JPWO2007034838A1 - 露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

露光装置（ＥＸ）は、露光光（ＥＬ）が射出される凹面を有する光学素子（ＬＳ１）と、前記露光光（ＥＬ）の光路を囲むように設けられた面（２０）とを備える。液浸領域（ＬＲ）の液体（ＬＱ）の界面（ＬＧ）が、前記露光光（ＥＬ）が照射可能な位置に配置された物体（Ｐ）と前記面（２０）との間に保持される。

Description

本発明は、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。
本願は、２００５年９月２１日に出願された特願２００５−２７３７３８号、及び２００５年１１月１１日に出願された特願２００５−３２７０９２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

フォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置において、下記特許文献に開示されているような、光学素子と基板との間の空間を液体で満たし、その液体を介して基板を露光する液浸式の露光装置が知られている。
国際公開第９９／４９５０４号パンフレット 国際公開第２００５／０５９６１７号パンフレット 国際公開第２００５／０５９６１８号パンフレット

液浸式の露光装置においては、露光光の光路空間を満たす液体の屈折率が高いほど、解像度及び／又は焦点深度を向上できる。そのような高い屈折率を有する液体を使用した場合においても、所望の結像特性を維持し、基板を良好に露光することが重要である。

本発明は、基板を良好に露光することができる露光装置、及びにその露光装置を用いるデバイス製造方法を提供することを目的とする。

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

本発明の第１の態様に従えば、液浸領域（ＬＲ）を介して基板（Ｐ）を露光する露光装置において、露光光（ＥＬ）が射出される凹面（２）を有する光学素子（ＬＳ１）と、前記露光光（ＥＬ）の光路を囲むように設けられた面（２０）であり、前記露光光（ＥＬ）が照射可能な位置に配置された物体と前記面（２０）との間に前記液浸領域（ＬＲ）の液体（ＬＱ）の界面（ＬＧ）が保持される前記面（２０）と、を備える露光装置が提供される。

本発明の第１の態様によれば、光路空間を満たす液体の流出を抑制し、露光光を基板上まで良好に到達させることができる。

本発明の第２の態様に従えば、物体と光学素子（ＬＳ１）の凹面（２）との間の空間を液体（ＬＱ）で満たすように液浸領域（ＬＲ）を形成する工程であり、前記物体と対向しかつ露光光（ＥＬ）の光路を囲むように設けられた面（２０）と前記物体との間に前記液体（ＬＱ）の界面（ＬＧ）が位置する前記工程と；前記液浸領域（ＬＲ）を介して基板（Ｐ）を露光する工程と、を備える露光方法が提供される。

本発明の第２の態様によれば、光路空間を満たす液体の流出を抑制し、露光光を基板上まで良好に到達させることができる。

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

本発明の第３の態様によれば、露光光を基板上まで良好に到達させることができる露光方法を用いてデバイスを製造することができる。

本発明の第４の態様に従えば、基板（Ｐ）上に露光光（ＥＬ）を照射して前記基板（Ｐ）を露光する露光装置において、パターン像を前記基板（Ｐ）上に投影する投影光学系（ＰＬ）であり、前記露光光（ＥＬ）が入射される第１面（１）及び前記露光光（ＥＬ）が射出される第２面（２）を有する第１光学素子（ＬＳ１）を備える前記投影光学系（ＰＬ）を備え、前記第１面（１）と前記第２面（２）とは互いにほぼ同心であり、且つ前記第１面（１）及び前記第２面（２）は球面であり、前記第１光学素子（ＬＳ１）は、前記投影光学系（ＰＬ）の複数の光学素子のうち、前記投影光学系（ＰＬ）の像面に最も近い、露光装置が提供される。

本発明の第４の態様によれば、光学素子の光学特性を維持し、基板を良好に露光することができる。

本発明の第５の態様に従えば、基板（Ｐ）上に露光光（ＥＬ）を照射して前記基板（Ｐ）を露光する露光装置において、前記露光光（ＥＬ）が射出される凹面部を有する光学素子（ＬＳ１）と、前記凹面部を囲むように設けられた下面（６３）と、前記光学素子（ＬＳ１）の光軸に対して前記下面（６３）よりも外側で、前記光軸を向く側面（８４）と、を備えた露光装置（ＥＸ）が提供される。

本発明の第５の態様によれば、光学素子の光学特性を維持し、基板を良好に露光することができる。

本発明の第６の態様に従えば、基板（Ｐ）上に露光光（ＥＬ）を照射して前記基板（Ｐ）を露光する露光方法において、前記基板（Ｐ）の表面と対向し、前記露光光（ＥＬ）が射出される凹面部を有する光学素子（ＬＳ１）に前記露光光（ＥＬ）を照射し、前記光学素子（ＬＳ１）の凹面部と前記基板（Ｐ）の表面との間を液体（ＬＱ）で満たした状態で前記露光光（ＥＬ）を前記基板（Ｐ）に照射し、前記凹面部を囲むように設けられた下面（６３）と、前記光学素子（ＬＳ１）の光軸に対して前記下面（６３）より外側で、前記光軸を向く側面（８４）に前記液体（ＬＱ）が接する露光方法が提供される。

本発明の第７の態様に従えば、上記態様の露光方法を用いるデバイス製造方法が提供される。

本発明によれば、露光光の光路空間を満たす液体の流出を抑制し、露光光を基板上まで良好に到達させることができ、基板を良好に露光することができる。
本発明によれば、光学素子の光学特性が維持されるので、所望の結像状態で基板を良好に露光することができ、所望の性能を有するデバイスを製造することができる。

第１実施形態に係る露光装置を示す概略構成図である。 第１実施形態に係る露光装置の要部を示す図である。 第１実施形態に係る露光装置を説明するための図である。 第２実施形態に係る露光装置の要部を示す図である。 第３実施形態に係る露光装置の要部を示す図である。 第４実施形態に係る露光装置の要部を示す図である。 第５実施形態に係る露光装置を示す概略構成図である。 第５実施形態に係る投影光学系の近傍を示す図である。 第１光学素子を示す断面図である。 第１光学素子を示す平面図である。 支持装置に支持された第１光学素子を示す側断面図である。 支持装置に支持された第１光学素子を示す平面図である。 液体の圧力を求めるために行ったシミュレーション結果を示す図である。 第５実施形態に係る液体の圧力を求めるために行ったシミュレーション結果を示す図である。 第６実施形態に係る投影光学系の近傍を示す図である。 マイクロデバイスの製造工程の一例を説明するためのフローチャート図である。

符号の説明

２…凹面、２Ｆ…フランジ面、４…基板ステージ、５…鏡筒、６…支持装置、９…調整装置、１０…表面、１１…入射面、１２…光射出面、２０…下面、６１…第１部材、６３…第１下面、７０…ノズル部材、８４…側面、７１…下面、１０８…第２部材、ＡＸ…光軸、Ｃ…曲率中心、ＥＬ…露光光、ＥＸ…露光装置、Ｋ…光路空間、ＬＧ…界面、ＬＱ…液体、ＬＲ…液浸領域、ＬＳ１…最終光学素子、ＬＳ１１…第１光学素子、ＬＳ１２…第２光学素子、Ｐ…基板、ＰＫ…鏡筒、ＰＬ…投影光学系

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。なお、以下の説明においては、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。水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る露光装置ＥＸを示す概略構成図である。図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを保持して移動可能なマスクステージ３と、基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージ４と、マスクステージ３に保持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターン像を基板Ｐ上に投影する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸ全体の動作を制御する制御装置７とを備えている。

なお、ここでいう基板は半導体ウエハ等の基材上に感光材（フォトレジスト）、保護膜などの膜が塗布されたものを含む。マスクは基板上に縮小投影されるデバイスパターンが形成されたレチクルを含む。また、本実施形態においては、マスクとして透過型のマスクを用いるが、反射型のマスクを用いてもよい。

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型の露光装置である。露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬと液体ＬＱとを介して基板Ｐ上に露光光ＥＬを照射して基板Ｐを露光する。投影光学系ＰＬは、複数の光学素子ＬＳ１〜ＬＳ７を有しており、それら複数の光学素子ＬＳ１〜ＬＳ７は鏡筒ＰＫで保持されている。液体ＬＱは、投影光学系ＰＬの複数の光学素子ＬＳ１〜ＬＳ７のうち、投影光学系ＰＬの像面に最も近い最終光学素子ＬＳ１と、基板Ｐとの間に満たされる。また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸはＺ軸方向と平行となっている。

露光装置ＥＸは、少なくとも投影光学系ＰＬを用いてマスクＭのパターン像を基板Ｐ上に投影している間、投影光学系ＰＬの最終光学素子ＬＳ１と基板Ｐとの間の露光光ＥＬの光路空間Ｋを液体ＬＱで満たす。露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬと露光光ＥＬの光路空間Ｋを満たす液体ＬＱとを介してマスクＭを通過した露光光ＥＬを基板ステージ４に保持された基板Ｐ上に照射することによって、マスクＭのパターン像を基板Ｐ上に投影して、基板Ｐを露光する。また、本実施形態の露光装置ＥＸは、最終光学素子ＬＳ１と基板Ｐとの間の露光光ＥＬの光路空間Ｋに満たされた液体ＬＱが、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲを含む基板Ｐ上の一部の領域に、投影領域ＡＲよりも大きく且つ基板Ｐよりも小さい液浸領域ＬＲを局所的に形成する局所液浸方式を採用している。

投影光学系ＰＬの複数の光学素子ＬＳ１〜ＬＳ７のうち、投影光学系ＰＬの像面に最も近い最終光学素子ＬＳ１は、露光光ＥＬが射出される凹面２を有している。基板ステージ４に保持された基板Ｐの表面１０は、鏡筒ＰＫに保持された最終光学素子ＬＳ１の凹面２と対向可能である。基板Ｐの表面１０とは、感光材が塗布された露光面である。また、最終光学素子ＬＳ１を保持する鏡筒ＰＫは、露光光ＥＬが照射可能な位置、すなわち凹面２と対向する位置に配置された基板Ｐの表面１０と対向するように、且つ露光光ＥＬの光路空間Ｋを囲むように設けられた下面２０を有している。

液体ＬＱは、最終光学素子ＬＳ１の凹面２と基板ステージ４に保持された基板Ｐの表面との間の露光光ＥＬの光路空間Ｋを満たしている。凹面２及び基板Ｐの表面１０は、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱと接触する。凹面２と基板Ｐの表面１０との間の露光光ＥＬの光路空間Ｋを液体ＬＱで満たして液浸領域ＬＲを形成したときに、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧは、液体ＬＱの表面張力により、基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に維持されるようになっている。露光装置ＥＸは、最終光学素子ＬＳ１を含む投影光学系ＰＬと、最終光学素子ＬＳ１の凹面２と基板Ｐの表面との間を満たす液体ＬＱとを介して、基板Ｐ上に露光光ＥＬを照射する。

照明光学系ＩＬは、マスクＭ上の所定の照明領域を均一な照度分布の露光光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）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。本実施形態においては、露光光ＥＬとして、ＡｒＦエキシマレーザ光が用いられる。

マスクステージ３は、リニアモータ等のアクチュエータを含むマスクステージ駆動装置３Ｄの駆動により、マスクＭを保持した状態で、Ｘ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向に移動可能である。マスクステージ３（ひいてはマスクＭ）の位置情報は、レーザ干渉計３Ｌによって計測される。レーザ干渉計３Ｌは、マスクステージ３上に設けられた移動鏡３Ｋを用いてマスクステージ３の位置情報を計測する。制御装置７は、レーザ干渉計３Ｌの計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置３Ｄを駆動し、マスクステージ３に保持されているマスクＭの位置制御を行う。

なお、移動鏡３Ｋは平面鏡のみでなくコーナーキューブ（レトロリフレクタ）を含むものとしてもよいし、移動鏡３Ｋをマスクステージ３に固設する代わりに、例えばマスクステージ３の端面（側面）を鏡面加工して形成される反射面を用いてもよい。また、マスクステージ３は、例えば特開平８−１３０１７９号公報（対応米国特許第６，７２１，０３４号）に開示される粗微動可能な構成としてもよい。

基板ステージ４は、基板Ｐを保持する基板ホルダ４Ｈを有しており、リニアモータ等のアクチュエータを含む基板ステージ駆動装置４Ｄの駆動により、基板ホルダ４Ｈに基板Ｐを保持した状態で、ベース部材ＢＰ上で、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６自由度の方向に移動可能である。基板ホルダ４Ｈは、基板ステージ４上に設けられた凹部４Ｒに配置されている。基板ステージ４のうち凹部４Ｒ以外の上面４Ｆは、基板ホルダ４Ｈに保持された基板Ｐの表面とほぼ同じ高さ（面一）になるような平坦面となっている。なお、基板ホルダ４Ｈに保持された基板Ｐの表面と、基板ステージ４の上面４Ｆとの間に段差があってもよい。また、基板ステージ４の上面４Ｆはその一部、例えば基板Ｐを囲む所定領域のみ、基板Ｐの表面とほぼ同じ高さとしてもよい。さらに、基板ホルダ４Ｈを基板ステージ４の一部と一体に形成してもよいが、本実施形態では基板ホルダ４Ｈと基板ステージ４とを別々に構成し、例えば真空吸着などによって基板ホルダ４Ｈを凹部４Ｒに固定している。

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

なお、レーザ干渉計４Ｌは基板ステージ４のＺ軸方向の位置、及びθＸ、θＹ方向の回転情報をも計測可能としてよく、その詳細は、例えば特表２００１−５１０５７７号公報（対応国際公開第１９９９／２８７９０号パンフレット）に開示されている。さらに、移動鏡４Ｋを基板ステージ４に固設する代わりに、例えば基板ステージ４の一部（側面など）を鏡面加工して形成される反射面を用いてもよい。

また、フォーカス・レベリング検出系はその複数の計測点でそれぞれ基板ＰのＺ軸方向の位置情報を計測することで、基板ＰのθＸ及びθＹ方向の傾斜情報（回転角）を検出するものであるが、この複数の計測点はその少なくとも一部が液浸領域ＬＲ（又は投影領域ＡＲ）内に設定されてもよいし、あるいはその全てが液浸領域ＬＲの外側に設定されてもよい。さらに、例えばレーザ干渉計４Ｌが基板ＰのＺ軸、θＸ及びθＹ方向の位置情報を計測可能であるときは、基板Ｐの露光動作中にそのＺ軸方向の位置情報が計測可能となるようにフォーカス・レベリング検出系を設けなくてもよく、少なくとも露光動作中はレーザ干渉計４Ｌの計測結果を用いてＺ軸、θＸ及びθＹ方向に関する基板Ｐの位置制御を行うようにしてもよい。

なお、本実施形態の投影光学系ＰＬは、その投影倍率が例えば１／４、１／５、１／８等の縮小系であり、前述の照明領域と共役な投影領域ＡＲにマスクパターンの縮小像を形成する。なお、投影光学系ＰＬは縮小系、等倍系及び拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬは、反射光学素子を含まない屈折系、屈折光学素子を含まない反射系、反射光学素子と屈折光学素子とを含む反射屈折系のいずれであってもよい。また、投影光学系ＰＬは、倒立像と正立像とのいずれを形成してもよい。

次に、液体ＬＱ及び最終光学素子ＬＳ１について説明する。以下の説明においては、簡単のため、液体ＬＱの露光光ＥＬに対する屈折率を、液体ＬＱの屈折率、と適宜称し、最終光学素子ＬＳ１の露光光ＥＬに屈折率を、最終光学素子ＬＳ１の屈折率、と適宜称する。

本実施形態においては、液体ＬＱの露光光ＥＬ（ＡｒＦエキシマレーザ光：波長１９３ｎｍ）に対する屈折率は、最終光学素子ＬＳ１の露光光ＥＬに対する屈折率よりも高い。光路空間Ｋは、最終光学素子ＬＳ１の屈折率よりも高い屈折率を有する液体ＬＱで満たされる。例えば、最終光学素子ＬＳ１が石英で形成される場合には、石英の屈折率は１．５程度なので、液体ＬＱとしてはその屈折率が石英の屈折率よりも高い例えば１．６〜１．８程度のものが使用される。

最終光学素子ＬＳ１の＋Ｚ側（物体面側、マスク側）の光路空間は気体（例えば窒素）で満たされる。最終光学素子ＬＳ１の−Ｚ側（像面側、基板側）の光路空間は液体ＬＱで満たされる。最終光学素子ＬＳ１の＋Ｚ側（物体面側）の面（以下、第１面と称する）は、投影光学系ＰＬの物体面側（マスク側）に向かって湾曲した凸状の曲面（凸面）を有する。その曲面は、基板Ｐの表面（像面）に結像するすべての光線が入射するような形状を有する。

最終光学素子ＬＳ１の−Ｚ側（像面側）の面（以下、第２面と称する）は、基板Ｐから離れる方向に向かって湾曲した凹状の曲面（凹面２）を有する。その第２面（凹面２）は、第１面の形状と同様に、基板Ｐの表面に結像する全ての光線が入射するような形状を有する。

なお、最終光学素子ＬＳ１の第１面及び第２面の曲面形状は、投影光学系ＰＬが所望の性能を得られるように適宜決定することができる。第１面及び第２面のそれぞれが、同じ曲率中心を有する球面状でもよいし、非球面形状でもよい。

投影光学系ＰＬの像面側の開口数ＮＡは以下の式で表される。
ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ … （１）
ここで、ｎは液体ＬＱの屈折率であり、θは収束半角である。また、解像度Ｒａ、及び焦点深度δはそれぞれ以下の式で表される。
Ｒａ＝ｋ_１・λ／ＮＡ … （２）
δ＝±ｋ_２・λ／ＮＡ^２ … （３）
ここで、λは露光波長、ｋ_１、ｋ_２はプロセス係数である。このように、高い屈折率（ｎ）を有する液体ＬＱによって開口数ＮＡを約ｎ倍にすることで、（２）式、（３）式より、解像度及び焦点深度を大幅に向上することができる。

また、最終光学素子ＬＳ１の屈折率以上の投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを得ようとした場合、最終光学素子ＬＳ１の基板Ｐと対向する第２面が光軸ＡＸとほぼ垂直な平坦面であると、露光光ＥＬの一部が、最終光学素子ＬＳ１と液体ＬＱとの界面（すなわち第２面）で全反射して、投影光学系ＰＬの像面まで到達することができない。例えば、最終光学素子ＬＳ１の屈折率をｎ_３、液体ＬＱの屈折率をｎ_４、最終光学素子ＬＳ１と液体ＬＱとの界面（第２面）へ入射する露光光ＥＬの最外の光線の光軸ＡＸに対する角度をθ_３、その界面から射出する（液体ＬＱへ入射する）最外の光線の光軸ＡＸに対する角度をθ_４とすると、スネルの法則により以下の式が成立する。
ｎ_３ｓｉｎθ_３＝ｎ_４ｓｉｎθ_４ … （４）
また、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡは、液体ＬＱの屈折率ｎ_４、液体ＬＱへ入射する最外の光線の光軸ＡＸに対する角度θ_４を使うと次式で表される。
ＮＡ＝ｎ_４ｓｉｎθ_４ … （５）
（４）、（５）式より以下の式が成立する。
ｓｉｎθ_３＝ＮＡ／ｎ_３ … （６）
したがって、（６）式からも明らかなように、最終光学素子ＬＳ１と液体ＬＱとの界面（第２面）が光軸ＡＸとほぼ垂直な平坦面であって、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが最終光学素子ＬＳ１の屈折率ｎ_３よりも大きい場合には、露光光ＥＬの一部が液体ＬＱに入射することができない。これに対して、本実施形態の最終光学素子ＬＳ１の第２面は凹面２を有しているので、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが、最終光学素子ＬＳ１の屈折率ｎ_３よりも大きい場合であっても、露光光ＥＬの最外の光線は像面まで良好に到達することができる。

液体ＬＱとしては、例えばイソプロパノール及びグリセロールといったＣ−Ｈ結合又はＯ−Ｈ結合を持つ所定液体、ヘキサン、ヘプタン、デカン等の所定液体（有機溶剤）、デカリン、バイサイクロヘクシル等の所定液体が挙げられる。あるいは、これら所定液体のうち任意の２種類以上の液体が混合されたものであってもよいし、純水に上記所定液体が添加（混合）されたものであってもよい。あるいは、液体ＬＱとしては、純水に、Ｈ^＋、Ｃｓ^＋、Ｋ^＋、Ｃｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＰＯ_４ ^２−等の塩基又は酸を添加（混合）したものであってもよい。更には、純水にＡｌ酸化物等の微粒子を添加（混合）したものであってもよい。これら液体ＬＱは、ＡｒＦエキシマレーザ光を透過可能である。また、液体ＬＱとしては、光の吸収係数が小さく、温度依存性が少なく、投影光学系ＰＬ及び／又は基板Ｐの表面に塗布されている感光材に対して安定なものであることが好ましい。

また、最終光学素子ＬＳ１は、例えば石英（シリカ）で形成することができる。あるいは、フッ化カルシウム（蛍石）、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、及びＢａＬｉＦ_３等のフッ化化合物の単結晶材料で形成されてもよい。更に、最終光学素子ＬＳ１は、ルテチウムアルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ）で形成されてもよい。また、光学素子ＬＳ２〜ＬＳ７を、上述の材料で形成することができる。また、例えば光学素子ＬＳ２〜ＬＳ７を蛍石で形成し、光学素子ＬＳ１を石英で形成してもよいし、光学素子ＬＳ２〜ＬＳ７を石英で形成し、光学素子ＬＳ１を蛍石で形成してもよいし、光学素子ＬＳ１〜ＬＳ５の全てを石英（あるいは蛍石）で形成してもよい。また、最終光学素子ＬＳ１を含む投影光学系ＰＬの光学素子として、石英及び蛍石よりも屈折率が高い（例えば１．６以上）材料を用いてもよい。例えば、国際公開第２００５／０５９６１７号パンフレットに開示されているような、サファイア、二酸化ゲルマニウム等を用いて投影光学系の光学素子を形成することができる。あるいは、国際公開第２００５／０５９６１８号パンフレットに開示されているような、塩化カリウム（屈折率約１．７５）等を用いて、投影光学系の光学素子を形成することができる。

図２は最終光学素子ＬＳ１近傍を示す図である。最終光学素子ＬＳ１を保持する鏡筒ＰＫは、露光光ＥＬが照射可能な位置、すなわち凹面２と対向する位置に配置された基板ステージ４上の基板Ｐの表面１０と対向するように、且つ露光光ＥＬの光路空間Ｋを囲むように設けられた下面２０を有している。本実施形態において、下面２０は、光路空間Ｋ及び凹面２を囲み、基板ステージ４に保持された基板Ｐの表面１０（ＸＹ平面）とほぼ平行に設けられている。また、本実施形態においては、鏡筒ＰＫの下面２０は、投影光学系ＰＬのうち、基板ステージ４に保持された基板Ｐの表面１０に最も近くに配置された面である。

本実施形態においては、最終光学素子ＬＳ１の凹面２と、基板ステージ４に保持された基板Ｐの表面１０との間の露光光ＥＬの光路空間Ｋを液体ＬＱで満たして液浸領域ＬＲを形成したときに、液体ＬＱの表面張力で、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧが、基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に保持及び維持される。界面ＬＧは、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱとその外側の気体空間との境界面を言う。

本実施形態においては、液体ＬＱの表面張力で、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に保持及び維持されるように、液浸領域ＬＲを形成するための液浸条件、及び鏡筒ＰＫの下面２０の条件の少なくとも一方が設定されている。液浸条件、及び鏡筒ＰＫの下面２０の条件の少なくとも一方は、基板Ｐの表面１０の条件に応じて設定される。

ここで、液浸条件とは、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの密度、及び液体ＬＱの量の少なくとも一方に関する条件を含む。液体ＬＱの量に関する条件は、凹面２のうち基板Ｐの表面１０に対して最も遠い位置と基板Ｐの表面との距離条件、及び液浸領域ＬＲの径方向の大きさに関する条件の少なくとも一方を含む。

また、鏡筒ＰＫの下面２０の条件とは、基板Ｐの表面１０との距離条件、及び鏡筒ＰＫの下面２０における液体ＬＱの接触角条件の少なくとも一方を含む。

また、基板Ｐの表面１０の条件とは、基板Ｐの表面１０における液体ＬＱの接触角条件を含む。

具体的には、ρ×ｇ×ｈ ＜ （γ×（ｃｏｓθ_１＋ｃｏｓθ_２）／ｄ）＋（γ／Ｒ）＋Ｐ_Ａ …（７）の条件を満足するように、基板Ｐの表面１０の条件に応じて、液浸条件、及び鏡筒ＰＫの下面２０の条件の少なくとも一方が設定されている。
但し、
ρ：液体ＬＱの密度、
ｇ：重力加速度、
ｈ：凹面２のうち基板Ｐの表面１０に対して最も遠い位置とその表面１０との距離、
γ：液体ＬＱの表面張力、
θ_１：基板Ｐの表面１０の液体ＬＱに対する接触角、
θ_２：鏡筒ＰＬの下面２０の液体ＬＱに対する接触角、
ｄ：基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＬの下面２０との距離、
Ｒ：液浸領域の半径、
Ｐ_Ａ：液浸領域の周囲の圧力、である。

ここで、液浸領域ＬＲは、ＸＹ方向においてほぼ円形状に形成されるものとする。半径Ｒは、液浸領域ＬＲの中心（光軸ＡＸ）と液浸領域ＬＲのエッジとのＸＹ方向における距離をいう。

（７）式の左項（ρ×ｇ×ｈ）は、露光光ＥＬの光路空間Ｋを満たす液体ＬＱがその液体ＬＱの重み（静液圧）により外側へ拡がろうとする力（以下、第１の力Ｆ１、と称する）を表す。（７）式の右項（γ×（ｃｏｓθ_１＋ｃｏｓθ_２）／ｄ＋γ／Ｒ）は、液体ＬＱの界面ＬＧでの表面張力に起因して光路空間Ｋを満たす液体ＬＱの外側への拡がりを押さえ込もうとする力（以下、第２の力Ｆ２、と称する）を表している。

したがって、第２の力Ｆ２が第１の力Ｆ１よりも大きくなるように、すなわち（７）式の条件を満足するように、基板Ｐの表面１０の条件に応じて、液浸領域ＬＲを形成するための液浸条件、及び鏡筒ＰＫの下面２０の条件の少なくとも一方を設定することにより、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧを、基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に維持することができる。液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧを、基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に維持することで、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱの流出を抑制することができ、液体ＬＱを凹面２の内側で良好に保持し、液体ＬＱと凹面２とを密着させることができる。したがって、光路空間Ｋ上（例えば凹面２と液体ＬＱとの界面など）に気体部分が生成される等の不具合の発生が抑制される。したがって、露光光ＥＬを基板Ｐ上まで良好に到達させることができる。

（７）式の条件を満足するためには、接触角θ_１、θ_２は可能な限り大きい方が望ましい。すなわち、基板Ｐの表面１０及び鏡筒ＰＫの下面２０は液体ＬＱに対して撥液性を有することが望ましい。また、液体ＬＱの表面張力γは可能な限り大きい方が望ましく、液体ＬＱの密度ρは小さい方が望ましい。また、基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との距離ｄは可能な限り小さい方が望ましい。また、液浸領域ＬＲの半径Ｒは可能な限り小さい方が望ましく、凹面２のうち基板Ｐの表面１０に対して最も遠い位置と基板Ｐの表面１０との距離ｈも小さい方が望ましい。すなわち、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの量は可能な限り少ない方が望ましい。

例えば、基板Ｐの表面１０の条件に応じて、鏡筒ＰＫの下面２０の条件を設定することができる。上述のように、基板Ｐの表面１０の条件は、基板Ｐの表面１０における液体ＬＱの接触角条件を含む。例えば、基板Ｐの表面１０が、感光材からなる膜（以下、感光材膜、と称する）、その感光材膜を液体ＬＱから保護するために感光材膜上に設けられる撥液性を有する膜（以下、トップコート膜、と称する）、あるいは反射防止膜など、所定の材料膜で形成される場合、その膜の種類（材料特性）に応じて、基板Ｐの表面１０における液体ＬＱの接触角θ_１が変化する可能性がある。そこで、基板Ｐの表面１０を形成する膜の種類（接触角θ_１）に応じて、界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に維持されるように（（７）式の条件を満足するように）、鏡筒ＰＫの下面２０における液体ＬＱの接触角θ_２を設定することができる。鏡筒ＰＫの下面２０に表面処理を施したり、鏡筒ＰＫを形成する材料を適宜選択することで、界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に維持されるような（（７）式の条件を満足するような）、鏡筒ＰＫの下面２０における液体ＬＱの接触角θ_２を得ることができる。

また、界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に維持されるように（（７）式の条件を満足するように）、液体ＬＱの種類を適宜変更したり、あるいは液体ＬＱの材料特性（密度、表面張力）を適宜調整するようにしてもよい。すなわち、液体ＬＱの種類を適宜変更したり、液体ＬＱの材料特性を適宜調整することで、界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に維持されるような密度ρ、表面張力γ、接触角θ_１、θ_２を有する液体ＬＱで光路空間Ｋを満たすことができる。例えば、（７）式の条件を満足するような所望の密度ρが得られるように、液体ＬＱに添加物を添加したり、複数種類の液体を混合するなどして、液体ＬＱの材料特性を調整することで、（７）式の条件を満足することができる。

また、図２に示す例では、半径Ｒは、光路空間Ｋを満たすために光路空間Ｋに供給された液体ＬＱの量に応じて決定されるため、液体ＬＱの供給量を調整することで、半径Ｒを調整することができる。また、半径Ｒが、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱに接触する部材の構造（例えば、後述するノズル部材７０の構造）に応じて決定される場合には、界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に維持されるように（（７）式の条件を満足するように）、その部材の構造を最適化すればよい。

また、距離ｄ及び距離ｈが露光装置ＥＸの設計時において決定される場合には、その設計時に、界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に維持されるように（（７）式を満足するように）、距離ｄ、距離ｈを決定すればよい。

また、圧力Ｐ_Ａは、液浸領域ＬＲの界面ＬＧが接触する液浸領域ＬＲの周囲の気体空間の圧力であって、本実施形態において大気圧（１気圧）である。なお、特開２００４−２８９１２６号公報（対応米国特許公開第２００４／０２０７８２４号公報）に開示されているように、液浸領域ＬＲの周囲でガスを吹き出して液浸領域ＬＲの拡がりを抑えるガスシール機構を採用する場合には、そのガスの吹き出しを考慮して液浸領域ＬＲの周囲の圧力Ｐ_Ａを決定すればよい。

次に、上述の構成を有する露光装置ＥＸを用いて基板Ｐを露光する方法について説明する。本実施形態においては、露光装置ＥＸが、基板Ｐの表面１０の条件に応じて、液浸条件のうち、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの密度ρを調整する場合を例にして説明する。

まず、図３に示すように、塗布装置８によって、基板Ｐの基材（半導体ウエハなど）上に所定の材料を塗布する処理が行われる。基材上には所定の材料膜（感光材膜、トップコート膜、反射防止膜など）が形成される。そして、その所定の材料膜によって形成された表面１０を有する基板Ｐが基板ステージ４にロードされる。

制御装置７には、基板ステージ４にロードされる基板Ｐの表面１０の情報、すなわち塗布装置８で形成された材料膜の情報が予め入力される。例えば、塗布装置８と制御装置７との間で信号（情報）を通信可能な通信装置によって、塗布装置８で形成された材料膜の情報が制御装置７に送信される。

露光装置ＥＸは、凹面２と基板Ｐの表面１０との間に供給する液体ＬＱの密度ρを調整する調整装置９を備えており、制御装置７は、基板Ｐの表面１０の条件に応じて、光路空間Ｋを満たすための液体ＬＱの密度ρを調整装置９を用いて調整する。

制御装置７は、（７）式の条件を満足させるために、調整装置９を用いて、光路空間Ｋを満たすための液体ＬＱの密度ρを調整する。調整装置９は、例えば添加物を添加したり、複数種類の液体を混合するなどして、光路空間Ｋを満たすための液体ＬＱの密度ρを調整する。そして、制御装置７は、その密度ρが調整された液体ＬＱで、最終光学素子ＬＳ１の凹面２と基板Ｐの表面１０との間の光路空間Ｋを満たす。

なお、互いに異なる密度ρを有する複数種類の液体ＬＱを用意しておき、制御装置７は、基板Ｐの表面１０の条件に応じて、複数種類の液体ＬＱのうち、（７）式の条件を満足させるような液体ＬＱを選択し、その液体ＬＱで光路空間Ｋを満たすようにしてもよい。

（７）式の条件を満足することで、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧは、液体ＬＱの表面張力により、基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に形成され、液体ＬＱは、光路空間Ｋから流出することなく、凹面２と良好に接触（密着）することができる。

制御装置７は、最終光学素子ＬＳ１を含む投影光学系ＰＬと、最終光学素子ＬＳ１の凹面２と基板Ｐの表面１０との間を満たす液体ＬＱとを介して、基板Ｐ上に露光光ＥＬを照射して、その基板Ｐを露光する。

本実施形態の露光装置ＥＸは、マスクＭと基板Ｐとを所定の走査方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向）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）である。制御装置７は、凹面２の内側の空間を含む露光光ＥＬの光路空間Ｋを液体ＬＱで満たした状態で、マスクステージ３と基板ステージ４とを走査方向に同期移動しつつ、マスクＭのパターン像を投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介して基板Ｐ上に投影する。

基板Ｐを移動しつつ露光する場合にも、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧは、液体ＬＱの表面張力により、基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に維持される。したがって、露光装置ＥＸは、液体ＬＱを光路空間Ｋから流出させることなく、凹面２と良好に接触（密着）させた状態で、基板Ｐを露光することができる。

以上説明したように、最終光学素子ＬＳ１の凹面２と基板Ｐの表面１０との間の露光光ＥＬの光路空間Ｋを液体ＬＱで満たして液浸領域ＬＲを形成したときに、液体ＬＱの表面張力で液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧを基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に維持することで、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱの流出を抑制しつつ、凹面２と液体ＬＱとを密着させることができる。したがって、露光装置ＥＸは、凹面２と基板Ｐの表面１０との間の光路空間Ｋに気体部分が生成されてしまうなどといった不具合の発生を抑制することができ、光路空間Ｋを液体ＬＱで良好に満たした状態で、基板Ｐを露光することができる。

なお、本実施形態においては、基板Ｐの表面１０の条件に応じて、液浸領域ＬＲを形成するための液浸条件（液体ＬＱの密度）を調整しているが、鏡筒ＰＫの下面２０の条件を調整してもよい。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について図４を参照しながら説明する。第２実施形態において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

上述の第１実施形態においては、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱの界面ＬＧは、基板ステージ４に保持された基板Ｐの表面１０と、投影光学系ＰＬのうち基板Ｐの表面１０に対して最も近くに配置されている最終光学素子ＬＳ１を保持する鏡筒ＰＫの下面２０との間に形成されるが、例えば、図４に示すように、界面ＬＧは、基板ステージ４に保持された基板Ｐの表面１０と、最終光学素子ＬＳ１の一部との間に形成されてもよい。図４において、最終光学素子ＬＳ１は、基板Ｐの表面１０と対向するフランジ面２Ｆを有している。フランジ面２Ｆは、投影光学系ＰＬのうち、基板Ｐの表面１０に対して最も近くに配置されている。界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と最終光学素子ＬＳ１のフランジ面２Ｆとの間に維持されることにより、液体ＬＱが流出したり、光路空間Ｋに気体部分が生成される等の不具合の発生が抑制され、露光装置ＥＸは基板Ｐを良好に露光することができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について図５を参照しながら説明する。第３実施形態において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図５において、露光装置ＥＸは、最終光学素子ＬＳ１を囲むように設けられ、光路空間Ｋに対して液体ＬＱを供給する供給口７２及び液体ＬＱを回収する回収口７３を有するノズル部材７０を備えている。ノズル部材７０は、基板ステージ４に保持された基板Ｐの表面１０と対向するように、且つ露光光ＥＬの光路空間Ｋを囲むように設けられた下面７１を有している。液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧは、基板ステージ４に保持された基板Ｐの表面１０とノズル部材７０の下面７１との間に維持される。界面ＬＧが基板Ｐの表面１０とノズル部材７０の下面７１との間に維持されることにより、液体ＬＱが流出したり、光路空間Ｋに気体部分が生成される等の不具合の発生が抑制され、露光装置ＥＸは基板Ｐを良好に露光することができる。

なお、ノズル部材７０は、供給口及び回収口の両方を備えている必要はなく、供給口及び回収口のいずれか一方を備えたものであってもよい。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について図６を参照しながら説明する。第４実施形態において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

上述の第１〜第３実施形態においては、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧが、露光光ＥＬが照射可能な位置に配置された基板Ｐの表面１０と、その基板Ｐの表面１０と対向するように、且つ露光光ＥＬの光路空間Ｋを囲むように設けられ、基板Ｐの表面１０に対して最も近い面との間に形成される場合を例にして説明したが、図６に示すように、界面ＬＧは、基板Ｐの表面１０と、その基板Ｐの表面１０と対向するように、且つ露光光ＥＬの光路空間Ｋを囲むように設けられ、基板Ｐの表面１０に対して最も近いフランジ面２Ｆよりも遠い鏡筒ＰＫの下面２０との間に形成されてもよい。界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に維持されることにより、液体ＬＱが流出したり、光路空間Ｋに気体部分が生成される等の不具合の発生が抑制され、露光装置ＥＸは基板Ｐを良好に露光することができる。

なお、上述の各実施形態においては、液浸領域ＬＲが、ＸＹ方向においてほぼ円形状に形成される場合を例にして説明したが、液浸領域ＬＲのＸＹ方向における形状が円形以外である場合には、例えば実験あるいはシミュレーションなどによって、界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０等との間に維持されるように、液浸領域ＬＲの大きさ（光路空間Ｋを満たす液体ＬＱの量）を決定すればよい。

なお、上述の各実施形態においては、鏡筒ＰＫの下面２０、最終光学素子ＬＳ１のフランジ面２Ｆ、ノズル部材７０の下面７１等は、基板ステージ４に保持された基板Ｐの表面１０（ＸＹ平面）とほぼ平行であるが、基板Ｐの表面１０に対して傾斜していてもよい。

また、上述の各実施形態においては、基板Ｐの表面１０の条件に応じて、界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０等との間に形成されるように（（７）式の条件を満足するように）、液浸領域ＬＲを形成するための液浸条件、及び鏡筒ＰＫの下面２０等の条件の少なくとも一方（露光装置ＥＸの条件）を設定しているが、露光装置ＥＸの条件（液浸条件、鏡筒ＰＫの下面２０等の条件）に応じて、基板Ｐの表面１０の条件を設定するようにしてもよい。すなわち、使用する液体ＬＱの種類、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱの量（半径Ｒ、距離ｈ）、基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０等との距離ｄ、鏡筒ＰＫの下面２０等における液体ＬＱの接触角条件等を含む露光装置ＥＸの条件が決定されている場合には、界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０等との間に形成されるように（（７）式の条件を満足するように）、露光装置ＥＸの条件に応じて、基板Ｐの表面１０の条件を設定する。例えば、制御装置７は、基板Ｐの表面に材料膜を塗布するための塗布装置８に、露光装置ＥＸの条件（情報）を入力する。塗布装置８は、露光装置ＥＸの条件に応じて、界面ＬＧが基板Ｐの表面１０と鏡筒ＰＫの下面２０との間に形成されるような（（７）式の条件を満足するような）、材料膜を基板Ｐ上に形成することができる。

もちろん、露光装置ＥＸ及び塗布装置８とは別の装置を使って、露光装置ＥＸの条件に応じた材料膜を選定するようにしてもよい。

なお、上述の各実施形態においては、液浸領域ＬＲを形成する界面ＬＧは、基板Ｐの表面１０と、その表面１０と対向するように、且つ露光光ＥＬの光路空間Ｋを囲むように設けられた下面２０等との間に維持されるように説明したが、界面ＬＧは、露光光ＥＬが照射可能な位置に配置された基板Ｐ以外の物体の表面と、その表面と対向する面との間に形成されてもよい。例えば、界面ＬＧは、基板ステージ４の上面４Ｆと、鏡筒ＰＫの下面２０との間に形成されてもよい。

また、上述の各実施形態においては、最終光学素子ＬＳ１の凹面２とその凹面２に対向する基板Ｐとの間に液体ＬＱが満たされる場合を例にして説明したが、露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの像面側において、最終光学素子ＬＳ１の凹面２と、その凹面２に対向する例えば基板ステージ４の一部との間に液体ＬＱを満たすことができる。

＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について図７を参照しながら説明する。図７は第５実施形態に係る露光装置を示す概略構成図である。上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

本実施形態では、露光装置ＥＸとしてマスクＭと基板Ｐとを走査方向に同期移動しつつマスクＭに形成されたパターンを基板Ｐに露光する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）を使用する場合を例にして説明する。以下の説明において、水平面内においてマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向）をＹ軸方向、水平面内においてＹ軸方向と直交する方向をＸ軸方向（非走査方向）、Ｘ軸及びＹ軸方向に垂直で投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

本実施形態の露光装置ＥＸは、上記各実施形態と同様に、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式の露光装置であって、投影光学系ＰＬと液体ＬＱとを介して基板Ｐ上に露光光ＥＬを照射して基板Ｐを露光する。液体ＬＱは、投影光学系ＰＬの複数の光学素子ＬＳ１１〜ＬＳ１７のうち、投影光学系ＰＬの像面に最も近い第１光学素子ＬＳ１１と、基板Ｐとの間に満たされる。

露光装置ＥＸは、少なくとも投影光学系ＰＬを用いてマスクＭのパターン像を基板Ｐ上に投影している間、第１光学素子ＬＳ１１と基板Ｐとの間の露光光ＥＬの光路空間Ｋを含む所定空間を液体ＬＱで満たす。露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬと露光光ＥＬの光路空間Ｋを満たす液体ＬＱとを介してマスクＭを通過した露光光ＥＬを基板ステージ４に保持された基板Ｐ上に照射することによって、マスクＭのパターン像を基板Ｐ上に投影して、基板Ｐを露光する。また、本実施形態の露光装置ＥＸは、第１光学素子ＬＳ１１と基板Ｐとの間の露光光ＥＬの光路空間Ｋに満たされた液体ＬＱが、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲを含む基板Ｐ上の一部の領域に、投影領域ＡＲよりも大きく且つ基板Ｐよりも小さい液浸領域ＬＲを局所的に形成する局所液浸方式を採用している。

露光装置ＥＸは、床面上に設けられたベースＢＰと、そのベースＢＰ上に設置されたメインフレーム１０２とを備えている。照明系ＩＬは、メインフレーム１０２の上部に固定されたサブフレーム１０２Ｆにより支持される。マスクステージ３は、エアベアリング３Ａによりマスクステージ定盤３Ｂの上面（ガイド面）に対して非接触支持されている。マスクステージ定盤３Ｂは、メインフレーム１０２の内側に向かって突出する上側支持部１０２Ａに防振装置３Ｓを介して支持されている。基板ステージ４は、基板Ｐを保持する基板ホルダ４Ｈを有しており、リニアモータ等のアクチュエータを含む基板ステージ駆動装置４Ｄの駆動により、基板ホルダ４Ｈに基板Ｐを保持した状態で、基板ステージ定盤４Ｂ上で、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６自由度の方向に移動可能である。基板ステージ４は、エアベアリング４Ａにより基板ステージ定盤４Ｂの上面（ガイド面）に対して非接触支持されている。基板ステージ定盤４Ｂは、ベースＢＰに防振装置４Ｓを介して支持されている。

次に、本実施形態の投影光学系ＰＬについて図７〜図１１を参照して説明する。図８は投影光学系ＰＬの近傍を示す図である。図９Ａは第１光学素子ＬＳ１１を示す側断面図、図９Ｂは平面図である。図１０は鏡筒５に支持されている第１光学素子ＬＳ１１を示す側断面図、図１１は鏡筒５に支持されている第１光学素子ＬＳ１１を示す平面図である。

図７において、投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターン像を所定の投影倍率で基板Ｐに投影するものであって、複数の光学素子ＬＳ１１〜ＬＳ１７を有している。光学素子ＬＳ１１〜ＬＳ１７は鏡筒５で保持されている。本実施形態においては、第１光学素子ＬＳ１１を含む投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとＺ軸方向とは平行となっている。鏡筒５はフランジ５Ｆを有しており、投影光学系ＰＬはフランジ５Ｆを介して鏡筒定盤（メインコラム）５Ｂに支持されている。メインコラム５Ｂは、メインフレーム１０２の内側に向かって突出する下側支持部１０２Ｂに防振装置５Ｓを介して支持されている。

図８〜図１１に示すように、第１光学素子ＬＳ１１は、露光光ＥＬが入射される入射面１１及び露光光ＥＬが射出される光射出面１２を有している。第１光学素子ＬＳ１１の入射面１１と光射出面１２とは互いにほぼ同心である。入射面１１は凸の球面を有し、光射出面１２は凹の球面を有する。すなわち、第１光学素子ＬＳ１１は、凸面１１と凹面１２とを有する。図９Ａ及び９Ｂに示すように、入射面１１の曲率中心と光射出面１２の曲率中心とは一致している。曲率中心Ｃと入射面１１との距離（曲率半径）をｒ１とし、曲率中心Ｃと光射出面１２との距離（曲率半径）をｒ２とする。

露光装置ＥＸは、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２と基板Ｐの表面とを対向させ、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２と基板Ｐの表面との間の露光光ＥＬの光路空間Ｋを含む所定空間を液体ＬＱで満たした状態で、露光光ＥＬを基板Ｐ上に照射する。ここで、基板Ｐの表面とは、感光材が塗布された露光面である。光射出面１２及び基板Ｐの表面は、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱと接触する。

図１０及び図１１に示すように、本実施形態においては、第１光学素子ＬＳ１１は、鏡筒５の下端に設けられた支持装置６で支持される。支持装置６は、入射面１１及び光射出面１２の曲率中心Ｃを回転中心として、第１光学素子ＬＳ１１を回転可能に支持する。本実施形態においては、露光装置ＥＸは、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２と基板Ｐの表面との間を液体ＬＱで満たした状態で、第１光学素子ＬＳ１１と基板ＰとをＹ軸方向に相対的に移動しつつ基板Ｐを露光する。支持装置６は、曲率中心Ｃを通り、Ｙ軸方向と交差するＸ軸方向と平行な軸Ｇ周りに、すなわち軸Ｇを回転中心としてθＸ方向に、第１光学素子ＬＳ１１を回転可能に支持する（図１０の矢印Ｋｘ参照）。

支持装置６は、第１光学素子ＬＳ１１の下端面１３を支持する支持面６０を有する第１部材６１と、第１部材６１のＸ軸方向両側の端面と鏡筒５の下端とを接続する接続部材６２とを含む。接続部材６２は、鏡筒５に対して第１部材６１をθＸ方向に回転（傾斜）可能に支持する。第１部材６１と鏡筒５との間にはスリット６４が形成されている。第１部材６１は鏡筒５に対して回転可能である。接続部材６２は、第１光学素子ＬＳ１１が軸Ｇ周りに回転可能なように、その第１光学素子ＬＳ１１を支持する支持面６０を有する第１部材６１を回転可能に支持する。

なお、本実施形態においては、例えば放電加工を用いて、鏡筒５の下端の一部に、例えば０．５ｍｍ以下の幅（スリット幅）を有するスリット６４を形成することによって、第１部材６１及び接続部材６２が形成されている。

露光装置ＥＸは、基板Ｐの表面と対向するように、且つ第１光学素子ＬＳ１１の光軸ＡＸに対して光射出面１２の外側に設けられた第１下面６３を有している。本実施形態においては、第１下面６３は、第１光学素子ＬＳ１１を支持する第１部材６１の下面及び鏡筒５の下面を含む。本実施形態において、第１部材６１は、第１光学素子ＬＳ１１の外形に応じて環状に形成されている。具体的には、第１下面６３は、光射出面１２を取り囲むように環状に形成されている。また、第１下面６３は、第１光学素子ＬＳ１１の光軸ＡＸに対してほぼ垂直に形成されている。すなわち、第１下面６３は、ＸＹ平面（水平面）とほぼ平行に形成されている。

また、露光装置ＥＸは、第１光学素子ＬＳ１１の光軸ＡＸに対して第１下面６３よりも外側で、且つ第１下面６３よりも基板Ｐの表面に近い位置に設けられ、光軸ＡＸを向く側面８４を備えている。本実施形態においては、メインフレーム１０２の下側支持部１０２Ｂに、鏡筒５及び第１部材６１とは別の第２部材１０８が接続されており、側面８４は、その第２部材１０８に形成されている。第２部材１０８は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して鏡筒５の外側に配置されており、鏡筒５を取り囲むように形成されている。側面８４は、第１光学素子ＬＳ１１の光軸ＡＸに対して第１下面６３よりも外側で、光軸ＡＸを取り囲むように環状に形成されている。また、側面８４は、光軸ＡＸとほぼ平行に、すなわち、Ｚ軸方向とほぼ平行に形成されている。

本実施形態においては、第１下面６３を有する第１部材６１（鏡筒５）と、側面８４を形成する第２部材１０８とは僅かに離れている。なお、第１下面６３を有する第１部材６１（鏡筒５）と、側面８４を形成する第２部材１０８とは接触していてもよい。

側面８４は、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２に作用する液体ＬＱの力を低減するために設けられ、光射出面１２に作用する液体ＬＱの圧力が第１下面６３に作用する液体ＬＱの圧力よりも小さくなるように設けられている。具体的には、側面８４は、光射出面１２に作用する第１光学素子ＬＳ１１のＸＹ方向への液体ＬＱの圧力が小さくなるように配置され、光射出面１２に作用する第１光学素子ＬＳ１１のＸＹ方向への液体ＬＱの圧力が、第１下面６３に作用するＺ軸方向への液体ＬＱの圧力よりも小さくなるように配置される。

また、第２部材１０８は、基板Ｐの表面と対向するように、且つ第１光学素子ＬＳ１１の光軸ＡＸに対して第１下面６３及び側面８４の外側に設けられた第２下面８３を有している。第２部材１０８は、第１部材６１及び鏡筒５を取り囲むように形成されており、第２下面８３は、光射出面１２、側面８４、及び第１下面６３を取り囲むように環状に形成されている。また、第２下面８３は、ＸＹ平面（水平面）とほぼ平行に形成されている。

図１０等に示すように、基板Ｐ上に液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱは、光射出面１２と基板Ｐの表面との間、及び第１下面６３の少なくとも一部と基板Ｐの表面との間に保持される。本実施形態においては、光射出面１２と基板Ｐの表面との間の露光光ＥＬの光路空間Ｋを液体ＬＱで満たして液浸領域ＬＲを形成したときに、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧは、液体ＬＱの表面張力により、基板Ｐの表面と第２下面８３との間に維持される。界面ＬＧは、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱとその外側の気体空間との境界面を言う。露光装置ＥＸは、第１光学素子ＬＳ１１を含む投影光学系ＰＬと、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２と基板Ｐの表面との間を満たす液体ＬＱとを介して、基板Ｐ上に露光光ＥＬを照射する。

本実施形態においては、液体ＬＱの表面張力で、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧが基板Ｐの表面と第２下面８３との間に維持されるように、液浸領域ＬＲを形成するための液浸条件、及び第２下面８３の条件の少なくとも一方が設定されている。液浸条件、及び第２下面８３の条件の少なくとも一方は、基板Ｐの表面の条件に応じて設定される。ここで、液浸条件とは、液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの密度、及び液体ＬＱの量の少なくとも一方に関する条件を含む。液体ＬＱの量に関する条件は、光射出面１２のうち基板Ｐの表面に対して最も遠い位置と基板Ｐの表面との距離条件、及び液浸領域ＬＲの径方向の大きさに関する条件の少なくとも一方を含む。また、第２下面８３の条件とは、基板Ｐの表面との距離条件、及び第２下面８３における液体ＬＱの接触角条件の少なくとも一方を含む。また、基板Ｐの表面の条件とは、基板Ｐの表面における液体ＬＱの接触角条件を含む。これら各条件を最適化することで、基板Ｐの表面と第２下面８３との間に界面ＬＧを維持することができ、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２と基板Ｐの表面との間を液体ＬＱで満たした状態で第１光学素子ＬＳ１１と基板Ｐとを相対的に移動した場合でも、液体ＬＱの流出を抑えることができる。

次に、液体ＬＱ及び第１光学素子ＬＳ１１について説明する。以下の説明においては、簡単のため、液体ＬＱの露光光ＥＬに対する屈折率を、液体ＬＱの屈折率、と適宜称し、第１光学素子ＬＳ１１の露光光ＥＬに屈折率を、第１光学素子ＬＳ１１の屈折率、と適宜称する。

本実施形態においては、液体ＬＱの露光光ＥＬ（ＡｒＦエキシマレーザ光：波長１９３ｎｍ）に対する屈折率は、第１光学素子ＬＳ１１の露光光ＥＬに対する屈折率よりも高い。光路空間Ｋは、第１光学素子ＬＳ１１の屈折率よりも高い屈折率を有する液体ＬＱで満たされる。例えば、第１光学素子ＬＳ１１が石英で形成される場合には、石英の屈折率は１．５程度なので、液体ＬＱとしてはその屈折率が石英の屈折率よりも高い例えば１．６〜２．０程度のものを使用することができる。

第１光学素子ＬＳ１１の＋Ｚ側（物体面側、マスク側）の光路空間は気体（例えば窒素）で満たされ、第１光学素子ＬＳ１１の−Ｚ側（像面側、基板側）の光路空間は液体ＬＱで満たされる。前述したように、第１光学素子ＬＳ１１は、凸状の入射面１１と凹状の光射出面１２とを有する凹凸レンズを有する。すなわち、第１光学素子ＬＳ１１の＋Ｚ側の入射面１１及び−Ｚ側の光射出面１２はそれぞれ、基板Ｐの表面から離れる方向に向かって湾曲した曲面（球面）を有し、基板Ｐの表面（像面）に結像すべき全ての光線が入射するような形状となっている。

前述した（１）〜（６）式からも明らかなように、第１光学素子ＬＳ１１と液体ＬＱとの界面（光射出面１２）が光軸ＡＸとほぼ垂直な平坦面であって、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが第１光学素子ＬＳ１１の屈折率ｎ_１よりも大きい場合には、露光光ＥＬの一部が液体ＬＱに入射することができない。これに対して、本実施形態の第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２は曲面（球面）なので、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが第１光学素子ＬＳ１１の屈折率ｎ_１よりも大きい場合であっても、第１光学素子ＬＳ１１と液体ＬＱとの界面に入射する光線の入射角が小さいので、露光光ＥＬの最外の光線は像面まで良好に到達することができる。

このように、液体ＬＱの露光光ＥＬに対する屈折率が、第１光学素子ＬＳ１１の露光光ＥＬに対する屈折率よりも高く、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが、第１光学素子ＬＳ１１の露光光ＥＬに対する屈折率よりも大きい場合において、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２を、基板Ｐの表面から離れる方向に向かって湾曲した曲面（球面、凹面）とすることにより、露光光ＥＬを基板Ｐ上まで良好に到達させることができる。

次に、上述の構成を有する露光装置ＥＸを用いて基板Ｐを露光する方法について説明する。

第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２と基板Ｐの表面との間の光路空間Ｋを含む空間が液体ＬＱで満たされた後、制御装置７は、基板Ｐの露光を開始する。上述したように、本実施形態の露光装置ＥＸは、マスクＭと基板Ｐとを所定の走査方向（本実施形態ではＹ軸方向）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）である。制御装置７は、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２と基板Ｐの表面との間を液体ＬＱで満たした状態で、マスクステージ３と基板ステージ４とを走査方向に同期移動しつつ、マスクＭのパターン像を投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介して基板Ｐ上に投影する。

第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２と基板Ｐの表面との間を液体ＬＱで満たした状態で第１光学素子ＬＳ１１に対して基板Ｐと移動した場合、例えば、光射出面１２に液体ＬＱの力（圧力）が作用し、光射出面１２が僅かに変形したり、あるいは第１光学素子ＬＳ１１が動いてしまう可能性がある。

図１２は、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２と基板Ｐの表面との間を液体ＬＱで満たした状態で第１光学素子ＬＳ１１に対して基板Ｐと移動したときの液体ＬＱの圧力（圧力分布）のシミュレーション結果を示す図である。図１２は、側面８４が設けられていない場合のシミュレーション結果である。また、図においては、液体ＬＱの圧力が高い領域が濃い色で示され、液体ＬＱの圧力が低い領域が薄い色で示されている。

第１光学素子ＬＳ１１に対して、基板Ｐを−Ｙ方向に移動した場合、図１２に示すように、光射出面１２に作用する−Ｙ方向への液体ＬＱの圧力が大きくなる。すなわち、基板Ｐを−Ｙ方向に移動することによって、光射出面１２の周縁の領域に、−Ｙ方向への大きな液体ＬＱの力−Ｆｙが作用する。基板Ｐの移動方向への液体ＬＱの力−Ｆｙが発生した場合、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２が変形したり、第１光学素子ＬＳ１１がＹ軸方向へ動く可能性があり、第１光学素子ＬＳ１１の光学特性が劣化する可能性がある。

図１３は、光軸ＡＸに対して光射出面１２の外側に、第１下面６３及び側面８４を設けた場合のシミュレーション結果を示す図である。第１光学素子ＬＳ１１に対して、基板Ｐを−Ｙ方向に移動した場合、図１３に示すように、側面８４に作用する−Ｙ方向への液体ＬＱの圧力が大きくなる。すなわち、基板Ｐを−Ｙ方向に移動することによって、側面８４に、−Ｙ方向への大きな液体ＬＱの力−Ｆｙが作用する。一方、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２に作用する−Ｙ方向への液体ＬＱの圧力は低減される。このように、側面８４を設けることにより、光射出面１２に作用する−Ｙ方向への液体ＬＱの圧力を小さくすることができ、光射出面１２に作用する液体ＬＱの力を低減することができる。液体ＬＱの力−Ｆｙを受ける側面８４は、第１光学素子ＬＳ１１を支持する第１部材６１とは別の第２部材１０８なので、第１光学素子ＬＳ１１をＹ軸方向に動かしたり、変形させてしまうといった不都合の発生を抑制することができる。

また、側面８４を設けることによって、基板Ｐを−Ｙ方向に移動したときに、光軸ＡＸに対して−Ｙ側の第１下面６３と側面８４と基板Ｐの表面とで囲まれた空間５１の圧力が上昇する。空間５１の圧力が上昇した場合、第２部材１０８の側面８４に対して−Ｙ方向に作用する力−Ｆｙと、第１下面６３に対して＋Ｚ方向に作用する力＋Ｆｚとが発生する。一方、基板Ｐを−Ｙ方向に移動したときに、光軸ＡＸに対して＋Ｙ側の第１下面６３と側面８４と基板Ｐの表面とで囲まれた空間５２の圧力が低下し、その第２部材１０８の側面８４に対して−Ｙ方向に作用する力−Ｆｙと、第１下面６３に対して−Ｚ方向に作用する力−Ｆｚとが発生する。光軸ＡＸに対して−Ｙ側の第１下面６３に＋Ｚ方向の力＋Ｆｚが作用し、＋Ｙ側の第１下面６３に−Ｚ方向の力−Ｆｚが作用することにより、第１光学素子ＬＳ１１には、θＸ方向への力が作用する。第１光学素子ＬＳ１１は、支持装置６によって、入射面１１及び光射出面１２の曲率中心Ｃを通る軸Ｇ周りの方向（θＸ方向）に回転可能に支持されているので、第１下面６３に＋Ｆｚ、−Ｆｚの力が作用することにより、第１光学素子ＬＳ１１は、曲率中心Ｃを回転中心として回転する（矢印Ｋｘ参照）。

本実施形態においては、第１光学素子ＬＳ１１の入射面１１と光射出面１２とは同心な球面であり、支持装置６によって、曲率中心Ｃを回転中心として回転するようになっている。したがって、第１光学素子ＬＳ１１が曲率中心Ｃを回転中心として回転しても、露光光ＥＬに対する光学特性はほぼ変化しない。

また、光射出面１２に作用するＹ軸方向への液体ＬＱの圧力が第１下面６３に作用するＺ軸方向への液体ＬＱの圧力よりも小さくなるように側面８４を配置することで、第１光学素子ＬＳ１１に作用するＹ軸方向への液体ＬＱの圧力を低減でき、曲率中心Ｃを回転中心として第１光学素子ＬＳ１１を円滑に回転させることができる。

なおここでは、基板Ｐが−Ｙ方向に移動する場合を例にして説明したが、＋Ｙ方向に移動する場合も同様である。

以上説明したように、第１光学素子ＬＳ１１の入射面１１と光射出面１２とを互いにほぼ同心とし、入射面１１及び光射出面１２を基板Ｐから離れる方向に向かって湾曲した球面とすることで、第１光学素子ＬＳ１１の光学特性を維持し、基板Ｐを良好に露光することができる。

また、光射出面１２を囲むように第１下面６３を設けるとともに、光軸ＡＸに対して第１下面６３よりも外側で、且つ第１下面６３よりも基板Ｐの表面に近い位置に、光軸ＡＸを向く側面８４を設けたことで、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２に作用する所定方向の力を低減することができる。したがって、第１光学素子ＬＳ１１の光学特性を維持し、基板Ｐを良好に露光することができる。

第１光学素子ＬＳ１１が曲面を有する場合においては、第１光学素子ＬＳ１１の光学特性を維持するために、第１光学素子ＬＳ１１を高精度で位置決めする必要が生じたり、あるいは第１光学素子ＬＳ１１の位置決めされた状態を維持することが困難となる可能性があるが、本実施形態においては、第１光学素子ＬＳ１１の光学特性を良好に維持することができる。

＜第６実施形態＞
第６実施形態について図１４を参照しながら説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図１４において、液体ＬＱは、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２と基板Ｐの表面との間に満たされているとともに、第１光学素子ＬＳ１１と、第１光学素子ＬＳ１１に次いで投影光学系ＰＬの像面に近い第２光学素子ＬＳ１２との間にも満たされている。第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２と基板Ｐの表面との間を満たす液体ＬＱの種類と、第１光学素子ＬＳ１１と第２光学素子ＬＳ１２との間を満たす液体ＬＱの種類とは、同じでもよいし、異なっていてもよい。

このように、第１光学素子ＬＳ１１と第２光学素子ＬＳ１２との間の露光光ＥＬの光路空間も液体ＬＱで満たすことができる。また、第１光学素子ＬＳ１１と第２光学素子ＬＳ１２との間を液体ＬＱで満たすことにより、例えば、第１光学素子ＬＳ１１の入射面１１の面精度が比較的低くても許容できる。すなわち、第１光学素子ＬＳ１１と第２光学素子ＬＳ１２との間を満たす媒体が気体である場合、その媒体（気体）の露光光ＥＬに対する屈折率と、第１光学素子ＬＳ１１の露光光ＥＬに対する屈折率との差が大きくなる可能性があるが、第１光学素子ＬＳ１１と第２光学素子ＬＳ１２との間を満たす媒体を液体ＬＱにすることにより、その媒体（液体ＬＱ）の露光光ＥＬに対する屈折率と、第１光学素子ＬＳ１１の露光光ＥＬに対する屈折率との差を小さくすることができる。したがって、第１光学素子ＬＳ１１の入射面１１の面精度はある程度低くても許容できる。

なお、上述の第５、第６実施形態においては、第１下面６３は、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２を囲むように環状に形成されているが、光軸ＡＸに対して、第１光学素子ＬＳ１１の回転を許容する方向（上述の実施形態ではＹ軸方向）のみに設けられていてもよい。また、側面８４も、基板Ｐの移動方向に平行な方向のみに設けられていてもよい。

なお、上述の各実施形態においては、側面８４は、Ｚ軸方向と平行に形成されているが、Ｚ軸方向に対して僅かに傾斜していてもよい。

なお、上述の各実施形態においては、第１下面６３は、第１部材６１等、第１光学素子ＬＳ１１を支持する部材に形成されているように説明したが、第１下面６３は、第１光学素子ＬＳ１１に形成されていてもよい。例えば、第１光学素子ＬＳ１１の下端面１３を、第１下面６３としてもよい。

なお、上述の各実施形態においては、側面８４は、第１光学素子ＬＳ１１及び第１部材６１とは別の第２部材１０８に形成されているが、例えば第１部材６１に側面８４を形成してもよい。また、側面８４を第１光学素子ＬＳ１１に形成してもよい。この場合、例えば、側面８４に作用する液体ＬＱの力を低減する機構（緩衝機構、防振機構など）を設けることで、第１光学素子ＬＳ１１に与える影響を低減することができる。

なお、上述の各実施形態においては、第１光学素子ＬＳ１１の入射面１１及び光射出面１２は同じ曲率中心Ｃを有する球面であるが、第１光学素子ＬＳ１１が回転したときの光学特性の変動が許容範囲内であれば、入射面１１及び光射出面１２は完全な同心球面でなくてもよい。

また、上述の各実施形態において、第１光学素子ＬＳ１１の回転可能量を大きくすることによって、空間５１、５２における液体ＬＱの圧力変化を低減することができ、第１光学素子ＬＳ１１と対向する物体（例えば基板Ｐ）にかかる力を小さくすることができる。

また、上述の各実施形態において、第１光学素子ＬＳ１１をアクチュエータ等の駆動機構を用いて回転させるようにしてもよい。この場合、第１光学素子ＬＳ１１に対向する物体の移動情報（例えば移動方向）に応じて第１光学素子ＬＳ１１の回転をフィードフォワード又はフィードバック制御することができる。第１光学素子ＬＳ１１に対向する物体の移動情報は、基板ステージ４の位置情報を取得するレーザ干渉計４Ｌの出力、基板ステージ４の移動を制御するための制御装置７の指令情報等を使うことができる。

なお、上述の各実施形態においては、基板Ｐ上に液浸領域ＬＲを形成する液体ＬＱの界面ＬＧは、第２下面８３と基板Ｐの表面との間に維持されているが、第１下面６３と基板Ｐの表面との間に維持されていてもよい。

なお、上述の各実施形態においては、第１光学素子ＬＳ１１と基板Ｐとの間に液体ＬＱを保持した状態で露光を行っているが、光路空間Ｋの近傍に、液体ＬＱを供給可能な供給口と液体ＬＱを回収可能な回収口とを設け、供給口による液体供給動作と回収口による液体回収動作とを並行して行い、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱを交換しつつ、基板Ｐを露光するようにしてもよい。

なお、上述の各実施形態においては、液体ＬＱの液浸領域ＬＲは基板Ｐ上に形成されているが、液浸領域ＬＲは、例えば基板ステージ４の上面４Ｆ等、第１光学素子ＬＳ１１の光射出面１２と対向可能な物体上に形成することができる。

なお、上述の各実施形態においては、露光光ＥＬとしてＡｒＦエキシマレーザを用いているが、上述したように、Ｆ_２レーザなどの各種露光光を採用することができ、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱは、露光光ＥＬ、投影光学系ＰＬの開口数、第１光学素子ＬＳ１１の露光光ＥＬに対する屈折率などに応じて最適なものを適宜使用することができる。

また、上述の実施形態においては、露光光ＥＬに対する屈折率が第１光学素子ＬＳ１１よりも高い液体ＬＱを用いているが、第１光学素子ＬＳ１１と同程度、あるいは第１光学素子ＬＳ１１よりも低い屈折率を有する液体ＬＱを用いてもよい。上述の実施形態に記載したような入射面１１と光射出面１２とが同じ曲率中心を有する球面である第１光学素子ＬＳ１１は、第１光学素子ＬＳ１１よりも高い屈折率を有する液体ＬＱを用いる場合に有効であるが、第１光学素子ＬＳ１１と同程度、あるいは第１光学素子ＬＳ１１よりも低い屈折率を有する液体ＬＱを用いる場合に適用してもよい。

なお、上述の各実施形態においては、露光光ＥＬの光路空間を液体ＬＱで満たす液浸式の露光装置を例にして説明したが、露光光ＥＬの光路空間が気体のみで満たされた、通常のドライ式の露光装置にも適用できる。

なお、上記各実施形態の基板Ｐとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。

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

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

また、上記各実施形態では投影光学系ＰＬを備えた露光装置を例に挙げて説明してきたが、投影光学系ＰＬを用いない露光装置及び露光方法に本発明を適用することができる。投影光学系を用いない場合であっても、露光光はマスク又はレンズなどの光学部材を介して基板に照射され、そのような光学部材と基板との間の所定空間に液浸領域が形成される。

また、本発明は、例えば特開平１０−１６３０９９号公報及び特開平１０−２１４７８３号公報（対応米国特許第６，５９０，６３４号）、特表２０００−５０５９５８号公報（対応米国特許第５，９６９，４４１号）、米国特許第６，２０８，４０７号などに開示されているような複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

更に、例えば特開平１１−１３５４００号公報（対応国際公開１９９９／２３６９２）、及び特開２０００−１６４５０４号公報（対応米国特許第６，８９７，９６３号）に開示されているように、基板を保持する基板ステージと基準マークが形成された基準部材及び／又は各種の光電センサを搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。

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

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

なお、上記各実施形態では干渉計システム（３Ｌ、４Ｌ）を用いてマスクステージ３、及び基板ステージ４の各位置情報を計測するものとしたが、これに限らず、例えば各ステージに設けられるスケール（回折格子）を検出するエンコーダシステムを用いてもよい。この場合、干渉計システムとエンコーダシステムの両方を備えるハイブリッドシステムとし、干渉計システムの計測結果を用いてエンコーダシステムの計測結果の較正（キャリブレーション）を行うことが好ましい。また、干渉計システムとエンコーダシステムとを切り替えて用いる、あるいはその両方を用いて、ステージの位置制御を行うようにしてもよい。

なお、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスクを用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いてもよい。

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

さらに、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応米国特許第６，６１１，３１６号）に開示されているように、２つのマスクのパターンを、投影光学系を介して基板上で合成し、１回のスキャン露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。

なお、本国際出願で指定又は選択された国の法令で許容される限りにおいて、上記各実施形態及び変形例で引用した露光装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

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

半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図１５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工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などの基板処理プロセスを含むステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

Claims (46)

1. 液浸領域を介して基板を露光する露光装置において、
   露光光が射出される凹面を有する光学素子と、
   前記露光光の光路を囲むように設けられた面であり、前記露光光が照射可能な位置に配置された物体と前記面との間に前記液浸領域の液体の界面が保持される前記面と、を備える露光装置。
2. 前記液体の表面張力によって前記液体の界面が前記物体と前記面との間に保持されるように、前記液浸領域を形成するための液浸条件と前記面の条件との少なくとも一方が設定されている請求項１記載の露光装置。
3. 前記物体の表面の条件に応じて、前記液浸条件と前記面の条件との少なくとも一方が設定される請求項２記載の露光装置。
4. 前記物体の前記表面の条件は、前記物体の前記表面における前記液体の接触角条件を含む請求項３記載の露光装置。
5. 前記面の条件は、前記物体と前記面との距離条件、及び前記面における前記液体の接触角条件の少なくとも一方を含む請求項２〜４のいずれか一項記載の露光装置。
6. 前記液浸条件は、前記液体の密度、及び前記液体の量の少なくとも一方に関する条件を含む請求項２〜５のいずれか一項記載の露光装置。
7. 前記液体の量に関する条件は、前記凹面のうち前記物体に対して最も遠い位置と前記物体との距離条件、及び前記液浸領域の径方向の大きさに関する条件の少なくとも一方を含む請求項６記載の露光装置。
8. 前記凹面と前記物体との間に供給される前記液体の密度を調整する調整装置をさらに備える請求項１〜７のいずれか一項記載の露光装置。
9. ρ×ｇ×ｈ ＜ （γ×（ｃｏｓθ_１＋ｃｏｓθ_２）／ｄ）＋（γ／Ｒ）＋Ｐ_Ａの条件を満足する請求項１〜８のいずれか一項記載の露光装置。
   但し、
   ρ：前記液体の密度、
   ｇ：重力加速度、
   ｈ：前記凹面のうち前記物体に対して最も遠い位置と前記物体との距離、
   γ：前記液体の表面張力、
   θ_１：前記物体の表面の前記液体に対する接触角、
   θ_２：前記面の前記液体に対する接触角、
   ｄ：前記物体と前記面との距離、
   Ｒ：前記液浸領域の半径、
   Ｐ_Ａ：前記液浸領域の周囲の圧力、である。
10. 前記物体は前記基板を含む請求項１〜９のいずれか一項記載の露光装置。
11. 前記面は、前記液体を供給する供給口及び前記液体を回収する回収口の少なくとも一方を有するノズル部材の一部である請求項１〜１０のいずれか一項記載の露光装置。
12. 前記面は、前記光学素子を保持する保持部材の一部である請求項１〜１１のいずれか一項記載の露光装置。
13. 前記面は、前記光学素子の一部である請求項１〜１２のいずれか一項記載の露光装置。
14. 前記液体の前記露光光に対する屈折率は、前記光学素子の前記露光光に対する屈折率よりも高い請求項１〜１３のいずれか一項記載の露光装置。
15. パターン像を前記基板上に投影する投影光学系をさらに備え、
    前記凹面を有する前記光学素子は、前記投影光学系の複数の光学素子のうち、前記投影光学系の像面に最も近い請求項１〜１４のいずれか一項記載の露光装置。
16. 物体と光学素子の凹面との間の空間を液体で満たすように液浸領域を形成する工程であり、前記物体と対向しかつ露光光の光路を囲むように設けられた面と前記物体との間に前記液体の界面が位置する前記工程と、
    前記液浸領域を介して基板を露光する工程と、を備える露光方法。
17. 前記液体の表面張力によって前記液体の界面が前記物体と前記面との間に位置するように、前記物体の表面の条件と前記面の条件と前記液浸領域を形成するための液浸条件との少なくとも一つが設定される請求項１６記載の露光方法。
18. ρ×ｇ×ｈ ＜ （γ×（ｃｏｓθ_１＋ｃｏｓθ_２）／ｄ）＋（γ／Ｒ）＋Ｐ_Ａの条件を満足する請求項１６又は１７記載の露光方法。
    但し、
    ρ：前記液体の密度、
    ｇ：重力加速度、
    ｈ：前記凹面のうち前記物体に対して最も遠い位置と前記物体との距離、
    γ：前記液体の表面張力、
    θ_１：前記物体の表面の前記液体に対する接触角、
    θ_２：前記面の前記液体に対する接触角、
    ｄ：前記物体と前記面との距離、
    Ｒ：前記液浸領域の半径、
    Ｐ_Ａ：前記液浸領域の周囲の圧力、である。
19. 前記物体は前記基板を含む請求項１６〜１８のいずれか一項記載の露光方法。
20. 請求項１６〜請求項１９のいずれか一項記載の露光方法を用いるデバイス製造方法。
21. 基板上に露光光を照射して前記基板を露光する露光装置において、
    パターン像を前記基板上に投影する投影光学系であり、前記露光光が入射される第１面及び前記露光光が射出される第２面を有する第１光学素子を備える前記投影光学系を備え、
    前記第１面と前記第２面とは互いにほぼ同心であり、且つ前記第１面及び前記第２面は球面であり、
    前記第１光学素子は、前記投影光学系の複数の光学素子のうち、前記投影光学系の像面に最も近い、露光装置。
22. 前記第１面及び前記第２面の曲率中心を回転中心として前記第１光学素子を回転可能に支持する支持装置をさらに備えた請求項２１記載の露光装置。
23. 前記第１光学素子の前記第２面と前記基板との間が、前記露光光が通る液体で満たされる請求項２１記載の露光装置。
24. 前記液体の前記露光光に対する屈折率は、前記第１光学素子の前記露光光に対する屈折率よりも高い請求項２３記載の露光装置。
25. 前記投影光学系の開口数は、前記第１光学素子の前記露光光に対する屈折率よりも大きい請求項２３又は２４記載の露光装置。
26. 前記第１光学素子と、前記第１光学素子に次いで前記像面に近い第２光学素子との間も液体で満たされる請求項２３〜２５のいずれか一項記載の露光装置。
27. 前記第１光学素子の第２面と前記基板との間を前記液体で満たした状態で前記第１光学素子と前記基板とを相対的に移動しつつ前記基板が露光される請求項２３〜２６のいずれか一項記載の露光装置。
28. 前記第１光学素子の前記第１面及び前記第２面の曲率中心を回転中心として前記第１光学素子を回転可能に支持する支持装置を備えた請求項２３〜２７のいずれか一項記載の露光装置。
29. 前記第１光学素子と前記基板とを第１の方向に相対的に移動しつつ前記基板が露光され、
    前記支持装置は、前記曲率中心を通り、前記第１の方向と交差する第２の方向と平行な軸周りに、前記第１光学素子を回転可能に支持する請求項２８記載の露光装置。
30. 前記第１光学素子の光軸に対して前記第２面の外側に配置された第３面をさらに備え、
    前記液体は、前記第２面と前記基板との間、及び前記第３面の少なくとも一部と前記基板との間に保持される請求項２３〜２９のいずれか一項記載の露光装置。
31. 前記第３面は、前記基板の表面と対向するように設けられている請求項３０記載の露光装置。
32. 前記第３面は、前記第１光学素子の前記光軸に対してほぼ垂直に、且つ前記第２面を囲むように形成される請求項３０又は３１記載の露光装置。
33. 前記第１光学素子の前記光軸に対して前記第３面よりも外側に設けられ、前記光軸を向く第４面をさらに備えた請求項３０〜３２のいずれか一項記載の露光装置。
34. 前記第４面は、前記第３面よりも前記基板表面に近い位置に設けられた請求項３３記載の露光装置。
35. 前記第４面は、前記第１光学素子の前記第２面に作用する前記液体の力を低減するために設けられている請求項３３又は３４記載の露光装置。
36. 前記第４面は、前記第１光学素子の前記第２面に作用する前記液体の圧力が前記第３面に作用する前記液体の圧力よりも小さくなるように設けられている請求項３３〜３５のいずれか一項記載の露光装置。
37. 前記第４面を有する部材は、前記第３面を有する部材とは別の部材である請求項３３〜３６のいずれか一項記載の露光装置。
38. 前記第３面を有する部材は、前記第１光学素子を支持する部材を含む請求項３０〜３７のいずれか一項記載の露光装置。
39. 基板上に露光光を照射して前記基板を露光する露光装置において、
    前記露光光が射出される凹面部を有する光学素子と、
    前記凹面部を囲むように設けられた下面と、
    前記光学素子の光軸に対して前記下面よりも外側で、前記光軸を向く側面と、を備えた露光装置。
40. 前記光学素子の前記凹面部は、前記基板から離れる方向に凸状の曲面であり、
    前記凹面部と前記基板との間が液体で満たされ、
    前記側面は、前記凹面部に作用する前記光学素子の光軸方向と交差する方向への前記液体の圧力が小さくなるように設けられる請求項３９記載の露光装置。
41. 前記側面は、前記凹面部に作用する前記光学素子の前記光軸方向と交差する方向への前記液体の圧力が前記下面に作用する前記光学素子の前記光軸方向への前記液体の圧力よりも小さくなるように設けられる請求項４０記載の露光装置。
42. 前記光学素子を支持する支持部材を更に備え、
    前記下面は、前記光学素子又は前記支持部材に形成されている請求項３９〜４１のいずれか一項記載の露光装置。
43. 前記側面を有する部材は、前記光学素子及び前記支持部材とは別の部材である請求項４２記載の露光装置。
44. 基板上に露光光を照射して前記基板を露光する露光方法において、
    前記基板の表面と対向し、前記露光光が射出される凹面部を有する光学素子に前記露光光を照射し、
    前記光学素子の凹面部と前記基板の表面との間を液体で満たした状態で前記露光光を前記基板に照射し、
    前記凹面部を囲むように設けられた下面と、前記光学素子の光軸に対して前記下面より外側で、前記光軸を向く側面に前記液体が接する露光方法。
45. 前記光学素子の前記凹面部は、前記基板から離れる方向に凸状の曲面であり、
    前記側面は、前記凹面部に作用する前記光学素子の光軸方向と交差する方向への前記液体の圧力が小さくなるように配置される請求項４４記載の露光方法。
46. 請求項４４又は４５記載の露光方法を用いるデバイス製造方法。

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