DE69324532T2

DE69324532T2 - Lichtquelle für ein Heterodyninterferometer

Info

Publication number: DE69324532T2
Application number: DE69324532T
Authority: DE
Inventors: Hideo Mizutani; Kazuya Ota
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2013-07-15
Also published as: DE69324532D1; US5530256A; EP0581118A1; US5569929A; EP0581118B1; US5530257A; US5488230A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung, die für eine Positionserfassung heterodynen Typs geeignet ist, und betrifft eine Positionserfassungsvorrichtung des heterodynen Typs, die die Doppelstrahllichtquellenvorrichtung verwendet, und ist insbesondere geeignet auf eine Hochpräzisionsausrichtvorrichtung anzuwenden, um einen Wafer oder ein Maske bei Halbleiterproduktionsgeräten auszurichten.

Verwandter technischer Hintergrund

Seit kurzem werden Projektionsbelichtungsvorrichtungen, die auch Stepper genannt werden, oft als Vorrichtungen für eine Reproduktion eines feinen Musters mit einer hohen Auflösung, beispielsweise für Halbleiterelemente, auf einem Halbleiterwafer verwendet. Insbesondere, da seit kurzem eine Erhöhung der Dichte von durch eine solche Vorrichtung hergestellten LSI erfordert wird, ist es erwünscht, ein feineres Muster auf einem Wafer zu replizieren. Eine höhere Positionspräzision (Ausrichtung) ist für eine Replikation eines feineren Musters notwendig.
Beispielsweise offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 62-268003 eine Vorrichtung zum Ausführen einer Positionserfassung mit hoher Präzision unter Verwendung des heterodynen Interferenzverfahrens.
Diese Vorrichtung verwendet einen Zeeman-Laser, der einen Strahl, einschließlich P-polarisiertem Licht und S- polarisiertem Licht mit jeweilig etwas voneinander unterschiedlichen Frequenzen, als eine Lichtquelle für eine Ausrichtung aussendet, bei der der Strahl vom Zeeman-Laser durch einen Polarisationsstrahltrenner in P-polarisiertes Licht der Frequenz f&sub1; und s-polarisiertes Licht der Frequenz f&sub2; aufgeteilt wird, und die so aufgeteilten Strahlen durch einen Reflexionsspiegel geführt werden, um eine auf einer Strichplatte (Maske) ausgebildete Beugungsgittermarkierung (Ausrichtmarkierung) in zwei vorbestimmten Richtungen zu bestrahlen. Ein durchsichtiges Fenster ist in einer Position benachbart zur Beugungsgittermarkierung (Brechungsgitterinarkierung) auf der Strichplatte (Reticle) angebracht, durch das ein Teil der auf die auf die Brechungsgittermarkierung auftreffenden Strahlen hindurchtitt, um eine auf einem Wafer ausgebildete Brechungsgittermarkierung in zwei vorbestimmten Richtung zu beleuchten.
Wenn die zwei Strahlen mit unterschiedlicher Frequenz somit die Beugungsgittermarkierungen jeweilig in den zwei Richtungen beleuchten, wird bewirkt, daß gebeugtes Licht von jeder Beugungsgittermarkierung durch einen Polarisator im Erfassungssystem hindurchtritt, so daß diese miteinander interferieren, wodurch zwei optische Schwingungssignale durch photoelektrische Umwandlung von interferierendem Licht durch jeweilige Photoelektrische Detektoren erhalten werden. Eine relative Phasendifferenz zwischen den zwei Signalen entspricht einer Abweichgröße zwischen den zwei Strahlen, die einander auf Beugungsgittermarkierungen und dem Substrat (Strichplatte (Reticel) oder Wafer) schneiden. Beispielsweise mit einem Bezugssignal, das eins der erfaßten optischen Schwingungssignale darstellt, wird die Strichplatte relativ zum Wafer bewegt, so daß die Phasendifferenz Null oder ein bestimmter Wert wird, wodurch eine Hochpräzisionspositionserfassung ausgeführt wird. Es ist jedoch für die Positionserfassungsvorrichtung, die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 62-261003 offenbart ist, schwierig, P-polarisiertes Licht vom S- polarisierten Licht genau zu trennen. Beispielsweise könnte der Strahl einer Frequenz f&sub2; in den Strahl einer Frequenz f&sub1; hineingemischt sein, von dem ursprünglich angenommen wird, daß er für eine Beleuchtung der Beugungsgittermuster unverfälscht ist, was eine Verschlechterung des SN (Signal- Rausch)-Verhältnisses der erhaltenen optischen Schwingungssignale zur Folge hat. Die Verschlechterung eines SN-Verhältnisses hat ein Problem einer Verminderung der Erfassungsgenauigkeit zur Folge.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2-227604 offenbart eine andere Positionserfassungsvorrichtung, die eine Positionserfassung mit einem hervorragenden SN- Verhältnis durchführen kann, unter Verwendung des heterodynen Interferenzverfahrens.
Diese Vorrichtung ist so angeordnet, daß ein Strahl von einer Laserquelle mittels eines Strahlspalters aufgespalten wird in zwei Strahlen, und bewirkt wird, daß einer der zwei aufgespaltenen Strahlen durch einen von zwei unterschiedlichen akusto-optischen Modulatoren (AOM) hindurchtritt, und der andere Strahl durch den anderen AOM hindurchtritt, wodurch die zwei Strahlen jeweilige Frequenzunterschiede aufweisen, die voneinander unterschiedlich sind. Die zwei Strahlen mit den voneinander unterschiedlichen Frequenzunterschieden belichten Beugungsgittermarkierungen auf einer Strichplatte und einem Wafer jeweilig in zwei Richtungen. Gebeugte Lichtkomponenten, die von der Beugungsgittermarkierung in die gleiche Richtung ausgehen, interferieren miteinander. Zwei optische Schwebungssignale (Schwingungssignale) werden mittels photoelektrischer Umwandlung aus interferierendem Licht durch jeweilige photoelektrische Detektoren erhalten. Eine jeweilige Ausrichtung wird zwischen der Strichplatte und dem Wafer unter Verwendung der zwei optischen Schwingungssignale mit hoher Präzision erzielt. So angeordnet kann eine Mischung von Strahlen mit unterschiedlicher Frequenz vermieden werden, um so eine Erfassung mit hervorragendem SN-Verhältnis zu ermöglichen.
Bei der Positionserfassungsvorrichtung, die das heterodyne Interferenzverfahren verwendet, wie in der obigen offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-227604 offenbart, wird jedoch ein optisches Bauteil (einschließlich des Strahlaufspalters) verwendet, um einen Strahl von einer Laserquelle aufzuteilen, um zwei Strahlen mit unterschiedlicher Frequenz zu erhalten (heterodyne Strahlen) und zwei akusto-optische Modulatoren werden für ein Erzeugen der Frequenzunterschiede in den zwei das optische Bauteil verlassenden Strahlen verwendet. Solch eine Anordnung ist kompliziert und erhöht die Größe der Vorrichtung, was unvorteilhaft ist. Auch ist es zunächst ein Problem, daß die Einstellung des optischen Bauteils schwierig ist, und es daher schwierig ist, die Präzision einer Positionserfassung bei der Anordnung, bei der die zwei Strahlen mit unterschiedlicher Frequenz durch Bereitstellen von zwei akusto-optischen Modulatoren erzeugt werden, innerhalb eines bestimmten erlaubten Fehlerbereichs zu halten.
Auch erhöht sich bei der Positionserfassungsvorrichtung, die das heterodyne Interferenzverfahren verwendet, wie in obiger offengelegter japanischen Patentanmeldung Nr. 2-227604 offenbart, eine optische Pfaddifferenz zwischen den zwei aufgetrennten Strahlen proportional zur Wellenlänge, falls die zwei Strahlen (heterodyne Strahlen) mit unterschiedlicher Frequenz durch ein Auftrennen eines Strahls von einer Laserquelle erzeugt werden. Es ist daher theoretisch unvermeidlich, monochromatisches Licht (Licht einer einzigen Wellenlänge), wie beispielsweise einen Laserstrahl, als die Lichtquelle für eine Positionserfassung zu verwenden. Falls die Ausrichtung vor einer Replikation eines Schaltungsmusters auf einer Strichplatte auf einen Wafer mit einem darauf abgelagerten Resist (photoempfindliches Material) mit monochromatischem Licht durchgeführt wird, entsteht ein zweites Problem, nämlich ein Verringern der Ausrichtpräzision aufgrund eines Einflusses einer Dünnfilminterferenz durch den Resist.
Allgemein neigt bei einem durch multiple Prozesse laufenden Wafer dessen Ausrichtmarkierung dazu, im Querschnitt zu kollabieren, was zur Folge hat, daß der Querschnitt asymmetrisch ist. Unter solchen Umständen weist das Ausrichtverfahren, das eine Interferenz von monochromatischem Licht wie beispielsweise einem Laserstrahl verwendet, ein drittes Problem auf, nämlich eine Verringerung der Erfassungspräzision einer Position einer Markierung für eine Ausrichtung, wenn der Querschnitt einer Ausrichtmarkierung asymmetrischer wird.
Die US-A-4363114 offenbart ein optisches System, bei dem eine Bragg-Zelle einen einzelnen Laserstrahl in zwei räumlich getrennte Strahlen unterschiedlicher Frequenzen auftrennt, die gleiche Pfadlängen zu einem Strahlzusammenführer (Combiner) zurücklegen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die beanspruchte vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Probleme erzielt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung bereitzustellen, die für ein heterodynes Interferenzverfahren geeignet ist, und eine Positionserfassungsvorrichtung bereitzustellen, die das heterodyne Interferenzverfahren verwendet, welche eine einfache Struktur aufweist und eine einfache Einstellung von optischen Bauteilen ermöglicht. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochpräzisionsausrichtvorrichtung bereitzustellen, die das heterodyne Interferenzverfahren verwendet.
Wie oben beschrieben, ist es beim heterodynen Interferenzverfahren notwendig, daß, wenn zwei Strahlen an einem einzigen Punkt zusammengeführt werden, eine Frequenzdifferenz zwischen den zwei Strahlen zu einem Zeitpunkt ein vorbestimmter Wert ist. Aus diesem Grund ist eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, so ausgerichtet, daß ein einzelner Laserstrahl von einer Quelle ausgesendet wird, und daß eine Trennung in zwei Strahlen oder eine Bereitstellung einer Frequenzdifferenz zwischen den zwei Strahlen an einem einzigen Punkt in einem einzelnen Element ausgeführt wird, was eine Übereinstimmung einer optischen Fahrtlänge mit hoher Genauigkeit sicherstellt.
Insbesondere umfaßt eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, (a) eine Einzelstrahllichtquelle, um einen einzelnen kollimierten Strahl bereitzustellen, und (b) eine Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung, um den von der Lichtquellenvorrichtung ausgegebenen Strahl zu empfangen, ihn unter Erzeugung einer vorbestimmten Frequenzdifferenz zwischen den zwei Strahlen in zwei Strahlen aufzutrennen, wobei sich die zwei Strahlen radial ausbreiten.
Die Einzelstrahllichtquelle sendet einen kollimierten Strahl in Richtung eines Strahlaufspalters aus. Das ausgesendete Licht kann Licht einer einzelnen Wellenlänge oder Licht mit einer Vielzahl von Wellenlängen sein, wie beispielsweise weißes Licht. Eine Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung eines ersten Typs, die bei der Doppelstrahllichtquellenvorrichtung dir vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, verwendet wird, umfaßt (i) einen Strahlaufspalter, der einen von der Einzelstrahllichtquelle ausgesendeten Strahl empfängt, und diesen in zwei Strahlen auftrennt, die beide in unterschiedliche Richtungen verlaufen, (ii) ein erstes optisches Relaissystem, um die zwei von der Strahlenauftrennvorrichtung ausgehenden Strahlen zu empfangen, und (iii) einen Modulator, der an einer Position angeordnet ist, an der die zwei Strahlen durch das erste optische Relaissystem zusammengeführt werden, um eine Frequenz in Übereinstimmung mit einer Auftreffrichtung zu ändern, und um eine Austrittsrichtung zu ändern.
Die Strahlauftrennvorrichtung trennt den auftreffenden Strahl in zwei in unterschiedliche Richtungen verlaufende Strahlen mit gleicher Wellenlänge, wobei deren Wellenfronten miteinander ausgerichtet sind. Die Strahlauftrennvorrichtung ist vorzugsweise ein Beugungsgitter. Wenn ein Beugungsgitter verwendet wird, können zwei Strahlen, die die gleiche Wellenlänge aufweisen, in unterschiedliche Richtungen austreten, wobei die Wellenfronten ausgerichtet sind, indem Licht n-ter Ordnung und -n-ter Ordnung ausgewählt wird, wobei die Wellenlänge die Beugungsbedingung erfüllt.
Die zwei aufgetrennten Strahlen werden innerhalb des Modulators durch das erste optische Relaissystem gesammelt. Der Modulator kann ein (i) akustooptischer Modulator, oder (ii) eine radiale Gittervorrichtung, oder (iii) ein elektrooptischer Modulator, oder (iv) eine photochrome, oder (v) eine Flüssigkristallvorrichtung sein, bei der ein sich periodisch änderndes Beugungsgitter durch akustische Mittel, Rotationsbewegungsmittel oder elektrische Mittel erzeugt wird. Die zwei Strahlen werden in dem so erzeugten Beugungsgitter einer Bragg-Beugung unterzogen, um gebeugtes Licht zu erzeugen. Durch ein geeignetes Auswählen von Komponenten oder Strahlen des gebeugten Lichts können zwei Strahlen, die in unterschiedlichen Richtungen verlaufen und ausgerichtete Wellenfronten und einen vorbestimmten Frequenzunterschied aufweisen, erhalten werden.
Falls die Bildungsrichtung eines Beugungsgitters in einer Änderungsvorrichtung (beispielsweise eine Ausbreitungsrichtung eines optischen Signals (Kompressionswelle) im Falle eines akusto-optischen Modulators) so ausgerichtet ist, daß sie eine Ebene schneidet, die Vektoren oder Ausbreitungsrichtungen der zwei eintreffenden Strahlen einschließt, kann eine Mischung von Licht nullter Ordnung in gebeugtes Licht verhindert werden, um so Rauschkomponenten in den zwei erhaltenen Strahlen zu vermindern.
Als ein Frequenzdifferenzerzeuger eines zweiten Typs, verwendet bei der Doppelstrahllichtquellenvorrichtung der beanspruchten Erfindung, wird aufgebaut, indem ein zweiter Modulator hinter der Frequenzerzeugungsvorrichtung des ersten Typs bereitgestellt wird. Im Detail umfaßt die Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung vom zweiten Typ (i) einen Strahlauftrenner, um einen von einer Einzelstrahllichtquelle ausgesendeten Strahl zu empfangen, um ihn in zwei Strahlen aufzutrennen, die sich in wechselseitig unterschiedlichen Richtungen ausbreiten, (ii) ein erstes optisches Relaissystem, um die zwei von dem Strahlauftrenner ausgehenden Strahlen zu empfangen und zu sammeln, (iii) einen ersten Modulator, der an einem Ort angeordnet ist, an dem die zwei Strahlen durch das erste optische Relaissystem zusammengeführt werden, um eine Frequenz in Übereinstimmung mit einer Auftreffrichtung zu modulieren, und um eine Austrittsrichtung zu ändern, (iv) ein zweites optisches Relaissystem, um die zwei von der ersten Änderungsvorrichtung ausgehenden Strahlen zu empfangen und zu sammeln, und (v) einen zweiten Modulator, der an einem Ort angeordnet ist, an dem die zwei Strahlen durch das zweite optische Relaissystem zusammengeführt werden, um eine Frequenz in Übereinstimmung mit einer Auftreffrichtung zu modulieren, und um eine Austrittsrichtung zu ändern.
Die Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung vom zweiten Typ ist so angeordnet, daß ein Strahl von einer einzelnen Strahllichtquelle durch die Strahlauftrennvorrichtung, das erste optische Relaissystem und den ersten Modulator geführt wird, um die zwei in wechselseitig unterschiedlichen Richtungen verlaufenden Strahlen zu erhalten, die eine vorbestimmte Frequenzdifferenz aufweisen, wobei deren Quellenfronten wechselseitig ausgerichtet sind, ähnlich wie bei der Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung vom ersten Typ. Die zwei Strahlen werden innerhalb des zweiten Modulators durch das zweite optische Relaissystem zusammengeführt. Der zweite Modulator kann entweder ein (i) akustooptischer Modulator oder (ii) eine radiale Brechungsvorrichtung oder (iii) ein elektrooptischer Modulator oder (iv) eine photochrome Vorrichtung oder (v) eine Flüssigkristallvorrichtung sein, wie beim Modulator vom ersten Typ, bei der ein sich periodisch änderndes Beugungsgitter durch akustische Mittel, Rotationsbewegungsmittel oder elektrische Mittel erzeugt wird. Bei dieser Anordnung kann bewirkt werden, daß die Bildungsrichtung eines Beugungsgitters des ersten Modulators und die Bildungsrichtung eines Beugungsgitters des zweiten Modulators entgegengesetzt zueinander mit Bezug auf die Ausbreitungsrichtung der Strahlen sind, wobei ein Pitch (Teilung) von jedem Beugungsgitter eingestellt werden kann. Der Frequenzunterschied zwischen den zwei letztendlich erhaltenen Strahlen kann auf einem einfach zu verarbeitenden Wert vermindert werden, falls die Frequenzdifferenz, die mit einer einzelnen Änderungsvorrichtung erhalten werden kann, zu groß ist. Es ist bei einer Einstellung einer Frequenzdifferenz zu bevorzugen, daß der erste Modulator und der zweite Modulator vom gleichen Typ sind. Durch ein geeignetes Auswählen von gebeugten Lichtkomponenten vom Bragg-gebeugtem Strahl, durch die so erzeugten Beugungsgitter kann man zwei Strahlen erhalten, die in unterschiedlichen Richtungen verlaufen, und ausgerichtete Wellenfronten und eine Frequenzdifferenz aufweisen, die innerhalb eines einfach mittels Signalverarbeitung zu verarbeitenden Bereichs liegt.
Falls die Ausbildungsrichtungen von Beugungsgittern im ersten und zweiten Modulator so angeordnet sind, daß sie eine Ebene schneiden, die Ausbreitungsrichtungsvektoren der zwei auftreffenden Strahlen einschließt, kann eine Mischung von Licht nullter Ordnung in gebeugtes Licht effektiv verhindert werden, um Rauschkomponenten in den zwei Strahlen zu verhindern.
Eine Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung eines dritten Typs, bei der Doppelstrahllichtquellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, verwendet, umfaßt einen Trennmodulator, der aus einem einzigen Element besteht, das als die Strahlauftrennvorrichtung und der Modulator bei der Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung des ersten Typs dient, unter Auslassung des ersten optischen Relaissystems. Der Trennmodulator schließt einen einzigen akusto-optischen Modulator ein, bei dem ein eintreffender einzelner Strahl durch ein Beugungsgittermuster der Raman-Nath-Beugung unterzogen wird, wobei das Beugungsgittermuster durch eine Kompressionswelle erzeugt wird, die an den akusto-optischen Modulator angelegt wird, wodurch zwei in zwei vorbestimmte Richtungen verlaufende Strahlen erhalten werden, die ausgerichtete Wellenfronten und eine vorbestimmte Frequenzdifferenz aufweisen.
Eine Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung eines vierten Typs, die bei der Doppelstrahllichtquellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, verwendet wird, wird erhalten, indem ein weiterer Modulator hinter der Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung eines dritten Typs angeordnet wird. Im Detail umfaßt die Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung des vierten Typs (i) einen Auftrennmodulator, um einen von einer einzelnen Strahllichtquelle ausgesendeten Strahl zu empfangen, ihn in zwei in wechselseitig unterschiedliche Richtungen verlaufende Strahlen aufzutrennen und um eine vorbestimmte Frequenzänderung an die zwei Strahlen anzulegen, (ii) ein optisches Relaissystem, um die zwei von dem Strahlauftrennfrequenzmodulator ausgehenden Strahlen zu empfangen und zu sammeln, und (iii) einen Modulator, der an einer Position angeordnet ist, an dem die zwei Strahlen durch das optische Relaissystem zusammengeführt werden, um eine Frequenz in Übereinstimmung mit einer Auftreffrichtung zu modulieren, und um eine Austrittsrichtung zu ändern.
Die Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung vom vierten Typ ist so angeordnet, daß der Trennmodulator den einzigen Strahl von der einzelnen Strahllichtquelle in zwei Strahlen auftrennt und moduliert, die in unterschiedliche Richtungen verlaufen und ausgerichtete Wellenfronten und eine vorbestimmte Frequenzdifferenz aufweisen, auf die gleiche Weise wie bei der Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung vom dritten Typ. Die zwei Strahlen werden durch das optische Relaissystem innerhalb des Modulators zusammengeführt. Der Modulator ist ein akustooptischer Modulator, bei dem ein periodisch sich änderndes Beugungsgitter durch die Anwendung von akustischen Signalen erzeugt wird. Indem die Bildungsrichtung eines Beugungsgitters des Trennmodulators und die Bildungsrichtung eines Bildungsgitters des Modulators mit Bezug auf die Ausbreitungsrichtung der Strahlen entgegengesetzt zueinander eingestellt werden, und indem der Pitch (Trennung) der Beugungsgitter eingestellt wird, kann eine Frequenzdifferenz zwischen den letztendlich erhaltenen Strahlen auf ein einfach zu verarbeitendes Ausmaß reduziert werden, falls die durch den Trennmodulator erhaltene Frequenzdifferenz zu groß ist. Die Strahlen werden durch das so erzeugte Beugungsgitter im Trennmodulator der Raman-Nath- Beugung unterzogen, und durch das in dem Modulator erzeugte Beugungsgitter der Bragg-Beugung unterzogen. Durch ein geeignetes Auswählen von gebeugten Lichtkomponenten kann man zwei sich in unterschiedliche Richtungen ausbreitende Strahlen erhalten, die ausgerichtete Wellenfronten und eine Frequenzdifferenz aufweisen, die innerhalb eines mittels Signalverarbeitung einfach zu verarbeitenden Bereichs liegt.
Falls die Ausbildungsrichtung eines Beugungsgitters im Modulator so angeordnet ist, daß sie sich mit einer Ebene schneidet, die die Ausbreitungsrichtungsvektoren von zwei eintreffenden Strahlen einschließt, kann die Mischung von Licht nullter Ordnung in das gebeugte Licht wirksam verhindert werden, um Rauschkomponenten in den zwei Strahlen zu reduzieren.
Eine Positionserfassungsvorrichtung der beanspruchten vorliegenden Erfindung verwendet eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie beschrieben, die durch das heterodyne Interferenzverfahren eine relative Position zwischen zu messenden Objekten erfaßt. Genauer gesagt, umfaßt die Positionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, (i) die Doppelstrahllichtquellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung, (ii) eine Strahlauftrennvorrichtung, um die zwei von der Doppelstrahllichtquellenvorrichtung ausgehenden Strahlen in zwei Sätze von Doppelstrahlen aufzutrennen, (iii) einen ersten Kondensor, um einen von von der Strahlauftrennvorrichtung ausgehenden Satz von Doppelstrahlen zu sammeln (konzentrieren), (iv) ein Bezugsbeugungsgitter, das an der Sammelstelle des ersten Kondensors angeordnet ist, (v) einen ersten Photodetektor, um ein optisches Signal oder gebeugtes Licht von dem Bezugsbeugungsgitter zu erfassen, (vi) einen zweiten Kondensor, um den anderen von dem Separator ausgehenden Satz von Doppelstrahlen zu sammeln, (vii) einen zweiten Photodetektor, um ein optisches Bild oder gebeugtes Licht von einem Beugungsgitter auf einem zu messenden Objekt zu erfassen, der an einer Sammelposition des zweiten Kondensors angeordnet ist, und (viii) einen optischen Bildprozessor, um ein Ausgabesignal vom ersten Photodetektor und ein Ausgabesignal vom zweiten Photodetektor zu empfangen, um die zwei optischen Bilder miteinander zu vergleichen, und um eine Verschiebegröße (Versatzgröße) des zu messenden Objekts von der Bezugsposition zu berechnen.
Weiter kann zusätzlich zur Anordnung der obigen Positionserfassungsvorrichtung eine Vorrichtung einen dritten Kondensor enthalten, um die zwei Strahlen, die nach einer Sammlung durch den zweiten Kondensor sich verbreiten, wieder zu sammeln, und einen dritten Photodetektor, um ein optisches Bild von durch einem Beugungsgitter gebeugtem Licht auf einem zweiten zu messenden Objekt zu erfassen, das an einer Sammelstelle des dritten Kondensors angeordnet ist, wobei der optische Bildprozessor ein Ausgabesignal vom dritten Photodetektor zusätzlich zu den Ausgabesignalen des ersten und zweiten Photodetektors empfängt, und eine relative Positionsabweichung zwischen der Position des ersten zu messenden Objektes und der Position des zweiten gemessenen Objektes erhalten wird, wodurch die Abweichung zwischen den zwei gemessenen Objekten akkurat gemessen werden kann. Die Vorrichtung kann weiter einen Ansteuerer für das erste gemessene Objekt und einen Ansteuerer für das zweite gemessene Objekt enthalten, wobei eine Abweichung zwischen den gemessenen Objekten für eine Ausrichtung eingestellt wird, wodurch eine genaue Ausrichtvorrichtung erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung, wie beansprucht, ist vollständiger mit der im folgenden gegebenen detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen zu verstehen, die nur dem Zwecke einer Illustration dienen, und somit nicht als die vorliegende Erfindung beschränkend zu betrachten sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Zeichnung der schematischen Struktur des ersten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;
Fig. 2 und 3 sind Aufsichten, um das Auftreten von Beugungsgittermarkierungen zu zeigen;
Fig. 4 und 5 sind Aufsichten, um ein Auftreten von Feldaperturen zu zeigen, die in einem optischen Ausrichtsystem bereitgestellt sind;
Fig. 6 zeigt eine Zeichnung der Struktur eines Doppelstrahlerzeugungsabschnitts (der ein Abschnitt ist, der zwei Strahlen mit unterschiedlicher Frequenz erzeugt) im ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 ist eine Zeichnung, um die Theorie einer akustischen Bragg-Beugung durch einen akusto-optischen Modulator zu veranschaulichen;
Fig. 8 und Fig. 9 sind Zeichnungen, um eine Situation zu zeigen, um Rauschlicht in einem akusto-optischen Modulator im ersten Ausführungsbeispiel zu erzeugen;
Fig. 10 zeigt eine Zeichnung der schematischen Struktur des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 zeigt eine Zeichnung der Struktur eines Doppelstrahlerzeugungsabschnitts (der ein Abschnitt ist, um zwei Strahlen mit unterschiedlicher Frequenz zu erzeugen) im zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 12 bis 15 sind Zeichnungen, um eine Situation zu zeigen, um Rauschlicht im zweiten akusto-optischen Modulator im zweiten Ausführungsbeispiel zu erzeugen;
Fig. 16 zeigt eine schematische konstitutionelle Zeichnung einer Projektionsbelichtungsvorrichtung, auf die das erste Ausführungsbeispiel einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet ist;
Fig. 17 ist eine Zeichnung, um den Betrieb eines akusto- optischen Modultors 17a im dritten Ausführungsbeispiel zu veranschaulichen;
Fig. 18 zeigt eine erklärende Zeichnung der Theorie einer Raman-Nath-Beugung durch einen akusto-optischen Modulator;
Fig. 19 zeigt eine schematische konstitutionelle Zeichnung, einer Projektionsbelichtungsvorrichtung im vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 20 ist eine Zeichnung, um den Betrieb von zwei akusto- optischen Modulatoren 17a und 60 im vierten Ausführungsbeispiel zu veranschaulichen;
Fig. 21 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung von optischen Bauteilen von einem Beugungsgitter 14 zu einem Raumfilter 19 im fünften Ausführungsbeispiel;
Fig. 22 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung von optischen Bauteilen von einem Beugungsgitter 14 zu einem Raumfilter 19;
Fig. 23 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung von optischen Bauteilen von einer Relaislinse 18b zu einem Raumfilter 61;
Fig. 24 zeigt eine Zeichnung eines Beispiels, bei dem eine Lichtquellenvorrichtung aus einer Vielzahl von Laserquellen, die Strahlen mit voneinander unterschiedlichen Wellenlänge aussenden, und einem gekerbten Beugungsgitter besteht;
Fig. 25 zeigt eine Zeichnung eines Beispiels, bei dem eine Strahlauftrennvorrichtung aus einem Wollaston-Prisma besteht;
Fig. 26 zeigt ein optisches Pfaddiagramm, um ein weiteres Produktionsverfahren der zwei Strahlen mit einem Beugungsgitter 14 zu veranschaulichen;
Fig. 27 zeigt eine schematische konstitutionelle Zeichnung einer Projektionsbelichtungsvorrichtung in einer Abwandlung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 28 zeigt eine Zeichnung, um den Betrieb von zwei akusto- optischen Modulatoren 70, 17 in der Abwandlung zu veranschaulichen;
Fig. 29 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung von optischen Bauteilen von einem AOM 70 zu einem Raumfilter 19 zu zeigen;
Fig. 30 zeigt eine erklärende Ansicht, um ein radiales Gitter zu veranschaulichen; und
Fig. 31 zeigt eine veranschaulichende Zeichnung eines Beispiel einer Bildung eines Beugungsgitters durch Anlegen einer Spannung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden detailliert mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es wird eine Projektionsbelichtungsvorrichtung in den bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, bei der die Doppelstrahllichtquellenvorrichtung und die Positionserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, verwendet wird.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt eine schematische konstitutionelle Zeichnung des ersten Ausführungsbeispiels einer Projektionsbelichtungsvorrichtung, bei der die Doppelstrallichtquelle und die Positionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Doppelstrahllichtquelle des ersten Ausführungsbeispiels verwendet die Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung des ersten Typs, wie vorhergehend beschrieben. Das erste Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf Fig. 1 detailliert beschrieben.
Eine Strichplatte (Maske) 1 weist ein vorbestimmtes Schaltungsmuster und eine Beugungsgittermarkierung RM für eine Ausrichtung auf, die am peripheren Abschnitt des Musters angeordnet ist, und auf einer Strichmusterstufe 2 gehalten wird, die zweidimensional beweglich ist. Die Strichplatte 1 wird konjugiert mit einem Wafer (Substrat) 4 bezüglich einer Projektionsobjektivlinse 3 angeordnet.
Belichtungslicht von einem optischen Beleuchtungssystem 40 wird durch einen dichroischen Spiegel 6, der mit 45º über der Strichplatte angeordnet ist, abwärts reflektiert, um die Strichplatte 1 einheitlich zu beleuchten. Das Muster auf der beleuchteten Strichplatte wird durch die optische Projektionslinse 3 auf den Wafer 4 repliziert. Auf dem Wafer 4 ist eine Beugungsgittermarkierung WM für eine Ausrichtung ausgebildet, die ähnlich der Beugungsgittermarkierung RM ist, die auf der Strichplatte ausgebildet ist.
Der Wafer 4 wird auf einer Waferstufe 5 gehalten, die sich zweidimensional in einem Wiederholschrittvorgang bewegt. Der Wafer wird schrittweise in eine nächste Schußposition bewegt, nachdem eine Replikation des Strichmusters in einem Aufnahmebereich beendet ist.
Gezeigt sind Interferometer, sowohl für die Strichmusterstufe 2 und die Waferstufe 5, um unabhängig Positionen der Stufen in der X-Richtung zu erfassen, in der Y-Richtung und in der Dreh-(θ)Richtung zu erfassen. Jede Stufe wird durch einen nicht-gezeigten Antriebsmotor in den Richtungen angetrieben.
Ein optisches Ausrichtsystem für eine Positionserfassung wird oberhalb des dichroischen Spiegels 6 angeordnet. Das optische Ausrichtsystem wird im folgenden detailliert beschrieben.
Eine weiße Lichtquelle 10, wie beispielsweise ein Xe-Lampe und eine Halogenlampe emittieren weißes Licht in einem Wellenlängenband, das unterschiedlich von dem des Belichtungslichts ist. Das weiße Licht wird durch eine Blende 11 mit variabler Apertur und einer Kondensorlinse 12 geführt, um in einen kollimierten Strahl L&sub0; umgewandelt zu werden. Der kollimierte Strahl L&sub0; wird durch einen Bandpaßfilter 13 geführt, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich extrahiert, um vertikal ein Beugungsgitter 14 zu beleuchten. Der kollimierte Strahl L&sub0;, der das Beugungsgitter 14 vertikal illuminiert, wird durch den Beugungseffekt des Beugungsgitters 14 in gebeugte Lichtkomponenten oder Strahlen ±1ter Ordnung (L&sub1;, L&sub2;) mit dem vorbestimmten Wellenlängenbereich aufgetrennt.
Die gebeugten Lichtkomponenten ±1ter Ordnung (L&sub1;, L&sub2;) mit dem vorbestimmten Wellenbereich werden durch ein optisches Relaissystem mit Linsen 15a und 15b zusammengeführt. Dann treten die gesammelten Strahlen mit dem gleichen Auftreffwinkel in Symmetrie miteinander in einen akusto- optischen Modulator (durch AOM bezeichnet) 17 ein. Ein Raumfilter 16 ist zwischen den Linsen 15a und 15b angeordnet, um die gebeugten Lichtkomponenten ±1ter Ordnung zu extrahieren, die das Beugungsgitter 14 verlassen.
Der AOM 17 wird durch ein Hochfrequenzsignal SF&sub1; einer Frequenz f&sub1; angesteuert. Die Strahlen L&sub1; und L&sub2; im vorbestimmten Wellenlängenbereich werden im AOM 17 der akustischen Bragg-Beugung unterzogen.
Es wird angenommen, daß die Strahlen L&sub1; und L&sub2; in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich jeweilig eine Frequenz f&sub0; aufweisen. Dann wird gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub1;(1) (im folgenden als Strahl L&sub1;(1) bezeichnet) des Strahls L&sub1; in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich durch den AOM 17 frequenzmoduliert, um eine Frequenz f&sub0;+f&sub1; aufzuweisen, wohingegen gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub2;(-1) (im folgenden als Strahl L&sub2;(-1)) des Strahls L&sub2; in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich durch den AOM 17 frequenzmoduliert wird, um eine Frequenz f&sub0;-f&sub1; aufzuweisen.
Danach tritt der Strahl L&sub1;(1) und der Strahl L&sub2;(-1) durch eine Linse 18a, einen Reflexionsspiegel 20, eine Linse 18b und eine Linse 21, und werden dann durch die Strahlauftrennvorrichtung 21 in zwei aufgeteilt. Ein Raumfilter 19 ist zwischen der Linse 18 und der Linse 18b bereitgestellt, und stellt ein optisches Relaissystem dar, um den gebeugten Lichtstrahl +1ter Ordnung L&sub1;(1) und dem gebeugten Lichtstrahl -1ter Ordnung L&sub2;(-1) zu extrahieren.
Der Strahl L&sub1;(1) und der Strahl L&sub2;(-1), die durch die Strahlauftrennvorrichtung 22 hindurchtreten, werden durch eine Linse 23 gebündelt, und bilden Interferenzgrenzlinien, die entlang der Pitchrichtung (Trennungsrichtung) auf einem als Bezug an einem Sammelpunkt der Linse 23 angeordneten Beugungsgitter 24 verlaufen. Durch das Beugungsgitter 24 gebeugtes Licht wird photoelektrisch als optisches Schwebungssignal durch einen Detektor 25 als Bezug erfaßt.
Auf der anderen Seite treten der durch die Strahlauftrennvorrichtung 22 reflektierte Strahl L&sub1;(1) und der Strahl L&sub2;(-1) durch ein optisches Relaissystem (26a, 26b, 27), eine Strahlauftrennvorrichtung 28 und eine Parallelebenenplatte 37.
Die Parallelebenenplatte 37 ist an oder in der Nähe der Pupillenkonjugationsposition der Projektionsobjektivlinse 3 angeordnet, so daß deren Inklinationswinkel bezüglich der optischen Achse eines optischen Ausrichtsystems variabel ist, und weist eine Funktion auf, das System telezentrisch zu halten. Die Parallelebenenplatte 37 kann durch eine Kombination einer dicken Parallelebenenplatte für eine grobe Einstellung mit einer dünnen Parallelebenenplatte für eine feine Einstellung ersetzt werden.
Der durch die Parallelebenenplatte 37 hindurchtretende Strahl L&sub1;(1) und der Strahl L&sub2;(-1) treten dann durch eine Objektivlinse 38 und den dichroischen Spiegel 6, um die Beugungsgittermarkierung RM auf der Strichplatte 1 in zwei Richtungen mit einem vorbestimmten Kreuzungswinkel zu beleuchten.
Im Falle, daß die Projektionslinse 3 für das Ausrichtlicht nicht achromatisch ist, ist die Objektivlinse 38 vorzugsweise ein optisches Bifokussystem, wie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 63-283129 vorgeschlagen. In dieser Anordnung werden die zwei in das optische Bifokussystem eintretenden Strahlen jeweilig in polarisierte Lichtkomponenten aufgetrennt, die zueinander rechtwinklig sind. Einer der zwei polarisierten Lichtkomponenten von jedem Strahl, in Richtung des ersten Fokus ausgerichtet, wird auf der Strichplatte konvergiert, wohingegen der andere der zwei polarisierten Lichtkomponenten von jedem Strahl, in Richtung des zweiten Fokus ausgerichtet, auf dem Wafer konvergiert wird.
Wenn der Strahl L&sub1;(1) und der Strahl L&sub2;(-1) die Beugungsgittermarkierung RM auf der Strichplatte beleuchten, weist die Strichplatte 1 ein Ausrichtlicht transmittierendes Fenster P&sub0; neben der Beugungsgittermarkierung RM auf, wie in Fig. 2 gezeigt, und die Beugungsgittermarkierung WM ist an der Position auf dem Wafer ausgebildet, die dem transmittierenden Fenster P&sub0; entspricht, wie in Fig. 3 gezeigt.
Die Strahlen L&sub1;(1) und L&sub2;(2) beleuchten die Beugungsgittermarkierung RM und das transmittierende Fenster P&sub0;, so daß sie diese abdecken, und so daß entlang der Abstandsrichtung verlaufende Interferenzlinien auf der Beugungsgittermarkierung RM ausgebildet werden. Gebeugtes Licht des Strahls +1ter Ordnung L&sub1;(1) und gebeugtes Licht des Strahls -1ter Ordnung L&sub2;(-1) schreiten in der zu der Beugungsgittermarkierung RM normalen Richtung voran (entlang der optischen Achse der optischen Projektionslinse 3).
Die Strahlen L&sub1;(1) und L&sub2;(-1) sind angeordnet, um die Beugungsgittermarkierung RM in den zwei Richtungen mit einem Kreuzungswinkel zu beleuchten, der die folgende Beziehung erfüllt.
(I) sinθRM = λ&sub0;/PRM
wobei PRM ein Pitch (Trennungsabstand) der Beugungsgittermarkierung RM ist,
λ&sub0; eine Basiswellenlänge von von der Lichtquelle 10 ausgesendetem Licht ist, und
θRM ein Auftreffwinkel des Strahls L&sub1;(1) oder Strahls L&sub2;(-1) in die Beugungsgittermarkierung RM ist.
Dadurch werden gebeugte Lichtstrahlen ±1ter Ordnung von der Beugungsgittermarkierung RM wieder durch den dichroischen Spiegel 6, die Objektivlinse 38 und die Parallelebenenplatte 37 hindurchgeführt. Danach werden die gebeugten Lichtstrahlen ±1ter Ordnung durch die Strahlauftrennvorrichtung 28 reflektiert, um durch eine Linse 29 und eine Strahlauftrennvorrichtung 30 hindurchzutreten, und um dann eine Feldapertur 34 zu erreichen.
Die Feldapertur 34 ist konjugiert mit der Strichplatte 1 angeordnet. Insbesondere weist die Feldapertur 34 einen Öffnungsbereich SRM an der Position auf, die der Beugungsgittermarkierung RM entspricht, um nur gebeugtes Licht von der Beugungsgittermarkierung RM auf der Strichplatte 1 dort hindurchzulassen, wie in Fig. 4 gezeigt.
Dann wird das von der Beugungsgittermarkierung RM durch die Feldapertur 34 hindurchtretende gebeugte Licht durch einen Raumfilter 35 gefiltert, um gebeugtes Licht nullter Ordnung abzuspalten, so daß nur gebeugtes Licht ±1ter Ordnung einen Detektor 36 erreicht. Der photoelektrische Detektor erfaßt photoelektrisch ein optisches Schwingungssignal einschließlich Information bezüglich einer Position der Strichplatte 1.
Ein Teil der Strahlen L&sub1;(1) und L&sub2;(-1), der durch das transmittierende Fenster P0 der Strichplatte 1 hindurchtritt, beleuchtet durch die optische Projektionslinse 3 die Beugungsgittermarkierung WM auf dem Wafer 4 in zwei Richtungen mit einem bestimmten Kreuzungswinkel, so daß entlang der Pitch-(Abstands)Richtung verlaufende Interferenzlinien (fringes) auf der Beugungsgittermarkierung WM gebildet werden. Gebeugtes Licht -1ter Ordnung des Strahls L&sub1;(1) und gebeugtes Licht +1ter Ordnung des Strahls L&sub2;(-1) wird veranlaßt, in der Richtung voranzuschreiten, die normal zur Beugungsgittermarkierung WM ist (entlang der optischen Achse der Projektionsobjektivlinse 3).
Die Strahlen L&sub1;(1) und L&sub2;(-1) sind angeordnet, um die Beugungsgittermarkierung RM in zwei Richtungen mit einem Kreuzungswinkel zu beleuchten, der die folgende Beziehung erfüllt:
(2) sinθWM = λ&sub0;/PWM
wobei
PWM ein Pitch (Trennungsabstand) der Beugungsgittermarkierung WM ist
λ&sub0; eine Bezugswellenlänge von durch die Lichtquelle 10 emittierendem Licht, und
θWM ein Auftreffwinkel des Strahls L&sub1;(1) oder L&sub2;(-1) in die Beugungsgittermarkierung WM hinein.
Dann tritt gebeugtes Licht ±1ter Ordnung von der Beugungsgittermarkierung WM wieder durch die Projektionsobjektivlinse 3, das transmittierende Fenster P0, den dichroischen Spiegel 6, die Objektivlinse 38 und die Parallelebenenplatte 37, und wird durch die Strahlauftrennvorrichtung 28 reflektiert, um durch die Linse 29 und die Strahlauftrennvorrichtung 30 hindurchzutreten, um dann eine Feldapertur 31 zu erreichen.
Die Feldapertur 31 ist konjugiert mit dem Wafer 4 angeordnet. Insbesondere weist die Feldapertur 31 einen Öffnungsabschnitt SWM an einer Position auf, die der Beugungsgittermarkierung WM entspricht, um es nur Licht von der Beugungsgittermarkierung WM auf dem Wafer 4 zu ermöglichen, dort hindurchzutreten, wie in Fig. 5 gezeigt.
Gebeugtes Licht von der Beugungsgittermarkierung WM, das durch die Feldapertur 31 hindurchtritt, wird durch einen Raumfilter 32 gefiltert, um gebeugtes Licht nullter Ordnung herauszufiltern, so daß nur gebeugte Lichtstrahlen ±1ter Ordnung einen Detektor 33 erreichen. Der photoelektrische Detektor 33 erfaßt photoelektrisch ein optisches Schwingungssignal einschließlich Information bezüglich der Position des Wafers 4.
Jeder Raumfilter (32, 35) ist an einer Position angeordnet, die ungefähr konjugiert zu der Pupille des optischen Ausrichtsystems ist, d. h. im wesentlichen konjugiert mit der Pupille (Austrittspupille) der Projektionsobjektivlinse 3, so daß gebeugtes Licht nullter Ordnung (regulär reflektiertes Licht) von der Beugungsgittermarkierung (RM, WM), die auf dem Strichmuster 1 oder Wafer 4 ausgebildet ist, unterbrochen wird, und das nur gebeugtes Licht ±1ter Ordnung (gebeugtes Licht, das normal zur Beugungsgittermarkierung auf der Strichplatte 1 oder dem Wafer 4 voranschreitet) dort hindurchtreten kann. Auch wird ein Detektor (33, 36) ungefähr konjugiert zur Strichplatte 1 oder dem Wafer 4 mit bezug auf die Objektivlinse 38 und die Linse 29 angeordnet.
In der Anordnung des optischen Ausrichtsystems, wie oben beschrieben, schließt jedes der drei durch die Detektoren (25, 33, 36) erhaltenen Signale ein sinusförmiges optisches Schwingungssignal der gleichen Frequenz Δf (= 2f&sub1; ) ein. Ein Extraktionsabschnitt für ein optisches Schwebungssignal (Fouriertransformationsschaltung) in einem Phasendifferenzerfassungssystem 50 führt elektrisch die Fouriertransformation mit den drei photoelektrischen Signalen durch, wodurch drei sinusförmige optische Schwingungssignale einer Frequenz Δf mit exzellenter Präzision extrahiert werden.
Es wird angenommen, daß die Strichplatte 1 und der Wafer 4 an beliebigen jeweiligen Positionen angehalten werden, bevor sie ausgerichtet sind. Dann werden die optischen Schwingungssignale eine gewisse Phasendifferenz aufweisen. Eine Phasendifferenz von ± 180º zwischen den optischen Schwingungssignalen von der Strichplatte 1 und dem Wafer 4 ist eindeutig abhängig von einer Verschiebungsgröße einer relativen Position innerhalb einer Hälfte des Gitter-Pitches (Abstand) von Beugungsgittermarkierungen, die jeweilig auf der Strichplatte 1 und auf dem Wafer 4 ausgebildet sind.
Somit, wenn die Strichplatte 1 relativ zum Wafer 4 in der Richtung der Gitteranordnung bewegt wird, wird eine Vorausrichtung mit einer Präzision einer relativen Präzisionsabweichung unter einer Hälfte des Gitter-Pitches (Abstands) der Beugungsgittermarkierungen (RM, WM) durchgeführt, und dann führt das Hauptsteuersystem 51 eine Ausrichtung durch ein zweidimensionales Bewegen der Strichplattenstufe 2 oder der Waferstufe 5 durch ein Servosystem 52 durch, so daß eine Phasendifferenz, die durch das Phasendifferenzerfassungssystem 50 erfaßt wird, gleich Null oder einem bestimmten Wert ist, wodurch eine Positionserfassung mit hoher Auflösung erzielt werden kann.
Alternativ kann unter Verwendung des optischen Schwingungssignals als Referenz, durch den Detektor 25 als ein Referenzsignal erhalten, die Ausrichtung so durchgeführt werden, daß eine Phasendifferenz zwischen dem Differenzsignal und den optischen Schwingungssignalen von den Beugungsgittermarkierungen (RM, WM) gleich Null oder gleich einem bestimmten Wert wird. Auch kann ein Ansteuersignal für ein Ansteuern des AOM 17 als ein Referenzsignal verwendet werden.
Als nächstes werden mit Bezug auf Fig. 6 ein bestimmter Aufbau und die Theorie einer Erzeugung von zwei Strahlen mit voneinander unterschiedlicher Frequenz im ersten in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wenn weißes Licht L&sub0; das Beugungsgitter 14 in dazu normaler Richtung beleuchtet, wie in Fig. 6 gezeigt, erscheint gebeugtes Licht durch Beugung durch das Beugungsgitter 14, einschließlich von Komponenten unterschiedlicher Ordnungen für jede Wellenlänge.
Das gebeugte Licht schließt Komponenten unterschiedlicher Ordnungen ein, die die folgende Bedingung (3) erfüllen:
(3) sinΦ&sub1; = Nλ/PG
wobei Φ&sub1; ein Beugungswinkel von gebeugtem Licht mit Bezug auf die Richtung einer zum Beugungsgitter 14 normalen Linie ist,
PG ein Pitch (Abstand) eines Beugungsgitters 14,
λ eine Wellenlänge des Lichts, und
N (ganze Zahlen) die Ordnung der gebeugten Lichtkomponente ist.
Dann tritt gebeugtes Licht einschließlich der unterschiedlichen Ordnungskomponenten in einem bestimmten Wellenlängenband durch die Sammellinse 15a und wird durch den in der Nähe der rückwärtigen Fokusposition der Sammellinse 15a (oder an der vorderen Fokusposition der Sammellinse 15b) angeordneten Raumfilter gefiltert, so daß Komponenten außer gebeugten Lichtkomponenten ±1ter Ordnung im vorbestimmten Wellenlängenband abgeschirmt werden, und die gebeugten Lichtkomponenten ±1ter Ordnung (L&sub1;, L&sub2;) im vorbestimmten Wellenlängenband durch den Filter 16 hindurchtreten, und dann durch die Sammellinse 15b in Richtung zum AOM 17 treten.
Es wird nun der Beugungswinkel von gebeugten Lichtkomponenten ±1ter Ordnung (L&sub1;, L&sub2;) betrachtet, die durch den Raumfilter 16 treten. Es wird beispielsweise angenommen, daß die Basiswellenlänge λ&sub0; von Beleuchtungslicht L&sub0; 633 mm ist, das Wellenlängenband von Beleuchtungslicht L&sub0; λ&sub0;±Δλ (= 20 nm) ist, und der Pitch (Abstand) des Beugungsgitters 14 4 um ist. Dann ist aufgrund obiger Gleichung (3) der Beugungswinkel der gebeugten Lichtkomponenten ±1ter Ordnung 8,82º für die minimale Wellenlänge von 613 nm, und dagegen 9,40º für die Maximalwellenlänge von 653 nm.
Demzufolge liefert Licht mit dem Wellenlängenband von 613 nm- 635 nm gebeugte Lichtkomponenten ±1ter Ordnung mit einem Beugungswinkel im Bereich von 8,82º-9,40º.
Wie oben beschrieben ändert sich der Beugungswinkel Φ&sub1; in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 6 gezeigt, verschiebt das optische Relaissystem 16 den Beugungspunkt des Beugungsgitters 14 in den Ausbreitungspfad einer Ultraschallwelle im AOM 17, so daß gebeugte Lichtkomponenten ±1ter Ordnung für jede Wellenlänge innerhalb des AOM 17 gesammelt werden. Daher treten die durch das Beugungsgitter 14 symmetrisch in zwei aufgeteilten gebeugten Lichtkomponenten ±1ter Ordnung (L&sub1;, L&sub2;) im vorbestimmten Wellenlängenband symmetrisch in den AOM 17 mit dem Auftreffwinkel Φ&sub2; ein, der für jede Wellenlänge voreingestellt ist.
Dieses wird unter Verwendung von Gleichungen mit mehr Detail beschrieben. Zuerst treten gebeugte Lichtkomponenten ±1ter Ordnung (L&sub1;, L&sub2;) im vorbestimmten Wellenlängenbereich mit dem Auftreffwinkel Φ&sub2; in zwei Richtungen in den AOM 17 ein, und werden im AOM 17 der akustischen Bragg-Beugung unterzogen.
Der AOM 17 wird durch ein Hochfrequenzsignal SF&sub1; mit solch einer Frequenz f&sub1; betrieben, daß das gebeugte Licht +1ter Ordnung L&sub1; im vorbestimmten Wellenlängenbereich gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub1;(1) mit einem Beugungswinkel von 2Φ&sub2; (Doppeltes des Auftreffwinkels Φ&sub2;) erzeugt, und so daß gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub2; im vorbestimmten Wellenlängenbereich gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub2;(-1) mit einem Beugungswinkel von 2Φ&sub2; erzeugt.
Es sei der Beugungswinkel durch die Bragg-Beugung des AOM 17 θbl (= 2Φ&sub2;), eine Geschwindigkeit der den AOM 17 kreuzenden Ultraschallwelle (Wanderwelle) sei v&sub1;, die Frequenz der Ultraschallwelle des Hochfrequenzsignals SF&sub1; sei f&sub1;, die Wellenlänge des Lichts sei λ und die Wellenlänge der den AOM 17 schneidenden Ultraschallwelle (Wanderwelle) sei Λ&sub1;, dann gelten die folgenden Verhältnisse der Gleichungen (4) und (5).
(4) Λ&sub1; = v&sub1;/f&sub1;
(5) sinθbl = λ/Λ&sub1;
Mit den obigen Gleichungen (4) und (5) wird der Beugungswinkel θbl (= 2Φ&sub2;) durch den AOM 17 zuletzt durch folgende Gleichung (6) erhalten.
(6) sinθbl = f&sub1;λ/v&sub1; (oder sin2Φ&sub2; = f&sub1;λ/v&sub1;)
Daher verlassen das gebeugte Licht +1 Ordnung L&sub1;(1) im vorbestimmten Wellenlängenbereich und das gebeugte Licht - 1ter Ordnung L&sub2;(-1) im vorbestimmten Wellenlängenbereich symmetrisch den AOM 17 mit einem Beugungswinkel für jede Wellenlänge, der die obige Gleichung (6) erfüllt.
Wird angenommen, daß die Vergrößerung des optischen Relaissystems (15a, 15b) β&sub1; ist, und das optische Relaissystem (15a, 15b) die Sinusbedingung erfüllt, gilt der folgende Bezug.
(7) β&sub1; = sinΦ&sub1;/ sinΦ&sub2; = 2sinΦ&sub1;/sin (2Φ&sub2;)
Die folgende Gleichung (8) kann von den Gleichungen (3), (6) und (7) abgeleitet werden.
(8) β&sub1; = (2V&sub1;) / (PGf&sub1;)
Das optische Relaissystem (15a, 15b) ist vorzugsweise so ausgerichtet, daß es entsprechend die obige Gleichung (8) erfüllt.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 7 die Lichtfrequenzmodulation durch die akustische Bragg-Beugung beschrieben. In Fig. 7 bezeichnet θi einen Winkel zwischen der Wellenfront einer Ultraschallwelle eines Ansteuersignals SF&sub1; im AOM 17 und dem auftreffenden Licht (Auftreffwinkel des auftreffenden Lichts), θd einen Winkel zwischen der Wellenfront der Ultraschallwelle des Ansteuersignals SF&sub1; im AOM 17 und gebeugtem Licht, Ki einen Wellenvektor von in den AOM 17 eintreffendem Licht, Kd einen Wellenvektor von durch den AOM 17 gebeugtem Licht, und KS einen Wellenvektor der Ultraschallwelle des Hochfrequenzsignals SF&sub1;.
Falls auftreffendes Licht und gebeugtes Licht die Bedingung einer akustischen Bragg-Beugung erfüllen, sind die Vektoren in dem Verhältnis eines gleichschenkligen Dreiecks. Mit einer Wellenlänge λ des Lichtes, einem Brechungsindex n des AOM 17, einer Frequenz f&sub1; der Ultraschallwelle, und einer Geschwindigkeit v&sub1; der den AOM 17 schneidenden Ultraschallwelle (Wanderwelle) können die Amplituden von Ki, Kd und KS wie folgt ausgedrückt werden.
(9) Ki = 2πn/λ
(10) Kd = 2πn/λ
(11) KS = 2πf&sub1;/V&sub1;
Weiter sind θi und θd gleich, und somit werden sie als θ&sub0; geschrieben. Wenn die Wellenlänge der Ultrawelle Λ&sub1; ist, gelten die folgende Bedingungen:
(12) sinθ&sub0; = λ/Λ&sub1;
(13) KS = 2(sinθ&sub0;)· Kd
Unter der Annahme, daß sin 2θ&sub0; = 2 (sinθ&sub0;) ist, kann die folgende Gleichung (14) von den Gleichungen (12) und (13) abgeleitet werden.
(14) KS = 2πn/Λ&sub1;
Wie es sich von dieser Gleichung (14) ergibt, ist die Amplitude KS konstant, unabhängig von der Lichtwellenlänge, solange die Bragg-Beugungsbedingung erfüllt ist. Es versteht sich daher, daß durch den AOM 17 gebeugtes Licht der gleichen Frequenzmodulation (f&sub1;) unterzogen wird, unabhängig von der Wellenlänge des Lichts.
Falls die in den AOM 17 in zwei Richtungen eintreffenden Strahlen (L&sub1;, L&sub2;) eine Frequenz f aufweisen, wird gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub1;(1) des Strahls L&sub2; auch frequenzmoduliert, um eine Frequenz f + f&sub1; (= F&sub1;) aufzuweisen; gebeugtes Licht -1ter L&sub2;(-1) Ordnung des Strahls L&sub2; wird ebenso frequenzmoduliert, um eine Frequenz von f - f&sub1; (= F&sub2;) aufzuweisen.
Da das gebeugte Licht +1ter Ordnung L&sub1;(1) der Frequenz F&sub1; im vorbestimmten Wellenlängenbereich und das gebeugte Licht - 1ter Ordnung L&sub2;(-1) der Frequenz F&sub2; im vorbestimmten Wellenlängenbereich die Beugungsgitter (24, RM, WM) symmetrisch beleuchten kann, wobei eine Komponente jeder Wellenlänge in einem von anderen unterschiedlichen Auftreffwinkel auftrifft, können gebeugte Lichtkomponenten ±1ter Ordnung von jeder Wellenlänge immer in der zu den jeweiligen Beugungsgittern (24, RM, WM) normalen Richtung auftreten. Dieses hat eine Erzeugung eines Schwebungslichtes (Schwingungslichtes) einschließlich einer vorbestimmten Frequenz (Δf = F&sub1;-F&sub2; = 2f&sub1; ) aus den gebeugten Lichtkomponenten ±1ter Ordnung jeder Wellenlänge zur Folge. Somit kann das Schwebungslicht multipler Wellenlängen einschließlich der vorbestimmten Frequenz (Δf = F&sub1;-F&sub2; = 2f&sub1; ) photoelektrisch durch die jeweiligen Detektoren (25, 33, 36) erfaßt werden (einige Wellenlängenkomponenten werden vom Schwebungslicht erfaßt, Positionsinformation jedes Beugungsgitters einschließend). Daher kann mit dem heterodynen Interferenzverfahren eine Ausrichtung hoher Präzision erzielt werden, während der Einfluß einer Asymmetrie jeder Beugungsgittermarkierung durch den ausgleichenden Effekt von Schwebungslichtsignalen von einigen Wellenlängen, sowie der Einfluß einer Dünnfilminterferenz der Strichplatte (Einfluß wie beispielsweise eine Änderung der Lichtmenge) bei Licht mit multiplem Wellenlängen unterdrückt werden kann.
Zusätzlich wird das weiße Licht (Licht multipler Wellenlänge) bezüglich der Auftreffrichtung (Richtung der optischen Achse) durch das Beugungsgitter 14 (Strahlauftrennvorrichtung) symmetrisch aufgetrennt, und das so aufgetrennte Licht verläuft symmetrisch und übereinstimmend durch das optische Relaissystem und den AOM 17, wodurch theoretisch kein Unterschied einer optischen Pfadlänge zwischen den zwei aufgetrennten Strahlen vorliegt. Daher sind die Wellenfronten der aufgetrennten Strahlen mit Null (ohne) Phasendifferenz ausgerichtet, so daß eine Ausrichtung mit hoher Präzision möglich wird, wodurch eine einfach einzustellende kompakte Vorrichtung erhalten wird.
Im ersten Ausführungsbeispiel werden die gebeugten Lichtkomponenten ±1ter Ordnung (L&sub1;(1), L&sub2;(-1)), die optisch im AOM 17 moduliert wurden und diesen symmetrisch verlassen, als Strahlen für eine Ausrichtung verwendet, die gebeugten Lichtkomponenten ±1ter Ordnung (L&sub1;(1), L&sub2;(-1) werden so geführt, daß sie die Beugungsgitter (24, RM, WM) in zwei Richtungen beleuchten, die Beugungsgitter erzeugen bei einer Beleuchtung Schwebungslichtsignale mit vorbestimmter Frequenz (Δf = 2f&sub1; ), und die Schwebungslichtsignale werden durch die Detektoren (25, 33, 36) und den Extraktionsabschnitt für ein optisches Schwebungssignal (Fouriertransfortnationsschaltung) im Phasendifferenzerfassungssystem 50 extrahiert, um die extrahierten Signale für eine Ausrichtung zu verwenden. Der Grund dafür ist wie folgt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigt, wird durch eine optischen Modulation im AOM 17 gebeugtes Licht nullter Ordnung L&sub2;(0) des Strahls L&sub2; in einen optischen Pfad AS gebeugten Lichts erster Ordnung L&sub1;(1) und gebeugtes Licht nullter Ordnung L&sub1;(0) des Strahls L&sub1; in einen optischen Pfad B des gebeugten Lichts -1ter Ordnung L&sub2;(-1) hineingemischt. Bei einer optischen Modulation ist das gebeugte Licht nullter Ordnung L&sub1;(0) des Strahls L&sub1; und das gebeugte Licht nullter Ordnung L&sub2;(0) des Strahls L&sub2; frei von einer Frequenzmodulation für jede Wellenlänge, was die ursprüngliche Frequenz f&sub0; + f&sub1; und gebeugtes Licht nullter Ordnung L&sub2;(0) der Frequenz f&sub0; erhält.
Auch sind im optischen Pfad B gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub2;(-1) der Frequenz f&sub0; - f&sub1; und gebeugtes Licht nullter Ordnung L&sub1;(0) der Frequenz f&sub0; gemischt. Wenn diese für eine Beleuchtung der Beugungsgitter (24, RM, WM) in zwei Richtungen geführt werden, wird Schwebungslicht mit unterschiedlichen Schwebungsfrequenzen in einer normalen Richtung zu den jeweiligen Beugungsgittern (24, RM, WM) gebildet. Dann, falls die Ausrichtung basierend auf Signalen durchgeführt wird, die erhalten werden, indem einfach das Schwebungslicht mit unterschiedlichen Schwebungsfrequenzen mittels der Detektoren (25, 33, 36) photoelektrisch umgewandelt wird, wären Signale mit unterschiedlichen Schwebungsfrequenzen Rauschsignale, die negativ die Erfassungspräzision beeinflussen, und eine Ausrichtung unmöglich machen.
Zuerst wird im folgenden das Schwebungslicht mit unterschiedlichen Schwebungsfrequenzen untersucht, das durch eine optische Modulation durch den AOM 17 erzeugt wird.
Die Frequenzen von gebeugten Lichtkomponenten sind unterhalb aufgelistet.
Im optischen Pfad A:
Frequenz gebeugten Lichts +1ter Ordnung L&sub1;(1): f&sub0;+ f&sub1; (I)
Frequenz gebeugten Lichts nullter Ordnung L&sub2;(0): f&sub0; (II).
Im optischen Pfad B:
Frequenz gebeugten Lichts -1ter Ordnung L&sub2;(-1): f&sub0;- f&sub1; (I')
Frequenz gebeugten Lichts nullter Ordnung L&sub1;(0): f&sub0; (II').
Somit kann das Schwebungslicht die folgenden Frequenzen aus der Kombination von im optischen Pfad A verlaufendem gebeugten Licht mit im optischen Pfad B verlaufendem gebeugten Licht aufweisen.
Nehmen des Betrags der Differenz zwischen (I) und (I'),
(f&sub0;+f&sub1;) - (f&sub0;-f&sub1;) = 2f&sub1; [1],
nehmen des Betrags der Differenz zwischen (I) und (II'),
(f&sub0;+ f&sub1;) - f&sub0; = f&sub1; [2],
nehmen des Betrags der Differenz zwischen (II) und (I'),
f&sub0;-(f&sub0;-f&sub1;) = f&sub1; [3],
nehmen des Betrags der Differenz (II) und (II'),
f&sub0;-f&sub0; = 0 [4].
Daher schließt das Schwebungslicht, das photoelektrisch durch die Detektoren (25, 33, 36) erfaßt wird, drei Schwebungsfrequenzen [1]-[3] ein. Falls der Bestandteil [4] im gebeugten Licht enthalten ist und photoelektrisch durch die Detektoren (25, 33, 36) erfaßt wird, wird dies ein Gleichstrombestandteil (DC Bestandteil) sein. Im Falle, daß der DC Bestandteil negativ die Erfassungspräzision beeinflußt, kann dieser entfernt werden, wenn die Fouriertransformation im optischen Schwebungssignal- Extraktionsabschnitt im Phasendifferenzerfassungssystem 50 durchgeführt wird. Alternativ kann der DC Bestandteil mittels eines separat bereit gestellten elektrischen Filters entfernt werden.
Eine Schwebungsfrequenz, die für eine Ausrichtung verwendet werden kann, ist eine, die in den aufgelisteten Schwebungsfrequenzen nicht zweimal auftritt. Daher wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Signal mit einer Schwebungsfrequenz von 2 f&sub1; , das nur ein erzeugtes Schwingungslicht ist, das in der Kombination des Strahls L&sub1;(1) mit dem Strahl L&sub2;(-1) einmal auftritt, durch den optischen Schwebungssignalabschnitt (Fouriertransformationsschaltung) im Phasendifferenzerfassungssystem 40 extrahiert.
Sogar dann, wenn die Detektoren (25, 33, 36) Schwebungslicht photoelektrisch mit verschiedenen Schwebungsfrequenzen erfassen, kann eine Hochpräzisionsausrichtung durch heterodyne Interferenz erzielt werden, basierend auf dem Signal mit vorbestimmter Schwebungsfrequenz ( 2 f&sub1; ), das in der obigen Anordnung durch den optischen Schwebungssignalextraktionsabschnitt (Fouriertransformationsschaltung) extrahiert wurde.
Indem das Beugungsgitter 14 und der AOM 17 geeignet ausgerichtet wird, kann unnötiges gebeugtes Licht L&sub2;(0), das im optischen Pfad A des Strahls L&sub1;(1) verläuft, und unnötiges gebeugtes Licht L&sub1;(0), das im optischen Pfad B vom Strahl L&sub2;(-1) verläuft, separiert werden und durch den Raumfilter 19 gefiltert werden, wie im folgenden beschrieben.
Obwohl das erste Ausführungsbeispiel, in Fig. 1, Fig. 6 und Fig. 8 und 9 gezeigt, ein Beispiel zeigt, bei dem gebeugte Lichtstrahlen ±1ter Ordnung, durch den Beugungseffekt eines Beugungsgitters 14 aufgetrennt, so geführt werden, daß sie in den AOM 17 als zwei Strahlen für eine Positionserfassung eintreten, und bei dem Licht +1ter Ordnung von einem der zwei durch den AOM 17 gebeugten Strahlen und Licht -1ter Ordnung vom anderen der zwei durch den AOM 17 gebeugten Strahlen als zwei Strahlen für eine Positionserfassung geführt werden, um Markierungen für eine Positionserfassung in zwei Richtungen zu beleuchten, ist die Erfindung, wie beansprucht, nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise können beliebige zwei durch das Beugungsgitter 14 erzeugte gebeugte Lichtkomponenten beliebiger Ordnung als die zwei Strahlen für eine Positionserfassung, für ein Eintreten in den AOM 17 geführt, verwendet werden. Darüber hinaus ist eine weitere Anordnung dergestalt, daß eine gebeugte Lichtkomponente beliebiger Ordnung von einem der durch den AOM 17 gebeugten Strahlen und eine gebeugte Lichtkomponente beliebiger Ordnung von den anderen zwei der durch den AOM 17 gebeugten Strahlen so geführt werden, daß sie Markierungen für eine Positionserfassung in zwei Richtungen beleuchten.
Obwohl das erste Ausführungsbeispiel, in Fig. 1 gezeigt, ein Beispiel zeigt, bei dem die Lichtquellenvorrichtung (10-12) einen Strahl einschließlich Licht einer Vielzahl von Wellenlängen (multiple Wellenlängen) liefert, ist die Erfindung, wie beansprucht, nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Lichtquellenvorrichtung kann eine Laserquelle sein, die Licht einer einzigen Wellenlänge bereitstellt, wodurch die Ausrichtung mit dem heterodynen Interferenzverfahren erzielt werden kann. In diesem Fall kann der Vorteil des heterodynen Interferenzverfahren, das Licht multipler Wellenlängen verwendet, nicht bei einer Ausrichtung genutzt werden, jedoch können zwei Strahlen mit voneinander unterschiedlicher Frequenz ohne Differenz einer optischen Pfadlänge erzeugt werden, indem einfach ein Beugungsgitter und ein akusto-optischer Modulator auf jeder Seite eines optischen Relaissystems angeordnet wird. Die so angeordnete Vorrichtung ist von einfacher Struktur und im Vergleich zur bekannten Vorrichtung bemerkenswert einfach einzustellen.

Zweites Ausführungsbeispiel

Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, wird mit Bezug auf Fig. 10 beschrieben. Das vorliegende Ausführungsbeispiel verwendet die Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung des zweiten Typs, wie vorhergehend beschrieben. In Fig. 10 werden Bauteile mit den gleichen Funktionen wie die im ersten in Fig. 1 gezeigtem Ausführungsbeispiel mit den gleichen Referenzzeichen bezeichnet.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel darin, daß ein zweiter akusto- optischer Modulator 60 (im folgenden als AOM 60 bezeichnet) zwischen dem optischen Relaissystem (18a, 18b) und der Sammellinse 21 angeordnet ist, ein Raumfilter 61 zwischen der Sammellinse 21 und der Strahlauftrennvorrichtung 22 angeordnet ist, und darin, daß die Linse 18a und die Linse 18b als ein zweites optisches Relaissystem dienen, um den Beugungspunkt des AOM 17 (erster akusto-optischer Modulator) zum Beugungspunkt des AOM 60 (zweiter akusto-optischer Modulator) zu verlegen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel breitet sich ein an den AOM 60 angelegtes Hochfrequenzsignal SF&sub2; in der Richtung entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des an den AOM 17 angelegten Hochfrequenzsignals SF&sub1; aus, wodurch eine letztendlich erhaltene Schwebungsfrequenz verringert werden kann (unterhalb 1 MHz) um das Verarbeiten des elektrischen Signals zu vereinfachen.
Wie in Fig. 10 gezeigt, wird weißes Licht von einer Lichtquelle für weißes Licht 10, die Licht in einem bestimmten von dem des Belichtungslichts unterschiedlichen Wellenlängenband (multiple Wellenlängen) liefert, so geführt, daß es durch eine variable Apertur 11, eine Sammellinse 12 und einen Bandpaßfilter 13 hindurchtritt, um dann ein Beugungsgitter 14 in einer dazu normalen Richtung zu beleuchten, und wird dann durch einen Beugungseffekt des Beugungsgitters 14 in gebeugtes Licht ±1ter Ordnung (L&sub1;, L&sub2;) mit einem vorbestimmten Wellenlängenbereich aufgetrennt. Nachdem das gebeugte Licht ±1ter Ordnung (L&sub1;, L&sub2;) mit dem vorbestimmten Wellenlängenbereich durch ein optisches Relaissystem (15a, 15b) gesammelt ist, tritt es symmetrisch mit gleichem Auftreffwinkel in den AOM 17 ein. Ein zwischen den Linsen 15a und 15b angeordneter Raumfilter 16 filtert das das Beugungsgitter 14 verlassende gebeugte Licht ±1ter Ordnung heraus.
Der AOM 17 wird durch ein erstes Hochfrequenzsignal SF&sub1; einer Frequenz f&sub1; angesteuert. Unter der Annahme, daß die Strahlen L&sub1; und L&sub2; im vorbestimmten Wellenlängenbereich jeweilig eine Frequenz f haben, wird der Strahl L&sub1; im vorbestimmten Wellenlängenbereich durch den AOM 17 frequenzmoduliert, um gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub1;(1) (im folgenden als Strahl L&sub1;(1) bezeichnet) einer Frequenz (f&sub0;+ f&sub1;) zu erzeugen, wohingegen der Strahl L&sub2; im vorbestimmten Wellenlängenbereich durch den AOM 17 frequenzmoduliert wird, um gebeugtes Licht - 1ter Ordnung L&sub2;(-1) (im folgenden als Strahl L&sub2;(-1) bezeichnet) der Frequenz (f&sub0;- f&sub1;) zu erzeugen. Danach treten die Strahlen L&sub1;(1) und L&sub2;(-1) durch eine Linse 18a, einen Reflektionsspiegel 20 und eine Linse 18b, um symmetrisch mit gleichem Auftreffwinkel in den AOM 60 einzutreten. Ein Raumfilter 19 ist im zweiten optischen Relaissystem (15a, 15b) angeordnet, und filtert nur gebeugtes Licht ±1ter Ordnung (L&sub1;(1), L&sub2;(-1) heraus, das den AOM 17 verläßt.
Der AOM 60 wird durch ein zweites Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz f&sub2; angesteuert, das sich in entgegengesetzter Richtung zu dem vom AOM 17 ausbreitet. Der Strahl L&sub1;(1) im vorbestimmten Wellenlängenbereich wird durch den AOM 60 frequenzmoduliert, um gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub1;(1, -1) (im folgenden als Strahl L&sub1;(1, -1)) einer Frequenz f&sub0;+ f&sub1;- f&sub2; (ist gleich F&sub1;) zu erzeugen, wohingegen der Strahl L&sub2;(-1) im vorbestimmten Wellenlängenbereich durch den AOM 60 frequenzmoduliert wird, um gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub2;(- 1, 1) (im folgenden als Strahl L&sub2;(-1, 1)) einer Frequenz f&sub0;- f&sub1;+ f&sub2; (= F&sub2;) zu erzeugen. Dann treten die Strahlen L&sub1;(1, -1) und L&sub2;(-1, 1) durch eine Linse 21 und werden jeweilig durch eine Strahlauftrennvorrichtung 29 in zwei Strahlen aufgetrennt. Der Raumfilter 61 ist im zweiten optischen Relaissystem (18a, 18b) angeordnet, so daß dieser das gebeugte Licht -1ter Ordnung L&sub1;(1, -1) und das gebeugte Licht +1ter Ordnung L&sub2;(-1, 1), das den AOM 60 verläßt, herauszufiltern.
Die so durch die Strahlauftrennvorrichtung 22 in zwei Teile aufgetrennten Strahlen werden durch die Detektoren (25, 33, 36) in einem letzten Schritt auf die gleiche Weise elektrisch erfaßt, wie im zuvor beschriebenen, in Fig. 1 gezeigten, ersten Ausführungsbeispiel. Daher werden die Details einer Erfassung hier ausgelassen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel extrahiert ein optischer Schwebungssignalextraktionsabschnitt (Fouriertransformationsschaltung) im Phasendifferenzsystem 50 Schwebungssignale mit vorbestimmter Frequenz (Δf = F&sub1;-F&sub2; = 2(f&sub1;-f&sub2;) ), durch die Lichtkomponenten jeweiliger Wellenlänge gebildet, aus photoelektrisch durch die Detektoren (25, 33, 36) erfaßten photoelektrischen Signalen, und die Ausrichtung wird basierend auf diesen extrahierten Signalen ausgeführt.
Wie oben beschrieben, ist das vorliegende Ausführungsbeispiel so angeordnet, daß die zwei AOMs in Serie angeordnet sind, und durch Hochfrequenzsignale (SF&sub1;, SF&sub2;) angesteuert werden, die sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten, wodurch die Frequenzen von photoelektrisch durch die Detektoren (25, 33, 36) erfaßten Schwebungssignalen auf unter 1 2 MHz abgesenkt werden können, was für eine Signalverarbeitung einfach ist.
Wenn beispielsweise der AOM 17 durch ein erstes Hochfrequenzsignal SF&sub1; einer Frequenz f&sub1; von 100 MHz angesteuert wird, und wenn der AOM 60 durch ein zweites Hochfrequenzsignal SF&sub2; einer Frequenz f&sub2; von 99,9 MHz in der entgegengesetzten Richtung angesteuert wird, so daß nach einem Hindurchtreten durch den AOM 60 im AOM 17 der eine Strahl L&sub1;(1, -1) eine Frequenz von F&sub1; = f&sub0;+f&sub1;-f&sub2; und der andere Strahl L&sub2;(-1, 1) eine Frequenz von F&sub2; - f&sub0;-f&sub1;+f&sub2; aufweist, wie oben beschrieben.
Dann erzeugen die zwei Strahlen (L&sub1;(1, -1), L&sub2;(-1, 1)) ein Schwebungslicht einer Frequenz von 200 KHz (Δf = F&sub1;-F&sub2; = 2(f&sub1;-f&sub2;) durch die Beugungsgitter (24, RM, WM). Solch eine Schwebungsfrequenz kann gut signalverarbeitet werden.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 11 eine speziellere Struktur des Abschnitts für ein Erzeugens der zwei Strahlen mit voneinander unterschiedlicher Frequenz im zweiten in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in Fig. 11 gezeigt, ist das zweite Ausführungsbeispiel so angeordnet, daß das Beugungsgitter 14, der erste AOM 17 und der zweite AOM 60 in Serie angeordnet sind, und weiter, daß das erste optische Relaissystem (15a, 15b) bereitgestellt ist, um den Beugungspunkt des Beugungsgitters 14 zum Beugungspunkt des ersten AOM 17 (im Ausbreitungspfad des Hochfrequenzsignals SF&sub1;) zu verschieben, und das zweite optische Relaissystem (18a, 18b), um den Beugungspunkt des ersten AOM 17 (im Ausbreitungspfad des Hochfrequenzsignals SF&sub1;) zum Beugungspunkt des zweiten AOM 60 (im Ausbreitungspfad des Hochfrequenzsignals SF&sub2;) weiterzuleiten.
Das weiße Licht (Licht multipler Wellenlänge) L&sub0;, das normalerweise das Beugungsgitter 14 beleuchtet, erzeugt durch den Beugungseffekt des Beugungsgitters 14gebeugtes Licht ±1ter Ordnung (L&sub1;, L&sub2;) symmetrisch zueinander mit einem Winkel Φ&sub1; zur Auftreffrichtung (Richtung einer optischen Achse). Das gebeugte Licht ±1ter Ordnung (L&sub1;, L&sub2;) wird durch das erste optische Relaissystem (15a, 15b) gesammelt, um symmetrisch in den ersten AOM 17 in den Winkel Φ&sub2; zur Richtung der optischen Achse einzutreten. Da der erste AOM 17 durch ein erstes Hochfrequenzsignal f&sub1; angesteuert wird, wird der Strahl L&sub1; frequenzmoduliert, um gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub1;(1) mit einer Frequenz (f&sub0;+ f&sub1;) zu erzeugen, und der Strahl L&sub2; wird frequenzmoduliert, um gebeugtes Licht - 1ter Ordnung L&sub2;(-1) einer Frequenz (f&sub0;- f&sub1;) zu erzeugen. Die Strahlen (L&sub1;(1), L&sub2;(-1)) verlassen den ersten AOM 17 symmetrisch mit einem Winkel Φ&sub2;, der gleich dem Auftreffwinkel Φ&sub2; ist.
Die zwei durch den ersten AOM 17 optisch modulierten Strahlen L&sub1;(1) und L&sub2;(-1) werden durch das zweite optische Relaissystem (18a, 18b) gesammelt, und treten dann in den zweiten AOM 60 mit einem Winkel Φ&sub3; zur Richtung der optischen Achse ein. Da der zweite AOM 60 durch ein zweites Hochfrequenzsignal f&sub2; in entgegengesetzter Richtung zu dem des ersten AOM 17 angesteuert wird, ist der Strahl L&sub1;(1) frequenzmoduliert, um gebeugtes Licht L&sub1;(1, -1) mit einer Frequenz von f&sub0;+f&sub1;-f&sub2; (= F&sub1;) zu erzeugen, und der Strahl L&sub2;(- 1) wird frequenzmoduliert, um gebeugtes Licht L&sub2;(-1, 1) mit einer Frequenz von f&sub0;-f&sub1;+f&sub2; (= F&sub2;) zu erzeugen. Die Strahlen (L&sub1;(1, -1), L&sub2;(-1, 1)) verlassen den AOM 17 symmetrisch mit einem Winkel Φ&sub3;, der gleich zum Auftreffwinkel Φ&sub3; ist.
Mit einem Beugungswinkel θb2 (= 2Φ&sub3;) durch eine akustische Bragg-Beugung im AOM 60, einer Geschwindigkeit v&sub2; einer den AOM 60 schneidenden Ultraschallwelle (Wanderwelle), einer Ultraschallwellenfrequenz f&sub2; des Hochfrequenzsignals SF&sub2;, einer Lichtwellenlänge λ, einer Wellenlänge Λ&sub2; einer den AOM 60 schneidenden Ultraschallwelle (Wanderwelle), können die folgenden Beziehungen der Gleichungen (15) und (16) aufgestellt werden.
(15) Λ&sub2; = v&sub2;/f&sub2;
(16) sinθb2 - λ/Λ&sub2;
Mit den obigen Gleichungen (15) und (16) wird der Beugungswinkel θb2 (= 2Φ&sub3;) durch den AOM 60 zuletzt mit der folgenden Gleichung (17) erhalten.
(17) sinθb2 = f&sub2;λ/v&sub2; (oder sin2Φ&sub3; = f&sub2;λ/v&sub2;)
Falls das zweite optische Relaissystem (18a, 18b) eine Vergrößerung von β&sub2; und das zweite optischen Relaissystem (18a, 18b) die Sinusbedingung erfüllt, gilt die folgende Beziehung von Gleichung (18).
(18) β&sub2; = (sinΦ&sub2;)/(sinΦ&sub3;) = (sin2Φ&sub2;)/(sin2Φ&sub3;)
Dann kann die folgende Gleichung (19) aus den Gleichungen (6), (17) und (18) abgeleitet werden.
(19) β&sub2; = (v&sub2;f&sub1;)/(v&sub1;f&sub2;)
Wie beschrieben, ist das in Fig. 10 und Fig. 11 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel vorzugsweise so angeordnet, daß das erste optische Relaissystem (15a, 15b) die obige Gleichung (8) erfüllt, und daß das zweite optische Relaissystem (18a, 18b) die obige Gleichung (19) erfüllt. Falls der erste und zweite AOM 17, 60 aus dem gleichen Material sind, und falls eine Frequenzdifferenz von einigen 10 KHz zwischen dem ersten und zweiten Hochfrequenzsignal (f&sub1;, f&sub2;) vorliegt, β&sub2; = 1 von obiger Gleichung (19), kann das zweite optische Relaissystem so aufgebaut werden, daß es eine Vergrößerung von β&sub2; = 1 aufweist.
Wie oben beschrieben, ist das zweite Ausführungsbeispiel so angeordnet, daß jeder Detektor (25, 33, 36) photoelektrisch Schwebungslicht mit multiplen Wellenlängen einschließlich der vorbestimmten Frequenz (Δf = 2(f&sub1;- f&sub2;) ) photoelektrisch erfassen kann (plurale Komponenten jeweiliger Wellenlängen werden vom Schwebungssignal einschließlich Positionsinformation von jedem Beugungsgitter erfaßt), so daß dann eine Hochpräzisionsausrichtung beim heterodynen Interferenzverfahren erzielt werden kann, während der Einfluß einer Asymmetrie einer Beugungsgittermarkierung durch einen Mittlungseffekt von Schwebungslichtsignalen jeweiliger Wellenlängen wie auch der eines Einflusses einer Dünnfilminterferenz einer Strichplatte mit multiplen Wellenlängen Licht unterdrückt werden kann. Zusätzlich kann das Signalverarbeitungssystem einfach aufgebaut werden, da die Schwebungsfrequenz stark vermindert werden kann.
Weiter, da weißes Licht (Licht multipler Wellenlängen), das durch das Beugungsgitter 14 (Strahlauftrennvorrichtung) symmetrisch mit Bezug auf die Auftreffrichtung (Richtung der optischen Achse) aufgetrennt wird, symmetrisch und übereinstimmend in den optischen Relaissystemen und den AOMs verläuft, besteht kein theoretischer Unterschied zwischen optischen Pfadlängen bei den aufgetrennten Strahlen. Daher weisen die aufgetrennten Strahlen jeweilige miteinander ausgerichtete Wellenfronten auf, d. h. sie weisen keine Phasendifferenz auf, so daß die Vorrichtung einfach eingestellt werden kann, und von kompakter Größe ist, und eine Hochpräzisionsausrichtung erlaubt.
Das zweite Ausführungsbeispiel ist so angeordnet, daß die Beugungslichtstrahlen, die symmetrisch im ersten und zweiten AOM (17, 60) mit Bezug auf die optische Achse des zweiten optischen Relaissystems (18a, 18b) verlaufen, als Strahlen für eine Ausrichtung verwendet werden, und daß die Schwebungslichtsignale mit vorbestimmter Frequenz (Δf = 2(f&sub1;-f&sub2;) ), die durch ein Anlegen der zwei gebeugten Lichtstrahlen auf jedes der Beugungsgitter (24, RM, WM) in zwei Richtungen erzeugt werden, durch die Detektoren (25, 33, 36) extrahiert werden, und daß der optische Schwebungssignalextraktionsabschnitt (Fouriertransformationsschaltung) im Phasendifferenzerfassungssystem 50 die extrahierten Signale für eine Ausrichtung verwendet. Der Grund dafür ist wie folgt.
Da durch den ersten AOM erzeugtes Rauschlicht das gleiche wie in den Fig. 8 und 9 ist, wie oben beschrieben, wird eine Beschreibung davon ausgelassen. Durch den zweiten AOM 17 erzeugtes Rauschlicht wird im folgenden mit Bezug auf Fig. 12-15 beschrieben.
Wie in Fig. 12-15 gezeigt, treten vier Strahlen gebeugtes Licht, durch den ersten AOM 17 erzeugt, in den zweiten AOM 60 ein, ähnlich wie in Fig. 8 und 9.
Insbesondere, wie in Fig. 12 gezeigt, wird der in den zweiten AOM 60 eintretende Strahl L&sub1;(1) (gebeugtes Licht des Strahls L&sub1; erster Ordnung) durch den zweiten AOM 60 Bragg-gebeugt, um gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub1;(1, -1) im optischen Pfad A und gebeugtes Licht nullter Ordnung L&sub1;(1, 0) im optischen Pfad B zu erzeugen.
Wie in Fig. 13 gezeigt, wird der in den zweiten AOM 60 eintretende zweite Strahl L&sub2;(0) (gebeugtes Licht Strahls L&sub2; nullter Ordnung) durch den zweiten AOM 60 Bragg-gebeugt, um gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub2;(0, -1) im optischen Pfad A und gebeugtes Licht nullter Ordnung L&sub2;(0, 0) im optischen Pfad B zu erzeugen.
Wie in Fig. 14 gezeigt, wird der Strahl L&sub2;(-1) der in den zweiten AOM eintritt (gebeugtes Licht des Strahls L&sub2; -1ter Ordnung) durch den zweiten AOM 60 Bragg-gebeugt, um gebeugtes Licht L&sub2;(-1, 0) nullter Ordnung im optischen Pfad A und gebeugtes Licht L&sub2;(-1, 1) +1ter Ordnung im optischen Pfad B zu erzeugen.
Wie in Fig. 15 gezeigt, wird der in den zweiten AOM 60 eintretende Strahl L&sub1;(0) (gebeugtes Licht des Strahls L&sub1; nullter Ordnung) durch den zweiten AOM 60 Bragg-gebeugt, um gebeugtes Licht L&sub1;(0, 0) nullter Ordnung im optischen Pfad A und gebeugtes Licht L&sub1;(0, 1) +1ter Ordnung im optischen Pfad B zu erzeugen.
Es gibt für jeden der optischen Pfade (A, B) die unterhalb aufgelisteten Frequenzen für gebeugte Lichtkomponenten, die den zweiten AOM 60 verlassen.
Im optischen Pfad A:
Frequenz von gebeugtem Licht -1ter Ordnung L&sub1;(1, -1) des Strahls L&sub1;(1): f&sub0;+ f&sub1;- f&sub2; (I);
Frequenz von gebeugtem Licht -1ter Ordnung L&sub2;(0, -1) des Strahls L&sub2; (0): f&sub0;- f&sub2; (II);
Frequenz von gebeugtem Licht nullter Ordnung L&sub2;(-1, 0) des Strahls L&sub2; (-1): f&sub0;- f&sub1; (III);
Frequenz von gebeugtem Licht nullter Ordnung L&sub1;(0, 0) des Strahls L&sub1;(0): f&sub0; (IV).
Im optischen Pfad B:
Frequenz von gebeugtem Licht nullter Ordnung L&sub1;(1, 0) des Strahls L&sub1;(1): f&sub0;+ f&sub1; (I');
Frequenz von gebeugtem Licht nullter Ordnung L&sub2;(0, 0) des Strahls L&sub2;(0): f&sub0; (II');
Frequenz von gebeugtem Licht erster Ordnung L&sub2;(-1, 1) des Strahls L&sub2;(-1): f&sub0;- f&sub1;+ f&sub2; (III');
Frequenz von gebeugtem Licht erster Ordnung L&sub1;(0, 1) des Strahls L&sub1;(0): f&sub0;+ f&sub2; (IV').
Die Kombination der im optischen Pfad A sich ausbreitenden gebeugten Lichtkomponenten mit den im optischen Pfad B sich ausbreitenden gebeugten Lichtkomponenten erzeugen die folgenden Schwebungslichtfrequenzen.
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (I) und (I'),
(f&sub0;+f&sub1;-f&sub2;)-(f&sub0;+f&sub1;) = f&sub2; [1]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (I) und (II'),
(f&sub0;+f&sub1;-f&sub2;)-f&sub0; = f&sub1;-f&sub2; [2]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (I) und (III'),
(f&sub0;+f&sub1;-f&sub2;)-(f&sub0;-f&sub1;+f&sub2;) = 2(f&sub1;-f&sub2;) [3]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (I) und (IV'),
(f&sub0;+f&sub1;-f&sub2;)-(f&sub0;+f&sub2;) = f&sub1;-2f&sub2; [4]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (II) und (I'),
(f&sub0;-f&sub2;)-(f&sub0;+f&sub1;) = f&sub1;+f&sub2; [5]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (II) und (II'),
(f&sub0;-f&sub2;)-f&sub0; = f&sub2; [6]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (II) und (III'),
(f&sub0;-f&sub2;)-(f&sub0;-f&sub1;+f&sub2;) = f&sub1;-2f&sub2; [7]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (II) und (IV'),
(f&sub0;-f&sub2;)-(f&sub0;+f&sub2;) = 2f&sub2; [8]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (III) und (I'),
(f&sub0;-f&sub2;)-(f&sub0;+f&sub1;) = 2f&sub1; [9]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (III) und (II'),
(f&sub0;-f&sub1;)-f&sub0; = f&sub1; [10]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (III) und (III'),
(f&sub0;-f&sub1;)-(f&sub0;-f&sub1;+f&sub2;) = f&sub2; [11]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (III) und (IV'),
(f&sub0;-f&sub1;)-(f&sub0;+f&sub2;) = f&sub1;+f&sub2; [12]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (IV) und (I'),
f&sub0;-(f&sub0;+f&sub1;) = f&sub1; [13]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (IV) und (II'),
f&sub0;-f&sub0; = 0 [14]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (IV) und (III'),
f&sub0;-(f&sub0;-f&sub1;+f&sub2;) = f&sub1;-f&sub2; [15]
Aus dem Betrag der Differenz zwischen (IV) und (IV'),
f&sub0;-(f&sub0;+f&sub2;) = f&sub2; [16].
Daher sind 15 Schwebungs-Schwingungsfrequenzen [1]-[13], [15] und [16] in durch jedes der Detektoren (25, 33, 36) photoelektrisch erfaßtes Schwebungslicht hineingemischt. Falls das gebeugte Licht die Frequenz [14] einschließt, das durch die Detektoren (25, 33, 36) photoelektrisch erfaßt wird, wird dies ein Gleichstrombestandteil sein (DC Bestandteil). Falls es negativ die Erfassungspräzision beeinflußt, kann es bei einer Fouriertransformation im Schwebungssignalextraktionsabschnitt im Phasendifferenzerfassungssystem 50 entfernt werden. Alternativ kann der Gleichstrombestandteil durch eine separat bereitgestellte elektrische Filtervorrichtung entfernt werden.
Da eine Schwebungsfreguenz, die für eine Ausrichtung verwendet werden kann, eine solche ist, die in den obigen Schwebungsfrequenzen einzig ist, ohne darin doppelt aufzutreten, wird durch eine Kombination des Strahls L&sub1;(1, - 1) mit dem Strahl L&sub2;(-1, 1) im zweiten Ausführungsbeispiel nur eine (1) Schwebungsfrequenz von 2(f&sub1;- f&sub2;) erzeugt. Somit extrahiert der optische Schwebungssignalextraktionsabschnitt (Fouriertransformationsschaltung) in dem Phasendifferenzerfassungssystem 50 das Signal mit der Schwebungsfrequenz von 2(f&sub1;-f&sub2;) .
Sogar wenn Schwebungslichtsignale mit unterschiedlichen Frequenzen photoelektrisch durch die Detektoren (25, 33, 36) erfaßt werden, kann eine Hochpräzisionsausrichtung durch das heterodyne Interferenzverfahren erzielt werden, basierend auf dem Signal mit vorbestimmter Schwebungsfrequenz ( 2(f&sub1;- f&sub2;) ), das durch den optischen Schwebungssignalextraktionsabschnitt (Fouriertransformationsschaltung) extrahiert wird.
Wenn das zweite Ausführungsbeispiel wie das erste Ausführungsbeispiel modifiziert ist, so daß zumindest entweder das Beugungsgitter 14 oder der erste AOM 17 gedreht ist, um die Ausbreitungsrichtung der den ersten AOM 17 schneidenden Wanderwelle unterschiedlich von der Pitchrichtung des Beugungsgitters 14 zu machen, kann der unnötige gebeugte Lichtbestandteil L&sub2;(0), der im optischen Pfad A vom Strahl L&sub1;(1) verläuft, und der unnötige gebeugte Lichtbestandteil L&sub1;(0), der im optischen Pfad B vom Strahl L&sub2;(-1) verläuft, separiert werden, und dann durch den Raumfilter 19 gefiltert werden.
Weiter, falls entweder der erste AOM 17 oder der zweite AOM 60 gedreht wird, so daß die Ausbreitungsrichtung der den ersten AOM schneidenden Wanderwelle unterschiedlich von der der den zweiten AOM 60 schneidenden Wanderwelle gemacht wird, kann der unnötige gebeugte Lichtbestandteil L&sub2;(-1, 0), der im optischen Pfad A vom Strahl L&sub1;(1, -1) verläuft, und der unnötige gebeugte Lichtbestandteil L&sub1;(1, 0), die im optischen Pfad B vom Strahl L&sub2;(-1, 1) verläuft, wie in Fig. 12 und 13 gezeigt, abgesondert werden, und durch den Raumfilter 61 gefiltert werden.
Auch falls die Ausbreitungsrichtung einer den ersten AOM schneidenden Ausbreitungswelle identisch zu der den zweiten AOM 60 schneidenden Wanderwelle gemacht wird, und die Pitchrichtung des Beugungsgitters 14 unterschiedlich von der Ausbreitungsrichtung der die zwei AOMs schneidenden Wanderwellen gemacht wird, kann der unnötige gebeugte Lichtbestandteil natürlich auch durch die Raumfilter (19, 61) entfernt werden.
Es wird nun der allgemeine Fall betrachtet, daß n AOMs in Serie angeordnet sind, und n optische Relaissysteme für ein Übertragen angeordnet sind, eins zwischen der Strahlauftrennvorrichtung (Beugungsgitter 14) und dem ersten AOM und die anderen zwischen AOMs.
Es sei eine Frequenz Bf eine Frequenz eines zu extrahierenden Schwebungslichtes. Da das symmetrisch mit Bezug auf die optischen Achsen von jedem optischen Relaissystem verlaufende gebeugte Licht als Beleuchtungsstrahlen für eine Ausrichtung verwendet werden kann, wird die Frequenz Bf von zu extrahierendem Schwebungslicht durch die folgende Gleichung (20) ausgedrückt.
(20) Bf = 2(f&sub1;+ f&sub2;+f&sub3; .... fn)
In der obigen Gleichung bezeichnet fn eine Ansteuerfrequenz des n-ten AOM von der Lichtquellenseite, die positiv ist, wenn die Ansteuerfrequenz in der ersten Richtung angelegt wird, jedoch negativ, wenn die Ansteuerfrequenz in der zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung angelegt wird.
Auch ist die Vergrößerung β&sub1; des ersten optischen Relaissystems in Gleichung (8) definiert, und eine Vergrößerung βn vom n-ten optischen Relaissystem wird durch die folgende Gleichung (21) definiert.
(21) βn = (vnfn-1)/(vn-1fn)
Obwohl das in Fig. 10 bis Fig. 15 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel ein Beispiel zeigt, bei dem zwei durch den Beugungseffekt des Beugungsgitters 14 aufgetrennte Strahlen gebeugtes Licht ±1ter Ordnung so geführt werden, daß sie in den ersten AOM 17 eintreten, bei dem zwei Strahlen, gebeugtes Licht +1ter Ordnung von einem der zwei durch den ersten AOM gebeugten Strahlen und gebeugtes Licht -1ter Ordnung von dem anderen der zwei durch den ersten AOM 17 gebeugten Strahlen so geführt werden, daß sie in den zweiten AOM 60 eintreten, und bei dem gebeugtes Licht +1ter Ordnung von einem der durch den zweiten AOM 60 gebeugten Strahlen und gebeugtes Licht -1ter Ordnung von dem anderen der zwei durch den zweiten AOM 60 gebeugten Strahlen so geführt werden, daß die Markierungen für eine Positionserfassung in zwei Richtungen beleuchten, ist die beanspruchte Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise können zwei durch das Beugungsgitter 14 erzeugte gebeugte Lichtstrahlen beliebiger Ordnung als zwei Strahlen für eine Positionserfassung verwendet werden, während sie geführt werden, um in den ersten AOM 17 einzutreten. Auch kann ein gebeugter Lichtstrahl beliebiger Ordnung von einem der zwei durch den ersten AOM 17 gebeugten Strahlen und ein gebeugter Lichtstrahl beliebiger Ordnung vom anderen der zwei durch den ersten AOM 17 gebeugten Strahlen als zwei Strahlen, geführt um in den zweiten AOM 60 einzutreten, für eine Positionserfassung verwendet werden. Weiter kann ein gebeugter Lichtstrahl beliebiger Ordnung von einem der zwei durch den zweiten AOM 60 gebeugten Lichtstrahlen und ein gebeugter Lichtstrahl beliebiger Ordnung von dem anderen der zwei durch den zweiten AOM 60 gebeugten Strahlen als zwei Strahlen für eine Positionserfassung verwendet werden, geführt, um die Markierungen für eine Positionserfassung in zwei Richtungen zu beleuchten.
Auch ist, obwohl das zweite in Fig. 10 gezeigte Ausführungsbeispiel ein Beispiel zeigt, bei dem die Lichtquellenvorrichtung (10-12) einen Strahl einschließlich Licht einer Mehrzahl von Wellenlängen (multiple Wellenlängen) bereitstellt, die beanspruchte Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Ausrichtung kann mit dem heterodynen Referenzverfahren mit einer Laserquelle als Lichtquellenvorrichtung erzielt werden, die Licht einer einzigen Wellenlänge bereitstellt. In diesem Fall kann der Vorteil des multiple Wellenlängenlicht verwendenden heterodynen Interferenzverfahrens für eine Ausrichtung nicht genutzt werden. Jedoch können durch ein in Serie Anordnen des Beugungsgitters 14 und des ersten akusto-optischen Modulators 17 auf beiden Seiten des ersten optischen Relaissystems (15a, 15b) und durch ein in Serie Anordnen des ersten akusto- optischen Modulators (17) und des zweiten akusto-optischen Modulators (60) auf beiden Seiten des zweiten optischen Relaissystems (18a, 18b), zwei Strahlen mit voneinander unterschiedlicher Frequenz ohne optischen Pfadlängenunterschied als Abschwingung erzeugt werden, wodurch die Vorrichtung von einfachem Aufbau sein kann, und im Vergleich mit der bekannten Vorrichtung einfach einzustellen sein kann.

Drittes Ausführungsbeispiel

Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, wird mit Bezug auf Fig. 16 beschrieben. Das vorliegende Ausführungsbeispiel verwendet die Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung vom dritten Typ, wie vorhergehend beschrieben. In Fig. 16 werden Bauteile mit den gleichen Funktionen wie die im ersten in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel darin, daß ein akusto-optisches Element 17a das Beugungsgitter 14, das optische Relaissystem (Sammellinse 15a, Raumfilter 16 und Sammellinse 16b) und den AOM 17 im ersten Ausführungsbeispiel ersetzt.
Im optischen Ausrichtsystem der vorliegenden Erfindung ist eine weiße Lichtquelle 10 eine Lichtquelle, die beispielsweise ein Xe-Lampe und eine Halogenlampe, die Licht in einem vom Belichtungslicht unterschiedlichen Wellenlängenband bereitstellt. Nachdem weißes Licht von der Weißlichtquelle 10 durch eine aperturvariable Blende 11 und eine Sammellinse 12 in einem kollimierten Strahl L&sub0; umgewandelt ist, wird der Strahl durch einen Bandpaßfilter 13 geführt, der Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich extrahiert, um dann in den AOM 17 parallel mit der Wellenfront der Wanderwelle einzutreten.
Der AOM 17a wird durch ein Hochfrequenzsignal SF&sub1; mit der Frequenz f&sub1; angesteuert, so daß der Strahl L&sub0; im vorbestimmten Wellenlängenbereich dem Raman-Nath- Beugungseffekt im AOM 17a unterzogen wird.
Unter der Annahme, daß der Strahl L&sub0; im vorbestimmten Wellenlängenbereich eine Frequenz von f&sub0; aufweist, wird der Strahl L&sub0; durch den AOM 17a frequenzmoduliert, um gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub0;(1) (im folgenden als "Strahl L&sub0;(1)" bezeichnet) mit einer Frequenz (f&sub0;+ f&sub1;) und gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub0;(-1) (im folgenden als "Strahl L&sub0;(-1)" bezeichnet) mit einer Frequenz (f&sub0;- f&sub1;) zu erzeugen.
Danach werden die Strahlen L&sub0;(1) und L&sub0;(-1) auf die gleiche Weise behandelt, wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 17 eine speziellere Struktur des Abschnitts zum Erzeugen von zwei Strahlen mit voneinander unterschiedlicher Frequenz des in Fig. 16 gezeigten dritten Ausführungsbeispiels und deren Prinzip beschrieben.
Fig. 17 zeigt den akusto-optischen Modulator (AOM) 17a in Fig. 16a. Wie in Fig. 17 gezeigt, tritt das weiße Licht L&sub0; des AOM 17a parallel mit der Wellenfront einer Wanderwelle ein. Als eine Folge wird gebeugtes Licht verschiedener Ordnungen von jeder Wellenfront vom AOM 17a durch einen Beugungseffekt (Raman-Nath-Beugung) erzeugt.
Wenn der Beugungswinkel von gebeugtem Licht N-ter Ordnung vom auftreffenden Licht mit einer Wellenlänge λ Φ&sub1; ist, und ein Pitch der Wanderwelle Λ&sub1; ist, gilt die folgende Gleichung:
(22) sinΦ&sub1; = Nλ/Λ&sub1;
Die folgende Gleichung gilt mit Bezug auf den Pitch Λ1 der Wanderwelle mit einer Geschwindigkeit v&sub1; und einer Frequenz f&sub1; der Wanderwelle.
(23) Λ&sub1; = v&sub1;/f&sub1;
Demzufolge kann die Gleichung (22) in die Gleichung (24) für gebeugtes Licht ±1ter Ordnung umgeschrieben werden.
(24) sinΦ&sub1; = f&sub1;λ/v&sub1;
Nun wird ein Beugungswinkel von Licht ±1ter Ordnung L&sub0;(1) und L&sub0;(-1), das durch den Raumfilter 19 in Fig. 16 tritt, diskutiert. Falls beispielsweise die Basiswellenlänge λ&sub0; von Beleuchtungslicht 633 nm ist, eine Breite eines Wellenlängenbandes ±50 nm ist, und der Pitch Λ1 der Wanderwelle im AOM 17 40 um ist, dann ist der Beugungswinkel von Licht ±1ter Ordnung 0,835º für die kürzeste Wellenlänge von 583 nm und 0,978º für die längste Wellenlänge von 683 nm. Somit ist mit Licht von 583-683 nm der Beugungswinkel von Licht ±1ter Ordnung in einem Bereich von 0,835º bis 9,978º verteilt. Wenn das auftreffende Licht durch die Wanderwelle im AOM 17 gebeugt wird, wird das gebeugte Licht durch den Frequenzanteil der Wanderwelle darin moduliert.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 18 die optische Frequenzmodulation durch die Raman-Nath-Beugung beschrieben. In Fig. 18 ist der Winkel 61 zwischen dem auftreffenden Licht und der Wellenfront der durch das Ansteuersignal SF&sub1; im AOM 17a bewirkten Wanderwelle einer Ultraschallwelle 0º. Weiter ist der Winkel θd zwischen dem gebeugten Licht und der Wellenfront der Wanderwelle einer Ultraschallwelle, bewirkt durch das Ansteuersignal SF&sub1; im AOM 17a, einem Wellenvektor von in den AOM 17a eintreffendem Licht < Ki> , einem Wellenvektor von durch den AOM 17a gebeugtem Licht < Kd> , und einem Wellenvektor einer Ultraschallwelle durch das Ansteuersignal SF&sub1; < Ks> .
Bei der Raman-Nath-Beugung ist der Winkel θd klein, so daß die Vektoren im Verhältnis eines gleichschenkligen Dreiecks stehen, wie in Fig. 18 gezeigt. Falls eine Lichtwellenlänge λ ist, ein Index einer Beugung vom AOM 17a n ist, eine Frequenz einer Ultraschallwelle f&sub1; ist, und falls eine Geschwindigkeit einer den AOM 17a schneidenden Ultraschallwelle (Wanderwelle) v&sub1; ist, dann können die Amplituden der Vektoren < Ki> , < Kd> und < Ks> ist, wie folgt ausgedrückt werden.
(25) < Ki> = 2πn/λ
(26) < Kd> = 2πn/λ
(27) < Ks> = 2π f&sub1;/v&sub1;
Mit einer Wellenlänge Λ&sub1; der Wanderwelle der Ultraschallwelle gelten die folgenden Beziehungen.
(28) sinθd = λ/Λ&sub1;
(29) < Ks> = sinθd· < Kd>
Die Gleichung (30) kann aus den Gleichungen (28) und (29) abgeleitet werden.
(30) < Ks> = 2πn/Λ&sub1;
Wie in Gleichung (30) zu sehen, ist die Amplitude von < Ks> konstant, unabhängig von der Wellenlänge des Lichtes, solange die Bedingung der Raman-Nath-Beugung erfüllt ist. Es ergibt sich daher, daß Licht, das durch den AOM 17a zu beugen ist, der gleichen Frequenzmodulation (f&sub1;) unterzogen wird, unabhängig von einer Wellenlänge des Lichtes.
Somit, falls die Frequenz des in dem AOM 17a eintreffenden Strahls L&sub0; f ist, wird gebeugtes Licht L&sub0;(1) +1ter Ordnung von Strahl L&sub0; für jede Wellenlänge gleich frequenzmoduliert zu (f+ f&sub1;) (= F&sub1;), und gebeugtes Licht L&sub0;(-1) -1ter Ordnung vom Strahl L&sub0; wird auch für jede Wellenlänge genauso frequenzmoduliert zu (f - f&sub1;) (= F&sub2;).
Wie beschrieben kann gebeugtes Licht L&sub0;(1) +1ter Ordnung der Frequenz F&sub1; mit einem bestimmten Wellenlängenbereich und gebeugtes Licht L(-1) -1ter Ordnung der Frequenz F&sub2; mit einem bestimmten Wellenlängenbereich verwendet werden, um die Beugungsgitter (24, RM, WM) symmetrisch mit Lichtkomponenten von jeder Wellenlänge in einem von anderen unterschiedlichen Auftreffwinkel zu beleuchten, so daß gebeugtes Licht ±erster Ordnung von jeder Wellenlänge immer in der normalen Richtung zu den Beugungsgittern (24, RM, WM). Demzufolge kann Schwebungslicht einschließlich einer vorbestimmten Frequenz Δf (= F&sub1;-F&sub2; = 2f&sub1; ) aus dem gebeugten Licht ±1ter Ordnung jeder Wellenlänge erzeugt werden. Demzufolge, da jeder Detektor (25, 33, 36) photoelektrisch das Schwebungslicht mit multiplen Wellenlängen einschließlich der vorbestimmten Frequenz Δf (= F&sub1;-F&sub2; = 2f&sub1; ) (Schwebungslichtsignale pluraler Wellenlängen einschließlich Positionsinformation von jedem Beugungsgitter werden erfaßt), kann eine Hochpräzisionsausrichtung beim heterodynen Interferenzverfahren erzielt werden, während der Einfluß einer Asymmetrie einer Beugungsgittermarkierung durch den ausgleichenden Effekt von Schwebungslichtsignalen multipler Wellenlängen und der Einfluß einer Dünnfilminterferenz einer Strichplatte (Einfluß wie beispielsweise eine Veränderung einer Lichtquantität) mit dem Licht multipler Wellenlänge unterdrückt wird.
Zusätzlich verläuft das durch den AOM 17a gebeugte Licht dann symmetrisch bezüglich der optischen Achse, so daß kein theoretischer Unterschied einer optischen Pfadlänge zwischen den aufgetrennten Strahlen vorliegt. Mit anderen Worten wird die Doppelstrahlinterferenz sogar mit weißem Licht mit kurzer Interferenzdistanz möglich. Da die Wellenfronten der aufgetrennten Strahlen mit einer Phasendifferenz von Null ausgerichtet sind, kann die Vorrichtung auch einfach eingestellt werden und weist eine kompakte Größe auf, während eine Hochpräzisionsausrichtung ermöglicht wird.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist so angeordnet, daß die symmetrisch den AOM 17a verlassenden und durch diesen optisch modulierten Strahlen gebeugten Lichts ±1ter Ordnung L&sub0;(1), L&sub0;(-1) als Strahlen für eine Ausrichtung verwendet werden, daß gebeugtes Licht ±1ter Ordnung L&sub0;(1), L&sub0;(-1) geführt wird, um die Beugungsgitter (24, RM, WM) in zwei Richtungen zu beleuchten, um Schwebungslichtsignale mit einer vorbestimmten Frequenz Δf (= 2f&sub1; ) zu erhalten, und die Signale durch die Detektoren (25, 33, 36) extrahiert werden, und der optische Schwebungssignalextraktionsabschnitt (Fouriertransformationsschaltung) im Phasendifferenzerfassungssystem 50 die extrahierten Signale als Signale für eine Ausrichtung verwendet. So angeordnet kann eine Hochpräzisionsausrichtung durch heterodyne Interferenz erzielt werden.
Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel ein Beispiel zeigt, bei dem durch den Raman-Nath-Beugungseffekt des AOM 17a erzeugte und aufgetrennte gebeugte Lichtstrahlen ±1ter Ordnung als die zwei Strahlen für eine Positionserfassung verwendet werden, um die Markierungen für eine Positionserfassung in zwei Richtungen zu beleuchten, ist die vorliegende Erfindung, wie beansprucht, nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise können beliebige zwei gebeugte Lichtkomponenten beliebiger Ordnung, durch den akusto-optischen Modulator 17a erzeugt, als die zwei Strahlen für eine Positionserfassung verwendet werden, um die Markierungen für eine Positionserfassung in zwei Richtungen zu beleuchten.

Viertes Ausführungsbeispiel

Das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, wird mit Bezug auf Fig. 19 und 20 beschrieben. Das vorliegende Ausführungsbeispiel verwendet die vorhergehend beschriebene Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung vom vierten Typ. In Fig. 19 werden Bauteile mit den gleichen Funktionen wie im ersten in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel und im dritten in Fig. 16 gezeigten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und alle Beschreibungen von diesbezüglichen Details wird ausgelassen. Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom dritten Ausführungsbeispiel, wie sich das zweite Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, dadurch, daß ein zweiter akusto-optischer Modulator 60 (im folgenden als "AOM 60" bezeichnet) zwischen dem optischen Relaissystem (18a, 18b) und der Sammellinse 21 bereitgestellt ist, daß ein Raumfilter 61 zwischen der Sammellinse 21 und der Strahlauftrennvorrichtung 22 bereitgestellt ist, und daß die Linsen 18a und 18b als ein optisches Relaissystem dienen, um den Beugungspunkt vom ersten AOM 17a (erster akusto-optischer Modulator) zum Beugungspunkt des zweiten AOM 60 (zweiter akusto-optischer Modulator) zu verlegen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel breitet sich ein an dem zweiten AOM 60 angelegtes Hochfrequenzsignal SF&sub2; in der Richtung aus, die entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung eines an den ersten AOM 17a angelegten Hochfrequenzsignals SF&sub1; ist, um so eine letztendlich erhaltene Schwebungsfrequenz (unter 1 MHz) zu vermindern, wodurch das Verarbeiten von elektrischen Signalen erleichtert wird.
Wie in Fig. 19 gezeigt, wird weißes Licht von einer weißen Lichtquelle 10, die Licht in einem sich von dem eines Belichtungslichts unterscheidenden Wellenlängenband (multiple Wellenlängen) bereitstellt, so geführt, daß es durch eine variable Apertur 11 hindurchtritt, eine Sammellinse 12 und einen Bandpaßfilter 13, um dann in den ersten AOM 17a einzutreten. Das auftreffende Licht wird so geführt, daß es in den ersten AOM 17a parallel mit der Wellenfront der Wanderwelle eintritt, so daß im AOM 17a die Raman-Nath- Beugung bewirkt wird.
Da der erste AOM 17a durch das erste Hochfrequenzsignal SF&sub1; einer Frequenz f&sub1; angesteuert wird, wird ein Strahl L&sub0;(1), der gebeugtes Licht +1ter Ordnung vom Strahl L&sub0; im vorbestimmten Wellenlängenbereich ist, und ein Strahl L&sub0;(-1), der gebeugtes Licht -1ter Ordnung des Strahls L&sub0; ist, einer Frequenzmodulation von (f&sub0;+ f&sub1;) bzw. (F&sub0;-F&sub1;) im ersten AOM 17a unterzogen. Danach werden die Strahlen L&sub0;(1) und L&sub0;(-1) durch eine Linse 18a geführt, einen Reflektionsspiegel 20 und eine Linse 18b, so daß sie symmetrisch mit gleichem Auftreffwinkel in den zweiten AOM 60 eintreten. Ein im optischen Relaissystem (18a, 18b) angeordneter Raumfilter 19 extrahiert gebeugte Lichtstrahlen ±1ter Ordnung L&sub0;(1), L&sub0;(- 1), die den ersten AOM 17a verlassen.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist so angeordnet, daß die Strahlen L&sub0;(1) und L&sub0;(-1), die in den zweiten AOM 60 eintreten, die Bedingung einer akustischen Bragg-Beugung erfüllen. Da der zweite AOM 60 durch das zweite Hochfrequenzsignal SF&sub2; einer Frequenz f&sub2; angesteuert wird, das in der zur Ausbreitungsrichtung im ersten AOM 17a entgegengesetzten Richtung verläuft, wird gebeugtes Licht - erster Ordnung L&sub0;(1, -1) (im folgenden als "Strahl L&sub0;(1, -1)" bezeichnet) des Strahls L&sub0;(-1) im vorbestimmten Wellenlängenbereich durch den zweiten AOM 60 einer Frequenzmodulation von (f&sub0;+ f&sub1;- f&sub2;) (= F&sub1;) unterzogen, und gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub0;(-1, 1) (im folgenden als "Strahl L&sub0;(-1, 1)" bezeichnet) des Strahls L&sub0;(-1) im vorbestimmten Wellenlängenbereich wird auch einer Frequenzmodulation von (f&sub0;- f&sub1;+ f&sub2;) (= F&sub2;) durch den zweiten AOM 60 unterzogen. Dann treten die Strahlen L&sub0;(1, -1) bzw. L&sub0;(-1, 1) durch eine Linse 21 und werden dann durch eine Strahlauftrennvorrichtung 22 in zwei Teile aufgeteilt. Der Raumfilter 61 ist im optischen Relaissystem 21, 23 angeordnet, um gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub0;(1, -1) und gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub0;(-1, 1), das den zweiten AOM 60 verläßt, zu extrahieren.
Die zwei so durch die Strahlauftrennvorrichtung 22 aufgetrennten Strahlen werden zuletzt durch die Detektoren (25, 33, 36) photoelektrisch auf die gleiche Weise erfaßt, wie im dritten in Fig. 16 gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei die diesbezüglichen Details hier nicht beschrieben werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden von photoelektrisch durch jeden Detektor (25, 33, 36) erfaßten Signalen Schwebungssignale einer vorbestimmten Frequenz Δf (= F&sub1;- F&sub2; = 2(f&sub1;- f&sub2;) ), die aus einem Lichtbestandteil jeder Wellenlänge entstehen, durch den optischen Schwebungssignalextraktionsabschnitt (Fouriertransformationsschaltung) im Phasendifferenzerfassungssystem 50 extrahiert, um eine Ausrichtung basierend auf diesen Signalen durchzuführen.
Wie oben beschrieben, ist das vorliegende Ausführungsbeispiel so angeordnet, daß die zwei AOMs 17, 60 in Serie angeordnet sind, und die Hochfrequenzsignale SF&sub1;, SF&sub2; an die AOMs in den entgegengesetzten Richtungen angelegt werden, wodurch ermöglicht wird, daß die Frequenz eines photoelektrisch durch die Detektoren (25, 33, 36) erfaßten Schwebungssignale auf unter 1 MHz abgesenkt wird, was für eine Signalverarbeitung einfach ist.
Unter der Annahme, daß der erste AOM 17a durch ein erstes Hochfrequenzsignal SF&sub1; einer Frequenz f&sub1; von 100 MHz und der zweite AOM 60 durch ein zweites Hochfrequenzsignal SF&sub2; einer Frequenz f&sub2; von 99,9 MHz in der Richtung entgegengesetzt zu der im ersten AOM 17a angesteuert wird, ist die Frequenz eines durch den zweiten AOM 60 hindurchtretenden Strahls L&sub0;(1, -1) F&sub1; (= f&sub0;+f&sub1;-f&sub2;) und die Frequenz des anderen durch den zweiten AOM 60 hindurchtretenden Strahls L&sub0;(-1, 1) ist F&sub2; (= f&sub0;-f&sub1;+f&sub2;), wie vorhergehend beschrieben.
Dann wird die Frequenz Δf eines Schwebungslichts, das durch jedes Beugungsgitter (24, RM, WM) mit Beleuchtung durch die zwei Strahlen L&sub0;(1,-1) und L&sub0;(-1, 1) erzeugt wird, 200 kHz (= F&sub1;-F&sub2; = 2(f&sub1;-f&sub2;) ) sein, was eine einfach signalverarbeitbare Schwebungsfrequenz ist.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 20 eine speziellere Struktur des Abschnitts für eine Erzeugung von zwei Strahlen mit voneinander unterschiedlicher Frequenz im vorliegenden in Fig. 19 gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in Fig. 20 gezeigt, ist das vorliegende Ausführungsbeispiel so angeordnet, daß der erste AOM 17a und der zweite AOM 60 in Serie angeordnet sind, und das optische Relaissystem (18a, 18b) bereitgestellt ist, um den Beugungspunkt des ersten AOM 17a (im Ausbreitungspfad des Hochfrequenzsignals SF&sub1;) zum Beugungspunkt des zweiten AOM 60 (im Ausbreitungspfad des Hochfrequenzsignals SF&sub2;) zu verlegen. Der Strahl L&sub0; aus weißem Licht (Multiwellenlicht) tritt in den ersten AOM 17a parallel mit der Wellenfront der Wanderwelle darin ein. Dann wird der Strahl L&sub0; durch den ersten AOM 17a der Raman-Nath-Beugung unterzogen.
Da der erste AOM 17a durch das erste Hochfrequenzsignal f&sub1; angesteuert wird, wird das gebeugte Licht +1ter Ordnung L&sub0;(1) des Strahls L&sub0; frequenzmoduliert, um eine Frequenz (f&sub0;+ f&sub1;) aufzuweisen, und das gebeugte Licht -1ter Ordnung L&sub0;(-1) des Strahls L&sub0; wird frequenzmoduliert, um eine Frequenz (f&sub0;- f&sub1;) aufzuweisen. Die Strahlen L&sub0;(1) und L&sub0;(-1) verlassen den ersten AOM 17a symmetrisch, mit einem Winkel Φ&sub1; bezüglich der optischen Auftreffachse geneigt, und sind auch symmetrisch mit Bezug auf die Wellenfront der Wanderwelle.
Die optisch durch den ersten AOM 17a modulierten Strahlen L&sub0;(1) und L&sub0;(-1) werden durch das erste optische Relaissystem (18a, 18b) gesammelt, um dann symmetrisch in den zweiten AOM 60 mit einem Winkel Φ&sub3; Bezug auf die Richtung der optischen Achse einzutreten. Da der zweite AOM 60 durch das zweite Hochfrequenzsignal f&sub2; in der zu der im ersten AOM 17a entgegengesetzten Richtung angesteuert wird, wird gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub0;(1, -1) des Strahls L&sub0;(1) frequenzmoduliert, um eine Frequenz (f&sub0;+ f&sub1;- f&sub2;) (= F&sub1;) aufzuweisen, und gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub0;(-1, 1) des Strahls L&sub0;(-1) wird frequenzmoduliert, um eine Frequenz (f&sub0;- f&sub1;+ f&sub2;) (= F&sub2;) aufzuweisen. Die Strahlen L&sub0;(1, -1) und L&sub0;(-1, 1) verlassen den zweiten AOM 60 symmetrisch in einem Winkel Φ&sub3; gleich dem Auftreffwinkel Φ&sub3;. Mit anderen Worten werden die Stahlen L&sub0;(1, -1) und L&sub0;(-1, 1) im zweiten AOM 60 jeweilig der akustischen Bragg-Beugung unterzogen.
Falls der Beugungswinkel durch die akustische Bragg-Beugung des zweiten AOM 60 θb2(= 2Φ&sub3;) ist, falls eine Geschwindigkeit der den zweiten AOM 60 schneidenden Ultraschallwelle (Wanderwelle) v&sub2; ist, falls eine Ultraschallwellenfrequenz des Hochfrequenzsignals SF&sub2; f&sub2; ist, falls eine Wellenlänge von Licht λ ist, und falls eine Wellenlänge der den zweiten AOM 60 schneidenden Ultraschallwelle (Wanderwelle) Λ&sub2; ist, dann gelten die folgenden Verhältnisse der Gleichungen (31) und (32).
(31) Λ&sub2; = V&sub2;/f&sub2;
(32) Sinθb2 = λ/Λ&sub2;
Mit den Gleichungen (31) und (32) wird der Beugungswinkel θb2 (= 2Φ&sub3;) durch den zweiten AOM 60 zuletzt wie in der folgenden Gleichung (33) erhalten.
(33) sinθb2 = f&sub2;λ/v&sub2; (oder sin2Φ&sub3; = f&sub2;λ/v&sub2;)
Falls das optische Relaissystem (18a, 18b) eine Vergrößerung von β&sub1; aufweist und die Sinusbedingung erfüllt, gelten die Beziehungen von Gleichung (34).
(34) β&sub1; = (sinΦ&sub1;)/(sinΦ&sub3;) = (2sinΦ&sub1;)/(sin2Φ&sub3;)
Demzufolge wird die folgende Gleichung (35) von den Gleichungen (24), (33) und (34) abgeleitet.
(35) β&sub1; = 2·(v&sub2;f&sub1;)/(v&sub2;/f&sub1;)
Daher ist das in Fig. 19 und Fig. 20 gezeigte vorliegende Ausführungsbeispiel vorzugsweise so aufgebaut, daß das optische Relaissystem (18a, 18b) die obige Gleichung (35) erfüllt.
Falls der erste und zweite AOM (17a, 60) aus dem gleichen Material aufgebaut ist, und eine Frequenzdifferenz von einigen 10 KHz zwischen dem ersten und dem zweiten Hochfrequenzsignal (f&sub2;, f&sub1;) vorliegt, wird β&sub1; in Gleichung (35) als β&sub1; = 2 berechnet. Somit kann das optische Relaissystem (18a, 18b) mit einer Vergrößerung β&sub1; gleich 2 ausgebaut werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, kann jeder Detektor (35, 33, 36) photoelektrisch Schwingungslicht multipler Wellenlängen erfassen, einschließlich der vorbestimmten Frequenz Δf (= 2(f&sub1;-f&sub2;) ) (in dem mehrere Schwebungslichtsignale von jeweiligen Wellenlängen einschließlich Information über eine Position von jedem Beugungsgitter erfaßt wird), so daß eine Hochpräzisionsausrichtung beim heterodynen Interferenzverfahren erzielt werden kann, während der Einfluß einer Asymmetrie einer Beugungsgittermarkierung durch den ausgleichenden Effekt von Schwebungslichtsignalen mit unterschiedlichen Wellenlängen und der Einfluß einer Dünnfilminterferenz der Strichplatte auf dem Wafer 4 mit Licht multipler Wellenlänge unterdrückt wird. Zusätzlich kann die Schwebungsfrequenz stark vermindert werden, wodurch das Signalverarbeitungssystem vereinfacht werden kann.
Weiter verläuft das weiße Licht (Licht multipler Wellenlänge) symmetrisch und übereinstimmend durch die optischen Relaissysteme und die AOMs, so daß kein theoretischer Unterschied einer optischen Pfadlänge zwischen dem aufgetrennten Strahlen vorliegt. Daher ist eine Doppelstrahlinterferenz sogar mit einem Strahl mit einer kurzen Koherenzlänge, wie beispielsweis weißem Licht, möglich. Auch, da die Wellenfronten der aufgetrennten Strahlen ausgerichtet sind, d. h. da sie keine Phasendifferenz aufweisen, kann die Vorrichtung als einfach einzustellen und mit kompakter Größe aufgebaut werden, während die Hochpräzisitionsausrichtung ermöglicht wird.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Das fünfte Ausführungsbeispiel wird durch die gleichen Bauteile wie das erste Ausführungsbeispiel (in Fig. 1 gezeigt), aufgebaut. Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Ausbreitungsrichtung des akustischen Signals (SF&sub1;), das an den akusto-optischen Modulator (AOM) 17 angelegt ist, geändert ist.
Im Falle, daß die Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle im AOM 17 parallel mit der Pitchrichtung eines Beugungsgitters 14 wie im ersten Ausführungsbeispiel eingestellt wird, wird gebeugtes Licht nullter Ordnung in das gebeugte Licht ±1ter Ordnung hineingemischt, so daß Schwebungssignale mit unnötiger Frequenz erzeugt werden.
Um das unnötige Schwebungssignal zu vermeiden, ist das vorliegende Ausführungsbeispiel so angeordnet, wie in Fig. 21 gezeigt, daß die Ausbreitungsrichtung der den AOM 17 mit einem Hochfrequenzsignal für eine Ansteuerung schneidenden Wanderwelle unterschiedlich von der Pitchrichtung des Beugungsgitters 14 (Ausrichtung von Gittern) gemacht wird.
Fig. 21 zeigt die tatsächliche Anordnung von optischen Bauteilen vom Beugungsgitter 14 und Raumfilter 19 in Fig. 1. In Fig. 21 weicht die Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle im AOM 17 um einen vorbestimmten Winkel zur Pitchrichtung vom Beugungsgitter 14 (Beugungsrichtung) ab. Durch diese Anordnung verlassen unnötige Lichtstrahlen nullter Ordnung L&sub2;(0) und L&sub1;(0) den AOM 17 in einer von der Richtung des gebeugten Lichts L&sub1;(1) oder L&sub2;(-1) unterschiedlichen Richtung, so daß der Raumfilter 19 nur die unnötigen gebeugten Lichtkomponenten nullter Ordnung L&sub2;(0) und L&sub1;(0) entfernen kann. In diesem Fall ist es für einen Beugungswinkel der durch das Beugungsgitter 14 aufgetrennten Strahlen L&sub1;, L&sub2; notwendig, daß er einen richtungsbezogenen Bestandteil in der Richtung der Wanderwelle AOM 17 (Bragg- Winkelbestandteil) aufweist, der dem Bragg-Winkel im AOM 17 äquivalent ist.
Falls der Beugungswinkel durch das Beugungsgitter 14 Φ&sub1; ist, und der Winkel zwischen der Beugungsrichtung durch das Beugungsgitter 14 (Richtung einer Ebene einschließlich durch das Beugungsgitter 14 erzeugten gebeugten Licht jeweiliger Ordnungen) und der Richtung von Wanderwellen im AOM 17 α ist, wird der obigen Bragg-Winkelbestandteil wie folgt definiert.
(36) Bragg-Winkelbestandteil = sinΦ&sub1;·cosα
Demzufolge muß der Pitch pG des Beugungsgitters 14 (cosα) mal kleiner als in dem Fall sein, in dem die Ausbreitungsrichtung der Wanderwellen AOM 17a parallel zur Strahlauftrennrichtung ist. Somit sollte Gleichung (8) wie folgt modifiziert werden.
(37) β&sub1; = (2v&sub1;·cosα)/(PGf&sub1;)
Die durch den AOM 17 modulierten Strahlen L&sub1;(1) und L&sub2;(-1) bilden einen Verlauf von Interferenzlinien, der identisch zu dem durch ein Rotieren des ursprünglichen Beugungsgitters durch 2α erhaltenen ist. Daher, falls die Beugungsrichtung vom Beugungsgitter 14 parallel zur Ebene von Fig. 1 ist, und falls die Ausbreitungsrichtung der Wanderwellen AOM 17a in einen Winkel α vom 45º zur Beugungsrichtung vom Beugungsgitter 14 geneigt ist, werden die durch den AOM 17 modulierten Strahlen L&sub1;(1) und L&sub2;(-1) in der zur Ebene von Fig. 1 normalen Richtung getrennt werden. Da diese Strahlen L&sub1;(1) und L&sub2;(-1) keine unnötigen Strahlen enthalten, kann die Positionserfassung von den Beugungsgittern RM und WM mit einem extrem hohen SM (Signal/Rausch) Verhältnis durchgeführt werden.
Wie es aus Gleichung (37) ersichtlich ist, kann die Vergrößerung β&sub1; des optischen Relaissystems (15a, 15b) durch ein Verändern von ä eingestellt werden, d. h. durch ein Rotieren des Beugungsgitters 14 bezüglich zum AOM 17.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Das sechste Ausführungsbeispiel wird erhalten, indem das fünfte Ausführungsbeispiel ähnlich der Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels zum zweiten Ausführungsbeispiel abgewandelt wird, während die gleichen zusätzlichen Bauteile wie in dieser Abwandlung hinzugefügt werden. Insbesondere ist das sechste Ausführungsbeispiel wie in Fig. 22 gezeigt aufgebaut, und unterscheidet sich vom fünften Ausführungsbeispiel dadurch, daß das an den AOM 17 angelegte akustische Signal SF&sub1; sich in der Richtung ausbreitet, die von der Ausbreitungsrichtung des an den AOM 60 angelegten akustischen Signals (SF&sub2;) unterscheidet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie in den Fig. 22 und 23 gezeigt, die Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle im AOM 17 zur Pitchrichtung vom Beugungsgitter 14 verdreht, ähnlich wie im fünften Ausführungsbeispiel, und die Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle im AOM 17 ist auch zur Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle im AOM 60 verdreht, wodurch eine Mischung von unnötigem Rauschlicht verhindert wird.
Fig. 22 zeigt die Anordnung von optischen Bauteilen vom Beugungsgitter 14 zum Raumfilter 19, und Fig. 23 zeigt die Anordnung von optischen Bauteilen von der Relaislinse 18b zum Raumfilter 61. Die Anordnung in Fig. 22 ist die gleiche wie im fünften Ausführungsbeispiel, und eine Beschreibung hiervon wird ausgelassen.
In Fig. 23 schließen die zwei den Raumfilter 19 in Fig. 22 verlassenden Strahl ±1ter Ordnung L&sub1;(1) und L&sub2;(-1) kein Rauschlicht anderer Ordnung ein, als dies im fünften Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird bewirkt, daß die Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle im AOM 60 unterschiedlich von der Kreuzungsrichtung von auftreffenden Strahlen ist, welches eine Richtung normal zur optischen Achse innerhalb einer Ebene einschließlich der Strahlen L&sub1;(1) und L&sub2;(-1) ist.
Ähnlich wie im fünften Ausführungsbeispiel sollte mit einem Winkel γ zwischen der Ebene einschließlich der Strahlen L&sub1;(1) und L&sub2;(-1) und der Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle im AOM 60, Gleichung (19) für eine Vergrößerung β&sub2; vom zweiten optischen Relaissystem (18a, 18b) wie folgt modifiziert werden.
(38) β&sub2; = (v&sub2;f&sub1; cosγ)/(v&sub1;f&sub2;)
Die Richtung von einem gebeugten Lichtstrahl -1ter Ordnung L&sub1;(1, -1) des Strahls L&sub1;(1) vom AOM 60 unterscheidet sich von der Richtung gebeugten Lichts nullter Ordnung L&sub2;(-1, 0) des Strahls L&sub2;(-1) vom AOM 60. Auch unterscheidet sich die Richtung von gebeugtem Lichtstrahl +1ter Ordnung L&sub2;(-1, 1) des Strahls L&sub2;(-1) vom AOM 60 von der Richtung gebeugten Lichts nullter Ordnung L&sub1;(1, 0) des Strahls L&sub1;(1) vom AOM 60. Somit kann der Raumfilter 61 nur die Strahlen L&sub1;(1, -1) und L&sub2;(-1, 1) extrahieren. Die Pitchrichtung von Beugungslinien (Querrichtung) von den Strahlen L&sub1;(1, -1) und L&sub2;(-1, 1) ist eine, die durch ein Drehen der Pitchrichtung von Interferenzlinien von den auftreffenden Strahlen L&sub1;(1) und L&sub2;(-1) durch einen Winkel 2γ erhalten wird.
Daher wird die Pitchrichtung von Interferenzlinien von den Strahlen L&sub1;(1, -1) und L&sub2;(-1, 1) in Fig. 23 durch einen Winkel 2(α+y) zur Pitchrichtung vom Beugungsgitter 14 in Fig. 22 rotiert. Falls beispielsweise α = γ = 45º, wird die Pitchrichtung von Interferenzlinien von den Strahlen L&sub1;(1, - 1) und L&sub2;(-1, 1) auf geeignete Weise parallel zur Pitchrichtung vom Beugungsgitter 14.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt ein Beispiel, bei dem die zwei AOMs 17, 60 in Serie angeordnet sind. Auf die gleiche Weise können n(2ganze Zahl) AOMs in einem allgemeinen Fall in Serie angeordnet werden. Auch können in solch einem Fall zwei endgültige Strahlen mit einer erwünschten Frequenzdifferenz, jedoch ohne unnötiges Licht, erhalten werden, indem aufeinanderfolgend die Ausbeutungsrichtung einer Wanderwelle im AOM zwischen benachbarten AOMs unterschieden wird, und unnötige Frequenzstrahlen durch Raumfilter entfernt werden. Die andere Anordnung und der Betrieb des sechsten Ausführungsbeispiels sind der gleiche wie im fünften Ausführungsbeispiel.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen bestand die Lichtquellenvorrichtung aus der Weißlichtquelle 10, wie beispielsweise der Xe-Lampe und der Halogenlampe, der variablen Apertur 11 und der Sammellinse 12, und das weiße Licht L&sub0; (Licht multipler Wellenlänge) von der Lichtquellenvorrichtung wird so geführt, daß es normal auf das Beugungsgitter 14 (Strahlauftrennvorrichtung) oder den AOM 17a auftrifft. Die Lichtquellenvorrichtung kann so sein, wie dies in Fig. 24 gezeigt ist, wo eine Vielzahl von Lasern (100, 101, 102) Strahlen mit voneinander unterschiedlicher Wellenlänge aussenden, um ein gezacktes Beugungsgitter 103 mit einem Sägezahnabschnitt in jeweiligen voneinander unterschiedlichen Auftreffwinkeln zu beleuchten, wodurch ein synthetisierter Strahl aus Strahlen mit von den Lasern (100, 101, 102) emittierten Wellenlängen erhalten wird.
Das Beugungsgitter 14 im ersten, dem zweiten, dem fünften oder sechsten Ausführungsbeispiel ist vorzugsweise durch ein Gitter vom Phasentyp aufgebaut, um die folgende Gleichung (39) zu erfüllen:
(39) d = λ(M+0,5)/(nG-1),
wobei d ein Schritt des Phasentypbeugungsgitters 14 ist, n ein Beugungsindex des Beugungsgitters 14 ist, γ eine Lichtwellenlänge und M eine ganze Zahl ist. In dieser Anordnung kann die Beugungseffizienz ohne eine Erzeugung von Licht nullter Ordnung bemerkenswert erhöht werden.
Obwohl das obige erste, zweite, fünfte oder sechste Ausführungsbeispiel so angeordnet ist, daß das weiße Licht (Licht multipler Wellenlänge), das von der Lichtquellenvorrichtung (10-12) geliefert wird, mit Bezug auf die Auftreffrichtung (Richtung einer optischen Achse) durch das Beugungsgitter 14 als Strahlauftrennvorrichtung symmetrisch aufgetrennt wird, kann auch eine Strahlauftrennvorrichtung verwendet werden, die sich vom Beugungsgitter 14 unterscheidet, beispielsweise ein Wollaston-Prisma 140, wie in Fig. 25 gezeigt. Alternativ kann ein Beugungsgitter vom Reflektionstyp als das Beugungsgitter 14 verwendet werden.
Ebenso, obwohl jedes der obigen Ausführungsbeispiele so angeordnet ist, daß ein optischer Schwebungssignalextraktionsabschnitt im Phasendifferenzerfassungssystem 50 ein Schwebungssignal einer vorbestimmten Frequenz von jedem photoelektrisch durch jeden Detektor (25, 33, 36) erfaßten photoelektrischen Signal extrahiert, kann ein optischer Schwebungssignalextraktionsabschnitt (Fouriertransformationsschaltung) in einem elektrischen Pfad zwischen jedem Detektor (25, 33, 36) und dem Phasendifferenzerfassungssystem 50 bereitgestellt werden, so daß ein photoelektrisch durch jeden Detektor (25, 33, 36) erfaßtes photoelektrisches Signal unabhängig Fourier- transformiert wird.
Obwohl die Anordnung in jedem der obigen Ausführungsbeispiele mit dem heterodynen Interferenzverfahren ausgeführt wird, unter Verwendung der zwei Strahlen gebeugten Lichts ±1ter Ordnung, die die Ausrichtmarkierungen (RM, WM) in zwei Richtungen für eine Beugung beleuchten, kann eine Ausrichtung auch mit dem heterodynen Interferenzverfahren auch durch eine andere Anordnung durchgeführt werden, wie beispielsweise in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-133913 offenbart, bei der der Pitch von Ausrichtmarkierungen (RM, WM) die Hälfte von dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, und Erfassungslicht ein Strahl von Licht nullter Ordnung ist, der die Ausrichtmarkierungen (RM, WM) beleuchtet, und ein Strahl gebeugten Lichts +2ter Ordnung (oder gebeugtes Licht -2ter Ordnung) die Ausrichtmarkierungen (RM, WM) beleuchtet. Weiter ist die Ausrichtung durch das heterodyne Interferenzverfahren auch durch die Anordnung möglich, wie sie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-7814 offenbart ist, bei der das Erfassungslicht ein gebeugter Lichtstrahl ist, der in der Richtung auftritt, die entgegengesetzt zu einer ersten Richtung ist, in der ein erster Strahl eine Ausrichtmarkierung RM auf einer Strichplatte beleuchtet, und bei der ein gebeugter Lichtstrahl in der Richtung entgegengesetzt zu einer zweiten Richtung auftritt, unterschiedlich von der ersten Richtung, in der ein zweiter Strahl die Ausrichtmarkierung RM auf der Strichplatte beleuchtet, und bei dem ein Beugungsgitter, das konjugiert mit einem Wafer in einem optischen Ausrichtsystem angeordnet ist, veranlaßt, daß die zwei gebeugten Erfassungslichtstrahlen miteinander interferieren, so daß das Interferenzlicht durch einen Detektor erfaßt wird.
Auch kann in einem Fall, daß die Lichtquelle aus mehreren Laserquellen besteht, wie in Fig. 24 gezeigt, eine Anordnung so sein, daß Laserstrahlen mit voneinander unterschiedlicher Wellenlänge auf einem Beugungsgitter 14' mit jeweiligen voneinander unterschiedlichen Auftreffwinkeln auftreffen, und daß ein Raumfilter 16' Licht nullter Ordnung und gebeugtes Licht +1ter Ordnung (oder gebeugtes Licht -1ter Ordnung) extrahiert.
Beispielsweise, unter der Annahme, daß Laserstrahlen von Wellenlängen λ&sub4; und λ&sub5; auf das Beugungsgitter 14' mit jeweiligen Auftreffwinkel Φ&sub4; und Φ&sub5; auftreffen, sind die Auftreffwinkel angeordnet, so daß sie die folgenden Gleichungen erfüllen.
sin (Φ&sub4;/2) = λ&sub4;PG'
sin (Φ&sub5;/2) = λ&sub5;PG'
In den Gleichungen bezeichnet PG' den Pitch vom Beugungsgitter 14'. Durch diese Anordnung sind Winkel Φ&sub4; und Winkel 2Φ&sub5; zwischen dem Lichtstrahl nullter Ordnung und dem gebeugten Lichtstrahl erster Ordnung für die jeweiligen Laserstrahlen als die Strahlen symmetrisch mit Bezug auf die normale Linie zum Beugungsgitter 14'. Da kein unnötiges Licht zwischen den Laserstrahl durch den Raumfilter 16' hindurchtritt, kann eine Aufbaupräzision des Raumfilters 16' im Vergleich mit dem Raumfilter 16, der gebeugtes Licht ±1ter Ordnung extrahiert, wie in Fig. 1 gezeigt, gelockert werden.
Auch kann das Beugungsgitter 14 im ersten, zweiten, fünften oder sechsten Ausführungsbeispiel durch einen akusto- optischen Modulator zum Bewirken der Raman-Nath-Beugung ersetzt werden.
Fig. 27 zeigt ein Beispiel, bei dem das Beugungsgitter 14 im fünften Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 1 gezeigt, durch einen akusto-optischen Modulator 70 (im folgenden als "AOM 70" bezeichnet) ersetzt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Richtung eines an den AOM 70 angelegten Hochfrequenzsignals SF&sub3; entgegengesetzt zu der eines an den AOM 17 angelegten Hochfrequenzsignals SF&sub1;, so daß eine letztendlich erhaltene Schwebungsfrequenz reduziert werden kann (unter 1 MHz), was die Verarbeitung von elektrischen Signalen vereinfacht. In diesem Beispiel sind die Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle im AOM 70 und die Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle im AOM 17 nicht parallel zueinander, jedoch sind sie der Einfachheit halber in den Fig. 28 und 19 parallel veranschaulicht.
Fig. 27 zeigt die schematische Struktur einer Projektionsbelichtungsvorrichtung in diesem Beispiel. In Fig. 27 wird ein Strahl L&sub0; von der Weißlichtquelle 10 durch eine variable Apertur 11, eine Sammellinse 12 und einen Bandpaßfilter 13 geführt, um dann in den durch ein Hochfrequenzsignal SF&sub3; einer Frequenz f&sub3; angesteuerten AOM 70 parallel mit der Wellenfront einer Wanderwelle in den AOM einzutreten. Demzufolge wird ein gebeugter Lichtstrahl +1ter Ordnung L&sub0;(1) und ein gebeugter Lichtstrahl -1ter Ordnung L&sub0;(-1) durch Raman-Nath-Beugung vom AOM 70 erzeugt.
Danach werden die Strahlen L&sub0;(1) und L&sub0;(-1) durch eine Linse 15a, einen Raumfilter 16 und eine Linse 15b geführt, um dann in den AOM 17 symmetrisch mit dem gleichen Auftreffwinkel einzutreten. Ein Raumfilter 16 extrahiert das gebeugte Licht ±1ter Ordnung L&sub0;(1), L&sub0;(-1), das den AOM 70 verläßt. Dieses Beispiel ist so angeordnet, daß die Strahlen L&sub0;(1) und L&sub0;(- 1), die in den AOM 17 eintreten, die Bedingung einer akustischen Bragg-Beugung erfüllen. Da der AOM 17 durch ein zweites Hochfrequenzsignal SF&sub1; einer Frequenz f&sub1; in einer Richtung angesteuert wird, die entgegengesetzt zu der im AOM 70 ist, wird gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub0;(1, -1) (im folgenden als "Strahl L&sub0;(1, -1)" bezeichnet) vom Strahl L&sub0;(1) im vorbestimmten Wellenlängenbereich durch den AOM 17 frequenzmoduliert, um eine Frequenz (f&sub0;+f&sub3;-f&sub1;) (= F&sub1;) aufzuweisen, und gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub0;(-1, 1) (im folgenden als "Strahl L&sub0;(-1, 1)" bezeichnet), vom Strahl L&sub0;(- 1) im vorbestimmten Wellenlängenbereich wird auch durch den AOM 17 frequenzmoduliert, um eine Frequenz (f&sub0;-f&sub3;+f&sub1;) (= F&sub2;) aufzuweisen.
Dann werden die Strahlen L&sub0;(1, -1) und L&sub0;(-1, 1) durch ein optisches Relaissystem (18a, 18b) und eine Linse 21 geführt, und werden dann jeweilig durch eine Strahlauftrennvorrichtung 22 in zwei Strahlen aufgetrennt. Ein Raumfilter 19 im optischen Relaissystem (18a, 18b) extrahiert gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub0;(1, -1) und gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub0;(-1, 1), das den AOM 17 verläßt. Die zwei so durch die Strahlauftrennvorrichtung in zwei Teile geteilte Strahlen werden zuletzt durch die Detektoren (25, 33, 36) photoelektrisch auf die gleiche Weise wie im fünften Ausführungsbeispiel erfaßt, und daher werden Details diesbezüglich hier ausgelassen.
Wie oben beschrieben, ist dieses Ausführungsbeispiel so angeordnet, daß die zwei AOMs 70, 17 in Serie angeordnet sind, und die AOMs durch die Hochfrequenzsignale SF&sub3; und SF&sub1; entgegengesetzt zueinander angesteuert werden, so daß die Frequenz eines durch jeden Detektor (25, 33, 36) photoelektrisch erfaßten Schwebungssignals auf unter 1 MHz gesenkt werden kann, was für eine Signalverarbeitung einfach ist.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 28 eine detailliertere Struktur des Abschnitts für eine Erzeugung von zwei Strahlen mit voneinander unterschiedlicher Frequenz in diesem in Fig. 27 gezeigten Beispiel beschrieben.
Wie in Fig. 28 gezeigt, ist dieses Beispiel so angeordnet, daß der AOM 70 und der AOM 17 in Serie angeordnet sind, und das optische Relaissystem (15a, 15b) für ein Verlegen des Beugungspunkts vom AOM 70 (im Ausbreitungspfad des Hochfrequenzsignals SF&sub3;) zum Beugungspunkt des AOM 17 (im Ausbreitungspfad des Hochfrequenzsignals SF&sub1;) bereitgestellt ist. Der Weißlichtstrahl L0 (Licht multipler Wellenlängen) tritt in den AOM 70 parallel mit der Wellenfront der Wanderwelle darin ein, und wird dann durch den AOM 70 der Raman-Nath-Beugung unterzogen.
Wenn N-tes gebeugtes Licht von auftreffendem Licht der Wellenlänge λ einen Beugungswinkel Φ&sub1; aufweist, und falls der Pitch der Wanderwelle im AOM 70 Λ&sub3; ist, gilt die folgende Gleichung.
(40) sinΦ&sub1; = Nλ/Λ&sub3;
Für den Pitch Λ&sub3; der Wanderwelle gilt die folgende Gleichung mit der Geschwindigkeit v&sub3; und der Frequenz f&sub3; der Wanderwelle.
(41) Λ&sub3; = v&sub3;/f&sub3;
Demzufolge kann die Gleichung (40) für gebeugtes Licht ±1ter Ordnung wie folgt umgeschrieben werden.
(42) sinΦ&sub1; = f&sub3;λ/v&sub3;
Nun wird der Beugungswinkel gebeugten Lichts ±1ter Ordnung L&sub0;(1), L&sub0;(-1), das durch den Raumfilter 16 in Fig. 28 tritt, diskutiert. Beispielsweise, angenommen, daß die Wellenlänge λ&sub0; des Belichtungslichts 633 nm ist, ist die Breite eines Wellenlängenbandes ± 50 nm und der Pitch Λ&sub3; der Wanderwelle im AOM 70 ist 40 um. Der Beugungswinkel gebeugten Lichts ±1ter Ordnung ist 0,835º für die kürzestes Wellenlänge von 583 nm und 0,978º für die längste Wellenlänge von 683 nm. Demzufolge ist mit auftreffendem Licht von 583-683 nm der Beugungswinkel von Licht ±1ter Ordnung innerhalb eines Bereichs von 0,835º-0,978º verteilt. Da die Strahlen durch die Wanderwelle im AOM 70 gebeugt werden, wird gebeugtes Licht durch die Frequenz der Wanderwelle frequenzmoduliert.
Es wird auch erkannt, daß die optische Frequenzmodulation durch die Raman-Nath-Beugung unabhängig von der Wellenlänge des auftreffenden Strahls ist, ähnlich wie bei der Bragg- Beugung, bei der gebeugtes Licht ±1ter Beugung durch eine Größe von +f&sub3; frequenzmoduliert wird, und gebeugtes Licht - 1ter Ordnung durch eine Größe von -f&sub3; frequenzmoduliert wird. Falls das gebeugte Licht ±1ter Ordnung in diesem Beispiel verwendet wird, verläßt gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub0;(1) (im folgenden als "Strahl L&sub0;(1)" bezeichnet) und gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub0;(-1) (im folgenden als "Strahl L&sub0;(-1)" bezeichnet) den AOM 70 symmetrisch mit Bezug auf die optische Achse von auftreffendem Licht, und die Strahlen L&sub0;(1) und L&sub0;(-1) werden durch den AOM 70 frequenzmoduliert, um Frequenzen (f&sub0;+f&sub1;) bzw. (f&sub0;-f&sub1;) aufzuweisen.
Die Strahlen L&sub0;(1) und L&sub0;(-1), die durch den AOM 70 frequenzmoduliert sind, um die Frequenzen (f&sub0;+f&sub3;) und (f&sub0;-f&sub3;) aufzuweisen, sind mit Bezug auf die optische Achse von auftreffendem Licht symmetrisch im Winkel Φ&sub1; geneigt, und verlassen den AOM 70 symmetrisch mit Bezug auf die Wellenfront der Wanderwelle. Dann werden die Strahlen L&sub0;(1) und L&sub0;(-1) durch das optische Relaissystem (15a, 15b) gesammelt, um symmetrisch mit einem Winkel Φ&sub3; Bezug auf die Richtung der optischen Achse in den AOM 17 einzutreten.
Gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub0;(1, -1) vom Strahl L&sub0;(1) wird dort frequenzmoduliert, um eine Frequenz (f&sub0;+f&sub3;-f&sub1;) (= F&sub1;) aufzuweisen, wohingegen gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub0;(-1, 1) vom Strahl L&sub0;(-1) frequenzmoduliert wird, um eine Frequenz (f&sub0;-f&sub3;+f&sub1;) (= F&sub2;) aufzuweisen. Die Strahlen L&sub0;(1, -1) und L&sub0;(- 1, 1) verlassen den AOM 17 symmetrisch mit einem Winkel Φ&sub3; gleich dem Auftreffwinkel Φ&sub3;: mit anderen Worten werden die Strahlen L&sub0;(1, -1) und L&sub0;(-1, 1) durch den AOM 17 durch akustische Bragg-Beugung gebeugt.
Da der Beugungswinkel durch akustische Bragg-Beugung vom AOM 17 θb1 (= 2Φ&sub3;) ist, eine Geschwindigkeit der den AOM 17 schneidenden Ultraschallwelle (Wanderwelle) v&sub1; ist, die Ultraschallwellenfrequenz des Hochfrequenzsignals SF&sub1; f&sub1; ist, die Wellenlänge von Licht λ ist, und eine Wellenlänge der den AOM 17 schneidenden Ultraschallwelle (Wanderwelle) Λ&sub1; ist, gelten Gleichungen (4) bis (6) im ersten Ausführungsbeispiel. In Hinblick auf die Vergrößerung β&sub1; vom optischen Relaissystem (15a, 15b) trifft die Beziehung von Gleichung (8) im ersten Ausführungsbeispiel ebenso zu. Im Detail wird die Vergrößerung β&sub1; vom optischen Relaissystem (15a, 15b) durch die Gleichung (43) ausgedrückt.
(43) β&sub1; = 2 · f&sub3;v&sub1;/(f&sub1;v&sub3;)
Falls die zwei AOMs (70, 17) aus dem gleichen Material bestehen, und falls die Frequenzdifferenz zwischen dem dritten und dem ersten Hochfrequenzsignal (f&sub3;, f&sub1;) einige 10 KHz ist, wird β&sub1; in Gleichung (43) fast gleich 2. Somit kann das optische Relaissystem (15a, 15b aufgebaut werden, eine Vergrößerung β&sub1; gleich 2 aufzuweisen.
In der Anordnung von Fig. 28 ist jedoch Licht nullter Ordnung vom Strahl L&sub0;(1) in den den AOM 17 verlassenden Strahl L&sub0;(1, -1) hineingemischt, und Licht nullter Ordnung vom Strahl L&sub0;(- 1) ist in dem Strahl L&sub0;(-1, 1) hineingemischt. Um die Mischung zu vermeiden, ist das vorliegende Beispiel so angeordnet, wie in Fig. 29 gezeigt, daß die Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle im vorderen AOM 70 unterschiedlich von der Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle im hinteren AOM 17 gemacht wird.
Fig. 29 zeigt die tatsächliche Anordnung von optischen Bauteilen vom vorderen AOM 70 zum Raumfilter 19, in Fig. 27 gezeigt. In Fig. 29 schneidet die Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle des vorderen AOM 70 in einem Winkel α die Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle des hinteren AOM 17. Demzufolge wird gebeugtes Licht -1ter Ordnung L&sub0;(1, -1) das den hinteren AOM 17 verläßt, vom Licht nullter Ordnung L&sub0;(-1, 0) vom Strahl L&sub0;(-1) getrennt, während gebeugtes Licht +1ter Ordnung L&sub0;(-1, 1), das den AOM 17 verläßt, vom Licht nullter Ordnung L&sub0;(1, 0) des Strahls L&sub0;(1) getrennt wird. Dann kann der Raumfilter 19 lediglich die Strahlen L&sub0;(1, -1) und L&sub0;(-1, 1) extrahieren, was das Singalrauschverhältnis (SM Verhältnis) von Erfassungssignalen bemerkenswert verbessert.
Der Pitch Λ&sub3; der Wanderwelle im vorderen AOM 70 ist (cos α) male kleiner als im Falle, daß die Ausbreitungsrichtungen der Wanderwellen im AOM 70 und AOM 17 parallel zueinander sind, ähnlich wie im fünften Ausführungsbeispiel. Die Vergrößerung β&sub1; des optischen Relaissystems (15a, 15b) ist für diese Anordnung durch Gleichung (44) gegeben.
(44) β&sub1; = 2 · cos α · f&sub3;v&sub1;/(f&sub1;v&sub3;)
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zumindest der vordere AOM 70 oder der hintere AOM 17 gegen den anderen gedreht, so daß die Ausbreitungsrichtung der den vorderen AOM schneidenden Wanderwelle unterschiedlich von der Ausbreitungsrichtung der Wanderwelle im hinteren AOM 17 gemacht wird, wodurch unnötiges gebeugtes Licht sicher optisch entfernt werden kann. Da der vordere AOM 70 die Raman-Nath-Beugung verwendet, werden die zwei Funktionen einer Strahlauftrennung und Bereitstellung einer Frequenzdifferenz zwischen den aufgetrennten Strahlen durch einen einzigen AOM 70 erzielt, wodurch die Struktur der Vorrichtung vereinfacht werden kann.
Wie aus Gleichung 37 ersichtlich ist, kann die Vergrößerung β&sub1; des optischen Relaissystems (15a, 15b) eingestellt werden, indem α geändert wird, oder indem der AOM 70 bezüglich dem AOM 17 gedreht wird.
Weiter treten zwei Strahlen symmetrisch in die zwei AOMs 70, 17 ein und verlassen diese symmetrisch, so daß, sogar dann wenn Licht einschließlich einer Vielzahl von Wellenlängen für solche Strahlen verwendet wird, eine Differenz einer optischen Pfadlänge zwischen den Strahlen sehr klein ist, wenn diese letztendlich auf die Beugungsgittermarkierung RM, WM auftreffen, wodurch die Positionserfassung gut durchgeführt werden kann. Daher kann die Hochpräzisionsausrichtung mit dem heterodynen Interferenzverfahren erzielt werden, während der Einfluß einer Asymmetrie einer Beugungsgittermarkierung durch den ausgleichenden Effekt von Schwebungslichtsignalen einiger Wellenlängen und der Einfluß einer Dünnfilminterferenz eines Strichmusters (Einfluß einer Änderung einer Lichtquantität) mit Licht multipler Wellenlänge unterdrückt werden kann.
Die akusto-optischen Elemente (AOM 17, AOM 60), die im ersten, zweiten, fünften und sechsten Ausführungsbeispiel die Bragg-Beugung bewirken, können durch andere Vorrichtungen, wie beansprucht, ersetzt werden.
Fig. 30 zeigt ein sogenanntes radiales Gitter als eine Alternative, bei der durchsichtige Abschnitte und Abschirmabschnitte alternierend mit einem bestimmten Abstand auf einer Scheibe angeordnet sind, wobei diese mechanisch durch ein nicht-dargestelltes Antriebssystem rotiert wird.
Fig. 31 zeigt eine weitere Alternative, bei der auf einer Vorrichtung, die ihren Beugungsindex durch ein Anlegen einer Spannung verändert (z. B. elektro-optische Modulatoren, photochrome Vorrichtungen, Flüssigkristallvorrichtungen, etc.), transparente Elektroden einander gegenüberliegende auf jeder Seite der Vorrichtung angeordnet sind, und bei der die Elektroden sequentiell angesteuert werden. Fig. 31 zeigt ein Beispiel, bei dem drei Sätze von transparenten Elektroden einem Pitch (Abstand) von Linien (Fringes) entsprechen (zumindest drei Sätze von Elektroden sind theoretisch für eine Linienbildung notwendig), und bei dem die Elektroden in gleichen Intervallen angeordnet sind, so daß ein Abstand zwischen den drei Sätzen von durchsichtigen Elektroden einem Pitch von Linien entspricht.
In dieser Anordnung ist eine Ansteuerspannung der i-ten transparenten Elektroden (ai1, ai2) wie folgt:
vi = v&sub0; cos [2π(f+i/3)t],
wobei i: die Ordnung einer Anordnung eines Elektrodenpaars im Satz ist,
vi: Ansteuerspannung,
v&sub0;: Basisspannung,
f: Ansteuerfrequenz,
t: Zeit.
Im Falle, daß die transparenten Elektroden so angeordnet sind, daß N Sätze von transparenten Elektroden einem Pitch von Linien (Interferenzlinien) entsprechen, ist eine Ansteuerspannung der i-ten transparenten Elektroden (ai1, ai2) wie folgt:
vi = v&sub0; cos [2p(f+i/N)t],
wobei i: die Ordnung einer Anordnung eines Elektrodenpaars im Satz,
vi: Ansteuerspannung,
v&sub0;: Basisspannung,
f: Ansteuerfrequenz,
t: Zeit.

Claims

1. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung, umfassend:

eine Lichtquellenvorrichtung (10), um einen Strahl bereitzustellen; und eine Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung (11-17), um einen von der Lichtquellenvorrichtung ausgehenden Strahl zu empfangen und in zwei Strahlen aufzuteilen, und um eine vorbestimmte Frequenzdifferenz zwischen den zwei zu erzeugen, um diese zwei Strahlen radial gespreizt auszugeben;

wobei die Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung (11-17) umfaßt:

eine Strahlauftrennvorrichtung (14), um den dort hinein eintreffenden Strahl in zwei sich von einer ersten vorbestimmten Position radial ausbreitende Strahlen aufzutrennen, und um die zwei aufgetrennten Strahlen auszugeben;

ein erstes optisches Relaissystem (15a, 16, 15b), um die zwei von der Strahlauftrennvorrichtung ausgehenden Strahlen zu empfangen, und um die zwei Strahlen an einer zweiten vorbestimmten Position zusammenzuführen; und eine erste Modulationsvorrichtung (17), die an der zweiten vorbestimmten Position angeordnet ist, um eine Frequenz eines auftreffenden Strahls in Übereinstimmung mit dessen Auftreffrichtung zu modulieren, und um dessen Ausgangsrichtung zu ändern; wobei optische Pfadlängen für eine Übertragung der Strahlen identisch zueinander sind und die zwei Strahlen mit der vorbestimmten Frequenzdifferenz getrennt austreten.

2. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenvorrichtung eine Lichtquelle umfaßt, die einen Strahl einer einzigen Wellenlänge ausgibt, und eine optische Sammelvorrichtung (Kondensor), um den Strahl von der Lichtquelle zu sammeln.

3. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenvorrichtung eine Lichtquelle umfaßt, um einen Strahl mit Licht einer Vielzahl von Wellenlängen zu erzeugen, und ein optisches Kollimatorsystem, um den Strahl von der Lichtquelle zu sammeln.

4. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlauftrennvorrichtung ein Beugungsgitter umfaßt.

5. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Relaissystem eine Linsengruppe umfaßt, die eine positive Brechkraft aufweist und ein Konjugationspunkt der Linsengruppe am zweiten vorbestimmten Ort liegt.

6. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsvorrichtung einen akusto-optischen Modulator umfaßt, der durch ein Beugungsgittermuster eine Bragg- Brechung an auftreffendem Licht bewirkt, das durch eine Kompressionswelle gebildet wird, die an den akusto- optischen Modulator angelegt wird.

7. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionswelle sich in einer Richtung ausbreitet, die ungefähr normal zu einer Richtung eines Summenvektors ist, der aus Wellenvektoren der zwei in den akusto-optischen Modulator eintreffenden Strahlen erhalten wird.

8. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausbreitungsrichtung der Kompressionswelle eine Ebene kreuzt, die die Wellenvektoren der zwei in den akusto- optischen Modulator eintreffenden Strahlen umfaßt.

9. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung, umfassend:

eine Lichtquellenvorrichtung, um einen Strahl bereitzustellen; und

eine Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung, um den von der Lichtquellenvorrichtung ausgehenden Strahl zu empfangen, um ihn in zwei Strahlen aufzutrennen, und um zwischen den zwei Strahlen eine vorbestimmte Frequenzdifferenz zu erzeugen, um die zwei Strahlen radial gespreizt auszugeben; wobei die Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung einen ersten akusto-optischen Modulator umfaßt, der an einem eintreffenden Strahl eine Raman-Nath-Brechung durch ein Beugungsgittermuster bewirkt, das durch eine Kompressionswelle erzeugt wird, die an den ersten akusto-optischen Modulator angelegt wird, wodurch der auftreffende Strahl in zwei sich von einer vorbestimmten Position radial ausbreitende Strahlen aufgetrennt wird, und eine Frequenz jeder der zwei aufgetrennten Strahlen in Übereinstimmung mit dessen Ausgangsrichtung geändert wird,

wobei optische Übertragungspfadlängen der zwei Strahlen identisch zueinander sind und die zwei Strahlen mit der vorbestimmten Frequenzdifferenz getrennt austreten.

10. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionswelle sich in einer Richtung ausbreitet, die annähernd normal zu einer Auftreffrichtung der in den akusto-optischen Modulator eintretenden Strahlen ist.

11. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung weiter umfaßt:

ein zweites optisches Relaissystem, um die zwei von der ersten Änderungsvorrichtung austretenden Strahlen zu empfangen, und um die zwei Strahlen an einer dritten vorbestimmten Position zusammenzuführen; und

eine zweite Modulationsvorrichtung, die an der dritten vorbestimmten Position angeordnet ist, um eine Frequenz eines auftreffenden Strahls in Übereinstimmung mit dessen Auftreffrichtung zu modulieren, und um dessen Ausgangsrichtung zu ändern.

12. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Relaissystem eine erste Linsengruppe umfaßt, die eine positive Brechkraft aufweist, und ein Konjugationspunkt (Beugungspunkt) der ersten Linsengruppe an der zweiten vorbestimmten Position liegt, und wobei das zweite optische Relaissystem eine zweite Linsengruppe umfaßt, die eine positive Brechkraft aufweist, und ein Konjugationspunkt der zweiten Linsengruppe an der dritten vorbestimmten Position liegt.

13. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Modulationsvorrichtung einen ersten akusto-optischen Modulator umfaßt, der eine Bragg-Brechung an eintreffendem Licht durch ein Beugungsgittermuster bewirkt, das durch eine Kompressionswelle erzeugt wird, die an den akusto-optischen Modulator angelegt wird; und

wobei die zweite Modulationsvorrichtung einen zweiten akusto-optischen Modulator umfaßt, der eine Bragg- Brechung an eintreffendem Licht durch ein Beugungsgitter bewirkt, das durch eine Kompressionswelle erzeugt wird, die an den zweiten akusto-optischen Modulator angelegt wird, wobei die Kompressionswelle sich in einer Richtung ausbreitet, die gleich einer Bewegungsrichtung eines Beugungsgittermusterbildes ist, das an der dritten vorbestimmten Position gebildet wird, unter der Annahme, daß ein Beugungsgittermuster des ersten akusto-optischen Modulators durch das zweite optische Relaissystem projiziert wird.

14. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die an den ersten akusto-optischen Modulator angelegte Kompressionswelle sich in einer Richtung ausbreitet, die annähernd normal zu einer Richtung eines Summenvektors ist, der aus Wellenvektoren der zwei in den ersten akusto-optischen Modulator eintreffenden Strahlen gewonnen wird; und

wobei die an dem zweiten akusto-optischen Modulator angelegte Kompressionswelle sich in einer Richtung ausbreitet, die annähernd normal zu einer Richtung eines Summenvektors ist, der aus Wellenvektoren der zwei in den zweiten akusto-optischen Modulator eintreffenden Strahlen gewonnen wird.

15. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausbreitungsrichtung der an den ersten akusto-optischen Modulator angelegten Kompressionswelle eine Ebene kreuzt, die die Wellenvektoren der zwei in den ersten akusto-optischen Modulator eintreffenden Strahlen einschließt; und

wobei eine Ausbreitungsrichtung der an den zweiten akusto-optischen Modulator angelegten Kompressionswelle eine Ebene kreuzt, die die Wellenvektoren der zwei in den zweiten akusto-optischen Modulator eintreffenden Vektoren einschließt.

16. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung umfaßt:

ein optisches Relaissystem, um die zwei von dem ersten akusto-optischen Modulator ausgehenden Strahlen zu empfangen, und um diese zwei Strahlen an einer zweiten vorbestimmten Position zusammenzuführen; und

einen zweiten akusto-optischen Modulator, der an der zweiten vorbestimmten Position angeordnet ist, um eine Bragg-Brechung an eintreffendem Licht durch ein internes Beugungsgittermuster zu bewirken, das durch eine daran angelegte Kompressionswelle gebildet wird, wobei die Kompressionswelle sich in einer Richtung ausbreitet, die die gleiche ist wie eine Ausbreitungsrichtung eines Beugungsgittermusterbildes, das an der zweiten vorbestimmten Position gebildet wird, unter der Annahme, daß ein Beugungsgittermuster des ersten akusto-optischen Modulators durch das zweite optische Relaissystem projiziert wird.

17. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die an den ersten akusto-optischen Modulator angelegte Kompressionswelle sich in einer Richtung ausbreitet, die annähernd normal zu einer Richtung eines Summenvektors ist, der aus Wellenvektoren der zwei in den ersten akusto-optischen Modulator eintreffenden Strahlen gewonnen wird und

die an dem zweiten akusto-optischen Modulator angelegte Kompressionswelle sich in einer Richtung ausbreitet, die annähernd normal zu einer Richtung eines Summenvektors ist, der aus Wellenvektoren der zwei in den zweiten akusto-optischen Modulator eintreffenden Strahlen gewonnen wird.

18. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausbreitungsrichtung der an den zweiten akusto-optischen Modulator angelegte Kompressionswelle eine Ebene kreuzt, die Wellenvektoren der zwei in den zweiten akusto- optischen Modulator eintreffenden Strahlen einschließt.

19. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 11 bis 15, 17 und 18, weiter eine optische Vorrichtung umfassend, um die zwei sich radial ausbreitenden Strahlen, die von der Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung ausgehen, zu kollimieren (parallel zu richten).

20. Eine Positionserfassungsvorrichtung, umfassend:

eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 11 bis 15, 17 und 18, umfassend:

eine Lichttrennvorrichtung, um die zwei von der Doppelstrahllichtquellenvorrichtung ausgehenden Strahlen in zwei Sätze von Doppelstrahlen aufzutrennen;

eine erste Sammelvorrichtung, um einen Satz von von der Lichttrennvorrichtung ausgehenden Doppelstrahlen zu sammeln;

ein Referenzbeugungsgitter, das an einen Sammelpunkt der ersten Sammelvorrichtung angeordnet ist;

einen ersten Fotodetektor, um eine optische Information zu erfassen, die sich aus einer Brechung durch das Referenzbeugungsgitter ergibt;

eine zweite Sammelvorrichtung, um den anderen Satz von von der Lichttrennvorrichtung ausgehenden Doppelstrahlen zu sammeln;

einen zweiten Fotodetektor, um eine optische Information zu erfassen, die sich aus einer Beugung durch ein Beugungsgitter auf einem zu messenden Objekt ergibt, das an einer Sammelstelle der zweiten Sammelvorrichtung angeordnet ist; und

eine optische Informationsverarbeitungsvorrichtung, um ein Ausgabesignal von dem ersten Fotodetektor und ein Ausgabesignal des zweiten Fotodetektors zu empfangen, um die jeweilige optische Information miteinander zu vergleichen, und um einen Verschiebungswert des zu messenden Objektes von einer Referenzposition zu berechnen.

21. Eine Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 20, weiter umfassend:

eine dritte Sammelvorrichtung, um die zwei divergierenden Strahlen wieder zu sammeln, nach einer Bündelung durch die zweite Sammelvorrichtung;

einen dritten Fotodetektor, um eine optische Information zu erfassen, die sich aus einer Brechung durch ein Beugungsgitter auf einem zweiten zu messenden Objekt ergibt, wobei das Beugungsgitter ein Muster aufweist, das identisch zu dem des Referenzbeugungsgitters ist, und an einer Sammelposition der dritten Sammelvorrichtung angeordnet ist;

wobei die optische Bildverarbeitungsvorrichtung ein Ausgangssignal des dritten Fotodetektors zusätzlich zu den Ausgabesignalen des ersten und zweiten Fotodetektors empfängt, um eine relative Positionsabweichung zwischen einer Position des ersten zu messenden Objektes und einer Position des zweiten zu messenden Objektes zu erhalten.

22. Eine Ausrichtvorrichtung, umfassend:

eine Positionserfassungsvorrichtung nach den Ansprüchen 20 oder 21, einer Antriebsvorrichtung für das erste zu messende Objekt; und einer Antriebsvorrichtung für das zweite zu messende Objekt; wobei die Ausrichtvorrichtung eine Ausrichtung durch ein Einstellen der Positionsabweichung zwischen den zu messenden Objekten durchführt.

23. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 9, 10 und 16, weiter eine optische Vorrichtung zum Kollimieren (Parallelrichten) der zwei sich radial ausbreitenden Strahlen, die aus der zweiten Frequenzdifferenzerzeugungsvorrichtung austreten.

24. Eine Positionserfassungsvorrichtung, umfassend:

eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 9, 10 und 16, umfassend:

eine Lichttrennvorrichtung, um die zwei Strahlen, die aus der Doppelstrahllichtquellenvorrichtung ausgehen, in zwei Sätze von Doppelstrahlen aufzutrennen;

eine erste Sammelvorrichtung, um einen Satz von Doppelstrahlen zu sammeln, die aus der Lichttrennvorrichtung austreten;

ein Referenzbeugungsgitter, das an einer Sammelposition der ersten Sammelvorrichtung angeordnet ist;

einen ersten Fotodetektor, um eine optische Information zu erfassen, die sich aus einer Beugung durch das Referenzbeugungsgitter ergibt;

eine zweite Sammelvorrichtung, um den anderen Satz von Doppelstrahlen zu sammeln, der aus der Lichttrennvorrichtung austritt;

einen zweiten Fotodetektor, um eine optische Information zu erfassen, die sich aus einer Beugung durch ein Beugungsgitter auf einem zu messenden Objekt ergibt, das an einer Sammelposition der zweiten Sammelvorrichtung angeordnet ist und

eine Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Information, um ein Ausgangssignal von dem ersten Fotodetektor und ein Ausgangssignal von dem zweiten Fotodetektor zu empfangen, um die jeweiligen optischen Informationen miteinander zu vergleichen, und um eine Verschiebungsgröße des zweiten zu messenden Objektes von einer Referenzposition zu berechnen.

25. Eine Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 24, weiter umfassend:

eine dritte Sammelvorrichtung, um die zwei divergierenden Strahlen wieder zu sammeln, nachdem sie durch die zweite Sammelvorrichtung gesammelt wurden; und

einen dritten Fotodetektor, um eine optische Information zu erfassen, die sich aus einer Beugung durch ein Beugungsgitter auf einem zweiten zu messenden Objekt ergibt, wobei das Beugungsgitter ein Muster aufweist, das identisch zu dem Referenzbeugungsgitter ist und an einer Sammelposition der dritten Sammelvorrichtung angeordnet ist; wobei die optische Bildverarbeitungsvorrichtung ein Ausgangssignal des dritten Fotodetektors zusätzlich zu den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Fotodetektors empfängt, um eine relative Positionsabweichung zwischen einer Position des ersten zu messenden Objektes und einer Position des zweiten zu messenden Objektes zu erhalten.

26. Eine Ausrichtvorrichtung, umfassend:

eine Positionserfassungsvorrichtung nach den Ansprüchen 23 oder 24, eine Antriebsvorrichtung für das erste zu messende Objekt; und eine Antriebsvorrichtung für das zweite zu messende Objekt;

wobei die Ausrichtvorrichtung eine Ausrichtung durch ein Einstellen der Positionsabweichung zwischen den zu messenden Objekten durchführt.

27. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenvorrichtung eine Lichtquelle umfaßt, die einen Strahl einer einzigen Wellenlänge aussendet, und ein optisches Sammelsystem, um den Strahl von der Lichtquelle zu sammeln.

28. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenvorrichtung eine Lichtquelle umfaßt, um einen Strahl mit Licht einer Vielzahl von Wellenlängen zu erzeugen, und ein optisches Kollimatorsystem, um den Strahl von der Lichtquelle zu sammeln.

29. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenvorrichtung eine Lichtquelle umfaßt, die einen Strahl einer einzigen Wellenlänge aussendet, und ein optisches Sammelsystem, um den Strahl von der Lichtquelle zu sammeln.

30. Eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenvorrichtung eine Lichtquelle umfaßt, um einen Strahl mit Licht einer Vielzahl von Wellenlängen zu erzeugen, und ein optisches Kollimatorsystem, um den Strahl von der Lichtquelle zu sammeln.

31. Eine Belichtungsvorrichtung, umfassend:

ein optisches Beleuchtungssystem, um Belichtungslicht auf eine Maske zu beleuchten, um ein vorbestimmtes, auf der Maske ausgebildetes Muster auf ein Substrat zu replizieren;

eine Positionserfassungsvorrichtung, um optisch Positionen der Maske bzw. des Substrates zu erfassen;

eine Berechnungsvorrichtung, um die relative Verschiebung zwischen der Maske und der Maske zu berechnen, basierend auf einer Ausgabe von der Positionserfassungsvorrichtung; und

eine Antriebsvorrichtung, um die Maske und das Substrat; basierend auf einer Ausgabe von der Berechnungsvorrichtung relativ zu bewegen;

wobei die Positionserfassungsvorrichtung umfaßt:

eine Doppelstrahllichtquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18;

ein optisches Sammelsystem zum jeweiligen Sammeln von zwei von der Doppelstrahllichtquellenvorrichtung ausgegebenen Strahlen auf Beugungsgittermarkierungen zu sammeln, die jeweilig auf der Maske und dem Substrat gebildet werden;

einen ersten Fotodetektor, um ein durch das auf dem Substrat gebildete Beugungsgitter gebeugte (gegitterte) Licht zu erfassen, um ein erstes Erfassungssignal zur Berechnungsvorrichtung auszugeben; und

einen zweiten Fotodetektor, um ein durch das auf der Maske gebildete Beugungsgitter gebeugte Licht zu erfassen, um ein zweites Erfassungssignal zur Berechnungsvorrichtung auszugeben.

32. Eine Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 31, weiter ein optisches Projektionssystem umfassend, um das vorbestimmte Muster der Maske auf das Substrat mit einer vorbestimmten Vergrößerung zu projizieren.

33. Eine Belichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 31 oder 32, weiter umfassend:

eine Strahlauftrennvorrichtung, um die zwei von der Doppelstrahllichtquellenvorrichtung ausgegebenen Strahlen in zwei Lichtstrahlensätze aufzutrennen;

ein zweites optisches Sammelsystem, um zwei Strahlen einer der zwei Lichtstrahlsätze zu sammeln, die durch die Strahlauftrennvorrichtung aufgetrennt wurden;

ein Standardbeugungsgitter, das an einer Sammelposition der zweiten optischen Sammelvorrichtung angeordnet ist; und

einen dritten Fotodetektor, um ein in dem Standardbeugungsgitter gebeugtes (gegittertes) Licht zu erfassen, um ein drittes Erfassungssignal an die Berechnungsvorrichtung auszugeben, wobei die Berechnungsvorrichtung eine relative Verschiebung zwischen der Maske und dem Substrat berechnet.

34. Eine Belichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 31; 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung umfaßt:

eine Maskenhaltevorrichtung, um die Maske zu halten, und eine Substrathaltevorrichtung, um das Substrat zu halten, wobei sowohl die Maskenhaltevorrichtung als auch die Substrathaltevorrichtung auf Grundlage einer Ausgabe von der Berechnungsvorrichtung bewegt werden.