(57)【要約】【課題】  投影光学系と基板との間に液体を満たした状態で露光処理を行う際、良好なパターン転写精度で基板を露光できる液浸露光装置を提供する。【解決手段】  露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間を液体５０で満たし、投影光学系ＰＬにより液体５０を介して基板Ｐ上にパターンの像を投影することによって基板Ｐを露光する。基板Ｐを保持する基板ステージＰＳＴと、投影光学系ＰＬの像面側に液体５０を供給する液体供給装置１と、基板Ｐ表面の面情報を液体５０を介さずに検出するフォーカス・レベリング検出系１４とを備えている。露光装置ＥＸは、フォーカス・レベリング検出系１４で検出された面情報に基づいて基板Ｐ表面と投影光学系ＰＬ及び液体５０を介して形成される像面との位置関係を調整しつつ基板Ｐの液浸露光を行う。良好なパターン転写精度で液浸露光ができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンの像を液体を介して基板上に転写して基板を露光する露光装置であって、
パターンの像を基板に投影する投影光学系と、
前記基板を保持する第１基板ステージと、
前記投影光学系の像面側に前記液体を供給する液体供給装置と、
前記基板表面の面情報を、液体を介さずに検出する面検出系とを備え、
前記検出された面情報に基づいて、前記基板表面と前記投影光学系により前記液体を介して形成される像面との位置関係を調整しつつ前記基板の液浸露光を行う露光装置。
【請求項２】
前記面検出系の基準面を有し且つ前記第１基板ステージに設けられた基準部材を備え、前記基準面を使って、前記液体を介さずに検出された前記基板表面の面情報と、前記投影光学系により前記液体を介して形成される像面との関係が決定される請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記面検出系は、前記面情報として前記基板表面と前記基準面との関係を検出する請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記投影光学系と前記基準面との間に液体が供給された状態で、前記投影光学系により前記液体を介して形成される像面と前記基準面との関係を検出し、前記像面と前記基準面との関係に基づいて、前記基板表面と前記像面との関係が決定される請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記投影光学系と前記基準面との間に液体が供給された状態で検出される前記像面と前記基準面との関係は、前記面検出系とは異なる別の面検出系を用いて決定される請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記液体供給装置は、前記面検出系による前記基板表面の面情報の検出後、前記投影光学系と前記基準面とが対向している状態で前記液体の供給を開始する請求項２〜５のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記面検出系により液体を介さずに行われる前記基板表面の面情報の検出は、前記投影光学系の像面側に液体を保持した状態で実行される請求項１〜６のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項８】
前記第１基板ステージとは異なる第２基板ステージを備え、前記面検出系による前記第１基板ステージに保持された基板表面の面情報の検出中に、前記第２基板ステージに保持された基板と前記投影光学系との間に液体が供給された状態で、前記第２基板ステージに保持された基板を液浸露光する請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項９】
前記第１基板ステージに保持された基板上のアライメントマークを、液体を介さずに検出する第１アライメント系を備え、前記第１アライメント系の検出結果に基づいて、前記基板と前記パターンとのアライメントを行いつつ、前記基板の液浸露光を行う請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
さらに、前記露光装置の動作を制御する制御装置を備え、該制御装置が、前記検出された面情報に基づいて、前記基板表面と前記投影光学系及び前記液体を介して形成される像面との位置関係を調整する請求項１〜９のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記基板上のアライメントマークを、液体を介さずに検出するアライメント系を備え、
前記アライメント系の検出結果に基づいて、前記基板と前記パターンとのアライメントを行いつつ前記基板の液浸露光を行う請求項１〜７のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項１２】
前記基準部材の表面は、前記第１基板ステージに保持される基板の表面とほぼ面一であって、
前記第１基板ステージは、前記投影光学系の像面側に液体を局所的に保持したまま、前記投影光学系と前記基準部材とが対向している状態から、前記投影光学系と前記基板とが対向する状態へ移動可能である請求項２〜１１のいずれか一項記載の記載の露光装置。
【請求項１３】
前記液体は、前記投影光学系の像面側に局所的に保持され、
前記第１基板ステージは、前記第１基板ステージに保持される基板の周囲に、その基板表面とほぼ面一の平坦部を有する請求項１〜１２記載の露光装置。
【請求項１４】
液体を介して基板上の複数のショット領域にパターンの像を順次露光することによって前記基板上の複数のショット領域を露光する露光装置であって、
パターンの像を基板に投影する投影光学系と、
前記基板を保持する第１基板ステージと、
前記投影光学系の像面側に前記液体を供給する液体供給装置と、
前記基板上のアライメントマークを、液体を介さずに検出する第１アライメント系とを備え、
前記第１アライメント系の検出結果に基づいて、前記基板と前記パターンとのアライメントを行いつつ前記基板の液浸露光を行う露光装置。
【請求項１５】
前記第１基板ステージに設けられ、基準マークが形成された基準部材を備え、前記基準マークを使って、前記第１アライメント系の検出結果と、前記投影光学系により前記液体を介して形成される前記パターンの像の投影位置との関係が決定されることを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記第１アライメント系は、前記アライメントマークを検出することによって、前記基準マークと前記基板上の各ショット領域との位置関係を決定する請求項１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
前記投影光学系を介して前記基準マークを検出する第２アライメント系を備え、前記第２アライメント系の検出結果に基づいて、前記基板上の各ショット領域と前記投影光学系により前記液体を介して形成される前記パターンの像の投影位置との関係が決定される請求項１６に記載の露光装置。
【請求項１８】
前記第２アライメント系は、前記投影光学系と前記基準部材との間に液体が供給された状態で、前記基準マークの検出を行う請求項１７に記載の露光装置。
【請求項１９】
前記投影光学系を介して前記基準マークと前記パターンとの位置関係を検出する第２アライメント系を備え、前記第２アライメント系の検出結果に基づいて、前記基板上の各ショット領域と前記投影光学系により前記液体を介して形成される前記パターンの像の投影位置との関係が決定される請求項１５に記載の露光装置。
【請求項２０】
前記パターンはマスクに形成され、前記第２アライメント系は、前記投影光学系と前記基準部材との間に液体が供給された状態で、前記基準マークと前記マスクのマークとの位置関係の検出を行う請求項１９に記載の露光装置。
【請求項２１】
前記第２アライメント系は、前記投影光学系と前記基準部材との間に配置された透明部材、及び前記投影光学系を介して、前記基準マークの検出を行う請求項１７に記載の露光装置。
【請求項２２】
前記液体供給装置は、前記第１アライメント系による前記基板上のアライメントマークの検出後、前記投影光学系と前記基準部材とが対向している状態で、前記液体の供給を開始する請求項１４に記載の露光装置。
【請求項２３】
前記基準部材の表面は、前記第１基板ステージに保持される基板の表面とほぼ面一であって、
前記第１基板ステージは、前記投影光学系の像面側に液体を保持したまま、前記投影光学系と前記基準部材とが対向している状態から、前記投影光学系と前記基板とが対向している状態へ移動可能である請求項１５〜２２のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項２４】
前記液体は、前記投影光学系の像面側に局所的に保持され、
前記第１基板ステージは、前記第１基板ステージに保持される基板の周囲に、その基板表面とほぼ面一の平坦部を有する請求項１４〜２３のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項２５】
前記第１基板ステージとは異なる第２基板ステージを備え、前記第１アライメント系による前記第１基板ステージに保持された基板上のアライメントマークの検出中に、前記第２基板ステージに保持された基板と前記投影光学系との間に液体が供給された状態で、前記第２基板ステージに保持された基板を液浸露光する請求項１４〜２４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２６】
さらに、前記露光装置の動作を制御する制御装置を備え、該制御装置は、基板上に液体が供給されていない状態での前記第１アライメント系の検出結果に基づいて、基板上に液体が供給されている状態での前記基板と前記パターンとのアライメントを行うように基板ステージを制御する請求項１４〜２５のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれか一項に記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
【請求項２８】
パターンの像を液体を介して基板上に転写して基板を露光する液浸露光方法であって、
前記基板上に供給される液体を介さない計測により基板表面の面情報を求めるステップと、
前記基板上に液体を供給するステップと、
前記求められた面情報に基づいて、前記基板表面と前記液体を介して形成される像面との位置関係を調整しつつ前記基板の液浸露光を行うステップとを含む液浸露光方法。
【請求項２９】
基板上に供給される液体を介さない計測により基板表面の面情報を求めるステップにおいて、基板上に液体を供給して液体を介して形成されたパターンの像面と基板表面の面情報との関係を求めることを含む請求項２８に記載の液浸露光方法。
【請求項３０】
前記基板表面の面位置を求めるステップと液浸露光のステップが別のステーションで実施される請求項２８の露光方法。
【請求項３１】
パターンの像を液体を介して基板上に転写して基板を露光する液浸露光方法であって、
基板上に液体が供給されていないときに前記基板上のアライメントマークを検出するステップと、
前記基板上に液体を供給するステップと、
前記アライメントマークの検出結果に基づいて、液体が供給された前記基板と前記パターンとのアライメントを行いつつ前記基板の液浸露光のステップとを含む液浸露光方法。
【請求項３２】
前記アライメントマークを検出するステップと液浸露光を行うステップが異なるステーションで実施される請求項３１の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たした状態で投影光学系によって投影したパターンの像で露光する液浸露光装置及び液浸露光方法、並びにこの露光装置を用いる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くなるほど、また投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。そのため、露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大している。そして、現在主流の露光波長は、ＫｒＦエキシマレーザの２４８ｎｍであるが、更に短波長のＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍも実用化されつつある。また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度（ＤＯＦ）も重要となる。解像度Ｒ、及び焦点深度δはそれぞれ以下の式で表される。
Ｒ＝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。
【０００３】
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恐れがある。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、例えば国際公開第９９／４９５０４号公報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、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】
【０００４】
上述した露光装置においては、基板の露光中に基板表面に検出光を投射し、その反射光を受光することによって基板表面位置を検出し、この検出結果に基づいて、投影光学系を介して形成されるパターン像面と基板表面との位置関係を適切に調整する。しかしながら、液浸法に基づく液浸露光装置においては、投影光学系と基板との間に液体が存在し、その液体の温度変化などの影響を受けて、基板表面の面位置が正確に検出できず、パターン像面と基板表面との位置関係の調整が適切に行われない可能性がある。同様に、基板上のアライメントマークの検出を液体を介して行うと、液体の温度変化などの影響を受けて、基板のマークの検出が正確に行えず、マスクと基板との位置合わせが正確に行われない可能性がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、投影光学系と基板との間に液体を満たした状態で露光処理を行う際、良好なパターン転写精度で基板を露光できる液浸露光装置及び液浸露光方法を提供することを目的とする。また、基板表面とパターン像面との位置関係を最適な状態に調整できる液浸露光装置及び液浸露光方法を提供することを目的とする。更に、基板の位置合わせ（アライメント）を正確に行うことができる液浸露光装置及び液浸露光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】
【０００６】
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、各要素を限定する意図は無い。
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、パターンの像を液体（５０）を介して基板（Ｐ）上に転写して基板を露光する露光装置であって、パターンの像を基板に投影する投影光学系（ＰＬ）と、基板（Ｐ）を保持する第１基板ステージ（ＰＳＴ）と、投影光学系（ＰＬ）の像面側に液体（５０）を供給する液体供給装置（１）と、基板（Ｐ）表面の面情報を、液体（５０）を介さずに検出する面検出系（１４）とを備え、検出された面情報に基づいて、基板（Ｐ）表面と投影光学系（ＰＬ）により液体（５０）を介して形成される像面との位置関係を調整しつつ基板（Ｐ）の液浸露光を行う露光装置（ＥＸ）が提供される。
【０００８】
本発明によれば、液浸露光用の液体を介さずに基板表面の面情報の検出を行った後、それらの情報に基づいて液浸露光を行うので、液体の温度変化等の影響を受けずに、基板表面と液体を介して形成される像面との位置関係の調整や、基板上の各ショット領域とパターン像の投影位置との位置合わせを正確に行うことができる。また、アライメント系を液浸対応に構成する必要がなく、従来の検出系をそのまま利用できる。
【０００９】
本発明の第２の態様に従えば、液体（５０）を介して基板（Ｐ）上の複数のショット領域（Ｓ１〜Ｓ２０）にパターンの像を順次露光することによって前記基板上の複数のショット領域を露光する露光装置であって、パターンの像を基板に投影する投影光学系（ＰＬ）と、基板（Ｐ）を保持する第１基板ステージ（ＰＳＴ）と、投影光学系（ＰＬ）の像面側に液体（５０）を供給する液体供給装置（１）と、基板（Ｐ）上のアライメントマークを、液体（５０）を介さずに検出する第１アライメント系（１８）とを備え、第１アライメント系（１８）の検出結果に基づいて、基板（Ｐ）とパターンとのアライメントを行いつつ基板（Ｐ）の液浸露光を行う露光装置（ＥＸ）が提供される。
【００１０】
本発明によれば、液浸露光用の液体を介さずに基板上のアライメントマークの検出を行った後、それらの情報に基づいて液浸露光を行うので、第１の態様の露光装置と同様に、液体の温度変化等の影響を受けずに、基板表面と液体を介して形成される像面との位置関係の調整や、基板上の各ショット領域とパターン像の投影位置との位置合わせを正確に行うことができる。また、アライメント系を液浸対応に構成する必要がなく、従来の検出系をそのまま利用できる。
【００１１】
本発明では、上記態様の露光装置を用いることを特徴とするデバイス製造方法が提供される。
【００１２】
本発明の第３の態様に従えば、パターンの像を液体（５０）を介して基板（Ｐ）上に転写して基板を露光する液浸露光方法であって、前記基板（Ｐ）上に供給される液体を介さない計測により基板表面の面情報を求めるステップ（Ｓ２、Ｓ４）と、前記基板上に液体を供給するステップ（Ｓ５）と、前記求められた面情報に基づいて、前記基板表面と前記液体を介して形成される像面との位置関係を調整しつつ前記基板の液浸露光を行うステップ（Ｓ８）を含む液浸露光方法が提供される。この方法によれば、基板表面の面情報は、液体を介さない計測により求められるので、液体の温度などの物理的変化に影響されることなく、正確に且つ容易に基板の位置決めを実行することができる。
【００１３】
本発明の第４の態様に従えば、パターンの像を液体（５０）を介して基板上に転写して基板（Ｐ）を露光する液浸露光方法であって、基板上に液体が供給されていないときに前記基板上のアライメントマークを検出するステップ（Ｓ１）と、前記基板上に液体を供給するステップ（Ｓ５）と、前記アライメントマークの検出結果に基づいて、液体が供給された前記基板と前記パターンとのアライメントを行いつつ前記基板の液浸露光のステップ（Ｓ８）とを含む液浸露光方法が提供される。この方法によれば、基板のショット領域のアライメントを液体を介さない状態（ドライコンディション）で行うので、液浸露光に用いる液体の温度などの物理的変化に影響されることなく、正確に且つ容易に基板のショット領域の位置決めを実行することができる。一方で、露光動作は液体が供給された状態（ウェトコンディション）で行われるために焦点深度の広い露光が可能となる。また、アライメント系は従来の装置を用いることができるので、液浸露光に伴う装置コストの増加を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の液浸露光装置及び液浸露光方法は、液浸露光用の液体を介さずに基板表面の面情報の検出や基板上のアライメントマークの検出を行った後、それらの情報に基づいて液浸露光を行うので、基板表面と液体を介して形成される像面との位置関係の調整や、基板上の各ショット領域とパターン像の投影位置との位置合わせを正確に行うことができる。したがって、精度良い露光処理を行うことができ、所望の性能を発揮するデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の露光装置及びデバイス製造方法について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００１６】
図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターン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。
【００１７】
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とを走査方向における互いに異なる向き（逆方向）に同期移動しつつマスクＭに形成されたパターンを基板Ｐに露光する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）を使用する場合を例にして説明する。以下の説明において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向）をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＹ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわり方向をそれぞれ、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。
【００１８】
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上の照明領域をスリット状に設定する可変視野絞り等を有している。マスクＭ上の所定の照明領域は照明光学系ＩＬにより均一な照度分布の露光光ＥＬで照明される。照明光学系ＩＬから射出される露光光ＥＬとしては、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及び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エキシマレーザ光を用いる。
【００１９】
マスクステージＭＳＴは、マスクＭを支持するものであって、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５６が設けられている。また、移動鏡５６に対向する位置にはレーザ干渉計５７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５７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５７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。
【００２０】
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、複数の光学素子（レンズ）で構成されており、これら光学素子は金属部材としての鏡筒ＰＫで支持されている。本実施形態において、投影光学系ＰＬは、投影倍率βが例えば１／４あるいは１／５の縮小系である。なお、投影光学系ＰＬは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。また、本実施形態の投影光学系ＰＬの先端側（基板Ｐ側）には、光学素子（レンズ）６０が鏡筒ＰＫより露出している。この光学素子６０は鏡筒ＰＫに対して着脱（交換）可能に設けられている。
【００２１】
基板ステージ（第１基板ステージ）ＰＳＴは、基板Ｐを支持するものであって、基板Ｐを基板ホルダを介して保持するＺステージ５１と、Ｚステージ５１を支持するＸＹステージ５２と、ＸＹステージ５２を支持するベース５３とを備えている。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。
【００２２】
基板Ｐの表面の面情報（Ｚ軸方向における位置情報及び傾斜情報）は、面検出系であるフォーカス・レベリング検出系１４により検出される。フォーカス・レベリング検出系１４は検出光を基板Ｐ表面に投射する投射系１４Ａとその基板Ｐからの反射光を受光する受光系１４Ｂとを備えている。フォーカス・レベリング検出系１４の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴは、フォーカス・レベリング検出系１４の検出結果に基づいてＺステージ５１を駆動し、Ｚステージ５１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）及び傾斜角を調整することにより、基板Ｐの表面をオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系ＰＬの像面に対して最適な状態に合わせ込む。なお、ＺステージとＸＹステージとを一体的に形成してもよい。
【００２３】
基板ステージＰＳＴ（Ｚステージ５１）上には、基板ステージＰＳＴとともに投影光学系ＰＬに対して移動する移動鏡５４が設けられている。また、移動鏡５４に対向する位置にはレーザ干渉計５５が設けられている。基板ステージ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５５によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計５５の計測結果に基づいて基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介してＸＹステージ５２を駆動することで基板ＰのＸＹ方向における位置（投影光学系ＰＬの像面と実質的に平行な方向の位置）を調整し、基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐの位置決めを行う。
【００２４】
投影光学系ＰＬの先端近傍には、基板Ｐ上のアライメントマークあるいはＺステージ５１上に設けられた基準マーク（後述）を検出する基板アライメント系（第１アライメント系）１８が配置されている。また、マスクステージＭＳＴの近傍には、マスクＭと投影光学系ＰＬとを介してＺステージ５１上の基準マークを検出するマスクアライメント系（第２アライメント系）１９が設けられている。
【００２５】
なお、オートフォーカス・レベリング検出系１４の構成としては、例えば特開平８−３７１４９号公報（米国特許６，１９５，１５４）に開示されている。また、基板アライメント系１８の構成としては、特開平４−６５６０３号公報（米国特許５，４９３，４０３）に開示されている。さらに、マスクアライメント系１９の構成としては、特開平７−１７６４６８号公報（米国特許５，６４６，４１３）に開示されている。
【００２６】
本実施形態では、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、液浸法を適用する。そのため、少なくともマスクＭのパターンの像を基板Ｐ上に転写している間は、基板Ｐの表面と投影光学系ＰＬの基板Ｐ側の光学素子（レンズ）６０の先端面（下面）７との間に所定の液体５０が満たされる。上述したように、投影光学系ＰＬの先端側にはレンズ６０が露出しており、液体５０はレンズ６０のみに接触するように供給される。これにより、金属からなる鏡筒ＰＫの腐蝕等が防止されている。本実施形態において、液体５０には純水が用いられる。純水は、ＡｒＦエキシマレーザ光のみならず、露光光ＥＬを例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）とした場合であっても、これらの露光光ＥＬを透過可能である。
【００２７】
露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの先端面（レンズ６０の先端面）７と基板Ｐとの間の空間５６、すなわち投影光学系ＰＬの像面側に所定の液体５０を供給する液体供給装置１と、空間５６の液体５０を回収する液体回収装置２とを備えている。液体供給装置１は、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の少なくとも一部を液体５０で満たすためのものであって、液体５０を収容するタンク、加圧ポンプなどを備えている。液体供給装置１には供給管３の一端部が接続され、供給管３の他端部には供給ノズル４が接続されている。液体供給装置１は供給管３及び供給ノズル４を介して空間５６に液体５０を供給する。
【００２８】
液体回収装置２は、吸引ポンプ、回収した液体５０を収容するタンクなどを備えている。液体回収装置２には回収管６の一端部が接続され、回収管６の他端部には回収ノズル５が接続されている。液体回収装置２は回収ノズル５及び回収管６を介して空間５６の液体５０を回収する。空間５６に液体５０を満たす際、制御装置ＣＯＮＴは液体供給装置１を駆動し、供給管３及び供給ノズル４を介して空間５６に対して単位時間当たり所定量の液体５０を供給するとともに、液体回収装置２を駆動し、回収ノズル５及び回収管６を介して単位時間当たり所定量の液体５０を空間５６より回収する。これにより、投影光学系ＰＬの先端面７と基板Ｐとの間の空間５６に液体５０が保持される。液体５０の温度は、例えば露光装置ＥＸが収容されるチャンバ内の温度と同程度に設定される。
【００２９】
図２は、露光装置ＥＸの投影光学系ＰＬの下部、液体供給装置１、及び液体回収装置２などを示す図１の部分拡大図である。図２において、投影光学系ＰＬの最下端のレンズ６０は、先端部６０Ａが走査方向に必要な部分だけを残してＹ軸方向（非走査方向）に細長い矩形状に形成されている。走査露光時には、先端部６０Ａの直下の矩形の投影領域にマスクＭの一部のパターン像が投影され、投影光学系ＰＬに対して、マスクＭが−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速度Ｖで移動するのに同期して、ＸＹステージ５２を介して基板Ｐが＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に速度β・Ｖ（βは投影倍率）で移動する。そして、１つのショット領域への露光終了後に、基板Ｐのステッピングによって次のショット領域が走査開始位置に移動し、以下、ステップ・アンド・スキャン方式で各ショット領域に対する露光処理が順次行われる。本実施形態では、基板Ｐの移動方向に沿って液体５０を流すように設定されている。
【００３０】
図３は、投影光学系ＰＬのレンズ６０の先端部６０Ａと、液体５０をＸ軸方向に供給する供給ノズル４（４Ａ〜４Ｃ）と、液体５０を回収する回収ノズル５（５Ａ、５Ｂ）との位置関係を示す図である。図３において、レンズ６０の先端部６０Ａの形状はＹ軸方向に細長い矩形状となっており、投影光学系ＰＬのレンズ６０の先端部６０ＡをＸ軸方向に挟むように、＋Ｘ方向側に３つの供給ノズル４Ａ〜４Ｃが配置され、−Ｘ方向側に２つの回収ノズル５Ａ、５Ｂが配置されている。そして、供給ノズル４Ａ〜４Ｃは供給管３を介して液体供給装置１に接続され、回収ノズル５Ａ、５Ｂは回収管４を介して液体回収装置２に接続されている。また、供給ノズル４Ａ〜４Ｃと回収ノズル５Ａ、５Ｂとを先端部６０Ａの中心に対して略１８０°回転した位置に、供給ノズル８Ａ〜８Ｃと、回収ノズル９Ａ、９Ｂとが配置されている。供給ノズル４Ａ〜４Ｃと回収ノズル９Ａ、９ＢとはＹ軸方向に交互に配列され、供給ノズル８Ａ〜８Ｃと回収ノズル５Ａ、５ＢとはＹ軸方向に交互に配列され、供給ノズル８Ａ〜８Ｃは供給管１０を介して液体供給装置１に接続され、回収ノズル９Ａ、９Ｂは回収管１１を介して液体回収装置２に接続されている。
【００３１】
そして、矢印Ｘａで示す走査方向（−Ｘ方向）に基板Ｐを移動させて走査露光を行う場合には、供給管３、供給ノズル４Ａ〜４Ｃ、回収管４、及び回収ノズル５Ａ、５Ｂを用いて、液体供給装置１及び液体回収装置２により液体５０の供給及び回収が行われる。すなわち、基板Ｐが−Ｘ方向に移動する際には、供給管３及び供給ノズル４（４Ａ〜４Ｃ）を介して液体供給装置１から液体５０が投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に供給されるとともに、回収ノズル５（５Ａ、５Ｂ）、及び回収管６を介して液体５０が液体回収装置２に回収され、レンズ６０と基板Ｐとの間を満たすように−Ｘ方向に液体５０が流れる。一方、矢印Ｘｂで示す走査方向（＋Ｘ方向）に基板Ｐを移動させて走査露光を行う場合には、供給管１０、供給ノズル８Ａ〜８Ｃ、回収管１１、及び回収ノズル９Ａ、９Ｂを用いて、液体供給装置１及び液体回収装置２により液体５０の供給及び回収が行われる。すなわち、基板Ｐが＋Ｘ方向に移動する際には、供給管１０及び供給ノズル８（８Ａ〜８Ｃ）を介して液体供給装置１から液体５０が投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に供給されるとともに、回収ノズル９（９Ａ、９Ｂ）、及び回収管１１を介して液体５０が液体回収装置２に回収され、レンズ６０と基板Ｐとの間を満たすように＋Ｘ方向に液体５０が流れる。このように、制御装置ＣＯＮＴは、液体供給装置１及び液体回収装置２を用いて、基板Ｐの移動方向に沿って基板Ｐの移動方向と同一方向へ液体５０を流す。この場合、例えば液体供給装置１から供給ノズル４を介して供給される液体５０は基板Ｐの−Ｘ方向への移動に伴って空間５６に引き込まれるようにして流れるので、液体供給装置１の供給エネルギーが小さくでも液体５０を空間５６に容易に供給できる。そして、走査方向に応じて液体５０を流す方向を切り替えることにより、＋Ｘ方向、又は−Ｘ方向のどちらの方向に基板Ｐを走査する場合にも、レンズ６０の先端面７と基板Ｐとの間を液体５０で満たすことができ、高い解像度及び広い焦点深度を得ることができる。
【００３２】
なお、上述したノズルの形状は特に限定されるものでなく、例えば先端部６０Ａの長辺について２対のノズルで液体５０の供給又は回収を行うようにしてもよい。なお、この場合には、＋Ｘ方向、又は−Ｘ方向のどちらの方向からも液体５０の供給及び回収を行うことができるようにするため、供給ノズルと回収ノズルと上下に並べて配置してもよい。また、不図示ではあるが、液体５０の供給及び回収を行うノズルは、投影光学系ＰＬのレンズ６０の周りに所定間隔で設けられており、基板Ｐが走査方向（＋Ｘ方向、−Ｘ方向）以外の方向に移動する場合にも、基板Ｐの移動方向と平行に、基板Ｐの移動方向と同方向に液体５０を流すことができる。
【００３３】
図４は、Ｚステージ５１を上方から見た概略平面図である。矩形状のＺステージ５１の互いに垂直な２つの側面には移動鏡５４が配置されており、Ｚステージ５１のほぼ中央には不図示のホルダを介して基板Ｐが保持されている。基板Ｐ上には、複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２０が設定されている。基板Ｐの周囲には基板Ｐの表面とほぼ同じ高さの平面を有する補助プレート４１が設けられている。基板Ｐのエッジと補助プレート４１との間は１〜２ｍｍ程度の隙間があるが、液体５０の表面張力によりその隙間に液体５０が流れ込むことはほとんどなく、基板Ｐの周縁近傍を露光する場合にも投影光学系ＰＬの下に液体５０を保持することができる。
【００３４】
Ｚステージ５１の１つのコーナーには、補助プレート４１と一体的に基準板（基準部材）４２が設けられている。基準板４２には、基板アライメント系１８により検出される基準マークＰＦＭと、マスクアライメント系１９により検出される基板マークＭＦＭとが所定の位置関係で設けられている。また、基準板４２の表面はほぼ平坦となっており、フォーカス・レベリング検出系１４の基準面としての役割も果たす。なお、フォーカス・レベリング検出系１４の基準面を基準板４２とは別にＺステージ５１上に設けてもよい。また、基準板４２を補助プレート４１に対して１〜２ｍｍ程度離して設けてもよい。また基準マークＰＦＭと基準マークＭＦＭをそれぞれ別の部材に設けるようにしてもよい。更に、基準板４２の表面は基板Ｐの表面及び補助プレート４１の表面とほぼ同じ高さに設定されており、投影光学系ＰＬの下に液体５０を保持したまま投影光学系ＰＬの下の液浸部分を基準板４２と基板Ｐとの間で移動することができる。
【００３５】
次に、上述した露光装置ＥＸを用いてマスクＭのパターンを基板Ｐに露光する手順について図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３６】
［ドライコンディションでのアライメントマーク（ＸＹ方向）の検出］
液体供給装置１から液体５０の供給を行う前に基板Ｐ上に液体がない状態で、まず計測処理が行われる。制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸがショット領域Ｓ１〜Ｓ２０上を図４の波線矢印４３に沿って進むようにレーザ干渉計５５の出力をモニタしつつＸＹステージ５２を移動する。その移動の途中で、基板アライメント系１８は基板Ｐ上に形成されている複数のアライメントマーク（不図示）を液体を介さずに検出する（Ｓ１）。なお、基板アライメント系１８がアライメントマークの検出を行うときはＸＹステージ５２は停止される。その結果、レーザ干渉計５５によって規定される座標系内での各アライメントマークの位置情報が計測される。なお、基板アライメント系１８によるアライメントマークの検出は、基板Ｐ上の全てのアライメントマークを検出してもよいし、その一部を検出するのみでもよい。また基板アライメント系１８が基板Ｐを移動しながら基板Ｐ上のアライメントマークを検出できる場合には、ＸＹステージ５２を停止させなくてもよい。
【００３７】
［ドライコンディションでの基板表面位置（Ｚ方向）の検出］
また、そのＸＹステージ５２の移動中に、フォーカス・レベリング検出系１４により基板Ｐの表面情報が液体を介さずに検出される（Ｓ２）。フォーカス・レベリング検出系１４による表面情報の検出は基板Ｐ上の全てのショット領域Ｓ１〜Ｓ２０毎に行われ、検出結果は基板Ｐの走査方向（Ｘ軸方向）の位置を対応させて制御装置ＣＯＮＴに記憶される。なお、フォーカス・レベリング検出系１４による表面情報の検出は、一部のショット領域に対して行うだけでもよい。
なお、ＸＹステージ５２の移動も図４に限らず、できるだけ短い距離で所望の検出作業ができるように移動してもよい。
また、複数のアライメントマークの位置情報の検出と基板Ｐの面情報の検出のうちの一方の検出を先に完了させ、その後に他方の検出を実行するようにしてもよい。
【００３８】
［ドライコンディションでの基準マークＰＦＭ（ＸＹ方向）の検出］
基板Ｐのアライメントマークの検出、及び基板Ｐの表面情報の検出が終了すると、基板アライメント系１８の検出領域が基準板４２上に位置決めされるように、制御装置ＣＯＮＴはＸＹステージ５２を移動する。基板アライメント系１８は基準板４２上の基準マークＰＦＭを検出し、レーザ干渉計５５によって規定される座標系内での基準マークＰＦＭの位置情報を計測する（Ｓ３）。
【００３９】
この基準マークＰＦＭの検出処理の完了により、基準マークＰＦＭと基板Ｐ上の複数のアライメントマークとの位置関係が求められる。複数のアライメントマークとショット領域Ｓ１〜Ｓ２０との位置関係は既知なので、基準マークＰＦＭと基板Ｐ上の複数のアライメントマークとの位置関係が求められると、基準マークＰＦＭと基板Ｐ上の複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２０との位置関係がそれぞれ求められたことになる。また、基準マークＰＦＭと基準マークＭＦＭとは所定の位置関係にあるので、ＸＹ平面内における基準マークＭＦＭと基板Ｐ上の複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２０との位置関係がそれぞれ決定されたことになる。
【００４０】
［ドライコンディションでの基準板の表面位置（Ｚ方向）の検出］
基板アライメント系１８による基準マークＰＦＭの検出の前または後に、制御装置ＣＯＮＴは基準板４２の表面（基準面）の表面情報をフォーカス・レベリング検出系１４により検出する（Ｓ４）。この基準板４２の表面の検出処理の完了により、基準板４２表面と基板Ｐ表面との関係が求められたことになる。
【００４１】
［ウェットコンディションでの基準マークＭＦＭの検出（ＸＹ方向）の検出］
次に、マスクアライメント系１９により基準板４２上の基準マークＭＦＭを検出できるように、制御装置ＣＯＮＴはＸＹステージ５２を移動する。当然のことながらこの状態では投影光学系ＰＬの先端部６０Ａと基準板４２とは対向している。ここで、制御装置ＣＯＮＴは液体供給装置１及び液体回収装置２による液体５０の供給及び回収を開始し、投影光学系ＰＬと基準板４２との間を液体５０で満たす（Ｓ５）。
【００４２】
次に、制御装置ＣＯＮＴは、マスクアライメント系１９によりマスクＭ、投影光学系ＰＬ、及び液体５０を介して基準マークＭＦＭの検出を行う（Ｓ６）。すなわち、マスクＭ上のマークと基準マークＭＦＭとの位置関係を投影光学系ＰＬと液体とを介して検出する。これにより投影光学系ＰＬと液体５０とを介して、ＸＹ平面内におけるマスクＭの位置、すなわちマスクＭのパターンの像の投影位置情報が基準マークＭＦＭを使って検出されたことになる。
【００４３】
［ウェットコンディションでの基準板の検出（Ｚ方向）の検出］
また、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬと基準板４２との間に液体５０を供給した状態で、基準板４２の表面（基準面）をフォーカス・レベリング検出系１４で検出し、投影光学系ＰＬ及び液体５０を介して形成される像面と基準板４２の表面との関係を計測する（Ｓ７）。フォーカス・レベリング検出系１４は、ウェットコンディションにおいて、投影光学系ＰＬにより液体５０を介して形成される像面と被検面との位置関係（ずれ）を検出できるようになっており、ウェットコンディションで基準板４２の表面を検出することによって、投影光学系ＰＬ及び液体５０を介して形成される像面と基板Ｐ表面との関係が、基準板４２を使って検出されたことになる。
【００４４】
［ウェットコンディションでのアライメント及び露光］
以上のような計測処理が終了すると、制御装置ＣＯＮＴは、基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２０を露光するために液体５０の供給及び回収を行いながらＸＹステージ５２を移動して投影光学系ＰＬの下の液浸部分を基板Ｐ上へ移動する。基準板４２、補助プレート４１、及び基板Ｐの表面はそれぞれほぼ同じ高さなので投影光学系ＰＬの下に液体５０を保持した状態でＸＹステージ５２を移動することができる。
【００４５】
そして、前述の計測処理中に求めた各情報を使って、基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２０を走査露光する（Ｓ８）。すなわち、各ショット領域のそれぞれに対する走査露光中は、液体５０の供給前に求めた基準マークＰＦＭと各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２０との位置関係の情報、及び液体５０の供給後に基準マークＭＦＭを使って求めたマスクＭのパターンの像の投影位置情報に基づいて、基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２０とマスクＭとの位置合わせが行われる（Ｓ８）。
【００４６】
また、各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２０に対する走査露光中は、液体５０の供給前に求めた基準板４２表面と基板Ｐ表面との関係の情報、及び液体５０の供給後に求めた基準板４２表面と液体５０を介して形成される像面との位置関係の情報に基づいて、フォーカス・レベリング検出系１４を使うことなしに、基板Ｐ表面と液体５０を介して形成される像面との位置関係が調整される。このように、液体５０を介して行われるフォーカス・レベリング検出系１４の検出は、基板Ｐの露光開始前の基準板４２表面の検出を行うときだけなので、液体５０の温度変化などの影響を最小限に抑えて、フォーカス・レベリング検出系１４の検出動作を行うことができる。
【００４７】
なお、走査露光中にフォーカス・レベリング検出系１４を使って基板Ｐ表面の面情報を検出し、基板Ｐ表面と像面との位置関係の調整結果の確認に用いるようにしてもよい。また、走査露光中に、フォーカス・レベリング検出系１４を使って基板Ｐ表面の面情報を検出し、走査露光中に検出された面情報を更に加味して、基板Ｐ表面と像面との位置関係を調整するようにしてもよい。
【００４８】
また、上述の実施形態では、基板Ｐの表面情報を液体なしに検出するときに、マスクＭのパターンの像が形成される投影領域内もしくはその近傍に検出光を投射するフォーカス・レベリング検出系１４を使ったが、基板アライメント系１８に搭載されているフォーカス・レベリング検出系（不図示）を使ってもよい。基板アライメント系１８に搭載されているフォーカス・レベリング検出系は、基板アライメント系１８で基板Ｐ上のアライメントマークを検出するときに基板Ｐの表面位置を調整するために用いられる。フォーカス・レベリング検出系の具体的な構成としては、例えば特開２００１−２５７１５７号（米国特許公報2001/0023918A）に開示されている。
【００４９】
また、上述の実施形態では、基板Ｐ表面と像面との位置関係の調整は基板Ｐを保持するＺステージ５１を動かすことによって行っているが、マスクＭや投影光学系ＰＬを構成する複数のレンズの一部を動かして、像面を基板Ｐ表面に合わせるようにしてもよいし、露光光ＥＬの波長を微調整するようにしてもよい。
また、上述の実施形態においては、基板Ｐ上のアライメントマーク及び基準マークＰＦＭの検出後に、液体供給装置１から液体５０の供給を開始するようにしているが、可能であれば、その検出前に、液体供給装置１から液体５０を供給し、投影光学系ＰＬの像面側に局所的に液体５０を保持したまま、液体を介さずに基板Ｐ上のアライメントマーク及び基準マークＰＦＭの検出を行うようにしてもよい。
また上述の実施形態においては、基準板４２を介して、ドライコンディションで計測された基板Ｐの表面情報と、投影光学系ＰＬと液体５０とを介して形成される像面との関連づけが行われているが、基準板４２の代わりに基板Ｐ上の所定領域を基準面として、ドライコンディション及びウェットコンディションで、フォーカス・レベリング検出系１４によりその所定領域を検出して、ドライコンディションで計測された基板Ｐの表面情報と、投影光学系ＰＬと液体５０とを介して形成される像面との関連づけを行うようにしてもよい。
また上述の実施形態のおいては、フォーカス・レベリング検出系１４は、ドライコンディションとウェットコンディションの両方で使われているが、ドライコンディション用のフォーカス・レベリング検出系とウェットコンディション用のフォーカス・レベリング検出系とを別々に設けてもよい。
またフォーカス・レベリング検出系１４によって、ドライコンディションで検出された基板Ｐの表面情報と、投影光学系ＰＬにより液体を介して形成される像面との関係（オフセット）が予めわかっているときは、フォーカス・レベリング検出系１４によるウェットコンディションでの検出を省略して、ドライコンディションで計測された基板Ｐの表面情報に基づいて、投影光学系ＰＬにより液体を介して形成される像面と基板Ｐ表面との位置関係を調整しつつ、基板Ｐ上の各ショット領域を液浸露光するようにしてもよい。この場合、基準面としての基準板４２を基板ステージＰＳＴ上に設けなくてもよい。基準マークが形成された基準部材は必要である。
【００５０】
以上のように、液浸露光用の液体５０を介さずに基板Ｐ上のアライメントマークの検出や基板Ｐ表面情報の検出を行った後、それらの情報に基づいて液浸露光を行うので、基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２０とマスクＭとの位置合わせや基板Ｐ表面と液体５０を介して形成される像面との位置関係の調整を正確に行うことができる。
【００５１】
図５は本発明の変形例を示す図であって、投影光学系ＰＬのレンズ６０付近の概略構成を示す図である。なお、図５では簡単のため、液体供給装置１や液体回収装置２、基板アライメント系１８等は省略してある。
【００５２】
図５に示す露光装置ＥＸには、Ｘ軸方向に関して投影光学系ＰＬのレンズ６０の両側に、フォーカス・レベリング検出系１４と同じ構成で、基板Ｐ表面の面情報を検出するフォーカス・レベリング検出系６１、６２が設けられている。フォーカス・レベリング系６１、６２の各検出領域は、投影光学系ＰＬの下に液体５０が供給された（投影光学系ＰＬの像面側に液体５０が局所的に保持されている）ときにもその液浸部分から離れた位置に設定されている。フォーカス・レベリング検出系６１は、基板Ｐが−Ｘ方向に移動しながら走査露光を行うときに用いられ、フォーカス・レベリング検出系６２は、基板Ｐが＋Ｘ方向に移動しながら走査露光を行うときに用いられる。
【００５３】
本実施形態の露光装置の場合、マスクＭと基板Ｐ上の各ショット領域との位置合わせ（アライメント）は上述の実施形態と同様に行われる。
【００５４】
本実施形態の計測処理においては、投影光学系ＰＬと基準板４２との間に液体５０を供給した状態で、フォーカス・レベリング検出系１４により基準板４２の表面位置を検出し、その検出結果に基づいてＺステージ５１を動かして、基準板４２の表面を投影光学系ＰＬ及び液体５０を介して形成される像面に合わせ込む。このとき、フォーカス・レベリング検出系６１、６２の各検出領域も基準板４２上に位置しており（このとき、フォーカス・レベリング検出系６１、６２の検出領域に液体は存在しない）、フォーカス・レベリング検出系６１、６２で基準板４２の表面をそれぞれ検出することにより、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬ及び液体５０を介して形成される像面と、フォーカス・レベリング検出系６１、６２で液体を介さずに検出される各面情報との関係を求めることができる。
【００５５】
以上のような計測処理が終了すると、制御装置ＣＯＮＴは、基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２０を露光するために、液体５０の供給及び回収を行いながらＸＹステージ５２を移動して、投影光学系ＰＬの下の液浸部分を基板Ｐ上へ移動する。そして、制御装置ＣＯＮＴは、前述の計測処理中に求めた各情報を使って、基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２０を走査露光する。基板Ｐ上の各ショット領域の走査露光中、投影光学系ＰＬ及び液体５０を介して形成される像面と基板Ｐ表面との位置関係の調整は、フォーカス・レベリング検出系１４を使わずに、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の液浸部分の外側に検出領域を有するフォーカス・レベリング検出系６１、６２を使って行われる。例えば、−Ｘ方向に基板Ｐを移動しながら基板Ｐ上のあるショット領域を走査露光する場合には、その露光対象のショット領域が投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の液浸部分に入る前に、フォーカス・レベリング検出系６１によりそのショット領域表面の面位置情報が順次検出され、そのショット領域が投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の液浸部分を通過するときには、フォーカス・レベリング検出系６１によって検出された面位置情報に基づいて、そのショット領域表面と像面との位置関係が調整される。フォーカス・レベリング検出系６１で検出される面情報と最適像面との関係は予め基準板４２を使って求められているので、フォーカス・レベリング検出系６１で検出された面位置情報のみでも、液体５０の温度変化などの影響を受けることなくそのショット領域表面を最適像面に対して正確に合わせ込むことができる。なお、先の実施形態で述べたように、フォーカス・レベリング検出系１４を露光中に併用してもよいことはいうまでもない。
【００５６】
また近年、基板Ｐを保持するステージを２つ搭載したツインステージ型露光装置が登場しているが、本発明はツインステージ型露光装置にも適用可能である。
【００５７】
図６はツインステージ型露光装置の概略構成図である。ツインステージ型露光装置は共通のベース７１上を各々独立に移動可能な第１、第２基板ステージＰＳＴ１、ＰＳＴ２を備えている。第１，第２基板ステージＰＳＴ１、ＰＳＴ２はそれぞれ図４に示した基準板４２と同等の構成を有する基準板７４、７５を備えている。また、ツインステージ型露光装置は露光ステーションと計測・交換ステーションとを有しており、露光ステーションには基板アライメント系１８を除いて図４のシステム（フォーカス・レベリング検出系１４を含む）が全て搭載されている。また、計測・交換ステーションには、基板アライメント系７２、投射系７３Ａ及び受光系７３Ｂを有するフォーカス・レベリング検出系７３が搭載されている。
【００５８】
このようなツインステージ型露光装置の基本的な動作としては、例えば露光ステーションにおいて第２基板ステージＰＳＴ２上の基板Ｐの露光処理中に、計測・交換ステーションにおいて、第１基板ステージＰＳＴ１上の基板Ｐの交換及び計測処理が行われる。そして、それぞれの作業が終了すると、第２基板ステージＰＳＴ２が計測・交換ステーションに移動し、それと並行して第１基板ステージＰＳＴ１が露光ステーションに移動し、今度は第２基板ステージＰＳＴ２において計測及び交換処理が行われ、第１基板ステージＰＳＴ１上の基板Ｐに対して露光処理が行われる。
【００５９】
本発明をツインステージ型露光装置に適用した場合には、上述の実施形態で説明した、液体を介さずに行われる計測処理は計測・交換ステーションで行われる。例えば第２基板ステージＰＳＴ２上の基板Ｐに対して露光ステーションにおいて液浸露光処理が行われている最中、第１基板ステージＰＳＴ１上の基板Ｐに対して計測ステーションにおいて基板アライメント系７２、フォーカス・レベリング検出系７３、及び基準板７４を用いて液体を介さない計測処理が行われる。そして、液体を介さない計測処理が完了すると、第１基板ステージＰＳＴ１と第２基板ステージＰＳＴ２との交換作業が行われ、図６に示すように、第１基板ステージＰＳＴ１の基準板７４と投影光学系ＰＬとが対向するように、第１基板ステージＰＳＴ１の位置決めがされる。この状態で、制御装置ＣＯＮＴは液体５０の供給を開始し、投影光学系ＰＬと基準板７４との間を液体５０で満たし、前述の実施形態と同様な、液体を介した計測処理及び露光処理を行う。なお、計測・交換ステーションで一旦求められた各ショット領域のアライメント情報は基準板の基準マークＰＦＭを基準として定められており（記憶されており）、露光ステーションにおいて液浸露光が実行される際には、基準板の基準マークＰＦＭに対して所定の位置関係で形成されている基準マークＭＦＭとマスクＭとの位置関係に基づいて各ショット領域の位置決めがされるように第１基板ステージＰＳＴ１の移動が制御される。すなわち、計測・交換ステーションで求められた各ショット領域のアライメント情報は、基準マークＰＦＭ、ＭＦＭを用いて露光ステーションに有効に受け渡される。
【００６０】
このように、ツインステージ型露光装置の場合には、一方のステージで液浸露光処理中に、他方のステージで液体を介さない計測処理を行うことができるので、露光処理のスループットを向上することができる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作については、例えば特開平１０−１６３０９９号及び特開平１０−２１４７８３号（対応米国特許６，３４１，００７号、６，４００，４４１号、６，５４９，２６９号及び６，５９０,６３４号）、特表２０００−５０５９５８号（対応米国特許５，９６９，４４１号）あるいは米国特許６，２０８，４０７号に開示されている。
なお、上述のツインステージ型の露光装置においては、露光ステーションにフォーカス・レベリング検出系１４が配置されているが、米国特許６，２０８，４０７に開示されているように、露光ステーションのフォーカス・レベリング検出系を省いて、基板ステージＰＳＴのＺ方向の位置情報を計測する干渉計を使って、投影光学系ＰＬの像面と基板Ｐ表面との位置関係を調整するようにしてもよい。もちろん、基板ステージＰＳＴのＺ方向の位置情報を計測する干渉計とフォーカス・レベリング検出系１４とを併用してもよい。
【００６１】
また、上述の実施形態においては、基準板（例えば基準板４２）の基準マークＭＦＭを液体５０を介してマスクアライメント系１９により検出していたが、基準マークＭＦＭ上に所定の厚さの透明部材（カバーガラス，補正部材）を配置して、マスクアライメント系１９による基準マークＭＦＭの検出を液体を介さずに行ってもよい。この場合、透明部材により投影光学系ＰＬと基準マークＭＦＭとの間に擬似的な液浸状態が形成されるので、液体を介さずとも、基準マークＭＦＭを使ってマスクＭのパターンの像の投影位置情報を正確に計測することができる。したがって、基板Ｐ上のアライメントマークのみならず、基準マークＭＦＭの検出も液体５０を介さずに行われるので、マスクＭと基板Ｐとを位置合わせするためのアライメント情報を安定して正確に求めることができる。
【００６２】
またマスクアライメント系１９は、特開平７−１７６４６８号公報に開示されているような構成に限られず、要は、マスクＭ（マスクＭのマーク）と基板ステージＰＳＴ上の基準（ＭＦＭ）との位置関係が検出できればよい。
【００６３】
なお、上述の実施形態においては、基板Ｐ上のアライメントマークを液体なしで検出した後に、基板Ｐ上に液体を供給するため、液体の重みや液体の温度により基板Ｐの変形（伸縮）や基板ステージＰＳＴの変形などが発生し、ドライコンディションで検出されたアライメントマークの位置情報や基板Ｐの表面情報に基づいて液浸露光を行っても、位置ずれやデフォーカスなどのエラーが発生し、マスクＭのパターン像が基板Ｐ上に所望状態で投影されない可能性がある。
【００６４】
そのような場合には、パターン像と基板Ｐ上の各ショットとの位置合わせ（アライメント）に関しては、たとえば特開２００２−３５３１２１号公報（米国特許公報2002/0042664A）に開示されているような手法などを用いて基板Ｐ上に液体を供給することによって生じる位置合わせずれを補正するための補正情報（マップ情報）を予め用意しておき、ドライコンディションで検出された基板Ｐのアライメントマークの位置情報に、その補正情報を加味して、パターン像と基板Ｐ上の各ショット領域との位置あわせを行うようにすればよい。またテスト露光を行って、各ショットのパターンの位置ずれ量から同様の補正情報を求め、その補正情報を使って、基板Ｐと各ショット領域との位置合わせを行うようにしてもよい。
【００６５】
またフォーカス・レベリング制御に関しても、テスト露光などを行って基板Ｐ上に液体を供給したことによって生じる誤差（デフォーカスなど）を補正するための補正情報を予め求めておき、ドライコンディションで検出された基板Ｐの表面情報に、その補正情報を加味して、投影光学系ＰＬにより液体を介して形成される像面と基板Ｐ表面との位置関係を調整するようにすればよい。
【００６６】
上述したように、本実施形態における液体５０は純水を用いた。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。
【００６７】
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１．４４〜１．４７程度と言われており、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１３１〜１３４ｎｍ程度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１．４４〜１．４７倍程度に拡大されるため、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。
【００６８】
上記実施形態では、投影光学系ＰＬの先端にレンズ６０が取り付けられているが、投影光学系ＰＬの先端に取り付ける光学素子としては、投影光学系ＰＬの光学特性、例えば収差（球面収差、コマ収差等）の調整に用いる光学プレートであってもよい。あるいは露光光ＥＬを透過可能な平行平面板であってもよい。液体５０と接触する光学素子を、レンズより安価な平行平面板とすることにより、露光装置ＥＸの運搬、組立、調整時等において投影光学系ＰＬの透過率、基板Ｐ上での露光光ＥＬの照度、及び照度分布の均一性を低下させる物質（例えばシリコン系有機物等）がその平行平面板に付着しても、液体５０を供給する直前にその平行平面板を交換するだけでよく、液体５０と接触する光学素子をレンズとする場合に比べてその交換コストが低くなるという利点がある。すなわち、露光光ＥＬの照射によりレジストから発生する飛散粒子、または液体５０中の不純物の付着などに起因して液体５０に接触する光学素子の表面が汚れるため、その光学素子を定期的に交換する必要があるが、この光学素子を安価な平行平面板とすることにより、レンズに比べて交換部品のコストが低く、且つ交換に要する時間を短くすることができ、メンテナンスコスト（ランニングコスト）の上昇やスループットの低下を抑えることができる。
【００６９】
また、液体５０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。
【００７０】
なお、上記実施形態の液体５０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、この場合、液体５０としてはＦ２レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイル（液体）や過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）などであってもよい。また、液体５０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。
【００７１】
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。
【００７２】
また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間を局所的に液体で満たす露光装置を採用しているが、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、ステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置にも本発明を適用可能である。露光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の構造及び露光動作は、例えば特開平６−１２４８７３号公報に詳細に開示されており、また、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の構造及び露光動作は、例えば特開平１０−３０３１１４号公報（米国特許５，８２５，０４３号）に詳細に開示されている。
【００７３】
露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。また、本発明は基板Ｐ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
【００７４】
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。
【００７５】
基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合は、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。ステージにリニアモータを用いた例は、米国特許５，６２３，８５３及び５，５２８，１１８に開示されている。
【００７６】
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。
【００７７】
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、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。この反力の処理方法は、例えば特開平８−１６６４７５号公報（米国特許５，５２８，１１８）に詳細に開示されている。
【００７８】
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、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。この反力の処理方法は、例えば特開平８−３３０２２４号公報（米国特許５，８７４，８２０）に詳細に開示されている。
【００７９】
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。
【００８０】
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図７に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に露光する露光処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】投影光学系の先端部と液体供給装置及び液体回収装置との位置関係を示す図である。
【図３】供給ノズル及び回収ノズルの配置例を示す図である。
【図４】基板を保持する基板ステージの平面図である。
【図５】本発明の露光装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明の露光装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図７】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。
【図８】露光装置を用いてマスクのパターンを基板に露光する手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１…液体供給装置、２…液体回収装置、
１４…フォーカス・レベリング検出系（面検出系）、
１８…基板アライメント系（第１アライメント系）、
１９…マスクアライメント系（第２アライメント系）、
４２…基準部材、５０…液体、ＣＯＮＴ…制御装置、ＥＸ…露光装置、Ｐ…基板、
ＰＬ…投影光学系、ＰＳＴ…基板ステージ（第１基板ステージ）、
ＰＳＴ１…第１基板ステージ、ＰＳＴ２…第２基板ステージ
【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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