(57)【要約】【課題】  液浸露光装置に斜入射方式のフォーカス検出系を適用した場合にも、面位置検出を高精度に行うことができる露光装置を提供する。【解決手段】  露光装置は、投影光学系と液体ＬＱとを介して基板Ｐ上に露光光を照射することによって基板Ｐを露光するものであって、基板Ｐ上に液体ＬＱを介して検出光Ｌａを照射するとともに、その反射光を受光することによって基板Ｐの面位置情報を求めるフォーカス・レベリング検出系を備え、投影光学系の光軸に対する検出光Ｌａの基板Ｐへの入射角θは、８４°＜θ＜９０°の条件を満たしている。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系と液体とを介して基板上に露光光を照射することによって前記基板を露光する露光装置において、
前記基板上に前記液体を介して検出光を照射するとともに、その反射光を受光することによって前記基板の面位置情報を求める検出装置を備え、
前記投影光学系の光軸に対する前記検出光の前記基板への入射角θは、
８４°＜θ＜９０°
の条件を満たすことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記基板上には感光材が塗布されており、前記検出光に対する前記感光材の屈折率ｎＲと、前記検出光に対する前記液体の屈折率ｎＬとを考慮して、前記入射角θが決定されていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記感光材の屈折率ｎＲと前記液体の屈折率ｎＬとは、
（ｎＲ／ｎＬ）＜１．４５
の条件を満たすことを特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項４】
前記感光材の屈折率ｎＲは、１．４５＜ｎＲ＜１．６であることを特徴とする請求項２又は３記載の露光装置。
【請求項５】
前記液体は純水であって、
前記検出光に対する純水の屈折率ｎＬは、ｎＬ＝１．３３であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項６】
前記感光材の下からの反射光強度ＰＷと、前記感光材表面での反射光強度ＰＲとが、
ＰＷ／ＰＲ＜０．２
の条件を満たすように、前記入射角θが決定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項７】
前記検出光の前記感光材表面での反射率Ｒは、Ｒ＞０．５を満たすように前記入射角θが決定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項８】
前記液体に対する前記感光材の接触角は、８０°以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項９】
前記感光材上には、前記検出光に対する屈折率が前記液体とほぼ同じ膜が塗布されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項１０】
前記液体に対する前記感光材上に塗布されている膜の接触角は、９０°以上であることを特徴とする請求項９記載の露光装置。
【請求項１１】
前記露光光の照射による前記液体の温度変化の分布を考慮して、前記入射角θが決定されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項１２】
前記露光光の前記投影光学系の光軸に垂直な断面は長手方向と短手方向とを有し、
前記検出装置は、前記短手方向とほぼ平行な方向から前記検出光を前記基板に入射させることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項記載の露光装置。
【請求項１３】
投影光学系と液体とを介して基板上に露光光を照射することによって前記基板を露光する露光装置において、
前記基板上に前記液体を介して検出光を照射するとともに、その反射光を受光することによって前記基板の面位置情報を求める検出装置を備え、
前記露光光の前記投影光学系の光軸に垂直な断面は長手方向と短手方向とを有し、
前記検出光の入射方向と前記短手方向と平行な面とがなす角度Φは、前記露光光の照射による前記液体の温度変化の分布を考慮して、
０°≦Φ≦４５°
の条件を満たすことを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
前記基板は、前記露光光に対して前記短手方向とほぼ平行な方向に移動しながら走査露光されることを特徴とする請求項１２又は１３記載の露光装置。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１４のいずれか一項記載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。
【請求項１６】
投影光学系と液体とを介して基板上に露光光を照射することによって前記基板を露光する露光方法において、
前記基板上に前記液体を介して検出光を照射し、
前記投影光学系の光軸に対する前記検出光の前記基板への入射角θは、
８４°＜θ＜９０°
の条件を満たし、
前記検出光の前記基板からの反射光を受光して、前記基板の面位置情報を求めることを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学系と液体とを介して基板に露光光を照射することによって基板を露光する露光装置及び露光方法、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、ウエハ等の基材上にフォトレジスト等の感光材を塗布した感光性基板上に転写する、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感光性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感光性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Ｒａ、及び焦点深度δはそれぞれ以下の式で表される。
Ｒａ＝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Ｒａ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、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】
露光装置では、投影光学系を介した像面と感光性基板の表面（被露光面）とを合致させるため、感光性基板表面の位置情報をフォーカス検出系（検出装置）を使って検出し、この検出結果に基づいて感光性基板表面の位置を調整することが行われている。フォーカス検出系には、被検出面に対して斜め方向から検出光を照射して面位置情報を検出する所謂斜入射方式のフォーカス検出系がある。斜入射方式のフォーカス検出系は、例えば投影光学系を挟んで一方の側に設けられ、検出光を射出する投光部と、他方の側に設けられ、被検出面で反射した前記検出光の反射光を受光する受光部とを備えている。この場合において、フォーカス検出系の投光部より射出された検出光は、基材上に塗布された感光材（レジスト）表面で十分に反射することが望ましい。
【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、液浸露光装置に斜入射方式のフォーカス検出系を適用した場合にも、面位置検出を高精度に行うことができる露光装置及び露光方法、こ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】
【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１３に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の露光装置（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）を照射することによって基板（Ｐ）を露光する露光装置において、基板（Ｐ）上に液体（ＬＱ）を介して検出光（Ｌａ）を照射するとともに、その反射光を受光することによって基板（Ｐ）の面位置情報を求める検出装置（３０）を備え、投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）に対する検出光（Ｌａ）の基板（Ｐ）への入射角θは、８４°＜θ＜９０°の条件を満たすことを特徴とする。
また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。
【０００７】
本発明によれば、上記条件を満たす入射角θで基板（感光性基板）に対して検出光を照射することで、その検出光のうち感光材を通過する光成分を抑えることができ、感光材表面での反射光を十分に得ることができる。したがって、ノイズ成分である感光材の下からの反射光の強度が抑えられ、検出装置による面位置検出精度を向上することができる。したがって、高精度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できる。
【０００８】
本発明の露光装置（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）を照射することによって基板（Ｐ）を露光する露光装置において、基板（Ｐ）上に液体（ＬＱ）を介して検出光（Ｌａ）を照射するとともに、その反射光を受光することによって基板（Ｐ）の面位置情報を求める検出装置（３０）を備え、露光光（ＥＬ）の投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）に垂直な断面は長手方向（Ｙ）と短手方向（Ｘ）とを有し、検出光（Ｌａ）の入射方向と短手方向（Ｘ）と平行な面とがなす角度Φは、露光光（ＥＬ）の照射による液体（ＬＱ）の温度変化の分布を考慮して、０°≦Φ≦４５°の条件を満たすことを特徴とする。
また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。
【０００９】
本発明によれば、投影光学系と基板との間に形成された液体の液浸領域の温度分布を考慮して、上記条件を満たすように検出光の入射方向を定めることにより、液浸領域のうち露光光の照射によって温度変化が生じた領域を避けて検出光を照射、あるいは反射光を受光することができる。したがって、検出光の光路上の液体の温度変動などに起因する面位置検出精度の劣化を防止することができる。したがって、高い露光精度を得ることができ、所望の性能を有するデバイスを製造することができる。
【００１０】
本発明の露光方法は、投影光学系（ＰＬ）と液体（ＬＱ）とを介して基板（Ｐ）上に露光光（ＥＬ）を照射することによって基板（Ｐ）を露光する露光方法において、基板（Ｐ）上に液体（ＬＱ）を介して検出光（Ｌａ）を照射し、投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）に対する検出光（Ｌａ）の基板（Ｐ）への入射角θは、８４°＜θ＜９０°の条件を満たし、検出光（Ｌａ）の基板（Ｐ）からの反射光を受光して、基板（Ｐ）の面位置情報を求めることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、上記条件を満たす入射角θで基板に対して検出光を照射することで、その検出光のうち感光材を通過する光成分を抑えることができ、感光材表面での反射光を十分に得ることができる。したがって、ノイズ成分である感光材の下からの反射光の強度を抑えることができ、面位置検出精度を向上することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板の面位置検出を高精度に行うことができるので、精度良い液浸露光処理を行うことができ、所望の性能を有するデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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ＥＸの一実施形態を示す概略構成図である。
図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターン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、基板Ｐの面位置情報を検出するフォーカス・レベリング検出系（検出装置）３０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。
【００１４】
本実施形態の露光装置ＥＸは、露光波長を実質的に短くして解像度を向上するとともに焦点深度を実質的に広くするために液浸法を適用した液浸露光装置であって、基板Ｐ上に液体ＬＱを供給する液体供給機構１０と、基板Ｐ上の液体ＬＱを回収する液体回収機構２０とを備えている。露光装置ＥＸは、少なくともマスクＭのパターン像を基板Ｐ上に転写している間、液体供給機構１０から供給した液体ＬＱにより投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１を含む基板Ｐ上の一部に（局所的に）液浸領域ＡＲ２を形成する。具体的には、露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの像面側終端部の光学素子２と、その像面側に配置された基板Ｐ表面との間に液体ＬＱを満たす局所液浸方式を採用し、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を通過した露光光ＥＬを基板Ｐに照射することによってマスクＭのパターンを基板Ｐに投影露光する。
【００１５】
本実施形態では、露光装置ＥＸとしてマスクＭと基板Ｐとを走査方向における互いに異なる向き（逆方向）に同期移動しつつマスクＭに形成されたパターンを基板Ｐに露光する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）を使用する場合を例にして説明する。以下の説明において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向）をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＹ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
【００１６】
本実施形態における基板Ｐは、基材Ｗ上に感光材Ｒｇを塗布した感光性基板である。基材Ｗは半導体ウエハを含み、感光材Ｒｇはフォトレジストを含む。また、マスクＭは基板Ｐ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。
【００１７】
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。本実施形態においてはＡｒＦエキシマレーザ光が用いられる。
【００１８】
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４１が設けられている。また、移動鏡４１に対向する位置にはレーザ干渉計４２が設けられている。マスクステージＭＳＴ上のマスクＭの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計４２によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計４２の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを駆動することでマスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭの位置決めを行う。
【００１９】
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（投影光学系ＰＬの像面側）の終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。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の先端部の光学素子（レンズ）２は鏡筒ＰＫに対して着脱（交換）可能に設けられており、光学素子２には液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱが接触する。
【００２０】
本実施形態において、液体ＬＱには純水が用いられる。純水はＡｒＦエキシマレーザ光のみならず、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）も透過可能である。本実施形態においては、液体ＬＱに対する感光材Ｒｇの接触角は、８０°以上である。また、本実施形態においては、液浸露光用の純水を適用した投影光学系の開口数は１以上（１．０〜１．２程度）に設定されている。
【００２１】
光学素子２は螢石で形成されている。螢石表面、あるいはＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等を付着させた表面は水との親和性が高いので、光学素子２の液体接触面２ａのほぼ全面に液体ＬＱを密着させることができる。すなわち、本実施形態においては光学素子２の液体接触面２ａとの親和性が高い液体（水）ＬＱを供給するようにしているので、光学素子２の液体接触面２ａと液体ＬＱとの密着性が高く、光学素子２と基板Ｐとの間の光路を液体ＬＱで確実に満たすことができる。なお、光学素子２は水との親和性が高い石英であってもよい。また光学素子２の液体接触面２ａに親水（親液）処理を施して、液体ＬＱとの親和性をより高めるようにしてもよい。
【００２２】
基板ステージＰＳＴは、基板Ｐを保持して移動可能であって、基板Ｐを保持する基板ホルダを含むＺチルトステージ５１と、Ｚチルトステージ５１を支持するＸＹステージ５２とを備えている。ＸＹステージ５２（基板ステージＰＳＴ）はベース５３上を移動可能である。
【００２３】
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チルトステージ５１を駆動することにより、Ｚチルトステージ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θＸ、θＹ方向における位置が制御される。また、ＸＹステージ５２を駆動することにより、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）が制御される。すなわち、Ｚチルトステージ５１は、基板Ｐのフォーカス位置及び傾斜角を制御して基板Ｐの表面をオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系ＰＬの像面に合わせ込み、ＸＹステージ５２は基板ＰのＸ軸方向及びＹ軸方向における位置決めを行う。なお、Ｚチルトステージ５１とＸＹステージ５２とを一体的に設けてよいことは言うまでもない。
【００２４】
基板ステージＰＳＴ（Ｚチルトステージ５１）上には移動鏡４３が設けられている。また、移動鏡４３に対向する位置にはレーザ干渉計４４が設けられている。基板ステージＰＳＴ（ひいては基板Ｐ）の２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計４４によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計４４の計測結果に基づいて基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを駆動することで基板Ｐを保持した基板ステージＰＳＴの位置決めを行う。
【００２５】
露光装置ＥＸは、基板ステージＰＳＴに保持されている基板Ｐ表面の面位置情報を検出するフォーカス・レベリング検出系３０を備えている。フォーカス・レベリング検出系３０は、所謂斜入射方式のフォーカス・レベリング検出系であって、基板Ｐに斜め方向から液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱを介して検出光Ｌａを照射する投光部３１と、基板Ｐで反射した検出光Ｌａの反射光を受光する受光部３２とを備えている。フォーカス・レベリング検出系３０の投光部３１は、基板Ｐ表面に投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して所定の入射角θで検出光Ｌａを照射する。なお、フォーカス・レベリング検出系３０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。フォーカス・レベリング検出系３０（受光部３２）の受光結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはフォーカス・レベリング検出系３０の検出結果に基づいて、基板Ｐ表面のＺ軸方向の位置情報、及び基板ＰのθＸ及びθＹ方向の傾斜情報を検出することができる。制御装置ＣＯＮＴは、フォーカス・レベリング検出系３０の検出結果に基づいてＺチルトステージ５１を駆動し、Ｚチルトステージ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。
【００２６】
液体供給機構１０は、基板Ｐ上に液体ＬＱを供給するものであって、液体ＬＱを収容するタンク、及び加圧ポンプなどを備えた液体供給装置１１と、液体供給装置１１にその一端部接続し、他端部を供給ノズル１２に接続した供給管１３とを備えている。供給ノズル１２は基板Ｐに近接して配置されており、基板Ｐの上方から液体ＬＱを供給する。液体供給装置１１より送出され、供給管１３及び供給ノズル１２を介して基板Ｐ上に供給された液体ＬＱは、投影光学系ＰＬの先端部の光学素子２と基板Ｐとの間の空間を満たして液浸領域ＡＲ２を形成する。
【００２７】
液体回収機構２０は、基板Ｐ上の液体ＬＱを回収するものであって、真空ポンプ等の真空系、気液分離器、及び回収した液体ＬＱを収容するタンクなどを備えた液体回収装置２１と、液体回収装置２１にその一端部を接続し、他端部を回収ノズル２２に接続した回収管２３とを備えている。回収ノズル２２は基板Ｐに近接して配置されており、また、基板Ｐ（基材Ｗ）上に塗布されている感光材Ｒｇの液体ＬＱに対する接触角が８０°以上なので、基板Ｐ上の液体ＬＱを回収可能である。液体回収装置２１の真空系を駆動することにより、基板Ｐ上の液体ＬＱは、回収ノズル２２及び回収管２３を介して液体回収装置２１に吸引回収される。
【００２８】
制御装置ＣＯＮＴは、基板Ｐ上に液体ＬＱの液浸領域ＡＲ２を形成する際、液体供給機構１０の液体供給装置１１を駆動し、供給管１３及び供給ノズル１２を介して基板Ｐ上に対して単位時間当たり所定量の液体ＬＱを供給するとともに、液体回収機構２０の液体回収装置２１を駆動し、回収ノズル２２及び回収管２３を介して単位時間当たり所定量の液体ＬＱを基板Ｐ上より回収する。これにより、投影光学系ＰＬの先端部の光学素子２と基板Ｐとの間の空間に液体ＬＱが配置され、液浸領域ＡＲ２が形成される。
【００２９】
図２は、液体供給機構１０、液体回収機構２０、及び投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１の位置関係を示す平面図である。図２において、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１はＹ軸方向を長手方向とし、Ｘ軸方向を短手方向とした矩形状となっており、その投影領域ＡＲ１をＸ軸方向に挟むように、＋Ｘ方向側に３つの供給ノズル１２Ａ〜１２Ｃが配置され、−Ｘ方向側に２つの回収ノズル２２Ａ、２２Ｂが配置されている。そして、供給ノズル１２Ａ〜１２Ｃは供給管１３を介して液体供給装置１１に接続され、回収ノズル２２Ａ、２２Ｂは回収管２３を介して液体回収装置２１に接続されている。また、供給ノズル１２Ａ〜１２Ｃと回収ノズル２２Ａ、２２Ｂとを投影領域ＡＲ１の中心に対してほぼ１８０°回転した位置関係で、供給ノズル１４Ａ〜１４Ｃと、回収ノズル２４Ａ、２４Ｂとが配置されている。供給ノズル１２Ａ〜１２Ｃと回収ノズル２４Ａ、２４ＢとはＹ軸方向に交互に配列され、供給ノズル１４Ａ〜１４Ｃと回収ノズル２２Ａ、２２ＢとはＹ軸方向に交互に配列され、供給ノズル１４Ａ〜１４Ｃは供給管１５を介して液体供給装置１１に接続され、回収ノズル２４Ａ、２４Ｂは回収管２５を介して液体回収装置２１に接続されている。
【００３０】
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１３、供給ノズル１２Ａ〜１２Ｃ、回収管２３、及び回収ノズル２２Ａ、２２Ｂを用いて、液体供給装置１１及び液体回収装置２１により液体ＬＱの供給及び回収が行われる。すなわち、基板Ｐが−Ｘ方向に移動する際には、供給管１３及び供給ノズル１２（１２Ａ〜１２Ｃ）を介して液体供給装置１１から液体ＬＱが投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に供給されるとともに、回収ノズル２２（２２Ａ、２２Ｂ）、及び回収管２３を介して液体ＬＱが液体回収装置２１に回収され、投影光学系ＰＬの像面側の光学素子２と基板Ｐとの間を満たすように−Ｘ方向に液体ＬＱが流れる。一方、矢印Ｘｂで示す走査方向（＋Ｘ方向）に基板Ｐを移動させて走査露光を行う場合には、供給管１５、供給ノズル１４Ａ〜１４Ｃ、回収ノズル２４Ａ、２４Ｂ、及び回収管２５を用いて、液体供給装置１１及び液体回収装置２１により液体ＬＱの供給及び回収が行われる。すなわち、基板Ｐが＋Ｘ方向に移動する際には、供給管１５及び供給ノズル１４（１４Ａ〜１４Ｃ）を介して液体供給装置１１から液体ＬＱが投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に供給されるとともに、回収ノズル２４（２４Ａ、２４Ｂ）、及び回収管２５を介して液体ＬＱが液体回収装置２１に回収され、投影光学系ＰＬの像面側の光学素子２と基板Ｐとの間を満たすように＋Ｘ方向に液体ＬＱが流れる。このように、制御装置ＣＯＮＴは、液体供給装置１１及び液体回収装置２１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ＬＱを流す。この場合、例えば液体供給装置１１から供給ノズル１２を介して供給される液体ＬＱは基板Ｐの−Ｘ方向への移動に伴って投影光学系ＰＬの光学素子２と基板Ｐとの間の空間に引き込まれるようにして流れるので、液体供給装置１１の供給エネルギーが小さくでも液体ＬＱを光学素子２と基板Ｐとの間の空間に容易に供給できる。そして、走査方向に応じて液体ＬＱを流す方向を切り替えることにより、＋Ｘ方向、又は−Ｘ方向のどちらの方向に基板Ｐを走査する場合にも、光学素子２と基板Ｐとの間を液体ＬＱで満たすことができ、高い解像度及び広い焦点深度を得ることができる。
【００３１】
そして、走査露光時には、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１にマスクＭの一部のパターン像が投影され、投影光学系ＰＬに対して、マスクＭが−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速度Ｖで移動するのに同期して、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。
【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、例えば投影領域ＡＲ１の長辺について２対のノズルで液体ＬＱの供給又は回収を行うようにしてもよい。なお、この場合には、＋Ｘ方向、又は−Ｘ方向のどちらの方向からも液体ＬＱの供給及び回収を行うことができるようにするため、供給ノズルと回収ノズルと上下に並べて配置してもよい。また、不図示ではあるが、液体ＬＱの供給及び回収を行うノズルは、投影光学系ＰＬの光学素子２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ＬＱを流すことができる。
【００３３】
図３は、投影光学系ＰＬの先端部近傍を示す側面図である。図２において、投影光学系ＰＬの先端部の光学素子２と基板Ｐとの間には液体ＬＱが満たされており、基板Ｐ上には液体ＬＱの液浸領域ＡＲ２が形成されている。なお図２には、基板Ｐ上に液体ＬＱを供給する供給ノズル１２及び基板Ｐ上の液体ＬＱを回収する回収ノズル２２は図示されていない。
【００３４】
フォーカス・レベリング検出系３０は、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１を挟んでその両側にそれぞれ設けられている投光部３１と受光部３２とを有し、投光部３１から基板Ｐ上の液体ＬＱを介して基板Ｐ上に斜め方向から入射角θで検出光Ｌａを照射し、基板Ｐ上で反射した検出光（反射光）Ｌａを受光部３２で受光する。制御装置ＣＯＮＴは、フォーカス・レベリング検出系３０の動作を制御するとともに、受光部３２の受光結果に基づいて、所定基準面に対する基板Ｐ表面のＺ軸方向における位置（フォーカス位置）及び傾きを検出する。図３に示す例では、投光部３１及び受光部３２は投影領域ＡＲ１を挟んで±Ｘ側のそれぞれにおいて投影領域ＡＲ１に対して離れた位置に設けられている。本実施形態における検出光Ｌａとしては、波長が例えば６００〜９００ｎｍのものが用いられている。
【００３５】
フォーカス・レベリング検出系３０の投光部３１は、基板Ｐ上に複数の検出光Ｌａを照射する。これにより、フォーカス・レベリング検出系３０は、基板Ｐ上における例えばマトリクス状の複数の各点（各位置）での各フォーカス位置を求めることができ、求めた複数の各点でのフォーカス位置に基づいて、基板Ｐの傾斜方向の姿勢を求めることができる。制御装置ＣＯＮＴは、フォーカス・レベリング検出系３０の検出結果に基づいて、基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴのＺチルトステージ５１を駆動することにより、Ｚチルトステージ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θＸ、θＹ方向における位置を制御する。すなわち、Ｚチルトステージ５１は、フォーカス・レベリング検出系３０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。
【００３６】
投影光学系ＰＬの先端部近傍には、フォーカス・レベリング検出系３０の投光部３１から射出された検出光Ｌａを透過可能な第１光学部材３３と、基板Ｐ上で反射した検出光Ｌａを透過可能な第２光学部材３４とが設けられている。第１光学部材３３及び第２光学部材３４は、投影光学系ＰＬ先端の光学素子２とは分離した状態で支持されており、第１光学部材３３は光学素子２の−Ｘ側に配置され、第２光学部材３４は光学素子２の＋Ｘ側に配置されており、露光光ＥＬの光路及び基板Ｐの移動を妨げない位置において、液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱに接触可能な位置に設けられている。
【００３７】
そして、フォーカス・レベリング検出系３０は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対する検出光Ｌａの基板Ｐへの入射角θを、８４°＜θ＜９０°の条件を満たすように、検出光Ｌａを基板Ｐ上に照射している。
【００３８】
図４は、フォーカス・レベリング検出系３０の投光部３１から射出された検出光Ｌａが基板Ｐ上に照射されている状態を示す模式図である。図４において、基板Ｐは、基材（ウエハ）Ｗの表面に感光材（レジスト）Ｒｇを塗布したものであって、感光材Ｒｇ上に液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱが配置されている。検出光Ｌａは、基板Ｐ表面（感光材Ｒｇの表面）に対して入射角θで照射されている。照射された検出光Ｌａのうち、一部の光成分は感光材Ｒｇの表面で反射し（符号Ｌａ１参照）、その反射光Ｌａ１は液体ＬＱを介して受光部３２に入射する。一方、他の光成分は感光材Ｒｇを通過し、感光材Ｒｇの下の基材Ｗの表面で反射し（符号Ｌａ２参照）、その反射光Ｌａ２は感光材Ｒｇ及び液体ＬＱを介して受光部３２に入射する。フォーカス・レベリング検出系３０の検出対象は感光材Ｒｇの表面（液体ＬＱと感光材Ｒｇとの界面）であるため、ノイズ成分である感光材Ｒｇの下の基材Ｗ表面で反射する反射光Ｌａ２の光強度ＰWに対して、感光材Ｒｇの表面で反射する反射光Ｌａ１の光強度ＰＲのほうが大きい（強い）ことが望ましい。換言すれば、受光部３２に入射する光のうち、ノイズ成分である反射光Ｌａ２の割合が少ないことが望ましい。
【００３９】
ところで、感光材Ｒｇの表面での光反射率Ｒは、検出光Ｌａに対する感光材Ｒｇ表面に接する流体の屈折率ｎＬと、検出光Ｌａに対する感光材Ｒｇの屈折率ｎＲとの比（差）に応じて決定される。本実施形態において、感光材Ｒｇ表面に接する流体は液体（純水）ＬＱであるため、感光材Ｒｇの表面での光反射率Ｒは、検出光Ｌａに対する液体ＬＱの屈折率ｎＬと、検出光Ｌａに対する感光材Ｒｇの屈折率ｎＲとの比に応じて決定される。具体的には、屈折率ｎＬと屈折率ｎＲとの比が大きいと、光反射率Ｒは大きくなり（感光材Ｒｇの表面での反射光Ｌａ１の光強度ＰＲは強くなり）、屈折率ｎＬと屈折率ｎＲとの比が小さいと、光反射率Ｒは小さくなる（感光材Ｒｇの表面での反射光Ｌａ１の光強度ＰＲは弱くなる）。
【００４０】
検出光Ｌａに対する感光材Ｒｇの屈折率ｎＲは、例えば１．４５＜ｎＲ＜１．６程度である。また、本実施形態において液体ＬＱは純水であり、検出光Ｌａに対する液体（純水）ＬＱの屈折率ｎＬは約１．３３である。一方ドライ露光の場合、感光材Ｒｇに接する流体は気体（空気）であり、その空気の屈折率ｎＧは１．０程度である。（ｎＲ／ｎＧ）＞（ｎＲ／ｎＬ）であるため、ドライ状態（感光材Ｒｇに接する流体が気体である状態）と液浸状態（感光材Ｒｇに接する流体が液体である状態）とで検出光Ｌａの照射条件が同じ場合、液浸状態のほうがドライ状態に比べて、感光材Ｒｇの表面での光反射率Ｒは弱くなる。光反射率Ｒが弱くなり、ノイズ成分である感光材Ｒｇの下から（例えば、基板Ｐの基材Ｗから）の反射光強度ＰＷが強くなると（ＰＷ／ＰＲの値が大きくなると）、受光部３２は検出対象である感光材Ｒｇ表面での反射光Ｌａ１を良好に受光できず、フォーカス・レベリング検出系３０は、感光材Ｒｇの面位置情報を精度良く求めることができなくなる。
【００４１】
そこで本実施形態では、感光材Ｒｇ上に照射した検出光Ｌａのうち、感光材Ｒｇ表面で反射する反射光強度ＰＲに対して、ノイズ成分である感光材Ｒｇの下（基材Ｗ表面）からの反射光強度ＰＷが所定値以下（フォーカス・レベリング検出系３０が基板Ｐの面位置情報を検出できる程度の値以下）となるように、換言すれば、ＰＷ／ＰＲが所定値以下となるように、検出光Ｌａに対する感光材Ｒｇの屈折率ｎＲと、検出光Ｌａに対する液体ＬＱの屈折率ｎＬとを考慮して、検出光Ｌａの入射角θを決定する。
【００４２】
図５は、入射角θを決定するために行ったシミュレーション実験結果を示す図であって、基板Ｐの感光材（レジスト）Ｒｇ表面に対する検出光Ｌａの入射角θと、感光材Ｒｇの下の基材（ウエハ）Ｗ表面での反射光強度ＰＷと感光材Ｒｇ表面での反射光強度ＰＲとの比との関係を示した図である。縦軸は（ＰＷ／ＰＲ）の値、横軸は入射角θである。図５に示すように、入射角θが大きくなるにつれてＰＷ／ＰＲは小さくなる。つまり、入射角θを大きくするにつれて、全反射光強度のうちノイズ成分である基材Ｗ表面での反射光強度ＰＷの割合が小さくなる。そして実験の結果、（ＰＷ／ＰＲ）＜０．２の条件を満たすことで、フォーカス・レベリング検出系３０は基板Ｐ（感光材Ｒｇ）表面の面位置情報を所望レベルの精度で検出できることが確認できた。したがって、（ＰＷ／ＰＲ）＜０．２の条件を満たすように入射角θを決定することが望ましい。すなわち図５から、入射角θは８４°＜θ＜９０°の条件を満たすように決定されることが好ましい。
【００４３】
図６は、基板Ｐ（感光材Ｒｇ）表面に対する検出光Ｌａの入射角θと、感光材Ｒｇの表面での反射率Ｒとの関係を求めたシミュレーション実験結果を示す図である。縦軸は反射率Ｒ、横軸は入射角θである。図６に示すように、入射角θが大きくなるにつれて反射率Ｒは大きくなる。つまり、入射角θを大きくするにつれて、照射した検出光Ｌａのうち、感光材Ｒｇの表面で反射する光成分が多くなり、より高精度に感光材Ｒｇの面位置計測を行うことができる。そして、実験の結果、Ｒ＜０．５の条件を満たすことで、フォーカス・レベリング検出系３０は基板Ｐ（感光材Ｒｇ）表面の面位置情報を所望レベルの精度で検出できることが確認できた。したがって、Ｒ＞０．５の条件を満たすように入射角θが決定されることが望ましい。すなわち、上述したように、入射角θは８４°＜θ＜９０°の条件を満たすように決定されることが好ましく、図６から、及び光学系の設置実現性を考慮すると、更に好ましくは８６°≦θ≦８９°の条件を満たすように決定されることが好ましい。
【００４４】
以上説明したように、８４°＜θ＜９０°の条件を満たす入射角θで基板Ｐ（感光材Ｒｇ）に対して検出光Ｌａを照射することで、その検出光Ｌａのうち感光材Ｒｇを通過する光成分を抑えることができ、感光材Ｒｇ表面での反射光Ｌａ１を十分に得ることができる。したがって、ノイズ成分である感光材Ｒｇの下からの反射光Ｌａ２の強度が抑えられ、フォーカス・レベリング検出系３０による面位置検出精度を向上することができる。したがって、高精度に露光処理することができる。
【００４５】
そして、液浸領域ＡＲ２が所望状態で形成され、第１光学部材３３と第２光学部材３４との間における検出光Ｌａの光路の全てが液体ＬＱで満たされた状態においては、フォーカス検出系３０の投光部３１から射出された検出光Ｌａは、散乱や屈折などを生じることなく、第１光学部材３３及び液浸領域ＡＲの液体ＬＱを通過して基板Ｐに所望状態で照射され、その反射光Ｌａは、液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱ及び第２光学部材３４を通過して受光部３２に所望状態で受光される。
【００４６】
また、基板Ｐの露光処理中においては、図３に示すように、投影光学系ＰＬを通過した露光光ＥＬの光路、つまり光学素子２と基板Ｐ（基板Ｐ上の投影領域ＡＲ１）との間の露光光ＥＬの光路が全て液体ＬＱで満たされるように、液体供給機構１０から液体ＬＱが基板Ｐ上に供給される。また、光学素子２と基板Ｐとの間の露光光ＥＬの光路の全てが液体ＬＱで満たされ、基板Ｐ上において液浸領域ＡＲ２が投影領域ＡＲ１の全てを覆うように所望状態に形成されたとき、その液浸領域ＡＲ２を形成する液体ＬＱは第１光学部材３３及び第２光学部材３４の端面のそれぞれに密着（接触）するようになっている。基板Ｐ上に液浸領域ＡＲ２が形成され、液体ＬＱが第１光学部材３３及び第２光学部材３４の端面のそれぞれに密着している状態においては、フォーカス・レベリング検出系３０の投光部３１から射出された検出光Ｌａ及びその基板Ｐ上での反射光Ｌａの光路のうち第１光学部材３３と第２光学部材３４との間の光路は全て液体ＬＱで満たされる。
【００４７】
なおここでは、第１光学部材３３と第２光学部材３４とは互いに独立した部材であるように説明したが、例えば投影光学系ＰＬの先端部の光学素子２を囲むように環状の光学部材を配置し、その環状の光学部材の一部に検出光を照射し、液浸領域ＡＲ２及び基板Ｐ上を通過した検出光Ｌａを、環状の光学部材を介して受光するようにしてもよい。光学部材を環状に設けて液浸領域ＡＲの液体ＬＱを環状の光学部材の内側面に密着させることにより液浸領域ＡＲ２の形状を良好に維持することができる。また本実施形態においては、第１光学部材３３及び第２光学部材３４は投影光学系ＰＬに対して分離しているが、投影光学系ＰＬの光学素子２と一体で設けられていてもよい。
【００４８】
ところで、８４°＜θ＜９０°の条件を満たす入射角θで基板Ｐに検出光Ｌａを照射する構成は、感光材Ｒｇの屈折率をｎＲ、液体ＬＱの屈折率をｎＬとしたとき、（ｎＲ／ｎＬ）＜１．４５の条件を満たすときに適用することが好ましい。例えば感光材Ｒｇに接する流体が空気の場合、空気の屈折率ｎＬは１．０程度であるため、１．４５＜（ｎＲ／ｎＬ）＜１．６０となり、上記条件を満たさないが、上述した実施形態においては、感光材Ｒｇの屈折率ｎＲは１．４５〜１．６程度であり、液体（純水）ＬＱの屈折率ｎＬは１．３３程度であるため、１．０９０＜（ｎＲ／ｎＬ）＜１．２０３となり、上記条件を満たす。
【００４９】
上述した実施形態においては、感光材Ｒｇに液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱが接触しているが、図７に示すように、感光材Ｒｇの上に、検出光Ｌａに対する屈折率が液体ＬＱとほぼ同じ膜ＴＣを設けてもよい。膜ＴＣとしては、トップコート層と呼ばれる液体ＬＱから感光材Ｒｇを保護する保護膜や液体ＬＱの回収性を高める膜などが挙げられ、液体ＬＱに対する膜ＴＣの接触角は９０°以上である。膜ＴＣの屈折率ｎＴは、液体ＬＱの屈折率ｎＬとほぼ同じであり、屈折率ｎＬと屈折率ｎＴとの比（差）は小さいため、膜ＴＣに照射された検出光Ｌａは、膜ＴＣ表面で殆ど反射せずに膜ＴＣを通過し、フォーカス・レベリング検出系３０の検出対象である感光材Ｒｇ表面（膜ＴＣと感光材Ｒｇとの界面）に十分な光強度で照射される。そして、感光材Ｒｇに照射された検出光Ｌａの反射光は、十分な光強度で受光部３２に入射される。
【００５０】
ところで、検出光Ｌａの基板Ｐへの入射角θや入射方向は、露光光ＥＬの照射による液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱの温度変化の分布を考慮して最適に決定されることが好ましい。そこで、検出光Ｌａの入射方向及び入射角θを最適化するためのシミュレーション実験を行った。以下、このシミュレーション実験結果について説明する。
【００５１】
図８は、シミュレーション実験の実験条件を示す図であって、基板Ｐ上に照射された露光光ＥＬの照射領域、すなわち投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１と、フォーカス・レベリング検出系３０によって基板Ｐに照射された検出光Ｌａの照射位置との関係を示す平面図である。上述したように、フォーカス・レベリング検出系３０は、基板Ｐに対して複数の検出光Ｌａを照射する。図８においては、検出光Ｌａは基板Ｐ上の５つの位置Ｓ１〜Ｓ５にそれぞれ照射されている。位置Ｓ１は、投影領域（照射領域）ＡＲ１のほぼ中心位置である。本実施形態において、投影領域ＡＲ１のＸ軸方向の大きさは８ｍｍ、Ｙ軸方向の大きさは２６ｍｍであり、中心位置Ｓ１のＸＹ座標をＳ１（０、０）としたとき、位置Ｓ２〜Ｓ５のそれぞれの座標は、Ｓ２（−４、０）、Ｓ３（＋４、０）、Ｓ４（０、＋１０）、Ｓ５（０、−１０）である（単位はミリメートル）。そして、フォーカス検出系３０は、基板Ｐに対して入射角θを８６°に設定して検出光Ｌａを照射している。
【００５２】
上述した実施形態同様、投影領域ＡＲ１は平面視矩形状（長方形状）に設定されており、Ｙ軸方向を長手方向とし、Ｘ軸方向を短手方向としている。そして、位置Ｓ１、Ｓ４、Ｓ５は投影領域ＡＲ１の内側に設定され、位置Ｓ２、Ｓ３は投影領域ＡＲ１の内側と外側との境界に設定されている。ここで、露光光ＥＬの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な断面が投影領域ＡＲ１を形成しているため、露光光ＥＬの投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な断面が、Ｙ軸方向にほぼ平行な長手方向と、Ｘ軸方向にほぼ平行な短手方向とを有していることになる。また基板Ｐは、露光光ＥＬに対してＸ軸方向（前記短手方向とほぼ平行な方向）に沿って移動しながら走査露光される。
【００５３】
図９は、露光光ＥＬが投影光学系ＰＬの像面側に照射されている状態における、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に形成された液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱの温度変化の分布を求めたシミュレーション実験結果を示す模式図であって、ＸＺ平面に平行な断面での温度変化の分布を示す図である。横軸は液浸領域ＡＲ２におけるＸ軸方向の位置、縦軸はＺ軸方向の位置である。そして、Ｘ座標の「０」の位置が投影領域ＡＲ１のＸ軸方向に関する中心位置に相当し、Ｚ座標の「０」の位置が基板Ｐ表面に相当し、Ｚ座標の「４」の位置が投影光学系ＰＬの光学素子２の下端面に相当する。
【００５４】
図９において、液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱには、露光光ＥＬの照射により目標温度に対する温度変化の分布が生じている。なお目標温度とは、例えば露光装置ＥＸが配置されているチャンバ内部と同じ温度（例えば２３℃）である。そして、投影光学系ＰＬの直下（光学素子２近傍）の液体ＬＱの目標温度に対する温度上昇量（温度変化量）が最も大きく、第１の温度上昇領域Ｈ１を形成している。そして、その投影光学系ＰＬの直下の第１の温度上昇領域Ｈ１から外側に向かうにつれて、目標温度に対する温度上昇量（温度変化量）が漸次小さくなっており、第２〜第５の温度上昇領域Ｈ２〜Ｈ５を形成している。第５の温度上昇領域Ｈ５の外側は、温度上昇していない目標温度領域Ｈ６となっている。
ここで、以下の説明において、第１〜第５の温度上昇領域Ｈ１〜Ｈ５を適宜「温度上昇領域Ｈ」と総称する。
【００５５】
投影領域ＡＲ１はＸ軸方向を短手方向としているため、液浸領域ＡＲ２において露光光ＥＬの照射により温度上昇している温度上昇領域ＨはＸ軸方向に関して比較的狭い。そして、温度上昇領域ＨはＸ軸方向に関して比較的狭いので、フォーカス・レベリング検出系３０が前記短手方向とほぼ平行な方向（Ｘ軸方向とほぼ平行な方向）から検出光Ｌａを基板Ｐに入射している状態のとき、そのフォーカス・レベリング検出系３０の投光部３１から射出された検出光Ｌａは温度上昇領域Ｈを通過せずに基板Ｐ表面に照射され、基板Ｐでの反射光も温度上昇領域Ｈを通過せずに受光部３２に入射可能である。
【００５６】
図１０は、ＹＺ平面に平行な断面での温度変化の分布を示す図である。図１０において、液浸領域ＡＲ２の液体ＬＱには、露光光ＥＬの照射により目標温度に対する温度変化の分布が生じており、投影光学系ＰＬの直下（光学素子２近傍）の液体ＬＱの目標温度に対する温度上昇量（温度変化量）が最も大きく、投影光学系ＰＬの直下の第１の温度上昇領域Ｈ１から外側に向かうにつれて、目標温度に対する温度上昇量（温度変化量）が漸次小さくなっており、第２〜第５の温度上昇領域Ｈ２〜Ｈ５を形成している。
【００５７】
投影領域ＡＲ１はＹ軸方向を長手方向としているため、液浸領域ＡＲ２において露光光ＥＬの照射により温度上昇している温度上昇領域ＨはＹ軸方向に関して比較的広い。そして、温度上昇領域ＨはＹ軸方向に関して比較的広く、Ｚ軸方向に関しても比較的広いので、フォーカス・レベリング検出系３０が前記長手方向とほぼ平行な方向（Ｙ軸方向とほぼ平行な方向）から検出光Ｌａを基板Ｐに入射している状態のとき、そのフォーカス・レベリング検出系３０の投光部３１から射出された検出光Ｌａは温度上昇領域Ｈを通過して基板Ｐ表面に照射され、基板Ｐでの反射光も温度上昇領域Ｈを通過して受光部３２に入射する。
【００５８】
図１１は、図９を参照して説明した、フォーカス・レベリング検出系３０がＸ軸方向に沿って検出光Ｌａを基板Ｐ上の各位置Ｓ１〜Ｓ５に入射させたときの、その反射光に基づく基板Ｐの面位置（フォーカス位置）の検出誤差と、所定時刻を基準としたときの経過時間との関係を示す図である。図１１において、横軸は所定時刻を基準としたときの経過時間（単位は秒）、縦軸は面位置検出誤差（単位はナノメートル）である。グラフ中の各ラインは、基板Ｐ上の各位置Ｓ１〜Ｓ５のそれぞれに照射された検出光Ｌａに対応した検出誤差を示している。そして、ここでいう所定時刻とは、投影領域ＡＲ１に対して基板Ｐ上に設定されたショット領域が走査移動開始される時刻であり、図１１に示すグラフの経過時間中に、基板Ｐ上に設定されたショット領域が投影領域ＡＲ１に対して１回往復移動している。図１１に示すように、検出光Ｌａを投影領域ＡＲ１の短手方向（Ｘ軸方向）に沿って基板Ｐ上に入射させることにより、検出光Ｌａは液体ＬＱの温度上昇領域Ｈを通過する可能性を低減され、面位置検出誤差を小さくすることができる。
【００５９】
ここで、基板ＰがＸ軸方向に移動しながら走査露光されるときに、基板Ｐの移動に伴って液体ＬＱも移動し、温度上昇（温度変化）した液体ＬＱが検出光Ｌａの光路上に配置される可能性があるが、温度上昇領域ＨはＸ軸方向に関して狭いので、温度上昇した液体ＬＱが検出光Ｌａの光路上に配置される可能性は低減される。
【００６０】
一方、図１０を参照して説明したように、検出光Ｌａが温度上昇領域Ｈを通過することにより、その温度上昇（温度変化）に起因して例えば検出光Ｌａの光路が変動し、フォーカス・レベリング検出系３０は基板Ｐの面位置情報を精度良く検出できない不都合が生じる。
【００６１】
そこで、露光光ＥＬの照射による液体ＬＱの温度変化の分布を考慮して、検出光Ｌａが液体ＬＱの温度上昇領域（温度変化分布発生領域）Ｈを通過しないように、投影領域ＡＲ１の短手方向とほぼ平行な方向から検出光Ｌａを入射させることにより、検出光Ｌａを液体ＬＱの温度上昇領域Ｈの外側を通過させることができる。更に、検出光Ｌａを液体ＬＱの温度上昇領域の外側を通過させるように入射角θを設定することで、検出光Ｌａを液体ＬＱの温度上昇領域Ｈの外側を通過させることができ、フォーカス・レベリング検出系３０は、基板Ｐの面位置情報を高精度で検出することができる。
【００６２】
以上説明したように、検出光Ｌａの基板Ｐへの入射角θや入射方向を最適に決定することで、フォーカス・レベリング検出系３０は、液体ＬＱの温度変化の分布の影響を受けることなく、基板Ｐの面位置情報を精度良く検出することができる。
【００６３】
ところで、本実施形態では、投影領域ＡＲ１の短手方向と平行なＸ軸方向から検出光Ｌａを基板Ｐに入射させているが、図１２に示す模式図のように、検出光Ｌａの入射方向と投影領域ＡＲ１の短手方向（Ｘ軸方向）と平行な面、具体的にはＸＺ平面とがなす角度Φを、露光光ＥＬの照射による液体ＬＱの温度変化の分布を考慮して、０°≦Φ≦４５°の条件を満たすように設定することにより、検出光Ｌａが液体ＬＱの温度上昇領域を通過する不都合を回避することができる。この場合、角度Φが４５°に近づくほど、検出光Ｌａは温度上昇領域Ｈを通過する可能性が高くなるが、Ｙ方向から入射させるよりは、液体ＬＱの温度変化の影響を小さくできる。
【００６４】
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。
【００６５】
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（特にダイボール照明法）等を適宜組み合わせると更に効果的である。
【００６６】
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ので、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。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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【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】
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。
【００７５】
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、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置にも適用可能である。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−１６６４７５号公報（USP5,528,118）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−３３０２２４号公報（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。
【００８０】
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。
【００８１】
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図１３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】
【００８２】
【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】投影光学系の投影領域と液体供給機構及び液体回収機構との位置関係を示す図である。
【図３】本発明に係る検出装置を示す概略構成図である。
【図４】基板に照射される検出光を示す模式図である。
【図５】基板に対する検出光の入射角と基材での反射光強度と感光材表面での反射光強度との比との関係を示す図である。
【図６】基板に対する検出光の入射角と感光材表面での反射率との関係を示す図である。
【図７】感光材上に塗布されている膜を説明するための図である。
【図８】シミュレーション実験条件を示す平面図である。
【図９】液体の温度変化の分布を模式的に示したシミュレーション実験結果図である。
【図１０】液体の温度変化の分布を模式的に示したシミュレーション実験結果図である。
【図１１】Ｘ軸方向から基板上に検出光を照射したときの面位置検出誤差と露光処理経過時間との関係を示すシミュレーション実験結果図である。
【図１２】検出光の入射方向を説明するための図である。
【図１３】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】
【００８３】
３０…フォーカス・レベリング検出系（検出装置）、ＡＲ１…投影領域、
ＡＲ２…液浸領域、ＥＬ…露光光、ＥＸ…露光装置、Ｌａ…検出光、ＬＱ…液体、
Ｐ…基板、ＰＬ…投影光学系、Ｒｇ…感光材、ＴＣ…膜、Ｗ…基材
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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