(57)【要約】【課題】  照明光の波長程度以下の微細パターンを干渉縞を用いて安価に形成可能であるとともに、その干渉縞のコントラスト等の特性を効率的に調整できる露光技術を提供する。【解決手段】  開口絞り１７からの照明光を２枚の回折格子Ｇ１１及びＧ２１を介して照射することによって干渉縞ＩＦを形成し、干渉縞ＩＦでウエハを露光する。露光前に回折格子Ｇ１１，Ｇ２１を同方向に等しい角度で回転する工程と、回折格子Ｇ１１，Ｇ２１を所定角度比で回転する工程とを組み合わせて、開口絞り１７の開口部１８の長手方向と干渉縞ＩＦの長手方向とが平行になり、かつ干渉縞ＩＦのコントラストが最大になるようにする。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１格子及び第２格子が対向して配置され、前記第１格子側から照明光を照射し、前記第２格子の近傍に、第１方向に周期性を有する干渉縞を形成して、感光性基板上に前記干渉縞を露光する露光方法であって、
前記干渉縞の特性を計測する第１工程と、
前記干渉縞の特性に基づいて、前記第１格子と第２格子との回転関係を調整する第２工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記第１格子に照射する前記照明光の入射角度分布は、前記第１方向の入射角度範囲が、前記第２方向の入射角度範囲より小さいことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記干渉縞の前記特性は、前記干渉縞の長手方向の方向を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記干渉縞の長手方向の方向の計測は、前記干渉縞上の前記第２方向に所定間隔だけ離れた少なくとも２箇所の位置で、前記干渉縞の前記第１方向の位置を計測することにより行うことを特徴とする請求項３に記載の露光方法。  
【請求項５】
前記第２工程に続いて、
前記干渉縞が露光される前記感光性基板を駆動するステージの走り方向を前記第１工程で求められた前記干渉縞の長手方向の方向に基づいて補正する工程を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の露光方法。
【請求項６】
前記干渉縞の前記特性は、前記干渉縞のコントラストを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
前記第１工程は、前記干渉縞のコントラストを計測するために、前記干渉縞と前記第１方向に周期的な計測格子との前記第１方向への相対移動に伴う前記計測格子からの透過光量の変化を計測する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
【請求項８】
前記第２工程は、前記第１格子と前記第２格子とを、同方向に同量回転する工程を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項９】
前記第２工程は、前記第１格子と前記第２格子とを、２：−１の角度比で回転する工程を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記第１格子に入射する前記照明光の前記第２方向への入射角度範囲をそれぞれ異ならせて、前記第１工程、及び前記第２工程を複数回実行することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１１】
前記第１格子に入射する前記照明光の前記第１方向の入射角度範囲は、２［ｍｒａｄ］以下であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１２】
前記第１格子に照射する前記照明光の入射角度分布を、前記第１格子の法線方向を回転中心として回転調整する工程を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１３】
第１方向に周期性を有する第１格子及び第２格子が対向して配置され、前記第１格子側から照明光を照射し、前記第２格子の近傍に、前記第１方向に周期性を有する干渉縞を形成して、前記干渉縞を感光性基板に露光する露光方法であって、
前記第１格子に照射する前記照明光の入射角度分布は、前記第１方向の入射角度範囲が、前記第２方向の入射角度範囲より小さいとともに、
前記第１格子及び前記第２格子の代わりに、前記照明光の光路上に小開口の形成された基板を配置する第１工程と、
前記小開口を通過する前記照明光の入射角度分布の長手方向を計測する第２工程とを有することを特徴とする露光方法。
【請求項１４】
前記第２工程に続いて、
前記干渉縞が露光される前記感光性基板を駆動するステージの走り方向を前記第２工程で求められた光量分布の長手方向に基づいて補正する第３工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の露光方法。
【請求項１５】
前記第１格子の周期は前記第２格子の周期の自然数分の２倍であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１６】
前記第１格子及び前記第２格子の周期方向がそれぞれ前記第１方向に平行となっている状態で、
前記干渉縞は、前記第１方向に前記第２格子の周期の自然数分の１の周期を持つことを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１７】
前記感光性基板を前記第２方向に走査しつつ、前記露光を行うことを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１８】
前記照明光の波長が、２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１９】
前記干渉縞のパターンを前記感光性基板上に露光する際に、前記第２格子と前記感光性基板との間の空隙、及び前記第１格子と前記第２格子との間の空隙の少なくとも一方に液体を満たすことを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項２０】
パターン形成工程を有する電子デバイスの製造方法であって、
前記パターン形成工程において、請求項１から１９のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とする電子デバイス製造方法。
【請求項２１】
第１格子及び第２格子を対向して配置し、前記第１格子側から照明光を照射し、前記第２格子の近傍に、第１方向に周期性を有する干渉縞を形成して、前記干渉縞を感光性基板に露光する露光装置であって、
前記干渉縞の特性を計測する特性計測装置と、
前記特性計測装置で計測される特性に基づいて、前記第１格子と前記第２格子との回転関係を調整する回転機構とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２２】
前記照明光の前記第１格子への入射角度分布を、前記第１方向の入射角度範囲を、前記第２方向の入射角度範囲より小さく設定し、前記第２方向の入射角度範囲が可変である照明光学系を備え、
前記特性計測装置は、前記干渉縞のコントラストを計測するコントラスト計測機構を含むことを特徴とする請求項２１に記載の露光装置。
【請求項２３】
前記コントラスト計測機構は、前記第１方向に周期的な計測格子と、前記干渉縞と前記計測格子とが重なった状態で前記計測格子からの透過光量を検出する光電検出器と、前記干渉縞と前記計測格子とを前記第１方向に相対移動する機構とを含むことを特徴とする請求項２２に記載の露光装置。
【請求項２４】
前記コントラスト計測機構の計測結果に基づいて、前記回転機構を介して前記第１格子と前記第２格子とを２：−１の角度比で回転する制御装置をさらに備えたことを特徴とする請求項２２又は２３に記載の露光装置。
【請求項２５】
前記特性計測装置は、前記干渉縞の前記第１方向の位置を計測する位置計測機構を含むとともに、
前記干渉縞の複数の位置における前記位置計測機構の計測結果に基づいて、前記干渉縞の周期方向に直交する方向を計測するとともに、
前記制御装置は、該計測結果に基づいて、前記回転機構を介して前記第１格子と前記第２格子とを、同方向に等しい角度回転することを特徴とする請求項２４に記載の露光装置。
【請求項２６】
前記干渉縞と前記感光性基板とを前記第２方向に相対走査するステージ機構をさらに備えたことを特徴とする請求項２１から２５のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２７】
前記ステージ機構は、前記干渉縞の周期方向に直交する方向に応じて、前記感光性基板の走査方向を可変とする走査方向可変機構を有することを特徴とする請求項２６に記載の露光装置。
【請求項２８】
前記干渉縞の周期方向に直交する方向に応じて、前記照明光の前記第１格子への入射角度分布を、前記第１格子の法線方向を回転中心として回転調整する照明光入射角度分布調整機構を有することを特徴とする請求項２１から２７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２９】
前記第１格子の周期は前記第２格子の周期の自然数Ｑ倍であり、
前記干渉縞は、前記第１方向に前記第２格子の周期の１／Ｑに等しい周期であることを特徴とする請求項２１から２８のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項３０】
前記第１格子と前記第２格子との間の空隙、及び前記第２格子と前記干渉縞が露光される前記感光性基板との空隙の少なくとも一方に液体を充填する液体充填機構を有することを特徴とする請求項２１から２９のいずれか一項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ装置、薄膜磁気ヘッド、及びマイクロマシン等の電子デバイス製造工程における微細パターンの形成工程で使用される露光技術及び該露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等の電子デバイスの製造工程における微細パターンの形成に際しては、一般的にフォトリソグラフィー技術が使用される。これは、ウエハ等の被加工基板の表面にフォトレジスト（感光性薄膜）を塗布する塗布工程、形成すべきパターンの形状に応じた光量分布を有する露光用の照明光を被加工基板に照射する露光工程、現像工程、及びエッチング工程等により、被加工基板上に所望のパターンを形成するものである。
【０００３】
現状で最先端の電子デバイスを製造するための露光工程においては、露光方法として、主に投影露光方法が使用されている。これは、レチクル等のマスク上に形成すべきパターンを４倍又は５倍に拡大して形成しておき、これに露光用の照明光を照射し、その透過光を縮小投影光学系を用いて被加工基板上に露光することで、そのパターンを被加工基板上に転写するものである。
【０００４】
投影露光方法で形成可能なパターンの微細度は縮小投影光学系の解像度で決まり、これは露光波長を投影光学系の開口数（ＮＡ）で割った値にほぼ等しい。従って、より微細な回路パターンを形成するためには、露光波長の短波長化又は投影光学系の高ＮＡ化が必要である。
一方、例えば非特許文献１及び非特許文献２に開示される如く、光源と被加工基板との間に回折格子を配置し、照明光をこの回折格子に照射することによって発生する複数の回折光を被加工基板上で干渉させ、その干渉縞による明暗パターンを用いて被加工基板上に微細パターンを形成する方法（以下、干渉露光方法と呼ぶ）も提案されている。
【非特許文献１】J.M. Carter他： "Interference Lithography"    http://snl.mit.edu/project_document/SNL-8.pdf
【非特許文献２】Mark L. Schattenburg他： "Grating Production Methods"    http://snl.mit.edu/papers/presentations/2002/MLS-Con-X-2002-07-03.pdf
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来の露光方法のうち投影露光方法においては、より高解像度を得るには、より短波長の露光光源又はより高ＮＡの投影光学系が必要になる。
しかしながら、現在最先端の露光装置では、露光波長は１９３ｎｍに短波長化されており、今後の一層の短波長化は使用可能なレンズ材料の観点から困難な状況にある。また、現在最先端の投影光学系のＮＡは０．９２程度に達しており、これ以上の高ＮＡ化は困難な状況にあるとともに、露光装置の製造コストを大幅に上昇させる原因となる。
【０００６】
一方、従来の露光方法のうちの干渉露光方法では、原理的には、露光波長以下の微細なパターンの露光を、比較的安価な装置で実現できる利点がある。しかしながら、従来はその干渉縞のコントラストや回転角等の特性を効率的に調整するための具体的な方法は検討されていなかった。
また、例えばその干渉縞の照明領域が被加工基板よりも狭い場合に、その被加工基板の全面にその干渉縞を露光するためには、その干渉縞とその被加工基板とを相対走査する必要がある。この場合、干渉縞の長手方向とその被加工基板を駆動するステージの走り方向との調整方法についても、従来は具体的な方法は検討されていなかった。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、微細パターン、例えば照明光の波長程度以下の線幅のパターンを、干渉縞を用いて形成する場合に、その干渉縞のコントラスト等の特性を効率的に調整できる露光技術を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、干渉縞の長手方向とその干渉縞が露光される物体との相対移動の方向を効率的に調整できる露光技術を提供することを特徴とする第２の目的とする。
【０００８】
また、本発明は、上記露光技術を用いた電子デバイス製造技術を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下の本発明の一部の要素に付した括弧付き符号は、本発明の実施形態の構成に対応するものである。しかしながら、各符号はその要素の例示に過ぎず、本発明の要素をその実施形態の構成に限定するものではない。
本発明による第１の露光方法は、第１格子（Ｇ１１）及び第２格子（Ｇ２１）が対向して配置され、その第１格子側から照明光を照射し、その第２格子の近傍に、第１方向に周期性を有する干渉縞を形成して、感光性基板上にその干渉縞を露光する露光方法であって、その干渉縞の特性を計測する第１工程と、その干渉縞の特性に基づいて、その第１格子と第２格子との回転関係を調整する第２工程とを含むものである。
【００１０】
本発明によれば、２枚の格子を介して所定の物体上に干渉縞のパターンを露光することによって、投影光学系を用いる場合に比べて安価に、照明光の波長程度以下の線幅の微細パターンを形成できる。また、干渉縞の特性に基づいて２枚の格子の回転関係を調整することによって、その干渉縞のコントラスト等の特性を効率的に調整できる。
本発明において、一例として、その第１格子に照射するその照明光の入射角度分布は、その第１方向の入射角度範囲をその第２方向の入射角度範囲より小さいものとすることができる。
【００１１】
本発明において、一例として、その第２工程は、その第１格子とその第２格子とを、同方向に同量回転する工程を含む。
また、別の例として、その第２工程は、その第１格子とその第２格子とを、２：−１の角度比で回転する工程を含む。
また、一例として、その第１工程は、その第１方向に直交する第２方向からのその干渉縞の長手方向のずれ量を計測する工程を含み、その第２工程は、その第１格子とその第２格子とを、同方向に同量回転する工程と、その第１格子とその第２格子とを、２：−１の角度比で回転する工程とを含む。
【００１２】
また、その第１格子に入射するその照明光の入射角度分布のうちの、その第２方向への入射角度範囲をそれぞれ異ならせて、その第１工程、及びその第２工程を複数回実行してもよい。
また、一例として、その照明光のその第１格子への入射角度分布は、その第１方向の入射角度範囲が、その第２方向の入射角度範囲より小さく、その第１工程及びその第２工程は、その照明光のその入射角度分布を、その第１格子の法線方向を回転中心として回転調整する工程を含むことができる。
【００１３】
次に、本発明の第２の露光方法は、第１方向に周期性を有する第１格子（Ｇ１１）及び第２格子（Ｇ２１）が対向して配置され、その第１格子側から照明光を照射し、その第２格子の近傍に、その第１方向に周期性を有する干渉縞を形成して、その干渉縞を露光する露光方法であって、その第１格子に照射するその照明光の入射角度分布は、その第１方向の入射角度範囲が、その第２方向の入射角度範囲より小さいとともに、その第１格子及びその第２格子の代わりに、その照明光の光路上に小開口（１０２ａ）の形成された基板（１０２）を配置する第１工程と、その小開口を通過するその照明光の入射角度分布の長手方向を計測する第２工程とを有するものである。
【００１４】
本発明によれば、その第２工程で計測される長手方向がその照明光の入射角度分布の長手方向に平行であり、その長手方向をその干渉縞の長手方向とすることで、その干渉縞のコントラストが最大になる。また、干渉縞の長手方向に露光対象の物体を相対移動することで、その物体上の広い範囲に干渉縞パターンを露光できる。従って、その第２工程で計測される長手方向を用いることによって、その干渉縞の長手方向とその干渉縞が露光される物体との相対移動の方向を効率的に調整できる。
【００１５】
本発明において、その第２工程に続いて、その干渉縞が露光される物体を駆動するステージの走り方向をその第２工程で求められた光量分布の長手方向に基づいて補正する第３工程を有してもよい。
また、一例として、その第１格子の周期はその第２格子の周期の自然数分の２倍である。
【００１６】
また、一例として、その第１格子及びその第２格子の周期方向がそれぞれその第１方向に平行となっている状態で、その干渉縞は、その第１方向にその第２格子の周期の自然数分の１の周期を持つ。
また、その干渉縞のパターンを物体上に露光する際に、その第２格子とその物体との間の空隙、及びその第１格子とその第２格子との間の空隙の少なくとも一方に液体を満たしてもよい。
【００１７】
次に、本発明による電子デバイス製造方法は、パターン形成工程を有する電子デバイスの製造方法であって、そのパターン形成工程において、本発明の露光方法を用いるものである。
次に、本発明による露光装置は、第１格子（Ｇ１１）及び第２格子（Ｇ２１）が対向して配置され、その第１格子側から照明光を照射し、その第２格子の近傍に、第１方向に周期性を有する干渉縞を形成して、その干渉縞を感光性基板上に露光する露光装置であって、その干渉縞の特性を計測する特性計測装置（４１）と、その特性計測装置で計測される特性に基づいて、その第１格子と第２格子との回転関係を調整する回転機構（８０Ａ，８０Ｂ，８２，８６）とを備えたものである。本発明によれば、本発明の露光方法を使用できる。
【００１８】
本発明において、一例として、その照明光のその第１格子への入射角度分布を、その第１方向の入射角度範囲を、その第２方向の入射角度範囲より小さく設定し、その第２方向の入射角度範囲が可変である照明光学系（ＩＳ）を備え、その特性計測装置は、その干渉縞のコントラストを計測するコントラスト計測機構を含むものである。
この場合、一例として、そのコントラスト計測機構は、その第１方向に周期的な計測格子（９５Ａ）と、その干渉縞とその計測格子とが重なった状態でその計測格子からの透過光量を検出する光電検出器（１０１）と、その干渉縞とその計測格子とをその第１方向に相対移動する機構（３８）とを含む。
【００１９】
また、そのコントラスト計測機構の計測結果に基づいて、その回転機構を介してその第１格子とその第２格子とを２：−１の角度比で回転する制御装置（７０）をさらに備えてもよい。
また、一例として、その特性計測装置は、その干渉縞のその第１方向の位置を計測する位置計測機構を含むとともに、その干渉縞の複数の位置におけるその位置計測機構の計測結果に基づいて、その干渉縞の周期方向に直交する方向を計測するとともに、該計測結果に基づいて、その回転機構を介してその第１格子とその第２格子とを同方向に等しい角度回転してもよい。
【００２０】
また、その干渉縞とその感光性基板とをその第２方向に相対走査するステージ機構（３８）をさらに備えてもよい。
また、その第１格子とその第２格子との間の空隙、及びその第２格子とその干渉縞が露光される感光性基板との空隙の少なくとも一方に液体を充填する液体充填機構（５４，５５）を備えてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１の露光方法によれば、２つの格子を介して形成される干渉縞で物体（被加工基板）を露光することによって、照明光の波長程度以下の線幅の微細パターンを安価に形成することができる。また、その干渉縞の特性に基づいて、その２つの格子の回転関係を調整するか、又はその２つの格子の同方向で等しい角度の回転と所定角度比の回転とを組み合わせることによって、その干渉縞のコントラスト等の特性を効率的に調整できる。
【００２２】
本発明の第２の露光方法によれば、照明光の波長程度以下の線幅の微細パターンを安価に形成できるとともに、第１格子に照射される照明光の入射角度分布を容易に計測できるため、干渉縞の長手方向とその干渉縞が露光される物体との相対移動の方向を効率的に調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図１は、本例の露光装置の概略構成を示す図である。なお、図１中に示したＸＹＺ座標系と、以降の各図で示す座標系とは同一である。図１において、光源１としては波長１９３ｎｍのパルスレーザビームよりなる照明光ＩＬ１を出力するＡｒＦ（アルゴン・フッ素）エキシマーレーザが使用されている。光源１としては、その他に発振波長２４８ｎｍのＫｒＦ（クリプトン・フッ素）エキシマーレーザ、発振波長１５７ｎｍのＦ2 （フッ素ダイマー）レーザ、又は波長変換素子を使用する高調波レーザ等も使用できる。
【００２４】
光源１を発した照明光ＩＬ１は、第１の光軸ＡＸ１に沿って配置される第１のレンズ群を構成するレンズ２，３，４，６により、所定のビームサイズを有する平行光線束（平行ビーム）である照明光ＩＬ２に変換される。
照明光ＩＬ２は、偏光制御素子９により所定の偏光状態に設定された照明光ＩＬ３となり、照明光均一化手段の一部を構成する集光光学系１０に入射する。集光光学系１０を射出した照明光ＩＬ５は、照明光均一化手段の一部を構成するオプチカルインテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザ）としてのフライアイレンズ１３に入射する。フライアイレンズ１３の射出側の面の近傍には、必要に応じて開口絞り１７が配置される。
【００２５】
なお、集光光学系１０、フライアイレンズ１３、開口絞り１７等からなる照明光均一化手段の詳細については後述する。
フライアイレンズ１３を射出した照明光ＩＬ７は、第２の光軸ＡＸ２に沿って配置される第２のレンズ群を構成するレンズ１９，２０，２１に入射し、これらのレンズで屈折されて照明光ＩＬ８となって視野絞り２２（詳細後述）に達する。
【００２６】
視野絞り２２を透過した照明光は、さらに第２の光軸ＡＸ２に沿って配置される第３のレンズ群を構成するレンズ２５，２６，２７により屈折されて集光点２８に至る。集光点２８は、フライアイレンズ１３の射出側の面上の１点と、第２のレンズ群（１９，２０，２１）及び第３のレンズ群（２５，２６，２７）を介して共役（結像関係）となっている。
【００２７】
集光点２８を通過した照明光ＩＬ９は、さらに第４のレンズ群を構成するレンズ２９，３０，３２，３５により屈折されて照明光ＩＬ１０となって第１の透光性平板Ｐ１に入射する。なお、以上の第１のレンズ群（２，３，４，５）から第４のレンズ群（２９，３０，３２，３５）に至るまでの照明光ＩＬ１〜ＩＬ１０の光路上の光学部材を含む光学系を、以下では照明光学系ＩＳという。この照明光学系ＩＳは、第１の透光性平板Ｐ１が配置される面を所定の照射面とする照明光学装置とみなすこともできる。
【００２８】
以下、照明光学系ＩＳの射出側の光軸ＡＸ２に沿って光源１側が＋方向となるようにＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内にあって図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、Ｚ軸に垂直な平面内にあって図１の紙面に垂直な方向、すなわち上記Ｚ軸及びＸ軸の双方に直交する方向にＹ軸を取って説明する。
【００２９】
第１の透光性平板Ｐ１の下方（−Ｚ方向）には、第２の透光性平板Ｐ２が設けられる。第２の透光性平板Ｐ２は、パターンを形成すべき加工対象である半導体ウエハ等の基板Ｗ（以降、適宜ウエハともいう）に対向して配置される。第１の透光性平板Ｐ１には後述する第１の回折格子（第１格子）が形成されており、その第１の回折格子に照明光ＩＬ１０が照射されることにより発生する回折光は、第２の透光性平板Ｐ２に照射される。第２の透光性平板Ｐ２には後述する第２の回折格子（第２格子）が形成されており、上記回折光はその第２の回折格子に照射されることになる。そして、第２の回折格子で発生した回折光はウエハＷに照射され、ウエハＷ上に複数の回折光からなる干渉縞による明暗パターンが形成される。
【００３０】
ウエハＷの表面には、上記明暗パターンを感光し記録するためのフォトレジスト等の感光部材ＰＲを形成しておく。即ち、ウエハＷは感光性の基板又は露光対象の物体とみなすことができる。ウエハＷは、一例として直径が３００ｍｍの円板状であり、第２の透光性平板Ｐ２は一例としてウエハＷの表面の全面を覆う直径の円板状とする。同様に第１の透光性平板Ｐ１も一例として第２の透光性平板Ｐ２の表面の全面を覆う直径の円板状とする。ただし、後述する様に、第２の透光性平板Ｐ２の直径は、ウエハＷの直径よりも３０ｍｍ程度以上大きいことが望ましい。なお、本例では透光性平板Ｐ１，Ｐ２は円板状であるが、透光性平板Ｐ１，Ｐ２をウエハＷの表面を覆う程度の大きさの矩形の平板状としてもよい。
【００３１】
ウエハＷは、ウエハベース５０上をＸ方向及びＹ方向に可動な基板保持機構であるウエハステージ３８上に保持され、これによりＸ方向及びＹ方向に可動となっている。ウエハステージ３８及び不図示のリニアモータ等の駆動機構を含んでウエハステージ系が構成されている。また、ウエハＷのＸ方向及びＹ方向の位置はウエハステージ３８上に設けられた移動鏡３９の位置を介してレーザ干渉計４０により計測される。即ち、レーザ干渉計４０からのレーザビームはビームスプリッタ（例えば偏光ビームスプリッタ）９０によって計測ビームと参照ビームとに分割され、計測ビームは移動鏡３９に照射され、参照ビームはミラーを介してコラム構造体７５（位置基準となる基準フレーム）に固定された参照鏡９１に照射される。そして、移動鏡３９からの計測ビームと参照鏡９１からの参照ビームとの干渉光をレーザ干渉計４０で検出することによって、コラム構造体７５を基準としてウエハステージ３８のＸ方向、Ｙ方向の位置を例えば１〜０．１ｎｍ程度の分解能で計測することができる。なお、レーザ干渉計４０は実際には図８に示すように、２軸のＸ軸のレーザ干渉計４０Ｘ１，４０Ｘ２と３軸のＹ軸のレーザ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２，４０Ｙ３とを表しており、移動鏡３９も、Ｘ軸の移動鏡３９Ｘ及びＹ軸の移動鏡３９Ｙを表している。
【００３２】
図１において、ウエハベース５０の＋Ｘ方向の上方にウエハマーク検出機構４３が配置されている。ウエハマーク検出機構４３は、例えば光学顕微鏡からなりウエハＷ上に形成されている既存の回路パターンあるいは位置合わせマークの位置を検出するものである。ウエハステージ３８上に保持されたウエハＷは、必要に応じて露光前にウエハマーク検出機構４３の直下に移動され、ウエハＷ上のパターン又はマークの位置が検出される。図８のＹ軸のレーザ干渉計４０Ｙ３の計測ビームは、Ｙ軸に平行にウエハマーク検出機構４３の検出中心を通過するように設定されており、レーザ干渉計４０Ｙ３は、例えばウエハＷのアライメント時のウエハステージ３８のＹ座標を計測するために使用される。
【００３３】
なお、ウエハＷの表面の高さ分布を計測するために、一例としてウエハＷの表面の複数の計測点に斜めにスリット像を投影する投射光学系と、ウエハＷの表面からの反射光を受光してその複数のスリット像を再結像する受光光学系とを備え、その再結像された複数のスリット像の横ずれ量からその複数の計測点の所定の基準面（以下、第１の基準面という）からのＺ方向の位置ずれ量を計測する斜入射方式のウエハ表面位置検出系（不図示）が、例えばウエハマーク検出機構４３の近傍に配置されている。その斜入射方式の多点のウエハ表面位置検出系の具体的な構成については、例えば特開平０５−１２９１８２号公報に開示されている。また、本例ではその第１の基準面は、ＸＹ平面に平行である。
【００３４】
本例のウエハステージ３８にはウエハＷのＺ方向の位置とＸ軸及びＹ軸の周りの傾斜角（回転角）とを制御するＺレベリング機構３８Ｚも組み込まれており、そのウエハ表面位置検出系の計測結果に基づいてそのＺレベリング機構３８Ｚは、ウエハＷの露光時にウエハＷの表面の平均的な面をその第１の基準面に合致させる。Ｚレベリング機構３８Ｚは、例えばウエハＷを保持するテーブル部と、ほぼ正三角形の頂点付近に配置された３箇所でウエハステージ３８のベース部に対してそのテーブル部のＺ方向の高さを独立に制御する駆動部材とを備えている。
【００３５】
また、透光性平板Ｐ１及びＰ２は、それぞれＹ方向に見たときの断面がほぼＵ字型で中央部に照明光を通す円形開口が形成された第１のホルダ３６Ａ及び第２のホルダ３７Ａ上に真空吸着又は電磁吸着によって吸着保持されている。透光性平板Ｐ２は、ホルダ３７Ａを含む第２保持駆動機構によって、ＸＹ平面に平行に、かつウエハＷと所定の間隔をもって対向して配置される。また、透光性平板Ｐ１は、ホルダ３６Ａを含む第１保持駆動機構によって、ＸＹ平面に平行に、かつ第２の透光性平板Ｐ２と所定の間隔をもって対向して配置される。さらに本例では、第１のホルダ３６Ａの透光性平板Ｐ１を保持する部分は、Ｘ方向において、第２のホルダ３７Ａの透光性平板Ｐ２を保持する部分内に収納されるように配置されている。このため、例えば透光性平板Ｐ１，Ｐ２を交換する必要があるときには、ホルダ３６Ａ及び３７Ａを互いに独立にＹ方向に引き抜くことが可能となっている。
【００３６】
図１において、光軸ＡＸ２の＋Ｘ方向側において、ＸＹ平面に平行でＹ軸に平行に、かつＺ方向に所定間隔で１対の細長い平板状のベース部材７５Ａ及び７５Ｂが配置され、光軸ＡＸ２に関してベース部材７５Ａ及び７５Ｂに対称にＹ軸に平行に１対のベース部材７５Ｃ及び７５Ｄが配置されている。ベース部材７５Ａ〜７５Ｄの上面はそれぞれ平面度の良好なガイド面に加工されている。ベース部材７５Ａ〜７５Ｄの＋Ｙ方向及び−Ｙ方向の端部をそれぞれ連結部材（不図示）によって固定することで、コラム構造体７５が構成されている。
【００３７】
また、第１の透光性平板Ｐ１を保持するホルダ３６ＡのＸ方向の両端部は、平板状のスライダ３６Ｂ及び３６Ｃを介してそれぞれベース部材７５Ａ及び７５Ｃ上に移動自在に載置されている。ホルダ３６Ａとスライダ３６Ｂ及び３６Ｃとは、ホルダ３６ＡのＺ方向の位置を制御可能な３個のＺ軸アクチュエータ８１Ａと相対回転防止用の２個のピン（不図示）とを介して連結されている。従って、ホルダ３６Ａ及びスライダ３６Ｂ，３６Ｃは、ベース部材７５Ａ及び７５Ｃの上面で一体的にＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸の周りの回転方向に移動できるとともに、３箇所のＺ軸アクチュエータ８１Ａの高さを制御することで、ベース部材７５Ａ，７５Ｃに対するホルダ３６Ａ（第１の透光性平板Ｐ１）のＺ方向の位置とＸ軸及びＹ軸の周りの回転角とを調整することができる。
【００３８】
また、＋Ｘ方向のスライダ３６ＢはＹ方向に離れた２個のＸ軸アクチュエータ８０Ａを介してスライダ７７Ａに連結され、スライダ７７Ａはベース部材７５Ａ上に固定されたＹ軸ガイドに沿って不図示の駆動モータによってＹ方向に駆動される。２個のＸ軸アクチュエータ８０Ａの駆動量を制御することによって、ベース部材７５Ａに対するホルダ３６Ａ（第１の透光性平板Ｐ１）のＸ方向の位置とＺ軸の周りの回転角とを調整することができる。また、スライダ７７ＡをＹ方向に駆動することで、それに連動してホルダ３６Ａ（第１の透光性平板Ｐ１）をＹ方向に大きく移動できるとともに、そのＹ方向の位置の調整を行うことができる。
【００３９】
この結果、コラム構造体７５に対してホルダ３６Ａ（第１の透光性平板Ｐ１）のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角の６自由度の変位を調整できるとともに、必要に応じてホルダ３６Ａ（第１の透光性平板Ｐ１）を照明光学系ＩＳの下方から＋Ｙ方向に引き抜いて、透光性平板Ｐ１の交換等を行うことができる。
また、ホルダ３６Ａ（第１の透光性平板Ｐ１）のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角は、ホルダ３６Ａ上に設けられた移動鏡８４の位置を介してレーザ干渉計８２により計測される。即ち、レーザ干渉計８２からのレーザビームはビームスプリッタ８３によって計測ビームと参照ビームとに分割され、計測ビームは移動鏡８４に照射され、参照ビームはミラーを介してベース７５Ｃ（コラム構造体７５）に固定された参照鏡８５に照射される。そして、移動鏡８４からの計測ビームと参照鏡８５からの参照ビームとの干渉光をレーザ干渉計８２で検出することによって、コラム構造体７５を基準としてホルダ３６ＡのＸ方向、Ｙ方向の位置を例えば１〜０．１ｎｍ程度の分解能で計測することができ、２箇所のＹ方向（又はＸ方向でも可）の位置の差分からホルダ３６ＡのＺ軸の周りの回転角を計測できる。このため、実際にはレーザ干渉計８２はＸ方向に１軸でＹ方向に２軸のレーザ干渉計から構成されており、移動鏡８４もＸ方向に１軸でＹ方向に２軸の移動鏡から構成されている。なお、Ｙ方向の移動鏡は２軸に限定されることはなく、例えばＸ方向に２軸の干渉計を設けて、Ｙ方向に１軸の干渉計（１軸の移動鏡）を設けてもよく、さらには本例の回折格子は概ねＹ方向を長手方向としているため、Ｙ軸の計測は１軸のリニアエンコーダ等としてもよい。
【００４０】
また、必要に応じて、不図示の第１のＺ位置検出系のレーザ光源から透光性平板Ｐ１の上面に斜めに複数本、例えば３本のレーザビームが照射され、その上面で反射されたレーザビームの位置を光電検出器で検出することによって、予め定められている所定の基準面（以下、第２の基準面という）に対して、透光性平板Ｐ１の上面のＺ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸の周りの回転角が計測される。その第２の基準面はＸＹ平面に平行である。
【００４１】
この結果、ホルダ３６Ａ（第１の透光性平板Ｐ１）のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角の６自由度の変位が計測され、この計測値に基づいて３個のＺ軸アクチュエータ８１Ａ、２個のＸ軸アクチュエータ８０Ａ、及びスライダ７７Ａ用のＹ軸の駆動モータを駆動することで、ホルダ３６Ａ（第１の透光性平板Ｐ１）の６自由度の変位が目標とする状態に制御される。
【００４２】
図１において、第１のホルダ３６Ａと同様に、第２の透光性平板Ｐ２を保持する第２のホルダ３７ＡのＸ方向の両端部は、平板状のスライダ３７Ｂ及び３７Ｃを介してそれぞれベース部材７５Ｂ及び７５Ｄ上に移動自在に載置されている。ホルダ３７Ａとスライダ３７Ｂ，３７Ｃとは、ホルダ３７ＡのＺ方向の位置を制御可能な３個のＺ軸アクチュエータ８１Ｂと相対回転防止用の２個のピン（不図示）とを介して連結されている。また、＋Ｘ方向のスライダ３７ＢはＹ方向に離れた２個のＸ軸アクチュエータ８０Ｂを介してスライダ７７Ｂに連結され、スライダ７７Ｂはベース部材７５Ｂ上に固定されたＹ軸ガイドに沿って不図示の駆動モータによってＹ方向に駆動される。
【００４３】
この結果、コラム構造体７５に対してホルダ３７Ａ（第２の透光性平板Ｐ２）のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角の６自由度の変位を調整できるとともに、必要に応じてホルダ３７Ａ（第２の透光性平板Ｐ２）を照明光学系ＩＳの下方から＋Ｙ方向に引き抜いて、透光性平板Ｐ２の交換等を行うことができる。
また、ホルダ３７Ａ（第２の透光性平板Ｐ２）のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角は、ホルダ３６Ａと同様にして、ベース７５Ｄ（コラム構造体７５）に固定された参照鏡８９を基準として、ホルダ３７Ａ上に設けられた移動鏡８８の位置を介してレーザ干渉計８６により計測される。
【００４４】
なお、この構成の他に、例えばレーザ干渉計８６の参照鏡８９をホルダ３６Ａに固定することによって、レーザ干渉計８２を用いることなく、レーザ干渉計８６によって直接ホルダ３６Ａとホルダ３７ＡとのＸ方向、Ｙ方向の相対的な位置関係を計測してもよい。また、例えばレーザ干渉計４０の参照鏡９１をホルダ３７Ａに固定することによって、レーザ干渉計８６を用いることなく、レーザ干渉計４０によって直接ウエハステージ３８とホルダ３７ＡとのＸ方向、Ｙ方向の相対的な位置関係を計測してもよい。
【００４５】
また、必要に応じて、不図示の第２のＺ位置検出系のレーザ光源から透光性平板Ｐ２の上面に斜めに複数本、例えば３本のレーザビームが照射され、その上面で反射されたレーザビームの位置を光電検出器で検出することによって、予め定められている所定の基準面（以下、第３の基準面という）に対して、透光性平板Ｐ２の上面のＺ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸の周りの回転角が計測される。その第３の基準面はＸＹ平面に平行である。なお、その第１及び第２のＺ位置検出系の代わりに、上記のウエハＷのＺ位置を計測するための斜入射方式の多点のウエハ表面位置検出系と同じ構成の検出系、あるいはＺ方向の位置を計測するレーザ干渉計などを使用することも可能である。
【００４６】
この結果、ホルダ３７Ａ（第２の透光性平板Ｐ２）のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角の６自由度の変位が計測される。そして、その計測値に基づいて３個のＺ軸アクチュエータ８１Ｂ、２個のＸ軸アクチュエータ８０Ｂ、及びスライダ７７Ｂ用のＹ軸の駆動モータを駆動することで、ホルダ３７Ａ（第２の透光性平板Ｐ２）の６自由度の変位が目標とする状態に制御される。
【００４７】
本例では、上記の第１、第２、及び第３の基準面はいずれもＸＹ平面に平行であり、その第１及び第２の基準面のＺ方向の間隔と、その第３及び第１の基準面のＺ方向の間隔とは装置全体の動作を制御する主制御系内に予め記憶されている。本例では露光時にウエハＷの表面がその第１の基準面に平行になるように制御されるとともに、ウエハＷの表面と第２の透光性平板Ｐ２（第２の回折格子）との位置関係、及び第１の透光性平板Ｐ１（第１の回折格子）と第２の透光性平板Ｐ２との位置関係が所定の関係になるように制御される。
【００４８】
次に、本例の露光装置によってウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターンについて、図２〜図４を用いて説明する。
図１の第１の透光性平板Ｐ１の＋Ｚ側、即ち光源１側の表面には、所定の方向に周期性を有する１次元の位相変調型の回折格子Ｇ１１（第１格子）が形成されている。そして、回折格子Ｇ１１は、当該所定の方向がＸ方向と概ね一致するように本例の露光装置に装填されている。また、第２の透光性平板Ｐ２の＋Ｚ側、即ち第１の透光性平板Ｐ１側の表面にも、所定の方向に周期性を有する１次元の位相変調型の回折格子Ｇ２１（第２格子）が形成されている。そして、回折格子Ｇ２１は、当該所定の方向がＸ方向と概ね一致するように本例の露光装置に装填されている。
【００４９】
まず、これらの回折格子Ｇ１１，Ｇ２１について図２を用いて説明する。
図２（Ａ）は、図１の第１の透光性平板Ｐ１を＋Ｚ側から見た図であり、その表面にはＹ方向に長手方向を有し、それと直交するＸ方向に１次元的な周期Ｔ１を有する、位相変調型の第１の回折格子Ｇ１１が形成されている。
第１の回折格子Ｇ１１は、いわゆるクロムレス位相シフトレチクルの様に第１の透光性平板Ｐ１の表面部分と、当該平板表面をエッチング等により掘り込んだ掘り込み部分（図２（Ａ）中の斜線部）とからなる。掘り込み部分の深さは、その表面部を透過する照明光と掘り込み部を透過する照明光との間に概ね１８０度の位相差が形成されるように設定される。両照明光に１８０度の位相差を形成する場合には、露光光の波長λ、第１の透光性平板Ｐ１の屈折率ｎ、任意の自然数ｍに対し、その掘り込み深さを、
（２ｍ−１）λ／（２（ｎ−１））  …（１）
とすればよい。
【００５０】
また、表面部分と掘り込み部分との幅の比率（デューティ比）は、概ね１：１とすることが好ましい。ただし、上記位相差及びデューティ比のいずれについても、上記１８０度及び１：１から異なる値を採用することもできる。
図２（Ｂ）は、図１の第２の透光性平板Ｐ２を＋Ｚ側から見た図であり、その表面（第１の透光性平板Ｐ１側の面）には、Ｙ方向に長手方向を有し、Ｘ方向に１次元的な周期Ｔ２を有する第２の回折格子Ｇ２１が形成されている。第２の回折格子Ｇ２１も、その構造は上述の第１の回折格子Ｇ１１と同様である。
【００５１】
第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２は合成石英等の、紫外線に対する透過性（透光性）が高く、熱膨張係数（線膨張係数）が小さく、従って露光光の吸収に伴う熱変形の小さな材料で形成する。その厚さは、自重変形等の変形を防止するために、例えば５ｍｍ以上とすることが好ましい。ただし、自重変形等をより一層防止するために、１０ｍｍ以上の厚さとすることもできる。また、特に光源１としてＦ2 レーザを使用する場合には、フッ素の添加された合成石英を使用することが好ましい。
【００５２】
なお、図２（Ａ），（Ｂ）中では、説明の便宜上周期Ｔ１を第１の透光性平板Ｐ１の直径（一例として３００ｍｍ以上）の１割程度と表わしているが、実際には周期Ｔ１は例えば２４０ｎｍ程度、周期Ｔ２は例えば１２０ｎｍ程度であり、第１の透光性平板Ｐ１の直径に比して圧倒的に小さい。これは、図２（Ａ），（Ｂ）以外の各図においても同様である。
【００５３】
以下、図３を用いて、照明光ＩＬ１０の第１の回折格子Ｇ１１及び第２の回折格子Ｇ２１への照射により、ウエハＷ上に干渉縞の明暗パターンが形成される原理について説明する。
図３は、相互に対向して配置された第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２及びウエハＷの断面図であり、図３において、照明光ＩＬ１０が照射されると、第１の回折格子Ｇ１１からはその周期Ｔ１に応じた回折光が発生する。第１の回折格子Ｇ１１が、デューティ比１：１で位相差１８０度の位相変調型格子であれば、発生する回折光は主に＋１次回折光ＬＰと−１次回折光ＬＭとなる。ただし、それ以外の次数の回折光が発生する可能性もある。
【００５４】
±１次回折光ＬＰ，ＬＭの回折角θは、露光光（照明光ＩＬ１０）の波長λに対して、
ｓｉｎθ＝ λ／Ｔ１              …（２）
により表わされる角である。
ただし、これは、±１次回折光ＬＰ，ＬＭが第１の透光性平板Ｐ１を透過して空気（その代わりの窒素又は希ガス等であってもよい。以下も同様である。）中に射出した後の回折角である。即ち、±１次回折光ＬＰ，ＬＭの第１の透光性平板Ｐ１中の回折角θ’は、第１の透光性平板Ｐ１の屈折率ｎを用いて、
ｓｉｎθ’＝ λ／（ｎ×Ｔ１）    …（３）
により表わされる角となる。
【００５５】
続いて、±１次回折光ＬＰ，ＬＭは第２の透光性平板Ｐ２上の第２の回折格子Ｇ２１に入射する。ここで、上述の如く第２の回折格子Ｇ２１も位相変調型の回折格子であるから、第２の回折格子Ｇ２１からも主に±１次回折光が発生する。
本例においては、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２が第１の回折格子Ｇ１１の周期Ｔ１の半分、即ちＴ１＝２×Ｔ２の条件を満たす。この場合、＋１次回折光ＬＰの第２の回折格子Ｇ２１への照射により発生する−１次回折光ＬＰ１は、Ｚ方向に対し傾き角θをもって−Ｘ方向に傾いて発生する。また、−１次回折光ＬＭの第２の回折格子Ｇ２１への照射により発生する＋１次回折光ＬＭ１は、Ｚ方向に対し傾き角θをもって＋Ｘ方向に傾いて発生する。なお、第２の回折格子Ｇ２１によって発生する２次以上（自然数Ｑを用いてＱ次）の回折光を使用することを前提に、Ｔ２＝Ｑ×Ｔ１／２である第２の回折格子を使用することもできる。なお、上式はＱが自然数の場合について全般に成立するものであり、形成される干渉縞の周期は、第２の回折格子Ｇ２１の周期のＱ分の１（１／Ｑ）の周期を持つことになる。
【００５６】
図４に示す如く、上記２本の回折光は、ウエハＷの鉛直方向（法線方向）ＶＷに対して上記傾き角θを保ってウエハＷ上に照射され、ウエハＷに干渉縞としての明暗パターンＩＦを形成する。このとき、ウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターンＩＦの周期（強度分布の周期）Ｔ３は、
Ｔ３ ＝ λ／（２×ｓｉｎθ）      …（４）
となる。これは第１の回折格子Ｇ１１の周期Ｔ１の半分であり、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２の１／Ｑ倍に等しい。
【００５７】
この明暗パターンＩＦが、その明暗に応じてウエハＷの表面に形成されているフォトレジストＰＲ等の感光部材を感光し、明暗パターンＩＦがウエハＷ上に露光転写される。
従って、ウエハＷ上には、その全面にＸ方向に周期Ｔ３を有するＹ方向に平行な明暗パターンが形成される。そして、ウエハＷ上に形成されたフォトレジストＰＲには、この明暗パターンが照射され露光される。
【００５８】
本例では、図３において、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１との間の第１の距離Ｌ１と、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの間の第２の距離Ｌ２とは、一例として、第１の回折格子Ｇ１１上の任意の一点を発した±１次回折光ＬＰ，ＬＭが、ウエハＷにおいて、ほぼ同一の点に照射されるように設定される。この結果、ウエハＷ上の各点に照射される回折光は、それぞれ第１の回折格子Ｇ１１上のほぼ同一の点から発した±１次回折光ＬＰ，ＬＭであるから、それらの回折光の可干渉性は高く、良好なコントラストをもって干渉縞を形成することが可能となる。
【００５９】
この場合でも、回折格子Ｇ１１及びＧ２１を介して形成される干渉縞は、その第２の回折格子Ｇ２１の第１の回折格子Ｇ１１とは反対側の近傍に、例えば数ｍｍ程度離れて形成されていると言うことができる。
なお、ウエハＷの第２の回折格子Ｇ２１からの距離Ｌ２が、上記の如き基準位置からずれて設定されている場合には、当該Ｚ方向へのずれ量と照明光ＩＬ１０のＸ方向の入射角度範囲の積に概ね比例して、ウエハＷ上に形成される干渉縞ＩＦのコントラストが低下する。従って、ウエハＷに表面の凹凸や設定誤差があっても、ウエハＷの全面に高コントラストな干渉縞を形成するためには、照明光ＩＬ１０のＸ方向の入射角度範囲は、所定の値より小さいことが望ましい。
【００６０】
次に、図５を参照して、本例の照明光均一化手段の一例につき説明する。本例の照明光均一化手段は、図１中の集光光学系１０と、フライアイレンズ１３とよりなるものである。
図５（Ａ）は、そのうちのフライアイレンズ１３と、図１のレンズ１９からレンズ３５までのレンズ系を総括的に表す照明系後群レンズ３５ａと、透光性平板Ｐ１及びＰ２とを＋Ｘ方向から見た図であり、図５（Ｂ）はこれを−Ｙ方向から見た図である。図５（Ａ）において、フライアイレンズ１３は、遮光性の部材１４上にレンズエレメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６，Ｆ７，Ｆ８をＹ方向に沿って一列に配列して構成されている。図１の集光光学系１０からの照明光ＩＬ５がフライアイレンズ１３に照射され、フライアイレンズ１３を射出した照明光ＩＬ７は、照明系後群レンズ３５ａで屈折され照明光ＩＬ１０となって第１の透光性平板Ｐ１に入射する。
【００６１】
この場合、フライアイレンズ１３の一列に配置された複数のレンズエレメントＦ１〜Ｆ８に光束を集光させるインプット光学系を備えてもよい。
このとき、フライアイレンズ１３がＹ方向に沿って一列に配置された複数のレンズエレメントＦ１〜Ｆ８からなるものであるため、照明光ＩＬ１０の第１の透光性平板Ｐ１への入射角度特性は、Ｘ方向とＹ方向とで異なったものとなる。
【００６２】
照明系後群レンズ３５ａは、その入射側焦点面がフライアイレンズ１３の射出面と一致し、その射出側焦点面が第１の透光性平板Ｐ１の上面（＋Ｚ方向の面）と一致する様に配置される。従って、照明系後群レンズ３５ａは、いわゆるフーリエ変換レンズを構成する。
フライアイレンズ１３の各レンズエレメントを射出した照明光ＩＬ７は、照明系後群レンズ３５ａにより屈折され、照明光ＩＬ１０となって第１の透光性平板Ｐ１上に重畳して照射される。従って、第１の透光性平板Ｐ１上の照明光の強度分布は、当該重畳による平均化効果により均一化される。
【００６３】
第１の透光性平板Ｐ１上の任意の一点ＩＰへの照明光ＩＬ１０のＹ方向についての入射角度範囲φは、フライアイレンズ１３のＹ方向への配列に応じて図５（Ａ）に示す如き所定の値となる。
一方、フライアイレンズ１３がＸ方向については１列しかないことから、Ｘ方向についての入射角度範囲を、所定の値以下に設定できる。従って、一点ＩＰへの照明光ＩＬ１０の入射角度分布を、Ｘ方向への入射角度範囲がＹ方向への入射角度範囲より小さくなるように設定することができる。そして、Ｘ方向への入射角度範囲を所定の値以下に、Ｙ方向の入射角度範囲を所定の値以上に設定することができる。
【００６４】
また、必要に応じて、フライアイレンズ１３の射出面に、図５（Ｃ）に示す如くＹ方向に長くＸ方向に狭いスリット状の開口部１８を有する開口絞り１７を設けることにより、照明光ＩＬ１０のＸ方向への入射角度範囲を、さらに制限することもできる。一例として、形成される干渉縞の周期方向のコントラストを高めるためには、透光性平板Ｐ１（回折格子Ｇ１１）に入射する照明光ＩＬ１０の入射角度範囲は、Ｘ方向で２［ｍｒａｄ］以下が望ましい。
【００６５】
このように開口絞り１７を設ける場合、その開口部１８の長手方向（ここではＹ方向）の長さを調整するために、開口部１８をＹ方向に挟むようにそれぞれ不図示のモータによってＹ方向に移動される遮光部１７ａ及び１７ｂが設けられる。このように遮光部１７ａ及び１７ｂによってＹ方向の長さが調整される開口部１８を線状開口とみなすことができる。そして、開口部１８の長手方向（Ｙ方向）の長さの調節により、第１の透光性平板Ｐ１上の一点ＩＰへの照明光ＩＬ１０のＹ方向への入射角度範囲を可変とすることができる。また、その開口絞り１７及び遮光部１７ａ，１７ｂは、フライアイレンズ１３の射出面と共役な、図１中の集光点２８の位置に設けることもできる。
【００６６】
なお、照明光学系ＩＳは、平面鏡、凹面鏡、又は凸面鏡等の反射光学部材を含んでも良い。その場合、開口部１８の長手方向は必ずしも前述のＹ方向と物理的に一致しないが、その場合であっても、遮光部１７ａ，１７ｂは照明光ＩＬ１０のＹ方向への入射角度範囲を可変とする方向について移動可能に設けるべきことは言うまでもない。
【００６７】
ところで、１次元的な周期を有する干渉縞の明暗パターンＩＦを形成する場合、その形成に用いる照明光ＩＬ１０は、その偏光方向（電場方向）が明暗パターンＩＦの長手方向（非周期方向）に平行、即ち第１の回折格子Ｇ１１及び第２の回折格子Ｇ２１の長手方向に平行な直線偏光光であることが好ましい。この場合に、干渉縞ＩＦのコントラストを最高にすることができるからである。
【００６８】
ただし、照明光ＩＬ１０は、完全な直線偏光光でなくとも、第１の回折格子Ｇ１１の長手方向（Ｙ方向）の電場成分が、周期方向（Ｘ方向）の電場成分よりも大きな照明光であれば、上述のコントラスト向上効果を得ることができる。
照明光ＩＬ１０のこのような偏光特性は、図１の照明光学系中に設けた偏光制御素子９により実現される。偏光制御素子９は、例えば光軸ＡＸ１を回転軸方向として回転可能に設けられた偏光フィルター（ポラロイド板）や偏光ビームスプリッターであり、その回転により照明光ＩＬ３の偏光方向を所定の直線偏光とすることができる。
【００６９】
光源１がレーザ等の概ね直線偏光に偏光した照明光ＩＬ１を放射する光源である場合には、偏光制御素子９として、同じく回転可能に設けられた１／２波長板を用いることもできる。また、それぞれ独自に回転可能に直列に設けられた２枚の１／４波長板を採用することもできる。この場合には、照明光ＩＬ３〜ＩＬ１０の偏光状態を、概ね直線偏光光とするのみでなく、円偏光及び楕円偏光の偏光光とすることもできる。
【００７０】
なお、露光装置で露光すべきウエハＷ上には、以前の露光工程（フォトリソグラフィー工程）において既にパターンが形成されており、新たな露光工程においては、そのパターンと所定の位置関係を保ってパターンを形成する必要があるのが一般的である。
そして、ウエハＷ上の既存のパターンは、ウエハＷへの成膜工程、エッチング工程に伴う熱変形や応力変形により、設計値に比べある程度の伸縮が生じている場合が多い。そこで、露光装置には、このようなウエハＷの伸縮に適用して、新たなパターンをある程度伸縮補正してウエハＷ上に形成することが求められる。
【００７１】
本例の露光装置では、Ｚレベリング機構３８Ｚ（高さ制御装置）によって設定されるウエハＷのＺ位置若しくは照明光ＩＬ１０の収束発散状態のいずれか一方、又はこれらの両方を変更することにより、ウエハＷ上に形成する明暗パターンの伸縮補正を行なうことができる。
そして、本例の露光装置においては、図１に示した通り、照明光学系ＩＳ中の第４のレンズ群を構成するレンズ２９，３０，３２，３５のうち、負レンズ３０にはレンズ駆動機構３１ａ，３１ｂが取り付けられ、正レンズ３２にはレンズ駆動機構３３ａ，３３ｂが取り付けられている。そして、これらのレンズ駆動機構３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂは、固定軸３４ａ，３４ｂ上をＺ方向に可動であり、これによりレンズ３０及びレンズ３２もそれぞれ独立してＺ方向に可動である。
【００７２】
即ち、第４のレンズ群２９，３０，３２，３５は、全体としていわゆるインナーフォーカスレンズを構成することとなり、その焦点距離または焦点位置が可変となる。そのレンズ駆動機構３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂでその第４のレンズ群２９，３０，３２，３５の焦点距離又は焦点位置を制御することにより、照明光ＩＬ１０の収束発散状態を可変とすることができる。なお、これに併せて、照明光学系ＩＳの第１のレンズ群２，３，４，６についてもＺ位置調整機構を設け、上記第４のレンズ群２９，３０，３２，３５と併せて、照明光ＩＬ１０の収束発散状態を可変とすることもできる。
【００７３】
このために、図１に示した通り、第１のレンズ群２，３，４，６中の負レンズ４にはレンズ駆動機構５ａ，５ｂが取り付けられ、正レンズ６にはレンズ駆動機構７ａ，７ｂが取り付けられている。そして、これらのレンズ駆動機構５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂは、固定軸８ａ，８ｂ上をＺ方向に可動であり、これによりレンズ４及びレンズ６もそれぞれ独立してＺ方向に可動とすることができる。
【００７４】
これらの伸縮補正は、ウエハＷの露光に先立ち、ウエハマーク検出機構４３によりウエハＷ上の複数箇所に形成されている既存の回路パターンあるいは位置合せマークの位置を検出することにより予め計測したウエハＷの伸縮量に基いて行なうことが望ましい。
なお、ウエハＷの伸縮量等の計測に先立って、ウエハマーク検出機構４３の検出基準４４の位置をウエハステージ上の干渉縞計測系４１上の所定の基準マークを用いて計測しておくことが望ましい。また、露光装置には、ウエハマーク検出機構４３による上記位置計測精度を向上するために、ウエハマーク検出機構４３の位置でウエハステージ３８の位置計測を可能とする検出機構であるＹ軸のレーザ干渉計４０Ｙ３（図８参照）等を設けておくことが望ましい。
【００７５】
次に、本例の露光方法の一例につき説明する。本例においては、図１の第１の透光性平板Ｐ１に照射される照明光ＩＬ１０の領域は、ウエハＷを覆う円形領域、又は図８に示すようにウエハＷよりも小さな照明領域４２のいずれでも可能である。後者の照明領域４２のＸ方向の幅はウエハＷの直径より大きい。このように小さな照明領域４２を用いる際には、干渉縞９２が形成されている照明領域４２に対してウエハＷを干渉縞９２の長手方向、即ちＹ方向に概ね平行な方向に走査して露光を行う必要がある。
【００７６】
即ち、図８は、図１のウエハステージ３８をレンズ３５側から見た図であり、ウエハＷへの露光は、図１の光源１、照明光学系ＩＳ、第１の透光性平板Ｐ１、及び第２の透光性平板Ｐ２に対して、図８に示すように、ウエハＷをウエハステージ３８によりＹ方向に概ね平行な方向に走査して行なうものとする。上述の通り、ウエハＷ上には照明光ＩＬ１０、第１の透光性平板Ｐ１上の第１の回折格子Ｇ１１、及び第２の透光性平板Ｐ２上の第２の回折格子Ｇ２１によりＸ方向に周期方向を有し、Ｙ方向に長手方向を有する干渉縞９２の明暗パターンが形成されているから、当該Ｙ方向への走査は干渉縞９２の明暗パターンの長手方向に沿って行なわれることになる。本例では、干渉縞９２とウエハＷとを相対走査して露光する際のウエハステージ３８の移動方向がステージ走り方向に対応し、そのステージ走り方向は干渉縞９２の長手方向に平行である。そのステージ走り方向と干渉縞９２の長手方向とを平行に合わせる方法については後述する。
【００７７】
上記走査露光に際しては、ウエハＷ（ウエハステージ３８）のＸ方向及びＹ方向の位置やＺ軸を回転中心とする回転角は、ウエハステージ３８に設けられたＸ軸の移動鏡３９Ｘ及びＹ軸の移動鏡３９Ｙを介して、Ｘ軸のレーザ干渉計４０Ｘ１及び４０Ｘ２と、Ｙ軸のレーザ干渉計４０Ｙ１及び４０Ｙ２とを用いて計測され、その計測された位置や回転角が不図示のステージ制御機構により制御される。
【００７８】
このような走査露光により、ウエハＷには第１の回折格子Ｇ１１及び第２の回折格子Ｇ２１により形成される干渉縞９２の明暗パターンが、概ねＹ方向に平行なステージ走り方向に積算されて露光されることになるため、これらの回折格子の欠陥や異物の影響が緩和され、ウエハＷ上には、欠陥のない良好なパターンが露光される。
なお、走査露光中に生じる干渉縞９２の明暗パターンとウエハＷとのＸ、Ｙ方向の位置ずれや回転ずれは、前述した透過性平板Ｐ１、Ｐ２、及びウエハステージ３８の位置のレーザ干渉計の計測結果に基づき、第１及び第２の透過性平板Ｐ１、Ｐ２と、ウエハＷとの少なくとも一方の移動により補正される。
【００７９】
また、照明領域４２内に残存する恐れのある照度の不均一性についても、その誤差が概ねＹ方向に積算され平均化されるため、実質的により高い均一性を実現することができる。さらに、照明領域４２の形状を、Ｘ方向の位置によってＹ方向の幅が変化するものであるとすることもできる。これにより、照明領域４２の形状自体を変化させることにより、照明領域４２内の照明光照度分布の概ねＹ方向の積算値を一層均一化することができるからである。
このような照明領域４２の形状は、図１の照明光学系ＩＳ中の視野絞り２２に設ける開口の形状により決定することができる。なお、視野絞り２２は、第１の透光性基板Ｐ１の光源側の近傍に配置しても良い。
【００８０】
また、図９に示すように、ウエハＷの大きさに対してＸ方向及びＹ方向の両方向で小さい照明領域４２ａを用いることも可能である。図９において、照明領域４２ａはＸ方向に細長い領域であり、Ｘ方向の両端部のＹ方向の幅がほぼ線形に外側に向かって狭くなっている。この場合、照明領域４２ａでウエハＷの全面を露光するためには、図９に照明領域４２ａの中心の軌跡４５で示すように、一例としてウエハＷと照明領域４２ａとをＹ方向に相対的に移動して露光する動作（走査露光）と、その間にウエハＷと照明領域４２ａとをＸ方向に相対的に移動する動作（ステップ移動動作）とを繰り返す必要がある。その際に、隣り合う列においては、ウエハＷと照明領域４２ａとの相対移動の方向は反転するとともに、隣接する列間の継ぎ誤差を低減するために、或る列の照明領域４２ａの端部と、それに隣接する列における照明領域４２ａの端部とが重なるように露光が行われる。なお、実際には照明領域４２ａが固定されており、ウエハステージ３８を駆動することで照明領域４２ａに対してウエハＷがＸ方向、Ｙ方向に移動するが、図９では説明の便宜上、ウエハＷに対して照明領域４２ａが移動するように表している。
【００８１】
なお、照明光学系ＩＳを構成する各レンズを必要に応じて大型化し、視野絞り２２の開口を広げることにより、照明領域４２をウエハＷの全面を覆う程度の大視野に設定することもできる。そして、この場合には、上記の走査露光を行うことなく、上記の干渉縞の明暗パターンをウエハＷの全面に一括露光することも可能である。
なお、ウエハＷに対する露光が重ね合わせ露光である場合には、予めその干渉縞の明暗パターンとウエハＷ上にそれまでの工程で形成されている回路パターンとのアライメントを行っておく必要がある。以下、本例のアライメントを行うための機構につき説明する。本例ではその機構を用いて、２枚の透光性平板Ｐ１，Ｐ２に形成された回折格子によって形成される干渉縞のコントラスト及び回転角の調整も行う。
【００８２】
図１０は、図２のウエハステージ３８を示す平面図であり、この図１０において、一例としてウエハＷの上面はＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ所定幅の多数のショット領域ＳＡ（区画領域）に区分され、各ショット領域ＳＡにはそれまでのデバイス製造工程によって、所定の回路パターンが形成されているとともに、Ｘ方向、Ｙ方向の位置を示すアライメントマーク（位置合わせマーク）としてのウエハマークＷＭｘ及びＷＭｙも形成されている。なお、ウエハマークの代わりに各ショット領域ＳＡ内に形成されている所定の回路パターンを使用してアライメントを行ってもよい。
【００８３】
そして、本例の露光装置を用いる露光時には、干渉縞９２による露光パターンと、ウエハＷ上の各ショット領域ＳＡ内の回路パターンとは特にＸ方向に対して所定の位置関係を満たす必要がある。なお、干渉縞９２がＸ方向及びＹ方向に所定ピッチの２次元の格子状パターンである場合には、その格子状パターンと各ショット領域ＳＡ内の回路パターンとはＸ方向、Ｙ方向に所定の位置関係を満たす必要がある。
【００８４】
その干渉縞とウエハＷ上のショット領域とのアライメントを行うために、ウエハステージ３８には、干渉縞計測系４１（特性計測装置又はコントラスト計測装置）が固定され、干渉縞計測系４１の上面はウエハＷの表面と概ね同じ高さに設定されている。
図１０において、干渉縞計測系４１の上面には、Ｙ方向に所定間隔で２つの二次元の基準マーク９３Ａ及び９３Ｂが形成され、これらの基準マーク９３Ａ及び９３Ｂの間に透過基板９４が埋め込まれている。なお、透過基板９４を大きくしてその上に基準マーク９３Ａ及び９３Ｂをも形成してもよい。一例として、基準マーク９３Ａ及び９３Ｂの中心を通る直線がＹ軸に平行となるように、ウエハステージ３８のＺ軸の周りの回転角が設定されている。
【００８５】
透過基板９４の表面には干渉縞パターンの位置計測用のＸ方向に光透過部と遮光部とを互いに異なる周期で配列した計測格子９５Ａ及び９５Ｂが形成されている。計測格子９５Ａは、干渉縞９２のＸ方向の位置及びコントラストを検出するために使用されるが、他の計測格子９５Ｂは、干渉縞９２とは周期の異なる別の干渉縞の位置及びコントラストを検出するために使用される。従って、計測格子９５Ａ，９５Ｂの個数は、検出対象の干渉縞の周期の種類に応じて設定される。
【００８６】
図８の干渉縞９２の位置を検出する場合には、ウエハステージ３８を駆動して、計測格子９５Ａの中心が干渉縞９２（まだ照明光は照射されていない）中の計測すべき位置（計測点）に合致するように移動する。その後、図１の視野絞り２２を駆動して照明光がウエハＷに照射されないように照明領域を制限して、照明光ＩＬ１０の照射を開始して、計測格子９５Ａ上に干渉縞９２を形成する。
【００８７】
図１１は、図１０の干渉縞計測系４１の構成例を示し、この図１１において、透過基板９４の計測格子９５Ａが形成された領域の底面に順次、計測格子９５Ａを透過した光を集光するレンズ１００と、その集光された光を検出する光電検出器１０１とが配置されている。干渉縞９２のＸ方向の設計上の強度分布の周期をＴ３とすると、計測格子９５ＡのＸ方向の周期ＰＡは、一例として周期Ｔ３とほぼ等しく設定され、計測格子９５Ａの光透過部と遮光部との幅の比はほぼ１：１に設定される。なお、周期ＰＡを周期Ｔ３の２倍以上のほぼ整数倍（例えば２倍）に設定して、計測格子９５Ａ中の光透過部の幅を周期Ｔ３程度として、レンズ１００では計測格子９５Ａを透過した０次光のみを集光する構成も可能である。計測格子９５Ａ、レンズ１００、及び光電検出器１０１を含んで第１の位置計測部材が構成されている。同様に、図１０の計測格子９５Ｂの底面にも、レンズ及び光電検出器が配置され、これによって第２の位置計測部材が構成されている。これら複数の位置計測部材を含んで干渉縞計測系４１が構成されている。
【００８８】
なお、複数の計測格子９５Ａ及び９５Ｂに対してレンズ１００及び光電検出器１０１を共通に用いる構成も可能である。また、図１０の干渉縞計測系４１と同様の複数の干渉縞計測系をウエハステージ３８上に配置しておき、干渉縞パターンの複数の計測点における位置を同時に計測できるようにしてもよい。
図１１において、光電検出器１０１の検出信号ＳＣは、アライメント情報処理系７３に供給されている。アライメント情報処理系７３内の記憶部には、図１０の基準マーク９３Ａ，９３Ｂと計測格子９５Ａ，９５Ｂとの位置関係（例えば基準マーク９３Ａ，９３Ｂの中心を通る直線に対する計測格子９５Ａ，９５Ｂ中の所定の透光部の中心のＸ方向へのオフセット量ΔＩＡＸ，ΔＩＢＸ）の情報が記憶されている。アライメント情報処理系７３には、図１のレーザ干渉計４０によって計測されるウエハステージ３８のＸ方向、Ｙ方向の位置の情報も供給されている。
【００８９】
この場合、露光装置全体の動作を制御する主制御系７０の制御のもとで、図１０のウエハステージ３８を＋Ｘ方向に例えば干渉縞９２の周期の数倍程度の範囲内で移動して、アライメント情報処理系７３においてウエハステージ３８の座標に対応させて、光電検出器１０１の検出信号を取り込むと、その検出信号はウエハステージ３８のＸ座標に対して周期Ｔ３で正弦波状に変化する。そこで、一例として、ウエハステージ３８の移動を開始して最初にその検出信号がピークになるときのウエハステージ３８のＸ座標を、その計測点における干渉縞９２の位置とすることができる。以下では、計測格子９５Ａを干渉縞９２の計測点に移動した後、ウエハステージ３８を駆動して計測格子９５Ａを＋Ｘ方向に移動したときに光電検出器１０１の検出信号が最初にピークとなるときのウエハステージ３８のＸ座標及びＹ座標を、その計測点において干渉縞計測系４１を用いて検出した干渉縞９２の位置とする。
【００９０】
図１１において、アライメント情報処理系７３は、そのようにして検出した干渉縞９２の位置の情報を主制御系７０に供給する。さらに、光電検出器１０１の検出信号ＳＣのコントラスト（＝振幅／直流成分）は干渉縞９２のコントラストに対応しているため、アライメント情報処理系７３はその検出信号ＳＣのコントラストを干渉縞９２のコントラスト情報として主制御系７０に供給する。主制御系７０（制御装置）は、後述のように干渉縞９２の複数の計測点における位置情報に基づいて、干渉縞９２の回転角（長手方向のＹ軸に対する回転角）を算出する。次に、主制御系７０は、その干渉縞９２の回転角やコントラスト等の特性を補正するために、一例として駆動系７２（補正装置の一部）を介して図１の透光性平板Ｐ１及びＰ２（回折格子Ｇ１１及びＧ２１）を、両方を同方向に等しい角度で、又は両方を所定の角度比で回転する。このため、駆動系７２（回転機構の一部）には、計測情報処理系７４及び主制御系７０を介して図１のレーザ干渉計８２及び８６で計測される透光性平板Ｐ１及びＰ２の位置情報も供給されており、駆動系７２は、主制御系７０から指示された駆動量に基づいて、図１のアクチュエータ８０Ａ及び８０Ｂを介して透光性平板Ｐ１及びＰ２を駆動する。なお、その代わりに、ウエハステージ３８を介してウエハＷを回転させる場合も有り得る。
【００９１】
なお、干渉縞９２を計測格子９５Ａで周期方向に走査してそのコントラストを計測する場合には、干渉縞９２の周期方向と計測格子９５Ａの周期方向とが必ずしも平行ではないため、検出信号ＳＣのコントラストを高めるために、計測格子９５Ａの長手方向（非周期方向）であるＹ方向の長さは十分な光量が検出できる範囲でできるだけ狭い方が良い。
また、アライメント及び露光に際しては、予め図１０のウエハマーク検出機構４３の検出中心４４と干渉縞９２の中心である露光中心との間隔（ベースライン量）を計測して記憶しておく必要がある。
【００９２】
次に、本例の露光装置において、図２（Ａ）の透光性平板Ｐ１上の第１の回折格子Ｇ１１の長手方向と図２（Ｂ）の透光性平板Ｐ２上の第２の回折格子Ｇ２１の長手方向とをそれぞれ図５（Ｃ）の開口絞り１７の開口部１８の長手方向（ほぼＹ軸に平行である）に平行にして、形成される干渉縞のコントラストを最大にするとともに、その干渉縞の長手方向とウエハステージ３８のステージ走り方向（ここではＹ方向に平行とする）とを平行に合わせるための効率的な第１の調整方法につき、図１２のフローチャートを参照して説明する。以下の説明では、干渉縞９２の照明領域は図８の矩形の照明領域４２とするが、その照明領域はどのような形状であってもよい。
【００９３】
先ず図１２のステップ２０１において、図１の透光性平板Ｐ１，Ｐ２上のアライメントマーク（不図示）を露光装置に設けられたアライメント顕微鏡（不図示）によって検出し、この検出結果に基づいてＸ軸アクチュエータ８０Ａ，８０Ｂを介して透光性平板Ｐ１，Ｐ２の回転角を調整する。これによって、透光性平板Ｐ１に形成された回折格子Ｇ１１の周期方向、及び透光性平板Ｐ２に形成された回折格子Ｇ２１の周期方向がそれぞれほぼＸ方向に平行になるように、即ち回折格子Ｇ１１，Ｇ２１の長手方向（周期方向に直交する方向）がそれぞれほぼＹ方向に平行になるようにラフに調整する。
【００９４】
次のステップ２０２において、図１の照明光学系ＩＳ中の開口絞り１７の開口部１８（図５（Ｃ）参照）の長手方向の長さをある程度制限して、その長手方向の照明光のコヒーレンスファクタ（σ値）を小さくする、即ち小σ化する。このためには、図１１の主制御系７０が図５（Ａ）の開口絞り１７の両端部に配置してある遮光部材１７ａ及び１７ｂを光軸ＡＸ２側に移動すればよい。なお、説明の便宜上、その開口部１８の遮光部材１７ａ及び１７ｂによって制限された部分（線状開口）を以下では線状光源と呼ぶ。このように開口絞り１７の開口部１８の長手方向において照明光を小σ化しておくことによって、両回折格子Ｇ１１，Ｇ２１がある程度相対回転していても、形成される干渉縞のコントラストを高めることができる。
【００９５】
次のステップ２０３において、２枚の透光性平板Ｐ１，Ｐ２（回折格子Ｇ１１，Ｇ２１）を同方向に等しい角度だけ回転し、形成される図８の干渉縞９２の長手方向が、ステージ走り方向（ここではＹ方向）に平行になるように調整する。具体的に、図１１の干渉縞計測系４１の計測格子９５Ａにより図８のＹ方向に離れた２箇所の計測点４１Ａ及び４１Ｂで干渉縞９２をＸ方向に走査して、それぞれ干渉縞９２の周期方向（ほぼＸ方向）の位置を計測し、この計測結果に基づいて干渉縞９２の長手方向のＹ軸に対する回転角を計算する。なお、この際に、３箇所以上の計測点で干渉縞９２の周期方向の位置を計測し、この計測結果から最小自乗法等によって干渉縞９２の回転角を求めてもよい。次に、その回転角を相殺して、干渉縞９２の長手方向をＹ軸に平行にするように、図１１の主制御系７０は、図１のレーザ干渉計８２，８６の計測値に基づいてＸ軸アクチュエータ８０Ａ，８０Ｂを駆動して、透光性平板Ｐ１，Ｐ２を等しい角度だけ回転する。
【００９６】
次のステップ２０４において、干渉縞計測系４１で干渉縞９２のコントラストをモニタしつつ、主制御系７０は、駆動系７２を介して２枚の透光性平板Ｐ１，Ｐ２（回折格子Ｇ１１，Ｇ２１）を２対−１の角度比で相対的に微小回転して、干渉縞９２のコントラストが最大になる相対回転位置を探し、その相対回転位置で透光性平板Ｐ１，Ｐ２を固定する。これは、干渉縞９２の長手方向を固定した状態で、２枚の回折格子Ｇ１１及びＧ２１の長手方向を平行に合わせることを意味する。干渉縞９２のコントラストは、図１１の干渉縞計測系４１の光電検出器１０１から出力される検出信号ＳＣのコントラストで表しているため、その検出信号ＳＣのコントラストが最大になるときの相対回転位置を求めればよい。この際に、図１のウエハステージ３８のＺレベリング機構３８Ｚを動作させて、干渉縞計測系４１のＺ位置を変化させて、干渉縞９２のコントラストが最大になるＺ位置を求め、以後の計測はそのＺ位置から、例えば０．１から５μｍ程度の所定距離だけ離れた位置に、干渉縞計測系４１を設定した状態で行うことが望ましい。また、回折格子Ｇ１１及びＧ２１の回転の角度比は、図１のレーザ干渉計８２，８６の計測値に基づいて高精度に制御可能である。
【００９７】
このとき、回転角の符号を光源側から見て反時計周りを＋として、正又は負の所定の回転角をαとすると、第１の回折格子Ｇ１１の回転角θ（Ｇ１１）が２αであるときに、第２の回折格子Ｇ２１の回転角θ（Ｇ２１）は−αとなる。即ち、回転角θ（Ｇ１１）とθ（Ｇ２１）との角度比は次のように２：−１となっている。
θ（Ｇ１１）：θ（Ｇ２１）＝２α：−α＝２：−１  …（５）
回転角θ（Ｇ１１）及びθ（Ｇ２１）が微小な範囲においては、回折格子Ｇ１１と回折格子Ｇ２１との周期の比が２対１であるため、その角度比で回転する限り、ウエハステージ３８上に形成される干渉縞９２の周期方向は回転しない。
【００９８】
実際には、所定ステップ角で第１の回折格子Ｇ１１を回転して、それに応じて第２の回折格子Ｇ２１を−１／２だけ回転する毎に、干渉縞９２のコントラストを計測し、例えば計測結果を内挿（補間）することによってコントラストが最大になる回転角を求め、その回転角で回折格子Ｇ１１，Ｇ２１の角度を固定すればよい。
次のステップ２０５において、主制御系７０は図５（Ａ）の遮光部材１７ａ，１７ｂを開いて、開口絞り１７の線状光源の長手方向の長さを露光時の長さに戻して、即ち、照明光ＩＬ１０の第１の透光性平板Ｐ１へのＹ方向の入射角度範囲を露光時の入射角度範囲に戻して、再度ステップ２０３及び２０４を実行する。このときのステップ２０４に対応する動作における第１の回折格子Ｇ１１の回転角を２αとすると、第２の回折格子Ｇ２１の回転角は−αとなるが、その角度αの変化の幅（振り角）は、上記の開口絞り１７の線状光源が長手方向に小さい場合よりも狭い範囲とする。そして、その狭い振り角の範囲内で回折格子Ｇ１１及びＧ２１を前回よりも微細な所定ステップ角ずつ変化させて、それぞれ干渉縞９２のコントラストを計測して、干渉縞９２のコントラストが最大になるときの第１の回折格子Ｇ１１の回転角２αと、第２の回折格子Ｇ２１の回転角−αとを探し、求められた角度で透光性平板Ｐ１，Ｐ２（回折格子Ｇ１１，Ｇ２１）を固定する。
【００９９】
次のステップ２０６において、回転合わせの完了した２枚の透光性平板Ｐ１，Ｐ２（回折格子Ｇ１１，Ｇ２１）について、この状態で例えば不図示のアライメント顕微鏡を用いて透光性平板Ｐ１及びＰ２上のアライメントマーク（不図示）の座標情報を計測して、これらの座標情報を主制御系７０内の記憶部の所定の露光データファイル等に記憶しておく。
【０１００】
その後、透光性平板Ｐ１，Ｐ２を別の透光性平板と交換した後で、再び透光性平板Ｐ１，Ｐ２を使用するような場合には、それらのアライメントマークの位置をその露光データファイル中に記憶されている座標情報に応じて位置決めすることで、上記のステップ２０１の動作（プリアライメント）を省略してステップ２０２から回転角の調整を行うことが可能になり、調整時間を短縮できる。
【０１０１】
次のステップ２０７において、照明光学系中の図５（Ｃ）の開口絞り１７の線状光源（ここでは開口部１８と同じ）の長手方向を、ウエハステージ３８のステージ走り方向に合わせ込むために、干渉縞計測系４１を用いて干渉縞９２のコントラストを計測しながら、図１のフライアイレンズ１３及び開口絞り１７を光軸の周りに一体的に微小回転する。そして、干渉縞９２のコントラストが最大になる状態で、フライアイレンズ１３及び開口絞り１７の回転角を固定することによって、線状光源の長手方向が干渉縞９２の長手方向に平行になり、かつその線状光源の長手方向がステージ走り方向に平行になる。
【０１０２】
この調整方法における開口絞り１７の開口部１８と、第１の回折格子Ｇ１１と、第２の回折格子Ｇ２１と、ウエハステージ３８上に形成される干渉縞（ここではＩＦとする）との関係につき図６及び図７を参照して説明する。
図６は、開口絞り１７から干渉縞ＩＦまでの光学部材を簡略化して示す斜視図であり、この図６において、照明系後群レンズ３５ａは図５（Ａ）と同じであり、開口絞り１７、第１の回折格子Ｇ１１、第２の回折格子Ｇ２１、干渉縞ＩＦの光軸を原点として、Ｘ軸及びＹ軸に平行な座標系をそれぞれ（Ｘ３，Ｙ３），（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ０，Ｙ０）とする。この場合、Ｙ方向がステージ走り方向であるとすると、調整が完了した状態では、開口絞り１７の開口部１８の長手方向Ｓ３は、Ｙ３軸に平行であり、回折格子Ｇ１１及びＧ２１の長手方向Ｓ１及びＳ２はそれぞれＹ１軸及びＹ２軸に平行であり、干渉縞ＩＦの長手方向Ｓ０はＹ０軸に平行である。
【０１０３】
この図６においても、＋Ｚ方向側から干渉縞ＩＦを見たときに反時計周りの角度の符号を＋として、開口絞り１７、回折格子Ｇ１１、回折格子Ｇ２１、及び干渉縞ＩＦの回転角をそれぞれω３、ω１、ω２、ω０とする。
次に、図７（Ａ）は図６の第１の回折格子Ｇ１１の所定位置に照射された照明光ＩＬ１０から、第１の回折格子Ｇ１１により発生する±１次回折光ＬＰ，ＬＭが、第２回折格子Ｇ２１上のどこに入射するかを表わす図であり、座標系が（Ｘ２，Ｙ２）になっている。図７（Ａ）の状態は、第１の回折格子Ｇ１１がω１だけ回転している場合であり、それによって回折光ＬＰ，ＬＭの第２回折格子Ｇ２１への照射位置も中心（ＩＬ１０）を中心にω１だけ回転する。中心（ＩＬ１０）から回折光ＬＰ，ＬＭの位置までの距離は、第１の回折格子Ｇ１１と第２回折格子Ｇ２１との間隔と、第１の回折格子Ｇ１１の周期とによって変化する。
【０１０４】
図７（Ｂ）は上記回折光ＬＰが、第２の回折格子Ｇ２１に入射し、回折光ＬＰ１，ＬＭ１となって干渉縞ＩＦ上の所定位置に入射することを示す図であり、図７（Ｂ）に示した状態は以下のようになっている。
ａ）両回折格子Ｇ１１，Ｇ２１の回転関係が最適化されていない状態であるため、回折光ＬＰ１，ＬＭ１の入射位置は一致せず、Ｙ０方向に計２×Ｄ０の間隔が発生している。
【０１０５】
ｂ）回折光ＬＰ１，ＬＭ１の方向Ｒ１，Ｒ２も、Ｘ０軸に平行ではなくなっている。
ａ）の結果として、第１の回折格子Ｇ１１上の同一の１点を発した回折光ＬＰ，ＬＭはウエハ上で異なる位置に照射されることとなり、逆の見方をすると、ウエハ上の１点に照射される２本の回折光は、透光性平板Ｐ１上の異なる点を発した照明光になるため、空間的可干渉性に乏しくなり易く、干渉縞のコントラスト低下の原因になる。干渉縞のコントラストは、線状照明のＹ方向のσ値を小さくすることで、改善できる。しかし、Ｙ方向の小σ化は、照度ムラの悪化等を招くため、露光時には採用が困難である。
【０１０６】
一方、本例の回折格子Ｇ１１，Ｇ２１の回転角の調整時には、ラフ調整において、Ｙ方向を小σ化して、キャプチャーレンジの拡大を図っている。これに対して、最初からＹ方向のコヒーレンスファクタが中程度（中σ）では、ラフ調整工程開始時に、干渉縞のコントラストが低すぎて、計測が困難な場合がある。
ｂ）の結果として、ウエハ上に形成される干渉縞ＩＦの方向が回転してしまう。即ち、図７（Ｂ）において、干渉縞の周期方向は方向Ｒ１，Ｒ２に平行になってしまう。その干渉縞の回転角をρとすると、回転角ρは、図６の回折格子Ｇ１１の回転角ω１及び回折格子Ｇ２１の回転角ω２を用いて次のようになる。
【０１０７】
ρ＝−ω１＋２×ω２      …（６）
このために、両回折格子Ｇ１１，Ｇ２１を、ω１：ω２＝２：−１の角度比で回転する限り、形成される干渉縞の方向は回転しないことになる。なお、両回折格子Ｇ１１，Ｇ２１を、同方向に等しい角度で回転すると、上式より、干渉縞は上記回転角と同じ角度及び同じ方向で回転することになる。
【０１０８】
なお、本例においては、照明光ＩＬ１０の第１の透光性平板Ｐ１への入射角度範囲を規定する光学部材は、上述の通りフライアイレンズ１３、開口絞り１７、あるいはさらにインプット光学系であるとしたが、これに限らず、他の光学部材を用いることが可能であることは言うまでもない。例えば、光源側から順に、所定の角度方向又は位置に照明光を集光するインプット光学系、開口絞り、ロッドインテグレーターを適宜組み合わせた光学部材を使用することもできる。そして、この場合においても、インプット光学系や開口絞りを回転することにより、照明光ＩＬ１０の第１の透光性平板Ｐ１への入射角度範囲の分布を、第１の透光性平板Ｐ１の法線方向を中心として回転可能であることは言うまでもない。
【０１０９】
以上の如き、フライアイレンズ１３、開口絞り１７等、あるいはさらにインプット光学系のいずれか一つを回転する機構は、照明光入射角度分布調整機構とみなすことができる。なお、本例においては、説明の便宜上、ステージ走り方向をＹ方向としたが、ステージ走り方向は厳密にＹ方向と平行である必要は無く、概ねＹ方向と一致していれば良い。
上記の調整方法のようにフライアイレンズ１３及び開口絞り１７を回転するためには、光学系の高精度な回転機構が必要である。
そのような高精度な回転機構を用いることなく調整を行うために、以下の本実施形態の第２の調整方法では、開口絞り１７の開口１８の長手方向を基準として回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の回転角及びステージ走り方向を定めるものとする。
【０１１０】
この方法では、先ず図１３に示すフローチャートのステップ２１０において、図５（Ａ）の遮光部材１７ａ，１７ｂの間隔を狭くして、開口絞り１７の線状光源の長手方向（ほぼＹ方向）の長さをある程度制限して（長手方向を小σ化して）、ステップ２０１と同様に、透光性平板Ｐ１及びＰ２に形成されている回折格子Ｇ１１，Ｇ２１の長手方向がそれぞれほぼＹ方向に平行になるようにラフに調整する。
【０１１１】
次のステップ２１１において、図８の干渉縞計測系４１で干渉縞９２のコントラストを計測しながら、図１の２枚の透光性平板Ｐ１，Ｐ２（回折格子Ｇ１１，Ｇ２１）を一体的に回転し、干渉縞９２のコントラストが最大になる回転位置で透光性平板Ｐ１，Ｐ２を固定する。次のステップ２１２において、ステップ２０４と同様に、干渉縞計測系４１で干渉縞９２のコントラストをモニタしつつ、２枚の透光性平板Ｐ１，Ｐ２（回折格子Ｇ１１，Ｇ２１）を２対−１の角度比で相対的に微小回転して、干渉縞９２のコントラストが最大になる相対回転位置を探し、その相対回転位置で透光性平板Ｐ１，Ｐ２を固定する。
【０１１２】
次のステップ２１３において、必要に応じて、ステップ２１１及び２１２の動作を繰り返す。その後、ステップ２１４において、図５（Ａ）の遮光部材１７ａ，１７ｂを開いて、開口絞り１７の線状光源の長手方向の長さを露光時の長さに戻して、ステップ２１１〜２１３の動作を再度実行する。以上の工程により、開口絞り１７の線状光源（ここでは開口１８と同じ）の長手方向と干渉縞９２の長手方向（非周期方向）とが一致する。
【０１１３】
次のステップ２１５において、図８に示すように、干渉縞計測系４１によりＹ方向に離れた複数の計測点４１Ａ，４１Ｂ等で干渉縞９２の周期方向（ほぼＸ方向）の位置を計測し、この計測結果に基づいて干渉縞９２の長手方向、即ち開口絞り１７の線状光源の長手方向のＹ軸に対する回転角Θａを求める。その後、ステップ２１６において、ステップ２１５で求められた回転角Θａに合わせて、主制御系７０は、露光時のウエハステージ３８のステージ走り方向を制御パラメータ等の変更によりソフトウェア的にＹ軸に対して回転角Θａだけ回転させる。
具体的には、ウエハステージ３８をＹ方向に所定量移動するに際し、Ｘ方向にもＹ方向への移動量に比例する量だけ移動するように、主制御系７０中の制御パラメータ等の変更を行う。
【０１１４】
または、例えば露光装置の組立調整時にこの調整動作を実行している場合には、開口絞り１７の線状光源の長手方向は固定されているため、例えば図７のウエハステージ３８側のＸ軸の移動鏡３９Ｘの反射面をＹ軸に対して回転角Θａで回転させることによって、ハードウェア的にウエハステージ３８のステージ走り方向をその線状光源の長手方向に合わせてもよい。
このような、ステージ走り方向のソフトウェア的又はハードウェア的な変更手段は、ステージ走査方向の可変機構ともみなすこともできる。
【０１１５】
このように開口絞り１７の線状光源又は開口１８の長手方向を基準としてウエハステージ３８のステージ走り方向を設定する場合には、照明光学系側に高精度な回転機構を設ける必要がないため、露光装置の構成が簡素化できる場合がある。
次に、本実施形態の第３の調整方法は、次のように開口絞り１７の開口１８又は線状光源の長手方向を直接計測する。これは、例えば線状光源の長手方向とウエハステージ３８のステージ走り方向との関係をラフに調整する場合に使用できる。
【０１１６】
この調整方法では、第１段階として、図１４（Ａ）に示すように、２枚の透光性平板Ｐ１，Ｐ２を除去し、例えば透光性平板Ｐ２の代わりに、大きめのピンホール１０２ａの形成された遮光性の基板１０２を装填する。基板１０２は、例えば図１のホルダ３７Ａに保持される。
次に、第２段階として、ピンホール１０２ａの底面側に２次元のＣＣＤ等の撮像センサ１０３を配置する。撮像センサ１０３は、例えば図１のウエハステージ３８上に着脱自在に固定されるものである。この状態で開口絞り１７の開口１８を全開にして照明光ＩＬ１０を照射すると、開口絞り１７の開口１８はＹ方向に細長いため、ピンホール１０２ａを通過した照明光は、撮像センサ１０３の上面で図１４（Ｂ）に示すように、ほぼＹ方向に沿って細長い領域１８ＦＰに拡散する。即ち、その細長い領域１８ＦＰは、開口絞り１７の開口１８に平行である。そこで、撮像センサ１０３の検出結果を画像処理することによって、ステージ走り方向１０４（現段階ではＹ軸に平行とする）に対する領域１８ＦＰの中心の方向１０５の回転角Θａを求める。
【０１１７】
なお、ステージ走り方向１０４は、例えば図１４（Ａ）の状態から図１のウエハステージ３８を介して撮像センサ１０３をＹ方向に所定間隔だけ駆動して、駆動の前後で図１４（Ｂ）の照明光の照射領域１８ＦＰの中心の座標を計測し、これらの２箇所におけるその中心座標を結ぶことによっても求めることができる。
次に第３段階として、ステップ２１６と同様にして、その第２段階で求められた回転角Θａに合わせて、主制御系７０は、露光時のウエハステージ３８のステージ走り方向１０４をソフトウェア的に回転角Θａだけ回転させて、開口絞り１７の線状光源の方向１０５に合わせ込む。この場合にも、そのステージ走り方向１０４をハードウェア的に調整してもよい。
【０１１８】
なお、撮像センサ１０３を用いる代わりに、ナイフエッジ（ＫＥ）センサをウエハステージ３８上に設け、上記ピンホール１０２ａを透過した照明光の照射領域をナイフエッジセンサで計測してもよい。
また、以上のような開口絞り１７の開口１８（線状光源）の長手方向とステージ走り方向との回転調整は、例えば数日に一度の精度セルフチェック時に行えば良く、透光性平板Ｐ１，Ｐ２（回折格子Ｇ１１，Ｇ２１）の交換時に毎回行う必要はない。
【０１１９】
なお、上記の実施形態では、露光及び計測対象の干渉縞は一方向に周期性を持つ１次元の干渉縞パターンであったが、露光及び計測対象の干渉縞は２方向（例えば直交する２方向）に周期性を持つ２次元の干渉縞パターンであってもよい。このように２次元の干渉縞パターンの位置計測を行う場合には、例えば図１０の干渉縞計測系４１上に計測格子９５Ａを９０°回転した形状の計測格子（以下、Ｙ方向計測格子と言う。）をも形成しておき、このＹ方向計測格子の底面にも図１１のレンズ１００及び光電検出器１０１よりなる光電変換部を設けておけばよい。この場合、その２次元の干渉縞パターンの計測点でそのＹ方向計測格子をＹ方向に移動して、その光電変換部の検出信号がピークとなるときのウエハステージ３８のＹ座標を求めることで、その２次元の干渉縞パターンのＹ方向の位置も計測することができ、複数の位置での計測値からそのＹ方向の周期を計測することができる。
【０１２０】
なお、図１の例においては、第１の回折格子Ｇ１１及び第２の回折格子Ｇ２１はそれぞれ位相変調型回折格子であるとしたが、両回折格子の構成は、これに限るものではない。例えば、いずれの回折格子も、ハーフトーン位相シフトレチクル（Attenuated Phase Shift Mask）の如く、透過光の位相及び強度の双方を変調する回折格子を用いることもできる。また、第１の回折格子を位相変調型回折格子として、第２の回折格子を強度変調型回折格子としてもよい。
【０１２１】
図１５は、図１において、第１の透光性平板Ｐ１の＋Ｚ方向側（光源側）の面にＸ方向に周期Ｔ１の位相変調型の第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２を形成し、第２の透光性平板Ｐ２の−Ｚ方向側（ウエハＷ側）に周期Ｔ２（ここではＴ１／２に等しい）の強度変調型の第２の回折格子Ｇ２１Ａを形成した場合を示している。
以下、図１５を用いて、照明光ＩＬ１０の第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２及び第２の回折格子Ｇ２１Ａへの照射により、ウエハＷ上に干渉縞の明暗パターンが形成される原理について説明する。
【０１２２】
図１５において、照明光ＩＬ１０が照射されると、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２からはその周期Ｔ１に応じた回折光が発生する。第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２が、デューティ比１：１で位相差１８０度の位相変調型格子であれば、０次回折光は消失し発生しない。この場合、主に±１次光の２本の回折光が発生するが、±２次光等の高次回折光も発生する可能性もある。
【０１２３】
しかしながら、周期Ｔ１が照明光の実効波長λの３倍より短い場合には、３次以上の高次回折光は発生し得ない。また、上記の如くデューティ比１：１で位相差１８０度の位相変調型格子であれば２次回折光も発生し得ない。従って、この場合には、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２からは、＋１次回折光ＬＰと−１次回折光ＬＭとの２本のみが発生し、第１の透光性平板Ｐ１を透過して第２の透光性平板Ｐ２に入射する。続いて、＋１次回折光ＬＰと−１次回折光ＬＭとは、第２の透光性平板Ｐ２のウエハＷ側の表面に設けられた第２の回折格子Ｇ２１Ａに照射される。両回折光は対称であるため、以下＋１次回折光ＬＰについてのみ説明する。
【０１２４】
＋１次回折光ＬＰは、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１により、第２の回折格子Ｇ２１Ａに対して鉛直な方向（法線方向）から所定の角度だけ傾いて第２の回折格子Ｇ２１Ａへ入射する。＋１次回折光ＬＰが第２の回折格子Ｇ２１Ａに照射されると、第２の回折格子Ｇ２１Ａからも回折光が発生する。第２の回折格子Ｇ２１Ａが強度変調型の回折格子であることから、当該回折光は０次光を含む回折光となる。
【０１２５】
ここで、当該各回折光の発生する角度方向は、照射される照明光（＋１次回折光ＬＰ）の入射角の傾斜に応じて傾いたものとなる。即ち、第２の回折格子Ｇ２１Ａからは、照射された＋１次回折光ＬＰに平行な方向に進行する０次回折光ＬＰ０と、第２の回折格子Ｇ２１ＡのＸ方向の周期Ｔ２に応じて回折される−１次回折光ＬＰ１とが発生する。この結果、ウエハＷ上には、０次回折光ＬＰ０と−１次回折光ＬＰ１との２本の回折光が照射されることとなり、これらの回折光の干渉により干渉縞の明暗パターンが形成される。
なお、±２次以上の高次回折光と０次光との干渉縞の明暗パターンを形成することもできる。
【０１２６】
この場合にも、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１Ａとの回転角を調整する場合に、図１２又は図１３の調整方法を適用することができる。
なお、図１５の構成では、一例として、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１Ａとの間隔Ｄ１に対して、第２の回折格子Ｇ２１ＡとウエハＷの表面との間隔Ｄ２は小さく設定される。
【０１２７】
なお、以上の例においては、第１の回折格子Ｇ１１（又はＧ１１，Ｇ１２）と第２の回折格子Ｇ２１（又はＧ２１Ａ）とはそれぞれ別の透光性平板上に形成されるものとしたが、両回折格子を同一の透光性平板上に形成することもできる。この場合には、その透光性平板上の回折格子の長手方向と図５（Ｃ）の開口絞り１７の開口部１８の長手方向との調整に上記の実施形態の調整方法を適用することができる。
【０１２８】
ところで、以上の例においては、第２の透光性平板Ｐ２とウエハＷとの間には、空気が存在するものとしていたが、これに代わり、所定の誘電体を満たすこととしても良い。これにより、ウエハＷに照射される照明光（回折光）の実質的な波長を、上記誘電体の屈折率分だけ縮小することができ、ウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターンの周期Ｔ３を一層縮小することが可能となる。なお、そのためには、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２及び第１の回折格子Ｇ１１の周期Ｔ１も、それに比例して縮小する必要があることは言うまでも無い。
【０１２９】
図１６（Ａ）は、これに適したウエハステージ３８ａ等の例を示す図である。ウエハステージ３８ａの周囲には、連続的な側壁３８ｂ，３８ｃが設けられ、側壁３８ｂ，３８ｃで囲まれた部分には水等の液体５６を保持可能となっている。これにより、ウエハＷとホルダ３７Ａに保持された第２の透光性平板Ｐ２との間は水に満たされ、照明光の波長は、水の屈折率（波長１９３ｎｍの光に対して１．４６）だけ縮小される。
【０１３０】
なお、給水機構５４及び排水機構５５も併設され、これにより側壁３８ｂ，３８ｃで囲まれた部分には汚染の無い清浄な液体が供給されかつ排出される。
また、図１６（Ｂ）に示す如く、ウエハステージ３８ａの側壁３８ｄ，３８ｅの最上面を第１の透光性平板Ｐ１の下面より高くし、ホルダ３６Ａに保持された第１の透光性平板Ｐ１とホルダ３７Ａに保持された第２の透光性平板Ｐ２との間の空間にも液体を満たすこともできる。給液機構５４ａ及び排液機構５５ｂの機能は上述と同様である。
【０１３１】
これにより、第１の回折格子Ｇ１１からウエハＷに至る全光路を、空気以外の誘電体で覆うことが可能となり、上述の照明光の実効波長λを、液体の屈折分だけ縮小することが可能となる。そしてこれにより、一層微細な周期を有するパターンの露光が可能となる。
なお、第２の透光性平板Ｐ２とウエハＷの間に満たす誘電体は水に限らず、他の誘電性液体であっても良いことは言うまでも無い。その場合、その誘電性液体の屈折率は、１．２以上であることが、干渉縞の明暗パターンの周期の縮小の点から好ましい。
【０１３２】
また、図１６（Ａ）、（Ｂ）ではウエハＷが液体中に配置されるものとしたが、第２の透過性平板Ｐ２とウエハＷとの間で、少なくとも干渉縞パターンの形成領域を含む所定領域が液体で満たされるようにその供給及び排出を行うようにしてもよい。このとき、特に走査型露光装置では、走査露光時に液体を走査方向に沿って流すようにしてもよいし、ウエハステージ３８上でウエハＷを囲む所定領域の表面の高さをウエハＷの表面とほぼ一致させることが好ましい。さらに、第１及び第２の透過性平板Ｐ１、Ｐ２の間で、少なくとも照明光ＩＬ１０の通過領域を含む所定領域を液体で満たすようにしてもよいし、特に走査型露光装置では走査方向に沿って液体を流してもよい。このとき、第２の透過性平板Ｐ２とウエハＷとの間とは独立に、第１及び第２の透過性平板Ｐ１、Ｐ２の間で液体の供給及び排出を行うようにしてもよい。
【０１３３】
なお、本例の露光装置では、各種透光性平板を光路に沿って近接して配置することになるため、その各表面での表面反射に伴う多重干渉による悪影響のおそれがある。そこで、本例においては、図１の光源１からの照明光ＩＬ１〜ＩＬ１０として、その時間的な可干渉距離（光の進行方向についての可干渉距離）が、１００［μｍ］以下の光を使用することが好ましい。これにより多重干渉に伴う不要な干渉縞の発生を避けることができる。
【０１３４】
光の時間的な可干渉距離は、その光の波長をλ、その光の波長分布における波長半値幅をΔλとしたとき、概ねλ2／Δλ で表わされる距離である。従って、露光波長λがＡｒＦレーザからの１９３ｎｍの場合には、その波長半値幅Δλが３７０ｐｍ以上程度である照明光ＩＬ１〜ＩＬ１０を使用することが望ましい。
また、照明光ＩＬ１〜ＩＬ１０の波長としても、より微細な干渉縞パターンを得るために２００［ｎｍ］以下の照明光を使用する事が望ましい。
【０１３５】
なお、上記の実施形態において、例えば図１のレーザ干渉計４０，８６，８２等の移動鏡３９，８９，８４は独立の部材としてウエハステージ３８やホルダ３６Ａ，３７Ａに固定されているが、それらの移動鏡を用いることなく、ウエハステージ３８の上端部の側面自体、及びホルダ３６Ａ，３７Ａの側面自体を鏡面加工して、これらの鏡面加工された反射面を移動鏡として使用しても良い。これは参照鏡９１，８９，８５についても同様である。
【０１３６】
なお、上記実施形態では不図示のウエハ表面位置検出系を用いて計測格子９５ＡやウエハＷのＺ方向の位置や傾斜を調整するものとしたが、ウエハ表面位置検出系の代わりに、第２の透過性平板Ｐ２（またはホルダ３７Ａ）とウエハステージ３８とのＺ方向の相対位置を複数点で計測するセンサ（例えばレーザ干渉計など）を用いてもよい。
また、干渉縞パターンを形成する露光装置（特に照明光学系ＩＳ、及び透過性平板Ｐ１、Ｐ２）の構成は上記実施形態に限られるものでなく、干渉縞パターンを形成する干渉露光方式の露光装置なら本発明を適用することができる。
【０１３７】
上記の如くして干渉縞による明暗パターンの露光されたウエハＷは、不図示のウエハローダーにより露光装置外に搬送され、現像装置に搬送させる。現像により、ウエハＷ上のフォトレジストには、露光された明暗パターンに応じたレジストパターンが形成される。そして、エッチング装置において、このレジストパターンをエッチングマスクとして、ウエハＷ又はウエハＷ上に形成された所定の膜をエッチングすることにより、ウエハＷに所定のパターンが形成される。
【０１３８】
半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造工程は、上記の如き微細パターンを多数層に亘って形成する工程を含む。本発明の露光装置による上記露光方法を、そのような多数回のパターン形成工程の中の少なくとも１つの工程に使用して、電子デバイスを製造することができる。
また、上記少なくとも１つの工程において、本発明の露光装置による上記露光方法を用いて干渉縞による明暗パターンを露光したウエハＷ上のフォトレジストＰＲに対し、一般的な投影露光装置により所定形状のパターンを合成露光して、合成露光されたフォトレジストＰＲを現像し、上記パターン形成を行なうこともできる。
【０１３９】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明の露光方法及び装置は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造工程において使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の実施形態の一例の露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。
【図２】（Ａ）は第１の透光性平板Ｐ１上に形成した第１の回折格子Ｇ１１を示す図、（Ｂ）は第２の透光性平板Ｐ２上に形成した第２の回折格子Ｇ２１を示す図である。
【図３】第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの位置関係、及び回折光ＬＰ，ＬＭ，ＬＭ１，ＬＰ１を示す断面図である。
【図４】ウエハＷ上に形成される干渉縞の強度分布を示す断面図である。
【図５】（Ａ）は第１の透光性平板への照明光の入射角度範囲を＋Ｘ方向から見た側面図、（Ｂ）はそれを−Ｙ方向から見た側面図、（Ｃ）は開口絞り１７を示す図である。
【図６】図１中の開口絞り１７から干渉縞までの光学部材を簡略化して示す斜視図である。
【図７】（Ａ）は、図６の第１の回折格子Ｇ１１の所定位置に照射された照明光ＩＬ１０により発生する±１次回折光ＬＰ，ＬＭが、第２回折格子Ｇ２１上にどのように入射するのかを示す図、（Ｂ）は、上記回折光ＬＰが第２の回折格子Ｇ２１に入射して回折光ＬＰ１，ＬＭ１となって干渉縞上の所定位置に入射する状態を示す図である。
【図８】本発明の実施形態における干渉縞の照明領域の一例を示す平面図である。
【図９】本発明の実施形態における干渉縞の照明領域の他の例を示す平面図である。
【図１０】図１中のウエハステージ３８とウエハマーク検出機構４３との関係を示す平面図である。
【図１１】図１０中の干渉縞計測系４１の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態における干渉縞の回転角及びコントラストの第１の調整方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施形態における干渉縞の回転角及びコントラストの第２の調整方法を示すフローチャートである。
【図１４】（Ａ）は透光性平板Ｐ１、Ｐ２の代わりにピンホールの形成された基板を配置した状態を示す要部の拡大図、（Ｂ）は図１４（Ａ）のピンホールを通過した照明光の光量分布の一例を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態の他の例における、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１ＡとウエハＷとの位置関係を示す断面図である。
【図１６】（Ａ）はウエハＷと第２の透光性平板Ｐ２の間にのみ液体を満たす機構の説明図、（Ｂ）はさらに透光性平板Ｐ２と透光性平板Ｐ１との間にも液体を満たす機構の説明図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１…光源、２，３，４，６…第１のレンズ群レンズ、１０…集光光学系、１３…フライアイレンズ、１７…開口絞り、２９，３０，３２，３５…第４のレンズ群レンズ、Ｐ１…第１の透光性平板、Ｐ２…第２の透光性平板、３６Ａ…第１ホルダ、３７Ａ…第２ホルダ、Ｗ…基板（ウエハ），３８…ウエハステージ，４０…レーザ干渉計、４１…干渉縞計測系、Ｇ１１…第１の回折格子、Ｇ２１…第２の回折格子、ＩＬ１〜ＩＬ１０…照明光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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