(57)【要約】【課題】  液体を介してパターン像を投影する際、所望の投影状態で基板を良好に露光できる露光条件の決定方法、及びその方法により決定された露光条件で基板を露光する露光方法を提供する。また、液体を介してパターン像を投影する際、所望の投影状態で基板を良好に露光できる露光装置を提供する【解決手段】  基板の露光に先立って、液体の複数の条件の下で投影光学系を介してパターン像を順次投影し、パターン像の投影状態に基づいて、基板上にパターン像を投影するときの露光条件を決定する。【選択図】        図３
2006054440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン像を投影光学系と液体とを介して基板上に投影することにより前記基板を露光するための露光条件を決定する方法であって、
前記基板の露光に先立って、前記液体の複数の条件の下で前記投影光学系を介してパターン像を順次投影し、
前記パターン像の投影状態に基づいて、前記基板上にパターン像を投影するときの露光条件を決定することを特徴とする露光条件の決定方法。
【請求項２】
前記露光条件は、前記液体の条件を含む請求項１記載の決定方法。
【請求項３】
前記露光条件は、前記投影光学系と前記液体とを介して形成される像面と前記基板との位置関係を含む請求項１又は２記載の決定方法。
【請求項４】
前記露光条件は、前記基板上にパターン像を投影するときの前記投影光学系の結像特性を含む請求項１〜３のいずれか一項記載の決定方法。
【請求項５】
前記投影光学系の結像特性は球面収差を含む請求項４記載の決定方法。
【請求項６】
前記投影光学系の結像特性は焦点位置を含む請求項４記載の決定方法。
【請求項７】
前記液体の条件は、前記液体の温度条件を含む請求項１〜６のいずれか一項記載の決定方法。
【請求項８】
前記液体の条件を変えながら順次投影された複数のパターン像の投影状態の計測を更に含み、
該計測されたパターン像の投影状態に基づいて前記露光条件を決定する請求項１〜７のいずれか一項記載の決定方法。
【請求項９】
前記液体の条件を変えながらパターン像をテスト基板上の異なる位置に順次投影し、
前記投影状態の計測は、前記テスト基板上に形成された複数のパターン像の投影状態の計測を含む請求項８記載の決定方法。
【請求項１０】
前記投影状態の計測は、前記テスト基板上に形成されたパターン像の形状の計測を含む請求項９記載の決定方法。
【請求項１１】
前記投影状態の計測は、前記液体の条件を変えながら順次投影されるパターン像を、前記投影光学系の像面側に配置された受光部を介して光電検出することを含む請求項８記載の決定方法。
【請求項１２】
前記液体の第１条件で、前記投影光学系の結像特性を変えながらパターン像を順次投影し、
前記液体の第２条件で、前記投影光学系の結像特性を変えながらパターン像を順次投影し、
前記第１条件で投影された複数のパターン像と、前記第２条件で投影された複数のパターン像とに基づいて、前記露光条件を決定する請求項１〜１１のいずれか一項記載の決定方法。
【請求項１３】
前記液体の第１条件及び第２条件のそれぞれで、前記投影光学系の球面収差を変えながらパターン像を順次投影する請求項１２記載の決定方法。
【請求項１４】
前記液体の第１条件及び第２条件のそれぞれで、前記投影光学系によって形成される像面とパターン像が投影される投影面との位置関係を変えながらパターン像を順次投影する請求項１２又は１３記載の決定方法。
【請求項１５】
前記液体の第１条件で、前記投影光学系によって形成される像面とパターン像が投影される投影面との位置関係を変えながら、該投影面上にパターン像を順次投影し、
前記液体の第２条件で、前記投影光学系によって形成される像面とパターン像が投影される投影面との位置関係を変えながら、該投影面上にパターン像を順次投影し、
前記第１条件で投影された複数のパターン像と、前記第２条件で投影された複数のパターン像とに基づいて、前記露光条件を決定する請求項１〜１１のいずれか一項記載の決定方法。
【請求項１６】
露光光を液体を介して基板に照射することにより基板を露光するための露光条件を決定する方法であって、
基板の露光に先立って、液体の複数の条件の下で液体を介して露光光をテスト基板に照射してテスト基板を露光し、そのテスト基板の露光状態に応じて、基板を露光するときの露光条件を決定すること含む露光条件決定方法。
【請求項１７】
請求項１〜請求項１６のいずれか一項記載の方法により決定された露光条件で前記基板を露光する露光方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の露光方法を用いるデバイス製造方法。
【請求項１９】
パターン像を投影光学系と液体とを介して基板上に投影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液浸領域を形成するための液浸機構と、
前記基板の露光に先立って、前記液浸領域を形成する液体の複数の条件の下で順次投影されたパターン像の投影状態を計測する計測装置と、
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２０】
前記計測装置で計測されたパターン像の投影状態に基づいて、前記基板を露光するときの露光条件を決定する制御装置を含む請求項１９記載の露光装置。
【請求項２１】
前記露光条件は、前記液体の条件を含む請求項２０記載の露光装置。
【請求項２２】
前記露光条件は、前記投影光学系と前記液体とを介して形成される像面と前記基板との位置関係を含む請求項２０又は２１記載の露光装置。
【請求項２３】
前記露光条件は、前記基板上にパターン像を投影するときの前記投影光学系の結像特性を含む請求項２０〜２２のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項２４】
前記投影光学系の結像特性は球面収差を含む請求項２３記載の露光装置。
【請求項２５】
前記投影光学系の結像特性は焦点位置を含む請求項２３記載の露光装置。
【請求項２６】
前記液浸機構は、前記液体の温度を調整する温調装置を有し、
前記液体の条件は、前記液体の温度条件を含む請求項１９〜２５のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項２７】
前記計測装置は、前記投影光学系の像面側に配置された受光部を介してパターン像を光電検出する請求項１９〜２６のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項２８】
さらに、前記計測装置により計測されたパターン像の投影状態と、液体の条件との関係を記憶するメモリを備える請求項１９〜２７のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項２９】
前記液体の条件は、液体の物理量及び液浸領域の状態の少なくとも一方を含む請求項１９〜２８のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項３０】
液体を介して基板を露光する露光装置であって、
パターンの像を前記液体を介して基板に投影する投影光学系と、
前記液体の異なる複数の条件における投影光学系によるパターン像の投影状態に基づいて露光条件を決定し、決定された露光条件の下で露光を実行する制御装置とを含む露光装置。
【請求項３１】
前記露光条件は、前記液体の物理量及び液浸領域の状態の少なくとも一方を含む請求項３０に記載の露光装置。
【請求項３２】
前記露光条件は、前記投影光学系の結像特性を含む請求項３０又は３１に記載の露光装置。
【請求項３３】
さらに、投影光学系の結像特性を調整する結像特性調整装置を含む請求項３０〜３２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３４】
さらに、前記液体の異なる複数の条件における投影光学系によるパターン像の投影状態を計測する計測装置を備える請求項３０〜３３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３５】
さらに、前記投影光学系の像面側に液浸領域を形成する液浸機構を備える請求項３０〜３４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３６】
前記液浸機構が、液浸領域に供給する液体の温度を調節する温度調節装置を備える請求項３５に記載の露光装置。
【請求項３７】
さらに、液体の温度を測定する温度センサを備える請求項３０〜３６のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３８】
さらに、前記液体の条件とそれに対応するパターン像の投影状態とを記憶するメモリを備える請求項３０〜３７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３９】
請求項１９〜請求項３８のいずれか一項記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を介して基板を露光するための露光条件の決定方法、及び露光方法、露光装置、並びにデバイス製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶表示デバイスは、マスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に転写する、いわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マスクを支持するマスクステージと基板を支持する基板ステージとを有し、マスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながらマスクのパターンを投影光学系を介して基板に転写するものである。近年、デバイスパターンのより一層の高集積化に対応するために投影光学系の更なる高解像度化が望まれている。投影光学系の解像度は、使用する露光波長が短いほど、また投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。そのため、露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大している。そして、現在主流の露光波長はＫｒＦエキシマレーザの２４８ｎｍであるが、更に短波長のＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍも実用化されつつある。また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度（ＤＯＦ）も重要となる。解像度Ｒ、及び焦点深度δはそれぞれ以下の式で表される。
【０００３】
Ｒ＝ｋ１・λ／ＮＡ        …  （１）
δ＝±ｋ２・λ／ＮＡ２     …  （２）
ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ１、ｋ２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。
【０００４】
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。
【特許文献１】国際公開第９９／４９５０４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、液浸法により基板の露光を行う場合、液体の条件（例えば温度）は露光条件の変動成分の一つとなるため、実際に投影光学系と液体とを介して基板上にパターン像を投影するときには、液体の条件を計測器で計測し、その計測結果に基づいて、所望の投影状態を得られるように液体の条件の調整を行うことが考えられる。ところが、計測器の計測値に誤差があると、その計測値に基づいて装置の補正を行った場合、所望の投影状態を得られず、露光精度が劣化する可能性がある。特に、液体（流体）の状態はダイナミックであり、液体の条件を高い精度と応答性で計測することは容易ではない。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、液体を介して基板を良好に露光できる露光条件の決定方法、及びその方法により決定された露光条件で基板を露光する露光方法、並びにその露光方法を用いるデバイス製造方法を提供することを目的とする。また、投影光学系と液体とを介してパターン像を投影する際、所望の投影状態で基板を良好に露光できる露光条件の決定方法、及びその方法により決定された露光条件で基板を露光する露光方法、並びにその露光方法を用いるデバイス製造方法を提供することを目的とする。また、液体を介して基板を露光する際に、所望の投影状態で基板を良好に露光できる露光装置、及び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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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８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。
【０００８】
本発明の露光条件の決定方法は、パターン像を投影光学系（ＰＬ）と液体（ＬＱ）とを介して基板（Ｐ）上に投影することにより基板（Ｐ）を露光するための露光条件を決定する方法であって、基板（Ｐ）の露光に先立って、液体（ＬＱ）の複数の条件の下で投影光学系（ＰＬ）を介してパターン像を順次投影し、パターン像の投影状態に基づいて、基板（Ｐ）上にパターン像を投影するときの露光条件を決定することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、液体の条件を変えながら実際に投影光学系と液体とを介してパターン像を投影し、その投影状態に基づいて、基板上にパターン像を投影するときの露光条件を決定するので、実際の投影状態に基づいて最適な露光条件を決定することができる。
【００１０】
本発明の露光条件の決定方法は、露光光（ＥＬ）を液体（ＬＱ）を介して基板（Ｐ）に照射することにより基板（Ｐ）を露光するための露光条件を決定する方法であって、基板（Ｐ）の露光に先立って、液体（ＬＱ）の複数の条件の下で液体（ＬＱ）を介して露光光（ＥＬ）をテスト基板（Ｐｔ１）に照射して、テスト基板（Ｐｔ１）を露光し、テスト基板（Ｐｔ１）の露光状態に応じて、基板（Ｐ）を露光するときの露光条件を決定すること含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の露光条件決定方法によれば、液体の条件を変えながら実際に液体を介してテスト基板を露光し、その露光状態に基づいて、実際に基板を露光するときの露光条件を決定するので、最適な露光条件を決定することができる。
【００１２】
本発明の露光方法は、上記記載の方法により決定された露光条件で基板（Ｐ）を露光することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、最適な露光条件で基板を露光できるので、基板を良好に露光できる。
【００１４】
本発明のデバイス製造方法は、上記記載の露光方法を用いることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、基板を良好に露光して所望の性能を有するデバイスを提供できる。
【００１６】
本発明の露光装置（ＥＸ）は、パターン像を投影光学系（ＰＬ）と液体（ＬＱ）とを介して基板（Ｐ）上に投影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）の像面側に液浸領域（ＡＲ２）を形成するための液浸機構（１）と、基板（Ｐ）の露光に先立って、液浸領域（ＡＲ２）を形成する液体（ＬＱ）の複数の条件の下で順次投影されたパターン像の投影状態を計測する計測装置（５００）と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、液浸領域を形成する液体の条件を変えながら実際に投影光学系と液体とを介して投影されたパターン像の投影状態を計測する計測装置を設けたので、その計測結果に基づいて、基板上にパターン像を投影するときの最適な露光条件を決定することができる。
【００１８】
本発明の露光装置は、液体を介して基板を露光する露光装置（ＥＸ）であって、パターンの像を前記液体を介して基板に投影する投影光学系（ＰＬ）と、前記液体の異なる複数の条件における投影光学系によるパターン像の投影状態に基づいて露光条件を決定し、決定された露光条件の下で露光を実行する制御装置（ＣＯＮＴ）とを含むことを特徴とする。
【００１９】
液浸露光においては、液浸領域を介してパターン像が基板に投影されているので液浸領域の状態や液浸領域を形成する液体自体の物理量によりパターン像の投影状態が影響を受ける可能性がある。本発明の露光装置によれば、液浸露光においても、制御装置により、液体との関係で最適な露光条件を決定または選択して、そのように決定された露光条件で露光を行うことができる。
【００２０】
本発明のデバイス製造方法は、上記記載の露光装置を用いることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、基板を良好に露光して所望の性能を有するデバイスを提供できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、投影光学系と液体とを介してパターン像を投影するときの最適な露光条件を決定できるので、その決定された露光条件で基板を良好に露光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。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。
【００２４】
図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを支持して移動可能なマスクステージＭＳＴと、基板Ｐを保持する基板ホルダＰＨを有し、基板ホルダＰＨに基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージ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のパターンの像を基板ステージ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とを備えている。また、制御装置ＣＯＮＴには、基板Ｐ上に形成されたパターンの形状（パターン線幅など）を計測可能な形状計測装置１００の計測結果が出力されるようになっている。本実施形態においては、形状計測装置１００として走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いているが、電気抵抗方式などの他の方式の計測装置を用いることもできる。なお、形状計測装置１００は、露光装置内に設けられていてもよいし、露光装置とは別体の装置を利用してもよい。
【００２５】
本実施形態の露光装置ＥＸは、露光波長を実質的に短くして解像度を向上するとともに焦点深度を実質的に広くするために液浸法を適用した液浸露光装置であって、投影光学系ＰＬの像面側に液体ＬＱの液浸領域ＡＲ２を形成するための液浸機構１を備えている。液浸機構１は、投影光学系ＰＬの像面側に液体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。本実施形態において、液体ＬＱには純水が用いられる。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上の少なくとも一部に、投影領域ＡＲ１よりも大きく且つ基板Ｐよりも小さい液浸領域ＡＲ２を局所的に形成する。具体的には、露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの像面側先端部の光学素子２と基板Ｐの表面（露光面）との間に液体ＬＱを満たして液浸領域ＡＲ２を形成し、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、基板Ｐを露光する。
【００２６】
また、投影光学系ＰＬの像面側近傍、具体的には投影光学系ＰＬの像面側端部の光学素子２の近傍には、液浸機構１の一部を構成するノズル部材７０が配置されている。ノズル部材７０は、基板Ｐ（基板ステージＰＳＴ）の上方において投影光学系ＰＬの先端部の周りを囲むように設けられた環状部材である。
【００２７】
ここで、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（所定方向）における互いに異なる向き（逆方向）に同期移動しつつマスクＭに形成されたパターンを基板Ｐに露光する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）を使用する場合を例にして説明する。以下の説明において、水平面内においてマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向、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（非走査方向）、Ｘ軸及びＹ軸方向に垂直で投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。なお、ここでいう「基板」は半導体ウエハ上にレジストを塗布したものを含み、「マスク」は基板上に縮小投影されるデバイスパターンを形成されたレチクルを含む。
【００２８】
照明光学系ＩＬは、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り、露光用光源、露光用光源から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの露光光ＥＬを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、露光光ＥＬによるマスクＭ上の照明領域を設定する可動ブラインド等を有している。マスクＭ上の所定の照明領域は照明光学系ＩＬにより均一な照度分布の露光光ＥＬで照明される。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）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。本実施形態では、ＡｒＦエキシマレーザ光が用いられる。上述したように、本実施形態における液体ＬＱは純水であって、露光光ＥＬがＡｒＦエキシマレーザ光であっても透過可能である。また、純水は輝線（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。
【００２９】
マスクステージＭＳＴは、マスクＭを保持して移動可能であって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。マスクステージＭＳＴはリニアモータ等のマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤにより駆動される。マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。マスクステージＭＳＴ上には移動鏡４０が設けられている。また、移動鏡４０に対向する位置にはレーザ干渉計４１が設けられている。マスクステージＭＳＴ上のマスクＭの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計４１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４１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の位置決めを行う。
【００３０】
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）２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。
【００３１】
また、投影光学系ＰＬには、例えば特開昭６０−７８４５４号公報、特開平１１−１９５６０２号公報、国際公開第０３／６５４２８号パンフレット等に開示されているような、この投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性）を調整可能な結像特性制御装置３が設けられている。結像特性制御装置３は、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学素子の一部を移動可能な光学素子駆動機構を含んで構成されている。光学素子駆動機構は、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学素子のうちの特定の光学素子を支持する支持枠に、それぞれ独立して駆動できる伸縮可能な駆動素子（例えば圧電素子）を複数個備える。これらの駆動素子を同一または異なる変位量で伸縮させることにより、特定の光学素子を光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に移動したり、光軸ＡＸに対して傾斜させることができる。その伸縮量は静電容量式や光学式の位置センサで検知することができる。それゆえ、駆動素子の伸縮量を制御して目標となる位置や傾斜角度になるように特定の光学素子を変位させて投影光学系ＰＬの結像状態を調整することができる。後述するように、投影光学系ＰＬの結像状態を最適化する場合には、制御制御ＣＯＮＴが結像特性制御装置３による補正量を求め、その補正量に応じて駆動素子を駆動して特定の光学素子を変位させる。また、結像特性制御装置３は、光学素子間の空間の圧力を変動させることができる。制御装置ＣＯＮＴを用いて結像特性制御装置３を制御することにより、投影光学系ＰＬの各種収差（投影倍率、ディストーション、球面収差等）及び像面位置（焦点位置）等の投影状態を調整することができる。
【００３２】
本実施形態において、投影光学系ＰＬは、投影倍率βが例えば１／４、１／５あるいは１／８の縮小系である。なお、投影光学系ＰＬは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬは、反射素子を含まない屈折系だけでなく、屈折素子を含まない反射系、屈折素子と反射素子とを含む反射屈折系を用いることができる。また、本実施形態の投影光学系ＰＬの先端部の光学素子２は鏡筒ＰＫより露出しており、液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱは光学素子２に接触する。
【００３３】
基板ステージＰＳＴは、基板Ｐを基板ホルダＰＨを介して保持するＺステージ５２と、Ｚステージ５２を支持するＸＹステージ５３とを備えている。ＸＹステージ５３はベース５４上に支持されている。基板ステージＰＳＴはリニアモータ等の基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤにより駆動される。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。Ｚステージ５２は基板ホルダＰＨに保持されている基板ＰをＺ軸方向、及びθＸ、θＹ方向（傾斜方向）に移動可能である。ＸＹステージ５３は基板ホルダＰＨに保持されている基板ＰをＺステージ５２を介してＸＹ方向（投影光学系ＰＬの像面と実質的に平行な方向）、及びθＺ方向に移動可能である。なお、ＺステージとＸＹステージとを一体的に設けてよいことは言うまでもない。
【００３４】
基板ステージＰＳＴ上には凹部５０が設けられており、基板ホルダＰＨは凹部５０に配置されている。そして、基板ステージＰＳＴのうち凹部５０以外の上面５１は、基板ホルダＰＨに保持された基板Ｐの表面とほぼ同じ高さ（面一）になるような平坦面となっている。基板ステージＰＳＴの上面５１は液体ＬＱに対して撥液性を有している。基板Ｐの周囲に基板Ｐ表面とほぼ面一の上面５１を設けたので、基板Ｐのエッジ領域Ｅを液浸露光するときにおいても、投影光学系ＰＬの像面側に液体ＬＱを保持して液浸領域ＡＲ２を良好に形成することができる。
【００３５】
基板ステージＰＳＴ（Ｚステージ５２）の側面には移動鏡４２が設けられている。また、移動鏡４２に対向する位置にはレーザ干渉計４３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４３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４３の計測結果に基づいて、レーザ干渉計４３で規定される２次元座標系内で基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介してＸＹステージ５３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Ｘ軸方向及びＹ軸方向における位置決めを行う。
【００３６】
また、露光装置ＥＸは、基板Ｐ表面の面位置情報を検出するフォーカス検出系４を有している。フォーカス検出系４は、投光部４Ａと受光部４Ｂとを有し、投光部４Ａから液体ＬＱを介して基板Ｐ表面（露光面）に斜め方向から検出光Ｌａを投射するとともに、その基板Ｐからの反射光を液体ＬＱを介して受光部４Ｂで受光することによって、基板Ｐ表面の面位置情報を検出する。制御装置ＣＯＮＴは、フォーカス検出系４の動作を制御するとともに、受光部４Ｂの受光結果に基づいて、投影光学系ＰＬの像面に対する基板Ｐ表面のＺ軸方向における位置（フォーカス位置）を検出する。また、基板Ｐ表面における複数の各点での各フォーカス位置を求めることにより、フォーカス検出系４は基板Ｐの傾斜方向の姿勢を求めることもできる。なお、フォーカス検出系４の構成としては、例えば特開平８−３７１４９号公報に開示されているものを用いることができる。
【００３７】
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のＺステージ５２を駆動することにより、Ｚステージ５２に保持されている基板ＰのＺ軸方向における位置（フォーカス位置）、及びθＸ、θＹ方向における位置を制御する。すなわち、Ｚステージ５２は、フォーカス検出系４の検出結果に基づく制御装置ＣＯＮＴからの指令に基づいて動作し、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（露光面）を投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介して形成される像面に合わせ込む。
【００３８】
液浸機構１の液体供給機構１０は、液体ＬＱを投影光学系ＰＬの像面側に供給するためのものであって、液体ＬＱを送出可能な液体供給部１１と、液体供給部１１にその一端部を接続する供給管１３とを備えている。供給管１３の他端部はノズル部材７０に接続されている。液体供給部１１は、液体ＬＱを収容するタンク、液体ＬＱ中の異物を除去するフィルタユニット、及び加圧ポンプ等を備えている。また、液体供給部１１は、液体ＬＱの温度を調整する温調装置１４を備えており、投影光学系ＰＬの像面側に供給される液体ＬＱの温度は温調装置１４で調整される。本実施形態においては、温調装置１４は、初期状態においては、液体ＬＱの温度を２３．０℃に設定し、制御装置ＣＯＮＴからの指令に基づいて液体ＬＱの温度を１０ｍＫごとに調整することができる。
【００３９】
また、液体供給部１１の供給管１３の途中には、液体供給部１１から送出され、投影光学系ＰＬの像面側に供給される単位時間あたりの液体量を制御するマスフローコントローラと呼ばれる流量制御器１６が設けられている。この流量制御器１６を用いた液体供給量の制御は制御装置ＣＯＮＴの指令信号の下で行われる。
【００４０】
液浸機構１の液体回収機構２０は、投影光学系ＰＬの像面側の液体ＬＱを回収するためのものであって、液体ＬＱを回収可能な液体回収部２１と、液体回収部２１にその一端部を接続する回収管２３とを備えている。回収管２３の他端部はノズル部材７０に接続されている。液体回収部２１は例えば真空ポンプ等の真空系（吸引装置）、回収された液体ＬＱと気体とを分離する気液分離器、及び回収した液体ＬＱを収容するタンク等を備えている。なお、液体供給部１１のタンク、フィルタユニット、加圧ポンプ及び温調装置１４や、液体回収部２１の真空系、気液分離器、タンクなどの少なくとも一部を、露光装置ＥＸに設けずに、露光装置ＥＸが配置される工場の設備などを用いるようにしてもよい。
【００４１】
投影光学系ＰＬを構成する複数の光学素子のうち、液体ＬＱに接する光学素子２の近傍にはノズル部材７０が配置されている。ノズル部材７０は、基板Ｐ（基板ステージＰＳＴ）の上方において、光学素子２の側面を囲むように設けられた環状部材である。ノズル部材７０と光学素子２との間には隙間が設けられており、ノズル部材７０は光学素子２に対して振動的に分離されるように所定の支持機構で支持されている。ノズル部材７０の下面７０Ａは、基板Ｐの表面（基板ステージＰＳＴの上面）と対向している。また、ノズル部材７０の下面７０Ａ、及び光学素子２の下面２Ａのそれぞれはほぼ平坦面であり、ノズル部材７０の下面７０Ａと光学素子２の下面２Ａとはほぼ面一となっている。これにより、所望の範囲内に液浸領域ＡＲ２を良好に形成することができる。また、光学素子２のうち液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱと接触する液体接触面（下面）２Ａ、及びノズル部材７０のうち液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱを接触する液体接触面（下面）７０Ａは、液体ＬＱに対して親液性を有している。
【００４２】
ノズル部材７０の下面７０Ａには、基板Ｐ上に液体ＬＱを供給する液体供給口１２が設けられている。液体供給口１２はノズル部材７０の下面７０Ａに複数設けられている。また、ノズル部材７０の内部には、供給管１３の他端部と液体供給口１２とを接続する内部流路が形成されている。
【００４３】
更に、ノズル部材７０の下面７０Ａには、基板Ｐ上の液体ＬＱを回収する液体回収口２２が設けられている。本実施形態において、液体回収口２２は、ノズル部材７０の下面７０Ａにおいて、液体供給口１２を囲むように、光学素子２の光軸ＡＸに対して外側に設けられている。また、ノズル部材７０の内部には、回収管２３の他端部と液体回収口２２とを接続する内部流路が形成されている。
【００４４】
液体供給部１１及び液体回収部２１の動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。基板Ｐ上に液体ＬＱの液浸領域ＡＲ２を形成する際、制御装置ＣＯＮＴは、液体供給部１１より液体ＬＱを送出し、供給管１３、及びノズル部材７０の内部流路を介して、基板Ｐの上方に設けられている液体供給口１２より基板Ｐ上に液体ＬＱを供給する。また、基板Ｐ上の液体ＬＱは、液体回収口２２より回収され、ノズル部材７０の回収流路、及び回収管２３を介して液体回収部２１に回収される。なお、ノズル部材７０などの液浸機構１の構成は、上述のものに限られず、例えば、欧州特許公開第１４２０２９８号公報、国際公開第２００４／０５５８０３号公報、国際公開第２００４／０５７５８９号公報、国際公開第２００４／０５７５９０号公報、国際公開第２００５／０２９５５９号公報に記載されているものも用いることができる。
【００４５】
また、ノズル部材７０の所定位置には、液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱの温度を計測する温度センサ６０が設けられている。温度センサ６０は、ノズル部材７０の下面７０Ａのうち、液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱに接触する位置に設けられている。なお、温度センサ６０は、液体ＬＱに接触する位置に設けられていればよく、例えば液体供給口１２の内側や、光学素子２のうち露光光ＥＬの光路を妨げない位置に設けることができる。また、温度センサ６０は複数配置してもよいし、供給管１３の内部あるいは回収管２３の内部に設けることもできる。もちろん、これらの位置のそれぞれに温度センサを配置することもできる。温度センサ６０の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。
【００４６】
また、露光装置ＥＸは、例えば特開２００２−１４００５号公報や特開２００２−１９８３０３号公報に開示されているような、投影光学系ＰＬの結像特性（光学特性）の計測可能な空間像計測装置５００を備えている。空間像計測装置５００は、投影光学系ＰＬの像面側に配置されたスリット部を有する受光部５０１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５０３を備えている。受光部５０１の上面は、基板ステージＰＳＴの上面５１とほぼ面一となっている。
【００４７】
空間像計測装置５００は、上述の公開公報に開示されている球面収差、像面（焦点位置）、コマ収差、非点収差、ディストーション、倍率などの結像特性だけでなく、パターン像の振動状態も計測することができる。
【００４８】
図２は基板ステージＰＳＴを上方から見た平面図である。基板ステージＰＳＴ上において、基板Ｐの外側の所定位置には、空間像計測装置５００の受光部５０１が設けられている。受光部５０１は、開口パターンであるスリット部５０２を有しており、受光部５０１に照射された光はスリット部５０２を透過可能である。スリット部５０２を透過した光は、リレー光学系等を介して、基板ステージＰＳＴの外側に設けられた受光器５０３（図１参照）に導かれる。受光器５０３は光電変換素子を含んで構成されており、受光器５０３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に出力される。
【００４９】
なお、本実施形態においては、空間像計測装置５００の受光部５０１は、基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴ上に設けられているが、投影光学系ＰＬの像面側に配置されていればよく、例えば特開平１１−１３５４００号公報に開示されているように、投影光学系ＰＬの像面側に配置された基板ステージＰＳＴ以外の所定部材（例えば基板ステージとは別の計測用ステージ）に設けられていてもよい。
【００５０】
なお、不図示ではあるが、基板ステージＰＳＴ上のうち、基板Ｐの外側の所定位置には、例えば特開昭５７−１１７２３８号公報に開示されているような照度ムラセンサ、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）等も設けられている。
【００５１】
次に、上述した構成を有する露光装置ＥＸを用いて基板Ｐを露光する方法について、図３のフローチャート図を参照しながら説明する。本実施形態においては、基板Ｐの露光に先立って、最適な投影状態のパターン像を得るための露光条件を決定する。本実施形態では、露光条件として、液体ＬＱの温度条件と、液体ＬＱの温度の影響を受けやすい焦点位置及び球面収差とを決定する方法を説明する。具体的には、液体ＬＱの温度として複数（Ｎ）の異なる温度Ｔ１〜ＴＮを設定し、各温度について異なるテスト基板テスト基板Ｐｔ１〜ＰｔＮを用意する。そして、液体ＬＱを第ｎの温度条件（ｎ＝１〜Ｎ）においては、第ｎテスト基板（ｎ＝１〜Ｎ）上の複数の異なる位置のそれぞれに投影光学系ＰＬの結像特性（焦点位置及び球面収差）を変えながら、テストパターン像を投影するテスト露光を行う。そして、このテスト露光を、液体ＬＱの第１〜第Ｎの温度条件のそれぞれについて行い、その投影されたテストパターン像の投影状態に基づいて、デバイスを製造するための基板Ｐ上にデバイスパターン像を投影するときの露光条件を決定する。
【００５２】
基板Ｐの露光に先立って、まず、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴ上に第１テスト基板Ｐｔ１を搬入（ロード）する（ステップＳＡ１）。また、マスクステージＭＳＴには、テストパターンを有するテストマスクＭｔが支持されている。なお、この実施形態において使用したテスト基板には、その表面に実際の基板Ｐと同様にフォトレジストが塗布されていることは言うまでもない。
【００５３】
図４はテストマスクＭｔの一例を示す図である。図４に示すように、テストマスクＭｔには、２つのテストパターンＰＭ１、ＰＭ２が形成されている。これら第１、第２テストパターンＰＭ１、ＰＭ２のそれぞれは、互いにピッチ（周期）が異なるライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パターンである。第１テストパターンＰＭ１は、Ｘ軸方向に周期性を有し、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Ｌ／Ｓパターンである。第２テストパターンＰＭ２は、第１テストパターンＰＭ１と同一寸法のラインパターンが異なる周期（例えば、第１テストパターンＰＭ１のピッチの１．５〜２倍程度）でＸ軸方向に並んだＬ／Ｓパターンである。
【００５４】
制御装置ＣＯＮＴは、液体供給機構１０の温調装置１４を使って、投影光学系ＰＬと第１テスト基板Ｐｔ１との間に供給する液体ＬＱの温度を、温度センサ６０で計測される温度が第１の温度Ｔ１になるように調整し、この第１の温度Ｔ１に調整された液体ＬＱの液浸領域ＡＲ２を、投影光学系ＰＬと第１テスト基板Ｐｔ１との間に形成する（ステップＳＡ２）。
【００５５】
そして、制御装置ＣＯＮＴは、第１の温度Ｔ１に設定されている液体ＬＱと投影光学系ＰＬとを介して、投影光学系ＰＬの結像特性を変えながら、テストマスクＭｔのテストパターン像を、第１テスト基板Ｐｔ１上の複数の異なる位置のそれぞれに順次投影する（ステップＳＡ３）。本実施形態においては、制御装置ＣＯＮＴは、結像特性制御装置３を使って、投影光学系ＰＬの結像特性のうち、焦点位置及び球面収差のそれぞれを変えながら、テストパターン像を、第１テスト基板Ｐｔ１上の複数の異なる位置のそれぞれに順次投影する。第１テスト基板Ｐｔ１上の複数の異なる位置のそれぞれに投影光学系ＰＬの結像特性を変えながらテストパターン像を順次投影するときには、制御装置ＣＯＮＴは、第１テスト基板Ｐｔ１のＺ軸方向の位置を維持した状態で、第１テスト基板Ｐｔ１をＸ軸方向及びＹ軸方向に順次ステップ移動しながら、第１テスト基板Ｐｔ１上の複数の異なる位置のそれぞれにテストパターン像を順次投影する。
【００５６】
図５に示すように、第１テスト基板Ｐｔ１上には、複数のショット領域ＳＨがマトリクス状に設定され、各ショット領域ＳＨのそれぞれに、液体ＬＱの第１の温度条件Ｔ１のもと、投影光学系ＰＬの結像特性を変えながら、テストパターン像が順次投影される。テストマスクＭｔのテストパターン像を投影するとき、制御装置ＣＯＮＴは、第１テスト基板Ｐｔ１上の１つのショット領域ＳＨに、第１テストパターンＰＭ１の像と第２テストパターンＰＭ２の像とのそれぞれを投影する。そして、制御装置ＣＯＮＴは、結像特性制御装置３を使って、複数のショット領域ＳＨのうち、例えば列方向（図５中、Ｘ軸方向）に関して、投影光学系ＰＬの結像特性のうち焦点位置を変えながらテストパターン像を順次投影し、行方向（図５中、Ｙ軸方向）に関して、投影光学系ＰＬの結像特性のうち球面収差を変えながらテストパターン像を順次投影する。なお図５に示すように、本実施形態においては、投影光学系ＰＬの焦点位置条件及び球面収差条件のそれぞれは互いに異なる５条件に変えられているが、例えば１１条件など、任意の数の条件に変えることができる。
【００５７】
各ショット領域ＳＨのそれぞれにテストパターン像を投影された第１テスト基板Ｐｔ１は基板ステージＰＳＴよりアンロードされる。この後、第１テスト基板Ｐｔ１は、現像されてテストパターン像に従った凹凸のテストパターンが基板上に形成される。次いで、形状計測装置１００が、第１テスト基板Ｐｔ１上の各ショット領域ＳＨのそれぞれに形成されたテストパターンの形状（線幅）を計測する（ステップＳＡ４）。第１テスト基板Ｐｔ１上に投影されたテストパターン像の投影状態と、第１テスト基板Ｐｔ１上に実際に凹凸パターンとして形成されたテストパターンの形状とは対応するため、形状計測装置１００を使ってテストパターンの形状（線幅）を計測することで、第１テスト基板Ｐｔ１上に結像特性（焦点位置及び球面収差）を変えながらテストパターン像を順次投影したときの各テストパターン像の投影状態を計測したことになる。形状計測装置１００の計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。
【００５８】
制御装置ＣＯＮＴは、第１テスト基板Ｐｔ１上のショット領域ＳＨのそれぞれに形成された各テストパターンのうちから、液体ＬＱの第１の温度条件Ｔ１における、最適な投影光学系ＰＬと液体ＬＱとを介して形成される像面とテスト基板Ｐｔ１表面との関係、すなわち最適焦点位置条件を得ることができる結像特性制御装置３による補正量を求める。最適焦点位置条件で第１テスト基板Ｐｔ１上にラインパターンを投影したとき、第１テスト基板Ｐｔ１上における投影像のコントラストは最大となり、その第１テスト基板Ｐｔ１上に形成されたラインパターンの線幅は最も細くなる（パターン形状がシャープになる）。したがって、制御装置ＣＯＮＴは、形状計測装置１００の計測結果に基づいて、第１テスト基板Ｐｔ１上の複数のショット領域ＳＨのそれぞれに形成された各ラインパターン（テストパターン）のうちから、線幅が最も細いラインパターンを有するショット領域ＳＨを求め、そのショット領域ＳＨにラインパターン像を投影したときの結像特性（焦点位置）、ひいてはその結像特性（焦点位置）を得るための結像特性制御装置３による補正量を求めることができる。なお、線幅が最も細いラインパターンを有するショット領域に限らず、所望の線幅のラインパターンを有するショット領域ＳＨを求めるようにしてもよい。
【００５９】
なお、制御装置ＣＯＮＴが最適焦点位置条件を求めるときは、各ショット領域ＳＨに投影した第１、第２テストパターンＰＭ１、ＰＭ２の像のうち、一方のテストパターンの像のみに基づいて、最適結像位置条件を求めることもできる。
【００６０】
また、制御装置ＣＯＮＴは、第１テスト基板Ｐｔ１上のショット領域ＳＨのそれぞれに形成された各テストパターンのうちから、液体ＬＱの第１の温度条件Ｔ１における、投影光学系ＰＬと液体ＬＱとを介した球面収差が最小となる最適球面収差条件、ひいてはその最適球面収差条件を得ることができる結像特性制御装置３による補正量を求める。一般に、マスク上でピッチが大きいパターンとピッチが小さいパターンとでは回折角が互いに異なるため、ピッチの大きいパターンとピッチの小さいパターンとでは、光軸方向（Ｚ軸方向）の結像位置が異なる。球面収差は、光学系の開口収差の１つであり、光軸上の物点からの種々の開口を持った光線束が光学系に入射したとき、その対応した像点が一点に結像しないことに起因する収差である。したがって、第１テストパターンＰＭ１の最適焦点位置Ｚ１と第２テストパターンＰＭ２の最適焦点位置Ｚ２との差が最も小さい状態、すなわちテスト基板上に形成された第１テストパターンＰＭ１の線幅と第２テストパターンＰＭ２の線幅との差が最も小さい状態が、球面収差が最小となる最適球面収差条件となる。そこで、制御装置ＣＯＮＴは、形状計測装置１００の計測結果に基づいて、第１テスト基板Ｐｔ１上の複数のショット領域ＳＨのそれぞれに形成された各第１、第２テストパターンＰＭ１、ＰＭ２のうちから、線幅差が最も小さくなる第１、第２テストパターンＰＭ１、ＰＭ２を有するショット領域ＳＨを求め、そのショット領域ＳＨに第１、第２テストパターンＰＭ１、ＰＭ２の像を投影したときの結像特性（球面収差）、ひいてはその結像特性（球面収差）を得るための結像特性制御装置３による補正量を求めることができる。
【００６１】
そして制御装置ＣＯＮＴは、液体ＬＱの第１の温度条件Ｔ１における、第１テスト基板Ｐｔ１上に形成されたパターンのうち、線幅が最も細く、第１テストパターンＰＭ１と第２テストパターンＰＭ２との線幅差が最も小さくなる最適結像特性条件（最適焦点位置条件及び最適球面収差条件）、ひいてはその最適結像特性条件を得ることができる結像特性制御装置３の最適補正量を、その第１の温度条件Ｔ１に対応付けて記憶する（ステップＳＡ５）。
【００６２】
次に、制御装置ＣＯＮＴは、予め定められた液体ＬＱの複数（Ｎ）の温度条件のそれぞれについて、上述と同様の処理が完了したか否かを判断し（ステップＳＡ６）、完了していなければ、次の温度条件でステップＳＡ１〜ＳＡ５を実行する。すなわち、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴ上に第２テスト基板Ｐｔ２を搬入する（ステップＳＡ１）。そして、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬと第２テスト基板Ｐｔ２との間に供給する液体ＬＱの温度を、温度センサ６０で計測される液体ＬＱの温度が第２の温度Ｔ２（＝Ｔ１＋ΔＴ）となるように調整し、この第２の温度Ｔ２に調整された液体ＬＱの液浸領域ＡＲ２を、投影光学系ＰＬと第２テスト基板Ｐｔ２との間に形成する（ステップＳＡ２）。そして、上述同様、制御装置ＣＯＮＴは、第２の温度Ｔ２に設定されている液体ＬＱと投影光学系ＰＬとを介して、投影光学系ＰＬの結像特性を変えながら、テストマスクＭｔのテストパターン像を、第２テスト基板Ｐｔ２上の複数の異なる位置のそれぞれに順次投影する（ステップＳＡ３）。次いで、形状計測装置１００が、第２テスト基板Ｐｔ２上の各ショット領域ＳＨのそれぞれに形成されたテストパターンの形状（線幅）を計測する（ステップＳＡ４）。そして、制御装置ＣＯＮＴは、形状計測装置１００の計測結果に基づいて、第２の温度条件Ｔ２における最適結像特性条件（結像特性制御装置３の最適補正量条件）を求め、その最適結像特性条件を第２の温度条件Ｔ２に対応付けて記憶する（ステップＳＡ５）。
【００６３】
以下、同様の処理を液体ＬＱの第３の温度Ｔ３（＝Ｔ１＋２×ΔＴ）から第Ｎの温度ＴＮ（＝Ｔ１＋（Ｎ−１）×ΔＴ）までのそれぞれについて行う。すなわち、第１〜第Ｎの温度条件のそれぞれのもとで、投影光学系ＰＬの焦点位置及び球面収差を変えながらテストパターン像を順次投影する。
【００６４】
なお、本実施形態においては、液体ＬＱの温度条件は、２３℃を基準値（中心値）とし、その２３℃を基準として、−１００ｍＫ〜＋１００ｍＫまでΔＴ＝１０ｍＫとして１０ｍＫごとに液体ＬＱの温度を変えている。
【００６５】
第１〜第Ｎの温度条件のそれぞれについての最適結像特性条件を求めて記憶した後、制御装置ＣＯＮＴは、前記記憶してある最適結像特性条件と液体ＬＱの温度条件との関係を導出する（ステップＳＡ７）。そして、制御装置ＣＯＮＴは、その導出した結果に基づいて、パターン像を投影するときの最適な結像特性及び液体ＬＱの温度条件、すなわち最適な露光条件を決定する（ステップＳＡ８）。
【００６６】
具体的には、制御装置ＣＯＮＴは、液体ＬＱの温度とその温度に対応する結像特性との関係に基づいて、フィッティングなどの演算処理を行う。図６には、液体ＬＱの温度とその温度に対応する上記求めた最適球面収差との関係がプロットしてあり、その関係について、最小自乗法等に基づいてフィッティングしてある。図６においては、球面収差がゼロとなる最適球面収差条件を実現するための結像特性制御装置３の補正量や、そのときの液体ＬＱの温度条件が、決定された最適な露光条件となる。同様に、制御装置ＣＯＮＴは、液体ＬＱの温度とその温度に対応する最適焦点位置との関係に基づいて、最適焦点位置条件を実現するための結像特性制御装置３の補正量や、そのときの液体ＬＱの温度条件を、最適な露光条件として決定する。こうして、制御装置ＣＯＮＴは、液体ＬＱの温度条件を変えながら、順次投影されたテストパターン像の投影状態を計測し、その計測したテストパターン像の投影状態に基づいて、最適な露光条件、すなわち液体の温度条件、球面収差及び焦点位置を含む投影光学系の結像特性、ひいては結像特性制御装置３の最適補正量を決定する。
【００６７】
なお、図６においては、液体の温度と球面収差との関係が直線的に変化しているが、変化が直線的でない場合には、直線フィッティングする際のデータ点に注意し、直線的と見なせる範囲でフィッティングすることが好ましい。
【００６８】
そして、制御装置ＣＯＮＴは、デバイスを形成するためのパターンを有するマスクＭをマスクステージＭＳＴに搬入（ロード）するとともに、デバイスを形成するための基板Ｐを基板ステージＰＳＴに搬入（ロード）する。そして、制御装置ＣＯＮＴは、上記決定された露光条件のもとで、照明光学系ＩＬを使ってマスクＭを露光光ＥＬで照明し、そのマスクＭのパターン像を投影光学系ＰＬと液体ＬＱとを介して基板Ｐ上に投影することによりその基板Ｐを露光する（ステップＳＡ９）。すなわち、温度センサ６０の計測結果がステップＳＡ８で決定した液体ＬＱの温度条件（基準値Ｔ０）となるように、制御装置ＣＯＮＴは、液体供給機構１０の温調装置１４を制御し、その温度調整された液体ＬＱの液浸領域ＡＲ２を形成する。また、その液体ＬＱの温度条件のもとで、最適な結像特性が得られるように、前記求めた結像特性調整装置３の補正量に基づいて、投影光学系ＰＬの結像特性を調整しつつ、基板Ｐを露光する。
【００６９】
なお、液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱの温度は、温度センサ６０の計測値が基準値Ｔ０となるように温調装置１４により調整されているが、例えば露光光ＥＬの照射等によって、液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱの温度が局所的に変動した場合には、制御装置ＣＯＮＴは、最適な投影状態となるように、結像特性制御装置３を使って、投影光学系ＰＬの結像特性（球面収差及び焦点位置）を制御したり、あるいは、投影光学系ＰＬと液体ＬＱとを介して形成される像面と基板Ｐ表面とが合致するように、基板Ｐを支持した基板ステージＰＳＴを移動することができる。
【００７０】
以上説明したように、液体ＬＱの温度条件を変えながら実際に投影光学系ＰＬと液体ＬＱとを介してパターン像を投影し、その投影状態に基づいて、基板Ｐ上にパターン像を投影するときの露光条件、具体的には液体ＬＱの温度条件、投影光学系の球面収差及び焦点位置を含む結像特性、更には最適な結像特性を得るための結像特性制御装置３の補正量（調整量）を決定するので、実際の投影状態に基づいて、最適な露光条件を決定することができる。そして、その決定された最適な露光条件で基板Ｐを露光することで、基板Ｐを良好に露光できる。
【００７１】
液浸露光装置の投影光学系ＰＬを設計する場合、使用する液体ＬＱの温度を設計値として定め、その設計値上の液体ＬＱの温度条件に基づいて、最適な結像特性を得られるように、投影光学系ＰＬを設計することが考えられる。そして、実際に投影光学系ＰＬと液体ＬＱとを介して基板Ｐを露光するときには、温度センサ６０の計測値が設計値上の液体ＬＱの温度条件となるように、投影光学系ＰＬの像面側に供給する液体ＬＱの温度が温調装１４で調整される。ところが、投影光学系ＰＬの像面側に供給する液体ＬＱの温度を温調装置１４を使って高精度に調整できたとしても、供給される液体ＬＱの温度の絶対値を、温度センサ６０の計測値に基づいて１ｍＫ、１０ｍＫの精度で知ることは、温度センサの計測能力等の観点から困難である。したがって、そのような温度センサ６０の計測値に基づいて液体ＬＱの温度を調整したのでは、理想的な投影状態を得ることができないおそれがある。そこで本実施形態においては、実際に投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介してパターン像を投影し、その投影状態を計測し、所望の投影状態が得られるときの温度センサ６０で計測された液体ＬＱの温度、及び投影光学系ＰＬの結像特性を得るための結像特性制御装置３の補正量を求め、その状態を維持することで、最適な露光条件のもとで基板Ｐを良好に露光することができる。
【００７２】
なお、上述した実施形態では、基板ＰのＺ軸方向の位置を維持した状態で、基板ＰをＸＹ方向にステップ移動しながら、液体ＬＱの第１〜第Ｎの温度条件のそれぞれで、投影光学系ＰＬの結像特性（焦点位置）を変えながらパターン像を順次投影し、これら各第１〜第Ｎの温度条件のそれぞれで投影された複数のパターン像の投影状態に基づいて、露光条件を決定しているが、投影光学系ＰＬの結像特性（焦点位置）を変えるかわりに、基板ＰのＺ軸方向の位置を変えながら、パターン像を順次投影するようにしてもよい。すなわち、液体ＬＱの第１〜第Ｎの温度条件のそれぞれで、投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介して形成される像面に対するパターン像が投影される基板Ｐ表面の位置を変えながらパターン像を順次投影し、これら各第１〜第Ｎの温度条件のそれぞれで投影された複数のパターン像の投影状態に基づいて、露光条件を決定するようにしてもよい。投影光学系ＰＬによって形成される像面とパターン像が投影される基板Ｐ表面との位置関係を変えるには、例えば基板ステージＰＳＴをＺ軸方向に移動すればよい。
【００７３】
なお、上述の実施形態においては、ステップＳＡ４、及びステップＳＡ５が完了した後に、次の液体ＬＱの条件（温度条件）でのステップＳＡ１〜ＳＡ３を実行するようにしているが、次の液体ＬＱの条件（温度条件）でのステップＳＡ１〜ＳＡ３と、前の液体ＬＱの条件（温度条件）でのステップＳＡ４、ＳＡ５とを並行して実行するようにしてもよい。もちろん、全ての液体ＬＱの条件でＮ枚のテスト基板を露光した後に、各テスト基板上に形成されたパターンの形状（線幅）を計測するようにしてもよい。
【００７４】
また、上述した実施形態では、第１の温度条件Ｔ１のときは第１テスト基板Ｐｔ１を用い、第２の温度条件Ｔ２のときは第２テスト基板Ｐｔ２を用い、第Ｎの温度条件ＴＮのときは第Ｎテスト基板ＰｔＮを用いているが、例えば第１テスト基板Ｐｔ１を用いているときに、液体ＬＱの温度条件を変えながら、第１テスト基板Ｐｔ１上のショット領域ＳＨのそれぞれにパターン像を投影するようにしてもよい。
【００７５】
なお、上述した実施形態においては、テスト基板上にパターン像を投影し、そのテスト基板上に形成された現像後のパターンの形状を計測しているが、現像を行わなくても、例えば感光された潜像を計測することも可能である。また、上記実施形態では、パターン像の投影状態を形状計測装置１００を用いて計測しているが、上記空間像計測装置５００を用いて、パターン像の投影状態を計測するようにしてもよい。上述したように、空間像計測装置５００は、投影光学系ＰＬの像面側に配置された受光部５０１を介してパターン像を光電検出するものである。
【００７６】
例えば、空間像計測装置５００を使って投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介した最適結像位置を計測する場合には、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬの光学素子２と基板ステージＰＳＴ上の受光部５０１とを対向させ、この投影光学系ＰＬの光学素子２と基板ステージＰＳＴ上の受光部５０１との間に、液浸機構１を使って、温度センサ６０の計測値が第１の温度Ｔ１となるように調整された液体ＬＱの液浸領域ＡＲ２を形成する。また、制御装置ＣＯＮＴは、図４に示したテストマスクＭｔの第１テストパターンＰＭ１のみに露光光ＥＬが照射されるように、照明光学系ＩＬに設けられている可動ブラインド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、テストマスクＭｔ（第１テストパターンＰＭ１）に露光光ＥＬを照射して、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５００を用いて第１テストパターンＰＭ１の空間像計測をスリットスキャン方式により行う。このとき、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴのＺ軸方向の位置を維持した状態で、結像特性制御装置３を使って投影光学系ＰＬの焦点位置を変えながら、第１テストパターンＰＭ１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）を記憶する。あるいは、結像特性制御装置３の駆動を停止した状態で、基板ステージＰＳＴのＺ軸方向の位置を所定のステップピッチで変化させつつ、第１テストパターンＰＭ１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）を記憶するようにしてもよい。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。このような空間像計測装置５００を行えば、図７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位置を最適焦点位置Ｚ０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位置を最適焦点位置Ｚ０としてもよい。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結像特性制御装置３の補正量（あるいはＺステージ５２のＺ位置）を、第１の温度条件Ｔ１における、最適焦点位置条件を得ることができる結像特性制御装置３の最適補正量として記憶する。そして、上述した処理と同様の処理を、液体ＬＱの第２〜第Ｎの温度条件のそれぞれについても行うことによって、最適な露光条件、すなわち最適な液体温度条件及び最適焦点位置条件を決定することができる。
【００７７】
また、空間像計測装置５００を使って投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介した球面収差を計測する場合には、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬの光学素子２と基板ステージＰＳＴ上の受光部５０１とを対向させ、この投影光学系ＰＬの光学素子２と基板ステージＰＳＴ上の受光部５０１との間に、液浸機構１を使って、温度センサ６０の計測値が第１の温度Ｔ１となるように調整された液体ＬＱの液浸領域ＡＲ２を形成する。また、制御装置ＣＯＮＴは、図４に示したテストマスクＭｔの第１テストパターンＰＭ１のみに露光光ＥＬが照射されるように、照明光学系ＩＬに設けられている可動ブラインド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をテストマスクＭｔ（第１テストパターンＰＭ１）に照射して、スリットスキャン方式により空間像計測装置５００を用いて第１テストパターンＰＭ１の像の投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介した空間像計測を行う。この際、制御装置ＣＯＮＴは、基板ステージＰＳＴのＺ軸方向の位置を維持した状態で、結像特性制御装置３を使って投影光学系ＰＬの焦点位置を変化させつつ、第１テストパターンＰＭ１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）を記憶する。次に、制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬが第２テストパターンＰＭ２に照射されるように可動ブラインドを駆動制御し、上記と同様に、液体ＬＱの第１の温度条件Ｔ１について、結像特性制御装置３により焦点位置を変えながら、スリットスキャン方式で第２テストパターンＰＭ２の像の投影光学系ＰＬ及び液体ＬＱを介した空間像計測を行う。そして、これらの処理を投影光学系ＰＬの結像特性（球面収差）を変えながら繰り返し実行する。そして、液体ＬＱの第１の温度条件Ｔ１についての計測が終了した後、上述した処理と同様の処理を、液体ＬＱの第２〜第Ｎの温度条件のそれぞれについても行う。そして、制御装置ＣＯＮＴは、第１テストパターンＰＭ１の最適焦点位置と、第２テストパターンＰＭ２の最適焦点位置との差が最も小さく（球面収差が最も小さく）、且つ光強度信号のコントラストが最大となる液体ＬＱの温度、及び結像特性制御装置３の補正量を、最適な露光条件として記憶する。こうして、球面収差を最小にするような結像特性制御装置３の補正量や液体ＬＱの温度条件が求められる。
【００７８】
なお、空間像計測装置５００を用いる場合にも、結像特性制御装置３を使って投影光学系ＰＬの焦点位置を変える代わりに、投影光学系ＰＬの像面に対する空間像計測装置５００の表面位置を変更するようにしてもよい。
【００７９】
なお、上述した実施形態においては、液体ＬＱの条件として、液体ＬＱの温度条件を変えながら投影光学系ＰＬを介してパターン像を順次投影しているが、添加物を加えて液体ＬＱの屈折率を変更しながらテストパターンの像を投影してもよいし、例えば、液体供給口１２を介して投影光学系ＰＬの像面側に供給される単位時間当たりの液体供給量（流速）や、液体ＬＱの供給位置や回収位置等の条件を変えながら、投影光学系ＰＬを介してパターン像を順次投影し、そのときのパターン像の投影状態に基づいて、基板Ｐ上にデバイスパターンを投影するときの露光条件を決定するようにしてもよい。上記単位時間当たりの液体供給量や液体ＬＱの供給位置や回収位置に応じても、パターン像の投影状態（振動状態を含む）が変化する可能性があるため、液体ＬＱの温度条件以外の他の条件を変えながら投影光学系ＰＬを介してパターン像を順次投影することで、そのときのパターン像の投影状態に基づいて、基板Ｐ上にデバイスパターンを投影するときの最適な露光条件を決定することができる。
【００８０】
上記のように、液浸露光においては、液浸領域を介してパターン像が基板に投影されているので液浸領域の状態や液浸領域を形成する液体自体の物理量によりパターン像の投影状態が影響を受ける可能性がある。特に、液体の供給及び回収により維持されているダイナミックな液浸領域においては、液体の流動や液浸領域の深さや幅もパターン像の投影状態に影響を及ぼす可能性がある。本実施形態において、「液体の条件」とは、液体の温度、圧力、屈折率、密度、成分（組成及び純度）などの液体そのものの物理量のみならず、液浸領域を形成するための液体の供給または回収量、供給または回収位置などに依存する液浸領域の状態（流速など）や、液浸領域の厚み、幅（サイズ）などの液浸領域の状態をも含む概念である。それゆえ、液体の温度や温度分布に限らず、上記の液体の条件の一つあるいはそれらの組合わせを変更しつつパターン像の投影状態を計測し、液体の条件と投影状態の対応関係から、最適露光条件を決定してメモリに記憶しておくことは有意義である。
【００８１】
なお、上述した実施形態においては、露光条件を決定するために、テストマスクＭｔに設けられたテストパターン像の投影状態を計測し、その計測結果に基づいて、マスクＭに設けられたデバイスパターン像を投影するときの露光条件を決定しているが、露光条件を決定するときに、テストマスクＭｔのテストパターンを用いずに、マスクＭに設けられたデバイスパターン像の投影状態を計測し、その計測結果に基づいて、露光条件を決定するようにしてもよい。また、マスクステージＭＳＴ上のマスクＭの搭載位置の近傍に固定され、テストパターンが形成された透過部材を用いるようにしてもよい。
【００８２】
また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬの焦点位置及び球面収差を変えながら、テストパターンの像を投影するようにしているが、いずれか一方を変えながらテストパターンの像を投影するようにしてもよいし、ディストーションなどの他の結像特性を変えながらテストパターンの像を投影するようにしてもよい。また、偏光状態や波面収差の状態を変えながらテストパターンの像を投影するようにしてもよい。この場合、空間像計測装置５００の代わりに、あるいは空間像計測装置５００に加えて、偏光状態や波面収差の計測装置を搭載して、これらを使用してパターンの像の投影状態を計測するようにしてもよい。
【００８３】
また、上述のようなパターン像の投影状態の計測を、照明条件（４極照明、２極照明、輪帯照明、直線偏光照明、円偏光照明など）毎に液体ＬＱの条件を変えながら実行してもよいし、マスクＭの特性（種類（バイナリー型、位相シフトなど）、パターン密度、パターン分布など）毎に液体ＬＱの条件を変えながら実行することもできる。
【００８４】
また上述の実施形態においては、形状計測装置１００の計測結果の情報が露光装置ＥＸの制御装置ＣＯＮＴへ送信されるようになっているが、テスト基板を露光したときの条件（液体条件や投影光学系ＰＬの結像特性（焦点位置や球面収差）など）の情報と、形状計測装置１００の計測結果の情報とを、外部のホストコンピュータなどに集めて、最適な露光条件を決定するようにしてもよい。
【００８５】
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。なお工場等から供給される純水の純度が低い場合には、露光装置が超純水製造器を持つようにしてもよい。
【００８６】
このような見地からすれば、投影光学系の結像状態を、種々の純度の純水でそれぞれ計測し、純度に応じた露光条件を定めて記憶しておくことは有意義である。
【００８７】
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。
【００８８】
なお、上述したように液浸法を用いた場合には、投影光学系の開口数ＮＡが０．９〜１．３になることもある。このように投影光学系の開口数ＮＡが大きくなる場合には、従来から露光光として用いられているランダム偏光光では偏光効果によって結像性能が悪化することもあるので、偏光照明を用いるのが望ましい。その場合、マスク（レチクル）のライン・アンド・スペースパターンのラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明を行い、マスク（レチクル）のパターンからは、Ｓ偏光成分（ＴＥ偏光成分）、すなわちラインパターンの長手方向に沿った偏光方向成分の回折光が多く射出されるようにするとよい。投影光学系ＰＬと基板Ｐ表面に塗布されたレジストとの間が液体で満たされている場合、投影光学系ＰＬと基板Ｐ表面に塗布されたレジストとの間が空気（気体）で満たされている場合に比べて、コントラストの向上に寄与するＳ偏光成分（ＴＥ偏光成分）の回折光のレジスト表面での透過率が高くなるため、投影光学系の開口数ＮＡが１．０を越えるような場合でも高い結像性能を得ることができる。また、位相シフトマスクや特開平６−１８８１６９号公報に開示されているようなラインパターンの長手方向に合わせた斜入射照明法（特にダイポール照明法）等を適宜組み合わせると更に効果的である。特に、直線偏光照明法とダイポール照明法との組み合わせは、ライン・アンド・スペースパターンの周期方向が所定の一方向に限られている場合や、所定の一方向に沿ってホールパターンが密集している場合に有効である。例えば、透過率６％のハーフトーン型の位相シフトマスク（ハーフピッチ４５ｎｍ程度のパターン）を、直線偏光照明法とダイポール照明法とを併用して照明する場合、照明系の瞳面においてダイポールを形成する二光束の外接円で規定される照明σを０．９５、その瞳面における各光束の半径を０．１２５σ、投影光学系ＰＬの開口数をＮＡ＝１．２とすると、ランダム偏光光を用いるよりも、焦点深度（ＤＯＦ）を１５０ｎｍ程度増加させることができる。
【００８９】
また、例えばＡｒＦエキシマレーザを露光光とし、１／４程度の縮小倍率の投影光学系ＰＬを使って、微細なライン・アンド・スペースパターン（例えば２５〜５０ｎｍ程度のライン・アンド・スペース）を基板Ｐ上に露光するような場合、マスクＭの構造（例えばパターンの微細度やクロムの厚み）によっては、Wave guide効果によりマスクＭが偏光板として作用し、コントラストを低下させるＰ偏光成分（ＴＭ偏光成分）の回折光よりＳ偏光成分（ＴＥ偏光成分）の回折光が多くマスクＭから射出されるようになる。この場合、上述の直線偏光照明を用いることが望ましいが、ランダム偏光光でマスクＭを照明しても、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが０．９〜１．３のように大きい場合でも高い解像性能を得ることができる。
【００９０】
また、マスクＭ上の極微細なライン・アンド・スペースパターンを基板Ｐ上に露光するような場合、Wire Grid効果によりＰ偏光成分（ＴＭ偏光成分）がＳ偏光成分（ＴＥ偏光
成分）よりも大きくなる可能性もあるが、例えばＡｒＦエキシマレーザを露光光とし、１／４程度の縮小倍率の投影光学系ＰＬを使って、２５ｎｍより大きいライン・アンド・スペースパターンを基板Ｐ上に露光するような場合には、Ｓ偏光成分（ＴＥ偏光成分）の回折光がＰ偏光成分（ＴＭ偏光成分）の回折光よりも多くマスクＭから射出されるので、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが０．９〜１．３のように大きい場合でも高い解像性能を得ることができる。
【００９１】
更に、マスク（レチクル）のラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明（Ｓ偏光照明）だけでなく、特開平６−５３１２０号公報に開示されているように、光軸を中心とした円の接線（周）方向に直線偏光する偏光照明法と斜入射照明法との組み合わせも効果的である。特に、マスク（レチクル）のパターンが所定の一方向に延びるラインパターンだけでなく、複数の異なる方向に延びるラインパターンが混在（周期方向が異なるライン・アンド・スペースパターンが混在）する場合には、同じく特開平６−５３１２０号公報に開示されているように、光軸を中心とした円の接線方向に直線偏光する偏光照明法と輪帯照明法とを併用することによって、投影光学系の開口数ＮＡが大きい場合でも高い結像性能を得ることができる。例えば、透過率６％のハーフトーン型の位相シフトマスク（ハーフピッチ６３ｎｍ程度のパターン）を、光軸を中心とした円の接線方向に直線偏光する偏光照明法と輪帯照明法（輪帯比３／４）とを併用して照明する場合、照明σを０．９５、投影光学系ＰＬの開口数をＮＡ＝１．００とすると、ランダム偏光光を用いるよりも、焦点深度（ＤＯＦ）を２５０ｎｍ程度増加させることができ、ハーフピッチ５５ｎｍ程度のパターンで投影光学系の開口数ＮＡ＝１．２では、焦点深度を１００ｎｍ程度増加させることができる。
【００９２】
本実施形態では、投影光学系ＰＬの先端に光学素子２が取り付けられており、このレンズにより投影光学系ＰＬの光学特性、例えば収差（球面収差、コマ収差等）の調整を行うことができる。なお、投影光学系ＰＬの先端に取り付ける光学素子としては、投影光学系ＰＬの光学特性の調整に用いる光学プレートであってもよい。あるいは露光光ＥＬを透過可能な平行平面板であってもよい。
【００９３】
なお、液体ＬＱの流れによって生じる投影光学系ＰＬの先端の光学素子と基板Ｐとの間の圧力が大きい場合には、その光学素子を交換可能とするのではなく、その圧力によって光学素子が動かないように堅固に固定してもよい。
【００９４】
なお、本実施形態では、投影光学系ＰＬと基板Ｐ表面との間は液体ＬＱで満たされている構成であるが、例えば基板Ｐの表面に平行平面板からなるカバーガラスを取り付けた状態で液体ＬＱを満たす構成であってもよい。
【００９５】
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Ｆ２レーザである場合、このＦ２レーザ光は水を透過しないので、液体ＬＱとしてはＦ２レーザ光を透過可能な例えば、過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）やフッ素系オイル等のフッ素系流体であってもよい。この場合、液体ＬＱと接触する部分には、例えばフッ素を含む極性の小さい分子構造の物質で薄膜を形成することで親液化処理する。また、液体ＬＱとしては、その他にも、露光光ＥＬに対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系ＰＬや基板Ｐ表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なもの（例えばセダー油）を用いることも可能である。この場合も表面処理は用いる液体ＬＱの極性に応じて行われる。また、液体ＬＱの純水の代わりに、所望の屈折率を有する種々の液体を用いることも可能である。このように液体ＬＱとして光源や用途などに応じて種々の液体を使用可能であるので、本発明に従って「液体の条件」として液体種ごとにパターン像の投影状態を計測して、最適露光条件をそれぞれ求めておくことができる。そして、使用する液体に応じて制御装置ＣＯＮＴが最適露光条件になるように、結像特性等を制御することができる。
【００９６】
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。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（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスクを用いても良い。
【００９７】
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、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形成する露光装置（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、パターン像を基板Ｐ上に投影するための投影光学系を省略することもできる。
【００９８】
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。
【００９９】
また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報などに開示されているツインステージ型の露光装置にも適用できる。
【０１００】
また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に局所的に液体を満たす露光装置を採用しているが、本発明は、例えば特開平６−１２４８７３号公報及び特開平１０−３０３１１４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にも適用可能である。
【０１０１】
露光装置ＥＸの種類としては、基板Ｐに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
【０１０２】
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、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を用いてもよい。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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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（US S/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。
【０１０６】
以上のように、本願実施形態の露光装置ＥＸは、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【０１０７】
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図８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（ウエハ）を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に露光する露光処理（ウエハ処理）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。なお、ウエハ処理ステップ２０４において、図３のフローチャートで説明したステップＳＡ１〜ＳＡ９が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本実施形態に係る露光装置を示す概略構成図である。
【図２】基板ステージの平面図である。
【図３】本実施形態に係る露光手順を説明するためのフローチャート図である。
【図４】テストマスクの一例を示す図である。
【図５】テスト基板の一例を示す図である。
【図６】液体温度と球面収差との関係を示す模式図である。
【図７】空間像計測装置を使った焦点位置計測を説明するための図である。
【図８】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】
【０１０９】
１…液浸機構、３…結像特性制御装置、１４…温調装置、１００…形状計測装置、５００…空間像計測装置、５０１…受光部、ＣＯＮＴ…制御装置、ＬＱ…液体、Ｍ…マスク、Ｍｔ…テストマスク、Ｐ…基板、ＰＬ…投影光学系、Ｐｔ１〜ＰＴＮ…テスト基板、ＳＨ…ショット領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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