ＰＬを通過した光（露光光ＥＬ）を受光する受光器９０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、基板Ｐ上に液体ＬＱを供給する液体供給機構１０と、基板Ｐ上の液体ＬＱを回収する液体回収機構２０とを備えている。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上に転写している間、液体供給機構１０から供給した液体ＬＱにより投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１を含む基板Ｐ上の一部に（局所的に）液浸領域ＡＲ２を形成する。具体的には、露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの先端側（像面側）の光学素子６０と基板Ｐの表面との間に液体ＬＱを満たし、この投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の液体ＬＱ及び投影光学系ＰＬを介して露光光ＥＬを照射してマスクＭのパターン像を基板Ｐ上に投影することによってこの基板Ｐを露光する。

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、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向）をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＹ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感光性材料であるフォト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、光源１より射出された光束（レーザビーム）ＬＢを露光光ＥＬに変換し、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で照明するものである。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紫外域の輝線（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）等が用いられる。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、液体ＬＱには純水が用いられる。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紫外域の輝線（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。

本実施形態における光源１は、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を射出するエキシマレーザ光源であって、制御装置ＣＯＮＴによってそのレーザ発光のオン・オフや、中心波長、スペクトル半値幅、及び繰り返し周波数等を制御される。

照明光学系ＩＬは、ビーム整形光学系２、オプティカルインテグレータ３、照明系開口絞り板４、リレー光学系６、８、固定マスクブラインド７Ａ、可動マスクブラインド７Ｂ、ミラー９、及びコンデンサレンズ３０等を備えている。本実施形態では、オプティカルインテグレータ３としてフライアイレンズが用いられるが、ロッド型（内面反射型）インテグレータ、あるいは回折光学素子等であってもよい。ビーム整形光学系２内には、光源１でパルス発光されたレーザビームＬＢの断面形状を、該レーザビームＬＢの光路後方に設けられたオプティカルインテグレータ３に効率良く入射するように整形するための、例えばシリンドリカルレンズやビームエキスパンダ等が含まれている。オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）３は、ビーム整形光学系２から射出されたレーザビームＬＢの光路上に配置され、マスクＭを均一な照度分布で照明するために多数の点光源（光源像）からなる面光源、すなわち２次光源を形成する。

オプティカルインテグレータ３の射出側焦点面の近傍には、円板状部材からなる照明系開口絞り板４が配置されている。この照明系開口絞り板４には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常の円形開口からなる開口絞り（通常絞り）、小さな円形開口からなりコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り（小σ絞り）、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り（輪帯絞り）、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置した変形開口絞り（ＳＨＲＩＮＣとも呼ばれる四重極照明絞り）等が配置されている。この照明系開口絞り板４は、制御装置ＣＯＮＴにより制御されるモータ等の駆動装置３１によって回転されるようになっており、これによりいずれかの開口絞りが露光光ＥＬの光路上に選択的に配置される。

なお、本例においては、照明系開口絞り部材４を用いて照明光学系ＩＬの瞳面での光強度分布の調整を行っているが、米国特許６，５６３，５６７に開示されているような他の光学系を用いてもよい。

照明系開口絞り板４を通過した露光光ＥＬの光路上に、反射率が小さく透過率が大きいビームスプリッタ５が配置され、更にこの後方の光路上に、マスクブラインド７Ａ、７Ｂを介在させてリレー光学系（６、８）が配置されている。固定マスクブラインド７Ａは、マスクＭのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置され、マスクＭ上の照明領域ＩＡを規定する矩形開口が形成されている。また、この固定マスクブラインド７Ａの近傍に走査方向（Ｘ軸方向）及びこれに直交する非走査方向（Ｙ軸方向）にそれぞれ対応する方向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動マスクブラインド７Ｂが配置され、走査露光の開始時及び終了時にその可動マスクブラインド７Ｂを介して照明領域ＩＡを更に制限することによって、不要な部分の露光が防止されるようになっている。また、本実施形態では、可動マスクブラインド７Ｂは、後述する空間像計測の際の照明領域の設定にも用いられる。一方、照明光学系ＩＬ内のビームスプリッタ５で反射された露光光ＥＬの光路上には、集光レンズ３２、及び遠紫外域で感度が良く、且つ光源１のパルス発光を検出するために高い応答周波数を有するＰＩＮ型フォトダイオード等の受光素子からなるインテグレータセンサ３３が配置されている。

このようにして構成された照明光学系ＩＬの作用を簡単に説明すると、光源１からパルス発光されたレーザビームＬＢは、ビーム整形光学系２に入射して、ここで後方のオプティカルインテグレータ３に効率良く入射するようにその断面形状が整形された後、オプティカルインテグレータ３に入射する。これにより、オプティカルインテグレータ３の射出側焦点面（照明光学系ＩＬの瞳面）に２次光源が形成される。この２次光源から射出された露光光ＥＬは、照明系開口絞り板４上のいずれかの開口絞りを通過した後、透過率が大きく反射率が小さいビームスプリッタ５に入射する。このビームスプリッタ５を透過した露光光ＥＬは、第１リレーレンズ６を経て固定マスクブラインド７Ａの矩形の開口部及び可動マスクブラインド７Ｂを通過した後、第２リレーレンズ８を通過してミラー９によって光路を垂直下方に折り曲げられる。ミラー９によって光路を折り曲げられた露光光ＥＬは、コンデンサレンズ３０を経て、マスクステージＭＳＴに保持されたマスクＭ上の照明領域ＩＡを均一な照度分布で照明する。

一方、ビームスプリッタ５で反射された露光光ＥＬは、集光レンズ３２を介してインテグレータセンサ３３で受光され、インテグレータセンサ３３の光電変換信号が、不図示のピークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を有する信号処理装置を介して制御装置ＣＯＮＴに供給される。本実施形態では、インテグレータセンサ３３の計測値は、露光量制御に用いられる他、投影光学系ＰＬに対する照射量の計算に用いられ、この照射量は基板反射率（これは、インテグレータセンサの出力と不図示の反射率モニタの出力とに基づいて求めることもできる）とともに、投影光学系ＰＬの照明光吸収による結像特性の変化量の算出に用いられる。本実施形態では、所定の間隔で、制御装置ＣＯＮＴにより、インテグレータセンサ３３の出力に基づいて照射量が計算され、その計算結果が照射履歴として、記憶装置ＭＲＹに記憶されるようになっている。

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、例えばマスクＭを真空吸着（又は静電吸着）により固定している。マスクステージＭＳＴは、マスクベース５５上に非接触ベアリングである気体軸受（エアベアリング）を介して非接触支持されており、リニアモータ等を含むマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤにより、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。そして、マスクステージＭＳＴは、マスクベース５５上をＸ軸方向に指定された走査速度で移動可能となっており、マスクＭの全面が少なくとも投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを横切ることができるだけのＸ軸方向の移動ストロークを有している。

マスクステージＭＳＴ上には移動鏡４１が設けられている。また、移動鏡４１に対向する位置にはレーザ干渉計４２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）はレーザ干渉計４２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４２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の位置を制御する。

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、基板Ｐ側の先端部に設けられた光学素子（レンズ）６０を含む複数の光学素子で構成されており、これら光学素子は鏡筒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あるいは１／５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は屈折系、反射系、反射屈折系のいずれでもよい。

本実施形態の投影光学系ＰＬの先端部の光学素子６０はレンズセル６２で保持されており、その光学素子６０を保持したレンズセル６２と鏡筒ＰＫの先端部とが連結機構６１によって連結されている。光学素子６０には液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱが接触する。光学素子６０は螢石で形成されている。螢石は水との親和性が高いので、光学素子６０の液体接触面６０ａのほぼ全面に液体ＬＱを密着させることができる。すなわち、本実施形態においては光学素子６０の液体接触面６０ａとの親和性が高い液体（水）ＬＱを供給するようにしているので、光学素子６０の液体接触面６０ａと液体ＬＱとの密着性が高く、光学素子６０と基板Ｐとの間の光路を液体ＬＱで確実に満たすことができる。なお、光学素子６０は、水との親和性が高い石英であってもよい。また、光学素子６０の液体接触面６０ａに親水化（親液化）処理を施して、液体ＬＱとの親和性をより高めるようにしてもよい。

基板ステージＰＳＴは、基板Ｐを保持して移動可能であって、ＸＹステージ５３と、ＸＹステージ５３上に搭載されたＺチルトステージ５２とを含んで構成されている。ＸＹステージ５３は、ステージベース５４の上面の上方に不図示の非接触ベアリングである気体軸受（エアベアリング）を介して非接触支持されている。ＸＹステージ５３（基板ステージＰＳＴ）はステージベース５４の上面に対して非接触支持された状態で、リニアモータ等を含む基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤにより、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。このＸＹステージ５３上にＺチルトステージ５２が搭載され、Ｚチルトステージ５２上に基板ホルダ５１が搭載されている。この基板ホルダ５１によって、基板Ｐが真空吸着等により保持されている。Ｚチルトステージ５２は、後述するアクチュエータにより、Ｚ軸方向、θＸ方向、及びθＹ方向にも移動可能に設けられている。上記アクチュエータを含む基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。基板ステージＰＳＴは、基板Ｐのフォーカス位置（Ｚ位置）及び傾斜角を制御して基板Ｐの表面をオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むとともに、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、基板ステージＰＳＴ（基板ホルダ５１）上には、基板Ｐを囲むように補助プレート５７が設けられている。補助プレート５７は基板ホルダ５１に保持された基板Ｐの表面とほぼ同じ高さの平面を有している。基板Ｐのエッジ領域を露光する場合にも、補助プレート５７により投影光学系ＰＬの下に液体ＬＱを保持することができる。

なお、補助プレート５７は、基板ホルダ５１の周囲のみに形成されているが、基板ステージＰＳＴの上面がほぼ面一となるように、空間像計測装置７０の周囲や基板ホルダ５１と空間像計測装置７０との間にも補助プレート５７を配置することもできる。このようにすることで、空間像計測装置７０の上面が液浸領域ＡＲ２よりも小さくても、補助プレート５７により投影光学系ＰＬの下に液体ＬＱを保持することができる。

基板ステージＰＳＴ（Ｚチルトステージ５２）上には移動鏡４３が設けられている。また、移動鏡４３に対向する位置にはレーザ干渉計４４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、及び回転角はレーザ干渉計４４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４４の計測結果に基づいてリニアモータ等を含む基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを駆動することで基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐの位置決めを行う。

また、露光装置ＥＸは、基板ステージＰＳＴ（基板ホルダ５１）に支持されている基板Ｐの表面の位置を検出するフォーカス検出系４５を備えている。フォーカス検出系４５は、基板Ｐ上に液体ＬＱを介して斜め方向より検出用光束を投射する投光部４５Ａと、基板Ｐで反射した前記検出用光束の反射光を受光する受光部４５Ｂとを備えている。フォーカス検出系４５（受光部４５Ｂ）の受光結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはフォーカス検出系４５の検出結果に基づいて、基板Ｐ表面のＺ軸方向の位置情報を検出することができる。また、投光部４５Ａより複数の検出用光束を投射することにより、基板ＰのθＸ及びθＹ方向の傾斜情報を検出することができる。なお、フォーカス検出系４５の構成としては、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示されているものを用いることができる。なお、フォーカス検出系４５として、液浸領域ＡＲ２の外側で液体ＬＱを介さずに基板Ｐ表面に検出用の光束を投射し、その反射光を受光するものを用いることもできる。

制御装置ＣＯＮＴは、走査露光時等に、受光部４５Ｂからの焦点ずれ信号（デフォーカス信号）、例えばＳカーブ信号に基づいて焦点ずれが零となるように、後述するＺ位置駆動部５６Ａ〜５６Ｃを含む基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介してＺチルトステージ５２のＺ軸方向への移動、及び２次元的に傾斜（θＸ、θＹ方向の回転）を制御する。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、多点フォーカス検出系４５を用いてＺチルトステージ５２の移動を制御することにより、投影光学系ＰＬの結像面と基板Ｐの表面とを実質的に合致させるオートフォーカス及びオートレベリングを実行する。

また、投影光学系ＰＬの先端近傍には、基板Ｐ上のアライメントマークあるいは基板ステージＰＳＴ上に設けられた不図示の基準部材上に形成された基準マークを検出するオフアクシス方式の基板アライメント系４６が設けられている。また、マスクステージＭＳＴの近傍には、マスクＭと投影光学系ＰＬとを介して前記基準部材に設けられた基準マークを検出するマスクアライメント系４７が設けられている。本実施形態では、このアライメント系として、画像処理方式のアライメントセンサ、いわゆるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。なお、基板アライメント系４６の構成としては、例えば特開平４−６５６０３号公報に開示されているものを用いることができ、マスクアライメント系４７の構成としては、特開平７−１７６４６８号公報に開示されているものを用いることができる。

図２は、液体供給機構１０、液体回収機構２０、及び投影光学系ＰＬを示す拡大図である。投影光学系ＰＬは、鏡筒ＰＫに保持された複数枚（ここでは１０枚）の光学素子６４ａ〜６４ｊと、投影光学系ＰＬの像面側（基板Ｐ側）のレンズセル６２に保持された光学素子６０とを備えている。投影光学系ＰＬを構成する光学素子６４ａ〜６４ｊのうち、その一部、例えば光学素子６４ａ、６４ｂは、それぞれ複数の駆動素子（例えばピエゾ素子等）６３によって光軸ＡＸ方向及びＸＹ面に対する傾斜方向に微小駆動可能に構成されている。また、光学素子６４ｄ、６４ｅの間、及び光学素子６４ｆ、６４ｇの間には、それぞれ密閉状態とされた第１、第２密閉室６５Ａ、６５Ｂが形成されている。これら第１、第２密閉室６５Ａ、６５Ｂには、不図示のガス供給機構から圧力調整機構６６を介してクリーンな気体、例えばドライエアが供給されるようになっている。

本実施形態では、各駆動素子６３に与えられる駆動電圧（駆動素子の駆動量）及び第１、第２密閉室６５Ａ、６５Ｂ内部の気体の圧力（内部圧力）を調整する圧力調整機構６６が、制御装置ＣＯＮＴからの指令に応じて結像特性制御装置６７により制御され、これによって、投影光学系ＰＬの結像特性、例えば、像面湾曲、ディストーション、倍率等が補正されるようになっている。なお、かかる結像特性を調整する結像特性調整機構は、光学素子６４ａのような可動光学素子のみによって構成してもよく、その可動光学素子の数も任意でよい。但し、この場合、可動光学素子の数が、フォーカスを除く、投影光学系ＰＬの結像特性の補正可能な種類に対応するので、補正が必要な結像特性の種類に応じて可動光学素子の数を定めればよい。

Ｚチルトステージ５２は、３つのＺ位置駆動部５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ（但し、紙面奥側のＺ位置駆動部５６Ｃは不図示）によってＸＹステージ５３上に３点で支持されている。これらのＺ位置駆動部５６Ａ〜５６Ｃは、Ｚチルトステージ５２下面のそれぞれの支持点を投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）に独立して駆動する３つのアクチュエータ（例えばボイスコイルモータなど）５９Ａ、５９Ｂ、５９Ｃ（但し、図２における紙面奥側のアクチュエータ５９Ｃは不図示）と、Ｚチルトステージ５２のＺ位置駆動部５６Ａ、５６Ｂ、５６ＣによるＺ軸方向の駆動量（基準位置からの変位）を検出するエンコーダ５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ（但し、図２における紙面奥側のエンコーダ５８Ｃは不図示）とを含んで構成されている。ここでエンコーダ５８Ａ〜５８Ｃとしては、例えば光学式又は静電容量式などのリニアエンコーダが使用されている。本実施形態では、上記アクチュエータ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃによって、Ｚチルトステージ５２を光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）及び光軸に直交する面（ＸＹ面）に対する傾斜方向すなわちθＸ、θＹ方向に駆動する駆動装置が構成されている。また、エンコーダ５８Ａ〜５８Ｃで計測されるＺチルトステージ５２のＺ位置駆動部５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃによる各支持点のＺ軸方向の駆動量（基準点からの変位量）は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは、そのエンコーダ５８Ａ〜５８Ｃの計測結果に基づいて、Ｚチルトステージ５２のＺ軸方向の位置及びレベリング量（θＸ回転量、θＹ回転量）を求めるようになっている。

液体供給機構１０は、露光処理時を含む所定の期間において投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に液体ＬＱを供給するものであって、液体ＬＱを送出可能な液体供給部１１と、液体供給部１１に供給管１２を介して接続され、この液体供給部１１から送出された液体ＬＱを基板Ｐ上に供給する供給ノズル１３とを備えている。供給ノズル１３は基板Ｐの表面に近接して配置されている。液体供給部１１は、液体ＬＱを収容するタンク、及び加圧ポンプ等を備えており、供給管１２及び供給ノズル１３を介して基板Ｐ上に液体ＬＱを供給する。液体供給部１１の液体供給動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御され、制御装置ＣＯＮＴは液体供給部１１による基板Ｐ上に対する単位時間あたりの液体供給量を制御可能である。なお、液体供給機構１０のタンク、加圧ポンプなどは、必ずしも露光装置ＥＸが備えている必要はなく、それらの少なくとも一部を露光装置ＥＸが設置される工場などの設備で代用することもできる。

液体回収機構２０は、露光処理時を含む所定の期間において投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の液体ＬＱを回収するものであって、基板Ｐの表面に近接して配置された回収ノズル２３と、回収ノズル２３に回収管２２を介して接続された液体回収部２１とを備えている。液体回収部２１は、真空ポンプを含む真空系（吸引装置）、及び回収した液体ＬＱを収容するタンク等を含んで構成されており、その動作は制御装置ＣＯＮＴに制御される。液体回収部２１の真空系が駆動することにより、基板Ｐ上の液体ＬＱは回収ノズル２３を介して回収される。なお真空系として、露光装置に真空ポンプを設けずに、露光装置ＥＸが配置される工場の真空系を用いるようにしてもよい。また、液体回収機構２２０のタンクも、必ずしも露光装置ＥＸが備えている必要はなく、それらの少なくとも一部を露光装置ＥＸが設置される工場などの設備で代用することもできる。

なお回収管２２の途中、具体的には回収ノズル２３と真空系との間に、回収ノズル２３から吸い込まれた液体ＬＱと気体とを分離する気液分離器を設けることが好ましい。基板Ｐ上の液体ＬＱを吸引回収する際、液体回収部（真空系）２１では、液体ＬＱをその周囲の気体（空気）とともに回収する状況が生じる可能性があるため、気液分離器によって回収ノズル２３から回収された液体と気体とを分離することにより、真空系に液体ＬＱが流入してその真空系が故障する等の不都合の発生を防止することができる。液体回収部２１に回収された液体ＬＱは、例えば廃棄されたり、あるいはクリーン化されて液体供給部１１等に戻され再利用される。

なお、液体供給機構１０及び液体回収機構２０は、投影光学系ＰＬに対して分離して支持されている。これにより、液体供給機構１０及び液体回収機構２０で生じた振動が投影光学系ＰＬに伝わることがない。

図３は、液体供給機構１０及び液体回収機構２０と投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１との位置関係を示す平面図である。投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１はＹ軸方向に細長い矩形状（スリット状）となっており、その投影領域ＡＲ１をＸ軸方向に挟むように、＋Ｘ側に３つの供給ノズル１３Ａ〜１３Ｃが配置され、−Ｘ側に２つの回収ノズル２３Ａ、２３Ｂが配置されている。そして、供給ノズル１３Ａ〜１３Ｃは供給管１２を介して液体供給部１１に接続され、回収ノズル２３Ａ、２３Ｂは回収管２２を介して液体回収部２１に接続されている。また、供給ノズル１３Ａ〜１３Ｃと回収ノズル２３Ａ、２３Ｂとをほぼ１８０°回転した位置関係で、供給ノズル１６Ａ〜１６Ｃと、回収ノズル２６Ａ、２６Ｂとが配置されている。供給ノズル１３Ａ〜１３Ｃと回収ノズル２６Ａ、２６ＢとはＹ軸方向に交互に配列され、供給ノズル１６Ａ〜１６Ｃと回収ノズル２３Ａ、２３ＢとはＹ軸方向に交互に配列され、供給ノズル１６Ａ〜１６Ｃは供給管１５を介して液体供給部１１に接続され、回収ノズル２６Ａ、２６Ｂは回収管２５を介して液体回収部２１に接続されている。

図４は、投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性）の計測に用いられる空間像計測装置７０を示す概略構成図である。空間像計測装置７０は、投影光学系ＰＬの像面側に配置されたスリット部７１を有するスリット板７５を介して投影光学系ＰＬを通過した光を受光する受光器９０を備えている。スリット板７５は、投影光学系ＰＬの像面側のＺチルトステージ５２に設けられている。受光器９０は、Ｚチルトステージ５２内部においてスリット板７５に近い位置に配置された光学素子７６と、光学素子７６を通過した光の光路を折り曲げるミラー７７と、ミラー７７を介した光が入射する光学素子７８と、光学素子７８を通過した光をＺチルトステージ５２外部に送る送光レンズ７９と、Ｚチルトステージ５２外部に設けられ、送光レンズ７９からの光の光路を折り曲げるミラー８０と、ミラー８０を通過した光を受ける受光レンズ８１と、受光レンズ８１を介した光を受光する光電変換素子からなる光センサ（受光素子）８２とを備えている。

スリット板７５は、平面視長方形状のガラス板部材７４と、ガラス板部材７４の上面中央部に設けられたクロム等からなる遮光膜７２と、その遮光膜７２の周囲、すなわちガラス板部材７４の上面のうち遮光膜７２以外の部分に設けられたアルミニウム等からなる反射膜７３と、遮光膜７２の一部に形成された開口パターンであるスリット部７１とを備えている。スリット部７１においては透明部材であるガラス板部材７４が露出しており、光はスリット部７１を透過可能である。

Ｚチルトステージ５２の上面において基板ホルダ５１と隣り合う位置には凸部８３が設けられており、その凸部８３の上部には開口部８４が設けられている。スリット板７５は凸部８３の開口部８４に対して着脱可能となっており、その開口部８４を塞ぐ状態で上方から嵌め込まれている。

ガラス板部材７４の形成材料としては、ＡｒＦエキシマレーザ光あるいはＫｒＦエキシマレーザ光に対する透過性の良い合成石英あるいは螢石などが用いられる。なお、合成石英のＡｒＦエキシマレーザ光に対する屈折率は１．５６、ＫｒＦエキシマレーザ光に対する屈折率は１．５１程度である。

光学素子７６は、Ｚチルトステージ５２内部においてスリット部７１の下方に配置されており、保持部材８５で保持されている。光学素子７６を保持した保持部材８５は、凸部８３の内壁面８３Ａに取り付けられている。Ｚチルトステージ５２内部に配置されている光学素子７６を通過した光は、ミラー７７でその光路を折り曲げられた後、光学素子７８を通過する。光学素子７８を通過した光は、Ｚチルトステージ５２の＋Ｘ側側壁に固定されている送光レンズ７９によってＺチルトステージ５２の外部に送出される。送光レンズ７９によってＺチルトステージ５２外部に送出された光は、ミラー８０によって受光レンズ８１に導かれる。受光レンズ８１とその受光レンズ８１の上方に配置されている光センサ８２とは、所定の位置関係を保ってケース８６に収納されている。ケース８６は取付部材８７を介してステージベース５４の上面に設けられた支柱８８の上端部近傍に固定されている。

なお、ミラー７７、光学素子７８、及び送光レンズ７９等はＺチルトステージ５２に対して着脱可能である。また、受光レンズ８１及び光センサ８２を収納したケース８６を支持する支柱８８は、ステージベース５４に対して着脱可能となっている。

光センサ８２には、微弱な光を精度良く検出可能な光電変換素子（受光素子）、例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ（ＰＭＴ、光電子増倍管）等が用いられる。光センサ８２からの光電変換信号は、信号処理装置を介して制御装置ＣＯＮＴに送られるようになっている。

図５は、空間像計測装置７０を使って投影光学系ＰＬの結像特性を計測している状態を示す図である。図５に示すように、投影光学系ＰＬの結像特性の計測中には、投影光学系ＰＬとスリット板７５とを対向させた状態で、液体供給機構１０及び液体回収機構２０を使って、投影光学系ＰＬの先端側（像面側）の光学素子６０とスリット板７５との間に液体ＬＱを流すようにする。そして、投影光学系ＰＬの光学素子６０とスリット板７５との間に液体ＬＱを満たした状態で、投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介した光（露光光ＥＬ）が空間像計測装置７０を構成するスリット板７５に照射される。またこのときのスリット板７５の上面７５Ａの面位置情報は、フォーカス検出系４５を使って検出可能である。

図６は、空間像計測装置７０のうち、凸部８３内部に配置されたスリット板７５及び光学素子７６近傍を示す要部拡大断面図、図７は、スリット板７５を上方から見た平面図である。なお図６においては、受光器９０は簡略化して図示されており、受光器９０を構成する複数の光学素子及び部材のうち、光の光路上においてスリット板７５に最も近い位置に配置された光学素子７６、及びその光学素子７６を通過した光を受光する光センサ８２のみが図示されている。図６に示す空間像計測装置７０において、スリット板７５と受光器９０との間には液体ＬＱが満たされている。本実施形態において、液体ＬＱは、凸部８３の開口部８４に嵌合されているスリット板７５の下面と、受光器９０の光路上に配置された複数の光学素子（光学部材）のうちスリット板７５に最も近い位置に配置された光学素子７６との間に満たされている。光学素子７６は、スリット板７５の下方位置において、凸部８３の内壁面８３Ａに取り付けられた保持部材８５に保持されており、液体ＬＱは、スリット板７５、保持部材８５、及び光学素子７６に囲まれた空間ＳＰに満たされている。本実施形態において、光学素子７６は平凸レンズにより構成されており、その平坦面を上方に向けて配置されている。そして、保持部材８５の内底面８５Ａと、光学素子７６の上面（平坦面）７６Ａとがほぼ面一となっている。また、保持部材８５は断面視略上向きコ字状に形成され、その保持部材８５の外側面８５Ｂと凸部８３の内壁面８３Ａとは密接されており、保持部材８５の上端面（スリット板７５との接合面）８５Ｃとスリット板７５との間にはＯリングなどのシール部材９１が設けられている。これにより、空間ＳＰに満たされた液体ＬＱが外部に漏洩する不都合が防止されている。

スリット板７５及び光学素子７６を保持した保持部材８５は、凸部８３の内壁面８３Ａに対して着脱可能となっている。保持部材８５を取り付ける際には、凸部８３の開口部８４より光学素子７６を保持した保持部材８５を凸部８３内部に挿入し（このときスリット板７５は取り付けられていない）、不図示の固定部材で保持部材８５と凸部８３の内壁面８３Ａとを固定する。次いで、開口部８４にスリット板７５が嵌め込まれる。一方、保持部材８５を外す際には、スリット板７５を開口部８４より取り外した後、保持部材８５を
開口部８４を介して引き抜けばよい。

また、露光装置ＥＸは、スリット板７５と受光器９０の光学素子７６との間の空間ＳＰに液体ＬＱを供給する液体供給装置１００と、その空間ＳＰの液体ＬＱを回収する液体回収装置１０４とを備えている。凸部８３及び保持部材８５の＋Ｘ側の壁部には空間ＳＰに接続する供給流路１０２が形成され、−Ｘ側の壁部には空間ＳＰに接続する回収流路１０６が形成されている。また、液体供給装置１００には供給管１０１の一端部が接続され、供給管１０１の他端部は継手１０３を介して供給流路１０２に接続されている。液体回収装置１０４には回収管１０５の一端部が接続され、回収管１０５の他端部は継手１０７を介して回収流路１０６に接続されている。また、供給管１０１及び回収管１０５のそれぞれの途中にはその流路を開閉するバルブ１０１Ａ、１０５Ａが設けられている。液体供給装置１００、液体回収装置１０４、及びバルブ１０１Ａ、１０５Ａの動作は制御装置ＣＯＮＴによって制御され、制御装置ＣＯＮＴは、これらを制御して空間ＳＰに対する液体ＬＱの供給及び回収を行うことで、空間ＳＰを液体ＬＱで満たす。

図７に示すように、スリット板７５は、平面視長方形状のガラス板部材７４の上面中央部に設けられたクロム等からなる遮光膜７２と、その遮光膜７２の周囲、すなわちガラス板部材７４の上面のうち遮光膜７２以外の部分に設けられたアルミニウム等からなる反射膜７３と、遮光膜７２の一部に形成された開口パターンであるスリット部７１とを備えている。スリット部７１においては透明部材であるガラス板部材７４が露出しており、光はスリット部７１を透過可能である。スリット部７１はＹ軸方向を長手方向とする矩形状（長方形状）のスリットであって、所定幅２Ｄを有している。

次に、上述した空間像計測装置７０を使って投影光学系ＰＬの結像特性を計測する手順について説明する。

空間像（投影像）を計測するに際し、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴを移動して、投影光学系ＰＬとスリット板７５とを対向させる（つまり図５に示す状態にする）。そして、液体供給機構１０及び液体回収機構２０を使って投影光学系ＰＬの先端部の光学素子６０とスリット板７５との間に液体ＬＱを満たす。これと並行して（あるいはその前又は後に）、制御装置ＣＯＮＴは、液体供給装置１００及び液体回収装置１０４を使って、受光器９０の光学素子７６とスリット板７５との間に液体ＬＱを満たす。ここで、以下の説明において、投影光学系ＰＬとスリット板７５との間に満たされたＬＱによって形成される液浸領域を「第１液浸領域ＬＡ１」と、スリット板７５と受光器９０（光学素子７６）との間に満たされた液体ＬＱによって形成される液浸領域を「第２液浸領域ＬＡ２」と適宜称する。

空間像の計測時において、マスクステージＭＳＴには、後述する計測マークを備えたマスクＭが支持されている。制御装置ＣＯＮＴは、照明光学系ＩＬによりマスクＭを露光光ＥＬで照明する。前記計測マーク、投影光学系ＰＬ、及び第１液浸領域ＬＡ１の液体ＬＱを介した光（露光光ＥＬ）は、スリット板７５に照射される。そのスリット板７５のスリット部７１を通過した光は、第２液浸領域ＬＡ２の液体ＬＱを介して光学素子７６に入射する。

投影光学系ＰＬとスリット板７５との第１液浸領域ＬＡ１の液体ＬＱによって投影光学系の開口数ＮＡが向上するため、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡに応じて、受光器９０の光学素子７６の開口数ＮＡも向上させないと、光学素子７６は、投影光学系ＰＬを通過した光を良好に（全て）取り込むことができない可能性があり、光を良好に受光できなくなる。そこで、本実施形態のように、投影光学系ＰＬとスリット板７５との間に液体ＬＱを満たすことによって投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを向上させた場合には、スリット板７５と受光器９０の光学素子７６との間にも液体ＬＱを満たして受光器９０の光学素子７６の開口数ＮＡを向上させることで、受光器９０の光学素子７６は投影光学系ＰＬを介した光を良好に取り込むことができる。

光学素子７６は第２液浸領域ＬＡ２を介した光を集光する。光学素子７６で集光された光は、ミラー７７、光学素子７８、及び送光レンズ７９を介して基板ステージＰＳＴの外部に導き出される。そして、その基板ステージＰＳＴの外部に導き出された光は、ミラー８０によって光路を折り曲げられ、受光レンズ８１を介して光センサ８２によって受光され、その光センサ８２からその受光量に応じた光電変換信号（光量信号）が信号処理装置を介して制御装置ＣＯＮＴに出力される。

後述するように、本実施形態では、計測マークの投影像（空間像）の計測はスリットスキャン方式により行われるので、その際には送光レンズ７９が、受光レンズ８１及び光センサ８２に対して移動することになる。そこで、空間像計測装置７０では、所定の範囲内で移動する送光レンズ７９を介した光が全て受光レンズ８１に入射するように、各レンズ及びミラー８０の大きさが設定されている。

空間像計測装置７０では、光センサ８２が基板ステージＰＳＴの外部の所定位置に設けられているため、光センサ８２の発熱に起因するレーザ干渉計４４の計測精度等に及ぼす影響が可能な範囲で抑制される。また、基板ステージＰＳＴの外部と内部とをライトガイド等により接続していないので、基板ステージＰＳＴの外部と内部とがライトガイドにより接続された場合のように基板ステージＰＳＴの駆動精度が影響を受けることがない。もちろん、熱の影響等を無視、あるいは排除できるような場合には、光センサ８２を基板ステージＰＳＴの内部に設けてもよい。すなわち、受光器９０を構成する複数の光学素子や受光素子のうち、その一部が基板ステージＰＳＴに設けられていてもよいし、全部が基板ステージＰＳＴに設けられていてもよい。

本実施形態において、「第１液浸領域ＬＡ１」と「第２液浸領域ＬＡ２」に用いる液体ＬＱは、同一種の液体を用いても良く、あるいは異なる種類、特に露光光に対して屈折率の異なる液体を用いても良い。特に、「第１液浸領域ＬＡ１」に用いる液体は、投影光学系の先端に設けられた光学素子のＮＡまたは屈折率を考慮して選択するのが好適であり、一方、「第２液浸領域ＬＡ２」に用いる液体は、ガラス板部材７４の屈折率、及び／又は光学素子７６の寸法や屈折率を考慮して選択することができる。

なお、本実施形態では、スリット板７５と受光器９０（光学素子７６）との間に液体ＬＱを満たした空間像計測装置７０を、液浸露光装置に適用した例について説明したが、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に液体ＬＱを満たさないで露光するドライ露光装置（通常露光装置）についても、本発明に係る空間像計測装置７０（受光器９０）を適用することができる。ドライ露光装置において空間像を計測する際には、投影光学系ＰＬとスリット板７５とを対向させた状態で、投影光学系ＰＬとスリット板７５との間に液体ＬＱを満たさずに、スリット板７５と受光器９０の光学素子７６との間に液体ＬＱを満たした状態で（第１液浸領域ＬＡ１を形成せずに第２液浸領域ＬＡ２のみを形成した状態で）、投影光学系ＰＬを介した露光光ＥＬがスリット板７５に照射される。受光器９０の光学素子７６は、スリット板７５と光学素子７６との間に満たされた液体ＬＱにより開口数ＮＡを向上されるので、開口数ＮＡの大きい（例えばＮＡ＞０．９）投影光学系を備えているドライ露光装置においても光を良好に受光できる。また、例えば受光器９０の光学素子７６をスリット板７５に密接させても投影光学系ＰＬを通過した光を良好に受光することができ、受光器９０全体をコンパクト化できるという効果が得られる。

なお、本実施形態では、液体供給装置１００及び液体回収装置１０４を使って液体ＬＱの供給及び回収を行うことで、スリット板７５と光学素子７６との間の空間ＳＰに液体ＬＱを満たしているが、液体供給装置１００及び液体回収装置１０４を使わずに、例えば露光装置ＥＸの製造時において液体ＬＱを空間ＳＰに満たしておくといった構成も可能である。この場合、例えばスリット板７５を凸部８３（Ｚチルトステージ５２）より外し、空間ＳＰの液体ＬＱを定期的に交換するようにしてもよいし、液体ＬＱとして保存性に優れた交換不要な液体を用いてもよい。一方で、液体供給装置１００及び液体回収装置１０４を使って液体ＬＱの供給及び回収を行うことで、空間ＳＰには常に新鮮な（清浄な）液体ＬＱを満たすことが可能である。なお、空間像計測装置７０の計測中、液体供給装置１００及び液体回収装置１０４の液体供給動作及び液体回収動作を停止させてもよい。また、例えばスリット板７５や光学素子７６を保持した保持部材８５を凸部８３（Ｚチルトステージ５２）から外す際に、液体回収装置１０４で空間ＳＰの液体ＬＱを回収した後に、スリット板７５や光学素子７６を保持した保持部材８５を外すことにより、液体ＬＱを漏出することなく着脱作業を行うことができる。

なお、スリット板７５と受光器９０（光学素子７６）との間に液体ＬＱを満たさずに、スリット板７５と受光器９０（光学素子７６）との間に、液体ＬＱと略同じ屈折率を有する光透過性部材（光学部材、ガラス部材）を配置してもよい。そのような光透過性部材としては、例えば石英や螢石が挙げられる。本実施形態における液体ＬＱは純水であってＡｒＦエキシマレーザ光に対する純水の屈折率はほぼ１．４４と言われている。一方、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する石英の屈折率はほぼ１．５６と言われている。したがって、液体（純水）ＬＱによる第２液浸領域ＬＡ２を形成する代わりに、スリット板７５と光学素子７６との間に、石英からなる光透過部材を配置してもよい。

以下、空間像計測装置７０を用いた空間像計測動作の一例について図５等を参照しながら説明する。上述したように、図５は空間像を計測している状態を示す図である。空間像計測時において、マスクＭとしては、空間像計測専用のものあるいはデバイスの製造に用いられるデバイス製造用マスクに専用の計測マークを形成したものなどが用いられる。また、これらマスクの代わりに、マスクステージＭＳＴにマスクと同材質のガラス材料からなる固定のマーク板（フィデューシャルマーク板）を設け、このマーク板に計測マークを形成したものを用いてもよい。

マスクＭには、所定の位置にＸ軸方向に周期性を有するライン部の幅とスペース部の幅との比（デューティー比）が１：１のラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）マークからなる計測用マークＰＭｘと、Ｙ軸方向に周期性を有するデューティー比が１：１のＬ／Ｓマークからなる計測マークＰＭｙとが相互に近接して形成されている。これら計測マークＰＭｘ、ＰＭｙは同一線幅のラインパターンからなる。また、空間像計測装置７０を構成するスリット板７５には、図８（ａ）に示すように、Ｙ軸方向に延びる所定幅２Ｄのスリット部７１ｘと、Ｘ軸方向に延びる所定幅２Ｄのスリット部７１ｙとが、図８（ａ）に示されるような所定の位置関係で形成されている。このように、スリット板７５には、実際には複数のスリット部７１ｘ、７１ｙ等が形成されているが、図１〜図７等にはこれらスリット部を代表してスリット部７１として図示されている。

例えば、計測マークＰＭｘの空間像の計測にあたり、制御装置ＣＯＮＴにより、図１に示される可動マスクブラインド７Ｂが不図示のブラインド駆動装置を介して駆動され、露光光ＥＬの照明領域が計測マークＰＭｘ部分を含む所定領域に制限される。この状態で、制御装置ＣＯＮＴにより光源１の発光が開始され、露光光ＥＬが計測マークＰＭｘに照射されると、計測マークＰＭｘによって回折、散乱した光（露光光ＥＬ）は、投影光学系ＰＬにより屈折され、投影光学系ＰＬの像面に計測マークＰＭｘの空間像（投影像）が形成される。このとき、基板ステージＰＳＴは、図８（ａ）に示すように、スリット板７５上のスリット部７１ｘの＋Ｘ側（又は−Ｘ側）に計測マークＰＭｘの空間像ＰＭｘ’が形成される位置に設けられているものとする。

そして、制御装置ＣＯＮＴの指示のもと、基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤにより、基板ステージＰＳＴが図８（ａ）中に矢印Ｆｘで示されるように＋Ｘ方向に駆動されると、スリット部７１ｘが空間像ＰＭｘ’に対してＸ軸方向に走査される。この走査中に、スリット部７１ｘを通過する光（露光光ＥＬ）が基板ステージＰＳＴ（Ｚチルトステージ５２）内の受光光学系、基板ステージＰＳＴ外部のミラー８０及び受光レンズ８１を介して光センサ８２で受光され、その光電変換信号が信号処理装置に供給される。信号処理装置では、その光電変換信号に所定の処理を施して、空間像ＰＭｘ’に対応する光強度信号を制御装置ＣＯＮＴに供給する。なおこの際、信号処理装置では、光源１からの露光光ＥＬの発光強度のばらつきによる影響を抑えるために、図１に示されるインテグレータセンサ３３の信号により光センサ８２からの信号を規格化した信号を制御装置ＣＯＮＴに供給するようになっている。図８（ｂ）には、上記の空間像計測の際に得られる光電変換信号（光強度信号）の一例が示されている。

なお、計測マークは、上述のマークに限らず、計測対象の結像特性や計測精度などに応じて適宜定めることができる。

計測マークＰＭｙの空間像を計測する場合には、基板ステージＰＳＴを、スリット板７５上のスリット部７１ｙの＋Ｙ側（又は−Ｙ側）に計測マークＰＭｙの空間像が形成される位置に設けて、上記と同様のスリットスキャン方式による計測を行うことにより、計測マークＰＭｙの空間像に対応する光電変換信号（光強度信号）を得ることができる。

結像特性調整情報などを得るための計測に際しては、まず初期調整の際に、投影光学系ＰＬの光学素子６４ａ、６４ｂを１つずつ駆動しながら、また第１、第２密閉室６５Ａ、６５Ｂの圧力を１つずつ変更しながら、投影光学系ＰＬのフォーカス、及びその他の所定の結像特性（例えば像面湾曲、倍率、ディストーション、コマ収差、球面収差などの諸収差のうちの少なくとも一つ）を、後述するようにして空間像計測装置７０を用いて測定し、光学素子６４ａ、６４ｂの駆動量、及び第１、第２密閉室６５Ａ、６５Ｂにおける圧力変化に対する結像特性変化量を求める。

以下、結像特性の計測動作の一例として、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置の検出方法について説明する。この場合、前提条件として照明系開口絞り板４の通常絞りが選択され、照明条件として通常照明条件が設定されているものとする。ベストフォーカス位置の検出には、例えば、線幅１μｍ、デューティー比５０％のＬ／Ｓパターンからなる計測マークＰＭｘ（又はＰＭｙ）を形成されたマスクＭが用いられる。まず、不図示のローダ装置によりマスクＭがマスクステージＭＳＴにロードされる。次に、制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭ上の計測マークＰＭｘが投影光学系ＰＬの光軸上にほぼ一致するように、マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを介してマスクステージＭＳＴを移動する。次に、制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬが計測マークＰＭｘ部分のみに照射されるように可動マスクブラインド７Ｂを駆動制御して照明領域を規定する。この状態で、制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭに露光光ＥＬを照射して、前述と同様にして、基板ステージＰＳＴをＸ軸方向に走査しながら、空間像計測装置７０を用いて計測マークＰＭｘの空間像計測をスリットスキャン方式により行う。この際、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介してスリット板７５のＺ軸方向の位置（すなわち、Ｚチルトステージ５２の位置）を所定のステップピッチで変化させつつ、計測マークＰＭｘの空間像計測を複数回繰り返し、各回の光強度信号（光電変換信号）を記憶装置ＭＲＹに記憶する。なお、上記のスリット板７５のＺ軸方向の位置の変化は、Ｚチルトステージ５２のエンコーダ５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃの計測値に基づき、アクチュエータ５９Ａ、５９Ｂ、５９Ｃを制御することにより行われる。そして、制御装置ＣＯＮＴは、前記繰り返しにより得られた複数の光強度信号（光電変換信号）をそれぞれフーリエ変換し、それぞれの１次周波数成分と０次周波数成分との振幅比であるコントラストを求める。そして、制御装置ＣＯＮＴは、そのコントラストが最大となる光強度信号に対応するＺチルトステージ５２のＺ位置（すなわち、スリット板７５のＺ軸方向の位置）を検出し、この位置を投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置として決定する。コントラストはフォーカス位置（デフォーカス量）に応じて敏感に変化するので、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を精度良く且つ容易に計測（決定）することができる。制御装置ＣＯＮＴは、求めたベストフォーカス位置に基づいて、フォーカス検出系４５の検出原点（検出基準点）の再設定（校正）であるフォーカスキャリブレーションを行う。これにより、以後、フォーカス検出系４５によって基板ステージＰＳＴ上の所定面（例えば、基板Ｐ表面あるいはスリット板７５表面）をマスクＭの基準面と光学的に共役な位置に位置決めすることができる。

なお、２次以上の高次の実数の周波数成分の振幅は一般に小さく、電気的なノイズ、光学的なノイズに対する振幅が十分に取れない場合もあるが、Ｓ／Ｎ比（シグナル／ノイズ比）の点で問題がない場合には高次の周波数成分の振幅比の変化を観測してもベストフォーカス位置を求めることができる。なお、上述したコントラストを用いる方法に限らず、光強度信号の微分値が最大となるＺ位置（フォーカス位置）を検出する手法によってもベストフォーカス位置の検出が可能である。

また、ここでは投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置の計測をする際に、スリット部７１（スリット板７５）をＸＹ平面内の所定方向にスキャンさせる方法（スリットスキャン方式）について説明したが、孤立線マークなどの計測マークの空間像を投影光学系ＰＬの像面上に形成し、この空間像に対してスリット部７１（スリット板７５）を光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に相対走査されるように、スリット板７５（Ｚチルトステージ５２）をベストフォーカス位置を中心とする所定ストローク範囲でＺ軸方向に沿って走査（スキャン）してもよい。そして、そのときの光強度信号（ピーク値）に基づいてベストフォーカス位置を求める。この場合、像面上において計測マークの空間像が、スリット部７１（７１ｘ又は７１ｙ）の形状とほぼ一致するような寸法、形状となる計測マークを用いることが好ましい。このような空間像計測を行えば、図９に示すような光強度信号を得ることができる。この場合、この光強度信号の信号波形のピークの位置を直接見つけることにより、その点のＺ位置をベストフォーカス位置Ｚ_０としてもよく、あるいは光強度信号を所定のスライスレベルラインＳＬでスライスし、光強度信号とスライスレベルラインＳＬとの２つの交点の中点のＺ位置をベストフォーカス位置Ｚ_０としてもよい。いずれにしても、この方法では、スリット板７５をＺ軸方向に一回走査するだけでベストフォーカス位置を検出可能であるため、スループットを向上できる。

次に、結像特性の計測動作の一例として、投影光学系ＰＬの像面形状（像面湾曲）の検出方法について説明する。この像面湾曲の検出に際しては、一例として図１０に示すような、パターン領域ＰＡ内に前記計測マークＰＭｘと同一寸法同一周期の計測マークＰＭ_１〜ＰＭ_ｎを形成されたマスクＭ１が用いられる。マスクＭ１がマスクステージＭＳＴにロードされた後、制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭ１の中央にある計測マークＰＭ_ｋが投影光学系ＰＬの光軸上にほぼ一致するように、マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを介してマスクステージＭＳＴを移動する。すなわち、マスクＭ１の基準点への位置決めが行われる。この基準点への位置決めが行われた場合には、計測マークＰＭ_１〜ＰＭ_ｎの全ては投影光学系ＰＬの視野内に位置しているものとする。次に、制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬが計測マークＰＭ_１部分のみに照射されるように可動マスクブラインド７Ｂを駆動制御して照明領域を規定する。この状態で、制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬをマスクＭ１に照射して、前述と同様にしてスリットスキャン方式により空間像計測装置７０を用いて計測マークＰＭ_１の空間像計測及び投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置の検出を行い、その結果を記憶装置ＭＲＹに記憶する。計測マークＰＭ_１を用いたベストフォーカス位置の検出が終了すると、制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬが計測マークＰＭ_２部分のみに照射されるように可動マスクブラインド７Ｂを駆動制御して照明領域を規定する。この状態で、上記と同様にスリットスキャン方式で計測マークＰＭ_２の空間像計測及び投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置の検出を行い、その結果を記憶装置ＭＲＹに記憶する。以後、制御装置ＣＯＮＴは、上記と同様に、照明領域を変更しつつ計測マークＰＭ_３〜ＰＭ_ｎについて空間像計測及び投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置の検出を繰り返し行う。そして、制御装置ＣＯＮＴは、これらにより得られた各ベストフォーカス位置Ｚ_１、Ｚ_２、…、Ｚ_ｎに基づいて所定の統計的処理を行うことにより、投影光学系ＰＬの像面湾曲を算出する。

また、投影光学系ＰＬの球面収差を検出する際には、図１１に示すマスクＭ２が用いられる。図１１に示すマスクＭ２のパターン領域ＰＡ内のＹ軸方向のほぼ中央に、Ｘ軸方向に所定距離隔てて２つの計測マークＰＭ１、ＰＭ２が形成されている。計測マークＰＭ１は、前述した計測マークＰＭｘと同一寸法同一周期のＬ／Ｓパターンである。また、計測マークＰＭ２は、計測マークＰＭｘと同一寸法のラインパターンが異なる周期（例えば、計測マークＰＭ１の周期（マークピッチ）の１．５〜２倍程度）でＸ軸方向に並んだＬ／Ｓパターンである。マスクＭ２をマスクステージＭＳＴにロードした後、制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭ２上の計測マークＰＭ１が投影光学系ＰＬの光軸上にほぼ一致するように、マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを介してマスクステージＭＳＴを移動する。次に、制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬが計測マークＰＭ１部分のみに照射されるように、可動マスクブラインド７Ｂを駆動制御して照明領域を規定する。この状態で、制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬをマスクＭ２に照射して、前述と同様にして、スリットスキャン方式により空間像計測装置７０を用いて計測マークＰＭ１の空間像計測及び投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置の検出を行い、その結果を記憶装置ＭＲＹに記憶する。計測マークＰＭ１を用いたベストフォーカス位置の検出が終了すると、制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬが計測マークＰＭ２に照射されるように、マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを介してマスクステージＭＳＴを−Ｘ方向に所定距離移動する。この状態で、上記と同様に、スリットスキャン方式で計測マークＰＭ２の空間像計測及び投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置の検出を行い、その結果を記憶装置ＭＲＹに記憶する。これらより得られた各ベストフォーカス位置Ｚ_１とＺ_２との差に基づいて、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬの球面収差を演算により算出する。

また、投影光学系ＰＬの倍率及びディストーションを検出する際には、図１２に示すマスクＭ３が用いられる。図１２に示すマスクＭ３のパターン領域ＰＡの中心部及び４隅の部分に、合計５つの例えば１２０μｍ角（投影倍率１／４倍でスリット板７５上で３０μｍ角）の正方形マークからなる計測マークＢＭ_１〜ＢＭ_５が形成されている。マスクＭ３をマスクステージＭＳＴにロードした後、制御装置ＣＯＮＴは、マスクＭ３上の中央に存在する計測マークＢＭ_１の中心が、投影光学系ＰＬの光軸上にほぼ一致するように、マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを介してマスクステージＭＳＴを移動する。すなわち、マスクＭ３の基準点への位置決めを行う。この基準点への位置決めが行われた状態では、計測マークＢＭ_１〜ＢＭ_５の全ては、投影光学系ＰＬの視野内に位置しているものとする。次に、制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬが計測マークＢＭ_１を含む計測マークＢＭ_１より一回り大きい矩形領域部分のみに照射されるように可動マスクブラインド７Ｂを駆動制御して照明領域を規定する。この状態で、制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬをマスクＭ３に照射する。これにより、計測マークＢＭ_１の空間像、すなわちほぼ３０μｍ角の正方形状のマーク像が形成される。この状態で、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴをＸ軸方向に走査しながら空間像計測装置７０を用いて計測マークＢＭ_１の空間像計測を行い、その計測により得られた光強度信号を記憶装置ＭＲＹに記憶する。次に、制御装置ＣＯＮＴは、得られた光強度信号に基づき、例えば公知の位相検出の手法あるいはエッジ検出の手法により、計測マークＢＭ_１の結像位置を求める。ここで、位相検出の手法としては、例えば、光強度信号をフーリエ変換して得られる１次周波数成分（これは、正弦波とみなせる）とこれと同一周波数の基準となる正弦波との積の例えば１周期分の和を求めるとともに、前記１次周波数成分とこれと同一周期の基準となる余弦波との積の例えば１周期分の和を求める。そして、得られた和どうしを除算して得られた商の逆正弦（アークタンジェント）を求めることにより、１次周波数成分の基準信号に対する位相差を求め、この位相差に基づいて計測マークＢＭ_１のＸ位置ｘ_１を求めるという一般的な方法を用いることができる。また、エッジ検出の手法としては、光強度信号と所定のスライスレベルとの交点に基づいて各光電変換信号に対応する空間像のエッジの位置をそれぞれ算出する、スライス法を用いたエッジ検出の手法を用いることができる。次に、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴをＹ軸方向に走査しながら空間像計測装置７０を用いて計測マークＢＭ_１の空間像計測を行い、その計測により得られた光強度信号を記憶装置ＭＲＹに記憶する。そして、上記と同様の位相検出等の手法により、計測マークＢＭ_１のＹ位置ｙ_１を求める。そして、制御装置ＣＯＮＴは、得られた計測マークＢＭ_１の座標位置（ｘ_１、ｙ_１）に基づいて、マスクＭ３の光軸中心に対する位置ずれを補正する。上記のマスクＭ３の位置ずれの補正が終了すると、制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬが計測マークＢＭ_２を含む計測マークＢＭ_２より一回り大きい矩形領域部分のみに照射されるように可動マスクブラインド７Ｂを駆動制御して照明領域を規定する。この状態で、上記と同様に、スリットスキャン方式で計測マークＢＭ_２の空間像計測及びＸＹ位置の計測を行い、その結果を記憶装置ＭＲＹに記憶する。以後、制御装置ＣＯＮＴは、照明領域を変更しつつ、計測マークＢＭ_３〜ＢＭ_５について空間像の計測及びＸＹ位置の計測を繰り返し行う。これにより得られた計測マークＢＭ_２〜ＢＭ_５の座標値（ｘ_２、ｙ_２）、（ｘ_３、ｙ_３）、（ｘ_４、ｙ_４）、（ｘ_５、ｙ_５）に基づいて、所定の演算を行うことにより、制御装置ＣＯＮＴは投影光学系ＰＬの倍率及びディストーションの少なくとも一方を算出する。

以上、一例として投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置、像面湾曲、球面収差、倍率、及びディストーションを空間像計測装置７０を用いて計測する手順について説明した。なお、所定の計測マークを使って、空間像計測装置７０は、例えばコマ収差等の他の結像特性に関しても計測可能である。

このように、投影光学系ＰＬの結像特性をスリットスキャン方式で計測する際には、投影光学系ＰＬを介した光（露光光ＥＬ）に対してスリット板７５（スリット部７１）を相対的に移動しながら、液体ＬＱを介して受光器９０（光学素子７６）に光が照射される。

制御装置ＣＯＮＴは、上記計測した投影光学系ＰＬの結像特性情報に基づいて、所望の結像特性を得るための補正量、具体的には投影光学系ＰＬの光学素子６４ａ、６４ｂの駆動量及び第１、第２密閉室６５Ａ、６５Ｂの内部圧力の調整量を求める。ここで、記憶装置ＭＲＹには、例えば実験あるいはシミュレーション等によって予め求められている、投影光学系ＰＬの光学素子６４ａ、６４ｂの駆動量及び第１、第２密閉室６５Ａ、６５Ｂの内部圧力の調整量と、投影光学系ＰＬの各種結像特性の変化量（変動量）との関係（すなわち結像特性調整情報）が記憶されている。制御装置ＣＯＮＴは、記憶装置ＭＲＹに記憶されている上記関係を参照し、投影光学系ＰＬの結像特性を所望状態に補正するための、投影光学系ＰＬの光学素子６４ａ、６４ｂの駆動量及び第１、第２密閉室６５Ａ、６５Ｂの内部圧力の調整量を含む補正量を求める。なお、空間像計測の詳細は、例えば特開２００２−１４００５号公報に開示されている。

以下、露光装置ＥＸを用いてデバイス製造用パターンを基板Ｐに露光する手順について説明する。

空間像計測装置７０による投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介した結像特性の計測、及び前記結像特性を補正するための補正量の導出を行った後、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬと基板ステージＰＳＴ上にロードされた基板Ｐとを対向させ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を駆動する。なおこのとき、マスクステージＭＳＴにはデバイス製造用パターンが形成されたマスクＭがロードされている。そして、制御装置ＣＯＮＴは、液体供給機構１０の液体供給部１１を駆動し、供給管１２及び供給ノズル１３を介して単位時間あたり所定量の液体ＬＱを基板Ｐ上に供給する。また、制御装置ＣＯＮＴは、液体供給機構１０による液体ＬＱの供給に伴って液体回収機構２０の液体回収部（真空系）２１を駆動し、回収ノズル２３及び回収管２２を介して単位時間あたり所定量の液体ＬＱを回収する。これにより、投影光学系ＰＬの先端部の光学素子６０と基板Ｐとの間に液体ＬＱの液浸領域ＡＲ２が形成される。

そして、制御装置ＣＯＮＴは、照明光学系ＩＬによりマスクＭを露光光ＥＬで照明し、マスクＭのパターンの像を投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介して基板Ｐに投影する。ここで、基板Ｐに対する露光処理を行う際には、制御装置ＣＯＮＴは、上記求めた補正量に基づいて、投影光学系ＰＬの光学素子６４ａ、６４ｂを駆動したり、第１、第２密閉室６５Ａ、６５Ｂの内部圧力を調整し、投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介した結像特性を調整しながら露光処理を行う。

走査露光時には、投影領域ＡＲ１にマスクＭの一部のパターン像が投影され、投影光学系ＰＬに対して、マスクＭが−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速度Ｖで移動するのに同期して、基板ステージＰＳＴを介して基板Ｐが＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に速度β・Ｖ（βは投影倍率）で移動する。そして、１つのショット領域への露光終了後に、基板Ｐのステッピングによって次のショット領域が走査開始位置に移動し、以下、ステップ・アンド・スキャン方式で各ショット領域に対する露光処理が順次行われる。本実施形態では、基板Ｐの移動方向と平行に、基板Ｐの移動方向と同一方向に液体ＬＱを流すように設定されている。つまり、矢印Ｘａ（図３参照）で示す走査方向（−Ｘ方向）に基板Ｐを移動させて走査露光を行う場合には、供給管１２、供給ノズル１３Ａ〜１３Ｃ、回収管２２、及び回収ノズル２３Ａ、２３Ｂを用いて、液体供給機構１０及び液体回収機構２０による液体ＬＱの供給及び回収が行われる。すなわち、基板Ｐが−Ｘ方向に移動する際には、供給ノズル１３（１３Ａ〜１３Ｃ）より液体ＬＱが投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に供給されるとともに、回収ノズル２３（２３Ａ、２３Ｂ）より基板Ｐ上の液体ＬＱが回収され、投影光学系ＰＬの先端部の光学素子６０と基板Ｐとの間を満たすように−Ｘ方向に液体ＬＱが流れる。一方、矢印Ｘｂ（図３参照）で示す走査方向（＋Ｘ方向）に基板Ｐを移動させて走査露光を行う場合には、供給管１５、供給ノズル１６Ａ〜１６Ｃ、回収管２５、及び回収ノズル２６Ａ、２６Ｂを用いて、液体供給機構１０及び液体回収機構２０による液体ＬＱの供給及び回収が行われる。すなわち、基板Ｐが＋Ｘ方向に移動する際には、供給ノズル１６（１６Ａ〜１６Ｃ）より液体ＬＱが投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に供給されるとともに、回収ノズル２６（２６Ａ、２６Ｂ）より基板Ｐ上の液体ＬＱが回収され、投影光学系ＰＬの先端部の光学素子６０と基板Ｐとの間を満たすように＋Ｘ方向に液体ＬＱが流れる。この場合、例えば供給ノズル１３を介して供給される液体ＬＱは基板Ｐの−Ｘ方向への移動に伴って光学素子６０と基板Ｐとの間に引き込まれるようにして流れるので、液体供給機構１０（液体供給部１１）の供給エネルギーが小さくても液体ＬＱを光学素子６０と基板Ｐとの間に容易に供給できる。そして、走査方向に応じて液体ＬＱを流す方向を切り替えることにより、＋Ｘ方向、又は−Ｘ方向のどちらの方向に基板Ｐを走査する場合にも、光学素子６０と基板Ｐとの間を液体ＬＱで満たすことができ、高い解像度及び広い焦点深度を得ることができる。

なお、上記実施形態においては、空間像計測装置７０による計測動作中に、液体供給機構１０の液体供給及び液体回収機構２０による液体回収を行って、投影光学系ＰＬの光学素子６０とスリット板７５との間で液体ＬＱが流れるようにしているが、光の照射による液体ＬＱの温度変化や液体ＬＱの劣化が少ない場合には、計測前に液体供給機構１０で液体ＬＱを供給し、計測動作中には、液体供給機構１０による液体供給及び液体回収機構２０による液体回収のいずれの動作も停止し、計測動作終了後に、液体回収機構２０による液体ＬＱの回収を行うようにしてもよい。

以下、本発明の別の実施形態について説明する。以下の説明において上述した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、その説明を簡略もしくは省略する。

図１３は空間像計測装置７０の別の実施形態を示す図である。図１３において、空間像計測装置７０の受光器９０うち、光センサ８２がスリット板７５に最も近い位置に配置され、その光センサ８２とスリット板７５との間の空間ＳＰに液体ＬＱが満たされている。光センサ８２は保持部材８５で保持されている。光センサ８２の受光面８２Ａと保持部材８５の内底面８５Ａとは面一となっている。このような構成によっても、光センサ８２は、投影光学系ＰＬ、第１液浸領域ＬＡ１、スリット板７５、及び第２液浸領域ＬＡ２を通過した光を良好に受光することができる。

図１４は、空間像計測装置７０の別の実施形態示す。図１４に示すように、光センサ８２の受光面８２Ａは、スリット板７５の下面に密接している。すなわち図１４に示す例においては、第２液浸領域ＬＡ２は形成されていない。このように、受光器９０の光センサ８２をスリット板７５に接するように配置することで、投影光学系ＰＬとスリット板７５との間に液体ＬＱを満たして投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを実質的に向上させた場合においても、受光器９０（受光素子８２）は投影光学系ＰＬを介した光を良好に受光することができる。

なお、光センサ８２をスリット板７５に接する構成の場合、スリット板７５（ガラス板部材７４）は、第１液浸領域ＬＡ１の液体ＬＱの重みで撓まない程度に極力薄いことが好ましい。更には、受光センサ８２の受光面８２Ａをガラス板部材７４より上方に露出させる構成も可能である。一方、受光面８２Ａを露出させずに光センサ８２の受光面８２Ａの上にスリット板７５（ガラス板部材７４）を設けることにより、平坦領域が大きくなるので、第１液浸領域ＬＡ１を良好に形成することができる。

なお、光センサ８２をスリット板７５の下面に接合するために接着剤を用いることができる。この場合、接着剤は、露光光に対して高い透過率を有し、スリット部（光透過部）７１を通過した露光光が光センサ８２の受光面８２Ａに入射できるような屈折率を有するものが望ましい。

また、図１４の実施形態においては、スリット板７５の下面に光センサ８２を密接させる構成となっているが、スリット板７５（ガラス板部材７４）の下面に受光素子をパターンニングしてもよい。

ところで、上述したように、投影光学系ＰＬの結像特性をスリットスキャン方式で計測する際には、投影光学系ＰＬを介した光（露光光ＥＬ）に対してスリット板７５（スリット部７１）を相対的に移動しながら、液体ＬＱを介して受光器９０（光学素子７６）に光が照射される。この場合、スリット板７５の移動によって、受光器９０による受光動作中に、投影光学系ＰＬとスリット板７５との間の第１液浸領域ＬＡ１の液体ＬＱを介して投影光学系ＰＬ（先端部の光学素子６０）を振動させてしまったり、あるいはその液体ＬＱの力によってスリット板７５が撓んだり変動して空間像計測精度を低下させる不都合が生じる可能性がある。

そこで、図１５に示すように、スリット板７５の所定位置に貫通穴１２０を設けることにより、投影光学系ＰＬに対してスリット板７５が移動しても、投影光学系ＰＬとスリット板７５との間の第１液浸領域ＬＡ１の液体ＬＱは、貫通穴１２０を介して空間ＳＰに逃げることができるので、スリット板７５が移動しても、投影光学系ＰＬとスリット板７５との間の第１液浸領域ＬＡ１の液体ＬＱの圧力と、スリット板７５と受光器９０（光学素子７６）との間の第２液浸領域ＬＡ２の液体ＬＱの圧力との差が生じず、スリット板７５が撓む等の不都合は生じない。スリット板７５が移動したとき、第１液浸領域ＬＡ１の液体ＬＱは横方向（スリット板７５の面方向）にも移動するが、貫通穴１２０を設けて上下方向にも移動可能とすることにより、スリット板７５が撓む等の不都合の発生をより一層防止することができる。また、貫通穴１２０を介して液体ＬＱが第１液浸領域ＬＡ１と第２液浸領域ＬＡ２との間を移動可能であるので、投影光学系ＰＬとスリット板７５との間の第１液浸領域ＬＡ１の液体ＬＱの大きな圧力変動も生じないため、そのスリット板７５の移動に伴う液体ＬＱの圧力変動によって投影光学系ＰＬを変動（振動）させる不都合の発生を防止することができる。

図１６は、図１５のスリット板７５の平面図である。図１６に示すように、貫通穴１２０は複数、本実施形態では４つ設けられている。これら複数（４つ）の貫通穴１２０は、スリット板７５のスリット部７１を挟んで対向する位置にそれぞれ設けられている。貫通穴１２０は、投影光学系ＰＬとスリット板７５との間に満たされた液体ＬＱの第１液浸領域ＬＡ１の内側に設けられている。これにより、スリット板７５が移動した際にも第１液浸領域ＬＡ１の液体ＬＱは貫通穴１２０を介して空間ＳＰに逃げることができる。そして、貫通穴１２０は、スリット板７５の略中央部に設けられたスリット部７１を挟んで対向するように形成され、スリット板７５の中心に対して点対称な位置にそれぞれ形成された構成となっているため、スリット板７５の面精度を維持することができる。

なお、貫通穴１２０は４つに限らず任意の複数設けられてもよいし、１つであってもよい。また、図１６に示すように本実施形態では、貫通穴１２０はスリット部７１を囲むように等間隔に設けられているが不等間隔であってもよい。また、スリット部７１（の中心）と複数の貫通穴１２０のそれぞれとの距離は同じであっても異なっていてもよい。

ところで、スリット板７５に貫通穴１２０を設けた場合において、第２液浸領域ＬＡ２を形成するために空間ＳＰに液体ＬＱを満たす場合、図６等を参照して説明した液体供給装置１００及び液体回収装置１０４を使う構成の他に、液体供給機構１０を使って、貫通穴１２０を介して、スリット板７５と受光器９０（光学素子７６）との間の空間ＳＰに液体ＬＱを供給するようにしてもよい。また、液体回収機構２０を使って、貫通穴１２０を介して、スリット板７５と受光器９０（光学素子７６）との間の空間ＳＰの液体ＬＱを回収するようにしてもよい。すなわち、露光処理時に投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に液体ＬＱを供給可能な液体供給機構１０及び投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の液体ＬＱを回収可能な液体回収機構２０を使って、スリット板７５と受光器９０（光学素子７６）との間の第２液浸領域ＬＡ２を形成するようにしてもよい。

液体供給機構１０を使って第２液浸領域ＬＡ２を形成する際、図１７（ａ）に示すように、液体供給機構１０は供給ノズル１３から貫通穴１２０を介して空間ＳＰに液体ＬＱを供給する。また、スリット板７５上の液体ＬＱ（空間ＳＰから貫通穴１２０を介して溢れ出た液体ＬＱも含む）は、液体回収機構２０の回収ノズル２３から回収される。こうして、図１７（ｂ）に示すように、液体供給機構１０及び液体回収機構２０を使って、第１液浸領域ＬＡ１及び第２液浸領域ＬＡ２のそれぞれが形成される。

受光器９０が投影光学系ＰＬを介した光（露光光ＥＬ）を液体ＬＱ及びスリット板７５を介して受光した後、液体回収機構２０はスリット板７５上の第１液浸領域ＬＡ１の液体ＬＱを回収する。その後、露光処理のために基板ステージＰＳＴが移動し、投影光学系ＰＬと基板Ｐとを対向させるが、このとき、図１７（ｃ）に示すように、スリット板７５は投影光学系ＰＬの下から退避される。そして、投影光学系ＰＬの下から退避されたスリット板７５の貫通穴１２０には蓋部材１２２が被せられる。本実施形態において、蓋部材１２２はスリット板７５全体を覆うことで、貫通穴１２０を閉じる。なおこの蓋部材１２２は、蓋機構を構成するアーム１２２Ａによってスリット板７５上に被せられる。そして、蓋部材１２２で貫通穴１２０を閉じた状態で、基板Ｐに対する露光処理が行われる。基板Ｐに対する露光処理中においては基板ステージＰＳＴが移動するが、その基板ステージＰＳＴの移動に伴って、空間ＳＰの液体ＬＱが貫通穴１２０を介して外部に漏洩（飛散）する可能性がある。そこで、少なくとも基板Ｐに対する露光処理中には、蓋部材１２２で貫通穴１２０を塞ぐことにより、空間ＳＰの液体ＬＱが貫通穴１２０を介して外部に漏洩する不都合を防止することができる。また、空間ＳＰの液体ＬＱが気化して露光装置ＥＸのおかれている環境を変化させる不都合も防止できる。なお、受光器９０を使って液体ＬＱを介して光を検出する際には、アーム１２２Ａが蓋部材１２２をスリット板１２２上から取り外した後、図１７（ａ）、（ｂ）に示したように、液体供給機構１０及び液体回収機構２０を使って第１、第２液浸領域ＬＡ１、ＬＡ２が形成される。なお、蓋機構としては上記説明した形態に限られず、例えばスリット板７５あるいは凸部８３の所定位置にヒンジ部を介して蓋部材を取り付け、アクチュエータを使って、受光器９０による計測処理中には蓋部材を開け、基板Ｐに対する露光処理中には蓋部材を閉じるといった構成も可能である。

スリット板７５と受光器９０との間の空間ＳＰ内部と外部とを連通する穴部としては、スリット板７５に設けられた貫通穴１２０の他に、図１８に示すように、第１液浸領域ＬＡ１の外側に設けられた第２貫通穴も含まれる。図１８は第２貫通穴１３０を設けた例を示す断面図、図１９は平面図である。図１８及び図１９において、Ｚチルトステージ５２の上面であって凸部８３の周囲には、この凸部８３を囲むように周壁部１３２が設けられている。また、周壁部１３２の上部には蓋部材１３４が設けられており、凸部８３、周壁部１３２、及び蓋部材１３４によって、バッファ空間部１３６が形成されている。そして、凸部８３及び保持部材８５の壁部の所定位置には、空間ＳＰとバッファ空間部１３６とを接続する第２貫通穴１３０が形成されている。本実施形態において、第２貫通穴１３０は図１９に示すように、空間ＳＰの周囲に所定間隔で複数（ここでは８つ）設けられている。なお、第２貫通穴１３０の数及び配置は任意に設定可能である。第２貫通穴１３０を設けたことにより、スリット板７５が移動して第１液浸領域ＡＲ１の体積が変化しても、第１液浸領域ＬＡ１に貫通穴１２０を介して接続する第２液浸領域ＬＡ２の液体ＬＱは、第２貫通穴１３０を介してバッファ空間部１３０に逃げることができる。したがって、第１液浸領域ＬＡ１の圧力変動等といった不都合をより一層防止することができる。

図１８及び１９に示した実施形態の変形例として、図２０に示すように、第２貫通穴１３０をスリット板７５に設けてもよい。第２貫通穴１３０は第１液浸領域ＬＡ１の外側に設けられている。図２１は図２０のスリット板７５の平面図である。図２１に示すように、第２貫通穴１３０は複数、本実施形態では８つ設けられている。そして、これら複数（８つ）の第２貫通穴１３０は、スリット板７５のスリット部７１を挟んで対向する位置にそれぞれ設けられている。これにより、スリット板７５が移動した際に第１液浸領域ＬＡ１の液体ＬＱが貫通穴１２０を介して空間ＳＰに逃げたとき、その空間ＳＰの液体ＬＱは第２貫通穴１３０を介して外部に逃げることができる。

スリット部７５に形成された第２貫通穴１３０から液体ＬＱが溢れ出たとき、その液体ＬＱはスリット板７５（凸部８３）の外側に流出するが、Ｚチルトステージ５２上においてスリット板７５が設けられた凸部８３の周囲には、第２貫通穴１３０から流出した液体ＬＱを回収する回収機構１４０が設けられている。回収機構１４０は、Ｚチルトステージ５２上において凸部８３の周囲に設けられた溝部１４１と、溝部１４１に配置され液体ＬＱを保持可能な多孔質セラミックスやスポンジ状部材からなる多孔質部材１４２と、溝部１４１に流路１４３を介して接続された液体収容部であるタンク１４４と、タンク１４４に流路１４６を介して接続された真空ポンプ等からなる真空系１４５とを備えている。また、流路１４６にはこの流路１４６を開閉するバルブ１４６Ａが設けられており、タンク１４４には排出流路１４４Ａが接続されている。第２貫通穴１３０から凸部８３の周囲に流出した液体ＬＱは、溝部１４１に配置されている多孔質部材１４２に保持される。回収機構１４０は、バルブ１４６Ａを作動して流路１４６を開放した状態で真空系１４５を駆動することにより、溝部１４１（多孔質部材１４２）の液体ＬＱをその周囲の気体とともに吸い込むようにして回収する。回収された液体ＬＱはタンク１４４に集められる。タンク１４４に液体ＬＱが溜まったとき、排出流路１４４Ａより排出される。このとき液体ＬＱはタンク１４４の下方に集められるため、真空系１４５には液体ＬＱは流入しない。つまり、タンク１４４で、溝部１４１から回収された液体ＬＱとその周囲の気体とが気液分離される。回収機構１４０を設けたことにより、Ｚチルトステージ５２上に第２貫通穴１３０や第１液浸領域ＬＡ１から流出した液体ＬＱが残存する不都合を防止できる。

なお、貫通穴１２０（あるいは第２貫通穴１３０）に、その貫通穴１２０の大きさを変える可変機構を設けてもよい。例えば、空間像計測中には、貫通穴１２０（あるいは第２貫通穴１３０）を大きくすることにより、貫通穴１２０を通過する際の液体ＬＱの粘性抵抗を低下することができ、液体ＬＱは円滑に移動できる。また、貫通穴１２０を大きくすることで、図１７を参照して説明したように、貫通穴１２０を介して空間ＳＰに液体ＬＱを注入しやすくなる。そして、空間像計測以外の時（具体的には露光動作時）においては、可変機構で貫通穴１２０（あるいは第２貫通穴１３０）を小さくしたりあるいは塞ぐことにより、空間ＳＰの液体ＬＱが気化して露光装置ＥＸのおかれている環境を変化させたり、あるいは基板ステージＰＳＴの移動に伴って液体ＬＱが空間ＳＰから外部に流出する不都合の発生を防止できる。

ところで、上記各実施形態では、スリット板７５上の一部の領域に局所的に第１液浸領域ＬＡ１を形成する構成であるが、図２２に示すように、スリット板７５全体を液体ＬＱに浸けるようにしてもよい。図２２において、Ｚチルトステージ５２上には桶部材１５０が設けられており、スリット板７５は、桶部材１５０の底部１５０Ｂ上に取り付けられた支持部材１５１で支持されている。また、スリット板７５の下方（光路下流側）には保持部材８５に保持された光学素子７６が配置されている。保持部材８５も桶部材１５０の底部１５０Ｂに取り付けられている。支持部材１５１には、スリット板７５と光学素子７６との間の空間ＳＰ内部と外部とを連通する第２貫通穴１３０が設けられている。桶部材１５０の開口部１５０Ａ上端は、スリット板７５、液体供給ノズル１３の供給口１３Ａ、及び液体回収ノズル２３の回収口２３Ａより高い位置にある。

第１液浸領域ＬＡ１及び第２液浸領域ＬＡ２を形成する際には、投影光学系ＰＬと桶部材１５０内部のスリット板７５とを対向させた後、液体供給機構１０が駆動され、供給ノズル１３から桶部材１５０内部に液体ＬＱが供給される。桶部材１５０内部に供給された液体ＬＱは、投影光学系ＰＬの先端部の光学素子６０とスリット板７５との間に満たされて第１液浸領域ＬＡ１を形成するとともに、貫通穴１２０や第２貫通穴１３０を介してスリット板７５と光学素子７６との間の空間ＳＰに満たされて第２液浸領域ＬＡ２を形成する。また、これと並行して、液体回収機構２０を駆動し回収ノズル２３から桶部材１５０内部の液体ＬＱを回収することにより、桶部材１５０内部には所定量の液体ＬＱが満たされることになる。

上記各実施形態では、光学部材（スリット板）７５及び受光器９０を、投影光学系ＰＬの結像特性を計測する空間像計測装置７０に適用した例について説明したが、図２３に示すように、基板ステージＰＳＴ上には、空間像計測装置７０の他に、投影光学系ＰＬを介した光照射量情報を計測する例えば特開平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）１６０や、例えば特開昭５７−１１７２３８号公報に開示されているような照度ムラセンサ１７０等も設けられている。これら照射量センサ１６０や照度ムラセンサ１７０に対しても本発明を適用可能である。

図２４は、照射量センサ１６０の模式図である。照射量センサ１６０は、投影光学系ＰＬの像面側に照射される露光光の照射量（照度）を計測するものであって、Ｚチルトステージ５２上に設けられた上板１６３と、その上板１６３を通過した光を受光する光センサ１６４とを備えている。上板１６３は、ガラス板部材１６２と、そのガラス板部材１６２の上面に設けられた光透過量調整膜１６１とを備えている。光透過量調整膜１６１は例えばクロム膜によって構成されており、所定の光透過率を有し、ガラス板部材１６２の上面全域に設けられている。光透過量調整膜１６１を設けて光センサ１６４に入射する光量を減光することにより、過剰な光量の光が照射されることに起因する光センサ１６４に対するダメージや飽和といった不都合を防止している。なお照射量センサ１６０では、例えばマスクＭが交換されたとき等の所定のタイミングで計測動作が行われる。

そして、照射量センサ１６０で投影光学系ＰＬを通過した露光光ＥＬの照射量を計測する際には、上述した実施形態同様、投影光学系ＰＬと上板１６３とを対向した状態で投影光学系ＰＬと上板１６３との間に液体ＬＱを供給して第１液浸領域ＬＡ１を形成するとともに、上板１６３と光センサ１６４との間に液体ＬＱを供給して第２液浸領域ＬＡ２を形成し、投影光学系ＰＬと第１液浸領域ＬＡ１の液体ＬＱとを介して上板１６３に露光光ＥＬを照射する。なお、上板１６３と光センサ１６４との間に光学系（光学素子）を配置してもよく、その場合、第２液浸領域ＬＡ２は上板１６３とその上板１６３に最も近い位置に配置された光学素子との間に形成される。また、上板１６３に光センサ１６４を密接してもよい。

図２５は、照度ムラセンサ１７０の模式図である。照度ムラセンサ１７０は、投影光学系ＰＬを介して像面側に照射される露光光の照度（強度）を複数の位置で計測して、投影光学系ＰＬの像面側に照射される露光光の照度ムラ（照度分布）を計測するものであって、Ｚチルトステージ５２上に設けられた上板１７４と、その上板１７４に設けられたビンホール部１７１を通過した光を受光する光センサ１７５とを備えている。上板１７４は、ガラス板部材１７３の表面にクロムなどの遮光性材料を含む薄膜１７２を設け、その薄膜１７２をパターニングしてその中央部にピンホール部１７１を設けたものである。

照度ムラセンサ１７０で照度分布の計測を行う場合、投影光学系ＰＬと照度ムラセンサ１７０の上板１７４とを対向させた状態で、その投影光学系ＰＬと上板１７４との間を液体ＬＱで満たすとともに、上板１７４と光センサ１７５との間も液体ＬＱで満たす。そして、露光光ＥＬが照射される照射領域（投影領域）内の複数の位置で順次ピンホール部１７１を移動させる。なお、上板１７４と光センサ１７５との間に光学系（光学素子）を配置してもよく、その場合、第２液浸領域ＬＡ２は上板１７４とその上板１７４に最も近い位置に配置された光学素子との間に形成される。また、上板１７４と光センサ１７５とを密接してもよい。

更に本発明は、例えば特開平１１−２３８６８０号公報や特開２０００−９７６１６号公報に開示されている、基板ステージＰＳＴ（Ｚステージ５１）に対して脱着可能なセンサにも適用できる。

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６０が取り付けられているが、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、例えば収差（球面収差、コマ収差等）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、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、この場合、液体ＬＱとしてはＦ_２レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。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。

上記各実施形態において、上述したノズルの形状は特に限定されるものでなく、例えば投影領域ＡＲ１の長辺について２対のノズルで液体ＬＱの供給又は回収を行うようにしてもよい。なお、この場合には、＋Ｘ方向、又は−Ｘ方向のどちらの方向からも液体ＬＱの供給及び回収を行うことができるようにするため、供給ノズルと回収ノズルと上下に並べて配置してもよい。

すなわち、投影光学系ＰＬの光学素子６０と基板Ｐとの間を十分な液体ＬＱで満たし続けることができる各種の形態を採用することができる。また、基板Ｐの移動方向に応じて液体ＬＱの供給位置や回収位置を必ずしも変更する必要はなく、所定の位置から液体ＬＱの供給及び回収を継続してもよい。

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。

また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間を局所的に液体で満たす露光装置を採用しているが、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置にも本発明を適用可能である。

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、本発明は基板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するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。

また、上述の液浸法を適用した露光装置は、投影光学系ＰＬの光学素子６０の射出側の光路空間を液体ＬＱで満たして基板Ｐを露光する構成になっているが、国際公開第２００４／０１９１２８号に開示されているように、投影光学系の光学素子６０入射側の光路空間も液体ＬＱで満たすようにしてもよい。この場合、投影光学系ＰＬが１．０以上の大きな開口数を有していても、光学素子６０として無屈折力の平行平板や屈折力の非常に小さいレンズを採用することができる。

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号公報等に開示されているように、ウエハ等の被処理基板を別々に載置してＸＹ方向に独立に移動可能な２つの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、本発明は、特開平１１−１３５４００号に開示されているように、ウエハ等の被処理基板を保持して移動可能な露光ステージと、各種の計測部材やセンサを備えた計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。この場合、上述の各実施形態で説明した複数のセンサ（計測装置）のうちの少なくとも一部を計測ステージに搭載することができる。

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等を製造するための露光装置等にも広く適用できる。

基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータ（USP5,623,853またはUSP5,528,118参照）を用いる場合は、それらのステージを定盤に対して浮上させる方式としてエアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらかを用いるのが好ましい。また、各ステージＰＳＴ、ＭＳＴは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。

各ステージＰＳＴ、ＭＳＴの駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージＰＳＴ、ＭＳＴを駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージＰＳＴ、ＭＳＴに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージＰＳＴ、ＭＳＴの移動面側に設ければよい。

基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−１６６４７５号公報（USP5,528,118）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−３３０２２４号公報（USS/N 08/416,558）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。

本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２６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基板処理ステップ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。

本発明の露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。投影光学系の先端部近傍、液体供給機構、及び液体回収機構を示す概略構成図である。投影光学系の投影領域と液体供給機構及び液体回収機構との位置関係を示す平面図である。本発明に係る受光器の一実施形態を示す概略構成図である。受光器が計測動作を行っている状態を示す模式図である。本発明に係る光学部材及び受光器の一実施形態を示す要部拡大図である。図６の光学部材の平面図である。光学部材の光透過部の一例を示す図である。受光器で受光した受光信号の一例を示す図である。投影光学系の結像特性を計測するときに使うマスクの一例を示す図である。投影光学系の結像特性を計測するときに使うマスクの一例を示す図である。投影光学系の結像特性を計測するときに使うマスクの一例を示す図である。本発明に係る光学部材及び受光器の別の実施形態を示す要部拡大図である。本発明に係る光学部材及び受光器の別の実施形態を示す要部拡大図である。本発明に係る光学部材及び受光器の別の実施形態を示す要部拡大図である。図１５の光学部材の平面図である。液浸領域を形成する手順の一例を示す図である。本発明に係る光学部材及び受光器の別の実施形態を示す要部拡大図である。図１８の光学部材の平面図である。本発明に係る光学部材及び受光器の別の実施形態を示す要部拡大図である。図２０の光学部材の平面図である。本発明に係る光学部材及び受光器の別の実施形態を示す要部拡大図である。基板ステージ上に複数の受光器が配置されている状態を示す平面図である。本発明に係る光学部材及び受光器の別の実施形態を示す要部拡大図である。本発明に係る光学部材及び受光器の別の実施形態を示す要部拡大図である。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。

符号の説明

１…液体、１０…液体供給機構、１３…供給ノズル、２０…液体回収機構、
２３…回収ノズル、７０…空間像計測装置、７４…ガラス板部材（光学部材）、
７５…スリット板（光学部材）、７６…光学素子、８２…光センサ（受光素子）、
９０…受光器、１００…液体供給装置、１０４…液体回収装置、１２０…貫通穴、
１２２…蓋部材（蓋機構）、１２２Ａ…アーム（蓋機構）、１３０…第２貫通穴、
１３４…蓋部材（蓋機構）、１４０…回収機構、１６２…ガラス板部材（光学部材）、
１６３…上板（光学部材）、１７３…ガラス板部材（光学部材）、
１７４…上板（光学部材）、ＣＯＮＴ…制御装置、ＥＬ…露光光、ＥＸ…露光装置、
ＬＡ１…第１液浸領域、ＬＡ２…第２液浸領域、ＬＱ…液体、Ｐ…基板、
ＰＬ…投影光学系、ＰＳＴ…基板ステージ（基板保持部材）

Claims

投影光学系の像面側に配置された基板に対して前記投影光学系と液体とを介して露光光を照射することによって前記基板を露光する露光装置において、
前記投影光学系の像面側に配置された光透過部を有する光学部材を介して前記投影光学系を通過した光を受光する受光器を備え、
前記受光器と前記光学部材との間に液体が満たされていることを特徴とする露光装置。
前記投影光学系と前記光学部材との間に液体を満たした状態で、前記受光器に光を照射することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
投影光学系の像面側に配置された基板に対して前記投影光学系を介して露光光を照射することによって前記基板を露光する露光装置において、
前記投影光学系の像面側に配置された光透過部を有する光学部材を介して前記投影光学系を通過した光を受光する受光器を備え、
前記受光器と前記光学部材との間に液体が満たされていることを特徴とする露光装置。
前記受光器は、前記光学部材に最も近い位置に配置された光学素子と、
前記光学素子を通過した光を受光する受光素子とを有し、
前記光学素子と前記光学部材との間に液体が満たされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の露光装置。
前記受光器は、受光素子を有し、
前記受光素子と前記光学部材との間に液体が満たされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の露光装置。
前記光学部材と前記受光器との間に液体を供給する液体供給装置を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の露光装置。
前記光学部材と前記受光器との間の液体を回収する液体回収装置を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の露光装置。
前記光学部材と前記受光器との間の空間内部と外部とを連通する穴部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の露光装置。
前記穴部は、前記光学部材の所定位置に設けられた貫通穴を含むことを特徴とする請求項８記載の露光装置。
前記貫通穴は、前記光学部材の前記光透過部を挟んで対向する位置に複数設けられていることを特徴とする請求項９記載の露光装置。
前記貫通穴は、前記投影光学系と前記光学部材との間に満たされた液体の液浸領域の内側に設けられていることを特徴とする請求項９又は１０記載の露光装置。
前記穴部は、前記投影光学系と前記光学部材との間に満たされた液体の液浸領域の外側に設けられた第２貫通穴を含むことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項記載の露光装置。
前記露光処理時に前記投影光学系と前記基板との間に液体を供給可能な液体供給機構を備え、
前記液体供給機構は、前記穴部を介して前記光学部材と前記受光器との間の空間に液体を供給することを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項記載の露光装置。
前記露光処理時に前記投影光学系と前記基板との間の液体を回収可能な液体回収機構を備え、
前記液体回収機構は、前記穴部を介して前記光学部材と前記受光器との間の空間の液体を回収することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項記載の露光装置。
投影光学系の像面側に配置された基板に対して前記投影光学系と液体とを介して露光光を照射することによって前記基板を露光する露光装置において、
前記投影光学系の像面側に配置された光透過部を有する光学部材を介して前記投影光学系を通過した光を受光する受光器を備え、
前記光学部材の所定位置に貫通穴が設けられていることを特徴とする露光装置。
前記貫通穴は、前記光学部材の前記光透過部を挟んで対向する位置に複数設けられていることを特徴とする請求項１５記載の露光装置。
前記光学部材と前記受光器との間に液体が満たされていることを特徴とする請求項１５又は１６記載の露光装置。
前記投影光学系と前記光学部材との間に液体を満たした状態で、前記受光器に光を照射することを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一項記載の露光装置。
前記貫通穴は、前記投影光学系と前記光学部材との間に満たされた液体の液浸領域の内側に設けられていることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか一項記載の露光装置。
前記投影光学系と前記光学部材との間に満たされた液体の液浸領域の外側に、前記光学部材と前記受光器との間の空間内部と外部とを連通する第２貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか一項記載の露光装置。
前記光学部材を前記投影光学系に対して相対的に移動しながら、前記液体を介して前記受光器に光を照射することを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項記載の露光装置。
前記第２貫通穴から流出する液体を回収する回収機構を有することを特徴とする請求項１２又は２０記載の露光装置。
前記貫通穴を開閉する蓋機構を有することを特徴とする請求項９、及び１５〜２２のいずれか一項記載の露光装置。
前記蓋機構は、少なくとも前記基板に対する露光処理中に前記貫通穴を閉じることを特徴とする請求項２３記載の露光装置。
前記基板を保持して移動可能な基板保持部材を備え、
前記受光器は、前記基板保持部材に設けられていることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一項記載の露光装置。
前記受光器は前記光透過部を介した光を受光し、該受光結果に基づいて前記投影光学系の結像特性を計測することを特徴とする請求項１〜２５のいずれか一項記載の露光装置。
前記受光器は前記光透過部を介した光を受光し、該受光結果に基づいて前記投影光学系を介した光照射量情報を計測することを特徴とする請求項１〜２５のいずれか一項記載の露光装置。
前記受光器は、該露光装置に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１〜２７のいずれか一項記載の露光装置。
前記投影光学系の開口数ＮＡは０．９よりも大きい請求項１〜２８のいずれか一項記載の露光装置。
前記光透過部が設けられるステージによって前記投影光学系の像面側に前記光透過部を配置する請求項１〜２９のいずれか一項記載の露光装置。
前記光透過部は、その表面が前記ステージ表面とほぼ面一である請求項３０記載の露光装置。
前記露光時、前記基板は前記ステージに保持される請求項３０又は３１記載の露光装置。
請求項１〜請求項３２のいずれか一項記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
露光光を投影光学系を介して基板上に照射することによって前記基板を露光する露光方法であって：
前記投影光学系の像面側に配置された光透過部を有する光学部材を介して前記投影光学系を通過した光を受光器で受光することと；
投影光学系を介して基板上に露光光を照射することによって前記基板を露光することとを含み；
前記受光器と前記光学部材との間に液体が満たされている露光方法。
請求項３４記載の露光方法を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。