(57)【要約】【課題】回折格子を用いて相対移動量を計測する際に、参照光の光量損失を抑制する。【解決手段】エンコーダ１０は、第１部材６に設けられたＸ方向を周期方向とする回折格子１２と、計測光ＭＸ及び参照光ＲＸを射出するレーザ光源１６と、第２部材７に設けられ、計測光ＭＸを回折格子１２に概ね垂直に入射させて、参照光ＲＸを計測光ＭＸと異なる方向に射出するＰＢＳ部材２４Ｘと、第２部材７に設けられ、反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂを介して参照光ＲＸを回折格子１２における互いに異なる２つの回折角と概ね同じ角度だけ偏向させて参照光ＲＸ１，ＲＸ２としてＰＢＳ部材２４Ｘに向けて反射する参照部材３２Ｘと、を備える。【選択図】図１
2014029276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と該第１部材に対して少なくとも第１方向に相対移動可能に支持された第２部材との相対移動量を計測するエンコーダ装置であって、
前記第１部材に設けられ、少なくとも前記第１方向を周期方向とする格子パターンを有する反射型の回折格子と、
計測光及び参照光を射出する光源部と、
前記第２部材に設けられ、前記計測光を前記回折格子の格子パターン面に概ね垂直に入射させて、前記参照光を前記計測光と異なる方向に射出する第１光学部材と、
前記第２部材に設けられ、前記第１光学部材から入射する前記参照光又はこの参照光から分岐された光束を反射する少なくとも一つの反射面を持ち、前記参照光を前記回折格子における互いに異なる２つの回折角と概ね同じ角度だけ偏向させて第１及び第２参照光として前記第１光学部材に向けて反射する第１参照部材と、
前記第２部材に設けられて、前記計測光によって前記回折格子から前記第１方向に関して発生する互いに異なる次数の第１及び第２回折光が前記第１光学部材を介して入射するとともに、前記第１及び第２回折光と、前記第１光学部材を介して入射する前記第１及び第２参照光との第１及び第２干渉光を生成する第１及び第２反射部と、
前記第１及び第２干渉光をそれぞれ検出する第１及び第２光電検出器と、
前記第１及び第２光電検出器の検出信号を用いて前記第１部材と前記第２部材との相対移動量を求める計測部と、
を備えることを特徴とするエンコーダ装置。 
【請求項２】
前記第１反射部は、前記回折格子から発生する前記第１及び第２回折光を前記第１光学部材を介して前記回折格子に入射させ、前記第１及び第２参照光を前記第１光学部材を介して前記第１参照部材に入射させ、前記第１及び第２回折光によって前記回折格子から前記第１方向に関して発生する回折光と、前記第１参照部材から戻される前記第１及び第２参照光との干渉光を生成することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。 
【請求項３】
前記第１参照部材は、前記第１方向に対応する方向の周期が前記回折格子の前記格子パターンの前記第１方向の周期と同じ参照格子パターンと、少なくとも一つの反射面を持つ参照反射部とを有し、
前記第１光学部材から入射する前記参照光によって前記参照格子パターンから前記第１方向に対応する方向に発生する互いに次数の異なる２つの回折光が前記第１及び第２参照光となり、
前記第１及び第２参照光が、前記第１光学部材と前記第１及び第２反射部とを介して前記参照反射部に入射し、前記参照反射部に入射した前記第１及び第２参照光が前記第１光学部材に戻されことを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ装置。 
【請求項４】
前記参照反射部は、前記第１及び第２参照光を前記参照格子パターンからの前記２つの回折光と平行に前記第１光学部材に反射する第１及び第２反射面を有することを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ装置。 
【請求項５】
前記参照反射部は一つの反射面を有し、
前記第１参照部材は、前記第１光学部材から前記参照反射部の反射面に入射する前記第１及び第２参照光の入射角を変化させる第１及び第２偏向部を有することを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ装置。 
【請求項６】
前記第１参照部材は、前記第１光学部材から入射する前記参照光並びに前記第１光学部材から入射する前記第１及び第２参照光をそれぞれ前記第１光学部材側に反射する第１、第２、及び第３反射面と、前記参照光の一部を分岐する少なくとも一つの分岐面とを有することを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ装置。 
【請求項７】
前記第１反射部は、前記第１回折光を反射する直交する２つの反射面を持つ第１光束反射部材を有し、
前記第２反射部は、前記第２回折光を反射する直交する２つの反射面を持つ第２光束反射部材を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 
【請求項８】
前記光源部は、前記計測光及び前記参照光を互いに偏光状態の異なる光として射出し、
前記第１光学部材は、前記計測光及び前記参照光を分離する偏光ビームスプリッター面を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 
【請求項９】
前記第１光学部材に入射する前記第１及び第２回折光、並びに前記第１及び第２参照光のうち少なくとも一つの光束の偏光方向を調整する少なくとも一つの波長板を備えることを特徴とする請求項８に記載のエンコーダ装置。 
【請求項１０】
前記回折格子は、前記第１方向及び該第１方向に直交する第２方向を周期方向とする２次元の反射型の回折格子であり、
前記第２部材に設けられ、前記計測光を前記回折格子の格子パターン面に概ね垂直に入射させて、前記参照光を前記計測光と異なる方向に射出する第２光学部材と、
前記第２部材に設けられ、少なくとも一つの反射面を持ち、前記第２光学部材から入射する前記参照光を前記回折格子における互いに異なる２つの回折角と概ね同じ角度だけ偏向させて第３及び第４参照光として前記第２光学部材に向けて反射する第２参照部材と、
前記第２部材に設けられて、前記計測光によって前記回折格子から前記第２方向に関して発生する互いに異なる次数の第３及び第４回折光が前記第２光学部材を介して入射するとともに、前記第３及び第４回折光と、前記第２光学部材を介して入射する前記第３及び第４参照光との第３及び第４干渉光を生成する第３及び第４反射部と、
前記第３及び第４干渉光をそれぞれ検出する第３及び第４光電検出器と、を備え、
前記計測部は、前記第１、第２、第３、及び第４光電検出器の検出信号を用いて前記第１部材と前記第２部材との相対移動量を求めることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項１１】
前記計測部は、前記第１部材と前記第２部材との前記第１方向、前記第２方向、及び前記回折格子の格子パターン面に垂直な第３方向の相対移動量を求めることを特徴とする請求項１０に記載のエンコーダ装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のエンコーダ装置と、
対象物用の光学系と、を備えることを特徴とする光学装置。
【請求項１３】
パターンを被露光体に露光する露光装置であって、
フレームと、
前記被露光体を支持するとともに前記フレームに対して少なくとも第１方向に相対移動可能なステージと、
少なくとも前記第１方向への前記ステージの相対移動量を計測するための請求項１〜１１のいずれか一項に記載のエンコーダ装置と、を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程で、請求項１３に記載の露光装置を用いて物体を露光することを特徴とす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、相対移動する部材間の相対移動量を計測するエンコーダ装置、このエンコーダ装置を備える光学装置及び露光装置、並びにこの露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を生産するためのフォトリソグラフィ工程で用いられる、いわゆるステッパー又はスキャニングステッパーなどの露光装置においては、従来より、露光対象の基板を移動するステージの位置計測はレーザ干渉計によって行われていた。ところが、レーザ干渉計では、計測用ビームの光路が長く、かつ変化するため、その光路上の雰囲気の温度揺らぎに起因する計測値の短期的な変動が無視できなくなりつつある。
【０００３】
そこで、例えばステージに固定された回折格子にレーザ光よりなる計測光を照射し、回折格子から発生する回折光と他の回折光又は参照光との干渉光を光電変換して得られる検出信号から、その回折格子が設けられた部材（ステージ等）の相対移動量を計測する、いわゆるエンコーダ装置（干渉型エンコーダ）も使用されつつある（例えば特許文献１参照）。このエンコーダ装置は、レーザ干渉計に比べて計測値の短期的安定性に優れるとともに、レーザ干渉計に近い分解能が得られるようになってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／０２９７５７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のエンコーダ装置において、例えばコヒーレント長が比較的短いレーザ光を使用する場合には、回折光と参照光との光路長の差を短縮することが好ましい。ところが、回折光と参照光との光路長の差を短縮するために、例えば回折光用の光学系と参照光用の光学系とをほぼ対称にして、参照光も例えば参照用の回折格子に入射させるものとすると、参照光の光量損失が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明の態様は、このような課題に鑑み、回折格子を用いて相対移動量を計測する際に、参照光の光量損失を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、第１部材と該第１部材に対して少なくとも第１方向に相対移動可能に支持された第２部材との相対移動量を計測するエンコーダ装置が提供される。このエンコーダ装置は、その第１部材に設けられ、少なくともその第１方向を周期方向とする格子パターンを有する反射型の回折格子と、計測光及び参照光を射出する光源部と、その第２部材に設けられ、その計測光をその回折格子の格子パターン面に概ね垂直に入射させて、その参照光をその計測光と異なる方向に射出する第１光学部材と、その第２部材に設けられ、その第１光学部材から入射するその参照光又はこの参照光から分岐された光束を反射する少なくとも一つの反射面を持ち、その参照光をその回折格子における互いに異なる２つの回折角と概ね同じ角度だけ偏向させて第１及び第２参照光としてその第１光学部材に向けて反射する第１参照部材と、その第２部材に設けられて、その計測光によってその回折格子からその第１方向に関して発生する互いに異なる次数の第１及び第２回折光がその第１光学部材を介して入射するとともに、その第１及び第２回折光と、その第１光学部材を介して入射するその第１及び第２参照光との第１及び第２干渉光を生成する第１及び第２反射部と、その第１及び第２干渉光をそれぞれ検出する第１及び第２光電検出器と、その第１及び第２光電検出器の検出信号を用いてその第１部材とその第２部材との相対移動量を求める計測部と、を備えるものである。
【０００８】
また、第２の態様によれば、第１の態様のエンコーダ装置と、対象物用の光学系と、を備える光学装置が提供される。
また、第３の態様によれば、パターンを被露光体に露光する露光装置であって、フレームと、その被露光体を支持するとともにそのフレームに対して少なくとも第１方向に相対移動可能なステージと、少なくともその第１方向へのそのフレームとそのステージとの相対移動量を計測するための第１の態様のエンコーダ装置と、を備える露光装置が提供される。
【０００９】
また、第４の様態によれば、リソグラフィ工程を含み、そのリソグラフィ工程で第３の態様の露光装置を用いて物体を露光するデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の態様によれば、その参照光をその回折格子における互いに異なる２つの回折角と概ね同じ角度だけ偏向させて第１及び第２参照光としてその第１光学部材に向けて反射する第１参照部材は、少なくとも一つの反射面を持っている。従って、参照光の光量損失を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係るエンコーダを示す平面図である。
【図２】（Ａ）は図１中のＸ軸の干渉計部及び回折格子を示す斜視図、（Ｂ）は図２（Ａ）中の計測光及び回折光の照射位置を示す平面図である。
【図３】（Ａ）は図１中のＸ軸の干渉計部及び参照部材を示す斜視図、（Ｂ）は図３（Ａ）中の参照部材を示す平面図である。
【図４】図２（Ａ）のＸ軸の干渉計部において格子パターン面の相対的な高さが変化したときの回折光の光路の変化を示す図である。
【図５】（Ａ）は第１変形例に係るＸ軸の干渉計部を示す斜視図である。
【図６】（Ａ）は第２変形例に係るＸ軸の干渉計部を示す斜視図、（Ｂ）は図６（Ａ）中の参照部材を示す平面図である。
【図７】（Ａ）は第３変形例に係るＸ軸の干渉計部を示す斜視図、（Ｂ）は図７（Ａ）中の参照部材を示す平面図である。
【図８】第２の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図９】図８のウエハステージに設けられた回折格子及び複数の検出ヘッドの配置の一例を示す平面図である。
【図１０】図８の露光装置の制御系を示すブロック図である。
【図１１】電子デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態につき図１〜図４を参照して説明する。図１は本実施形態に係るエンコーダ１０を示す平面図である。図１において、一例として、第１部材６に対して第２部材７は３次元的に相対移動可能に配置され、第２部材７の互いに直交する相対移動可能な２つの方向に平行にＸ軸及びＹ軸を取り、Ｘ軸及びＹ軸によって規定される平面（ＸＹ面）に直交する相対移動方向に沿ってＺ軸を取って説明する。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの角度をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向の角度とも呼ぶ。
【００１３】
図１において、エンコーダ１０は、第１部材６の上面に固定された、ＸＹ面にほぼ平行な平板状の２次元の回折格子１２と、第２部材７に固定された検出ヘッド１４と、検出ヘッド１４に計測用のレーザ光を供給するレーザ光源１６及び光ファイバ１７と、検出ヘッド１４で生成される複数の干渉光を伝送する光ファイバ３９ＸＡ，３９ＸＢ，３９ＹＡ，３９ＹＢ，３９Ｃと、光ファイバ３９ＸＡ〜３９Ｃを介して供給される複数の干渉光を受光して検出信号を出力するフォトダイオード等の光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢ，４０ＹＡ，４０ＹＢ，４０Ｃと、それらの検出信号を処理して第１部材６に対する第２部材７のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の３次元の相対移動量を求める計測演算部４２と、を有する。検出ヘッド１４は、回折格子１２に計測光を照射し、回折格子１２からＸ方向に発生する複数の回折光と対応する参照光との複数の干渉光を生成するＸ軸の干渉計部１５Ｘと、回折格子１２に計測光を照射し、回折格子１２からＹ方向に発生する複数の回折光と対応する参照光との複数の干渉光を生成するＹ軸の干渉計部１５Ｙと、その他の光学部材と、を有する。
【００１４】
回折格子１２のＸＹ面にほぼ平行な格子パターン面１２ｂには、Ｘ方向及びＹ方向に所定の周期（ピッチ）ｐを持ち、位相型でかつ反射型の２次元の格子パターン１２ａが形成されている。格子パターン１２ａの周期ｐは、一例として１００ｎｍ〜４μｍ程度（例えば１μｍ程度）である。なお、格子パターン１２ａのＸ方向、Ｙ方向の周期が互いに異なっていてもよい。格子パターン１２ａは、例えばホログラム（例えば感光性樹脂に干渉縞を焼き付けたもの）として、又はガラス板等に機械的に溝等を形成して反射膜を被着することで作製可能である。さらに、格子パターン面１２ｂは、保護用の平板ガラスで覆われていてもよい。
【００１５】
レーザ光源１６は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ又は半導体レーザ等よりなり、一例として偏光方向が互いに直交するとともに互いに周波数が所定量だけ異なる第１及び第２の直線偏光のレーザ光ＭＬ，ＲＬよりなる２周波ヘテロダイン光を射出する。それらのレーザ光は互いに可干渉（偏光方向を平行にした場合）であり、それらの平均波長をλとする。レーザ光源１６は、それらのレーザ光から分岐した２つの光束の干渉光を光電変換して得られる基準周波数の信号（基準信号）を計測演算部４２に供給する。なお、ホモダイン干渉方式も使用可能である。
【００１６】
光ファイバ１７は、レーザ光源１６から射出されたレーザ光ＭＬ，ＲＬをそれぞれ偏光方向を維持しながら伝送する例えばダブルコア型で偏波面保持型の光ファイバである。本実施形態では、光ファイバ１７から射出されるときに、第１のレーザ光ＭＬはＸＹ平面に平行なＸ方向に偏光した直線偏光であり、第２のレーザ光ＲＬはＺ方向に偏光した直線偏光である。他の光ファイバ３９ＸＡ〜３９ＹＢ，３９Ｃはシングルコア型であるが、偏波面保持型又は通常のいずれのタイプでもよい。また、光ファイバ３９ＸＡ〜３９ＹＢ，３９Ｃの入射口に集光レンズを設けてもよい。なお、光ファイバ１７，３９ＸＡ〜３９ＹＢ等は、図１では中間部が図示省略されている。また、光ファイバ１７の代わりに複数のミラーを組み合わせたビーム送光光学系を使用してもよく、光ファイバ３９ＸＡ〜３９ＹＢ，３９Ｃを使用することなく、干渉光を直接に光電センサ４０ＸＡ〜４０ＹＢ，４０Ｃで受光してもよい。本実施形態では計測光と参照光との光路長差が短いため（詳細後述）、光ファイバ１７から射出されるレーザ光ＭＬ，ＲＬ間の可干渉距離は比較的短くともよい。
【００１７】
検出ヘッド１４は、光ファイバ１７から射出されるレーザ光ＭＬ，ＲＬを平行光束にするレンズ（不図示）を含む連結部１８と、連結部１８から射出されるレーザ光ＭＬ，ＲＬを１対のレーザ光とＹ軸用の計測光ＭＹ及び参照光ＲＹとに分割する透過率が反射率よりもわずかに大きいビームスプリッター２０Ａと、その１対のレーザ光をＸ軸用の計測光ＭＸ及び参照光ＲＸと、基準信号生成用のレーザ光ＭＬ３及びＲＬ３とに分割する透過率が大きく反射率が小さいビームスプリッター２０Ｂと、Ｘ軸の計測光ＭＸ及び参照光ＲＸをほぼ−Ｙ方向に向けてＸ軸の干渉計部１５Ｘに入射させる２つのミラー２２Ａ，２２Ｂと、を有する。計測光ＭＸ，ＭＹ及びレーザ光ＭＬ３はレーザ光ＭＬから分岐されたレーザ光であり、参照光ＲＸ，ＲＹ及びレーザ光ＲＬ３はレーザ光ＲＬから分岐されたレーザ光である。レーザ光ＭＬ，ＲＬは、それぞれ例えば直径が０．５〜数ｍｍ程度の円形の断面を有する。なお、その断面は楕円又は矩形等でもよい。Ｙ軸の計測光ＭＹ及び参照光ＲＹはほぼ−Ｘ方向に向けてＹ軸の干渉計部１５Ｙに入射し、互いに偏光方向が直交するレーザ光ＭＬ３及びＲＬ３は偏光板４１Ｃを介して参照信号用の干渉光として光ファイバ３９Ｃに入射する。光ファイバ３９Ｃで伝送された干渉光は光電センサ４０Ｃで受光される。なお、レーザ光ＭＬ，ＲＬが所定角度で交差している場合には、ビームスプリッター２０Ｂと偏光板４１Ｃとの間に、レーザ光ＭＬ３，ＲＬ３の相対角度を補正して互いに平行にするための光学系を設けてもよい。
【００１８】
本実施形態において、干渉計部１５Ｘに入射するＸ軸の計測光ＭＸ及び参照光ＲＸはそれぞれＸ方向及びＺ方向に直線偏光したヘテロダインビームであり、干渉計部１５Ｙに入射するＹ軸の計測光ＭＹ及び参照光ＲＹはそれぞれＹ方向及びＺ方向に直線偏光したヘテロダインビームである。
また、Ｘ軸の干渉計部１５Ｘは、ミラー２２Ｂでほぼ−Ｙ方向に反射された計測光ＭＸ及び参照光ＲＸが入射する偏光ビームスプリッター面（以下、ＰＢＳ面という）Ａ１１（図２（Ａ）参照）を有する偏光ビームスプリッター部材（以下、ＰＢＳ部材という）２４Ｘと、ＰＢＳ部材２４Ｘの＋Ｙ方向の側面にＸ方向に対称に固定された１対のルーフプリズム２６ＸＡ，２６ＸＢと、ルーフプリズム２６ＸＡ，２６ＸＢの間の−Ｚ方向の半面側に、反射面が−Ｙ方向でかつ±Ｘ方向を向いて固定された大型の直角プリズム型の１対の反射部材２８ＸＡ，２８ＸＢと、ルーフプリズム２６ＸＡ，２６ＸＢの間で反射部材２８ＸＡ，２８ＸＢの＋Ｚ方向の側面に、反射面が＋Ｙ方向でかつ±Ｘ方向を向いて固定された１対の小型の直角プリズム型の反射部材３０ＸＡ，３０ＸＢと、を有する。さらに、干渉計部１５Ｘは、ＰＢＳ部材２４Ｘに対向するように配置された参照部材３２Ｘを有する。
【００１９】
＋Ｘ方向側のルーフプリズム２６ＸＡ及び反射部材２８ＸＡ，３０ＸＡより第１の反射部２５ＸＡが構成され、−Ｘ方向側のルーフプリズム２６ＸＢ及び反射部材２８ＸＢ，３０ＸＢより第２の反射部２５ＸＢが構成されている。第２部材７には、計測光ＭＸ及び回折格子１２から射出される回折光を通す開口（不図示）が形成されており、ＰＢＳ部材２４Ｘはその開口を覆うように第２部材７に固定されている。参照部材３２Ｘは、連結部材（不図示）を介してＰＢＳ部材２４Ｘ（ひいては第２部材７）に固定されている。
【００２０】
図２（Ａ）は、図１中の干渉計部１５ＸのＰＢＳ部材２４Ｘ及び反射部２５ＸＡ，２５ＸＢを示す。図２（Ａ）には図面の錯綜を避けるため参照部材３２Ｘが２点鎖線で示されている。図２（Ａ）において、ＰＢＳ部材２４Ｘは、Ｙ軸に平行な２辺とＺ軸に平行な２辺とで囲まれた正方形の断面を持ち、Ｘ方向に細長い角柱状であり、その内部に斜めに（ＸＹ面に対してＸ軸の回りに４５°の角度で傾斜して）ＰＢＳ面Ａ１１が形成されている。反射部２５ＸＡのルーフプリズム２６ＸＡは、ＰＢＳ部材２４Ｘの底面に密着して固定された底面と、ＸＹ面に平行でＹ軸に対して所定角度で傾斜した稜線Ａ１６に関して対称に、かつ直交するように形成された１対の反射面Ａ１３，Ａ１４と、ＹＺ面に平行で反射部材２８ＸＡ，３０ＸＢに密着した射出面Ａ１５とを有する。他方のルーフプリズム２６ＸＢはルーフプリズム２６ＸＡと対称な形状であり、ルーフプリズム２６ＸＢも直交する２つの反射面Ａ２３，Ａ２４を有する。
【００２１】
図１のミラー２２Ｂで反射された計測光ＭＸはＳ偏光として、参照光ＲＸはＰ偏光としてほぼ−Ｙ方向に図２（Ａ）のＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１に入射し、参照光ＲＸはＰＢＳ面Ａ１１を透過して−Ｙ方向の参照部材３２Ｘに向けて射出される。一方、Ｓ偏光の計測光ＭＸはＰＢＳ面Ａ１１で反射されて、回折格子１２Ｘの格子パターン面１２ｂ（格子パターン１２ａ）に垂直に（Ｚ軸に平行に）入射する。垂直に入射するとは、計測光ＭＸを格子パターン面１２ｂに正確に垂直に入射させる場合の外に、０次光（正反射光）の影響を軽減するために、計測光ＭＸをＺ軸に平行な軸に対してＸ方向（θｙ方向）及び／又はＹ方向（θｘ方向）に例えば０．５〜１．５°程度傾斜させて格子パターン面１２ｂに入射させる場合も含まれている。本実施形態では、このように計測光又は参照光がある程度の角度で傾斜してある面に入射する場合を含めるときに、その計測光又は参照光はその面に概ね垂直に入射するものとしている。
【００２２】
本実施形態において、概ね垂直に回折格子１２の格子パターン面１２ｂに入射する計測光ＭＸによって、Ｘ方向に対称に±１次回折光ＤＸ１，ＤＸ２が発生し、発生した回折光ＤＸ１，ＤＸ２はＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１で反射されてルーフプリズム２６ＸＡ，２６ＸＢに入射する。この際に、Ｙ方向に対称に±１次回折光も発生するが、Ｙ方向の回折光はＸ軸の干渉計部１５Ｘでは使用されない。＋１次回折光ＤＸ１は、ルーフプリズム２６ＸＡの反射面Ａ１３，Ａ１４で順に反射され−Ｚ方向にシフトして、かつＸ軸に平行に−Ｘ方向に向けて反射部材２８ＸＡに入射する。そして、反射部材２８ＸＡで反射された回折光ＤＸ１は、ＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１で反射されて回折格子１２の格子パターン面１２ｂに概ね垂直に入射する。同様に、−１次回折光ＤＸ２は、ＰＢＳ面Ａ１１及びルーフプリズム２６ＸＢの反射面Ａ２３，Ａ２４等を介して−Ｚ方向にシフトして、かつＸ軸に平行に＋Ｘ方向に向けて反射部材２８ＸＢに入射し、反射部材２８ＸＢで反射された回折光ＤＸ２は、ＰＢＳ面Ａ１１で反射されて回折格子１２の格子パターン１２ａに概ね垂直に入射する。
【００２３】
図２（Ｂ）に示すように、格子パターン１２ａにおいて計測光ＭＸが入射する位置に対して、回折光ＤＸ１，ＤＸ２が入射する位置は、−Ｙ方向に間隔ａ１だけシフトするとともに、±Ｘ方向に対称に間隔ａ２だけシフトしている。間隔ａ１は、ＰＢＳ部材２４ＸのＹ方向の幅のほぼ１／２であり、間隔ａ２は、ＰＢＳ部材２４ＸのＸ方向の長さのほぼ１／４である。このような配置で計測光ＭＸ及び回折光ＤＸ１，ＤＸ２を回折格子１２に入射させることで、干渉計部１５Ｘの構成を小型化できる。ただし、間隔ａ１，ａ２は任意である。また、計測光ＭＸ及び回折光ＤＸ１，ＤＸ２の入射位置の配置は任意であり、回折光ＤＸ１，ＤＸ２の入射位置は例えば計測光ＭＸの入射位置をＹ方向に挟むように配置されていてもよい。
【００２４】
反射部材２８ＸＡ，２８ＸＢで反射されてＰＢＳ面Ａ１１で反射された回折光ＤＸ１，ＤＸ２によって回折格子１２からＸ方向に対称に＋１次回折光ＥＸ１及び−１次回折光ＥＸ２（再回折光）が発生し、発生した回折光ＥＸ１は、ＰＢＳ面Ａ１１、ルーフプリズム２６ＸＡの反射面Ａ１４，Ａ１３の順に反射されて、＋Ｚ方向にシフトして、かつＸ軸に平行に−Ｘ方向に向けて反射部材３０ＸＡに入射する。そして、反射部材３０ＸＡで＋Ｙ方向に反射されたＳ偏光の回折光ＥＸ１は、偏光板４１ＸＡを介して光ファイバ３９ＸＡに入射する。
【００２５】
そして、回折光ＥＸ２は、ＰＢＳ面Ａ１１、及びルーフプリズム２６ＸＢの反射面Ａ２４，Ａ２３の順に反射されて＋Ｘ方向にシフトして、かつＸ軸に平行に＋Ｘ方向に向けて反射部材３０ＸＢに入射する。反射部材３０ＸＢで＋Ｙ方向に反射されたＳ偏光の回折光ＥＸ２は、偏光板４１ＸＢを介して光ファイバ３９ＸＢに入射する
図２（Ａ）において、計測光ＭＸが回折格子１２の格子パターン１２ａに垂直に（Ｚ軸に平行に）入射するとき、計測光ＭＸによるＸ方向の＋１次回折光ＤＸ１の回折角φｘ（図４参照）は、格子パターン１２ａの周期ｐ及び計測光ＭＸの波長λを用いて次の関係を満たす。このとき、−１次回折光ＤＸ２の回折角は−φｘとなる。
【００２６】
ｐ・sin(φｘ)＝λ    …（１）
一例として、周期ｐを１０００ｎｍ（１μｍ）、計測光ＭＸの波長λを６３３ｎｍとすると、回折角φｘはほぼ３９°となる。
図３（Ａ）は、図１中の干渉計部１５ＸのＰＢＳ部材２４Ｘ及び参照部材３２Ｘを示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）中の参照部材３２Ｘを示す。図３（Ａ）において、参照部材３２Ｘは、Ｘ方向に回折格子１２の周期と同じ周期ｐ（図３（Ｂ）参照）の１次元の格子パターン３２Ｘｇが形成されたＸＺ面にほぼ平行な平坦部、及び格子パターン３２Ｘｇに対して−Ｚ方向に設けられた１対の平面の反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂを有する。１次元の格子パターン３２Ｘｇは、回折格子１２の格子パターン１２ａと同様に製造できる。格子パターン３２Ｘｇは１次元であるため、±１次の回折効率は回折格子１２のほぼ２倍である。
【００２７】
図３（Ｂ）に示すように、反射面３２Ｘａ及び３２ＸｂはそれぞれＸＺ面に対してＺ軸に平行な軸の回りに時計回り及び反時計回りにほぼ角度φｘ／２で傾斜している。角度φｘは、回折格子１２からの１次回折光の回折角（式（１））と同じである。反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂは例えばガラスの平面に高反射率の金属膜を形成したものであり、参照光ＲＸに対してかなり大きい反射率を持つ。格子パターン３２Ｘｇ及び反射面３２Ｘａ，３２ＸｂはＰＢＳ部材２４Ｘに対向しており、格子パターン３２ＸｇとＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１との距離は、図２（Ａ）の回折格子１２の格子パターン１２ａとＰＢＳ面Ａ１１との距離とほぼ同じ（第１部材６と第２部材７とのＺ方向の相対移動量分だけ異なっている）である。
【００２８】
図１のミラー２２Ｂで反射された参照光ＲＸは、Ｐ偏光としてほぼ−Ｙ方向に図３（Ａ）のＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１に入射し、参照光ＲＸはＰＢＳ面Ａ１１を透過して参照部材３２Ｘの格子パターン３２Ｘｇに概ね垂直に入射する。格子パターン３２Ｘｇに入射する参照光ＲＸによって、Ｘ方向に対称に±１次回折光ＲＸ１，ＲＸ２が発生する。格子パターン３２Ｘｇの周期ｐは格子パターン１２ａと同じであるため、±１次回折光ＲＸ１，ＲＸ２（以下、第１及び第２の参照光ＲＸ１，ＲＸ２と呼ぶ。）の回折角φｘは図２（Ａ）の回折光ＤＸ１，ＤＸ２の回折角と同じである（図３（Ｂ）参照）。
【００２９】
発生した参照光ＲＸ１，ＲＸ２（ほぼＰ偏光）はＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１を透過してルーフプリズム２６ＸＡ，２６ＸＢ（反射部２５ＸＡ，２５ＸＢ）に入射する。反射部２５ＸＡ，２５ＸＢにおける参照光ＲＸ１，ＲＸ２の光路は、図２（Ａ）の計測光ＭＸの回折光ＤＸ１，ＤＸ２の光路と同じである。参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、それぞれルーフプリズム２６ＸＡ，２６ＸＢの１対の反射面及び反射部材２８ＸＡ，２８ＸＢで反射された後、ＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１を透過してＹ軸にほぼ平行に参照部材３２Ｘの反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂに入射する。参照光ＲＸ１，ＲＸ２が参照部材３２Ｘ上で入射する位置は、参照光ＲＸが入射する位置に対して−Ｚ方向に、かつ±Ｘ方向にシフトしている。参照光ＲＸ１，ＲＸ２の参照部材３２Ｘに対する入射位置とＰＢＳ面Ａ１１との距離は、図２（Ａ）の回折光ＤＸ１，ＤＸ２の格子パターン１２ａに対する入射位置とＰＢＳ面Ａ１１との距離とほぼ同じ（第１部材６と第２部材７とのＺ方向の相対移動量分だけ異なっている）である。
【００３０】
本実施形態では、参照部材３２Ｘの反射面３２Ｘａ，３２ＸｂはＸＺ面に対して角度±φｘ／２で傾斜している。このため、反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂに入射する参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、それぞれＸ方向に角度φｘ及び−φｘだけ傾斜するように反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂで反射される。角度φｘは、格子パターン３２Ｘｇ（格子パターン１２ａ）における１次回折光の回折角と同じである。従って、反射された参照光ＲＸ１，ＲＸ２（ほぼＰ偏光）は、格子パターン３２Ｘｇで回折されたときと同じ方向に対称にＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１に入射し、ＰＢＳ面Ａ１１を透過してルーフプリズム２６ＸＡ，２６ＸＢ（反射部２５ＸＡ，２５ＸＢ）に入射する。
【００３１】
反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂで反射された参照光ＲＸ１，ＲＸ２の反射部２５ＸＡ，２５ＸＢ内での光路は、図２（Ａ）の計測光ＭＸの回折光ＥＸ１，ＥＸ２の光路と同じである。そして、参照光ＲＸ１は、ルーフプリズム２６ＸＡの１対の反射面及び反射部材３０ＸＡで反射された後、回折光ＥＸ１と同軸に合成されて、図１の偏光板４１ＸＡを介して干渉光となる。この干渉光は光ファイバ３９ＸＡを介して光電センサ４０ＸＡで受光される。同様に、参照光ＲＸ２は、ルーフプリズム２６ＸＢの１対の反射面及び反射部材３０ＸＢで反射された後、回折光ＥＸ２と同軸に合成されて、図１の偏光板４１ＸＢを介して干渉光となる。この干渉光は光ファイバ３９ＸＢを介して光電センサ４０ＸＢで受光される。
【００３２】
この場合、ＰＢＳ面Ａ１１に入射した計測光ＭＸが回折光ＥＸ１，ＥＸ２として偏光板４１ＸＡ，４１ＸＢに入射するまでの光路長と、ＰＢＳ面Ａ１１に入射した参照光ＲＸが参照光ＲＸ１，ＲＸ２として偏光板４１ＸＡ，４１ＸＢに入射するまでの光路長とはほぼ等しいため、回折光ＥＸ１，ＥＸ２と参照光ＲＸ１，ＲＸ２との光路長差はかなり小さく、高いＳＮ比の干渉光が得られる。なお、本実施形態では、第１部材６と第２部材７とのＺ方向の相対移動量は、計測光ＭＸと参照光ＲＸとの可干渉距離に比べて小さくなる範囲に設定されている。さらに、回折光ＥＸ１，ＥＸ２は回折格子１２による２回の回折で光量が低下しているのに対して、参照光ＲＸ１，ＲＸ２は参照部材３２Ｘによって１回だけ回折されているため、参照光ＲＸ１，ＲＸ２の光量低下が大幅に抑制されている。なお、図１の連結部１８から射出されるレーザ光ＭＬ，ＲＬが所定角度で傾斜している場合には、その傾斜角を相殺するように、図３（Ｂ）の参照部材３２Ｘの反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂの傾斜角をφｘ／２からずらしておいてもよい。
【００３３】
また、図１のＹ軸の干渉計部１５Ｙは、Ｘ軸の干渉計部１５ＸのＰＢＳ部材２４Ｘ、反射部２５ＸＡ，２５ＸＢ、及び参照部材３２Ｘを一体的に９０°回転した構成のＰＢＳ部材２４Ｙ、反射部２５ＹＡ，２５ＹＢ、及び参照部材３２Ｙを有する。ＰＢＳ部材２４Ｙは開口（不図示）を覆うように第２部材７に固定されている。
ビームスプリッター２０Ａで分岐された計測光ＭＹ及び参照光ＲＹは、干渉計部１５ＹのＰＢＳ部材２４Ｙに入射し、Ｐ偏光の参照光ＲＹはＰＢＳ部材２４ＹのＰＢＳ面を透過して−Ｘ方向に射出されて参照部材３２Ｙの格子パターンに入射する。そして、Ｓ偏光の計測光ＭＹはＰＢＳ部材２４ＹのＰＢＳ面で反射されて回折格子１２の格子パターン１２ａに概ね垂直に入射し、格子パターン１２ａからＹ方向に対称に発生した±１次回折光は、反射部２５ＹＡ，２５ＹＢ及びＰＢＳ部材２４ＹのＰＢＳ面で反射されて回折格子１２の格子パターン１２ａに概ね垂直に入射する。そして、それらの１対の回折光によるＹ方向の＋１次回折光ＥＹ１及び−１次回折光ＥＹ２が回折格子１２から発生し、回折光ＥＹ１，ＥＸＹ２はＰＢＳ部材２４ＹのＰＢＳ面及び反射部２５ＹＡ，２５ＹＢを介して＋Ｘ方向に射出される。
【００３４】
また、ＰＢＳ部材２４Ｙを透過した参照光ＲＹによって、参照部材３２Ｙの格子パターンからＹ方向の±１次回折光よりなる第１及び第２の参照光ＲＹ１，ＲＹ２が発生する。参照光ＲＹ１，ＲＹ２は、ＰＢＳ部材２４ＹのＰＢＳ面を透過して反射部２５ＹＡ，２５ＹＢで反射される。反射された参照光ＲＹ１，ＲＹ２は、ＰＢＳ部材２４ＹのＰＢＳ面を透過して参照部材３２Ｙの傾斜した１対の反射面に入射する。その１対の反射面で反射された参照光ＲＹ１，ＲＹ２は、ＰＢＳ部材２４ＹのＰＢＳ面を透過して反射部２５ＹＡ，２５ＹＢを介して＋Ｘ方向に射出される。そして、一方の参照光ＲＹ１は回折光ＥＹ１と同軸に合成され、偏光板４１ＹＡを通過して干渉光となり、この干渉光は光ファイバ３９ＹＡを介して光電センサ４０ＹＢに受光される。他方の参照光ＲＹ２は回折光ＥＹ２と同軸に合成され、偏光板４１ＹＢを通過して干渉光となり、この干渉光は光ファイバ３９ＹＡを介して光電センサ４０ＹＢに受光される。
【００３５】
Ｙ軸の干渉計部１５Ｙにおいても、回折光ＥＹ１，ＥＹ２と参照光ＲＹ１，ＲＹ２との光路長差はかなり小さく、高いＳＮ比の干渉光が得られる。さらに、回折光ＥＹ１，ＥＹ２は回折格子１２による２回の回折で光量が低下しているのに対して、参照光ＲＹ１，ＲＹ２は参照部材３２Ｙによって１回だけ回折されているため、参照光ＲＹ１，ＲＹ２の光量低下が大幅に抑制されている。
【００３６】
図１において、計測演算部４２は、第１演算部４２Ｘ、第２演算部４２Ｙ、及び第３演算部４２Ｔを有する。そして、Ｘ軸の光電センサ４０ＸＡは、回折光ＥＸ１及び参照光ＲＸ１よりなる干渉光の検出信号（光電変換信号）を第１演算部４２Ｘに供給し、Ｘ軸の光電センサ４０ＸＢは、回折光ＥＸ２及び参照光ＲＸ２よりなる干渉光の検出信号を第１演算部４２Ｘに供給する。また、Ｙ軸の光電センサ４０ＹＡは、回折光ＥＹ１及び参照光ＲＹ１よりなる干渉光の検出信号を第２演算部４２Ｙに供給し、Ｙ軸の光電センサ４０ＹＢは、回折光ＥＹ２及び参照光ＲＹ２よりなる干渉光の検出信号を第２演算部４２Ｙに供給する。第１演算部４２Ｘ及び第２演算部４２Ｙには、レーザ光源１６からの基準周波数の信号（基準信号）、及び光電センサ４０Ｃで検出された参照用の干渉光のほぼその基準周波数の信号（参照信号）も供給されている。
【００３７】
ここで、第１部材６と第２部材７とのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の相対移動量（相対変位）をＸ，Ｙ，Ｚとして、第１演算部４２Ｘ及び第２演算部４２Ｙで求められるＺ方向の相対移動量をそれぞれＺＸ，ＺＹとする。このとき、一例として、第１演算部４２Ｘは、光電センサ４０ＸＡの検出信号及び基準信号（又は参照信号）から、既知の係数ａ，ｂを用いてＸ方向及びＺ方向の第１の相対移動量（ａ・Ｘ＋ｂ・ＺＸ）を求め、光電センサ４０ＸＢの検出信号及び基準信号（又は参照信号）から、Ｘ方向及びＺ方向の第２の相対移動量（−ａ・Ｘ＋ｂ・ＺＸ）を求め、その第１及び第２の相対移動量からＸ方向の相対移動量（Ｘ）及びＺ方向の相対移動量（ＺＸ）を求め、求めた結果を第３演算部４２Ｔに供給する。第２演算部４２Ｙは、光電センサ４０ＹＡの検出信号及び基準信号（又は参照信号）から、Ｙ方向及びＺ方向の第１の相対移動量（ａ・Ｙ＋ｂ・ＺＹ）を求め、光電センサ４０ＹＢの検出信号及び基準信号（又は参照信号）から、Ｙ方向及びＺ方向の第２の相対移動量（−ａ・Ｙ＋ｂ・ＺＹ）を求め、その第１及び第２の相対移動量からＹ方向の相対移動量（Ｙ）及びＺ方向の相対移動量（ＺＹ）を求め、求めた結果を第３演算部４２Ｔに供給する。
【００３８】
第３演算部４２Ｔは、演算部４２Ｘ，４２Ｙから供給される相対移動量（Ｘ）及び（Ｙ）を所定のオフセットで補正した値を第１部材６と第２部材７とのＸ方向、Ｙ方向の相対移動量として出力する。また、第３演算部４２Ｔは、一例として、演算部４２Ｘ，４２Ｙから供給されるＺ方向の相対移動量（ＺＸ）及び（ＺＹ）の平均値（＝（ＺＸ＋ＺＹ）／２）を所定のオフセットで補正した値を第１部材６と第２部材７とのＺ方向の相対移動量として出力する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の相対移動量の検出分解能は例えば０．５〜０．１ｎｍ程度である。エンコーダ１０では、計測光ＭＸ，ＭＹ等の光路が短いため、その光路上の気体の温度揺らぎに起因する計測値の短期的な変動を低減できる。さらに、最終的に２回目の＋１次回折光ＥＸ１，ＥＹ１及び−１次回折光ＥＸ２，ＥＹ２と対応する参照光ＲＸ１〜ＲＹ２との干渉光を検出しているため、相対移動量の検出分解能（検出精度）を１／２に向上（微細化）できる。また、±１次回折光を用いることによって、第１部材６と第２部材７とのθｚ方向の相対回転角による計測誤差を低減できる。
【００３９】
次に、本実施形態の検出ヘッド１４の計測光の回折光の光路につき詳細に説明する。
図４はＸ軸の干渉計部１５Ｘの要部及び回折格子１２を示す。図４において、計測光ＭＸによって回折格子１２から発生した＋１次の回折光ＤＸ１は、ＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１及び反射部２５ＸＡによって、計測光ＭＸ（ここではＺ軸に平行）に平行になるように折り曲げられて回折格子１２に再入射する。
【００４０】
このとき、干渉計部１５Ｘに対して回折格子１２の格子パターン１２ａのＺ方向の相対位置が位置Ｂ１１までδＺだけ変化した場合を想定する。このとき、計測光ＭＸによる＋１次回折光ＤＸ１は、光路が位置Ｂ１２に平行にシフトしてＰＢＳ面Ａ１１を介して反射部２５ＸＡに入射するが、反射部２５ＸＡでは入射光に対して射出光の光路は中心に関して対称にシフトする。このため、反射部２５ＸＡ及びＰＢＳ面Ａ１１で反射された回折光ＤＸ１は、格子パターン面１２ｂのＺ方向の相対位置が変化していないときの＋１次回折光ＥＸ１の光路と交差する位置で回折格子１２に入射する。従って、格子パターン面１２ｂが位置Ｂ１１まで変化していても、回折光ＤＸ１によって回折格子１２から発生する＋１次回折光ＥＸ１の光路Ｂ１３は、格子パターン面１２ｂのＺ方向の相対位置が変化していないときの光路と同じである。このため、回折光ＥＸ１と参照光ＲＸ１とをＰＢＳ面Ａ２（図１参照）で同軸に合成して干渉光を生成したとき、回折光ＥＸ１と参照光ＲＸ１との相対的な横ずれ量がないため、その干渉光を光電変換したときに得られる検出信号のうちの交流信号（ビート信号又は信号成分）の割合が低下することがない。
【００４１】
これは、Ｘ軸の−１次回折光ＤＸ２及びＹ軸の±１次回折光ＤＹ１，ＤＹ２でも同様であり、格子パターン面１２ｂのＺ方向の相対位置が変化しても、図１の光電センサ４０ＸＡ〜４０ＹＢの検出信号のうちのビート信号の割合は低下しない。従って、それらの検出信号を用いて高いＳＮ比で高精度に第１部材６と第２部材７との相対移動量を計測できる。
【００４２】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
本実施形態のエンコーダ１０は、第１部材６に対してＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に３次元的に相対移動可能な第２部材７の相対移動量を計測する３軸のエンコーダ装置である。そして、エンコーダ１０は、第１部材６に設けられ、Ｘ方向及びＹ方向を周期方向とする格子パターン１２ａを有する反射型の回折格子１２と、計測光ＭＸ及び参照光ＲＸを射出するレーザ光源１６と、第２部材７に設けられ、計測光ＭＸを回折格子１２の格子パターン面１２ｂに概ね垂直に入射させて、参照光ＲＸを計測光ＭＸと異なる方向に射出するＰＢＳ部材２４Ｘ（第１光学部材）と、第２部材７に設けられ、ＰＢＳ部材２４Ｘから入射する参照光ＲＸ１，ＲＸ２（参照光ＲＸから分岐された光束）を反射する反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂを持ち、参照光ＲＸを回折格子１２における±１次回折光の回折角と概ね同じ角度だけ偏向させて参照光ＲＸ１，ＲＸ２としてＰＢＳ部材２４Ｘに向けて反射する参照部材３２Ｘ（第１参照部材）と、を有する。さらに、エンコーダ１０は、第２部材７に設けられて、計測光ＭＸによる回折格子１２での２回の回折によってＸ方向に関して発生する±１次の回折光ＥＸ１，ＥＸ２がＰＢＳ部材２４Ｘを介して入射するとともに、回折光ＥＸ１，ＥＸ２と、ＰＢＳ部材２４Ｘを介して入射する参照光ＲＸ１，ＲＸ２との第１及び第２干渉光を生成する反射部２５ＸＡ，２５ＸＢと、その第１及び第２干渉光を検出する光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢと、光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢの検出信号を用いて第１部材６と第２部材７とのＸ方向及びＺ方向の相対移動量を求める計測演算部４２（計測部）と、を有する。
【００４３】
本実施形態によれば、回折光ＥＸ１，ＥＸ２と参照光ＲＸ１，ＲＸ２とはＰＢＳ部材２４Ｘ及び反射部２５ＸＡ，２５ＸＢ内ではほぼ共通の光路を有するとともに、参照部材３２Ｘは参照光ＲＸ１，ＲＸ２を回折格子１２での±１次の回折光とほぼ同じ角度でＰＢＳ部材２４Ｘに戻している。従って、回折光ＥＸ１，ＥＸ２と参照光ＲＸ１，ＲＸ２との光路長差を短くできるため、高いＳＮ比の干渉光が得られて高い計測精度が得られるとともに、入射する計測光ＭＸと参照光ＲＸとして可干渉距離の短いレーザ光を使用できる。さらに、参照部材３２Ｘは、参照光ＲＸ１，ＲＸ２を回折格子１２での±１次の回折光とほぼ同じ角度で反射する反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂを有するため、参照光ＲＸの光量損失を抑制できる。
【００４４】
また、仮に第１部材６と第２部材７とのＸ方向、Ｙ方向の相対位置が固定されている場合には、光電センサ４０ＸＡの検出信号から第１部材６と第２部材７とのＺ方向の相対移動量を計測できる。
さらに、レーザ光源１６は計測光ＭＹ及び参照光ＲＹをも発生し、エンコーダ１０は、計測光ＭＹを回折格子１２の格子パターン面１２ｂに概ね垂直に入射させて、参照光ＲＹを計測光ＭＹと異なる方向に射出するＰＢＳ部材２４Ｙと、第２部材７に設けられ、ＰＢＳ部材２４Ｙから入射する参照光ＲＹを格子パターン及び反射面を介して参照光ＲＹ１，ＲＹ２としてＰＢＳ部材２４Ｙに向けて反射する参照部材３２Ｙと、を有する。さらに、エンコーダ１０は、第２部材７に設けられて、計測光ＭＹによる回折格子１２での２回の回折によってＹ方向に関して発生する±１次の回折光ＥＹ１，ＥＹ２がＰＢＳ部材２４Ｙを介して入射するとともに、それらの回折光と、ＰＢＳ部材２４Ｙを介して入射する参照光ＲＹ１，ＲＹ２との第３及び第４干渉光を生成する反射部２５ＹＡ，２５ＹＢと、その第３及び第４干渉光を検出する光電センサ４０ＹＡ，４０ＹＢと、を有する。そして、計測演算部４２は、光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢ，４０ＹＡ，４０ＹＢの検出信号を用いて第１部材６と第２部材７とのＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の相対移動量を求めている。
【００４５】
従って、回折光ＥＹ１，ＥＹ２と参照光ＲＹ１，ＲＹ２との光路長差を短くできるため、高いＳＮ比の干渉光が得られて高い計測精度が得られる。さらに、参照部材３２Ｙは、参照光ＲＹ１，ＲＹ２を回折格子１２での±１次の回折光とほぼ同じ角度で反射する反射面を有するため、参照光ＲＹの光量損失を抑制できる。
なお、上記の実施形態では以下のような変形が可能である。
【００４６】
上記の実施形態では２次元の回折格子１２が使用されているが、回折格子１２の代わりに例えばＸ方向にのみ周期性を持つ１次元の回折格子を使用してもよい。この場合、検出ヘッド１４からは、Ｙ軸の干渉計部１５Ｙ及び光電センサ４０ＹＡ，４０ＹＢ等を省略し、光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢの検出信号を用いて第１部材６と第２部材７とのＸ方向及びＺ方向の相対移動量を計測できる。
【００４７】
また、上記の実施形態では、計測光ＭＸ，ＭＹは偏光方向が同じ第１周波数の光束で、参照光ＲＸ，ＲＹは偏光方向が同じ第２周波数の光束であるが、計測光ＭＸ及び参照光ＲＹを偏光方向が同じ第１周波数の光束として、計測光ＭＹ及び参照光ＲＸを偏光方向が同じ第２周波数の光束としてもよい。この場合には、計測光ＭＸと参照光ＲＹとの光量比を計測光ＭＸが大きくなるように設定し、計測光ＭＹと参照光ＲＸとの光量比を計測光ＭＹが大きくなるように設定しておき、最終的に干渉光の段階で計測光ＭＸ（回折光）と参照光ＲＸとの光量比（計測光ＭＹ（回折光）と参照光ＲＹとの光量比）をほぼ１：１にしてもよい。これによって、回折格子１２から発生する回折光の光量を大きくでき、干渉光のＳＮ比をさらに改善できる。
【００４８】
また、上記の実施形態では、Ｘ軸の干渉計部１５Ｘにおいて回折格子１２で２回の回折によって発生した回折光ＥＸ１，ＥＸ２と参照光ＲＸ１，ＲＸ２との干渉光を検出しているが、回折格子１２で１回の回折によって発生した回折光ＤＸ１，ＤＸ２と参照光ＲＸ１，ＲＸ２との干渉光を検出してもよい。ただし、この場合には、参照部材３２Ｘとしては、ビームスプリッター面及び反射面を持ち、入射する参照光ＲＸを参照光ＲＸ１，ＲＸ２に分岐して回折光ＤＸ１，ＤＸ２と同じ角度で反射する光学部材が使用される。これはＹ軸の干渉計部１５Ｙにおいても同様である。
【００４９】
また、上記の実施形態において、図２（Ａ）に示すように、回折格子１２から発生する回折光ＤＸ１，ＤＸ２及びＥＸ１，ＥＸ２はＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１に対して正確にＳ偏光になっておらず、光量損失が生じる恐れがある。そこで、回折格子１２から発生する回折光ＤＸ１，ＤＸ２及びＥＸ１，ＥＸ２の光路に、それぞれ偏光方向を調整するための例えば１／２波長板よりなる回転角が調整可能な波長板３５ＸＡ，３５ＸＣ，３５ＸＢ，３５ＸＤを設置してもよい。この場合、波長板３５ＸＡ〜３５ＸＤの回転角を例えば回折光ＤＸ１〜ＥＸ２のＰＢＳ面Ａ１１における反射率が最大になるように調整することで、回折光ＤＸ１〜ＥＸ２の光量損失を最小にできる。
【００５０】
同様に、図３（Ｂ）に示すように、参照部材３２Ｘから発生する回折光又は反射光よりなる参照光ＲＸ１，ＲＸ２はＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１に対して正確にＰ偏光になっておらず、光量損失が生じる恐れがある。そこで、参照部材３２Ｘから発生する回折光（参照光ＲＸ１，ＲＸ２）及び反射光（参照光ＲＸ１，ＲＸ２）の光路に、それぞれ偏光方向を調整するための例えば１／２波長板よりなる回転角が調整可能な波長板３５ＲＡ，３５ＲＣ，３５ＲＢ，３５ＲＤを設置してもよい。この場合、波長板３５ＲＡ〜３５ＲＤの回転角を例えば回折光又は反射光のＰＢＳ面Ａ１１における透過率が最大になるように調整することで、回折光及び反射光の光量損失を最小にできる。
【００５１】
なお、波長板３５ＸＡ〜３５ＸＤ及び波長板３５ＲＡ〜３５ＲＤは少なくとも１枚設けるだけでも光量損失を低減できる効果がある。
また、上記の実施形態では、ＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１に対して計測光ＭＸをＳ偏光、参照光ＲＸをＰ偏光としているが、ＰＢＳ面Ａ１１に対して計測光ＭＸをＰ偏光、参照光ＲＸをＳ偏光としてもよい。この場合には、計測光ＭＸはＰＢＳ面Ａ１１を透過して、参照光ＲＸはＰＢＳ面Ａ１１で反射される。
【００５２】
また、上記の実施形態では、反射部２５ＸＡ，２５ＸＢはルーフプリズム２６ＸＡ，２６ＸＢを有するが、ルーフプリズム２６ＸＡ，２６ＸＢの代わりに直交する１対の反射面を持つルーフミラーを使用してもよい。同様に、反射部材２８ＸＡ，３０ＸＡ等として、平面ミラーを使用してもよい。これにより、干渉計部１５Ｘを軽量化できる場合がある。
次に、図５の第１変形例の干渉計部１５ＸＡで示すように、参照部材として、周期ｐの格子パターン３２Ｘｇ及びＸＺ面に平行な反射面３２Ｘｃを有する第１参照部材３２ＸＡと、反射面３２ＸｃとＰＢＳ部材２４Ｘとの間に配置される１対の楔形プリズム３３ＸＡ，３３ＸＢとを使用してもよい。図５において図３（Ａ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５３】
図５において、ＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１を透過した参照光ＲＸは、第１参照部材３２ＸＡの格子パターン３２Ｘｇに概ね垂直に入射し、格子パターン３２ＸｇからＸ方向に±１次回折光よりなる参照光ＲＸ１，ＲＸ２が発生する。参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、ＰＢＳ部材２４Ｘ及び反射部２５ＸＡ，２５ＸＢを介して反射された後、ＰＢＳ面Ａ１１を透過して楔形プリズム３３ＸＡ，３３ＸＢによって回折角φｘの１／２だけ光路が±Ｘ方向に偏向されて第１参照部材３２ＸＡの反射面３２Ｘｃに入射する。そして、反射面３２Ｘｃで反射された参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、図３（Ａ）の場合と同じ光路に沿ってＰＢＳ部材２４Ｘに入射する。この他の構成及び効果は上記の実施形態と同様である。従って、この干渉計部１５ＸＡによっても、参照光ＲＸ１，ＲＸ２の光量損失を抑制できる。
【００５４】
次に、図６（Ａ）の第２変形例の干渉計部１５ＸＢで示すように、参照部材として、周期ｐの格子パターン３２Ｘｇ、凹面状の互いに傾斜した１対の屈折面３３ＸＢａ，３３ＸＢｃ、及び屈折面３３ＸＢａ，３３ＸＢｃの底面側の１対の反射面３３ＸＢｂ，３３ＸＢｄを有する参照部材３２ＸＢを使用してもよい。図６（Ａ）において図３（Ａ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５５】
図６（Ａ）において、ＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１を透過した参照光ＲＸは、参照部材３２ＸＢの格子パターン３２Ｘｇに概ね垂直に入射し、格子パターン３２ＸｇからＸ方向に±１次回折光よりなる参照光ＲＸ１，ＲＸ２が発生する。参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、ＰＢＳ部材２４Ｘ及び反射部２５ＸＡ，２５ＸＢを介して反射された後、ＰＢＳ面Ａ１１を透過して参照部材３２ＸＢの屈折面３３ＸＢａ，３３ＸＢｃに入射する。
【００５６】
図６（Ｂ）に示すように、屈折面３３ＸＢａ，３３ＸＢｃに入射して屈折された参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、光路Ｂ９Ａ，Ｂ９Ｂに沿って底面にある反射面３３ＸＢｂ，３３ＸＢｄで反射された後、再び屈折面３３ＸＢａ，３３ＸＢｃで屈折される。そして、屈折面３３ＸＢａ，３３ＸＢｃで屈折されて射出した参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、図３（Ａ）の場合と同じ光路に沿ってＰＢＳ部材２４Ｘに入射する。従って、参照部材３２ＸＢの屈折率、屈折面３３ＸＢａ，３３ＸＢｃの位置及び角度、並びに反射面３３ＸＢｂ，３３ＸＢｄの位置及び角度は、屈折面３３ＸＢａ，３３ＸＢｃで屈折されて射出した参照光ＲＸ１，ＲＸ２の位置及び方向が、図２（Ａ）の回折格子１２から発生する±１次回折光ＥＸ１，ＥＸ２の位置及び方向に対応するように設定されている。この他の構成及び効果は上記の実施形態と同様である。従って、この干渉計部１５ＸＢによっても、参照光ＲＸ１，ＲＸ２の光量損失を抑制できる。
【００５７】
次に、図７（Ａ）の第３変形例の干渉計部１５ＸＣで示すように、参照部材として、角度φｘ／２で傾斜した反射面３２ＸＣａ、及び図３（Ａ）と同じ傾斜角の１対の反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂを有する第１参照部材３２ＸＣと、ハーフミラー面及び複数の反射面を持つ第２参照部材３４Ｘと、を使用してもよい。図７（Ａ）において図３（Ａ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。図７（Ａ）において、ＰＢＳ部材２４ＸのＰＢＳ面Ａ１１を透過した参照光ＲＸは、第２参照部材３４Ｘに入射する。
【００５８】
図７（Ｂ）において、入射した参照光ＲＸは、第２参照部材３４Ｘのハーフミラー面３４Ｘａでほぼ−Ｙ方向に向かう第１参照光ＲＸ１と、角度−φｘで反射された第２参照光ＲＸ２とに分割される。なお、図７（Ｂ）における２点鎖線の面Ｂ２０は、図３（Ｂ）の格子パターン３２Ｘｇと同じ高さの面であり、角度φｘは計測光ＭＸが入射する回折格子１２における回折角である。ハーフミラー面３４Ｘａを透過した第１参照光ＲＸ１は、第１参照部材３２ＸＣの反射面３２ＸＣａで、入射する参照光ＲＸに対して角度φｘで交差する方向に反射されて、ＰＢＳ部材２４Ｘに入射する。第２参照部材３４Ｘのハーフミラー面３４Ｘａで反射された第２参照光ＲＸ２は、ハーフミラー面３４Ｘａと平行な反射面３４Ｘｂ，３４Ｘｃで反射された後、反射面３４Ｘｃで反射された参照光ＲＸ２に垂直な射出面３４Ｘｄを透過して、入射する参照光ＲＸに対して角度−φｘでＰＢＳ部材２４Ｘに入射する。
【００５９】
そして、参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、ＰＢＳ部材２４Ｘ及び反射部２５ＸＡ，２５ＸＢを介して反射された後、ＰＢＳ面Ａ１１を透過して第１参照部材３２ＸＣの反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂに入射する。反射面３２Ｘａ，３２Ｘｂで反射された参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、図３（Ａ）の場合と同じ光路に沿ってＰＢＳ部材２４Ｘに入射する。この他の構成及び効果は上記の実施形態と同様である。また、第２参照部材３４Ｘの形状（この内部の参照光ＲＸ２の光路長）は、参照光ＲＸ１の光路長と同じになるように設定されている。従って、干渉計部１５ＸＣにおいても、回折光ＥＸ１，ＥＸ２と参照光ＲＸ１，ＲＸ２との光路長の差を短くでき、干渉光のＳＮ比を高くできる。さらに、干渉計部１５ＸＣにおいては、参照光ＲＸ１，ＲＸ２は、格子パターンで回折されることなく、反射面のみを介してＰＢＳ部材２４Ｘに戻されているため、参照光ＲＸ１，ＲＸ２の光量損失を最も小さくできる。
【００６０】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態につき図８〜図１０を参照して説明する。図８は、この実施形態に係るエンコーダ装置を備えた露光装置ＥＸの概略構成を示す。露光装置ＥＸは、スキャニングステッパーよりなる走査露光型の投影露光装置である。露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を備えており、以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面（ほぼ水平面に平行な面）内でレチクルＲとウエハＷとが相対走査される方向にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取って説明する。
【００６１】
露光装置ＥＸは、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示される照明系１１０、及び照明系１１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬ（例えば波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波など）により照明されるレチクルＲ（マスク）を保持するレチクルステージＲＳＴを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ（基板）に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴを含むステージ装置１９５、及び制御系等（図１０参照）を備えている。
【００６２】
レチクルＲはレチクルステージＲＳＴの上面に真空吸着等により保持され、レチクルＲのパターン面（下面）には、回路パターンなどが形成されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図９のレチクルステージ駆動系１１１によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能である。
【００６３】
レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１１５（又は鏡面加工されたステージ端面）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、図１０のコンピュータよりなる主制御装置１２０に送られる。主制御装置１２０は、その計測値に基づいてレチクルステージ駆動系１１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
【００６４】
図８において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒１４０と、鏡筒１４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。照明系１１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハ（半導体ウエハ）Ｗの一つのショット領域の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。
【００６５】
また、露光装置ＥＸは、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ１９１を保持する鏡筒１４０の下端部の周囲を取り囲むように、局所液浸装置１０８の一部を構成するノズルユニット１３２が設けられている。ノズルユニット１３２は、露光用の液体Ｌｑ（例えば純水）を供給するための供給管１３１Ａ及び回収管１３１Ｂを介して、液体供給装置１８６及び液体回収装置１８９（図１０参照）に接続されている。なお、液浸タイプの露光装置としない場合には、上記の局所液浸装置１０８は設けなくともよい。
【００６６】
また、ウエハステージＷＳＴは、不図示の複数の例えば真空予圧型空気静圧軸受（エアパッド）を介して、ベース盤１１２のＸＹ面に平行な上面１１２ａに非接触で支持されている。ウエハステージＷＳＴは、例えば平面モータ、又は直交する２組のリニアモータを含むステージ駆動系１２４（図１０参照）によってＸ方向及びＹ方向に駆動可能である。露光装置ＥＸは、レチクルＲのアライメントを行う空間像計測系（不図示）、ウエハＷのアライメントを行うアライメント系ＡＬ（図１０参照）、照射系９０ａ及び受光系９０ｂよりなりウエハＷの表面の複数箇所のＺ位置を計測する斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ９０（図１０参照）、及びウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するためのエンコーダ装置８Ｂを備えている。
【００６７】
ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動されるステージ本体１９１と、ステージ本体１９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体１９１内に設けられて、ステージ本体１９１に対するウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。ウエハテーブルＷＴＢの中央の上部には、ウエハＷを真空吸着等によってほぼＸＹ平面に平行な吸着面上に保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。
【００６８】
また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（又は保護部材）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成された高平面度の平板状のプレート体１２８が設けられている。
なお、上述の局所液浸装置１０８を設けたいわゆる液浸型の露光装置の構成にあっては、さらにプレート体１２８は、図９のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の平面図に示されるように、その円形の開口を囲む、外形（輪郭）が矩形の表面に撥液化処理が施されたプレート部（撥液板）１２８ａと、プレート部１２８ａを囲む周辺部１２８ｅとを有する。周辺部１２８ｅの上面に、プレート部１２８ａをＹ方向に挟むようにＸ方向に細長い１対の２次元の回折格子１２Ａ，１２Ｂが配置され、プレート部１２８ａをＸ方向に挟むようにＹ方向に細長い１対の２次元の回折格子１２Ｃ，１２Ｄが配置されている。回折格子１２Ａ〜１２Ｄは、図１の回折格子１２と同様にＸ方向、Ｙ方向を周期方向とする２次元の格子パターンが形成された反射型の回折格子である。
【００６９】
また、図８において、投影ユニットＰＵを支持するフレーム（不図示）に連結部材（不図示）を介してＸＹ面にほぼ平行な平板状の計測フレーム１５０が支持されている。計測フレーム１５０の底面に、投影光学系ＰＬをＸ方向に挟むように、図１の３軸の検出ヘッド１４と同じ構成の複数の検出ヘッド１４が固定され、投影光学系ＰＬをＹ方向に挟むように、図１の検出ヘッド１４と同じ構成の複数の検出ヘッド１４が固定されている（図９参照）。また、複数の検出ヘッド１４にレーザ光（計測光及び参照光）を供給するための図１のレーザ光源１６と同様の一つ又は複数のレーザ光源（不図示）も備えられている。
【００７０】
図９において、投影光学系ＰＬからの照明光でウエハＷを露光している期間では、常にＹ方向の一列Ａ１内の複数の検出ヘッド１４のいずれか２つが回折格子１２Ａ，１２Ｂに対向し、Ｘ方向の一行Ａ２の複数の検出ヘッド１４のいずれか２つが回折格子１２Ｃ，１２Ｄに対向するように構成されている。一列Ａ１内の各検出ヘッド１４は、回折格子１２Ａ又は１２Ｂに計測光を照射し、回折格子１２Ａ，１２Ｂから発生する回折光と参照光との干渉光の検出信号を対応する計測演算部４２（図１０参照）に供給する。これらの計測演算部４２では、図１の計測演算部４２と同様に、ウエハステージＷＳＴと計測フレーム１５０とのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の相対位置（相対移動量）を例えば０．５〜０．１ｎｍの分解能で求めてそれぞれ計測値を切り替え部８０Ａに供給する。計測値切り替え部８０Ａでは、回折格子１２Ａ，１２Ｂに対向している検出ヘッド１４に対応する計測演算部４２から供給される相対位置の情報を主制御装置１２０に供給する。
【００７１】
また、一行Ａ２に対応する各検出ヘッド１４は、回折格子１２Ｃ又は１２Ｄに計測光を照射し、回折格子１２Ｃ，１２Ｄから発生する回折光と参照光との干渉光の検出信号を対応する計測演算部４２（図１０参照）に供給する。これらの計測演算部４２では、図１の計測演算部４２と同様に、ウエハステージＷＳＴと計測フレーム１５０とのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の相対位置（相対移動量）を例えば０．５〜０．１ｎｍの分解能で求めて計測値切り替え部８０Ｂに供給する。計測値切り替え部８０Ｂでは、回折格子１２Ｃ，１２Ｄに対向している検出ヘッド１４に対応する計測演算部４２から供給される相対位置の情報を主制御装置１２０に供給する。
【００７２】
一列Ａ１内の複数の検出ヘッド１４、レーザ光源（不図示）、計測演算部４２、及び回折格子１２Ａ，１２Ｂから３軸のエンコーダ１０Ａが構成され、一行Ａ２内の複数の検出ヘッド１４、レーザ光源（不図示）、計測演算部４２、及び回折格子１２Ｃ，１２Ｄから３軸のエンコーダ１０Ｂが構成されている。そして、３軸のエンコーダ１０Ａ，１０Ｂ、及び計測値切り替え部８０Ａ，８０Ｂからエンコーダ装置８Ｂが構成されている。主制御装置１２０は、エンコーダ装置８Ｂから供給される相対位置の情報に基づいて、計測フレーム１５０（投影光学系ＰＬ）に対するウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及びθｚ方向の回転角等の情報を求め、この情報に基づいてステージ駆動系１２４を介してウエハステージＷＳＴを駆動する。
【００７３】
そして、露光装置ＥＸの露光時には、先ずレチクルＲ及びウエハＷのアライメントが行われる。その後、レチクルＲへの照明光ＩＬの照射を開始して、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパターンの一部の像をウエハＷの表面の一つのショット領域に投影しつつ、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを投影光学系ＰＬの投影倍率βを速度比としてＹ方向に同期して移動（同期走査）する走査露光動作によって、そのショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。その後、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作と、上記の走査露光動作とを繰り返すことによって、液浸法でかつステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷの全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。
【００７４】
この際に、エンコーダ装置８Ｂの検出ヘッド１４においては、計測光及び回折光の光路長はレーザ干渉計に比べて短いため、検出ヘッド１４を用いた計測値に対する空気揺らぎの影響が非常に小さい。従って、本実施形態のエンコーダ装置８Ｂは、レーザ干渉計と比較して、空気が揺らぐ程度の短い期間における計測安定性（短期安定性）が格段に優れているため、レチクルＲのパターン像をウエハＷに高精度に転写できる。さらに、検出ヘッド１４は回折格子１２Ａ〜１２ＤのＺ位置が変化しても常に高いＳＮ比で相対移動量の上方を含む信号を検出できるため、常に高精度にウエハステージＷＳＴを駆動できる。
【００７５】
なお、本実施形態では、計測フレーム１５０側に検出ヘッド１４を配置し、ウエハステージＷＳＴ側に回折格子１２Ａ〜１２Ｄを配置している。この他の構成として、計測フレーム１５０側に回折格子１２Ａ〜１２Ｄを配置し、ウエハステージＷＳＴ側に検出ヘッド１４を配置してもよい。
また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１１に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたレチクル（マスク）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（露光方法）によりレチクルのパターンを基板（感光基板）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を含む基板処理ステップ２２４、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）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００７６】
言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施例の露光装置ＥＸ（露光方法）を用いてレチクルのパターンの像を基板（ウエハ）に転写し、その基板を現像するリソグラフィ工程と、そのパターンの像が転写されたその基板をそのパターンの像に基づいて加工する工程（ステップ２２４のエッチング等）とを含んでいる。この際に、上記の実施例によれば、露光装置のウエハステージＷＳＴの位置を高精度に制御できるため、電子デバイスを高精度に製造できる。
【００７７】
なお、本発明は、上述の走査露光型の投影露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ等）にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外のドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光装置にも適用することができる。
【００７８】
また、上記の実施形態のエンコーダ１０は、露光装置以外の検査装置又は計測装置等の検査又は加工対象の物体用の光学系（レーザ光を集光する光学系等）と、その物体を移動する移動装置（ステージ等）とを備えた光学装置において、その移動装置（物体）の例えばその光学系に対する相対移動量を計測するために適用することができる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７９】
ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＭＸ，ＭＹ…計測光、ＲＸ，ＲＹ…参照光、ＤＸ１，ＥＸ１…＋１次回折光、ＤＸ２，ＥＸ２…−１次回折光、ＲＸ１，ＲＸ２…参照光、６…第１部材、７…第２部材、１０…エンコーダ、１２…２次元の回折格子、１４…検出ヘッド、１５Ｘ，１５Ｙ…干渉計部、１６…レーザ光源、２４Ｘ，２４Ｙ…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）部材、２５ＸＡ，２５ＸＢ，２５ＹＡ，２５ＹＢ…反射部、３２Ｘ，３２Ｙ…参照部材、４０ＸＡ，４０ＸＢ，４０ＹＡ，４０ＹＢ…光電センサ、４２…計測演算部
【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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