JP2002062489A - 光変調装置、該装置による光スイッチ、移動量検出装置及び該装置による距離測定装置、位置合わせ装置及び該装置による半導体露光装置、並びにこれらの方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】近接場領域に適用可能であって、波長依存のな
い光変調が実現でき、ノイズ原因の少ない非可干渉光や
レーザ光を用いた場合にも波長変動によるノイズ原因の
ない高精度な光変調が実現可能な光変調装置、該装置に
よる光スイッチ、移動量検出装置及び該装置による距離
測定装置、位置合わせ装置及び該装置による半導体露光
装置、並びにこれらの方法を提供する。 【解決手段】光源から出射される光の波長よりも小さい
周期を有する第１および第２の２つの周期構造を、前記
波長以下の間隔まで近接させて互いに向かい合わせた状
態で配置し、該２つの周期構造を相対的に移動させ、該
２つの周期構造の間を透過した前記光源からの透過光の
強度を変調するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信やカメラ、
ディスプレイ等の画像形成装置に用いられる光スイッ
チ、ナノメートル精度の距離測定用エンコーダ、および
半導体露光装置におけるマスク・ウェハ間のギャップ制
御やアライメント、等に用いられる光変調素子、移動量
検出装置、および位置合わせ装置等に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体素子の集積度は高密度
化の一途をたどり、現在はエキシマレーザを用いた露光
装置、Ｘ線ステッパーが実用化されている。さらに微細
パターンを形成するための次世代の露光装置として、Ｆ
２レーザ、電子線、ＥＵＶ光、近接場光を用いた装置が
検討されている。このような露光装置においては、０．
１μｍ以下の線幅解像がなされつつあるが、このために
必要なマスク・ウェハの相対位置合わせ精度はその１／
１０、すなわち、１０ｎｍ以下が最低限必要とされてい
る。このような高精度位置合わせ方法として、従来から
二重回折格子法が提案されている［Ｆｌａｎｄｅｒｓ
ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．
ｖｏｌ．３１， ｐ．４２６ （１９７７）］。

【０００３】この方法の原理を図２０に示す。この方法
は、マスク及びウェハにそれぞれ回折格子を設け、これ
らにレーザ光を入射し、それぞれの回折格子からの複数
の回折光の干渉光強度を検知することにより、マスク及
びウェハの相対位置ずれを検出し、相対位置合わせを行
なうものである。

【０００４】一方、金属薄膜に設けられた開口アレイが
入射光の波長に関して選択された周期で配列されている
場合に光透過が高まる装置が提案されている（特開平１
１−０７２６０７号公報）。この提案において、開口の
大きさが１５０ｎｍ〜１μｍ、開口間ピッチが０．６〜
１．８μｍの場合、開口が配置されている部分に入射す
る光の波長（０．５〜１．０μｍ）に対応する特定のピ
ッチの開口アレイでは、開口部分に入る光より多い光が
開口アレイから透過すると記載されている。ここで、透
過する光の強度は開口アレイの周期と波長の相関に応じ
たピークを持っており、波長をλ、開口の周期をＰとす
ると、λ／Ｐがある条件の時に透過する光の強度が強く
なるとともに、入射光の波長を連続的に変化させるとそ
のピークが周期的に現れることが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】さて、二重回折格子法
では、位置合わせに用いるレーザの波長変動にも敏感で
あり、横方向の位置ずれ量検出信号にレーザの波長変動
による信号成分が重畳する。また、可干渉性のコヒーレ
ント光を用いることが必要であるため、迷光によるスペ
ックルノイズが重畳し、位置ずれ量検出分解能の低下を
生じていた。

【０００６】また、前記特開平１１−０７２６０７号公
報に記載の現象は、回折格子の格子間隔がだんだん波長
に近づくことで、本来考えられる回折効率からずれ反射
光が０次の回折光に集中してしまうことから起こるＷｏ
ｏｄのアノマリーとして古くから知られている現象であ
る（参考文献：「光の鉛筆」（１９８４）鶴田 匡夫
著、「Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｈｅｏｒｙ
ｏｆ Ｇｒａｔｉｎｇｓ」（１９８０）Ｒ．Ｐｅｔｉ
ｔ編）。すなわち、開口アレイを透過する光の強度が光
の波長に対して周期的に変化することから、開口周期と
波長の関係がある周期条件を満たすとき起こるものであ
り、開口アレイと入射光の共鳴領域で起こる現象であっ
て、次のような問題点を有していた。それは、第一に上
記した共鳴領域の現象であるため、用いる光波長の１／
２〜２倍程度の範囲内の開口サイズに限定され、分解能
がこの程度に限定されることになる。また、第二にこの
ような共鳴条件を満たさなければならないため、光波長
に対して開口サイズの作製精度が厳しく、開口の作製コ
ストが高くなる。さらに、第三に、この現象において、
透過光の増大は伝播光で観測されたファーフィールドの
現象であり、近接場領域に適用することができない。

【０００７】そこで、本発明は、上記課題を解決し、近
接場領域に適用可能であって、波長依存のない光変調が
実現でき、ノイズ原因の少ない非可干渉光やレーザ光を
用いた場合にも波長変動によるノイズ原因のない高精度
な光変調が実現可能な光変調装置、該装置による光スイ
ッチ、移動量検出装置及び該装置による距離測定装置、
位置合わせ装置及び該装置による半導体露光装置、並び
にこれらの方法を提供することを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、つぎの（１）〜（３９）のように構成し
た光変調装置、該装置による光スイッチ、移動量検出装
置及び該装置による距離測定装置、位置合わせ装置及び
該装置による半導体露光装置、並びにこれらの方法を提
供するものである。 （１）光源から出射される光の波長よりも小さい周期を
有する第１および第２の２つの周期構造と、該２つの周
期構造を相対移動させる移動手段を有し、該２つの周期
構造を前記波長以下の間隔まで近接させて互いに向かい
合わせた状態で配置し、前記移動手段によって該２つの
周期構造を相対移動させ、該２つの周期構造の間を透過
した前記光源からの透過光の強度を変調する構成を備え
たことを特徴とする光変調装置。 （２）前記第１および第２の周期構造は、前記光源から
出射される光の波長の１／２以下の開口幅とピッチを有
することを特徴とする上記（１）に記載の光変調装置。 （３）前記第１および第２の周期構造は、前記開口幅と
ピッチの周期を前記光源から出射される光の波長よりも
小さい領域内に、複数有することを特徴とする上記
（２）に記載の光変調装置。 （４）前記第１および第２の周期構造は、その近接間隔
が１００ｎｍ以下であることを特徴とする上記（１）〜
（３）のいずれかに記載の光変調装置。 （５）前記第１の周期構造は、前記光源からの光が入射
する裏面側に対する表面側に前記周期を有し、前記第２
の周期構造は前記第１の周期構造の表面側と向かい合う
面側に前記周期を有することを特徴とする上記（１）〜
（４）のいずれかに記載の光変調装置。 （６）前記２つの周期構造を相対的に移動させる方向
が、該２つの周期構造の周期の方向であることを特徴と
する上記（１）〜（５）のいずれかに記載の光変調装
置。 （７）前記２つの周期構造のいずれか一方を支持し、該
２つの周期構造の互いに向かい合った間隔の方向に弾性
変形可能な弾性体を有することを特徴とする上記（６）
に記載の光変調装置。 （８）前記２つの周期構造を相対的に移動させる方向
が、該２つの周期構造の互いに向かい合った間隔の方向
であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか
に記載の光変調装置。 （９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の光変調装
置を用いて入射光に対する出射光の強度を切り替えるよ
うに構成したことを特徴とする光スイッチ。 （１０）第１と第２の２つの周期構造の間を透過した光
源からの透過光の強度を変調する光強度変調手段と、該
透過光の強度を検出する手段と、該第１と第２の２つの
周期構造の相対的移動量を検出する手段とを備え、これ
らによって光の強度変化を検出し、該検出した光の強度
から前記相対的移動量を検出することによる移動量検出
装置であって、前記光強度変調手段が、記（１）〜
（８）のいずれかに記載の光変調装置によって構成され
ていることを特徴とする移動量検出装置。 （１１）前記第１または第２の周期構造が、２次元の周
期構造であることを特徴とする上記（１０）に記載の移
動量検出装置。 （１２）前記第１の周期構造と第２の周期構造が、ラン
ダムな周期構造を有することを特徴とする上記（１０）
に記載の移動量検出装置。 （１３）前記第１の周期構造と第２の周期構造が、異な
る周期であることを特徴とする上記（１０）に記載の移
動量検出装置。 （１４）前記透過光の強度を検出する手段が、前記第２
の周期構造における前記第１の周期構造の表面側と向か
い合う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度分
布を検出する手段によって構成されていることを特徴と
する上記（１３）に記載の移動量検出装置。 （１５）上記（１０）〜（１４）のいずれかに記載の移
動量検出装置を用いて微小な変位量が測定可能に構成さ
れていることを特徴とする距離測定装置。 （１６）第１と第２の２つの周期構造の間を透過した光
源からの透過光の強度を変調する光強度変調手段と、該
透過光の強度を検出する手段と、該第１と第２の２つの
周期構造を相対的に移動させる移動手段と、該第１と第
２の２つの周期構造の相対位置を検出する手段とを備
え、これらによって光の強度変化を検出し、該検出した
結果に基づいて前記移動手段を駆動して前記相対位置を
合わせることによる位置合わせ装置であって、前記光強
度変調手段が、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の
光変調装置によって構成されていることを特徴とする位
置合わせ装置。 （１７）前記第１または第２の周期構造が、２次元の周
期構造であることを特徴とする上記（１６）に記載の位
置合わせ装置。 （１８）前記第１の周期構造と第２の周期構造が、ラン
ダムな周期構造を有することを特徴とする上記（１６）
に記載の位置合わせ装置。 （１９）前記第１の周期構造と第２の周期構造が、異な
る周期であることを特徴とする上記（１６）に記載の位
置合わせ装置。 （２０）前記光の強度を検出する手段が、前記第２の周
期構造における前記第１の周期構造の表面側と向かい合
う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布を
検出する手段によって構成されていることを特徴とする
上記（１９）に記載の位置合わせ装置。 （２１）上記（１６）〜（２０）のいずれかに記載の位
置合わせ装置を用いてマスク・ウェハ間のギャップ制
御、またはアライメント等を行うように構成したことを
特徴とする半導体露光装置。 （２２）光源から出射される光の波長よりも小さい周期
を有する第１および第２の２つの周期構造を、前記波長
以下の間隔まで近接させて互いに向かい合わせた状態で
配置し、該２つの周期構造を相対的に移動させ、該２つ
の周期構造の間を透過した前記光源からの透過光の強度
を変調することを特徴とする光変調方法。 （２３）前記第１および第２の周期構造は、前記光源か
ら出射される光の波長の１／２以下の開口幅とピッチを
有することを特徴とする上記（２２）に記載の光変調方
法。 （２４）前記第１および第２の周期構造は、前記開口幅
とピッチの周期を前記光源から出射される光の波長より
も小さい領域内に、複数有することを特徴とする上記
（２３）に記載の光変調方法。 （２５）前記第１および第２の周期構造は、その近接間
隔が１００ｎｍ以下であることを特徴とする上記（２
２）〜（２４）のいずれかに記載の光変調方法。 （２６）前記第１の周期構造は、前記光源からの光が入
射する裏面側に対する表面側に前記周期を有し、前記第
２の周期構造は前記第１の周期構造の表面側と向かい合
う面側に前記周期を有することを特徴とする上記（２
２）〜（２５）のいずれかに記載の光変調方法。 （２７）前記２つの周期構造を、これらの周期の方向に
相対的に移動させることを特徴とする上記（２２）〜
（２６）のいずれかに記載の光変調方法。 （２８）前記２つの周期構造のいずれか一方を支持し、
該２つの周期構造の互いに向かい合った間隔の方向に弾
性変形可能な弾性体を有し、該弾性体を弾性変形させた
状態で該２つの周期構造を接触させることにより、該２
つの周期構造の間隔が変化しないようにすることを特徴
とする上記（２７）に記載の光変調方法。 （２９）前記２つの周期構造を、これらの互いに向かい
合った間隔の方向に相対的に移動させることを特徴とす
る上記（２２）〜（２６）のいずれかに記載の光変調方
法。 （３０）第１と第２の２つの周期構造の間を透過した光
源からの透過光の強度を変調する一方、該透過光の強度
を検出し、該検出した光の強度から該２つの周期構造の
相対的移動量を検出することによる移動量検出方法であ
って、前記透過光の強度の変調に、上記（２２）〜（２
９）のいずれかに記載の光変調方法を用いることを特徴
とする移動量検出方法。 （３１）前記第１または第２の周期構造を、２次元の周
期構造とすることを特徴とする上記（３０）に記載の移
動量検出方法。 （３２）前記第１の周期構造と第２の周期構造を、ラン
ダムな周期構造とすることを特徴とする上記（３０）に
記載の移動量検出方法。 （３３）前記第１の周期構造と第２の周期構造を、異な
る周期とすることを特徴とする上記（３０）に記載の移
動量検出方法。 （３４）前記透過光の強度の検出が、前記第２の周期構
造における前記第１の周期構造の表面側と向かい合う面
に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布を検出
することによって行われることを特徴とする上記（３
３）に記載の移動量検出方法。 （３５）第１と第２の２つの周期構造の間を透過した光
源からの透過光の強度を変調する一方、該透過光の強度
を検出し、該検出した結果に基づいて行われる該２つの
周期構造の相対位置合わせによる位置合わせ方法であっ
て、前記透過光の強度の変調に、上記（２２）〜（２
９）のいずれかに記載の光変調方法を用いることを特徴
とする位置合わせ方法。 （３６）前記第１または第２の周期構造が、２次元の周
期構造であることを特徴とする上記（３５）に記載の位
置合わせ方法。 （３７）前記第１の周期構造と第２の周期構造が、ラン
ダムな周期構造を有することを特徴とする上記（３５）
に記載の位置合わせ方法。 （３８）前記第１の周期構造と第２の周期構造が、異な
る周期であることを特徴とする上記（３５）に記載の位
置合わせ方法。 （３９）前記透過光の強度の検出が、前記第２の周期構
造における前記第１の周期構造の表面側と向かい合う面
に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布を検出
することによって行われることを特徴とする上記（３
８）に記載の位置合わせ方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に関連する実験を通じて、
我々は、波長以下の大きさの領域に波長以下の開口を並
べ、その並べる密度を変えることによってその開口から
出る近接場光の強度を制御できる新規な現象を発見し
た。上記した本発明の構成は、この現象を利用すること
によって完成に到ったものである。

【００１０】以下に、図４を用いて、この現象を説明す
る。図４（ａ）のような微小な波長以下の開口４０１を
有する金属薄膜に光を照射させると開口近傍に近接場光
が発生する。ここで、光の波長は５３０ｎｍ、開口幅は
８０ｎｍ、隣り合う開口のピッチは１６０ｎｍである。
近接場光学顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｎｅａｒ−ｆｉ
ｅｌｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＮ
ＯＭ）で観察することにより、発生する近接場光の強度
を測定すると、波長以下の開口４０１の並び方に応じて
変化することがわかった。波長程度の大きさの領域４０
２内に波長以下の開口４０１が１本しか存在しない場合
と複数本存在している場合とで近接場光の強度が異な
る。

【００１１】波長程度の大きさの領域４０２内に存在す
る開口４０１の密度が大きい方が近接場光の強度は大き
く、逆に、波長程度の大きさの領域４０２内に存在する
開口４０１の密度が低い場合は近接場光の強度が小さ
い。図４（ａ）は、波長程度の領域４０２内に開口が１
本、２本、３本、４本、５本存在する場合を示してい
る。波長程度の領域４０２内に開口４０１が１本存在す
る場合は、図４（ｂ）に示すように非常に近接場光の強
度が低いが、開口が２本、３本、４本と増えるにしたが
って１本あたりの開口から出る近接場光の強度が強くな
っていく。開口数の増加にしたがって近接場光の強度が
増加するが、波長程度の領域４０２内に納まらない数の
開口が並ぶと、それ以上近接場光の強度は増大せず一定
となる。図４（ｂ）では、４本から５本に開口４０１の
存在する数が増大しても近接場光の強度が変化しないこ
とがわかる。つまり、波長程度の大きさの領域に存在す
る開口の密度に応じて近接場光の強度が増加することが
わかる。

【００１２】以上のような発見から、微小な開口１本で
は充分な近接場光強度が得られなくとも、波長程度の領
域内に開口を複数本を存在させることにより、開口を透
過する近接場光強度を増大させることができることがわ
かった。この現象を利用し、以下に述べる光変調素子、
移動量検出装置、位置合わせ装置に応用し、近接場光を
用いたナノメートルオーダーの計測制御を可能にするも
のである。

【００１３】次に、図１〜図３を用いて本発明の第１の
実施の形態における光変調素子の詳細について説明す
る。光源１０１から出射される伝搬光である入射光１０
２を透明支持基板Ａ１０３のおもて面（図１では下側の
面）上に設けた周期構造Ａ１０４に対して裏面（図１で
は上側）から入射させる。ここで、透明支持基板Ａ１０
３として、入射光１０２を透過するガラスなどの透明材
料基板を選択する。周期構造Ａ１０４としては、例え
ば、ＣｒやＡｌなどの金属薄膜（膜厚２０〜１００ｎ
ｍ）を透明支持基板Ａ１０３上に成膜し、電子線加工や
集束イオンビーム加工、走査型プローブ顕微鏡を利用し
た加工装置等を用いて、スリット状の開口を形成したも
のを用いる。ここで、開口幅は入射光１０２の波長の１
／２以下の１０〜１００ｎｍ、開口ピッチも入射光１０
２の波長の１／２以下の２０〜２００ｎｍとする。開口
の（長手方向の）長さは、用途によって最適な長さを選
択すれば良い。

【００１４】形成した開口パターンの一例を図２に示
す。図２において、開口スリット２０１は、開口幅８０
ｎｍのものがピッチ１６０ｎｍで周期的に並んだものか
ら成り立っている。開口スリットの長さは１００μｍで
ある。

【００１５】裏面から周期構造Ａ１０４に入射した光は
周期構造Ａ１０４の開口を透過して伝搬光から変換され
て近接場光１０５となり、周期構造Ａ１０４のおもて面
（図１では下側）に滲み出る。この近接場光１０５に対
して１００ｎｍ以下の距離まで、周期構造Ｂ１０６のお
もて面（図１では上側）を近づける。周期構造Ｂ１０６
は透明支持基板Ｂ１０７上に設けられており、材質、形
状、作製方法等については周期構造Ａ１０４と同じであ
る。周期構造Ｂ１０６のおもて面を近づけられた近接場
光１０５は、周期構造Ｂ１０６の開口を透過すると同時
に周期構造Ｂ１０６の裏面（図１では下側）で散乱さ
れ、近接場光の散乱光１０８となって、再び伝搬光に変
換される。

【００１６】ここで、アクチュエータ１０９により、周
期構造Ｂ１０６を図１中のｘ方向に移動させる。このと
き、光検出器１１０により近接場光の散乱光１０８の強
度を測定すると、ｘ方向の相対変位に応じて強度が周期
的に変化する。この変化の様子を図３に示す。図３にお
いて、周期構造Ａ３０１と周期構造Ｂ３０２の間の位置
関係の異なる相対変位状態をａ〜ｄに示す。相対変位が
ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ａ→・・・と変化するにつれて、近接
場光の散乱光強度は中間値→最大値→中間値→最小値→
中間値→・・・と変化する。これは、周期構造Ａ３０１
の開口部分と周期構造Ｂ３０２の開口部分の位置がちょ
うど重なるｂの位置関係のとき、周期構造Ａ３０１の開
口部分に発生する近接場光が周期構造Ｂ３０２の開口部
分を透過する割合が最大となり、周期構造Ａ３０１の開
口部分と周期構造Ｂ３０２の開口部分の位置がちょうど
反転してずれるｄの位置関係のとき、周期構造Ａ３０１
の開口部分に発生する近接場光が周期構造Ｂ３０２の開
口部分を透過する割合が最小となるためである。したが
って、この変化の周期は、周期構造Ａ３０１、Ｂ３０２
のピッチｐと一致する。

【００１７】この原理を応用し、（図１に記載の）アク
チュエータ１０９を用いて周期構造Ａ３０１と周期構造
Ｂ３０２の位置関係をｂとｄの間で変化するようにｐ／
２変位させることにより、近接場光の散乱光１０８の強
度を最大値と最小値の間で変化させることができる。逆
に、強度変化から周期構造Ａ３０１と周期構造Ｂ３０２
のｘ方向位置関係を検出することができる。この原理を
応用したのがあとの実施例３に述べる移動量検出装置で
ある。

【００１８】次に、図５〜図７を用いて本発明の第２の
実施の形態における光変調素子の詳細について説明す
る。光源５０１から出射される伝搬光である入射光５０
２を透明支持基板Ａ５０３のおもて面（図５では下側の
面）上に設けた周期構造Ａ５０４に対して裏面（図５で
は上側）から入射させる。ここで、透明支持基板Ａ５０
３として、入射光５０２を透過するガラスなどの透明材
料基板を選択する。周期構造Ａ５０４としては、例え
ば、ＣｒやＡｌなどの金属薄膜（膜厚２０〜１００ｎ
ｍ）を透明支持基板Ａ５０３上に成膜し、電子線加工や
集束イオンビーム加工、走査型プローブ顕微鏡を利用し
た加工装置等を用いて、スリット状の開口を形成したも
のを用いる。ここで、開口幅は１０〜１００ｎｍ、開口
ピッチは２０〜２００ｎｍとする。開口の（長手方向
の）長さは、用途によって最適な長さを選択すれば良
い。

【００１９】形成した開口パターンの一例を図２に示
す。図２において、開口スリット２０１は、開口幅８０
ｎｍのものがピッチ１６０ｎｍで周期的に並んだものか
ら成り立っている。開口スリットの長さは１００μｍで
ある。裏面から周期構造Ａ５０４に入射した光は周期構
造Ａ５０４の開口を透過して伝搬光から変換されて近接
場光５０５となり、周期構造Ａ５０４のおもて面（図５
では下側）に滲み出る。

【００２０】この近接場光５０５に対して光源の光波長
以下の距離まで、周期構造Ｂ５０６のおもて面（図５で
は上側）を周期構造の位相が反転するように、すなわ
ち、周期構造Ａ５０４の開口部分と周期構造Ｂ５０６の
開口部分が完全にずれるように近づける。周期構造Ｂ５
０６は透明支持基板Ｂ５０７上に設けられており、材
質、形状、作製方法等については周期構造Ａ５０４と同
じである。周期構造Ｂ５０６のおもて面を近づけられた
近接場光５０５は、周期構造Ｂ５０６の開口を透過する
と同時に周期構造Ｂ５０６の裏面（図５では下側）で散
乱され、近接場光の散乱光５０８となって、再び伝搬光
に変換される。

【００２１】また、周期構造Ａ５０４のおもて面に対し
て、周期構造Ｂ５０６のおもて面が光波長以上の距離に
離れた場合の様子を図６に示す。周期構造Ａ５０４のお
もて面（図６では下側）に滲み出た近接場光Ａ６０１は
周期構造Ａ５０４のおもて面で散乱され、近接場光Ａの
散乱光Ａ６０２となって、再び伝搬光に変換される。近
接場光Ａの散乱光Ａ６０２は、周期構造Ｂ５０６のおも
て面（図６では上側）に入射し、周期構造Ｂ５０６の開
口を透過して伝搬光から変換されて近接場光Ｂ６０３と
なり、周期構造Ｂ５０６の裏面（図６では下側）に滲み
出る。近接場光Ｂ６０３は、周期構造Ｂ５０６の裏面で
散乱され、近接場光Ｂの散乱光Ｂ６０４となって、再び
伝搬光に変換される。

【００２２】ここで、アクチュエータ５０９により、周
期構造Ｂ５０６を図５、図６中のｚ方向に移動させる。
このとき、光検出器５１０により近接場光の散乱光５０
８、６０４の強度を測定すると、ｚ方向の相対変位に応
じて強度が変化する。この変化の様子を図７に示す。図
７において、周期構造Ａ７０１と周期構造Ｂ７０２の間
の位置関係の異なる相対変位状態をａ〜ｄに示す。相対
変位がａ→ｂ→ｃ→ｄ→・・・と変化するにつれて、近
接場光の散乱光強度は最小値→中間値→最大値→最大値
のまま一定値と変化する。これは、周期構造Ａ７０１の
開口部分と周期構造Ｂ７０２の開口部分の位置がちょう
ど反転して重なるａの位置関係のとき、周期構造Ａ７０
１の開口部分に発生する近接場光が周期構造Ｂ７０２の
開口部分を透過する割合が最小となり、周期構造Ａ７０
１と周期構造Ｂ７０２のｚ方向間隔が離れるに従って、
周期構造Ａ７０１の開口部分に発生する近接場光が周期
構造Ｂ７０２の開口部分を透過する割合が大きくなり、
波長程度以上離れると一定になるためである。

【００２３】この原理を応用し、（図５、図６に記載
の）アクチュエータ５０９を用いて周期構造Ａ７０１と
周期構造Ｂ７０２の位置関係をａとｄの間で変化するよ
うに波長程度の距離だけ変位させることにより、近接場
光の散乱光５０８、６０４の強度を最小値と最大値の間
で変化させることができる。逆に、この強度変化から周
期構造Ａ７０１と周期構造Ｂ７０２のｚ方向位置関係を
検出することができる。この原理を応用したのがあとの
実施例４に述べる移動量検出装置である。

【００２４】このように、用いる光波長の１／２以下の
開口幅、ピッチを有する周期構造を１００ｎｍ以下の間
隔で２つ向かい合わせた構造に伝搬光を照射し、近接場
光に変換された状態で両構造の間を透過させ、再び伝搬
光に変換した透過光の強度を両周期構造を相対移動させ
て変調する原理を用いて、波長依存のない光変調を実現
できる。このことから、ノイズ原因の少ない非可干渉光
やレーザ光を用いた場合も波長変動によるノイズ原因の
ない高精度な光変調素子、移動量検出装置、位置合わせ
装置を構成することが可能となる。また、透過光量が大
きいため、高効率な光変調が実現される。同様に透過光
量が大きいことから、Ｓ／Ｎ比の大きい信号検出が可能
となり、高精度の移動量検出装置、位置合わせ装置を構
成することが可能となる。

【００２５】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 ［実施例１］図８に、本発明の実施例１における光変調
の原理を応用した光ファイバー用の光スイッチの構成例
を示す。図８において、コアＡ８０１、クラッドＡ８０
２から構成される光ファイバＡ８０３が光アダプタ８０
４によって、コアＢ８０５、クラッドＢ８０６から構成
される光ファイバＢ８０７と接続されている。光アダプ
タ８０４の内部には、前述したような透明支持基板Ａ８
０８上に設けられた周期微小開口スリットＡ８０９、透
明支持基板Ｂ８１０上に設けられた周期微小開口スリッ
トＢ８１１とが、１００ｎｍ以下の間隔になるよう配置
されている。

【００２６】透明支持基板Ｂ８１０にはピエゾ素子８１
２が取り付けられ、これを駆動することにより、周期微
小開口スリットＡ８０９に対して周期微小開口スリット
Ｂ８１１を図８における横方向に移動させ、入射導波光
８１３（波長：１．３μｍ）の強度を変調し、出射導波
光８１４とする。ここで、ピエゾ素子８１２の駆動量・
駆動波形の選択により、入射導波光８１３に対する出射
導波光８１４の光スイッチとして動作させたり、強度変
調素子として動作させたりできる。本実施例では、本発
明の光変調の原理を光ファイバ用の光スイッチに応用し
た例を示したが、本発明の概念はこれに限定されるもの
でなく、他にカメラのシャッターやディスプレイの画素
のスイッチ・変調にも応用することができる。

【００２７】［実施例２］図９に、本発明の実施例２に
おける光変調の原理を応用した光ファイバー用の光スイ
ッチの構成例を示す。図９において、コアＡ８０１、ク
ラッドＡ８０２から構成される光ファイバＡ８０３が光
アダプタ８０４によって、コアＢ８０５、クラッドＢ８
０６から構成される光ファイバＢ８０７と接続されてい
る。光アダプタ８０４の内部には、前述したような透明
支持基板Ａ８０８上に設けられた周期微小開口スリット
Ａ８０９、透明支持基板Ｂ８１０上に設けられた周期微
小開口スリットＢ９０１とが、１００ｎｍ以下の間隔に
なるよう配置されている。ここで、周期微小開口スリッ
トＡ８０９と周期微小開口スリットＢ９０１は周期構造
の位相が反転するように、すなわち、周期微小開口スリ
ットＡ８０９の開口部分と周期微小開口スリットＢ９０
１の開口部分が横方向に完全にずれるように配置されて
いる。

【００２８】透明支持基板Ｂ８１０にはピエゾ素子９０
２が取り付けられ、これを駆動することにより、周期微
小開口スリットＡ８０９に対して周期微小開口スリット
Ｂ８１１を図８における縦方向に移動させ、入射導波光
８１３（波長：１．３μｍ）の強度を変調し、出射導波
光８１４とする。ここで、ピエゾ素子８１２の駆動量・
駆動波形の選択により、入射導波光８１３に対する出射
導波光８１４の光スイッチとして動作させたり、強度変
調素子として動作させたりできる。本実施例では、本発
明の光変調の原理を光ファイバ用の光スイッチに応用し
た例を示したが、本発明の概念はこれに限定されるもの
でなく、他にカメラのシャッターやディスプレイの画素
のスイッチ・変調にも応用することができる。

【００２９】［実施例３］図１０に本発明の実施例３に
おける光変調の原理を応用した移動量検出装置の構成例
を示す。図１０において、前述したような透明支持基板
Ａ１００１上（おもて面）に設けられた周期微小開口ス
リットＡ１００２、透明支持基板Ｂ１００３上（おもて
面）に設けられた周期微小開口スリットＢ１００４と
が、１００ｎｍ以下の間隔になるよう配置されている。

【００３０】透明支持基板Ａ１００１の裏面（図１０で
は上側の面）にはＬＥＤ（発光ダイオード）１００５
（中心波長：約６７０ｎｍ）が取り付けられ、周期微小
開口スリットＡ１００２の裏面から光を照射させる。透
明支持基板Ｂ１００３の裏面にはＰＤ（フォトダイオー
ド）１００６が取り付けられ、周期微小開口スリットＢ
１００４の裏面から散乱される近接場光の散乱光１００
７の強度を検出する。

【００３１】ここで、原理を前述したように、周期微小
開口スリットＡ１００２と周期微小開口スリットＢ１０
０４との間に図中ｘ方向の相対変位が生じると、図３に
示したようにその変位量に応じて微小開口スリットの周
期で近接場光の散乱光１００７の強度が周期的に変化す
るため、ＰＤ１００６から出力される信号から相対変位
量を検出することができる。

【００３２】本実施例で用いる周期微小開口スリットＡ
１００２と周期微小開口スリットＢ１００４の開口パタ
ーンの一例をそれぞれ、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に
示す。周期微小開口スリットＡ１１０１、Ｂ１１０２
は、開口幅８０ｎｍのものがピッチ１６０ｎｍで周期的
に並んだもの２列から成り立っている。開口スリットの
長さは１００μｍである。ここで、周期微小開口スリッ
トＡ１１０１は２列のスリット列周期の位相が９０°
（図１１の例では、４０ｎｍ）ずらしてある。周期微小
開口スリットＢ１１０２は２列のスリット列は同位相
で、ずれはない。２列のそれぞれの周期微小開口スリッ
トを透過する近接場光の散乱光を独立に検出した相対変
位信号の相対変位量に対応した周期的変化の位相が９０
°ずれ、このずれ方向から相対変位方向を検出すること
ができる。

【００３３】［実施例４］図１２に、本発明の実施例４
における光変調の原理を応用した移動量検出装置の構成
例を示す。図１２において、前述したような透明支持基
板Ａ１２０１上（おもて面）に設けられた周期微小開口
スリットＡ１２０２、透明支持基板Ｂ１２０３上（おも
て面）に設けられた周期微小開口スリットＢ１２０４と
が、５００ｎｍ以下の間隔になるよう配置されている。
ここで、周期微小開口スリットＡ１２０２と周期微小開
口スリットＢ１２０４は周期構造の位相が反転するよう
に、すなわち、周期微小開口スリットＡ１２０２の開口
部分と周期微小開口スリットＢ１２０４の開口部分が横
方向に完全にずれるように配置されている。

【００３４】透明支持基板Ａ１２０１の裏面（図１２で
は上側の面）にはＬＥＤ（発光ダイオード）１２０５
（中心波長：約６７０ｎｍ）が取り付けられ、周期微小
開口スリットＡ１２０２の裏面から光を照射させる。透
明支持基板Ｂ１２０３の裏面にはＰＤ（フォトダイオー
ド）１２０６が取り付けられ、周期微小開口スリットＢ
１２０４の裏面から散乱される近接場光の散乱光１２０
７の強度を検出する。

【００３５】ここで、原理を前述したように、周期微小
開口スリットＡ１２０２と周期微小開口スリットＢ１２
０４との間に図中ｚ方向の相対変位が生じると、図７に
示したようにその変位量に応じて近接場光の散乱光１２
０７の強度が変化するため、ＰＤ１２０６から出力され
る信号から相対変位量を検出することができる。

【００３６】［実施例５］図１３に、本発明の実施例５
における周期構造Ａと周期構造Ｂの開口パターンの別の
例を示す。本実施例において、周期微小開口は、開口幅
８０ｎｍの矩形のものがピッチ１６０ｎｍで２次元に周
期的に並んだものから成り立っている。開口の設けられ
ている領域の大きさは１００μｍ×１００μｍである。
このような２次元の周期構造を用いることにより、図１
３中ｘｙ方向２次元の相対変位量を検出することができ
る。

【００３７】［実施例６］図１４に、本発明の実施例６
における周期構造Ａと周期構造Ｂの開口パターンの別の
例を示す。本実施例において、周期微小開口は、開口幅
８０ｎｍの矩形やそれを複数組み合わせた形のものが２
次元にランダムに並んだものから成り立っている。開口
の設けられている領域の大きさは１００μｍ×１００μ
ｍである。ただし、周期構造Ａと周期構造Ｂのパターン
は鏡像の関係になっており、向かい合わせたとき、ｘｙ
２次元平面のある位置において、開口パターンの位置が
ぴったり重なるようになっている。また、開口部分と非
開口部分の面積比はほぼ１：１となるようにする。この
ような２次元のランダム構造を用いた場合、近接場光の
散乱光強度は、図１５に示すようにｘｙ２次元平面内の
周期構造Ａと周期構造Ｂのパターンの位置が重なる位置
でピークを示し、その他の位置では周期構造Ａと周期構
造Ｂの開口部分が平均的に重なり合い、ピーク値の約１
／２の値を示す。このピークの位置を検出することによ
り、ｘｙ２次元平面上の相対変位における絶対値、すな
わち基準位置を検出することができる。

【００３８】［実施例７］図１６に、本発明の実施例７
における周期構造Ａと周期構造Ｂとして別の開口パター
ンを用いた移動量検出装置の例を示す。図１６におい
て、前述したような透明支持基板Ａ１６０１上（おもて
面）に設けられた周期微小開口スリットＡ１６０２、透
明支持基板Ｂ１６０３上（おもて面）に設けられた周期
微小開口スリットＢ１６０４とが、１００ｎｍ以下の間
隔になるよう配置されている。周期微小開口スリットＡ
１６０２の周期Ｘａと周期微小開口スリットＢの周期Ｘ
ｂとは異なるように開口が形成されている。

【００３９】透明支持基板Ａ１６０１の裏面（図１６で
は上側の面）にはＬＥＤ（発光ダイオード）１６０５
（中心波長：約６７０ｎｍ）が取り付けられ、周期微小
開口スリットＡ１６０２の裏面から光を照射させる。透
明支持基板Ｂ１６０３の裏面にはＣＣＤ（電荷結合素
子、イメージセンサ）１６０６が取り付けられ、周期微
小開口スリットＢ１６０４の裏面から散乱される近接場
光の散乱光１６０７の強度の２次元分布を検出する。

【００４０】周期微小開口スリットＡ１６０２と周期微
小開口スリットＢ１６０４との間に図中ｘ方向の相対変
位が生じると、図１７に示すように近接場光の散乱光１
６０７の強度分布（周期：ＸａＸｂ／（Ｘａ−Ｘｂ））
がＣＣＤのｘ方向セル位置に対して移動し、相対変位量
がＸｂ毎に周期的に変化する。したがって、ＣＣＤ１６
０６から出力される強度分布信号の変化から相対変位量
を検出することができる。また、強度分布信号の変化の
方向から相対変位方向を検出することができる。また、
本実施例は光強度そのものは移動量検出精度に無関係で
あり、強度分布信号を検出するものであるため、周期微
小開口スリットＡ１６０２と周期微小開口スリットＢ１
６０４との間の距離変動によって誤差を生じないという
効果を有している。

【００４１】［実施例８］図２１に、本発明の実施例８
における周期構造Ａと周期構造Ｂとして別の開口パター
ンを用いた移動量検出装置の例を示す。図２１におい
て、前述したような透明支持基板Ａ２１０１上（おもて
面）に設けられた周期微小開口スリットＡ２１０２、透
明支持基板Ｂ２１０３上（おもて面）に設けられた周期
微小開口スリットＢ２１０４とが、５００ｎｍ以下の間
隔になるよう配置されている。周期微小開口スリットＡ
２１０２の周期Ｘａと周期微小開口スリットＢの周期Ｘ
ｂとは異なるように開口が形成されている。

【００４２】透明支持基板Ａ２１０１の裏面（図２１で
は上側の面）にはＬＥＤ（発光ダイオード）２１０５
（中心波長：約６７０ｎｍ）が取り付けられ、周期微小
開口スリットＡ２１０２の裏面から光を照射させる。透
明支持基板Ｂ２１０３の裏面にはＣＣＤ（電荷結合素
子、イメージセンサ）２１０６が取り付けられ、周期微
小開口スリットＢ２１０４の裏面から散乱される近接場
光の散乱光２１０７の強度の２次元分布を検出する。

【００４３】周期微小開口スリットＡ２１０２と周期微
小開口スリットＢ２１０４との間に図中ｚ方向の相対変
位が生じると、図２２に示すように近接場光の散乱光２
１０７の強度分布（周期：ＸａＸｂ／（Ｘａ−Ｘｂ））
の振幅が変化する。したがって、図２３に示すようにＣ
ＣＤ２１０６から出力される強度分布信号の振幅変化か
ら相対変位量を検出することができる。また、本実施例
は光強度そのものは移動量検出精度に無関係であり、強
度分布信号の振幅を検出するものであるため、周期微小
開口スリットＡ２１０２と周期微小開口スリットＢ２１
０４との間のｘ方向相対位置変動によって誤差を生じな
いという効果を有している。

【００４４】［実施例９］図１８に、本発明の実施例９
における移動量検出装置をマイクロメカニクス技術を用
いて構成した例を示す。物体Ａ１８０１と物体Ｂ１８０
２との間の相対変位を測定するために、物体Ａ１８０１
に透明支持基板Ａ１８０３上（図１８では上側）に設け
られた周期微小開口スリットＡ１８０４を取り付ける。
物体Ｂ１８０２には周期微小開口スリットＢ１８０６お
よびＰＤ（フォトダイオード）１８０７が先端に設けら
れたマイクロカンチレバー１８０５を支持する部材１８
０８を物体Ｂ１８０２に取り付ける。ここで、マイクロ
カンチレバーのｚ方向たわみに関する弾性定数が０．１
Ｎ／ｍ程度となるようにマイクロカンチレバーの形状を
設計して製作する。

【００４５】周期微小開口スリットＡ１８０４のおもて
面（図１８では上側）に対して周期微小開口スリット１
８０６のおもて面（図１８では下側）を１０^-5Ｎ以下の
力で軽く接触させることにより、両者の間隔が１００ｎ
ｍ以下になるようにできる。

【００４６】光源１８０９（中心波長：約６７０ｎｍの
インコヒーレント光）からの光をレンズ１８１０でコリ
メートし、入射光１８１１とする。原理については前述
したように周期微小開口スリットＢ１８０６の裏側（図
１８では上側）から散乱される近接場光の散乱光強度を
ＰＤ１８０７で検出し、その強度信号から周期微小開口
スリットＡ１８０４と周期微小開口スリットＢ１８０６
の相対変位量、すなわち物体Ａと物体Ｂの相対変位量を
検出することができる。

【００４７】ここで、物体Ａと物体Ｂの間にｘ方向変位
が生じた際、ｚ方向の変位が多少生じても（±１００μ
ｍ程度）、マイクロカンチレバー１８０５がｚ方向に弾
性変形し、このｚ方向の変位を吸収することにより、周
期微小開口スリットＡ１８０４のおもて面と周期微小開
口スリット１８０６のおもて面の間隔を１００ｎｍ以下
の状態で変化しないようにすることができるため、ギャ
ップ変動の影響のない高精度な移動量検出が可能であ
る。また、同時に、この機構により、周期微小開口スリ
ットＡ１８０４のおもて面と周期微小開口スリット１８
０６のおもて面の間に働く力を１０^-5Ｎ以下の状態でほ
ぼ変化しないようにすることができるため、周期微小開
口スリットが破損することがなく安定した相対変位量検
出が可能である。

【００４８】なお、ここで説明したように２つの周期微
小開口スリットのいずれか一方を弾性体で支持し、弾性
体を変形させた状態で２つ周期微小開口スリットを接触
させるようにした構成により、ギャップ変動の影響がな
い高精度な光変調が可能となり、周期微小開口スリット
の破損が避けられる安定した光変調が可能であるという
効果が得られるのは、本実施例にのみ適用されることで
はなく、他に、実施例１で説明した光スイッチや後に実
施例１０で説明するマスク−ウェハ位置合わせ装置にも
適用可能である。

【００４９】［実施例１０］図１９に、本発明の実施例
１０における光変調の原理を応用したマスク−ウェハ位
置合わせ装置の構成例を示す。図１９（ａ）はマスク上
方から見た構成図、図１９（ｂ）はマスク−ウェハ対向
方向と直交する横方向から見た構成図である。

【００５０】図１９において、マスク１９０１のおもて
面（図１９（ｂ）における下側）に設けられた周期微小
開口スリットからなるアライメントマークＡ１９０２
と、ウェハ１９０３上（おもて面）に設けられた周期微
小開口スリットからなるアライメントマークＢ１９０４
とが、１００ｎｍ以下の間隔になるよう配置されてい
る。

【００５１】光源１９０５（ＨｅＮｅレーザ、波長：６
３３ｎｍ）から出射されたアライメント光１９０６がマ
スク１９０１の裏面（図１９（ｂ）では上側の面）から
アライメント光がアライメントマークＡ１９０２の裏面
（図１９（ｂ）の上側）から入射する。ウェハ１９０３
を支持するｘｙｚステージ１９０７上のアライメントマ
ークＢ１９０４に対応する位置には光検出器１９０８が
取り付けられており、アライメントマークＢ１９０４の
裏側（図１９（ｂ）では下側）で散乱される近接場光の
散乱光の強度を検出する。

【００５２】ここで、原理を前述したように、アライメ
ントマークＡ１９０２とアライメントマークＢ１９０４
との間に図中ｘ方向またはｙ方向、ｚ方向の相対変位が
生じると、図３や図７に示したようにその変位量に応じ
て近接場光の散乱光の強度が変化するため、光検出器１
９０８から出力される信号からｘｙｚ方向の位置ずれ量
を検出することができる。

【００５３】アライメントマークのパターンとして、図
１９（ａ）に示すようにｘ方向アライメントマークａ１
９０９、ｂ１９１０をｙ方向にずらした位置に配置すれ
ば、両者の位置ずれ量の差からｚ軸まわりの回転ずれ量
を検出することができる。また、ｘ方向アライメントマ
ークａ１９０９、ｂ１９１０におけるｚ方向位置ずれ量
の差からｘ軸まわりの回転ずれ量、ｙ方向アライメント
マークａ１９１１、ｂ１９１２におけるｚ方向位置ずれ
量の差からｙ軸まわりの回転ずれ量を検出することがで
きる。

【００５４】以上のようにして検出した位置ずれを補正
するようにｘｙｚステージ１９０７を駆動してマスク１
９０１−ウェハ１９０３の６軸位置合わせを行う。

【００５５】本実施例では、アライメントマークとし
て、ｘ方向あるいはｙ方向に１次元格子状になっている
ものを例に挙げて説明したが、アライメントマークの形
状としては、実施例５に挙げた２次元周期構造、実施例
６に挙げた２次元ランダムパターン、実施例７、８に挙
げた異なる周期を有する周期構造を用いても良い。

【００５６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、光源から出射される光の波長よりも小さい周期を有
する第１および第２の２つの周期構造を、前記波長以下
の間隔まで近接させ、光源から出射された伝搬光を近接
場光に変換された状態で該２つの周期構造の間を透過さ
せて再び伝搬光に変換し、この伝搬光に変換された透過
光の強度を、該第１および第２の２つの周期構造を相対
移動させて変調する原理を用いることで、波長依存のな
い光変調を実現でき、ノイズ原因の少ない非可干渉光や
レーザ光を用いた場合にも波長変動によるノイズ原因の
ない高精度な光変調装置、該装置による波長依存がない
光スイッチ、移動量検出装置及び該装置による距離測定
装置、位置合わせ装置及び該装置による半導体露光装
置、並びにこれらの方法を実現することができる。ま
た、本発明によれば、透過光量が大きいため、高効率な
光変調素子およびＳ／Ｎ比の大きい信号検出が可能とな
り、高精度な光変調装置、該装置による光スイッチ、移
動量検出装置及び該装置による距離測定装置、位置合わ
せ装置及び該装置による半導体露光装置、並びにこれら
の方法を実現することができる。また、本発明によれ
ば、透過する近接場光は、周期構造を構成する複数の開
口を透過したものの和であり、全体の近接場光強度は個
々の開口を透過する近接場光強度を平均化したものとな
る。このため、個々の開口の作製精度に対する許容誤差
を大きくとることができ、開口作製の歩留まりが大きく
なり、安価な光変調装置、該装置による光スイッチ、移
動量検出装置及び該装置による距離測定装置、位置合わ
せ装置及び該装置による半導体露光装置、並びにこれら
の方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における光変調素子
の詳細を説明するための図。

【図２】本発明の第１の実施の形態における開口パター
ンの一例を示す図。

【図３】本発明の第１の実施の形態における近接場光の
散乱光強度がｘ方向の相対変位に応じて強度が周期的に
変化する様子を示す図。

【図４】近接場の強度を制御可能な新規な現象を説明す
るための図。

【図５】本発明の第２の実施の形態における光変調素子
の詳細を説明するための図。

【図６】本発明の第２の実施の形態における周期構造Ａ
のおもて面に対して、周期構造Ｂのおもて面が光波長以
上の距離に離れた場合の様子を示す図。

【図７】本発明の第２の実施の形態における近接場光の
散乱光強度がｚ方向の相対変位に応じて強度が変化する
様子を示す図。

【図８】本発明の実施例１における光変調の原理を応用
した光ファイバー用の光スイッチの構成例を示す図。

【図９】本発明の実施例２における光変調の原理を応用
した光ファイバー用の光スイッチの構成例を示す図。

【図１０】本発明の実施例３における光変調の原理を応
用した移動量検出装置の構成例を示す図。

【図１１】本発明の実施例３で用いる周期微小開口スリ
ットの開口パターンの一例を示す図。

【図１２】本発明の実施例４における光変調の原理を応
用した移動量検出装置の構成例を示す図。

【図１３】本発明の実施例５で用いる２次元の周期構造
開口パターンの例を示す図。

【図１４】本発明の実施例６で用いるランダム構造の周
期構造開口パターンの例を示す図。

【図１５】本発明の実施例６のランダム構造を周期構造
パターンに用いた場合における近接場光の散乱光強度の
変化を示す図。

【図１６】本発明の実施例７における周期の異なる２つ
の周期構造の開口パターンを用いた移動量検出装置の構
成例を示す図。

【図１７】本発明の実施例７における近接場光の散乱光
の強度分布がＣＣＤのｘ方向セル位置に対して移動する
様子を説明する図。

【図１８】本発明の実施例９における移動量検出装置を
マイクロメカニクス技術を用いて構成した例を示す図。

【図１９】本発明の実施例１０における光変調の原理を
応用したマスク−ウェハ位置合わせ装置の構成例を示す
図。

【図２０】従来例を説明するための図。

【図２１】本発明の実施例８における周期の異なる２つ
の周期構造の開口パターンを用いた移動量検出装置の構
成例を示す図。

【図２２】本発明の実施例８における近接場光の散乱光
の強度分布信号の振幅がｚ方向相対移動に応じて変化す
る様子を説明する図。

【図２３】本発明の実施例８における近接場光の散乱光
の強度分布信号の振幅がｚ方向相対移動量に応じて変化
する様子を示す図。

【符号の説明】

１０１：光源 １０２：入射光 １０３：透明支持基板Ａ １０４：周期構造Ａ １０５：近接場光 １０６：周期構造Ｂ １０７：透明支持基板Ｂ １０８：近接場光の散乱光 １０９：アクチェータ １１０：光検出器 ２０１：開口スリット ３０１：周期構造Ａ ３０２：周期構造Ｂ ４０１：波長以下の開口 ４０２：波長程度の大きさの領域 ５０１：光源 ５０２：入射光 ５０３：透明支持基板Ａ ５０４：周期構造Ａ ５０５：近接場光 ５０６：周期構造Ｂ ５０７：透明支持基板Ｂ ５０８：近接場光の散乱光 ５０９：アクチェータ ５１０：光検出器 ６０１：近接場光Ａ ６０２：近接場光Ａの散乱光Ａ ６０３：近接場光Ｂ ６０４：近接場光Ｂの散乱光Ｂ ７０１：周期構造Ａ ７０２：周期構造Ｂ ８０１：コアＡ ８０２：クラッドＡ ８０３：光ファイバＡ ８０４：光アダプタ ８０５：コアＢ ８０６：クラッドＢ ８０７：光ファイバＢ ８０８：透明支持基板Ａ ８０９：周期微小開口スリットＡ ８１０：透明支持基板Ｂ ８１１：周期微小開口スリットＢ ８１２：ピエゾ素子 ８１３：入射導波光 ８１４：出射導波光 ９０１：周期微小開口スリットＢ ９０２：ピエゾ素子 １００１：透明支持基板Ａ １００２：周期微小開口スリットＡ １００３：透明支持基板Ｂ １００４：周期微小開口スリットＢ １００５：ＬＥＤ １００６：ＰＤ １００７：近接場光の散乱光 １１０１：周期微小開口スリットＡ １１０２：周期微小開口スリットＢ １２０１：透明支持基板Ａ １２０２：周期微小開口スリットＡ １２０３：透明支持基板Ｂ １２０４：周期微小開口スリットＢ １２０５：ＬＥＤ １２０６：ＰＤ １２０７：近接場光の散乱光 １６０１：透明支持基板Ａ １６０２：周期微小開口Ａ １６０３：透明支持基板Ｂ １６０４：周期微小開口Ｂ １６０５：ＬＥＤ １６０６：ＣＣＤ １６０７：近接場光の散乱光 １８０１：物体Ａ １８０２：物体Ｂ １８０３：透明支持基板Ａ １８０４：周期微小開口スリットＡ １８０５：マイクロカンチレバー １８０６：周期微小開口スリットＢ １８０７：ＰＤ １８０８：支持部材 １８０９：光源 １８１０：レンズ １８１１：入射光 １９０１：マスク １９０２：アライメントマークＡ １９０３：ウェハ １９０４：アライメントマークＢ １９０５：光源 １９０６：アライメント光 １９０７：ｘｙｚステージ １９０８：光検出器 １９０９：ｘ方向アライメントマークａ １９１０：ｘ方向アライメントマークｂ １９１１：ｙ方向アライメントマークａ １９１２：ｙ方向アライメントマークｂ ２１０１：透明支持基板Ａ ２１０２：周期微小開口Ａ ２１０３：透明支持基板Ｂ ２１０４：周期微小開口Ｂ ２１０５：ＬＥＤ ２１０６：ＣＣＤ ２１０７：近接場光の散乱光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 康弘 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 山口 貴子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 稲生 耕久 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA06 AA09 AA20 AA39 BB27 CC20 DD04 FF00 GG05 GG07 HH15 JJ03 JJ18 JJ26 LL28 PP12 2H041 AA02 AA05 AA07 AB03 AB04 AC08 AZ02 AZ03 AZ05 5F046 BA02 EA03 EA09 EB01 EB02 ED01 FA03 FA05 FA20

Claims (39)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源から出射される光の波長よりも小さい
   周期を有する第１および第２の２つの周期構造と、該２
   つの周期構造を相対的に移動させる移動手段を有し、 該２つの周期構造を前記波長以下の間隔まで近接させて
   互いに向かい合わせた状態で配置し、前記移動手段によ
   って該２つの周期構造を相対的に移動させ、該２つの周
   期構造の間を透過した前記光源からの透過光の強度を変
   調する構成を備えたことを特徴とする光変調装置。
2. 【請求項２】前記第１および第２の周期構造は、前記光
   源から出射される光の波長の１／２以下の開口幅とピッ
   チを有することを特徴とする請求項１に記載の光変調装
   置。
3. 【請求項３】前記第１および第２の周期構造は、前記開
   口幅とピッチの周期を前記光源から出射される光の波長
   よりも小さい領域内に、複数有することを特徴とする請
   求項２に記載の光変調装置。
4. 【請求項４】前記第１および第２の周期構造は、その近
   接間隔が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項
   １〜３のいずれか１項に記載の光変調装置。
5. 【請求項５】前記第１の周期構造は、前記光源からの光
   が入射する裏面側に対する表面側に前記周期を有し、前
   記第２の周期構造は前記第１の周期構造の表面側と向か
   い合う面側に前記周期を有することを特徴とする請求項
   １〜４のいずれか１項に記載の光変調装置。
6. 【請求項６】前記２つの周期構造を相対的に移動させる
   方向が、該２つの周期構造の周期の方向であることを特
   徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光変調装
   置。
7. 【請求項７】前記２つの周期構造のいずれか一方を支持
   し、該２つの周期構造の互いに向かい合った間隔の方向
   に弾性変形可能な弾性体を有することを特徴とする請求
   項６記載の光変調装置。
8. 【請求項８】前記２つの周期構造を相対的に移動させる
   方向が、該２つの周期構造の互いに向かい合った間隔の
   方向であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１
   項に記載の光変調装置。
9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載の光変
   調装置を用いて入射光に対する出射光の強度を切り替え
   るように構成したことを特徴とする光スイッチ。
10. 【請求項１０】第１と第２の２つの周期構造の間を透過
    した光源からの透過光の強度を変調する光強度変調手段
    と、該透過光の強度を検出する手段と、該第１と第２の
    ２つの周期構造の相対的移動量を検出する手段とを備
    え、これらによって光の強度変化を検出し、該検出した
    光の強度から前記相対的移動量を検出することによる移
    動量検出装置であって、 前記光強度変調手段が、請求項１〜８のいずれか１項に
    記載の光変調装置によって構成されていることを特徴と
    する移動量検出装置。
11. 【請求項１１】前記第１または第２の周期構造が、２次
    元の周期構造であることを特徴とする請求項１０に記載
    の移動量検出装置。
12. 【請求項１２】前記第１の周期構造と第２の周期構造
    が、ランダムな周期構造を有することを特徴とする請求
    項１０に記載の移動量検出装置。
13. 【請求項１３】前記第１の周期構造と第２の周期構造
    が、異なる周期であることを特徴とする請求項１０に記
    載の移動量検出装置。
14. 【請求項１４】前記透過光の強度を検出する手段が、前
    記第２の周期構造における前記第１の周期構造の表面側
    と向かい合う面に対し、その裏面側から散乱される光の
    強度分布を検出する手段によって構成されていることを
    特徴とする請求項１３に記載の移動量検出装置。
15. 【請求項１５】請求項１０〜１４のいずれか１項に記載
    の移動量検出装置を用いて微小な変位量が測定可能に構
    成されていることを特徴とする距離測定装置。
16. 【請求項１６】第１と第２の２つの周期構造の間を透過
    した光源からの透過光の強度を変調する光強度変調手段
    と、該透過光の強度を検出する手段と、該第１と第２の
    ２つの周期構造を相対的に移動させる移動手段と、該第
    １と第２の２つの周期構造の相対位置を検出する手段と
    を備え、これらによって光の強度変化を検出し、該検出
    した結果に基づいて前記移動手段を駆動して前記相対位
    置を合わせることによる位置合わせ装置であって、 前記光強度変調手段が、請求項１〜８のいずれか１項に
    記載の光変調装置によって構成されていることを特徴と
    する位置合わせ装置。
17. 【請求項１７】前記第１または第２の周期構造が、２次
    元の周期構造であることを特徴とする請求項１６に記載
    の位置合わせ装置。
18. 【請求項１８】前記第１の周期構造と第２の周期構造
    が、ランダムな周期構造を有することを特徴とする請求
    項１６に記載の位置合わせ装置。
19. 【請求項１９】前記第１の周期構造と第２の周期構造
    が、異なる周期であることを特徴とする請求項１６に記
    載の位置合わせ装置。
20. 【請求項２０】前記光の強度を検出する手段が、前記第
    ２の周期構造における前記第１の周期構造の表面側と向
    かい合う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度
    分布を検出する手段によって構成されていることを特徴
    とする請求項１９に記載の位置合わせ装置。
21. 【請求項２１】請求項１６〜２０のいずれか１項に記載
    の位置合わせ装置を用いてマスク・ウェハ間のギャップ
    制御、またはアライメント等を行うように構成したこと
    を特徴とする半導体露光装置。
22. 【請求項２２】光源から出射される光の波長よりも小さ
    い周期を有する第１および第２の２つの周期構造を、前
    記波長以下の間隔まで近接させて互いに向かい合わせた
    状態で配置し、該２つの周期構造を相対的に移動させ、
    該２つの周期構造の間を透過した前記光源からの透過光
    の強度を変調することを特徴とする光変調方法。
23. 【請求項２３】前記第１および第２の周期構造は、前記
    光源から出射される光の波長の１／２以下の開口幅とピ
    ッチを有することを特徴とする請求項２２に記載の光変
    調方法。
24. 【請求項２４】前記第１および第２の周期構造は、前記
    開口幅とピッチの周期を前記光源から出射される光の波
    長よりも小さい領域内に、複数有することを特徴とする
    請求項２３に記載の光変調方法。
25. 【請求項２５】前記第１および第２の周期構造は、その
    近接間隔が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求
    項２２〜２４のいずれか１項に記載の光変調方法。
26. 【請求項２６】前記第１の周期構造は、前記光源からの
    光が入射する裏面側に対する表面側に前記周期を有し、
    前記第２の周期構造は前記第１の周期構造の表面側と向
    かい合う面側に前記周期を有することを特徴とする請求
    項２２〜２５のいずれか１項に記載の光変調方法。
27. 【請求項２７】前記２つの周期構造を、これらの周期の
    方向に相対的に移動させることを特徴とする請求項２２
    〜２６のいずれか１項に記載の光変調方法。
28. 【請求項２８】前記２つの周期構造のいずれか一方を支
    持し、該２つの周期構造の互いに向かい合った間隔の方
    向に弾性変形可能な弾性体を有し、該弾性体を弾性変形
    させた状態で該２つの周期構造を接触させることによ
    り、該２つの周期構造の間隔が変化しないようにするこ
    とを特徴とする請求項２７記載の光変調方法。
29. 【請求項２９】前記２つの周期構造を、これらの互いに
    向かい合った間隔の方向に相対的に移動させることを特
    徴とする請求項２２〜２６のいずれか１項に記載の光変
    調方法。
30. 【請求項３０】第１と第２の２つの周期構造の間を透過
    した光源からの透過光の強度を変調する一方、該透過光
    の強度を検出し、該検出した光の強度から該２つの周期
    構造の相対的移動量を検出することによる移動量検出方
    法であって、 前記透過光の強度の変調に、請求項２２〜２９のいずれ
    か１項に記載の光変調方法を用いることを特徴とする移
    動量検出方法。
31. 【請求項３１】前記第１または第２の周期構造を、２次
    元の周期構造とすることを特徴とする請求項３０に記載
    の移動量検出方法。
32. 【請求項３２】前記第１の周期構造と第２の周期構造
    を、ランダムな周期構造とすることを特徴とする請求項
    ３０に記載の移動量検出方法。
33. 【請求項３３】前記第１の周期構造と第２の周期構造
    を、異なる周期とすることを特徴とする請求項３０に記
    載の移動量検出方法。
34. 【請求項３４】前記透過光の強度の検出が、前記第２の
    周期構造における前記第１の周期構造の表面側と向かい
    合う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布
    を検出することによって行われることを特徴とする請求
    項３３に記載の移動量検出方法。
35. 【請求項３５】第１と第２の２つの周期構造の間を透過
    した光源からの透過光の強度を変調する一方、該透過光
    の強度を検出し、該検出した結果に基づいて行われる該
    ２つの周期構造の相対位置合わせによる位置合わせ方法
    であって、 前記透過光の強度の変調に、請求項２２〜２９のいずれ
    か１項に記載の光変調方法を用いることを特徴とする位
    置合わせ方法。
36. 【請求項３６】前記第１または第２の周期構造が、２次
    元の周期構造であることを特徴とする請求項３５に記載
    の位置合わせ方法。
37. 【請求項３７】前記第１の周期構造と第２の周期構造
    が、ランダムな周期構造を有することを特徴とする請求
    項３５に記載の位置合わせ方法。
38. 【請求項３８】前記第１の周期構造と第２の周期構造
    が、異なる周期であることを特徴とする請求項３５に記
    載の位置合わせ方法。
39. 【請求項３９】前記透過光の強度の検出が、前記第２の
    周期構造における前記第１の周期構造の表面側と向かい
    合う面に対し、その裏面側から散乱される光の強度分布
    を検出することによって行われることを特徴とする請求
    項３８に記載の位置合わせ方法。