(57)【要約】【課題】小型であり、かつ構成部材の位置合せが容易なエンコーダ装置を提供する。【解決手段】エンコーダヘッド２０は、光源部からの計測光をスケール５（回折格子）に向けて反射させる第１プリズム２１と、第１プリズム２１により反射された計測光を二つの直線偏光に分割する偏光ビームスプリッタ膜２２と、偏光ビームスプリッタ膜２２を透過した直線偏光を円偏光に変換してスケール５上の一方の位置に照射させる第１波長板２３と、偏光ビームスプリッタ膜２２で反射した直線偏光を円偏光に変換してスケール５上の他方の位置に照射させる第２波長板２４と、スケール５で反射回折した±１次回折光を干渉させて光検出器に向けて反射させる第２プリズム２５とを有し、偏光ビームスプリッタ膜２２が第１プリズム２１と第２プリズム２５に挟まれて設けられ第１プリズム２１、第２プリズム２５および偏光ビームスプリッタ膜２２が一体に形成されていることを特徴とする。【選択図】図４
2012008004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材に対して所定方向に直線移動する測定対象物の移動量を測定するエンコーダ装置であって、
前記ベース部材および前記測定対象物のいずれか一方に設けられ、前記所定方向に所定間隔で配列された格子パターンを有する反射型の回折格子と、
前記所定方向に平行な計測光を射出する光源部と、
前記ベース部材および前記測定対象物の他方に設けられ、前記光源部から射出された前記計測光を偏光方向が直交する二つの直線偏光に分割させて前記格子パターン上の二つの位置にそれぞれ照射させるとともに、当該格子パターン上の一方の位置で反射回折された＋１次回折光と他方の位置で反射回折された−１次回折光とを重ね合わせて干渉させ前記所定方向に平行な干渉光として射出するエンコーダヘッドと、
前記エンコーダヘッドから射出された前記干渉光を受けて、前記干渉光の強度の変化を光電変換して出力する光検出器と、
前記光検出器から出力された光強度信号から前記干渉光の位相値を算出し、算出した前記位相値に基づいて前記測定対象物の移動量を測定する移動量測定部とを備え、
前記エンコーダヘッドは、前記計測光を前記格子パターンに向けて反射させる第１プリズムと、前記第１プリズムにより反射された前記計測光を前記二つの直線偏光に分割する偏光ビームスプリッタ膜と、前記偏光ビームスプリッタ膜を透過した直線偏光を円偏光に変換して前記格子パターンの前記他方の位置に照射させる第１波長板と、前記偏光ビームスプリッタ膜で反射した直線偏光を円偏光に変換して前記格子パターンの前記一方の位置に照射させる第２波長板と、前記干渉光を前記光検出器に向けて反射させる第２プリズムとを有し、前記偏光ビームスプリッタ膜が前記第１プリズムと前記第２プリズムに挟まれて設けられ前記第１プリズム、前記第２プリズムおよび前記偏光ビームスプリッタ膜が一体に形成されていることを特徴とするエンコーダ装置。
【請求項２】
前記エンコーダヘッドと前記光検出部の間の光路上に設けられ、前記エンコーダヘッドから前記＋１次回折光と前記−１次回折光とが重なり合わずに射出された場合に、前記＋１次回折光と前記−１次回折光とを重ね合わせて干渉させた状態に補正する補正光学系を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項３】
前記干渉光を互いに位相が異なり且つ略同一の光強度を有する四つの光に分割し、それらの光を四つの前記光検出器にそれぞれ入射させる分割光学系を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のエンコーダ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のエンコーダ装置を備えることを特徴とする光学装置。
【請求項５】
被露光体を所定の露光領域に対応する露光位置に移動させながら、レチクルに形成された所定のパターンを前記被露光体に投影して露光を行う露光装置であって、
前記被露光体を支持するとともに所定方向に直線移動可能なステージと、
前記所定方向への前記ステージの移動量を測定する請求項１〜３のいずれかに記載のエンコーダ装置と、
前記ステージに支持された前記被露光体を前記露光位置に移動させるように、前記エンコーダ装置により測定された前記移動量に基づいて前記ステージの前記所定方向への移動を制御するステージ移動制御部とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
被露光体を支持するステージの所定方向への直線移動量を測定する請求項１〜３のいずれかに記載のエンコーダ装置の測定結果に基づいて前記ステージの前記所定方向への移動を制御して、前記ステージに支持された前記被露光体を所定の露光領域に対応する露光位置に移動させながら、レチクルに形成された所定のパターンを前記被露光体に投影して露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項７】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程では、請求項５に記載の露光装置を用いてレチクルに形成された所定のパターンを被露光体に投影して露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の移動量を測定するエンコーダ装置、このエンコーダ装置を備えた光学装置および露光装置、並びにこの露光装置を用いた露光方法およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回折格子が形成されたスケールを用いて測定対象物の移動量を高精度に計測するエンコーダ装置が種々提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この種のエンコーダ装置では、半導体レーザ等からなる光源からの光をレンズでコリメートまたは集光し、偏光ビームスプリッタに入射させて二つの直線偏光（Ｐ偏光、Ｓ偏光）に分割し、そのＰ偏光およびＳ偏光をそれぞれ二つのミラーを用いてスケール（回折格子）に互いに等しい入射角で入射させるように構成されているものがある。このとき、Ｐ偏光の−１次回折光とＳ偏光の＋１次回折光とが検出器に入射して干渉するように、全体の配置構成がなされている。ここで、スケールの位置が変わるとＰ偏光とＳ偏光の回折光の位相差が変化し、この位相差の変化により検出器で得られた干渉光の位相が変化するため、この干渉光の位相変化を観察することでスケールの位置の変化を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５‐３０８５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなエンコーダ装置では、例えば、ステージの移動量を測定することでステージ上に載置された対象物の位置合わせを行う場合、ステージのたわみや熱膨張などが位置合わせに影響を与える虞があるため、対象物の近くにエンコーダ装置を設置しようとすると、必然的にエンコーダの小型化が要求されることになる。このようにエンコーダ装置の小型化は、設置スペースの点だけではなく、精度の点からも求められる。また、上記のようなエンコーダ装置では、二つの光がスケール（回折格子）に等しい入射角で入射して、スケールで反射回折された±１次回折光が検出器に入射して干渉するように、レンズやミラーなどの複数の構成部材において相互間の位置合わせを行わなければならず、このように数の多い単独の構成部材の位置合せは非常に困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、小型であり、かつ構成部材の位置合せが容易なエンコーダ装置、このエンコーダ装置を備えた光学装置および露光装置、並びにこの露光装置を用いた露光方法およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するため、本発明の第１の態様は、ベース部材に対して所定方向に直線移動する測定対象物の移動量を測定するエンコーダ装置であって、前記ベース部材および前記測定対象物のいずれか一方に設けられ、前記所定方向に所定間隔で配列された格子パターンを有する反射型の回折格子と、前記所定方向に平行な計測光を射出する光源部と、前記ベース部材および前記測定対象物の他方に設けられ、前記光源部から射出された前記計測光を偏光方向が直交する二つの直線偏光に分割させて前記格子パターン上の二つの位置にそれぞれ照射させるとともに、当該格子パターン上の一方の位置で反射回折された＋１次回折光と他方の位置で反射回折された−１次回折光とを重ね合わせて干渉させ前記所定方向に平行な干渉光として射出するエンコーダヘッドと、前記エンコーダヘッドから射出された前記干渉光を受けて、前記干渉光の強度の変化を光電変換して出力する光検出器と、前記光検出器から出力された光強度信号から前記干渉光の位相値を算出し、算出した前記位相値に基づいて前記測定対象物の移動量を測定する移動量測定部とを備えて構成される。その上で、前記エンコーダヘッドは、前記計測光を前記格子パターンに向けて反射させる第１プリズムと、前記第１プリズムにより反射された前記計測光を前記二つの直線偏光に分割する偏光ビームスプリッタ膜と、前記偏光ビームスプリッタ膜を透過した直線偏光を円偏光に変換して前記格子パターンの前記他方の位置に照射させる第１波長板と、前記偏光ビームスプリッタ膜で反射した直線偏光を円偏光に変換して前記格子パターンの前記一方の位置に照射させる第２波長板と、前記干渉光を前記光検出器に向けて反射させる第２プリズムとを有し、前記偏光ビームスプリッタ膜が前記第１プリズムと前記第２プリズムに挟まれて設けられ前記第１プリズム、前記第２プリズムおよび前記偏光ビームスプリッタ膜が一体に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の態様は、検査装置、測定装置等の光学装置であって、上記エンコーダ装置を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３の態様は、被露光体を所定の露光領域に対応する露光位置に移動させながら、レチクルに形成された所定のパターンを前記被露光体に投影して露光を行う露光装置であって、前記被露光体を支持するとともに所定方向に直線移動可能なステージと、前記所定方向への前記ステージの移動量を測定する上記エンコーダ装置と、前記ステージに支持された前記被露光体を前記露光位置に移動させるように、前記エンコーダ装置により測定された前記移動量に基づいて前記ステージの前記所定方向への移動を制御するステージ移動制御部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第４の態様は、露光方法であって、被露光体を支持するステージの所定方向への直線移動量を測定する上記エンコーダ装置の測定結果に基づいて前記ステージの前記所定方向への移動を制御して、前記ステージに支持された前記被露光体を所定の露光領域に対応する露光位置に移動させながら、レチクルに形成された所定のパターンを前記被露光体に投影して露光を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第５の様態は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフィ工程では、上記露光装置を用いてレチクルに形成された所定のパターンを被露光体に投影して露光を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型であり、かつ構成部材の位置合せが容易なエンコーダ装置、このエンコーダ装置を備えた光学装置および露光装置、並びにこの露光装置を用いた露光方法およびデバイス製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る露光装置の構成図である。
【図２】上記露光装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係るエンコーダ装置の構成図である。
【図４】上記エンコーダ装置を構成するエンコーダヘッドを示す構成図である。
【図５】上記エンコーダヘッドが図４に示す状態からチルトした場合について説明するための説明図である。
【図６】上記エンコーダ装置を構成する補正光学系の機能を説明するための説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は上記エンコーダヘッドとスケールとの相対位置の変化と干渉光の位相値との関係について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１には、本実施形態に係るエンコーダ装置１を備えた露光装置１００の構成を概略的に示している。露光装置１００は、照明系１１０、レチクルステージ１２０、投影ユニット１３０、局所液浸装置１４０、ステージ装置１５０、および主制御装置２００（図２を参照）を有して構成される。なお、以下においては、図１に記載した矢印Ｘ，Ｙ，Ｚの方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向として説明する。
【００１４】
照明系１１０は、光源、オプティカルインテグレータ等を備える照度均一化光学系、およびレチクルブラインド等を備える照明光学系（いずれも図示せず）を有し、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域を照明光（露光光）により略均一な照度で照明するように構成されている。照明光としては、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。
【００１５】
レチクルステージ１２０上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定保持されている。レチクルステージ１２０は、例えばリニアモータ等を備えるレチクルステージ駆動装置１２１（図２を参照）によってＸＹ平面内で移動可能であるとともに、走査方向（ここではＹ軸方向とする）に所定の走査速度で移動可能に構成されている。
【００１６】
レチクルステージ１２０のＸＹ平面内の位置情報（Ｚ軸回りの回転方向の回転情報を含む）は、レチクルステージ１２０に設けられたＹ軸に直交する反射面を有する第１反射鏡１２３およびＸ軸に直交する反射面を有する第２反射鏡（図示せず）を介して、レチクル干渉計１２５によって検出される。レチクル干渉計１２５により検出された当該位置情報は主制御装置２００に送られ、主制御装置２００は、その位置情報に基づいてレチクルステージ駆動装置１２１を介してレチクルステージ１２０の位置（および移動速度）を制御する。
【００１７】
投影ユニット１３０は、レチクルステージ１２０の下方に配置され、鏡筒１３１、および鏡筒１３１内に保持された投影光学系１３５を有して構成される。投影光学系１３５は、照明光の光軸ＡＸに沿って配列された複数の光学素子（レンズエレメント）を有し、両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍または１／８倍など）を有するように構成されている。このため、照明系１１０から射出された照明光によってレチクルＲ上の照明領域が照明されると、投影光学系１３５の物体面とパターン面が略一致して配置されるレチクルＲを透過した照明光により、投影光学系１３５を介してその照明領域内のレチクルＲのパターンの縮小像が、投影光学系１３５の像面側に配置されたウェハＷ上の露光領域（レチクルＲ上の照明領域に共役な領域）に形成される。そして、レチクルステージ１２０とウェハＷを保持するステージ装置１５０との同期駆動によって、照明領域に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に移動させるとともに、露光領域に対してウェハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、ウェハＷ上の１つのショット領域の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。
【００１８】
露光装置１００には、液浸方式の露光を行うために局所液浸装置１４０が設けられている。局所液浸装置１４０は、図１および図２に示すように、液体供給装置１４１、液体回収装置１４２、液体供給管１４３Ａ、液体回収管１４３Ｂ、およびノズルユニット１４５を有して構成される。ノズルユニット１４５は、投影光学系１３５を構成する最も像面側（ウェハ側）の光学素子、ここでは先端レンズ１３６を保持する鏡筒１３１の下端部周囲を取り囲むように、投影ユニット１３０を保持する不図示のフレーム部材（露光装置１００を構成するフレーム部材）に支持されている。本実施形態では、ノズルユニット１４５は、図１に示されるように、その下端面が先端レンズ１３６の下端面と略同一面に設定されている。
【００１９】
液体供給装置１４１は、液体を貯蔵するタンク、加圧ポンプ、温度制御装置、および液体の流量を制御するためのバルブを有して構成され、液体供給管１４３Ａを介してノズルユニット１４５に接続されている。液体回収装置１４２は、回収した液体を貯蔵するタンク、吸引ポンプ、および液体の流量を制御するためのバルブを有して構成され、液体回収管１４３Ｂを介してノズルユニット１４５に接続されている。
【００２０】
主制御装置２００は、液体供給装置１４１を制御して液体供給管１４３Ａを介して先端レンズ１３６とウェハＷとの間に液体（例えば、純水）を供給するとともに、液体回収装置１４２を制御して液体回収管１４３Ｂを介して先端レンズ１３６とウェハＷとの間から液体を回収する。このとき、主制御装置２００は、供給される液体の量と回収される液体の量とが常に等しくなるように、液体供給装置１４１および液体回収装置１４２を制御する。したがって、先端レンズ１３６とウェハＷとの間には、一定量の液体が常に入れ替わって保持され、これにより液浸領域（液浸空間）が形成される。露光装置１００では、照明光を、液浸領域を形成する液体を介してウェハＷに照射することによって、ウェハＷに対する露光が行われる。
【００２１】
ステージ装置１５０は、投影ユニット１３０の下方に配置されたウェハステージ１５１、ウェハステージ１５１を駆動するステージ駆動装置１５５を有して構成される。ウェハステージ１５１は、不図示のエアスライダにより数μｍ程度のクリアランスを有してベース部材１０５の上方に浮上支持され、ウェハステージ１５１の上面においてウェハＷを真空吸着によって保持するように構成されている。そして、ウェハステージ１５１は、ステージ駆動装置１５５を構成するモータにより、ベース部材１０５の上面に沿ってＸＹ平面内で移動可能になっている。
【００２２】
ウェハステージ１５１のＸＹ平面内の位置情報は後述するエンコーダ装置１によって検出される。エンコーダ装置１により検出された当該位置情報は主制御装置２００に送られ、主制御装置２００は、その位置情報に基づいてステージ駆動装置１５５を介してウェハステージ１５１の位置（および移動速度）を制御する。
【００２３】
露光装置１００では、照明系１１０から射出された照明光によってレチクルＲ上の照明領域が照明されると、投影光学系１３５の物体面とパターン面が略一致して配置されるレチクルＲを透過した照明光により、投影光学系１３５を介してその照明領域内のレチクルＲのパターンの縮小像が、ウェハステージ１５１上に支持されて投影光学系１３５の像面側に配置されたウェハＷ上の露光領域（レチクルＲ上の照明領域に共役な領域）に形成される。そして、レチクルステージ１２０とウェハＷを支持するウェハステージ１５１との同期駆動によって、照明領域に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に移動させるとともに、露光領域に対してウェハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、ウェハＷ上の１つのショット領域の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。
【００２４】
次に、ウェハステージ１５１のＸＹ平面内の位置情報を検出するためのエンコーダ装置１について説明する。なお、露光装置１００では、ウェハステージ１５１のＹ軸方向の移動量を測定するエンコーダ装置１と、ウェハステージ１５１のＸ軸方向の移動量を測定するエンコーダ装置１の二つのエンコーダ装置を備えているが、これらは同一の構成であるため、以下ではＹ軸方向の移動量を測定するエンコーダ装置１について説明する。
【００２５】
エンコーダ装置１は、図１および図３に示すように、ウェハステージ１５１の上面に設けられたエンコーダヘッド２０と、投影ユニット１３０の下部にエンコーダヘッド２０（ウェハステージ１５１）と対向するように設けられたスケール５と、エンコーダヘッド２０に向けて計測光（照明光）を射出する光源部１０と、エンコーダヘッド２０により計測光が照射されたスケール５からの反射光（回折光）を検出する光検出部５０と、光検出部５０からの検出信号に基づいてウェハステージ１５１のＹ軸方向の移動量を求める演算処理部２１０とを有して構成される。
【００２６】
スケール５は、エンコーダヘッド２０（ウェハステージ１５１）に対向してウェハステージ１５１の移動方向（Ｙ軸方向）に延びるスケール面５ａを備える薄板状の形状を有しており、このスケール面５ａに、Ｘ軸方向を長手方向とする格子線がＹ軸方向に所定のピッチ（間隔）で配列された反射型の回折格子が形成されている。なお、スケール面５ａに形成される回折格子の種類は、特に限定されるものではなく、例えば、溝（凹凸）等により光路差を生じさせるタイプや、屈折率の違いにより光路差を生じさせるタイプの回折格子が用いられる。
【００２７】
光源部１０は、計測光として直線偏光を射出する光源１１と、光源１１から射出された計測光を平行光に変換するコリメータレンズ１２とを有して構成される。なお、光源部１０は、図１に示されるようにウェハステージ１５１上に設けられるのではなく、露光装置１００を構成するフレーム部材（図示せず）もしくはベース部材１０５に支持されている。光源１１から射出された計測光（直線偏光）は、コリメータレンズ１２を透過して平行光となり、ウェハステージ１５１の移動方向（Ｙ軸方向）に平行な光としてエンコーダヘッド２０に入射する。
【００２８】
エンコーダヘッド２０は、光源部１０から射出されて計測光（ウェハステージ１５１の移動方向に平行な光）を二つの光に分割してスケール５のスケール面５ａに照射するとともに、スケール面５ａからの二つの回折光を重ね合わせて干渉させ光検出部５０に向けて射出する光学系である。具体的には、エンコーダヘッド２０は、図３および図４を示すように、光源部１０から射出された計測光をスケール５に向けて反射させる第１プリズム２１と、第１プリズム２１で反射した計測光が入射する位置に設けられた偏光ビームスプリッタ膜２２と、偏光ビームスプリッタ膜２２を透過した計測光が入射する位置に設けられた第１波長板（１／４波長板）２３と、偏光ビームスプリッタ膜２２で反射した計測光が入射する位置に設けられた第２波長板（１／４波長板）２４と、第１波長板２３または第２波長板２４を透過した計測光が照射されたスケール面５ａからの回折光（反射光）を光検出部５０に向けて反射させる第２プリズム２５とを有して構成される。
【００２９】
第１プリズム２１は、光源部１０から射出された計測光（ウェハステージ１５１の移動方向に平行な光）が垂直に入射する入射面２１ａと、入射面２１ａを透過して入射した計測光をスケール５のスケール面５ａに向けて反射させる反射面２１ｂと、反射面２１ｂで反射された計測光が到達する面であって偏光ビームスプリッタ膜２２が設けられた膜配設面２１ｃと、偏光ビームスプリッタ膜２２（膜配設面２１ｃ）で反射された計測光が垂直に透過する透過面２１ｄとを有して構成されている。第１プリズム２１は、入射面２１ａおよび膜配設面２１ｃが平行であり、かつ、反射面２１ｂおよび透過面２１ｄが平行であり、全体形状として平行四辺形の形状を有している。
【００３０】
第１プリズム２１の反射面２１ｂは、上述したように計測光をスケール５のスケール面５ａに向けて反射させる面であるが、このとき、膜配設面２１ｃおよび偏光ビームスプリッタ２２を透過してスケール面５ａに入射した計測光の入射角とスケール面５ａで反射回折した−１次回折光の回折角（反射角）とが等しくなるように、すなわち−１次回折光の光路が入射光路と同一光路となるように、計測光を反射させる構成となっている。また、膜配設面２１ｃは、この膜配設面２１ｃに設けられた偏光ビームスプリッタ膜２２で反射された計測光が透過面２１ｄを透過してスケール面５ａに入射する入射角とスケール面５ａで反射回折した＋１次回折光の回折角（反射角）とが等しくなるように、すなわち＋１次回折光の光路が入射光路と同一光路となるように、偏光ビームスプリッタ膜２２を用いて計測光を反射させる構成となっている。
【００３１】
偏光ビームスプリッタ膜２２は、光源部１０から射出された計測光のうちＰ偏光（振動方向が入射面内に含まれる直線偏光）を透過させ、Ｐ偏光と振動方向が直交するＳ編光を反射させる光学膜であり、第１プリズム２１の膜配設面２１ｃと後述する第２プリズム２５の膜配設面２５ａとの間に挟まれて設けられている。
【００３２】
第２プリズム２５は、第１プリズム２１の膜配設面２１ｃと合致する面であって偏光ビームスプリッタ膜２２が設けられた膜配設面２５ａと、第１プリズム２１の反射面２１ｂで反射され偏光ビームスプリッタ膜２２を透過した計測光（Ｐ編光）が垂直に透過する透過面２５ｂと、このＰ偏光が照射されスケール５のスケール面５ａで反射回折された−１次回折光を偏光ビームスプリッタ膜２２で反射された後に光検出部５０に向けて反射させる反射面２５ｃと、反射面２５ｃで反射された光が垂直に射出する射出面２５ｄとを有して構成されている。第２プリズム２５は、膜配設面２５ａおよび射出面２５ｄが平行であり、かつ、透過面２５ｂおよび反射面２５ｃが平行であり、全体形状として平行四辺形の形状を有しており、第１プリズム２１と膜配設面２１ｃに関して面対称の形状である。
【００３３】
第２プリズム２５の反射面２５ｃは、上述したように−１次回折光を光検出部５０に向けて反射させる面であるが、このとき、−１次回折光だけではなく、第１プリズム２１の反射面２１ｂで反射され偏光ビームスプリッタ膜２２で反射された計測光（Ｓ編光）が照射されスケール５のスケール面５ａで反射回折された＋１次回折光を、膜配設面２１ｃおよび偏光ビームスプリッタ膜２２を透過して第２プリズム２５内に入射した後に、上記−１次回折光と重ね合わせて干渉させた状態で、ウェハステージ１５１の移動方向（Ｙ軸方向）に平行な光として光検出部５０に向けて射出させるようになっている。
【００３４】
エンコーダヘッド２０では、上述したように偏光ビームスプリッタ膜２２が第１プリズム２１と第２プリズム２５に挟まれて設けられており、第１プリズム２１、第２プリズム２５および偏光ビームスプリッタ膜２２が一体に形成されている。
【００３５】
光源部１０から射出された計測光（ウェハステージ１５１の移動方向に平行な光）は、第１プリズム２１の入射面２１ａを透過して第１プリズム２１内に入射する。第１プリズム２１内に入射した計測光は、反射面２１ｂで反射されて、膜配設面２１ｃに設けられた偏光ビームスプリッタ膜２２に入射する。偏光ビームスプリッタ膜２２を透過した計測光（Ｐ偏光）は、第２プリズム２５の膜配設面２５ａを透過して第２プリズム２５内に入射し透過面２５ｂから外部に射出されて、第１波長板（１／４波長板）２３を透過してＰ編光から円編光となり、スケール５のスケール面５ａに照射される。そして、スケール面５ａにおいて反射された回折光のうち−１次回折光（円偏光）が、入射光路と同一の光路を通って再び第１波長板２３を透過して円偏光からＳ偏光となり、第２プリズム２５の透過面２５ａから第２プリズム２５内に入射して、膜配設面２５ａに設けられた偏光ビームスプリッタ膜２２に入射する。そして、この−１次回折光（Ｓ偏光）は、偏光ビームスプリッタ膜２２で反射され、さらに反射面２５ｃで反射されて、ウェハステージ１５１の移動方向（Ｙ軸方向）に平行な光として光検出部５０に入射する。
【００３６】
一方、偏光ビームスプリッタ膜２２で反射した計測光（Ｓ偏光）は、透過面２１ｄから第１プリズム２１の外部に射出されて、第２波長板（１／４波長板）２４を透過してＳ偏光から円偏光となり、スケール５のスケール面５ａにおける上記Ｐ偏光が照射される位置とは別の位置に照射される。そして、スケール面５ａにおいて反射された回折光のうち＋１次回折光（円偏光）が、入射光路と同一の光路を通って再び第２波長板２４を透過して円偏光からＰ偏光となり、第１プリズム２１の透過面２１ｄから第１プリズム２１内に入射して、膜配設面２１ｃに設けられた偏光ビームスプリッタ膜２２に入射する。そして、この＋１次回折光（Ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタ膜２２および第２プリズム２５の膜配設面２５ａを透過して第２プリズム２５内に入射し、ここで上記−１次回折光と重ね合わさって干渉状態となり、反射面２５ｃで反射されて、ウェハステージ１５１の移動方向（Ｙ軸方向）に平行な干渉光として光検出部５０に入射する。
【００３７】
光検出部５０は、図３に示すように、エンコーダヘッド２０がスケール５のスケール面５ａに対して基準状態（図３および図４に示す状態）からチルト（傾斜）し、該エンコーダヘッド２０から二つの回折光（±１次回折光）が重なり合わずに射出された場合に、二つの回折光を重ね合わせて干渉させた状態に補正する補正光学系３０と、干渉した二つの回折光（以下、干渉光という）を互いに初期位相が異なり且つ略同一の光強度を有する四つの干渉光に分割する分割光学系４０と、分割光学系４０によって分割された四つの干渉光の強度変化をそれぞれ光電変換して出力する第１〜第４フォトディテクタ５１〜５４とを有して構成される。
【００３８】
補正光学系３０は、エンコーダヘッド２０から射出された二つの回折光（±１次回折光）が入射する位置に設けられた偏光ビームスプリッタ３１と、偏光ビームスプリッタ３１を透過した回折光が入射する位置に設けられた第３波長板（１／４波長板）３２と、第３波長板３２を透過した回折光が入射する位置に設けられた直角プリズム３３と、偏光ビームスプリッタ３１で反射した回折光が入射する位置に設けられた第４波長板（１／４波長板）３４と、第４波長板３４を透過した回折光が入射する位置に設けられた反射ミラー３５とを有して構成される。偏光ビームスプリッタ３１は、エンコーダヘッド２０から射出されたＰ偏光である＋１次回折光を透過させ、Ｓ偏光である−１次回折光を反射させる光学素子である。
【００３９】
直角プリズム３３は、第３波長板３２を透過した回折光が入射する透過面３３ａと、透過面３３ａを透過して入射した回折光を反射させる二つ反射面３３ｂ，３３ｃとを有し、互いに直交した反射面３３ｂ，３３ｃを用いて入射した光を１８０度回転させて入射光軸に対して平行に反射させる光学素子である。直角プリズム３３は、エンコーダヘッド２０から二つの回折光が重ね合わさって干渉した状態で射出される場合（すなわちエンコーダヘッド２０が基準状態にあってチルトしていない場合）において、その回折光の光軸上に、二つの反射面３３ｂ，３３ｃが交わってなす線（稜線）が位置するように配置されている（図３を参照）。
【００４０】
反射ミラー３５は、第４波長板３２を透過した回折光が入射する平面状の反射面３５ａを有し、エンコーダヘッド２０から二つの回折光が重ね合わさって干渉した状態で射出される場合（すなわちエンコーダヘッド２０が基準状態にあってチルトしていない場合）において、その回折光が反射面３５ａに垂直に入射するように配置されている。
【００４１】
エンコーダヘッド２０から射出された±１次回折光（上述したように、＋１次回折光はＰ偏光であり、−１次回折光はＳ偏光である）は、偏光ビームスプリッタ３１に入射する。ここで、エンコーダヘッド２０が基準状態にあってチルトしておらず、エンコーダヘッド２０から±１次回折光が重ね合わさって干渉した状態で射出される場合、偏光ビームスプリッタ３１を透過した＋１次回折光（Ｐ偏光）は、第３波長板（１／４波長板）３２を透過してＰ偏光から円偏光となり、直角プリズム３３の透過面３３ａを透過して直角プリズム３３内に入射する。直角プリズム３３内に入射した＋１次回折光（円偏光）は、二つの反射面３３ｂ，３３ｃが交わった部分で入射光路と同一の光路となるように反射され、再び第３波長板３２を透過して円偏光からＳ偏光となり偏光ビームスプリッタ３１に入射する。そして、この＋１次回折光（Ｓ偏光）は、偏光ビームスプリッタ３１で反射されて分割光学系４０に入射する。
【００４２】
一方、偏光ビームスプリッタ３１で反射した−１次回折光（Ｓ偏光）は、第４波長板（１／４波長板）３４を透過してＳ偏光から円編光となり、反射ミラー３５の反射面３５ａに入射する。反射面３５ａで反射した−１次回折光（円偏光）は、入射光路と同一の光路を通って再び第４波長板３４を透過して円偏光からＰ偏光となり偏光ビームスプリッタ３１に入射する。そして、この−１次回折光（Ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタ３１を透過して、ここで上記＋１次回折光と重ね合わさって干渉状態となり、分割光学系４０に入射する。
【００４３】
ところで、エンコーダヘッド２０がスケール５のスケール面５ａに対して基準状態からチルト（傾斜）した場合、図５に示すように、エンコーダヘッド２０から射出される±１次回折光は重ね合わさって干渉した状態とならない。図５に示すようにエンコーダヘッド２０がスケール面５ａに対してチルトした場合に、偏光ビームスプリッタ膜２２を透過した計測光（Ｐ偏光）は、第１波長板２３を透過した後にスケール面５ａに入射されるが、このとき、スケール面５ａに入射した計測光の入射角とスケール面５ａで反射回折した−１次回折光の回折角とが等しくならず、−１次回折光の光路が入射光路と同一光路とならない。そのため、この−１次回折光は、偏光ビームスプリッタ膜２２および第２プリズム２５の反射面２５ｃで反射されて、ウェハステージ１５１の移動方向（Ｙ軸方向）に対して平行ではない光として補正光学系３０（光検出部５０）に入射する。
【００４４】
また、偏光ビームスプリッタ膜２２で反射した計測光（Ｓ偏光）においても、スケール面５ａに入射した計測光の入射角とスケール面５ａで反射回折した＋１次回折光の回折角とが等しくならず、＋１次回折光の光路が入射光路と同一光路とならない。そのため、この＋１次回折光は、偏光ビームスプリッタ膜２２を透過した後に第２プリズム２５の反射面２５ｃで反射されて、ウェハステージ１５１の移動方向（Ｙ軸方向）に対して平行ではなく、かつ上記−１次回折光とＹ軸に関して対称な光として補正光学系３０（光検出部５０）に入射する。
【００４５】
このようにエンコーダヘッド２０がチルトした状態であり、エンコーダヘッド２０から±１次回折光が重なり合わずに干渉しない状態で射出される場合、図６に示すように、補正光学系３０において、偏光ビームスプリッタ３１を透過した＋１次回折光（Ｐ偏光）は、第３波長板（１／４波長板）３２を透過してＰ偏光から円偏光となり、直角プリズム３３の透過面３３ａを透過して直角プリズム３３内に入射する。直角プリズム３３内に入射した＋１次回折光（円偏光）は、二つの反射面３３ｂ，３３ｃで１８０度回転されて入射光軸に対して平行に反射され、再び第３波長板３２を透過して円偏光からＳ偏光となり偏光ビームスプリッタ３１に入射する。そして、この＋１次回折光（Ｓ偏光）は、偏光ビームスプリッタ３１で反射されて分割光学系４０に入射する。
【００４６】
一方、偏光ビームスプリッタ３１で反射した−１次回折光（Ｓ偏光）は、第４波長板（１／４波長板）３４を透過してＳ偏光から円編光となり、反射ミラー３５の反射面３５ａに入射する。反射面３５ａで反射した−１次回折光（円偏光）は、入射光路とは異なる光路を通って再び第４波長板３４を透過して円偏光からＰ偏光となり偏光ビームスプリッタ３１に入射する。ここで、上述したように直角プリズム３３および反射ミラー３１が配置されているため、偏光ビームスプリッタ３１を透過した−１次回折光は、上記＋１次回折光と重ね合わさって干渉状態となり、分割光学系４０に入射する。
【００４７】
このように補正光学系３０によれば、エンコーダヘッド２０がチルトした状態であり、エンコーダヘッド２０から±１次回折光が重なり合わずに干渉しない状態で射出される場合であっても、エンコーダヘッド２０から射出された±１次回折光を重ね合わせて干渉させた状態に補正することができる。
【００４８】
分割光学系４０は、図３に示すように、補正光学系３０から射出された干渉状態の±１次回折光（干渉光）が入射する位置に設けられた第５波長板（１／４波長板）４１と、第５波長板４１を透過した干渉光が入射する位置に設けられた第１ビームスプリッタ４２と、第１ビームスプリッタ４２を透過した干渉光が入射する位置に設けられた第２ビームスプリッタ４３と、第１ビームスプリッタ４２で反射した干渉光が入射する位置に設けられた第３ビームスプリッタ４４と、第２および第３ビームスプリッタ４３，４４において透過もしくは反射した干渉光が入射する位置にそれぞれ設けられた第１〜第４波長板４５〜４８とを有して構成される。
【００４９】
第１〜第３ビームスプリッタ４２〜４４はそれぞれ入射光の略半分を透過させ、残りの略半分を反射させる光学素子であり、これら三つのビームスプリッタ４２〜４４を組み合わせることで補正光学系３０から射出された干渉光（干渉状態の±１次回折光）を略同一の光強度を有する四つの干渉光に分割させる構成となっている。
【００５０】
第１〜第４偏光板４５〜４８はそれぞれ入射光のうち特定方向に偏光した光だけを透過させる光学素子である。第１〜第４偏光板４５〜４８は、その主軸が第１〜第３ビームスプリッタ４２〜４４で分割された干渉光の光軸回りに互いに異なるように配置され、これにより、第１〜第４偏光板４５〜４８をそれぞれ透過した干渉光が互いにπ／２ずつ初期位相の異なる干渉光となるように構成されている。
【００５１】
補正光学系３０から射出された干渉光（干渉状態の±１次回折光）は、第５波長板（１／４波長板）４１を透過して直線偏光から円偏光となり、第１ビームスプリッタ４２に入射する。第１ビームスプリッタ４２を透過した干渉光（円偏光）は、第２ビームスプリッタ４３に入射し、第２ビームスプリッタ４３を透過した干渉光が、第１偏光板４５を透過して所定の初期位相を有する直線偏光として第１フォトディテクタ５１の撮像面５１ａに入射し、第２ビームスプリッタ４３で反射した干渉光が、第２偏光板４６を透過して第１偏光板４５を透過した干渉光と初期位相がπ／２ずれた直線偏光として第２フォトディテクタ５２の撮像面５２ａに入射する。
【００５２】
また、第１ビームスプリッタ４２で反射した干渉光（円偏光）は、第３ビームスプリッタ４４に入射し、第３ビームスプリッタ４４を透過した干渉光が、第３偏光板４７を透過して第１偏光板４５を透過した干渉光と初期位相がπずれた直線偏光として第３フォトディテクタ５３の撮像面５３ａに入射し、第３ビームスプリッタ４４で反射した干渉光が、第４偏光板４８を透過して第１偏光板４５を透過して干渉光と初期位相が３π／２ずれた直線偏光として第４フォトディテクタ５４の撮像面５４ａに入射する。
【００５３】
このように分割光学系４０によれば、補正光学系３０から射出された干渉光（干渉状態の±１次回折光）を光強度の略等しい四つの干渉光に分割し、さらにその四つの干渉光を互いにπ／２ずつ初期位相の異なる干渉光に変換し、第１〜第４フォトディテクタ５１〜５４においてその四つの干渉光を同時に検出することができる。
【００５４】
第１〜第４フォトディテクタ５１〜５４は、各々の受光面５１ａ〜５４ａに受光した干渉光（分割光学系４０によって互いにπ／２ずつ初期位相の異なる四つの干渉光）の変化をそれぞれ光電変換して光強度信号を生成し、それらの光強度信号を演算処理部２１０に出力する。
【００５５】
演算処理部２１０は、第１〜第４フォトディテクタ５１〜５４から出力された四つの光強度信号から干渉光の位相値を算出する。ここで、互いにπ／２ずつ初期位相の異なる四つの干渉光の強度をＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４とすると、干渉光の位相値Ψは、Ψ＝arctan｛（Ｉ４−Ｉ２）／（Ｉ１−Ｉ３）｝として算出することができる。そして、演算処理部２１０は、算出した干渉光の位相値に基づいてスケール５とエンコーダヘッド２０との相対位置の変化（スケール５に対するエンコーダヘッド２０の移動量）を測定し、これによりウェハステージ１５１のＹ軸方向の位置情報を求める。なお、演算処理部２１０は、上記主制御装置２００の一部として設けられている（図２を参照）。
【００５６】
ここで、スケール５とエンコーダヘッド２０との相対位置の変化と干渉光の位相値との関係について図７を参照して説明する。まず、計測光がスケール５のスケール面５ａ（回折格子）に入射して反射回折する様子について考える。図７（ａ）に示すように、計測光が入射角θ１で入射し、回折角（反射角）θ２で反射回折する場合、回折格子において隣り合う凸部に入射する計測光の光路長差Ｌ１は、Ｌ１＝ｄ・sinθ１…（１）であり、回折光の光路長差Ｌ２は、Ｌ２＝ｄ・sinθ２…（２）である（ここでｄは回折格子の格子間隔である）。そして、計測光が回折して行くためには光路長差が波長の整数倍でなければならないので、Ｌ１−Ｌ２＝λ・ｎ（λは波長、ｎは整数）…（３）の関係が成り立たなければならない。
【００５７】
そして、スケール５に対してエンコーダヘッド２０がＹ軸方向にδｙだけ移動すると、図７（ｂ）に示すように計測光が回折格子に入射するまでの光路長がδ１だけ長くなり、図７（ｃ）に示すように回折光の光路長はδ２だけ短くなる。そのため、計測光が入射して回折していくまでの光路長の変化δは、上記（１）〜（３）式を用いることにより、δ＝δ１−δ２＝δｙ（sinθ１−sinθ２）＝δｙ・λ・ｎ／ｄ…（４）となる。
【００５８】
本実施形態の場合、±１次回折光が干渉するので上記（４）式においてｎ＝２となる。したがって、±１次回折光の位相差は４π・δｙ／ｄとなる。このように、スケール５に対してエンコーダヘッド２０が移動すると、スケール５のスケール面５ａで反射回折した±１次回折光の位相差が変化するので、演算処理部２１０において算出される干渉光の位相値が変化する。そのため、この干渉光の位相値に基づいてスケール５とエンコーダヘッド２０との相対位置の変化（スケール５に対するエンコーダヘッド２０の移動量）を測定し、これによりウェハステージ１５１のＹ軸方向の位置情報を求めることができる。
【００５９】
このようなエンコーダ装置１によれば、エンコーダヘッド２０において、偏光ビームスプリッタ膜２２が第１プリズム２１と第２プリズム２５に挟まれて設けられており、第１プリズム２１、第２プリズム２５および偏光ビームスプリッタ膜２２が一体に形成されている。そのため、これらのプリズムを目的に合うように設計加工して組み立てることにより、偏光ビームスプリッタ膜２２および光路の位置合せができ、装置全体の位置合わせ箇所を大幅に減少させることができる。また、エンコーダヘッド２０を小型化することができ、これによりエンコーダヘッド２０をウェハステージ１５１上のウェハＷの近くに設置することができるので、ウェハＷの位置合わせを行う場合にウェハステージ１５１のたわみや熱膨張などの影響を軽減させて、精度よくウェハＷの位置合せを行うことができる。
【００６０】
本発明の一様態であるデバイス製造方法では、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行う工程、シリコン材料からウェハを形成する工程、露光装置１００によりレチクルＲを介してウェハＷを露光する工程を含むリソグラフィ工程、エッチング等の回路パターンを形成する工程、デバイス組立工程（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、および検査工程等を経て製造される。なお、
【００６１】
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれらの構成形態に限定されるものではない。例えば、エンコーダ装置１では、スケール５が投影ユニット１３０側に設けられ、エンコーダヘッド２０がウェハステージ１５１上に設けられているが、これとは逆に、エンコーダヘッドを投影ユニット側に設け、スケール（回折格子）をウェハステージ上に設ける構成でもよい。また、本実施形態では、エンコーダ装置１を、半導体デバイス製造用の露光装置１００に設けた場合について説明したが、本発明に係るエンコーダ装置は、他の種々のデバイスを製造するための露光装置や、露光装置以外の検査装置、測定装置等の光学装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１    エンコーダ装置
５    スケール（回折格子）
１０  光源部
２０  エンコーダヘッド
２１  第１プリズム
２２  偏光ビームスプリッタ膜
２３  第１波長板
２４  第２波長板
２５  第２プリズム
３０  補正光学系
４０  分割光学系
５１〜５４  第１〜第４フォトディテクタ（光検出器）
２１０  演算処理部（移動量測定部）
【図１】
2012008004.tif 000003
【図２】
2012008004.tif 000004
【図３】
2012008004.tif 000005
【図４】
2012008004.tif 000006
【図５】
2012008004.tif 000007
【図６】
2012008004.tif 000008
【図７】
2012008004.tif 000009