(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１方向に相対移動する第１部材及び第２部材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部材及び前記第２部材の一方の部材に設けられ、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、
計測光を発生する光源部と、
前記計測光を前記回折格子の格子パターンに入射させて回折光を発生させる第１光学部材と、
前記第１部材及び前記第２部材の他方の部材に設けられるとともに、前記回折格子の前記格子パターンで回折された前記回折光のうち第１回折光を前記格子パターンに入射させて第２回折光と前記第２回折光とは次数の異なる第３回折光とを発生させる第２光学部材と、
前記計測光を分岐して第１の参照光と第２の参照光とを生成する第３光学部材と、
前記格子パターンで回折された前記第２回折光と前記第１の参照光との干渉光を検出する第１検出器と、
前記格子パターンで回折された前記第３回折光と前記第２の参照光との干渉光を検出する第２検出器と、
前記第１検出器及び前記第２検出器の検出信号を用いて前記相対移動量を求める計測部と、
を備えるエンコーダ装置。
【請求項２】
前記計測部は、前記第１検出器の検出信号と前記第２検出器の検出信号とを用いて、前記反射型の回折格子に起因する誤差を低減する、請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項３】
前記第２回折光は正の次数の回折光であり、前記第３回折光は負の次数の回折光である、請求項１又は２に記載のエンコーダ装置。
【請求項４】
前記第２回折光は＋ｎ次の回折光であり（ｎは自然数）、前記第３回折光は−ｎ次の回折光である、請求項１又は２に記載のエンコーダ装置。
【請求項５】
前記第１光学部材は、前記計測光を前記回折格子の前記格子パターン面に概ね垂直に入射させ、
前記第２光学部材は、前記第１回折光を前記格子パターン面に概ね垂直に入射させ、
前記第２回折光と前記第３回折光とは、前記第１方向に関して対称に発生する回折光である請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項６】
前記第１回折光は１次回折光であり、
前記第２回折光は、前記第１回折光と同じ方向に発生する１次回折光であり、
前記第３回折光は、前記第１回折光と異なる方向に発生する１次回折光である請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項７】
前記計測部は、前記第１検出器の検出信号を用いて得られる第１の相対移動量と前記第２検出器の検出信号を用いて得られる第２の相対移動量との差分を求める請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項８】
前記第３光学部材は、前記計測光を分岐して第３の参照光と第４の参照光とを生成し、
前記他方の部材に設けられるとともに、前記格子パターンで回折された前記回折光のうち前記第１回折光と次数の異なる第４回折光を前記格子パターンに入射させて第５回折光と該第５回折光とは次数の異なる第６回折光とを発生させる第４光学部材と、
前記格子パターンで回折された前記第５回折光と前記第３の参照光との干渉光を検出する第３検出器と、
前記格子パターンで回折された前記第６回折光と前記第４の参照光との干渉光を検出する第４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検出器の検出信号を用いて前記相対移動量を求める請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項９】
前記回折格子と前記第２光学部材との間に配置されて、前記第１回折光が前記回折格子に入射するときの入射角が回折角よりも小さくなるように前記第１回折光の方向を変更する第１方向変更部材を備える請求項１乃至８のいずれか一項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方向及びこの第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３光学部材は、前記計測光を分岐して第５の参照光と第６の参照光とを生成し、
前記他方の部材に設けられるとともに、前記格子パターン面で回折された前記回折光のうち前記第２及び第３回折光の進行経路を含む面と交差する方向に発生する第７回折光を前記格子パターンに入射させて第８回折光と該第８回折光とは次数の異なる第９回折光とを発生する第５光学部材と、
前記格子パターンで回折された前記第８回折光と前記第５の参照光との干渉光を検出する第５検出器と、
前記格子パターンで回折された前記第９回折光と前記第６の参照光との干渉光を検出する第６検出器と、を備え、
前記計測部は、少なくとも前記第１、第２、第５、及び第６検出器の検出信号を用いて前記相対移動量を求める請求項１乃至９のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項１１】
前記第２光学部材はコーナーキューブを有する請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のエンコーダ装置を用いて前記第１部材及び前記第２部材の相対移動量を求めることと、
前記相対移動量に応じて前記第１部材と前記第２部材との相対的な位置関係を制御することと、を含むエンコーダ装置の使用方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のエンコーダ装置と、
前記エンコーダ装置の計測結果に基づいて対象物を移動する移動装置と、
前記対象物用の光学系と、を備える光学装置。
【請求項１４】
パターンを被露光体に露光する露光装置であって、
前記被露光体に露光光を照射する露光部を少なくとも支持するフレームと、
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、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のエンコーダ装置と、を備え、
前記エンコーダ装置を用いて、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露光装置。
【請求項１５】
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１４に記載の露光装置を用いて物体を露光するデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相対移動する２つの部材の相対移動量を計測するエンコーダ装置及びその使用方法、エンコーダ装置を備えた光学装置及び露光装置、並びに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】米国特許第８，５７０，５３３号明細書
【発明の概要】
【０００５】
第１の態様によれば、少なくとも第１方向に相対移動する第１及び第２部材の相対移動量を計測するエンコーダ装置であって、その第１部材及びその第２部材の一方の部材に設けられ、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、計測光を発生する光源部と、その計測光をその回折格子の格子パターン面に入射させて回折光を発生させる第１光学部材と、その第１部材及びその第２部材の他方の部材に設けられるとともに、その回折格子のその格子パターンで回折されたその回折光のうち第１回折光をその格子パターンに入射させて第２回折光とこの第２回折光とは次数の異なる第３回折光とを発生させる第２光学部材と、その計測光を分岐して第１の参照光と第２の参照光とを生成する第３光学部材と、その格子パターンで回折されたその第２回折光と第１の参照光との干渉光を検出する第１検出器と、その格子パターンで回折されたその第３回折光と第２の参照光との干渉光を検出する第２検出器と、その第１検出器及びその第２検出器の検出信号を用いてその相対移動量を求める計測部と、を備えるエンコーダ装置が提供される。
【０００６】
第２の態様によれば、少なくとも第１方向に相対移動する第１及び第２部材の相対移動量を計測するエンコーダ装置であって、その第１部材及びその第２部材の一方の部材に設けられ、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互いに非平行となるように射出する光源部と、その計測光から分岐された第１計測光をその回折格子の格子パターン面に入射させる入射用光学部材と、その第１部材及びその第２部材の他方の部材に設けられるとともに、その回折格子からその第１計測光によって発生する第１回折光を、その格子パターン面に入射させる第１光学部材と、第１の開口が形成されるとともに、その第１の開口を、その第１回折光又はその回折格子からその第１回折光によって発生する第１再回折光よりなる第１光束が通過するように配置された楔型の光学部材と、その第１再回折光とその参照光から分岐された第１参照光との干渉光を検出する第１光電検出器と、その第１光電検出器の検出信号を用いてその相対移動量を求める計測部と、を備え、その第１回折光又はその第１再回折光のうち、その第１光束と異なる第２光束がその楔型の光学部材を通過して光路が偏向されるエンコーダ装置が提供される。
【０００７】
第３の態様によれば、第１又は第２の態様のエンコーダ装置を用いてその第１部材とその第２部材との相対移動量を求めることと、その相対移動量に応じてその第１部材とその第２部材との相対的な位置関係を制御することと、を含むエンコーダ装置の使用方法が提供される。
第４の態様によれば、第１又は第２の態様のエンコーダ装置と、そのエンコーダ装置の計測結果に基づいて対象物を移動する移動装置と、その対象物用の光学系と、を備える光学装置が提供される。
【０００８】
第５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において、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、第１又は第２の態様のエンコーダ装置と、を備え、そのエンコーダ装置を用いてその第１方向へのそのステージの相対移動量を計測する露光装置が提供される。
第６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５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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係るエンコーダを示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は図１のエンコーダにおけるＸ方向の±１次回折光の光路を示す図、（Ｂ）はＹ方向の±１次回折光の光路を示す図である。
【図３】エンコーダの使用方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）は第２の実施形態に係るエンコーダを示す図、（Ｂ）はレーザ光源の一例を示す図である。
【図５】第３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６】図５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７】図５の露光装置の制御系を示すブロック図である。
【図８】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】
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態につき図１〜図３を参照して説明する。図１は本実施形態に係る３軸のエンコーダ１０の要部を示す斜視図である。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方向、θｙ方向、及びθｚ方向の角度とも称する。
【００１１】
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に固定されて回折格子１２に計測光を照射するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸よりなる３軸の検出ヘッド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と、検出ヘッド１４から出力される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方向の相対移動量を求める計測演算部４２と、を有する。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。
【００１２】
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Ｘ方向、Ｙ方向の周期ｐは、一例として１００ｎｍ〜４μｍ程度（例えば１μｍ周期）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。
【００１３】
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異なる第１及び第２の直線偏光のレーザ光よりなる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。
【００１４】
検出ヘッド１４は、レーザ光源１６から供給されたヘテロダイン光を互いに周波数が異なるＰ偏光の計測光ＭＬ及びＳ偏光の参照光ＲＬに分割する偏光ビームスプリッター（以下、ＰＢＳという。）１８と、参照光ＲＬからＸ軸の第２参照光ＲＸ２を分岐するビームスプリッター２０Ａと、ビームスプリッター２０Ａで反射された参照光からＹ軸の第２及び第１参照光ＲＹ２，ＲＹ１を順次分岐するビームスプリッター２０Ｂ，２０Ｃと、ビームスプリッター２０Ｃを透過したＸ軸の第１参照光ＲＸ１を−Ｘ方向に向けるミラー２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと、Ｘ軸の第２参照光ＲＸ２を＋Ｘ方向に向けるミラー２２Ｄ，２２Ｅとを有する。計測光ＭＬ及び参照光ＲＬは例えば直径が０．５〜数ｍｍ程度の円形の断面を有する。また、検出ヘッド１４は、Ｘ軸の第１及び第２参照光ＲＸ１，ＲＸ２と後述のＸ軸の＋１次回折光ＥＸ１及び−１次回折光ＥＸ２とをそれぞれ同軸に合成するＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）２８Ａ，２８Ｂと、ＰＢＳ２８Ａ，２８Ｂで同軸に合成された干渉光が通過する偏光板３０Ａ，３０Ｂと、偏光板３０Ａ，３０Ｂを通過した干渉光を検出するフォトダイオード等のＸ軸の光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢとを有する。
【００１５】
さらに、検出ヘッド１４は、Ｙ軸の第１及び第２参照光ＲＹ１，ＲＹ２と後述のＹ軸の＋１次回折光ＥＹ１及び−１次回折光ＥＹ２とを同軸に合成するＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）２８Ｃ，２８Ｄと、ＰＢＳ２８Ｃ，２８Ｄで同軸に合成された干渉光が通過する偏光板３０Ｃ，３０Ｄと、偏光板３０Ｃ，３０Ｄを通過した干渉光を検出するＹ軸の光電センサ４０ＹＡ，４０ＹＢとを有する。
【００１６】
さらに、検出ヘッド１４は、複数の再回折光とこれらに対応する複数の参照光との干渉光を検出するためのミラー２２Ｇ，２２Ｈ，２２Ｉ，２２Ｊ、ミラー２３Ｅ，２３Ｆ，２３Ｇ，２３Ｈ、ＰＢＳ２８Ｅ，２８Ｆ，２８Ｇ，２８Ｈ、偏光板３０Ｅ，３０Ｆ，３０Ｇ，３０Ｈ、及び光電センサ４０ＸＣ，４０ＸＤ，４０ＹＣ，４０ＹＤを有する（詳細後述）（図２、図３参照）。光電センサ４０ＹＡ，４０ＹＢ，４０ＸＣ〜４０ＹＤは、光電センサ４０ＸＡと同じ構成である。
【００１７】
また、検出ヘッド１４は、ＰＢＳ１８を透過したＰ偏光の計測光ＭＬを反射して回折格子１２Ｘの格子パターン面１２ｂ（格子パターン１２ａ）に概ね垂直に（概ねＺ軸に平行に）入射させるミラー２２Ｆを有する。概ね垂直に入射させるとは、計測光ＭＬを格子パターン面１２ｂ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ＭＬ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ることを意味している。ＰＢＳ１８，２８Ａ〜２８Ｄ、ビームスプリッター２０Ａ〜２０Ｃ、ミラー２２Ａ〜２２Ｆ、及び光電センサ４０ＸＡ〜４０ＹＤは、第２部材７に固定された支持部材（不図示）によって支持されている。
【００１８】
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ＭＬによって、Ｘ方向に対称に±１次回折光ＤＸ１，ＤＸ２が発生するとともに、Ｙ方向に対称に±１次回折光ＤＹ１，ＤＹ２が発生する。そして、検出ヘッド１４は、＋１次回折光ＤＸ１の光路をほぼ＋Ｚ平行に向けるＸ軸の第１の楔型プリズム２６Ａと、楔型プリズム２６Ａを通過した回折光ＤＸ１を回折格子１２の格子パターン面１２ｂに向けて概ね垂直に反射するＸ軸の第１のコーナーキューブ２４Ａと、−１次回折光ＤＸ２の光路をほぼ＋Ｚ平行に向けるＸ軸の第２の楔型プリズム２６Ｂと、楔型プリズム２６Ｂを通過した回折光ＤＸ２を回折格子１２の格子パターン面１２ｂに向けて概ね垂直に反射するＸ軸の第２のコーナーキューブ２４Ｂと、後述のミラー２３Ａ，２３Ｂとを有する。楔型プリズム２６Ａ，２６Ｂ（方向変更部材）は、回折格子１２に入射する計測光ＭＬに関して対称に配置された互いに同じ形状で入射面及び射出面（２面）を持つプリズムである。コーナーキューブ２４Ａ，２４Ｂは、その計測光ＭＬに関して対称に配置された互いに同じ形状で、入射面及び３つの互いに直交する３つの反射面を持つ光学部材であり、コーナーキューブ２４Ａ，２４Ｂは、その入射面がＸＹ面に平行になるように互いに平行に配置されている。
【００１９】
この場合、図２（Ａ）に示すように、コーナーキューブ２４Ａで反射された回折光ＤＸ１によって回折格子１２からＸ方向に対称に＋１次回折光ＥＸ１（再回折光）及び−１次回折光ＥＸ３（再回折光）が発生し、発生した回折光ＥＸ１は楔型プリズム２６Ａによって＋Ｚ方向に光路が変更された後、図１のミラー２３Ａを介してＰＢＳ２８Ａで参照光ＲＸ１と同軸に合成される。また、発生した回折光ＥＸ３はミラー２３Ｅで＋Ｚ方向に光路が変更された後、図１の参照光ＲＬから分岐部材（不図示）を介して分岐されてミラー２２Ｇで反射された参照光ＲＸ３と、ＰＢＳ２８Ｅで同軸に合成される。合成された干渉光は偏光板３０Ｅを介して光電センサ４０ＸＣで受光され、光電センサ４０ＸＣの検出信号ＳＡ１は計測演算部４２の第１演算部４２Ｘに供給される。
【００２０】
また、コーナーキューブ２４Ｂで反射された回折光ＤＸ２によって回折格子１２からＸ方向に対称に＋１次回折光ＥＸ４（再回折光）及び−１次回折光ＥＸ２（再回折光）が発生し、発生した回折光ＥＸ２は楔型プリズム２６Ｂによって＋Ｚ方向に光路が変更された後、図１のミラー２３Ｂを介してＰＢＳ２８Ｂで参照光ＲＸ２と同軸に合成される。合成された干渉光は光電センサ４０ＸＢで受光される。
【００２１】
また、発生した回折光ＥＸ４はミラー２３Ｆで＋Ｚ方向に光路が変更された後、図１の参照光ＲＬから分岐部材（不図示）を介して分岐されてミラー２２Ｈで反射された参照光ＲＸ４と、ＰＢＳ２８Ｆで同軸に合成される。合成された干渉光は偏光板３０Ｆを介して光電センサ４０ＸＤで受光され、光電センサ４０ＸＤの検出信号ＳＢ１は計測演算部４２の第１演算部４２Ｘに供給される。
【００２２】
図１において、検出ヘッド１４は、±１次回折光ＤＹ１，ＤＹ２の光路をほぼ＋Ｚ平行に向けるＹ軸の第１及び第２の楔型プリズム２６Ｃ，２６Ｄと、楔型プリズム２６Ｃ，２６Ｄを通過した回折光ＤＹ１，ＤＹ２を回折格子１２の格子パターン面１２ｂに向けて概ね垂直に反射するＹ軸の第１及び第２のコーナーキューブ２４Ｃ，２４Ｄと、後述のミラー２３Ｃ，２３Ｄとを有する。Ｙ軸の楔型プリズム２６Ｃ，２６Ｄは、Ｘ軸の楔型プリズム２６Ａ，２６Ｂを回折格子１２に入射する計測光ＭＬの回りに９０°回転した形状及び配置であり、Ｙ軸のコーナーキューブ２４Ｃ，２４Ｄは、Ｘ軸のコーナーキューブ２４Ａ，２４Ｂをその計測光ＭＬの回りに９０°回転した形状及び配置である。
【００２３】
この場合、図２（Ｂ）に示すように、コーナーキューブ２４Ｃで反射された回折光ＤＹ１によって回折格子１２からＹ方向に対称に＋１次回折光ＥＹ１（再回折光）及び−１次回折光ＥＹ３（再回折光）が発生し、発生した回折光ＥＹ１は楔型プリズム２６Ｃによって＋Ｚ方向に光路が変更された後、図１のミラー２３Ｃを介してＰＢＳ２８Ｃで参照光ＲＹ１と同軸に合成される。合成された干渉光はそれぞれ光電センサ４０ＸＣで受光される。また、発生した回折光ＥＹ３はミラー２３Ｇで＋Ｚ方向に光路が変更された後、図１の参照光ＲＬから分岐部材（不図示）を介して分岐されてミラー２２Ｉで反射された参照光ＲＸ３と、ＰＢＳ２８Ｇで同軸に合成される。合成された干渉光は偏光板３０Ｇを介して光電センサ４０ＹＣで受光され、光電センサ４０ＹＣの検出信号ＳＣ１は計測演算部４２の第２演算部４２Ｙに供給される。
【００２４】
さらに、コーナーキューブ２４Ｄで反射された回折光ＤＹ２によって回折格子１２からＹ方向に対称に＋１次回折光ＥＹ４（再回折光）及び−１次回折光ＥＹ２（再回折光）が発生し、発生した回折光ＥＹ２は楔型プリズム２６Ｄによって＋Ｚ方向に光路が変更された後、図１のミラー２３Ｄを介してＰＢＳ２８Ｄで参照光ＲＹ２と同軸に合成される。合成された干渉光はそれぞれ光電センサ４０ＸＤで受光される。また、発生した回折光ＥＹ４はミラー２３Ｈで＋Ｚ方向に光路が変更された後、図１の参照光ＲＬから分岐部材（不図示）を介して分岐されてミラー２２Ｊで反射された参照光ＲＹ４と、ＰＢＳ２８Ｈで同軸に合成される。合成された干渉光は偏光板３０Ｈを介して光電センサ４０ＹＤで受光され、光電センサ４０ＹＤの検出信号ＳＤ１は計測演算部４２の第２演算部４２Ｙに供給される。
【００２５】
本実施形態では、楔型プリズム２６Ａ〜２６Ｄは回折光ＥＸ１，ＥＸ２，ＥＹ１，ＥＹ２の光路を変更するための光学部材としても兼用されているため、検出ヘッド１４の構成が簡素である。なお、回折光ＥＸ１〜ＥＹ２の光路を変更するために、楔型プリズム２６Ａ〜２６Ｄとは別の部材（例えば別の小型のプリズム又はミラー）を使用してもよい。
コーナーキューブ２４Ａ〜２４Ｄ、楔型プリズム２６Ａ〜２６Ｄ、ミラー２２Ｇ〜２２Ｊ、ミラー２３Ａ〜２３Ｈ、及びＰＢＳ４０ＸＣ〜４０ＹＤも、第２部材７に固定された支持部材（不図示）によって支持されている。本実施形態では、コーナーキューブ２４Ａ〜２４Ｄは、入射面がＸＹ面に平行になるように、かつ回折格子１２に入射する計測光ＭＬの回りに９０°間隔で配置されているため、複雑な形状のコーナーキューブ２４Ａ〜２４Ｄを容易に正確な位置関係で支持できる。なお、コーナーキューブ２４Ａ〜２４Ｄの代わりに、３つの互いに直交する反射面を持つ反射部材を組み合わせた反射部材（レトロリフレクター）等を使用してもよい。
【００２６】
図１において、Ｘ軸の光電センサ４０ＸＡは、Ｘ軸の回折光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）ＳＡを計測演算部４２の第１演算部４２Ｘに供給し、Ｘ軸の光電センサ４０ＸＢは、Ｘ軸の回折光ＥＸ２及び参照光ＲＸ２よりなる干渉光の検出信号ＳＢを第１演算部４２Ｘに供給する。また、Ｙ軸の光電センサ４０ＹＡは、Ｙ軸の回折光ＥＹ１及び参照光ＲＹ１よりなる干渉光の検出信号ＳＣを計測演算部４２の第２演算部４２Ｙに供給し、Ｙ軸の光電センサ４０ＹＢは、Ｙ軸の回折光ＥＹ２及び参照光ＲＹ２よりなる干渉光の検出信号ＳＤ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から基準周波数の信号（基準信号ＳＥ）も供給されている。
【００２７】
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、検出信号ＳＡ及び基準信号ＳＥ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、検出信号ＳＢ及び基準信号ＳＥ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、検出信号ＳＣ及び基準信号ＳＥ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、検出信号ＳＤ及び基準信号ＳＥ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。
【００２８】
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。
【００２９】
また、別の方法として、第１演算部４２Ｘは、検出信号ＳＡ及び基準信号ＳＥから求められるＸ方向及びＺ方向の相対移動量と、回折光ＥＸ３と参照光ＲＸ３との干渉光の検出信号ＳＡ１及び基準信号ＳＥから求められるＸ方向及びＺ方向の相対移動量との差分ΔＸＡとして、既知の係数ａ１，ｂ１を用いてＸ方向及びＺ方向の第３の相対移動量（ａ１・Ｘ−ｂ１・ＺＸ）を求め、検出信号ＳＢ及び基準信号ＳＥから求められるＸ方向及びＺ方向の相対移動量と、回折光ＥＸ４と参照光ＲＸ４との干渉光の検出信号ＳＢ１及び基準信号ＳＥから求められる相対移動量の差分ΔＸＢとして、Ｘ方向及びＺ方向の第４の相対移動量（ａ１・Ｘ＋ｂ１・ＺＸ）を求め、求めた結果を第３演算部４２Ｔに供給する。
【００３０】
そして、第３演算部４２Ｔでは、その２つの差分ΔＸＡ，ΔＸＢの和より、第１部材６に対する第２部材７のＸ方向（計測方向）の位相情報（ひいては相対移動量）を求め、その２つの差分ΔＸＡ，ΔＸＢの差分より、第１部材６に対する第２部材７のＺ方向の位相情報（ひいては相対移動量）を求めることができる。なお、例えば第１部材６と第２部材７とのＺ方向の相対移動量がきわめて小さいような場合、例えば一方の差分ΔＸＡ（又はΔＸＢ）及び所定の係数から第１部材６と第２部材７とのＸ方向の相対移動量を求めることも可能である。
【００３１】
また、第２演算部４２Ｙは、検出信号ＳＣ及び基準信号ＳＥから求められるＹ方向及びＺ方向の相対移動量と、回折光ＥＹ３と参照光ＲＹ３との干渉光の検出信号ＳＣ１及び基準信号ＳＥから求められるＹ方向及びＺ方向の相対移動量との差分ΔＹＡとして、Ｘ方向及びＺ方向の第３の相対移動量（ａ１・Ｙ−ｂ１・ＺＸ）を求め、検出信号ＳＤ及び基準信号ＳＥから求められるＹ方向及びＺ方向の相対移動量と、回折光ＥＹ４と参照光ＲＹ４との干渉光の検出信号ＳＤ１及び基準信号ＳＥから求められる相対移動量の差分ΔＹＢとして、Ｙ方向及びＺ方向の第４の相対移動量（ａ１・Ｙ＋ｂ１・ＺＸ）を求め、求めた結果を第３演算部４２Ｔに供給する。
【００３２】
そして、第３演算部４２Ｔでは、その２つの差分ΔＹＡ，ΔＹＢの和より、第１部材６に対する第２部材７のＹ方向の位相情報（ひいては相対移動量）を求め、その２つの差分ΔＹＡ，ΔＹＢの差分より、第１部材６に対する第２部材７のＺ方向の位相情報（ひいては相対移動量）を求めることができる。
この方法によれば、Ｘ方向の再回折光である回折光ＥＸ１及びＥＸ３は格子パターン１２ａ上の同じ位置から発生しており、回折光ＥＸ２及びＥＸ４も格子パターン１２ａ上の同じ位置から発生している。このため、格子パターン１２ａの表面の凹凸等の表面形状の誤差があっても、差分ΔＸＡ，ΔＸＢを求める際の差分演算によって、その表面形状の誤差による計測誤差が相殺されて、第２部材７のＸ方向及びＺ方向の相対移動量を高精度に計測できる。同様に、Ｙ方向の再回折光である回折光ＥＹ１及びＥＹ３は格子パターン１２ａ上の同じ位置から発生しており、回折光ＥＹ２及びＥＹ４も格子パターン１２ａ上の同じ位置から発生している。このため、格子パターン１２ａの表面形状の誤差があっても、差分ΔＹＡ，ΔＹＢを求める際の差分演算によって、その表面形状の誤差による計測誤差が相殺されて、第２部材７のＹ方向及びＺ方向の相対移動量を高精度に計測できる。
【００３３】
エンコーダ１０の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ＭＬ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等及び−１次回折光ＥＸ２，ＥＹ２等と対応する参照光ＲＸ１〜ＲＹ２等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。
【００３４】
次に、本実施形態の検出ヘッド１４の回折光の光路につき詳細に説明する。
図２（Ａ）において、計測光ＭＬが回折格子１２の格子パターン１２ａに垂直に入射する（計測光ＭＬがＺ軸に平行に入射する）とき、計測光ＭＬによるＸ方向の＋１次回折光ＤＸ１の回折角φｘは、格子パターン１２ａの周期ｐ及び計測光ＭＬの波長λを用いて次の関係を満たす。このとき、計測光ＭＬによるＸ方向の−１次回折光ＤＸ２の回折角は−φｘとなる。
【００３５】
ｐ・sin(φｘ)＝λ    …（１）
一例として、周期ｐを１０００ｎｍ（１μｍ）、計測光ＭＬの波長λを６３３ｎｍとすると、回折角φｘはほぼ３９°となる。
また、回折光ＤＸ１は、楔型プリズム２６Ａによって光路が計測光ＭＬ（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コーナーキューブ２４Ａに入射する。従って、楔型プリズム２６Ａの入射光に対する振れ角をδとすると、次のように振れ角δはその回折角φｘと同じであってもよい。
【００３６】
δ＝φｘ＝arcsin（λ／ｐ）  …（２）
言い替えると、楔型プリズム２６Ａの頂角α、屈折率ｎｇ、及び回折光ＤＸ１の楔型プリズム２６Ａに対する入射角ｉ（楔型プリズム２６Ａの回転角θｙ）は、振れ角δが回折角φｘとなるように定められてもよい。さらに、本実施形態では、振れ角δの入射角ｉに関する変化率（ｄδ／ｄｉ）は、次のようにcos(φｘ）に設定されてもよい。
【００３７】
ｄδ／ｄｉ＝cos(φｘ）＝cos｛arcsin（λ／ｐ）｝  …（３）
この式（３）の条件は、楔型プリズム２６Ａの振れ角δの変化率（ｄδ／ｄｉ）は、回折格子１２に対する計測光ＭＬの入射角が０から変化したときの回折光ＤＸ１の回折角の変化率を、楔型プリズム２６Ａで相殺することを意味している。これによって、格子パターン１２ａがθｙ方向に傾斜しても、回折光ＥＸ１の光路の横シフトが少なくなり、回折光ＥＸ１と参照光ＲＸ１との干渉光のＳＮ比が高く維持されて、高精度に相対移動量を計測できる。
【００３８】
また、計測光ＭＬが格子パターン１２ａに垂直に（Ｚ軸に平行に）入射する場合、楔型プリズム２６Ａからコーナーキューブ２４Ａに向かう回折光ＤＸ１はＺ軸に平行であり、コーナーキューブ２４Ａで反射される回折光ＤＸ１は計測光ＭＬが入射した位置から＋Ｘ方向にずれた位置で格子パターン１２ａに垂直に入射する。そして、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の回折角は式（１）のφｘと同じであり、回折光ＥＸ１は楔型プリズム２６Ａによって光路をＺ軸に平行に折り曲げられて（ミラー２３Ａを介して）ＰＢＳ２８Ａに向かう。このとき、計測光ＭＬによる回折格子１２からの−１次回折光ＤＸ２は、回折光ＤＸ１と対称に楔型プリズム２６Ｂ及びコーナーキューブ２４Ｂを介して計測光ＭＬが入射した位置から−Ｘ方向にずれた位置で格子パターン１２ａに垂直に入射する。そして、回折光ＤＸ２によって回折格子１２から発生する−１次回折光ＥＸ２は、楔型プリズム２６Ｂによって光路をＺ軸に平行に折り曲げられて（ミラー２３Ｂを介して）ＰＢＳ２８Ｂに向かう。
【００３９】
また、図２（Ｂ）において、計測光ＭＬが回折格子１２の格子パターン１２ａに垂直に入射するとき、計測光ＭＬによるＹ方向の＋１次回折光ＤＹ１の回折角φｙは、式（１）のＸ方向の回折角φｘと同じである。そして、回折光ＤＹ１によって楔型プリズム２６Ｃ及びコーナーキューブ２４Ｃを介して回折格子１２から発生する＋１次回折光ＥＹ１、及び計測光ＭＬによるＹ方向の−１次回折光ＤＹ２によって回折格子１２から発生する−１次回折光ＥＹ２は、それぞれ楔型プリズム２６Ｃ，２６Ｄによって光路をＺ軸に平行に折り曲げられてＰＢＳ２８Ｃ，２８Ｄに向かう。
【００４０】
そして、図２（Ａ）の配置において、検出ヘッド１４に対して回折格子１２の格子パターン面１２ｂのＺ方向の相対位置が高くなった場合を想定する。このとき、計測光ＭＬによる＋１次回折光ＤＸ１は、光路が−Ｘ方向に平行にシフトしてコーナーキューブ２４Ａに入射するが、コーナーキューブ２４Ａ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、コーナーキューブ２４Ａ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Ｚ方向に変化していても、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及び−１次回折光ＥＸ３の光路は、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，ＥＸ３と参照光ＲＸ１，ＲＸ３とをＰＢＳ２８Ａ，２８Ｅで同軸に合成して干渉光を生成したとき、回折光ＥＸ１，ＥＸ３と参照光ＲＸ１，ＲＸ３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ＳＡ，ＳＡ１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等及びＹ軸の±１次回折光ＤＹ１，ＤＹ２等でも同様であり、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の検出信号ＳＢ，ＳＢ１，ＳＣ，ＳＣ１，ＳＤ，ＳＤ１のうちのビート信号の割合は低下しない。従って、検出信号ＳＡ，ＳＡ１，ＳＤ，ＳＤ１等を用いて高い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】
次に、本実施形態のエンコーダ１０を用いる計測方法（使用方法）の一例につき図３のフローチャートを参照して説明する。
まず、図３のステップ３０２において、第１部材６に設けた回折格子１２の格子パターン面１２ｂに概ね垂直に、第２部材７に設けたミラー２２Ｆを介して計測光ＭＬを入射させる。そして、回折格子１２から発生するＸ方向の±１次回折光ＤＸ１，ＤＸ２を、楔型プリズム２６Ａ，２６Ｂを介してコーナーキューブ２４Ａ，２４Ｂ（偏向部）に入射させ、コーナーキューブ２４Ａ，２４Ｂで反射された回折光ＤＸ１，ＤＸ２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る（ステップ３０４）。
【００４３】
さらに、＋１次回折光ＤＸ１によって回折格子１２から発生するＸ方向の±１次回折光ＥＸ１，ＥＸ３（再回折光）をそれぞれ参照光ＲＸ１，ＲＸ３と重ね合わせて偏光板３０Ａ，３０Ｅに通して、＋Ｘ方向の第１及び第２の干渉光を生成し、これらの干渉光を光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＣで受光する（ステップ３０６）。また、−１次回折光ＤＸ２によって回折格子１２から発生するＸ方向の±１次回折光ＥＸ２，ＥＸ４（再回折光）をそれぞれ参照光ＲＸ２，ＲＸ４と重ね合わせて偏光板３０Ｂ，３０Ｆに通して、−Ｘ方向の第１及び第２の干渉光を生成し、これらの干渉光を光電センサ４０ＸＢ，４０ＸＤで受光する（ステップ３０８）。
【００４４】
そして、その＋Ｘ方向の２つの干渉光及び−Ｘ方向の２つの干渉光の検出信号より、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（ステップ３１０）。また、このようにして求めた相対移動量が目標値になるように、不図示の駆動機構を用いて第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補正する（ステップ３１２）。この際に、エンコーダ１０によって第１部材６と第２部材７との相対移動量を高精度に計測できるため、第１部材６と第２部材７との相対位置を高精度に制御できる。
【００４５】
上述のように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次元的に相対移動する第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（第１方向）及びＹ方向を周期方向とする２次元の格子パターン１２ａを有する反射型の回折格子１２と、計測光ＭＬ及び参照光ＲＸを含むレーザ光を発生するレーザ光源１６と、計測光ＭＬを回折格子１２の格子パターン面１２ｂに入射させるミラー２２Ｆ（入射用光学部材）と、第２部材７に設けられるとともに、回折格子１２から計測光ＭＬによってＸ方向に関して発生する＋１次回折光ＤＸ１（第１回折光）を格子パターン面１２ｂに入射させるコーナーキューブ２４Ａ（第１光学部材）と、回折格子１２から＋１次回折光ＤＸ１によってＸ方向に発生する＋１次回折光ＥＸ１（第１再回折光）と参照光ＲＸ１との干渉光を検出する光電センサ４０ＸＡ（第１光電検出器）と、回折格子１２から＋１次回折光ＤＸ１によってＸ方向に発生する、＋１次回折光ＥＸ１と次数の異なる回折光である−１次回折光ＥＸ３（第２再回折光）と参照光ＲＸ３との干渉光を検出する光電センサ４０ＸＣ（第２光電検出器）と、光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＣの検出信号を用いて第２部材７の相対移動量を求める計測演算部４２（計測部）と、を備えている。
【００４６】
本実施形態によれば、回折格子１２から＋１次回折光ＤＸ１によってＸ方向に発生する±１次回折光ＥＸ１，ＥＸ３は、格子パターン面１２ｂ上の同じ計測位置から発生しており、その計測位置の高さが変化しても、回折光ＥＸ１，ＥＸ３の光路長の変化量は同じである。このため、例えば回折光ＥＸ１，ＥＸ３によってそれぞれ計測される相対移動量の差分を求めることで、その計測位置の高さの変化に影響されることなく、高精度に相対移動量を計測できる。このため、回折格子１２を用いて相対移動量を計測する際に、格子パターン面１２ｂに微小な凹凸等の形状誤差がある場合でも、計測誤差の発生を抑制できる。
【００４７】
また、回折格子１２から発生する再回折光を使用する場合に、±１次の再回折光を使用しているため、回折格子１２に照射される計測光ＭＬの利用効率を高めることができる。
また、エンコーダ１０は、回折格子１２から計測光ＭＬによってＸ方向に発生する−１次回折光ＤＸ２（第２回折光）を格子パターン面１２ｂに入射させるコーナーキューブ２４Ｂ（第２反射部材）と、回折格子１２から−１次回折光ＤＸ２によって発生する−１次回折光ＥＸ２（第３再回折光）と参照光ＲＸ２との干渉光を検出する光電センサ４０ＸＢと、回折格子１２から−１次回折光ＤＸ２によって発生する＋１次回折光ＥＸ４（第４再回折光）と参照光ＲＸ４との干渉光を検出する光電センサ４０ＸＤと、を備えている。このため、例えば光電センサ４０ＸＢ，４０ＸＤの検出信号も用いることによって、第２部材７のＸ方向及びＺ方向の相対移動量を高精度に計測できる。
【００４８】
また、エンコーダ１０は、回折格子１２から計測光ＭＬによってＹ方向に発生する±１次回折光ＤＹ１，ＤＹ２を格子パターン面１２ｂに入射させるコーナーキューブ２４Ｃ，２４Ｄと、回折格子１２から＋１次回折光ＤＹ１によってＹ方向に発生する±１次回折光ＥＹ１，ＥＹ３と参照光ＲＹ１，ＲＹ３との干渉光を検出する光電センサ４０ＹＡ，４０ＹＣと、回折格子１２から−１次回折光ＤＹ２によってＹ方向に発生する±１次回折光ＥＹ４，ＥＹ２と参照光ＲＹ４，ＲＹ３との干渉光を検出する光電センサ４０ＹＤ，４０ＹＢと、を備えている。これらの光電センサ４０ＹＡ〜４０ＹＢの検出信号も用いることによって、第２部材７のＹ方向の相対移動量を高精度に計測できる。
【００４９】
さらに、エンコーダ１０は、回折光ＤＸ１，ＤＸ２が回折格子１２に入射するときの入射角がほぼ０になるように回折光ＤＸ１，ＤＸ２の方向を変更する楔型プリズム２６Ａ，２６Ｂと、回折光ＤＹ１，ＤＹ２が回折格子１２に入射するときの入射角がほぼ０になるように回折光ＤＹ１，ＤＹ２の方向を変更する楔型プリズム２６Ｃ，２６Ｄと、を備えている。このため、回折格子１２の格子パターン面１２ｂの第２部材７に対する相対的な高さが変化しても、第１部材６と第２部材７とのＸ方向、Ｙ方向の相対移動量を高精度に計測できる。
【００５０】
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。
まず、楔型プリズム２６Ａ〜２６Ｄは、対応する回折光ＤＸ１〜ＤＹ２が回折格子１２に入射するときの入射角が回折角φｘ，φｙよりも小さくなるように回折光ＤＸ１〜ＤＹ２の方向を変更するようにしてもよい。この場合でも、格子パターン面１２ｂの相対的な高さ（Ｚ方向の位置）の変化に対して回折光ＥＸ１等と参照光ＲＸ等との横方向の相対的なシフト量が低減されるため、回折格子１２の格子パターン面１２ｂの高さの変化に対して干渉光のビート信号の強度の低下を抑制でき、第１部材６と第２部材７との相対移動量を高精度に計測できる。
【００５１】
なお、楔型プリズム２６Ａ〜２６Ｄの代わりに、例えばミラーと回折格子等とを組み合わせた光学系を使用することも可能である。
さらに、例えば第１部材６と第２部材７とのＺ方向の相対移動量が小さい場合には、楔型プリズム２６Ａ〜２６Ｄを省略することも可能である。
また、上記の実施形態では、Ｘ軸及びＹ軸用のコーナーキューブ２４Ａ〜２４Ｄ、楔型プリズム２６Ａ〜２６Ｄ、及び光電センサ４０ＸＡ〜４０ＹＤが設けられているが、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するときには、それらのうちのＹ軸用のコーナーキューブ２４Ｃ，２４Ｄ、楔型プリズム２６Ｃ，２６Ｄ、及び光電センサ４０ＹＡ〜４０ＹＤを省略することが可能である。この場合には、回折格子１２の代わりに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。
【００５２】
また、上述の実施形態では、計測光ＭＬ及び回折光ＤＸ１等を格子パターン面１２ｂにほぼ垂直に入射させているが、別の構成として、計測光ＭＬ及び回折光ＤＸ１等を格子パターン面１２ｂに斜めに入射させてもよい。
また、上記の実施形態では、回折光ＥＸ１〜ＥＹ４と参照光ＲＸ１〜ＲＹ４との干渉光を検出しているが、例えばＸ軸の第１の周波数の計測光の＋１次回折光ＥＸ１及び−１次回折光ＥＸ３と、これらに対応する第２の周波数の計測光（上記の実施形態では参照光として使用されていた光）の−１次回折光及び＋１次回折光との各干渉光、及びＹ軸の第１の周波数の計測光の＋１次及び−１次の回折光と第２の周波数の計測光の−１次及び＋１次の回折光との各干渉光を検出してもよい。この場合には、計測の分解能をさらに高めることができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態につき図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。図４（Ａ）は、この実施形態に係るエンコーダ６０の概略構成を示し、図４（Ｂ）は本実施形態で使用されるレーザ光源１６Ａを示す。なお、図４（Ａ）において図２（Ａ）に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施形態のエンコーダ６０は、第１部材６に固定されて、ＸＹ平面にほぼ平行な格子パターン面１２ｂを有する２次元の回折格子１２と、第２部材７に固定された複数（図４（Ａ）では２つ）の検出ヘッド６２Ａ，６２Ｂと、これらの検出ヘッド６２Ａ，６２Ｂで共通に使用される楔型プリズム７４と、計測演算部６４と、図４（Ｂ）のレーザ光源１６Ａとを備えている。なお、本実施形態では、回折格子１２の代わりに平板状のミラーを使用してもよい。
【００５４】
図４（Ｂ）において、レーザ光源１６Ａは、例えばＨｅ−Ｎｅレーザよりなり、偏光方向が互いに直交するとともに互いに周波数が異なる第１及び第２の直線偏光のレーザ光よりなる２周波ヘテロダイン光を射出する光源６６Ａを有する。その第１及び第２の直線偏光のレーザ光をそれぞれ計測光ＭＬ及び参照光ＲＬと称する。また、レーザ光源１６Ａは、光源６６Ａから射出される計測光ＭＬ及び参照光ＲＬをそれぞれ偏光方向を保持した状態で伝播させるダブルコア型の偏波面保持ファイバ６６Ｂと、偏波面保持ファイバ６６Ｂから射出される計測光ＭＬ及び参照光ＲＬをそれぞれ平行光束に変換するレンズ６６Ｃとを有する。この構成によって、レーザ光源１６Ａから射出される計測光ＭＬ及び参照光ＲＬは、偏光方向が互いに直交するとともに、進行方向が所定の角度βだけ交差している。レーザ光源１６Ａから射出される計測光ＭＬから不図示の分岐光学系で分岐された第１及び第２の計測光ＭＬ１，ＭＬ２、並びにレーザ光源１６Ａから射出される参照光ＲＬから不図示の分岐光学系で分岐された第１及び第２の参照光ＲＬ１，ＲＬ２が、図４（Ａ）のエンコーダ６０の２つの検出ヘッド６２Ａ及び６２Ｂに供給されている。また、光源６６Ａ内で計測光ＭＬの一部及び参照光ＲＬの一部を干渉させて得られる基準信号が計測演算部６４に供給されている。
【００５５】
図４（Ａ）において、第１及び第２の検出ヘッド６２Ａ及び６２Ｂは、それぞれＸＹ平面に対してθｙ方向に４５°で傾斜した面に平行なＰＢＳ面（偏光ビームスプリッター面）６９Ａａ及び６９Ｂａを有するプリズム型のＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）６９Ａ及び６９Ｂを有する。ＰＢＳ６９Ａ，６９Ｂの回折格子１２に対向する面にそれぞれ１／４波長板７０Ａ，７０Ｂが固定され、ＰＢＳ６９Ａ，６９Ｂの−Ｘ方向の面にそれぞれ１／４波長板７２Ａ，７２Ｂが固定され、ＰＢＳ６９Ａ，６９Ｂの上面にそれぞれコーナーキューブ７１Ａ，７１Ｂが固定されている。また、ＰＢＳ６９Ａ，６９Ｂの−Ｘ方向の面に対向するようにミラー７３Ａ，７３Ｂが配置され、ＰＢＳ６９Ａ，６９Ｂと回折格子１２との間に楔型プリズム７４が配置されている。楔型プリズム７４には、ＰＢＳ６９Ａ，６９Ｂに対応して開口７４ａ，７４ｂが形成されている。
【００５６】
また、計測光ＭＬ１及び参照光ＲＬ１は、ミラー６８Ａを介してほぼＸ軸に沿って、かつ角度βで交差して、ＰＢＳ６９ＡのＰＢＳ面６９Ａａに対してそれぞれＳ偏光及びＰ偏光の状態でＰＢＳ６９Ａに入射する。同様に、計測光ＭＬ２及び参照光ＲＬ２は、ミラー６８Ｂを介してほぼＸ軸に沿って、かつ角度βで交差して、ＰＢＳ６９ＢのＰＢＳ面６９Ｂａに対してそれぞれＳ偏光及びＰ偏光の状態でＰＢＳ６９Ｂに入射する。
【００５７】
第１の検出ヘッド６２Ａにおいて、ＰＢＳ６９Ａに入射した計測光ＭＬ１は、ＰＢＳ面６９Ａａで反射され、１／４波長板７０Ａを通過し、楔型プリズム７４の開口７４ａを通して回折格子１２の格子パターン面１２ｂに概ね垂直に入射する。そして、回折格子１２の格子パターン１２ａからの反射光（０次光又は０次回折光）ＭＬ１Ａは、楔型プリズム７４の開口７４ａ、１／４波長板７０Ａ、及びＰＢＳ面６９Ａａを通過して、コーナーキューブ７１Ａで反射される。反射された反射光ＭＬ１Ａは、ＰＢＳ面６９Ａａ、１／４波長板７０Ａ、及び楔型プリズム７４を通過して回折格子１２の格子パターン面１２ｂに入射する。この際に、楔型プリズム７４の上面及び下面の間には、＋Ｚ方向から入射する光束を−Ｘ方向に偏向するように傾斜角が設けてある。このため、反射光ＭＬ１Ａは、わずかに−Ｘ方向に傾斜して格子パターン面１２ｂに入射する。
【００５８】
そして、反射光ＭＬ１Ａによる格子パターン１２ａからの反射光（０次光又は再回折光）ＭＬ１Ｃは、楔型プリズム７４を通過してさらに傾斜した状態で、１／４波長板７０Ａを介してＰＢＳ面６９Ａａでほぼ＋Ｘ方向に反射され、ミラー７５Ａでほぼ＋Ｚ方向に反射される。
また、ＰＢＳ６９Ａに入射した参照光ＲＬ１は、ＰＢＳ面６９Ａａを通過して、１／４波長板７２Ａを介してミラー７３Ａで反射される。反射された参照光ＲＬ１は、１／４波長板７２Ａを通過して、ＰＢＳ面６９Ａａで反射されてコーナーキューブ７１Ａに入射する。コーナーキューブ７１Ａで反射された参照光ＲＬ１は、ＰＢＳ面６９Ａａで反射され、１／４波長板７２Ａを通過して、ミラー７３Ａで反射される。反射された参照光ＲＬ１は、１／４波長板７２Ａを通過し、ＰＢＳ面６９Ａａを通過して、計測光の反射光ＭＬ１Ｃと平行になり、かつほぼ重ね合わせられた状態でミラー７５Ａに入射する。ミラー７５Ａでほぼ＋Ｚ方向に反射された反射光ＭＬ１Ｃ及び参照光ＲＬ１は、偏光板７６Ａを介して干渉光となって光電センサ７７Ａで受光され、光電センサ７７Ａの検出信号が計測演算部６４に供給される。計測演算部６４では、その検出信号及び上述の基準信号を用いて、検出ヘッド６２Ａの位置における第１部材６に対する第２部材７のＺ方向の相対移動量を求める。
【００５９】
また、楔型プリズム７４の上面と下面との間の角度（頂角）は、ミラー７５Ａに入射する計測光の反射光ＭＬ１Ｃが参照光ＲＬ１に平行になるように設定されている。このため、反射光ＭＬ１Ｃと参照光ＲＬ１との干渉光はＳＮ比が高くなり、第２部材７のＺ方向の相対移動量を高精度に求めることができる。
同様に、第２の検出ヘッド６２Ｂにおいて、ＰＢＳ６９Ｂに入射した計測光ＭＬ２は、ＰＢＳ面６９Ｂａで反射され、１／４波長板７０Ｂを通過し、楔型プリズム７４の開口７４ｂを通して回折格子１２の格子パターン面１２ｂに概ね垂直に入射する。そして、格子パターン１２ａからの反射光（０次光）ＭＬ２Ａは、楔型プリズム７４の開口７４ｂ、１／４波長板７０Ｂ、及びＰＢＳ面６９Ｂａを通過して、コーナーキューブ７１Ｂで反射される。反射された反射光ＭＬ２Ａは、ＰＢＳ面６９Ｂａ、１／４波長板７０Ｂ、及び楔型プリズム７４を通過して回折格子１２の格子パターン面１２ｂに傾斜して入射する。
【００６０】
そして、反射光ＭＬ２Ａによる格子パターン１２ａからの反射光（０次光）ＭＬ２Ｃは、楔型プリズム７４を通過してさらに傾斜した状態で、１／４波長板７０Ｂを介してＰＢＳ面６９Ｂａでほぼ＋Ｘ方向に反射され、ミラー７５Ｂに入射する。
また、ＰＢＳ６９Ｂに入射した参照光ＲＬ２は、ＰＢＳ面６９Ｂａを通過して、１／４波長板７２Ｂを介してミラー７３Ｂで反射される。反射された参照光ＲＬ２は、１／４波長板７２Ｂを通過して、ＰＢＳ面６９Ｂａで反射されてコーナーキューブ７１Ｂに入射する。コーナーキューブ７１Ｂで反射された参照光ＲＬ２は、ＰＢＳ面６９Ｂａで反射され、１／４波長板７２Ｂを通過して、ミラー７３Ｂで反射される。反射された参照光ＲＬ２は、１／４波長板７２Ｂを通過し、ＰＢＳ面６９Ｂａを通過して、計測光の反射光ＭＬ２Ｃと平行になり、かつほぼ重ね合わせられた状態でミラー７５Ｂに入射する。ミラー７５Ｂでほぼ＋Ｚ方向に反射された反射光ＭＬ２Ｃ及び参照光ＲＬ２は、偏光板７６Ｂを介して干渉光となって光電センサ７７Ｂで受光され、光電センサ７７Ｂの検出信号が計測演算部６４に供給される。計測演算部６４では、その検出信号及び上述の基準信号を用いて、検出ヘッド６２Ｂの位置における第１部材６に対する第２部材７のＺ方向の相対移動量を求める。
【００６１】
この場合、検出ヘッド６２Ｂに入射する際の計測光ＭＬ２及び参照光ＲＬ２の角度（交差角β）は、検出ヘッド６２Ａに入射する際の計測光ＭＬ１及び参照光ＲＬ１の角度と同じである。このため、楔型プリズム７４を通過してＰＢＳ面６９Ｂａで反射された反射光ＭＬ２Ｃは、参照光ＲＬ２と平行になる。このため、反射光ＭＬ２Ｃと参照光ＲＬ２との干渉光はＳＮ比が高くなり、検出ヘッド６２Ｂの位置における第２部材７のＺ方向の相対移動量を高精度に求めることができる。
【００６２】
同様に、他に検出ヘッド６２Ａ，６２Ｂと同様の検出ヘッドがある場合でも、この検出ヘッドから回折格子１２に向かう２つの光束のうちの一方を楔型プリズム７４に設けた開口を通過させ、他方を楔型プリズム７４を通過させることで、計測光の反射光と対応する参照光とを平行にすることができる。なお、本実施形態では、楔型プリズム７４の開口７４ａ，７４ｂに、回折格子１２に入射する計測光ＭＬ１，ＭＬ２（反射光ＭＬ１Ａ，ＭＬ２Ａ）を通過させているが、回折格子１２に入射する反射光ＭＬ１Ａ，ＭＬ２Ｂ（及び反射光ＭＬ１Ｃ，ＭＬ２Ｃ）を開口７４ａ，７４ｂを通過させ、回折格子１２に入射する計測光ＭＬ１，ＭＬ２（反射光ＭＬ１Ａ，ＭＬ２Ａ）を楔型プリズム７４に通してもよい。
【００６３】
上述のように本実施形態のエンコーダ６０は、第１部材６に設けられ、少なくともＸ方向（第１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と、計測光ＭＬ及び参照光ＲＬを互いに非平行となるように射出するレーザ光源１６Ａ（光源部）と、計測光ＭＬから分岐された計測光ＭＬ１を回折格子１２の格子パターン面１２ｂに入射させるＰＢＳ６９Ａ（入射用光学部材）と、第２部材７に設けられるとともに、回折格子１２から計測光ＭＬ１によって発生する反射光ＭＬ１Ａ（第１回折光）を、格子パターン面１２ｂに入射させるコーナーキューブ７１Ａ（第１光学部材）と、開口７４ａが形成されるとともに、開口７４ａが、反射光ＭＬ１Ａ（又は回折格子１２から反射光ＭＬ１Ａによって発生する反射光ＭＬ１Ｃ（再回折光））が通過するように配置された楔型プリズム７４と、反射光ＭＬ１Ｃと参照光ＲＬから分岐された参照光ＲＬ１との干渉光を検出する光電センサ７７Ａ（第１光電検出器）と、光電センサ７７Ａの検出信号を用いて第２部材７の相対移動量を求める計測演算部６４（計測部）と、を備え、回折格子１２から反射光ＭＬ１Ａによって発生する反射光ＭＬ１Ｃ（又は反射光ＭＬ１Ａ）が楔型プリズム７４を通過して光路が偏向される。
【００６４】
本実施形態によれば、楔型プリズム７４によって、例えば反射光ＭＬ１Ｃの光路が参照光ＲＬ１の光路と平行になるように反射光ＭＬ１Ｃを偏向することによって、反射光ＭＬ１Ｃ及び参照光ＲＬ１の干渉光のＳＮ比が高くなり、第２部材７の相対移動量を高精度に計測できる。
なお、本実施形態では、検出ヘッド６２Ａ，６２Ｂによって第２部材７のＺ方向の相対移動量を計測しているが、複数の検出ヘッドから回折格子１２に供給される計測光の±１次回折光等を検出して、第２部材７のＸ方向及び／又はＹ方向の相対移動量を計測する場合にも、それらの検出ヘッドと回折格子１２との間に楔型プリズム７４と同様の複数の開口が形成された楔型プリズムを配置することで、検出対象の回折光と参照光とを容易に平行にすることができる。
【００６５】
（第３の実施形態）
第３の実施形態につき図５〜図７を参照して説明する。図５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。
【００６６】
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７参照）を備えている。
【００６７】
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７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。
【００６８】
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７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。
【００６９】
図５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。
【００７０】
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７参照）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。
【００７１】
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７参照）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７参照）、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７参照）、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。
【００７２】
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。
【００７３】
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６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。
【００７４】
また、図５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６参照）。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。
ここで、図示無きフレームによって支持される投影ユニットＰＵを、ウエハＷに露光光を照射する露光部とみなすことができる。
【００７５】
図６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８参照）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。
【００７６】
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７参照）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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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の表面形状に誤差がある場合でも、回折格子１２Ａ〜１２ＤのＺ位置が変化しても常に高いＳＮ比で相対移動量の情報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。
【００８０】
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、ウエハステージＷＳＴ内に例えばＹ方向に沿って開口を設け、この開口の内面に回折格子１２Ａ〜１２Ｄと同様の回折格子を設け、その開口に差し込み可能なロッド状部材の先端に検出ヘッド１４と同様の検出ヘッドを設け、この検出ヘッド及びその開口内の回折格子を含むエンコーダによってウエハステージＷＳＴの投影光学系ＰＬに対する移動量を計測してもよい。
【００８１】
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８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。
【００８２】
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。
【００８３】
なお、本実施形態は、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、本実施形態は、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、本実施形態は、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。
【００８４】
また、上記の実施形態のエンコーダ１０等は、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、本実施形態は上述の実施形態に限定されず、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】
【００８５】
ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＭＬ…計測光、ＤＸ１，ＤＹ１，ＥＸ１，ＥＹ１，ＥＸ４…＋１次回折光、ＤＸ２，ＤＹ２，ＥＸ２，ＥＹ２，ＥＸ３…−１次回折光、１０…エンコーダ、１２…２次元の回折格子、１４…検出ヘッド、１６…レーザ光源、２４Ａ〜２４Ｄ…コーナーキューブ、２６Ａ〜２６Ｄ…楔型プリズム、４０ＸＡ，４０ＸＢ，４０ＹＡ，４０ＹＢ…光電センサ、４２…計測演算部、６０…エンコーダ、６２Ａ，６２Ｂ…検出ヘッド、７４…楔型プリズム
【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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