JP3358286B2 - 定点検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラフィック回折
格子による回折光を検出することによって定点を求める
定点検出装置に関し、より詳細には、集積回路の多重露
光における基板の位置ずれ検出や、エンコーダ等の原点
検出に使用して好適な定点検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路を製造するためのＸ線露光描画
装置や精密機械工作に使用される測長器では、正確な位
置又は距離を測定するために基準点又は原点が設定され
る。斯かる基準点又は原点を設定するために定点検出装
置が使用されている。

【０００３】図１３に特開昭６１−１５３５０１号に開
示された従来の位置検出装置の例を示す。図１３に示す
ように、この位置検出装置はガイド１０１と斯かるガイ
ド１０１に対して移動可能な移動部材１０２と装置本体
１０５とを有する。移動部材１０２の上面には被検物体
１０３とマーク１０４が装着されている。装置本体１０
５は被検物体１０３を観察する観察装置とマーク１０４
によって定点を検出する定点検出装置とを有する。

【０００４】観察装置は対物レンズ１０６及び接眼レン
ズ１０７を含む。定点検出装置はレーザ発生装置１０８
とポジションセンサ１１０と演算回路１１１と表示装置
１１２とを有する。

【０００５】図１４に示すように、マーク１０４は２つ
の部分１０４Ａ、１０４Ｂを有する。図１４Ａのマーク
１０４では、第１の部分１０４Ａは回折格子を含み、そ
の格子間隔又はピッチｄが測定方向（Ｘ方向）に沿って
連続的に変化している。図１４Ｂのマーク１０４では、
２つの部分１０４Ａ、１０４Ｂは格子間隔又はピッチｄ
₁ 、ｄ₂ がそれぞれ異なる回折格子を有する。

【０００６】レーザ発生装置１０８からのレーザ光１０
９Ａはマーク１０４の回折格子によって回折され、１次
回折光１０９Ｂ、１０９Ｂ’がポジションセンサ１１０
によって検出される。ガイド１０１に対して移動部材１
０２が測定方向（Ｘ方向）に移動するとき、ポジション
センサ１１０は回折光の強度が最大となる回折角θを検
出する。

【０００７】回折光の強度が最大となる回折角θの値
は、レーザ光１０９Ａのビームスポットがマーク１０４
の２つの部分１０４Ａ、１０４Ｂの境界を通過すると
き、変化する。即ち、マーク１０４の２つの部分１０４
Ａ、１０４Ｂの境界の前後で、回折光１０９Ｂ、１０９
Ｂ’の強度が最大となる回折角θが変化する。斯かる回
折角θの変化によって定点が検出される。

【０００８】図１５に従来の定点検出装置の第２の例を
示す。この例は図１３及び図１４に示した第１の例を改
良したものである。この例では、回折格子として透過型
の体積型ホログラフィック回折格子１０４Ａ、１０４Ｂ
が使用され、また、受光装置として２つのフォトディテ
クタ１１０Ａ、１１０Ｂが使用されている。

【０００９】透過型の体積型ホログラフィック回折格子
１０４Ａ、１０４Ｂでは、回折光は回折格子１０４Ａ、
１０４Ｂに関して入射光と反対側に出射される。従っ
て、フォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂは回折格子１
０４Ａ、１０４Ｂに関してレーザ発生装置１０８と反対
側に配置されている。

【００１０】２つのホログラフィック回折格子１０４
Ａ、１０４Ｂは互いに異なる格子間隔又は格子ピッチｄ
₁ 、ｄ₂ を有する。２つのホログラフィック回折格子１
０４Ａ、１０４Ｂによって、０次回折光、＋１次回折光
１Ａ、１Ｂ、−１次回折光１ａ、１ｂ、高次回折光が得
られるが、フォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂは＋１
次回折光１Ａ、１Ｂを検出する。

【００１１】図１６の実線Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ２つの
フォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂによって検出され
た回折光の強度曲線である。第１のフォトディテクタ１
１０Ａによって得られた光強度曲線Ｃ１と第２のフォト
ディテクタ１１０Ｂによって得られた光強度曲線Ｃ２の
交点Ｐが、この定点検出装置によって得られる定点であ
る。

【００１２】図１７に、本願出願人と同一の出願人によ
る特開平４−３２４３１６号に開示された従来の定点検
出装置の例を示す。この定点検出装置は、固定部１０と
測定方向（Ｘ方向）に沿って可動な可動部３０とを有
し、固定部１０は光学系１１と検出系２１とを含み、可
動部３０は基板３１とその上面に配置された２つの体積
型ホログラフィック回折格子３２、３３とを有する。

【００１３】光学系１１は半導体レーザ等のレーザ光を
出力する光源１２とコリメータレンズ１３と集光レンズ
１４と有する。検出系２１は２つの受光器２２、２３と
電気処理回路２９とを有する。

【００１４】図１８にこの例に使用されるホログラフィ
ック回折格子３２、３３を示す。ホログラフィック回折
格子３２、３３は透過型の体積型ホログラムによって形
成されている。以下に、ホログラフィック回折格子３
２、３３を、随時単にホログラムと称する。図示のよう
に、各ホログラム３２、３３の格子間隔又は格子ピッチ
ｄは測定方向に順次連続的に変化している。また、各ホ
ログラム３２、３３の格子間隔又は格子ピッチｄを形成
する分布面４２、４３はホログラム３２、３３の上面に
対して傾斜しており、斯かる傾斜角は測定方向に順次連
続的に変化している。各ホログラム３２、３３によって
入射光を回折させると、回折効率が測定方向に連続的に
変化する。

【００１５】図１９に図１７の定点検出装置の主要部を
示す。図示のように、基板３１の上面３１Ａに２つのホ
ログラム３２、３３が横方向に互いに隣接して配置され
ている。斯かる２つのホログラム３２、３３は、中心面
３５に対して互いに対称的に構成されている。即ち、各
ホログラム３２、３３の分布面４２、４３の傾斜角は中
心面３５に対して対称的に両側に順次連続的に変化して
おり、その格子間隔又は格子ピッチｄは中心面３５に対
して対称的に両側に順次連続的に変化している。２つの
ホログラム３２、３３は各々の回折効率が最大になる点
が測定方向に互いに異なるように配置されている。

【００１６】可動部３０が固定部１０に対して相対的に
移動するとき、即ち、図１９にて、静止している受光器
２２、２３及び光源１２に対して可動部３０が移動する
とき、第１のホログラム３２によって回折された光は第
１の受光器２２によって検出され、第２のホログラム３
３によって回折された光は第２の受光器２３によって検
出される。

【００１７】２つのホログラム３２、３３は回折効率が
最大になる点が互いに異なるから、第１の受光器２２に
よって検出される回折光の光強度曲線のピーク位置と第
２の受光器２３によって検出される回折光の光強度曲線
のピーク位置は異なる。従って、２つの光強度曲線の交
差点、即ち、２つの光強度が等しくなる点が存在する。
斯かる点が本例の定点検出装置によって得られる定点で
ある。

【００１８】図２０に電気処理回路２９の例を示す。電
気処理回路２９は第１及び第２の受光器２２、２３より
出力された電流信号をそれぞれ電圧信号に変換する電流
電圧変換器２９−１Ａ、２９−１Ｂと斯かる電流電圧変
換器２９−１Ａ、２９−１Ｂの出力信号の差を演算する
差動増幅器２９−２と差動増幅器２９−２の出力信号が
ゼロとなる位置を求める比較器２９−３とを有する。

【００１９】図２１Ａは受光器２２、２３によって検出
された回折光の強さの変化を表す光強度曲線を示し、横
軸は固定部１０に対する可動部３０の移動距離ｘ、縦軸
は受光器２２、２３より出力された電流信号Ｉの大きさ
である。第１の光強度曲線Ｃ１は第１の受光器２２によ
って検出された光の強さを表し、第２の光強度曲線Ｃ２
は第２の受光器２３によって検出された光の強さを表
す。

【００２０】図２１Ｂの曲線Ｃ３は差動増幅器２９−２
によって得られた光強度差曲線である。光強度差曲線Ｃ
３は図２１Ａの第１の光強度曲線Ｃ１と第２の光強度曲
線Ｃ２の差を示す。従って、光強度差曲線Ｃ３は、２つ
の曲線Ｃ１、Ｃ２の交点Ｐに相当する位置にて、ゼロと
なる。斯かるゼロとなる位置がこの定点検出装置によっ
て得られた定点である。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】図１３及び図１４を参
照して説明した第１の従来例では受光装置としてポジシ
ョンセンサ１１０を使用していた。ポジションセンサ１
１０は回折光の強度が最大となる回折角θを検出するよ
うに構成されており、分解能が低い欠点があった。ま
た、正確な回折角θを検出することができるポジション
センサ１１０は高価である欠点があった。

【００２２】図１５及び図１６を参照して説明した第２
の従来例では、反射型の回折格子の代わりに２つの透過
型のホログラフィック回折格子１０４Ａ、１０４Ｂを使
用する。また、１つのポジションセンサ１１０を使用す
る代わりに２つのフォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂ
を使用する。

【００２３】この例では、２つのホログラフィック回折
格子１０４Ａ、１０４Ｂは互いに異なる格子間隔又は格
子ピッチｄ₁ 、ｄ₂ を有し、＋１次回折光１Ａ、１Ｂと
−１次回折光１ａ、１ｂは入射光の方向に対して両側に
出射される。従って、２つの＋１次回折光１Ａ、１Ｂを
検出するために２つのフォトディテクタ１１０Ａ、１１
０Ｂを近接して配置しなければならない。

【００２４】また、２つの＋１次回折光１Ａ、１Ｂを完
全に分離させて、各フォトディテクタ１１０Ａ、１１０
Ｂで検出する必要があった。２つの＋１次回折光１Ａ、
１Ｂを完全に分離させるためには、第１のホログラム１
０４Ａの格子間隔ｄ₁ と第２のホログラム１０４Ｂの格
子間隔ｄ₂ の差を大きくすればよい。しかしながら、２
つのホログラム１０４Ａ、１０４Ｂの格子間隔ｄ₁ 、ｄ
₂ の差を大きくすると、光源１２からの光の波長λが変
動すると、誤差が大きくなる欠点があった。

【００２５】斯かる誤差について図１５を参照して説明
する。一般に、格子間隔ｄと入射光の波長λの関係は次
の式（ブラッグの式）によって表される。

【００２６】

【数１】 ｓｉｎθ＝ｍλ／ｄ （ｍ＝０、±１、±２、・・）

【００２７】第１のホログラム１０４Ａの格子間隔をｄ
₁ ＝ｄ、第２のホログラム１０４Ｂの格子間隔をｄ₂ ＝
２ｄ、入射光の波長をλ＝５００ｎｍ、光源１０８の波
長λの変動をΔλ＝０．５ｎｍとする。斯かる波長の変
動Δλによる第１のホログラム１０４Ａの回折角θ₁ の
変動Δθ₁ 及び第２のホログラム１０４Ｂの回折角θ₂
の変動Δθ₂ を求めると次のようになる。

【００２８】Δθ₁ ＝５．２分 Δθ₂ ＝１．６分

【００２９】例えば、第１のホログラム１０４Ａによっ
て得られる１次回折光１Ａの光路の長さをＳ₁ ＝１００
ｍｍとすると、第１のフォトディテクタ１１０Ａの受光
面のビームスポットの変動量はΔＬ₁ ＝０．１５ｍｍと
なる。同様に、第２のホログラム１０４Ｂによって得ら
れる１次回折光１Ｂの光路の長さをＳ₂ ＝１００ｍｍと
すると、第２のフォトディテクタ１１０Ｂの受光面のビ
ームスポットの変動量はΔＬ₂ ＝０．０５ｍｍとなる。

【００３０】一般に、光源１０８からの光は光量分布を
有する。従って、第１及び第２のフォトディテクタ１１
０Ａ、１１０Ｂによって受光される回折光も光量分布を
有する。光源１０８の波長λが変動し、第１及び第２の
フォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂの受光面のビーム
スポットが変動すると、第１及び第２のフォトディテク
タ１１０Ａ、１１０Ｂによって受光される光量分布も変
化する。

【００３１】図１６の破線の光強度曲線Ｃ１’、Ｃ２’
は光源１０８の波長λが変動した場合に、第１及び第２
のフォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂによって受光さ
れる回折光１Ａ、１Ｂの強度の変化を示す。光源１０８
の波長λが変動すると、強度曲線Ｃ１’、Ｃ２’も変化
することがわかる。従って、定点Ｐの位置もＰ’に変化
する。尚、回折光１Ｂの光強度曲線の変化は小さく、Ｃ
２’≒Ｃ２である。

【００３２】光源１０８の波長λが変動しても、第１及
び第２のフォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂによって
得られる光強度曲線Ｃ１、Ｃ２を一定にするためには、
フォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂの受光面の（測定
方向の）長さ又は面積を充分大きくすればよい。しかし
ながら、一般に、フォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂ
の受光面の面積は小さいほうが分解能が高い。従って、
所定の分解能を得るためには、フォトディテクタ１１０
Ａ、１１０Ｂの受光面の面積を所定値より大きくするこ
とができない。

【００３３】図１７〜図２１を参照して説明した第３の
従来例では、２つのホログラム３２、３３は中心面３５
に対して互いに対称的な構成を有するため、光源１０８
の波長λが変動しても、定点は変化しない利点があっ
た。これは、２つの受光器２２、２３によって得られる
光強度曲線Ｃ１、Ｃ２は変化するが、両者の変化は対称
的であり、２つの光強度曲線Ｃ１、Ｃ２の交点Ｐの位置
は変化しないためである。

【００３４】しかしながら、この第３の例でも、２つの
受光器２２、２３の位置を正確に配置しなければならな
い欠点があった。即ち、２つの受光器２２、２３を２つ
のホログラム３２、３３に対して正確な位置に配置しな
ければ、分解能が低下する欠点があった。

【００３５】図１９及び図２２を参照して説明する。２
つのホログラム３２、３３の格子ベクトルの傾斜角は中
心面３５より外方に行くに従って変化する。可動部３０
が測定方向（ｘ方向）に移動すると、第１のホログラム
３２からの回折光１Ａはα方向に移動し、第２のホログ
ラム３３からの回折光１Ｂはβ方向に移動する。

【００３６】従って、ホログラム３２、３３の下面から
２つの受光器２２、２３の受光面までの距離ｔが変化す
ると、図２２に示すように光強度曲線及び光強度差曲線
が変化する。図２２Ａの破線は正常な光強度曲線Ｃ１又
はＣ２であり実線は距離ｔが変化した場合の光強度曲線
Ｃ１’又はＣ２’である。光強度曲線Ｃ１’又はＣ２’
のピーク位置は正常な光強度曲線Ｃ１又はＣ２のピーク
位置より移動する。

【００３７】２つの光強度曲線Ｃ１’又はＣ２’の交点
Ｐ’はピーク位置付近であり、交点Ｐ’の位置の精度が
低下する。図２２Ｂの破線は正常な光強度差曲線Ｃ３で
あり実線は距離ｔが変化した場合の光強度差曲線Ｃ３’
である。光強度差曲線Ｃ３’のゼロクロス点Ｐの分解能
が低下する。

【００３８】また、距離ｔが大きいほど、受光器２２、
２３の位置合わせ即ち２つの受光器２２、２３の間の距
離Ｌの調節が困難であるという欠点があった。

【００３９】特に、ホログラム３２、３３として体積型
のホログラムを使用する場合には、製造中にゼラチン層
が膨張し又は収縮し、格子ベクトルの傾斜が一定しない
ため、２つの受光器２２、２３の間の距離Ｌの調節が困
難であるという欠点があった。

【００４０】一般に、２つのホログラム２２、２３を接
続して形成されたホログラフィック回折格子は、その接
続部又は境界部にて不要な回折光が生成される。従っ
て、従来の定点検出装置では、受光器２２、２３は、斯
かる不要な回折光を検出し、それによって誤差が生ずる
欠点があった。

【００４１】本発明は、斯かる点に鑑み、光源１２から
の光の波長が変化しても、常に一定の定点が得られる定
点検出装置を提供することを目的とする。

【００４２】本発明は、斯かる点に鑑み、受光器２２、
２３の位置合わせが容易な定点検出装置を提供すること
を目的とする。

【００４３】本発明は、斯かる点に鑑み、２つのホログ
ラム２２、２３の境界部にて生ずる不要な回折光に起因
する誤差が生じない定点検出装置を提供することを目的
とする。

【００４４】

【課題を解決するための手段】本発明によると、例えば
図１に示すように、隣接して配置された２つのホログラ
ムと該２つのホログラムに光を出力する光源と上記２つ
のホログラムによって回折された光をそれぞれ検出する
受光器とを有し、上記２つのホログラムを上記光源及び
受光器に対して相対的に測定方向に沿って移動させると
き、上記２つの受光器によって検出される信号の大きさ
が等しくなる点を求めることによって定点を得るように
構成された定点検出装置において、上記２つのホログラ
ムの各格子ベクトルは上記２つのホログラムの境界を通
り且つその上面に垂直な中心線に対して互いに点対称に
傾斜し、上記２つのホログラムの各格子間隔は同一であ
り、それによって、上記一方のホログラムによる回折光
の回折角と上記他方のホログラムによる回折光の回折角
は互いに符号が反対で絶対値が等しく且つ一定であり、
上記２つのホログラムによる正負の同次回折光の間の光
強度差が大きくなるように構成され、上記光源からの光
と上記２つのホログラムによる２つの回折光とを含む面
が、上記２つのホログラムの境界によって生成される回
折光を含む面と平行でないように構成されている。

【００４５】本発明によると、例えば図１に示すよう
に、定点検出装置において、上記２つのホログラムの各
格子ベクトルは上記測定方向に垂直な面内にあるように
構成されている。

【００４６】本発明によると、例えば図４に示すよう
に、定点検出装置において、上記２つのホログラムは反
射型ホログラムであり、上記受光器は上記２つのホログ
ラムに関して上記光源と同一側に配置されている。

【００４７】本発明によると、例えば図１に示すよう
に、定点検出装置において、上記２つのホログラムは透
過型ホログラムであり、上記２つのホログラムに関して
上記光源と反対側に反射面が設けられ、上記受光器は上
記２つのホログラムに関して上記光源と同一側に配置さ
れ、上記２つのホログラムからの回折光は上記反射面に
て反射されてから上記受光器によって検出されるように
構成されている。

【００４８】本発明によると、例えば図８に示すよう
に、検出すべき定点の両側に対称的に配置された２つの
ホログラムとそれに対応した２つの定点検出部とを有
し、上記２つのホログラムの各々は基板の１面に互いに
隣接して配置された１対のホログラムを有し、上記定点
検出部の各々は上記１対のホログラムに光を出力する光
源と上記１対のホログラムによって回折された光をそれ
ぞれ検出する１対の受光器とを有し、上記２つのホログ
ラムを上記２つの定点検出部に対して相対的に移動させ
るとき、上記２つの定点検出部の受光器によって検出さ
れる光強度信号によって定点を検出するように構成され
た定点検出装置において、上記１対のホログラムはその
上面に垂直で且つ境界を通る中心線に関して互いに点対
称に形成され、上記２つのホログラムの格子ベクトルは
上記中心線に対して互いに対称的に傾斜しており、その
格子間隔は互いに等しいように構成されており、上記２
つのホログラムの上面に垂直に入射された入射光と２つ
の回折光とを含む面が、上記２つのホログラムの境界に
よって生成される回折光を含む面と平行とならないよう
に構成されている。

【００４９】本発明によると、例えば図１に示すよう
に、２つのホログラムによって形成されたホログラフィ
ック回折格子において、上記２つのホログラムはその上
面に垂直で且つ両者の境界を通る中心線に関して互いに
点対称に形成され、上記２つのホログラムの格子ベクト
ルは上記中心線に対して互いに対称的に傾斜しており、
その格子間隔は互いに等しいように構成されており、上
記２つのホログラムの上面に垂直に入射された入射光と
２つの回折光とを含む面が、上記２つのホログラムの境
界によって生成される回折光を含む面と平行でないよう
に構成されている。

【００５０】

【作用】２つのホログラム３２、３３は、境界を通り上
面に垂直な中心線３５に関して互いに点対称な構成を有
する。即ち、２つのホログラム３２、３３は中心線に関
してに互いに対称的に傾斜した格子ベクトルを有し、ま
た各格子間隔又は格子ピッチｄは等しい。

【００５１】２つのホログラム３２、３３の上面に垂直
な光源１２からの光と２つの回折光を含む面は、境界に
沿った線に対して傾斜しており、従って、境界によって
生成される不要な回折光が受光器２２、２３によって検
出されることはない。

【００５２】斯かるホログラム３２、３３によって、互
いに符号が反対且つ絶対値が等しい回折角を有する２つ
の回折光が得られる。光源１２に対して２つのホログラ
ム３２、３３を測定軸に沿って移動させるとき、回折光
の回折角は変化しない。また、斯かるホログラム３２、
３３によって、正負の同次回折光の間の光強度の差が大
きい回折光が得られる。例えば、＋１次回折光１Ａ、１
Ｂの光強度は−１次光回折光１ａ、１ｂの光強度に比べ
て極めて大きい。

【００５３】２つの受光器２２、２３によって＋１次回
折光１Ａ、１Ｂを検出し、それによって光強度曲線及び
光強度差曲線を求めるため、一定の且つ正確な定点が得
られる。

【００５４】

【実施例】以下に図１〜図１２を参照して本発明の実施
例について説明する。尚図１〜図１２において図１３〜
図２２に対応する部分には同一の参照符号を付してその
詳細な説明は省略する。

【００５５】図１は本発明による定点検出装置の第１の
例の主要部を示す。本例の定点検出装置は２つのホログ
ラフィック回折格子３２、３３とその上側に配置された
光源１２とその下側に配置された１対の受光器２２、２
３と電気処理回路２９とを有する。ホログラフィック回
折格子３２、３３は透過型であり、受光器２２、２３は
ホログラフィック回折格子３２、３３に関して光源１２
と反対側に配置されている。

【００５６】ホログラフィック回折格子３２、３３は可
動部を構成し、光源１２と受光器２２、２３と電気処理
回路２９は固定部を構成する。電気処理回路２９は図１
９に示したものと同様の構成であってよい。

【００５７】ホログラフィック回折格子３２、３３が測
定方向（Ｘ方向）に沿って移動するとき、光源１２から
の光がホログラフィック回折格子３２、３３によって回
折され、斯かる回折光は受光器２２、２３によって受光
される。

【００５８】光源１２からの光による照射点又は照射領
域（ビームスポット）が境界３５を通過するとき、ホロ
グラフィック回折格子３２、３３による回折光が受光器
２２、２３によって検出され、それによって定点が検出
される。

【００５９】図２を参照して本例のホログラフィック回
折格子３２、３３の構成を説明する。図２Ａはホログラ
フィック回折格子３２、３３の平面構成を示し、図２Ｂ
はその側面構成を示す。本例のホログラフィック回折格
子３２、３３は体積型ホログラムによって構成されてい
る。体積型ホログラムは所定のピッチｄにて屈折率が変
化している。屈折率がｎ₁ とｎ₂ の部分が交互に形成さ
れており、斯かる屈折率の変化によって回折格子が構成
される。

【００６０】図２Ａに示すように屈折率の分布面４２、
４３は測定軸（Ｘ方向）に対して傾斜した方向に沿って
延在しており、互いに平行である。

【００６１】図２Ｃは図２Ａの線Ｃ−Ｃに沿った断面図
である。斯かる断面は分布面４２、４３の延在方向に対
して直交している。図示のように屈折率の分布面４２、
４３の間隔を格子間隔又は格子ピッチｄと称する。格子
ベクトルＶは分布面４２、４３に垂直である。ホログラ
フィック回折格子を以下随時単にホログラムと称する。

【００６２】２つのホログラム３２、３３は境界３５に
よって接続されている。図２Ｃの断面図に示されている
ように、２つのホログラム３２、３３は互いに対称的な
構成を有する。即ち、境界３５を通り２つのホログラム
３２、３３の上面に垂直な中心線を考え、斯かる中心線
を回転軸として第１のホログラム３２を１８０°回転さ
せると第２のホログラム３３の構成が得られる。図２Ａ
の線Ｃ−Ｃに垂直な面Ｄ−Ｄをとると、各ホログラム３
２、３３の分布面４２、４３は面Ｄ−Ｄに対して傾斜角
度φにて両側に傾斜している。

【００６３】格子ベクトルＶは分布面４２、４３に垂直
だから、２つのホログラム３２、３３の各格子ベクトル
Ｖは、（線Ｃ−Ｃに沿った断面に平行な）同一平面上に
あり、面Ｄ−Ｄに対して同一角度（９０°−φ）にて両
側に傾斜している。

【００６４】図３は本例の２つのホログラム３２、３３
によって得られる回折光の経路を示す。光源１２からの
光は２つのホログラム３２、３３の上面に、好ましく
は、垂直に入射される。図３Ａに示すように、２つのホ
ログラム３２、３３によって生成される（１次）回折光
１Ａ、１Ｂは格子ベクトルＶに平行な面に沿って進む。
回折光１Ａ、１Ｂは２つの受光器２２、２３によって受
光される。

【００６５】受光器２２、２３は回折光１Ａ、１Ｂの進
む面に沿って配置されている。２つのホログラム３２、
３３が測定軸（Ｘ方向）に沿って移動すると、光源１２
からの光によるビームスポットＢＳは境界３５を通過す
る。このとき、２つのホログラム３２、３３による（１
次）回折光１Ａ、１Ｂによって、図７にて示した２つの
光強度曲線が得られる。

【００６６】図３に示すように光源１２からの光による
ビームスポットＢＳが境界３５を通過するとき、境界３
５によって不要な回折光１Ｄ−１、１Ｄ−２が生成され
る。しかしながら、斯かる回折光１Ｄ−１、１Ｄ−２は
境界３５に垂直な方向に出力され、２つの受光器２２、
２３によって受光されない。こうして、本例によれば、
従来例の如く、境界３５によって生成される不要な回折
光１Ｄ−１、１Ｄ−２を受光器２２、２３が受光するこ
とに起因する誤差が排除される。

【００６７】図２Ａと同様に格子ベクトルＶを含む面に
垂直な面Ｄ−Ｄを考える。本例の２つのホログラム３
２、３３は面Ｄ−Ｄに関して互いに対称的に傾斜角９０
°−φにて傾斜した格子ベクトルＶを有し、その格子間
隔又は格子ピッチｄは互いに同一である。斯かる２つの
ホログラム３２、３３によって得られる回折光は次のよ
うな特徴を有する。尚、回折光１Ａ、１Ｂが面Ｄ−Ｄと
なす角θを回折角とする。

【００６８】（１）入射光を２つのホログラム３２、３
３の上面に対して垂直に入射すると、２つの（＋１次）
回折光１Ａ、１Ｂの回折角θは符号が反対で且つその絶
対値は等しい。即ち、２つの（＋１次）回折光１Ａ、１
Ｂは入射光に対して対称的に出射される。 （２）２つの（＋１次）回折光１Ａ、１Ｂの回折角±θ
は、２つのホログラム３２、３３が測定軸に沿って移動
しても、変化しない。 （３）正負の同次回折光間の光強度差が大きくなる。例
えば、＋１次回折光１Ａの光強度は−１次回折光１ａの
光強度に比べて充分大きい。

【００６９】斯かる回折光を使用することによって次の
ような利点がある。 （１）２つのホログラム３２、３３に対する各受光器２
２、２３の位置が基板３１の厚さ方向に沿って変化する
と、各受光器２２、２３における回折光のビームスポッ
ト位置は変化する。しかしながら、２つの受光器２２、
２３におけるビームスポット位置の変化量は等しいか
ら、それによって得られる２つの光強度曲線の変化量も
等しくなり、従って、２つの光強度曲線の交点は変化し
ない。 （２）光源１２からの光の波長が変化しても各受光器２
２、２３におけるビームスポット位置の偏倚量は等しく
なり、受光器２２、２３によって得られる２つの光強度
曲線の変化量は等しくなり、従って、２つの光強度曲線
の交点は変化しない。 （３）各受光器２２、２３は不要な高次の回折光を受光
しない。

【００７０】図４に２つのホログラム３２、３３の他の
例を示す。この例では、各ホログラム３２、３３の分布
面４２、４３は測定軸（Ｘ方向）に沿って延在してい
る。従って、各ホログラム３２、３３の格子ベクトルＶ
は測定軸（Ｘ方向）に垂直な面内にある。

【００７１】図３を参照して説明したのと同様に、光源
１２からの光は２つのホログラム３２、３３の上面に、
好ましくは、垂直に入射される。それによって生成され
る（１次）回折光１Ａ、１Ｂは各格子ベクトルＶに平行
な面に沿って進む。受光器２２、２３は回折光１Ａ、１
Ｂの進む面に沿って配置される。

【００７２】２つのホログラム３２、３３の境界３５に
よって生成される不要な回折光は境界３５に略直交する
面に沿って出射されるから、斯かる不要な回折光が受光
器２２、２３によって検出されることはない。

【００７３】図５に本発明による定点検出装置の第２の
例の主要部を示す。この第２の例は図１の第１の例の変
形例である。この第２の例では、ホログラフィック回折
格子３２、３３は反射型の体積型ホログラムである。従
って、＋１次回折光１Ａ、１Ｂは入射光と同じ側に出射
される。受光器２２、２３はホログラム３２、３３に対
して光源１２と同一側に配置されている。

【００７４】図６は本発明による定点検出装置の第３の
例の主要部を示す。この第３の例は図１の第１の例の変
形例である。この第３の例では、ホログラフィック回折
格子３２、３３は透過型の体積型ホログラムである。ホ
ログラフィック回折格子３２、３３の下側に反射膜３７
が設けられている。受光器２２、２３は基板３１に対し
て光源１２と同一側に配置されている。光源１２より出
力された光はホログラム３２、３３によって回折され、
＋１次回折光１Ａ、１Ｂは入射光と反対側に出射され、
反射膜３７によって反射される。斯かる回折光１Ａ、１
Ｂは受光器２２、２３によって受光される。

【００７５】反射膜３７は適当な反射板の表面に形成さ
れたものであってよい。しかしながら、ホログラム３
２、３３が透明な基板の上面に形成されている場合に
は、斯かる基板の裏面に反射膜３７を装着してもよい。

【００７６】図７に、図２０と同様に、２つの受光器２
２、２３によって得られた２つの光強度曲線Ｃ１、Ｃ２
と、差動増幅器２９−２によって得られた光強度差曲線
Ｃ３とを示す。

【００７７】図７の２つの光強度曲線Ｃ１、Ｃ２は、光
の強度信号が増加した後、一定となる。これは、本例に
よる定点検出装置によって、回折効率が改善されること
が示されている。本発明によると、受光器２２、２３に
よって検出される＋１次回折光１Ａ、１Ｂの強度が極め
て大きいため、受光器２２、２３の検出部が飽和する。
２つの光強度曲線Ｃ１、Ｃ２の平らな部分は斯かる飽和
を示す。従って、光強度差曲線Ｃ３も、ゼロクロス点の
前後にて、一定となる。

【００７８】図８は本発明による定点検出装置の第４の
例の外観を示す。本例の定点検出装置は２つの定点検出
部を含むように構成されている。本例の定点検出装置は
例えばＸ線露光描画装置に使用されてよい。Ｘ線露光描
画装置は２本のレール７１、７１と斯かるレールの上を
測定方向（Ｘ方向）に可動なステージ７３とを有する。

【００７９】ステージ７３の上面７３Ａには被検物体７
５例えば感光剤が装着されており、被検物体７５は検出
すべき定点Ｐを有する。例えば感光剤に２重露光する場
合、定点検出装置によって定点Ｐが正確に検出される必
要がある。従来、斯かる定点の検出は１台の定点検出装
置によって検出されていた。従って、ステージ７３が測
定方向（Ｘ方向）に対してヨーイング（矢印Ｙで示
す。）すると、定点を正確に検出することができなかっ
た。

【００８０】本例では２台の定点検出部によって定点を
検出するから、斯かるヨーイングに起因する誤差を排除
することができる。

【００８１】本例によると、ステージ７３の上面にて被
検物体７５の両側に、ホログラム７７Ａ、７７Ｂを装着
する。各ホログラム７７Ａ、７７Ｂは上述のように２つ
のホログラム３２、３３を含む。２つのホログラム３
２、３３は測定方向に沿って配置され、両者は中心面に
関して互いに対称的な構成を有する。

【００８２】２つのホログラム７７Ａ、７７Ｂに対して
それぞれ定点検出部が配置されている。各定点検出部は
光学系及び検出系を含む。各光学系は光源１２を含み、
各検出系は１対の受光器２２、２３と電気処理回路８０
を有する。

【００８３】図９に電気処理回路８０の構成例を示す。
電気処理回路８０は１対の電流電圧変換器８０−１Ａ、
８０−２Ｂと差動増幅器８０−２とを有する。

【００８４】本例の定点検出装置は更に差動増幅器８０
−２の出力信号を加算する加算器８１と加算器８１の出
力を入力する比較器８３とを有する。

【００８５】図１０に２つの差動増幅器８０−２及び加
算器８１の出力信号を示す。図１０Ａの実線の曲線Ｃ３
−１は第１の差動増幅器８０−２の出力信号であり、図
１０Ｂの実線の曲線Ｃ３−２は第２の差動増幅器８０−
２の出力信号であり、図１０Ｃの実線の曲線Ｃ４は加算
器８１の出力信号である。

【００８６】次に、図１１を参照してヨーイングに起因
する誤差及びそれを補償する機能について説明する。図
示のように、被検物体７５の定点Ｐを通り測定方向に沿
ってＸ軸をとる。Ｘ線露光描画装置のステージ７３の上
面に装着されたホログラム７７Ａ、７７Ｂは、Ｘ軸に対
して対称的に配置されていると仮定する。Ｘ軸からの距
離をｔとする。各定点検出部は被検物体７５の両側の各
ホログラム７７Ａ、７７Ｂに対応して配置されている。

【００８７】Ｘ線露光描画装置のステージ７３がヨーイ
ングすると、ステージ７３の上面に装着されたホログラ
ム７７Ａ、７７Ｂも図示のようにヨーイングする。それ
によって、ホログラム７７Ａ、７７Ｂは定点Ｐの周りを
回転運動する。即ち、２つのホログラム７７Ａ、７７Ｂ
は互いに反対方向に同一距離だけ移動する。第１のホロ
グラム７７ＡはＸ軸の負の方向にΔＸだけ移動し、第２
のホログラム７７ＢはＸ軸の正の方向にΔＸだけ移動す
る。

【００８８】図１０の破線の曲線はヨーイングした場合
の２つの差動増幅器８０−２及び加算器８１の出力信号
を示す。図１０Ａの破線の曲線Ｃ３−１’は第１の差動
増幅器８０−２の出力信号であり、図１０Ｂの破線の曲
線Ｃ３−２’は第２の差動増幅器８０−２の出力信号で
あり、図１０Ｃの破線の曲線Ｃ４’は加算器８１の出力
信号である。

【００８９】加算器８１の出力信号は比較器８３に供給
されてゼロクロス点が得られる。図１０Ｃの破線の曲線
Ｃ４’に示されるように、ヨーイングによって加算器８
１の出力信号は変化するが、ゼロクロス点は変化しな
い。本例では、ヨーイングによって２つの差動増幅器８
０−２の出力信号は変化するが、斯かる差動増幅器８０
−２の出力信号は加算器８１にて加算され、その変化分
は相殺される。

【００９０】図１２に本発明による定点検出装置がリニ
アエンコーダに使用された例を示す。リニアエンコーダ
はスケール基板７５−１を有し、その上面には測定軸
（Ｘ軸）に沿って変位検出用の回折格子７５−２が配置
されている。斯かる回折格子７５−２によって測定軸
（Ｘ軸）方向の変位が検出される。変位検出用の回折格
子７５−２の両側に対称的に偏光板７７Ａ、７７Ｂが装
着されている。

【００９１】尚、本例の定点検出装置は２つの偏光板７
７Ａ、７７Ｂに対応して２つの定点検出部が配置されて
おり、各定点検出部は光学系と検出系とを含む。尚斯か
る定点検出部の光学系及び検出系は図８の本発明の第４
の例のものと同様であってよい。こうして、本例の定点
検出装置によると第４の例のと同様にスケール基板７５
−１のヨーイングによる誤差を排除することができる。

【００９２】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば、２つのホログラム３
２、３３は、入射光と出射光（回折光）を含む面が境界
３５に垂直とならないように構成されているから、境界
３５にて生成される不要な回折光が受光器２２、２３に
よって検出されることはない。従って、境界３５にて生
成される不要な回折光による誤差を排除することができ
る利点がある。

【００９４】本発明によれば、２つのホログラム３２、
３３によって正負の同次回折光の光の強度の差が大きい
回折光が得られるから、光強度の大きい回折光を定点検
出に使用することができる。従って、不要な高次の回折
光による誤差を排除することができる利点がある。

【００９５】本発明によれば、２つのホログラム３２、
３３によって互いに符号が反対で絶対値が同一の回折角
を有する２つの（１次）回折光が得られるから、２つの
ホログラム３２、３３に対する受光器２２、２３の位置
が変化しても、各受光器２２、２３におけるビームスポ
ット位置の偏倚量は等しくなり、正確に定点検出に使用
することができる利点がある。

【００９６】本発明によれば、２つのホログラム３２、
３３によって互いに符号が反対で絶対値が同一の回折角
を有する２つの（１次）回折光が得られるから、光源１
２からの光の波長が変化しても各受光器２２、２３にお
けるビームスポット位置の偏倚量は等しくなり、正確に
定点検出に使用することができる利点がある。

【００９７】本発明によると、２つのホログラム３２、
３３として透過型を使用し、ホログラム３２、３３の下
側にて回折光を反射させるように構成することによっ
て、受光器２２、２３を光源１２と同じ側に配置するこ
とができるから、定点検出装置をコンパクトな構成にす
ることができる利点がある。

【００９８】本発明によると、各々１対のホログラム３
２、３３を含む２つのホログラム７７Ａ、７７Ｂとそれ
に対応した２つの定点検出部を有するように構成するこ
とによって、測定軸上より隔置された位置に定点検出装
置を配置することができるから、測定軸上に被検物体を
配置することができる利点がある。

【００９９】本発明によると、２つのホログラム７７
Ａ、７７Ｂとそれに対応した２つの定点検出部を有する
ように構成することによって、より精度が高い定点検出
装置を提供することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による定点検出装置の第１の例の主要部
を示す図である。

【図２】体積型ホログラムの構成を示す図である。

【図３】体積型ホログラムによる回折光の経路を説明す
る説明図である。

【図４】体積型ホログラムの他の例の構成を示す図であ
る。

【図５】本発明による定点検出装置の第２の例の主要部
を示す図である。

【図６】本発明による定点検出装置の第３の例の主要部
を示す図である。

【図７】本発明の定点検出装置による光強度曲線及び光
強度差曲線を示す図である。

【図８】本発明による定点検出装置の第４の例の外観を
示す図である。

【図９】本発明による定点検出装置の第４の例の電気処
理回路の構成例を示す図である。

【図１０】本発明による定点検出装置による光強度差曲
線を示す図である。

【図１１】本発明による定点検出装置の第４の例の機能
を説明する説明図である。

【図１２】本発明による定点検出装置をリニアエンコー
ダに使用した場合を説明する説明図である。

【図１３】従来の定点検出装置の第１の例の外観を示す
図である。

【図１４】従来の定点検出装置の回折格子を示す図であ
る。

【図１５】従来の定点検出装置の第２の例の主要部を示
す図である。

【図１６】従来の定点検出装置による光強度曲線を示す
図である。

【図１７】従来の定点検出装置の第３の例の外観を示す
図である。

【図１８】従来の定点検出装置のホログラムの構成を示
す図である。

【図１９】従来の定点検出装置の第３の例の主要部を示
す図である。

【図２０】従来の定点検出装置による電気処理回路の例
を示す図である。

【図２１】従来の定点検出装置による光強度曲線及び光
強度差曲線を示す図である。

【図２２】従来の定点検出装置による誤差の説明する説
明図である。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ ＋１次回折光 １０ 固定部 １１ 光学系 １２ 光源 １３ コリメータレンズ １４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ 集光レンズ ２１ 検出系 ２２、２３、２４、２５ 受光器 ２９ 電気処理回路 ２９−１Ａ、２９−１Ｂ 電流電圧変換器 ２９−２ 差動増幅器 ２９−３ 比較器 ３１ 基板 ３１Ａ 上面 ３１Ｂ 下面 ３２、３３ ホログラム ３５ 境界 ３７ 反射膜 ３９ 反射板 ４１ 基板 ４１Ａ 上面 ４２、４３ 分布面 ７１ レール ７３ ステージ ７３Ａ 上面 ７５ 被検物体 ７７Ａ、７７Ｂ ホログラム板 ８０ 電気処理回路 ８０−１Ａ、８０−１Ｂ 電流電圧変換器 ８０−２ 差動増幅器 ８１ 加算器 ８３ 比較器 １０１ ガイド １０２ 移動部材 １０３ 被検物体 １０４ マーク １０４Ａ、１０４Ｂ 部分、回折格子 １０５ 装置本体 １０６ 対物レンズ １０７ 接眼レンズ １０８ レーザ発生器 １０９Ａ 入射光 １０９Ｂ、１０９Ｂ’ 回折光 １１０ ポジションセンサ １１０Ａ、１１０Ｂ フォトディテクタ １１１ 演算回路 １１２ 表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−332791（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−324316（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−196481（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−167408（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/38 G01B 11/00 - 11/30

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隣接して配置された２つのホログラムと
   該２つのホログラムに光を出力する光源と上記２つのホ
   ログラムによって回折された光をそれぞれ検出する受光
   器とを有し、上記２つのホログラムを上記光源及び受光
   器に対して相対的に測定方向に沿って移動させるとき、
   上記２つの受光器によって検出される信号の大きさが等
   しくなる点を求めることによって定点を得るように構成
   された定点検出装置において、 上記２つのホログラムの各格子ベクトルは上記２つのホ
   ログラムの境界を通り且つその上面に垂直な中心線に対
   して互いに点対称に傾斜し、上記２つのホログラムの各
   格子間隔は同一であり、それによって、上記一方のホロ
   グラムによる回折光の回折角と上記他方のホログラムに
   よる回折光の回折角は互いに符号が反対で絶対値が等し
   く且つ一定であり、上記２つのホログラムによる正負の
   同次回折光の間の光強度差が大きくなるように構成さ
   れ、 上記光源からの光と上記２つのホログラムによる２つの
   回折光とを含む面が、上記２つのホログラムの境界によ
   って生成される回折光を含む面と平行でないように構成
   されていることを特徴とする定点検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の定点検出装置において、 上記２つのホログラムの各格子ベクトルは上記測定方向
   に垂直な面内にあるように構成されていることを特徴と
   する定点検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の定点検出装置にお
   いて、 上記２つのホログラムは反射型ホログラムであり、上記
   受光器は上記２つのホログラムに関して上記光源と同一
   側に配置されていることを特徴とする定点検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載の定点検出装置にお
   いて、 上記２つのホログラムは透過型ホログラムであり、上記
   ２つのホログラムに関して上記光源と反対側に反射面が
   設けられ、上記受光器は上記２つのホログラムに関して
   上記光源と同一側に配置され、上記２つのホログラムか
   らの回折光は上記反射面にて反射されてから上記受光器
   によって検出されるように構成されていることを特徴と
   する定点検出装置。
5. 【請求項５】 検出すべき定点の両側に対称的に配置さ
   れた２つのホログラムとそれに対応した２つの定点検出
   部とを有し、上記２つのホログラムの各々は基板の１面
   に互いに隣接して配置された１対のホログラムを有し、
   上記定点検出部の各々は上記１対のホログラムに光を出
   力する光源と上記１対のホログラムによって回折された
   光をそれぞれ検出する１対の受光器とを有し、上記２つ
   のホログラムを上記２つの定点検出部に対して相対的に
   移動させるとき、上記２つの定点検出部の受光器によっ
   て検出される光強度信号によって定点を検出するように
   構成された定点検出装置において、 上記１対のホログラムはその上面に垂直で且つ境界を通
   る中心線に関して互いに点対称に形成され、上記２つの
   ホログラムの格子ベクトルは上記中心線に対して互いに
   対称的に傾斜しており、その格子間隔は互いに等しいよ
   うに構成されており、 上記２つのホログラムの上面に垂直に入射された入射光
   と２つの回折光とを含む面が、上記２つのホログラムの
   境界によって生成される回折光を含む面と平行とならな
   いように構成されていることを特徴とする定点検出装
   置。
6. 【請求項６】 ２つのホログラムによって形成されたホ
   ログラフィック回折格子において、上記２つのホログラ
   ムはその上面に垂直で且つ両者の境界を通る中心線に関
   して互いに点対称に形成され、上記２つのホログラムの
   格子ベクトルは上記中心線に対して互いに対称的に傾斜
   しており、その格子間隔は互いに等しいように構成され
   ており、 上記２つのホログラムの上面に垂直に入射された入射光
   と２つの回折光とを含む面が、上記２つのホログラムの
   境界によって生成される回折光を含む面と平行でないよ
   うに構成されていることを特徴とするホログラフィック
   回折格子。