JP6680997B2 - エンコーダ装置及びその使用方法、光学装置、露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

相対移動する２つの部材の相対移動量を計測するエンコーダ装置、エンコーダ装置の使用方法、エンコーダ装置を備えた光学装置及び露光装置、並びに露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。

半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を生産するためのフォトリソグラフィ工程で用いられる、いわゆるステッパー又はスキャニングステッパーなどの露光装置においては、従来、露光対象の基板を移動するステージの位置計測はレーザ干渉計によって行われていた。ところが、レーザ干渉計では、計測用ビームの光路が長く、かつ変化するため、その光路上の雰囲気の温度揺らぎに起因する計測値の短期的な変動が無視できなくなりつつある。

そこで、例えばステージに固定された回折格子にレーザ光よりなる計測光を照射し、回折格子から発生する回折光と他の回折光又は参照光との干渉光を光電変換して得られる検出信号から、その回折格子が設けられた部材（ステージ等）の相対移動量を計測する、いわゆるエンコーダ装置（干渉型エンコーダ）も使用されつつある（例えば特許文献１参照）。このエンコーダ装置は、レーザ干渉計に比べて計測値の短期的安定性に優れるとともに、レーザ干渉計に近い分解能が得られるようになってきている。

米国特許第８，５７０，５３３号明細書

第１の態様によれば、少なくとも第１方向に相対移動する第１部材及び第２部材の相対移動量を計測するエンコーダ装置であって、その第１部材及びその第２部材の一方の部材に設けられ、少なくともその第１方向を周期方向とする格子パターンを有する反射型の回折格子と、計測光を発生する光源部と、その第１部材及びその第２部材の他方の部材に設けられ、その光源部からのその計測光を入射する光分割面を備え、その光分割面を経由したその計測光をその回折格子の格子パターンの入射位置に入射させて回折光を発生させる第１光学部材と、その他方の部材に設けられ、且つその格子パターンで回折されたその回折光のうち第１回折光をその格子パターンのその入射位置に入射させて第２回折光を発生させる第２光学部材と、その他方の部材に設けられ、且つその格子パターンで回折された回折光のうちその第１回折光と異なる第３回折光をその格子パターンのその入射位置に入射させて第４回折光を発生させる第３光学部材と、その第２回折光とその光分割面に入射したその計測光から生成される参照光との干渉光を検出する第１検出器と、その第４回折光とその参照光との干渉光を検出する第２検出器と、その第１検出器及びその第２検出器の検出信号を用いてその相対移動量を求める計測部と、を備え、その第１回折光及びその第３回折光は、その光分割面を経由するエンコーダ装置が提供される。

第２の態様によれば、少なくとも第１方向に相対移動する第１部材及び第２部材の相対移動量を計測するエンコーダ装置であって、その第１部材及びその第２部材の一方の部材に設けられ、少なくともその第１方向を周期方向とする格子パターンを有する反射型の回折格子と、計測光及び参照光を互いに非平行となるように射出する光源部と、その計測光をその回折格子の格子パターン面に入射させる入射用光学部材と、その第１部材及びその第２部材の他方の部材に設けられるとともに、その回折格子からその計測光によって発生する第１回折光と、その参照光との一方の光束を通過させて他方の光束を反射する合成部材と、その合成部材で反射されたその他方の光束を反射する反射部材と、その第１回折光とその参照光との干渉光を検出する光電検出器と、その光電検出器の検出信号を用いてその相対移動量を求める計測部と、を備え、その反射部材で反射されたその他方の光束はその合成部材に戻されて、その一方の光束と平行にその合成部材から射出されるようにその反射部材の角度が設定されているエンコーダ装置が提供される。
第３の態様によれば、少なくとも第１方向に相対移動する第１部材及び第２部材の相対移動量を計測するエンコーダ装置であって、その第１部材及びその第２部材の一方の部材に設けられ、少なくともその第１方向を周期方向とする格子パターンを有する反射型の回折格子と、その第１部材及びその第２部材の他方の部材に設けられ、その回折格子の格子パターン面に計測光を入射させるとともに、入射したその計測光によって発生する複数の回折光のうち少なくとも２つの回折光をその格子パターン面に入射させる光学部材と、を備え、その格子パターン面上においてその計測光が照射される領域の中心と、その格子パターン面上において前記２つの回折光が照射される領域の中心とのそれぞれの距離が、その計測光が照射される領域の大きさの２倍よりも小さい、エンコーダ装置が提供される。

第４の態様によれば、第１の態様、第２の態様又は第３の態様のエンコーダ装置を用いてその第１部材及びその第２部材の相対移動量を求めることと、その相対移動量に応じてその第１部材とその第２部材との相対的な位置関係を制御することと、を含むエンコーダ装置の使用方法が提供される。
第５の態様によれば、第１の態様、第２の態様又は第３の態様のエンコーダ装置と、そのエンコーダ装置の計測結果に基づいて対象物を移動する移動装置と、その対象物用の光学系と、を備える光学装置が提供される。

第６の態様によれば、パターンを被露光体に露光する露光装置において、その被露光体に露光光を照射する露光部を少なくとも支持するフレームと、その被露光体を支持するとともにそのフレームに対して少なくとも第１方向に相対移動可能なステージと、第１の態様、第２の態様又は第３の態様のエンコーダ装置と、を備え、そのエンコーダによってその第１方向へのステージの相対移動量を計測する露光装置が提供される。
第７の様態によれば、リソグラフィ工程を含み、そのリソグラフィ工程で第６の態様の露光装置を用いて物体を露光するデバイス製造方法が提供される。

第１の実施形態に係るエンコーダを示す斜視図である。 図１の回折格子１２から発生するＸ方向の±１次回折光の光路を示す図である。 回折格子１２から発生するＹ方向の±１次回折光の光路を示す図である。 検出ヘッドの他の構成例を示す正面図である。 図４の検出ヘッドを示す背面図である。 図４の検出ヘッドを示す底面図である。 図４の検出ヘッドを示す背面図である。 エンコーダの使用方法の一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態において、計測光と参照光とを重ね合わせる部分で使用される光学系の一例を示す図である。 第３の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。 図１０のウエハステージに設けられた回折格子及び複数の検出ヘッドの配置の一例を示す平面図である。 図１０の露光装置の制御系を示すブロック図である。 電子デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
第１の実施形態につき図１〜図７を参照して説明する。図１は本実施形態に係る３軸のエンコーダ１０の要部を示す斜視図である。図１において、一例として、第１部材６に対して第２部材７は３次元的に相対移動可能に配置され、第２部材７の互いに直交する相対移動可能な２つの方向に平行にＸ軸及びＹ軸を取り、Ｘ軸及びＹ軸によって規定される平面（ＸＹ面）に直交する相対移動方向に沿ってＺ軸を取って説明する。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの角度をそれぞれθｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向の角度とも呼ぶ。

図１において、エンコーダ１０は、第１部材６の上面に固定された、ＸＹ面にほぼ平行な平板状の２次元の回折格子１２と、第２部材７に固定されて回折格子１２に計測光を照射するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸（３軸）の検出ヘッド１４と、検出ヘッド１４に計測用のレーザ光を供給するレーザ光源１６と、それぞれＸ方向の計測光（回折光）及び参照光を受光して干渉光にするＸ軸の１対の偏光板３０ＸＡ，３０ＸＢと、偏光板３０ＸＡ，３０ＸＢを通過した干渉光をそれぞれ受光するＸ軸の１対の光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢと、それぞれＹ方向の計測光（回折光）及び参照光を受光して干渉光にするＹ軸の１対の偏光板３０ＹＡ，３０ＹＢと、偏光板３０ＹＡ，３０ＹＢを通過した干渉光をそれぞれ受光するＹ軸の１対の光電センサ４０ＹＡ，４０ＹＢと、光電センサ４０ＸＡ〜４０ＹＢから出力される検出信号を処理して第１部材６に対する第２部材７のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の相対移動量を求める計測演算部４２と、を有する。光電センサ４０ＸＡ〜４０ＹＢとしては、例えばフォトダイオード等が使用できる。なお、偏光板３０ＸＡ〜３０ＹＢ及び光電センサ４０ＸＡ〜４０ＹＢを検出ヘッド１４の一部とみなすことも可能である。

回折格子１２のＸＹ面にほぼ平行な格子パターン面１２ｂには、Ｘ方向及びＹ方向に所定の周期（ピッチ）ｐを持ち、位相型でかつ反射型の２次元の格子パターン１２ａが形成されている。格子パターン１２ａのＸ方向、Ｙ方向の周期ｐは、一例として１００ｎｍ〜４μｍ程度（例えば１μｍ周期）である。なお、格子パターン１２ａのＸ方向、Ｙ方向の周期が互いに異なっていてもよい。格子パターン１２ａは、例えばホログラム（例えば感光性樹脂に干渉縞を焼き付けたもの）として、又はガラス板等に機械的に溝等を形成して反射膜を被着することで作製可能である。さらに、格子パターン面１２ｂは、保護用の平板ガラスで覆われていてもよい。

レーザ光源１６は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ又は半導体レーザ等よりなり、一例として偏光方向が互いに直交するとともに互いに周波数が異なる第１及び第２の直線偏光のレーザ光よりなる２周波ヘテロダイン光を射出する。それらの第１及び第２のレーザ光はそれぞれ回折格子１２に照射される計測光、及び参照光（参照用の光束）であり、一例として計測光と参照光とは所定角度だけ交差する状態で射出される。それらのレーザ光は互いに可干渉（偏光方向を平行にした場合）であり、それらの平均波長をλとする。一例として、レーザ光源１６は、それらのレーザ光から分岐した２つの光束の干渉光を光電変換して得られる基準周波数の信号（基準信号）を計測演算部４２に供給している。なお、ホモダイン干渉方式も使用可能である。

検出ヘッド１４は、プリズム型の偏光ビームスプリッターよりなる光学部材（以下、ＰＢＳ部材という）１８を有し、ＰＢＳ部材１８は、Ｘ軸及びＹ軸に平行な平面（ＸＹ平面）をθｙ方向に反時計回りに４５度回転した平面に平行な偏光ビームスプリッター面（以下、ＰＢＳ面という）１８ａを有する。ＰＢＳ部材１８の−Ｚ方向の面（ＸＹ平面）は回折格子１２に対向しており、その面に１／４波長板２０が固定され、ＰＢＳ部材１８の−Ｘ方向の面（ＹＺ平面）にも１／４波長板２１が固定されている。また、ＰＢＳ部材１８の−Ｘ方向の面（１／４波長板２１）に対向するように、ＺＹ平面に平行な格子パターン面１３ｂを有する参照用の回折格子（以下、参照格子という）１３が配置され、参照格子１３の格子パターン面１３ｂに、Ｚ方向に平行なＸＲ方向（回折格子１２上のＸ方向に対応する方向）、及びＹ方向に平行なＹＲ方向（回折格子１２上のＹ方向に対応する方向）にそれぞれ周期ｐを持ち、位相型でかつ反射型の２次元の格子パターン１３ａが形成されている。このように参照格子１３の周期ｐは回折格子１２の周期と同じであるため、後述のように計測光用の光学部材と参照光用の光学部材とを互いに同じ形状にすることができ、検出ヘッド１４の製造コストを抑制できる。

なお、参照格子１３の周期が回折格子１２の周期と異なっていてもよい。また、参照格子１３と参照光とは相対移動しないため、参照格子１３は、参照光が照射される部分よりもわずかに大きい程度の大きさでよい。参照格子１３は、回折格子１２と同様に作製できる。ＰＢＳ部材１８、参照格子１３、偏光板３０ＸＡ〜３０ＹＢ、及び光電センサ４０ＸＡ〜４０ＹＢは、不図示の支持部材を介して第２部材７に支持されている。

本実施形態では、一例として、レーザ光源１６から射出される計測光及び参照光からそれぞれ分岐光学部材２２（図４参照）によって第１の計測光ＭＬ１及び第１の参照光ＲＬ１が分岐され、計測光ＭＬ１及び参照光ＲＬ１はほぼＸ軸に平行に、＋Ｘ方向からＰＢＳ部材１８のＰＢＳ面１８ａに入射する。また、計測光ＭＬ１はＳ偏光状態でＰＢＳ面１８ａに入射し、ＰＢＳ面１８ａでほぼ−Ｚ方向に反射され、反射された計測光ＭＬ１は、１／４波長板２０を介して回折格子１２の格子パターン面１２ｂに概ね垂直に、格子パターン１２ａ上の計測点ＥＰ１に入射する。概ね垂直に入射するとは、計測光ＭＬ１が格子パターン面１２ｂに垂直に入射する場合の外に、０次光（正反射光）の影響を軽減するために、計測光ＭＬ１をＺ軸に平行な軸に対してＸ方向（θｙ方向）及び／又はＹ方向（θｘ方向）に例えば０度〜１．５度程度傾斜させて格子パターン面１２ｂに入射させる場合も含まれることを意味している。

計測光ＭＬ１及び参照光ＲＬ１は例えば直径が０．５〜数ｍｍ程度の円形の断面を有するため、計測光ＭＬ１は、実際には計測点ＥＰ１を中心として、計測光ＭＬ１の断面と同じ大きさの領域に入射する（以下、同様）。
一方、参照光ＲＬ１はＰ偏光状態でＰＢＳ面１８ａに入射し、ＰＢＳ面１８ａを透過した参照光ＲＬ１は、１／４波長板２１を介して参照格子１３の格子パターン面１３ｂに概ね垂直に、格子パターン１３ａ上の参照用の計測点（以下、参照点という）ＥＰ２に入射する。参照光ＲＬ１は、実際には参照点ＥＰ２を中心として、参照光ＲＬ１の断面と同じ大きさの領域に入射する（以下、同様）。

本実施形態において、回折格子１２の格子パターン１２ａ上の計測点ＥＰ１に入射する計測光ＭＬ１によって、Ｘ方向にほぼ対称に±１次回折光ＭＸ１，ＭＸ３が発生するとともに、Ｙ方向にほぼ対称に±１次回折光ＭＹ１，ＭＹ３が発生する。同様に、参照格子１３の格子パターン１３ａ上の参照点ＥＰ２に入射する参照光ＭＲ１によって、ＸＲ方向にほぼ対称に±１次回折光ＲＸ１，ＲＸ３が発生するとともに、ＹＲ方向にほぼ対称に±１次回折光ＲＹ１，ＲＹ３が発生する。

そして、検出ヘッド１４は、＋１次回折光ＭＸ１及び−１次回折光ＭＸ３の光路をそれぞれＺ軸に平行な方向に近づくように偏向するＸ軸の第１及び第２の楔型プリズム２６ＸＡ及び２６ＸＢと、楔型プリズム２６ＸＡを通過して１／４波長板２０を通過した後、ＰＢＳ面１８ａを透過した回折光ＭＸ１を反射するＸ軸の第１のコーナーキューブ２４ＸＡと、楔型プリズム２６ＸＢ及び１／４波長板２０を通過してＰＢＳ面１８ａを透過した回折光ＭＸ３を反射するＸ軸の第２のコーナーキューブ２４ＸＢと、を有する。コーナーキューブ２４ＸＡは、その回折光ＭＸ１を、ＰＢＳ面１８ａ及び１／４波長板２０を通して回折格子１２の格子パターン１２ａ上の計測点ＥＰ１に、格子パターン面１２ｂに対して例えばＸ方向に所定の角度φ２（図２参照）だけ傾斜させて入射させる。また、コーナーキューブ２４ＸＢは、その回折光ＭＸ３を、ＰＢＳ面１８ａ及び１／４波長板２０を通して格子パターン１２ａ上の計測点ＥＰ１に、格子パターン面１２ｂに対して例えば−Ｘ方向に所定の角度φ３（図２参照）だけ傾斜させて入射させる。楔型プリズム２６ＸＡ及び２６ＸＢは対称な形状である。

このとき、入射角φ２及びφ３は、それぞれ計測光ＭＬ１が回折格子１２に垂直入射した場合に発生する±１次回折光の回折角よりも小さい値、例えばその回折角の１／１０程度に設定されている。このため、＋１次回折光ＭＸ１の入射によって、回折格子１２から回折角が＋１次回折光ＭＸ１の回折角と入射角との間にある２回目の＋１次回折光ＭＸ２（再回折光）が発生し、−１次回折光ＭＸ３の入射によって、回折格子１２から−Ｘ方向の回折角が−１次回折光ＭＸ３の回折角と入射角との間にある２回目の−１次回折光ＭＸ４（再回折光）が発生する。

一例として、回折格子１２のピッチｐを１μｍ、計測光ＭＬ１の波長λを６３３ｎｍ（Ｈｅ−Ｎｅレーザ）とすると、回折格子１２に垂直入射した場合の±１次回折光の回折角はほぼ３９度である。この場合、一例として、格子パターン面１２ｂに対する計測光ＭＬ１のＸ方向の入射角φ１は０〜１度程度（例えば１０分〜３０分程度）、＋１次回折光ＭＸ１のＸ方向の入射角φ２は３〜５度程度、−１次回折光ＭＸ３の−Ｘ方向の入射角φ３は２〜４度程度である。

また、回折格子１２から発生した２回目の±１次回折光ＭＸ２，ＭＸ４は、それぞれ楔型プリズム２６ＸＡ，２６ＸＢによってＺ軸にほぼ平行な＋Ｚ方向に光路が変更された後、１／４波長板２０を通過してＰＢＳ面１８ａでほぼ＋Ｘ方向に反射される。この際に、±２次回折光ＭＸ２，ＭＸ４は、それぞれ±１次回折光ＭＸ１，ＭＸ３の光路の内側（入射する計測光ＭＬ１に近い方向の光路）を通過するため、楔型プリズム２６ＸＡ，２６ＸＢを小型化できる。

また、検出ヘッド１４は、Ｙ方向の±１次回折光ＭＹ１及びＭＹ３の光路をそれぞれＺ軸に平行な方向に近づくように偏向するＹ軸の第１及び第２の楔型プリズム２６ＹＡ及び２６ＹＢと、楔型プリズム２６ＹＡ，２６ＹＢ及び１／４波長板２０を通過してＰＢＳ面１８ａを透過した回折光ＭＹ１，ＭＹ３を反射して、ＰＢＳ面１８ａ及び１／４波長板２０を通して回折格子１２の格子パターン１２ａ上の計測点ＥＰ１に、格子パターン面１２ｂに対して＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に所定の角度（図３参照）だけ傾斜させて入射させるＹ軸の第１及び第２のコーナーキューブ２４ＹＡ及び２４ＹＢと、を有する。回折光ＭＹ１，ＭＹ３のＹ方向の入射角は、回折光ＭＸ１，ＭＸ３のＸ方向の入射角とほぼ同じである。楔型プリズム２６ＹＡ及び２６ＹＢは、楔型プリズム２６ＸＡ及び２６ＸＢを入射する計測光ＭＬ１の回りに９０度回転した場合と同じ形状及び配置である。コーナーキューブ２４ＹＡ，２４ＹＢは、Ｘ軸のコーナーキューブ２４ＸＡ，２４ＸＢを回折格子１２に入射する計測光ＭＬ１の回りに９０度回転した形状及び配置である。

コーナーキューブ２４ＸＡ〜２４ＹＢは、それぞれ３つの互いに直交する反射面を持ち、入射する光ビームを、入射方向と平行な方向に反射する反射部材である。一例として、コーナーキューブ２４ＸＡ〜２４ＹＢの入射面（射出面）は、ＸＹ平面に平行になるように配置されている。また、以下では４個のコーナーキューブ２４ＸＡ〜２４ＹＢをコーナーキューブ群２４Ａとも称し、４個の楔型プリズム２６ＸＡ〜２６ＹＢを楔型プリズム群２６Ａとも称する。

なお、図１では、説明の便宜上、ＰＢＳ部材１８に対して楔型プリズム２６ＸＡ〜２６ＹＢ及びコーナーキューブ２４ＸＡ〜２４ＹＢは離れて配置されているが、実際には一例として、楔型プリズム２６ＸＡ〜２６ＹＢは、ＰＢＳ部材１８に固定された１／４波長板２０の底面に固定され、コーナーキューブ２４ＸＡ〜２４ＹＢは、ＰＢＳ部材１８の上面に固定されている（図２、図３参照）。これによって、ＰＢＳ部材１８を楔型プリズム２６ＸＡ等及びコーナーキューブ２４ＸＡ等を支持する部材として兼用できる。

なお、検出ヘッド１４を小型化するために、コーナーキューブ２４ＸＡ〜２４ＹＢの間隔を狭くするときに、コーナーキューブ２４ＸＡ〜２４ＹＢが機械的に接触する場合には、コーナーキューブ２４ＸＡ〜２４ＹＢのうちの光束（回折光）が通過しない部分を削除してもよい（図６参照）。これによって、コーナーキューブ２４ＸＡ〜２４ＹＢの反射作用を利用しながら、検出ヘッド１４を小型化できる。なお、コーナーキューブ２４ＸＡ〜２４ＹＢの代わりに、３つの互いに直交する表面反射面を組み合わせた反射部材（レトロリフレクター）等を使用してもよい。

図２は、図１の検出ヘッド１４を＋Ｙ方向に見た図、図３は、図１の検出ヘッド１４を＋Ｘ方向に見た図である。図２に示すように、楔型プリズム２６ＸＡの入射面２６ＸＡａと射出面２６ＸＡｂとの間の角度（頂角）は所定の角度αであり、射出面２６ＸＡｂの端部の回折光ＭＸ１，ＭＸ２が通過しない部分がＸＹ平面に平行な平坦部２６ＸＡｃとされ、平坦部２６ＸＡｃが１／４波長板２０に固定されている。他の楔型プリズム２６ＸＢ等も同様である。これによって、楔型プリズム２６ＸＡ〜２６ＹＢを１／４波長板２０（ＰＢＳ部材１８）に安定に固定できる。

また、Ｙ方向の±１次回折光ＭＹ１及びＭＹ３の入射によって回折格子１２から発生したＹ方向の２回目の±１次回折光（再回折光）ＭＹ２，ＭＹ４は、図３に示すように、それぞれ楔型プリズム２６ＹＡ，２６ＹＢによってＺ軸にほぼ平行に光路が変更された後、１／４波長板２０を通過してＰＢＳ面１８ａでほぼ＋Ｘ方向に反射される。
また、１／４波長板２１と参照格子１３との間に、参照格子１３に入射する参照光ＲＬ１をＸＲ方向に挟むように１対の楔型プリズム２７ＸＡ，２７ＸＢが配置され、参照光ＲＬ１をＹＲ方向に挟むように１対の楔型プリズム２７ＹＡ，２７ＹＢが配置されている。楔型プリズム２７ＸＡ〜２７ＹＢの構成は、楔型プリズム２６ＸＡ〜２６ＹＢと同様であり、楔型プリズム２７ＸＡ〜２７ＹＢは１／４波長板２１に固定されている。以下では、４個の楔型プリズム２７ＸＡ〜２７ＹＢを楔型プリズム群２７Ａとも称する。

参照光ＲＬ１によって参照格子１３からＸＲ方向に発生する±１次回折光ＲＸ１，ＲＸ３は、図２に示すように、ＸＲ方向の第１及び第２の楔型プリズム２７ＸＡ及び２７ＸＢによって参照光ＲＬ１と平行な方向に近づくように光路が偏向された後、１／４波長板２１を通過て、ＰＢＳ面１８ａで反射されてコーナーキューブ２４ＸＡ，２４ＸＢに入射する。コーナーキューブ２４ＸＡ，２４ＸＢ内の回折光ＲＸ１，ＲＸ３の光路は、回折格子１２からの回折光ＭＸ１，ＭＸ３の光路とほぼ同じである。そして、コーナーキューブ２４ＸＡ，２４ＸＢで反射された回折光ＲＸ１，ＲＸ３は、ＰＢＳ面１８ａで反射されて１／４波長板２１を通過して、参照格子１３の格子パターン１３ａ上の参照点ＥＰ２に、格子パターン面１３ｂに対して＋ＸＲ方向及び−ＸＲ方向に所定角度だけ傾斜して入射する。回折光ＲＸ１，ＲＸ３の入射角は、回折光ＭＸ１，ＭＸ３の入射角とほぼ同じである。

そして、参照格子１３から発生したＸＲ方向の２回目の±１次回折光ＲＸ２，ＲＸ４は、それぞれ楔型プリズム２７ＸＡ，２７ＸＢによって参照光ＭＲ１（又はＸ軸）にほぼ平行な＋Ｘ方向に光路が変更された後、１／４波長板２１を通過してＰＢＳ面１８ａを通過して、計測光の回折光ＭＸ２，ＭＸ４とほぼ同軸に合成される。そして、回折光ＭＸ２及びＲＸ２は、偏光板３０ＸＡを介して干渉光となって光電センサ４０ＸＡで受光され、回折光ＭＸ４及びＲＸ４は、偏光板３０ＸＢを介して干渉光となって光電センサ４０ＸＢで受光される。

また、参照光ＲＬ１によって参照格子１３からＹＲ方向に発生する±１次回折光ＲＹ１，ＲＹ３は、ＹＲ方向の第１及び第２の楔型プリズム２７ＹＡ及び２７ＹＢによって参照光ＲＬ１と平行な方向に近づくように光路が偏向された後、１／４波長板２１を通過して、ＰＢＳ面１８ａで反射されてコーナーキューブ２４ＹＡ，２４ＹＢに入射する（図３参照）。コーナーキューブ２４ＹＡ，２４ＹＢ内の回折光ＲＹ１，ＲＹ３の光路は、回折格子１２からの回折光ＭＹ１，ＭＹ３の光路とほぼ同じである。そして、コーナーキューブ２４ＹＡ，２４ＹＢで反射された回折光ＲＹ１，ＲＹ３は、ＰＢＳ面１８ａで反射されて１／４波長板２１を通過して、参照格子１３の格子パターン１３ａ上の参照点ＥＰ２に、格子パターン面１３ｂに対して＋ＹＲ方向及び−ＹＲ方向に所定角度だけ傾斜して入射する。回折光ＲＹ１，ＲＹ３の入射角は、回折光ＭＹ１，ＭＹ３の入射角とほぼ同じである。

そして、参照格子１３から発生したＹＲ方向の２回目の±１次回折光ＲＹ２，ＲＹ４（図３参照）は、それぞれ楔型プリズム２７ＹＡ，２７ＹＢによって参照光ＭＲ１（又はＸ軸）にほぼ平行な＋Ｘ方向に光路が変更された後、１／４波長板２１を通過してＰＢＳ面１８ａを通過して、計測光の回折光ＭＹ２，ＭＹ４とほぼ同軸に合成される。そして、回折光ＭＹ２及びＲＹ２は、偏光板３０ＹＡを介して干渉光となって光電センサ４０ＹＡで受光され、回折光ＭＹ４及びＲＹ４は、偏光板３０ＹＢを介して干渉光となって光電センサ４０ＹＢで受光される。

図１において、計測演算部４２は、第１演算部４２Ｘ、第２演算部４２Ｙ、及び第３演算部４２Ｔを有する。そして、Ｘ軸の光電センサ４０ＸＡは、Ｘ軸の回折光ＭＸ２及び参照用の回折光ＲＸ２よりなる干渉光の検出信号（光電変換信号）ＳＡを第１演算部４２Ｘに供給し、Ｘ軸の光電センサ４０ＸＢは、Ｘ軸の回折光ＭＸ４及び参照用の回折光ＲＸ４よりなる干渉光の検出信号ＳＢを第１演算部４２Ｘに供給する。また、Ｙ軸の光電センサ４０ＹＡは、Ｙ軸の回折光ＭＹ２及びＲＹ２よりなる干渉光の検出信号ＳＣを第２演算部４２Ｙに供給し（図３参照）、Ｙ軸の光電センサ４０ＹＢは、Ｙ軸の回折光ＭＹ４及びＲＹ４よりなる干渉光の検出信号ＳＤを第２演算部４２Ｙに供給する。第１演算部４２Ｘ及び第２演算部４２Ｙには、レーザ光源１６から基準周波数の信号（基準信号ＳＥ）も供給されている。

ここで、第１部材６と第２部材７とのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の相対移動量をＸ，Ｙ，Ｚとして、第１演算部４２Ｘ及び第２演算部４２Ｙで求められるＺ方向の相対移動量をそれぞれＺＸ，ＺＹとする。このとき、一例として、第１演算部４２Ｘは、検出信号ＳＡ及び基準信号ＳＥから、既知の係数ａ，ｂを用いてＸ方向及びＺ方向の第１の相対移動量（ａ・Ｘ＋ｂ・ＺＸ）を求め、検出信号ＳＢ及び基準信号ＳＥから、Ｘ方向及びＺ方向の第２の相対移動量（−ａ・Ｘ＋ｂ・ＺＸ）を求め、その第１及び第２の相対移動量からＸ方向の相対移動量（Ｘ）及びＺ方向の相対移動量（ＺＸ）を求め、求めた結果を第３演算部４２Ｔに供給する。第２演算部４２Ｙは、検出信号ＳＣ及び基準信号ＳＥから、Ｙ方向及びＺ方向の第１の相対移動量（ａ・Ｙ＋ｂ・ＺＹ）を求め、検出信号ＳＤ及び基準信号ＳＥから、Ｙ方向及びＺ方向の第２の相対移動量（−ａ・Ｙ＋ｂ・ＺＹ）を求め、その第１及び第２の相対移動量からＹ方向の相対移動量（Ｙ）及びＺ方向の相対移動量（ＺＹ）を求め、求めた結果を第３演算部４２Ｔに供給する。

第３演算部４２Ｔは、演算部４２Ｘ，４２Ｙから供給される相対移動量（Ｘ）及び（Ｙ）を所定のオフセットで補正した値を第１部材６と第２部材７とのＸ方向、Ｙ方向の相対移動量として出力する。また、第３演算部４２Ｔは、一例として、演算部４２Ｘ，４２Ｙから供給されるＺ方向の相対移動量（ＺＸ）及び（ＺＹ）の平均値（＝（ＺＸ＋ＺＹ）／２）を所定のオフセットで補正した値を第１部材６と第２部材７とのＺ方向の相対移動量として出力する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の相対移動量の検出分解能は例えば０．５〜０．１ｎｍ程度である。エンコーダ１０では、計測光ＭＬ１等の光路が短いため、その光路上の気体の温度揺らぎに起因する計測値の短期的な変動を低減できる。さらに、最終的に２回目の＋１次回折光ＭＸ２，ＭＹ２及び−１次回折光ＭＸ４，ＭＹ４（再回折光）と、対応する参照用の回折光ＲＸ２〜ＲＹ４との干渉光を検出しているため、１回目の回折光のみを使用する場合に比べて相対移動量の検出分解能（検出精度）を１／２に向上（微細化）できる。

また、コーナーキューブ２４ＸＡ，２４ＸＢで反射された１次回折光ＭＸ１，ＭＸ３が入射する回折格子１２上の位置、及びコーナーキューブ２４ＹＡ，２４ＹＢで反射された１次回折光ＭＹ１，ＭＹ３が入射する回折格子１２上の位置は、それぞれ最初に計測光ＭＬ１が入射する回折格子１２上の計測点ＥＰ１と同じである。このため、仮に回折格子１２の格子パターン面１２ｂに微小な凹凸が存在しても、コーナーキューブ２４ＸＡ，２４ＸＢ等で反射された１次回折光ＭＸ１，ＭＸ３等が入射する回折格子１２上の位置が計測点ＥＰ１と異なる場合に比べて、その凹凸によるＸ方向及びＹ方向の計測誤差を低減できる。
ここで、検出ヘッド１４を、回折格子１２の格子パターン面に計測光を入射させるとともに、入射した計測光によって発生する複数の回折光のうち少なくとも２つの回折光ＭＸ１，ＭＸ３を前記格子パターン面に入射させる光学部材とみなすことができる。

また、±１次回折光ＭＸ１，ＭＸ２及びＭＸ３，ＭＸ４、並びに±１次回折光ＭＹ１，ＭＹ２及びＭＹ３，ＭＹ４を用いることによって、第１部材６と第２部材７とのθｚ方向の相対回転角による計測誤差を低減できる。
次に、本実施形態の検出ヘッド１４の回折光の光路につき詳細に説明する。
図２において、計測光ＭＬ１が回折格子１２の格子パターン１２ａに垂直に入射する（計測光ＭＬ１がＺ軸に平行に入射する）とき、計測光ＭＬ１によるＸ方向の＋１次回折光ＭＸ１の回折角φｘ１は、格子パターン１２ａの周期ｐ及び計測光ＭＬ１の波長λを用いて次の関係を満たす。このとき、計測光ＭＬ１によるＸ方向の−１次回折光ＭＸ３の回折角は−φｘ１となる。

ｐ・sin(φｘ１)＝λ …（１）
また、回折光ＭＸ１は、楔型プリズム２６ＸＡを介して計測光ＭＬ１に近づく方向に偏向されて、ＰＢＳ面１８ａを介してコーナーキューブ２４ＸＡに入射し、コーナーキューブ２４ＸＡで反射された回折光ＭＸ１はＰＢＳ面１８ａを介して回折格子１２上の計測点ＥＰ１に、Ｘ方向の入射角φ２で入射する。そして、回折光ＭＸ１によって回折格子１２から発生するＸ方向の＋１次回折光ＭＸ２は、楔型プリズム２６ＸＡによって光路が計測光ＭＬ１（ここではＺ軸に平行）に平行になるように折り曲げられてＰＢＳ部材１８に入射する。

このため、＋１次回折光ＭＸ２の回折角をφｘ２として、楔型プリズム２６ＸＡの入射光に対する振れ角をδとすると、次のように振れ角δはその回折角φｘ２と同じにしてもよい。
δ＝φｘ２ …（２）
言い替えると、楔型プリズム２６Ａの頂角α、屈折率ｎｇ、及び回折光ＭＸ２の楔型プリズム２６ＸＡに対する入射角ｉは、振れ角δが回折角φｘ２となるように定められてもよい。さらに、本実施形態では、振れ角δの入射角ｉに関する変化率（ｄδ／ｄｉ）は、次のようにcos(φｘ２）に設定されてもよい。

ｄδ／ｄｉ＝cos(φｘ２） …（３）
この式（３）の条件は、楔型プリズム２６ＡＸの振れ角δの変化率（ｄδ／ｄｉ）は、回折格子１２に対する計測光ＭＬ１の入射角が０から変化したとき（又は回折光ＭＸ１の入射角がφ２から変化したとき）の回折光ＭＸ２の回折角の変化率を、楔型プリズム２６ＸＡで相殺することを意味している。

このため、仮に回折格子１２の格子パターン面１２ｂが点線の面１２Ｔのように傾斜しても、回折光ＭＸ２の光路は、格子パターン面１２ｂが傾斜する前の光路に平行であり、Ｘ方向のシフトは生じない。このため、回折光ＭＸ２と参照用の回折光ＲＸ２とをＰＢＳ面１８ａで同軸に合成して干渉光を生成したとき、回折光ＭＸ２と回折光ＲＸ２との相対的な傾きのずれ及び相対的な横ずれがないため、その干渉光を光電変換したときに得られる検出信号ＳＡのうちの交流信号（ビート信号又は信号成分）の割合が低下することがない。これは、Ｘ軸の−１次回折光ＭＸ３でも同様である。

また、図２において、検出ヘッド１４に対して回折格子１２の格子パターン面１２ｂのＺ方向の相対位置が＋Ｚ方向にδｚだけ変化した場合、計測光ＭＬ１による＋１次回折光ＭＸ１は、光路が計測光ＭＬ１に近い方向に平行にシフトしてコーナーキューブ２４ＸＡに入射するが、コーナーキューブ２４ＸＡでは入射光に対して射出光の光路は中心に関して対称にシフトする。このため、コーナーキューブ２４ＸＡで反射された回折光ＭＸ１は、計測点ＥＰ１に対してその変位δｚに応じた距離だけ＋Ｘ方向にずれた位置に入射し、その位置で発生する＋１次回折光ＭＸ２の光路は、変位δｚが０の場合の光路と同じである。このため、回折光ＭＸ２及びＲＸ２をＰＢＳ面１８ａで同軸に合成して干渉光を生成したとき、回折光ＭＸ２及びＲＸ２の相対的な横ずれ量がないため、その干渉光を光電変換したときに得られる検出信号ＳＡのうちの交流信号（ビート信号又は信号成分）の割合が低下することがない。

これは、Ｘ軸の−１次回折光ＭＸ４及びＹ軸の±１次回折光ＭＹ２，ＭＹ４でも同様であり、格子パターン面１２ｂのＺ方向の相対位置が変化しても、格子パターン面１２ｂが傾斜しても、図１の検出信号ＳＢ〜ＳＤのうちのビート信号の割合は低下しない。従って、検出信号ＳＡ〜ＳＤを用いて高いＳＮ比で高精度に第１部材６と第２部材７との相対移動量を計測できる。

次に、本実施形態のエンコーダ１０を用いる計測方法（使用方法）の一例につき図８のフローチャートを参照して説明する。
まず、図８のステップ３０２において、第１部材６に設けた回折格子１２の格子パターン面１２ｂに概ね垂直に、格子パターン１２ａの計測点ＥＰ１に、第２部材７に設けたＰＢＳ部材１８を介して計測光ＭＬ１を入射させ、参照格子１３の格子パターン面１３ｂに概ね垂直に、格子パターン１３ａの参照点ＥＰ２にＰＢＳ部材１８を介して参照光ＲＬ１を入射させる。そして、回折格子１２から発生するＸ方向の±１次回折光ＭＸ１，ＭＸ３を、第２部材７に設けた２つの共通のコーナーキューブ２４ＸＡ，２４ＸＢ（偏向部）により回折格子１２の計測点ＥＰ１に入射させ、回折格子１２から発生するＸ方向の±１次回折光ＭＸ２，ＭＸ４をＰＢＳ部材１８に入射させる（ステップ３０４）。

そして、参照格子１３から発生するＸＲ方向の±１次回折光ＲＸ１，ＲＸ３を、２つの共通のコーナーキューブ２４ＸＡ，２４ＸＢにより参照格子１３の参照点ＥＰ２に入射させ、参照格子１３から発生するＸＲ方向の±１次回折光ＲＸ２，ＲＸ４をＰＢＳ部材１８に入射させる（ステップ３０６）。また、ＰＢＳ部材１８のＰＢＳ面１８ａにより、±１次回折光ＭＸ１，ＭＸ３と±１次回折光ＲＸ２，ＲＸ４をそれぞれほぼＸ軸に平行な光束として重ね合わせる（ステップ３０８）。さらに、回折光ＭＸ１，ＭＸ３（計測光）と対応する回折光ＲＸ２，ＲＸ４（参照光）との干渉光を検出し、第１部材６と第２部材７とのＸ方向及びＺ方向の相対移動量を求める（ステップ３１０）。また、このようにして求めた相対移動量が目標値になるように、不図示の駆動機構を用いて第１部材６と第２部材７とのＸ方向及びＺ方向の相対移動量を補正する（ステップ３１２）。

この際に、エンコーダ１０によって第１部材６と第２部材７との相対移動量を高精度に計測できるため、第１部材６と第２部材７との相対位置を高精度に制御できる。
また、本実施形態において、ＰＢＳ部材１８を大型化して、ＰＢＳ部材１８の−Ｚ方向の面に楔型プリズム群２６Ａの他に、楔型プリズム群２６Ａと同様の複数の楔型プリズム群を配置し、ＰＢＳ部材１８の−Ｘ方向の面に楔型プリズム群２７Ａの他に、楔型プリズム群２７Ａと同様の複数の楔型プリズム群を配置し、ＰＢＳ部材１８の＋Ｚ方向の面にコーナーキューブ群２４Ａの他に、コーナーキューブ群２４Ａと同様の複数のコーナーキューブ群２４Ａを配置してもよい。これによって、回折格子１２上の複数の位置で、第１部材６と第２部材７との相対移動量を計測でき、この計測結果より第１部材６に対する第２部材７のθｘ方向、θｙ方向、θｚ方向の相対的な傾斜角を求めることができる。

図４は、ＰＢＳ部材１８の−Ｚ方向の面に４個の計測光ＭＬ１，ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４用（図５参照）の楔型プリズム群２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ（２６Ｃ，２６Ｄは不図示）を配置し、ＰＢＳ部材１８の−Ｘ方向の面に楔型プリズム群２６Ａ，２６Ｂ等に対応させて、参照光ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３，ＲＬ４用（図５参照）の４個の楔型プリズム群２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ（２７Ｃ，２７Ｄは不図示）を配置し、ＰＢＳ部材１８の＋Ｚ方向の面に楔型プリズム群２６Ａ，２６Ｂ等に対応させて４個のコーナーキューブ群２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄを配置した検出ヘッド１４を示す図、図５は、図４の検出ヘッド１４を−Ｘ方向に見た図、図６は図４の検出ヘッド１４を示す平面図、図７は、図４の検出ヘッド１４を−Ｘ方向に見た図である。

図４において、不図示の光源から射出された偏光方向が互いに直交する計測光ＭＬ及び参照光ＲＬが分岐光学部材２２に入射し、ミラー面２２ｂで反射された計測光ＭＬ及び参照光ＲＬはＰＢＳ面（偏光ビームスプリッター面）２２ａで合成され、ミラー面２２ｃで反射されてビームスプリッター面２２ｄに入射し、ビームスプリッター面２２ｄで反射された計測光ＭＬ１及び参照光ＲＬ１がＰＢＳ面１８ａを介して楔型プリズム群２６Ａ及び２７Ａに入射する。また、ビームスプリッター面２２ｄを透過した計測光ＭＬ及び参照光ＲＬから他の楔型プリズム群２６Ａ，２７Ｂ等用の光束が分岐される。また、図４の場合には、一例として、楔型プリズム群２６Ａ，２６Ｂ等と回折格子１２との間に、検出ヘッド１４を保護するための平板状の光透過性の保護部材２３が配置されている。保護部材２３は例えばガラス板である。

図５において、楔型プリズム群２６Ａ，２７Ａ用の計測光ＭＬ１及び参照光ＲＬ１は分岐光学部材２２の部分光学系２２ｇを介してＰＢＳ部材１８に入射され、楔型プリズム群２６Ｂ，２７Ｂ用の計測光ＭＬ２及び参照光ＲＬ２は部分光学系２２ｉを介してＰＢＳ部材１８に入射され、楔型プリズム群２６Ｃ，２７Ｃ用の計測光ＭＬ３及び参照光ＲＬ３は部分光学系２２ｇを介してＰＢＳ部材１８に入射され、楔型プリズム群２６Ｄ，２７Ｄ用の計測光ＭＬ４及び参照光ＲＬ４は部分光学系２２ｉを介してＰＢＳ部材１８に入射される。また、この実施形態では、ＰＢＳ部材１８と回折格子１２との間のＺ方向の変位を複数箇所（例えば５箇所）で直接計測するためのＺ軸の干渉計（不図示）も設けられている。そのため、図４の計測光ＭＬ及び参照光ＲＬからそれぞれ分岐光学部材２２によって分岐された計測光ＭＬ５及び参照光ＲＬ５、計測光ＭＬ６及び参照光ＲＬ６、計測光ＭＬ７及び参照光ＲＬ７、計測光ＭＬ８及び参照光ＲＬ８、並びに計測光ＭＬ９及び参照光ＲＬ９もＰＢＳ部材１８に入射されている。計測光ＭＬ９及び参照光ＲＬ９は部分光学系２２ｊを介してＰＢＳ部材１８に入射されている。さらに、単に計測光ＭＬ及び参照光ＲＬの干渉光を光電変換した信号（ローカル信号）を得るために、干渉計を含む部分光学系２２ｋに、計測光ＭＬ及び参照光ＲＬから分岐された計測光ＭＬ１０及び参照光ＲＬ１０が供給されている。

図６において、ＰＢＳ部材１８の上面には、Ｘ方向及びＹ方向に等間隔で４個のコーナーキューブ群２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄが配置され、これらのコーナーキューブ群２４Ａ〜２４Ｄの間に、５個のＺ軸の干渉計用（不図示）のコーナーキューブ２４Ｅ，２４Ｆ，２４Ｇ，２４Ｈ，２４Ｉが配置されている。コーナーキューブ２４Ｅ〜２４Ｉは、それぞれ対応するＺ軸の干渉計から出力される参照光をその干渉計に戻すために使用される。

図７において、楔型プリズム群２６Ａ及びコーナーキューブ群２４Ａを持つ検出部から、回折光ＭＸ２，ＲＸ２及びＭＸ４，ＲＭ４がそれぞれ同軸に合成された２つのＸ軸の光束、並びに回折光ＭＹ２，ＲＹ２及びＭＹ４，ＲＹ４がそれぞれ同軸に合成された２つのＹ軸の光束が出力され、楔型プリズム群２６Ｂ及びコーナーキューブ群２４Ｂを持つ検出部から、それぞれ２つの回折光よりなる２つのＸ軸の光束ＭＲＢ１，ＭＲＢ２、及び２つのＹ軸の光束ＭＲＢ３，ＭＲＢ４が出力され、楔型プリズム群２６Ｃ及びコーナーキューブ群２４Ｃを持つ検出部から、それぞれ２つの回折光よりなる２つのＸ軸の光束ＭＲＣ１，ＭＲＣ２、及び２つのＹ軸の光束ＭＲＣ３，ＭＲＣ４が出力され、楔型プリズム群２６Ｄ及びコーナーキューブ群２４Ｄを持つ検出部から、それぞれ２つの回折光よりなる２つのＸ軸の光束ＭＲＤ１，ＭＲＤ２、及び２つのＹ軸の光束ＭＲＤ３，ＭＲＤ４が出力される。また、５個のＺ軸の干渉計（不図示）より、それぞれ回折格子１２から反射される０次光よりなる計測光とコーナーキューブ２４Ｅ〜２４Ｉから反射される参照光とが同軸に合成された光束ＭＲＺ１，ＭＲＺ２，ＭＲＺ３，ＭＲＺ４，ＭＲＺ５が出力され、部分光学系２２ｋ（図５参照）から計測光ＭＬから分岐された計測光ＭＬ７と参照光ＲＬから分岐された参照光ＲＬ７とを同軸に合成したローカル信号生成用の光束ＭＲＬが出力される。それらの光束は、それぞれ偏光板及び光電センサよりなる検出部で受光される。

それらの検出部の検出信号を処理することによって、ＰＢＳ部材１８の底面の４箇所の位置で、それぞれＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の第１部材６に対する第２部材７の相対移動量を計測できるとともに、ＰＢＳ部材１８の底面の５箇所の位置で、第１部材６に対する第２部材７のＺ方向の相対移動量を直接計測できる。これらの計測結果に基づいて、計測演算部４２を含む演算部（不図示）では、第１部材６に対する第２部材７のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向の相対的な角度を求めることができる。

上述のように、本実施形態のエンコーダ１０は、第１部材６に対してＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に３次元的に相対移動する第２部材７の相対移動量を計測する３軸のエンコーダ装置である。そして、エンコーダ１０は、第１部材６に設けられ、Ｘ方向（第１方向）及びＹ方向を周期方向とする２次元の格子パターン１２ａを有する反射型の回折格子１２と、計測光ＭＬ１及び参照光ＲＸ１を含む光束を発生するレーザ光源１６と、計測光ＭＬ１を回折格子１２の格子パターン面１２ｂの計測点ＥＰ１（入射位置）に入射させるＰＢＳ部材１８（入射用光学部材、第１光学部材）と、を備えている。さらに、エンコーダ１０は、第２部材７に設けられるとともに、計測光ＭＬ１によって回折格子１２から発生するＸ方向の＋１次回折光ＭＸ１（第１回折光）を、格子パターン面１２ｂの計測点ＥＰ１に入射させるコーナーキューブ２４ＸＡ（第２光学部材）と、第２部材７に設けられるとともに、計測光ＭＬ１によって回折格子１２から発生するＸ方向の−１次回折光ＭＸ３（第３回折光）を、格子パターン面１２ｂの計測点ＥＰ１に入射させるコーナーキューブ２４ＸＢ（第３光学部材）と、回折格子１２から回折光ＭＸ１によって発生する＋１次回折光ＭＸ２（第２回折光）と、参照格子１３から発生する回折光ＲＸ２（参照光）との干渉光を検出する光電センサ４０ＸＡ（第１検出器）と、回折格子１２から回折光ＭＸ３によって発生する−１次回折光ＭＸ４（第４回折光）と参照格子１３から発生する回折光ＲＸ４（参照光）との干渉光を検出する光電センサ４０ＸＢ（第２検出器）と、光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢの検出信号を用いて第２部材７の相対移動量を求める計測演算部４２（計測部）と、を備えている。

本実施形態によれば、回折格子１２を用いて第１部材６に対する第２部材７の相対移動量を計測する際に、回折光ＭＸ２，ＭＸ４（再回折光）と対応する参照用の光束とを干渉させているため、計測の分解能を高めることができる。さらに、コーナーキューブ２４ＸＡ，２４ＸＢによって、回折光ＭＸ１，ＭＸ３をそれぞれ格子パターン面１２ｂの計測点ＥＰ１（計測光ＭＬ１の入射位置）に入射させているため、回折格子１２の表面に微小な凹凸がある場合でも計測精度を高く維持することができる。
なお、計測光ＭＬ１の入射位置と、回折光ＭＸ１，ＭＸ３の入射位置とは、完全に同じ位置である必要はない。例えば計測光ＭＬ１が回折格子１２の格子パターン面１２ｂ上に照射される領域（光照射領域、典型的には直径が０．５〜数ｍｍ程度の円形の領域）の中心から、回折光ＭＸ１，ＭＸ３の入射位置は、その直径の２倍以内の範囲で外れていても良い。言い換えると、計測光ＭＬ１の格子パターン面１２ｂでの光照射領域の中心と、格子パターン面１２ｂ上において２つの回折光ＭＸ１，ＭＸ３が照射される領域（光照射領域）の中心とのそれぞれの距離とが計測光ＭＬ１の光照射領域の大きさ（直径）の２倍よりも小さくても良い。なお、計測光ＭＬ１の光照射領域の形状は円形には限られず、楕円形であっても矩形であっても良い。また、光照射領域の境界の位置は、格子パターン面１２ｂに入射する計測光ＭＬ１又は回折光ＭＸ１，ＭＸ３のピーク強度の値から１／ｅ² （ほぼ１３．５％）に落ちたときの強度の位置としてもよい（ｅは自然対数の底（ほぼ２．７１８））。また、ピーク強度の半値となる位置やピーク強度の１／ｅとなる位置を光照射領域の境界の位置としても良い。

さらに、光電センサ４０ＸＡ，４０ＸＢの検出信号から、第１部材６と第２部材７とのＸ方向及びＺ方向の相対移動量を高精度に計測できる。
さらに、エンコーダ１０は、回折格子１２から計測光ＭＬ１によってＹ方向に発生する±１次回折光ＭＹ１，ＭＹ３を反射して計測点ＥＰ１に入射させるコーナーキューブ２４ＹＡ，２４ＹＢと、回折格子１２から回折光ＭＹ１，ＭＹ３によって発生する±１次回折光ＭＹ２，ＭＹ４（再回折光）と参照格子１３から発生する回折光ＲＹ２，ＲＹ４（参照用の光束）との干渉光を検出する光電センサ４０ＹＡ，４０ＹＢと、を備えている。このため、光電センサ４０ＸＡ〜４０ＹＢの検出信号から、第１部材６と第２部材７とのＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の相対移動量を高精度に計測できる。

また、本実施形態では、参照用の光束として、回折格子１２から発生する回折光ＭＸ２等と同様に参照格子１３から発生する回折光ＲＸ２等を使用しているため、回折光ＭＸ２等（計測光）と回折光ＲＸ２等（参照光）との光路長をほぼ等しくすることができ、レーザ光源１６から射出される計測光ＭＬ１と参照光ＲＬ１との可干渉距離が短い場合でも、高精度に計測を行うことができる。

また、本実施形態では、計測光ＭＬ１を格子パターン面１２ｂに概ね垂直に（又は所定の小さい角度だけ傾斜させて）入射させて、回折格子１２からほぼ対称に（又は所定の小さい角度だけ異なる方向に）発生する１次回折光ＭＸ１，ＭＸ３を使用しているため、光学系の構成が簡素化できる。
なお、上記の実施形態では以下のような変形が可能である。

上述の実施形態では、参照格子１３を用いて回折光ＭＸ２等（計測光）と回折光ＲＸ２等（参照光）との光路長をほぼ等しくしている。これに対して、例えば計測光ＭＬ１と参照光ＲＬ１との可干渉距離が長い場合には、回折光ＭＸ２等と干渉させる参照用の光束としては、参照光ＲＬ１からビームスプリッター等で分岐された光束を使用してもよい。
また、上述の実施形態では、エンコーダ１０は第１部材６に対する第２部材７の３次元的な相対移動量（相対変位）を計測しているが、エンコーダ１０によって第１部材６及び第２部材７の間の例えばＸ方向（１次元方向）のみの相対移動量を計測してもよい。この場合、回折格子１２としてはＸ方向にのみ周期性を持つ１次元格子を使用し、楔型プリズム２６ＹＡ，２６ＹＢ及びコーナーキューブ２４ＹＡ，２４ＹＢ等を省略することができる。

また、上述の実施形態では、計測光ＭＬ１を格子パターン面１２ｂに概ね垂直に（又は所定の小さい角度だけ傾斜させて）入射させている。これに対して、計測光ＭＬ１を例えば、回折格子１２から発生する１次回折光の方向と平行になるように傾斜させて回折格子１２の計測点ＥＰ１に入射（斜入射）させてもよい。この場合には、回折格子１２から発生する１次回折光は、コーナーキューブによって斜めにその計測点ＥＰ１に入射する。この場合にも、計測の分解能を高めることができるとともに、回折格子１２の表面に微小な凹凸がある場合でも計測精度を高く維持することができる。

また、上述の実施形態においては、楔型プリズム２６ＸＡ，２６ＸＢ等を用いて回折光ＭＸ１，ＭＸ３等を偏向しているが、楔型プリズム２６ＸＡ，２６ＸＢ等の代わりに、ミラー及び／又は透過型の回折格子等を組み合わせた偏向用の光学系を使用してもよい。ここで、透過型の回折格子を用いる場合、この透過型の回折格子の格子パターンの周期（ピッチ）を、回折格子１２の格子パターンの周期（ピッチ）ｐとほぼ同じ周期（ピッチ）にしてもよい。そして、この透過型の回折格子の格子パターンの周期は、回折格子１２の格子パターンの周期（ピッチ）ｐに対して±１０％以内であっても良い。なお、楔型プリズム２６ＸＡ，２６ＸＢ等を省略することや楔型プリズムに透過型の回折格子パターンを設けることも可能である。
また、上述の実施形態において、レーザ光源１６から射出される計測光ＭＬ１及び参照光ＲＬ１が所定角度で互いに傾斜している場合には、図２のＰＢＳ部材１８と偏光板３０ＸＡとの間に、例えば参照用の回折光ＲＸ２の光路を計測用の回折光ＭＸ２の光路に平行にするための例えば２つの相対回転可能な楔型プリズム（不図示）よりなる角度補正部材を配置してもよい。その２つの相対回転可能な楔型プリズム（不図示）は全体としても回転可能である。

（第２の実施形態）
第２の実施形態につき図１及び図９を参照して説明する。本実施形態に係るエンコーダの基本的な構成は、図１のエンコーダ１０の構成と同様であるが、回折格子１２から発生する回折光（計測光）と参照光との相対的な角度を補正する角度補正光学系が付加される点が異なっている。また、本実施形態では、レーザ光源１６から射出される計測光ＭＬ１と参照光ＲＬ１は、進行方向が所定角度で交差しているものとする。

図８は、本実施形態の角度補正光学系の一例を示す。図８において、角度補正光学系は、図１の第２部材７に設けられるとともに、回折格子１２から計測光ＭＬ１（＋１次回折光ＭＸ１）によって発生する＋１次回折光ＭＸ２（計測用の第１回折光）と、参照格子１３から参照光ＲＬ１によって発生する回折光ＲＸ２（参照光）を通過させて回折光ＭＸ２を反射する偏光ビームスプリッター１８Ａ（以下、ＰＢＳ１８Ａという）と、ＰＢＳ１８Ａ（合成部材）の上下の面（ＰＢＳ部材１８Ａで反射される光束が通過する面、及びこの面に対向する面）に固定された１／４波長板２０Ａ及び２０Ｂと、１／４波長板２０Ａに対向するように１／４波長板２０Ａにほぼ平行に配置されたミラーＭ１と、１／４波長板２０Ｂに対向するように、かつ１／４波長板２０Ｂに非平行になることが可能なように、例えば傾斜角が可変な状態で支持されたミラーＭ２（反射部材）と、を有する。一例として、ミラーＭ２は、調整用のねじ等を用いる機構（不図示）によって傾斜角が調整可能な状態で支持されている。

一例として、回折光ＭＸ２及びＲＸ２は、それぞれＰＢＳ１８Ａの偏光ビームスプリッター面１８Ａａ（以下、ＰＢＳ面１８Ａａという）に対してＳ偏光及びＰ偏光の状態でＰＢＳ１８Ａに入射するものとする。このとき、参照用の回折光ＲＸ２は、ＰＢＳ面１８Ａａを透過して偏光板３０ＸＡに入射する。一方、回折光ＭＸ２は、ＰＢＳ１８ＡのＰＢＳ面１８Ａａで反射されて１／４波長板２０Ａを介してミラーＭ１に入射する。ミラーＭ１で反射された回折光ＭＸ２は、１／４波長板２０Ａを介してＰＢＳ面１８Ａａを透過し、さらに１／４波長板２０Ｂを介してミラーＭ２に入射する。そして、ミラーＭ２によって入射時とは異なる方向に反射された回折光ＭＸ２は、１／４波長板２０Ｂを介してＰＢＳ面１８Ａａで反射され、回折光ＲＸ２と平行になり、ＰＢＳ１８Ａから射出された回折光ＭＸ２，ＲＸ２は、偏光板３０ＸＡを介して干渉光となって光電センサ４０ＸＡで受光される。

このように、ミラーＭ２で反射された回折光ＭＸ２が、ＰＢＳ１８Ａに戻されてＰＢＳ面１８Ａａで反射されたときに、ＰＢＳ面１８Ａａを透過した回折光ＲＸ２と平行に、かつほぼ重ね合わせられるように、ミラーＭ２の角度が設定されている。さらに、共通の角度補正光学系を用いて他の回折光ＭＸ４等と対応する参照用の回折光ＲＸ４等とを平行にすることができる。

上述のように本実施形態のエンコーダは、第１部材６に対して少なくともＸ方向に相対移動する第２部材７の相対移動量を計測するエンコーダ装置である。そして、そのエンコーダは、第１部材６に設けられ、少なくともＸ方向を周期方向とする格子パターン１２ａを有する反射型の回折格子１２と、計測光ＭＬ１及び参照光ＲＸ１を互いに非平行となるように射出するレーザ光源１６と、計測光ＭＬ１を回折格子１２の格子パターン面１２ｂに入射させるＰＢＳ部材１８（入射用光学部材、第１光学部材）と、上述の角度補正光学系と、回折光ＭＸ２，ＲＸ２の干渉光を受光ずる光電センサ４０ＸＡと、光電センサ４０ＸＡの検出信号を用いて第２部材７の相対移動量を求める計測演算部４２と、を備えている。

また、その角度補正光学系において、ミラーＭ２で反射された回折光ＭＸ２はＰＢＳ１８Ａに戻されて、回折光ＲＸ２と平行にＰＢＳ１８Ａから射出されるようにミラーＭ２の角度が設定されている。本実施形態のエンコーダによれば、レーザ光源１６から射出される計測光ＭＬ１及び参照光ＲＸ１が互いに非平行であっても、簡単な光学系を用いて光電センサ４０ＸＡに入射する回折光ＭＸ２，ＲＸ２を平行にすることができ、干渉縞のコントラストを高めて、干渉光の検出信号のＳＮ比を向上できる。

なお、図９の角度補正光学系において、ミラーＭ２の角度が計算等で予め求められている場合には、ＰＢＳ１８Ａの１／４波長板２０Ｂが設けられた面の角度をその計算等で予め求められている角度に設定しておき、この面に１／４波長板２０Ｂ及びミラーＭ２を重ねて固定してもよい。さらに、ミラーＭ１の傾斜角を調整して回折光ＭＸ２，ＲＸ２を平行にしてもよい。

また、本実施形態のエンコーダにおいては、コーナーキューブ２４ＸＡで反射される回折光ＭＸ１を計測光ＭＬ１が入射する計測点ＥＰ１と異なる位置に入射させてもよい。さらに、例えば１回目の回折光ＭＸ１と参照用の光束とを干渉させてもよい。この場合、図８において、回折光ＭＸ２の代わりに回折光ＭＸ１が使用され、回折光ＲＭ２の代わりに参照用の任意の光束が使用される。
また、ＰＢＳ１８Ａの代わりに例えばウォラストンプリズム（Wollaston prism）等を使用することも可能である。

（第３の実施形態）
第３の実施形態につき図１０〜図１２を参照して説明する。図１０は、この実施形態に係るエンコーダ装置を備えた露光装置ＥＸの概略構成を示す。露光装置ＥＸは、スキャニングステッパーよりなる走査露光型の投影露光装置である。露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を備えており、以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面（ほぼ水平面に平行な面）内でレチクルＲとウエハＷとが相対走査される方向にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取って説明する。

露光装置ＥＸは、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示される照明系１１０、及び照明系１１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬ（例えば波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波など）により照明されるレチクルＲ（マスク）を保持するレチクルステージＲＳＴを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ（基板）に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴを含むステージ装置１９５、及び制御系等（図１２参照）を備えている。

レチクルＲはレチクルステージＲＳＴの上面に真空吸着等により保持され、レチクルＲのパターン面（下面）には、回路パターンなどが形成されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図１２のレチクルステージ駆動系１１１によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能である。

レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１１５（又は鏡面加工されたステージ端面）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、図１２のコンピュータよりなる主制御装置１２０に送られる。主制御装置１２０は、その計測値に基づいてレチクルステージ駆動系１１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。

図１０において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒１４０と、鏡筒１４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。照明系１１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハ（半導体ウエハ）Ｗの一つのショット領域の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。

また、露光装置ＥＸは、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ１９１を保持する鏡筒１４０の下端部の周囲を取り囲むように、局所液浸装置１０８の一部を構成するノズルユニット１３２が設けられている。ノズルユニット１３２は、露光用の液体Ｌｑ（例えば純水）を供給するための供給管１３１Ａ及び回収管１３１Ｂを介して、液体供給装置１８６及び液体回収装置１８９（図１２参照）に接続されている。なお、液浸タイプの露光装置としない場合には、上記の局所液浸装置１０８は設けなくともよい。

また、ウエハステージＷＳＴは、不図示の複数の例えば真空予圧型空気静圧軸受（エアパッド）を介して、ベース盤１１２のＸＹ面に平行な上面１１２ａに非接触で支持されている。ウエハステージＷＳＴは、例えば平面モータ、又は直交する２組のリニアモータを含むステージ駆動系１２４（図１２参照）によってＸ方向及びＹ方向に駆動可能である。露光装置ＥＸは、レチクルＲのアライメントを行う空間像計測系（不図示）、ウエハＷのアライメントを行うアライメント系ＡＬ（図１２参照）、照射系９０ａ及び受光系９０ｂよりなりウエハＷの表面の複数箇所のＺ位置を計測する斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ９０（図１２参照）、及びウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するためのエンコーダ装置８Ｂを備えている。

ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動されるステージ本体１９１と、ステージ本体１９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体１９１内に設けられて、ステージ本体１９１に対するウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。ウエハテーブルＷＴＢの中央の上部には、ウエハＷを真空吸着等によってほぼＸＹ平面に平行な吸着面上に保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。

また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（又は保護部材）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成された高平面度の平板状のプレート体１２８が設けられている。
なお、上述の局所液浸装置１０８を設けたいわゆる液浸型の露光装置の構成にあっては、さらにプレート体１２８は、図１１のウエハテーブルＷＴＢ（ウエハステージＷＳＴ）の平面図に示されるように、その円形の開口を囲む、外形（輪郭）が矩形の表面に撥液化処理が施されたプレート部（撥液板）１２８ａと、プレート部１２８ａを囲む周辺部１２８ｅとを有する。周辺部１２８ｅの上面に、プレート部１２８ａをＹ方向に挟むようにＸ方向に細長い１対の２次元の回折格子１２Ａ，１２Ｂが配置され、プレート部１２８ａをＸ方向に挟むようにＹ方向に細長い１対の２次元の回折格子１２Ｃ，１２Ｄが配置されている。回折格子１２Ａ〜１２Ｄは、図１の回折格子１２と同様にＸ方向、Ｙ方向を周期方向とする２次元の格子パターンが形成された反射型の回折格子である。

また、図１０において、投影ユニットＰＵを支持するフレーム（不図示）に連結部材（不図示）を介してＸＹ面にほぼ平行な平板状の計測フレーム１５０が支持されている。計測フレーム１５０の底面に、投影光学系ＰＬをＸ方向に挟むように、図１の３軸の検出ヘッド１４と同じ構成の複数の検出ヘッド１４が固定され、投影光学系ＰＬをＹ方向に挟むように、図１の検出ヘッド１４と同じ構成の複数の検出ヘッド１４が固定されている（図１２参照）。また、複数の検出ヘッド１４にレーザ光（計測光及び参照光）を供給するための図１のレーザ光源１６と同様の一つ又は複数のレーザ光源（不図示）も備えられている。ここで、図示無きフレームによって支持される投影ユニットＰＵを、ウエハＷに露光光を照射する露光部とみなすことができる。

図１１において、投影光学系ＰＬからの照明光でウエハＷを露光している期間では、常にＹ方向の一列Ａ１内の複数の検出ヘッド１４のいずれか２つが回折格子１２Ａ，１２Ｂに対向し、Ｘ方向の一行Ａ２の複数の検出ヘッド１４のいずれか２つが回折格子１２Ｃ，１２Ｄに対向するように構成されている。一列Ａ１内の各検出ヘッド１４は、回折格子１２Ａ又は１２Ｂに計測光を照射し、回折格子１２Ａ，１２Ｂから発生する回折光と参照光との干渉光の検出信号を対応する計測演算部４２（図１２参照）に供給する。これらの計測演算部４２では、図１の計測演算部４２と同様に、ウエハステージＷＳＴと計測フレーム１５０とのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の相対位置（相対移動量）を例えば０．５〜０．１ｎｍの分解能で求めてそれぞれ計測値を切り替え部８０Ａに供給する。計測値切り替え部８０Ａでは、回折格子１２Ａ，１２Ｂに対向している検出ヘッド１４に対応する計測演算部４２から供給される相対位置の情報を主制御装置１２０に供給する。

また、一行Ａ２に対応する各検出ヘッド１４は、回折格子１２Ｃ又は１２Ｄに計測光を照射し、回折格子１２Ｃ，１２Ｄから発生する回折光と参照光との干渉光の検出信号を対応する計測演算部４２（図１２参照）に供給する。これらの計測演算部４２では、図１の計測演算部４２と同様に、ウエハステージＷＳＴと計測フレーム１５０とのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の相対位置（相対移動量）を例えば０．５〜０．１ｎｍの分解能で求めて計測値切り替え部８０Ｂに供給する。計測値切り替え部８０Ｂでは、回折格子１２Ｃ，１２Ｄに対向している検出ヘッド１４に対応する計測演算部４２から供給される相対位置の情報を主制御装置１２０に供給する。

一列Ａ１内の複数の検出ヘッド１４、レーザ光源（不図示）、計測演算部４２、及び回折格子１２Ａ，１２Ｂから３軸のエンコーダ１０Ａが構成され、一行Ａ２内の複数の検出ヘッド１４、レーザ光源（不図示）、計測演算部４２、及び回折格子１２Ｃ，１２Ｄから３軸のエンコーダ１０Ｂが構成されている。そして、３軸のエンコーダ１０Ａ，１０Ｂ、及び計測値切り替え部８０Ａ，８０Ｂからエンコーダ装置８Ｂが構成されている。主制御装置１２０は、エンコーダ装置８Ｂから供給される相対位置の情報に基づいて、計測フレーム１５０（投影光学系ＰＬ）に対するウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及びθｚ方向の回転角等の情報を求め、この情報に基づいてステージ駆動系１２４を介してウエハステージＷＳＴを駆動する。

そして、露光装置ＥＸの露光時には、先ずレチクルＲ及びウエハＷのアライメントが行われる。その後、レチクルＲへの照明光ＩＬの照射を開始して、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパターンの一部の像をウエハＷの表面の一つのショット領域に投影しつつ、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを投影光学系ＰＬの投影倍率βを速度比としてＹ方向に同期して移動（同期走査）する走査露光動作によって、そのショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。その後、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作と、上記の走査露光動作とを繰り返すことによって、液浸法でかつステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷの全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。

この際に、エンコーダ装置８Ｂの検出ヘッド１４においては、計測光及び回折光の光路長はレーザ干渉計に比べて短いため、検出ヘッド１４を用いた計測値に対する空気揺らぎの影響が非常に小さい。従って、本実施形態のエンコーダ装置８Ｂは、レーザ干渉計と比較して、空気が揺らぐ程度の短い期間における計測安定性（短期安定性）が格段に優れているため、レチクルＲのパターン像をウエハＷに高精度に転写できる。さらに、検出ヘッド１４は回折格子１２Ａ〜１２Ｄに微小な凹凸があっても、さらに回折格子１２Ａ〜１２ＤのＺ位置が変化しても常に高いＳＮ比で相対移動量の情報を含む信号を検出できるため、常に高精度にウエハステージＷＳＴを駆動できる。

上述の実施形態では、計測フレーム１５０側に検出ヘッド１４を配置し、ウエハステージＷＳＴ側に回折格子１２Ａ〜１２Ｄを配置している。この他の構成として、計測フレーム１５０側に回折格子１２Ａ〜１２Ｄを配置し、ウエハステージＷＳＴ側に検出ヘッド１４を配置してもよい。
また、ウエハステージＷＳＴ内に例えばＹ方向に沿って開口を設け、この開口の内面に回折格子１２Ａ〜１２Ｄと同様の回折格子を設け、その開口に差し込み可能なロッド状部材の先端に検出ヘッド１４と同様の検出ヘッドを設け、この検出ヘッド及びその開口内の回折格子を含むエンコーダによってウエハステージＷＳＴの投影光学系ＰＬに対する移動量を計測してもよい。

また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１３に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたレチクル（マスク）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（露光方法）によりレチクルのパターンを基板（感光基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。

言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施例の露光装置ＥＸ（露光方法）を用いてレチクルのパターンの像を基板（ウエハ）に転写し、その基板を現像するリソグラフィ工程と、そのパターンの像が転写されたその基板をそのパターンの像に基づいて加工する工程（ステップ２２４のエッチング等）とを含んでいる。この際に、上記の実施例によれば、露光装置のウエハステージＷＳＴの位置を高精度に制御できるため、電子デバイスを高精度に製造できる。

なお、本実施形態は、上述の走査露光型の投影露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ等）にも適用できる。さらに、本実施形態は、液浸型露光装置以外のドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
また、本実施形態は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本実施形態は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光装置にも適用することができる。

また、上記の実施形態のエンコーダ１０は、露光装置以外の検査装置又は計測装置等の検査又は加工対象の物体用の光学系（レーザ光を集光する光学系等）と、その物体を移動する移動装置（ステージ等）とを備えた光学装置において、その移動装置（物体）の例えばその光学系に対する相対移動量を計測するために適用することができる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、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。

ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＭＬ１…計測光、ＲＬ１…参照光、ＭＸ１，ＭＸ２，ＭＹ１，ＭＹ２…＋１次回折光、ＭＸ３，ＭＸ４，ＭＹ３，ＭＹ４…−１次回折光、１０…エンコーダ、１２…２次元の回折格子、１４…検出ヘッド、１６…レーザ光源、１８…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）部材、２４ＸＡ〜２４ＹＢ…コーナーキューブ、２６ＸＡ〜２６ＹＢ…楔型プリズム、４０ＸＡ〜４０ＹＢ…光電センサ、４２…計測演算部

Claims (14)

1. 少なくとも第１方向に相対移動する第１部材及び第２部材の相対移動量を計測するエンコーダ装置であって、
   前記第１部材及び前記第２部材の一方の部材に設けられ、少なくとも前記第１方向を周期方向とする格子パターンを有する反射型の回折格子と、
   計測光を発生する光源部と、
   前記第１部材及び前記第２部材の他方の部材に設けられ、前記光源部からの前記計測光を入射する光分割面を備え、前記光分割面を経由した前記計測光を前記回折格子の格子パターンの入射位置に入射させて回折光を発生させる第１光学部材と、
   前記他方の部材に設けられ、且つ前記格子パターンで回折された前記回折光のうち第１回折光を前記格子パターンの前記入射位置に入射させて第２回折光を発生させる第２光学部材と、
   前記他方の部材に設けられ、且つ前記格子パターンで回折された回折光のうち前記第１回折光と異なる第３回折光を前記格子パターンの前記入射位置に入射させて第４回折光を発生させる第３光学部材と、
   前記第２回折光と前記光分割面に入射した前記計測光から生成される参照光との干渉光を検出する第１検出器と、
   前記第４回折光と前記参照光との干渉光を検出する第２検出器と、
   前記第１検出器及び前記第２検出器の検出信号を用いて前記相対移動量を求める計測部と、
   を備え、
   前記第１回折光及び前記第３回折光は、前記光分割面を経由する
   エンコーダ装置。
2. 前記第１光学部材は、前記計測光を前記格子パターン面の前記入射位置に斜入射させる、請求項１に記載のエンコーダ装置。
3. 前記計測光が前記格子パターン面に形成する計測光照射領域の少なくとも一部に前記第１及び第３回折光が入射する、請求項１又は２に記載のエンコーダ装置。
4. 前記第２光学部材から前記格子パターン面の前記入射位置に入射する前記第１回折光の進行方向に沿った軸と、前記第３光学部材から前記格子パターン面の前記入射位置に入射する前記第３回折光の進行方向に沿った軸とは、前記第２回折光の進行方向に沿った軸と前記第４回折光の進行方向に沿った軸との間に位置する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
5. 前記回折格子と前記第１光学部材との間に配置されて、前記第１回折光が前記回折格子に入射するときの入射角を、前記第１回折光の回折角よりも小さくするように前記第１回折光の方向を変更する第１方向変更部材を備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
6. 前記第１方向変更部材は、入射面及び射出面を持つプリズムを有する、請求項５に記載のエンコーダ装置。
7. 前記第１光学部材は、前記計測光を前記格子パターン面に斜入射させ、
   前記第２光学部材は、前記第１回折光を前記格子パターン面に、前記格子パターン面に垂直な方向に対して前記第１回折光の回折方向に、前記第１回折光の回折角よりも小さい角度で傾斜させて入射させる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
8. 前記他方の部材に設けられ、参照用格子パターンを有する反射型の参照用回折格子と、
   前記参照光を前記参照用格子パターンの参照用格子パターン面の入射位置に入射させる参照光入射用光学部材と、
   前記他方の部材に設けられ、前記参照用回折格子から前記参照光によって発生する第１参照用回折光を、前記参照用格子パターン面の前記入射位置に入射させる第１参照光用光学部材と、を備え、
   前記第１検出器は、前記回折格子から前記第１回折光によって発生する前記第２回折光と、前記参照用回折格子から前記第１参照用回折光によって発生する再回折参照光との干渉光を検出する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
9. 前記回折格子は、前記第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向を周期方向とする２次元の反射型の回折格子であり、
   前記他方の部材に設けられ、前記回折格子から前記計測光によって前記第２方向に関して対称に発生する第５及び第６回折光を、それぞれ前記格子パターン面の前記入射位置に入射させる第４及び第５光学部材と、
   前記回折格子から前記第５及び第６回折光によって発生する再回折光と参照用の光束との干渉光を検出する第３及び第４検出器と、を備え、
   前記計測部は、前記第１、第２、第３、及び第４検出器の検出信号を用いて前記第２部材の相対移動量を求める、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
10. 前記第２、第３、第４、及び第５光学部材は、それぞれコーナーキューブを有する、請求項９に記載のエンコーダ装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のエンコーダ装置を用いて前記第１部材及び前記第２部材の相対移動量を求めることと、
    前記相対移動量に応じて前記第１部材と前記第２部材との相対的な位置関係を制御することと、を含むエンコーダ装置の使用方法。
12. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のエンコーダ装置と、
    前記エンコーダ装置の計測結果に基づいて対象物を移動する移動装置と、
    前記対象物用の光学系と、を備える光学装置。
13. パターンを被露光体に露光する露光装置であって、
    前記被露光体に露光光を照射する露光部を少なくとも支持するフレームと、
    前記被露光体を支持するとともに前記フレームに対して少なくとも第１方向に相対移動可能なステージと、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のエンコーダ装置と、を備え、
    前記エンコーダ装置によって前記第１方向への前記ステージの相対移動量を計測する、露光装置。
14. リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
    前記リソグラフィ工程で、請求項１３に記載の露光装置を用いて物体を露光するデバイス製造方法。

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