JP2006339600A - 露光方法及び装置、並びに電子デバイス製造方法 - Google Patents

露光方法及び装置、並びに電子デバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 照明光の波長程度以下の微細パターンを、安価に形成可能な露光技術を提供する。
【解決手段】 光源１からの照明光の光路中に、順に第１の回折格子が形成された透光性平板Ｐ１と第２の回折格子が形成された透光性平板Ｐ２とを直列に配置し、前記第２の回折格子からの回折光をウエハＷに照射し、ウエハＷ上に干渉縞パターンを露光する露光装置であって、レーザ干渉計４０及び８６を用いて透光性平板Ｐ２とウエハＷとの位置関係を計測し、レーザ干渉計８２及び８６を用いて透光性平板Ｐ１と透光性平板Ｐ２との位置関係を計測し、これらの計測値に応じて、それらの位置関係を所定の位置関係に設定する。
【選択図】 図１

Description

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電子デバイス製造技術に関する。
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。
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倍または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。
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。
J.M. Carter他： "Interference Lithography" http://snl.mit.edu/project_document/SNL-8.pdf Mark L. Schattenburg他： "Grating Production Methods" http://snl.mit.edu/papers/presentations/2002/MLS-Con-X-2002-07-03.pdf
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。
一方、従来の露光方法のうちの干渉露光方法では、干渉縞を形成するための回折格子と被加工基板との間の位置関係を高精度に所定の関係に設定する必要がある。
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、安価に形成可能な露光技術を提供することを第１の目的とする。
さらに本発明は、被加工基板近傍において照明光の進行方向の広い範囲で高コントラストな干渉縞を得ることができる干渉露光方法を用いた露光技術を提供することを第２の目的とする。
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。
本発明による露光方法は、光源からの照明光の照明光路中に、その光源側から順に第１の回折格子及び第２の回折格子を直列に配置し、その第２の回折格子からの回折光を感光性の基板に照射し、その基板上に干渉縞パターンを露光する露光方法であって、その第２の回折格子とその基板との第１の位置関係を、第１の位置計測機構により計測する工程と、その第１の位置関係の計測値に応じて、その第１の位置関係を所定の位置関係に設定する工程とを有するものである。
本発明によれば、２枚の回折格子を介してその基板（被加工基板）上に干渉縞パターンを形成しているため、その照明光の空間的可干渉性がある程度低い場合でもその干渉縞パターンのコントラストを高めることができる。従って、投影光学系を用いる場合に比べて安価に、さらには空間的可干渉性の高い光源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パターンのような微細パターンを形成できる。また、その第２の回折格子とその基板とのその第１の位置関係を所定の位置関係に設定することによって、その干渉縞パターンとその基板上にそれまでの工程で形成されているパターンとの重ね合わせ露光を高精度に行うことができる。
本発明において、一例としてその第１の位置関係は、その基板の表面に平行な方向の位置関係、その基板の表面に垂直な軸の周りの回転方向の位置関係、その基板の表面に平行な軸の周りの回転方向の位置関係、及びその基板の表面に垂直な方向の位置関係のうちの少なくとも一つを含む。
また、本発明において、その第１の回折格子とその第２の回折格子との第２の位置関係を、第２の位置計測機構により計測する工程と、その第２の位置関係の計測値に応じて、その第２の位置関係を所定の位置関係に設定する工程とをさらに有してもよい。
このようにその２つの回折格子間の第２の位置関係を所定の位置関係に設定することによって、その干渉縞パターンの位置を所定位置に設定できる場合がある。この場合には、その干渉縞パターンの重ね合わせ精度がさらに向上する。
また、一例としてその第２の位置関係は、その基板の表面に平行な方向の位置関係、その基板の表面に垂直な軸の周りの回転方向の位置関係、その基板の表面に平行な軸の周りの回転方向の位置関係、及びその基板の表面に垂直な方向の位置関係のうちの少なくとも一つを含む。
また、その第２の位置関係がその基板の表面に垂直な方向の位置関係を含むときには、その第２の位置関係の計測結果に基づいて、その第１の回折格子とその第２の回折格子との間隔に対応する第１の実効距離を、その第２回折格子とその基板との間隔に対応する第２の実効距離に概ね等しく設定する工程を有してもよい。これによって、その第１の回折格子上の１点で分かれた２つの回折光をその基板上のほぼ同じ点の近傍で干渉させることが可能となる。従って、その基板近傍において照明光の進行方向の広い範囲で高コントラストな干渉縞を得ると同時に、その基板の表面の広い部分において照明光の照度分布を均一化できる。
また、一例としてその第１及び第２の位置計測機構はそれぞれレーザ干渉計を含むものである。これによって、その第１及び第２の位置関係を高精度に計測できる。
また、本発明による電子デバイス製造方法は、電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、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、光源からの照明光の照明光路中に、その光源側から順に第１の回折格子及び第２の回折格子を直列に配置し、その第２の回折格子からの回折光を感光性の基板に照射し、その基板上に干渉縞パターンを露光する露光装置であって、その第２の回折格子とその基板との第１の位置関係を計測する第１の位置計測機構と、その第１の位置計測機構の計測値に応じて、その第１の位置関係を所定の位置関係に設定する制御装置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。従って、その基板上に高い重ね合わせ精度で、安価に、照明光の波長程度以下の線幅のパターンのような微細パターンを形成できる。
本発明において、一例としてその第１の位置関係は、その基板の表面に平行な方向の位置関係、その基板の表面に垂直な軸の周りの回転方向の位置関係、その基板の表面に平行な軸の周りの回転方向の位置関係、及びその基板の表面に垂直な方向の位置関係のうちの少なくとも一つを含む。
また、その第１の回折格子とその第２の回折格子との第２の位置関係を計測する第２の位置計測機構をさらに備え、その制御装置は、その第２の位置計測機構の計測値に応じて、その第２の位置関係を所定の位置関係に設定してもよい。このように２つの回折格子間の第２の位置関係を所定の位置関係に設定することによって、その干渉縞パターンの重ね合わせ精度がさらに向上する場合がある。
また、一例としてその第２の位置関係は、その基板の表面に平行な方向の位置関係、その基板の表面に垂直な軸の周りの回転方向の位置関係、その基板の表面に平行な軸の周りの回転方向の位置関係、及びその基板の表面に垂直な方向の位置関係のうちの少なくとも一つを含む。
また、その制御装置は、その第２の位置計測機構の計測結果に基づいて、その第１の回折格子とその第２の回折格子との間隔に対応する第１の実効距離を、その第２回折格子とその基板との間隔に対応する第２の実効距離に概ね等しく設定してもよい。これによって、その基板近傍において照明光の進行方向の広い範囲で高コントラストな干渉縞を得ると同時に、その基板の表面の広い部分において照明光の照度分布を均一化できる。
また、一例としてその第１及び第２の位置計測機構はそれぞれレーザ干渉計を含むものである。
本発明によれば、２つの回折格子を介して形成される干渉縞パターンで基板（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パターンのような微細パターンを安価に形成することができる。
また、本発明において、第１の回折格子と第２の回折格子との間隔に対応する第１の実効距離を、その第２回折格子と基板との間隔に対応する第２の実効距離に概ね等しく設定する場合には、その基板近傍において照明光の進行方向の広い範囲で高コントラストな干渉縞を得ることができる。
［第１の実施形態］
以下、本発明の好ましい第１の実施形態について図１〜図１９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、また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。
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。
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。
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。
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。
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軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取って説明する。本例では、Ｘ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面は水平面にほぼ平行である。
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。
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。
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及びウエハベース５０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（詳細後述）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Ｘ軸及びＹ軸の複数軸のレーザ干渉計から構成されており（詳細後述）、移動鏡３９もＸ軸及びＹ軸の移動鏡から構成されており、ビームスプリッタ９０及び参照鏡９１もそれぞれレーザ干渉計の軸数に応じて複数個配置されている。
また、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上のパターンまたはマークの位置が検出される。
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。
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。
また、第２の透光性平板Ｐ２は、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、ホルダ３７Ａを含む第２保持駆動機構によって、透光性平板Ｐ２はＸＹ平面に平行に、かつウエハＷと後述する所定の間隔をもって対向して配置される。また、第１の透光性平板Ｐ１は、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上に真空吸着又は電磁吸着によって吸着保持され、ホルダ３６Ａを含む第１保持駆動機構によって、透光性平板Ｐ１はＸＹ平面に平行に、かつ第２の透光性平板Ｐ２と後述する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。
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。
図３は、図１の透光性平板Ｐ１，Ｐ２の保持駆動機構を示す平面図であり、この図３において、ベース部材７５Ａ〜７５Ｄの＋Ｙ方向及び−Ｙ方向の端部はそれぞれ連結部材７５Ｅ及び７５Ｆによって固定されている。一体的に固定されたベース部材７５Ａ〜７５Ｄ及び連結部材７５Ｅ，７５Ｆからコラム構造体７５（位置基準となる基準フレーム）が構成されている。
図５は、図１のウエハステージ系及び透光性平板Ｐ１，Ｐ２の保持駆動機構を示す一部を切り欠いた側面図であり、図５に示すように、コラム構造体７５は、ウエハステージ系を覆うようにＹ方向に配置され、コラム構造体７５のＹ方向の両端部は支持部材９６Ａ及び９６Ｂを介して床ＦＬ上に支持されている。
図１に戻り、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。Ｚ軸アクチュエータ８１Ａとしては、例えば電動マイクロメータやラックピニオン機構等が使用できる。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。
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。Ｘ軸アクチュエータ８０Ａとしては、例えば電動マイクロメータやラックピニオン機構等が使用できる。スライダ７７Ａは例えば送りねじ方式でＹ方向に駆動されるが、リニアモータ方式で駆動してもよい。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。
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（例えば偏光ビームスプリッタ）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（詳細後述）、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おり、ビームスプリッタ８３及び参照鏡８５もそれぞれレーザ干渉計の軸数に応じて複数個配置されている。
また、必要に応じて、不図示のレーザ光源から透光性平板Ｐ１の上面に斜めに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。そのレーザ光源及び光電検出器よりなる第１のＺ位置検出系の代わりに、上記のウエハＷの焦点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を使用することも可能である。その第２の基準面はＸＹ平面に平行である。
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。
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。Ｚ軸アクチュエータ８１Ｂとしては、例えば電動マイクロメータやラックピニオン機構等が使用できる。従って、ホルダ３７Ａ及びスライダ３７Ｂ，３７Ｃは、ベース部材７５Ｂ，７５Ｄ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８１Ｂの高さを制御することで、ベース部材７５Ｂ，７５Ｄに対するホルダ３７Ａ（第２の透光性平板Ｐ２）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。
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。Ｘ軸アクチュエータ８０Ｂとしては、例えば電動マイクロメータやラックピニオン機構等が使用できる。スライダ７７Ｂは例えば送りねじ方式でＹ方向に駆動されるが、リニアモータ方式で駆動してもよい。２個のＸ軸アクチュエータ８０Ｂの駆動量を制御することによって、ベース部材７５Ｂに対するホルダ３７Ａ（第２の透光性平板Ｐ２）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７７ＢをＹ方向に駆動することで、それに連動してホルダ３７Ａ（第２の透光性平板Ｐ２）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。
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。即ち、レーザ干渉計８６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）８７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８８に照射され、参照ビームはミラーを介してベース７５Ｄ（コラム構造体７５）に固定された参照鏡８９に照射される。そして、移動鏡８８からの計測ビームと参照鏡８９からの参照ビームとの干渉光をレーザ干渉計８６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３７Ａ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）の位置の差分からホルダ３７Ａ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８６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（詳細後述）、移動鏡８８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おり、ビームスプリッタ８７及び参照鏡８９もそれぞれレーザ干渉計の軸数に応じて複数個配置されている。
また、必要に応じて、不図示のレーザ光源から透光性平板Ｐ２の上面に斜めに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。そのレーザ光源及び光電検出器よりなる第２のＺ位置検出系の代わりに、上記のウエハＷの表面のＺ位置を検出するための斜入射方式の多点のＺ位置検出系（表面位置検出系）と同じ構成の検出系を使用することも可能である。その第３の基準面はＸＹ平面に平行である。
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。
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。従って、ウエハＷの表面に平行な方向は、Ｘ方向、Ｙ方向、又はＸ軸をＺ軸の周りに任意の角度だけ回転した軸に平行な方向であり、ウエハＷの表面に垂直な方向はＺ方向であり、ウエハＷの表面に垂直な軸の周りの回転方向はＺ軸の周りの回転方向であり、ウエハＷの表面に平行な軸の周りの回転方向は、Ｘ軸、Ｙ軸、又はＸ軸をＺ軸の周りに任意の角度だけ回転した軸に平行な軸の周りの回転方向である。
この場合、レーザ干渉計４０、レーザ干渉計８６、その第２のＺ位置検出系、及びウエハ用の多点のウエハ表面位置検出系を含む第１の位置計測機構によって、コラム構造体７５及び上記の第１及び第３の基準面を介して、ウエハステージ３８（ウエハＷ）とホルダ３７Ａ（第２の回折格子が形成されている第２の透光性平板Ｐ２）とのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の相対的な位置ずれ量、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に平行な軸の周りの相対的な回転角のずれ量を含む第１の位置関係が計測されている。
なお、この構成の他に、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。
また、レーザ干渉計８２、レーザ干渉計８６、その第１及び第２のＺ位置検出系を含む第２の位置計測機構によって、コラム構造体７５及びその第２及び第３の基準面を介して、ホルダ３６Ａ（第１の回折格子が形成されている第１の透光性平板Ｐ１）とホルダ３７Ａ（第２の回折格子が形成されている第２の透光性平板Ｐ２）とのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の相対的な位置ずれ量、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に平行な軸の周りの相対的な回転角のずれ量を含む第２の位置関係が計測されている。
なお、この構成の他に、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。
次に、図２を参照して、図１のウエハステージ系の詳細な構成の一例につき説明する。図２において、図１のウエハステージ３８は、ウエハテーブル３８Ａと３個のＺ軸アクチュエータ３８Ｃ，３８Ｄ，３８Ｅ（図２ではＺ軸アクチュエータ３８Ｅは不図示）とＸＹステージ３８Ｂとから構成されている。即ち、ウエハＷは、ウエハホルダ（不図示）を介してウエハテーブル３８Ａ上に吸着保持され、ウエハテーブル３８ＡはそれぞれＺ方向に変位可能な３個のＺ軸アクチュエータ３８Ｃ〜３８Ｅを介してＸＹステージ３８Ｂ上に保持されている。Ｚ軸アクチュエータ３８Ｃ〜３８Ｅ（光軸方向駆動装置）は、それぞれ例えばウエハテーブル３８Ａに連結された支点を支持する板ばねと、その支点をＺ方向に駆動するボイスコイルモータ（ＶＣＭ）とを含んで構成されている。Ｚ軸アクチュエータ３８Ｃ〜３８Ｅを独立に駆動することで、ＸＹステージ３８Ｂに対するウエハテーブル３８Ａ（ウエハＷ）のＺ方向の位置、Ｘ軸に平行な軸の回りの回転角ωＸ、及びＹ軸に平行な軸の回りの回転角ωＹよりなる３自由度の相対変位を制御できるように構成されている。
ＸＹステージ３８Ｂは、定盤よりなるウエハベース５０上の平面度の高いガイド面上に、例えば真空予圧型気体静圧軸受け装置を介して非接触状態で浮上支持されている。そして、ＸＹステージ３８Ｂは、ウエハベース５０上にＸ方向、Ｙ方向に一定速度での移動及びステップ移動ができるように支持されている。具体的に、ウエハベース５０のガイド面上にＹ軸に平行にＹ軸ガイド部材６１が配置され、ＸＹステージ３８Ｂの底面の凹部がＹ軸ガイド部材６１に沿ってＹ方向に移動できるように載置されている。そして、Ｙ軸ガイド部材６１の両端部は、それぞれウエハベース５０をＹ方向に挟むようにＸ軸に平行に配置された１対のＸ軸ガイド部材６５Ａ及び６５Ｂに沿って、Ｘ方向に移動自在に支持されている。Ｘ軸ガイド部材６５Ａ及び６５Ｂの両端部は、それぞれウエハベース５０に対して支持部材６４Ａ，６３Ａ及び支持部材６４Ｂ等を介して固定されている。
また、ＸＹステージ３８Ｂの底面に設けられた可動子と、Ｙ軸ガイド部材６１に設けられた固定子とから、Ｙ軸ガイド部材６１に対してＸＹステージ３８ＢをＹ方向に駆動するＹ軸リニアモータ６２Ｙが構成されている。Ｙ軸ガイド部材６１の一端に設けられた可動子と、一方のＸ軸ガイド部材６５Ａに設けられた固定子とから、Ｘ軸ガイド部材６５Ａに対してＹ軸ガイド部材６１をＸ方向に駆動する第１のＸ軸リニアモータ６２ＸＡが構成され、Ｙ軸ガイド部材６１の他端に設けられた可動子と、他方のＸ軸ガイド部材６５Ｂに設けられた固定子とから、Ｘ軸ガイド部材６５Ｂに対してＹ軸ガイド部材６１をＸ方向に駆動する第２のＸ軸リニアモータ６２ＸＢが構成されている。Ｙ軸リニアモータ６２Ｙ及び２軸のＸ軸リニアモータ６２ＸＡ，６２ＸＢによって、ウエハベース５０に対するＸＹステージ３８ＢのＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、及びＺ軸に平行な軸の回りの回転角ωＺよりなる３自由度の相対変位を制御できる。この結果、本例のウエハテーブル３８Ａ（ウエハＷ）は、ウエハベース５０に対して、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及び回転角ωＸ，ωＹ，ωＺよりなる６自由度で駆動することができる。但し、通常は、２軸のＸ軸リニアモータ６２ＸＡ及び６２ＸＢは、Ｙ軸ガイド部材６１がＹ軸に平行な状態でＸ方向に移動するように、即ち回転角ωＺが０となるように駆動される。
ＸＹステージ３８Ｂ、Ｚ軸アクチュエータ３８Ｃ〜３８Ｅ、ウエハテーブル３８Ａ、Ｙ軸リニアモータ６２Ｙ、及びＸ軸リニアモータ６２ＸＡ，６２ＸＢ等を含んでウエハステージ系が構成されている。そして、本例の３個のＺ軸アクチュエータ３８Ｃ〜３８Ｅ、及び３軸のリニアモータ６２Ｙ，６２ＸＡ，６２ＸＢは、図３のウエハステージ駆動系７１によって駆動される。ウエハステージ駆動系７１の動作は、装置全体の動作を統轄制御する主制御系７０によって制御される。ウエハステージ駆動系７１が６軸の駆動機構の動作を制御するために、本例の露光装置には、ウエハテーブル３８Ａ（ウエハＷ）のウエハベース５０に対する６自由度の変位（位置及び回転角の変化）を計測するための計測機構が備えられている。なお、このうちのウエハＷの表面のＺ方向の高さは、上述の斜入射方式の多点のウエハ表面位置検出系及びウエハステージ駆動系７１内の計測情報処理部によって計測されるため、以下では残りの５自由度の変位の計測機構につき説明する。
即ち、図２において、ウエハテーブル３８Ａの−Ｘ方向の側面に、Ｙ方向に細長いロッド状のＸ軸の移動鏡３９Ｘが固定され、ウエハテーブル３８Ａの＋Ｙ方向の側面に、Ｘ方向に細長いロッド状のＹ軸の移動鏡３９Ｙが固定されている。なお、ウエハテーブル３８Ａの側面を鏡面加工して、その鏡面を移動鏡として使用することも可能である。また、Ｘ軸の移動鏡３９Ｘに対向するようにＸ軸のレーザ干渉計４０Ｘ２が配置され、レーザ干渉計４０Ｘ２に対してＹ方向に間隔δ１及びＺ方向に間隔δ３となるようにそれぞれ回転角ωＺ計測用のレーザ干渉計４０Ｘ１、及び回転角ωＹ計測用のレーザ干渉計４０ＸＺが配置されている。なお、図２の説明においては、簡単のために図１のビームスプリッタ９０及び参照鏡９１に対応する部材は省略する。
レーザ干渉計４０Ｘ１，４０Ｘ２，４０ＸＺからの計測ビームはＸ軸に平行に移動鏡３９Ｘに照射され、レーザ干渉計４０Ｘ１，４０Ｘ２，４０ＸＺはそれぞれ図１のコラム構造体７５を基準として移動鏡３９ＸのＸ方向の位置を計測し、計測結果を図３のウエハステージ駆動系７１に供給する。ウエハステージ駆動系７１内の計測情報処理部は、レーザ干渉計４０Ｘ２の計測値からウエハテーブル３８Ａ（ウエハＷ）のＸ方向の位置を求め、レーザ干渉計４０Ｘ２，４０Ｘ１の計測値の差分を間隔δ１で割ることによってウエハテーブル３８Ａの回転角ωＺ１を求め、レーザ干渉計４０Ｘ２，４０ＸＺの計測値の差分を間隔δ３で割ることによってウエハテーブル３８Ａの回転角ωＹを求める。
また、図２において、Ｙ軸の移動鏡３９Ｙに対向するように、Ｙ軸のレーザ干渉計４０Ｙ１が配置され、レーザ干渉計４０Ｙ１に対してＸ方向に間隔δ１及びＺ方向に間隔δ２（＝δ３）となるようにそれぞれ回転角ωＺ計測用のレーザ干渉計４０Ｙ２、及び回転角ωＸ計測用のレーザ干渉計４０ＹＺが配置されている。また、Ｙ軸レーザ干渉計４０Ｙ１に対してＸ方向に所定間隔でＹ軸のレーザ干渉計４０Ｙ３が配置されている。本例のウエハベース５０はＸ方向に細長い形状であり、露光中にウエハベース５０上でウエハステージ３８が−Ｘ方向側の領域内に位置しているときには、移動鏡３９Ｙにレーザ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２，４０ＹＺからの計測ビームが照射され、レーザ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２，４０ＹＺはそれぞれ図１のコラム構造体７５を基準として移動鏡３９ＹのＹ方向の位置を計測し、計測結果を図３のウエハステージ駆動系７１に供給する。
ウエハステージ駆動系７１内の計測情報処理部は、レーザ干渉計４０Ｙ１の計測値からウエハテーブル３８Ａ（ウエハＷ）のＹ方向の位置を求め、レーザ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２の計測値の差分を間隔δ１で割ることによってウエハテーブル３８Ａの回転角ωＺ２を求め、レーザ干渉計４０Ｙ１，４０ＹＺの計測値の差分を間隔δ２で割ることによってウエハテーブル３８Ａの回転角ωＸを求める。また、２つの回転角ωＺ１及びωＺ２の平均値を、ウエハテーブル３８ＡのＺ軸に平行な軸の周りの回転角ωＺの計測値とする。
一方、ウエハステージ３８が＋Ｘ方向の端部のウエハローディング位置に移動したときには、移動鏡３９Ｙにレーザ干渉計４０Ｙ３からの計測ビームが照射されて、レーザ干渉計４０Ｙ３によってウエハテーブル３８ＡのＹ座標が計測される。この結果、例えばウエハＷに対する露光時には、図２の６軸のレーザ干渉計４０Ｘ１，４０Ｘ２，４０ＸＺ，４０Ｙ１，４０Ｙ２，４０ＹＺによって、図１のコラム構造体７５を基準として、ウエハテーブル３８Ａ（ウエハＷ）のＸ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角ωＸ，ωＹ，ωＺよりなる５自由度の変位を計測することができる。この際に、回転角ωＸ，ωＹについては、上記の多点のウエハ表面位置検出系で計測されるＸ軸及びＹ軸の周りの回転角が、実際の正確な回転角となる。
なお、Ｘ軸周りの回転角ωＸ及びＹ軸周りの回転角ωＹについては、その計測が必ずしも必要な訳ではなく、ウエハテーブル３８Ａが、そのＸ方向及びＹ方向の移動に伴うピッチングあるいはローリング自体を極小に抑えるように設計製造されている場合には、その計測は不要である。そしてこの場合には、レーザ干渉計４０ＸＺ及びレーザ干渉計４０ＹＺも不要である。
ところで、図１に示した如く、本例においては、ホルダ３６Ａの位置を介して第１の透過性平板Ｐ１のＸ位置及びＹ位置を計測するレーザ干渉計８２の計測光路は、第１の透過性平板Ｐ１とは、Ｚ方向にずれた位置、すなわち所謂アッベ誤差を有する位置に設けられている。そこで、レーザ干渉計８２を、上述のレーザ干渉計４０ＸＺ及びレーザ干渉計４０Ｘ２の如く、Ｚ方向に所定間隔だけ離れた２軸のレーザ干渉計とすることが有効な場合もある。この構成で、ホルダ３６Ａのピッチング、すなわちＸ軸を中心とする回転及びＹ軸を中心とする回転を計測し、これらの回転に伴って発生する上記アッベ誤差を補正することにより、より高精度に、第１の透過性平板Ｐ１のＸ位置及びＹ位置を計測することが可能となる。なお、これは、ホルダ３７Ａの位置を介して第２の透過性平板Ｐ２のＸ位置及びＹ位置を計測するレーザ干渉計８６についても同様である。
図３のウエハステージ駆動系７１内の計測情報処理部は、ウエハテーブル３８Ａ（ウエハＷ）の６自由度の変位の計測値を主制御系７０に供給する。ウエハステージ駆動系７１内の駆動部は、その計測情報処理部で求められた位置及び回転角の情報、並びに主制御系７０からの制御情報に基づいて、図２のＺ軸アクチュエータ３８Ｃ〜３８Ｅ、Ｙ軸リニアモータ６２Ｙ、及びＸ軸リニアモータ６２ＸＡ，６２ＸＢを駆動して、ウエハテーブル３８Ａ（ウエハＷ）の位置及び回転角を透光性平板Ｐ１及びＰ２に対して所定の位置関係に設定する。
ここで、図２を参照して透光性平板Ｐ１及びＰ２のＺ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸の周りの回転角を計測するためのＺ位置検出系６８の一例を説明する。
図２において、第１の透光性平板Ｐ１が露光時の状態に位置決めされている状態で、３個のレーザ光源６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃからの細いレーザビームはそれぞれ透光性平板Ｐ１上のほぼ正三角形の頂点位置に配置された３箇所の計測点Ａ１，Ａ２，Ａ３の近傍に−Ｙ方向に斜めに照射され、透光性平板Ｐ１から斜めに反射された３個のレーザビーム（０次光）は光量分布の重心位置を検出する光電検出器６７Ａ，６７Ｂ，６７Ｃに入射する。レーザ光源６６Ａ〜６６Ｃ及び光電検出器６７Ａ〜６７Ｃから第１のＺ位置検出系が構成されている。
同様に、第２の透光性平板Ｐ２が露光時の状態に位置決めされている状態で、３個のレーザ光源６６Ｄ，６６Ｅ，６６Ｆからの細いレーザビームはそれぞれ透光性平板Ｐ２上のほぼ正三角形の頂点位置に配置された３箇所の計測点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の近傍に−Ｙ方向に斜めに照射され、透光性平板Ｐ２から斜めに反射された３個のレーザビーム（０次光）は光量分布の重心位置を検出する光電検出器６７Ｄ，６７Ｅ，６７Ｆに入射する。レーザ光源６６Ｄ〜６６Ｆ及び光電検出器６７Ｄ〜６７Ｆから第２のＺ位置検出系が構成されている。上記の第１及び第２のＺ位置検出系からＺ位置検出系６８が構成されている。なお、Ｚ位置検出系６８は、前述の計測点Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３と同数のレーザ光源を有するものとしたが、その数は任意でよく、例えば１つのレーザ光源から発生されるレーザビームを分岐するなどして、前記各計測点に照射するようにしてもよい。
光電検出器６７Ａ〜６７Ｆで検出される各レーザビームの２次元位置情報（Ｚ方向に対応する１次元の位置情報でもよい）は、図３の計測情報処理系７４に供給されている。計測情報処理系７４には、透光性平板Ｐ１及びＰ２の上面（より正確には回折格子の形成面）がそれぞれ第２及び第３の基準面に合致しているときの各レーザビームの位置（基準位置）の情報が記憶されている。計測情報処理系７４は、供給される６個のレーザビームの位置情報から透光性平板Ｐ１上の３個の計測点Ａ１〜Ａ３及び透光性平板Ｐ２上の３個の計測点Ｂ１〜Ｂ３の第１及び第２の基準面に対するＺ方向の位置ずれ量を求め、これらの位置ずれ量から透光性平板Ｐ１及びＰ２の対応する基準面からのＺ方向の位置ずれ量と、Ｘ軸及びＹ軸の周りの回転角のずれ量を求め、これらの位置及び回転角のずれ量を駆動系７２及び主制御系７０に供給する。主制御系７０には、上記の第２及び第３の基準面の間隔と、第３及び第１の基準面の間隔とが記憶されている。
本例では、露光時にウエハＷの表面は上記の第１の基準面に合致するように制御される。そこで、主制御系７０は、駆動系７２を介して、少なくとも照明光ＩＬ１０の照射領域内で、透光性平板Ｐ１及びＰ２のそれぞれ回折格子の形成面がその第１の基準面に平行になるように、かつ透光性平板Ｐ１及びＰ２のそれぞれの回折格子の形成面のＺ方向の間隔が所定の第１の間隔となり、透光性平板Ｐ２の回折格子の形成面とウエハＷの表面とのＺ方向の間隔が所定の第２の間隔となるように制御する。本例では、主制御系７０、駆動系７２、及びウエハステージ駆動系７１を含んで、ウエハＷと透光性平板Ｐ１との位置関係及び透光性平板Ｐ１と透光性平板Ｐ２との位置関係を所定の関係に設定する制御装置が構成されている。
次に、図３〜図５を参照して、図１の透光性平板Ｐ１，Ｐ２の保持駆動機構につき詳細に説明する。
図３は、図１において、第２の透光性平板Ｐ２を保持している第２のホルダ３７Ａを＋Ｙ方向に引き出した状態の保持駆動機構を示し、この図３において、第１の透光性平板Ｐ１を保持している第１のホルダ３６Ａは、ベース部材７５Ａ上のスライダ３６Ｂに対してＺ軸アクチュエータ８１Ａ１及びそれをＹ方向に挟む２箇所のピン８１ＡＰを介して連結されるとともに、そのホルダ３６Ａは、ベース部材７５Ｃ上のスライダ３６Ｃに対してＹ方向に離れた２箇所のＺ軸アクチュエータ８１Ａ２及び８１Ａ３を介して連結されている。３個のＺ軸アクチュエータ８１Ａ１〜８１Ａ３が図１のＺ軸アクチュエータ８１Ａに対応している。駆動系７２が、Ｚ軸アクチュエータ８１Ａ１〜８１Ａ３のＺ方向の駆動量を制御することによって、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制御する。
また、ベース部材７５Ａ上に駆動モータ７８Ａ及び固定部材７９Ａに挟まれるように、Ｙ軸に平行にＹ軸ガイド７６Ａが設置され、Ｙ軸ガイド７６Ａに沿ってＹ方向に移動自在にスライダ７７Ａが載置されている。スライダ７７Ａは、駆動モータ７８Ａによって例えば送りねじ方式で駆動される。そして、スライダ７７Ａに対してＹ方向に離れた２箇所のＸ軸アクチュエータ８０Ａ１及び８０Ａ２を介してスライダ３６Ｂが連結されている。Ｘ軸アクチュエータ８０Ａ１，８０Ａ２が図１のＸ軸アクチュエータ８０Ａに対応している。この場合、駆動モータ７８Ａを介してスライダ７７ＡをＹ方向に駆動することで、ホルダ３６Ａ（透光性平板Ｐ１）をＹ方向に駆動することができ、Ｘ軸アクチュエータ８０Ａ１及び８０Ａ２のＸ方向の駆動量を制御することで、ホルダ３６ＡのＸ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角を制御できる。Ｚ軸アクチュエータ８１Ａ１〜８１Ａ３、Ｘ軸アクチュエータ８０Ａ１，８０Ａ２、及び駆動モータ７８Ａの動作は駆動系７２によって制御されている。
また、ホルダ３６Ａの−Ｘ方向の上端部に反射面がほぼＹＺ面に平行で、Ｙ方向に或る程度の幅を持つロッド状の移動鏡８４Ｘが固定され、外部のレーザ干渉計８２Ｘからの計測ビームが移動鏡８４Ｘに照射され、レーザ干渉計８２Ｘはコラム構造体７５を基準としてホルダ３６ＡのＸ方向の位置を計測している。なお、図３では図１のビームスプリッタ８３及び参照鏡８５に対応する部材は省略されている。
また、ホルダ３６Ａの−Ｙ方向の両側の上端部にレトロリフレクタよりなる移動鏡８４Ｙ１及び８４Ｙ２が固定され、移動鏡８４Ｙ１及び８４Ｙ２はそれぞれ＋Ｙ方向に入射する計測ビームを−Ｙ方向に反射する機能を有する。移動鏡８４Ｙ１及び８４Ｙ２の反射面のＸ方向の幅は、ホルダ３６ＡのＸ方向の移動ストロークよりも広く設定されている。外部のレーザ干渉計８２Ｙ１及び８２Ｙ２からのレーザビームがそれぞれビームスプリッタ８３Ｙ１及び８３Ｙ２によって参照ビームと計測ビームとに分割され、２つの参照ビームはベース部材７５Ａ上に固定された参照鏡８５Ｙ１及びベース部材７５Ｃ上に固定された参照鏡８５Ｙ２に入射し、２つの計測ビームは移動鏡８４Ｙ１及び８４Ｙ２に入射する。レーザ干渉計８２Ｙ１は参照鏡８５Ｙ１（コラム構造体７５）を基準として移動鏡８４Ｙ１の部分でのホルダ３６ＡのＸ方向の位置を計測し、レーザ干渉計８２Ｙ２は参照鏡８５Ｙ２（コラム構造体７５）を基準として移動鏡８４Ｙ２の部分でのホルダ３６ＡのＸ方向の位置を計測している。
３軸のレーザ干渉計８２Ｘ，８２Ｙ１，８２Ｙ２の計測値は計測情報処理系７４に供給され、計測情報処理系７４は、２個のレーザ干渉計８２Ｙ１，８２Ｙ２の計測値の平均値をホルダ３６Ａ（透光性平板Ｐ１）のＹ方向の位置として、２個のレーザ干渉計８２Ｙ１，８２Ｙ２の計測値の差分をレーザ干渉計８２Ｙ１，８２Ｙ２からの計測ビームのＸ方向の間隔で割った値をホルダ３６Ａ（透光性平板Ｐ１）のＺ軸の周りの回転角とする。レーザ干渉計８２Ｘ，８２Ｙ１，８２Ｙ２が図１のレーザ干渉計８２に対応し、移動鏡８４Ｘ，８４Ｙ１，８４Ｙ２が図１の移動鏡８４に対応している。
図４は、図１において、第１の透光性平板Ｐ１を保持している第１のホルダ３６Ａを＋Ｙ方向に引き出して、ベース部材７５Ａ及び７５Ｃの−Ｙ方向の部分を切り欠いた状態の保持駆動機構を示し、この図４において、第２の透光性平板Ｐ２を保持している第２のホルダ３７Ａは、ベース部材７５Ｂ上のスライダ３７Ｂに対してＺ軸アクチュエータ８１Ｂ１及びそれをＹ方向に挟む２箇所のピン８１ＢＰを介して連結されるとともに、そのホルダ３７Ａは、ベース部材７５Ｄ上のスライダ３７Ｃに対してＹ方向に離れた２箇所のＺ軸アクチュエータ８１Ｂ２及び８１Ｂ３を介して連結されている。３個のＺ軸アクチュエータ８１Ｂ１〜８１Ｂ３が図１のＺ軸アクチュエータ８１Ｂに対応している。駆動系７２が、Ｚ軸アクチュエータ８１Ｂ１〜８１Ｂ３のＺ方向の駆動量を制御することによって、ホルダ３７Ａ（第２の透光性平板Ｐ２）のＺ方向の位置と、Ｘ軸及びＹ軸の周りの回転角とを制御する。
また、ベース部材７５Ｂ上に駆動モータ７８Ｂ及び固定部材７９Ｂに挟まれるように、Ｙ軸に平行にＹ軸ガイド７６Ｂが設置され、Ｙ軸ガイド７６Ｂに沿ってＹ方向に移動自在にスライダ７７Ｂが載置されている。スライダ７７Ｂは、駆動モータ７８Ｂによって例えば送りねじ方式で駆動される。そして、スライダ７７Ｂに対してＹ方向に離れた２箇所のＸ軸アクチュエータ８０Ｂ１及び８０Ｂ２を介してスライダ３７Ｂが連結されている。Ｘ軸アクチュエータ８０Ｂ１，８０Ｂ２が図１のＸ軸アクチュエータ８０Ｂに対応している。この場合、駆動モータ７８Ｂを介してスライダ７７ＢをＹ方向に駆動することで、ホルダ３７Ａ（透光性平板Ｐ２）をＹ方向に駆動することができ、Ｘ軸アクチュエータ８０Ｂ１及び８０Ｂ２のＸ方向の駆動量を制御することで、ホルダ３７ＡのＸ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角を制御できる。Ｚ軸アクチュエータ８１Ｂ１〜８１Ｂ３、Ｘ軸アクチュエータ８０Ｂ１，８０Ｂ２、及び駆動モータ７８Ｂの動作は駆動系７２によって制御されている。
また、ホルダ３７Ａの−Ｘ方向の上端部に反射面がほぼＹＺ面に平行で、Ｙ方向に或る程度の幅を持つロッド状の移動鏡８８Ｘが固定され、外部のレーザ干渉計８６Ｘからの計測ビームが移動鏡８８Ｘに照射され、レーザ干渉計８６Ｘはコラム構造体７５を基準としてホルダ３７ＡのＸ方向の位置を計測している。なお、図４では図１のビームスプリッタ８３及び参照鏡８５に対応する部材は省略されている。
また、ホルダ３７Ａの−Ｙ方向の両側の上端部にレトロリフレクタよりなる移動鏡８８Ｙ１及び８８Ｙ２が固定され、移動鏡８８Ｙ１及び８８Ｙ２はそれぞれ＋Ｙ方向に入射する計測ビームを−Ｙ方向に反射する機能を有する。移動鏡８８Ｙ１及び８８Ｙ２の反射面のＸ方向の幅は、ホルダ３７ＡのＸ方向の移動ストロークよりも広く設定されている。外部のレーザ干渉計８６Ｙ１及び８６Ｙ２からのレーザビームがそれぞれビームスプリッタ８７Ｙ１及び８７Ｙ２によって参照ビームと計測ビームとに分割され、２つの参照ビームはベース部材７５Ｂ上に固定された参照鏡８９Ｙ１及びベース部材７５Ｄ上に固定された参照鏡８９Ｙ２に入射し、２つの計測ビームは移動鏡８８Ｙ１及び８８Ｙ２に入射する。レーザ干渉計８６Ｙ１は参照鏡８９Ｙ１（コラム構造体７５）を基準として移動鏡８８Ｙ１の部分でのホルダ３７ＡのＸ方向の位置を計測し、レーザ干渉計８６Ｙ２は参照鏡８９Ｙ２（コラム構造体７５）を基準として移動鏡８８Ｙ２の部分でのホルダ３７ＡのＸ方向の位置を計測している。
３軸のレーザ干渉計８６Ｘ，８６Ｙ１，８６Ｙ２の計測値は計測情報処理系７４に供給され、計測情報処理系７４は、２個のレーザ干渉計８６Ｙ１，８６Ｙ２の計測値の平均値をホルダ３７Ａ（透光性平板Ｐ２）のＹ方向の位置として、２個のレーザ干渉計８６Ｙ１，８６Ｙ２の計測値の差分をレーザ干渉計８６Ｙ１，８６Ｙ２からの計測ビームのＸ方向の間隔で割った値をホルダ３７Ａ（透光性平板Ｐ２）のＺ軸の周りの回転角とする。レーザ干渉計８６Ｘ，８６Ｙ１，８６Ｙ２が図１のレーザ干渉計８６に対応し、移動鏡８８Ｘ，８８Ｙ１，８８Ｙ２が図１の移動鏡８８に対応している。
なお、透光性平板Ｐ１及びＰ２が例えば矩形の平板状である場合には、透光性平板Ｐ１及びＰ２の側面を鏡面に加工し、その鏡面をレーザ干渉計用の移動鏡として用いることも可能である。
また、本例では、Ｙ軸のレーザ干渉計８２Ｙ１，８２Ｙ２及び８６Ｙ１，８６Ｙ２を用いてホルダ３６Ａ及び３７Ａの回転角を計測している。その他に、Ｘ軸のレーザ干渉計８２Ｘ及び８６ＸをそれぞれＹ方向に所定間隔で配置された２軸のレーザ干渉計より構成し、これらの２軸のＸ軸のレーザ干渉計の計測値の平均値をホルダ３６Ａ及び３７ＡのＸ方向の位置として、これらの２軸のＸ軸のレーザ干渉計の計測値の差分を用いてホルダ３６Ａ及び３７ＡのＺ軸の周りの回転角を求めてもよい。
次に、図１の露光装置で透光性平板Ｐ１及びＰ２のローディング等を行う場合の動作の一例につき説明する。
図５は、図３のＡＡ線に沿う断面図であり、この図５において、ホルダ３６Ａ及び３７Ａの中央にはそれぞれ照明光を通過させるための開口３６Ａａ及び３７Ａａが形成され、この開口３６Ａａ及び３７Ａａを覆うようにそれぞれ透光性平板Ｐ１及びＰ２が保持される。また、コラム構造体７５を支持する＋Ｙ方向の支持部材９６Ｂとウエハベース５０との間の床ＦＬ上に、上端部に透光性平板Ｐ２（又はＰ１）を載置できる昇降回転台９７が設置されている。昇降回転台９７は、図３の主制御系７０の制御のもとで、その上端部を、下方の開口３７Ａａよりも低い位置と上方の開口３６Ａａよりも高い位置との間のＺ方向の範囲で昇降させるとともに、その上端部を指示された任意の角度だけ回転することができる。
さらに、コラム構造体７５中の＋Ｙ方向の連結部材７５Ｅの中央部に窓部７５Ｅａが形成され、＋Ｙ方向の支持部材９６Ｂの上面にＹ方向に移動自在に搬送台９８が配置され、搬送台９８によって−Ｙ方向の端部がフォーク型に分かれた搬送アーム９９が搬送される。この場合、図３の主制御系７０の制御のもとで、窓部７５Ｅａを通して搬送アーム９９の先端部をコラム構造体７５の内部に差し込んで、回転昇降台９７を上下させることで、搬送アーム９９と回転昇降台９７との間で透光性平板Ｐ１（又はＰ２）の受け渡しを行うことができる。また、搬送アーム９９は、＋Ｙ方向の不図示の保管庫との間で透光性平板Ｐ１（又はＰ２）と別の透光性平板との交換を行うこともできる。
さらに、図３に示すように、透光性平板Ｐ１及びＰ２の上面にはそれぞれ照明光が照射されない領域に１対の２次元のアライメントマークＰＡ１，ＰＢ１及びＰＡ２，ＰＢ２が形成されている。なお、アライメントマークＰＡ１，ＰＢ１及びＰＡ２，ＰＢ２は必ずしも設ける必要はなく、透光性平板Ｐ１及びＰ２上に形成されている回折格子自体から透光性平板Ｐ１及びＰ２の回転角等を計測することも可能である。
本例では、透光性平板Ｐ１上の１対のアライメントマークＰＡ１，ＰＢ１の中心を結ぶ直線は、透光性平板Ｐ１上に形成されている回折格子Ｇ１１の周期方向に直交している。同様に、透光性平板Ｐ２上の１対のアライメントマークＰＡ２，ＰＢ２の中心を結ぶ直線は、透光性平板Ｐ２上に形成されている回折格子Ｇ２１の周期方向に直交している。従って、ホルダ３６Ａ（又は３７Ａ）上に透光性平板Ｐ１（又はＰ２）を載置する際に、アライメントマークＰＡ１，ＰＢ１（又はＰＡ２，ＰＢ２）の中心がＹ軸にほぼ平行になるようにした後、Ｘ軸アクチュエータ８０Ａ１，８０Ａ２（又は図４のアクチュエータ８０Ｂ１，８０Ｂ２）を介してホルダ３６Ａ（又は３７Ａ）の回転角を微調整することで、透光性平板Ｐ１上の回折格子Ｇ１１（又は透光性平板Ｐ２上の回折格子Ｇ２１）の周期方向を高精度にＸ方向に合わせることができる。
そのために、図３において、露光位置にあるホルダ３６Ａ（透光性平板Ｐ１）の中心とローディング位置にあるホルダ３７Ａ（透光性平板Ｐ２）の中心とのほぼ中間位置に、Ｙ方向に２つの画像処理方式のアライメント顕微鏡４５Ａ及び４５Ｂが配置されている。図１に示すように、透光性平板Ｐ１及びＰ２はＺ方向の高さが異なるため、透光性平板Ｐ１及びＰ２上のマークはそれぞれ異なるアライメント顕微鏡４５Ａ及び４５Ｂで検出するものとする。アライメント顕微鏡４５Ａ及び４５Ｂの検出信号は図３のアライメント情報処理系７３に供給され、アライメント情報処理系７３は、それらの検出信号を処理して被検マークの検出中心に対するＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量を求めるとともに、２つの被検マーク（アライメントマークＰＡ１，ＰＢ１又はＰＡ２，ＰＢ２）の位置ずれ量をそれらの被検マークの既知の間隔で割ることによって、透光性平板Ｐ１（又はＰ２）の回転角を求め、求められた回転角の情報を駆動系７２及び主制御系７０に供給する。駆動系７２は、主制御系７０からの指令に基づいて、例えばその回転角を相殺するようにＸ軸アクチュエータ８０Ａ１，８０Ａ２（又は８０Ｂ１，８０Ｂ２）を駆動してホルダ３６Ａ（又は３７Ａ）を回転する。この際に、ホルダ３６Ａ（又は３７Ａ）の回転角の計測値として、レーザ干渉計８２Ｙ１，８２Ｙ２（又は８６Ｙ１，８６Ｙ２）で計測される回転角が使用される。
具体的に例えば図３のホルダ３７Ａ上に透光性平板Ｐ２を載置する場合には、図５に示すように、ローディング位置にあるホルダ３７Ａの開口３７Ａａ内を回転昇降台９７が上昇し、搬送アーム９９から透光性平板Ｐ２を受け取る。この後、搬送アーム９９を＋Ｙ方向に引き抜いた後、回転昇降台９７を−Ｚ方向に降下させることで、透光性平板Ｐ２が回転昇降台９７からホルダ３７Ａに受け渡される。その後、ホルダ３７Ａの吸着機構を作動させることで、透光性平板Ｐ２がホルダ３７Ａ上に安定に保持される。
次に、図３のスライダ７７Ｂを介してホルダ３７Ａを−Ｙ方向に駆動しながら、透光性平板Ｐ２上のアライメントマークＰＡ２及びＰＢ２を順次、アライメント顕微鏡４５Ｂの観察視野内に追い込んで、それぞれアライメントマークＰＡ２及びＰＢ２のＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量を計測して、透光性平板Ｐ２の回転角を求める。この回転角が図４のＸ軸アクチュエータ８０Ｂ１，８０Ｂ２で補正できる範囲を超えている場合には、図３のスライダ７７Ｂを介してホルダ３７Ａを＋Ｙ方向に戻して、図５のように回転昇降台９７に再び透光性平板Ｐ２を受け渡す。そして、その計測された回転角を相殺するように回転昇降台９７を回転した後、回転昇降台９７を降下させてホルダ３７Ａに透光性平板Ｐ２を受け渡す。
その後、再び図３のスライダ７７Ｂを介してホルダ３７Ａを−Ｙ方向に駆動しながら、透光性平板Ｐ２上のアライメントマークＰＡ２及びＰＢ２を順次、アライメント顕微鏡４５Ｂの観察視野内に追い込んで、それぞれアライメントマークＰＡ２及びＰＢ２の位置ずれ量を計測して、透光性平板Ｐ２の回転角を求める。そして、図４に示すように、ホルダ３７Ａ（透光性平板Ｐ２）の中心が光軸ＡＸ２にほぼ一致する露光位置に達した後、その回転角を相殺するようにＸ軸アクチュエータ８０Ｂ１，８０Ｂ２を駆動することで、透光性平板Ｐ２上の回折格子の周期方向が正確にＸ方向に設定される。
同様に、図４に示すようにホルダ３６Ａをローディング位置に移動した状態で図５の搬送アーム９９及び回転昇降台９７を動作させることで、ホルダ３６Ａ上に透光性平板Ｐ１をロードすることができる。その後、ホルダ３６Ａを−Ｙ方向に駆動する際に、図３のアライメント顕微鏡４５Ａで透光性平板Ｐ１上のアライメントマークＰＡ１，ＰＢ１の位置ずれ量を計測して、透光性平板Ｐ１の回転角を求めた後、Ｘ軸アクチュエータ８０Ａ１及び８０Ａ２を駆動してその回転角を補正することで、透光性平板Ｐ１上の回折格子の周期方向を正確にＸ方向に設定できる。
次に、図１において、照明光ＩＬ１０が透光性平板Ｐ１及びＰ２を透過することによってウエハＷ上に照射されるＸ方向を周期方向とする干渉縞パターンと、ウエハＷ上の各ショット領域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う方法の一例につき図６を参照して説明する。この際に、上記の透光性平板Ｐ１及びＰ２のアライメント動作によって、図１の２枚の透光性平板Ｐ１及びＰ２の中心がそれぞれ実質的に光軸ＡＸ２に合致するように位置決めが行われるとともに、透光性平板Ｐ１及びＰ２のそれぞれの回折格子の周期方向が正確にＸ方向となるように回転角が調整されているものとする。
図６は、図２のウエハステージ３８を示す平面図であり、この図６において、通常はウエハ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。その各ショット領域ＳＡ内にその所定の回路パターンを形成する際には、例えばレチクルのパターンを投影光学系を介してウエハ上に縮小投影する一括露光型又はスキャニングステッパ型等の投影露光装置が使用される。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。
そして、本例の露光装置を用いる露光時には、ウエハＷ上のほぼ全面にＸ方向に所定ピッチの干渉縞パターン９２が露光される。この際に、干渉縞パターン９２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、干渉縞パターン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。
その干渉縞パターンとウエハ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のウエハテーブル３８Ａ（図２参照）上には、基準マーク部材４１が固定され、基準マーク部材４１の上面はウエハＷの表面と同じ高さに設定されている。
図６において、基準マーク部材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の間に検出板９４が埋め込まれている。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。検出板９４の表面には、一例としてＸ方向に互いに異なる第１及び第２のピッチで遮光パターンと透過パターンとを周期的に配列してなる第１のライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという）９５Ａ及び第２のＬ＆Ｓパターン９５Ｂが形成され、検出板９４の底面のウエハテーブル３８Ａの内部には、Ｌ＆Ｓパターン９５Ａ及び９５Ｂを透過した照明光をそれぞれ集光する集光レンズと、集光された光を光電変換する第１及び第２の光電検出器とが設置され、これらの光電検出器の検出信号が図３のアライメント情報処理系７３に供給されている。この場合、照明光が図１の透光性平板Ｐ１及びＰ２を透過して形成される干渉縞パターンのピッチがその第１又は第２のピッチであるときに、それぞれその第１又は第２の光電検出器の検出信号が選択される。ウエハテーブル３８Ａには、実際には検出対象の干渉縞パターンの異なるピッチの個数分だけ、Ｌ＆Ｓパターン、集光レンズ、及び光電検出器が配置されている。また、アライメント情報処理系７３内の記憶部には、基準マーク９３Ａ，９３Ｂと検出板９４上の各Ｌ＆Ｓパターンとの位置関係（例えば基準マーク９３Ａ，９３Ｂの中心を通る直線に対するＬ＆Ｓパターン９５Ａ，９５Ｂ中の所定の透過パターンの中心のＸ方向への位置ずれ量）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。図６の検出板９４上にＸ方向に所定ピッチＱで形成される干渉縞パターンのＸ方向の位置を検出する場合には、図３の主制御系７０の制御のもとで、図６のウエハステージ３８を検出板９４の中心が図１の光軸ＡＸ２にほぼ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、ウエハステージ３８を微小範囲（例えばそのピッチＱの数倍以下）でＸ方向に移動しながら、アライメント情報処理系７３において、その干渉縞パターンに対応する光電検出器の検出信号をウエハステージ３８のＸ方向の位置に対応させて取り込む。次に、その検出信号がピークとなるときのＸ方向の位置を求めることで、その干渉縞パターンの明部の基準マーク９３Ａ，９３Ｂに対するＸ方向の相対位置（例えばＱ／２以上でＱ／２より小さいＸ方向への位置ずれ量Δｑ）を求めることができる。
さらに、基準マーク部材４１上にはピンホール９３Ｃが形成され、このピンホール９３Ｃを透過した照明光は、ウエハテーブル３８Ａの内部で集光レンズを介して光電検出器で検出され、この検出信号も図３のアライメント情報処理系７３に供給されている。ピンホール９３Ｃ、集光レンズ、及び光電検出器より照度分布センサが構成されている。基準マーク９３Ａ，９３Ｂに対するピンホール９３Ｃの位置関係も予めアライメント情報処理系７３内の記憶部に記憶されている。例えば露光工程の開始前でウエハステージ３８上にウエハがロードされていない状態において、図１の視野絞り２２を露光時の状態に開いて照明光ＩＬ１０を照射して、ウエハステージ３８（ピンホール９３Ｃ）をＸ方向、Ｙ方向に駆動しながらその照度分布センサの検出信号を取り込むことによって、アライメント情報処理系７３は、照明光が図１の透光性平板Ｐ１及びＰ２を透過して形成される干渉縞パターンの全体（照明領域）の形状と、基準マーク９３Ａ，９３Ｂとの位置関係、ひいてはウエハＷとの位置関係を求めることができる。その位置関係の情報は主制御系７０に供給される。
図６において、通常はウエハ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と、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とが形成されている。ウエハマークＷＭｘ，ＷＭｙの位置は、ウエハマーク検出機構４３によってその検出中心４４からのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量として検出されて、図３のアライメント情報処理系７３に供給される。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検出してもよい。アライメント情報処理系７３では、その位置ずれ量にそのときのウエハステージ３８のＸ方向、Ｙ方向の位置を加算することによって、そのウエハマークＷＭｘ，ＷＭｙのＸ座標、Ｙ座標を求める。この際に、一例として、予めウエハマーク検出機構４３で２つの基準マーク９３Ａ及び９３Ｂの位置を順次計測しておくことによって、ウエハマークＷＭｘ，ＷＭｙのＸ座標、Ｙ座標は、基準マーク９３Ａ，９３Ｂの中心を基準とした座標系（例えばその中心が検出中心４４に合致しているときにＸ座標、Ｙ座標がそれぞれ所定値となる座標系）上で計測される。
アライメント情報処理系７３では、ウエハＷ上から選択された所定個数のショット領域ＳＡのウエハマークのＸ座標、Ｙ座標の計測値に基づいて、例えば特公平４−４７９６８号公報で開示されているエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式でウエハＷ上の全部のショット領域の配列座標を計算するための、ショット配列の回転角（ローテーション）Θ、Ｘ方向へのオフセットＸｏｆｆ、及びＹ方向へのオフセットＹｏｆｆ等のショット配列のパラメータを求める。なお、本例では、一例として、ショット領域ＳＡのＸ方向の配列ピッチは、その上に露光される干渉縞パターン９２のＸ方向のピッチＱの整数倍であるとする。さらに、アライメント情報処理系７３では、ウエハＷの中心（露光時には光軸ＡＸ２にほぼ一致する）でのショット領域ＳＡ内の回路パターンと干渉縞パターン９２とのＸ方向への位置ずれ量Δｑｘ（例えばＱ／２以上でＱ／２より小さい値）を求め、そのショット配列のパラメータ及びその位置ずれ量Δｑｘの情報を主制御系７０に供給する。
主制御系７０は、ウエハＷへの露光開始前に先ず、ウエハステージ駆動系７１を介してウエハステージ３８をＸ方向、Ｙ方向に駆動して、図１の透光性平板Ｐ１及びＰ２を介して形成される干渉縞パターン９２の全体（照明領域）がウエハＷに対する露光開始位置に来るように、ウエハステージ３８を位置決めする。次に、主制御系７０は、上記のショット配列のパラメータ中の回転角Θに合わせてその干渉縞パターン９２を回転するために、駆動系７２を介して図４のＸ軸アクチュエータ８０Ａ１，８０Ａ２を互いに逆方向に駆動して透光性平板Ｐ１を回転角Θだけ回転するとともに、Ｘ軸アクチュエータ８０Ｂ１，８０Ｂ２を互いに逆方向に駆動して透光性平板Ｐ２を回転角Θだけ回転する。
次に、主制御系７０は、上記のウエハＷのショット領域ＳＡ内の回路パターンと干渉縞パターン９２とのＸ方向への位置ずれ量Δｑｘを補正するために、例えばウエハステージ駆動系７１を介してウエハステージ３８のＸ方向の位置をΔｑｘだけ移動する。なお、この動作の代わりに、駆動系７２を介して、透光性平板Ｐ１及びＰ２のＸ方向の位置をΔｑｘだけ移動してもよい。その後、図１において照明光ＩＬ１０の照射を開始することで、ウエハＷ上の各ショット領域に形成されている回路パターンに対して所定の位置関係で干渉縞パターンを露光することができる。
あるいは、ウエハステージ３８を回転角−θだけ回転しても良い。このとき、例えばウエハテーブル３８Ａの回転などにより、ウエハＷを回転角−Θだけ回転しても良い。
本例の露光装置では、レーザ干渉計８６Ｘ，８６Ｙ１，８６Ｙ２により、コラム構造体７５を基準とする第２の透過性平板Ｐ２のＸ位置、Ｙ位置及びＺ軸を中心とする回転関係等の位置関係が計測される。そして、レーザ干渉計４０Ｘ１，４０Ｘ２，４０ＸＺ、及びレーザ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２，４０ＹＺにより、コラム構造体７５を基準とするウエハＷのＸ位置、Ｙ位置及びＺ軸を中心とする回転関係等の位置関係が計測される。従って、上記の両位置関係から、第２の透過性平板Ｐ２とウエハＷとの位置関係を計測することができる。すなわち、上記レーザ干渉計８６Ｘ，８６Ｙ１，８６Ｙ２、レーザ干渉計４０Ｘ１，４０Ｘ２，４０ＸＺ、レーザ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２，４０ＹＺ、及びコラム構造体７５は、上記の第２の透過性平板Ｐ２とウエハＷとの位置関係を計測するための第１の位置計測機構とみなすこともできる。
また、レーザ干渉計８７Ｘ，８７Ｙ１，８７Ｙ２により、コラム構造体７５を基準とする第１の透光性平板Ｐ１のＸ位置、Ｙ位置及びＺ軸を中心とする回転関係等の位置関係が計測される。そして、この位置関係と、コラム構造体７５を基準とする第２の透光性平板Ｐ２の位置関係とから、第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２との位置関係を計測することができる。すなわち、上記レーザ干渉計８６Ｘ，８６Ｙ１，８６Ｙ２、レーザ干渉計８７Ｘ，８７Ｙ１，８７Ｙ２、及びコラム構造体７５は、上記の第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２との位置関係を計測するための第２の位置計測機構とみなすこともできる。
なお、上記の第１の位置計測機構及び第２の位置計測機構は、いずれも例示に過ぎず、
本発明の第１の位置計測機構及び第２の位置計測機構の実施形態は、上記形態に限定され
るものではない。例えば、第１の位置計測装置として、ウエハテーブル３８上に設けた移動鏡３９とホルダ３７Ａに設けた移動鏡８８との位置関係を、直接レーザ干渉計で計測する構成とすることもできる。同様に、第２の位置計測装置としても、ホルダ３６Ａ上に設けた移動鏡８４とホルダ３７Ａに設けた移動鏡８８との位置関係を、直接レーザ干渉計で計測する構成とすることもできる。また、第１の位置計測装置として、レーザ干渉計の代わりに、例えば光学式又は磁気式のリニアエンコーダを用いることもできる。
なお、本例では図２の斜入射方式のＺ位置検出系６８を用いて透光性平板Ｐ１及びＰ２のＺ方向の位置等を直接計測しているが、その代わりに透光性平板Ｐ１及びＰ２をそれぞれ保持するホルダ３６Ａ及び３７ＡのＺ方向の位置等を計測してもよい。
また、透光性平板Ｐ２（又はホルダ３７Ａ）とウエハステージ３８（ウエハテーブル３８Ａ）とのＺ方向の間隔（相対位置）を３箇所で同様にレーザ干渉計にて計測してもよい。
図７は、透光性平板Ｐ１，Ｐ２を保持するホルダ３６Ａ，３７ＡのＺ方向の位置を計測するレーザ干渉計の一例を示し、この図１に対応する部分に同一符号を付した図７において、第１の透光性平板Ｐ１を保持するホルダ３６ＡのＺ方向の位置は、コラム構造体７５のベース部材７５Ｃ上に設けられた移動鏡８４Ｚ２とホルダ３６ＡとのＺ方向の間隔の変化としてレーザ干渉計８２Ｚにより計測される。
即ち、レーザ干渉計８２Ｚ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、計測ビームはホルダ３６Ａに固定されて光路を直角に折り曲げるプリズム型ミラー８４Ｚ１（通常のミラー等でもよい）を介して移動鏡８４Ｚ２に照射され、参照ビームはミラーを介してベース７５Ｃに固定された参照鏡８５に照射される。そして、移動鏡８４Ｚ２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８２Ｚ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Ｚ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。実際にはレーザ干渉計８２Ｚ、ミラー８４Ｚ１、及び移動鏡８４Ｚ２は３組設けられており、３箇所のＺ方向の位置に基づいて、ホルダ３６ＡのＺ方向の位置と、Ｘ軸、Ｙ軸の周りの回転角とが計測できる。この計測値に基づいて３個のＺ軸アクチュエータ８１Ａを駆動することで、ホルダ３６Ａ（第１の透光性平板Ｐ１）の３自由度の変位が目標とする状態に制御される。
なお、透光性平板Ｐ１の上面又は下面を移動鏡として用いて、その上面又は下面の３箇所にレーザ干渉計からの計測ビームを直接照射して、その３箇所のＺ方向の位置をレーザ干渉計で直接計測してもよい。これは以下の透光性平板Ｐ２についても同様である。
同様に、第２の透光性平板Ｐ２を保持するホルダ３７ＡのＺ方向の位置は、コラム構造体７５のベース部材７５Ｄ上に設けられた移動鏡８８Ｚ２とホルダ３７ＡとのＺ方向の間隔の変化としてレーザ干渉計８６Ｚにより計測される。即ち、レーザ干渉計８６Ｚからのレーザビームはビームスプリッタ８７によって計測ビームと参照ビームとに分割され、計測ビームはホルダ３７Ａに固定されて光路を直角に折り曲げるプリズム型ミラー８８Ｚ１を介して移動鏡８８Ｚ２に照射され、参照ビームはミラーを介してベース７５Ｄ（コラム構造体７５）に固定された参照鏡８９に照射される。そして、移動鏡８８Ｚ２からの計測ビームと参照鏡８９からの参照ビームとの干渉光をレーザ干渉計８６Ｚ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３７ＡのＺ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。実際にはレーザ干渉計８６Ｚ、ミラー８８Ｚ１、及び移動鏡８８Ｚ２は３組設けられており、３箇所のＺ方向の位置に基づいて、ホルダ３７ＡのＺ方向の位置と、Ｘ軸、Ｙ軸の周りの回転角とが計測できる。この計測値に基づいて３個のＺ軸アクチュエータ８１Ｂを駆動することで、ホルダ３７Ａ（第２の透光性平板Ｐ２）の３自由度の変位が目標とする状態に制御される。
なお、ホルダ３７Ａの変位は、Ｚ方向の並進方向のみ調整可能であってもよく、Ｘ軸を中心とする回転の調整、及びＹ軸を中心とする回転の調整機構は、必ずしも必要ではない。
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８、図９及び図１０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、Ｘ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が形成されている。ここでＸ方向は、第１の方向とみなすことができる。そして、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、Ｘ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が形成されている。
まず、これらの回折格子Ｇ１１，Ｇ２１について図８を用いて説明する。
図８（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。ここでＹ方向は、第２の方向とみなすことができる。
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８（Ａ）中の斜線部）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。
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８（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。
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。
なお、図８（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８（Ａ），（Ｂ）以外の各図においても同様である。
以下、図９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９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９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。
±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（その代わりの窒素及び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。
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次回折光を使用することを前提に、Ｔ２＝Ｔ１である第２の回折格子を使用することもできる。
図１０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に等しい。
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。
ところで、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２が所定の値より大きい場合には、＋１次回折光ＬＰの第２の回折格子Ｇ２１への照射により不図示の＋１次回折光が発生し、−１次回折光ＬＭの第２の回折格子Ｇ２１への照射により不図示の−１次回折光が発生することになる。そしてこのような回折光は、不要な回折光として明暗パターンＩＦのコントラストを低下させることとなる。
しかし、周期Ｔ１及び周期Ｔ２が照明光の波長λ程度またはそれより小さい場合には、＋１次回折光ＬＰの＋１次回折光及び−１次回折光ＬＰの−１次回折光の第２の回折格子Ｇ２１からの射出角の正弦（ｓｉｎ）は、式２より形式的には１を超えることとなり、即ちそのような回折光は発生し得ない。
このような周期Ｔ２の上限値は、
Ｔ２ ＝ ３λ／２ …（５）
である。また、Ｔ１＝２×Ｔ２より、周期Ｔ１の上限値は３λとなる。
従って、第１の回折格子Ｇ１１の周期が３λ以下であれば、上記不要な回折光のウエハＷへの照射を防止することができる。
ただしこれは、第１の回折格子Ｇ１１からウエハＷまでの光路空間の少なくとも一部が空気によって全面的に満たされている場合の条件であり、後述する様に上記光路空間の全てが実効的に１より大きな屈折率を有する誘電体等の媒質で覆われている場合には、その条件も異なってくる。式３のとおり、媒質の屈折率の増大により回折角が減少するためである。
この場合には、第１の回折格子Ｇ１１からウエハＷに至る照明光路上に存在する媒質のうち、最低の屈折率ｎｅを有する媒質中における照明光の波長を実効波長λｅ（＝λ／ｎｅ）として、周期Ｔ２の上限値は３λｅ／２、周期Ｔ１の上限値は３λｅとなる。
一方、±１次回折光ＬＰ，ＬＭが発生するためには、第１の回折格子Ｇ１１の周期Ｔ１はλｅ以上でなければならない。この条件を満たさないと、上述の最低の屈折率ｎｅを有する媒質中における±１次回折光ＬＰ，ＬＭの回折角の正弦が１を超え、±１次回折光ＬＰ，ＬＭがウエハＷに到達し得なくなるからである。また、Ｔ１＝２×Ｔ２より、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２はλｅ／２よりも大きくなければならない。
続いて、本例における第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１との実効距離Ｌ１、及び第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの実効距離Ｌ２について図１１を用いて説明する。
上述の如く、±１次回折光ＬＰ，ＬＭの進行方向即ち回折角は、±１次回折光ＬＰ，ＬＭが透過する媒質の屈折率により変動する。そして、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１との光学的に有効な距離や、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの光学的に有効な距離も、これらの間の媒質の屈折率により変動することになる。
従って、これらを実際の物理的距離で定義したのでは曖昧であるため、本例においては、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１との間隔、及び第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの間隔について、媒質の屈折率による変動を受けないよう、以下の実効距離を用いて表わすものとする。
以下、図１１を用いて実効距離について説明する。
図１１は、第１の回折格子Ｇ１１が形成された第１の透光性平板Ｐ１と、第２の回折格子Ｇ２１が形成された第２の透光性平板Ｐ２とを表わす断面図である。なお、図１１中には、上記±１次回折光ＬＰ，ＬＭと等価な＋１次回折光ＬＰＡ，ＬＰＧ及び−１次回折光ＬＭＡ，ＬＭＧも示した。
ここで、第１の透光性平板Ｐ１の厚さはＤ１であり、第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２との間隔はＤ２であるので、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１との物理的な距離はＤ１＋Ｄ２である。
しかし、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１との第１の実効距離Ｌ１は、第１の透光性平板Ｐ１の厚さＤ１の空気中換算距離Ｄ３と、空気で満たされた第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２との間隔Ｄ２との和として定義する。
はじめに、空気中換算距離とは以下の距離をいう。第１の回折格子Ｇ１１上の所定の任意の点である第１の基準点ＢＰから発生した＋１次回折光ＬＰＧは、屈折率ｎの第１の透光性平板Ｐ１中では、第１の基準点ＢＰを通る第１の回折格子Ｇ１１の法線である第１の基準線ＢＬに対し、式３より求まる回折角θ’だけ傾いて進行する。しかし、第１の回折格子Ｇ１１から射出し、屈折率１の空気中に射出した＋１次回折光ＬＰＡは、第１の基準線ＢＬに対し式２より求まる回折角θだけ傾いて進行することとなる。
ここで、もし透光性平板Ｐ１の屈折率が１であるとして＋１次回折光ＬＰＡの光路を逆に辿った場合の仮想光路ＬＰＶを想定すると、仮想光路ＬＰＶは透光性平板Ｐ１の下面から距離Ｄ３だけ上方で第１の基準線ＢＬと交差することになる。
従って、厚さＤ１の屈折率ｎの透光性平板Ｐ１は、空気中で回折角θの方向に進行する回折光に対して、空気中換算でＤ３の厚さ（距離）を有することと等価であると考えられる。そこで、Ｄ３を透光性平板Ｐ１の空気中換算距離と定義する。
ここでＤ１とＤ３の関係を考察すると、＋１次回折光ＬＰＧが透光性平板Ｐ１を射出する点と第１の基準線ＢＬとの距離をＤ４として、
Ｄ４ ＝ Ｄ１×ｔａｎθ’ …（６）
Ｄ４ ＝ Ｄ３×ｔａｎθ …（７）
が成り立つ。
これより、
Ｄ３ ＝ Ｄ１×ｔａｎθ’／ｔａｎθ …（８）
が得られ、式２、式３を考慮して、
Ｄ３ ＝ Ｄ１×ｃｏｓθ／（ｎ×ｃｏｓθ’） …（９）
が得られる。
なお、空気（ｎ＝１）で満たされた空間である第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２との間隔Ｄ２の空気中換算距離は、Ｄ２に他ならない。従って、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１との第１の実効距離Ｌ１は、上記Ｄ３とＤ２との和となる。
また、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの第２の実効距離Ｌ２についても、上記と同様に実効距離Ｌ２を求めることが出来る。この場合、第２の透光性基板Ｐ２の空気中換算距離Ｄ７は、第１の基準点ＢＰを射出した第１の回折格子Ｇ１１からの＋１次回折光ＬＰＡが第２の回折格子Ｇ２１に入射する点を第２の基準点ＰＰとし、第２の基準点ＰＰを通る第２の回折格子Ｇ２１に対する法線を第２の基準線ＰＬとした場合に、第２の回折格子Ｇ２１の屈折率を１であると仮定して空気中における−１次回折光ＬＰ１Ａを遡った場合の光路ＬＰ１Ｖと、上記第２の基準線ＰＬとが交差する点と、第２の透光性平板Ｐ２の下面との距離である。
そして、第２の透光性平板Ｐ２とウエハＷとの（正確にはフォトレジストＰＲとの）間の空間は空気（ｎ＝１）で満たされており、その空気中換算距離はＤ６そのものである。従って、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの第２の実効距離Ｌ２は、上記Ｄ７とＤ６との和として求められる。
以上、透光性平板Ｐ１，Ｐ２の空気間隔がＤ２，Ｄ６である場合の実効距離の算出方法について説明したが、屈折率が１より大きな媒質を複数個有する場合における実効距離も同様に求めることが出来る。即ち、各媒質に対してそれぞれ上記の空気中換算距離を求め、その和を求めれれば良い。
本例においては、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１との間の第１の実効距離Ｌ１と、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの間の第２の実効距離Ｌ２とを、概ね等しく設定する。
これにより、図１１に示した如く、第１の回折格子Ｇ１１上の任意の一点ＢＰ上を発した±１次回折光ＬＰ（ＬＰＧ），ＬＭ（ＬＭＧ）を、ウエハＷにおいて、第１の基準線ＢＬ上の点であるＢＷに照射させることが可能となる。即ち、ウエハＷ上の一点（例えばＢＷ）に照射される回折光は、第１の回折格子Ｇ１１上の同一の点（例えばＢＰ）から発した±１次回折光ＬＰ，ＬＭであるから、それらの回折光は必ず干渉し、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。
ただし、第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２は必ずしも正確に一致する必要は無く、ある程度の範囲で一致していれば良い。
この第１の実効距離Ｌ１と第２の実効距離Ｌ２とに要求される一致の程度は、第１の透光性平板Ｐ１に照射される照明光ＩＬ１０の入射角度範囲との関係で定まるものである。
以下、これについて図１２を用いて説明する。
図１２（Ａ）は、図９及び図１１と同様に、第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２及びウエハＷの断面図である。また、図１２（Ｂ）は、図１０と同様にウエハＷ上に形成された干渉縞の明暗パターン分布を表わす図であるが、ウエハＷのＺ位置が第２の実効距離Ｌ２が第１の実効距離Ｌ１と等しくなるように設定された場合（Ｚ＝Ｚ０）の明暗パターン分布ＩＦａ０と、第２の実効距離Ｌ２が第１の実効距離Ｌ１よりΔＺだけ短くなるように設定された場合（Ｚ＝ＺＰ）の明暗パターン分布ＩＦａｐと、第２の実効距離Ｌ２が第１の実効距離Ｌ１よりΔＺだけ長くなるように設定された場合（Ｚ＝ＺＭ）の明暗パターン分布ＩＦａｍの、３つの明暗パターン分布を示している。
第１の透光性平板Ｐ１上の第１の回折格子Ｇ１１に照射される照明光ＩＬ１０ａが完全に平行な照明光であって、その入射角が０である場合即ち垂直入射の場合には、ウエハＷ上に形成される明暗パターン分布ＩＦａｐ，ＩＦａ０，ＩＦａｍの図１２（Ｂ）中でＸ方向の位置は、ウエハＷのＺ方向によらず、即ち第１の実効距離Ｌ１と第２の実効距離Ｌ２との差によらず、変化しない。従って、明暗パターン分布ＩＦａｐ，ＩＦａ０，ＩＦａｍの強度分布のピーク位置は、Ｘ＝Ｘ０で一定である。
一方、図１２（Ｃ）は、第１の透光性平板Ｐ１上の第１の回折格子Ｇ１１に照射される完全に平行な照明光ＩＬ１０ｂが、回折格子Ｇ１１の法線方向からＸ方向に角度φだけ傾いて入射する場合を表わす図である。
この場合、各１次回折光ＬＰｂ，ＬＭｂ，ＬＰ１ｂ，ＬＭ１ｂも照明光ＩＬ１０ｂの傾斜に対応して、図１２（Ａ）中の対応する各１次回折光ＬＰａ，ＬＭａ，ＬＰ１ａ，ＬＭ１ａに対してそれぞれ傾いた方向に進行することになる。
そして、図１２（Ｄ）に示すごとく、ウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターン分布のＸ方向の位置も、照射される１次回折光ＬＰ１ｂ，ＬＭ１ｂの上記傾斜に対応して、ウエハＷのＺ位置に対応して変化することとなる。
このとき、ウエハＷのＺ位置が第２の実効距離Ｌ２が第１の実効距離Ｌ１と等しくなるように設定された場合（Ｚ＝Ｚ０）の明暗パターン分布ＩＦｂ０の強度分布のピーク位置は、照明光ＩＬ１０が第１の回折格子Ｇ１１に垂直入射した場合と同様にＸ＝Ｘ０である。
しかし、第２の実効距離Ｌ２が第１の実効距離Ｌ１よりΔＺだけ短くなるように設定された場合（Ｚ＝ＺＰ）の明暗パターン分布ＩＦｂｐの強度分布のピーク位置は、Ｘ＝Ｘ０からδｐだけ−Ｘ方向にシフトした位置となる。
また、第２の実効距離Ｌ２が第１の実効距離Ｌ１よりΔＺだけ長くなるように設定された場合（Ｚ＝ＺＭ）の明暗パターン分布ＩＦｂｍの強度分布のピーク位置は、Ｘ＝Ｘ０からδｍだけ＋Ｘ方向にシフトした位置となる。
なお、このとき、
δｐ ＝ δｍ ＝ ΔＺ×ｔａｎφ …（１０）
の関係が成り立つ。
ところで、第１の回折格子Ｇ１１に入射する照明光が、上述のＸ方向に傾いた照明光ＩＬ１０ｂだけであるなら、ウエハＷ上に形成される干渉縞の位置はＸ方向にずれるものの、そのコントラストが低下することは無い。
しかし、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に入射する照明光が、それぞれＸ方向への傾斜角（入射角）が異なる複数の進行方向を有する照明光である場合には、それらの照明光により形成される干渉縞の位置も、式９よりそれぞれ異なるものとなり、それらの強度的な重ね合わせにより最終的に形成される干渉縞のコントラストは低下する。従って、このような条件下では、十分なＺ方向の余裕度をもってウエハＷ上に良好なパターンを露光することが難しくなる場合もある。
そこで、第１の実効距離Ｌ１と第２の実効距離との差（以下、Ｚ位置差という）を所定の値以下とする、即ちウエハＷをＺ方向の所定の範囲内に設定するとともに、第１の回折格子Ｇ１１に照射する照明光ＩＬ１０のＸ方向の入射角度範囲を所定の値以下とすることにより、所定のＺ方向の範囲内に設定されたウエハＷ上に対し良好なパターンを露光することを可能とした。
上記Ｚ位置差は、一例として３０［μｍ］以下とする。そして、上記Ｘ方向の入射角度範囲は、一例として２［ｍｒａｄ］以下とする。
このとき、照明光ＩＬ１０のうち＋Ｘ方向に最大、即ち＋１［ｍｒａｄ］傾斜して第１の回折格子Ｇ１１に入射する照明光により、Ｚ＝Ｚ０から＋３０［μｍ］離れた位置に設定されるウエハＷ上に生じる干渉縞の明暗パターンＩＦｂｐの強度分布のピーク位置δｐは、式９より３０［ｎｍ］となる。
一方、照明光ＩＬ１０のうち−Ｘ方向に最大、即ち−１［ｍｒａｄ］傾斜して第１の回折格子Ｇ１１に入射する照明光により、上記Ｚ位置に設定されるウエハＷ上に生じる干渉縞の明暗パターンＩＦｂｐの強度分布のピーク位置δｐは、式９より−３０［ｎｍ］となる。
照明光ＩＬ１０の中には、Ｘ方向に概ね垂直に第１の回折格子Ｇ１１に入射する照明光も含まれるため、上記入射角度範囲及びＺ位置差の条件を満たす場合には、これらの照明光により形成される干渉縞の明暗パターンＩＦの総和（強度加算）は、その周期Ｔ３が１５０［ｎｍ］程度以上の明暗パターンについて、良好なコントラストを保ってウエハＷ上のフォトレジストＰＲに露光することが可能となる。
なお、より微細な周期Ｔ３の明暗パターンＩＦを露光する必要がある場合には、上記入射角度範囲及びＺ位置差の条件をより厳しく設定する必要がある。また、形成される明暗パターンＩＦのコントラストの低下は、式１０より、入射角度範囲及びＺ位置差の積で決まるものであるから、その積を所定の値以下に設定することが望ましい。
この積は、上記条件では、２［ｍｒａｄ］×３０［μｍ］＝ ６０［ｍｒａｄ・μｍ］＝６０［ｎｍ］であったが、例えばその半分程度に設定すれば、その周期Ｔ３が７５［ｎｍ］程度以上の明暗パターンについて、良好なコントラストを保ってウエハＷ上のフォトレジストＰＲに露光することが可能となる。
これは、一例として、上記Ｘ方向の入射角度範囲を１［ｍｒａｄ］以下とし、Ｚ位置差を３０［μｍ］以下とすることで達成できる。
あるいは、上記Ｘ方向の入射角度範囲をさらに小さな値とすることにより、Ｚ位置差を１００［μｍ］程度にまで緩和することもできる。
ところで、照明光ＩＬ１０の入射角のＹ方向へ傾斜によっては、ウエハＷ上における干渉縞ＩＦのＹ方向位置は変化するものの、第１の回折格子Ｇ１１及び第２の回折格子Ｇ２１のＸＹ面内の形状に応じて、干渉縞の明暗パターンＩＦはＹ方向に概ね一様な干渉縞であるから、そのＹ方向位置変化は、全く問題となるものではない。
即ち、照明光ＩＬ１０の入射角のＹ方向へ傾斜によって、干渉縞ＩＦの実質的な位置ずれが生じることも無く、照明光ＩＬ１０がそれぞれＹ方向への傾斜角が異なる複数の進行方向を有する照明光である場合であっても干渉縞ＩＦのコントラストの低下は生じない。
従って、第１の回折格子Ｇ１１上の任意の一点に照射される照明光ＩＬ１０はＸ方向の入射角度については、上述の通り所定の範囲内であることが必要であるが、Ｙ方向については広範な入射角度範囲を有してよいことになる。
これは、換言すれば、第１の回折格子Ｇ１１の任意の一点上に照射される照明光ＩＬ１０は、Ｙ方向を含みかつその一点を含む平面（以降、特定平面という）内にそれぞれ異なる進行方向を有する複数の照明光であっても良いことになる。
また、Ｘ方向の入射角度範囲即ち進行方向の角度範囲も、上述の通り±１［ｍｒａｄ］程度以内であれば、即ち角度範囲としては２［ｍｒａｄ］程度以内であれば、上記特定平面からずれていても良い。
照明光ＩＬ１０のＹ方向の入射角度範囲の上限については特段の制限はないが、第１の回折格子Ｇ１１の照明光ＩＬ１０の照度の均一性を向上するためには、Ｙ方向の入射角度範囲を広範に設定することが望ましい。
そこで一例として、照明光ＩＬ１０のＹ方向の入射角度範囲は２［ｍｒａｄ］より大きいことが望ましい。また、上述の如く照明光ＩＬ１０のＸ方向の入射角度範囲を１［ｍｒａｄ］程度以下に制限する場合、第１の回折格子Ｇ１１の照明光ＩＬ１０の照度の均一性を確保するために、Ｙ方向の入射角度範囲は５［ｍｒａｄ］より大きく設定することが望ましい。
以下、図１３を用いて、このような条件を満たす照明光ＩＬ１０を実現する照明光均一
化手段の実施例を説明する。
図１３（Ａ）は、フライアイレンズ１３、照明系後群の総括レンズ３５ａ、第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２を＋Ｘ方向から見た図であり、図１３（Ｂ）はこれを−Ｙ方向から見た図である。なお、簡略化のために照明系のレンズ群を１枚の総括レンズ３５ａで表わしているが、その実際の構成は図１中の照明光学系の第２のレンズ群１９，２０，２１，第３のレンズ群２５，２６，２７及び第４のレンズ群２９，３０，３２，３５を総括して表わしたものである。
フライアイレンズ１３は、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Ｆ
１〜Ｆ８からなるものである。そして、これには、例えばシリンドリカルレンズ等を含む
集光光学系１０を介して、照明光ＩＬ５が照射される。そして、フライアイレンズ１３を
射出した照明光ＩＬ７は、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示す如く総括レンズ３５ａに入射する。そして総括レンズ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。
ただし、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。総括レンズ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）と一致する様に配置される。従って、総括レンズ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、総括レンズ
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。第１の透光性平板Ｐ１上に任意の一点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１３（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の入射角度の範囲を、Ｙ方向については所定の角度範囲以上に設定し、Ｘ方向については所定の角度範囲以下に設定することが可能となる。
また、必要に応じて、フライアイレンズ１３の射出面に、図１３（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、照明光ＩＬ
１０のＸ方向への進行方向を、特定平面ＩＰＰと平行な面内に、より一層限定することも
できる。また、この開口絞り１７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。なお、上記の開口絞り１７、フライアイレンズ１３、集光光学系１０は、第１の透光性平板Ｐ１への照明光ＩＬ１０の入射角度範囲を規定する照明光制御手段とみなすこともできる。
ところで、第１の透光性平板Ｐ１上の所定の一点上に照射される照明光には、一般に、
いわゆるフレアのような迷光も含まれたものとなる。そこで、上記入射角度範囲とは、これらの迷光を含まない照明光の入射角度範囲であり、具体的には所定の一点上に照射される照明光のエネルギーのうちの９０％以上を包含することとなる実効入射角度範囲について規定するものである。
ところで、第１の回折格子Ｇ１１の第１の実効距離Ｌ１及び第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの第２の実効距離Ｌ２自体の長さについては、原理的な制約は無いが、これらの実効距離Ｌ１，Ｌ２が長いと光路における空気揺らぎ，媒質の熱変動に伴う屈折率変動の影響により、ウエハＷ上に形成される干渉縞の位置安定性あるいはコントラストが低下する恐れがある。
一方、第１の回折格子Ｇ１１を形成する第１の透光性基板Ｐ１及び第２の回折格子Ｇ２１を形成する第２の透光性基板Ｐ１をあまりに薄くすると、撓み等が生じて良好な干渉縞を得ることができなくなる。そこで、本例においては、第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２は、一例として共に１ｍｍ以上かつ１５ｍｍ以下であるものとする。
ただし、より高精度に干渉縞の明暗パターンＩＦを形成するために、第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２は、共に２ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下とすることもできる。そして、さらに高精度に干渉縞の明暗パターンＩＦを形成するために、第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２は、共に３ｍｍ以上かつ７ｍｍ以下とすることもできる。
第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２の長さは、上記安定性と干渉縞の明暗パターンＩＦに要求される安定性とから定めることができる。
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。
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。
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。
なお、上記いずれの照明光学系においても、照明光ＩＬ１０の照射される範囲は、第１の透光性平板Ｐ１の全面を包含しなくても良いことはいうまでもない。即ち、第１の透光性平板Ｐ１上に形成された第１の回折格子Ｇ１１の中心部を含み、それを透過する照明光がウエハＷに達する所定の領域において、照明光ＩＬ１０の強度分布が均一になるように照明されていれば良い。
また、照明光ＩＬ１０の照射される範囲は、ウエハＷ上の全面を包含するものでなくても良い。
以下、図１４、図１５を用いて、本発明の別の実施形態について説明する。
図１４は、本発明の別の実施形態による露光装置の概要を表わす図である。ただし、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については同様であるが、図１４では図示を省略し、コンデンサーレンズ３５のみ破線で示した。
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よりも小さな図１４の照明領域４２に制限される。ただし、照明領域４２のＸ方向の幅はウエハＷの直径より大きい。
そして、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１４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の明暗パターンＩＦが形成されているから、当該Ｙ方向への走査は干渉縞の明暗パターンＩＦの長手方向に沿って行なわれることになる。
上記走査露光に際しては、ウエハＷのＸ方向及びＹ方向の位置や回転は、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とを用いて計測し、不図示のステージ制御機構により制御される。
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により形成される明暗パターンＩＦがＹ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。
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Ｙ方向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。
図１５（Ａ）に、視野絞り２２及び開口２３の形状の一例を示す。開口２３のＹ方向の両端を規定する辺２３ａ，２３ｂは曲線であって、その間隔（Ｙ方向の幅）はＸ方向の位置に応じて変化するものとなっている。
また、視野絞り２２には、図１５（Ｂ）に示すように、Ｙ方向の間隔がＸ方向にわたって変化するとともに、Ｘ方向の端部２４ａ及び２４ｂが傾斜した開口２４を設けてもよい。このような開口２４は、例えば走査露光時に端部を重ねて露光する際に、露光量を均一化するための使用される。
また、照明領域４２は、そのＸ方向の長さがウエハＷの直径よりも小さなものであっても良い。この場合にも、ウエハＷをＸ方向にステップ移動しつつ上記Ｙ方向への走査露光を繰り返し行なうことで、ウエハＷの全面への干渉縞の明暗パターンＩＦの露光を行なうことが可能となる。
なお、上記走査露光中に、あるいはＸ方向へのステップ移動に際し、ウエハステージ３８をＺ軸を中心として微小回転し、あるいは、第１の透光性基板Ｐ１及び第２の透光性
基板Ｐ２を微小回転することもできる。これにより、ウエハＷ上の既存のパターンの方向
性が、ウエハＷの面内位置に応じて変化している場合においても、その既存のパターンに
対して良好な位置整合性を保って干渉縞によるパターンを露光することが可能となる。
以下、このような露光方法について、図１６を用いて説明する。
図１６は、本発明のさらに別の実施形態による露光装置の概要を表わす図である。ただし、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は、同様に備えられているが、図１６ではそれらの図示を省略し、コンデンサーレンズ３５のみ破線で示した。また、Ｘ軸のレーザ干渉計４０Ｘ１，４０Ｘ２、Ｙ軸のレーザ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２等も図１４に示した露光装置と同様であるため図示を省略している。
本例の露光装置では、照明領域４２ａは、そのＸ方向の長さがウエハＷの直径よりも小さい。そこで、ウエハＷへの露光は、上記と同様なウエハステージ３８によるウエハＷのＹ方向への走査に併せて、ウエハＷをＸ方向にステップ移動して行なうものとする。
具体的には、照明領域４２ａとウエハＷとの相対位置関係を、破線経路４５及び実線経路４６の如く移動し、Ｙ方向への走査露光とその走査露光の各間におけるＸ方向へのステップ移動とを組み合わせて行なうものとする。
上記Ｙ方向の走査露光を行なう回数は２回以上の何度であってもよく、照明領域４２ａのＸ方向の長さは、ウエハＷの直径を走査露光の回数で割った長さより大きな長さとしておく。
なお、ウエハＷ上の、照明領域４２ａのＸ方向の境界に位置する部分では、隣接する上記Ｙ方向への走査露光により形成されるパターンが位置ずれすることなく繋ぎ合わされるために、また、照明領域４２ａの境界における半影ボケの影響を低減するために、両走査露光の照明領域４２ａがある程度重畳して露光されることが望ましい。
そこで、照明領域４２ａの形状を、Ｙ方向の位置によってＸ方向の幅が変化するものであるとすることもできる。このような照明領域４２ａは、照明光学系ＩＳ中の視野絞り２２に設ける開口２４の形状を図１５（Ｂ）に示す如くすることにより形成できる。
即ち、開口２４のＸ方向の両端を規定する辺２４ａ，２４ｂはＹ方向に平行でない直線あるいは曲線であって、その間隔（Ｘ方向の幅）はＹ方向の位置に応じて変化するものとなっている。
このような開口２４で規定される照明領域４２ａを用いることで、ウエハＷ上でＹ方向への走査露光の繋ぎ合わせによりパターンが形成される領域においても、パターンが位置ずれすることなく、また半影ボケの影響を低減した露光が可能となる。
また、上記のような走査露光ではなく、Ｙ方向へ及びＸ方向へのステップ移動を行いつつ複数回の多重露光を行なうこともできる。この場合、各露光間のＹ方向へ相対移動は任意の長さでよいが、Ｘ方向へ相対移動はウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターンの周期Ｔ３の整数倍に限定される。
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）の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、そのパターンの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、設計地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。
本例の露光装置では、ウエハＷを設定するＺ位置または照明光ＩＬ１０の収束発散状態のいずれか一方または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。
始めに、照明光ＩＬ１０の収束発散状態について図１７を用いて説明する。
図１７（Ａ）は、照明光ＩＬ１０が平行な光線束である場合、即ち収束も発散もしない状態を表わす図である。このとき照明光ＩＬ１０の照明領域４２等のＸ方向の外縁ＬＥａ，ＬＥｂは第１の透光性平板Ｐ１に対して垂直であり、照明光ＩＬ１０ｃ，照明光ＩＬ１０ｄ，照明光ＩＬ１０ｅは、第１の透光性平板Ｐ１内の場所によらず第１の透光性平板Ｐ１に垂直に入射する。
一方、図１７（Ｂ）は、照明光ＩＬ１０が発散する光線束である場合を表わす図であり、外縁ＬＥａ１，ＬＥｂ１で規定される照明光ＩＬ１０は全体として発散光路となる。このとき外縁ＬＥａ１，ＬＥｂ１は、鉛直方向ＬＥａ，ＬＥｂからそれぞれψｅ傾いて（発散して）いる。従って、照明光ＩＬ１０の第１の透光性平板Ｐ１への入射角は、その位置に応じて変化することとなる。
即ち、外縁ＬＥａ１に近い光路部分を通って照射される照明光ＩＬ１０ｆは、やや外向きに傾斜して第１の透光性平板Ｐ１に入射することになる。そして傾斜角をψｆとすると、照明光ＩＬ１０ｆ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の位置は、式１０に従ってΔＺ×ｔａｎψｆだけ−Ｘ方向にずれた位置に形成される。
ここでΔＺとは、上記と同様にウエハＷと第２の回折格子Ｇ２１との第２の実効距離Ｌ２の、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１との第１の実効距離Ｌ１からの差である。また、上記におけるＸ方向の基準位置は、ψｆ＝０において上記干渉縞の明暗パターンが形成される位置である。
一方、外縁ＬＥｂ１に近い光路部分を通って照射される照明光ＩＬ１０ｈがウエハＷ上に形成する干渉縞の明暗パターンの位置は、照明光ＩＬ１０ｈの外向きの傾斜角ψｈにより、式１０に従ってΔＺ×ｔａｎψｈだけ＋Ｘ方向にずれた位置に形成される。
また、中心に近い光路部分を通って照射される照明光ＩＬ１０ｇがウエハＷ上に形成する干渉縞の明暗パターンの位置は、照明光ＩＬ１０ｇがほぼ垂直入射することから位置ずれは生じない。
従って、ウエハＷに露光される干渉縞パターンＩＦの第１の回折格子Ｇ１１に対する大きさの関係は、ΔＺが正の場合には、照明光ＩＬ１０が発散光束とすることにより拡大されたものとすることができ、収束光束とすることにより縮小されたものとすることができ、従ってウエハＷに露光される干渉縞パターンＩＦ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。
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。これにより、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。
これは、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。
また、式１０より、照明光ＩＬ１０の収束発散状態は上記のように可変とすることなく所定の収束状態または発散状態に固定しておき、ウエハＷを配置するＺ位置を変更すること、即ち第２の実効距離Ｌ２を第１の実効距離Ｌ１に対して変更することにより上記伸縮補正を行なうこともできる。
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基準マーク部材４１上の所定の基準マーク４１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等を設けておくことが望ましい。
なお、ウエハマーク検出機構４３には、ウエハＷの表面の凹凸形状を含めたＺ位置を計測可能なＺ位置センサーも備えることが好ましい。これにより、ウエハＷの表面のＺ位置を計測し、その値に基いてウエハステージ３８をＺ方向に駆動して、あるいはさらにウエハステージ３８のチルト制御を行ない、上記第２の実効距離を設定することができる。
勿論、上記Ｚ位置センサーは、ウエハマーク検出機構４３とは別に、例えば図１のコラム構造体７５等に設けても良い。
ところで、第１の回折格子Ｇ１１からは上述の所望の回折光である±１次回折光ＬＭ，ＬＰのみでなく、０次回折光（直進光）も僅かながら発生する。そしてこの０次回折光はさらに第２の回折格子Ｇ２１をも透過してウエハＷに達する恐れがある。そして、このような０次回折光は、迷光として、ウエハＷ上に形成される所望の干渉縞の明暗パターンＩＦのコントラストを低下させことになる。
そこで本例においては、この０次回折光を遮蔽（吸収または反射）するために、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１との間に、多層膜干渉フィルター等からなる回折光選択部材を設けることもできる。
なお、以上の例においては、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２は位相変調型回折格子であり、第２の回折格子Ｇ２１は強度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。
なお、上記いずれの例においても、第１の回折格子Ｇ１１及び第２の回折格子Ｇ２１は、ウエハＷ上に露光すべき干渉縞の明暗パターンの周期Ｔ３に応じて、交換する必要がある。
また、図１８に示すように、第１の透光性平板Ｐ１の周縁部Ｐ１Ｅ及び第２の透光性平板Ｐ２の周縁部Ｐ２Ｅを、それらの中心部に対して薄くなるように段付け加工してもよい。この場合、第１のホルダ３６Ａに設けられた真空又は静電方式の吸着部Ｐ１Ｖ及び第２のホルダ３７Ａに設けられた真空又は静電方式の吸着部Ｐ２Ｖは、これらの段付け加工された周縁部Ｐ１Ｅ及びＰＥ２を介して透光性平板Ｐ１及びＰ２を保持することができる。
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。
図１９（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。
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１９（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。
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、上述の如く、本例においては図１に示した如く、ホルダ３６Ａの位置を介して第
１の透光性平板Ｐ１のＸ位置及びＹ位置を計測するレーザ干渉計８２の計測光路は、第１
の透光性平板Ｐ１とは＋Ｚ方向にずれた位置に設けられている。また、ホルダ３７Ａの位
置を介して第２の透光性平板Ｐ２のＸ位置及びＹ位置を計測するレーザ干渉計８６の計測
光路は、第２の透光性平板Ｐ２とは＋Ｚ方向にずれた位置に設けられている。このため、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示す構成を採用した場合であっても、上記レーザ干渉計８２，８６の光路が水等の液体５６中に没することがなく、従って高精度な位置計測が行なえるという利点がある。
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。
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。
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ＩＦ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。
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態について図２０〜図２７を参照して説明する。図２０〜図２７において、図１〜図１９に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
図２０は、本例の露光装置の概略構成を示す図である。本例の露光用の光源は第１の実施形態である図１の光源１と同じであり、照明光学系も図１の照明光学系ＩＳと同じ構成であるため、図２０においては、照明光学系ＩＳの最下端のレンズ３５のみを図示している。また、説明の便宜上、図１のレンズ３５を通過した照明光ＩＬ１０を図２０では照明光ＩＬ８で表している。
図２０において、照明光学系ＩＳのレンズ３５を射出した照明光ＩＬ８は、第１の透光性平板Ｐ１に入射する。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であるウエハＷに、近接して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の回折格子が形成されており、その第１の回折格子に照明光ＩＬ８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。
そして、第１の実施形態と同様に、ウエハＷは、ウエハベース５０上をＸ方向及びＹ方向に可動なウエハステージ３８上に保持されている。また、第２の透光性平板Ｐ２は、第２のホルダ３７Ａ上に吸着保持され、ホルダ３７Ａを含む第２保持駆動機構によって、透光性平板Ｐ２はＸＹ平面に平行に、かつウエハＷと後述する所定の間隔をもって対向して配置される。また、第１の透光性平板Ｐ１は、第１のホルダ３６Ａ上に吸着保持され、ホルダ３６Ａを含む第１保持駆動機構によって、透光性平板Ｐ１はＸＹ平面に平行に、かつ第２の透光性平板Ｐ２と後述する所定の間隔をもって対向して配置される。
本例の位置計測機構及び保持駆動機構は、図１の第１の実施形態の構成から第１のホルダ３６Ａ（第１の透光性平板Ｐ１）の位置及び回転角を計測するためのレーザ干渉計８２及びこれに関連する移動鏡や参照鏡を除去した以外は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。このように本例では、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軸の周りの回転角を計測するためのレーザ干渉計は設けられていない。しかしながら、例えばホルダ３６ＡのＹ方向の位置を比較的粗い精度で計測するためのリニアエンコーダのような計測装置を設けても良い。
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２１〜図２４を用いて説明する。
第１の透光性平板Ｐ１の＋Ｚ方向側、即ち光源１側の表面には、Ｘ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，Ｇ１２が形成されている。一方、第２の透光性平板Ｐ２の−Ｚ方向側、即ちウエハＷ側の表面には、Ｘ方向に周期性を有する１次元の強度変調型の回折格子Ｇ２１Ａが形成されている。
まず、図２１を参照して、これらの回折格子Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ２１Ａについて説明する。
図２１（Ａ）は、第１の透光性平板Ｐ１を＋Ｚ方向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，Ｇ１２が形成されている。第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２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Ｇ１２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Ｇ１１からなる。掘り込み部分Ｇ１１の深さは、その表面部Ｇ１２を透過する照明光と掘り込み部Ｇ１２を透過する照明光との間に１８０度の位相差が形成されるように設定される。その掘り込み深さは、露光光（照明光ＩＬ８）の波長λ０，第１の透光性平板Ｐ１の屈折率ｎ、任意の自然数ｍに対し、（２ｍ−１）λ０／（２（ｎ−１））である。
また、表面部分Ｇ１２と掘り込み部分Ｇ１１との幅の比率（デューティ比）は、１：１とすることが好ましい。
図２１（Ｂ）は、第２の透光性平板Ｐ２を＋Ｚ方向側から見た図であり、その裏面（ウエハＷ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Ｇ２１Ａが形成されている。第２の回折格子Ｇ２１Ａは、クロム，モリブデン，タングステン，タンタル等の金属あるいはそれらの酸化物、フッ化物、又は珪素化物や他の遮光性・減光性の材料の膜からなるものである。
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。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。
なお、図２１（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２１（Ａ），（Ｂ）以外の各図においても同様である。
以下、図２２を用いて、照明光ＩＬ８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。
図２２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の断面図である。
照明光ＩＬ８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。
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。
ここで照明光の実効波長λとは、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２からウエハＷに至る照明光路上に存在する透光性媒質のうち、最低屈折率を有する媒質中における照明光の波長をいう。本例では、透光性平板Ｐ１と透光性平板Ｐ２とウエハＷとの各間に空気（または窒素・希ガスでも良い）が存在するため、実効波長λ０は照明光の波長λ０を空気の屈折率（＝１）で除した値となる。
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。
＋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。
その傾き角θ０は、第２の回折格子Ｇ２１Ａが空気中に配置されていると仮定すると、
ｓｉｎθ０＝λ／Ｔ１ …（１１）
により表わされる角である。
＋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。
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。
なお、第２の回折格子Ｇ２１Ａの周期Ｔ２が、上記周期Ｔ１及び実効波長との関係で決まる所定の値より大きい場合には、不図示の＋１次回折光も発生する可能性がある。しかし、周期Ｔ２を、照明光の実効波長以下とすることで、実質的に不図示の＋１次回折光の発生を防止することができる。ここで、照明光の実効波長λとは上記と同様である。
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。
以下、図２３を用いて、この干渉縞の明暗パターンについて説明する。図２３は、０次回折光ＬＰ０と−１次回折光ＬＰ１との２本の回折光がウエハＷ上に形成する干渉縞の明暗分布を示す断面図である。
上述の通り、０次回折光ＬＰ０は第２の回折格子Ｇ２１Ａへ照射される＋１次回折光ＬＰと平行な方向に発生するから、０次回折光ＬＰ０はウエハＷの鉛直方向（法線方向）ＶＷに対して上述のθ０だけ傾いた入射角で照射される。
一方、−１次回折光ＬＰ１は、Ｘ方向の周期Ｔ２によりＸ方向に回折し、入射角θ１でウエハＷに照射される。このとき、ウエハＷ上に形成される干渉縞ＩＦの明暗パターンの周期（強度分布の周期）Ｔ３は、
Ｔ３ ＝ λ／（ｓｉｎθ０＋ｓｉｎθ１） …（１２）
となる。これは干渉縞ＩＦの振幅分布の周期の半分に対応している。
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。
一般に、干渉縞ＩＦの如く２本の光線束により形成される干渉縞は、ウエハＷがＺ方向に位置変動しても、そのコントラストの低下が極めて少なく、即ち焦点深度の大きな明暗パターンとなる。
しかしながら、０次回折光ＬＰ０の入射角θ０と、−１次回折光ＬＰ１の入射角θ１とが等しく無い場合（法線方向ＶＷに対して対称でない場合）には、ウエハＷのＺ方向の位置ずれに応じて、干渉縞ＩＦのＸ方向位置が変動してしまう。
そこで、干渉縞ＩＦのＸ方向位置を正確に制御したい場合には、ウエハＷに照射する０次回折光ＬＰ０の入射角θ０と、−１次回折光ＬＰ１の入射角θ１とが等しくなるようにするとよい。このような条件は、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に対して照明光ＩＬ８が垂直に入射することを前提として、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１が第２の回折格子Ｇ２１Ａの周期Ｔ２の概ね２倍であるときに実現される。そして、このときには、
Ｔ２＝Ｔ３ …（１３）
の関係を満たす。
なお、上述の通り、照明光ＩＬ８は、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に対して、例えば垂直に入射することが必要である。以下この理由、及び入射角度に関するより正確な条件について、図２４を用いて説明する。
図２４は、図２２及び図２３と同様に、第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２及びウエハＷと、ウエハＷ上に形成された干渉縞ＩＦａ，ＩＦｂの断面を示す図である。ここで第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１は、第２の回折格子Ｇ２１Ａの周期Ｔ２の２倍であるとする。
図２４中の左側に示した干渉縞ＩＦａは、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に対して垂直に入射する照明光ＩＬ８ａに起因して形成される干渉縞を示す。このときには、図２２及び図２３に示した場合と同様に、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２からは＋１次回折光ＬＰａ及び−１次回折光ＬＭａが対称に発生し、それが第２の回折格子Ｇ２１Ａに入射する。このうち＋１次回折光ＬＰａに着目すると、第２の回折格子Ｇ２１Ａにより発生する０次回折光ＬＰａ０と−１次回折光ＬＰａ１とは等しい入射角で（対称に傾斜して）ウエハＷに入射する。
従って、ウエハＷ上には、Ｘ方向に明暗の（強度の）周期Ｔ２を持つ干渉縞ＩＦａが、所定の位置に形成される。そしてその明部のピークのＸ方向位置は、第２の回折格子Ｇ２１Ａの透過部の位置と正確に対応している。
一方、図２４中の右側に示した干渉縞ＩＦｂは、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に対してＸ方向に角度φだけ傾いて入射する照明光ＩＬ８ｂに起因して形成される干渉縞を表わす。このときにも、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２からは＋１次回折光ＬＰｂ及び−１次回折光ＬＭｂが発生するが、その角度的な対称性は、照明光ＩＬ８ｂの入射角の傾斜に応じて崩れている。
その結果、このうち＋１次回折光ＬＰｂの照射により、第２の回折格子Ｇ２１Ａから発生する０次回折光ＬＰｂ０と−１次回折光ＬＰｂ１とのウエハＷへの入射角度の対称性も崩れる。
この場合でも、ウエハＷ上には、Ｘ方向に明暗の（強度の）周期Ｔ２を持つ干渉縞ＩＦｂが形成されるが、その明部のピークのＸ方向位置は、第２の回折格子Ｇ２１Ａの透過部の位置とは、ずれたものとなる。
そのずれ量をδとすると、
δ ＝ Ｄ２×ｔａｎφ …（１５）
の関係となる。ここで、Ｄ２は第２の回折格子Ｇ２１ＡとウエハＷの表面との間隔である。
第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に入射する照明光が、上述のＸ方向に傾いたＩＬ８ｂだけであるなら、ウエハＷ上に形成される干渉縞はその位置はＸ方向にずれるものの、そのコントラストが低下することは無い。
しかし、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に入射する照明光が、それぞれＸ方向への傾斜角（入射角）が異なる複数の進行方向を有する照明光である場合には、それらの照明光により形成される干渉縞の位置も、式１５よりそれぞれ異なるものとなり、それらの強度的な重ね合わせにより最終的に形成される干渉縞のコントラストは低下する。
従って、上記コントラストの低下を避けるために、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２上の少なくとも一点に入射する照明光ＩＬ８は、そのＸ方向の入射角が所定の一定値である必要がある。
例えば、ウエハＷ上に露光する干渉縞パターンの周期Ｔ３（＝Ｔ２）が１２０ｎｍである場合、即ち一般に６０ｎｍラインアンドスペースと呼ばれるパターンである場合には、照明光ＩＬ８のＸ方向の傾斜角のばらつきにより生じるＸ方向位置のばらつきが、±１５ｎｍ程度以内であれば、干渉縞パターン全体としてのコントラスト低下の影響を十分に小さく抑えられる。
従って、第２の回折格子Ｇ２１ＡとウエハＷの表面との間隔Ｄ２を５０［μｍ］として、式１５より、照明光ＩＬ８のＸ方向の傾斜角のばらつきの角度範囲φ０は一例として、
φ０ ＝ arctan（１５／５００００）＝０．３［ｍｒａｄ］ …（１６）
以内であれば良いこととなる。もっとも、この条件は露光すべきパターンの周期Ｔ３及び上記間隔Ｄ２により変動するものであることは言うまでもない。
一方、照明光ＩＬ８の入射角のＹ方向へ傾斜によって、ウエハＷ上における干渉縞ＩＦのＹ方向位置は変化するものの、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２及び第２の回折格子Ｇ２１ＡのＸＹ面内の形状に応じて、干渉縞ＩＦはＹ方向に概ね一様な干渉縞であるから、そのＹ方向位置変化は、全く問題となるものではない。
即ち、照明光ＩＬ８の入射角のＹ方向への傾斜によって、干渉縞ＩＦの実質的な位置ずれが生じることも無く、照明光ＩＬ８がそれぞれＹ方向への傾斜角が異なる複数の進行方向を有する照明光である場合であっても干渉縞ＩＦのコントラストの低下は生じない。
従って、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２上の任意の一点に照射される照明光ＩＬ８の入射角度範囲は、Ｙ方向については例えば２［ｍｒａｄ］以上程度の入射角度範囲を有してよいが、Ｘ方向については所定の、例えば２［ｍｒａｄ］以下程度の入射角度範囲に制限されることが必要である。
なお、本例の露光装置においても、上述の如く、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に照射
する照明光ＩＬ８のＸ方向への傾きによって、ウエハＷ上に形成される干渉縞ＩＦのＸ方向位置が変動する。従って、本例の露光装置においても、照明光ＩＬ８の収束，発散状態を変更することにより、ウエハＷ上に形成される干渉縞ＩＦのＸ方向の倍率を変更することができる。それに際し、照明光ＩＬ８の収束，発散状態を変更する具体的な方法は、前述の第１の実施形態で述べた方法と同様であるので、説明は省略する。
ここで、本例における上記の第２の回折格子Ｇ２１ＡとウエハＷの表面との間隔Ｄ２の最適値について説明する。上述の通り、照明光ＩＬ８の傾斜に際してのウエハＷ上での干渉縞パターンの位置ずれは、間隔Ｄ２に比例して発生するから、単純に検討するなら間隔Ｄ２は短ければ短いほど良い。それにより、照明光の傾斜に関する規格を緩めることができるためである。
しかしながら、間隔Ｄ２をあまりに短くすると、第２の回折格子Ｇ２１ＡとウエハＷとの接触が発生し、それらの損傷を生じることとなる。そこで、接触回避のためには間隔Ｄ２の数値は、ウエハＷの平面度や第２の回折格子Ｇ２１Ａを形成する第２の透光性平板Ｐ２の平面度を考慮して、最低限１μｍ以上は確保すべきである。
また、上記接触を確実に防止するために、間隔Ｄ２は５μｍ以上であることが望ましい。一方、間隔Ｄ２をあまりに長距離化すると、照明光の傾斜等に関する規格が厳しくなるのも勿論だが、ウエハＷ１上の１点に集光する複数の回折光が第２の回折格子Ｇ２１Ａを発する位置の間隔も増大し、これらの複数の回折光間の空間的コヒーレンスに起因する可干渉性が低下してしまうという問題も生じるため、間隔Ｄ２は５００μｍ以下に設定することが望ましい。
また、間隔Ｄ２が短ければ照明光の傾斜等に関する規格を緩和でき、その分だけ製造装置を安価に提供できるため、間隔Ｄ２は１００μｍ以下に設定することが、さらに望ましい。
なお、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２は、±１次回折光ＬＰ，ＬＭを所定の方向に発生させ、それを第２の回折格子Ｇ２１Ａ上に照射するためのものであり、第２の回折格子Ｇ２１Ａ上の所定の位置に±１次回折光ＬＰ，ＬＭによる干渉縞を形成することを目的とするものではない。
従って、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１Ａとの、ＸＹ方向の位置関係は、周期Ｔ１及びＴ２のオーダで（数１０ｎｍのオーダで）厳密に位置整合される必要はない。
従って、本例の露光装置では、第１の透光性平板Ｐ１上に形成される第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２のＸ位置，Ｙ位置，及びＺ軸を中心とする回転を、第１の透光性平板Ｐ１を保持するホルダ３６のＸ位置，Ｙ位置，及びＺ軸を中心とする回転を介して計測するための干渉計を備える必要がないのである。
一方、本例の露光装置においても、第２の透光性平板Ｐ２上に形成された第２の回折格
子Ｇ２１ＡのＸ位置，Ｙ位置，及びＺ軸を中心とする回転は、ウエハＷ上に形成される干
渉縞の位置及び回転に直接的に影響する。従って、本例の露光装置においても、第２の回
折格子Ｇ２１ＡとウエハＷとの位置関係を計測する第１の位置計測機構が必要であること
に代わりはない。
そして、本実施例においても、レーザ干渉計８６Ｘ，８６Ｙ１，８６Ｙ２、レーザ干渉
計４０Ｘ１，４０Ｘ２，４０ＸＺ、レーザ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２，４０ＹＺ、及びコ
ラム構造体７５を、上記の第１の位置計測機構とみなすこともできる。
なお、第２の回折格子Ｇ２１ＡのうちウエハＷに対向する所定の領域には、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２から発した±１次回折光ＬＰ，ＬＭが照射される必要があるので、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１Ａとは、ＸＹ方向に例えば数ｍｍ程度の位置関係をもって整合して配置される必要がある。
また、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１の方向も、第２の回折格子Ｇ２１Ａの周期Ｔ２の方向（Ｘ方向）と一致していなくても良い。ただし、この場合には、ウエハＷのＺ方向位置の変動に伴う干渉縞ＩＦの明暗パターンの移動等を防止するために、周期Ｔ１に代わり、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１をＺＸ面内に投影した長さが、式１４の条件を満たすことが望ましい。
ところで、本例の露光装置は、上述の通り、Ｘ方向については極小照明ＮＡの照明光を使用するものではあるが、ウエハＷ上の１点に到達する照明光（回折光）は複数であるから、第２の回折格子Ｇ２１Ａ及び第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２上の複数の領域から照射されることになる。また、ウエハＷ上で干渉縞を形成する光線束は、あくまでも第２の回折格子等からの回折光であるから、第２の回折格子Ｇ２１Ａ等の上に異物等が存在した場合でも、その異物がそのままの形状を保って、ウエハＷ上に露光転写されることはない。
なお、以上の例においては、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２は位相変調型回折格子であり、第２の回折格子Ｇ２１Ａは強度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、ウエハＷ上に形成する干渉縞にそれ程の高コントラスト性が要求されない場合には、第１の回折格子からの不要な回折光の発生も許容されるため、第１の回折格子として強度変調型の回折格子を使用することもできる。
なお、以上の例においては、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子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。
図２５は、第１の回折格子Ｇ１５，Ｇ１６と第２の回折格子Ｇ２３Ａとを、それぞれ一つの透光性平板Ｐ３の光源側及びウエハＷ側に形成した例を示す図である。なお、本例においても、各回折格子の構造や製法は上述の例と同様である。また、レンズ３５及びその上流の照明光学系も、上述の例と同様である。その透光性平板Ｐ３は、例えば図２０のホルダ３７Ａで保持することによって、その上のホルダ３６Ａとその保持駆動機構とを省略できる。
また、本発明の一つの形態においては、単一の回折格子のみを、ウエハＷに近接して対向配置することにより、ウエハＷ上に干渉縞の明暗パターンを露光することも可能である。
図２６は、ウエハＷ側の近傍に、透光性平板Ｐ４のウエハＷ側に形成された回折格子Ｇ１７，Ｇ１８を、間隔Ｄ３で近接して対向配置させた例である。本例においても、回折格子Ｇ１７，Ｇ１８の構造や製法は上述の例と同様である。また、レンズ３５及びその上流の照明光学系も、上述の例と同様である。さらに間隔Ｄ３の値についても上述の例における間隔Ｄ２と同様の条件を満たすことが好ましい。その透光性平板Ｐ４は、例えば図２０のホルダ３７Ａで保持することによって、その上のホルダ３６Ａとその保持駆動機構とを省略できる。
なお、本例においては、実効波長λは回折格子Ｇ１７，Ｇ１８からウエハＷに至る照明光路上に存在する透光性媒質のうち、最低屈折率を有する媒質中における照明光の波長をいう。本例においては、回折格子Ｇ１７，Ｇ１８で発生した回折光（１次回折光）が、ウエハＷ上に照射されウエハＷ上で干渉することにより、ウエハＷ上に干渉縞の明暗パターンが形成されることになる。
なお、上記いずれの例においても、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２及び第２の回折格子Ｇ２１Ａは、ウエハＷ上に露光すべき干渉縞の明暗パターンの周期Ｔ３に応じて、交換する必要がある。その交換は、図２０のホルダ３６Ａ又は３７ＡをＹ方向に引き抜いて行うことができる。
なお、図１８の例と同様に、本例の図２０の第１の透光性平板Ｐ１の周縁部及び第２の透光性平板Ｐ２の周縁部は、それらの中心部に対して薄くなるように段付け加工されている。そして、図２０のホルダ３６Ａ及び３７Ａ等に設けられた真空吸着部又は静電吸着部等の吸着部は、これらの段付け加工された周縁部を介して透光性平板Ｐ１及びＰ２を保持するものとしている。
ところで、以上の例においては、第２の回折格子Ｇ２１ＡとウエハＷとの間には、空気（窒素または希ガスでも良い）が存在するものとしていたが、これに代わり、図１９の例と同様に、所定の液体（例えば水）等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Ｇ２１Ａの周期Ｔ２及び第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２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。
なお、第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２との間にのみ水等の誘電体を満たすことが効果的である場合には、図２７に示す如き構成を採用することもできる。これは、第１の透光性平板Ｐ１の周囲に連続的な側壁４７を設け、これによって第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２の間に水を貯めるものである。給水機構４４ｃ及び排水機構４５ｃの機能は上述と同様である。
［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態について図２８〜図３４を参照して説明する。図２８及び図２９において、図１〜図１９に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
図２８（Ａ）は、本例の露光装置の照明光学系の前段部を示す正面図、図２８（Ｂ）は、その露光装置の照明光学系の後段部以降の構成を示す一部を切り欠いた正面図である。図２９は、本例の露光装置の照明光学系を示す平面図である。以下、図２８（Ｂ）において、その照明光学系の射出側の光軸に沿って光源側が＋方向となるようにＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図２８（Ｂ）の紙面に平行な方向にＸ軸を、図２８（Ｂ）の紙面に垂直な方向にＹ軸を取って説明する。本例では、Ｘ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面は水平面にほぼ平行である。図２９においては、そのＸ軸及びＹ軸はその紙面に平行な面内に設定される。
図２８（Ａ）において、例えば波長１９３ｎｍのＡｒＦ（アルゴン・フッ素）エキシマーレーザよりなる光源１から出力された照明光ＩＬ１は、コリメーターレンズ群２，３，１０５，１０７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照明光ＩＬ３となり、偏向ミラー１１１で反射され折り曲げられて照明光ＩＬ４となる。
図２９において、偏向ミラー１１１で反射された照明光ＩＬ４は、−Ｙ方向に進行しＹ可動ミラー１１２に至る。Ｙ可動ミラー１１２を保持するＹミラー保持機構１１３は、ボールネジ等のＹ伝達部材１２２を介してＹ駆動機構１２１によって、定盤１１６上をＹ方向ガイド１２３ａ，１２３ｂに沿ってＹ方向に移動可能である。Ｙ可動ミラー１１２で反射した照明光ＩＬ５は、図中−Ｘ方向に進行し、Ｘ可動ミラー１１４に至る。
Ｘ可動ミラー１１４を保持するＸミラー保持機構１１５は、ボールネジ等のＸ伝達部材１１８を介してＸ駆動機構１１８によって、定盤１１６上をＸ方向ガイド１２０ａ，１２０ｂに沿ってＸ方向に移動可能である。なお、Ｘミラー保持機構１１５及びＹミラー保持機構１１３は、リニアモーター等により駆動させることもできる。Ｘ可動ミラー１１４で反射された照明光ＩＬ６は、定盤１１６上に設けられた開口部１１７を通り、図２８（Ｂ）の照明系前群レンズ１２４，２５，２６，２７に入射し、これらのレンズで屈折され照明光ＩＬ７となって集光点２８上に集光する。
図２８（Ｂ）において、集光点２８を経た照明光ＩＬ７は、照明系後群レンズ２９，３０，３２，３５に入射し、これらのレンズで屈折され、再度平行な照明光ＩＬ８となって第１の透光性平板Ｐ１に入射する。以上のコリメーターレンズ群２，３，１０５，１０７から照明系後群レンズ２９，３０，３２，３５に至るまでの照明光ＩＬ１〜ＩＬ８の光路上の光学部材よりなる光学系を以下、照明光学系ＩＳＢという。この照明光学系ＩＳＢは、第１の透光性平板Ｐ１が配置される面を所定の照射平面とする照明光学装置とみなすこともできる。
なお、照明系前群レンズの最先のレンズ１２４と定盤１６との間には、視野絞りＦＳが設けられる。この視野絞りＦＳは、Ｘミラー保持機構１１５及びＹミラー保持機構１１３によりＸＹ方向に可変となる照明光ＩＬ７が、ＸＹ面内の所定の領域以外に分布する場合にそれを遮光するものである。従って、視野絞りＦＳにより、照明光ＩＬ７及び照明光ＩＬ８が通り得る光路の外縁ＬＥａ，ＬＥｂが決定される。
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であるウエハＷに、近接して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の回折格子が形成されており、その第１の回折格子に照明光ＩＬ８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。
そして、第１の実施形態と同様に、ウエハＷは、ウエハベース５０上をＸ方向及びＹ方向に可動なウエハステージ３８上に保持されている。また、第２の透光性平板Ｐ２は、第２のホルダ３７Ａ上に吸着保持され、ホルダ３７Ａを含む第２保持駆動機構によって、透光性平板Ｐ２はＸＹ平面に平行に、かつウエハＷと後述する所定の間隔をもって対向して配置される。また、第１の透光性平板Ｐ１は、第１のホルダ３６Ａ上に吸着保持され、ホルダ３６Ａを含む第１保持駆動機構によって、透光性平板Ｐ１はＸＹ平面に平行に、かつ第２の透光性平板Ｐ２と後述する所定の間隔をもって対向して配置される。
本例の位置計測機構及び保持駆動機構は、図１の第１の実施形態の構成から第１のホルダ３６Ａ（第１の透光性平板Ｐ１）の位置及び回転角を計測するためのレーザ干渉計８２及びこれに関連する移動鏡や参照鏡を除去した以外は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
次に、本例の第１の透光性平板Ｐ１の上面には、第２の実施形態の図２１（Ａ）と同様の位相変調型のＸ方向に周期Ｔ１の第１の回折格子Ｇ１１，１２が形成され、第２の透光性平板Ｐ２の下面には、図２１（Ｂ）と同様の強度変調型のＸ方向に周期Ｔ２の第２の回折格子Ｇ２１Ａが形成されている。従って、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は、図２１〜図２３を参照して説明した第２の実施形態での干渉縞の形成原理と同様であるため、その説明を省略する。
なお、本例の露光装置においても、通常の照明光ＩＬ８の状態が、図１７（Ａ）に対応する図３０（Ａ）の種々の位置における照明光ＩＬ８ｃ，ＩＬ８ｄ，ＩＬ８ｅ及び外縁ＬＥａ，ＬＥｂのように垂直入射であるとして、図２８（Ｂ）のレンズ３０及びレンズ３２の位置を調整することで、図３０（Ｂ）に示すように、外縁ＬＥａ１，ＬＥｂ１（角度ψｅ傾斜している）で規定される照明光路を、全体として発散光路または収束光路とすることができる。そして、これにより、ウエハＷ上に形成される干渉縞の周期Ｔ３を、微少量だけ拡大または縮小することができる。その原理は、上述の第２の実施形態の露光装置で説明したものと同様である。
これにより、本例の露光装置においても、以前の製造工程における熱変形等により露光
すべきウエハＷに想定外の伸縮が発生していた場合に、その伸縮に合わせて、ウエハＷ上
に所定量だけ縮小または拡大されたパターンを形成することが可能となる。
次に、図２８（Ａ）中のコリメーターレンズ２，３，１０５，１０７に設けられた平行度微調整機構について説明する。コリメーターレンズ中の負レンズ１０５にはレンズ駆動機構１０６が取り付けられ、正レンズ１０７にはレンズ駆動機構１０８が取り付けられている。そして、これらのレンズ駆動機構１０６，１０８は、固定軸１０９上をＸ方向に可動であり、これによりレンズ１０５及びレンズ１０７もそれぞれ独立してＸ方向に可動である。
これによりコリメーターレンズの後群を構成するレンズ１０５，１０７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。従って、光源１の変動や照明光学系ＩＳＢの製造誤差等により、照明光ＩＬ８が平行光線束にならない場合であっても、レンズ駆動機構１０６，１０８の駆動により照明光ＩＬ８を完全な平行光に変換することが可能となる。
図３１に示す通り、レンズ駆動機構１０６，１０８の駆動により、照明光ＩＬ８の平行度の状態（収束または発散）を変化ささえることができる。第１の透光性平板Ｐ１への照明光は、図３１の中央に示す照明光ＩＬ８ｊの如く平行光線束であることが望ましい。従って、照明光が図３１中の左側に示す照明光ＩＬ８ｉの如き収束光束となっている場合や、照明光が図３１中の右側に示す照明光ＩＬ８ｋの如き発散光束となっている場合には、レンズ駆動機構１０６，１０８の駆動により、所望の平行光線束とすることが望ましい。
以上の説明において、照明光の収束性及び発散性に関する課題とその解決策を述べた。しかし、本例においては、第１の透光性平板Ｐ１の１点を照明する照明光の入射角度に所定の幅（角度範囲）が存在する場合にも、その角度範囲がウエハＷ上に形成される干渉縞のコントラスト低下の原因となりうる。ここで、照明光の入射角度の角度範囲とは、即ち照明光の開口数を意味する。例えば図２８（Ａ）の光源１等の空間的コヒーレンスが低い場合には、照明光学系中の集光点１０４及び図２８（Ｂ）の集光点２８での照明光の集光度が弱く、集光点が広がって形成されることになる。これは、第１の透光性平板Ｐ１に照射される照明光線束の開口数の増大を意味する。
本例においては、照明光の入射角度のズレはウエハＷ上の干渉縞の位置ずれを生じさせるものであるから、照明光の入射角度範囲の存在は、ウエハＷ上の干渉縞を相互に位置ずれを生じさせて加算するのに等しく、干渉縞のコントラストを減殺するものとなる。
そこで、照明光の開口数に相当する入射角度範囲についても、上記と同様の考察から±０．３［ｍｒａｄ］程度以下であることが望ましい。即ち照明光学系の照明光の開口数（ＮＡ）を０．０００３以下とすることが望ましい。このような低ＮＡの照明光は、空間的コヒーレンスの高いレーザ光源の採用や、集光点１０４，２８に照明光線束を機械的に制限する絞りを設けることで実現できる。
ここで、本例における上記の第２の回折格子Ｇ２１ＡとウエハＷの表面との間隔Ｄ２の最適値について説明する。上述の通り、照明光ＩＬ８の傾斜に際してのウエハＷ上での干渉縞パターンの位置ずれは、間隔Ｄ２に比例して発生するから、単純に検討するなら間隔Ｄ２は短ければ短いほど良い。それにより、照明光の傾斜に関する規格を緩めることができるためである。
しかしながら、間隔Ｄ２をあまりに短くすると、第２の回折格子Ｇ２１ＡとウエハＷとの接触が発生し、それらの損傷を生じることとなる。そこで、接触回避のためには間隔Ｄ２の数値は、ウエハＷの平面度や第２の回折格子Ｇ２１Ａを形成する第２の透光性平板Ｐ２の平面度を考慮して、最低限１μｍ以上は確保すべきである。また、上記接触を確実に防止するために、間隔Ｄ２は５μｍ以上であることが望ましい。
一方、間隔Ｄ２をあまりに長距離化すると、照明光の傾斜等に関する規格が厳しくなるのも勿論であるが、ウエハＷ１上の１点に集光する複数の回折光が第２の回折格子Ｇ２１Ａを発するときの位置の間隔も増大し、これらの複数の回折光間の空間的コヒーレンスに起因する可干渉性が低下してしまうという問題も生じる。従って、間隔Ｄ２は５００μｍ以下に設定することが望ましい。
なお、上述の如く１次元的な周期を有する干渉縞ＩＦを形成する場合、その形成に用いる照明光ＩＬ８は、その偏光方向（電場方向）が干渉縞ＩＦの長手方向（周期方向に直交する方向）に平行、即ち周期方向に直交する方向に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。
なお、照明光ＩＬ８は、上記の如く完全な直線偏光光でなくとも、干渉縞ＩＦの長手方向（Ｙ方向）の電場成分が、周期方向（Ｘ方向の）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。
また、干渉縞ＩＦの周期方向とは、即ち第２の回折格子Ｇ２１Ａの周期Ｔ２の方向と一致するものであるから、照明光ＩＬ８の好ましい偏光状態とは、要するに第２の回折格子Ｇ２１Ａの周期Ｔ２の方向に直交する方向（Ｙ方向）の電場成分が、周期Ｔ２の方向（Ｘ方向）の電場成分よりも大きな照明光であれば良い。照明光ＩＬ８のこのような偏光特性は、図２８（Ａ）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。
なお、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２は、±１次回折光ＬＰ，ＬＭを所定の方向に発生させ、それを第２の回折格子Ｇ２１Ａ上に照射するためのものであり、第２の回折格子Ｇ２１Ａ上の所定の位置に±１次回折光ＬＰ，ＬＭによる干渉縞を形成することを目的とするものではない。
従って、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１Ａとの、ＸＹ方向の位置関係は、周期Ｔ１及びＴ２のオーダで（数１０ｎｍのオーダで）厳密に位置整合される必要は無い。ただし、第２の回折格子Ｇ２１ＡのうちウエハＷに対向する所定の領域には、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２から発した±１次回折光ＬＰ，ＬＭが照射される必要があるので、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１Ａとは、ＸＹ方向に例えば数ｍｍ程度の位置関係をもって整合して配置される必要がある。
また、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１の方向も、第２の回折格子Ｇ２１Ａの周期Ｔ２の方向（Ｘ方向）と一致していなくても良い。ただし、この場合には、ウエハＷのＺ方向位置の変動に伴う干渉縞ＩＦの明暗パターンの移動等を防止するために、周期Ｔ１に代わり、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１をＺＸ面内に投影した長さが、式３４の条件を満たすことが望ましい。
ところで、本発明の露光装置においてウエハＷ上に露光可能なパターンは、上記の１次元の干渉縞パターンに限定されるわけではない。そこで、次に本例の露光装置により２次元のパターンを露光する方法について、図３２及び図３３を用いて説明する。
図３２（Ａ）は、図２１（Ａ）と同様に、第１の透光性平板Ｐ１ａの平面図を示すが、その表面に形成された第１の回折格子Ｇ１３，Ｇ１４は、Ｘ方向に周期Ｔ１１、Ｙ方向に周期Ｔ１２の２次元的な周期を有している。なお、そのＺ方向の構造は図２１（Ａ）に示した第１の透光性平板Ｐ１と同様であり、基板表面部Ｇ１４に対して、Ｘ方向の幅が０．７１×Ｔ１１、Ｙ方向の幅が０．７１×Ｔ１２の掘り込み部Ｇ１３が形成された位相変調型の回折格子を構成している。
図３３（Ａ）に、このような２次元的な周期を有する回折格子Ｇ１３，Ｇ１４から発生する回折光の回折角度分布を示す。ここで、ＦＸ軸とは、発生する回折光の直進方向（−Ｚ軸方向）からの＋Ｘ方向への回折角のｓｉｎ（正弦）を表わし、ＦＹ軸とは、発生する回折光の直進方向からの＋Ｙ方向への回折角のｓｉｎを示す。
回折格子Ｇ１３，Ｇ１４に＋Ｚ方向から平行な照明光が照射されると、ＦＸ＝±λ／Ｔ１１，ＦＹ＝±λ／Ｔ１２で表示される４方向に、１次回折光ＬＰＰ，ＬＭＰ，ＬＭＭ，ＬＰＭが発生する。なお、基板表面部Ｇ１４と掘り込み部Ｇ１３との面積がほぼ等しく、両部の透過光の位相差が１８０度であることから、原点Ｏの方向に発生すべき０次回折光は消失する。また、周期Ｔ１１及び周期Ｔ１２が、照明光の実効波長λの２倍より短い場合には、２次以上の高次の回折光は発生し得ない。
これらの４本の回折光は、ＦＸ軸及びＦＹ軸に対称であることから、以下回折光ＬＰＰによりウエハＷ上に形成される干渉縞についてのみ説明をする。回折光ＬＰＰは、図３２（Ｂ）に示す第２の透光性平板Ｐ２ａに入射する。図３２（Ｂ）は、図２１（Ｂ）と同様に、第２の透光性平板Ｐ２ａの平面図を示すが、その裏面に形成された第２の回折格子Ｇ２２Ａは、Ｘ方向に周期Ｔ２１、Ｙ方向に周期Ｔ２２の２次元的な周期を有している。第２の回折格子Ｇ２２Ａを構成する材料は、図２１（Ｂ）に示す例で説明したのと同様である。
回折光ＬＰＰの照射により第２の透光性平板Ｐ２ａからは図３３（Ｂ）に示すように、０次回折光Ｋ００、Ｘ方向の−１次回折光ＫＭ０、Ｙ方向の−１次回折光Ｋ０Ｍ、そしてＸ方向に−１次でＹ方向に−１次の回折光ＫＭＭの４本の回折光が発生し、これらがウエハＷ上に照射される。
ウエハＷ上には、これらの４本の回折光Ｋ００，ＫＭ０，Ｋ０Ｍ，ＫＭＭによる干渉縞の明暗分布が形成されるが、その形状は、所定の閾値の下において、第２の回折格子Ｇ２２Ａの明暗分布と概ね等しくなる。従って、ウエハＷ上のフォトレジストに第２の回折格子Ｇ２２Ａに概ね等価な２次元の明暗パターンを露光し転写することが可能となる。
また、このときも、
Ｔ２１×２＝Ｔ１１ …（３７）
Ｔ２２×２＝Ｔ１２ …（３８）
の関係を満たす場合には、これら４本の回折光Ｋ００，ＫＭ０，Ｋ０Ｍ，ＫＭＭは、ウエハＷに対して等しい入射角をもって照射されることとなり、ウエハＷのＺ方向位置が変動しても、その上に形成される干渉縞の明暗分布の位置を不変とすることができる。
なお、２次元的な周期を有するパターンの露光に際しても、ウエハＷのＺ方向位置を所定の位置に厳格に制御可能であるなら、必ずしも、上記式３７及び式３８に示される条件を満たさなくても良い。
また、２次元的な周期を有するパターンの露光に際しても、上述の照明光ＩＬ８の平行度や入射角の垂直性及び開口数の条件、第２の回折格子とウエハＷとの間隔Ｄ２及びＸＹ位置の整合性、回転関係の整合性等の条件、並びに第１の回折格子と第２の回折格子との間隔Ｄ１の条件等は、上述の１次元的な周期からなるパターンを露光する場合と同様である。
なお、２次元的な周期を有するパターンの露光に際しても、照明光ＩＬ８の偏光状態により干渉縞の明暗パターンのコントラストが変化する。なお、微細な周期を有するパターン程、フォトレジスト等の解像に際し、高コントラストの明暗パターンが要求される。そこで、２次元的な周期を有するパターンでは、その周期のうち極小となる周期の方向についての干渉縞の明暗パターンのコントラストを増大させるべく、照明光ＩＬ８の偏光状態を設定することが好ましい。
なお、２次元的な周期性を有するパターンの場合にも、上述の１次元的な周期性を有するパターンの場合と同様に、干渉縞の周期の方向は第２の回折格子の周期の方向と一致する。従って、照明光ＩＬ８として、第２の回折格子において周期が極小となる第１の方向に直交する方向の電場成分が、その第１の方向の電場成分よりも大きい照明光を用いることが好ましい。
ただし、パターンの種類や使用目的によっては、明暗パターンのコントラストよりを向上するよりも、形状の忠実度が重要となる場合もある。その場合には、照明光ＩＬ８として、第２の回折格子において周期が極小となる第１の方向に直交する方向の電場成分と、その第１の方向の電場成分とが、±２０％程度の範囲内でほぼ等しい照明光を用いることが好ましい。このような偏光状態は、例えば上述の偏光制御素子９として、直列に配置されそれぞれ回転可能な２枚の１／４波長板を使用することで実現できる。
次に、図３４を参照して、本例の露光装置における図２９のＹ可動ミラー１１２、Ｘ可動ミラー１１４の作用について説明する。上述の通り、本例の露光装置では、照明光のＮＡ（開口数）が、０．０００３程度以下であることが必要である。本例の露光装置が露光すべきパターンは、例えば線幅が５０ｎｍ程度のパターンであり、露光領域内の照明光の強度（積算強度）の高度の均一性が要求される。
通常の投影露光装置等では、露光領域内の照明光の強度の均一化手段として、フライアイレンズやロッドが使用されるが、これらの手段は照明光の開口数のある程度の増大を前提として、実効的な２次光源の形状を拡大し平均化効果により被照射領域上の照明光強度の均一化を図るものである。従って、このような均一化手段は、極小ＮＡの照明光を必要とする場合には適用困難である。その結果、本例においては、第１の透光性平板Ｐ１上に照射される照明光ＩＬ８の照明光量分布自体が、ある程度不均一であることは回避困難である。
そこで、本例においては、ウエハＷへの露光動作に際し、照明光ＩＬ８を第１の透光性平板Ｐ１上で走査し、当該走査による平均化により、照明光ＩＬ８による積算強度分布を平均化する方法を採用する。
図３４は、その具体例を示す図であり、等高線で示される強度分布を有する照明光ＩＬ８の中心位置ＩＬ８０は、ある時点において第１の透光性平板Ｐ１上の所定の位置に照射されている。この照明光ＩＬ８の強度分布は、その後、経路ＳＰ１に沿って第１の透光性平板Ｐ１上を反復走査する。また、上記ある時点以前にも、経路ＳＰ０に沿って第１の透光性平板Ｐ１上を反復走査している。
このような照明光ＩＬ８の強度分布と第１の透光性平板Ｐ１との相対走査は、露光動作中に図２９のＹ可動ミラー１１２及びＸ可動ミラー１１４を移動させることにより照明光ＩＬ８の中心位置ＩＬ８０を反復移動することにより行なうことができる。なお、照明光ＩＬ８の積算強度分布は、第１の透光性平板Ｐ１上の全面に亘って均一化される必要は無い。即ち、第１の透光性平板Ｐ１上であって第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２が形成された領域であって、その第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２により発生する回折光が最終的にウエハＷに到達する領域において、照明光ＩＬ８の積算強度分布が均一化されていればよい。当該領域は、図３４に示す如く、第１の透光性平板Ｐ１上の中心部を含む所定の領域Ｐ１Ｃの如き領域となる。
また、領域Ｐ１Ｃ内での積算強度の均一性は、その領域Ｐ１Ｃ内の積算強度の平均値に対して、±２％程度以内であることが必要である。ただし、ウエハＷ上に露光し形成すべきパターンの線幅制御要求が厳しい場合には、当該均一性として、±０．５％程度以内であることが望ましい。
あるいは、照明光ＩＬ８の中心位置ＩＬ８０は固定しておき、第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２及びウエハＷを一体的に移動することによっても当該相対走査を実現することができる。なお、照明光ＩＬ８の照明光量分布自体が、ある程度不均一でも良い場合には、このような走査を行なう必要が無いことは言うまでもない。
ところで、本例の露光装置は、上述の通り極小照明ＮＡの照明光を使用するものではあるが、ウエハＷ上の１点に到達する照明光（回折光）は複数であるから、第２の回折格子Ｇ２１Ａ等及び第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２等の上の複数の領域から照射されることになる。また、ウエハＷ上で干渉縞を形成する光線束は、あくまでも第２の回折格子等からの回折光であるから、第２の回折格子Ｇ２１Ａ等の上に異物等が存在した場合でも、その異物がそのままの形状を保って、ウエハＷ上に露光転写されることはない。
また、第２の回折格子Ｇ２１Ａ上の異物・欠陥のウエハＷに露光されるパターンへの悪影響をさらに低減するために、本例においては、ウエハＷへの露光を以下に示す複数回露光による多重露光とすることもできる。
即ち、第２の回折格子Ｇ２１Ａ，Ｇ２２ＡとウエハＷとのＸＹ方向の位置関係を所定の関係として最初の露光を行なったのち、その相対関係を第２の回折格子Ｇ２１Ａ，Ｇ２２Ａの周期の整数倍だけ移動して２回目の露光を行ない、さらに同様の移動をしつつ、複数回の多重露光を行なうこともできる。
これにより、ウエハＷ上の一点には、第２の回折格子Ｇ２１Ａ，Ｇ２２Ａ上のより多くの部分から発生した回折光による干渉縞の明暗パターンが重畳して露光されることとなり、第２の回折格子Ｇ２１Ａ，Ｇ２２Ａ上に存在する異物や欠陥の悪影響が、平均化効果により、いっそう低減されることとなる。
なお、１次元的な周期を有する第２の回折格子Ｇ２１Ａを用いる場合には、その周期方向と直交する方向への上記相対関係の移動は、任意の距離であっても良いことは言うまでも無い。
なお、本例においては、第１の回折格子Ｇ１１，１２，Ｇ１３，１４は位相変調型回折格子であり、第２の回折格子Ｇ２１Ａ，Ｇ２２Ａは強度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、ウエハＷ上に形成する干渉縞にそれ程の高コントラストラスト性が要求されない場合には、第１の回折格子からの不要な回折光の発生も許容されるため、第１の回折格子として強度変調型の回折格子を使用することもできる。
なお、以上の例においては、第１の回折格子Ｇ１１，１２と第２の回折格子Ｇ２１Ａ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、第２の実施形態（図２５）と同様に、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。
また、本例においては、第２の実施形態（図２６）と同様に、単一の回折格子のみを、ウエハＷに近接して対向配置することにより、ウエハＷ上に干渉縞の明暗パターンを露光することも可能である。
なお、第１の実施形態（図１８）と同様に、本例の図２８（Ｂ）の第１の透光性平板Ｐ１の周縁部及び第２の透光性平板Ｐ２の周縁部は、それらの中心部に対して薄くなるように段付け加工されている。そして、図２８（Ｂ）のホルダ３６Ａ及び３７Ａ等に設けられた真空吸着部又は静電吸着部等の吸着部は、これらの段付け加工された周縁部を介して透光性平板Ｐ１及びＰ２を保持するものとしている。
ところで、以上の例においては、第２の回折格子Ｇ２１ＡとウエハＷとの間には、空気（窒素または希ガスでも良い）が存在するものとしていたが、これに代わり、図１９の例と同様に、所定の液体（例えば水）等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Ｇ２１Ａの周期Ｔ２及び第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２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。
なお、第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２との間にのみ水等の誘電体を満たすことが効果的である場合には、第２の実施形態の図２７に示す如き構成を採用することもできる。
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またはウエハ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。
また、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。
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。
また、上記各実施形態では、図５のウエハベース５０、及びコラム構造体（７５又は７５Ａ）の支持部材９６Ａ，９６Ｂはそれぞれ直接床ＦＬに設置されているものとしたが、これらは同一あるいは異なる防振装置を介して床上に設置することが望ましい。このとき、図１の照明光学系ＩＳの少なくとも一部（例えば透光性平板Ｐ１側に配置される光学素子を含む）を、例えばコラム構造体が設置される、防振機構で支持されるベース上に配置してもよい。
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。
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。
本発明の第１の実施形態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１の露光装置のウエハステージ系及び透光性平板用のＺ位置検出系を示す斜視図である。 図１中の透光性平板Ｐ１及びＰ２用の保持駆動機構を示す平面図である。 図１中の透光性平板Ｐ１及びＰ２用の保持駆動機構を示す一部を切り欠いた平面図である。 図１中の透光性平板Ｐ１及びＰ２用の保持駆動機構及び交換機構を示す一部を切り欠いた側面図である。 図１中のウエハステージ３８を示す平面図である。 図１中のホルダ３６Ａ及び３７ＡのＺ方向の位置を計測するレーザ干渉計の一例を示す一部を切り欠いた図である。 （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。 第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの位置関係、及び回折光ＬＰ，ＬＭ，ＬＰ０，ＬＰ１を示す断面図である。 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。 第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２を示す図である。 照明光の入射角度ずれが、ウエハＷ上に形成される干渉縞の強度分布の位置ずれに与える影響を説明する図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は照明光の入射角度ずれが無い場合を示す図、（Ｃ）及び（Ｄ）は照明光の入射角度ずれがある場合を示す図である。 （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２８を示す図である。 本発明の露光装置の別の実施形態を示す図である。 視野絞り２２の例を示す断面図である。 本発明の露光装置のさらに別の実施形態を示す図である。 第１の透光性平板への照明光の収束発散状態を説明する図である。 透光性平板Ｐ１及びＰ２の吸着保持部の構造の一例を示す一部を切り欠いた拡大図である。 （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。 本発明の第２の実施形態の露光装置の概略を示す図である。 （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，Ｇ１２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Ｇ２１Ａを示す図である。 第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１ＡとウエハＷの位置関係、及び回折光ＬＰ，ＬＭ，ＬＰ０，ＬＰ１を示す断面図である。 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。 照明光の入射角度ずれが、ウエハＷ上に形成される干渉縞の強度分布の位置ずれに与える影響を説明する図である。 第１の回折格子Ｇ１５，Ｇ１６と第２の回折格子Ｇ２３Ａを、第１の透光性平板Ｐ３の両面のそれぞれに設けた状態を示す図である。 回折格子Ｇ１７，Ｇ１８を、透光性平板Ｐ４のウエハＷ側に設けた状態を示す図である。 透光性平板Ｐ２と透光性平板Ｐ１との間に液体を満たす機構の説明図である。 （Ａ）は本発明の第３の実施形態の露光装置の照明光学系の一部を示す平面図、（Ｂ）はそ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２８の露光装置の照明光学系を示す平面図である。 第１の透光性平板への照明光の入射角度の面内変化を説明する図である。 第１の透光性平板への照明光の発散／収束について説明する図である。 （Ａ）は第１の透光性平板Ｐ１ａ上に形成した第１の回折格子Ｇ１３，Ｇ１４を示す図、（Ｂ）は第２の透光性平板Ｐ２ａ上に形成した第２の回折格子Ｇ２２Ａを示す図である。 （Ａ）は第１の透光性平板Ｐ１ａ上に形成した第１の回折格子Ｇ１３，Ｇ１４から発生する回折光の角度分布について説明する図、（Ｂ）は第２の透光性平板Ｐ２ａ上に形成した第２の回折格子Ｇ２２Ａから発生する回折光の角度分布を示す図である。 照明光ＩＬ８の強度分布と第１の透光性平板Ｐ１との相対位置関係の変化について説明する図である。
符号の説明
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…照明開口絞り、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，３６ｂ…第１保持機構、３７ａ，３７ｂ…第２保持機構、Ｗ…基板（ウエハ），３８…ウエハステージ，４０…レーザ干渉計、Ｇ１１，Ｇ１３…第１の回折格子、Ｇ２１，Ｇ１４，Ｇ１６…第２の回折格子、ＩＬ１〜ＩＬ１０…照明光

Claims (24)

  1. 光源からの照明光の照明光路中に、前記光源側から順に第１の回折格子及び第２の回折格子を直列に配置し、前記第２の回折格子からの回折光を感光性の基板に照射し、前記基板上に干渉縞パターンを露光する露光方法であって、
    前記第２の回折格子と前記基板との第１の位置関係を、第１の位置計測機構により計測する工程と、
    前記第１の位置関係の計測値に応じて、前記第１の位置関係を所定の位置関係に設定する工程と
    を有することを特徴とする露光方法。
  2. 前記第１の位置関係は、前記基板の表面に平行な方向の位置関係を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
  3. 前記第１の位置関係は、前記基板の表面に垂直な軸の周りの回転方向の位置関係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。
  4. 前記第１の位置関係は、前記基板の表面に平行な軸の周りの回転方向の位置関係を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の露光方法。
  5. 前記第１の位置関係は、前記基板の表面に垂直な方向の位置関係を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の露光方法。
  6. 前記第１の回折格子と前記第２の回折格子との第２の位置関係を、第２の位置計測機構により計測する工程と、
    前記第２の位置関係の計測値に応じて、前記第２の位置関係を所定の位置関係に設定する工程とを
    さらに有する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。
  7. 前記第２の位置関係は、前記基板の表面に平行な方向の位置関係を含むことを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
  8. 前記第２の位置関係は、前記基板の表面に垂直な軸の周りの回転方向の位置関係を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の露光方法。
  9. 前記第２の位置関係は、前記基板の表面に平行な軸の周りの回転方向の位置関係を含むことを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の露光方法。
  10. 前記第２の位置関係は、前記基板の表面に垂直な方向の位置関係を含むことを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の露光方法。
  11. 前記第２の位置関係の計測結果に基づいて、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子との間隔に対応する第１の実効距離を、前記第２回折格子と前記基板との間隔に対応する第２の実効距離に概ね等しく設定する工程を有することを特徴とする請求項１０に記載の露光方法。
  12. 前記第１の位置計測機構はレーザ干渉計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。
  13. 前記第２の位置計測機構はレーザ干渉計を含むことを特徴とする請求項６から１２のいずれか一項に記載の露光方法。
  14. 前記第１の回折格子に照射される前記照明光の入射角度範囲は、第１の方向については２［ｍｒａｄ］以下であり、前記第１の方向と直交する第２の方向については２［ｍｒａｄ］以上であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の露光方法。
  15. 電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、
    請求項１から１４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。
  16. 光源からの照明光の照明光路中に、前記光源側から順に第１の回折格子及び第２の回折格子を直列に配置し、前記第２の回折格子からの回折光を感光性の基板に照射し、前記基板上に干渉縞パターンを露光する露光装置であって、
    前記第２の回折格子と前記基板との第１の位置関係を計測する第１の位置計測機構と、
    前記第１の位置計測機構の計測値に応じて、前記第１の位置関係を所定の位置関係に設定する制御装置と
    を備えたことを特徴とする露光装置。
  17. 前記第１の位置関係は、前記基板の表面に平行な方向及び垂直な方向のうちの少なくとも一方の位置関係を含むことを特徴とする請求項１６に記載の露光装置。
  18. 前記第１の位置関係は、前記基板の表面に垂直な軸及び平行な軸のうちの少なくとも一方の軸の周りの回転方向の位置関係を含むことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の露光装置。
  19. 前記第１の回折格子と前記第２の回折格子との第２の位置関係を計測する第２の位置計測機構をさらに備え、
    前記制御装置は、前記第２の位置計測機構の計測値に応じて、前記第２の位置関係を所定の位置関係に設定することを特徴とする請求項１６から１８のいずれか一項に記載の露光装置。
  20. 前記第２の位置関係は、前記基板の表面に平行な方向及び垂直な方向のうちの少なくとも一方の位置関係を含むことを特徴とする請求項１９に記載の露光装置。
  21. 前記第２の位置関係は、前記基板の表面に垂直な軸及び平行な軸のうちの少なくとも一方の軸の周りの回転方向の位置関係を含むことを特徴とする請求項１９又は２０に記載の露光装置。
  22. 前記制御装置は、
    前記第２の位置計測機構の計測結果に基づいて、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子との間隔に対応する第１の実効距離を、前記第２回折格子と前記基板との間隔に対応する第２の実効距離に概ね等しく設定することを特徴とする請求項２０に記載の露光装置。
  23. 前記第１及び第２の位置計測機構はそれぞれレーザ干渉計を含むことを特徴とする請求項１９から２２のいずれか一項に記載の露光装置。
  24. 前記第１の回折格子に照射される前記照明光の入射角度範囲を、第１の方向については２［ｍｒａｄ］以下であり、前記第１の方向と直交する第２の方向については２［ｍｒａｄ］以上とする照明光制御手段を備えることを特徴とする請求項１６から２３のいずれか一項に記載の露光装置。
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