JP2002311404A

JP2002311404A - 変調光発生装置、光波干渉測定装置、露光装置、及びマイクロデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2002311404A
Application number: JP2001116830A
Authority: JP
Inventors: Toru Kawaguchi; 透川口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】外部変動の影響を受けにくく、安定して変調
光を発生することができる変調光発生装置を提供する。【解決手段】光源１１から射出され、１／２波長板１
２によって偏光面が所定方位に設定された直線偏光をウ
ォラストンプリズム１３により第１の光束Ｌ１０及び第
２の光束Ｌ２０に分離する。分離された第１の光束Ｌ１
０及び第２の光束Ｌ２０は、レンズ系１６により集束さ
れて所定の角度をもって音響光学素子１７に入射する。
音響光学素子１７によって異なる周波数が与えられた第
１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１をウォラストンプ
リズム２１で同一の光路に結合させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変調光発生装置、
光波干渉測定装置、露光装置、及びマイクロデバイスの
製造方法に係り、特に異なる周波数で変調された変調光
を発生する変調光発生装置、当該変調光発生装置で発生
した変調光を参照光（基準光）として固定鏡に照射する
とともに測定光（計測光）として移動鏡に照射し、得ら
れる光を互いに干渉させて固定鏡に対する移動鏡の相対
位置を計測する光波干渉測定装置、当該光波干渉測定装
置を備える露光装置、及び当該露光装置を用いて製造さ
れるマイクロデバイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、
又は薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造工程の
１つであるフォトリソグラフィ工程においては、マスク
やレチクル（以下、マスクと総称する）に形成されたパ
ターンの像を、フォレジスト等の感光剤が塗布されたウ
ェハやガラスプレート等（以下、これらを総称する場合
は、基板と称する）に転写する露光装置が用いられる。
近年においては、ステップ・アンド・リピート方式の露
光装置及びステップ・アンド・スキャン方式の露光装置
が用いられることが多い。

【０００３】上記ステップ・アンド・リピート方式の露
光装置は、基板を二次元的に移動自在な基板ステージ上
に載置し、このステージによりウェハを歩進（ステッピ
ング）させて、マスクのパターン像の縮小像をウェハ上
の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す露光装
置である。また、ステップ・アンド・スキャン方式の露
光装置は、基板を二次元的に移動自在な基板ステージ上
に載置するとともにマスクを二次元的に移動自在なマス
クステージ上に載置して、基板のショット領域を露光す
る際に、所定形状に整形された照明光に対してマスクを
相対的に移動させ、マスクの移動に同期して基板を走査
移動させつつマスクのパターン像を順次基板に転写し、
他のショット領域を露光する際には基板をステッピング
させる露光装置である。

【０００４】上記ステップ・アンド・リピート方式の露
光装置及びステップ・アンド・スキャン方式の露光装置
の何れも基板ステージの位置を正確に計測するためのレ
ーザ干渉計を備え、更にステップ・アンド・スキャン方
式の露光装置は、マスクステージの正確な位置を計測す
るためのレーザ干渉計を備える。このレーザ干渉計は、
異なる周波数で変調された変調光を発生する変調光発生
装置を備え、変調光発生装置から発生した変調光を位置
が固定の固定鏡と基板ステージ又はマスクステージに取
り付けられた移動鏡とに照射して得られる光を干渉させ
て固定鏡に対する移動鏡の相対位置を計測する光波干渉
測定装置である。図１８は、従来の変調光発生装置及び
光波干渉測定装置の構成図である。

【０００５】図１８において、１００は従来の変調光発
生装置であり、２００は変調光発生装置１００を備える
従来の光波干渉測定装置である。変調光発生装置１００
は、光源１０１、光源１０１の射出光が透過する１／２
波長板１０２、反射面を光路にほぼ４５度傾けて配置さ
れ、１／２波長板１０２の透過光をその偏光方向に応じ
て透過光と反射光とに分離する偏光ビームスプリッタ
（ＰＢＳ）１０３、偏光ビームスプリッタ１０３の透過
光の光路上に配置された音響光学素子（ＡＯＭ）のよう
な周波数シフタ１０５ａ、偏光ビームスプリッタ１０３
の反射光の光路上に設けられ光路を偏光ビームスプリッ
タ１０３の透過光の光路と平行に偏向する反射鏡１０
４、反射鏡１０４による偏向光の光路上に配置された音
響光学素子のような周波数シフタ１０５ｂ、周波数シフ
タ１０５ｂの後の光路上に設けられ、周波数シフタ１０
５ｂを透過した光の光路を周波数シフタ１０５ａの透過
光の光路と直交させるように偏向する反射鏡１０６、及
び反射鏡１０６で偏向した光路と周波数シフタ１０５ａ
の透過光の光路とが直交する位置に配置された偏光ビー
ムスプリッタ１０７を有する。

【０００６】図１８中において、光路に直交し両端に矢
印が付された記号（例えば、符号Ｐを付した記号）は、
その光の偏光方向が紙面内（ＸＹ平面内）であることを
意味し、光路上に黒丸とそれを覆う丸印からなる記号
（例えば、符号Ｓを付した記号）は、その光の偏光方向
が紙面と直交する方向（Ｚ軸方向）であることを意味す
る。また、これらの記号を重ね合わせた記号（例えば、
符号ＰＳを付した記号）は、その光が紙面内の偏光した
光と紙面に直交する方向に偏光した光との両方を含んで
いることを意味する。以下、説明の便宜のため、紙面内
に偏光した状態を偏光Ｐといい、紙面に直交する方向に
偏光した状態を偏光Ｓという。

【０００７】光源１０１は周波数がｆであって、偏光Ｐ
の光を射出する。光源１０１から射出された光が１／２
波長板１０２を通過してＸ軸周りに４５度回転した直線
偏光となり、この光が偏光ビームスプリッタ１０３によ
り偏光Ｐと偏光Ｓとに分離される。偏光ビームスプリッ
タ１０３を通過するのは偏光Ｐの光であり、反射される
のは偏光Ｓの光である。偏光ビームスプリッタ１０３を
通過した偏光Ｐの光は周波数シフタ１０５ａに入射して
周波数変調され、周波数がｆ＋ｆ１の偏光Ｐの光とな
る。一方、偏光ビームスプリッタ１０３によって反射さ
れた偏光Ｓの光は周波数シフタ１０５ｂに入射して周波
数変調され、周波数がｆ＋ｆ２の偏光Ｓの光となる。周
波数シフタ１０５ａ，１０５ｂによって周波数変調され
た光は、偏光ビームスプリッタ１０７でほぼ同軸にさ
れ、変調光発生装置１００から射出される。

【０００８】次に、以上説明した変調光発生装置１００
から射出される光を用いた光波干渉測定装置について説
明する。光波干渉測定装置２００は、変調光発生装置１
００から射出された光を反射・透過させて反射光を基準
光（参照光）として、透過光を計測光（測定光）として
分岐するビームスプリッタ２０１を備える。ビームスプ
リッタ２０１で分岐された基準光の光路上には、偏光子
２０７ａ及び偏光子２０７ａを透過した光を光電変換し
た参照信号を出力する検出器２０８ａが順に配置され
る。

【０００９】一方、ビームスプリッタ２０１で分岐され
た計測光の光路上には、計測光に含まれる偏光Ｓの光を
コーナーキューブ型の固定鏡２０３の方向に反射し、偏
光Ｐの光を透過させて移動ステージ２０５上に取り付け
られたコーナーキューブ型の移動鏡２０４の方向へ至ら
しめるとともに、固定鏡２０３の反射光と移動鏡２０４
の反射光とを同軸とする偏光ビームスプリッタ２０２が
設けられる。偏光ビームスプリッタ２０２で同軸とされ
た光の光路上には、基準光の光路とほぼ平行に偏向する
反射鏡２０６が配置され、偏向された光の光路上には、
偏光子２０７ｂ及び偏光子２０７ｂを透過した光を光電
変換した計測信号を出力する検出器２０８ｂが順に配置
される。また、上記検出器２０８ａから出力される基準
信号と検出器２０８ｂから出力される計測信号との位相
を比較して固定鏡２０３に対する移動鏡２０４の相対位
置を求める演算装置２０９を備える。

【００１０】変調光発生装置１００からは、周波数がｆ
＋ｆ１の偏光Ｐの光と周波数がｆ＋ｆ２の偏光Ｓの光と
が射出され、これらの光はビームスプリッタ２０１によ
って基準光と計測光とに分岐される。分岐された計測光
は偏光ビームスプリッタ２０２により、その偏光方向に
応じて分離される。周波数がｆ＋ｆ１の偏光Ｐの光は偏
光ビームスプリッタ２０２を透過し、周波数がｆ＋ｆ２
の偏光Ｓの光は偏光ビームスプリッタ２０２で反射され
る。測定光路ＭＰに入射した光は、移動ステージ２０５
上に取り付けられた移動鏡２０４で光路をずらされて反
射された後、偏光ビームスプリッタ２０２に戻り、偏光
ビームスプリッタ２０２を透過する。一方、参照光路Ｒ
Ｐに入射した光は固定鏡２０３で光路をずらされて反射
された後、偏光ビームスプリッタ２０２に戻り、偏光ビ
ームスプリッタ２０２で測定光路ＭＰを介した光とほぼ
同軸とされる。

【００１１】偏光ビームスプリッタ２０２で再び同軸と
なった光束は、反射鏡２０６で反射され、偏光子２０７
ｂを透過した後、検出器２０８ｂに入射する。偏光子２
０７ｂの偏光方向は、偏光Ｓの光及び偏光Ｐの光に対し
て４５度傾いており、偏光子２０７ｂを透過した周波数
がｆ＋ｆ１の光と周波数がｆ＋ｆ２の光とが干渉し、そ
の干渉光が検出器２０８ｂで光電変換され、その周波数
差｜ｆ１−ｆ２｜に等しいビートシグナルが演算装置２
０９に計測信号として入力される。

【００１２】一方、ビームスプリッタ２０１で分岐され
た基準光は、偏光子２０７ａを透過した後、検出器２０
８ａに入射する。ここで、偏光子２０７ａは、偏光子２
０７ｂと同様に、偏光Ｓの光及び偏光Ｐの光に対して４
５度傾いて配置され、偏光子２０７ａを透過した周波数
がｆ＋ｆ１の光と周波数がｆ＋ｆ２の光とが干渉し、そ
の干渉光が検出光２０８ａで光電変換され、その周波数
差｜ｆ１−ｆ２に等しいビートシグナルが演算装置２０
９に参照信号として入力される。演算装置２０９は、検
出器２０８ａから出力される基準信号と検出器２０８ｂ
から出力される計測信号との位相を比較し、移動ステー
ジ２０５の光軸方向変位を求める。尚、以上説明した従
来の変調光発生装置及び光波干渉測定装置の詳細につい
ては、例えば特開平１１−２３７２０６号公報を参照さ
れたい。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１８を参
照して説明した従来の光波干渉測定装置２００は、その
計測原理上、異なる周波数で周波数変調された２つの光
束を必要とするため、異なる周波数で変調された変調光
を発生する変調光発生装置１００を備える必要がある。
変調光発生装置１００は、前述したように偏光ビームス
プリッタ１０３を用いて光源１０１から射出された光を
その偏光状態に応じて分離し、２つの周波数シフタ１０
５ａ，１０５ｂによって光の偏光状態に応じて異なった
周波数変調を与えた後、偏光ビームスプリッタ１０７に
よって同軸の光としている。

【００１４】従来の変調光発生装置１００は、２つの周
波数シフタ１０５ａ，１０５ｂを変調する光に対して独
立に備える構成上、外部からの振動があると周波数シフ
タ１０５ａと周波数シフタ１０５ｂとの相対位置ずれが
生じたり、周波数シフタ１０５ａ，１０５ｂの取り付け
角度の変動が生じる等の不具合がある。また、温度変動
があると入射する光に対して周波数シフタ１０５ａ，１
０５ｂが与える変調周波数が変動する。更に、外部から
の振動や温度変動があると、変調光発生装置１００から
発生する変調光の波面収差が悪化する等の悪影響もあ
る。このように、従来の変調光発生装置１００は外部か
らの振動、温度変化、その他の外部変動があると、総合
的な安定性が悪いという問題があった。

【００１５】また、上述の温度変化による変調周波数の
変動を抑えるために、変調光発生装置１００内部の温度
調整を行う温度調整装置を備え、更には周波数シフタ１
０５ａ，１０５ｂ各々の温度調整を行う温度調整装置が
備えられる。しかしながら、これらの温度調整装置を備
えると、部品点数が増大して複雑且つ高価となり、また
新たな要因で変調光発生装置１００が不安定になるとい
う問題も生ずる。

【００１６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、外部変動の影響を受けにくく、安定して変調光
を発生することができる変調光発生装置を提供すること
を主たる目的とする。また、本発明は、当該変調光発生
装置を備えることにより、固定鏡に対する移動鏡の相対
位置を安定して高精度に計測することができる光波干渉
測定装置を提供し、更に、当該光波干渉測定装置で計測
された高精度の位置計測結果に基づいてマスクと基板と
の相対位置が正確に合わされた状態でマスクのパターン
をレチクルに転写することができる露光装置を提供し、
当該露光装置を用いて製造されるマイクロデバイスの製
造方法をも提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の観点による変調光発生装置は、入射
光の偏光状態に応じて該入射光を第１及び第２の光束
（Ｌ１０、Ｌ２０）に分離する分離手段（１３）と、前
記第１及び第２の光束（Ｌ１０、Ｌ２０）を所定の角度
となるように集束させる集束手段（１６）と、前記集束
手段（１６）を介した前記第１及び第２の光束（Ｌ１
０、Ｌ２０）の光路中に配置されて、前記第１及び第２
の光束（Ｌ１０、Ｌ２０）に対して異なる周波数変調を
与える変調手段（１７）と、前記周波数変調が与えられ
た前記第１及び第２の光束（Ｌ１１、Ｌ２１）をほぼ同
一の光路に結合させる結合手段（２１）とを備えること
を特徴としている。この発明によれば、分離手段により
偏光状態に応じて分離された第１の光束及び第２の光束
が、所定の角度をもって変調手段に入射して異なる周波
数が与えられた後で、結合手段で同一の光路に結合され
るようにしており、周波数変調が同一の手段によって達
成されている。よって、偏光状態の異なる光束に異なる
周波数変調を与えるために別々の素子を用いていた従来
と比較すると、１つの手段で周波数変調を与えているた
め、外部変動の影響を受けにくく、安定して変調光を発
生することができる。また、本発明の第２の観点による
変調光発生装置は、上記第１の観点による変調光発生装
置において、前記変調手段（１７）と前記結合手段（２
１）との間の光路中に配置されて、前記変調手段（１
７）を介した前記第１及び第２の光束（Ｌ１１、Ｌ２
１）を所定の角度となるように集束させる第２の集束手
段（３１）と、前記第２の集束手段（３１）を介した前
記第１及び第２の光束（Ｌ１１、Ｌ２１）の光路中に配
置されて、前記第１及び第２の光束（Ｌ１１、Ｌ２１）
に対して異なる周波数変調を与える第２の変調手段（３
２）とを更に備えることを特徴としている。この発明に
よれば、変調手段で周波数変調が与えられた第１の光束
及び第２の光束に対して、第２の変調手段を用いて異な
る周波数変調を与えるようにしているため、第１の光束
及び第２の光束に与える周波数変調を自由に可変するこ
とができる結果、第１の光束及び第２の光束の周波数差
の設定の自由度を高くすることができる。また、本発明
の第３の観点による変調光発生装置は、上記第１の観点
による変調光発生装置において、前記変調手段（１７）
に隣接して配置されて、前記第１及び第２の光束に対し
て異なる周波数変調を与える第２の変調手段（５１）を
更に備えることを特徴としている。また、本発明の第４
の観点による変調光発生装置は、上記第２の観点又は第
３の観点による変調光発生装置において、前記変調手段
（１７）は第１の音響光学素子を有し、前記第２の変調
手段（３２、５１）は第２の音響光学素子を有し、前記
第１及び第２の音響光学素子内の超音波の進行方向は、
互いに逆向きに設定されることを特徴としている。ま
た、本発明の第５の観点による変調光発生装置は、上記
第２の観点から第４の観点の何れかの観点による変調光
発生装置において、前記第２の変調手段（３２、５１）
は、前記第２の集束手段（３１）からの前記第１及び第
２の光束が含まれる面とは異なる面に沿って、前記周波
数変調された前記第１及び第２の光束を射出するように
位置決めされることを特徴としている。また、本発明の
第６の観点による変調光発生装置は、上記第５の観点に
よる変調光発生装置において、前記第２の変調手段（３
２）と前記結合手段（２１）との間の光路中に配置され
て、前記第２の集束手段（３１）からの前記第１及び第
２の光束が含まれる面に沿って前記第２の変調手段（３
２）から射出される前記第１及び第２の光束を遮光する
ための遮光手段（３６）を更に備えることを特徴として
いる。また、本発明の第７の観点による変調光発生装置
は、上記第１の観点から第６の観点の何れかの観点によ
る変調光発生装置において、前記変調手段（１７）が、
前記集束手段（１６）からの前記第１及び第２の光束
（Ｌ１０、Ｌ２０）が含まれる面とは異なる面に沿っ
て、前記周波数変調された前記第１及び第２の光束（Ｌ
１１、Ｌ２１）を射出するように位置決めされることを
特徴としている。また、本発明の第８の観点による変調
光発生装置は、上記第７の観点による変調光発生装置に
おいて、前記変調手段（１７）と前記第２の変調手段
（３２）との間の光路中に配置されて、前記集束手段
（１６）からの前記第１及び第２の光束（Ｌ１０、Ｌ２
０）が含まれる面に沿って前記変調手段（１７）から射
出される前記第１及び第２の光束（Ｌ１１、Ｌ２１）を
遮光するための第２の遮光手段（３５）を更に備えるこ
とを特徴としている。また、本発明の第９の観点による
変調光発生装置は、上記第１の観点から第８の観点の何
れかの観点による変調光発生装置において、前記分離手
段（１３）と前記結合手段（２１）との間の光路中に配
置されて、前記第１及び第２の光束の前記所定の角度を
調整するための調整手段（６０ａ、６０ｂ）を更に備え
ることを特徴としている。また、本発明の第１０の観点
による変調光発生装置は、上記第１の観点から第９の観
点の何れかの観点による変調光発生装置において、前記
周波数変調が与えられた前記第１及び第２の光束を、そ
の偏光状態を保存した状態で導波する偏波面保存導波手
段（６５、６７ａ、６７ｂ）を更に備えることを特徴と
している。また、本発明の第１１の観点による変調光発
生装置は、上記第１１の観点による変調光発生装置にお
いて、前記偏波面保存導波手段（６５、６７ａ、６７
ｂ）が、前記第１の光束を導波する第１の偏波面保存導
波手段（６７ａ）と、前記第２の光束を導波する第２の
偏波面保存導波手段（６７ｂ）とを備えることを特徴と
している。また、本発明の第１２の観点による変調光発
生装置は、上記第１０の観点による変調光発生装置にお
いて、前記偏波面保存導波手段は、前記結合手段（２
１）を介した前記第１及び第２の光束の光路中に配置さ
れることを特徴としている。上記課題を解決するため
に、本発明の光波干渉測定装置は、上記の変調光発生装
置と、前記変調光発生装置から射出される変調光（Ｍ
Ｌ）の光路中に設けられて、前記変調光（ＭＬ）を、測
定光路（ＭＰ）を進行する測定光と参照光路（ＲＰ）を
進行する参照光とに分岐する分岐手段（２０２）と、前
記参照光路（ＲＰ）上に設けられた参照鏡（７６、２０
３）と、前記測定光路（ＭＰ）上に設けられて、前記参
照鏡（７６、２０３）に対して相対的に移動可能な移動
鏡（７８、２０４）と、前記参照光及び前記測定光を干
渉させて受光する受光手段（２０２、２０８ａ，２０８
ｂ）とを備えることを特徴としている。この発明によれ
ば、前述の変調光発生装置を備えているため、固定鏡に
対する移動鏡の相対位置を安定して高精度に計測するこ
とができる。また、上記課題を解決するために、本発明
の露光装置は、マスク（Ｒ）上のパターン（ＤＰ）を基
板（Ｗ）上へ転写する露光装置において、上記の光波干
渉測定装置と、前記基板（Ｗ）を載置するための基板ス
テージ（８７）と、を備え、前記移動鏡（７８、２０
４）は前記基板ステージ（８７）に設けられていること
を特徴としている。また、本発明の露光装置は、マスク
（Ｒ）上のパターン（ＤＰ）を基板（Ｗ）上へ転写する
露光装置において、上記の光波干渉測定装置と、前記マ
スク（Ｒ）を載置するためのマスクステージ（８１）
と、を備え、前記移動鏡（７８、２０４）は前記マスク
ステージ（８１）に設けられていることを特徴としてい
る。本発明のマイクロデバイスの製造方法は、上記の露
光装置を用いて前記パターン（ＤＰ）を前記基板（Ｗ）
上へ転写する転写工程（Ｓ２６）を含むマイクロデバイ
スの製造方法であって、前記光波干渉測定装置を用いて
前記マスク（Ｒ）と前記基板（Ｗ）との相対的な位置関
係を調整する工程と、前記転写工程（Ｓ２６）にて転写
された前記基板（Ｗ）を現像する現像工程（Ｓ２７）と
を有することを特徴としている。この発明によれば、前
記の光波干渉測定装置で計測された高精度の位置計測結
果に基づいてマスクと基板との相対位置が正確に合わさ
れた状態でマスクのパターンをレチクルに転写すること
ができるので、微細なパターンをウェハ上に形成する上
で極めて好適である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態による変調光発生装置、光波干渉測定装置、露光
装置、及びマイクロデバイスの製造方法について詳細に
説明する。尚、以下の説明においては、各図面にＸＹＺ
直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつ
つ各部材の位置関係について説明する。各図面のＸＹＺ
直交座標系は、ＸＹ平面が水平面に平行な面に設定さ
れ、Ｚ軸が鉛直上方向に設定されるとする。尚、以下の
説明においては、説明の便宜上、Ｙ方向に偏光した状態
を偏光Ｐといい、Ｚ方向に偏光した状態を偏光Ｓとい
う。

【００１９】〔第１実施形態による変調光発生装置〕図
１は、本発明の第１実施形態による変調光発生装置の構
成及び本発明の一実施形態による光波干渉測定装置の構
成を示す上面図であり、図２は、本発明の第１実施形態
による変調光発生装置の構成を示す斜視図である。図１
及び図２に示したように、本発明の第１実施形態による
変調光発生装置１０は、偏光Ｐの光（直線偏光）を射出
する光源１１と、光源１１から射出された偏光Ｐの光の
偏光面（偏光方位）を回転する１／２波長板１２を備え
る。光源１１からは偏光Ｐの光が射出されており偏光Ｓ
の光は殆ど存在しないため、１／２波長板１２を設けて
偏光Ｐの光の偏光面（偏光方位）を回転することによっ
て偏光Ｓの光と偏光Ｐの光の各々の偏光成分を有する光
を得ている。尚、１／２波長板１２を省略し、光源１１
を光軸中心に回転する構成としても良い。尚、以下では
光源１１から射出される光の周波数をｆとする。

【００２０】１３は、１／２波長板１２を通過した光の
偏光状態に応じて、入射する光を第１の光束Ｌ１０と第
２の光束Ｌ２０とに分離する分離手段としてのウォラス
トンプリズムである。図３は、ウォラストンプリズム１
３の構成及びウォラストンプリズム１３が入射する光を
その偏光状態に応じて分離する原理を説明するための図
である。図３に示すように、ウォラストンプリズム１３
は頂角αをなす２つの端面が共に結晶の光学軸ＯＸ１に
平行となるように形成された一軸性結晶よりなるプリズ
ム１３ａと、１つの端面が光学軸ＯＸ２と平行に形成さ
れ、この端面と頂角αをなす端面が結晶の光学軸ＯＸ２
と角αとなすように形成されたプリズム１３ｂとを、互
いの光学軸ＯＸ１，ＯＸ２が直交するように組み合わせ
たプリズムである。図３に示した例ではプリズム１３ａ
の光学軸ＯＸ１はＺ軸と平行に設定され、プリズム１３
ｂの光学軸ＯＸ２はＹ軸と平行に設定されている。

【００２１】ここで、プリズム１３ａ，１３ｂは一軸性
結晶により形成され、その光学軸ＯＸ１，ＯＸ２が入射
光の進行方向に対して直交する方向に設定されているた
め、偏光Ｐの光に対するプリズム１３ａの屈折率とプリ
ズム１３ｂの屈折率とは相違する。同様に、偏光Ｓの光
に対するプリズム１３ａの屈折率とプリズム１３ｂの屈
折率とは相違する。いま仮に、偏光Ｐの光に対するプリ
ズム１３ｂの屈折率がプリズム１３ａの屈折率よりも高
いとすると、偏光Ｐの光に対して偏光方向が直交する偏
光Ｓの光については、偏光Ｐの光の場合に生ずる現象と
逆の現象が起こる。よって、偏光Ｓの光に対するプリズ
ム１３ｂの屈折率はプリズム１３ａの屈折率よりも低く
なる。

【００２２】よって、偏光Ｓの光と偏光Ｐの光がプリズ
ム１３ａ，１３ｂの境界に同一の入射角をもって偏光Ｐ
Ｓの光として入射する場合を考えると、偏光Ｐの光は屈
折率の高いプリズム１３ｂから低いプリズム１３ａに入
射しているため屈折角は大きくなり、偏光Ｓの光は屈折
率の低いプリズム１３ｂから高いプリズム１３ａに入射
しているため屈折角は小さくなる。プリズム１３ａ，１
３ｂの境界における屈折角の相違により、偏光Ｐの光と
偏光Ｓの光とは異なる方向に進行するため、偏光Ｐの光
及び偏光Ｓの光は分離してウォラストンプリズム１３か
ら射出される。以上説明した原理によって、ウォラスト
ンプリズム１３は、入射する光の偏光状態に応じて入射
光を分離する。尚、ウォラストンプリズム１３の射出面
から射出される第１の光束Ｌ１０及び第２の光束Ｌ２０
は、射出面の法線に対して対称に射出されることが好ま
しい。

【００２３】図１及び図２に示した例では、ウォラスト
ンプリズム１３は、第１の光束Ｌ１０として偏光Ｐの光
を射出し、第２の光束Ｌ２０として偏光Ｓの光を射出し
ている。ウォラストンプリズム１３で分離された第１の
光束Ｌ１０及び第２の光束Ｌ２０は、レンズ系１４によ
りほぼ平行な光束に変換された後、開口板１５を通過す
る。この開口板１５は迷光を防止する目的で設けられ、
第１の光束Ｌ１０と第２の光束Ｌ２０とが通過する箇所
に円形形状の開口１５ａ，１５ｂが形成されている。
尚、第１の光束Ｌ１０が通過する光路と第２の光束Ｌ２
０が通過する光路との距離は数ミリメートル程度であ
る。

【００２４】開口板１５を通過した第１の光束Ｌ１０及
び第２の光束Ｌ２０は、集束手段としてのレンズ系１６
により所定の角度をもって集束され、変調手段としての
音響光学素子１７に入射する。音響光学素子１７は外部
から供給される高周波信号ＳＦ１によって周波数ｆ１で
駆動されており、入射する第１の光束Ｌ１０及び第２の
光束Ｌ２０に異なる周波数変調を与える。音響光学素子
１７は、略矩形状形状の音響光学媒体の一方の側面に電
極板、超音波発生用のトランスデューサ、及び電極板を
順次固定して配置し、他方の側面に吸音材が固定されて
なり、一方の側面に配置された電極板の間に図示せぬ高
周波電源から周波数ｆ１の駆動信号が供給され、これに
より音響光学媒質中を進行する超音波が形成される。音
響光学媒体の他方の側面に固定されている吸音材は、対
向するトランスデューサからの超音波（進行波）を吸収
して、反射波の発生を防止するために設けられる

【００２５】上記音響光学媒体としては、通常のガラス
の他に、２酸化テルル（ＴｅＯ₂）の単結晶、水晶、石
英、モリブデン酸鉛単結晶等が使用できる。また、上記
吸音材としては、音響インピーダンスが音響光学媒体の
それと近く、且つ音波を吸収し易い材料が使用できる。
音響インピーダンスとは、密度と音速との積である。具
体的に、吸音材としては、鉛又はアルミニウム等の金属
膜が使用できる。また、トランスデューサとしては、リ
チウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ₃）の単結晶、ＬｉＩ
Ｏ₃ の単結晶、Ｂａ₃ＮａＮｂ₅Ｏ₁₅の単結晶等が使用で
きる。

【００２６】ここで、音響光学素子１７が入射する第１
の光束Ｌ１０及び第２の光束Ｌ２０に異なる周波数変調
を与える原理について説明する。図４は、入射する第１
の光束Ｌ１０及び第２の光束Ｌ２０に異なる周波数変調
を与える原理を説明するための図である。いま、図４
（ａ），（ｂ）に示したように、音響光学素子１７が供
給される高周波信号ＳＦ１で駆動されることにより、音
響光学素子１７内には符号ＳＷ１を付して示した方向
（＋Ｙ軸方向）に進行する超音波が生ずる。図４（ａ）
に示したように、超音波の進行方向ＳＷ１に対して向か
う向きであって斜め方向から周波数ｆの光束Ｌ１０が音
響光学素子１７に入射すると、その一部は回折を受けず
にそのまま通過するが、大部分は音響光学素子１７中を
進行する超音波により音響ブラッグ回折作用を受ける。
尚、図４（ａ）では回折を受けずに通過する光束（０次
回折光）をＬ１０⁽⁰⁾で示し、回折作用を受けた光束
（＋１次回折光）をＬ１０⁽¹⁾で示している。ここで、
０次回折光Ｌ１０⁽⁰⁾は音響光学素子１７中を進行する
超音波との相互作用がないため周波数は変化しないが、
＋１次回折光は超音波との相互作用により周波数変調を
受け、ｆ＋ｆ１の周波数に変調される。

【００２７】一方、図４（ｂ）に示したように、超音波
の進行方向ＳＷ１に沿う向きであって斜め方向から周波
数ｆの光束Ｌ２０が音響光学素子１７に入射すると、そ
の一部は回折を受けずにそのまま通過するが、大部分は
音響光学素子１７中を進行する超音波により音響ブラッ
グ回折作用を受ける。尚、図４（ｂ）では回折を受けず
に通過する光束（０次回折光）をＬ２０⁽⁰⁾で示し、回
折作用を受けた光束（−１次回折光）をＬ２０^(-1)で示
している。この場合も図４（ａ）の場合と同様に、０次
回折光Ｌ２０⁽⁰⁾は音響光学素子１７中を進行する超音
波との相互作用がないため周波数は変化しないが、−１
次回折光は超音波との相互作用により周波数変調を受
け、ｆ−ｆ１の周波数に変調される。

【００２８】このようにして、音響光学素子１７に対し
て異なる入射角をもって入射する第１の光束Ｌ１０及び
第２の光束Ｌ２０は、その入射角に応じて異なる周波数
変調を受ける。尚、以下の説明では、音響光学素子１７
により周波数変調を受けた第１の光束Ｌ１０（図４
（ａ）中のＬ１０⁽¹⁾）を「第１の光束Ｌ１１」とい
い、周波数変調を受けた第２の光束Ｌ２０（図４（ａ）
中のＬ２０^(-1)）を「第２の光束Ｌ２１」という。尚、
第１の光束Ｌ１０と第２の光束Ｌ２０とが音響光学素子
１７の入射面の法線に対して対称に入射する場合には、
第１の光束Ｌ１１と第２の光束Ｌ２１は、音響光学素子
１７の射出面の法線に対して対称に射出される。

【００２９】図１及び図２に戻り、音響光学素子１７か
ら射出された第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１
は、レンズ系１８によりほぼ平行な光束に変換され、開
口板１９を通過する。この開口板１９は、音響光学素子
１７から射出される不図示の高次回折光が迷光となり得
る可能性があるため、この光束を遮光するために設けら
れる。開口板１９には、第１の光束Ｌ１１と第２の光束
Ｌ２１とが通過する箇所に矩形形状の開口１９ａ，１９
ｂがそれぞれ形成されている。尚、ここでも第１の光束
Ｌ１１が通過する光路と第２の光束Ｌ２１が通過する光
路との距離は数ミリメートル程度である。

【００３０】開口板１９を通過した第１の光束Ｌ１１及
び第２の光束Ｌ２１は、レンズ系２０により集束され、
結合手段としてのウォラストンプリズム２１の入射面の
法線に対して対称に入射し、図３に示した光路を逆に進
行してほぼ同一の光路に結合される。本実施形態では、
ウォラストンプリズム２１から射出される光が、本実施
形態の変調光発生装置１０から射出される変調光ＭＬと
なる。ここで、変調光ＭＬは、周波数がｆ＋ｆ１の第１
の光束Ｌ１１と周波数がｆ−ｆ１の第２の光束Ｌ２１と
を含んでおり、第１の光束Ｌ１１と第２の光束Ｌ２１と
の周波数差は、２・ｆ１である。

【００３１】以上説明した本発明の第１実施形態による
変調光発生装置１０から射出される変調光ＭＬは、本発
明の一実施形態による光波干渉測定装置２００で用いら
れる。ここで、光波干渉測定装置２００は、図１８に示
したものと同様の構成であるため、ここでは簡単に説明
する。上述した本発明の第１実施形態による変調光発生
装置１０からは、周波数がｆ＋ｆ１の偏光Ｐの光と周波
数がｆ＋ｆ２の偏光Ｓの光とが射出され、これらの光は
分岐手段としてのビームスプリッタ２０１によって基準
光（参照光）と計測光（測定光）とに分岐される。分岐
された計測光は偏光ビームスプリッタ２０２により、そ
の偏光方向に応じて分離される。周波数がｆ＋ｆ１の偏
光Ｐの光は偏光ビームスプリッタ２０２を透過し、周波
数がｆ−ｆ１の偏光Ｓの光は偏光ビームスプリッタ２０
２で反射される。測定光路ＭＰに入射した光は、移動ス
テージ２０５上に取り付けられた移動鏡２０４で光路を
ずらされて反射された後、偏光ビームスプリッタ２０２
に戻り、偏光ビームスプリッタ２０２を透過する。一
方、参照光路ＲＰに入射した光は参照鏡としての固定鏡
２０３で光路をずらされて反射された後、偏光ビームス
プリッタ２０２に戻り、偏光ビームスプリッタ２０２で
測定光路ＭＰを介した光とほぼ同軸とされる。尚、本発
明の一実施形態による光波干渉測定装置２００は、コー
ナーキューブ型の固定鏡２０３及び固定鏡２０４を備え
るものとする。

【００３２】偏光ビームスプリッタ２０２で再び同軸と
なった光束は、反射鏡２０６で反射され、偏光子２０７
ｂを透過した後、検出器２０８ｂに入射する。偏光子２
０７ｂの偏光方向は、偏光Ｓの光及び偏光Ｐの光に対し
て４５度傾いており、偏光子２０７ｂを透過した周波数
がｆ＋ｆ１の光と周波数がｆ−ｆ１の光とが干渉し、そ
の干渉光が検出器２０８ｂで光電変換され、その周波数
差２・ｆ１に等しいビートシグナルが演算装置２０９に
計測信号として入力される。一方、ビームスプリッタ２
０１で分岐された基準光は、偏光子２０７ａを透過した
後、検出器２０８ａに入射する。尚、検出器２０８ａ，
２０８ｂ及び偏光ビームスプリッタ２０２は、本発明に
いう受光手段に相当する。

【００３３】ここで、偏光子２０７ａは、偏光子２０７
ｂと同様に、偏光Ｓの光及び偏光Ｐの光に対して４５度
傾いて配置され、偏光子２０７ａを透過した周波数がｆ
＋ｆ１の光と周波数がｆーｆ１の光とが干渉し、その干
渉光が検出光２０８ａで光電変換され、その周波数差２
・ｆ１に等しいビートシグナルが演算装置２０９に基準
信号として入力される。演算装置２０９は、検出器２０
８ａから出力される基準信号と検出器２０８ｂから出力
される計測信号との位相を比較し、移動ステージ２０５
の光軸方向変位を求める。このようにして、固定鏡２０
３に対する移動鏡２０４の相対位置ずれが測定される。

【００３４】以上説明したように、本発明の第１実施形
態による変調光発生装置は、偏光状態に応じて分離され
た第１の光束Ｌ１０と第２の光束Ｌ２０に対して１つの
音響光学素子１７を用いて異なる周波数変調を与えてい
るため、異なる偏光状態の光に対して別々の素子を用い
て異なる周波数変調を与えていた従来と比較して、振
動、温度等の外部変動の影響を受けにくく、更に部品点
数が少ないので、安定した変調光を得ることができる。
また、温度変調に対しては音響光学素子１７のみに温度
調整装置を設ければ良いので、更に部品点数を減少させ
ることができ、安定性を増大させることができる。

【００３５】〔第２実施形態による変調光発生装置〕次
に、本発明の第２実施形態による変調光発生装置につい
て説明する。図５は、本発明の第２実施形態による変調
光発生装置の構成を示す斜視図であり、図１及び図２に
示した本発明の第１実施形態による変調光発生装置が備
える部材と同一の部材には同一の符号が付してある。図
５に示した本発明の第２実施形態による変調光発生装置
３０が図１及び図２に示した本発明の第１実施形態によ
る変調光発生装置１０と異なる点は、図１及び図２に示
した変調光発生装置１０が備える開口板１９とレンズ系
２０との間に、レンズ系３１、音響光学素子３２、レン
ズ系３３、及び開口板３４を更に備えた点である。

【００３６】レンズ系３１は、開口板１９を通過した第
１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１を所定の角度とな
るように集束させるものであり、本発明にいう第２の集
束手段に相当する。音響光学素子３２は、本発明にいう
第２の変調手段に相当し、外部から供給される高周波信
号ＳＦ２によって周波数ｆ２で駆動されており、入射す
る第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１に異なる周波
数変調を与える。音響光学素子３２は、音響光学素子１
７と同様の構成であり、略矩形状形状の音響光学媒体の
一方の側面に電極板、超音波発生用のトランスデュー
サ、及び電極板を順次固定して配置し、他方の側面に吸
音材が固定されてなり、一方の側面に配置された電極板
の間に図示せぬ高周波電源から周波数ｆ２の駆動信号が
供給され、これにより音響光学媒質中を進行する超音波
が形成される。音響光学素子３２が第１の光束Ｌ１１と
第２の光束Ｌ２１とに周波数変調を与える原理は図４を
用いて説明した原理と同様である。

【００３７】但し、音響光学素子１７の場合には、その
内部を進行する超音波の進行方向ＳＷ１は、＋Ｙ軸方向
に設定されていたが、音響光学素子１７の内部を進行す
る超音波の進行方向ＳＷ２は−Ｙ軸方向に設定されてい
る。よって、音響光学素子１７及び音響光学素子３２の
内部を進行する超音波はその進行方向が互いに逆向きに
設定されているため、音響光学素子３２によって与えら
れる変調の符号は、音響光学素子１７によって与えられ
る変調の符号と逆となる。

【００３８】つまり、周波数がｆ＋ｆ１である第１の光
束Ｌ１１は、音響光学素子３２内を進行する超音波の進
行方向ＳＷ２に対して沿う向きであって斜め方向から音
響光学素子３２に入射しているため、変調後の周波数
は、ｆ＋ｆ１−ｆ２となる。一方、周波数がｆ−ｆ１で
ある第２の光束Ｌ２１は、音響光学素子３２内を進行す
る超音波の進行方向ＳＷ２に対して向かう向きであって
斜め方向から音響光学素子３２に入射しているため、変
調後の周波数は、ｆ−ｆ１＋ｆ２となる。以下の説明で
は、音響光学素子３２により周波数変調を受けた第１の
光束Ｌ１１を「第１の光束Ｌ１２」といい、周波数変調
を受けた第２の光束Ｌ２１を「第２の光束Ｌ２２」とい
う。尚、第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１が音響
光学素子３２で周波数変調されるときも、前述した場合
と同様に０次回折光が生じている。

【００３９】レンズ系３３は、音響光学素子３２から射
出された第１の光束Ｌ１２及び第２の光束Ｌ２２をほぼ
平行な光束に変換する。開口板３４は、開口板１９と同
様に、音響光学素子３２から射出される高次回折光（不
図示）が迷光となり得る可能性があるため、この光束を
遮光するために設けられる。開口板３４には、第１の光
束Ｌ１２と第２の光束Ｌ２２とが通過する箇所に矩形形
状の開口３４ａ，３４ｂがそれぞれ形成されている。
尚、ここでも第１の光束Ｌ１２が通過する光路と第２の
光束Ｌ２２が通過する光路との距離は数ミリメートル程
度に設定される。開口板３４を通過した第１の光束Ｌ１
２及び第２の光束Ｌ２２は、前述したレンズ系２０によ
って収束された後、ウォラストンプリズム２１に入射し
てほぼ同軸の光路に結合され、ウォラストンプリズム２
１から射出される光が、本実施形態の変調光発生装置１
０から射出される変調光ＭＬとなる。

【００４０】前述した本発明の第１実施形態による変調
光発生装置１０から射出される変調光ＭＬは、周波数が
ｆ＋ｆ１の第１の光束Ｌ１１と周波数がｆ−ｆ１の第２
の光束Ｌ２１とを含んでおり、その周波数差は２・ｆ１
であった。通常、音響光学素子３２を駆動する周波数は
５０〜８０ＭＨｚ程度である。従って、第１実施形態に
よる変調光発生装置１０から得られる変調光ＭＬに含ま
れる第１の光束Ｌ１１と第２の光束Ｌ２１との周波数差
は、１００〜１６０ＭＨｚ程度となる。

【００４１】本発明の第２実施形態による変調光発生装
置３０から射出される変調光ＭＬは、周波数がｆ＋ｆ１
−ｆ２の第１の光束Ｌ１２と周波数がｆ−ｆ１＋ｆ２の
第２の光束Ｌ２２とを含むため、第１の光束Ｌ１２と第
２の光束Ｌ２２との周波数差は、２・｜ｆ１−ｆ２｜と
なる。よって、本発明の第２実施形態による変調光発生
装置３０では、音響光学素子１７を駆動する周波数ｆ１
と音響光学素子３２を駆動する周波数ｆ２との組み合わ
せにより、第１の光束Ｌ１２と第２の光束Ｌ２２との周
波数差を任意に設定することができる。

【００４２】例えば、音響光学素子１７を駆動する周波
数ｆ１を５０ＭＨｚに設定し、音響光学素子３２を駆動
する周波数ｆ２を５０．１ＭＨｚに設定すれば、変調光
ＭＬに含まれる第１の光束Ｌ１２と第２の光束Ｌ２２と
の周波数差は２００ｋＨｚとなる。第１実施形態による
変調光発生装置１０では変調光ＭＬの周波数差を１００
ＭＨｚ以下に設定することができないため、例えば光波
干渉測定装置２００で求められる変調光ＭＬの周波数差
が数百ｋＨｚ以内である場合には変調光発生装置１０を
用いることができない。このように、本実施形態では、
第１の光束Ｌ１２と第２の光束Ｌ２２との周波数差の設
定の自由度を高くすることができる。

【００４３】〔第３実施形態による変調光発生装置〕次
に、本発明の第３実施形態による変調光発生装置につい
て説明する。図６は、本発明の第３実施形態による変調
光発生装置の構成を示す斜視図であり、図５に示した本
発明の第２実施形態による変調光発生装置が備える部材
と同一の部材には同一の符号が付してある。図６に示し
た本発明の第３実施形態による変調光発生装置４０が図
５に示した本発明の第２実施形態による変調光発生装置
３０と異なる点は、音響光学素子１７及び音響光学素子
３２が、Ｘ軸の周りにＹ軸からＺ軸に向かう方向に角度
θだけ回転して配置し、更に、開口板１９，３４に代え
て、開口板３５，３６をそれぞれ配置した点である。

【００４４】尚、本実施形態では、角度θが４５度に設
定されている。また、開口板３５、３６はは中央部に長
手矩形形状の開口３５ａ，３６ａがそれぞれ形成されて
おり、開口板３５は開口３５ａの長手方向がＺ軸に沿う
ように配置され、開口板３６は開口３６ａの長手方向が
Ｙ軸に沿うように配置されている。尚、開口板３５は本
発明にいう第２の遮光手段に相当し、開口板３６は本発
明にいう遮光手段に相当する。

【００４５】音響光学素子１７を上記の配置とするの
は、入射する第１の光束Ｌ１０及び第２の光束Ｌ２０が
含まれる面とは異なる面に沿って、周波数変調を与えた
第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１を射出するため
であり、音響光学素子３２を上記の配置とするのは、入
射する第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１が含まれ
る面とは異なる面に沿って、周波数変調を与えた第１の
光束Ｌ１２及び第２の光束Ｌ２２を射出するためであ
る。ここで、音響光学素子１７，３２に入射する第１の
光束及び第２の光束と音響光学素子１７，３２から射出
される第１の光束及び第２の光束との関係について説明
する。図７は、音響光学素子１７，３２に入射する第１
の光束及び第２の光束と音響光学素子１７，３２から射
出される第１の光束及び第２の光束との関係を説明する
ための図である。尚、図７において、図６に示した部材
に相当する部材には同一の符号を付してある。

【００４６】図７において、音響光学素子１７に入射す
る第１の光束Ｌ１０及び第２の光束Ｌ２０はＸＹ平面に
平行な平面Ｐ１に含まれている。前述のように、音響光
学素子１７はＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸に向かう方向に
４５度の角度をもって配置されているため、音響光学素
子１７内を進行する超音波の進行方向は、Ｙ軸及びＹ軸
に対して４５度の角度をなす方向となる。このため、音
響光学素子１７は、入射する第１の光束Ｌ１０及び第２
の光束Ｌ２０を、平面Ｐ１に直交する平面Ｐ２内に含ま
れる第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１として射出
する。尚、第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１はそ
の射出方向が異なるのみで、音響光学素子１７によって
前述した第２実施形態の場合と同様な周波数変調が与え
られる。

【００４７】この第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２
１はレンズ系１８，３１等を介して収束された後、音響
光学素子３２に入射する。音響光学素子３２も音響光学
素子１７と同様に、Ｘ軸の周りにＹ軸からＺ軸に向かう
方向に４５度の角度をもって配置されている。よって、
音響光学素子３２は、入射する第１の光束Ｌ１１及び第
２の光束Ｌ２１を、平面Ｐ２に直交する平面Ｐ３内に含
まれる第１の光束Ｌ１２及び第２の光束Ｌ２２として射
出する。尚、第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１が
音響光学素子３２を通過する際には、第２実施形態の場
合と同様な周波数変調が与えられる。

【００４８】ここで、第１の光束Ｌ１０及び第２の光束
Ｌ２０が音響光学素子１７に入射した場合、及び、第１
の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１が音響光学素子３２
に入射した場合の何れの場合であっても、０次回折光が
発生する。ここで、０回折光は、音響光学素子１７，３
２中を進行する超音波と相互作用をしないため、そのま
ま素通りする。従って、第１の光束Ｌ１０及び第２の光
束Ｌ２０が音響光学素子１７に入射した際に発生する０
次回折光は、ＸＹ平面に平行な面（第１の光束Ｌ１０及
び第２の光束Ｌ２０を含む面Ｐ１にも平行）に含まれ
る。また、第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１が音
響光学素子３２に入射した際に発生する０次回折光は、
ＺＸ平面に平行な面（第１の光束Ｌ１１及び第２の光束
Ｌ２１を含む面Ｐ２にも平行）に含まれる。

【００４９】図６に示したように、音響光学素子１７か
ら射出された０次回折光並びに第１の光束Ｌ１１及び第
２の光束Ｌ２１はレンズ系１８を通過した後に開口板３
５に至るが、開口板３５に形成された開口３５ａはその
長手方向がＺ軸方向に設定されているため、図７中の面
Ｐ２に含まれる第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１
は通過するが、面Ｐ２に直交する面に含まれる０次回折
光は遮光される。同様に、音響光学素子３２から射出さ
れた０次回折光並びに第１の光束Ｌ１２及び第２の光束
Ｌ２２はレンズ系３３を通過した後に開口板３６に至る
が、開口板３６に形成された開口３６ａはその長手方向
がＹ軸方向に設定されているため、図７中の面Ｐ３に含
まれる第１の光束Ｌ１２及び第２の光束Ｌ２２は通過す
るが、面Ｐ３に直交する面に含まれる０次光は遮光され
る。

【００５０】このように、本実施形態では、音響光学素
子１７及び音響光学素子３２を備えており、変調光ＭＬ
に含まれる第１の光束Ｌ２１と第２の光束Ｌ２２の周波
数差の設定の自由度が高い上に、入射する第１の光束及
び第２の光束が含まれる面とは異なる面に沿って周波数
変調を与えた第１の光束及び第２の光束を射出するよう
に音響光学素子１７，３２を配置することにより、０次
回折光が含まれる面と周波数変調を与えた第１の光束及
び第２の光束が含まれる面とを異ならしめるようにした
ので、迷光を効果的に除去することができる。

【００５１】尚、上記実施形態では音響光学素子１７及
び音響光学素子３２を共にＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸に
向かう方向に４５度の角度をもって配置した場合を例に
挙げて説明したが、音響光学素子１７及び音響光学素子
３２の何れか一方のみであってもよい。また、音響光学
素子１７及び音響光学素子３２を配置する角度は４５度
に限らず任意に設定してもよい。このとき開口板３５，
３６は、音響光学素子１７及び音響光学素子３２が配置
される角度に応じて、開口３５ａ，３６ａの長手方向が
設定される。

【００５２】〔第４実施形態による変調光発生装置〕図
８は、本発明の第４実施形態による変調光発生装置の構
成を示す斜視図であり、図１及び図２に示した本発明の
第１実施形態による変調光発生装置が備える部材と同一
の部材には同一の符号が付してある。図８に示した本発
明の第４実施形態による変調光発生装置５０が図１及び
図２に示した本発明の第１実施形態による変調光発生装
置１０と異なる点は、音響光学素子１７に隣接して配置
されて、音響光学素子１７を介した第１の光束及び第２
の光束に対して異なる周波数変調を与える第２の変調手
段としての音響光学素子５１を設けた点である。

【００５３】音響光学素子１７は、前述した通り、外部
から供給される高周波信号ＳＦ１によって周波数ｆ１で
駆動されており、入射する第１の光束Ｌ１０及び第２の
光束Ｌ２０に異なる周波数変調を与える。これに対し、
音響光学素子１７に隣接して設けられた音響光学素子５
１は、外部から供給される高周波信号ＳＦ２によって周
波数ｆ２で駆動されている。また、音響光学素子５１中
を進行する超音波の進行方向ＳＷ２と音響光学素子１７
中を進行する超音波の進行方向ＳＷ１とは互いに逆向き
に設定されている。

【００５４】ウォラストンプリズム１３で分離された第
１の光束Ｌ１０及び第２の光束Ｌ２０がレンズ系１４、
開口板１５、及びレンズ系１６を介して、所定の角度で
音響光学素子１７に入射するまでは前述した第１実施形
態と同様である。ここで、音響光学素子１７及び音響光
学素子５１が、入射する第１の光束Ｌ１０及び第２の光
束Ｌ１１に対して異なる周波数変調を与える様子につい
て説明する。図９は、本発明の第４実施形態による変調
光発生装置が備える音響光学素子１７，５１が入射する
第１の光束Ｌ１０及び第２の光束Ｌ２０に対して異なる
周波数変調を与える様子を示す図である。尚、図９では
第１の光束Ｌ１０を実線で図示しており、第２の光束Ｌ
２０を破線で図示している。

【００５５】第１の光束Ｌ１０が音響光学素子１７に入
射すると、第１の光束Ｌ１０の内の一部の光束Ｌ１０ａ
は、音響光学素子１７中を進行する超音波によってブラ
ッグ回折を受けるとともに周波数変調を受けるが、第１
の光束Ｌ１０の残りの光束Ｌ１０ｂは、音響光学素子１
７中を進行する超音波と相互作用せずにそのまま通過す
る。音響光学素子１７に入射する第１の光束Ｌ１０の周
波数をｆとすると、周波数変調された光束（光束Ｌ１０
ａ）の周波数はｆ＋ｆ１となり、そのまま通過する光束
（０次回折光：光束Ｌ１０ｂ）の周波数はｆのままであ
る。尚、光束Ｌ１０ａ及び光束Ｌ１０ｂは音響光学素子
１７の射出面の法線に対して対称に射出される。

【００５６】これら第１の光束Ｌ１０ａ，Ｌ１０ｂが音
響光学素子５１に入射すると、光束Ｌ１０ａは音響光学
素子５１をそのまま通過して第１の光束Ｌ１３ａとな
り、光束Ｌ１０ｂは音響光学素子５１中を進行する超音
波によりブラッグ回折を受けるとともに周波数変調を受
けて第１の光束Ｌ１３ｂとなる。よって、音響光学素子
５１から射出される第１の光束Ｌ１３には、周波数がｆ
＋ｆ１である光束Ｌ１３ａと周波数がｆ−ｆ２である光
束Ｌ１３ｂとが含まれることになる。

【００５７】一方、第２の光束Ｌ２０が音響光学素子１
７に入射すると、第１の光束Ｌ１０と同様に、一部の光
束Ｌ２０ａは、音響光学素子１７中を進行する超音波に
よってブラッグ回折を受けるとともに周波数変調を受け
るが、第１の光束Ｌ２０の残りの光束Ｌ２０ｂは、音響
光学素子１７中を進行する超音波と相互作用せずにその
まま通過する。第２の光束Ｌ２０の周波数をｆとする
と、周波数変調された光束（光束Ｌ２０ａ）の周波数は
ｆ−ｆ１となり、そのまま通過する光束（０次回折光：
光束Ｌ２０ｂ）の周波数はｆのままである。尚、光束Ｌ
２０ａ及び光束Ｌ２０ｂも音響光学素子１７の射出面の
法線に対して対称に射出される。

【００５８】これら第２の光束Ｌ２０ａ，Ｌ２０ｂが音
響光学素子５１に入射すると、光束Ｌ２０ａは音響光学
素子５１をそのまま通過して第１の光束Ｌ２３ａとな
り、光束Ｌ２０ｂは音響光学素子５１中を進行する超音
波によりブラッグ回折を受けるとともに周波数変調を受
けて第２の光束Ｌ２３ｂとなる。よって、音響光学素子
５１から射出される第２の光束Ｌ２３には、周波数がｆ
−ｆ１である光束Ｌ２３ａと周波数がｆ＋ｆ２である光
束Ｌ２３ｂとが含まれることになる。尚、第１の光束Ｌ
１０及び第２の光束Ｌ２０が音響光学素子１７の入射面
の法線に対して対称に入射すれば、第１の光束Ｌ１３及
び第２の光束Ｌ２３は音響光学素子５１の射出面の法線
に対して対称に射出される。

【００５９】音響光学素子５１から射出された第１の光
束Ｌ１３及び第２の光束Ｌ２３は、レンズ系１８、開口
板１９、及びレンズ系２０を順に通過して、ある角度を
もってウォラストンプリズム２１に入射し、ほぼ同軸の
光路に結合されて変調光ＭＬとして射出される。ここ
で、変調光ＭＬに含まれる第１の光束Ｌ１３には周波数
がｆ＋ｆ１の光束Ｌ１３ａ及び周波数がｆ−ｆ２の光束
Ｌ１３ｂが存在し、第２の光束Ｌ２３には周波数がｆ＋
ｆ２の光束Ｌ２３ａ及び周波数がｆ−ｆ１の光束Ｌ２３
ｂが存在する。

【００６０】よって、この変調光ＭＬを用いて光波干渉
測定装置２００で干渉させると、周波数差が（２・ｆ
１）、（２・ｆ２）、及び｜ｆ１−ｆ２｜の３種類の信
号が得られる。ここで、音響光学素子１７が例えば５０
ＭＨｚの周波数ｆ１で駆動され、音響光学素子５１が例
えば５０．１ＭＨｚの周波数ｆ２で駆動されているとす
ると、光波干渉測定装置２００で得られる信号（２・ｆ
１）は１００ＭＨｚであり、信号（２・ｆ２）は１０
０．１ＭＨｚであり、信号｜ｆ１−ｆ２｜は１００ｋＨ
ｚである。従って、光波干渉測定装置２００で処理する
場合に信号（ｆ１−ｆ２）が必要であるときには、ロー
パスフィルタを用いて信号（２・ｆ１）及び信号（２・
ｆ２）を遮断すれば良い。また、本実施形態において
は、前述した第３実施形態のように、音響光学素子１７
及び音響光学素子５１をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸に向
かう方向に所定の角度をもって配置する構成としても良
い。

【００６１】〔その他の実施形態による変調光発生装
置〕以上、本発明の第１実施形態〜第４実施形態による
変調光発生装置について説明したが、本発明の変調光発
生装置は上記第１実施形態〜第４実施形態に制限される
ことはなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能であ
る。例えば、上記第１実施形態〜第４実施形態では、光
源１１から射出された偏光Ｐの光（直線偏光）を１／２
波長板１２を用いて円偏光に変換して、偏光Ｐの光と偏
光Ｓの光とを得ていたが、これらに代えて偏光Ｐの光と
偏光Ｓの光を射出するゼーマンレーザを用いても良い。

【００６２】また、第１実施形態〜第４実施形態による
変調光発生装置では、ウォラストンプリズム１３を用い
て偏光Ｓの光と偏光Ｐの光とを分離していたが、ニコル
プリズム、グラントムソンプリズム、その他の偏光プリ
ズムを用いても良い。ウォラストンプリズム１３を用い
る場合には、分離された偏光Ｐの光束Ｌ１０及び偏光Ｓ
の光束Ｌ１１は射出面の垂線に対してほぼ対称に射出さ
れていたが、ニコルプリズム又はグラントムソンプリズ
ムを用いる場合には、分離された光束の射出方向はウォ
ラストンプリズムの場合のように対称ではないので、射
出された光束を音響光学素子１７に導くリレー光学系を
工夫する必要がある。また、ウォラストンプリズム２１
についてもニコルプリズム、グラントムソンプリズム、
その他の偏光プリズムを用いることができるが、この場
合も音響光学素子１７、音響光学素子３２、又は音響光
学素子５１から射出された光束を工夫してニコルプリズ
ム、グラントムソンプリズム、その他の偏光プリズムに
導く必要がある。

【００６３】また、上記第１実施形態〜第４実施形態に
よる変調光発生装置では、レンズ系１６が第１の光束Ｌ
１０及び第２の光束Ｌ２０を集束して第１の光束Ｌ１０
及び第２の光束Ｌ２０を所定の角度をもって音響光学素
子１７に入射させ、又はレンズ系３１が第１の光束Ｌ１
１及び第２の光束Ｌ２１を集束して第１の光束Ｌ１１及
び第２の光束Ｌ２１を所定の角度をもって音響光学素子
３２に入射させていた。音響光学素子１７又は音響光学
素子３２の入射角度を調整するために、図１０に示す構
成としても良い。

【００６４】図１０は、第１の光束及び第２の光束の音
響光学素子１７への入射角度を調整する部材を配置した
構成例を示す図である。図１０では、開口板１５とレン
ズ系１６との間に、音響光学素子１７に入射する第１の
光束Ｌ１０及び第２の光束Ｌ２０の入射角度をそれぞれ
調整する調整手段としての平行平面板６０ａ，６０ｂを
配置した例を示している。この平行平面板６０ａ，６０
ｂは例えば透明ガラスにより形成される。平行平面板６
０ａ，６０ｂは、第１の光束Ｌ１０の光路及び第２の光
束Ｌ２０の光路上にそれぞれ配置され、Ｚ軸に平行な回
転軸の周りで回動自在に構成されている。

【００６５】例えば平行平面板６０ａをＹ軸からＸ軸方
向に回転させると第１の光束Ｌ１０の光路が−Ｙ軸方向
にずれるため、レンズ系１６への入射位置が変化する。
レンズ系１６は、その光軸からの入射位置に応じて異な
る角度をもって入射光束を屈折する作用を有するため、
平行平面板６０ａの回転角を調整することにより第１の
光束Ｌ１０が音響光学素子１７へ入射する角度を調整す
ることができる。これは、平行平面板６０ｂを回転させ
る場合も同様である。尚、平行平面板６０ａ，６０ｂ
は、ウォラストンプリズム１３から音響光学素子１７に
至るまでの光路においてレンズ系１４からレンズ系１６
に至るまでの光路（所謂瞳空間）であれば配置位置は特
に制限されない。

【００６６】また、第１実施形態では音響光学素子１７
から射出された第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２
１、第２実施形態及び第３実施形態では音響光学素子３
２から射出された第１の光束Ｌ１２及び第２の光束Ｌ２
２、第４実施形態では音響光学素子５１から射出された
第１の光束Ｌ１３及び第２の光束Ｌ２３がウォラストン
プリズム２１に入射する角度を調整する部材を、音響光
学素子１７，３２，５１とウォラストンプリズム２１と
の間の光路に設けても良い。更に、第２の実施形態及び
第３の実施形態においては、音響光学素子１７と音響光
学素子３２との間の光路に音響光学素子３２に対する第
１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１の入射角度を調整
するための平行平面板６０ａ，６０ｂと同様の部材を設
けても良い。

【００６７】また、上記第１実施形態〜第４実施形態で
は、ウォラストンプリズム１３で分離された第１の光束
Ｌ１０及び第２の光束Ｌ２０を、レンズ系１４、開口板
１５、及びレンズ系１６からなるリレー光学系を用いて
集束させて音響光学素子１７に入射させていたが、この
リレー光学系に代えて図１１に示す構成としても良い。
図１１は、第１の光束及び第２の光束を集束して音響光
学素子１７へ導く他の構成例を示す図である。図１１に
示した例では、ウォラストンプリズム１３と音響光学素
子１７との間に、第１の光束Ｌ１０を反射して所定の角
度をもって音響光学素子１７に入射させる反射鏡６１ａ
と、第２の光束Ｌ２０を反射して所定の角度をもって音
響光学素子１７に入射させる反射鏡６１ｂとが配置され
ている。かかる構成とすることで、光学部材の数を減少
することができるため、構成を単純化することにより、
外部変動の影響を受けにくく安定化させる上では好適で
ある。

【００６８】尚、図１及び図２に示した第１実施形態及
び図８に示した第４実施形態においては、レンズ系１
８、開口板１９、及びレンズ系２０に代えて図１１に示
した反射鏡６１ａ，６１ｂと同様の反射鏡を設けても良
い。また、図５に示した第２実施形態及び図６に示した
第３実施形態においては、レンズ系１８、開口板３５、
及びレンズ系３１に代えて、又はレンズ系３３、開口板
３４、及びレンズ系２０に代えて図１１に示した反射鏡
６１ａ，６１ｂと同様の反射鏡を設けても良い。但し、
図６に示した第３実施形態では、レンズ系１８、開口板
３５、及びレンズ系３１に代えて設けられる反射鏡６１
ａ，６１ｂの配置を、Ｘ軸の周りで９０度回転して配置
する必要がある。更に、反射鏡６１ａ，６１ｂ等の反射
鏡を用いた構成とする場合も、音響光学素子１７、音響
光学素子３２、又はウォラストンプリズム２１に対する
第１の光束及び第２の光束の入射角度を調整することが
できる部材（例えば楔形状のガラス板）を配置するか、
反射鏡６１ａ，６１ｂ自身を動かして入射角を調整でき
る構成とすることが好ましい。

【００６９】以上説明した実施形態では、第１の光束、
第２の光束、及び変調光ＭＬをレンズ系等の光学部材で
リレーしていたが、本発明の変調光発生装置は、これら
の偏波状態を保存した状態で導波する偏波面保存導波手
段としての偏波面保存光ファイバを用いて導波するよう
にしても良い。図１２は、偏波面保存光ファイバを用い
て第１の光束、第２の光束、又は変調光ＭＬを導波する
構成例を示す図である。尚、図１２に示した例では、図
１及び図２に示した第１の実施形態による変調光発生装
置に適用した場合を図示している。前述した第１実施形
態では、ウォラストンプリズム２１からはぼ同軸にして
射出された光を変調光ＭＬとしていたが、図１２（ａ）
に示した例では、ウォラストンプリズム２１から射出さ
れた光を偏波面保存光ファイバ６５を用いて導波し、偏
波面保存光ファイバ６５から射出される光を変調光ＭＬ
としている。尚、偏波面保存光ファイバ６５の射出端側
には変調光ＭＬの射出方向を調整する部材（例えば、楔
形状のガラス板）６６を配置しても良い。

【００７０】また、図１２（ｂ）に示すように、レンズ
系１８の後段に偏波面保存光ファイバ６７ａ，６７ｂを
設けて第１の光束Ｌ１１を偏波面保存光ファイバ６７ａ
で、第２の光束Ｌ２１を偏波面保存光ファイバ６７ｂで
それぞれ導波するようにしても良い。尚、上記偏波面保
存光ファイバ６７ａは本発明にいう第１の偏波面保存導
波手段に相当し、偏波面保存光ファイバ６７ｂは本発明
にいう第２の偏波面保存導波手段に相当する。

【００７１】図１２（ｂ）に示した構成とする場合に
は、偏波面保存光ファイバ６７ａ，６７ｂの後段にそれ
ぞれレンズ系６８ａ、６８ｂを配置し、更に、第１の光
束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１の位置を調整する部材６
９ａ，６９ｂをそれぞれ配置して、反射鏡７０，７１に
より第１の光束Ｌ１１と第２の光束Ｌ２１とをほぼ同軸
にして変調光ＭＬとしても良い。または、図１２（ｃ）
に示したように、偏波面保存光ファイバ６７ａ，６７ｂ
の後段に第１の光束Ｌ１１及び第２の光束Ｌ２１の位置
を調整する部材７２ａ，７２ｂをそれぞれ配置し、更に
レンズ系２０及びウォラストンプリズム２１を配置した
構成としても良い。また、偏波面保存光ファイバ６７
ａ，６７ｂと同様の偏波面保存光ファイバをウォラスト
ンプリズム１３と音響光学素子１７との間に設けても良
い。更に、第２実施形態及び第３実施形態にあっては音
響光学素子１７と音響光学素子３２との間に設けても良
い。

【００７２】〔その他の実施形態による光波干渉測定装
置〕図１に示した本発明の一実施形態による光波干渉測
定装置２００は、固定鏡２０３及び移動鏡２０４として
コーナーキューブ型のものを備えた場合を例に挙げて説
明したが、図１３に示すように平面反射鏡を備えた場合
でも適用することができる。図１３は、光波干渉測定装
置２００の第１変形例を示す図である。図１３に示した
例では、平面反射鏡の固定鏡７６が配置され、偏光ビー
ムスプリッタ２０２と固定鏡７６との間の参照光路ＲＰ
上には１／４波長板７５が配置されている。また、移動
ステージ２０５上には平面反射鏡の固定鏡７８が配置さ
れ、偏光ビームスプリッタ２０２と移動鏡７８との間の
測定光路ＭＰ上には１／４波長板７７が配置されてい
る。

【００７３】ビームスプリッタ２０１を透過した変調光
ＭＬは偏光ビームスプリッタ２０２で偏光Ｓの光と偏光
Ｐの光とに分離される。偏光ビームスプリッタ２０２で
反射された光束は１／４波長板７５を通過して固定鏡７
６に至り、固定鏡７６で反射された後、再び１／４波長
板７５を通過して偏光ビームスプリッタ２０２に入射す
る。一方、偏光ビームスプリッタ２０２を通過した光束
は１／４波長板７７を通過した後、移動鏡７８で反射さ
れた後、再び１／４波長板７７を通過して偏光ビームス
プリッタ２０２に入射する。その後、参照光路ＲＰ及び
測定光路ＭＰを通過した光束は、偏光ビームスプリッタ
２０２で同軸とされ偏光子２０７ｂを介して干渉して検
出器２０８ｂで検出される。

【００７４】図１４は、光波干渉測定装置２００の第２
変形例を示す図である。図１４に示した例では、図１３
に示した構成に加えて参照光路ＲＰの延長線上にコーナ
ーキューブ型の反射鏡が更に設けられている。ビームス
プリッタ２０１を透過した変調光ＭＬは偏光ビームスプ
リッタ２０２で偏光Ｓの光と偏光Ｐの光とに分離され
る。偏光ビームスプリッタ２０２で反射された光束は１
／４波長板７５を通過して固定鏡７６に至り、固定鏡７
６で反射された後、再び１／４波長板７５を通過して偏
光ビームスプリッタ２０２に入射する。一方、偏光ビー
ムスプリッタ２０２を通過した光束は１／４波長板７７
を通過した後、移動鏡７８で反射された後、再び１／４
波長板７７を通過して偏光ビームスプリッタ２０２に入
射する。その後、参照光路ＲＰ及び測定光路ＭＰを通過
した光束は、反射鏡７９に入射して光路をずらされて反
射され、再び偏光ビームスプリッタ２０２に入射し、偏
光Ｐの光と偏光Ｓの光とに分離される。

【００７５】偏光ビームスプリッタ２０２を透過した光
束は１／４波長板７５を通過して固定鏡７６に至り、固
定鏡７６で反射された後、再び１／４波長板７５を通過
して偏光ビームスプリッタ２０２に入射する。一方、偏
光ビームスプリッタ２０２で反射された光束は１／４波
長板７７を通過した後、移動鏡７８で反射された後、再
び１／４波長板７７を通過して偏光ビームスプリッタ２
０２に入射する。その後、参照光路ＲＰ及び測定光路Ｍ
Ｐを通過した光束は、偏光ビームスプリッタ２０２で同
軸とされ偏光子２０７ｂを介して干渉して検出器２０８
ｂで検出される。このように、図１４に示した光波干渉
測定装置２００は、入射する光束を参照光路ＲＰ及び測
定光路ＭＰに２回通過させる構成である。

【００７６】〔露光装置〕次に、本発明の一実施形態に
よる露光装置について説明する。図１５は、本発明の一
実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。
尚、図１５に示した露光装置は、レチクルＲとウェハＷ
とを同期移動させつつレチクルＲに形成されたパターン
の像を順次ウェハＷに転写する所謂ステップ・アンド・
スキャン方式の露光装置である。図１５において、８０
は、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）
を射出する超高圧水銀ランプ、又はＫｒＦエキシマレー
ザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１
９３ｎｍ）、若しくはＦ₂エキシマレーザ（波長１９３
ｎｍ）等の光源を含み、これらの光源から射出される光
の光強度分布を一様にするとともに、所定の形状に整形
した照明光ＩＬを射出する照明光学系である。

【００７７】８１は、マスクとしてのレチクルＲを載置
するレチクルステージであり、投影光学系ＰＬの光軸Ａ
Ｘの方向に微動可能で、且つその光軸ＡＸに垂直な面内
で２次元移動及び微小回転可能に構成される。レチクル
ステージ８１の一端には、移動鏡８２が取り付けられて
おり、この移動鏡８２の鏡面に対向した位置にレーザ干
渉計８４が配置されている。また、前述した照明光学系
８０には固定鏡８３が取り付けられている。尚、固定鏡
８３は投影光学系ＰＬに取り付けても良い。移動鏡８２
は前述した光波干渉測定装置２００が備える移動鏡２０
４又は移動鏡７８に相当し、固定鏡８３は固定鏡２０３
又は固定鏡７６に相当する。レーザ干渉計８４は、前述
した変調光発生装置を有する光波干渉測定装置２００に
相当する。

【００７８】尚、図１５では図示を簡略化しているが、
移動鏡８２はＸ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡及びＹ軸
に垂直な鏡面を有する移動鏡から構成されている。ま
た、レーザ干渉計８４は、Ｘ軸に沿って移動鏡８２にレ
ーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及び
Ｙ軸に沿って移動鏡８２にレーザビームを照射するＹ軸
用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ
干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計によりレチクル
ステージ８１のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、
Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、レチ
クルステージ８１の回転角が計測される。レーザ干渉計
８４によって検出されたレチクルステージ８１のＸ座
標、Ｙ座標、及び回転角の情報は主制御系８５に供給さ
れる。主制御系８５は供給されたステージ位置情報をモ
ニターしつつ駆動系８６へ制御信号を出力し、レチクル
ステージ８１の位置決め動作を制御する。

【００７９】レチクルステージ８１上に載置されたレチ
クルＲには透明なガラス基板表面にクロム等によって半
導体素子、液晶表示素子等のデバイスパターンＤＰが形
成されている。照明光学系８０から射出された照明光Ｉ
ＬによってレチクルＲが照明されると、レチクルＲに形
成されたデバイスパターンＤＰの像が投影光学系ＰＬを
介してウェハＷ上に転写される。ウェハＷは、ウェハス
テージ８７上に載置されている。尚、レチクルＲのデバ
イスパターンＤＰが形成された面（パターン面）とウェ
ハＷの表面とは、投影光学系ＰＬに関して光学的に共役
に設定される。

【００８０】ウェハステージ８７はＸＹ平面内において
ウェハＷを移動させるＸＹステージ、Ｚ軸方向にウェハ
Ｗを移動させるＺステージ、ウェハＷをＸＹ平面内で微
小回転させるステージ、及びＺ軸に対する角度を変化さ
せてＸＹ平面に対するウェハＷの傾きを調整するステー
ジ等から構成される。ウェハステージ８７の上面の一端
にはウェハステージ８７の移動可能範囲以上の長さを有
する移動鏡８８が取り付けられ、移動鏡８８の鏡面に対
向した位置にレーザ干渉計８０が配置されている。ま
た、前述した投影光学系ＰＬには固定鏡８９が取り付け
られている。移動鏡８８は前述した光波干渉測定装置２
００が備える移動鏡２０４又は移動鏡７８に相当し、固
定鏡８９は固定鏡２０３又は固定鏡７６に相当する。レ
ーザ干渉計９０は、前述した変調光発生装置を有する光
波干渉測定装置２００に相当する。

【００８１】尚、図１５では図示を簡略化しているが、
移動鏡８８はＸ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡及びＹ軸
に垂直な鏡面を有する移動鏡から構成されている。ま
た、レーザ干渉計９０は、Ｘ軸に沿って移動鏡８８にレ
ーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及び
Ｙ軸に沿って移動鏡８８にレーザビームを照射するＹ軸
用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ
干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計によりウェハス
テージ８７のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ
軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウェハ
ステージ８７の回転角が計測される。レーザ干渉計９０
によって計測されたウェハステージ８７のＸ座標、Ｙ座
標、及び回転角の情報は主制御系８５に供給される。主
制御系８５は供給されたステージ位置情報をモニターし
つつ駆動系９１へ制御信号を出力し、ウェハステージ８
７の位置決め動作を制御する。

【００８２】レチクルＲに形成されたデバイスパターン
ＤＰの像をウェハＷ上に転写するときには、まず、主制
御系８５は図示せぬアレチクルライメント系を用いてレ
チクルＲの正確な位置情報を計測するとともに、ウェハ
アライメント系を用いてウェハＷの正確な位置情報を計
測した後、これらの計測結果とレーザ干渉計８４及びレ
ーザ干渉計９０の検出結果とに基づいてレチクルＲとウ
ェハＷの相対的な位置を調整する。次に、駆動系８６及
び駆動系９０へ制御信号を出力して、レチクルＲとウェ
ハＷとの移動を開始させ、照明光ＩＬをレチクルＲに照
射する。その後は、レーザ干渉計８４及びレーザ干渉計
９０の検出結果をモニタしつつ、レチクルＲとウェハＷ
とを同期移動させてデバイスパターンＤＰの像全てをウ
ェハＷ上に転写する。

【００８３】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範
囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態
ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例に
挙げて説明したが、ステップ・アンド・リピート方式の
露光装置にも適用可能である。また、本実施形態の露光
装置の照明光学系８０が備える光源は、超高圧水銀ラン
プ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、又
はＦ₂レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電子線
などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子
線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のラン
タンヘキサボライト（ＬａＢ₆）、タンタル（Ｔａ）を
用いることができる。また、前述した実施形態において
は、半導体素子又は液晶表示素子を製造する場合を例に
挙げて説明したが、もちろん、薄膜磁気ヘッドの製造に
用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転
写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用い
られる露光装置等にも本発明を適用することができる。

【００８４】次に本発明の一実施形態による露光装置を
リソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方
法の実施形態について説明する。図１６は、マイクロデ
バイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、
ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例
のフローチャートを示す図である。図１６に示すよう
に、まず、ステップＳ１０（設計ステップ）において、
マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デ
バイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するため
のパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１１（マ
スク製作ステップ）において、設計した回路パターンを
形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステッ
プＳ１２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等
の材料を用いてウェハを製造する。

【００８５】次に、ステップＳ１３（ウェハ処理ステッ
プ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２で用意
したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成
する。次いで、ステップＳ１４（デバイス組立ステッ
プ）において、ステップＳ１３で処理されたウェハを用
いてデバイス組立を行う。このステップＳ１４には、ダ
イシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング
工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップＳ１５（検査ステップ）において、ス
テップＳ１４で作製されたマイクロデバイスの動作確認
テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を
経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷され
る。

【００８６】図１７は、半導体デバイスの場合におけ
る、図１６のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示
す図である。図１７において、ステップＳ２１（酸化ス
テップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステッ
プＳ２２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成ステップ）
においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ス
テップＳ２４（イオン打込みステップ）においてはウェ
ハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１〜ステッ
プＳ２４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工
程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて
選択されて実行される。

【００８７】ウェハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ
２５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップＳ２６（露光ステッ
プ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露
光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンを
ウェハに転写する。次に、ステップＳ２７（現像ステッ
プ）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ
２８（エッチングステップ）において、レジストが残存
している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより
取り去る。そして、ステップＳ２９（レジスト除去ステ
ップ）において、エッチングが済んで不要となったレジ
ストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを
繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。

【００８８】以上説明した本実施形態のマイクロデバイ
ス製造方法を用いれば、露光工程（ステップＳ２６）に
おいて上記の露光装置及び上で説明した露光方法が用い
られ、真空紫外域の照明光により解像力の向上が可能と
なり、しかも露光量制御を高精度に行うことができるの
で、結果的に最小線幅が０．１μｍ程度の高集積度のデ
バイスを歩留まり良く生産することができる。

【００８９】また、半導体素子等のマイクロデバイスだ
けではなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装
置、及び電子線露光装置等で使用されるレチクル又はマ
スクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板
やシリコンウェハ等ヘ回路パターンを転写する露光装置
にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（深紫外）や
ＶＵＶ（真空紫外）光等を用いる露光装置では、一般的
に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石
英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フ
ッ化マグネシウム、又は水晶等が用いられる。また、プ
ロキシミティ方式のＸ線露光装置や電子線露光装置等で
は、透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマス
ク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハ等
が用いられる。なお、このような露光装置は、ＷＯ９９
／３４２５５号、ＷＯ９９／５０７１２号、ＷＯ９９／
６６３７０号、特開平11−194479号、特開2000−12453
号、特開2000−29202号等に開示されている。

【００９０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、分離手段により偏光状態に応じて分離された第１の
光束及び第２の光束が、所定の角度をもって変調手段に
入射して異なる周波数が与えられた後で、結合手段で同
一の光路に結合されるようにしており、周波数変調が同
一の手段によって達成されている。よって、偏光状態の
異なる光束に異なる周波数変調を与えるために別々の素
子を用いていた従来と比較すると、１つの手段で周波数
変調を与えているため、外部変動の影響を受けにくく、
安定して変調光を発生することができるという効果があ
る。また、本発明によれば、変調手段で周波数変調が与
えられた第１の光束及び第２の光束に対して、第２の変
調手段を用いて異なる周波数変調を与えるようにしてい
るため、第１の光束及び第２の光束に与える周波数変調
を自由に可変することができる結果、第１の光束及び第
２の光束の周波数差の設定の自由度を高くすることがで
きるという効果がある。また、本発明によれば、前述の
変調光発生装置を備えているため、固定鏡に対する移動
鏡の相対位置を安定して高精度に計測することができる
という効果がある。また、本発明によれば、前記の光波
干渉測定装置で計測された高精度の位置計測結果に基づ
いてマスクと基板との相対位置が正確に合わされた状態
でマスクのパターンをレチクルに転写することができる
ので、微細なパターンをウェハ上に形成する上で極めて
好適であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による変調光発生装置
の構成及び本発明の一実施形態による光波干渉測定装置
の構成を示す上面図である。

【図２】本発明の第１実施形態による変調光発生装置
の構成を示す斜視図である。

【図３】ウォラストンプリズム１３の構成及びウォラ
ストンプリズム１３が入射する光をその偏光状態に応じ
て分離する原理を説明するための図である。

【図４】入射する第１の光束Ｌ１０及び第２の光束Ｌ
２０に異なる周波数変調を与える原理を説明するための
図である。

【図５】本発明の第２実施形態による変調光発生装置
の構成を示す斜視図である。

【図６】本発明の第３実施形態による変調光発生装置
の構成を示す斜視図である。

【図７】音響光学素子１７，３２に入射する第１の光
束及び第２の光束と音響光学素子１７，３２から射出さ
れる第１の光束及び第２の光束との関係を説明するため
の図である。

【図８】本発明の第４実施形態による変調光発生装置
の構成を示す斜視図である。

【図９】本発明の第４実施形態による変調光発生装置
が備える音響光学素子１７，５１が入射する第１の光束
Ｌ１０及び第２の光束Ｌ２０に対して異なる周波数変調
を与える様子を示す図である。

【図１０】第１の光束及び第２の光束の音響光学素子
１７への入射角度を調整する部材を配置した構成例を示
す図である。

【図１１】第１の光束及び第２の光束を集束して音響
光学素子１７へ導く他の構成例を示す図である。

【図１２】偏波面保存光ファイバを用いて第１の光
束、第２の光束、又は変調光ＭＬを導波する構成例を示
す図である。

【図１３】光波干渉測定装置２００の第１変形例を示
す図である。

【図１４】光波干渉測定装置２００の第２変形例を示
す図である。

【図１５】本発明の一実施形態による露光装置の概略
構成を示す図である。

【図１６】マイクロデバイスの製造方法の一例を示す
フローチャートである。

【図１７】半導体デバイスの場合における、図１６の
ステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。

【図１８】従来の変調光発生装置及び光波干渉測定装
置の構成図である。

【符号の説明】

１３ウォラストンプリズム（分
離手段）１６レンズ系（集束手段）１７音響光学素子（変調手段）２１ウォラストンプリズム（結
合手段）３１レンズ系（第２の集束手
段）３２，５１音響光学素子（第２の変調
手段）３６開口板（遮光手段）３５開口板（第２の遮光手段）６０ａ，６０ｂ平行平面板（調整手段）６５，６７ａ，６７ｂ偏波面保存光ファイバ（偏
波面保存導波手段）７６固定鏡（参照鏡）７８移動鏡８１レチクルステージ（マスク
ステージ）８２，８８移動鏡８３，８９固定鏡８７ウェハステージ（基板ステ
ージ）２０２偏向ビームスプリッタ（分
岐手段、受光手段）２０３固定鏡（参照鏡）２０４移動鏡２０８ａ，２０８ｂ検出器（受光手段）ＤＰデバイスパターン（パター
ン）Ｌ１０，Ｌ１２，Ｌ１３第１の光束Ｌ２０，Ｌ２２，Ｌ２３第２の光束ＭＬ変調光ＭＰ測定光路Ｒレチクル（マスク）ＲＰ参照光路Ｗウェハ（基板）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F064 AA01 BB01 BB05 FF01 GG04 GG12 GG13 GG21 GG22 GG23 GG38 GG39 GG70 2H079 AA04 BA04 CA11 CA24 DA03 HA11 KA09 5F046 BA04 BA05 CC01 CC02 CC16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光の偏光状態に応じて該入射光を第
１及び第２の光束に分離する分離手段と、前記第１及び第２の光束を所定の角度となるように集束
させる集束手段と、前記集束手段を介した前記第１及び第２の光束の光路中
に配置されて、前記第１及び第２の光束に対して異なる
周波数変調を与える変調手段と、前記周波数変調が与えられた前記第１及び第２の光束を
ほぼ同一の光路に結合させる結合手段とを備えることを
特徴とする変調光発生装置。
【請求項２】前記変調手段と前記結合手段との間の光
路中に配置されて、前記変調手段を介した前記第１及び
第２の光束を所定の角度となるように集束させる第２の
集束手段と、前記第２の集束手段を介した前記第１及び第２の光束の
光路中に配置されて、前記第１及び第２の光束に対して
異なる周波数変調を与える第２の変調手段とを更に備え
ることを特徴とする請求項１記載の変調光発生装置。
【請求項３】前記変調手段に隣接して配置されて、前
記第１及び第２の光束に対して異なる周波数変調を与え
る第２の変調手段を更に備えることを特徴とする請求項
１記載の変調光発生装置。
【請求項４】前記変調手段は第１の音響光学素子を有
し、前記第２の変調手段は第２の音響光学素子を有し、前記第１及び第２の音響光学素子内の超音波の進行方向
は、互いに逆向きに設定されることを特徴とする請求項
２又は請求項３記載の変調光発生装置。
【請求項５】前記第２の変調手段は、前記第２の集束
手段からの前記第１及び第２の光束が含まれる面とは異
なる面に沿って、前記周波数変調された前記第１及び第
２の光束を射出するように位置決めされることを特徴と
する請求項２から請求項４の何れか一項に記載の変調光
発生装置。
【請求項６】前記第２の変調手段と前記結合手段との
間の光路中に配置されて、前記第２の集束手段からの前
記第１及び第２の光束が含まれる面に沿って前記第２の
変調手段から射出される前記第１及び第２の光束を遮光
するための遮光手段を更に備えることを特徴とする請求
項５記載の変調光発生装置。
【請求項７】前記変調手段は、前記集束手段からの前
記第１及び第２の光束が含まれる面とは異なる面に沿っ
て、前記周波数変調された前記第１及び第２の光束を射
出するように位置決めされることを特徴とする請求項１
から請求項６の何れか一項に記載の変調光発生装置。
【請求項８】前記変調手段と前記第２の変調手段との
間の光路中に配置されて、前記集束手段からの前記第１
及び第２の光束が含まれる面に沿って前記変調手段から
射出される前記第１及び第２の光束を遮光するための第
２の遮光手段を更に備えることを特徴とする請求項７記
載の変調光発生装置。
【請求項９】前記分離手段と前記結合手段との間の光
路中に配置されて、前記第１及び第２の光束の前記所定
の角度を調整するための調整手段を更に備えることを特
徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載の変
調光発生装置。
【請求項１０】前記周波数変調が与えられた前記第１
及び第２の光束を、その偏光状態を保存した状態で導波
する偏波面保存導波手段を更に備えることを特徴とする
請求項１から請求項９の何れか一項に記載の変調光発生
装置。
【請求項１１】前記偏波面保存導波手段は、前記第１
の光束を導波する第１の偏波面保存導波手段と、前記第
２の光束を導波する第２の偏波面保存導波手段とを備え
ることを特徴とする請求項１０記載の変調光発生装置。
【請求項１２】前記偏波面保存導波手段は、前記結合
手段を介した前記第１及び第２の光束の光路中に配置さ
れることを特徴とする請求項１０記載の変調光発生装
置。
【請求項１３】請求項１から請求項１２の何れか一項
に記載の変調光発生装置と、前記変調光発生装置から射
出される変調光の光路中に設けられて、前記変調光を、
測定光路を進行する測定光と参照光路を進行する参照光
とに分岐する分岐手段と、前記参照光路上に設けられた参照鏡と、前記測定光路上に設けられて、前記参照鏡に対して相対
的に移動可能な移動鏡と、前記参照光及び前記測定光を干渉させて受光する受光手
段とを備えることを特徴とする光波干渉測定装置。
【請求項１４】マスク上のパターンを基板上へ転写す
る露光装置において、請求項１３記載の光波干渉測定装置と、前記基板を載置するための基板ステージと、を備え、前記移動鏡は前記基板ステージに設けられていることを
特徴とする露光装置。
【請求項１５】マスク上のパターンを基板上へ転写す
る露光装置において、請求項１３記載の光波干渉測定装置と、前記マスクを載置するためのマスクステージと、を備
え、前記移動鏡は前記マスクステージに設けられていること
を特徴とする露光装置。
【請求項１６】請求項１４又は請求項１５記載の露光
装置を用いて前記パターンを前記基板上へ転写する転写
工程を含むマイクロデバイスの製造方法であって、前記光波干渉測定装置を用いて前記マスクと前記基板と
の相対的な位置関係を調整する工程と、前記転写工程にて転写された前記基板を現像する現像工
程とを有することを特徴とするマイクロデバイスの製造
方法。