JP5136566B2 - 露光装置及び露光方法並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マスクに形成されたパターンを基板上に露光転写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。

半導体素子、液晶表示素子、撮像装置（ＣＣＤ（charge Coupled Device）等）、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造工程の１つとして通常設けられるフォトリソグラフィー工程では、露光対象としての基板（フォトレジストが塗布された半導体ウェハ又はガラスプレート）にマスク又はレチクル（以下、これらを総称するときは、マスクという）に形成されたパターンの縮小像を投影露光する露光装置が用いられる。近年においては、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（所謂、ステッパ）又はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が多用されている。

上記のステッパは、基板を二次元的に移動自在な基板ステージ上に載置し、この基板ステージにより基板を歩進（ステッピング）させて、マスクのパターンの縮小像を基板上の各ショット領域に一括露光する動作を順次繰り返す露光装置である。また、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、スリット状のパルス露光光をマスクに照射している状態で、マスクを載置したマスクステージと基板を載置した基板ステージとを投影光学系に対して互いに同期移動させつつマスクに形成されたパターンの一部を基板のショット領域に逐次転写し、１つのショット領域に対するパターンの転写が終了すると基板をステッピングさせて他のショット領域にパターンの転写を行う露光装置である。

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複数の光センサ（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。例えば、投影光学系を通過した露光光の照度むら（光量分布）を計測したり、積算光量むらを計測するための照度むらセンサや、投影光学系を通過した露光光の照射量（光量）を計測する照射量センサが基板ステージ上に設けられている。

また、近年においては、デバイスに形成するパターンの微細化に伴い、露光装置の解像度の向上が図られている。解像度向上のために投影光学系と基板との間に気体よりも屈折率の高い液体を充満させて投影光学系の開口数を大きくして解像度を向上させる液浸式の露光装置が案出されている。上記の照度むらセンサについては、例えば以下の特許文献１を、照射量センサについては、例えば以下の特許文献２を、液浸式の露光装置については、例えば以下の特許文献３を参照されたい。

特開平０８−３１６１３３号公報 国際公開第０１／００８２０５号パンフレット 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。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、投影光学系の開口数が増大しても、各種計測が精度良く実行可能であり、特に液浸式の露光法を採用した場合にも各種の計測を良好に行うことができる露光装置及び露光方法並びにデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る実施形態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の観点による露光装置は、照明系（ＩＳ）からの露光光を、投影光学系（ＰＬ）と液体（ｗ）とを介して基板（Ｗ）上に照射することによって前記基板を露光する露光装置（ＥＸ）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（３１、３２）を介して、前記投影光学系を通過した露光光を受光する受光器（３６、３７）を有する計測手段（２７）を備え、前記投影光学系と前記光透過部との間に液体がない状態で、前記計測手段の受光器で前記投影光学系を通過した露光光を受光することを特徴としている。
この発明によると、投影光学系の像面側に液体が供給されていない状態で、投影光学系を通過した露光光が投影光学系の像面側に配置された光透過部を介して計測手段の受光器で受光される。
本発明の第２の観点による露光装置は、照明系（ＩＳ）からの露光光を、投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に照射することによって前記基板を露光する露光装置（ＥＸ）において、前記投影光学系の像面側に配置され、前記投影光学系からの露光光が入射する光透過部（３１、４４、５６）と、該光透過部からの光を受光器に入射させるための集光部材（４１、４５、５２、５７、６２、７１）とを有する計測手段（４０、５０、６０、７０）を備え、前記投影光学系からの露光光が気体中を通過せずに前記集光部材に入射するように、前記集光部材は、前記光透過部と前記受光器との間に配置されていることを特徴としている。
この発明によると、投影光学系からの露光光のうち、光透過部を透過した光は気体中を通過せずに集光部材に入射して集光される。尚、光透過部から集光部材に気体を通過しないように光を導くには、種々の方法があるが、光透過部と集光部材を接合しても良く、或いは、気体以外の媒質であって光透過性の媒質、例えば、液体、超臨界流体、ペースト、固体を光透過部と集光部材との間に、例えば薄膜状に介在させても良い。
本発明の第３の観点による露光装置は、投影光学系（ＰＬ）と液体（ｗ）とを介して露光光を基板（Ｗ）上に照射することによって前記基板を露光する露光装置（ＥＸ）において、前記投影光学系に対向するように一方面が配置され、他方面の一部に光透過部（５６）が形成された板状部材（５１）と、前記光透過部からの光を受光する受光器（５３）とを有する計測手段（５０）を備え、前記計測手段の受光器による露光光の受光は、前記投影光学系と前記板状部材との間の液体（ｗ）を介して行われることを特徴としている。
この発明によると、投影光学系からの露光光は液体を介して板状部材に入射し、板状部材に入射した光のうち光透過部を通過した光が計測手段が備える受光器に受光される。それゆえ、液浸露光の状態で露光光を計測することができる。
本発明の第４の観点による露光装置は、照明系（ＩＳ）からの露光光を、投影光学系（ＰＬ）と液体（ｗ）とを介して基板（Ｗ）上に照射することによって前記基板を露光する露光装置（ＥＸ）において、前記投影光学系の像面側に配置され、前記投影光学系からの露光光が液体を介して入射する光透過部（３１、３２、４４、５６）と、該光透過部からの光を受光器（３６、３７）に入射させるための光学系（４１、４５、５２、５７、６２、７１、８１、８６、９１、１０１、１１１）とを有する計測手段（４０、５０、６０、７０、８０、８５、９０、１００、１１０）を備え、前記光透過部からの光が気体中を通過せずに前記光学系に入射するように、前記光学系は、前記光透過部に近接して配置されていることを特徴としている。
この発明によると、投影光学系からの露光光のうち、光透過部を透過した光は計測手段に設けられた光学系によって気体中を通過しないよう導かれて受光器に入射する。それゆえ、受光器は光透過部を透過した光を効率良く受光できる。光透過部から光学系に気体を通過しないように光を導くには、前述のように気体以外の媒質を介在させてもよい。なお、光学系は一つの光学部材であってもよいし、複数の光学部材から構成されていてもよい。
本発明の第５の観点による露光装置は、投影光学系と液体を介して露光光で基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系の像面側に配置されかつ前記投影光学系と前記液体を介して前記露光光が入射する光透過部と、受光器と、前記光透過部からの光を前記受光器に入射させる光学部材と、を有する計測装置を備え、前記光学部材は、前記光透過部からの光を拡散または回折し、前記受光器は、その拡散または回折された光を検出することを特徴としている。
本発明の第６の観点による露光装置は、投影光学系と液体を介して露光光で基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系の像面側に配置されかつ前記投影光学系と前記液体を介して前記露光光が入射する光透過部と、受光器と、前記光透過部からの光を前記受光器に入射させる光学部材と、を有する計測装置を備え、前記光学部材は、前記光透過部からの光を内部で反射し、前記受光器は、その反射された光を検出することを特徴としている。
本発明の第７の観点による露光装置は、投影光学系と液体を介して露光光で基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系の像面側に配置されかつ前記投影光学系と前記液体を介して前記露光光が入射する光透過部と、受光器と、前記光透過部からの光を前記受光器に入射させる光学部材と、を有する計測装置を備え、前記光学部材は、前記光透過部からの光を平行光とし、前記受光器は、その平行光を検出することを特徴としている。 本発明の第８の観点による露光装置は、投影光学系と液体を介して露光光で基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系の像面側に配置されかつ前記投影光学系と前記液体を介して前記露光光が入射する光透過部と、受光器と、前記光透過部からの光を前記受光器に入射させる光学部材と、を有する計測装置を備え、前記光学部材は、前記光透過部からの光の射出面に所定の光学加工が施され、前記受光器は、前記射出面で偏向される光を検出することを特徴としている。
本発明の第９の観点による露光装置は、投影光学系と液体を介して露光光で基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系の像面側に配置されかつ前記投影光学系と前記液体を介して前記露光光が入射する光透過部と、受光器と、前記光透過部からの光を前記受光器に入射させる光学部材と、を有する計測装置を備え、前記光学部材は、前記光透過部が形成される、あるいは前記光透過部と接して設けられることを特徴としている。
本発明の第１０の観点による露光装置は、投影光学系と液体を介して露光光で基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系の像面側に配置されかつ前記投影光学系と前記液体を介して前記露光光が入射する光透過部と、受光器と、前記光透過部からの光を前記受光器に入射させる光学部材と、を有する計測装置を備え、前記光学部材と前記受光器との間に液体が満たされることを特徴としている。
本発明の第１１の観点による露光装置は、投影光学系と液体を介して露光光で基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系の像面側に配置されかつ前記投影光学系と前記夜体を介して前記露光光が入射する光透過部と、受光器と、前記光透過部からの光を前記受光器に入射させる光学部材と、を有する計測装置を備え、前記受光器は前記光学部材に接して設けられることを特徴としている。
本発明の第１の観点によるデバイス製造方法は、上記の何れかの露光装置を用いることを特徴としている。
本発明の第１の観点による露光方法は、投影光学系（ＰＬ）と液体とを介して露光光で基板（Ｗ）を露光する露光方法であって、前記投影光学系の光射出端の側に、前記露光光を計測する計測装置（２７）を設置する設置ステップと、前記投影光学系の光射出端側の光路空間に前記液体を介在させずに前記計測装置で前記露光光を計測する計測ステップ（Ｓ１４、Ｓ１５）と、前記計測結果に基づいて、前記光路空間に前記液体を介在させて前記基板を露光する露光ステップ（Ｓ１９）とを含み、前記投影光学系の光射出端と前記光路空間との界面に入射する前記露光光の入射角が、前記計測ステップと前記露光ステップとで異なることを特徴としている。
この方法によると、計測ステップにおける前記投影光学系の光射出端と前記光路空間との界面に入射する露光光の入射角を、前記露光ステップにおける入射角より小さく調整することによって投影光学系と計測装置との間の光路空間に液体に存在していなくても計測装置は良好に露光光を受光することができ、その受光した光で結像状態や露光光の調整を実行することができる。
本発明の第２の観点による露光方法は、投影光学系（ＰＬ）を介して露光光で基板（Ｗ）を露光する露光方法であって、前記投影光学系から射出された前記露光光を気体を通過させずに受光器で受光する計測ステップと、前記投影光学系と液体とを介して前記基板上に前記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ステップとを含むことを特徴としている。
この方法によれば、露光光を気体中を通過せずに受光素子に送ることができるため、投影光学系の開口数が大きくなっても、投影光学系を通過した露光光を良好に受光することができる。
本発明の第３の観点による露光方法は、投影光学系と液体とを介して露光光で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光透過部を配置することと、前記投影光学系と前記液体とを介して前記露光光を前記光透過部に照射することと、前記光透過部からの光を、光学部材を介して受光器で検出することと、を含み、前記露光光は気体を通ることなく前記透過部から前記光学部材に入射することを特徴としている。
本発明の第４の観点による露光方法は、投影光学系と液体とを介して露光光で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光透過部を配置することと、前記投影光学系と前記液体とを介して前記露光光を前記光透過部に照射することと、前記光透過部からの光を光学部材で拡散または回折することと、前記拡散または回折された光を受光器で検出することと、を含むことを特徴としている。
本発明の第５の観点による露光方法は、投影光学系と液体とを介して露光光で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光透過部を配置することと、前記投影光学系と前記液体とを介して前記露光光を前記光透過部に照射することと、前記光透過部からの光を光学部材の内部で反射することと、前記反射された光を受光器で検出することと、を含むことを特徴としている。
本発明の第６の観点による露光方法は、投影光学系と液体とを介して露光光で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光透過部を配置することと、前記投影光学系と前記液体とを介して前記露光光を前記光透過部に照射することと、前記光透過部からの光を光学部材で平行光とすることと、前記平行光を受光器で検出することと、を含むことを特徴としている。
本発明の第７の観点による露光方法は、投影光学系と液体とを介して露光光で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光透過部を配置することと、前記投影光学系と前記液体とを介して前記露光光を前記光透過部に照射することと、前記光透過部からの光を、所定の光学加工が射出面に施される光学部材で偏向することと、前記偏向された光を受光器で検出することと、を含むことを特徴としている。
本発明の第８の観点による露光方法は、投影光学系と液体とを介して露光光で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光透過部を配置することと、前記投影光学系と前記液体とを介して前記露光光を前記光透過部に照射することと、前記光透過部からの光を、前記光透過部が形成される、あるいは前記光透過部と接して設けられる光学部材を介して受光器で検出することと、を含むことを特徴としている。
本発明の第９の観点による露光方法は、投影光学系と液体とを介して露光光で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光透過部を配置することと、前記投影光学系と前記液体とを介して前記露光光を前記光透過部に照射することと、前記光透過部からの光を、光学部材を介して受光器で検出することと、を含み、前記光学部材と前記受光器との間が液体で満たされることを特徴としている。
本発明の第１０の観点による露光方法は、投影光学系と液体とを介して露光光で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光透過部を配置することと、前記投影光学系と前記液体とを介して前記露光光を前記光透過部に照射することと、前記光透過部からの光を、光学部材を介して受光器で検出することと、を含み、前記受光器は、前記光学部材に接して設けられることを特徴としている。
本発明の第２の観点によるデバイス製造方法は、上記の何れかの露光方法を用いることを特徴としている。

本発明によれば、像面側に液体が供給されることで所期の性能を有する液浸用の投影光学系を介した露光光を、投影光学系の像面側に液体を供給しない状態で受光するようにしたので、水の状態の影響を受けることなく精度良く計測することができるという効果がある。
例えば、投影光学系の端面に入射する露光光束の角度（最外の光線と光軸とがなす角度）を調整（小さく）することで液体が無い状態でも投影光学系を通過した露光光を受光することができる。
また、本発明によれば、投影光学系の開口数の増大により大きな入射角を有する露光光が光透過部に入射しても光透過部を通過した露光光を確実に受光することができるという効果がある。
更に、本発明によれば、投影光学系と対向する一方面を平坦化でき、その板状部材の一方面への泡の付着や投影光学系と板状部材との間の液体の乱れ等を防止することができる。
また更に、本発明によれば、計測結果に応じて最適化した条件の下でマスクのパターンを基板上に露光転写することで、マスクに形成された微細なパターンを基板上に精確に転写することができる。この結果、高集積度のデバイスを歩留まり良く生産することができるという効果がある。

本発明の第１実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。 開口絞り板８の一例を示す正面図である。 露光光センサ２７の構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態による露光装置の露光処理開始時における動作例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの変形例を示す図である。 本発明の第３実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの概略構成を示す図である。 本発明の第３実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサが備える平凸レンズの他の例を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの概略構成を示す断面図である。 本発明の第５実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの概略構成を示す断面図である。 本発明の第６実施形態による露光装置に設けられる照射量センサの概略構成を示す図である。 マイクロレンズアレイに対する開口が形成された集光板の構成例を示す斜視図である。 本発明の第７実施形態による露光装置に設けられる照射量センサの概略構成を示す図である。 本発明の第８実施形態による露光装置に設けられる照射量センサの概略構成を示す図である。 本発明の第９実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの概略構成を示す図である。 本発明の第１０実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの概略構成を示す図である。 第２実施形態による露光装置が備える照度むらセンサ４０の変形例を示す図である。 マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。 半導体デバイスの場合における、図１８のステップＳ２３の詳細なフローの一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態による露光装置及び露光方法並びにデバイス製造方法について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。尚、図１に示す露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の液体（純水）ｗを介して露光を行う液浸式の露光装置であって、半導体素子の回路パターンＤＰが形成されたレチクルＲを用い、ステップ・アンド・リピート方式により、上記回路パターンＤＰの像をウェハＷに転写する露光装置である。

尚、以下の説明においては、図中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウェハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

図１に示す露光装置ＥＸは、露光光を供給するための光源１として、１９３ｎｍ（ＡｒＦ）の波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源を備えている。光源１から射出されたほぼ平行光束は、ビーム整形光学系２を介して所定断面の光束に整形された後、干渉性低減部３に入射する。干渉性低減部３は、被照射面であるレチクルＲ上（ひいてはウェハＷ上）での干渉パターンの発生を低減する機能を有する。

干渉性低減部３の詳細については、例えば特開昭５９−２２６３１７号公報に開示されている。干渉性低減部３からの光束は、第１フライアイレンズ（第１オプティカルインテグレータ）４を介して、その後側焦点面に多数の光源を形成する。これらの多数の光源からの光は振動ミラー５で偏向された後、リレー光学系６を介して第２フライアイレンズ（第２オプティカルインテグレータ）７を重畳的に照明し、これにより第２フライアイレンズ７の後側焦点面には多数の光源からなる二次光源が形成される。

第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪ、即ち照明光学系（照明系）ＩＳの瞳面（投影光学系ＰＬの瞳面と光学的に共役な面）には開口絞り板８が、駆動モータ８ｆによって回転自在に配置されている。図２は、開口絞り板８の一例を示す正面図である。図２に示す通り、開口絞り板８は回転軸Ｏの周りで回転自在に構成された円板からなり、通常照明用の円形の開口絞り８ａ、輪帯照明用の開口絞り８ｂ、４極変形照明（４極照明）用の開口絞り８ｃ、小さいコヒーレンスファクタ（小σ）用の小円形の開口絞り８ｄ、及び露光光の照度むら又は光量等を計測する時に用いられる可変の開口絞り８ｅが周方向に沿って形成されている。尚、図２中に示した破線の大きな円は通常照明用の円形の開口絞り８ａの大きさを表しており、開口絞り８ｂ〜８ｅとの大きさの比較のため図示している。

また、コヒーレンスファクタ（照明系のσ）は、投影光学系ＰＬのレチクルＲ側の開口数ＮＡｒと照明系光学系ＩＳの開口数ＮＡｉとの比で、以下のように定義される。
σ＝ＮＡｉ／ＮＡｒ
また、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡは、通常ウェハＷ側の開口数ＮＡｗを示し、レチクル側の開口数ＮＡｒは、投影光学系ＰＬの倍率Ｍより、ＮＡｒ＝ＮＡｗ／Ｍとして求められる。

上記開口絞り８ｅは、開口の大きさが可変に形成されており、例えば０．０５〜０．５０の範囲でσ値を可変することができる。この開口絞り８ｅは、投影光学系ＰＬの像面側の液体ｗなしで、照度むらや光量の計測を行う際に、投影光学系ＰＬの像面側に向かう露光光の開き角（最外の光線と光軸とがなす角度）を調整（小さく）するためのものである
。つまり、本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の液体ｗを介して露光処理を行う液浸式の露光装置であるため、投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗがないと、例えば通常照明に用いる開き角の大きな露光光は、投影光学系ＰＬの像面側の先端部分で一部の光が全反射して投影光学系ＰＬを通過することができない。上記開口絞り８ｅは、投影光学系ＰＬの像面側に向かう露光光の開き角を調整して、投影光学系ＰＬでの全反射を防止するために設けられる。尚、図２においては、本発明の特徴を明確化するため、開口絞り８ｄとは別途に開口絞り８ｅを開口絞り板８に設けた構成を図示しているが、開口絞り８ｄのコヒーレンスファクタも０．２５〜０．３５程度に設定されるので、計測の際に開口絞り８ｄを使うようにして、開口絞り８ｅを省略した構成であっても良い。その場合、開口絞り８ｄの開口を可変にしても良い。

図１に戻り、開口絞り板８の回転軸Ｏは駆動モータ８ｆの回転軸に接続されており、駆動モータ８ｆを駆動して開口絞り板８を回転軸Ｏの周りで回転させることにより、第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪに配置する開口絞りを切り替えることができる。第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪに配置される開口絞りに応じて、第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪにおける露光光の強度分布（光束分布）が変更される。駆動モータ８ｆの駆動は露光装置ＥＸの全体の動作を統括制御する主制御系２０が制御する。

第２フライアイレンズ７によって形成された二次光源からの光束のうちの開口絞り板８に形成された開口絞り８ａ〜８ｄの何れか１つを通過した露光光は、コンデンサ光学系１０及び折り曲げミラー１１を介して、下側面に所定の回路パターンＤＰが形成されたレチクルＲを重畳的に均一照明する。これにより、レチクルＲの照明領域内のパターンの像が両側テレセントリックな投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは例えば１／４又は１／５等）で、投影光学系ＰＬの像面に配置された基板としてのウェハＷ上の露光領域（投影領域）に投影される。ウェハＷは例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ（silicon on insulator）等の円板状の基板である。尚、以上説明したビーム整形光学系２〜折り曲げミラー１１は、照明光学系（照明系）ＩＳを構成している。

投影光学系ＰＬは、レンズ等の複数の光学素子からなる。本実施形態では、露光光として真空紫外域のＡｒＦエキシマレーザ光源の光を用いているため、投影光学系ＰＬを構成する光学素子の硝材としては、例えば合成石英又は蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）が用いられる。投影光学系ＰＬが備える光学素子の一部は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に移動可能且つＸ軸に平行な軸又はＹ軸に平行な軸の周りでチルト可能に構成されており、これらの光学素子は後述するレンズコントローラ部１４によって制御される。この投影光学系ＰＬは像面側に液体ｗが供給されている状態で、入射光束が像面側に結像する液浸式の投影光学系であり、開口数（Ｎ．Ａ．）は１以上（例えば、１．０３〜１．３０）に設定されている。尚、本実施形態の投影光学系ＰＬは、ジオプトリック系（屈折系）であるが、カタジオプトリック系（反射屈折系）や反射系も使用できることはいうまでもない。

レチクルＲは、レチクルホルダ（不図示）を介して、レチクルステージ１３に載置されている。尚、レチクルステージ１３は、主制御系２０からの指令に基づき、レチクルステージ制御部（不図示）によって駆動される。このとき、レチクルステージ１３の移動は、レチクル干渉計（不図示）とレチクルステージ１３に設けられた移動鏡（不図示）とにより計測され、その計測結果は主制御系２０に出力される。

投影光学系ＰＬには、温度や気圧を計測するとともに、温度、気圧等の環境変化に応じて投影光学系ＰＬの結像特性等の光学特性を一定に制御するレンズコントローラ部１４が設けられている。このレンズコントローラ部１４は計測した温度や気圧を主制御系２０へ出力し、主制御系２０はレンズコントローラ部１４から出力された温度及び気圧並びに後述する露光光センサ２７の計測結果に基づいて、レンズコントローラ部１４を介して投影光学系ＰＬの結像光学系等の光学特性を制御する。

ウェハＷは、ウェハステージ１５内に内蔵されたウェハホルダ１６に真空チャックされている。尚、ウェハＷはウェハホルダ１６上に保持されたときに、その上面がウェハステージ１５の上面と一致するように、ウェハホルダ１６の高さ位置が設定されている。ウェハステージ１５は、図中Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動可能な一対のＸステージ及びＹステージを重ね合わせたものであり、ＸＹ平面内での位置が調整自在になっている。

また、図示は省略しているが、ウェハステージ１５は、Ｚ軸方向にウェハＷを移動させるＺステージ、ウェハＷをＸＹ平面内で微小回転させるステージ、及びＺ軸に対する角度を変化させてＸＹ平面に対するウェハＷの傾きを調整するステージ等から構成される。このように、ウェハステージ１５は、Ｘ軸方向の移動機能、Ｙ軸方向の移動機能、Ｚ軸方向の移動機能、Ｚ軸周りの回転機能、Ｘ軸周りのチルト機能、及びＹ軸周りのチルト機能を有する。

ウェハステージ１５の上面の一端には移動鏡１７が取り付けられており、移動鏡１７の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計１８が配置されている。尚、図１では図示を簡略化しているが、移動鏡１７はＸ軸に垂直な反射面を有する移動鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有する移動鏡より構成されている。また、レーザ干渉計１８は、Ｘ軸に沿って移動鏡１７にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１７にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、ウェハステージ１５のＸ座標及びＹ座標が計測される。

また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウェハステージ１５のＸＹ平面内における回転角が計測される。レーザ干渉計１８により計測されたＸ座標、Ｙ座標、及び回転角の情報はステージ位置情報として主制御系２０に供給される。主制御系２０は供給されたステージ位置情報をモニターしつつ、制御信号をステージ駆動系１９へ出力し、ウェハステージ１５の位置決め動作をナノメートルオーダーで制御する。尚、移動鏡１７の替わりに、ウェハステージ１５の側面に反射面を設けてもよい。このようにすることで、ウェハステージ１５の上面をほぼ全面に渡ってほぼ面一とすることができる。

また、図１に示す露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗを供給するとともに、供給した液体ｗを回収するために、液体供給装置２１と液体回収装置２２とを備える。液体供給装置２１は、液体ｗを収容するタンク、加圧ポンプ等を備えて構成される。この液体供給装置２１には供給管２３の一端部が接続されており、供給管２３の他端部には供給ノズル２４が接続されている。これら供給管２３及び供給ノズル２４を介して液体ｗが供給される。尚、本実施形態においては、露光光としてＡｒＦレーザ光を用いているので、液体ｗとしては純水を用いている。尚、液体供給装置２１のタンク、加圧ポンプ等は、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が設置される工場等の設備で代用することもできる。

液体回収装置２２は、吸引ポンプ、回収した液体ｗを収容するタンク等を備える。液体回収装置２２には回収管２５の一端部が接続され、回収管２５の他端部には回収ノズル２６が接続されている。投影光学系ＰＬの像面側に供給された液体ｗは、回収ノズル２６及び回収管２５を介して液体回収装置２２に回収される。これら液体供給装置２１及び液体回収装置２２は、主制御系２０により制御される。

つまり、投影光学系ＰＬの像面側の空間に液体ｗを供給する際に、主制御系２０は液体供給装置２１及び液体回収装置２２のそれぞれ対して制御信号を出力して、単位時間当たりの液体ｗの供給量及び回収量を制御する。かかる制御により、液体ｗは投影光学系ＰＬの像面側に必要十分な量だけ供給される。尚、図２に示す例では、液体ｗをウェハステージ１５の上方に設けられた回収ノズル２６、回収管２５、吸引ポンプ等を用いて回収しているが、これに限定されるものではない。例えば、ウェハステージ１５の上面の周囲に液体ｗの回収部（排出口）を設けてもよいし、これと上記液体回収装置２２とを併用しても良い。

また、前述したウェハステージ１５上には、投影光学系ＰＬを介してウェハステージ１５上に照射される露光光の照度むら（光量むら）又は積算光量むら、及び光量（照射量）を計測する露光光センサ２７が設けられている。図３は、露光光センサ２７の構成の一例を示す図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線断面矢視図である。図３（ａ）に示す通り、露光光センサ２７は略直方体形状のシャーシ３０を備える。シャーシ３０は熱伝導率の高い金属、例えばアルミによって形成される筐体であって、その上面３３には光透過部としてのピンホール３１及び開口３２が形成されている。

シャーシ３０の上面３３に形成されたピンホール３１は、投影光学系ＰＬを介して照射される露光光ＩＬの照度むら又は積算光量むらを計測するために設けられ、その径は十数〜数十μｍ程度である。また、シャーシ３０の上面３３に形成された開口３２は、露光領域（投影光学系ＰＬの投影領域）と同程度の大きさに設定されている。この開口３２には、例えばＣｒ（クロム）が一面に蒸着され、入射光を減光するＮＤフィルタ３４が設けられている。また、図３（ｂ）に示すように、シャーシ３０内部に照度むらセンサ３６及び照射量センサ３７が設けられている。照度むらセンサ３６及び照射量センサ３７は、何れもＰＩＮフォトダイオード等の受光素子を備えており、これらの受光面に入射する露光光の光量が検出される。また、図３（ａ）において、３５は照度むらセンサ３６及び照射量センサ３７（図３（ｂ）参照）に設けられた受光素子の検出信号を露光光センサ２７の外部に取り出す配線である。

照度むらセンサ３６は、受光面の面積がピンホール３１を介した露光光を受光できる程度に設定され、照射量センサ３７は、受光面の面積が開口３２に設けられたＮＤフィルタ３４を透過した露光光を受光できる程度に設定されている。照度むらセンサ３６及び照射量センサ３７の各々に設けられる受光素子は、その受光面にＡｒＦレーザ光に対するＡＲコートが施されており、各々は支持部材を介して電気基板３８に取り付けられる。

電気基板３８には配線３５が接続されており、この配線３５を介して照度むらセンサ３６及び照射量センサ３７が備える受光素子の検出信号を外部に取り出すよう構成されている。尚、照度むらセンサ３６及び照射量センサ３７の各々に設けられる受光素子としては、例えば光起電力効果、ショットキー効果、光電磁効果、光導電効果、光電子放出効果、焦電効果等を利用した光変換素子の何れであっても良い。尚、露光光センサ２７は、その内部に受光素子を設けた構成ではなく、内部には露光光を受光する受光系のみを設け、光ファイバやミラー等を用いて受光系で受光した光をシャーシ３０外に導いて光電子増倍管等の光電検出装置を用いて光電変換する構成であっても良い。

露光光センサ２７に設けられたピンホール３１を露光領域内に配置し、露光光を露光領域に照射すると、照射された露光光の内のピンホール３１を通過した露光光のみが照度むらセンサ３６に設けられた受光素子で検出される。露光領域に露光光が照射されている状態で、ピンホール３１を移動させつつ露光光を検出すると、露光領域内における露光光の照度むらや積算光量むらを計測することができる。また、露光光センサ２７に設けられた開口３２を露光領域に配置した状態で露光領域に露光光を照射すると、ＮＤフィルタ３４で減光された露光光が照射量センサ３７が備える受光素子で検出される。ＮＤフィルタ３４の減光率は、既知であるため、この減光率と照射量センサ３７が備える受光素子の検出結果とに基づいて、露光領域に照射される露光光の光量を計測することができる。

以上説明した露光光センサ２７の検出信号は主制御系２０に供給されている。尚、照度むら及び光量の測定は、例えば定期的（ロット単位のウェハＷを処理する度、レチクルＲを交換する度）に実行される。主制御系２０は、露光光センサ２７の照度むらセンサ３６を使って計測された照度むらや積算光量むらに基づいて、そのむらが小さくなるように光源１から射出される露光光の強度を変更したり、投影光学系ＰＬの像面側に照射される露光光の照度分布を制御する。また、主制御系２０は、露光光センサ２７の光量センサ３７を使って計測された露光光の光量に基づいて、露光光の入射に起因する投影光学系ＰＬの光学特性の変動を補償するための制御パラメータを求め、ウェハＷの露光時には、この制御パラメータを用い、レンズコントローラ部１４を介して投影光学系ＰＬの光学特性を制御する。尚、投影光学系ＰＬの像面側に照射される露光光の照度分布の調整は、例えば特開平１０−１８９４２７号公報、特開２００２−１００５６１号公報、特開２０００−３１５６４８号公報に開示されているような手法を適用することができる。

以上、本発明の第１実施形態による露光装置ＥＸの構成について説明したが、次に上記構成における露光装置ＥＸの動作について説明する。図４は、本発明の第１実施形態による露光装置の露光処理開始時における動作例を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、例えば１ロット分のウェハＷを露光処理する際に実行される。開始時点においては、レチクルＲがレチクルステージ１３上に保持されておらず、またウェハＷがウェハホルダ１６上に保持されおらず、更に投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗが供給されていない。

この状態において、まず主制御系２０は、駆動モータ８ｆを駆動して開口絞り板８に形成された開口絞り８ａ〜８ｅのうちの、極小σ値を有する極小円形の開口絞り８ｅを第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪに配置する（ステップＳ１１）。開口絞り８ｅの配置が完了すると、主制御系２０は、レーザ干渉計１８の計測結果をモニターしつつステージ駆動系１に対して制御信号を出力し、露光光センサ２７のシャーシ３０に形成された開口３２（ＮＤフィルタ３４）が露光領域に配置されるようウェハステージ１５を移動させる。

ウェハステージ１５の移動によって露光光センサ２７の配置が完了すると、主制御系２０は光源１に対して制御信号を出力して光源１を発光させる。光源１の発光により光源１から射出されたほぼ平行光束は、ビーム整形光学系２を介して所定断面の光束に整形され、干渉性低減部３、第１フライアイレンズ４、振動ミラー５、及びリレー光学系６を順に介して第２フライアイレンズ７に入射し、これにより第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪに多数の二次光源が形成される。

これらの二次光源からの光束のうち、第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪに配置された開口絞り８ｅを通過した露光光は、コンデンサ光学系１０を通過し、折り曲げミラー１１で偏向される。ここではレチクルステージ１３上にレチクルＲは保持されていないため、折り曲げミラー１１で偏向された露光光は、レチクルＲを介さずに投影光学系ＰＬに直接入射する。

ここで、投影光学系ＰＬは高解像度を実現するために開口数ＮＡが大きく設計されており、投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗが供給されている状態では、投影光学系ＰＬの像面側に向かう露光光の開き角が大きくても、像面側にパターン像が結像できる。しかしながら、ここでは投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗが供給されていないため、仮に第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪに比較的σ値の大きな開口絞り８ａが配置されていると、最外の光線を含む露光光の一部は、投影光学系ＰＬの先端部分で全反射して投影光学系ＰＬを通過することができない。

本実施形態では、ステップＳ１１において、極小σ値（例えば、０．２５）を有する開口絞り８ｅを第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪに配置することで、投影光学系ＰＬの像面側に向かう露光光の開き角を調整している（開き角を小さくしている）ため、投影光学系ＰＬに入射した露光光は投影光学系Ｐを通過することができる。投影光学系ＰＬを通過した露光光は、露光領域に配置されたＮＤフィルタ３４に入射し、所定量だけ減光されて照射量センサ３７に設けられた受光素子で検出される。この検出信号は主制御系２０に出力され、ＮＤフィルタ３４の減光率を用いて露光領域に照射される露光光の光量が算出される。これよりレチクルステージ１３上にレチクルＲが保持されていない状態で露光領域に照射される露光光の光量が計測される（ステップＳ１２）。

次に、主制御系２０は光源１の発光を停止させた後で、不図示のレチクルローダ系に制御信号を出力して不図示のレチクルライブラリから所定のレチクルＲを搬出させ、このレチクルＲをレチクルステージ１３上に保持させる（ステップＳ１３）。レチクルステージ１３上にレチクルＲが保持されると、主制御系２０は光源１を再度発光させて、レチクルＲを介した露光光の光量を照射量センサ３７を用いて計測する（ステップＳ１４）。これによって、レチクルＲがレチクルステージ１３上に保持されている場合に露光領域に照射される露光光の光量と、保持されていない場合に露光領域に照射される露光光の光量との差を求めることができ、その差に基づいて、レチクルＲの透過率（投影光学系ＰＬへの入射光量）を求めることができる。

次に、主制御系２０は、不図示のレチクルローダ系に制御信号を出力してレチクルステージ１３から搬出して待機させるとともに、レーザ干渉計１８の計測結果をモニターしつつステージ駆動系１に対して制御信号を出力し、露光光センサ２７のシャーシ３０に形成されたピンホール３１が露光領域内の所定位置に配置されるようウェハステージ１５を移動させる。ウェハステージ１５の移動によって露光光センサ２７の配置が完了すると、主制御系２０は光源１に対して制御信号を出力して光源１を発光させ、ウェハステージ１５を移動させながら照度むらセンサ３６を用いて露光領域に照射される露光光の照度むらを計測する（ステップＳ１５）。

以上の処理が終了すると、主制御系２０は、ステップＳ１４，Ｓ１５の計測結果に基づいて、光源１に制御信号を出力して露光光の強度や強度分布を変更し、又はレンズコントローラ部１４を介して投影光学系ＰＬの光学性能を調整するためのパラメータを変更する（ステップＳ１６）。次に、主制御系２０は、不図示のレチクルローダに制御信号を出力してレチクルステージ１３上にレチクルＲを保持させるとともに駆動モータ８ｆを駆動して第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪに配置する開口絞り８ｅを、ウェハＷを露光するための開口絞り８ａ〜８ｄの何れかに変更する。例えば、輪帯照明を行う場合には、開口絞り８ｂを第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪに配置する（ステップＳ１７）。

次に、主制御系２０は、不図示のウェハローダ系に制御信号を出力して、ウェハＷを露光装置ＥＸの不図示のチャンバ内に搬送させてウェハホルダ１６上に保持させる。ウェハＷがウェハホルダ１６上に保持されると、主制御系２０は液体供給装置２１及び液体回収装置２２に対して制御信号を出力する。これによって、投影光学系ＰＬの像面側の空間に液体ｗが供給され（ステップＳ１８）、レチクルＲに形成されたパターンを投影光学系ＰＬ及び液体ｗを介してウェハＷ上に転写する露光処理が行われる（ステップＳ１９）。この露光処理は、１ロット分のウェハＷ全てに対して行われる。以上説明した図４に示す処理は、新たなロットに対する露光処理を行う度に行われる。また、１ロット分のウェハＷの露光中は、ステップＳ１６で求めた制御パラメータを使って投影光学系ＰＬへの露光光の照射量に応じた投影光学系ＰＬの光学性能の調整が行われる。

尚、図４に示すフローチャートにおいては、説明の便宜のため、液体ｗなしに極小σ値を有する開口絞り８ｅが第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪに配置された状態で、照射量センサ３７を用いた光量の計測（ステップＳ１４）と、照度むらセンサ３６を用いた照度むらの計測（ステップＳ１５）とを連続して行う場合を例に挙げて説明したが、どちらか一方の計測を、投影光学系ＰＬの像面側の液体ｗを介して行うようにしてもよい。特に、実際の露光条件と異なる条件（極小σ値０．２５の条件）では、正確な照度むらを計測できない場合もあるので、照度むらセンサ３６に液浸対応を施して、例えばピンホール３１に対して防水処理を施して、投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗが供給されている状態（つまり、ステップＳ１８とステップＳ１９との間）でステップＳ１５の計測を行うようにしても良い。

また、上述の実施形態においては、照射量センサ３７を用いた光量計測を行った後に、照度むらセンサ３６による照度むら計測を行っているが、レチクルＲの搬出、搬入の工程がスループットを低下させることになるので、照度むらセンサ３６による照度むら計測を行った後に、照射量モニタ３７による光量計測を行う方が好ましい。また、照度むらセンサ３６を用いた照度むら計測の際に、露光光の光路上からレチクルＲを退避させていたが、パターンが形成されていないレチクル（計測用の素ガラス）を配置しても良い。

また、上記実施形態では、第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪに配置する開口絞りを変えることによって、コヒーレンスファクタ（照明系のσ）を変更し、投影光学系ＰＬの像面側に向かう露光光の開き角を調整していたが、露光光の開き角の調整は、これに制限されず種々の方法を用いることができる。例えば、第２フライアイレンズ７の前段（光源１側）にズーム光学系を配置し、第２フライアイレンズ７に入射する光束の分布を変更して、第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪにおける露光光の光束分布を変更することで調整しても良い。また、上述の実施形態においては、コヒーレンスファクタ（照明系のσ）値を０．２５に設定したが、これに限るものでなく、液体ｗの屈折率及び投影光学系ＰＬの開口数を考慮して、投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗが無い状態でも投影光学系ＰＬの先端面で露光光の一部に全反射が起きないように設定してやればよい。

また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗが無い状態で照度むらセンサ３６による計測や照射量センサ３７による計測を行うようにしているが、露光光の開き角を調整したとしても、投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗがある状態と液体ｗがない状態とでは、投影光学系ＰＬの下面での反射率が異なる場合がある。その場合には、例えば所定の反射率を有する反射板を投影光学系ＰＬの像面側に配置した状態で露光光を照射し、例えば特開２００１−１４４００４号公報に開示されているような反射量モニタを使って、液体ｗがある状態と液体ｗがない状態とで投影光学系ＰＬから戻ってくる光量をそれぞれ計測する。そして、その差を補正情報として保持しておき、照度むらセンサ３６や照射量モニタ３７の液体ｗ無しでの計測結果をその補正情報を用いて補正するようにすればよい。

尚、第１実施形態においては、照度むらセンサ３６や照射量センサ３７を液体ｗなしで計測する場合について説明したが、後述する空間像計測装置や波面収差計測装置等の各種計測装置に液体ｗなしでの計測を適用することもできる。この場合、投影光学系ＰＬの像面側の空間に液体ｗに相当する光学（ガラス）部材を配置しても良い。このような光学部材を配置することによって、液体ｗなしでも、投影光学系ＰＬの像面側の空間を液体ｗで満たしている場合に近い条件で計測を行なうことができる。尚、波面収差計測装置は、例えば米国特許６，６５０，３９９や米国特許公開２００４／００９０６０６に開示されている。以上のように、第１実施形態においては、液浸法の採用によって投影光学系の開口数が増大しても、投影光学系ＰＬに入射した露光光を各種センサの光透過部を介して良好に受光できる。また、液体ｗを介さずに露光光を受光しているので、液体ｗの状態（温度変化、ゆらぎ、透過率変化等）の影響を受けずに、各種センサの計測を行なうことができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態による露光装置について説明する。本実施形態の露光装置の全体構成は図１に示す露光装置とほぼ同様の構成であるが、露光光センサ２７の構成が相違する。尚、第１実施形態においては、露光光センサ２７は、投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗなしに計測動作（露光光の受光）を行ったが、以下の説明においては、露光光センサ２７は投影光学系ＰＬの像面側の液体ｗを介して計測動作を行う。また、図３に示す通り、第１実施形態で説明した露光光センサ２７は照度むらセンサ３６と照射量センサ３７とを備えているが、以下では説明の簡単のため、主として露光光センサ２７に設けられる照度むらセンサについて説明する。

図５は、本発明の第２実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの概略構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は照度むらセンサに設けられる平凸レンズの斜視図である。図５（ａ）に示す通り、本実施形態の露光装置に設けられる照度むらセンサ４０は、平凸レンズ４１と受光素子４２とを含んで構成される。

図５（ａ），（ｂ）に示す通り、平凸レンズ４１は平坦部４１ａと所定の曲率を有する曲面部４１ｂが形成された光学レンズである。本実施形態は、第１実施形態と同様に露光光として真空紫外域のＡｒＦエキシマレーザ光源の光が用いられるため、平凸レンズ４１の硝材としては、例えば合成石英又は蛍石が用いられる。平凸レンズ４１の平坦部４１ａには、中央部を除いた全面にＣｒ（クロム）等の金属を蒸着して遮光部４３が形成されている。平坦部４１ａの中央部にはＣｒ（クロム）等の金属が蒸着されておらず、これにより十数〜数十μｍ程度の径を有する光透過部４４が形成されている。

かかる構成の平凸レンズ４１は、遮光部４３が形成された平坦部４１ａを投影光学系ＰＬに向けて、且つ上面（遮光部４３の上面）がウェハステージ１５の上面１５ａと一致するようにウェハステージ１５に取り付けられる。また、受光素子４２は受光面４２ａを平凸レンズ４１の曲面部４１ｂに向け、且つ受光面４２ａのほぼ中心が平凸レンズ４１の光軸上に配置されるようウェハステージ１５に取り付けられる。この受光素子４２は受光面４２ａにＡｒＦレーザ光に対するＡＲコートが施されている。

尚、ここでは、説明の便宜上、平凸レンズ４１及び受光素子４２がウェハステージ１５に取り付けられているとしているが、これらを図３に示すシャーシ３０と同様のシャーシ内に取り付け、シャーシをウェハステージ１５上に設けることが好適である。かかる構成の場合には、平凸レンズ４１の上面（遮光部４３の上面）がシャーシの上面と一致するように平凸レンズ４１がシャーシに取り付けられ、且つシャーシの上面がウェハステージ１５の上面１５ａと一致するようにシャーシがウェハステージ１５に取り付けられる。

平凸レンズ４１がウェハステージ１５に取り付けられる場合、及び図３に示すシャーシ３０と同様のシャーシに取り付けられる何れの場合であっても、ウェハステージ１５上の液体ｗが照度むらセンサ４０内に浸入しないように、シール材等によって防水（防液）対策が施されている。従って、図５（ａ）に示す通り、投影光学系ＰＬの下方（−Ｚ方向）に照度むらセンサ４０が配置されているときに、投影光学系ＰＬとウェハステージ１５との間に液体ｗが供給されても、液体ｗが照度むらセンサ４０内に浸入することはない。

このため、本実施形態の照度むらセンサ４０を用いた露光光の照度むら又は積算光量むらの計測は、照明光学系ＩＳの照明条件をウェハＷに対する露光処理を行うときに設定される照明条件に設定し、投影光学系ＰＬとウェハステージ１５の上面１５ａ（平凸レンズ４１）との間に液体ｗを供給した状態で行うことができる。液体ｗが投影光学系ＰＬとウェハステージ１５の上面１５ａとの間に供給されている状態においては、投影光学系ＰＬに入射した露光光は、投影光学系ＰＬの先端部において全反射されずに投影光学系ＰＬを通過して液体ｗに入射する。

図５（ａ）に示す通り、液体ｗに入射した露光光のうち遮光部４３に入射した露光光は遮光され、ピンホール状の光透過部４４に入射した露光光のみが平坦部４１ａから平凸レンズ４１内に入射する。ここで、平凸レンズ４１の屈折率は、液体ｗの屈折率と同程度又は液体ｗの屈折率よりも高いため、光透過部４４に入射する露光光の入射角が大きくても光透過部４４に入射した露光光は、光透過部４４内に露出している平凸レンズ４１の平坦部４１ａで全反射することなく、平凸レンズ４１内に入射する。また、平凸レンズ４１に入射した露光光は、平凸レンズ４１に形成された曲面部４１ｂによって集光された後で受光面４２ａに入射して受光素子４２で受光される。

このように、本実施形態においては、平凸レンズ４１の平坦部４１ａに遮光部４３及び光透過部４４を形成して、光透過部４４を通過した露光光を気体中を通過させずに直接屈折率の高い平凸レンズ４１に入射させている。このため、大きな入射角を有する露光光が光透過部４４に入射しても、全反射されることなく平凸レンズ４１内に取り込むことができる。また、平凸レンズ４１に入射した露光光を曲面部４１ｂで集光して受光素子４２の受光面４２ａに導いているため、光透過部４４に入射した露光光が大きな入射角を有していても受光素子４２で受光することができる。

尚、図５に示す照度むらセンサ４０は、平凸レンズ４１の平坦部４１ａ上に中心部を除いてＣｒ（クロム）等の金属を蒸着して遮光部４３及び光透過部４４を形成している。このため、図５（ａ）に示す通り、光透過部４４が凹部として形成されてしまう。投影光学系ＰＬに供給される液体ｗは液体供給装置２１及び液体回収装置２２によって常時循環させる場合には、光透過部４４の存在によって液体ｗの流れが乱される可能性が考えられる。また、平凸レンズ４１上に液体ｗの供給を開始したときに、光透過部４４に気泡が残ってしまう虞もある。次に説明する図６に示した照度むらセンサは、この点で本実施形態を改善している。

図６は、本発明の第２実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの変形例を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は照度むらセンサに設けられる平凸レンズの斜視図である。図６に示す照度むらセンサ４０は、図５に示す照度むらセンサ４０に設けられる平凸レンズ４１に代えて平凸レンズ４５を備える点が相違する。図６に示す通り、平凸レンズ４５は、平凸レンズ４１に形成された平坦部４１ａ及び曲面部４１ｂと同様に平坦部４５ａ及び曲面部４５ｂが形成されている。しかしながら、平坦部４５ａが全面に亘って平坦ではなく、上部が平坦な凸部４６が平坦部４５ａの中央付近に形成されている点が異なる。

平坦部４５ａ上には、凸部４６を除いてＣｒ（クロム）等の金属を蒸着して遮光部４３が形成されており、平坦部４５ａの中央部に形成された凸部４６の高さは遮光部４３の厚みとほぼ同じに設定されている。つまり、図６に示す照度センサ４０においては、光透過部４４として凸部４６が形成されている。このため、図６に示す通り、投影光学系ＰＬの下方（−Ｚ方向）に照度むらセンサ４０が配置された状態で、投影光学系ＰＬとウェハステージ１５（平凸レンズ４５）との間に液体ｗが供給されても、光透過部４４内に液体ｗが流入することはなく、液体ｗの流れが乱されることはない。また、光透過部４４に気泡が残ることもない。よって、図６に示す構成の照度むらセンサ４０を用いることで、より確度の高い計測を行うことができる。

尚、第２実施形態においては、凸部４６は、平凸レンズ４５と一体的に形成されているが、別々に形成してもよい。また、凸部４６と平凸レンズ４５とを異なる物質で形成するようにしてもよい。この場合、凸部４６を形成する物質は、露光光を透過できる物質であって、平凸レンズ４５の材料の屈折率と同程度、若しくは液体ｗの屈折率よりも高く、かつ平凸レンズ４５の材料の屈折率よりも低いものを用いることができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態による露光装置について説明する。上述した第２実施形態と同様に、本実施形態の露光装置の全体構成は図１に示す露光装置とほぼ同様の構成であるが、露光光センサ２７の構成が相違する。尚、本実施形態においても主として露光光センサ２７に設けられる照度むらセンサについて説明する。

図７は、本発明の第３実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの概略構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は照度むらセンサに設けられる開口板及び平凸レンズの斜視図である。図７（ａ）に示す通り、本実施形態の露光装置に設けられる照度むらセンサ５０は、上板５１、平凸レンズ５２、及び受光素子５３を含んで構成される。

図７（ａ），（ｂ）に示す通り、上板５１は、真空紫外域のＡｒＦエキシマレーザ光源の光に対して高い透過率を有する合成石英又は蛍石からなる平行平板５４を備えている。この平行平板５４の一方の面には、中央部を除いた全面にＣｒ（クロム）等の金属を蒸着して遮光部５５が形成されており、Ｃｒ（クロム）等の金属が蒸着されていない中央部が円形の光透過部５６となっている。また、平凸レンズ５２は図５に示す平凸レンズ４１と同様に、平坦部５２ａと所定の曲率を有する曲面部５２ｂが形成された合成石英又は蛍石からなる光学レンズである。

上板５１は、遮光部５５が形成された面を下側にしてウェハステージ１５の上面１５ａに当接させて取り付けられている。また、平凸レンズ５２は、平坦部５２ａを投影光学系ＰＬに向けて上板５１の遮光部５５に当接させて（密接させて）取り付けられている。また、受光素子５３は図５に示す受光素子４２と同様のものであり、受光面５３ａを平凸レンズ５２の曲面部５２ｂに向け、且つ受光面５３ａのほぼ中心が平凸レンズ５３の光軸上に配置されるようウェハステージ１５に取り付けられる。

尚、第２実施形態と同様に、上板５１、平凸レンズ５２、及び受光素子５３を図３に示すシャーシ３０と同様のシャーシ内に取り付け、シャーシをウェハステージ１５上に設けるようにしても良い。かかる構成の場合には、シャーシ上に遮光部５５を当接させて上板５１が取り付けられ、シャーシの上面がウェハステージ１５の上面１５ａと一致するようにシャーシがウェハステージ１５に取り付けられる。上板５１は、ウェハステージ１５の上面又はシャーシの上面との間において、シール材等によって防水対策が施されている。

かかる構成の照度むらセンサ５０において、上板５１は液体ｗが照度むらセンサ３０内に浸入するのを防止する役目を果たす。本実施形態の照度むらセンサ５０を用いても、照明光学系ＩＳの照明条件をウェハＷに対する露光処理を行うときに設定される照明条件に設定し、投影光学系ＰＬとウェハステージ１５の上面１５ａとの間に液体ｗを供給した状態で照明むら等の計測を行うことができる。

投影光学系ＰＬとウェハステージ１５の上面１５ａとの間に液体ｗが供給されている状態において、投影光学系ＰＬに入射した露光光は、投影光学系ＰＬの先端部において全反射されずに投影光学系ＰＬを通過して液体ｗに入射する。上板５１に設けられる平行平板５４の屈折率は液体ｗの屈折率と同程度又は液体ｗの屈折率よりも高いため、液体をｗ介した露光光は上板５１に入射し、上板５１に形成された光透過部５６からの光が平凸レンズ５２に入射する。平凸レンズ５２に入射した露光光は、平凸レンズ５２に形成された曲面部５２ｂによって集光されて受光面５３ａに導かれ、受光素子５３で受光される。

尚、本実施形態においては、平凸レンズ５２の平坦部５２ａを上板５１の遮光部５５が形成された面に当接させているため、気体中を通過せずに平凸レンズ５２で光透過部５６からの光を受光素子５３に導くことができる。また、図７において、平行平板５４の一方の面に形成された遮光部（膜）の厚みのために、光透過部５６において平行平板５４の下面と平凸レンズ５２の上面との間に空間が形成されてしまう場合には、その光透過部５６の空間に気体以外の媒質であって光透過性の媒質、例えば、液体、超臨界流体、ペースト、固体を光透過部と集光部材との間に、例えば薄膜状に介在させても良い。或いは、露光光を透過する接着剤を、平行平板５４と平凸レンズ５２との接合に使用して、その接着剤を光透過部５６の空間に介在させてることもできる。この場合、光透過部５６に介在する物質の露光光に対する屈折率は、平凸レンズ５２及び平行平板５４の屈折率と同程度であることが望ましい。更に、平凸レンズ５２に代えて図８に示す平凸レンズ５７を設けても良い。図８は、本発明の第３実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサが備える平凸レンズの他の例を示す斜視図である。図８に示す平凸レンズ５７は、図７に示す平凸レンズ５２と同様に平坦部５７ａ及び曲面部５７ｂが形成されているが、平坦部５７ａが全面に亘って平坦ではなく、上部が平坦な凸部５８が平坦部５７ａの中央付近に形成されている点が異なる。

この凸部５８の高さは、上板５１に形成された遮光部５５の厚みとほぼ同じに設定され、その径は上板５１に形成された光透過部５６の径とほぼ同じに設定される。かかる構成の平凸レンズ５７の平坦部５７ａを上板５１の遮光部５５が形成された面に当接させると、凸部５８が上板５１に形成された光透過部５６に嵌合する。これによって、上板５１の平行平板５４に入射した露光光のうちの光透過部５６に入射する露光光は、凸部５８の上面から平凸レンズ５７に入射して光透過部５６を通過する。尚、図８において、凸部５８は、平凸レンズ５７と一体的に形成されているが、別々に形成してもよい。また、凸部５８と平凸レンズ５７とを異なる物質で形成するようにしてもよい。この場合、凸部５８を形成する物質は、露光光を透過できる物質であって、平行平板５４の材料及び平凸レンズ５７の材料の露光光に対する屈折率と同程度であることが望ましい。また、本実施形態においては、平行平板５４の底面側に遮光部５５を形成して平凸レンズ５２（５７）を当接させる構成であるが、平凸レンズ５２（５７）の平坦部５２ａ（５７a）に遮光部５５を形成して平行平板５４を当接させても良い。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態による露光装置について説明する。上述した第２，第３実施形態と同様に、本実施形態の露光装置の全体構成は図１に示す露光装置とほぼ同様の構成であるが、露光光センサ２７の構成が相違する。尚、本実施形態においても主として露光光センサ２７に設けられる照度むらセンサについて説明する。図９は、本発明の第４実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの概略構成を示す断面図である。図９に示す通り、本実施形態の露光装置に設けられる照度むらセンサ６０は、平行平板６１、平凸レンズ６２、及び受光素子６３を含んで構成される。

平行平板６１は、真空紫外域のＡｒＦエキシマレーザ光源の光に対して高い透過率を有する合成石英又は蛍石からなり、図３に示すシャーシ３０に形成されたピンホール３１を覆うようにシャーシ３０の上面３３に取り付けられている。この平行平板６１は、投影光学系ＰＬの像面側に供給される液体ｗがピンホール３１を介して照度むらセンサ６０内に浸入しないよう、シャーシ３０の上面３３との間においてシール材等によって防水対策が施されている。

平凸レンズ６２は、その径がピンホール３１の径と同程度又は僅かに小さく設定された合成石英又は蛍石からなる光学レンズである。この平凸レンズ６２は、平坦部が平行平板６１に張り合わされてピンホール３１の内部に配置される。また、受光素子６３は図５に示す受光素子４２と同様のものであり、受光面６３ａを平凸レンズ６２の曲面部に向け、且つ受光面６３ａのほぼ中心が平凸レンズ６２の光軸上に配置されるようシャーシ３０内部に取り付けられる。尚、受光素子４２の受光面６３ａの面積は入射する露光光の光束の幅に応じて適宜変更しても良い。

本実施形態の照度むらセンサ６０においても、照明光学系ＩＳの照明条件をウェハＷに対する露光処理を行うときに設定される照明条件に設定し、投影光学系ＰＬとシャーシ３０の上面３３との間に液体ｗを供給した状態で照明むら等の計測を行うことができる。投影光学系ＰＬとシャーシ３０の上面３３との間に液体ｗが供給されている状態において、投影光学系ＰＬに入射した露光光は、投影光学系ＰＬの先端部において全反射されずに投影光学系ＰＬを通過して液体ｗに入射する。

平行平板６１及び平凸レンズ６２の屈折率は液体ｗの屈折率と同程度又は液体ｗの屈折率よりも高いため、液体をｗ介して平行平板６１に入射した露光光のうちピンホール３１に向かう露光光は、平凸レンズ６２に入射して集光され、受光面６３ａに導かれて受光素子６３で受光される。このように、本実施形態においても、投影光学系ＰＬから液体ｗに入射した露光光が平凸レンズ６２から射出されるまでは気体中を通過しない。このため、大きな入射角を有する露光光がピンホール３１に入射しても、全反射されることなく平凸レンズ６２内に取り込むことができ、更には受光素子６３で受光することができる。尚、平凸レンズ６２の周囲からの液体ｗの浸入が防止できる場合には、平行平板６１はなくても良い。

また、図９に示す例では、平凸レンズ６２をピンホール３１内に配置し、シャーシ３０上に取り付けられた平行平板６１に貼り付けるようにしていた。しかしながら、平凸レンズ６２の径はピンホール３１と同程度の十数〜数十μｍ程度であるため、平凸レンズ６２の取り扱いが困難なことがある。かかる場合には、平行平板６１上に平凸レンズ６２と同様の凸レンズを一体的に形成し、この凸レンズがピンホール３１内に配置されるよう平行平板６１をシャーシ３０上に取り付けるのが好適である。尚、シャーシ３０の上板の厚さが極めて薄い場合には、シャーシ３０の下面に大きな平凸レンズを配置しても良い。この場合も、図７（ａ）と同様に、ピンホール３１からの光を受光素子に集めることができる。

〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態による露光装置について説明する。上述した第２〜第４実施形態と同様に、本実施形態の露光装置の全体構成は図１に示す露光装置とほぼ同様の構成であるが、露光光センサ２７の構成が相違する。尚、本実施形態においても主として露光光センサ２７に設けられる照度むらセンサについて説明する。図１０は、本発明の第５実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの概略構成を示す断面図である。図１０に示す通り、本実施形態の露光装置に設けられる照度むらセンサ７０は、平凸レンズ７１及び受光素子７２を含んで構成される。

平凸レンズ７１は、真空紫外域のＡｒＦエキシマレーザ光源の光に対して高い透過率を有する合成石英又は蛍石からなり、その径は図３に示すシャーシ３０に形成されたピンホール３１の径よりも大に設定されている。この平凸レンズ７１はピンホール３１の形成位置において平坦部７１ａがシャーシ３０の内側に張り合わされている。これにより、ピンホール３１が平凸レンズ７１によってふさがれた状態になり、ピンホール３１を介した液体ｗの照度むらセンサ７０内への浸入を防止することができる。尚、平凸レンズ７１をシャーシ３０の内側に張り合わせるときに、シール材等によって防水対策することが好ましい。

また、受光素子７２は図５に示す受光素子４２と同様のものであり、受光面７２ａを平凸レンズ７２の曲面部７１ｂに向け、且つ受光面７２ａのほぼ中心が平凸レンズ７１の光軸上に配置されるようシャーシ３０内部に取り付けられる。本実施形態の照度むらセンサ７０においても、照明光学系ＩＳの照明条件をウェハＷに対する露光処理を行うときに設定される照明条件に設定し、投影光学系ＰＬとシャーシ３０の上面３３との間に液体ｗを供給した状態で照明むら等の計測を行うことができる。

投影光学系ＰＬとシャーシ３０の上面３３との間に液体ｗが供給されている状態において、投影光学系ＰＬに入射した露光光は、投影光学系ＰＬの先端部において全反射されずに投影光学系ＰＬを通過して液体ｗに入射する。平凸レンズ７１の屈折率は液体ｗの屈折率と同程度又は液体ｗの屈折率よりも高いため、液体ｗに入射した露光光のうち、ピンホール３１に入射した露光光は、平凸レンズ７１に入射して集光され、受光面７２ａに導かれて受光素子７２で受光される。

このように、本実施形態においては、投影光学系ＰＬから液体ｗに入射した露光光のうち、ピンホール３１を通過した露光光は気体中を通過せずに直接屈折率の高い平凸レンズ７１に入射する。このため、大きな入射角を有する露光光がピンホール３１に入射しても、全反射されることなく平凸レンズ７１内に取り込むことができ、更には受光素子７２で受光することができる。

尚、本実施形態では、第２実施形態と同様に、ピンホール３１の存在によって液体ｗの流れが乱され、更には渦流の発生により液体ｗが沸騰して液体ｗ内に気泡が生ずる可能性が考えられる。これらを防止するために、平凸レンズ７１として図８に示す平凸レンズ５７を用い、平坦部５７ａに形成された凸部５８がピンホール３１に嵌合するよう平凸レンズ５７をシャーシ３０の内側に貼り付けることができる。或いは、ピンホール３１に、露光光を透過する物質を介在させてもよい。

以上説明した第２〜第５実施形態においては平凸レンズ４１，４５，５２，５７，６２，７１と受光素子４２、５３，６３，７２とを離間させて配置した場合を例に挙げて説明したが、酸素等による露光光の吸収を極力避けるために、平凸レンズ４１，４５，５２，５７，６２，７１と受光素子４２、５３，６３，７２とを接触させても良い。また、上記実施形態では、集光部材として平凸レンズ４１，４５，５２，５７，６２，７１を例に挙げて説明したが、これ以外にＤＯＥ（回折光学素子）、小レンズアレイ、フレネルレンズ、反射ミラー等を用いることができる。

〔第６実施形態〕
次に、本発明の第６実施形態による露光装置について説明する。本実施形態の露光装置も全体構成は図１に示す露光装置とほぼ同様の構成であるが、露光光センサ２７の構成が相違する。尚、本実施形態の露光装置が備える露光光センサ２７は、上述した第２〜第５実施形態と同様に、投影光学系ＰＬの像面側の液体ｗを介して計測動作を行うものである。但し、本実施形態においては、主として露光光センサ２７に設けられる照射量センサについて説明する。

図１１は、本発明の第６実施形態による露光装置に設けられる照射量センサの概略構成を示す図である。図１１（ａ）に示す通り、本実施形態の露光装置に設けられる照射量センサ８０は、集光板８１及び受光素子８２を含んで構成される。集光板８１は、真空紫外域のＡｒＦエキシマレーザ光源の光に対して高い透過率を有する合成石英又は蛍石からなり、図１１（ａ），（ｂ）に示す通り、その一面（液体ｗと接触しない面）８１ａにマイクロレンズアレイ８３が形成されている。

マイクロレンズアレイ８３は、例えば直交する２方向に配列された円形状の正屈折力を有する多数の微小レンズからなる光学素子である。尚、図１１に示すマイクロレンズアレイ８３はあくまでも例示であり、微小レンズの形状は円形状に限らず正方形状であってもよく、その配列は直交する２方向への配列に限らず稠密配列であっても良い。マイクロレンズアレイ８３は、例えば平行平面ガラス板の一面にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。

集光板８１は、マイクロレンズアレイ８３が形成された面８１ａと対向する平坦な面８１ｂを投影光学系ＰＬ側（＋Ｚ方向）に向けて、且つ面８１ｂが図３に示すシャーシ３０の上面３３と一致するように、シャーシ３０に形成された開口３２内に設けられている。尚、本実施形態では図３に示すＮＤフィルタ３４は設けられていない。尚、マイクロレンズアレイ８３をＮＤフィルタ３４に貼り付けた構成、又はマイクロレンズアレイ８３と受光素子８２との間にＮＤフィルタを設けた構成としても良い。集光板８１とシャーシ３０との間は、投影光学系ＰＬの像面側に供給される液体ｗがシャーシ３０内に浸入しないようシール材等によって防水対策が施されている。

また、受光素子８２は受光面８２ａを集光板８１に向け、且つ受光面８２ａのほぼ中心が集光板８１の中央部のほぼ中心の真下（−Ｚ方向）に位置するよう配置されている。この受光素子８２は、集光板８１で集光された光束の多くが受光面８２ａで受光されるよう、集光板８１に近接して取り付けられている。尚、受光素子８２の受光面８２ａには、ＡｒＦレーザ光に対するＡＲコートが施されている。

本実施形態の照射量センサ８０を用いて露光領域に照射される露光光の光量を計測する場合には、第１実施形態の照射量センサ３７での計測とは異なり、照明光学系ＩＳの照明条件をウェハＷに対する露光処理を行うときに設定される照明条件に設定し、投影光学系ＰＬとシャーシ３０の上面３３との間に液体ｗを供給した状態で行うことができる。投影光学系ＰＬとシャーシ３０の上面３３との間に液体ｗが供給されている状態において、投影光学系ＰＬに入射した露光光は、投影光学系ＰＬの先端部において最外の光線も全反射されずに投影光学系ＰＬを通過して液体ｗに入射する。

集光板８１の屈折率は液体ｗの屈折率と同程度又は液体ｗの屈折率よりも高いため、液体ｗに入射した露光光は集光板８１に入射する。露光光の波面は集光板８１の面８１ａに形成されたマイクロレンズアレイ８３をなす多数の微小レンズにより二次元的に分割されるとともに微小レンズの屈折作用によって集束され、その後で分割された波面の各々は受光素子８２の受光面８２ａに入射して受光される。

このように、本実施形態においても、投影光学系ＰＬから液体ｗに入射した露光光が集光板８１から射出されるまでは気体中を通過しない。このため、大きな入射角を有する露光光が集光板８１に入射しても全反射されることなく集光板８１内に取り込むことができで受光素子８２で受光することができる。また、照射量センサは、開口３２の面積が大きいため、前述した第２、第３、第５実施形態で説明した平凸レンズ４１，５２，７１のような単レンズを開口３２に設けて入射した光を集光する構成にすると、照射量センサが大型化してしまい、図１に示すウェハステージ１５に搭載する上で不具合が生ずる。本実施形態では、このような単レンズを用いずにマイクロレンズアレイ８３を用いることで、照射量センサ８０を小型・軽量にすることができる。

尚、以上の説明では、集光板８１の一面８１ａにマイクロレンズアレイ８３が形成されている場合について説明したが、両面（面８１ａ，８１ｂ）にマイクロアレイレンズが形成されている集光板を用いても良い。また、マイクロレンズアレイに代えてフライアイレンズを用いることもできる。また、集光板８１の一面８１ａにのみマイクロレンズアレイ８３が形成されている場合には、図１２に示す通り、集光板８１の投影光学系ＰＬに向く面８１ｂに、マイクロレンズアレイ８３をなす多数の微小レンズ各々に対応させて開口８４を形成したものを用いても良い。図１２は、マイクロレンズアレイに対する開口が形成された集光板の構成例を示す斜視図である。

図１２に示す開口８４は、例えば面８１ｂの全面にＣｒ（クロム）等の金属を蒸着し、微小レンズの各々に対応する箇所をエッチングすることで形成される。開口８４は、各々の微小レンズに入射する光束の量を制限する絞りの働きをするため、ＮＤフィルタと同様の機能を持たせることができる。本実施形態では、照明光学系ＩＳの照明条件をウェハＷに対する露光処理を行うときに設定される照明条件に設定しているため、集光板８１及び受光素子８２の保護の観点から、開口８４を形成するのが望ましい。尚、本実施形態では露光光センサ２７に設けられる照射量センサ８０について説明したが、例えば図５に示す平凸レンズ４１に替えてマイクロレンズアレイが形成された集光板を用いることで照度むらセンサに適用することも可能である。

〔第７実施形態〕
次に、本発明の第７実施形態による露光装置について説明する。本実施形態の露光装置の全体構成は図１に示す露光装置とほぼ同様の構成であるが、露光光センサ２７の構成が相違する。尚、本実施形態の露光装置が備える露光光センサ２７は、上述した第２〜第５実施形態と同様に、投影光学系ＰＬの像面側の液体ｗを介して計測動作を行うものである。但し、本実施形態においては、主として露光光センサ２７に設けられる照射量センサについて説明する。

図１３は、本発明の第７実施形態による露光装置に設けられる照射量センサの概略構成を示す図である。図１３に示す通り、本実施形態の露光装置に設けられる照射量センサ８５は、拡散板８６及び受光素子８７を含んで構成され、拡散板８６がシャーシ３０に形成された開口３２内に設けられている。拡散板８６は合成石英又は蛍石から構成され、微細な凹凸が形成された面８６ａと平坦な面８６ｂとを有し、面８６ｂを投影光学系ＰＬ側（＋Ｚ方向）に向けて、且つ面８６ｂが図３に示すシャーシ３０の上面３３と一致するよう開口３２内に設けられている。尚、拡散板８６とシャーシ３０との間はシール材等によって防水対策が施されている。受光素子８７は、受光面８７ａを拡散板８６に向け、且つ受光面８７ａのほぼ中心が拡散板８６の中央部のほぼ中心の真下（−Ｚ方向）に位置するよう配置されている。また、受光素子８７は受光面８７ａを拡散板８６に近接させた状態に配置されている。この受光素子８７の受光面８７ａにはＡｒＦレーザ光に対するＡＲコートが施されている。

本実施形態の照射量センサ８５を用いて露光領域に照射される露光光の光量を計測する場合には、第６実施形態と同様に、照明光学系ＩＳの照明条件をウェハＷに対する露光処理を行うときに設定される照明条件に設定し、投影光学系ＰＬとシャーシ３０の上面３３との間に液体ｗを供給した状態で行う。この状態において、投影光学系ＰＬに露光光が入射すると、露光光は投影光学系ＰＬの先端部において最外の光線も全反射されずに投影光学系ＰＬを通過して液体ｗに入射し、更には屈折率が液体ｗと同程度又は液体ｗよりも高い拡散板８６に入射する。拡散板８６に入射した露光光は、拡散板８６から射出される際に微細な凹凸が形成された面８６ａで拡散され、その後に受光素子８７の受光面８７ａに入射して受光される。

このように、本実施形態においても、投影光学系ＰＬから液体ｗに入射した露光光は拡散板８６から射出されるまでは気体中を通過していないため、大きな入射角を有する露光光が拡散板８６に入射しても全反射されることはない。また、露光光が拡散板８６から射出されるときに拡散される。これらにより、大きな入射角を有する露光光をより多く受光素子８７で受光することができる。また、第６実施形態と同様に、照射量センサ８５の小型化を図ることができる。

尚、以上の説明では、一面８６ａのみに微細な凹凸が形成された拡散板８６を用いる場合を例に挙げて説明したが、両面（８６ａ，８６ｂ）に微細な凹凸が形成された拡散板８６を用いても良い。また、上記の拡散板８６に代えて入射した露光光を回折作用により回折させて受光素子に入射させるＤＯＥ（回折光学素子）が形成された回折板を用いてもよい。ここで、ＤＯＥは、入射角が小さな光束に対しては回折角が小さく、入射角が大きな光束に対しては回折が大きくなるよう設計するのが望ましい。回折板を用いる場合には、ＤＯＥが片面のみに形成されたものを用いても良く、両面に形成されたものを用いても良い。また、上述の拡散板及び回折板は、照度むらセンサに適用することもできる。

〔第８実施形態〕
次に、本発明の第８実施形態による露光装置について説明する。本実施形態の露光装置の全体構成は図１に示す露光装置とほぼ同様の構成であるが、露光光センサ２７の構成が相違する。尚、本実施形態の露光装置が備える露光光センサ２７は、上述した第２〜第５実施形態と同様に、投影光学系ＰＬの像面側の液体ｗを介して計測動作を行うものである。但し、本実施形態においては、主として露光光センサ２７に設けられる照射量センサについて説明する。

図１４は、本発明の第８実施形態による露光装置に設けられる照射量センサの概略構成を示す図である。図１４に示す通り、本実施形態の露光装置に設けられる照射量センサ９０は、蛍光板９１及び受光素子９２を含んで構成される。蛍光板９１は上面を一致させてシャーシ３０に形成された開口３２内に設けられており、入射する露光光によって励起され、露光光とは異なる波長の蛍光又は燐光を発するものである。つまり、蛍光板９１は、真空紫外域の波長を有する露光光を、例えば可視領域の光に波長変換するものである。蛍光板９１は、例えば、露光光を吸収してそれよりも長波長の蛍光又は燐光を発する有機色素材を含有する光透過板や、有機色素を表面にコーティングした光透過板を用いることができる。この場合、受光素子は蛍光波長の感度に応じて適宜選択することができる。

尚、蛍光板９１とシャーシ３０との間はシール材等によって防水対策が施されている。受光素子９２は、露光光の波長とは異なる波長領域（例えば、可視領域）を受光する特性を有している。この受光素子９２は、受光面９２ａのほぼ中心が蛍光板９１の中央部のほぼ中心の真下（−Ｚ方向）に位置し、且つ蛍光板９１に近接した位置に配置されている。受光素子９２の受光面９２ａには蛍光及び燐光を含む可視領域の光に対するＡＲコートが施されている。

本実施形態の照射量センサ９０を用いて露光領域に照射される露光光の光量を計測する場合には、第６，第７実施形態と同様に、照明光学系ＩＳの照明条件をウェハＷに対する露光処理を行うときに設定される照明条件に設定し、投影光学系ＰＬとシャーシ３０の上面３３との間に液体ｗを供給した状態で行う。露光光の光量を計測する前に、予め蛍光板９１に入射する光量と、蛍光板９１から波長変換されて射出される光の光量との関係を求めておく。

照明光学系ＩＳの照明条件が露光時の照明条件に設定されている状態において、投影光学系ＰＬに露光光が入射すると、露光光は投影光学系ＰＬの先端部において全反射されずに投影光学系ＰＬを通過して液体ｗを介して蛍光板９１に入射する。露光光が蛍光板９１に入射すると、その光量の一部又は全部が蛍光板９１によって吸収され、吸収した光量に応じた光量を有する蛍光又は燐光が発せられる。この蛍光又は燐光は、露光光の波長とは異なる波長を有し、露光光の入射角に依存しない方向に蛍光板９１から射出され、その後に受光素子９２の受光面９２ａに入射して受光される。

このように、本実施形態においても、投影光学系ＰＬから液体ｗに入射した露光光は蛍光板９１から射出されるまでは気体中を通過していないため、大きな入射角を有する露光光が蛍光板９１に入射しても全反射されることはない。また、入射角の大きな露光光が入射しても、その露光光は異なる波長を有する蛍光又は燐光に変換されて入射角とは異なる方向にも射出されるため、受光素子９２での受光が容易になる。また、第６，第７実施形態と同様に、照射量センサ９０の小型化を図ることができる。

尚、蛍光板９１に入射した露光光の全てが異なる波長の蛍光又は燐光に変換されない場合には、露光光の一部が蛍光板９１を透過して受光素子９２に入射する。上述した通り、受光素子９２の受光特性は、露光光とは異なる波長領域の光を受光する特性であるため、露光光が受光素子９２に入射してもさほど問題はない。しかしながら、蛍光板９１を透過した露光光が受光素子９２に入射することによって、例えば発熱等による計測誤差が生ずる場合には、蛍光板９１と受光素子９２との間に、蛍光板９１で生じた蛍光又は燐光が含まれる波長領域の光は透過させ、露光光が含まれる波長領域の光は遮光するフィルタを設けるのが好ましい。

〔第９実施形態〕
次に、本発明の第９実施形態による露光装置について説明する。本実施形態の露光装置の全体構成は図１に示す露光装置とほぼ同様の構成であるが、露光光センサ２７の構成が相違する。尚、本実施形態の露光装置が備える露光光センサ２７は、上述した第２〜第５実施形態と同様に、投影光学系ＰＬの像面側の液体ｗを介して計測動作を行うものであって、主に露光光センサ２７に設けられる照度むらセンサについて説明する。

図１５は、本発明の第９実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの概略構成を示す図である。図１５（ａ）に示す通り、本実施形態の露光装置に設けられる照度むらセンサ１００は、導波部材１０１と受光素子１０２とを含んで構成される。導波部材１０１は、図３に示すシャーシ３０に形成されたピンホール３１の径よりも大きな径を有する円柱状であり、その中心軸とピンホール３１の中心位置とをほぼ一致させて、ピンホール３１の下方（−Ｚ方向）に一端１０１ａを当接させた状態で配置されている。

この導波部材１０１は、合成石英又は蛍石から構成されており、一端１０１ａから内部に入射した露光光を外周（空気との境界）で全反射させつつ導波して他端１０１ｂから射出するものである。導波部材１０１として、例えばオプティカルインテグレータの一種であるロッドインテグレータ又は光ファイバを用いることができる。尚、導波部材１０１がシャーシ３０に当接する部分は、シール材等によって防水対策が施されている。受光素子１０２は露光光を含む波長領域の光を受光する特性を有し、その受光面１０２ａを導波部材１０１の他端１０１ｂに当接させた状態で配置されている。受光素子１０２の受光面１０２ａにはＡｒＦレーザ光に対するＡＲコートが施されている。

ここで、受光素子１０２ａの受光面１０２ａを導波部材１０１の他端１０１ｂに当接させるのは、他端１０１ｂから射出される射出角の大きな露光光を受光素子１０２の受光面１０２ａに入射させて受光するためである。つまり、導波部材１０１の他端１０１ｂからは種々の角度を有する露光光が射出されるため、導波部材１０１の他端１０１ｂと受光素子１０２の受光面１０２ａとが離間している状態では、拡がりながら射出された露光光の全てを受光面１０２ａに入射させることができず、特に射出角の大きな露光光を受光することができないからである。

本実施形態の照度むらセンサ１００を用いて露光領域に照射される露光光の光量を計測する場合には、第６〜第８実施形態と同様に、照明光学系ＩＳの照明条件をウェハＷに対する露光処理を行うときに設定される照明条件に設定し、投影光学系ＰＬとシャーシ３０の上面３３との間に液体ｗを供給した状態で行う。この状態において、投影光学系ＰＬに露光光が入射すると、露光光は投影光学系ＰＬの先端部において全反射されずに投影光学系ＰＬを通過して液体ｗ及びピンホール３１を介して一端１０１ａから導波部材１０１内に入射する。導波部材１０１に入射した露光光は導波部材１０１の外周で反射しながら導波部材１０１内を進行し、導波部材１０１の他端１０１ｂに当接した状態で配置されている受光素子で１０２で受光される。

このように、本実施形態においては、投影光学系ＰＬから液体ｗに入射し、ピンホール３１を通過した露光光は気体中を通過せずに導波部材１０１に入射する。このため、大きな入射角を有する露光光を含め露光領域に照射された露光光の多くを受光することができる。尚、以上の説明では、導波部材１０１と空気との屈折率差を利用して露光光を外周で全反射させつつ導波する場合について説明したが、外周に対する露光光の入射角が小さいと露光光が外周から外部に射出されてしまうことがある。このため、導波部材１０１の外周にＣｒ（クロム）等の金属を蒸着することが望ましい。

また、照度むらセンサ１００の構成上、導波部材１０１と受光部材１０２とを離間させて配置せざるを得ない場合も考えられる。かかる場合には、図１５（ｂ）に示す通り、他端１０１ｂの形状を曲面形状（レンズ形状）として導波部材１０１内を進行した露光光の射出角を極力小さくすることが望ましい。更に、上記実施形態では円柱状の導波部材１０１について説明したが、その形状は四角柱、その他の形状のものを用いることができる。

〔第１０実施形態〕
次に、本発明の第１０実施形態による露光装置について説明する。本実施形態の露光装置の全体構成は図１に示す露光装置とほぼ同様の構成であるが、露光光センサ２７の構成が相違する。尚、本実施形態の露光装置が備える露光光センサ２７は、上述した第２〜第５実施形態と同様に、投影光学系ＰＬの像面側の液体ｗを介して計測動作を行うものであって、主に露光光センサ２７に設けられる照度むらセンサについて説明する。

図１６は、本発明の第１０実施形態による露光装置に設けられる照度むらセンサの概略構成を示す図である。図１６に示す通り、本実施形態の露光装置に設けられる照度むらセンサ１１０は、オプティカルインテグレータの一種である積分球１１１と受光素子１１２とを含んで構成される。積分球１１１は、合成石英又は蛍石から構成されており、その一部を平坦に切り欠いて入射部１１１ａ及び射出部１１１ｂが形成されている。

入射部１１１ａは、その径が図３に示すシャーシ３０に形成されたピンホール３１の径よりも大きな径に設定されている。積分球１１１は、入射部１１１ａの中心位置とピンホール３１の中心位置とをほぼ一致させて、ピンホール３１の周囲部と入射部１１１ａの外周部とを当接させた状態でピンホール３１の下方（−Ｚ方向）に配置されている。尚、入射部１１１ａがシャーシ３０に当接する部分は、シール材等によって防水対策が施されている。

射出部１１１ｂは入射部１１１ａに対して所定の位置に所定の大きさの径に形成される。射出部１１１ｂの形成位置は、例えば入射部１１１ａの中心を通り入射部１１１ａに垂直な直線と、射出部１１１ｂの中心を通り射出部１１１ｂに垂直な直線とが直交する位置である。また、図１６に示す例では、射出部１１１ｂには、射出角が大きな露光光を反射して受光素子１１２に導くためのガイド部１１１ｃが設けられている。

受光素子１１２は露光光を含む波長領域の光を受光する特性を有し、その受光面１１２ａを射出部１１１ｂに向けた状態で配置されている。受光素子１１２の受光面１１２ａにはＡｒＦレーザ光に対するＡＲコートが施されている。尚、ここでは、積分球１１１の射出部１１１ｂにガイド部１１１ｃを設けて積分球１１１と受光素子１１２とを離間して配置した構成について説明するが、ガイド部１１１ｃを省略して受光素子１１２の受光面１１２ａを積分球１１１の射出部１１１ｂに当接させた構成であっても良い。

本実施形態の照度むらセンサ１１０を用いて露光領域に照射される露光光の光量を計測する場合には、前述した第６〜第９実施形態と同様に、照明光学系ＩＳの照明条件をウェハＷに対する露光処理を行うときに設定される照明条件に設定し、投影光学系ＰＬとシャーシ３０の上面３３との間に液体ｗを供給した状態で行う。この状態において、投影光学系ＰＬに露光光が入射すると、露光光は投影光学系ＰＬの先端部において全反射されずに投影光学系ＰＬを通過して液体ｗ及びピンホール３１を介して気体中を通過することなく入射端１１１ａから積分球１１１内に入射する。積分球１１１に入射した露光光は積分球１１１の外周で多重反射し、最終的には射出端１１１ｂから射出される。射出端１１１ｂから射出された露光光のうち射出角の小さなものは直接受光面１１２ａに入射し、射出角が大きなものはガイド部１１１ｃで反射された後に受光面１１２に入射して受光される。

このように、本実施形態においても、投影光学系ＰＬから液体ｗに入射し、ピンホール３１を通過した露光光は、気体中を通過せずに積分球１１１に入射する。このため、大きな入射角を有する露光光が入射端１１１ａに入射しても全反射されることなく、最終的に受光素子１１２で受光することができる。尚、前述した第９実施形態と同様に、入射部１１ａ及び射出部１１１ｂを除いた積分球１１１全体にＣｒ（クロム）等の金属を蒸着する
ことが望ましい。

〔その他の実施形態〕
また、上記第２〜第５実施形態では、露光光を集光する集光部材として１つの平凸レンズ４１，４５，５２，５７，６２，７１を備える場合を例に挙げて説明し、上記第６〜第１０実施形態では露光光を受光素子に入射させるための光学系として、集光板８１、拡散板８６、蛍光板９１、導波部材１０１、及び積分球１１１を含む構成について説明した。しかしながら、平凸レンズ４１，４５，５２，５７，６２，７１と受光素子との間、並びに、集光板８１、拡散板８６、蛍光板９１、導波部材１０１、及び積分球１１１と受光素子との間に複数のレンズを設けて露光光等を受光素子に導く構成が望ましい。

図１７は、第２実施形態による露光装置が備える照度むらセンサ４０の変形例を示す図である。図１７に示す例では、平凸レンズ４１からの露光光、特に入射角の大きな露光光をより簡単に平行光に変換するために、平凸レンズ４１と受光素子４２との間に２つのレンズ１２１，１２２が設けられている。平凸レンズ４１と受光素子４２との間にレンズ１２１，１２２を設けることによって平行光に変換された露光光を受光素子４２に導いている。このようなレンズを第３〜第１０実施形態にも用いることができる。尚、レンズの数は任意の数でよい。

また、上述した第２〜第１０実施形態においては、照明光学系ＩＳの照明条件をウェハＷに対する露光処理を行うときに設定される照明条件に設定し、投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗを供給した状態で照度むらを計測する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これらの実施形態においても第１実施形態と同様に、投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗが供給されていない状態で、極小σを有する開口絞り８ｅを第２フライアイレンズ７の射出面ＣＪに配置して射出面ＣＪにおける露光光の光束分布を調整することで、露光光の開き角の調整を行ってむらや光量等を計測することができる。

また、図１に示した露光装置においては、照度むらセンサと照射量モニタとを一つのシャーシ３０内に設けているが、別々にウェハステージ１５上に配置するようにしても良い。また、液体ｗの回収を容易とするために、露光光センサ２７の液体と接触する面（上面）が撥水性になっている場合には、露光光（紫外線）の照射によって、その撥水性が劣化する虞がある。従って、液体ｗと接触する面が撥水性のセンサを使って計測を行う場合には、例えば特開２００１−１４４０４４号に開示されているような複数のＮＤフィルタを備えたエネルギー（光量）調整器を使って、露光光の光量を最大光量の５０％以下、望ましくは２０％以下に減衰させるとよい。

尚、上述の実施形態においては、照度むらや積算光量むらを計測するための照度むらセンサや、投影光学系ＰＬの像面側に照射される露光光の光量（照射量）を計測するための照射量センサについて説明したが、本発明は、米国特許６，６５０，３９９に開示されている波面収差を計測するためのセンサや特開２００２−１４００５号公報に開示されている結像特性等を計測するための空間像計測センサや特開平１１−２３８６８０号公報や国際公開第０２／０６３６６４号パンフレットに開示されているような基板ステージに対して着脱可能なセンサ等にも本発明は適用でき、投影光学系の開口数が大きい場合でも投影光学系を通過した露光光を受光でき、各種の計測を所望の精度で実行することができる。

また、上記実施形態においては、光源１として、ＡｒＦエキシマレーザ光源を使用しているため、液体ｗとして純水を用いている。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、ウェハＷ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、不純物の含有率が極めて低いため、ウェハＷ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。また、工場の純水はそのレベル（純水度）が低いことも考えられるので、その場合には露光装置自身が超純水化機構を持つようにしても良い。

波長が１９３ｎｍ程度の露光光に対する純水（水）の屈折率ｎはほぼ１．４４と言われており、露光光の光源としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を用いた場合、ウェハＷ上では１／ｎ、即ち約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、即ち約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。

尚、液浸露光に用いる光源１としてＫｒＦエキシマレーザ光源やＦ_２レーザ光源を用いることもできる。Ｆ_２レーザ光源を用いる場合、液浸露光用の液体としては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、その他にも、露光光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やウェハＷ表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なもの（例えばセダー油）を用いることも可能である。また、上述の液浸法を適用した露光装置は、投影光学系ＰＬの終端光学部材の射出側の光路空間を液体（純水）で満たしてウェハＷ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、投影光学系の終端光学部材の入射側の光路空間も液体（純水）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、終端光学部材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。

尚、液浸法を用いた場合には、投影光学系の開口数ＮＡが０．９〜１．７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特性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（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。

投影光学系と基板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、投影光学系と基板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を超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より効果的である。

また、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。

また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間を局所的に液体で満たす液浸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。

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、ウェ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、ウェ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。

また更に、上記実施形態では露光光源１として、ＡｒＦエキシマレーザ光源の場合を例に挙げて説明したが、これ以外に露光光源１としては、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を射出する超高圧水銀ランプ、又はＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ（波長１４６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高周波発生装置、若しくは半導体レーザの高周波発生装置を用いることができる。

更に、光源としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。例えば、単一波長レーザの発振波長を１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力される。

また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８μｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ_２レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。この場合、単一波長発振レーザとしては例えばイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いることができる。

また、上記実施形態では上記照明光学系ＩＳ内に設けられる光学素子の硝材、投影光学系ＰＬを構成する屈折部材の硝材、平凸レンズ４１，４５，５２，５７，６２，７１等の硝材としては蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）を用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これらは、露光光の波長に応じて、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等のフッ化物結晶又はこれらの混晶、又フッ素や水素等の物質をドープした石英硝子等の真空紫外光を透過する光学材料から選択される。尚、所定の物質をドープした石英硝子は、露光光の波長が１５０ｎｍ程度より短くなると透過率が低下するため、波長が１５０ｎｍ程度以下の真空紫外光を露光光として用いる場合には、光学素子の光学材料としては、蛍石（フッ化カルシウム）、フッ化マグネシウム等のフッ化物結晶又はこれらの混晶が使用される。

また、上記実施形態では、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置を例に挙げて説明したが、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置にも本発明を適用することができる。更に、本発明は半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。更には、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハなどが用いられる。なお、
このような露光装置は、ＷＯ９９／３４２５５号、ＷＯ９９／５０７１２号、ＷＯ９９／６６３７０号、特開平11−194479号、特開2000−12453号、特開2000−29202号等に開示されている。

次に、本発明の実施形態による露光装置及び露光方法をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図１８は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造工程の一例を示すフローチャートである。図１８に示すように、まず、ステップＳ２０（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ２１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ２２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。

次に、ステップＳ２３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ２０〜ステップＳ２２で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ２４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ２３で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ２４には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ２５（検査ステップ）において、ステップＳ２４で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。

図１９は、半導体デバイスの場合における、図１８のステップＳ２３の詳細なフローの一例を示す図である。図１９において、ステップＳ３１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ３２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ３３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ３４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ３１〜ステップＳ３４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ３５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ３６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステップＳ３７（現像ステップ）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ３８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ３９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。

２７ 露光光センサ（計測手段）
３１ ピンホール（光透過部）
３２ 開口（光透過部）
３４ ＮＤフィルタ（光透過部）
３６ 照度むらセンサ（受光器）
３７ 照射量センサ（受光器）
４０ 照度むらセンサ（計測手段）
４１ 平凸レンズ（集光部材、光学部材）
４４ 光透過部
４５ 平凸レンズ（集光部材、光学部材）
４５ａ 平坦部
５０ 照度むらセンサ（計測手段）
５１ 開口板（板状部材）
５２ 平凸レンズ（集光部材、光学部材）
５３ 受光素子
５６ 光透過部
５７ 平凸レンズ（集光部材、光学部材）
６０ 照度むらセンサ（計測手段）
６２ 平凸レンズ（集光部材、光学部材）
７０ 照度むらセンサ（計測手段）
７１ 平凸レンズ（集光部材、光学部材）
８０ 照射量センサ（計測手段）
８１ 集光板（光学系、集光部材、光学部材）
８２ 受光素子
８３ マイクロレンズアレイ（波面分割素子、マイクロレンズアレイ素子）
８５ 照射量センサ（計測手段）
８６ 拡散板（光学系、拡散部材、光学部材）
８７ 受光素子
９０ 照射量センサ（計測手段）
９１ 蛍光板（光学系、波長変換手段）
９２ 受光素子
１００ 照度むらセンサ（計測手段）
１０１ 導波部材（光学系）
１０２ 受光素子
１１０ 照度むらセンサ（計測手段）
１１１ 積分球（光学系、導波部材）
１１２ 受光素子
１２１ レンズ（光学素子）
１２２ レンズ（光学素子）
ＥＸ 露光装置
ＩＳ 照明光学系（照明系）
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ（基板）
ｗ 液体

Claims (42)

1. 投影光学系と、該投影光学系の像面側に配置された基板上に供給される液体とを介して前記基板に露光光を照射する露光装置であって、
   前記投影光学系に対して移動可能なステージと、
   前記ステージに設けられ、前記投影光学系に対向して配置された状態で前記液体に接する第１面、および前記投影光学系と前記液体とを介して前記第１面から入射した前記露光光を射出させる第２面を有する光学部材と、
   前記第２面から射出した前記露光光を受光する受光面を有する受光素子と、を備え、
   前記光学部材は、前記第１面が前記ステージの上面と一致するように該ステージに設けられることを特徴とする露光装置。
2. 請求項１に記載の露光装置であって、
   前記光学部材を保持し、該光学部材の前記第１面が前記ステージの上面と一致するように前記ステージに取り付けられる保持部材を備えることを特徴とする露光装置。
3. 請求項２に記載の露光装置であって、
   前記光学部材は、前記第１面が前記保持部材の上面と一致するように該保持部材に保持されることを特徴とする露光装置。
4. 請求項２または３に記載の露光装置であって、
   前記保持部材は、該保持部材の上面が前記ステージの上面と一致するように該ステージに取り付けられることを特徴とする露光装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の露光装置であって、
   前記受光素子の前記受光面は、前記保持部材の内側に設けられることを特徴とする露光装置。
6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載の露光装置であって、
   前記光学部材の少なくとも一部は、前記保持部材の上面に形成された開口内に設けられることを特徴とする露光装置。
7. 請求項２〜６のいずれか一項に記載の露光装置であって、
   前記光学部材の少なくとも一部は、前記ステージの上面に形成された開口内に設けられることを特徴とする露光装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光装置であって、
   前記ステージは、前記基板を保持して移動することを特徴とする露光装置。
9. 請求項８に記載の露光装置であって、
   前記ステージは、前記基板を保持するホルダを含み、
   前記ホルダは、前記ステージの上面と前記基板の上面とが一致するように該基板を保持することを特徴とする露光装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記第１面を含む前記光学部材の上面は、平坦面であることを特徴とする露光装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記光学部材は、前記第１面を有する第１光学部材と、前記第２面を有する第２光学部材とを含むことを特徴とする露光装置。
12. 請求項１１に記載の露光装置であって、
    前記第１光学部材と前記第２光学部材とは、前記第１面と前記第２面との間における前記露光光の光路に気体を介在させずに配置されることを特徴とする露光装置。
13. 請求項１１または１２に記載の露光装置であって、
    前記第１光学部材と前記第２光学部材とは、気体を介在させずに接合されることを特徴とする露光装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記第２面は、該第２面から射出する前記露光光の射出側に凸状に形成されていることを特徴とする露光装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記曲面は、前記第２面から射出する前記露光光の射出側に凸状に形成されていることを特徴とする露光装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記光学部材は、前記第１面から入射した前記露光光を反射して前記第２面へ導く反射面を含むことを特徴とする露光装置。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記光学部材は、前記第１面から入射した前記露光光を反射して前記第２面へ導く外周面を有する柱状部材を含むことを特徴とする露光装置。
18. 請求項１７に記載の露光装置であって、
    前記柱状部材は、前記外周面に金属膜が設けられていることを特徴とする露光装置。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記光学部材は、前記第２面を含む部材であって前記第１面から入射した前記露光光を集光させる集光部材を含むことを特徴とする露光装置。
20. 請求項１９に記載の露光装置であって、
    前記集光部材は、平凸レンズ、回折光学素子、レンズアレイ、フレネルレンズおよび反射ミラーの少なくとも１つを含むことを特徴とする露光装置。
21. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記光学部材は、前記第２面を含む部材であって前記第１面から入射した前記露光光を回折させる回折光学素子を含むことを特徴とする露光装置。
22. 請求項２１に記載の露光装置であって、
    前記回折光学素子は、前記第１面から入射する前記露光光のうち第１の入射角で入射する光束に対する回折角が、該露光光のうち前記第１の入射角より大きい第２の入射角で入射する光束に対する回折角より小さいことを特徴とする露光装置。
23. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記光学部材は、前記第２面を含む部材であって前記第１面から入射した前記露光光を拡散させる拡散素子を含むことを特徴とする露光装置。
24. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記第２面から射出した前記露光光を前記受光面へ導く少なくとも１つの光学素子を備えることを特徴とする露光装置。
25. 請求項２４に記載の露光装置であって、
    前記少なくとも１つの光学素子は、前記第２面から射出した前記露光光を平行光に変換することを特徴とする露光装置。
26. 請求項１〜２５のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記光学部材は、前記露光光を遮光する遮光部が前記第１面の周囲に設けられることを特徴とする露光装置。
27. 請求項２６に記載の露光装置であって、
    前記遮光部は、ピンホールを形成し、前記第１面は、前記ピンホール内に設けられることを特徴とする露光装置。
28. 請求項１〜２５のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記光学部材は、前記第１面から入射した前記露光光の一部を遮光する遮光部が設けられることを特徴とする露光装置。
29. 請求項２６〜２８のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記遮光部は、金属膜を含むことを特徴とする露光装置。
30. 請求項１〜２９のいずれか一項に記載の露光装置であって、
    前記投影光学系および前記液体を介して前記露光光を検出する第１及び第２センサを備え、
    前記第１及び第２センサは、それぞれ前記光学部材および前記受光素子を含むことを特徴とする露光装置。
31. 請求項３０に記載の露光装置であって、
    前記ステージは、該ステージの上面に、前記第１及び第２センサの前記光学部材の少なくとも一部が配置される第１及び第２開口が設けられることを特徴とする露光装置。
32. 請求項３０に記載の露光装置であって、
    前記第１及び第２センサの前記光学部材を内部に保持し、前記ステージに取り付けられる保持部材を備えることを特徴とする露光装置。
33. 基板上にマイクロデバイスを形成するデバイス製造方法であって、
    請求項１〜３２のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、前記基板にパターンを転写することと、
    前記パターンが転写された前記基板を該パターンに基づいて処理することと、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
34. 投影光学系と、該投影光学系の像面側に配置された基板上に供給される液体とを介して前記基板に照射される露光光を検出する計測方法であって、
    第１面を含む光学部材を前記投影光学系に対して移動可能なステージに設けることと、
    前記ステージに設けられた前記光学部材の前記第１面を、前記投影光学系に対向した状態で前記液体に接触させることと、
    前記投影光学系と前記液体とを介して前記第１面から前記光学部材に入射した前記露光光を、前記光学部材の第２面から射出させることと、
    前記第２面から射出した前記露光光を受光することと、を含み、
    前記光学素子は、前記第１面が前記ステージの上面と一致するように前記ステージに設けられることを特徴とする計測方法。
35. 請求項３４に記載の計測方法であって、
    前記光学部材を保持部材によって保持することと、
    前記光学部材を保持した前記保持部材を前記ステージに取り付けることと、を含むことを特徴とする計測方法。
36. 請求項３４または３５に記載の計測方法であって、
    前記第１面から前記光学部材に入射した前記露光光を、該光学部材が有する反射面によって反射して前記第２面へ導くことを含むことを特徴とする計測方法。
37. 請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の計測方法であって、
    前記露光光を前記第２面から射出させることは、該露光光を集光させることを含むことを特徴とする計測方法。
38. 請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の計測方法であって、
    前記露光光を前記第２面から射出させることは、該露光光を回折させることを含むことを特徴とする計測方法。
39. 請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の計測方法であって、
    前記露光光を前記第２面から射出させることは、該露光光を拡散させることを含むことを特徴とする計測方法。
40. 投影光学系と、該投影光学系の像面側に配置された基板上に供給される液体とを介して前記基板に露光光を照射する露光方法であって、
    請求項３４〜３９のいずれか一項に記載の計測方法を用いて前記露光光を計測することと、
    前記露光光の計測結果に基づいて、前記露光光の照射条件を設定することと、を含むことを特徴とする露光方法。
41. 請求項４０に記載の露光方法であって、
    前記ステージの上面と前記基板の上面とが一致するように該基板を前記ステージに設けることを含むことを特徴とする露光方法。
42. 基板上にマイクロデバイスを形成するデバイス製造方法であって、
    請求項４０または４１に記載の露光方法を用いて、前記基板にパターンを転写することと、
    前記パターンが転写された前記基板を該パターンに基づいて処理することと、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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