(57)【要約】  マーク検出装置は、物体（４１）のマーク領域に形成されたマークＭを検出するマーク検出装置であって、マーク領域に向けて計測光を射出する第１光学系（５２ａ）と、前記第１光学系からマーク領域への照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部をマーク領域に照射する第２光学系（５３ａ）と、前記第２光学系からマーク領域への照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部を受光する受光器（５５ａ）とを備える。
2017209132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体のマーク領域に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、  前記マーク領域に向けて第１計測光を射出する第１光学系と、  前記第１光学系から前記マーク領域への前記第１計測光の照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部を含む第２計測光を偏向し第３計測光として前記マーク領域に照射する第２光学系と、  前記第２光学系から前記マーク領域への前記第３計測光の照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部を含む第４計測光を受光する受光器と  を備えるマーク検出装置。
【請求項２】
前記第２光学系は、前記マーク領域からの第２計測光と、前記マーク領域に照射する第３計測光とを平行にする  請求項１に記載のマーク検出装置。
【請求項３】
前記第２光学系は、前記マーク領域のうちの少なくとも一部の領域からの第２計測光を偏向し前記第３計測光として前記少なくとも一部の領域に照射する  請求項１又は２に記載のマーク検出装置。
【請求項４】
前記第２光学系は、前記マーク領域からの第２計測光を、前記第３計測光として前記マーク領域に向けて反射する反射面を有する  請求項１から３に記載のマーク検出装置。
【請求項５】
前記第２光学系の前記反射面の光軸を含む断面の形状は、円の少なくとも一部の外周に相当する形状であり、  前記マーク領域は、前記円の中心に配置される  請求項４に記載のマーク検出装置。
【請求項６】
前記第２光学系の前記反射面は、互いに直交する少なくとも２つの平面反射面である  請求項４に記載のマーク検出装置。
【請求項７】
前記第２光学系は、前記マーク領域を介した前記第４計測光を通過させる開口を有する  請求項４から６のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項８】
前記第１光学系は、前記第１計測光を前記マーク領域に導くと共に、前記第４計測光を前記受光器に導く第１光学部材を含む  請求項１から７のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項９】
前記第１光学部材は、前記第１計測光を反射又は透過して前記マーク領域に導くと共に、前記第４計測光を反射又は透過して前記受光器に導く  請求項８に記載のマーク検出装置。
【請求項１０】
前記第２計測光の光路と、前記第３計測光の光路とは、前記第２光学系の光軸に関して対称である  請求項１から９のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項１１】
前記第２光学系は、前記第２計測光を偏向する偏向光学系と、前記偏向光学系を介した前記第２計測光を折り返す折返し光学系とを備える  請求項１０に記載のマーク検出装置。
【請求項１２】
前記折返し光学系に入射する前記第２計測光の光路と前記折返し光学系から射出される前記第２計測光の光路とは平行である  請求項１１に記載のマーク検出装置。
【請求項１３】
前記第１光学系は、前記第１計測光が前記マーク領域に対して斜入射するように、前記第１計測光を前記マーク領域に導く第２光学部材を備える  請求項１から１２のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項１４】
前記第２光学部材は、前記第１計測光が斜入射するように前記第１計測光を屈折させて前記マーク領域に導く第１光学素子を含む  請求項１３に記載のマーク検出装置。
【請求項１５】
前記第２光学部材は、前記第１計測光が斜入射するように前記第１計測光を反射して前記マーク領域に導く第２光学素子を含む  請求項１３又は１４に記載のマーク検出装置。
【請求項１６】
前記第２光学部材は、前記第１光学系の光軸に対して前記第１計測光を発散させ、その後、発散させた前記第１計測光を前記第１光学系の光軸に対して収斂させて前記マーク領域に斜入射させる  請求項１３から１５のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項１７】
前記第２光学部材は、前記第１光学系の光軸に対して発散するように前記第１計測光を反射する第３光学素子と、前記第３光学素子が反射した前記第１計測光を前記第１光学系の光軸に対して収斂させるように反射して前記マーク領域に斜入射させる第４光学素子とを含む  請求項１６に記載のマーク検出装置。
【請求項１８】
前記第３光学素子は、前記第２光学系が備える光学素子の少なくとも一部と一体化されている  請求項１７に記載のマーク検出装置。
【請求項１９】
前記第２光学部材は、更に、前記第１光学系の光軸に対して発散する前記マーク領域からの前記第４計測光を、前記光軸に対して収斂させる  請求項１３から１８に記載のマーク検出装置。
【請求項２０】
前記第２光学部材は、前記第１光学系の光軸に対して発散する前記マーク領域からの前記第４計測光を前記光軸に対して収斂させるように反射する第５光学素子と、前記第３光学素子が反射した前記第４計測光を反射する第６光学素子とを含む  請求項１９に記載のマーク検出装置。
【請求項２１】
前記第６光学素子は、前記第２光学系が備える光学素子の少なくとも一部と一体化されている  請求項２０に記載のマーク検出装置。
【請求項２２】
前記第１計測光は、第５計測光と第６計測光とを含み、  前記マーク領域に向かう前記第５計測光と前記第６計測光の、前記第１光学系の光軸に対する角度は互いに異なる  請求項１から２１のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項２３】
前記第１光学系の前記光軸に対する前記第５計測光の角度の絶対値と、前記第１光学系の前記光軸に対する前記第６計測光の角度の絶対値とは等しい  請求項２２に記載のマーク検出装置。
【請求項２４】
前記第１光学系の前記光軸に対する前記第５計測光の角度の絶対値と、前記第１光学系の前記光軸に対する前記第６計測光の角度の絶対値とは互いに異なる  請求項２２に記載のマーク検出装置。
【請求項２５】
前記第４計測光は、前記第１光学系が射出する前記第１計測光の反射光及び回折光のうちの少なくとも一つを含み、  前記第１計測光の回折光は、前記第３計測光の照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部を含む  請求項１から２４に記載のマーク検出装置。
【請求項２６】
前記受光器は、前記第４計測光の干渉光を受光する  請求項１から２５のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項２７】
前記干渉光は、前記第１計測光のＮ１（但し、Ｎ１はゼロ以外の整数）次回折光と−Ｎ１次回折光との干渉光を含む  請求項２６に記載のマーク検出装置。
【請求項２８】
前記干渉光は、前記第１計測光の反射光とＮ２（但し、Ｎ２はゼロ以外の整数）次回折光との干渉光を含む  請求項２６又は２７に記載のマーク検出装置。
【請求項２９】
前記受光器は、前記マーク領域で複数回回折された光と、前記マーク領域での０次光との干渉光を受光する  請求項１から２８のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項３０】
前記受光器は、前記マーク領域を介した複数の前記第４計測光を受光する  請求項１から２９のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項３１】
前記マーク領域を介した前記複数の第４計測光の受光結果を用いて、前記受光結果を補正する  請求項３０に記載のマーク検出装置。
【請求項３２】
前記第１計測光は、第５計測光及び第６計測光を含み、  前記受光器は、前記第５計測光の反射光と前記第６計測光の回折光との干渉光、及び、前記第６計測光の反射光と前記第５計測光の回折光との干渉光を受光する  請求項３０又は３１に記載のマーク検出装置。
【請求項３３】
前記第１計測光は、第５計測光及び第６計測光を含み、  前記受光器は、前記第５計測光の反射光と前記第５計測光の回折光との干渉光、及び、前記第６計測光の反射光と前記第６計測光の回折光との干渉光を受光する  請求項３０から３２のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項３４】
前記受光器は、前記マーク領域への前記第３計測光の照射により発生する複数の回折光による干渉光を受光する第１受光面と、前記マーク領域への前記第３計測光の照射により発生する複数の回折光をそれぞれ受光する第２及び第３受光面とを備える  請求項３０又は３１に記載のマーク検出装置。
【請求項３５】
前記物体を保持するステージを更に備え、  前記ステージは、前記第１光学系が射出する計測光のフォーカスの状態を、前記マーク領域にフォーカスが合わせられている状態と前記マーク領域にフォーカスが合わせられていない状態との間で切り替えるように、前記第２光学系の光軸に沿って移動可能である  請求項３４に記載のマーク検出装置。
【請求項３６】
前記第１光学系は、夫々異なる波長を有する複数の光成分を含む前記第１計測光を射出する  請求項１から３５のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項３７】
前記第２光学系は、前記第４計測光のうち第１波長の光成分と前記第１波長とは異なる第２波長の光成分との進行方向を揃える  請求項３６に記載のマーク検出装置。
【請求項３８】
前記第２光学系は、前記第３計測光のうち第１波長の光成分と前記第１波長とは異なる第２波長の光成分とを、前記マーク領域の同じ位置に照射する  請求項３６又は３７に記載のマーク検出装置。
【請求項３９】
前記第２光学系は、前記第２計測光のうち前記マーク領域から第１の角度で出射する第１波長の光成分と、前記マーク領域から前記第１の角度とは異なる第２の角度で出射する前記第１波長とは異なる第２波長の光成分とを偏向して、前記第３計測光として前記マーク領域の同じ位置に照射する  請求項３６から３８のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項４０】
前記第２光学系は、前記第２計測光のうち前記マーク領域から第１の角度で出射する第１波長の光成分と、前記第１波長の光成分と同じ位置から前記第１の角度とは異なる第２の角度で出射する前記第１波長とは異なる第２波長の光成分とを偏向して、前記第３計測光として前記マーク領域の同じ位置に照射する  請求項３６から３９のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項４１】
前記複数の光成分は、第１及び第２波長の光成分を含み、  前記第１及び第２波長の差は少なくとも１００ｎｍである  請求項３６から４０のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項４２】
前記受光器は、前記複数の光成分を夫々検出するための複数の受光面を備える  請求項３６から４１のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項４３】
物体のマーク領域に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、  前記マーク領域に向けて第１計測光を射出する第１光学系と、  前記第１光学系から前記マーク領域への前記第１計測光の照射により発生する回折光を含む第２計測光を偏向し第３計測光として前記マーク領域に照射する第２光学系と、  前記第２光学系から前記マーク領域への前記第３計測光の照射により発生する回折光を含む第４計測光を受光する受光器と  を備えるマーク検出装置。
【請求項４４】
前記第２計測光の光路と、前記第３計測光の光路とは、前記第２光学系の光軸に関して対称である  請求項４３に記載のマーク検出装置。
【請求項４５】
前記第２光学系は、前記第２計測光を偏向する偏向光学系と、前記偏向光学系を介した前記第２計測光を折り返す折返し光学系とを備える  請求項４４に記載のマーク検出装置。
【請求項４６】
前記折返し光学系に入射する前記第２計測光の光路と前記折返し光学系から射出される前記第２計測光の光路とは平行である  請求項４５に記載のマーク検出装置。
【請求項４７】
前記第１計測光は、第５計測光と第６計測光とを含み、  前記マーク領域に向かう前記第５計測光と前記第６計測光の、前記第１光学系の光軸に対する角度は互いに異なる  請求項４３から４６のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項４８】
前記第１光学系の前記光軸に対する前記第５計測光の角度の絶対値と、前記第１光学系の前記光軸に対する前記第６計測光の角度の絶対値とは等しい  請求項４７に記載のマーク検出装置。
【請求項４９】
前記第１光学系の前記光軸に対する前記第５計測光の角度の絶対値と、前記第１光学系の前記光軸に対する前記第６計測光の角度の絶対値とは互いに異なる  請求項４７に記載のマーク検出装置。
【請求項５０】
前記受光器は、前記マーク領域で複数回回折された光と、前記マーク領域での０次光との干渉光を受光する  請求項４３から４９の何れか一項に記載のマーク検出装置。
【請求項５１】
物体のマーク領域に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、  前記マーク領域に向けて、夫々異なる波長を有する複数の光成分を含む計測光を射出する第１光学系と、  前記マーク領域を介した計測光の少なくとも一部を受光する受光器と  を備え、  前記受光器は、前記複数の光成分を夫々検出するための複数の受光面を備えるマーク検出装置。
【請求項５２】
前記マーク領域を介した計測光を、波長に応じて分光する分光器を更に備え、  前記受光器は、前記分光器が分光した前記計測光を検出する  請求項５１に記載のマーク検出装置。
【請求項５３】
前記マーク領域からの複数の計測光を受光する複数の前記受光器と、前記複数の受光器に夫々対応する複数の前記分光器とを備える  請求項５２に記載のマーク検出装置。
【請求項５４】
前記マーク領域からの複数の計測光は、第１方向に沿った前記マークの位置及び前記第１方向とは異なる第２方向に沿った前記マークの位置を計測するために用いられる  請求項５３に記載のマーク検出装置。
【請求項５５】
前記複数の計測光は、前記第１方向に沿った前記マークの位置を計測するために用いる第７計測光と、前記第２方向に沿った前記マークの位置を計測するために用いる第８計測光とを含み、  前記複数の分光器は、前記第７計測光が照射された前記マーク領域から発生する第９計測光を、波長に応じて分光する第１の分光器と、前記第８計測光が照射された前記マーク領域から発生する第１０計測光を、波長に応じて分光する第２の分光器とを含み、  前記複数の受光器は、前記第１の分光器が分光した前記第９計測光を受光する第１の受光器と、前記第２の分光器が分光した前記第１０計測光を受光する第２の受光器とを含む  請求項５４に記載のマーク検出装置。
【請求項５６】
物体のマーク領域に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、  前記マーク領域に向けて夫々異なる波長を有する複数の光成分を含む計測光を射出する第１光学系と、  前記マーク領域を介した計測光のうち第１波長の光成分と前記第１波長とは異なる第２波長の光成分との進行方向を揃えて射出する第２光学系と、  前記第２光学系からの計測光の少なくとも一部を受光する受光器と  を備えるマーク検出装置。
【請求項５７】
前記第２光学系は、前記第１光学系から前記マーク領域への照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部を前記マーク領域に照射する  請求項５６に記載のマーク検出装置。
【請求項５８】
前記第２光学系は、前記第２光学系から前記マーク領域への照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部を前記受光器へ導く  請求項５７に記載のマーク検出装置。
【請求項５９】
物体のマーク領域に形成されたマークの位置を計測する計測装置であって、  前記物体を保持するステージと、  請求項１から５８のいずれか一項に記載のマーク検出装置と、  前記ステージの位置を計測するステージ位置計測系と、  前記受光器の受光結果と前記ステージ位置計測系の計測結果とを用いて、前記マークの位置を算出する演算装置とを備える  計測装置。
【請求項６０】
物体のマーク領域に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、  前記マーク領域に向けて第１計測光を射出することと、  前記マーク領域への前記第１計測光の照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部を含む第２計測光を偏向し第３計測光として前記マーク領域に照射することと、  前記マーク領域への前記第３計測光の照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部を含む第４計測光を受光することと  を備えるマーク検出方法。
【請求項６１】
物体のマーク領域に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、  前記マーク領域に向けて夫々異なる波長を有する複数の光成分を含む計測光を射出することと、  前記マーク領域を介した計測光のうち第１波長の光成分と前記第１波長とは異なる第２波長の光成分との進行方向を揃えて射出することと、  前記射出された計測光の少なくとも一部を受光することと  を備えるマーク検出方法。
【請求項６２】
請求項５９に記載の計測装置の計測結果を用いて物体を露光する露光装置。
【請求項６３】
請求項５９に記載の計測装置の計測結果を用いて物体を露光する露光方法。
【請求項６４】
請求項６３に記載の露光方法を用いて、感光剤が塗布された前記物体を露光し、当該物体に所望のパターンを転写し、  露光された前記感光剤を現像して、前記所望のパターンに対応する露光パターン層を形成し、  前記露光パターン層を介して前記物体を加工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、物体に形成されたマークの位置を検出するマーク検出装置及びマーク検出方法、計測装置、露光装置及び露光方法、並びに、デバイス製造方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】  デバイスパターンを基板に転写する露光装置は、アライメント動作を行うために、基板上に形成されたアライメントマークに対して計測光を照射することでアライメントマークの位置を検出する。アライメント動作は、主として、基板上に既に形成済みのデバイスパターンと、基板上に新たに転写しようとしているデバイスパターンとの位置合わせを行うために行われる。しかしながら、アライメントマークの特性や計測光の特性によっては、アライメントマークの位置を適切に検出することができない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開第２００４／００３３４２６号
【発明の概要】
【０００４】  マーク検出装置の第１の態様は、物体のマーク領域に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、前記マーク領域に向けて第１計測光を射出する第１光学系と、前記第１光学系から前記マーク領域への照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部を含む第２計測光を偏向し第３計測光として前記マーク領域に照射する第２光学系と、前記第２光学系から前記マーク領域への前記第３計測光の照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部を含む第４計測光を受光する受光器とを備える。
【０００５】  マーク検出装置の第２の態様は、物体のマーク領域に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、前記マーク領域に向けて第１計測光を射出する第１光学系と、前記第１光学系から前記マーク領域への前記第１計測光の照射により発生する回折光を含む第２計測光を偏向し第３計測光として前記マーク領域に照射する第２光学系と、前記第２光学系から前記マーク領域への前記第３計測光の照射により発生する回折光を含む第４計測光を受光する受光器とを備える。
【０００６】  マーク検出装置の第３の態様は、物体のマーク領域に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、前記マーク領域に向けて、夫々異なる波長を有する複数の光成分を含む計測光を射出する第１光学系と、前記マーク領域を介した計測光の少なくとも一部を受光する受光器とを備え、前記受光器は、前記複数の光成分を夫々検出するための複数の受光面を備える。
【０００７】  マーク検出装置の第４の態様は、物体のマーク領域に形成されたマークを検出するマーク検出装置であって、前記マーク領域に向けて夫々異なる波長を有する複数の光成分を含む計測光を射出する第１光学系と、前記マーク領域を介した計測光のうち第１波長の光成分と前記第１波長とは異なる第２波長の光成分との進行方向を揃えて射出する第２光学系と、前記第２光学系からの計測光の少なくとも一部を受光する受光器とを備える。
【０００８】  計測装置の第１の態様は、物体のマーク領域に形成されたマークの位置を計測する計測装置であって、前記物体を保持するステージと、マーク検出装置の第１、第２又は第３の態様と、前記ステージの位置を計測するステージ位置計測系と、前記受光器の受光結果と前記ステージ位置計測系の計測結果とを用いて、前記マークの位置を算出する演算装置とを備える。
【０００９】  マーク検出方法の第１の態様は、物体のマーク領域に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、前記マーク領域に向けて第１計測光を射出することと、前記マーク領域への前記第１計測光の照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部を含む第２計測光を偏向し第３計測光として前記マーク領域に照射することと、前記マーク領域への前記第３計測光の照射により発生する０次光及び回折光の少なくとも一部を含む第４計測光を受光することとを備える。
【００１０】  マーク検出方法の第２の態様は、物体のマーク領域に形成されたマークを検出するマーク検出方法であって、前記マーク領域に向けて夫々異なる波長を有する複数の光成分を含む計測光を射出することと、前記マーク領域を介した計測光のうち第１波長の光成分と前記第１波長とは異なる第２波長の光成分との進行方向を揃えて射出することと、前記射出された計測光の少なくとも一部を受光することとを備える。
【００１１】  露光装置の第１の態様は、計測装置の第１の態様の計測結果を用いて物体を露光する。
【００１２】  露光方法の第１の態様は、計測装置の第１の態様の計測結果を用いて物体を露光する。
【００１３】  デバイス製造方法の第１の態様は、露光方法の第１の態様を用いて、感光剤が塗布された前記物体を露光し、当該物体に所望のパターンを転写し、露光された前記感光剤を現像して、前記所望のパターンに対応する露光パターン層を形成し、前記露光パターン層を介して前記物体を加工する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本実施形態の露光装置の構成の一例を示す構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図３】図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、夫々、第１実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、夫々、第１実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図５】図５は、第２実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図６】図６は、第３実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図７】図７は、第３実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図８】図８は、第４実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図９】図９は、第４実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図１０】図１０は、第５実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図１１】図１１は、第５実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図１２】図１２は、第５実施形態のアライメント系の構成の他の一例を示す構成図である。
【図１３】図１３は、第６実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図１４】図１４（ａ）及び図１４（ｂ）の夫々は、第６実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図１５】図１５（ａ）及び図１５（ｂ）の夫々は、第６実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図１６】図１６は、第７実施形態のアライメント系の構成の一例を示す構成図である。
【図１７】図１７は、第７実施形態のアライメント系の構成の他の一例を示す構成図である。
【図１８】図１８は、デバイス製造方法の流れ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】
【００１５】  以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。但し、本発明が以下に説明する実施形態に限定されることはない。（１）露光装置ＥＸの構成  はじめに、図１を参照しながら、本実施形態の露光装置ＥＸの構成の一例について説明する。尚、以下の説明では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸から定義されるＸＹＺ直交座標系を用いて、露光装置ＥＸを構成する構成要素の位置関係について説明する。尚、以下の説明では、説明の便宜上、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれが水平方向（つまり、水平面内の所定方向）であり、Ｚ軸方向が鉛直方向（つまり、水平面に直交する方向であり、実質的には上下方向）であるものとする。また、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの回転方向（言い換えれば、傾斜方向）を、それぞれ、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向と称する。
【００１６】  露光装置ＥＸは、物体を露光する。以下では、説明の便宜上、物体は、レジストが塗布された半導体基板等の基板４１であるものとする。この場合、露光装置ＥＸは、基板４１を露光することで、基板４１にデバイスパターン（例えば、半導体素子パターン）を転写する。つまり、露光装置ＥＸは、半導体素子等のデバイスを製造するための露光装置であるものとする。但し、後述するように、露光装置ＥＸは、任意の物体を露光する又は任意の物体に光を照射する任意の露光装置であってもよい。
【００１７】  基板４１にデバイスパターンを転写するために、露光装置ＥＸは、図１に示すように、マスクステージ１と、照明系２と、投影光学系３と、基板ステージ４と、アライメント系５と、制御装置６とを備えている。
【００１８】  マスクステージ１は、基板４１に転写されるデバイスパターンが形成されたマスク１１を保持する。マスクステージ１は、マスク１１を保持した状態で、照明系２から射出される露光光ＥＬが照射される照明領域を含む平面（例えば、ＸＹ平面）に沿って移動可能である。例えば、マスクステージ１は、モータを含む駆動システム１２の動作により移動する。マスクステージ１は、駆動システム１２の動作により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向、並びに、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向のうちの少なくとも一つに沿って移動可能である。マスクステージ１の位置は、位置計測装置１３によって適宜計測される。位置計測装置１３は、例えば、レーザ干渉計及びエンコーダシステムのうちの少なくとも一方を含む。
【００１９】  照明系２は、露光光ＥＬを射出する。露光光ＥＬは、例えば、水銀ランプから射出される輝線（例えば、ｇ線、ｈ線若しくはｉ線等）であってもよい。露光光ＥＬは、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光：Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ光）であってもよい。露光光ＥＬは、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）又はＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光：Ｖａｃｕｕｍ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ光）であってもよい。露光光ＥＬは、例えば、Ｘ線（波長：１ｎｍ〜４０ｎｍ程度）の極端紫外光（ＥＵＶ光：Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ光）であってもよい。照明系２が射出した露光光ＥＬは、マスク１１の一部に照射される。
【００２０】  投影光学系３は、マスク１１を透過した露光光ＥＬ（つまり、マスク１１に形成されたデバイスパターンの像）を、基板４１に投影する。
【００２１】  基板ステージ４は、基板４１を保持する。基板ステージ４は、基板４１を保持した状態で、投影光学系３によって露光光ＥＬが投影される投影領域を含む平面（例えば、ＸＹ平面）に沿って移動可能である。例えば、基板ステージ４は、モータを含む駆動システム４２の動作により移動する。基板ステージ４は、駆動システム４２の動作により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向、並びにθＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向のうちの少なくとも一つに沿って移動可能である。基板ステージ４の位置は、位置計測装置４３によって適宜計測される。位置計測装置４３は、例えば、レーザ干渉計及びエンコーダシステムのうちの少なくとも一方を含む。
【００２２】  アライメント系５は、基板４１上のマーク領域ＭＡに形成されたアライメントマークＭを検出する。具体的には、アライメント系５は、アライメントマークＭ（つまり、マーク領域ＭＡ内の所望領域）に対して計測光Ｌ１を照射する。アライメント系５は、アライメントマークＭからの出射光Ｌ２（つまり、マーク領域ＭＡ内の所望領域からの出射光Ｌ２）が干渉することで得られる干渉光Ｌ３を検出する。アライメント系５は、干渉光Ｌ３の検出結果に基づいて、アライメントマークＭを検出する。尚、アライメント系５は、アライメントマークＭからの出射光Ｌ２（つまり、干渉していない出射光Ｌ２）を検出してもよい。この場合、アライメント系５は、出射光Ｌ２の検出結果に基づいて、アライメントマークＭを検出してもよい。
【００２３】  アライメント系５は、投影光学系３の側面に配置されている。このため、アライメント系５は、投影光学系３を介することなく、計測光Ｌ１をアライメントマークＭに照射する。更に、アライメント系５は、投影光学系３を介することなく、干渉光Ｌ３を検出する。つまり、アライメント系５は、オフアクシス方式のアライメント系である。但し、アライメント系５は、投影光学系３を介して、計測光Ｌ１をアライメントマークＭに照射してもよい。アライメント系５は、投影光学系３を介して、干渉光Ｌ３を検出してもよい。
【００２４】  露光装置ＥＸは、単一のアライメント系５を備えていてもよい。或いは、露光装置ＥＸは、複数のアライメント系５を備えていてもよい。この場合、複数のアライメント系５のうちの一つのアライメント系５がプライマリアライメント系５として用いられ、且つ、複数のアライメント系５のうちのその他のアライメント系５がセカンダリアライメント系５として用いられてもよい。更に、複数のアライメント系５は、所望方向（例えば、Ｘ軸方向又はＹ軸方向）に沿って配列していてもよい。複数のアライメント系５を備える露光装置は、例えば米国特許第８，０５４，４７２号公報に開示されている。本出願では、この米国特許第８，０５４，４７２号公報を参照として援用する。
【００２５】  アライメントマークＭは、所望のピッチΛで形成された格子マークを含む。より具体的には、アライメントマークＭは、所望のピッチΛＹで第１方向（例えば、Ｙ軸方向）に並ぶように形成された格子マークＭＹと、所望のピッチΛＸで第１方向に直交する第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に並ぶように形成された格子マークＭＸとを含む。但し、アライメントマークＭは、アライメント系５が検出可能なマークである限りは、どのようなマークであってもよい。
【００２６】  基板４１上には、基板４１上の各ショット領域に対応する一又は複数のマーク領域ＭＡが配置されている。各マーク領域ＭＡには、単一の格子マークＭＸが形成されていてもよいし、複数の格子マークＭＸが形成されていてもよい。各マーク領域ＭＡには、単一の格子マークＭＹが形成されていてもよいし、複数の格子マークＭＹが形成されていてもよい。
【００２７】  制御装置６は、露光装置ＥＸ全体の動作を制御する。制御装置６は、露光装置ＥＸが備える各動作ブロックを動作させるための制御コマンドを、各動作ブロックに対して出力する。各動作ブロックは、制御コマンドに従って動作する。例えば、制御装置６は、位置計測装置１３が計測したマスクステージ１の位置を示すマスク位置情報、位置計測装置４３が計測した基板ステージ４の位置を示す基板位置情報、及び、アライメント系５によるアライメントマークＭの検出結果を示すマーク検出情報を取得する。制御装置６は、マーク検出情報及び基板位置情報に基づいて、アライメントマークＭの位置を示すマーク位置情報を取得する。制御装置６は、取得したマーク位置情報に対して統計処理（例えば、ＥＧＡ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｇｌｏｂａｌ  Ａｌｉｎｇｍｅｎｔに基づく統計処理）を施すことで、基板４１上の複数のショット領域の位置座標の補正量（例えば、位置座標の設計値と実測値とのズレに相当する補正量）を算出するアライメント動作を行う。制御装置６は、算出した補正量並びに取得したマスク位置情報及び基板位置情報に基づいて、基板４１上の所望のショット領域の所望位置に所望のデバイスパターンが転写されるように、マスクステージ１及び基板ステージ４の移動を制御する。
【００２８】  （２）アライメント系５の構成  続いて、アライメント系５の構成について説明する。本実施形態では、アライメント系５として、第１実施形態のアライメント系５ａから第７実施形態のアライメント系５ｇの夫々を採用可能である。このため、以下、第１実施形態のアライメント系５ａから第７実施形態のアライメント系５ｇの夫々の構成について順に説明する。
【００２９】  （２−１）第１実施形態のアライメント系５ａの構成  図２を参照しながら、第１実施形態のアライメント系５ａの構成について説明する。図２に示すように、アライメント系５ａは、光源５１ａと、ハーフミラー５２ａと、反射光学素子５３ａと、集光レンズ５４ａと、受光器５５ａとを備えている。
【００３０】  光源５１ａは、計測光Ｌ１を出射する。光源５１ａが出射した計測光Ｌ１は、ハーフミラー５２ａを介してアライメントマークＭに照射される。従って、光源５１ａは、アライメントマークＭに向けて（より具体的には、ハーフミラー５２ａに向けて）計測光Ｌ１を出射する。計測光Ｌ１は、例えば、可視光（具体的には、可視光領域のレーザ光）である。計測光Ｌ１は、夫々が異なる波長を有する複数のレーザ光を含む。尚、計測光Ｌ１として、可視光に代えて、或いは可視光に加えて近赤外光又は赤外光を用いてもよい。また、計測光としては紫外光であってもよい。
【００３１】  計測光Ｌ１を出射するために、光源５１ａは、複数の発光素子５１１ａと、複数の発光素子５１１ａからの光を合成する合波器５１２ａとを備えている。複数の発光素子５１１ａの夫々は、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：レーザダイオード）素子を含む。複数の発光素子５１１ａは、夫々異なる波長を有する複数のレーザ光を出射する。複数のレーザ光は、波長の差が少なくとも１００ｎｍとなる少なくとも２つのレーザ光を含む。例えば、複数の発光素子５１１ａは、赤色レーザ光を出射する発光素子５１１ａと、緑色レーザ光を出射する発光素子５１１ａと、青色レーザ光を出射する発光素子５１１ａとを備えていてもよい。複数の発光素子５１１ａが出射した複数のレーザ光は、合波器５１２ａによって合成される。その結果、合波器５１２ａは、複数のレーザ光が合成されることで得られる計測光Ｌ１を出射する。
【００３２】  ハーフミラー５２ａは、光源５１ａが出射した計測光Ｌ１の一部を、基板４１（つまり、アライメントマークＭ）に向けて反射する。つまり、ハーフミラー５２ａは、計測光Ｌ１の一部をアライメントマークＭに導く光学部材である。このため、ハーフミラー５２ａは、光源５１ａから基板４１に至る計測光Ｌ１の光路上であって且つ光源５１ａと基板４１との間に配置される。
【００３３】  ハーフミラー５２ａが反射した計測光Ｌ１は、反射光学素子５３ａの開口５３２ａを通過する。このため、反射光学素子５３ａは、ハーフミラー５２ａから基板４１に至る計測光Ｌ１の光路上に開口５３２ａが位置するように、ハーフミラー５２ａと基板４１との間に配置される。尚、光源５１ａと反射光学素子５３ａとの間に計測光Ｌ１を集光する集光光学系を設けてもよい。この集光光学系は、光源５１ａとハーフミラー５２ａとの間に配置されていてもよい。この集光光学系は、基板４１の表面と光学的に共役な位置に設けられた絞りを備えていてもよい。
【００３４】  開口５３２ａを通過した計測光Ｌ１は、基板４１の表面に対して垂直に入射する。このため、開口５３２ａの下方にアライメントマークＭが位置する場合には、計測光Ｌ１は、アライメントマークＭに照射される。計測光Ｌ１が照射されたアライメントマークＭからは、計測光Ｌ１の照射に起因して発生する出射光Ｌ２が出射する。具体的には、アライメントマークＭに照射された計測光Ｌ１は、アライメントマークＭによって反射される。このため、アライメントマークＭからは、計測光Ｌ１の０次反射光Ｌ２（０）が出射光Ｌ２の少なくとも一部として出射する。更に、アライメントマークＭに照射された計測光Ｌ１は、アライメントマークＭによって回折する。このため、アライメントマークＭからは、計測光Ｌ１の＋Ｎ次回折光Ｌ２（＋Ｎ）及び計測光Ｌ１の−Ｎ次回折光Ｌ２（−Ｎ）が出射光Ｌ２の少なくとも一部として出射する（Ｎは１以上の整数）。尚、図２では、計測光Ｌ１の＋１次回折光Ｌ２（＋１）及び計測光Ｌ１の−１次回折光Ｌ２（−１）のみを図示している。説明を簡単にするために、以下では、計測光Ｌ１の±１次回折光Ｌ２（±１）のみについて説明する。
【００３５】  なお、アライメントマークＭへの計測光Ｌ１の照射により発生する０次反射光及び回折光の少なくとも一部とは、０次反射光の少なくとも一部であってもよいし、回折光の少なくとも一部であってもよいし、０次反射光の少なくとも一部及び回折光の少なくとも一部であってもよい。
【００３６】  アライメントマークＭから出射した＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、反射光学素子５３ａの反射面５３１ａに入射する。反射面５３１ａは、反射面５３１ａに入射した＋１次回折光Ｌ２（＋１）がアライメントマークＭに照射されるように、＋１次回折光Ｌ２（＋１）を反射する。特に、反射面５３１ａは、アライメントマークＭから反射面５３１ａに向かう＋１次回折光Ｌ２（＋１）の光路が、反射面５３１ａからアライメントマークＭに向かう＋１次回折光Ｌ２（＋１）の光路と平行になる（或いは、一致する）ように、＋１次回折光Ｌ２（＋１）を反射する。光路を平行にするために、例えば、反射面５３１ａは、アライメントマークＭからの＋１次回折光Ｌ２（＋１）の回折角度（言い換えれば、出射角度）が、アライメントマークＭへの＋１次回折光Ｌ２（＋１）の入射角度（言い換えれば、照射角度）と一致するように、＋１次回折光Ｌ２（＋１）を反射してもよい。更に、反射面５３１ａは、アライメントマークＭからの（言い換えれば、マーク領域ＭＡの特定部分からの）＋１次回折光Ｌ２（＋１）が、同じアライメントマークＭに照射される（つまり、同じ特定部分に照射される）ように、＋１次回折光Ｌ２（＋１）を反射する。
【００３７】  一方で、アライメントマークＭから出射した−１次回折光Ｌ２（−１）もまた、反射光学素子５３ａの反射面５３１ａに入射する。反射面５３１ａは、反射面５３１ａに入射した−１次回折光Ｌ２（−１）がアライメントマークＭに照射されるように、−１次回折光Ｌ２（−１）を反射する。このとき、反射面５３１ａは、アライメントマークＭから反射面５３１ａに向かう−１次回折光Ｌ２（−１）の光路が、反射面５３１ａからアライメントマークＭに向かう−１次回折光Ｌ２（−１）の光路と平行になる（或いは、一致する）ように、−１次回折光Ｌ２（−１）を反射する。光路を平行にするために、例えば、反射面５３１ａは、アライメントマークＭからの−１次回折光Ｌ２（−１）の回折角度が、アライメントマークＭへの−１次回折光Ｌ２（−１）の入射角度と一致するように、−１次回折光Ｌ２（−１）を反射してもよい。更に、反射面５３１ａは、アライメントマークＭからの（言い換えれば、マーク領域ＭＡの特定部分からの）−１次回折光Ｌ２（−１）が、同じアライメントマークＭに照射される（つまり、同じ特定部分に照射される）ように、−１次回折光Ｌ２（−１）を反射する。
【００３８】  なお、同じ特定部分は、アライメントマークＭ或いはアライメントマークＭが形成されている領域の全部であっても一部であってもよい。
【００３９】  反射面５３１ａは、凹状の球面ミラーである。つまり、反射面５３１ａのＺ軸を含む断面の形状（言い換えれば、反射面５３１ａの、反射光学素子５３ａの光軸ＡＸａを含む断面の形状）は、円の外周に相当する形状となる。但し、反射光学素子５３ａに開口５３２ａを形成し且つ基板４１と反射光学素子５３ａとの接触を避けるために、反射面５３１ａの断面の形状は、円の一部（つまり、円弧）の外周に相当する形状となる。更に、反射面５３１ａを構成する球面ミラーの中心（つまり、反射面５３１ａの断面の形状を構成する円の中心）Ｃは、基板４１の表面と光軸ＡＸａとの交点に位置する。
【００４０】  上述のように集光光学系が設けられている場合、この集光光学系による計測光Ｌ１のフォーカス位置は、反射面５３１ａを構成する球面ミラーの中心Ｃに合わせられている。このため、光源５１ａ、ハーフミラー５２ａ及び反射光学素子５３ａは、計測光Ｌ１のフォーカス位置が中心Ｃに一致するように配置されている。尚、集光光学系が設けられていない場合、計測光Ｌ１のビームウェイスト位置が中心Ｃに一致していてもよい。
【００４１】  反射面５３１ａが球面ミラーである場合について説明する。反射面５３１ａは、中心Ｃから反射面５３１ａに向かう出射光Ｌ２の光路が、反射面５３１ａから中心Ｃに向かう出射光Ｌ２の光路と平行になるように、出射光Ｌ２を反射する。従って、球面ミラーの中心Ｃが基板４１の表面と光軸ＡＸａとの交点に位置しており且つ中心ＣにアライメントマークＭＡが位置する場合には、反射面５３１ａは、反射面５３１ａに向かう＋１次回折光Ｌ２（＋１）の光路が、アライメントマークＭに向かう＋１次回折光Ｌ２（＋１）の光路と一致するように、＋１次回折光Ｌ２（＋１）を反射する。同様に、反射面５３１ａは、反射面５３１ａに向かう−１次回折光Ｌ２（−１）の光路が、アライメントマークＭに向かう−１次回折光Ｌ２（−１）の光路と平行になるように、−１次回折光Ｌ２（−１）を反射する。
【００４２】  ここで、上述したように、計測光Ｌ１は、夫々が異なる波長を有する複数のレーザ光を含んでいる。このため、アライメントマークＭからは、複数のレーザ光の夫々の±１次回折光Ｌ２（±１）が出射する。複数のレーザ光に夫々対応する複数の＋１次回折光Ｌ２（＋１）の回折角度は、レーザ光の波長に応じて変動する。同様に、複数のレーザ光に夫々対応する複数の−１次回折光Ｌ２（−１）の回折角度は、レーザ光の波長に応じて変動する。例えば、図３（ａ）に示すように、波長λ１を有するレーザ光の＋１次回折光Ｌ２（＋１）：λ１の回折角度θ１（＋１）：λ１は、波長λ２（≠λ１）を有するレーザ光の＋１次回折光Ｌ２（＋１）：λ２の回折角度θ１（＋１）：λ２とは異なる。例えば、図３（ａ）に示すように、波長λ１を有するレーザ光の−１次回折光Ｌ２（−１）の回折角度θ１（−１）：λ１は、波長λ２を有するレーザ光の−１次回折光Ｌ２（−１）の回折角度θ１（−１）：λ２とは異なる。しかしながら、中心Ｃから出射した出射光Ｌ２は、波長が異なっても反射面５３１ａに反射されることで中心Ｃに再び戻ってくる。従って、±１次回折光Ｌ２（±１）の回折角度が波長に応じて変動する場合であっても、±１次回折光Ｌ２（±１）は同じ位置に戻ってくる。例えば、アライメントマークＭから第１の回折角度で出射した±１次回折光Ｌ２（±１）、及び、アライメントマークＭから第１の回折角度とは異なる第２の回折角度で出射した±１次回折光Ｌ２（±１）の全ては、基板４１上の同じ位置（つまり、中心Ｃ）に戻ってくる。このため、計測光Ｌ１が、夫々が異なる波長を有する複数のレーザ光を含む場合であっても、複数のレーザ光に夫々対応する複数の±１次回折光Ｌ２（±１）が反射面５３１ａによって反射される限りは、反射面５３１ａが反射した複数の±１次回折光Ｌ２（±１）が反射面５３１ａに入射する複数の±１次回折光Ｌ２（±１）と逆向きに進行して基板４１上の同じ位置に照射される。
【００４３】  尚、アライメントマークＭから＋１次回折光Ｌ２（＋１）が出射している間に、ステージ４が移動する（つまり、基板４１が移動する）可能性がある。しかしながら、＋１次回折光Ｌ２（＋１）の伝搬速度（＝光速）に対して、ステージ４の移動速度は、無視できる程度に小さい。このため、アライメント動作に影響を与えないという観点から見れば、アライメントマークＭから＋１次回折光Ｌ２（＋１）が出射している間にステージ４が移動する場合であっても、反射面５３１ａに向かう＋１次回折光Ｌ２（＋１）の光路は、実質的には、アライメントマークＭに向かう＋１次回折光Ｌ２（＋１）の光路と平行である（或いは、一致する）と言える。つまり、アライメントマークＭからの＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、実質的には、同じアライメントマークＭに照射されると言える。−１次回折光Ｌ２（−１）についても同様である。従って、アライメントマークＭから±１次回折光Ｌ２（±１）が出射している間にステージ４が移動する場合であっても、反射面５３１ａが反射した複数の±１次回折光Ｌ２（±１）が基板４１上の同じ位置に照射されると言える。
【００４４】  反射面５３１ａに入射する±１次回折光Ｌ２（±１）と正反対の向きに進行する反射面５３１ａからの±１次回折光Ｌ２（±１）は、基板４１上の同じ位置に戻され、基板４１（特に、基板４１上のアライメントマークＭ）によって反射及び回折する。
【００４５】  以下、図３（ｂ）及び（ｃ）を参照して、アライメントマークＭで回折された光の説明を行う。図３（ｂ）は、アライメントマークＭで回折された波長λ１、λ２を有するレーザ光のうち、＋１次回折光Ｌ２（＋１）：λ１及び＋１次回折光Ｌ２（＋１）：λ２を示した図である。ここで、＋１次回折光Ｌ２（＋１）：λ１の回折角度θ１（＋１）：λ１は、ｓｉｎ（θ１（＋１）：λ１）＝λ１／Λという条件を満たす。同様に、＋１次回折光Ｌ２（＋１）：λ２の回折角度θ１（＋１）：λ２は、ｓｉｎ（θ１（＋１）：λ２）＝λ２／Λという条件を満たす。図３（ｃ）は、アライメントマークＭからの＋１次回折光Ｌ２（＋１）：λ１及び＋１次回折光Ｌ２（＋１）：λ２が反射面５３１ａで反射された後の状態を示した図である。波長λ１を有する＋１次回折光Ｌ２（＋１）：λ１は、光軸ＡＸａに対して角度θ２（＋１）：λ１でアライメントマークＭに照射された後、アライメントマークＭにて回折される。波長λ２を有する＋１次回折光Ｌ２（＋１）：λ２は、光軸ＡＸａに対して角度θ２（＋１）：λ２でアライメントマークＭに照射された後、アライメントマークＭにて回折される。このときの＋１次回折光Ｌ２（＋１）：λ１の回折角度θ２（＋１）：λ１は、ｓｉｎ（θ２（＋１）：λ１）＝λ１／Λという条件を満たす。また、このときの＋１次回折光Ｌ２（＋１）：λ２の回折角度θ２（＋１）：λ２は、ｓｉｎ（θ２（＋１）：λ２）＝λ２／Λという条件を満たす。つまり、回折角度θ２（＋１）：λ１は上述した回折角度θ１（＋１）：λ１と等しく、且つ、回折角度θ２（＋１）：λ２は上述した回折角度θ１（＋１）：λ２と等しい。従って、レーザ光（計測光Ｌ１）の波長が異なったとしても、アライメントマークＭで複数回だけ回折された光の進行方向は同じ、或いは平行となる。
【００４６】  その結果、図３（ａ）に示した通り、アライメントマークＭからは、±１次回折光Ｌ２（±１）が同じ方向に向かって出射する。特に、アライメントマークＭからは、アライメントマークＭ（或いは、マーク領域ＭＡ）で複数回（図３（ａ）に示す例では２回）だけ回折された光に相当する±１次回折光Ｌ２（±１）が同じ方向に向かって出射する。具体的には、アライメントマークＭからは、計測光Ｌ１がアライメントマークＭに入射してくる光路と平行な光路（或いは、同じ光路）を通る±１次回折光Ｌ２（±１）が出射する。その結果、アライメントマークＭからは、実質的には、反射面５３１ａが反射した±１次回折光Ｌ２（±１）が干渉することで得られる干渉光Ｌ３が出射する。特に、夫々が異なる波長を有する複数の±１次回折光Ｌ２（±１）が反射面５３１ａによって反射された場合には、反射面５３１ａが反射した複数の±１次回折光Ｌ２（±１）がアライメントマークＭから同じ方向に向かって出射する。つまり、夫々が異なる波長を有する複数の±１次回折光Ｌ２（±１）の反射面５３１ａによる反射は、実質的には、反射面５３１ａが反射した当該複数の±１次回折光Ｌ２（±１）がアライメントマークＭから出射する方向を揃える動作の少なくとも一部に相当する。その結果、干渉光Ｌ３は、同じ波長を有する±１次回折光Ｌ２（±１）が干渉することで得られる干渉光を、波長毎に複数含む光となる。例えば、図３（ａ）に示す例では、波長λ１の±１次回折光Ｌ２（±１）：λ１同士が干渉して干渉光Ｌ３：λ１となり、波長λ２の±１次回折光Ｌ２（±１）λ２同士が干渉して干渉光Ｌ３：λ２となる。干渉光Ｌ３は、計測光Ｌ１がアライメントマークＭに入射してくる光路と平行な光路（或いは、同じ光路）を通るように、アライメントマークＭから垂直に出射する。その結果、干渉光Ｌ３は、反射光学素子５３ａの開口５３２ａを通過する。開口５３２ａを通過した干渉光Ｌ３は、ハーフミラー５２ａに入射する。
【００４７】  ハーフミラー５２ａは、干渉光Ｌ３の一部を、受光器５５ａに向けて透過させる。つまり、ハーフミラー５２ａは、干渉光Ｌ３の一部を受光器５５ａに導く光学部材である。このため、ハーフミラー５２ａは、基板４１から受光器５５ａに至る干渉光Ｌ３の光路上であって且つ基板４１と受光器５５ａの間に配置される。
【００４８】  ハーフミラー５２ａを透過した干渉光Ｌ３は、集光レンズ５４ａによって集光される。つまり、集光レンズ５４ａによって、干渉光Ｌ３のビーム径は、干渉光Ｌ３が受光器５５に入射する（より具体的には、後述の分光器５５１ａに入射する）ことができる程度のサイズになるように調整される。集光レンズ５４ａによって集光された干渉光Ｌ３は、受光器５５ａに入射する。尚、集光レンズ５４ａがなくても干渉光Ｌ３が受光器５５に入射する（より具体的には、後述の分光器５５１ａに入射する）ことができる程度のサイズである場合には、集光レンズ５４ａを省略することができる。
【００４９】  受光器５５ａは、分光器５５１ａと、受光素子５５４ａとを備えている。分光器５５１ａは、干渉光Ｌ３を分光する。つまり、分光器５５１ａは、干渉光Ｌ３を、夫々が異なる波長を有する複数の光成分に分離する。分光器５５１ａは、例えば、プリズム及び回折格子のうちの少なくとも一方を含んでいてもよい。分光器５５１ａが分光した干渉光Ｌ３は、受光素子５５４ａの受光面のうちの第１受光面５５５ａに入射する。第１受光面５５５ａは、分光器５５１ａが分離した複数の光成分を夫々受光するための複数の受光領域５５８ａに分割されている。具体的には、分光器５５１ａが干渉光Ｌ３をＰ（但し、Ｐは１以上の整数）個の光成分に分割する場合には、第１受光面５５５ａは、受光領域５５８ａ＃１、受光領域５５８ａ＃２、受光領域５５８ａ＃３、・・・、受光領域５５８ａ＃Ｐ−１及び受光領域５５８ａ＃Ｐに分割されている。このため、夫々が異なる波長を有する複数の光成分を計測光Ｌ１が含む（つまり、干渉光Ｌ３もまた含む）場合であっても、受光素子５５４ａは、複数の光成分を同時に受光することができる。受光素子５５４ａの受光結果は、マーク検出情報として、制御装置６に出力される。
【００５０】  受光器５５ａは更に、分光器５５２ａと、分光器５５３ａとを備える。更に、受光素子５５４ａの受光面は、第２受光面５５６ａ及び第３受光面５５７ａを含む。上述した分光器５５１ａ及び第１受光面５５５ａは、反射面５３１ａを構成する球面ミラーの中心Ｃが基板４１の表面と光軸ＡＸａの交点に位置している（つまり、中心ＣのＺ軸方向の位置がアライメントマークＭのＺ軸方向の位置と一致している）場合に基板４１から受光器５５ａに入射する光（つまり、干渉光Ｌ３）を検出するための光学素子である。一方で、分光器５５２ａ、分光器５５３ａ、第２受光面５５６ａ及び第３受光面５５７ａは、中心Ｃが基板４１の表面と光軸ＡＸａとの交点に位置していない（つまり、中心ＣのＺ軸方向の位置がアライメントマークＭのＺ軸方向の位置と一致していない）場合に基板４１から受光器５５ａに入射する光を検出するための光学素子である。
【００５１】  上述したように、反射面５３１ａを構成する球面ミラーの中心Ｃが基板４１の表面（つまり、アライメントマークＭ）と光軸ＡＸａとの交点に位置している場合には、アライメントマークＭで回折された±１次回折光Ｌ２（±１）が同じ方向に向かって出射する。一方で、中心Ｃが基板４１の表面に位置していない場合には、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、アライメントマークＭから出射した＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、反射面５３１ａに反射されたとしても、アライメントマークＭ上の同じ位置に再び戻らない。
【００５２】  図４（ｂ）を参照すると、計測光Ｌ１がアライメントマークＭ（格子マークＭＹ）に照射される領域ＳＰＬ１に対して、反射面５３１ａを介した＋１次回折光Ｌ２（＋１）がアライメントマークＭに照射される領域ＳＰＬ２（＋１）は、アライメントマークＭの計測方向（Ｙ方向）に関して異なる位置となる。
【００５３】  このように、＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、反射面５３１ａに反射されたとしても、＋１次回折光Ｌ２（＋１）が出射したアライメントマークＭが形成されている領域とは異なる領域に戻る。このため、＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、中心Ｃが基板４１の表面と光軸ＡＸａとの交点に位置している場合に干渉光Ｌ３が伝搬する光路とは異なる光路を通って、受光器５５ａに入射する。受光器５５ａに入射した＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、分光器５５２ａによって分光される。尚、分光器５５２ａの構成は、分光器５５１ａの構成と同一である。分光器５５２ａが分光した＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、第２受光面５５６ａに入射する。第２受光面５５６ａの構成は、第１受光面５５５ａの構成と同一である。このため、夫々が異なる波長を有する複数の光成分を計測光Ｌ１が含む（つまり、＋１次回折光Ｌ２（＋１）もまた含む）場合であっても、受光素子５５４ａは、複数の光成分を同時に受光することができる。受光素子５５４ａの受光結果は、マーク検出情報として、制御装置６に出力される。
【００５４】  同様に、中心Ｃが基板４１の表面に位置していない場合には、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、アライメントマークＭから出射した−１次回折光Ｌ２（−１）は、反射面５３１ａに反射されたとしても、アライメントマークＭ上の同じ位置に再び戻ってくることはない。図４（ｂ）を参照すると、計測光Ｌ１がアライメントマークＭ（格子マークＭｙ）に照射される領域ＳＰＬ１に対して、反射面５３１ａを介した−１次回折光Ｌ２（−１）がアライメントマークに照射される領域ＳＰＬ２（−１）は、アライメントマークＭの計測方向（Ｙ方向）に関して異なる位置となる。ここで、２つの領域ＳＰＬ２（±１）は、格子マークＭＹ（Ｙ方向計測マーク）の範囲を超えないように位置していてもよい。
【００５５】  このように、−１次回折光Ｌ２（−１）は、反射面５３１ａに反射されたとしても、−１次回折光Ｌ２（−１）が出射したアライメントマークＭが形成されている領域とは異なる領域に戻る。このため、−１次回折光Ｌ２（−１）は、中心Ｃが基板４１の表面と光軸ＡＸａとの交点に位置している場合に干渉光Ｌ３が伝搬する光路とは異なる光路を通って、受光器５５ａに入射する。特に、反射面５３１ａが反射した−１次回折光Ｌ２（−１）が照射される基板４１上の位置（つまり、領域ＳＰＬ２（−１））は、反射面５３１ａが反射した＋１次回折光Ｌ２（＋１）が照射される基板４１上の位置（つまり、領域ＳＰＬ２（＋１））とは異なる。このため、基板４１から受光器５５ａに向かって−１次回折光Ｌ２（−１）が伝搬する光路は、基板４１から受光器５５ａに向かって＋１次回折光Ｌ２（＋１）が伝搬する光路とは異なる。受光器５５ａに入射した−１次回折光Ｌ２（−１）は、分光器５５３ａによって分光される。尚、分光器５５３ａの構成は、分光器５５１ａの構成と同一である。分光器５５３ａが分光した−１次回折光Ｌ２（−１）は、第３受光面５５７ａに入射する。第３受光面５５７ａの構成は、第１受光面５５５ａの構成と同一である。このため、夫々が異なる波長を有する複数の光成分を計測光Ｌ１が含む（つまり、−１次回折光Ｌ２（−１）もまた含む）場合であっても、受光素子５５４ａは、複数の光成分を同時に受光することができる。受光素子５５４ａの受光結果は、マーク検出情報として、制御装置６に出力される。
【００５６】  制御装置６は、中心Ｃが基板４１の表面と光軸ＡＸａとの交点に位置している状況で取得したマーク検出情報（以降、“第１マーク検出情報”と称する）及び中心Ｃが基板４１の表面と光軸ＡＸａとの交点に位置していない状況で取得したマーク検出情報（以降、“第２マーク検出情報”と称する）に基づいて、第１マーク検出情報を変更（言い換えれば、補正、修正又は調整）するためのスキャトロメトリ計測を行う。具体的には、上述したように、アライメントマークＭは、格子マークＭＸ及びＭＹを含んでいる。ここで、格子マークＭＸ及びＭＹの形成精度によっては、格子マークＭＸ及びＭＹを構成する構造物（例えば、溝又は溝を規定する壁等）の形状が非対称な形状となる（例えば、線対称とならない）可能性がある。格子マークＭＸ及びＭＹを構成する構造物の形状が非対称な形状となる場合には、第１マーク検出情報は、格子マークＭＸ及びＭＹの非対称な形状に起因した誤差を含む可能性がある。そこで、制御装置６は、第１マーク検出情報の精度を高める（言い換えれば、誤差の影響を小さくする又は排除する）ために、第１マーク検出情報を取得した状況とは異なる状況で第２マーク検出情報を取得することで格子マークＭＸ及びＭＹの形状の非対称性を検出する。このため、ここで言うスキャトロメトリ計測は、格子マークＭＸ及びＭＹの形状の非対称性を検出することを指していてもよい。尚、第１マーク検出情報を取得するために、制御装置６は、中心Ｃが基板４１の表面と光軸ＡＸａとの交点に位置するように、ステージ駆動系４１を制御する。更に、第２マーク検出情報を取得するために、制御装置６は、中心Ｃが基板４１の表面と光軸ＡＸａとの交点に位置しない（具体的には、基板４１の表面と光軸ＡＸａとの交点からＺ軸方向に沿ってシフトした位置に中心Ｃが位置する）ように、ステージ駆動系４１を制御する。
【００５７】  以上説明したように、第１実施形態のアライメント系５ａは、アライメントマークＭの検出結果であるマーク検出情報を適切に取得することができる。その結果、制御装置６は、マーク検出情報に基づいてアライメント動作を適切に行うことができる。具体的には、制御装置６は、アライメントマークＭのうちの格子マークＭＹに計測光Ｌ１を照射するようにアライメント系５ａを制御する。その結果、制御装置６は、Ｙ軸方向に沿った複数のショット領域の位置座標の補正量を算出するために用いられるマーク検出情報を取得する。更に、制御装置６は、アライメントマークＭのうちの格子マークＭＸに計測光Ｌ１を照射するようにアライメント系５ａを制御する。その結果、制御装置６は、Ｘ軸方向に沿った複数のショット領域の位置座標の補正量を算出するために用いられるマーク検出情報を取得する。このため、制御装置６は、ＸＹ平面上での複数のショット領域の位置座標の補正量を算出するためのアライメント動作を適切に行うことができる。尚、基板４１上に複数のアライメントマークＭが存在し、これら複数のアライメントマークＭを検出する場合、反射面５３１ａの中心Ｃと基板４１の表面とを一致させた状態で複数のアライメントマークの全てを検出した後に、Ｚ軸方向において反射面５３１ａの中心Ｃを基板４１の表面から外した状態で複数のアライメントマークの全てを検出してもよい。或いはＺ軸方向において反射面５３１ａの中心Ｃを基板４１の表面から外した状態で複数のアライメントマークの全てを検出した後に、反射面５３１ａの中心Ｃと基板４１の表面とを一致させた状態で複数のアライメントマークの全てを検出してもよい。これらの場合、ステージ駆動系４１による基板４１のＺ軸方向への移動動作が１回となるため、アライメント検出時間の短縮を図ることができる。
【００５８】  更に、第１実施形態では、夫々が異なる波長を有する複数のレーザ光を計測光Ｌ１が含む場合であっても、複数の波長に夫々対応する複数の±１次回折光Ｌ２（±１）が基板４１上の同じ位置に再び戻ってくる。つまり、基板４１からの回折角度が夫々異なる複数の±１次回折光Ｌ２（±１）が基板４１上の同じ位置に再び戻ってくる。このため、アライメント系５ａは、複数の波長に夫々対応する複数の±１次回折光Ｌ２（±１）が干渉することで得られる干渉光Ｌ３を検出することができる。このため、夫々が異なる波長を有する複数のレーザ光を含む計測光Ｌ１を用いてマーク検出情報を取得する場合には、単一の波長を有する計測光Ｌ１を用いてマーク検出情報を取得する場合と比較して、より精度の高いマーク検出情報が取得可能である。或いは、夫々が異なる波長を有する複数の計測光Ｌ１を順次照射することでマーク検出情報を取得する場合と比較して、マーク検出情報を取得するために要する時間が短くなる。
【００５９】  一方で、±１次回折光Ｌ２（±１）の回折角度は、±１次回折光Ｌ２（±１）の夫々に含まれる光成分の波長のみならず、アライメントマークＭに含まれる格子マークＭＹ及びＭＸのピッチΛＹ及びΛＸによっても変わる。つまり、第１のピッチΛＹ１で形成された格子マークＭＹを含むアライメントマークＭから出射する＋１次回折光Ｌ２（＋１）の回折角度は、第１のピッチΛＹ１とは異なる第２のピッチΛＹ２で形成された格子マークＭＹを含むアライメントマークＭから出射する＋１次回折光Ｌ２（＋１）の回折角度とは異なる。このため、アライメント系５ａは、任意のピッチΛＹ及びΛＸで夫々形成された格子マークＭＸ及びＭＹを含むアライメントマークＭに対して計測光Ｌ１を照射しても、マーク検出情報を適切に取得することができる。
【００６０】  更に、第１受光面５５５ａが複数の受光領域５５８ａに分割されているがゆえに、受光素子５５４ａは、干渉光Ｌ３に含まれる夫々が異なる波長を有する複数の光成分を同時に検出することができる。このため、第１受光面５５５ａが単一の受光領域５５８ａを備える場合と比較して、マーク検出情報を取得するために要する時間が短くなる。
【００６１】  尚、制御装置６は、ステージ駆動系４１を制御して、反射面５３１ａを介したアライメントマークＭからの±１次回折光Ｌ２（±１）同士が一部だけ重複するように、基板４１の表面のＺ軸方向の位置を設定してもよい。この場合、±１次回折光Ｌ２（±１）が重複している部分が干渉光Ｌ３となって第１受光面５５５ａに入射し、重複していない部分がそれぞれ第２受光面５５６ａ及び第３受光面５５７ａに入射する。これにより、マーク検出情報を取得するために要する時間を短縮することができる。
【００６２】  （２−２）第２実施形態のアライメント系５ｂの構成  続いて、図５を参照しながら、第２実施形態のアライメント系５ｂの構成について説明する。尚、第１実施形態で説明済みの部材と同一の部材については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６３】  図５に示すように、第２実施形態のアライメント系５ｂは、第１実施形態のアライメント系５ａと比較して、ハーフミラー５２ａに代えて、偏光ビームスプリッタ５２ｂを備えているという点で異なっている。更に、第２実施形態のアライメント系５ｂは、第１実施形態のアライメント系５ａと比較して、基板４１と反射面５３１ａとの間における＋１次回折光Ｌ２（＋１）の光路上に１／４波長板５６ｂを備えているという点で異なっている。更に、第２実施形態のアライメント系５ｂは、第１実施形態のアライメント系５ａと比較して、基板４１と反射面５３１ａとの間における−１次回折光Ｌ２（−１）の光路上に１／４波長板５７ｂを備えているという点で異なっている。第２実施形態のアライメント系５ｂのその他の構成は、第１実施形態のアライメント系５ａのその他の構成と同一であってもよい。
【００６４】  偏光ビームスプリッタ５２ｂは、光源５１ａが出射した計測光Ｌ１のうちの第１偏光（例えば、ｓ偏光）を、基板４１（つまり、アライメントマークＭ）に向けて反射する。一方で、偏光ビームスプリッタ５２ｂは、光源５１ａが出射した計測光Ｌ１のうちの第２偏光（例えば、ｐ偏光）を透過する。偏光ビームスプリッタ５２ｂが反射した計測光Ｌ１は、アライメントマークＭに照射される。その結果、アライメントマークＭからは、＋１次回折光Ｌ２（＋１）及び−１次回折光Ｌ２（−１）が出射する。尚、光源５１ａは、偏光ビームスプリッタ５２ｂの偏光分離面に対してｓ偏光である計測光Ｌ１を出射してもよい。
【００６５】  アライメントマークＭから出射した＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、１／４波長板５６ｂを通過する。その結果、＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、直線偏光から円偏光に変換される。その後、＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、反射面５３１ａによって反射される。その結果、＋１次回折光Ｌ２（＋１）を構成する円偏光の回転方向が反転する。その後、反射面５３１ａが反射した＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、１／４波長板５６ｂを再度通過する。その結果、＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、円偏光から直線偏光に変換される。特に、反射面５３１ａでの反射に起因して＋１次回折光Ｌ２（＋１）を構成する円偏光の回転方向が反転しているがゆえに、１／４波長板５６ｂを再度通過した＋１次回折光Ｌ２（＋１）は、第２偏光の直線偏光（ｐ偏光）となる。
【００６６】  同様に、アライメントマークＭから出射した−１次回折光Ｌ２（−１）は、１／４波長板５７ｂを通過し、反射面５３１ａによって反射され、１／４波長板５７ｂを再度通過する。その結果、１／４波長板５７ｂを再度通過した−１次回折光Ｌ２（−１）は、第２偏光の直線偏光（ｐ偏光）となる。
【００６７】  第２偏光の直線偏光である±１次回折光Ｌ２（±１）は、基板４１上の同じ位置に戻ってくる。その結果、アライメントマークＭからは、±１次回折光Ｌ２（±１）が干渉することで得られる干渉光Ｌ３が出射する。干渉光Ｌ３は、開口５３２ａを通過した後、偏光ビームスプリッタ５２ｂに入射する。干渉光Ｌ３が第２偏光の直線偏光（ｐ偏光）であるがゆえに、偏光ビームスプリッタ５２ｂは、干渉光Ｌ３の一部を、受光器５５ａに向けて通過させる。その結果、受光器５５ａは、干渉光Ｌ３を検出することができる。
【００６８】  このような第２実施形態のアライメント系５ｂは、第１実施形態のアライメント系５ａが享受することができる効果と同様の効果を適切に享受することができる。更に、第２実施形態のアライメント系５ｂは、ハーフミラー５２ａに代えて偏光ビームスプリッタ５２ｂを備えている。このため、ハーフミラー５２ａでの干渉光Ｌ３の減衰がないがゆえに、干渉光Ｌ３の受光器５５ａによる受光効率が向上する。更には、計測光Ｌ１の０次反射光Ｌ２（０）が第１偏光の直線偏光（ｓ偏光）であるがゆえに、０次反射光Ｌ２（０）は、ビームスプリッタ５２ｂを透過しない。つまり、０次反射光Ｌ２（０）は、受光器５５ａに入射しない。このため、±１次回折光Ｌ２（±１）が干渉することで得られる干渉光Ｌ３が０次反射光Ｌ２（０）に埋没してしまうことがない。従って、干渉光Ｌ３の受光器５５ａによる受光効率が向上する。
【００６９】  （２−３）第３実施形態のアライメント系５ｃの構成  続いて、図６及び図７を参照しながら、第３実施形態のアライメント系５ｃの構成について説明する。尚、第１実施形態から第２実施形態で説明済みの部材と同一の部材については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７０】  図６及び図７に示すように、アライメント系５ｃは、４つの光源５１ａ（つまり、光源５１ａ−１、光源５１ａ−２、光源５１ａ−３及び光源５１ａ−４）と、ハーフミラー５２ａと、対物レンズ５３ｃと、反射光学素子５４ｃと、受光器５５ｃとを備えている。
【００７１】  光源５１ａ−１は、計測光Ｌ１として、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）を出射する。光源５１ａ−２は、計測光Ｌ１として、第２計測光Ｌ１（ＲＹ）を出射する。光源５１ａ−３は、計測光Ｌ１として、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）を出射する。光源５１ａ−４は、計測光Ｌ１として、第４計測光Ｌ１（ＲＸ）を出射する。これらの光源５１ａ−１〜５１ａ−４のそれぞれは、第１実施形態の光源５１ａと同じものを用いてもよい。また、第１実施形態の光源５１ａからの計測光Ｌ１を光ファイバで４分岐したものを光源５１ａ−１〜５１ａ−４からの計測光Ｌ１の代わりに用いてもよい。また、光源５１ａからの計測光を格子型の回折格子やビームスプリッタを用いて分岐してもよい。
【００７２】  第１計測光Ｌ１（ＬＹ）及び第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の夫々は、格子マークＭＹに照射される計測光Ｌ１である。従って、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）及び第２計測光Ｌ１（ＲＹ）は、Ｙ軸方向に沿った複数のショット領域の位置座標の補正量を算出するために照射される計測光Ｌ１である。尚、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）及び第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の光路は、主として図６に記載されている。
【００７３】  第３計測光Ｌ１（ＬＸ）及び第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、格子マークＭＸに照射される計測光Ｌ１である。従って、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）及び第４計測光Ｌ１（ＲＸ）は、Ｘ軸方向に沿った複数のショット領域の位置座標の補正量を算出するために照射される計測光Ｌ１である。尚、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）及び第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の光路は、主として図７に記載されている。
【００７４】  第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、ハーフミラー５２ａに入射する。ハーフミラー５２ａは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々の一部を、基板４１（つまり、アライメントマークＭ）に向けて反射する。ハーフミラー５２ａが反射した第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、対物レンズ５３ｃに入射する。対物レンズ５３ｃは、ハーフミラー５２ａから基板４１に至る第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の光路上に位置する。
【００７５】  対物レンズ５３ｃは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）のそれぞれが基板４１に対して斜入射するように、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）を屈折させる。言い換えると、対物レンズ５３ｃは、対物レンズ５３ｃの光軸ＡＸｃに対して収斂するように第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）のそれぞれを屈折させる。対物レンズ５３ｃを通過した第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）は、それぞれ、反射光学素子５４ｃの開口５４２ｃ−１、開口５４２ｃ−２、開口５４２ｃ−３及び開口５４２ｃ−４を通過する。
【００７６】  このため、反射光学素子５４ｃは、ハーフミラー５２ａから基板４１に至る第１計測光Ｌ１（ＬＹ）の光路上に開口５４２ｃ−１が位置し、ハーフミラー５２ａから基板４１に至る第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の光路上に開口５４２ｃ−２が位置し、ハーフミラー５２ａから基板４１に至る第３計測光Ｌ１（ＬＸ）の光路上に開口５４２ｃ−３が位置し、且つハーフミラー５２ａから基板４１に至る第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の光路上に開口５４２ｃ−４が位置するように、ハーフミラー５２ａと基板４１との間に配置される。開口５４２ｃ−１を通過した第１計測光Ｌ１（ＬＹ）、開口５４２ｃ−２を通過した第２計測光Ｌ１（ＲＹ）、開口５４２ｃ−３を通過した第３計測光Ｌ１（ＬＸ）、及び開口５４２ｃ−４を通過した第４計測光Ｌ１（ＲＸ）は、基板４１に対して斜入射する。つまり、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）は、基板４１に対して、０度より大きく且つ９０度未満の入射角度で入射する。
【００７７】  対物レンズ５３ｃは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第２計測光Ｌ１（ＲＹ）が基板４１上の同じ位置に入射し且つ第３計測光Ｌ１（ＲＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）が基板４１上の同じ位置に入射する（つまり、照射される）ように、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）を屈折させる。このため、光源５１ａ−１から５１ａ−４、ハーフミラー５２ａ及び対物レンズ５３ｃは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第２計測光Ｌ１（ＲＹ）を基板４１上の同じ位置に入射させ且つ第３計測光Ｌ１（ＲＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）を基板４１上の同じ位置に入射させることが可能なように配置されている。第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の照射位置にアライメントマークＭ（格子マークＭＹ）が位置する場合には、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の夫々は、同じアライメントマークＭに照射される。第３計測光Ｌ１（ＬＸ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の照射位置にアライメントマークＭ（格子マークＭＸ）が位置する場合には、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、同じアライメントマークＭに照射される。尚、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第２計測光Ｌ１（ＲＹ）が入射する基板４１上の位置が、第３計測光Ｌ１（ＲＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）が入射する基板４１上の位置と異なっていてもよい。尚、対物レンズ５３ｃは、集光光学系と称してもよい。対物レンズ５３ｃは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第２計測光Ｌ１（ＲＹ）が基板４１上の同じ位置に入射し且つ第３計測光Ｌ１（ＬＸ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）が基板４１上の同じ位置に入射する（つまり、照射される）ように、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）を偏向させてもよい。
【００７８】  対物レンズ５３ｃを通過して基板４１（特に、アライメントマークＭ）に向かう第１計測光Ｌ１（ＬＹ）の光軸ＡＸｃに対する角度（ひいては、アライメント系５ｃの光軸に対する角度、以下同じ）は、対物レンズ５３ｃを通過して基板４１（特に、アライメントマークＭ）に向かう第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の光軸ＡＸｃに対する角度とは異なる。なぜならば、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）の光路及び第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の光路は、光軸ＡＸｃを挟み込むように設定されるからである。この場合であっても、対物レンズ５３ｃを通過して基板４１に向かう第１計測光Ｌ１（ＬＹ）の光軸ＡＸｃに対する角度の絶対値は、対物レンズ５３ｃを通過して基板４１に向かう第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の光軸ＡＸｃに対する角度の絶対値と等しくなる。但し、対物レンズ５３ｃを通過して基板４１に向かう第１計測光Ｌ１（ＬＹ）の光軸ＡＸｃに対する角度の絶対値は、対物レンズ５３ｃを通過して基板４１に向かう第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の光軸ＡＸｃに対する角度の絶対値と異なっていてもよい。
【００７９】  同様に、対物レンズ５３ｃを通過して基板４１（特に、アライメントマークＭ）に向かう第３計測光Ｌ１（ＬＸ）の光軸ＡＸｃに対する角度は、対物レンズ５３ｃを通過して基板４１（特に、アライメントマークＭ）に向かう第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の光軸ＡＸｃに対する角度とは異なる。なぜならば、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）の光路及び第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の光路は、光軸ＡＸｃを挟み込むように設定されるからである。この場合であっても、対物レンズ５３ｃを通過して基板４１に向かう第３計測光Ｌ１（ＬＸ）の光軸ＡＸｃに対する角度の絶対値自体は、対物レンズ５３ｃを通過して基板４１に向かう第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の光軸ＡＸｃに対する角度の絶対値と等しくなる。但し、対物レンズ５３ｃを通過して基板４１に向かう第１計測光Ｌ１（ＬＹ）の光軸ＡＸｃに対する角度の絶対値は、対物レンズ５３ｃを通過して基板４１に向かう第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の光軸ＡＸｃに対する角度の絶対値と異なっていてもよい。
【００８０】  更に、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）及び第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の少なくとも一方の光軸ＡＸｃに対する角度は、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）及び第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の少なくとも一方の光軸ＡＸｃに対する角度とは異なる。この場合であっても、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）及び第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の少なくとも一方の光軸ＡＸｃに対する角度の絶対値自体は、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）及び第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の少なくとも一方の光軸ＡＸｃに対する角度の絶対値と等しい。但し、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）及び第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の少なくとも一方の光軸ＡＸｃに対する角度の絶対値自体は、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）及び第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の少なくとも一方の光軸ＡＸｃに対する角度の絶対値と異なっていてもよい。
【００８１】  第１計測光Ｌ１（ＬＹ）が照射されたアライメントマークＭからは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）の０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）及び第１計測光Ｌ１（ＬＹ）の−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）の夫々が、出射光Ｌ２の少なくとも一部として出射する。第２計測光Ｌ１（ＲＹ）が照射されたアライメントマークＭからは、第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の０次反射光Ｌ２（ＲＹ：０）及び第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の−１次回折光Ｌ２（ＲＹ：−１）の夫々が、出射光Ｌ２の少なくとも一部として出射する。第３計測光Ｌ１（ＬＸ）が照射されたアライメントマークＭからは、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）の０次反射光Ｌ２（ＬＸ：０）及び第３計測光Ｌ１（ＬＸ）の−１次回折光Ｌ２（ＬＸ：−１）の夫々が、出射光Ｌ２の少なくとも一部として出射する。第４計測光Ｌ１（ＲＸ）が照射されたアライメントマークＭからは、第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の０次反射光Ｌ２（ＲＸ：０）及び第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の−１次回折光Ｌ２（ＲＸ：−１）の夫々が、出射光Ｌ２の少なくとも一部として出射する。
【００８２】  アライメントマークＭから出射した−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）から−１次回折光Ｌ２（ＲＸ：−１）の夫々は、反射光学素子５４ｃの反射面５４１ｃに入射する。反射面５４１ｃは、上述した反射光学素子５３ａの反射面５３１ａの特性と同じ特性を有する。従って、反射面５４１ｃは、凹状の球面ミラーである。反射面５４１ｃを構成する球面ミラーの中心Ｃは、基板４１の表面上に位置する。このため、反射面５４１ｃは、中心Ｃから出射してくる出射光Ｌ２を、中心Ｃに向けて反射する。尚、中心Ｃは、対物レンズ５３ｃの光軸ＡＸｃ上に存在する。このため、反射光学素子５４ｃの光軸は、対物レンズ５３ｃの光軸ＡＸｃと一致する。
【００８３】  更に、第３実施形態においても、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々のフォーカス位置（言い換えれば、照射位置又は入射位置）は、中心Ｃに合わせられている。ここで、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）が互いに交差する位置をフォーカス位置と称してもよい。また、対物レンズ５３ｃの後側焦点位置をフォーカス位置と称してもよい。このため、光源５１ａ−１から５１ａ−４、ハーフミラー５２ａ、対物レンズ５３ｃ及び反射光学素子５４ｃは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々のフォーカス位置が中心Ｃに一致するように配置されている。その結果、中心ＣにアライメントマークＭが位置する場合には、アライメントマークＭ（つまり、中心Ｃ）から出射した出射光Ｌ２は、反射面５４１ｃに反射された後に、中心Ｃに再び戻ってくる。つまり、−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）は、光軸ＡＸｃから発散するように、アライメントマークＭから出射する。アライメントマークＭから出射した−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）は、反射面５４１ｃに反射された後に、中心Ｃに再び戻ってくる。このとき、反射面５４１ｃは、光軸ＡＸｃから発散していた−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）を、光軸ＡＸｃに収斂するように反射する。その他の回折光Ｌ２についても同様である。
【００８４】  第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、計測光Ｌ１は、夫々が異なる波長を有する複数のレーザ光を含んでいる。このため、アライメントマークＭからは、複数のレーザ光の夫々の−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）が、夫々異なる回折角度で出射する。しかしながら、第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、複数の−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）の回折角度が波長に応じて変動する場合であっても、複数の−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）が反射面５４１ｃによって反射される限りは、全ての−１次回折光Ｌ２（−１）は同じ位置に戻ってくる。その他の回折光Ｌ２についても同様である。
【００８５】  アライメントマークＭに照射された−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）は、０次反射光Ｌ２（ＲＹ：０）が受光器５５ｃに向かって伝搬する光路と平行な（或いは、同じ）光路を伝搬して受光器５５ｃに向かう。このため、アライメントマークＭからは、−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）及び０次反射光Ｌ２（ＲＹ：０）が相互に干渉することで得られる干渉光Ｌ３（Ｙａ）が出射する。アライメントマークＭから出射した干渉光Ｌ３（Ｙａ）は、反射光学素子５４１ｃの開口５４２ｃ−２、対物レンズ５３ｃ及びハーフミラー５２ａを通過する。その結果、干渉光Ｌ３（Ｙａ）は、受光器５５ｃに入射する。
【００８６】  アライメントマークＭに照射された−１次回折光Ｌ２（ＲＹ：−１）は、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）が受光器５５ｃに向かって伝搬する光路と平行な（或いは、同じ）光路を伝搬して受光器５５ｃに向かう。このため、アライメントマークＭからは、−１次回折光Ｌ２（ＲＹ：−１）及び０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）が相互に干渉することで得られる干渉光Ｌ３（Ｙｂ）が出射する。アライメントマークＭから出射した干渉光Ｌ３（Ｙｂ）は、反射光学素子５４１ｃの開口５４２ｃ−２、対物レンズ５３ｃ及びハーフミラー５２ａを通過する。その結果、干渉光Ｌ３（Ｙｂ）は、受光器５５ｃに入射する。
【００８７】  アライメントマークＭに照射された−１次回折光Ｌ２（ＬＸ：−１）は、０次反射光Ｌ２（ＲＸ：０）が受光器５５ｃに向かって伝搬する光路と平行な（或いは、同じ）光路を伝搬して受光器５５ｃに向かう。このため、アライメントマークＭからは、−１次回折光Ｌ２（ＬＸ：−１）及び０次反射光Ｌ２（ＲＸ：０）が相互に干渉することで得られる干渉光Ｌ３（Ｘａ）が出射する。アライメントマークＭから出射した干渉光Ｌ３（Ｘａ）は、反射光学素子５４１ｃの開口５４２ｃ−３、対物レンズ５３ｃ及びハーフミラー５２ａを通過する。その結果、干渉光Ｌ３（Ｘａ）は、受光器５５ｃに入射する。
【００８８】  アライメントマークＭに照射された−１次回折光Ｌ２（ＲＸ：−１）は、０次反射光Ｌ２（ＬＸ：０）が受光器５５ｃに向かって伝搬する光路と平行な（或いは、同じ）光路を伝搬して受光器５５ｃに向かう。このため、アライメントマークＭからは、−１次回折光Ｌ２（ＲＸ：−１）及び０次反射光Ｌ２（ＬＸ：０）が相互に干渉することで得られる干渉光Ｌ３（Ｘｂ）が出射する。アライメントマークＭから出射した干渉光Ｌ３（Ｘｂ）は、反射光学素子５４１ｃの開口５４２ｃ−４、対物レンズ５３ｃ及びハーフミラー５２ａを通過する。その結果、干渉光Ｌ３（Ｘｂ）は、受光器５５ｃに入射する。
【００８９】  このように、アライメントマークＭに２回照射された後に（つまり、マーク領域ＭＡにおいて複数回（２回）回折した後に）受光器５５ｃへ向かう−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１，ＲＹ：−１，ＬＸ：−１，ＲＸ：−１）がそれぞれ０次反射光Ｌ２（ＲＹ：０，ＬＹ：０，ＲＸ：０，ＬＸ：０）と同じ光路を通過するため、環境や光学系の変化（例えば、局所的な温度ゆらぎや、光学部品の熱膨張の変化や、光学部品の屈折率の変化等）が発生しても、その影響を最低限にすることができ、ひいては計測安定性、計測再現性の向上を図ることができる。
【００９０】  また、アライメントマークＭに２回照射された後に（つまり、マーク領域ＭＡにおいて複数回（２回）回折した後に）受光器５５ｃへ向かう−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１，ＲＹ：−１，ＬＸ：−１，ＲＸ：−１）の光路がその波長が違っていても同じ光路となるため、環境や光学系の変化、たとえば局所的な温度ゆらぎ等が発生しても、波長ごとの影響を最低限にすることができ、ひいては計測安定性、計測再現性の向上を図ることができる。
【００９１】  受光器５５ｃは、分光器５５１ｃと、分光器５５２ｃと、分光器５５３ｃと、分光器５５４ｃと、受光素子５５５ｃと、受光素子５５６ｃと、受光素子５５７ｃと、受光素子５５８ｃとを備えている。分光器５５１ｃから５５４ｃの夫々の構成は、上述した分光器５５１ａの構成と同一である。受光素子５５５ｃから５５８ｃの夫々の受光面の構成は、上述した第１受光面５５５ａの構成と同様である。
【００９２】  干渉光Ｌ３（Ｙａ）は、分光器５５１ｃに入射する。分光器５５１ｃは、干渉光Ｌ３（Ｙａ）を分光する。分光器５５１ｃが分光した干渉光Ｌ３（Ｙａ）は、受光素子５５５ｃの受光面に入射する。このため、受光素子５５５ｃは、干渉光Ｌ３（Ｙａ）に含まれる複数の光成分を同時に受光することができる。受光素子５５５ｃの受光結果は、マーク検出情報（以下、便宜上、“マーク検出情報＃Ｙａ”と称する）として、制御装置６に出力される。
【００９３】  干渉光Ｌ３（Ｙｂ）は、分光器５５２ｃに入射する。分光器５５２ｃは、干渉光Ｌ３（Ｙｂ）を分光する。分光器５５２ｃが分光した干渉光Ｌ３（Ｙｂ）は、受光素子５５６ｃの受光面に入射する。このため、受光素子５５６ｃは、干渉光Ｌ３（Ｙｂ）に含まれる複数の光成分を同時に受光することができる。受光素子５５６ｃの受光結果は、マーク検出情報（以下、便宜上、“マーク検出情報＃Ｙｂ”と称する）として、制御装置６に出力される。
【００９４】  干渉光Ｌ３（Ｘａ）は、分光器５５３ｃに入射する。分光器５５３ｃは、干渉光Ｌ３（Ｘａ）を分光する。分光器５５３ｃが分光した干渉光Ｌ３（Ｘａ）は、受光素子５５７ｃの受光面に入射する。このため、受光素子５５７ｃは、干渉光Ｌ３（Ｘａ）に含まれる複数の光成分を同時に受光することができる。受光素子５５７ｃの受光結果は、マーク検出情報（以下、便宜上、“マーク検出情報＃Ｘａ”と称する）として、制御装置６に出力される。
【００９５】  干渉光Ｌ３（Ｘｂ）は、分光器５５４ｃに入射する。分光器５５４ｃは、干渉光Ｌ３（Ｘｂ）を分光する。分光器５５４ｃが分光した干渉光Ｌ３（Ｘｂ）は、受光素子５５８ｃの受光面に入射する。このため、受光素子５５８ｃは、干渉光Ｌ３（Ｘｂ）に含まれる複数の光成分を同時に受光することができる。受光素子５５８ｃの受光結果は、マーク検出情報（以下、便宜上、“マーク検出情報＃Ｘｂ”と称する）として、制御装置６に出力される。
【００９６】  その結果、制御装置６は、アライメント系５ｃから出力される４つのマーク検出情報を用いて、アライメント動作を行うことができる。具体的には、制御装置６は、マーク検出情報＃Ｙａ及び＃Ｙｂを用いて、Ｙ軸方向に沿ったアライメントマークＭ（格子マークＭＹ）の位置を示すマーク位置情報（以下、便宜上、“マーク位置情報＃Ｙ”と称する）を取得する。その後、制御装置６は、マーク位置情報＃Ｙを用いて、Ｙ軸方向に沿った複数のショット領域の位置座標の補正量を算出する。同様に、制御装置６は、マーク検出情報＃Ｘａ及び＃Ｘｂを用いて、Ｘ軸方向に沿ったアライメントマークＭ（格子マークＭＸ）の位置を示すマーク位置情報（以下、便宜上、“マーク位置情報＃Ｘ”と称する）を取得する。その後、制御装置６は、マーク位置情報＃Ｘを用いて、Ｘ軸方向に沿った複数のショット領域の位置座標の補正量を算出する。
【００９７】  更に、第３実施形態では、制御装置６は、マーク検出情報＃Ｙａ及び＃Ｙｂに基づいて、マーク検出情報＃Ｙａ及び＃Ｙｂのうちの少なくとも一つを変更するためのスキャトロメトリ計測を行う。更に、制御装置６は、マーク検出情報＃Ｘａ及び＃Ｘｂに基づいて、マーク検出情報＃Ｘａ及び＃Ｘｂのうちの少なくとも一つを変更するためのスキャトロメトリ計測を行う。具体的には、上述したように、マーク検出情報＃Ｙａ及び＃Ｙｂのうちの少なくとも一つは、格子マークＭＹの非対称な形状に起因した誤差を含む可能性がある。マーク検出情報＃Ｘａ及び＃Ｘｂのうちの少なくとも一つは、格子マークＭＸの非対称な形状に起因した誤差を含む可能性がある。そこで、制御装置６は、マーク検出情報＃Ｙａ及び＃Ｙｂのうちの少なくとも一方の精度を高めるために、夫々異なる干渉光Ｌ３から取得されたマーク検出情報＃Ｙａ及び＃Ｙｂを用いてスキャトロメトリ計測を行い、マーク検出情報＃Ｙａ及び＃Ｙｂを変更（言い換えれば、補正、修正又は調整）する。同様に、制御装置６は、マーク検出情報＃Ｘａ及び＃Ｘｂのうちの少なくとも一方の精度を高めるために、夫々異なる干渉光Ｌ３から取得されたマーク検出情報＃Ｘａ及び＃Ｘｂを用いてスキャトロメトリ計測を行い、マーク検出情報＃Ｘａ及び＃Ｘｂを変更（言い換えれば、補正、修正又は調整）する。
【００９８】  このような第３実施形態のアライメント系５ｃは、第１実施形態のアライメント系５ａが享受することができる効果と同様の効果を適切に享受することができる。
【００９９】  更に、第３実施形態のアライメント系５ｃは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）及び第２計測光Ｌ１（ＲＹ）と、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）及び第４計測光Ｌ１（ＲＸ）とを、基板４１に対して同時に照射することができる。このため、アライメント系５ｃは、Ｙ軸方向に沿った複数のショット領域の位置座標の補正量を算出するためのマーク検出情報＃Ｙａ及び＃Ｙｂと、Ｘ軸方向に沿った複数のショット領域の位置座標の補正量を算出するためのマーク検出情報＃Ｘａ及び＃Ｘｂとを同時に取得することができる。従って、第３実施形態のアライメント系５ｃでは、第１実施形態のアライメント系５ａと比較して、ＸＹ平面に沿った複数のショット領域の位置座標の補正量を算出するために用いられるマーク検出情報を取得するために要する時間が短くなる。
【０１００】  更には、第３実施形態のアライメント系５ｃは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）と第２計測光Ｌ１（ＲＹ）とを、基板４１に同時に照射することができる。このため、アライメント系５ｃは、格子マークＭＹの非対称な形状に起因した誤差を小さくすることが可能なスキャトロメトリ計測及びマーク検出情報の変更を行うために用いられるマーク検出情報＃Ｙａ及び＃Ｙｂを同時に取得することができる。同様に、第３実施形態のアライメント系５ｃは、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）と第４計測光Ｌ１（ＲＸ）とを、基板４１に同時に照射することができる。このため、アライメント系５ｃは、格子マークＭＸの非対称な形状に起因した誤差を小さくすることが可能なスキャトロメトリ計測及びマーク検出情報の変更を行うために用いられるマーク検出情報＃Ｘａ及び＃Ｘｂを同時に取得することができる。従って、第３実施形態のアライメント系５ｃでは、第１実施形態のアライメント系５ａと比較して、スキャトロメトリ計測に用いられるマーク検出情報を取得するために要する時間が短くなる。
【０１０１】  更には、第３実施形態のアライメント系５ｃは、０次反射光Ｌ２（ＲＹ：０）と−１次回折光（ＬＹ：−１）との干渉光Ｌ３（Ｙａ）と、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）と−１次回折光（ＲＹ：−１）との干渉光Ｌ３（Ｙｂ）とを独立して受光することができる。制御装置６は、これらの受光結果を用いて、アライメントマークＭの位置および非対称情報（格子マークＭＸの非対称な形状に起因する誤差に対応する量）を同時に求めることができる。このため、計測中の環境変化（計測光路の温度変動等）や光学系の変化（光学部材の温度変動等）に起因する影響を低減できる。
【０１０２】  更には、第３実施形態のアライメント系５ｃでは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の夫々が、基板４１に対して斜入射する。このため、第１実施形態のアライメント系５ａと比較して、格子マークＭＹのピッチΛＹが相対的に小さい場合であっても、−１次回折光Ｌ２（−１）のうちの少なくとも一方が反射面５４１ｃに入射するように、格子マークＭＹによって計測光Ｌ１が回折される可能性が相対的に高くなる。従って、第３実施形態のアライメント系５ｃは、第１実施形態のアライメント系５ａと比較して、格子マークＭＹのピッチΛＹが相対的に小さい場合であってもマーク検出情報を適切に取得することができる。同様に、第３実施形態のアライメント系５ｃでは、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々が、基板４１に対して斜入射する。このため、このため、第１実施形態のアライメント系５ａと比較して、格子マークＭＸのピッチΛＸが相対的に小さい場合であっても、−１次回折光Ｌ２（−１）のうちの少なくとも一方が反射面５４１ｃに入射するように、格子マークＭＸによって計測光Ｌ１が回折される可能性が高くなる。従って、第３実施形態のアライメント系５ｃは、第１実施形態のアライメント系５ａと比較して、格子マークＭＸのピッチΛＸが相対的に小さい場合であってもマーク検出情報を適切に取得することができる。
【０１０３】  尚、第３実施形態のアライメント系５ｃにおいて、ハーフミラー５２ａを偏光ビームスプリッタに代えてもよい。この場合、１／４波長板を偏光ビームスプリッタと対物レンズ５３ｃとの間、対物レンズ５３ｃ中、対物レンズ５３ｃと反射光学素子５４ｃとの間、或いは反射光学素子５４ｃと基板４１との間に配置してもよい。
【０１０４】  （２−４）第４実施形態のアライメント系５ｄの構成  続いて、図８及び図９を参照しながら、第４実施形態のアライメント系５ｄの構成について説明する。尚、第１実施形態から第３実施形態で説明済みの部材と同一の部材については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１０５】  図８及び図９に示すように、第４実施形態のアライメント系５ｄは、第３実施形態のアライメント系５ｃと比較して、対物レンズ５３ｃに代えて、反射ミラー５３ｄ−１、反射ミラー５３ｄ−２、反射ミラー５３ｄ−３及び反射ミラー５３ｄ−４を備えているという点で異なっている。第４実施形態のアライメント系５ｄのその他の構成は、第３実施形態のアライメント系５ｃのその他の構成と同一であってもよい。
【０１０６】  第３実施形態では、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）を基板４１に対して斜入射させるために、対物レンズ５３ｃが第１計測光Ｌ１（ＬＹ）を屈折させている。一方で、第４実施形態では、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）を基板４１に対して斜入射させるために、反射ミラー５３ｄ−１が第１計測光Ｌ１（ＬＹ）を反射している。反射ミラー５３ｄ−１が反射した第１計測光Ｌ１（ＬＹ）は、開口５４２ｃ−１を通過した後、基板４１に対して斜入射する。更に、反射ミラー５３ｄ−１は、基板４１からの干渉光Ｌ３（Ｙａ）が受光器５５ｃに入射するように、干渉光Ｌ３（Ｙａ）を反射している。
【０１０７】  第２計測光Ｌ１（ＲＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）についても同様である。つまり、反射ミラー５３ｄ−２は、第２計測光Ｌ１（ＲＹ）が基板４１に対して斜入射するように、第２計測光Ｌ１（ＲＹ）を反射する。反射ミラー５３ｄ−２は、基板４１からの干渉光Ｌ３（Ｙｂ）が受光器５５ｃに入射するように、干渉光Ｌ３（Ｙｂ）を反射している。反射ミラー５３ｄ−３は、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）が基板４１に対して斜入射するように、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）を反射する。反射ミラー５３ｄ−３は、基板４１からの干渉光Ｌ３（Ｘａ）が受光器５５ｃに入射するように、干渉光Ｌ３（Ｘａ）を反射している。反射ミラー５３ｄ−４は、第４計測光Ｌ１（ＲＸ）が基板４１に対して斜入射するように、第４計測光Ｌ１（ＲＸ）を反射する。反射ミラー５３ｄ−４は、基板４１からの干渉光Ｌ３（Ｘｂ）が受光器５５ｃに入射するように、干渉光Ｌ３（Ｘｂ）を反射している。
【０１０８】  このような第４実施形態のアライメント系５ｄは、第３実施形態のアライメント系５ｃが享受することができる効果と同様の効果を適切に享受することができる。更に、第４実施形態のアライメント系５ｄは、対物レンズ５３ｃ（つまり、屈折光学素子）を備えていないがゆえに、第３実施形態のアライメント系５ｃと比較して、色収差の影響を小さくする又はなくすことができる。
【０１０９】  尚、第４実施形態において、反射ミラー５３ｄ−１、反射ミラー５３ｄ−２、反射ミラー５３ｄ−３及び反射ミラー５３ｄ−４に代えて、反射型の対物光学系、或いは反射屈折型の対物光学系を適用してもよい。これら反射型又は反射屈折型の対物光学系は中心遮蔽型であってもよい。例えば米国特許公開第２００６／０１５８７２０号公報、米国特許公開第２０１２／０１４０３５３号公報、及び米国特許第６，８９４，８３４号公報に開示された光学系などを対物光学系に適用してもよい。
【０１１０】  （２−５）第５実施形態のアライメント系５ｅの構成  続いて、図１０及び図１１を参照しながら、第５実施形態のアライメント系５ｅの構成について説明する。尚、第１実施形態から第４実施形態で説明済みの部材と同一の部材については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１１１】  図１０及び図１１に示すように、第５実施形態のアライメント系５ｅは、第４実施形態のアライメント系５ｄと比較して、反射ミラー５３ｄ−１から５３ｄ−４に代えて、反射光学素子５３ｅと、反射光学素子５４ｅとを備えているという点で異なっている。反射光学素子５３ｅ及び５４ｅは、シュヴァルツシルド型の反射光学素子を構成していると言える。第５実施形態のアライメント系５ｅのその他の構成は、第４実施形態のアライメント系５ｄのその他の構成と同一であってもよい。
【０１１２】  ハーフミラー５２ａが反射した第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、反射光学素子５４ｅの開口５４２ｅを通過する。開口５４２ｅを通過した第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、反射光学素子５３ｅの反射面５３１ｅに入射する。反射面５３１ｅは、ハーフミラー５２ａに対向する。反射面５３１ｅは、ハーフミラー５２ａ側に凸形状である。反射面５３１ｅは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々を反射する。
【０１１３】  具体的には、反射面５３１ｅは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）を、反射面５４１ｅの第１部分５４１ｅ−１に向けて反射し、第２計測光Ｌ１（ＲＹ）を、反射面５４１ｅの第２部分５４１ｅ−２に向けて反射し、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）を、反射面５４１ｅの第３部分５４１ｅ−３に向けて反射し、且つ第４計測光Ｌ１（ＲＸ）を、反射面５４１ｅの第４部分５４１ｅ−４に向けて反射する。第１部分５４１ｅ−１から第４部分５４１ｅ−４は、反射光学素子５３ｅの光軸ＡＸｅから見て、反射面５３１ｅよりも外側に位置する。このため、反射面５３１ｅは、光軸ＡＸｅに対して発散するように第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）をそれぞれ反射する。
【０１１４】  ここで、第２部分５４１ｅ−２は、Ｙ軸方向に沿って第１部分５４１ｅ−１との間に光軸ＡＸｅを挟みこむ。第２部分５４１ｅ−２は、光軸ＡＸｅを基準に第１部分５４１ｅ−１と対称な位置に存在する。第４部分５４１ｅ−４は、Ｘ軸方向に沿って第３部分５４１ｅ−３との間に光軸ＡＸｅを挟みこむ。第４部分５４１ｅ−４は、光軸ＡＸｅを基準に第３部分５４１ｅ−４と対称な位置に存在する。
【０１１５】  反射面５４１ｅは、基板４１側を向いている。反射面５４１ｅは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々を、基板４１に向けて反射する。反射面５４１ｅは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々を、光軸ＡＸｅに対して収斂するように反射する。その結果、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、基板４１に対して斜入射する。反射面５４１ｅは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）が基板４１上の同じ位置に入射する（つまり、照射される）ように、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）を反射する。具体的には、反射面５４１ｅは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）が基板４１上に設定されている後述する反射面５３２ｅの中心Ｃに入射するように、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）を反射する。このため、光源５１ａ−１から５１ａ−４、ハーフミラー５２ａ、反射光学素子５３ｅ及び反射光学素子５４ｅは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）を基板４１上の同じ位置に入射させることが可能な配置位置に配置されている。第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の照射位置にアライメントマークＭが位置する場合には、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、同じアライメントマークＭに照射される。尚、反射面５４１ｅをＺ軸方向から見た形状は、輪帯形状であってもよい。すなわち、第１部分５４１ｅ−１から第４部分５４１ｅ−４は一体であってもよい。
【０１１６】  第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）が照射されたアライメントマークＭからは、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）から０次反射光Ｌ２（ＲＸ：０）及び−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）から−１次回折光Ｌ２（ＲＸ：−１）が出射する。アライメントマークＭから出射した−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）から−１次回折光Ｌ２（ＲＸ：−１）の夫々は、反射光学素子５３ｅの反射面５３２ｅに入射する。反射面５３２ｅは、上述した反射光学素子５３ａの反射面５３１ａの特性と同じ特性を有する。反射面５３２ｅは、凹状の球面ミラーである。反射面５３２ｅを構成する球面ミラーの中心Ｃは、基板４１の表面と光軸ＡＸｅとの交点に位置する。このため、反射面５３２ｅは、中心Ｃから出射してくる出射光Ｌ２を、中心Ｃに向けて反射する。
【０１１７】  更に、第５実施形態においても、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々のフォーカス位置（言い換えれば、照射位置又は入射位置）は、中心Ｃに合わせられている。ここで、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）が互いに交差する位置をフォーカス位置と称してもよい。また、反射面５４１ｅ及び反射面５３１ｅで構成される光学系（対物光学系）の後側焦点位置をフォーカス位置と称してもよい。このため、光源５１ａ−１から５１ａ−４、ハーフミラー５２ａ、反射光学素子５３ｅ及び反射光学素子５４ｅは、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々のフォーカス位置が中心Ｃに一致するように配置されている。その結果、中心ＣにアライメントマークＭが位置する場合には、アライメントマークＭ（つまり、中心Ｃ）から出射した出射光Ｌ２は、反射面５３２ｅに反射された後に、中心Ｃに再び戻ってくる。つまり、−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）は、光軸ＡＸｅから発散するように、アライメントマークＭから出射する。アライメントマークＭから出射した−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）は、反射面５３２ｅに反射された後に、中心Ｃに再び戻ってくる。このとき、反射面５３２ｅは、光軸ＡＸｅから発散していた−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）を、光軸ＡＸｅに収斂するように反射する。その他の回折光Ｌ２についても同様である。
【０１１８】  第５実施形態においても、第１実施形態と同様に、計測光Ｌ１は、夫々が異なる波長を有する複数のレーザ光を含んでいる。このため、アライメントマークＭからは、複数のレーザ光の夫々の−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）が、夫々異なる回折角度で出射する。しかしながら、第５実施形態においても、第１実施形態と同様に、複数の−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）の回折角度が波長に応じて変動する場合であっても、複数の−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）が反射面５３２ｅによって反射される限りは、全ての−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）は同じ位置に戻ってくる。その他の回折光Ｌ２についても同様である。
【０１１９】  反射面５３２ｅが反射した−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）が照射されたアライメントマークＭからは、光軸ＡＸｅから発散するように、干渉光Ｌ３（Ｙａ）が出射する。アライメントマークＭから出射した干渉光Ｌ３（Ｙａ）は、ハーフミラー５２ａから基板４１に向かって伝搬する第１計測光Ｌ１（ＬＹ）の光路と平行な（或いは、同一の）光路を伝搬してハーフミラー５２ａに向かう。つまり、干渉光Ｌ３（Ｙａ）は、反射面５４１ｅの第１部分５４１ｅ−１によって反射される。その結果、光軸ＡＸｅから発散していた干渉光Ｌ３（Ｙａ）は、光軸Ａｘｅに収斂するように、反射面５３１ｅに向かって伝搬する。その後、干渉光Ｌ３（Ｙａ）は、反射面５３１ｅによって反射される。反射面５３１ｅによって反射された干渉光Ｌ３（Ｙａ）は、ハーフミラー５２ａを通過する。その結果、干渉光Ｌ３（Ｙａ）は、受光器５５ｃに入射する。
【０１２０】  反射面５３２ｅが反射した−１次回折光Ｌ２（ＲＹ：−１）が照射されたアライメントマークＭからは、光軸ＡＸｅから発散するように、干渉光Ｌ３（Ｙｂ）が出射する。アライメントマークＭから出射した干渉光Ｌ３（Ｙｂ）は、ハーフミラー５２ａから基板４１に向かって伝搬する第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の光路と平行な（或いは、同一の）光路を伝搬してハーフミラー５２ａに向かう。つまり、干渉光Ｌ３（Ｙｂ）は、反射面５４１ｅの第２部分５４１ｅ−２によって反射される。その結果、光軸ＡＸｅから発散していた干渉光Ｌ３（Ｙｂ）は、光軸Ａｘｅに収斂するように、反射面５３１ｅに向かって伝搬する。その後、干渉光Ｌ３（Ｙｂ）は、反射面５３１ｅによって反射される。反射面５３１ｅによって反射された干渉光Ｌ３（Ｙｂ）は、ハーフミラー５２ａを通過する。その結果、干渉光Ｌ３（Ｙｂ）は、受光器５５ｃに入射する。
【０１２１】  反射面５３２ｅが反射した−１次回折光Ｌ２（ＬＸ：−１）が照射されたアライメントマークＭからは、光軸ＡＸｅから発散するように、干渉光Ｌ３（Ｘａ）が出射する。アライメントマークＭから出射した干渉光Ｌ３（Ｘａ）は、ハーフミラー５２ａから基板４１に向かって伝搬する第３計測光Ｌ１（ＬＸ）の光路と平行な（或いは、同一の）光路を伝搬してハーフミラー５２ａに向かう。つまり、干渉光Ｌ３（Ｘａ）は、反射面５４１ｅの第３部分５４１ｅ−３によって反射される。その結果、光軸ＡＸｅから発散していた干渉光Ｌ３（Ｘａ）は、光軸Ａｘｅに収斂するように、反射面５３１ｅに向かって伝搬する。その後、干渉光Ｌ３（Ｘａ）は、反射面５３１ｅによって反射される。反射面５３１ｅによって反射された干渉光Ｌ３（Ｘａ）は、ハーフミラー５２ａを通過する。その結果、干渉光Ｌ３（Ｘａ）は、受光器５５ｃに入射する。
【０１２２】  反射面５３２ｅが反射した−１次回折光Ｌ２（ＲＸ：−１）が照射されたアライメントマークＭからは、光軸ＡＸｅから発散するように、干渉光Ｌ３（Ｘｂ）が出射する。アライメントマークＭから出射した干渉光Ｌ３（Ｘｂ）は、ハーフミラー５２ａから基板４１に向かって伝搬する第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の光路と平行な（或いは、同一の）光路を伝搬してハーフミラー５２ａに向かう。つまり、干渉光Ｌ３（Ｘｂ）は、反射面５４１ｅの第４部分５４１ｅ−４によって反射される。その結果、光軸ＡＸｅから発散していた干渉光Ｌ３（Ｘｂ）は、光軸Ａｘｅに収斂するように、反射面５３１ｅに向かって伝搬する。その後、干渉光Ｌ３（Ｘｂ）は、反射面５３１ｅによって反射される。反射面５３１ｅによって反射された干渉光Ｌ３（Ｘｂ）は、ハーフミラー５２ａを通過する。その結果、干渉光Ｌ３（Ｘｂ）は、受光器５５ｃに入射する。
【０１２３】  このような第５実施形態のアライメント系５ｅは、第４実施形態のアライメント系５ｄが享受することができる効果と同様の効果を適切に享受することができる。更に、第５実施形態のアライメント系５ｅは、第４実施形態のアライメント系５ｄと比較して、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々の基板４１への入射角度を大きくすることができる。つまり、基板４１に第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）を射出する光学系の開口数を大きくすることができる。
【０１２４】  尚、第５実施形態において、図１２に示すように、反射光学素子５３ｅ（反射面５３２ｅ）は複数の開口５３３ｅを備えるものであってもよい。この場合、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、少なくとも一つの開口５３３ｅを介して基板４１に照射される。干渉光Ｌ３（Ｙａ）から干渉光Ｌ３（Ｘｂ）の夫々は、少なくとも一つの開口５３３ｅを介して反射光学素子５４ｅに入射する。
【０１２５】  尚、第５実施形態において、反射光学素子５４ｅ及び反射面５３１ｅに代えて、反射型の対物光学系、或いは反射屈折型の対物光学系を適用してもよい。これら反射型又は反射屈折型の対物光学系は中心遮蔽型であってもよい。例えば米国特許公開第２００６／０１５８７２０号公報、米国特許公開第２０１２／０１４０３５３号公報、及び米国特許第６，８９４，８３４号公報に開示された光学系などを対物光学系に適用してもよい。
【０１２６】  （２−６）第６実施形態のアライメント系５ｆの構成  続いて、図１３から図１５（ｂ）を参照しながら、第６実施形態のアライメント系５ｆの構成について説明する。尚、第１実施形態から第５実施形態で説明済みの部材と同一の部材については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１２７】  図１３から図１５（ｂ）に示すように、アライメント系５ｆは、４つの光源５１ａ（つまり、光源５１ａ−１、光源５１ａ−２、光源５１ａ−３及び光源５１ａ−４）と、偏光ビームスプリッタ５２ｆと、１／４波長板５３ｆと、対物レンズ５４ｆと、受光器５５ｃと、コーナーキューブ５６ｆと、４つのハーフミラー５７ｆ（つまり、ハーフミラー５７ｆ−１、ハーフミラー５７ｆ−２、ハーフミラー５７ｆ−３及びハーフミラー５７ｆ−４）とを備えている。尚、これらの光源５１ａ−１〜５１ａ−４のそれぞれは、第１実施形態の光源５１ａと同じものを用いてもよい。また、第１実施形態の光源５１ａからの計測光を光ファイバで４分岐したものを光源５１ａ−１〜５１ａ−４からの計測光Ｌ１の代わりに用いてもよい。
【０１２８】  光源５１ａ−１が出射した第１計測光Ｌ１（ＬＹ）は、ハーフミラー５７ｆ−２を通過した後に、偏光ビームスプリッタ５２ｆに入射する。このため、ハーフミラー５７ｆ−２は、光源５１ａ−１と偏光ビームスプリッタ５２ｆとの間における第１計測光Ｌ１（ＬＹ）の光路上に位置する。光源５１ａ−２が出射した第２計測光Ｌ１（ＲＹ）は、ハーフミラー５７ｆ−１を通過した後に、偏光ビームスプリッタ５２ｆに入射する。このため、ハーフミラー５７ｆ−１は、光源５１ａ−２と偏光ビームスプリッタ５２ｆとの間における第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の光路上に位置する。光源５１ａ−３が出射した第３計測光Ｌ１（ＬＸ）は、ハーフミラー５７ｆ−４を通過した後に、偏光ビームスプリッタ５２ｆに入射する。このため、ハーフミラー５７ｆ−４は、光源５１ａ−３と偏光ビームスプリッタ５２ｆとの間における第３計測光Ｌ１（ＬＸ）の光路上に位置する。光源５１ａ−４が出射した第４計測光Ｌ１（ＲＸ）は、ハーフミラー５７ｆ−３を通過した後に、偏光ビームスプリッタ５２ｆに入射する。このため、ハーフミラー５７ｆ−３は、光源５１ａ−４と偏光ビームスプリッタ５２ｆとの間における第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の光路上に位置する。
【０１２９】  偏光ビームスプリッタ５２ｆは、光源５１ａ−１から５１ａ−４が夫々出射した第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々のうちの第１偏光（例えば、ｓ偏光）を、１／４波長板５３ｆに向けて反射する。一方で、偏光ビームスプリッタ５２ｆは、光源５１ａ−１から５１ａ−４が夫々出射した第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々のうちの第２偏光（例えば、ｐ偏光）を透過する。尚、説明の便宜上、図１３では、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の詳細な光路が省略されている。第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第２計測光Ｌ１（ＲＹ）の詳細な光路は、図１４に記載されている。また、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の詳細な光路は、図１５に記載されている。尚、各光源５１ａ−１から５１ａ−４は、それぞれ、偏光ビームスプリッタ５２ｆの偏光分離面に対してｓ偏光である第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）を出射してもよい。
【０１３０】  偏光ビームスプリッタ５２ｆが反射した第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、１／４波長板５３ｆを通過する。１／４波長板５３ｆは、偏光ビームスプリッタ５２ｆから基板４１に至る第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の光路上であって且つ偏光ビームスプリッタ５２ｆと対物レンズ５４ｆとの間に位置する。１／４波長板５３ｆを通過した第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、対物レンズ５４ｆに入射する。対物レンズ５４ｆは、偏光ビームスプリッタ５２ｆから基板４１に至る第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の光路上であって１／４波長板５３ｆと基板４１との間に位置する。対物レンズ５４ｆは、上述した対物レンズ５３ｃと同様に、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々を屈折させる。その結果、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、基板４１に対して斜入射する。ここで、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の対物レンズ５４ｆの光軸に対する角度（ひいては、アライメント系５ｆの光軸に対する角度）は互いに異なる。このとき、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の対物レンズ５４ｆの光軸に対する角度の絶対値は互いに等しくてもよく、互いに異なっていてもよい。尚、この対物レンズ５４ｆは偏向光学系と称することができる。更に、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、基板４１上の同じ位置に入射する。このため、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の照射位置にアライメントマークＭが位置する場合には、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の夫々は、同じアライメントマークＭに照射される。
【０１３１】  図１４（ａ）に示すように、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）が照射されたアライメントマークＭからは、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）及び−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）が出射する。
【０１３２】  アライメントマークＭからの０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、対物レンズ５４ｆ及び１／４波長板５３ｆを通過した後に、偏光ビームスプリッタ５２ｆに入射する。偏光ビームスプリッタ５２ｆに入射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、計測光Ｌ１（ＬＹ）の１／４波長板５３ｆの通過、計測光Ｌ１（ＬＹ）の基板４１での反射、及び、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）の１／４波長板５３ｆの通過に起因して、第２偏光の直線偏光となっている。このため、偏光ビームスプリッタ５２ｆに入射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、偏光ビームスプリッタ５２ｆを通過する。偏光ビームスプリッタ５２ｆを通過した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、偏光ビームスプリッタ５２ｆから見て基板４１の逆側に配置されているコーナーキューブ５６ｆに入射する。コーナーキューブ５６ｆに入射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、コーナーキューブ５６ｆが備える３つの反射面によって再帰反射される。コーナーキューブ５６ｆが再帰反射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、偏光ビームスプリッタ５２ｆ、１／４波長板５３ｆ及び対物レンズ５４ｆを通過して、基板４１に照射される。ここで、コーナーキューブ５６ｆが再帰反射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）の進行方向は、コーナーキューブ５６ｆに入射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）の進行方向と逆向きである。言い換えると、コーナーキューブ５６ｆが再帰反射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）の光路とコーナーキューブ５６ｆに入射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）の光路とは互いに平行である。このコーナーキューブ５６ｆは折り返し光学系と称することができる。尚、コーナーキューブ５６ｆに代えて、不完全コーナーキューブを用いてもよい。この場合、不完全コーナーキューブが反射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）の光路と不完全コーナーキューブに入射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）の光路とは平行ではない。このような不完全コーナーキューブは、コーナーキューブ５６ｆの入射面及び射出面の少なくとも一方にクサビ型プリズムを設けることによって実現できる。
【０１３３】  第６実施形態では、対物レンズ５４ｆの射出側、言い換えるとアライメント系５ｆのアライメントマークＭ側において、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）が照射されたアライメントマークＭからの反射光の光路（図１４（ａ）に示す例では、基板４１からコーナーキューブ５６ｆに向かう０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）の光路）と、当該反射光がアライメントマークＭに再度向かう際の光路（図１４（ａ）に示す例では、コーナーキューブ５６ｆから基板４１に向かう０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）の光路）とが、対物レンズ５４ｆの光軸に対して対称となっている。これによって、アライメントマークＭのピッチが所定のピッチから変わった場合においてもアライメント動作を実現することができる。後述する第２計測光Ｌ１（ＲＹ）、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）及び第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の反射光Ｌ２についても同様である。
【０１３４】  第６実施形態では、コーナーキューブ５６ｆからの０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、コーナーキューブ５６ｆに向かって０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）が出射した位置と同じ位置に照射される。逆に言えば、コーナーキューブ５６ｆが反射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）が、当該０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）が出射した位置に照射されるように、偏光ビームスプリッタ５２ｆ、１／４波長板５３ｆ、対物レンズ５４ｆ及びコーナーキューブ５６ｆが配置されている。なお、コーナーキューブ５６ｆからの０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、コーナーキューブ５６ｆに向かって０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）が出射した位置と異なる位置に照射されてもよい。例えばコーナーキューブ５６ｆからの０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）が照射される領域とコーナーキューブ５６ｆに向かって０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）が出射した領域とが一部重複していてもよい。
【０１３５】  コーナーキューブ５６ｆが反射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）が、当該０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）が出射した位置に照射される場合には、夫々が異なる波長を有する複数の光成分を０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）が含んでいる場合であっても、当該複数の光成分が基板４１上の同じ位置に照射される。つまり、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）に含まれる複数の光成分が基板４１から夫々異なる出射角度で出射する場合であっても、当該複数の光成分は、コーナーキューブ５６ｆを介して基板４１上の同じ位置に照射される。
【０１３６】  コーナーキューブ５６ｆが反射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）が基板４１によって再度反射された場合には、当該０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、対物レンズ５４ｆ及び１／４波長板５３ｆを通過して、偏光ビームスプリッタ５２ｆに入射する。偏光ビームスプリッタ５２ｆに入射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）の１／４波長板５３ｆの２回の通過及び０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）の基板４１での反射に起因して、第１偏光の直線偏光となっている。このため、偏光ビームスプリッタ５２ｆに入射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、偏光ビームスプリッタ５２ｆによって反射される。偏光ビームスプリッタ５２ｆが反射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、ハーフミラー５７ｆ−１によって反射される。ハーフミラー５７ｆ−１が反射した０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）は、受光器５５ｃ（特に、分光器５５１ｃ）に入射する。
【０１３７】  一方で、−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）もまた、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）と同様に、対物レンズ５４ｆ、１／４波長板５３ｆ及び偏光ビームスプリッタ５２ｆを通過し、その後コーナーキューブ５６ｆによって再帰反射され、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆ、１／４波長板５３ｆ及び対物レンズ５４ｆを通過し、その後基板４１によって回折され、その後対物レンズ５４ｆ及び１／４波長板５３ｆを通過し、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆによって反射され、その後ハーフミラー５７ｆ−１によって反射され、その後受光器５５ｃ（特に、分光器５５１ｃ）に入射する。−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）についても、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）と同様に、対物レンズ５４ｆの射出側、言い換えるとアライメント系５ｆのアライメントマークＭ側において、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）が照射されたアライメントマークＭからの回折光の光路（図１４（ａ）に示す例では、基板４１からコーナーキューブ５６ｆに向かう−１次反射光Ｌ２（ＬＹ：−１）の光路）と、当該回折光がアライメントマークＭに再度向かう際の光路（図１４（ａ）に示す例では、コーナーキューブ５６ｆから基板４１に向かう−１次反射光Ｌ２（ＬＹ：−１）の光路）とが、対物レンズ５４ｆの光軸に対して対称となっている。これによって、アライメントマークＭのピッチが所定のピッチから変わった場合においてもアライメント動作を実現することができる。後述する第２計測光Ｌ１（ＲＹ）、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）及び第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の回折光Ｌ２についても同様である。
【０１３８】  ここで、夫々が異なる波長を有する複数の光成分を第１計測光Ｌ１（ＬＹ）が含んでいる場合、−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）の回折角度は波長に依存して異なる。しかしながら、アライメントマークＭで回折された後にコーナーキューブ５６ｆで再帰反射された−１次回折光（ＬＹ：−１）は、対物レンズ５４ｆを介しては、波長に依存して異なる入射角度で再びアライメントマークＭに入射する。その後、アライメントマークＭに再び入射した−１次回折光（ＬＹ：−１）は、アライメントマークＭで２度目の回折を受け、その後、波長に依存せずに同一進行方向に進行する。従って、コーナーキューブ５６ｆは、対物レンズ５４ｆと組み合わせられることで、上述した反射光学素子５３ａ（或いは、反射光学素子５４ｃ又は５３ｅ）と同じ機能を有し得る。
【０１３９】  受光器５５ｃ（特に、分光器５５１ｃ）には、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）と−１次回折光Ｌ２（ＬＹ：−１）とが干渉することで得られる干渉光Ｌ３（Ｙｃ）が入射する。分光器５５１ｃは、干渉光Ｌ３（Ｙｃ）を分光する。分光器５５１ｃが分光した干渉光Ｌ３（Ｙｃ）は、受光素子５５５ｃの受光面に入射する。このため、受光素子５５５ｃは、干渉光Ｌ３（Ｙｃ）に含まれる複数の光成分を同時に受光することができる。受光素子５５５ｃの受光結果は、マーク検出情報（以下、便宜上、“マーク検出情報＃Ｙｃ”と称する）として、制御装置６に出力される。
【０１４０】  図１４（ｂ）に示すように、第２計測光Ｌ１（ＲＹ）が照射されたアライメントマークＭからは、０次反射光Ｌ２（ＲＹ：０）及び−１次回折光Ｌ２（ＲＹ：−１）が出射する。
【０１４１】  ０次反射光Ｌ２（ＲＹ：０）は、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）と同様に、対物レンズ５４ｆ、１／４波長板５３ｆ及び偏光ビームスプリッタ５２ｆを通過し、その後コーナーキューブ５６ｆによって再帰反射され、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆ、１／４波長板５３ｆ及び対物レンズ５４ｆを通過し、その後基板４１によって反射され、その後対物レンズ５４ｆ及び１／４波長板５３ｆを通過し、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆによって反射され、その後ハーフミラー５７ｆ−２によって反射され、その後受光器５５ｃ（特に、分光器５５２ｃ）に入射する。
【０１４２】  一方で、−１次回折光Ｌ２（ＲＹ：−１）もまた、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）と同様に、対物レンズ５４ｆ、１／４波長板５３ｆ及び偏光ビームスプリッタ５２ｆを通過し、その後コーナーキューブ５６ｆによって再帰反射され、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆ、１／４波長板５３ｆ及び対物レンズ５４ｆを通過し、その後基板４１によって回折され、その後対物レンズ５４ｆ及び１／４波長板５３ｆを通過し、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆによって反射され、その後ハーフミラー５７ｆ−２によって反射され、その後受光器５５ｃ（特に、分光器５５２ｃ）に入射する。
【０１４３】  このため、受光器５５ｃ（特に、分光器５５２ｃ）には、０次反射光Ｌ２（ＲＹ：０）と−１次回折光Ｌ２（ＲＹ：−１）とが干渉することで得られる干渉光Ｌ３（Ｙｄ）が入射する。分光器５５２ｃは、干渉光Ｌ３（Ｙｄ）を分光する。分光器５５２ｃが分光した干渉光Ｌ３（Ｙｄ）は、受光素子５５６ｃの受光面に入射する。このため、受光素子５５６ｃは、干渉光Ｌ３（Ｙｄ）に含まれる複数の光成分を同時に受光することができる。受光素子５５６ｃの受光結果は、マーク検出情報（以下、便宜上、“マーク検出情報＃Ｙｄ”と称する）として、制御装置６に出力される。
【０１４４】  図１５（ａ）に示すように、第３計測光Ｌ１（ＬＸ）が照射されたアライメントマークＭからは、０次反射光Ｌ２（ＬＸ：０）及び−１次回折光Ｌ２（ＬＸ：−１）が出射する。
【０１４５】  ０次反射光Ｌ２（ＬＸ：０）は、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）と同様に、対物レンズ５４ｆ、１／４波長板５３ｆ及び偏光ビームスプリッタ５２ｆを通過し、その後コーナーキューブ５６ｆによって再帰反射され、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆ、１／４波長板５３ｆ及び対物レンズ５４ｆを通過し、その後基板４１によって反射され、その後対物レンズ５４ｆ及び１／４波長板５３ｆを通過し、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆによって反射され、その後ハーフミラー５７ｆ−３によって反射され、その後受光器５５ｃ（特に、分光器５５３ｃ）に入射する。
【０１４６】  一方で、−１次回折光Ｌ２（ＬＸ：−１）もまた、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）と同様に、対物レンズ５４ｆ、１／４波長板５３ｆ及び偏光ビームスプリッタ５２ｆを通過し、その後コーナーキューブ５６ｆによって再帰反射され、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆ、１／４波長板５３ｆ及び対物レンズ５４ｆを通過し、その後基板４１によって反射又は回折され、その後対物レンズ５４ｆ及び１／４波長板５３ｆを通過し、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆによって反射され、その後ハーフミラー５７ｆ−３によって反射され、その後受光器５５ｃ（特に、分光器５５３ｃ）に入射する。
【０１４７】  このため、受光器５５ｃ（特に、分光器５５３ｃ）には、０次反射光Ｌ２（ＬＸ：０）と−１次回折光Ｌ２（ＬＸ：−１）とが干渉することで得られる干渉光Ｌ３（Ｘｃ）が入射する。分光器５５３ｃは、干渉光Ｌ３（Ｘｃ）を分光する。分光器５５３ｃが分光した干渉光Ｌ３（Ｘｃ）は、受光素子５５７ｃの受光面に入射する。このため、受光素子５５７ｃは、干渉光Ｌ３（Ｘｃ）に含まれる複数の光成分を同時に受光することができる。受光素子５５７ｃの受光結果は、マーク検出情報（以下、便宜上、“マーク検出情報＃Ｘｃ”と称する）として、制御装置６に出力される。
【０１４８】  図１５（ｂ）に示すように、第４計測光Ｌ１（ＲＸ）が照射されたアライメントマークＭからは、０次反射光Ｌ２（ＲＸ：０）及び−１次回折光Ｌ２（ＲＸ：−１）が出射する。
【０１４９】  ０次反射光Ｌ２（ＲＸ：０）は、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）と同様に、対物レンズ５４ｆ、１／４波長板５３ｆ及び偏光ビームスプリッタ５２ｆを通過し、その後コーナーキューブ５６ｆによって再帰反射され、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆ、１／４波長板５３ｆ及び対物レンズ５４ｆを通過し、その後基板４１によって反射され、その後対物レンズ５４ｆ及び１／４波長板５３ｆを通過し、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆによって反射され、その後ハーフミラー５７ｆ−４によって反射され、その後受光器５５ｃ（特に、分光器５５４ｃ）に入射する。
【０１５０】  一方で、−１次回折光Ｌ２（ＲＸ：−１）もまた、０次反射光Ｌ２（ＬＹ：０）と同様に、対物レンズ５４ｆ、１／４波長板５３ｆ及び偏光ビームスプリッタ５２ｆを通過し、その後コーナーキューブ５６ｆによって再帰反射され、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆ、１／４波長板５３ｆ及び対物レンズ５４ｆを通過し、その後基板４１によって反射又は回折され、その後対物レンズ５４ｆ及び１／４波長板５３ｆを通過し、その後偏光ビームスプリッタ５２ｆによって反射され、その後ハーフミラー５７ｆ−４によって反射され、その後受光器５５ｃ（特に、分光器５５４ｃ）に入射する。
【０１５１】  このため、受光器５５ｃ（特に、分光器５５４ｃ）には、０次反射光Ｌ２（ＲＸ：０）と−１次回折光Ｌ２（ＲＸ：−１）とが干渉することで得られる干渉光Ｌ３（Ｘｄ）が入射する。分光器５５４ｃは、干渉光Ｌ３（Ｘｄ）を分光する。分光器５５４ｃが分光した干渉光Ｌ３（Ｘｄ）は、受光素子５５８ｃの受光面に入射する。このため、受光素子５５８ｃは、干渉光Ｌ３（Ｘｄ）に含まれる複数の光成分を同時に受光することができる。受光素子５５８ｃの受光結果は、マーク検出情報（以下、便宜上、“マーク検出情報＃Ｘｄ”と称する）として、制御装置６に出力される。
【０１５２】  その結果、制御装置６は、アライメント系５ｆから出力される４つのマーク検出情報を用いて、アライメント動作を行うことができる。具体的には、制御装置６は、マーク検出情報＃Ｙｃ及び＃Ｙｄを用いて、Ｙ軸方向に沿ったアライメントマークＭ（格子マークＭＹ）の位置を示すマーク位置情報＃Ｙを取得することができる。同様に、制御装置６は、マーク検出情報＃Ｘｃ及び＃Ｘｄを用いて、Ｘ軸方向に沿ったアライメントマークＭ（格子マークＭＸ）の位置を示すマーク位置情報＃Ｘを取得する。更に制御装置６は、マーク検出情報＃Ｙｃ及び＃Ｙｄに基づいて、マーク検出情報＃Ｙｃ及び＃Ｙｄのうちの少なくとも一つを変更することができる。更に、制御装置６は、マーク検出情報＃Ｘｃ及び＃Ｘｄに基づいて、マーク検出情報＃Ｘｃ及び＃Ｘｄのうちの少なくとも一つを変更することができる。
【０１５３】  第６実施形態において、制御装置６は、アライメント系５ｆから出力される４つのマーク検出情報を用いて、マーク形状の非対称性を計測することもできる。尚、このようなマーク形状の非対称性を計測するときには、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）の光軸に対する角度が互いに異なっていてもよい。このマーク形状の非対称性の測定結果を用いて、アライメントマークＭの位置を示すマーク位置情報を修正することができる。
【０１５４】  このような第６実施形態のアライメント系５ｆは、第３実施形態のアライメント系５ｃが享受することができる効果と同様の効果を適切に享受することができる。加えて、第６実施形態では、上述した第１実施形態から第５実施形態と比較して、０次反射光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ２が基板４１とコーナーキューブ５６ｆとの間を往復するがゆえに、０次反射光Ｌ２及び−１次回折光Ｌ２の光路長差が相対的に小さくなる。このため、第６実施形態のアライメント系５ｆは、計測光Ｌ１のコヒーレント長が相対的に短い場合であっても、アライメント動作を適切に行うことができる。
【０１５５】  （２−７）第７実施形態のアライメント系５ｇの構成  続いて、図１６を参照しながら、第７実施形態のアライメント系５ｇの構成について説明する。尚、第１実施形態から第６実施形態で説明済みの部材と同一の部材については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１５６】  上述した第１実施形態のアライメント系５ａは、アライメントマークＭからの±１次回折光Ｌ２（±１）を基板４１上の同じ位置（同じアライメントマークＭ）に戻している。第２実施形態から第６実施形態においても同様である。一方で、第７実施形態のアライメント系５ｇは、アライメントマークＭからの±１次回折光Ｌ２（±１）を基板４１に戻さない。
【０１５７】  図１６に示すように、アライメント系５ｇは、光源５１ａと、ハーフミラー５２ａと、回折格子５３ｇと、受光器５５ｇとを備えている。光源５１ａが出射した計測光Ｌ１は、ハーフミラー５２ａによって反射される。ハーフミラー５２ａが反射した計測光Ｌ１は、回折格子５３ｇに形成された開口５３１ｇを通過する。このため、回折格子５３ｇは、ハーフミラー５２ａから基板４１に至る計測光Ｌ１の光路上に開口５３１ｇが位置するように、ハーフミラー５２ａと基板４１との間に配置される。開口５３１ｇを通過した計測光Ｌ１は、基板４１の表面に対して垂直に入射する。このため、開口５３１ｇの下方にアライメントマークＭが位置する場合には、アライメントマークＭからは、計測光Ｌ１の±１次回折光Ｌ２（±１）が出射する。
【０１５８】  ここで、上述したように、計測光Ｌ１は、夫々が異なる波長を有する複数のレーザ光を含んでいる。このため、アライメントマークＭからは、複数のレーザ光の夫々の±１次回折光Ｌ２（±１）が出射する。図１６は、波長がλ３となるレーザ光の±１次回折光Ｌ２（±１：λ３）及び波長がλ４（≠λ３）となるレーザ光の±１次回折光Ｌ２（±１：λ４）がアライメントマークＭから出射する例を示している。図１６に示す例では、±１次回折光Ｌ２（±１：λ３）の基板４１からの回折角度は、±１次回折光Ｌ２（±１：λ４）の基板４１からの回折角度よりも大きい。
【０１５９】  複数の±１次回折光Ｌ２（±１）は、回折格子５３ｇに入射する。回折格子５３ｇは、所望のピッチΛＹで第１方向（例えば、Ｙ軸方向）に並ぶように形成された格子と、所望のピッチΛＸで第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に並ぶように形成された格子とを備えている。つまり、回折格子５３ｇは、格子マークＭＹのピッチΛＹと同じピッチの格子と、格子マークＭＸのピッチΛＸと同じピッチの格子とを備えている。
【０１６０】  回折角度が相対的に大きい±１次回折光Ｌ２（±１：λ３）の回折格子５３ｇでの回折角は、回折角度が相対的に小さい±１次回折光Ｌ２（±１：λ４）の回折格子５３ｇでの回折角よりも大きくなる。このため、回折格子５３ｇからは、＋１次回折光Ｌ２（＋１：λ３）の−１次回折光Ｌ４（−１：λ３）及び−１次回折光Ｌ２（−１：λ３）の＋１次回折光Ｌ４（＋１：λ３）が出射する。更に、回折格子５３ｇからは、＋１次回折光Ｌ２（＋１：λ４）の−１次回折光Ｌ４（−１：λ４）及び−１次回折光Ｌ２（−１：λ４）の＋１次回折光Ｌ４（＋１：λ４）が出射する。
【０１６１】  ±１次回折光Ｌ４（±１：λ３）及び±１次回折光Ｌ４（±１：λ４）は、互いに異なる一方で互いに平行な複数の光路を夫々伝搬するように、回折格子５３ｇから出射する。±１次回折光Ｌ４（±１：λ３）及び±１次回折光Ｌ４（±１：λ４）は、ハーフミラー５２ａを透過する。その結果、±１次回折光Ｌ４（±１：λ３）及び±１次回折光Ｌ４（±１：λ４）は、受光器５５ｇに入射する。
【０１６２】  受光器５５ｇは、受光素子５５４ｇを備えている。受光素子５５４ｇの受光面の構成は、上述した第１受光面５５５ａの構成と同様である。つまり、受光素子５５４ｇの受光面は、回折格子５３ｇから受光器５５ｇに向かって伝搬してくる複数の回折光Ｌ４を夫々受光するための複数の受光領域５５５ｇに分割されている。例えば、受光素子５５４ｇの受光面は、少なくとも、＋１次回折光Ｌ４（＋１：λ３）を受光するための受光領域５５５ｇ＃１と、＋１次回折光Ｌ４（＋１：λ４）を受光するための受光領域５５５ｇ＃２と、−１次回折光Ｌ４（−１：λ３）を受光するための受光領域５５５ｇ＃３と、−１次回折光Ｌ４（−１：λ４）を受光するための受光領域５５５ｇ＃４とに分割されている。このため、夫々が異なる波長を有する複数の光成分を計測光Ｌ１が含む場合であっても、受光素子５５４ｇは、複数の光成分を同時に受光することができる。受光素子５５４ｇの受光結果は、マーク検出情報として、制御装置６に出力される。
【０１６３】  このような第７実施形態のアライメント系５ｇは、アライメントマークＭの検出結果であるマーク検出情報を適切に取得することができる。その結果、制御装置６は、マーク検出情報に基づいてアライメント動作を適切に行うことができる。
【０１６４】  更に、第７実施形態では、回折格子５３ｇは、格子マークＭＹのピッチΛＹと同じピッチの格子と、格子マークＭＸのピッチΛＸと同じピッチの格子とを備えている。このため、回折格子５３ｇからは、互いに異なる一方で互いに平行な複数の光路を夫々伝搬する±１次回折光Ｌ４（±１：λ３）及び±１次回折光Ｌ４（±１：λ４）が出射する。このため、夫々が異なる波長を有する複数のレーザ光を計測光Ｌ１が含む場合であっても、受光器５５ｇは、複数の波長に夫々対応する複数の±１次回折光Ｌ４（±１）を受光することができる。このため、単一の波長を有する計測光Ｌ１を用いてマーク検出情報を取得する場合と比較して、より精度の高いマーク検出情報が取得可能である。或いは、夫々が異なる波長を有する複数の計測光Ｌ１を順次照射することでマーク検出情報を取得する場合と比較して、マーク検出情報を取得するために要する時間が短くなる。
【０１６５】  尚、回折格子５３ｇと基板４１との間の光路に１／４波長板を配置してもよい。この場合には、計測光Ｌ１及び±１次回折光Ｌ２が１／４波長板を通過する。この場合、ハーフミラー５２ａを偏光ビームスプリッタとしてもよく、偏光ビームスプリッタの偏光分離面で反射される計測光Ｌ１を偏光分離面に対するｓ偏光としてもよい。
【０１６６】  また、第７実施形態において、図１７に示すように、計測光Ｌ１を基板４１に対して斜入射させてもよい。尚、図１７において、先の実施形態で説明済みの部材と同一の部材については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１６７】  図１７に示すように、アライメント系５ｈは、第３実施形態と同様の光源５１ａ−１〜５１ａ−４を備えている。光源５１ａ−１からの計測光Ｌ１（ＬＹ）は、ハーフミラー５２ａで反射された後、回折格子５３ｇで回折されて基板４１上のアライメントマークＭに達する。また、光源５１ａ−２からの計測光Ｌ１（ＲＹ）は、ハーフミラー５２ａで反射された後、回折格子５３ｇで回折されて基板４１上のアライメントマークＭに達する。尚、図１７では不図示ではあるが、光源５１ａ−３からの計測光Ｌ１（ＬＸ）及び光源５１ａ−４からの計測光Ｌ１（ＲＸ）も回折格子５３ｇで回折されて基板４１上のアライメントマークＭに達する。
【０１６８】  基板４１上で反射された計測光及び基板４１上のアライメントマークＭで回折された計測光は、共に回折格子５３ｇで回折され、ハーフミラー５２ａを介して受光器５５ｃに入射する。
【０１６９】  ここで、回折格子５３ｇがアライメントマークＭのピッチと同じピッチであるため、夫々が異なる波長を有する複数のレーザ光を計測光Ｌ１が含む場合であっても、受光器５５ｃは、複数の波長に夫々対応する複数の±１次回折光を受光することができる。このため、単一の波長を有する計測光Ｌ１を用いてマーク検出情報を取得する場合と比較して、より精度の高いマーク検出情報が取得可能である。或いは、夫々が異なる波長を有する複数の計測光Ｌ１を順次照射することでマーク検出情報を取得する場合と比較して、マーク検出情報を取得するために要する時間が短くなる。
【０１７０】  尚、上述した露光装置ＥＸの構成（例えば、露光装置ＥＸを構成する各部材（或いは、各装置）の形状や、配置位置や、サイズや、機能等）はあくまで一例である。従って、露光装置ＥＸの構成の少なくとも一部が適宜改変されてもよい。以下、改変例の一部について説明する。
【０１７１】  計測光Ｌ１は、可視光でなくてもよい。計測光Ｌ１は、レーザ光でなくてもよい。計測光Ｌ１は、任意の光であってもよい。発光素子５１１ａは、ＬＤ素子を含んでいなくてもよい。発光素子５１１ａは、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）素子を含んでいてもよい。また、発光素子５１１ａは、広帯域光を発生する白色光源であってもよい。また、発光素子５１１ａは、このような白色光源とバンドパスフィルタやノッチフィルタとを組み合わせたものであってもよい。
【０１７２】  また、複数の発光素子５１１ａが夫々出射する複数のレーザ光（或いは、任意）光の波長の差は、少なくとも１００ｎｍでなくてもよい。例えば波長の差が少なくとも５０ｎｍであってもよい。
【０１７３】  計測光Ｌ１は、単一の波長を有する光であってもよい。この場合、光源５１ａは、合波器５１２ａを備えていなくてもよい。更には、光源５１ａは、単一の発光素子５１１ａを備えていてもよい。或いは、光源５１ａが複数の発光素子５１１ａを備えている場合には、複数の発光素子５１１ａは、互いに同時にレーザ光を出射しないように、順にレーザ光を出射してもよい。
【０１７４】  ハーフミラー５２ａは、振幅分割型のビームスプリッタ（例えば、偏光無依存ビームスプリッタやペリクルビームスプリッタ等）であってもよい。また、振幅分割型のビームスプリッタの分割比は１：１でなくともよい。また、ビームスプリッタの形状は、キューブ状であっても板状であってもよい。
【０１７５】  分光器５５１ａは、ダイクロイックミラーであってもよい。例えば複数のダイクロイックミラーを用いて光路を波長毎に分岐し、分岐された光路のそれぞれに受光素子５５４ａを設けてもよい。
【０１７６】  第１及び第２実施形態において、±１次回折光Ｌ２（±１）に加えて又は代えて、±Ｋ（但し、Ｋは２以上の整数）次回折光Ｌ２（±Ｋ）がアライメントマークＭから出射してもよい。±Ｋ次回折光Ｌ２（±Ｋ）が反射面５３１ａに到達可能な方向に向かって出射する場合には、反射面５３１ａは、±Ｋ次回折光Ｌ２（±Ｋ）を反射してもよい。その結果、受光器５５ａは、±１次回折光Ｌ２（±１）及び±Ｋ次回折光Ｌ２（±Ｋ）が干渉することで得られる干渉光Ｌ３を検出してもよい。或いは、±Ｋ次回折光Ｌ２（±Ｋ）が反射面５３１ａに到達可能な方向に向かって出射する一方で、±１次回折光Ｌ２（±１）が反射面５３１ａに到達可能な方向に向かって出射しなくてもよい。その結果、受光器５５ａは、±Ｋ次回折光Ｌ２（±Ｋ）が干渉することで得られる干渉光Ｌ３を検出してもよい。第３実施形態から第６実施形態においても同様である。つまり、第３実施形態から第６実施形態においても、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）のうちの少なくとも一つの±Ｋ次回折光Ｌ２（±Ｋ）がアライメントマークＭから出射してもよい。更には、第１計測光Ｌ１（ＬＹ）から第４計測光Ｌ１（ＲＸ）のうちの少なくとも一つの＋１次回折光Ｌ２（＋１）がアライメントマークＭから出射してもよい。
【０１７７】  第７実施形態において、±１次回折光Ｌ２（±１）に加えて又は代えて、±Ｋ次回折光Ｌ２（±Ｋ）がアライメントマークＭから出射してもよい。更に、回折格子５３ｇからは、＋１次回折光Ｌ２（＋１）の−Ｋ次回折光Ｌ４（−Ｋ）が出射してもよい。回折格子５３ｇからは、−１次回折光Ｌ２（−１）の＋Ｋ次回折光Ｌ４（＋Ｋ）が出射してもよい。回折格子５３ｇからは、＋Ｋ次回折光Ｌ２（＋Ｋ）の−１次回折光Ｌ４（−１）が出射してもよい。回折格子５３ｇからは、＋Ｋ次回折光Ｌ２（＋Ｋ）の−Ｋ’（但し、Ｋ’は、２以上の整数）次回折光Ｌ４（−Ｋ’）が出射してもよい。回折格子５３ｇからは、−Ｋ次回折光Ｌ２（−Ｋ）の＋１次回折光Ｌ４（＋１）が出射してもよい。回折格子５３ｇからは、−Ｋ次回折光Ｌ２（−Ｋ）の＋Ｋ’次回折光Ｌ４（＋Ｋ’）が出射してもよい。
【０１７８】  第７実施形態において、回折格子５３ｇは、格子マークＭＹのピッチΛＹとは異なるピッチの格子を備えていてもよい。回折格子５３ｇは、格子マークＭＸのピッチΛＸとは異なるピッチの格子を備えている。この場合、回折格子５３ｇからは、互いに異なる一方で互いに平行とはならない複数の光路を夫々伝搬する±１次回折光Ｌ４（±１：λ３）及び±１次回折光Ｌ４（±１：λ４）が出射するが、受光器５５ｇが±１次回折光Ｌ４（±１：λ３）及び±１次回折光Ｌ４（±１：λ４）を受光することができる限りは、アライメント系５ｇがマーク検出情報を取得することができることに変わりはない。
【０１７９】  第１及び第２実施形態において、制御装置６は、スキャトロメトリ計測を行わなくてもよい。この場合、制御装置６は、第２マーク検出情報を取得しなくてもよい。つまり、制御装置６は、中心Ｃが基板４１の表面と光軸ＡＸａとの交点に位置しない状態を実現するようにステージ駆動系４１を制御しなくてもよい。第３実施形態においても、制御装置６は、スキャトロメトリ計測を行わなくてもよい。この場合、アライメント系５ｃは、分光器５５１ｃ及び５５２ｃのいずれか一方並びに受光素子５５５ｃ及び５５６ｃのいずれか一方を備えていなくてもよい。更に、アライメント系５ｃは、分光器５５３ｃ及び５５４ｃのいずれか一方並びに受光素子５５７ｃ及び５５８ｃのいずれか一方を備えていなくてもよい。第４実施形態から第６実施形態においても同様である。
【０１８０】  第３及び第４実施形態において、開口５４２ｃ−１から５４２ｃ−４の少なくとも一部が一体化されていてもよい。第３実施形態において、対物レンズ５３ｃは、基板４１と反射光学素子５４ｃとの間に配置されていてもよい。第４実施形態において、反射ミラー５３ｄ−１から反射ミラー５３ｄ−４のうちの少なくとも一つは、基板４１と反射光学素子５４ｃとの間に配置されていてもよい。
【０１８１】  第５実施形態において、アライメント系５ｅは、反射面５３１ｅ及び５３２ｅの双方を備える反射光学素子５３ｅに加えて又は代えて、反射面５３１ｅを備える反射光学素子と、反射面５３２ｅを備える反射光学素子とを別個に備えていてもよい。
【０１８２】  第６実施形態において、アライメント系５ｆは、コーナーキューブ５６ｆに代えて、任意のリトロリフレクタを備えていてもよい。アライメント系５ｆは、コーナーキューブ５６ｆに代えて、２つの反射面を有する光学素子（例えば、直角プリズム）を備えていてもよい。この場合、アライメント系５ｆは、マーク検出情報＃Ｙｃ及び＃Ｙｄを取得するための０次反射光Ｌ２及び−１次反射光Ｌ２を反射するための光学素子と、マーク検出情報＃Ｘｃ及び＃Ｘｄを取得するための０次反射光Ｌ２及び−１次反射光Ｌ２を反射するための光学素子とを備えていてもよい。
【０１８３】  露光装置ＥＸは、アライメント系５を備えていなくてもよい。この場合、アライメント系５を備える計測装置が、露光装置ＥＸとは別個に用意されてもよい。計測装置がアライメント動作を行った基板４１（つまり、マーク検出情報が取得された基板４１）は、搬送装置を用いて露光装置ＥＸに搬送されてもよい。露光装置ＥＸは、計測装置が取得したマーク検出情報を用いて、複数のショット領域の位置座標の補正量を算出し、その後、基板４１を露光してもよい。或いは、アライメント系５を備える計測装置が存在する場合であっても、露光装置ＥＸは、アライメント系５を備えていてもよい。この場合、露光装置ＥＸは、計測装置が行ったアライメント動作の結果を用いて、更にアライメント動作を行ってもよい。尚、このような露光装置と当該露光装置とは別個のアライメント系とを備えた露光システムは、米国特許第４，８６１，１６２号に開示されている。
【０１８４】  アライメント系５を備える計測装置が露光装置ＥＸとは別個に用意される場合には、計測装置は、上述したスキャトロメトリ計測を行わなくてもよい。この場合、露光装置ＥＸは、計測装置が取得したマーク検出情報を用いて、スキャトロメトリ計測を行ってもよい。また、この場合において、露光装置ＥＸは、上述したスキャトロメトリ計測を行わなくてもよい。この場合、露光装置ＥＸは、計測装置が取得したマーク検出情報を用いて、アライメント動作を行ってもよい。
【０１８５】  上述の説明では、露光装置ＥＸは、所定波長の光で半導体基板等の基板４１を露光する。しかしながら、露光装置ＥＸは、電子ビームを用いて基板４１を露光するものであってもよい。
【０１８６】  上述の説明では、露光装置ＥＸは、半導体基板等の基板４１を露光する。しかしながら、露光装置ＥＸは、ガラス板、セラミック基板、フィルム部材、又は、マスクブランクス等の任意の物体を露光してもよい。露光装置ＥＸは、液晶表示素子又はディスプレイを製造するための露光装置であってもよい。露光装置ＥＸは、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（例えば、ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ及びマスク１１（或いは、レチクル）のうちの少なくとも一つを製造するための露光装置であってもよい。露光装置ＥＸは、物体に露光光ＥＬを照射することで物体に発生する光トラップ力を用いて物体を補足する光ピンセット装置であってもよい。
【０１８７】  半導体デバイス等のデバイスは、図１８に示す各ステップを経て製造されてもよい。デバイスを製造するためのステップは、デバイスの機能及び性能設計を行うステップＳ２０１、機能及び性能設計に基づいたマスク１１を製造するステップＳ２０２、デバイスの基材である基板４１を製造するステップＳ２０３、マスク１１のデバイスパターンからの露光光ＥＬで基板４１を露光し且つ露光された基板４１を現像するステップＳ２０４、デバイス組み立て処理（ダイシング処理、ボンディング処理、パッケージ処理等の加工処理）を含むステップＳ２０５及び検査ステップＳ２０６を含んでいてもよい。
【０１８８】  上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。上述の各実施形態の要件のうちの一部が用いられなくてもよい。上述の各実施形態の要件は、適宜他の実施形態の要件と置き換えることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態で引用した露光装置等に関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
【０１８９】  また、本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うマーク検出装置及びマーク検出方法、計測装置及び計測方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造装置もまた本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【０１９０】  ＥＸ  露光装置  １  マスクステージ  １１  マスク  ３  投影光学系  ４  基板ステージ  ４１  基板  ５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ  アライメント系  ５１ａ、５１ａ−１、５１ａ−２、５１ａ−３、５１ａ−４  光源  ５２ａ  ハーフミラー  ５２ｂ、５２ｆ  偏光ビームスプリッタ  ５３ａ、５３ｅ、５４ｃ、５４ｅ  反射光学素子  ５３１ａ、５３１ｅ、５３２ｅ、５４１ｃ、５４１ｅ  反射面  ５３ｃ、５４ｆ  対物レンズ  ５３ｄ−１、５３ｄ−２、５３ｄ−３、５３ｄ−４  反射ミラー  ５３ｇ  回折格子  ５５ａ  受光器  ５６ｂ、５７ｂ、５３ｆ  １／４波長板  ５６ｆ  コーナーキューブ  Ｍ  アライメントマーク
【図１】
2017209132.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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