JP3506156B2 - 位置検出装置、露光装置、及び露光方法 - Google Patents
位置検出装置、露光装置、及び露光方法Info
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- JP3506156B2 JP3506156B2 JP05384995A JP5384995A JP3506156B2 JP 3506156 B2 JP3506156 B2 JP 3506156B2 JP 05384995 A JP05384995 A JP 05384995A JP 5384995 A JP5384995 A JP 5384995A JP 3506156 B2 JP3506156 B2 JP 3506156B2
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロダイン干渉型の
位置検出装置に関し、特に半導体素子又は液晶表示素子
等を製造する際に使用される露光装置においてウエハ及
びマスクを高精度に位置合わせするためのアライメント
装置に適用して好適なものである。
位置検出装置に関し、特に半導体素子又は液晶表示素子
等を製造する際に使用される露光装置においてウエハ及
びマスクを高精度に位置合わせするためのアライメント
装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子等の微細パターンを製造する
際に、マスクとしてのレチクルのパターンをフォトレジ
ストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に
転写露光するために使用される投影露光装置として、従
来はステップ・アンド・リピート方式でウエハ上の各シ
ョット領域にレチクルのパターンを転写露光する所謂ス
テッパーが多用されていた。最近ではレチクル及びウエ
ハを投影光学系に対して同期して走査しながら露光を行
うステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光型の投
影露光装置も使用されつつある。一般に半導体素子等は
ウエハ上に多層の回路パターンを積み重ねて形成される
ため、投影露光装置においては、ウエハ上の各ショット
領域とレチクルとの位置合わせ（アライメント）を高精
度に行う必要がある。
際に、マスクとしてのレチクルのパターンをフォトレジ
ストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に
転写露光するために使用される投影露光装置として、従
来はステップ・アンド・リピート方式でウエハ上の各シ
ョット領域にレチクルのパターンを転写露光する所謂ス
テッパーが多用されていた。最近ではレチクル及びウエ
ハを投影光学系に対して同期して走査しながら露光を行
うステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光型の投
影露光装置も使用されつつある。一般に半導体素子等は
ウエハ上に多層の回路パターンを積み重ねて形成される
ため、投影露光装置においては、ウエハ上の各ショット
領域とレチクルとの位置合わせ（アライメント）を高精
度に行う必要がある。
【０００３】そこで、ヘテロダイン干渉法を利用して高
精度に位置検出を行う位置検出装置が、例えば特開平２
−２２７６０４号公報において開示されている。この位
置検出装置は、レーザ光源からの光束をビームスプリッ
ター等で２分割した後、それぞれの光束を異なる音響光
学素子（ＡＯＭ）に通すことにより、それら２光束の間
に所定の周波数差を付与している。そして、その周波数
差を有する２光束を、レチクル上の回折格子マーク（レ
チクルマーク）、及びウエハ上の回折格子マーク（ウエ
ハマーク）に対してそれぞれ２方向から照射し、各回折
格子マークから同じ方向に発生する回折光よりなる干渉
光（ヘテロダインビーム）を光電検出器を介して２つの
光ビート信号に変換している。この場合、２つの光ビー
ト信号は周波数が上述の２つの音響光学素子により付与
された周波数差に等しく、且つ位相が対応する回折格子
マークの位置に対応するものであるため、それら２つの
光ビート信号より２つの回折格子マークの位置が検出さ
れ、ひいてはレチクルとウエハとの位置合わせが行われ
るものである。
精度に位置検出を行う位置検出装置が、例えば特開平２
−２２７６０４号公報において開示されている。この位
置検出装置は、レーザ光源からの光束をビームスプリッ
ター等で２分割した後、それぞれの光束を異なる音響光
学素子（ＡＯＭ）に通すことにより、それら２光束の間
に所定の周波数差を付与している。そして、その周波数
差を有する２光束を、レチクル上の回折格子マーク（レ
チクルマーク）、及びウエハ上の回折格子マーク（ウエ
ハマーク）に対してそれぞれ２方向から照射し、各回折
格子マークから同じ方向に発生する回折光よりなる干渉
光（ヘテロダインビーム）を光電検出器を介して２つの
光ビート信号に変換している。この場合、２つの光ビー
ト信号は周波数が上述の２つの音響光学素子により付与
された周波数差に等しく、且つ位相が対応する回折格子
マークの位置に対応するものであるため、それら２つの
光ビート信号より２つの回折格子マークの位置が検出さ
れ、ひいてはレチクルとウエハとの位置合わせが行われ
るものである。
【０００４】ところが、上述の特開平２−２２７６０４
号公報に開示された位置検出装置では、ビームスプリッ
ター等で分割された２光束が異なる音響光学素子により
変調される方式であるため、構成が複雑で且つ各光学部
材の調整が困難であった。また、分割された２光束の光
路差が波長に比べて大きくなり易いため、位置検出用の
光としてレーザビーム等の単色光（単一波長の光）を用
いざるを得ず、ウエハ上に塗布されたフォトレジスト等
による薄膜干渉の悪影響を受け易く、特にウエハ側のマ
ークの位置検出精度が低下する恐れがあった。
号公報に開示された位置検出装置では、ビームスプリッ
ター等で分割された２光束が異なる音響光学素子により
変調される方式であるため、構成が複雑で且つ各光学部
材の調整が困難であった。また、分割された２光束の光
路差が波長に比べて大きくなり易いため、位置検出用の
光としてレーザビーム等の単色光（単一波長の光）を用
いざるを得ず、ウエハ上に塗布されたフォトレジスト等
による薄膜干渉の悪影響を受け易く、特にウエハ側のマ
ークの位置検出精度が低下する恐れがあった。
【０００５】更に、一般にウエハは種々のプロセスを経
るため、ウエハマークの断面形状が次第に崩れ、そのウ
エハマークの断面形状が非対称になることがある。この
場合、位置検出用の光が単色光であると、そのウエハマ
ーク（回折格子マーク）の非対称性により位置検出精度
が低下するという不都合もあった。そこで、これらの不
都合を全て解消するため、２個の互いに僅かに異なる周
波数で駆動される音響光学素子をリレー光学系を介して
直列に配置し、各音響光学素子に対して交差するように
２光束を供給し、各音響光学素子内でそれぞれ同時に２
光束を周波数変調する位置検出装置が本出願人により提
案された。この場合、２個の音響光学素子内ではそれぞ
れブラッグ回折（音響ブラッグ回折）により周波数変調
が行われている。また、２個の音響光学素子を使用する
のは、一般に従来の１個の音響光学素子による変調周波
数は５０ＭＨｚ程度以上であり、これがそのまま光ビー
ト信号の周波数となったのでは信号処理が困難であるか
らである。即ち、２個の音響光学素子をそれぞれ５０Ｍ
Ｈｚ程度で、且つ僅かに異なる周波数で駆動することに
より、最終的に得られる光ビート信号の周波数を例えば
数１０ｋＨｚ程度に低下（ビートダウン）させていた。
るため、ウエハマークの断面形状が次第に崩れ、そのウ
エハマークの断面形状が非対称になることがある。この
場合、位置検出用の光が単色光であると、そのウエハマ
ーク（回折格子マーク）の非対称性により位置検出精度
が低下するという不都合もあった。そこで、これらの不
都合を全て解消するため、２個の互いに僅かに異なる周
波数で駆動される音響光学素子をリレー光学系を介して
直列に配置し、各音響光学素子に対して交差するように
２光束を供給し、各音響光学素子内でそれぞれ同時に２
光束を周波数変調する位置検出装置が本出願人により提
案された。この場合、２個の音響光学素子内ではそれぞ
れブラッグ回折（音響ブラッグ回折）により周波数変調
が行われている。また、２個の音響光学素子を使用する
のは、一般に従来の１個の音響光学素子による変調周波
数は５０ＭＨｚ程度以上であり、これがそのまま光ビー
ト信号の周波数となったのでは信号処理が困難であるか
らである。即ち、２個の音響光学素子をそれぞれ５０Ｍ
Ｈｚ程度で、且つ僅かに異なる周波数で駆動することに
より、最終的に得られる光ビート信号の周波数を例えば
数１０ｋＨｚ程度に低下（ビートダウン）させていた。
【０００６】更に、音響光学素子をブラッグ回折領域で
はなく、ラマン−ナス回折領域で使用することにより、
最小個数の音響光学素子で光束の分割手段と変調手段と
を兼用させるようにした位置検出装置も本出願人により
提案されている。このようにラマン−ナス回折領域で音
響光学素子を使用する場合にも、周波数をビートダウン
させるために、２段目の音響光学素子を別途設ける必要
があった。
はなく、ラマン−ナス回折領域で使用することにより、
最小個数の音響光学素子で光束の分割手段と変調手段と
を兼用させるようにした位置検出装置も本出願人により
提案されている。このようにラマン−ナス回折領域で音
響光学素子を使用する場合にも、周波数をビートダウン
させるために、２段目の音響光学素子を別途設ける必要
があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
直列に配置された音響光学素子を使用したヘテロダイン
干渉型の位置検出装置では、各光学部材の調整が容易で
あると共に、構成の対称性により複数波長の光を位置検
出光として使用できるため、薄膜干渉の影響や回折格子
マークの断面形状の非対称性の影響を受けにくいという
特徴があった。しかしながら、その従来の位置検出装置
では、光ビート信号の周波数を低下させるために、位置
検出用の光束がリレー光学系を介して２個の独立の音響
光学素子によりそれぞれ（合計で２回）回折を受けるこ
ととなり、その位置検出用の光束の利用効率が低下する
という不都合があった。また、全体の光学系が大型であ
り且つ複雑であるという不都合もあった。
直列に配置された音響光学素子を使用したヘテロダイン
干渉型の位置検出装置では、各光学部材の調整が容易で
あると共に、構成の対称性により複数波長の光を位置検
出光として使用できるため、薄膜干渉の影響や回折格子
マークの断面形状の非対称性の影響を受けにくいという
特徴があった。しかしながら、その従来の位置検出装置
では、光ビート信号の周波数を低下させるために、位置
検出用の光束がリレー光学系を介して２個の独立の音響
光学素子によりそれぞれ（合計で２回）回折を受けるこ
ととなり、その位置検出用の光束の利用効率が低下する
という不都合があった。また、全体の光学系が大型であ
り且つ複雑であるという不都合もあった。
【０００８】これに関して、例えば１個の音響光学素子
内の１つの超音波作用領域内に逆方向に周波数の僅かに
異なる超音波を印加して、処理し易い程度に周波数変調
された光束を生成するいわば直接変調型とでも言うべき
位置検出装置も提案されている。しかしながら、このよ
うな直接変調型では、逆向きに印加される超音波の中心
位置の間隔が所定の条件を満たさないと最終的に得られ
る光ビート信号のコントラスト（ＳＮ比）が低下すると
いう不都合があった。
内の１つの超音波作用領域内に逆方向に周波数の僅かに
異なる超音波を印加して、処理し易い程度に周波数変調
された光束を生成するいわば直接変調型とでも言うべき
位置検出装置も提案されている。しかしながら、このよ
うな直接変調型では、逆向きに印加される超音波の中心
位置の間隔が所定の条件を満たさないと最終的に得られ
る光ビート信号のコントラスト（ＳＮ比）が低下すると
いう不都合があった。
【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、光学系の調整が
容易で複数波長の光を使用できるという特徴を維持した
上で、簡単な構成でＳＮ比の高い光ビート信号を得るこ
とができると共に、位置検出用の光の利用効率の高いヘ
テロダイン干渉型の位置検出装置を提供することを目的
とする。
容易で複数波長の光を使用できるという特徴を維持した
上で、簡単な構成でＳＮ比の高い光ビート信号を得るこ
とができると共に、位置検出用の光の利用効率の高いヘ
テロダイン干渉型の位置検出装置を提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による位置検出装
置は、例えば図１及び図４に示すように、互いに周波数
の異なる２光束を生成する２光束生成手段と、この２光
束生成手段からの２光束を集光してこれら２光束を被検
物体（４）上に形成された回折格子状マーク（ＷＭ）に
対して所定の２方向から照射する対物光学系（１８ａ，
１８ｂ，２１，２６，２７，３８，３）と、回折格子状
マーク（ＷＭ）から発生する複数の回折光よりなる干渉
光を光電的に検出する光電検出器（３３）とを有し、こ
の光電検出器の検出信号に基づいて被検物体（４）の位
置を検出する位置検出装置において、その２光束生成手
段は、複数波長の光を含む光束又は単一波長の光束を生
成する光源手段（１０）と、この光源手段からの光束か
ら互いに周波数の異なる２光束を生成する複数個の音響
光学素子（１７Ａ，１７Ｂ）とを備えているものであ
る。
置は、例えば図１及び図４に示すように、互いに周波数
の異なる２光束を生成する２光束生成手段と、この２光
束生成手段からの２光束を集光してこれら２光束を被検
物体（４）上に形成された回折格子状マーク（ＷＭ）に
対して所定の２方向から照射する対物光学系（１８ａ，
１８ｂ，２１，２６，２７，３８，３）と、回折格子状
マーク（ＷＭ）から発生する複数の回折光よりなる干渉
光を光電的に検出する光電検出器（３３）とを有し、こ
の光電検出器の検出信号に基づいて被検物体（４）の位
置を検出する位置検出装置において、その２光束生成手
段は、複数波長の光を含む光束又は単一波長の光束を生
成する光源手段（１０）と、この光源手段からの光束か
ら互いに周波数の異なる２光束を生成する複数個の音響
光学素子（１７Ａ，１７Ｂ）とを備えているものであ
る。
【００１１】更に本発明では、それら複数個の音響光学
素子内の超音波の進行方向は交互に逆向きに設定され、
これら複数個の音響光学素子内の隣接する２つの音響光
学素子（１７Ａ，１７Ｂ）の超音波作用領域のその光束
の進行方向に対する間隔（ｓ）は、それぞれその隣接す
る２つの音響光学素子（１７Ａ，１７Ｂ）の超音波作用
領域から同一方向に回折される回折光（Ｌ0(1)，Ｌ
A(1)）の位相差φが、整数ｍを用いて、次の範囲内にあ
るように設定されるものである。
素子内の超音波の進行方向は交互に逆向きに設定され、
これら複数個の音響光学素子内の隣接する２つの音響光
学素子（１７Ａ，１７Ｂ）の超音波作用領域のその光束
の進行方向に対する間隔（ｓ）は、それぞれその隣接す
る２つの音響光学素子（１７Ａ，１７Ｂ）の超音波作用
領域から同一方向に回折される回折光（Ｌ0(1)，Ｌ
A(1)）の位相差φが、整数ｍを用いて、次の範囲内にあ
るように設定されるものである。
【００１２】
（ｍ−１／３）π＜φ＜（ｍ＋１／３）π （Ａ１）
この（Ａ１）式の条件は、それら複数個の音響光学素子
内の隣接する２つの音響光学素子（１７Ａ，１７Ｂ）の
超音波作用領域のその光束の進行方向に対する空気中に
換算した間隔をｓとすると、間隔ｓが次の（Ａ２）式又
は（Ａ３）式の何れかを満たすのと等価である。
内の隣接する２つの音響光学素子（１７Ａ，１７Ｂ）の
超音波作用領域のその光束の進行方向に対する空気中に
換算した間隔をｓとすると、間隔ｓが次の（Ａ２）式又
は（Ａ３）式の何れかを満たすのと等価である。
【００１３】
（ｍ−1/3)Λ2/λ＜ｓ＜（ｍ＋1/3)Λ2/λ （Ａ２）
即ち、
（ｍ−1/3)ｖ2/（λｆ2)＜ｓ＜（ｍ＋1/3)ｖ2/（λｆ2) （Ａ３）
但し、各変数の意味は次の通りである。
λ：それら互いに周波数の異なる２光束の空気内での平
均波長、 Λ：それら隣接する２つの音響光学素子内での超音波の
平均波長、 ｖ：それら超音波の音速、 ｆ：それら超音波の平均周波数、 ｍ：整数。
均波長、 Λ：それら隣接する２つの音響光学素子内での超音波の
平均波長、 ｖ：それら超音波の音速、 ｆ：それら超音波の平均周波数、 ｍ：整数。
【００１４】この場合、例えば図９に示すようにそれら
複数個の音響光学素子内の所定の隣接する２つの音響光
学素子（１７Ａ’，１７Ｂ）内にリレー光学系（５４
Ａ，５４Ｂ）を配置し、その所定の隣接する２つの音響
光学素子内の超音波作用領域をそのリレー光学系に関し
て共役な位置に配置するようにしてもよい。また、例え
ば図１０に示すように、それら複数個の音響光学素子
（１７Ａ，１７Ｂ）の超音波作用領域のその光束の進行
方向に対する中点と実質的に共役な位置に、その互いに
周波数の異なる２光束の周辺のノイズ光を遮断する視野
絞り（５７）を設けることが望ましい。次に、本発明に
よる別の位置検出装置は、例えば図１２に示すように上
記の本発明の位置検出装置における複数個の音響光学素
子の代わりに１つの音響光学素子を用いて、この１つの
音響光学素子内に形成される複数の超音波作用領域に対
して（Ａ１）式の条件を満たすものである。また、本発
明の露光装置は、マスク（１）上に形成された所定のパ
ターンを基板（４）上に転写露光する露光装置におい
て、そのマスクとその基板との位置合わせを行うための
上記の本発明による位置検出装置を備えるものである。
また、本発明の露光方法は、マスク（１）上に形成され
た所定のパターンを基板（４）上に転写露光する露光方
法において、上記の本発明による位置検出装置を用いて
そのマスクとその基板との位置合わせを行うものであ
る。
複数個の音響光学素子内の所定の隣接する２つの音響光
学素子（１７Ａ’，１７Ｂ）内にリレー光学系（５４
Ａ，５４Ｂ）を配置し、その所定の隣接する２つの音響
光学素子内の超音波作用領域をそのリレー光学系に関し
て共役な位置に配置するようにしてもよい。また、例え
ば図１０に示すように、それら複数個の音響光学素子
（１７Ａ，１７Ｂ）の超音波作用領域のその光束の進行
方向に対する中点と実質的に共役な位置に、その互いに
周波数の異なる２光束の周辺のノイズ光を遮断する視野
絞り（５７）を設けることが望ましい。次に、本発明に
よる別の位置検出装置は、例えば図１２に示すように上
記の本発明の位置検出装置における複数個の音響光学素
子の代わりに１つの音響光学素子を用いて、この１つの
音響光学素子内に形成される複数の超音波作用領域に対
して（Ａ１）式の条件を満たすものである。また、本発
明の露光装置は、マスク（１）上に形成された所定のパ
ターンを基板（４）上に転写露光する露光装置におい
て、そのマスクとその基板との位置合わせを行うための
上記の本発明による位置検出装置を備えるものである。
また、本発明の露光方法は、マスク（１）上に形成され
た所定のパターンを基板（４）上に転写露光する露光方
法において、上記の本発明による位置検出装置を用いて
そのマスクとその基板との位置合わせを行うものであ
る。
【００１５】
【作用】斯かる本発明の位置検出装置によれば、２光束
生成手段から互いに周波数の異なる２光束が供給される
ため、それら２光束を使用することによりヘテロダイン
干渉方式で高精度に位置検出が行われる。この際に、そ
の２光束生成手段は、複数個の音響光学素子（１７Ａ，
１７Ｂ）を用いて互いに周波数の異なる２光束を生成
し、しかもこれら２光束の周波数差は所定の値（例えば
１ＭＨｚ程度以下）にビートダウンされている。
生成手段から互いに周波数の異なる２光束が供給される
ため、それら２光束を使用することによりヘテロダイン
干渉方式で高精度に位置検出が行われる。この際に、そ
の２光束生成手段は、複数個の音響光学素子（１７Ａ，
１７Ｂ）を用いて互いに周波数の異なる２光束を生成
し、しかもこれら２光束の周波数差は所定の値（例えば
１ＭＨｚ程度以下）にビートダウンされている。
【００１６】一般に、例えば図４において、音響光学素
子（１７Ａ）に超音波を加えた場合は、その音響光学素
子内にいわば位相格子（粗密波）ができたことと等価に
なり、その位相格子による回折光の内、たとえば０次光
と１次回折光とを取り出して再結像させると、その位相
格子のピッチと等しいピッチの干渉縞ができる。その超
音波が進行波であると、その位相格子及びその像である
干渉縞は音速で移動する。これは、１次回折光が周波数
変調を受けたことを意味し、その変調周波数ｆは、干渉
縞の移動速度をＶ、干渉縞のピッチをｐとして、次式で
表される。
子（１７Ａ）に超音波を加えた場合は、その音響光学素
子内にいわば位相格子（粗密波）ができたことと等価に
なり、その位相格子による回折光の内、たとえば０次光
と１次回折光とを取り出して再結像させると、その位相
格子のピッチと等しいピッチの干渉縞ができる。その超
音波が進行波であると、その位相格子及びその像である
干渉縞は音速で移動する。これは、１次回折光が周波数
変調を受けたことを意味し、その変調周波数ｆは、干渉
縞の移動速度をＶ、干渉縞のピッチをｐとして、次式で
表される。
【００１７】ｆ＝Ｖ／ｐ （Ａ４）
又は、超音波の音速をｖ’、超音波の波長をΛ’とし
て、変調周波数ｆは次のようになる。 ｆ＝ｖ’／Λ’ （Ａ５） 通常、音速ｖ’は数千ｍ／ｓ、波長Λ’は数十μｍなの
で、変調周波数ｆは数十ＭＨｚになってしまい、通常の
信号処理回路での処理が困難となる。そこで、変調周波
数ｆの値を小さくするために、本発明では例えば２個の
音響光学素子（１７Ａ，１７Ｂ）を所定間隔で配列し、
これらに互いに僅かに異なる周波数ｆ1，ｆ2 の超音波
を加える。これにより所定間隔で２つの音響光学素子内
に超音波作用領域（４８Ａ，４８Ｂ）が形成される。
て、変調周波数ｆは次のようになる。 ｆ＝ｖ’／Λ’ （Ａ５） 通常、音速ｖ’は数千ｍ／ｓ、波長Λ’は数十μｍなの
で、変調周波数ｆは数十ＭＨｚになってしまい、通常の
信号処理回路での処理が困難となる。そこで、変調周波
数ｆの値を小さくするために、本発明では例えば２個の
音響光学素子（１７Ａ，１７Ｂ）を所定間隔で配列し、
これらに互いに僅かに異なる周波数ｆ1，ｆ2 の超音波
を加える。これにより所定間隔で２つの音響光学素子内
に超音波作用領域（４８Ａ，４８Ｂ）が形成される。
【００１８】従って、不図示の光源手段からの周波数ｆ
0 の光束Ｌ0 が、第１の音響光学素子（１７Ａ）に例え
ばほぼ垂直に入射すると、その光束Ｌ0 は音響光学素子
（１７Ａ）内の超音波作用領域（４８Ａ）内の点Ｐでラ
マン−ナス回折を受けて、０次光ＬA 、及び±１次回折
光Ｌ0(1)，Ｌ0(-1）が発生する。その０次光ＬA は第２
の音響光学素子（１７Ｂ）にほぼ垂直に入射し、音響光
学素子（１７Ｂ）内の超音波作用領域（４８Ｂ）内の点
Ｑにおける回折により±１次回折光ＬA(1)，Ｌ A(-1）が
発生する。そして、＋１次回折光Ｌ0(1)及びＬA(1)は光
束Ｌ1(1)として同一方向に進み、それと対称に−１次回
折光Ｌ0(-1）及びＬA(-1）も光束Ｌ2(-1）として同一方
向に進む。これらの２組の光束Ｌ1(1)，Ｌ2(-1）が回折
格子状マークに例えば対称に入射し、その回折格子状マ
ークから同一方向に発生する回折光の干渉光（ヘテロダ
インビーム）が受光されるので、その干渉光は±１次回
折光Ｌ0(1)，Ｌ0(-1）、及び±１次回折光ＬA(1)，Ｌ
A(-1）を合成したものである。
0 の光束Ｌ0 が、第１の音響光学素子（１７Ａ）に例え
ばほぼ垂直に入射すると、その光束Ｌ0 は音響光学素子
（１７Ａ）内の超音波作用領域（４８Ａ）内の点Ｐでラ
マン−ナス回折を受けて、０次光ＬA 、及び±１次回折
光Ｌ0(1)，Ｌ0(-1）が発生する。その０次光ＬA は第２
の音響光学素子（１７Ｂ）にほぼ垂直に入射し、音響光
学素子（１７Ｂ）内の超音波作用領域（４８Ｂ）内の点
Ｑにおける回折により±１次回折光ＬA(1)，Ｌ A(-1）が
発生する。そして、＋１次回折光Ｌ0(1)及びＬA(1)は光
束Ｌ1(1)として同一方向に進み、それと対称に−１次回
折光Ｌ0(-1）及びＬA(-1）も光束Ｌ2(-1）として同一方
向に進む。これらの２組の光束Ｌ1(1)，Ｌ2(-1）が回折
格子状マークに例えば対称に入射し、その回折格子状マ
ークから同一方向に発生する回折光の干渉光（ヘテロダ
インビーム）が受光されるので、その干渉光は±１次回
折光Ｌ0(1)，Ｌ0(-1）、及び±１次回折光ＬA(1)，Ｌ
A(-1）を合成したものである。
【００１９】この場合、±１次回折光Ｌ0(1)，Ｌ0(-1）
は±ｆ1 の周波数変調を受け、及び±１次回折光Ｌ
A(1)，ＬA(-1）は±ｆ2 の周波数変調を受けている。ま
た、第１の音響光学素子（１７Ａ）内の点Ｐと第２の音
響光学素子（１７Ｂ）内の点Ｑとの空気内に換算した間
隔（空気長）をｓとする。ここで、空気長とは、光束の
進行方向に厚さｄで屈折率（相対屈折率）ｎの媒体につ
いてはｄ／ｎで定義される。その空気長で表した間隔ｓ
を用い、図５に示すように、＋１次回折光の入射方向に
対する角度をθとすると、＋１次回折光Ｌ0(1)とＬA(1)
との間には次のような光路差δが生ずる。
は±ｆ1 の周波数変調を受け、及び±１次回折光Ｌ
A(1)，ＬA(-1）は±ｆ2 の周波数変調を受けている。ま
た、第１の音響光学素子（１７Ａ）内の点Ｐと第２の音
響光学素子（１７Ｂ）内の点Ｑとの空気内に換算した間
隔（空気長）をｓとする。ここで、空気長とは、光束の
進行方向に厚さｄで屈折率（相対屈折率）ｎの媒体につ
いてはｄ／ｎで定義される。その空気長で表した間隔ｓ
を用い、図５に示すように、＋１次回折光の入射方向に
対する角度をθとすると、＋１次回折光Ｌ0(1)とＬA(1)
との間には次のような光路差δが生ずる。
【００２０】
δ＝ｓ−ｒ≒ｓ・θ2 ／２ （Ａ６）
従って、それら２つの光束の間には次のような位相差φ
が生じることになる。 φ≒（ｓ・θ2 ／２）・（２π／λ） （Ａ７） 次に、±１次回折光Ｌ0(1)，Ｌ0(-1）、及び±１次回折
光ＬA(1)，ＬA(-1）よりなる４つの光束を合成した干渉
光を光電変換して得られる光ビート信号について考察す
る。それら４つの光束とも振幅（これをＡとする）が等
しいとすると、得られる干渉光の光強度Ｉ（ｔ）は次式
で表される。
が生じることになる。 φ≒（ｓ・θ2 ／２）・（２π／λ） （Ａ７） 次に、±１次回折光Ｌ0(1)，Ｌ0(-1）、及び±１次回折
光ＬA(1)，ＬA(-1）よりなる４つの光束を合成した干渉
光を光電変換して得られる光ビート信号について考察す
る。それら４つの光束とも振幅（これをＡとする）が等
しいとすると、得られる干渉光の光強度Ｉ（ｔ）は次式
で表される。
【００２１】
Ｉ（ｔ）＝［Ａcos(ω1・ｔ）＋Ａcos(ω2・ｔ＋φ）
＋Ａcos(ω3・ｔ）＋Ａcos(ω4・ｔ＋φ）］2 （Ａ８）
但し、ｔは時間であり、各変数は次のように定義され
る。 ω1 ＝２π・（ｆ0 ＋ｆ1 ），ω2 ＝２π・（ｆ0 −ｆ
2 ），ω3 ＝２π・（ｆ0 −ｆ1 ），ω4 ＝２π・（ｆ
0 ＋ｆ2 ）。
る。 ω1 ＝２π・（ｆ0 ＋ｆ1 ），ω2 ＝２π・（ｆ0 −ｆ
2 ），ω3 ＝２π・（ｆ0 −ｆ1 ），ω4 ＝２π・（ｆ
0 ＋ｆ2 ）。
【００２２】その（Ａ８）式を整理すると次のようにな
る。但し、関数ｇ1(ｆ1,ｔ），ｇ2(ｆ2,ｔ），ｇ3(ｆ1,
ｆ2,ｔ）はそれぞれ周波数ｆ1 、周波数ｆ2 、及び周波
数ｆ 1,ｆ2 の余弦を含む所定の関数である。 Ｉ（ｔ）／Ａ2 ＝２＋cos ４πｆ1 ｔ＋cos ４πｆ2 ｔ ＋２cos φ［cos{２π（ｆ1+ｆ2)ｔ｝＋cos{２π（ｆ1-ｆ2)ｔ｝］ ＋(cos４πｆ0 ｔ）ｇ1(ｆ1,ｔ） ＋{cos（４πｆ0 ｔ＋２φ）｝ｇ2(ｆ2,ｔ） ＋２{cos（４πｆ0 ｔ＋φ）｝ｇ3(ｆ1,ｆ2,ｔ） （Ａ９） この場合、周波数ｆ0 は入射する光の周波数（１０14Ｈ
ｚ以上）であり、通常の光電検出器では検出できないの
で、周波数ｆ0 を含む項は時間平均により消えてしま
う。従って、（Ａ９）式中で検出可能な光強度Ｉ（ｔ）
は次のようになる。
る。但し、関数ｇ1(ｆ1,ｔ），ｇ2(ｆ2,ｔ），ｇ3(ｆ1,
ｆ2,ｔ）はそれぞれ周波数ｆ1 、周波数ｆ2 、及び周波
数ｆ 1,ｆ2 の余弦を含む所定の関数である。 Ｉ（ｔ）／Ａ2 ＝２＋cos ４πｆ1 ｔ＋cos ４πｆ2 ｔ ＋２cos φ［cos{２π（ｆ1+ｆ2)ｔ｝＋cos{２π（ｆ1-ｆ2)ｔ｝］ ＋(cos４πｆ0 ｔ）ｇ1(ｆ1,ｔ） ＋{cos（４πｆ0 ｔ＋２φ）｝ｇ2(ｆ2,ｔ） ＋２{cos（４πｆ0 ｔ＋φ）｝ｇ3(ｆ1,ｆ2,ｔ） （Ａ９） この場合、周波数ｆ0 は入射する光の周波数（１０14Ｈ
ｚ以上）であり、通常の光電検出器では検出できないの
で、周波数ｆ0 を含む項は時間平均により消えてしま
う。従って、（Ａ９）式中で検出可能な光強度Ｉ（ｔ）
は次のようになる。
【００２３】
Ｉ（ｔ）／Ａ2 ＝２＋cos ４πｆ1 ｔ＋cos ４πｆ2 ｔ
＋２cos φ［cos{２π（ｆ1+ｆ2)ｔ｝＋cos{２π（ｆ1-ｆ2)ｔ}] （Ａ１０）
この（Ａ１０）式の光強度Ｉ（ｔ）は、図６の曲線８で
表わされているように、低周波の信号に高周波成分が重
畳されたような信号となる。更に、通常の音響光学素子
の場合、変調周波数ｆ1,ｆ2 も１０7 Ｈｚ以上と高周波
であるので、通常の光電検出器では応答できない周波数
である。また、より完全に周波数ｆ1 、周波数ｆ2 、及
び周波数（ｆ1+ｆ2)を有する成分を消すためには、ロー
パスフィルタ回路を設けて周波数が（ｆ1-ｆ2)を超える
成分を除去すればよい。その結果、光電検出器で検出さ
れる干渉縞の光強度Ｉ（ｔ）は、次のようになる。言い
換えると、隣接する２つの音響光学素子からの回折光を
混合することにより、周波数が検出し易い（ｆ1-ｆ2)に
までビートダウンされた光ビート信号が得られることに
なる。
表わされているように、低周波の信号に高周波成分が重
畳されたような信号となる。更に、通常の音響光学素子
の場合、変調周波数ｆ1,ｆ2 も１０7 Ｈｚ以上と高周波
であるので、通常の光電検出器では応答できない周波数
である。また、より完全に周波数ｆ1 、周波数ｆ2 、及
び周波数（ｆ1+ｆ2)を有する成分を消すためには、ロー
パスフィルタ回路を設けて周波数が（ｆ1-ｆ2)を超える
成分を除去すればよい。その結果、光電検出器で検出さ
れる干渉縞の光強度Ｉ（ｔ）は、次のようになる。言い
換えると、隣接する２つの音響光学素子からの回折光を
混合することにより、周波数が検出し易い（ｆ1-ｆ2)に
までビートダウンされた光ビート信号が得られることに
なる。
【００２４】
Ｉ（ｔ）＝２Ａ2 ［１＋（cos φ）cos{２π（ｆ1-ｆ2)ｔ｝］ （Ａ１１）
このように最終的に検出される光強度Ｉ（ｔ）を、位相
差φが０．３πの場合について示した波形が図６の曲線
９で表されている。この（Ａ１１）式より分かるよう
に、検出される光強度Ｉ（ｔ）のビート周波数は（ｆ1-
ｆ2)であり、信号コントラストはcos φにより決定され
る。即ち、位相差φがｍπ（ｍは整数）のとき、信号コ
ントラストは最大となり、位相差φが（ｍ＋１／２）π
のとき、信号コントラストは０になってしまう。通常、
信号コントラスト（cos φ）が１／２以上であれば、そ
の光ビート信号が正常に検出できるため、光ビート信号
が正常に検出できる条件は、上述の（Ａ１）式となる。
差φが０．３πの場合について示した波形が図６の曲線
９で表されている。この（Ａ１１）式より分かるよう
に、検出される光強度Ｉ（ｔ）のビート周波数は（ｆ1-
ｆ2)であり、信号コントラストはcos φにより決定され
る。即ち、位相差φがｍπ（ｍは整数）のとき、信号コ
ントラストは最大となり、位相差φが（ｍ＋１／２）π
のとき、信号コントラストは０になってしまう。通常、
信号コントラスト（cos φ）が１／２以上であれば、そ
の光ビート信号が正常に検出できるため、光ビート信号
が正常に検出できる条件は、上述の（Ａ１）式となる。
【００２５】その（Ａ１）式を（Ａ７）式を用いて表わ
すと、次式が得られる。 （ｍ−1/3)λ／θ2 ＜ｓ＜（ｍ＋1/3)λ／θ2 （Ａ１２） また、回折光の回折角θは、光の波長λ、及び音響光学
素子の内部を進行する超音波の波長Λを用いて、次のよ
うに表される。 θ≒λ／Λ （Ａ１３） この（Ａ１３）式を（Ａ１２）式に代入することによ
り、上述の（Ａ２）式が得られる。また、音響光学素子
に関しては、内部を進行する超音波の音速ｖは、超音波
の周波数ｆ及び超音波の波長Λを用いて、ｖ＝ｆ・Λで
表される。従って、超音波の波長は次のようになる。
すと、次式が得られる。 （ｍ−1/3)λ／θ2 ＜ｓ＜（ｍ＋1/3)λ／θ2 （Ａ１２） また、回折光の回折角θは、光の波長λ、及び音響光学
素子の内部を進行する超音波の波長Λを用いて、次のよ
うに表される。 θ≒λ／Λ （Ａ１３） この（Ａ１３）式を（Ａ１２）式に代入することによ
り、上述の（Ａ２）式が得られる。また、音響光学素子
に関しては、内部を進行する超音波の音速ｖは、超音波
の周波数ｆ及び超音波の波長Λを用いて、ｖ＝ｆ・Λで
表される。従って、超音波の波長は次のようになる。
【００２６】Λ＝ｖ／ｆ （Ａ１４）
この（Ａ１４）式を、（Ａ２）式に代入すると、（Ａ
３）式が得られる。また、本発明は例えば図１４に示す
ように、入射する光束を複数の音響光学素子（１７Ａ，
１７Ｂ）によりブラッグ回折（音響ブラッグ回折）させ
る場合にも適用される。この場合にも、隣接する音響光
学素子からの回折光の位相差φについて（Ａ１）式の条
件が満たされると、得られる光ビート信号のコントラス
トが１／２以上となって、容易に位置検出が行われる。
３）式が得られる。また、本発明は例えば図１４に示す
ように、入射する光束を複数の音響光学素子（１７Ａ，
１７Ｂ）によりブラッグ回折（音響ブラッグ回折）させ
る場合にも適用される。この場合にも、隣接する音響光
学素子からの回折光の位相差φについて（Ａ１）式の条
件が満たされると、得られる光ビート信号のコントラス
トが１／２以上となって、容易に位置検出が行われる。
【００２７】上述のように本発明で得られる光ビート信
号のコントラストを最大とするには、隣接する音響光学
素子からの回折光の位相差φを０とすればよいが、２つ
の音響光学素子を直列に並べる場合にはその実現は困難
である。それに対して、図９に示すように、２つの音響
光学素子（１７Ａ’，１７Ｂ）の間にリレー光学系（５
４Ａ，５４Ｂ）を配置したときには、それら２つの音響
光学素子を共役な位置に配置することができる。これに
より、光ビート信号のコントラストが最大となる。
号のコントラストを最大とするには、隣接する音響光学
素子からの回折光の位相差φを０とすればよいが、２つ
の音響光学素子を直列に並べる場合にはその実現は困難
である。それに対して、図９に示すように、２つの音響
光学素子（１７Ａ’，１７Ｂ）の間にリレー光学系（５
４Ａ，５４Ｂ）を配置したときには、それら２つの音響
光学素子を共役な位置に配置することができる。これに
より、光ビート信号のコントラストが最大となる。
【００２８】また、隣接する音響光学素子からの回折光
の重なった部分だけが有効であるため、その重なった部
分以外の光束を視野絞り（５７）により除去することに
より、得られる光ビート信号のＳＮ比が向上する。
の重なった部分だけが有効であるため、その重なった部
分以外の光束を視野絞り（５７）により除去することに
より、得られる光ビート信号のＳＮ比が向上する。
【００２９】
【実施例】以下、本発明による位置検出装置の第１実施
例につき図１〜図８を参照して説明する。本実施例は、
投影露光装置のヘテロダイン干渉型のアライメント系に
本発明を適用したものであり、且つラマン−ナス回折を
利用する例である。図１は本実施例の投影露光装置を示
し、この図１において、所定の回路パターンが形成さ
れ、そのパターン周辺部にアライメント用の回折格子マ
ークＲＭが形成されたレチクル１は、２次元的に移動可
能なレチクルステージ２上に保持されている。レチクル
１は、投影光学系（投影対物レンズ）３に関してウエハ
４と共役となるように配置されている。
例につき図１〜図８を参照して説明する。本実施例は、
投影露光装置のヘテロダイン干渉型のアライメント系に
本発明を適用したものであり、且つラマン−ナス回折を
利用する例である。図１は本実施例の投影露光装置を示
し、この図１において、所定の回路パターンが形成さ
れ、そのパターン周辺部にアライメント用の回折格子マ
ークＲＭが形成されたレチクル１は、２次元的に移動可
能なレチクルステージ２上に保持されている。レチクル
１は、投影光学系（投影対物レンズ）３に関してウエハ
４と共役となるように配置されている。
【００３０】そして、照明光学系４０からの露光光は、
レチクル上方に光軸に対して４５゜の傾斜角で斜設され
たダイクロイックミラー６により下方へ反射され、レチ
クル１を均一な照度で照明する。その露光光のもとで、
レチクル上のパターンは投影光学系３によりウエハ４上
の各ショット領域に転写される。なお、ウエハ４上の各
ショット領域には、レチクル１上に形成された回折格子
マークＲＭと同様のアライメント用の回折格子マークＷ
Ｍが付設されている。
レチクル上方に光軸に対して４５゜の傾斜角で斜設され
たダイクロイックミラー６により下方へ反射され、レチ
クル１を均一な照度で照明する。その露光光のもとで、
レチクル上のパターンは投影光学系３によりウエハ４上
の各ショット領域に転写される。なお、ウエハ４上の各
ショット領域には、レチクル１上に形成された回折格子
マークＲＭと同様のアライメント用の回折格子マークＷ
Ｍが付設されている。
【００３１】ウエハ４は、ステップ・アンド・リピート
方式で２次元的に移動するウエハステージ５上に保持さ
れ、ウエハ上の１つのショット領域でのレチクルパター
ンの転写が完了すると、ウエハ４は次のショット位置ま
でステッピングされる。レチクルステージ２及びウエハ
ステージ５におけるｘ方向、ｙ方向及び回転（θ）方向
の位置を独立に検出するための不図示の干渉計が各ステ
ージに設けられており、各方向における各ステージの駆
動は不図示の駆動モータにより行われる。
方式で２次元的に移動するウエハステージ５上に保持さ
れ、ウエハ上の１つのショット領域でのレチクルパター
ンの転写が完了すると、ウエハ４は次のショット位置ま
でステッピングされる。レチクルステージ２及びウエハ
ステージ５におけるｘ方向、ｙ方向及び回転（θ）方向
の位置を独立に検出するための不図示の干渉計が各ステ
ージに設けられており、各方向における各ステージの駆
動は不図示の駆動モータにより行われる。
【００３２】一方、回折格子マークＲＭ及びＷＭの位置
検出を行うためのアライメント光学系が、ダイクロイッ
クミラー６の上方に設けられている。以下、そのアライ
メント光学系について説明する。この図１のアライメン
ト光学系において、露光光とは異なる波長帯の光を供給
するＸｅランプ、ハロゲンランプ等の白色光源１０から
の白色光は、口径可変な可変絞り１１及びコンデンサー
レンズ１２を介することにより平行な光束Ｌ0 に変換さ
れた後、所定の波長域の光を抽出するバンドパスフィル
ター１３を介して第１の音響光学素子（以下、「ＡＯ
Ｍ」と呼ぶ）１７Ａにほぼ垂直に入射する。第１のＡＯ
Ｍ１７Ａの後に所定間隔で第２のＡＯＭ１７Ｂが配置さ
れ、ＡＯＭ１７Ａ及び１７Ｂは、それぞれ周波数ｆ1 及
びｆ2 （ｆ1 ＞ｆ2 とする）の高周波信号ＳＦ1 及びＳ
Ｆ2 で逆方向から駆動されており、所定の波長域の光束
Ｌ0 はＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂによりラマン−ナス（Rama
n-Nath）回折作用を受ける。以下では、回折光の次数は
高周波信号ＳＦ1 による進行波の進行方向を基準にして
考える。
検出を行うためのアライメント光学系が、ダイクロイッ
クミラー６の上方に設けられている。以下、そのアライ
メント光学系について説明する。この図１のアライメン
ト光学系において、露光光とは異なる波長帯の光を供給
するＸｅランプ、ハロゲンランプ等の白色光源１０から
の白色光は、口径可変な可変絞り１１及びコンデンサー
レンズ１２を介することにより平行な光束Ｌ0 に変換さ
れた後、所定の波長域の光を抽出するバンドパスフィル
ター１３を介して第１の音響光学素子（以下、「ＡＯ
Ｍ」と呼ぶ）１７Ａにほぼ垂直に入射する。第１のＡＯ
Ｍ１７Ａの後に所定間隔で第２のＡＯＭ１７Ｂが配置さ
れ、ＡＯＭ１７Ａ及び１７Ｂは、それぞれ周波数ｆ1 及
びｆ2 （ｆ1 ＞ｆ2 とする）の高周波信号ＳＦ1 及びＳ
Ｆ2 で逆方向から駆動されており、所定の波長域の光束
Ｌ0 はＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂによりラマン−ナス（Rama
n-Nath）回折作用を受ける。以下では、回折光の次数は
高周波信号ＳＦ1 による進行波の進行方向を基準にして
考える。
【００３３】ここで、光束Ｌ0 の周波数（中心周波数）
をｆ0 とすると、光束Ｌ0 による２つのＡＯＭ１７Ａ，
１７Ｂからの＋１次回折光の混合光（以下、「光束Ｌ1
(1)」と称する。）は、それら２つのＡＯＭにより実質
的に（ｆ1 −ｆ2 ）／２の周波数変調を受け、光束Ｌ0
による２つのＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂからの−１次回折光
の混合光（以下、「光束Ｌ2 (-1)」と称する。）は、そ
れら２つのＡＯＭ１７により実質的に（ｆ2 −ｆ1 ）／
２の周波数変調を受ける。但し、（Ａ１０）式で説明し
たように、光束Ｌ1 (1) 及び光束Ｌ2 (-1)には周波数ｆ
1 ，ｆ2 以上の高周波数で変調された成分も含まれてい
る。
をｆ0 とすると、光束Ｌ0 による２つのＡＯＭ１７Ａ，
１７Ｂからの＋１次回折光の混合光（以下、「光束Ｌ1
(1)」と称する。）は、それら２つのＡＯＭにより実質
的に（ｆ1 −ｆ2 ）／２の周波数変調を受け、光束Ｌ0
による２つのＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂからの−１次回折光
の混合光（以下、「光束Ｌ2 (-1)」と称する。）は、そ
れら２つのＡＯＭ１７により実質的に（ｆ2 −ｆ1 ）／
２の周波数変調を受ける。但し、（Ａ１０）式で説明し
たように、光束Ｌ1 (1) 及び光束Ｌ2 (-1)には周波数ｆ
1 ，ｆ2 以上の高周波数で変調された成分も含まれてい
る。
【００３４】その後、光束Ｌ1 (1) 及び光束Ｌ2 (-1)
は、レンズ１８ａ、反射ミラー２０、レンズ１８ｂ、レ
ンズ２１を介し、ビームスプリッター２２によりそれぞ
れ２分割される。なお、レンズ１８ａとレンズ１８ｂと
で構成されるリレー光学系の間には、光束Ｌ1 (1) と光
束Ｌ2 (-1)とを抽出するための空間フィルター１９が設
けられている。そして、ＡＯＭ１７からは０次光及び高
次回折光も発生するが、これらは空間フィルター１９に
より阻止される。また、レンズ１８ａとレンズ２０との
間に視野絞り５７が配置されている。
は、レンズ１８ａ、反射ミラー２０、レンズ１８ｂ、レ
ンズ２１を介し、ビームスプリッター２２によりそれぞ
れ２分割される。なお、レンズ１８ａとレンズ１８ｂと
で構成されるリレー光学系の間には、光束Ｌ1 (1) と光
束Ｌ2 (-1)とを抽出するための空間フィルター１９が設
けられている。そして、ＡＯＭ１７からは０次光及び高
次回折光も発生するが、これらは空間フィルター１９に
より阻止される。また、レンズ１８ａとレンズ２０との
間に視野絞り５７が配置されている。
【００３５】ビームスプリッター２２を透過した光束Ｌ
1 (1) 及び光束Ｌ2 (-1)はレンズ２３により集光され、
この集光位置に設けられた参照用の回折格子２４上に
は、ピッチ方向に沿って流れる干渉縞が形成される。そ
して、この回折格子２４を介した回折光が光電検出器２
５にて参照用の光ビート信号として光電検出される。光
電検出器２５から出力される信号には、（Ａ１０）式か
ら分かるように、本来の周波数（ｆ1 −ｆ2 ）の光ビー
ト信号の他に周波数ｆ1 程度の高周波成分が含まれてい
るため、その高周波成分を周波数ｆ1 ／２程度以下の信
号のみを通過させるローパスフィルタ回路（ＬＰＦ）５
３ａを介して除去し、その光ビート信号のみを位相検出
系５０に供給する。
1 (1) 及び光束Ｌ2 (-1)はレンズ２３により集光され、
この集光位置に設けられた参照用の回折格子２４上に
は、ピッチ方向に沿って流れる干渉縞が形成される。そ
して、この回折格子２４を介した回折光が光電検出器２
５にて参照用の光ビート信号として光電検出される。光
電検出器２５から出力される信号には、（Ａ１０）式か
ら分かるように、本来の周波数（ｆ1 −ｆ2 ）の光ビー
ト信号の他に周波数ｆ1 程度の高周波成分が含まれてい
るため、その高周波成分を周波数ｆ1 ／２程度以下の信
号のみを通過させるローパスフィルタ回路（ＬＰＦ）５
３ａを介して除去し、その光ビート信号のみを位相検出
系５０に供給する。
【００３６】一方、ビームスプリッター２２で反射され
た光束Ｌ1 (1) 及び光束Ｌ2 (-1)は、リレー光学系（２
６ａ，２６ｂ，２７）、ビームスプリッター２８、平行
平面板３７を通過する。この平行平面板３７は、投影光
学系３の瞳共役位置又はその近傍に、アライメント光学
系の光軸に対して傾角可変に設けられ、テレセントリッ
ク性を維持するための機能を有する。なお、平行平面板
３７の代わりに、厚さが厚い粗調整用の平行平面板と、
厚さが薄い微調整用の平行平面板とを組み合わせた構成
としても良い。
た光束Ｌ1 (1) 及び光束Ｌ2 (-1)は、リレー光学系（２
６ａ，２６ｂ，２７）、ビームスプリッター２８、平行
平面板３７を通過する。この平行平面板３７は、投影光
学系３の瞳共役位置又はその近傍に、アライメント光学
系の光軸に対して傾角可変に設けられ、テレセントリッ
ク性を維持するための機能を有する。なお、平行平面板
３７の代わりに、厚さが厚い粗調整用の平行平面板と、
厚さが薄い微調整用の平行平面板とを組み合わせた構成
としても良い。
【００３７】平行平面板３７を通過した光束Ｌ1 (1) 及
び光束Ｌ2 (-1)は、対物レンズ３８、ダイクロイックミ
ラー６を介して、所定の交差角を持つ２方向からレチク
ル１上の回折格子マークＲＭを照明する。なお、投影光
学系３がアライメント光に対して色収差補正されていな
い場合には、対物レンズ３８は、特開昭６３−２８３１
２９号公報にて提案されている２焦点光学系で構成する
ことが望ましい。これにより、２焦点光学系に入射する
２光束は互いに直交する偏光光にそれぞれ分割され、第
１焦点へ向かう一方の偏光光同士がレチクル１上で集光
し、第２焦点へ向かう他方の偏光光同士がウエハ４上で
集光する。
び光束Ｌ2 (-1)は、対物レンズ３８、ダイクロイックミ
ラー６を介して、所定の交差角を持つ２方向からレチク
ル１上の回折格子マークＲＭを照明する。なお、投影光
学系３がアライメント光に対して色収差補正されていな
い場合には、対物レンズ３８は、特開昭６３−２８３１
２９号公報にて提案されている２焦点光学系で構成する
ことが望ましい。これにより、２焦点光学系に入射する
２光束は互いに直交する偏光光にそれぞれ分割され、第
１焦点へ向かう一方の偏光光同士がレチクル１上で集光
し、第２焦点へ向かう他方の偏光光同士がウエハ４上で
集光する。
【００３８】さて、光束Ｌ1 (1) 及び光束Ｌ2 (-1)は、
レチクル１上の回折格子マークＲＭを照明するが、レチ
クル１には、図２（ａ）に示す如く、回折格子マークＲ
Ｍと並列にアライメント光の透過窓Ｐ0 が設けられてお
り、図２（ｂ）に示す如く、この透過窓Ｐ0 に対応する
ウエハ４上の位置に、回折格子マークＷＭが形成されて
いる。
レチクル１上の回折格子マークＲＭを照明するが、レチ
クル１には、図２（ａ）に示す如く、回折格子マークＲ
Ｍと並列にアライメント光の透過窓Ｐ0 が設けられてお
り、図２（ｂ）に示す如く、この透過窓Ｐ0 に対応する
ウエハ４上の位置に、回折格子マークＷＭが形成されて
いる。
【００３９】光束Ｌ1 (1) 及び光束Ｌ2 (-1)は、回折格
子マークＲＭ及び透過窓Ｐ0 を覆うように２方向から照
明し、これにより回折格子マークＲＭ上には、ピッチ方
向に沿って流れる干渉縞が発生する。そして、この回折
格子マークＲＭの法線方向（投影光学系３の光軸方向）
には、光束Ｌ1 (1) の＋１次回折光、及び光束Ｌ2 (-1)
の−１次回折光がそれぞれ発生する。
子マークＲＭ及び透過窓Ｐ0 を覆うように２方向から照
明し、これにより回折格子マークＲＭ上には、ピッチ方
向に沿って流れる干渉縞が発生する。そして、この回折
格子マークＲＭの法線方向（投影光学系３の光軸方向）
には、光束Ｌ1 (1) の＋１次回折光、及び光束Ｌ2 (-1)
の−１次回折光がそれぞれ発生する。
【００４０】ここで、光束Ｌ1 (1) と光束Ｌ2 (-1)とが
回折格子マークＲＭを２方向から照明するときの交差角
は、回折格子マークＲＭのピッチをＰRM、光源１０から
供給される光の基準波長をλ0 、光束Ｌ1 (1) または光
束Ｌ2 (-1)の回折格子マークＲＭに対する入射角をθRM
とするとき、 sin θRM＝λ0 ／ＰRM （Ｂ１） の関係を満足するように設定されている。
回折格子マークＲＭを２方向から照明するときの交差角
は、回折格子マークＲＭのピッチをＰRM、光源１０から
供給される光の基準波長をλ0 、光束Ｌ1 (1) または光
束Ｌ2 (-1)の回折格子マークＲＭに対する入射角をθRM
とするとき、 sin θRM＝λ0 ／ＰRM （Ｂ１） の関係を満足するように設定されている。
【００４１】これにより、回折格子マークＲＭから発生
する±１次回折光は、再びダイクロイックミラー６、対
物レンズ３８、平行平面板３７を通過した後、ビームス
プリッター２８で反射されて、レンズ２９、ビームスプ
リッター３０を介して、視野絞り３４に達する。この視
野絞り３４は、レチクル１と共役な位置に設けられてお
り、具体的には、図３（ａ）の斜線で示す如く、レチク
ル１の回折格子マークＲＭからの回折光のみを通過させ
るように、回折格子マークＲＭの位置に対応して開口部
ＳRMが設けられている。
する±１次回折光は、再びダイクロイックミラー６、対
物レンズ３８、平行平面板３７を通過した後、ビームス
プリッター２８で反射されて、レンズ２９、ビームスプ
リッター３０を介して、視野絞り３４に達する。この視
野絞り３４は、レチクル１と共役な位置に設けられてお
り、具体的には、図３（ａ）の斜線で示す如く、レチク
ル１の回折格子マークＲＭからの回折光のみを通過させ
るように、回折格子マークＲＭの位置に対応して開口部
ＳRMが設けられている。
【００４２】このため、視野絞り３４を通過した回折格
子マークＲＭからの回折光は０次回折光をカットする空
間フィルター３５によりフィルタリングされて、±１次
回折光のみが光電検出器３６に達し、この光電検出器３
６にてレチクル１の位置情報を含んだ光ビート信号が光
電検出される。光電検出器３６から出力される信号も、
周波数ｆ1 ／２程度以下の信号を通過させるローパスフ
ィルタ回路（ＬＰＦ）５３ｃを介して位相検出系５０に
供給される。
子マークＲＭからの回折光は０次回折光をカットする空
間フィルター３５によりフィルタリングされて、±１次
回折光のみが光電検出器３６に達し、この光電検出器３
６にてレチクル１の位置情報を含んだ光ビート信号が光
電検出される。光電検出器３６から出力される信号も、
周波数ｆ1 ／２程度以下の信号を通過させるローパスフ
ィルタ回路（ＬＰＦ）５３ｃを介して位相検出系５０に
供給される。
【００４３】一方、上記レチクル１の透過窓Ｐ0 を通過
した光束Ｌ1 (1) 及び光束Ｌ2 (-1)の一部は、投影光学
系３を介して、ウエハ４上の回折格子マークＷＭを所定
の交差角を持った２方向から照明し、これにより回折格
子マークＲＭ上には、ピッチ方向に沿って流れる干渉縞
が発生する。そして、この回折格子マークＷＭの法線方
向（投影光学系３の光軸方向）には、光束Ｌ1 (1) の−
１次回折光、及び光束Ｌ2 (-1)の＋１次回折光がそれぞ
れ発生する。
した光束Ｌ1 (1) 及び光束Ｌ2 (-1)の一部は、投影光学
系３を介して、ウエハ４上の回折格子マークＷＭを所定
の交差角を持った２方向から照明し、これにより回折格
子マークＲＭ上には、ピッチ方向に沿って流れる干渉縞
が発生する。そして、この回折格子マークＷＭの法線方
向（投影光学系３の光軸方向）には、光束Ｌ1 (1) の−
１次回折光、及び光束Ｌ2 (-1)の＋１次回折光がそれぞ
れ発生する。
【００４４】ここで、光束Ｌ1 (1) と光束Ｌ2 (-1)とが
回折格子マークＲＭを２方向から照明するときの交差角
は、回折格子マークＷＭのピッチをＰWM、光源１０から
供給される光の基準波長をλ0 、光束Ｌ1 (1) または光
束Ｌ2 (-1)の回折格子マークＷＭに対する入射角をθWM
とするとき、 sin θWM＝λ0 ／ＰWM （Ｂ２） の関係を満足するように設定されている。
回折格子マークＲＭを２方向から照明するときの交差角
は、回折格子マークＷＭのピッチをＰWM、光源１０から
供給される光の基準波長をλ0 、光束Ｌ1 (1) または光
束Ｌ2 (-1)の回折格子マークＷＭに対する入射角をθWM
とするとき、 sin θWM＝λ0 ／ＰWM （Ｂ２） の関係を満足するように設定されている。
【００４５】これにより、回折格子マークＷＭから発生
する±１次回折光は、再び投影光学系３、透過窓Ｐ0 、
ダイクロイックミラー６、対物レンズ３８、平行平面板
３７を通過した後、ビームスプリッター２８で反射され
て、レンズ２９、ビームスプリッター３０を介して、視
野絞り３１に達する。この視野絞り３１は、ウエハ４と
共役な位置に設けられており、具体的には、図３（ｂ）
の斜線で示す如く、ウエハ４の回折格子マークＷＭから
の回折光のみを通過させるように、回折格子マークＷＭ
の位置に対応して開口部ＳWMが設けられている。
する±１次回折光は、再び投影光学系３、透過窓Ｐ0 、
ダイクロイックミラー６、対物レンズ３８、平行平面板
３７を通過した後、ビームスプリッター２８で反射され
て、レンズ２９、ビームスプリッター３０を介して、視
野絞り３１に達する。この視野絞り３１は、ウエハ４と
共役な位置に設けられており、具体的には、図３（ｂ）
の斜線で示す如く、ウエハ４の回折格子マークＷＭから
の回折光のみを通過させるように、回折格子マークＷＭ
の位置に対応して開口部ＳWMが設けられている。
【００４６】このため、視野絞り３１を通過した回折格
子マークＷＭからの回折光は０次回折光をカットする空
間フィルター３２によりフィルタリングされて、±１次
回折光のみが光電検出器３３に達し、この光電検出器３
３にてウエハ４の位置情報を含んだ光ビート信号が光電
検出される。光電検出器３６から出力される信号も、周
波数ｆ1 ／２程度以下の信号を通過させるローパスフィ
ルタ回路（ＬＰＦ）５３ｂを介して位相検出系５０に供
給される。
子マークＷＭからの回折光は０次回折光をカットする空
間フィルター３２によりフィルタリングされて、±１次
回折光のみが光電検出器３３に達し、この光電検出器３
３にてウエハ４の位置情報を含んだ光ビート信号が光電
検出される。光電検出器３６から出力される信号も、周
波数ｆ1 ／２程度以下の信号を通過させるローパスフィ
ルタ回路（ＬＰＦ）５３ｂを介して位相検出系５０に供
給される。
【００４７】ここで、各空間フィルター３２，３５はア
ライメント光学系の瞳と略共役な位置、即ち投影光学系
３の瞳（射出瞳）と実質的に共役な位置に配置され、レ
チクル１、ウエハ４上に形成された回折格子マークＲ
Ｍ，ＷＭからの０次回折光（正反射光）を遮断し、±１
次回折光（レチクル１、ウエハ４の回折格子マークに対
して垂直方向に発生する回折光）のみを通過させるよう
に設定されている。また、光電検出器３３及び３６は、
対物レンズ３８及びレンズ２９に関して、それぞれレチ
クル１及びウエハ４と略々共役となるように配置されて
いる。
ライメント光学系の瞳と略共役な位置、即ち投影光学系
３の瞳（射出瞳）と実質的に共役な位置に配置され、レ
チクル１、ウエハ４上に形成された回折格子マークＲ
Ｍ，ＷＭからの０次回折光（正反射光）を遮断し、±１
次回折光（レチクル１、ウエハ４の回折格子マークに対
して垂直方向に発生する回折光）のみを通過させるよう
に設定されている。また、光電検出器３３及び３６は、
対物レンズ３８及びレンズ２９に関して、それぞれレチ
クル１及びウエハ４と略々共役となるように配置されて
いる。
【００４８】さて、以上にて説明したアライメント光学
系の構成により、各光電検出器２５，３３，３６からそ
れぞれローパスフィルタ回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃを
介して得られる３つの信号は、ともに同じ周波数Δｆ
（＝２（ｆ1 −ｆ2 ））の正弦波状の光ビート信号を含
んでおり、位相差検出系５０内の光ビート信号抽出部
（フーリエ変換回路）にて３つの光電信号からそれぞれ
周波数Δｆの正弦波状の光ビート信号を精度良く抽出す
る。
系の構成により、各光電検出器２５，３３，３６からそ
れぞれローパスフィルタ回路５３ａ，５３ｂ，５３ｃを
介して得られる３つの信号は、ともに同じ周波数Δｆ
（＝２（ｆ1 −ｆ2 ））の正弦波状の光ビート信号を含
んでおり、位相差検出系５０内の光ビート信号抽出部
（フーリエ変換回路）にて３つの光電信号からそれぞれ
周波数Δｆの正弦波状の光ビート信号を精度良く抽出す
る。
【００４９】今、位置合わせされていない状態でレチク
ル１、ウエハ４が任意の位置で停止しているとすると、
この光ビート信号は、一定の位相だけずれることにな
る。ここで、レチクル１及びウエハ４からの各光ビート
信号の位相差（±１８０゜）は、レチクル１及びウエハ
４上にそれぞれ形成された回折格子マークの格子ピッチ
の１／２以内の相対位置ずれ量に一義的に対応してい
る。
ル１、ウエハ４が任意の位置で停止しているとすると、
この光ビート信号は、一定の位相だけずれることにな
る。ここで、レチクル１及びウエハ４からの各光ビート
信号の位相差（±１８０゜）は、レチクル１及びウエハ
４上にそれぞれ形成された回折格子マークの格子ピッチ
の１／２以内の相対位置ずれ量に一義的に対応してい
る。
【００５０】このため、レチクル１とウエハ４とが格子
配列方向に対して相対移動すると、相対位置ずれ量が各
回折格子マークＲＭ，ＷＭの格子ピッチの１／２以下の
精度でプリアライメントされ、主制御系５１は、サーボ
系５２により位相差検出系５０で得られた位相差が０又
は所定の値となるようにレチクルステージ２又はウエハ
ステージ５を２次元移動させて位置合わせを行う。これ
により高精度で位置合わせが行われる。
配列方向に対して相対移動すると、相対位置ずれ量が各
回折格子マークＲＭ，ＷＭの格子ピッチの１／２以下の
精度でプリアライメントされ、主制御系５１は、サーボ
系５２により位相差検出系５０で得られた位相差が０又
は所定の値となるようにレチクルステージ２又はウエハ
ステージ５を２次元移動させて位置合わせを行う。これ
により高精度で位置合わせが行われる。
【００５１】また、光電検出器２５により得られる参照
用の光ビート信号を基準信号として、この基準信号と各
回折格子マークＲＭ，ＷＭからの光ビート信号との各々
の位相差が零又は所定の値となるように位置合わせを行
っても良い。また、ＡＯＭ１７を駆動する駆動信号を基
準信号として利用することもできる。次に、本実施例に
おいて、互いに異なる周波数の２光束を生成する部分に
ついてより具体的な構成及び原理を図４を参照しながら
説明する。
用の光ビート信号を基準信号として、この基準信号と各
回折格子マークＲＭ，ＷＭからの光ビート信号との各々
の位相差が零又は所定の値となるように位置合わせを行
っても良い。また、ＡＯＭ１７を駆動する駆動信号を基
準信号として利用することもできる。次に、本実施例に
おいて、互いに異なる周波数の２光束を生成する部分に
ついてより具体的な構成及び原理を図４を参照しながら
説明する。
【００５２】図４に示す如く、白色光の光束Ｌ0 が第１
のＡＯＭ１７Ａに対して垂直に入射すると、ＡＯＭ１７
Ａのラマン−ナス回折作用により、ＡＯＭ１７Ａから各
波長毎に０次光ＬA 、＋１次回折光Ｌ0(1)、−１次回折
光Ｌ0(-1) 、及び他の高次回折光が発生し、これらの光
束は第２のＡＯＭ１７Ｂに垂直に入射する。このとき、
ＡＯＭ１７Ａの法線方向に対する回折光の回折角を
φ2 、ＡＯＭ１７Ａ内の進行波４７Ａの波長をΛG 、そ
の進行波の速度をｖ、光の波長をλ（周波数ｆ0)、回折
光の次数を１次とするとき、以下の関係が成立する。
のＡＯＭ１７Ａに対して垂直に入射すると、ＡＯＭ１７
Ａのラマン−ナス回折作用により、ＡＯＭ１７Ａから各
波長毎に０次光ＬA 、＋１次回折光Ｌ0(1)、−１次回折
光Ｌ0(-1) 、及び他の高次回折光が発生し、これらの光
束は第２のＡＯＭ１７Ｂに垂直に入射する。このとき、
ＡＯＭ１７Ａの法線方向に対する回折光の回折角を
φ2 、ＡＯＭ１７Ａ内の進行波４７Ａの波長をΛG 、そ
の進行波の速度をｖ、光の波長をλ（周波数ｆ0)、回折
光の次数を１次とするとき、以下の関係が成立する。
【００５３】ΛG ＝ｖ／ｆ1 （Ｂ３）
sin φ2 ＝λ／ΛG （Ｂ４）
そして、第１のＡＯＭ１７Ａからの０次光ＬA により、
第２のＡＯＭ１７Ｂのラマン−ナス回折作用により、Ａ
ＯＭ１７Ｂから各波長毎に０次光、＋１次回折光Ｌ
A(1)、−１次回折光ＬA(-1) 、及び他の高次回折光が発
生する。そして、本例ではＡＯＭ１７Ａからの＋１次回
折光Ｌ0(1)でＡＯＭ１７Ｂをそのまま透過した光束と、
ＡＯＭ１７Ｂからの＋１次回折光ＬA(1)とを混合した光
束Ｌ1(1)が使用される。また、ＡＯＭ１７Ａからの−１
次回折光Ｌ0(-1) でＡＯＭ１７Ｂをそのまま透過した光
束と、ＡＯＭ１７Ｂからの−１次回折光ＬA(-1) とを混
合した光束Ｌ2(-1) が使用される。また、＋１次回折光
Ｌ0(1)は周波数（ｆ0+ｆ1)に周波数変調され、＋１次回
折光ＬA(1)は周波数（ｆ0-ｆ2)に周波数変調され、−１
次回折光Ｌ0(-1) は周波数（ｆ0-ｆ1)に周波数変調さ
れ、−１次回折光ＬA(-1)は周波数（ｆ0+ｆ2)に周波数
変調されている。従って、実質的に光束Ｌ1(1)の変調周
波数は（ｆ1-ｆ2)、光束Ｌ2(-1) の変調周波数は（ｆ2-
ｆ1)となっている。
第２のＡＯＭ１７Ｂのラマン−ナス回折作用により、Ａ
ＯＭ１７Ｂから各波長毎に０次光、＋１次回折光Ｌ
A(1)、−１次回折光ＬA(-1) 、及び他の高次回折光が発
生する。そして、本例ではＡＯＭ１７Ａからの＋１次回
折光Ｌ0(1)でＡＯＭ１７Ｂをそのまま透過した光束と、
ＡＯＭ１７Ｂからの＋１次回折光ＬA(1)とを混合した光
束Ｌ1(1)が使用される。また、ＡＯＭ１７Ａからの−１
次回折光Ｌ0(-1) でＡＯＭ１７Ｂをそのまま透過した光
束と、ＡＯＭ１７Ｂからの−１次回折光ＬA(-1) とを混
合した光束Ｌ2(-1) が使用される。また、＋１次回折光
Ｌ0(1)は周波数（ｆ0+ｆ1)に周波数変調され、＋１次回
折光ＬA(1)は周波数（ｆ0-ｆ2)に周波数変調され、−１
次回折光Ｌ0(-1) は周波数（ｆ0-ｆ1)に周波数変調さ
れ、−１次回折光ＬA(-1)は周波数（ｆ0+ｆ2)に周波数
変調されている。従って、実質的に光束Ｌ1(1)の変調周
波数は（ｆ1-ｆ2)、光束Ｌ2(-1) の変調周波数は（ｆ2-
ｆ1)となっている。
【００５４】そして、本例ではＡＯＭ１７Ａの超音波作
用領域４８Ａの中心ＰとＡＯＭ１７Ｂの超音波作用領域
１７Ｂの中心Ｑとの空気長に換算した間隔ｓは、（Ａ
２）式又は（Ａ３）式の条件を満たすように設定されて
いる。図７に示すように、ＡＯＭ１７Ａ及び１７Ｂの屈
折率をそれぞれｎ1 及びｎ2 として、ＡＯＭ１７Ａ内の
超音波作用領域の中心ＰからＡＯＭ１７Ａの射出面まで
の間隔をｇ1 、ＡＯＭ１７Ａと１７Ｂとの間隔をｇ3 、
ＡＯＭ１７Ｂの入射面からＡＯＭ１７Ｂ内の超音波作用
領域の中心Ｑまでの間隔をｇ2 とした場合、空気長に換
算した間隔ｓは次のように表される。
用領域４８Ａの中心ＰとＡＯＭ１７Ｂの超音波作用領域
１７Ｂの中心Ｑとの空気長に換算した間隔ｓは、（Ａ
２）式又は（Ａ３）式の条件を満たすように設定されて
いる。図７に示すように、ＡＯＭ１７Ａ及び１７Ｂの屈
折率をそれぞれｎ1 及びｎ2 として、ＡＯＭ１７Ａ内の
超音波作用領域の中心ＰからＡＯＭ１７Ａの射出面まで
の間隔をｇ1 、ＡＯＭ１７Ａと１７Ｂとの間隔をｇ3 、
ＡＯＭ１７Ｂの入射面からＡＯＭ１７Ｂ内の超音波作用
領域の中心Ｑまでの間隔をｇ2 とした場合、空気長に換
算した間隔ｓは次のように表される。
【００５５】
ｓ＝ｇ1/ｎ1 ＋ｇ2/ｎ2 ＋ｇ3 （Ｂ５）
（Ａ２）式又は（Ａ３）式の条件が満たされているた
め、本例では図４において、ＡＯＭ１７Ａからの＋１次
回折光Ｌ0(1)（又は−１次回折光Ｌ0(-1))と、ＡＯＭ１
７Ｂからの＋１次回折光ＬA(1)（又は−１次回折光Ｌ
A(-1))との位相差φは、整数ｍを用いて（ｍ−1/3)πか
ら（ｍ＋1/3)πの間にあり、得られる光ビート信号のコ
ントラストが高くなっている。なお、その位相差φは、
ｍπにできるだけ近いことが望ましいのは言うまでもな
い。
め、本例では図４において、ＡＯＭ１７Ａからの＋１次
回折光Ｌ0(1)（又は−１次回折光Ｌ0(-1))と、ＡＯＭ１
７Ｂからの＋１次回折光ＬA(1)（又は−１次回折光Ｌ
A(-1))との位相差φは、整数ｍを用いて（ｍ−1/3)πか
ら（ｍ＋1/3)πの間にあり、得られる光ビート信号のコ
ントラストが高くなっている。なお、その位相差φは、
ｍπにできるだけ近いことが望ましいのは言うまでもな
い。
【００５６】また、第２のＡＯＭ１７Ｂにおける回折角
φ2'はほぼ回折角φ2 とみなすことができる。そして、
その回折角φ2 は、図１のレンズ系１８ａ〜対物レンズ
３８を経て回折格子マークＲＭに対する入射角θ
RM（（Ｂ１）式参照）となっている。従って、２つの光
束Ｌ1(1)及びＬ2(-1) が回折格子マークＲＭに入射する
ことにより、その回折格子マークＲＭから垂直上方に±
１次回折光が射出される。
φ2'はほぼ回折角φ2 とみなすことができる。そして、
その回折角φ2 は、図１のレンズ系１８ａ〜対物レンズ
３８を経て回折格子マークＲＭに対する入射角θ
RM（（Ｂ１）式参照）となっている。従って、２つの光
束Ｌ1(1)及びＬ2(-1) が回折格子マークＲＭに入射する
ことにより、その回折格子マークＲＭから垂直上方に±
１次回折光が射出される。
【００５７】図１に戻り、本実施例では、所定の波長域
を持つ＋１次回折光よりなる光束Ｌ 1 (1) と、所定の波
長域を持つ−１次回折光よりなる光束Ｌ2 (-1)とを各回
折格子２４，ＲＭ，ＷＭに対して各波長の光毎に異なる
入射角のもとで対称に照射できるため、各回折格子２
４，ＲＭ，ＷＭの垂直方向には各波長毎の±１次回折光
を常に発生させることができ、その結果、各波長の±１
次回折光により所定の周波数Δｆ（＝ｆ1 −ｆ2 ）を含
む光ビート光を生成することができる。従って、所定の
周波数Δｆを含む多波長のビート光を各光電検出器２
５，３３，３６にてそれぞれ光電検出（各回折格子の位
置情報を含んだビート光を各波長毎に複数検出）でき
る。その結果、各波長のビート光による平均化効果によ
り各回折格子マークの非対称性を影響を抑えつつ、多波
長光によるフォトレジスト層の薄膜干渉の影響（光量変
化等の影響）を解消でき、ヘテロダイン干渉法による高
精度なアライメントが達成できる。
を持つ＋１次回折光よりなる光束Ｌ 1 (1) と、所定の波
長域を持つ−１次回折光よりなる光束Ｌ2 (-1)とを各回
折格子２４，ＲＭ，ＷＭに対して各波長の光毎に異なる
入射角のもとで対称に照射できるため、各回折格子２
４，ＲＭ，ＷＭの垂直方向には各波長毎の±１次回折光
を常に発生させることができ、その結果、各波長の±１
次回折光により所定の周波数Δｆ（＝ｆ1 −ｆ2 ）を含
む光ビート光を生成することができる。従って、所定の
周波数Δｆを含む多波長のビート光を各光電検出器２
５，３３，３６にてそれぞれ光電検出（各回折格子の位
置情報を含んだビート光を各波長毎に複数検出）でき
る。その結果、各波長のビート光による平均化効果によ
り各回折格子マークの非対称性を影響を抑えつつ、多波
長光によるフォトレジスト層の薄膜干渉の影響（光量変
化等の影響）を解消でき、ヘテロダイン干渉法による高
精度なアライメントが達成できる。
【００５８】しかも、回折格子１４（光束分割手段）に
よって入射方向（光軸方向）に対して対称に分割された
白色光（多波長光）は、リレー光学系１５ａ，１５ｂ及
びＡＯＭ１７を対称かつ並列的に進行するので、分割光
束間には光路長差が原理的に発生しない。このため、分
割光束間の波面は位相差が０の状態で揃っているため、
高精度なアライメントが可能となるばかりか、調整容易
でコンパクトな装置が実現できる。
よって入射方向（光軸方向）に対して対称に分割された
白色光（多波長光）は、リレー光学系１５ａ，１５ｂ及
びＡＯＭ１７を対称かつ並列的に進行するので、分割光
束間には光路長差が原理的に発生しない。このため、分
割光束間の波面は位相差が０の状態で揃っているため、
高精度なアライメントが可能となるばかりか、調整容易
でコンパクトな装置が実現できる。
【００５９】次に、本実施例で使用される２つのＡＯＭ
１７Ａ，１７Ｂの具体的な構成、及び変形例の構成につ
き図８〜図１２を参照して説明する。図８は、図１中で
使用されているＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂを示し、この図８
の第１のＡＯＭ１７Ａにおいて、音響光学媒体４１Ａの
一方の側面に電極板４２Ａ、超音波発生用のトランスデ
ューサ４３Ａ、及び電極板４４Ａが順次固定され、他方
の側面に吸音材４６Ａが固定され、電極板４２Ａ及び４
４Ａの間に高周波電源４５Ａから周波数ｆ1 の駆動信号
が供給され、これにより進行波４７Ａが形成される。ま
た、第２のＡＯＭ１７Ｂにおいて、音響光学媒体４１Ｂ
の他方の側面に電極板４２Ｂ、超音波発生用のトランス
デューサ４３Ｂ、及び電極板４４Ｂが順次固定され、一
方の側面に吸音材４６Ａが固定され、電極板４２Ｂ及び
４４Ｂの間に高周波電源４５Ｂから周波数ｆ2 の駆動信
号が供給され、これにより第１のＡＯＭ１７Ａ内の進行
波４７Ａと逆方向に進行する進行波４７Ｂが形成され
る。吸音材４６Ａ及び４６Ｂは、それぞれ対向するトラ
ンスデューサ４３Ａ及び４３Ｂ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役割を果たす。
１７Ａ，１７Ｂの具体的な構成、及び変形例の構成につ
き図８〜図１２を参照して説明する。図８は、図１中で
使用されているＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂを示し、この図８
の第１のＡＯＭ１７Ａにおいて、音響光学媒体４１Ａの
一方の側面に電極板４２Ａ、超音波発生用のトランスデ
ューサ４３Ａ、及び電極板４４Ａが順次固定され、他方
の側面に吸音材４６Ａが固定され、電極板４２Ａ及び４
４Ａの間に高周波電源４５Ａから周波数ｆ1 の駆動信号
が供給され、これにより進行波４７Ａが形成される。ま
た、第２のＡＯＭ１７Ｂにおいて、音響光学媒体４１Ｂ
の他方の側面に電極板４２Ｂ、超音波発生用のトランス
デューサ４３Ｂ、及び電極板４４Ｂが順次固定され、一
方の側面に吸音材４６Ａが固定され、電極板４２Ｂ及び
４４Ｂの間に高周波電源４５Ｂから周波数ｆ2 の駆動信
号が供給され、これにより第１のＡＯＭ１７Ａ内の進行
波４７Ａと逆方向に進行する進行波４７Ｂが形成され
る。吸音材４６Ａ及び４６Ｂは、それぞれ対向するトラ
ンスデューサ４３Ａ及び４３Ｂ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役割を果たす。
【００６０】この場合、音響光学媒体４１Ａ，４１Ｂ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、吸音材４６Ａ，４６Ｂとしては、音響イ
ンピーダンスが音響光学媒体４１Ａ，４１Ｂ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４６Ａ，４６Ｂ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４３
Ａ，４３Ｂとしては、リチウムナイオベイト（ＬｉＮｂ
Ｏ3)の単結晶、ＬｉＩＯ3 の単結晶、Ｂａ3 ＮａＮｂ5
Ｏ15の単結晶等が使用できる。
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、吸音材４６Ａ，４６Ｂとしては、音響イ
ンピーダンスが音響光学媒体４１Ａ，４１Ｂ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４６Ａ，４６Ｂ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４３
Ａ，４３Ｂとしては、リチウムナイオベイト（ＬｉＮｂ
Ｏ3)の単結晶、ＬｉＩＯ3 の単結晶、Ｂａ3 ＮａＮｂ5
Ｏ15の単結晶等が使用できる。
【００６１】また、トランスデューサ４３Ａと吸音材４
６Ａとにより挟まれた領域が第１の超音波作用領域を形
成し、トランスデューサ４３Ｂと吸音材４６Ｂとにより
挟まれた領域が第２の超音波作用領域を形成している。
そして、入射する光束Ｌ0 の内で、ＡＯＭ１７Ａ内の進
行波４７Ａによる＋１次回折光Ｌ0(1)、及びＡＯＭ１７
Ｂ内の進行波４７Ｂによる＋１次回折光ＬA(1)の混合光
が光束Ｌ1(1)となり、進行波４７Ａによる−１次回折光
Ｌ0(-1) 、及び進行波４７Ｂによる−１次回折光ＬA(-
1) の混合光が光束Ｌ2(-1) となっている。そして、光
束Ｌ1(1)の変調周波数は実質的に（ｆ1-ｆ2)／２であ
り、光束Ｌ2 の変調周波数は実質的に−（ｆ 1-ｆ2)／２
である。一例として、トランスデューサの駆動周波数ｆ
1 は（２０ＭＨｚ＋数１０ｋＨｚ）程度、駆動周波数ｆ
2 は２０ＭＨｚ程度であり、ビート周波数である（ｆ1-
ｆ2)は数１０ｋＨｚである。
６Ａとにより挟まれた領域が第１の超音波作用領域を形
成し、トランスデューサ４３Ｂと吸音材４６Ｂとにより
挟まれた領域が第２の超音波作用領域を形成している。
そして、入射する光束Ｌ0 の内で、ＡＯＭ１７Ａ内の進
行波４７Ａによる＋１次回折光Ｌ0(1)、及びＡＯＭ１７
Ｂ内の進行波４７Ｂによる＋１次回折光ＬA(1)の混合光
が光束Ｌ1(1)となり、進行波４７Ａによる−１次回折光
Ｌ0(-1) 、及び進行波４７Ｂによる−１次回折光ＬA(-
1) の混合光が光束Ｌ2(-1) となっている。そして、光
束Ｌ1(1)の変調周波数は実質的に（ｆ1-ｆ2)／２であ
り、光束Ｌ2 の変調周波数は実質的に−（ｆ 1-ｆ2)／２
である。一例として、トランスデューサの駆動周波数ｆ
1 は（２０ＭＨｚ＋数１０ｋＨｚ）程度、駆動周波数ｆ
2 は２０ＭＨｚ程度であり、ビート周波数である（ｆ1-
ｆ2)は数１０ｋＨｚである。
【００６２】この場合、ＡＯＭ１７Ａ内の超音波作用領
域の中心とＡＯＭ１７Ｂ内の超音波作用領域の中心との
空気長に換算した間隔ｓは、（Ａ２）式又は（Ａ３）式
の条件を満たすように設定されている。具体的に、入射
する光束Ｌ0 の中心波長を６３３ｎｍ、光束Ｌ0 のビー
ム径を２ｍｍとする。そして、ＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂ内
の超音波の音速ｖを３０００ｍ／ｓとすると、間隔ｓは
一例として約３５．５ｍｍとなる。また、図８より分か
るように、ＡＯＭ１７Ａからの＋１次回折光Ｌ 0(1)と、
ＡＯＭ１７Ｂからの＋１次回折光ＬA(1)とは間隔ｓにほ
ぼ比例して位置ずれしているが、間隔ｓが３５．５ｍｍ
程度の場合には、その位置ずれ量は０．１５ｍｍ程度の
僅かな量である。
域の中心とＡＯＭ１７Ｂ内の超音波作用領域の中心との
空気長に換算した間隔ｓは、（Ａ２）式又は（Ａ３）式
の条件を満たすように設定されている。具体的に、入射
する光束Ｌ0 の中心波長を６３３ｎｍ、光束Ｌ0 のビー
ム径を２ｍｍとする。そして、ＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂ内
の超音波の音速ｖを３０００ｍ／ｓとすると、間隔ｓは
一例として約３５．５ｍｍとなる。また、図８より分か
るように、ＡＯＭ１７Ａからの＋１次回折光Ｌ 0(1)と、
ＡＯＭ１７Ｂからの＋１次回折光ＬA(1)とは間隔ｓにほ
ぼ比例して位置ずれしているが、間隔ｓが３５．５ｍｍ
程度の場合には、その位置ずれ量は０．１５ｍｍ程度の
僅かな量である。
【００６３】但し、それら２つの回折光の位置ずれ量が
僅かでもあると、位置ずれした部分の光束はノイズ光と
なり、そのままそのノイズ光を受光すると、得られる光
ビート信号のコントラストが低下する要因となる。そこ
で、図１の実施例ではそのようなノイズ光を除去するた
めの視野絞り５７が設けられている。図１０は、図１の
要部を簡略化して示し、この図１０において、図１のレ
ンズ１８ａ〜レンズ１８ｂまでの光学系がリレーレンズ
系５５として表されている。この場合、リレーレンズ系
５５に関して、ＡＯＭ１７Ａの中心とＡＯＭ１７Ｂの中
心との中点と共役な位置に視野絞り５７が配置されてい
る。そして、２つの回折光Ｌ0(1)及びＬA(1)の重畳領域
５６Ａの周辺部の光束と、回折光Ｌ0(-1) 及びＬA(-1)
の重畳領域５６Ｂの周辺部の光束とを、その視野絞り５
７で遮光している。本例によれば、得られる光束Ｌ1(1)
及びＬ2(-1) はそれぞれ必要な周波数変調が施された成
分のみであるため、最終的に得られる光ビート信号のコ
ントラストが向上する。
僅かでもあると、位置ずれした部分の光束はノイズ光と
なり、そのままそのノイズ光を受光すると、得られる光
ビート信号のコントラストが低下する要因となる。そこ
で、図１の実施例ではそのようなノイズ光を除去するた
めの視野絞り５７が設けられている。図１０は、図１の
要部を簡略化して示し、この図１０において、図１のレ
ンズ１８ａ〜レンズ１８ｂまでの光学系がリレーレンズ
系５５として表されている。この場合、リレーレンズ系
５５に関して、ＡＯＭ１７Ａの中心とＡＯＭ１７Ｂの中
心との中点と共役な位置に視野絞り５７が配置されてい
る。そして、２つの回折光Ｌ0(1)及びＬA(1)の重畳領域
５６Ａの周辺部の光束と、回折光Ｌ0(-1) 及びＬA(-1)
の重畳領域５６Ｂの周辺部の光束とを、その視野絞り５
７で遮光している。本例によれば、得られる光束Ｌ1(1)
及びＬ2(-1) はそれぞれ必要な周波数変調が施された成
分のみであるため、最終的に得られる光ビート信号のコ
ントラストが向上する。
【００６４】なお、その２つのＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂの
間隔ｓはできれば０となるのが望ましいが、図８のよう
に隣接して配置するときには、間隔ｓは０にはなり得な
い。そこで、実質的に間隔ｓを０にするには、２つのＡ
ＯＭの間にリレーレンズ系を配置すればよい。図９は、
そのようにリレーレンズ系を配置した変形例を示し、こ
の図９において、第１のＡＯＭ１７Ａ’と第２のＡＯＭ
１７Ｂとの間に、２枚のレンズ５４Ａ及び５４Ｂよりな
る等倍のリレーレンズ系が配置されている。第１のＡＯ
Ｍ１７Ａ’は、図８の第１のＡＯＭ１７Ａを上下反転し
て進行波の方向を逆にしたものである。また、レンズ５
４Ａ及び５４Ｂの焦点距離をＦＤ1 及びＦＤ2 として、
ＡＯＭ１７Ａ’の超音波作用領域の中心Ｐをレンズ５４
Ａの前側焦点に配置し、２枚のレンズ５４Ａ及び５４Ｂ
の間隔を（ＦＤ1 ＋ＦＤ2 ）に設定し、レンズ５４Ｂの
後側焦点にＡＯＭ１７Ｂの超音波作用領域の中心Ｑを配
置する。即ち、そのリレーレンズ系により、ＡＯＭ１７
Ａ’の超音波作用領域の中心Ｐと、ＡＯＭ１７Ｂの超音
波作用領域の中心Ｑとが共役となっている。この場合、
レンズ５４Ａ，５４Ｂよりなるリレーレンズ系は両側テ
レセントリックであることが望ましい。また、１回のリ
レーにより、２つのＡＯＭ１７Ａ’，１７Ｂ内の進行波
の方向は同じ方向に設定されている。
間隔ｓはできれば０となるのが望ましいが、図８のよう
に隣接して配置するときには、間隔ｓは０にはなり得な
い。そこで、実質的に間隔ｓを０にするには、２つのＡ
ＯＭの間にリレーレンズ系を配置すればよい。図９は、
そのようにリレーレンズ系を配置した変形例を示し、こ
の図９において、第１のＡＯＭ１７Ａ’と第２のＡＯＭ
１７Ｂとの間に、２枚のレンズ５４Ａ及び５４Ｂよりな
る等倍のリレーレンズ系が配置されている。第１のＡＯ
Ｍ１７Ａ’は、図８の第１のＡＯＭ１７Ａを上下反転し
て進行波の方向を逆にしたものである。また、レンズ５
４Ａ及び５４Ｂの焦点距離をＦＤ1 及びＦＤ2 として、
ＡＯＭ１７Ａ’の超音波作用領域の中心Ｐをレンズ５４
Ａの前側焦点に配置し、２枚のレンズ５４Ａ及び５４Ｂ
の間隔を（ＦＤ1 ＋ＦＤ2 ）に設定し、レンズ５４Ｂの
後側焦点にＡＯＭ１７Ｂの超音波作用領域の中心Ｑを配
置する。即ち、そのリレーレンズ系により、ＡＯＭ１７
Ａ’の超音波作用領域の中心Ｐと、ＡＯＭ１７Ｂの超音
波作用領域の中心Ｑとが共役となっている。この場合、
レンズ５４Ａ，５４Ｂよりなるリレーレンズ系は両側テ
レセントリックであることが望ましい。また、１回のリ
レーにより、２つのＡＯＭ１７Ａ’，１７Ｂ内の進行波
の方向は同じ方向に設定されている。
【００６５】この変形例では、入射する光束Ｌ0 による
ＡＯＭ１７Ａ’内の中心Ｐからの−１次回折光Ｌ0(-1)
、＋１次回折光ＬA(1)、及び０次光ＬA は、それぞれ
リレーレンズ系を介してＡＯＭ１７Ｂ内の中心Ｑで交差
する。従って、その中心Ｑからは、その０次光ＬA によ
るＡＯＭ１７Ｂからの＋１次回折光ＬA(1)と、＋１次回
折光Ｌ0(1)とがほぼ完全に重なった状態で射出され、そ
の０次光ＬA によるＡＯＭ１７Ｂからの−１次回折光Ｌ
A(-1) と、−１次回折光Ｌ0(-1) とがほぼ完全に重なっ
た状態で射出される。従って、アライメント用の光束の
利用効率が高くなり、且つ得られる光ビート信号のコン
トラストが高くなる利点がある。
ＡＯＭ１７Ａ’内の中心Ｐからの−１次回折光Ｌ0(-1)
、＋１次回折光ＬA(1)、及び０次光ＬA は、それぞれ
リレーレンズ系を介してＡＯＭ１７Ｂ内の中心Ｑで交差
する。従って、その中心Ｑからは、その０次光ＬA によ
るＡＯＭ１７Ｂからの＋１次回折光ＬA(1)と、＋１次回
折光Ｌ0(1)とがほぼ完全に重なった状態で射出され、そ
の０次光ＬA によるＡＯＭ１７Ｂからの−１次回折光Ｌ
A(-1) と、−１次回折光Ｌ0(-1) とがほぼ完全に重なっ
た状態で射出される。従って、アライメント用の光束の
利用効率が高くなり、且つ得られる光ビート信号のコン
トラストが高くなる利点がある。
【００６６】次に、ＡＯＭの変形例につき説明する。第
１の変形例は、互いに逆方向に進行波が進むＡＯＭを交
互に３個以上配置したものである。図１１は、そのよう
な第１の変形例を示し、この図１１において、入射する
光束Ｌ0 の進行方向に順次、ＡＯＭ１７Ｃ，１７Ｄ，１
７Ｅ，１７Ｆが配置され、これらのＡＯＭ内には交互に
逆方向に周波数ｆ1 の進行波、及び周波数ｆ2 の進行波
が供給されている。また本例でも、隣接する２つのＡＯ
Ｍの間隔ｓは、それぞれ（Ａ２）式又は（Ａ３）式の条
件を満たすように設定されている。そして、入射する光
束Ｌ0 による、ＡＯＭ１７Ｃ〜１７Ｆからの＋１次回折
光の混合光が光束Ｌ1(1)となり、ＡＯＭ１７Ｃ〜１７Ｆ
からの−１次回折光の混合光が光束Ｌ 2(-1) となり、こ
れらの２光束を干渉させることにより、ビート周波数が
（ｆ1−ｆ2)の光ビート信号が得られる。
１の変形例は、互いに逆方向に進行波が進むＡＯＭを交
互に３個以上配置したものである。図１１は、そのよう
な第１の変形例を示し、この図１１において、入射する
光束Ｌ0 の進行方向に順次、ＡＯＭ１７Ｃ，１７Ｄ，１
７Ｅ，１７Ｆが配置され、これらのＡＯＭ内には交互に
逆方向に周波数ｆ1 の進行波、及び周波数ｆ2 の進行波
が供給されている。また本例でも、隣接する２つのＡＯ
Ｍの間隔ｓは、それぞれ（Ａ２）式又は（Ａ３）式の条
件を満たすように設定されている。そして、入射する光
束Ｌ0 による、ＡＯＭ１７Ｃ〜１７Ｆからの＋１次回折
光の混合光が光束Ｌ1(1)となり、ＡＯＭ１７Ｃ〜１７Ｆ
からの−１次回折光の混合光が光束Ｌ 2(-1) となり、こ
れらの２光束を干渉させることにより、ビート周波数が
（ｆ1−ｆ2)の光ビート信号が得られる。
【００６７】この場合、複数個のＡＯＭ１７Ｃ〜１７Ｆ
の音響光学媒体は材質が異なっていてもかまわないが、
各音響光学媒体内の超音波の波長はほぼ等しいことが望
ましい。材質が異なっていて音速が違う場合でも、超音
波の速度ｖ及び周波数ｆを用いて波長Λ＝ｖ／ｆとなる
ため、超音波の周波数ｆを変えることにより超音波の波
長Λを等しくすることが可能である。
の音響光学媒体は材質が異なっていてもかまわないが、
各音響光学媒体内の超音波の波長はほぼ等しいことが望
ましい。材質が異なっていて音速が違う場合でも、超音
波の速度ｖ及び周波数ｆを用いて波長Λ＝ｖ／ｆとなる
ため、超音波の周波数ｆを変えることにより超音波の波
長Λを等しくすることが可能である。
【００６８】次に、ＡＯＭの第２の変形例につき説明す
る。本例は、１つの音響光学媒体内に複数個の進行波を
交互に逆方向に供給するものである。図１２は、その第
２の変形例のＡＯＭ１７Ｇを示し、この図１２におい
て、音響光学媒体４１Ｇの一方の側面に空気長に換算し
た間隔ｓで順次、吸音材４６Ｃ、電極板に挟まれたトラ
ンスデューサ４３Ｄ、吸音材４６Ｅ、及び電極板に挟ま
れたトランスデューサ４３Ｆが固定されている。また、
音響光学媒体４１Ｇの他方の側面に、吸音材４６Ｃ、ト
ランスデューサ４３Ｄ、吸音材４６Ｅ、及びトランスデ
ューサ４３Ｆに対向するように、電極板に挟まれたトラ
ンスデューサ４３Ｃ、吸音材４６Ｄ、電極板に挟まれた
トランスデューサ４３Ｅ、及び吸音材４６Ｆが固定され
ている。そして、音響光学媒体４１Ｇ内には、トランス
デューサ４３Ｃ〜４３Ｆにより周波数ｆ1 の進行波と周
波数ｆ2 の進行波とが交互に逆方向に供給されている。
る。本例は、１つの音響光学媒体内に複数個の進行波を
交互に逆方向に供給するものである。図１２は、その第
２の変形例のＡＯＭ１７Ｇを示し、この図１２におい
て、音響光学媒体４１Ｇの一方の側面に空気長に換算し
た間隔ｓで順次、吸音材４６Ｃ、電極板に挟まれたトラ
ンスデューサ４３Ｄ、吸音材４６Ｅ、及び電極板に挟ま
れたトランスデューサ４３Ｆが固定されている。また、
音響光学媒体４１Ｇの他方の側面に、吸音材４６Ｃ、ト
ランスデューサ４３Ｄ、吸音材４６Ｅ、及びトランスデ
ューサ４３Ｆに対向するように、電極板に挟まれたトラ
ンスデューサ４３Ｃ、吸音材４６Ｄ、電極板に挟まれた
トランスデューサ４３Ｅ、及び吸音材４６Ｆが固定され
ている。そして、音響光学媒体４１Ｇ内には、トランス
デューサ４３Ｃ〜４３Ｆにより周波数ｆ1 の進行波と周
波数ｆ2 の進行波とが交互に逆方向に供給されている。
【００６９】本例のＡＯＭ１７Ｇを使用しても、図１１
の複数個のＡＯＭ１７Ｃ〜１７Ｆを使用した場合と同様
に、入射する光束Ｌ0 より所定の周波数差を有する２光
束を生成することができる。次に、本発明の第２実施例
につき図１３を参照して説明する。本実施例も、投影露
光装置のヘテロダイン干渉型のアライメント系に本発明
を適用したものであり、図１３において図１に対応する
部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。但
し、本例はブラッグ回折（音響ブラッグ回折）領域で音
響光学素子を使用する例である。
の複数個のＡＯＭ１７Ｃ〜１７Ｆを使用した場合と同様
に、入射する光束Ｌ0 より所定の周波数差を有する２光
束を生成することができる。次に、本発明の第２実施例
につき図１３を参照して説明する。本実施例も、投影露
光装置のヘテロダイン干渉型のアライメント系に本発明
を適用したものであり、図１３において図１に対応する
部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。但
し、本例はブラッグ回折（音響ブラッグ回折）領域で音
響光学素子を使用する例である。
【００７０】図１３において、白色光源１０からの白色
光は、口径可変な可変絞り１１及びコンデンサーレンズ
１２を介することにより平行光束Ｌ0 に変換された後、
所定の波長域の光を抽出するバンドパスフィルター１３
を介して回折格子１４に垂直に入射する。この回折格子
１４に垂直に入射した平行光束Ｌ0 は、回折格子１４の
回折作用によって所定の波長域をもつ±１次回折光
Ｌ1 ，Ｌ2 に分割される。
光は、口径可変な可変絞り１１及びコンデンサーレンズ
１２を介することにより平行光束Ｌ0 に変換された後、
所定の波長域の光を抽出するバンドパスフィルター１３
を介して回折格子１４に垂直に入射する。この回折格子
１４に垂直に入射した平行光束Ｌ0 は、回折格子１４の
回折作用によって所定の波長域をもつ±１次回折光
Ｌ1 ，Ｌ2 に分割される。
【００７１】さて、所定の波長域を持つ±１次回折光
（以下、単に「光束」と呼ぶ）Ｌ1 ，Ｌ2 は、レンズ１
５ａ及び１５ｂを有するリレー光学系１５によって集光
された後、直列して配列されたＡＯＭ１７Ａ及び１７Ｂ
に対し等しい入射角のもとで対称に入射する。なお、レ
ンズ１５ａとレンズ１５ｂとの間には、回折格子１４か
らの±１次回折光を抽出するための空間フィルター１６
が設けられている。
（以下、単に「光束」と呼ぶ）Ｌ1 ，Ｌ2 は、レンズ１
５ａ及び１５ｂを有するリレー光学系１５によって集光
された後、直列して配列されたＡＯＭ１７Ａ及び１７Ｂ
に対し等しい入射角のもとで対称に入射する。なお、レ
ンズ１５ａとレンズ１５ｂとの間には、回折格子１４か
らの±１次回折光を抽出するための空間フィルター１６
が設けられている。
【００７２】ＡＯＭ１７Ａ及び１７Ｂは、それぞれ周波
数ｆ1 及びｆ2 （ｆ1 ＞ｆ2 ）の高周波信号ＳＦ1 及び
ＳＦ2 で逆方向から駆動されており、所定の波長域の光
束Ｌ 1 及びＬ2 はＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂによりブラッグ
回折作用を受ける。以下では、回折光の次数は高周波信
号ＳＦ1 による進行波の進行方向を基準にして考える。
数ｆ1 及びｆ2 （ｆ1 ＞ｆ2 ）の高周波信号ＳＦ1 及び
ＳＦ2 で逆方向から駆動されており、所定の波長域の光
束Ｌ 1 及びＬ2 はＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂによりブラッグ
回折作用を受ける。以下では、回折光の次数は高周波信
号ＳＦ1 による進行波の進行方向を基準にして考える。
【００７３】このとき、所定の波長域の光束Ｌ1 及びＬ
2 の中心周波数をそれぞれｆ0 とすると、光束Ｌ1 の第
１のＡＯＭ１７Ａによる＋１次回折光と、第２のＡＯＭ
１７Ｂによる＋１次回折光との混合光が光束Ｌ1(1)とな
り、光束Ｌ2 のＡＯＭ１７Ａによる−１次回折光と、Ａ
ＯＭ１７Ｂによる−１次回折光との混合光が光束Ｌ2(-
1) となっている。そして、光束Ｌ1(1)は２つのＡＯＭ
１７Ａ，１７Ｂにより実質的に（ｆ1-ｆ2)／２で周波数
変調され、他方の光束Ｌ2(-1) は２つのＡＯＭ１７Ａ，
１７Ｂにより実質的に−（ｆ1-ｆ2)／２で周波数変調さ
れて、それら２つの光束の干渉光のビート周波数は（ｆ
1-ｆ2)にビートダウンされている。
2 の中心周波数をそれぞれｆ0 とすると、光束Ｌ1 の第
１のＡＯＭ１７Ａによる＋１次回折光と、第２のＡＯＭ
１７Ｂによる＋１次回折光との混合光が光束Ｌ1(1)とな
り、光束Ｌ2 のＡＯＭ１７Ａによる−１次回折光と、Ａ
ＯＭ１７Ｂによる−１次回折光との混合光が光束Ｌ2(-
1) となっている。そして、光束Ｌ1(1)は２つのＡＯＭ
１７Ａ，１７Ｂにより実質的に（ｆ1-ｆ2)／２で周波数
変調され、他方の光束Ｌ2(-1) は２つのＡＯＭ１７Ａ，
１７Ｂにより実質的に−（ｆ1-ｆ2)／２で周波数変調さ
れて、それら２つの光束の干渉光のビート周波数は（ｆ
1-ｆ2)にビートダウンされている。
【００７４】その後、光束Ｌ1 (1) 及び光束Ｌ2 (-1)
は、レンズ１８ａ、反射ミラー２０、レンズ１８ｂ、レ
ンズ２１を介し、ビームスプリッター２２によりそれぞ
れ２分割される。なお、レンズ１８ａとレンズ１８ｂと
で構成されるリレー光学系の間には、光束Ｌ1 (1) と光
束Ｌ2 (-1)とを抽出するための空間フィルター１９が設
けられている。そして、ＡＯＭ１７Ａ．１７Ｂからは０
次光及び高次回折光も発生するが、これらは空間フィル
ター１９により阻止される。その他の構成は図１の実施
例と同様であるため、ここでは説明を省略する。
は、レンズ１８ａ、反射ミラー２０、レンズ１８ｂ、レ
ンズ２１を介し、ビームスプリッター２２によりそれぞ
れ２分割される。なお、レンズ１８ａとレンズ１８ｂと
で構成されるリレー光学系の間には、光束Ｌ1 (1) と光
束Ｌ2 (-1)とを抽出するための空間フィルター１９が設
けられている。そして、ＡＯＭ１７Ａ．１７Ｂからは０
次光及び高次回折光も発生するが、これらは空間フィル
ター１９により阻止される。その他の構成は図１の実施
例と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７５】次に、図１３に示した第２実施例におい
て、互いに異なる周波数の２光束を生成する部分につい
てより具体的な構成及び原理を図１３、及び図１４を参
照しながら説明する。図１３において、白色光の光束Ｌ
0 が回折格子１４に対して垂直に入射すると、回折格子
１４の回折作用により、各波長毎に各次数の回折光が発
生する。
て、互いに異なる周波数の２光束を生成する部分につい
てより具体的な構成及び原理を図１３、及び図１４を参
照しながら説明する。図１３において、白色光の光束Ｌ
0 が回折格子１４に対して垂直に入射すると、回折格子
１４の回折作用により、各波長毎に各次数の回折光が発
生する。
【００７６】このとき、回折格子１４の法線方向に対す
る回折光の回折角をφ1 、回折格子１４のピッチを
ＰG 、光の波長をλ、回折光の次数をＮ（整数）とする
とき、以下の（Ｂ６）式を満足する各次数の回折光が発
生する。 sin φ1 ＝Ｎλ／ＰG （Ｂ６） そして、集光レンズ１５ａを通過した所定の波長帯の各
次数の回折光は、集光レンズ１５ａの後側焦点位置（集
光レンズ１５ｂの前側焦点位置）に配置された空間フィ
ルター１６によってフィルタリングされ、所定の波長帯
の±１次回折光以外の光は遮蔽され、所定の波長帯の±
１次回折光Ｌ1 ，Ｌ2 のみが選択されて、集光レンズ１
５ｂを介してＡＯＭ１７Ａに向かう。
る回折光の回折角をφ1 、回折格子１４のピッチを
ＰG 、光の波長をλ、回折光の次数をＮ（整数）とする
とき、以下の（Ｂ６）式を満足する各次数の回折光が発
生する。 sin φ1 ＝Ｎλ／ＰG （Ｂ６） そして、集光レンズ１５ａを通過した所定の波長帯の各
次数の回折光は、集光レンズ１５ａの後側焦点位置（集
光レンズ１５ｂの前側焦点位置）に配置された空間フィ
ルター１６によってフィルタリングされ、所定の波長帯
の±１次回折光以外の光は遮蔽され、所定の波長帯の±
１次回折光Ｌ1 ，Ｌ2 のみが選択されて、集光レンズ１
５ｂを介してＡＯＭ１７Ａに向かう。
【００７７】ここで、空間フィルター１６を通過する±
１次回折光Ｌ1 ，Ｌ2 の回折角を考えると、例えば、照
射光Ｌ0 の中心波長λ0 を６３３ｎｍ、光束Ｌ0 の波長
帯を（λ0 ±Δλ）（Δλは２０ｎｍ）、回折格子１４
のピッチを４μｍとするとき、６１３ｎｍの最短波長に
よる±１次回折光の回折角は（Ｂ６）式より８．８２゜
となり、６５３ｎｍの最長波長による±１次回折光の回
折角は、（Ｂ６）式より９．４０゜となる。
１次回折光Ｌ1 ，Ｌ2 の回折角を考えると、例えば、照
射光Ｌ0 の中心波長λ0 を６３３ｎｍ、光束Ｌ0 の波長
帯を（λ0 ±Δλ）（Δλは２０ｎｍ）、回折格子１４
のピッチを４μｍとするとき、６１３ｎｍの最短波長に
よる±１次回折光の回折角は（Ｂ６）式より８．８２゜
となり、６５３ｎｍの最長波長による±１次回折光の回
折角は、（Ｂ６）式より９．４０゜となる。
【００７８】従って、６１３ｎｍ〜６５３ｎｍの波長帯
の光では８．８２゜〜９．４０°の範囲の回折角の±１
次回折光が発生する。この様に、光の波長が異なるのに
伴い回折角φ1 が変化するが、本実施例ではリレー光学
系１５ａ，１５ｂによって回折格子１４の回折点をＡＯ
Ｍ１７Ａ，１７Ｂの中点にリレーして、各波長の±１次
回折光をＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂの中点で集光させている
ため、回折格子１４により対称に２分割される所定の波
長帯の±１次回折光Ｌ1 ，Ｌ2 は、各波長毎に予め定め
られた入射角φ2 のもとでＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂに対し
対称に入射する。これについて式をもって説明する。
の光では８．８２゜〜９．４０°の範囲の回折角の±１
次回折光が発生する。この様に、光の波長が異なるのに
伴い回折角φ1 が変化するが、本実施例ではリレー光学
系１５ａ，１５ｂによって回折格子１４の回折点をＡＯ
Ｍ１７Ａ，１７Ｂの中点にリレーして、各波長の±１次
回折光をＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂの中点で集光させている
ため、回折格子１４により対称に２分割される所定の波
長帯の±１次回折光Ｌ1 ，Ｌ2 は、各波長毎に予め定め
られた入射角φ2 のもとでＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂに対し
対称に入射する。これについて式をもって説明する。
【００７９】図１４は、図１３内の２つのＡＯＭ１７
Ａ，１７Ｂの拡大図であり、この図１４において、所定
の波長域の±１次回折光Ｌ1 ，Ｌ2 は、入射角φ2 で２
方向からＡＯＭ１７Ａに入射し、各回折光の一部の光束
Ｌ1A、及びＬ2Aは第１のＡＯＭ１７Ａによる音響ブラッ
グ回折作用を受けるが、各回折光の残りの光束Ｌ1B，Ｌ
2BはそのままＡＯＭ１７Ａを透過してＡＯＭ１７Ｂに対
称に入射する。そして、残りの光束Ｌ1B，Ｌ2Bは第２の
ＡＯＭ１７Ｂによる音響ブラッグ回折作用を受ける。
Ａ，１７Ｂの拡大図であり、この図１４において、所定
の波長域の±１次回折光Ｌ1 ，Ｌ2 は、入射角φ2 で２
方向からＡＯＭ１７Ａに入射し、各回折光の一部の光束
Ｌ1A、及びＬ2Aは第１のＡＯＭ１７Ａによる音響ブラッ
グ回折作用を受けるが、各回折光の残りの光束Ｌ1B，Ｌ
2BはそのままＡＯＭ１７Ａを透過してＡＯＭ１７Ｂに対
称に入射する。そして、残りの光束Ｌ1B，Ｌ2Bは第２の
ＡＯＭ１７Ｂによる音響ブラッグ回折作用を受ける。
【００８０】この場合、第１のＡＯＭ１７Ａは、光束Ｌ
1Aの＋１次回折光Ｌ1A(1) の回折角と、光束Ｌ2Aの−１
次回折光Ｌ2A(-1)の回折角とが共にほぼ２φ2 （入射角
φ2の２倍）となる周波数ｆ1 の高周波信号ＳＦ1 によ
り駆動されている。また、第２のＡＯＭ１７Ｂは、光束
Ｌ1Bの＋１次回折光Ｌ1B(1) の回折角と、光束Ｌ2Bの−
１次回折光Ｌ2B(-1)の回折角とが共にほぼ２φ2 となる
周波数ｆ2 （周波数ｆ 1 より僅かに小さい）の高周波信
号ＳＦ2 により駆動されている。
1Aの＋１次回折光Ｌ1A(1) の回折角と、光束Ｌ2Aの−１
次回折光Ｌ2A(-1)の回折角とが共にほぼ２φ2 （入射角
φ2の２倍）となる周波数ｆ1 の高周波信号ＳＦ1 によ
り駆動されている。また、第２のＡＯＭ１７Ｂは、光束
Ｌ1Bの＋１次回折光Ｌ1B(1) の回折角と、光束Ｌ2Bの−
１次回折光Ｌ2B(-1)の回折角とが共にほぼ２φ2 となる
周波数ｆ2 （周波数ｆ 1 より僅かに小さい）の高周波信
号ＳＦ2 により駆動されている。
【００８１】今、ＡＯＭ１７Ａ，１７Ｂのブラッグ回折
による回折角の平均値をθb1（＝２φ2 ）とし、ＡＯＭ
１７Ａ，１７Ｂ内を横切る進行波（超音波）４７Ａ，４
７Ｂの速度の平均値をｖ、光の波長をλとすると、ＡＯ
Ｍ１７Ａ，１７Ｂ内を横切る超音波４７Ａ，４７Ｂ（進
行波）の波長の平均値Λ1 及び回折角の平均値θb1につ
いて、それぞれ次の（Ｂ７）式、（Ｂ８）式の関係が成
立する。
による回折角の平均値をθb1（＝２φ2 ）とし、ＡＯＭ
１７Ａ，１７Ｂ内を横切る進行波（超音波）４７Ａ，４
７Ｂの速度の平均値をｖ、光の波長をλとすると、ＡＯ
Ｍ１７Ａ，１７Ｂ内を横切る超音波４７Ａ，４７Ｂ（進
行波）の波長の平均値Λ1 及び回折角の平均値θb1につ
いて、それぞれ次の（Ｂ７）式、（Ｂ８）式の関係が成
立する。
【００８２】
Λ＝ｖ／ｆ，（ｆ＝（ｆ1 ＋ｆ2 ）／２） （Ｂ７）
sin θb1＝λ／Λ （Ｂ８）
よって、（Ｂ７）式及び（Ｂ８）式より、ＡＯＭ１７
Ａ，１７Ｂによる回折角の平均値θb （＝２φ2 ）は、
最終的に次式の如くなる。 sin θb1＝ｆ・λ／ｖ（又は、sin2φ2 ＝ｆ・λ／ｖ） （Ｂ９） 従って、ＡＯＭ１７Ａからの＋１次回折光Ｌ1A(1) 及び
ＡＯＭ１７Ｂからの＋１次回折光Ｌ1B(1) よりなる光束
Ｌ1(1)と、ＡＯＭ１７Ａからの−１次回折光Ｌ 2A(-1)及
びＡＯＭ１７Ｂからの−１次回折光Ｌ2B(-1)よりなる光
束Ｌ2(-1)とは、各波長毎に（Ｂ９）式を満足する回折
角を持ってＡＯＭ１７Ｂから対称に射出される。
Ａ，１７Ｂによる回折角の平均値θb （＝２φ2 ）は、
最終的に次式の如くなる。 sin θb1＝ｆ・λ／ｖ（又は、sin2φ2 ＝ｆ・λ／ｖ） （Ｂ９） 従って、ＡＯＭ１７Ａからの＋１次回折光Ｌ1A(1) 及び
ＡＯＭ１７Ｂからの＋１次回折光Ｌ1B(1) よりなる光束
Ｌ1(1)と、ＡＯＭ１７Ａからの−１次回折光Ｌ 2A(-1)及
びＡＯＭ１７Ｂからの−１次回折光Ｌ2B(-1)よりなる光
束Ｌ2(-1)とは、各波長毎に（Ｂ９）式を満足する回折
角を持ってＡＯＭ１７Ｂから対称に射出される。
【００８３】なお、図１３のリレー光学系１５ａ，１５
ｂの倍率をβ1 とし、リレー光学系１５ａ，１５ｂが正
弦条件を満足しているとすると、次の関係が成立する。 β1 ＝sin φ1 ／sin φ2 ≒２sin φ1 ／sin(２φ2 ） （Ｂ１０） （Ｂ６）式、（Ｂ９）式及び（Ｂ１０）式より以下の
（Ｂ１１）式が導出される。
ｂの倍率をβ1 とし、リレー光学系１５ａ，１５ｂが正
弦条件を満足しているとすると、次の関係が成立する。 β1 ＝sin φ1 ／sin φ2 ≒２sin φ1 ／sin(２φ2 ） （Ｂ１０） （Ｂ６）式、（Ｂ９）式及び（Ｂ１０）式より以下の
（Ｂ１１）式が導出される。
【００８４】
β1 ＝（２ｖ）／（ＰG・ｆ） （Ｂ１１）
よって、リレー光学系１５ａ，１５ｂは、上の（Ｂ１
１）式を満足するように構成することが望ましい。ま
た、図１４において、ＡＯＭ１７Ａの超音波作用領域の
中心とＡＯＭ１７Ｂの超音波作用領域の中心との間隔ｓ
は、ＡＯＭ１７Ａからの＋１次回折光Ｌ1A(1) （又は−
１次回折光Ｌ2A(-1)）とＡＯＭ１７Ｂからの＋１次回折
光Ｌ1B(1) （又は−１次回折光Ｌ2B(-1)）との位相差φ
BRが、整数ｍを用いて次の範囲内に収まるように設定さ
れる。
１）式を満足するように構成することが望ましい。ま
た、図１４において、ＡＯＭ１７Ａの超音波作用領域の
中心とＡＯＭ１７Ｂの超音波作用領域の中心との間隔ｓ
は、ＡＯＭ１７Ａからの＋１次回折光Ｌ1A(1) （又は−
１次回折光Ｌ2A(-1)）とＡＯＭ１７Ｂからの＋１次回折
光Ｌ1B(1) （又は−１次回折光Ｌ2B(-1)）との位相差φ
BRが、整数ｍを用いて次の範囲内に収まるように設定さ
れる。
【００８５】
（ｍ−1/3)π＜φBR＜（ｍ＋1/3)π （Ｂ１２）
これにより、光束Ｌ1(1)及びＬ2(-1) を干渉させた場合
に得られる光ビート信号のコントラストが１／２以上と
なり、正確に位置検出を行うことができる。また、その
位相差φBRはｍπに近い程良いことは明かである。ま
た、図１４において、光束Ｌ1A及びＬ2AのＡＯＭ１７Ａ
での０次光５９、及び光束Ｌ1B及びＬ2BのＡＯＭ１７Ｂ
での０次光６０の光束Ｌ2 (-1)及び光束Ｌ1(1)に対する
混入を防ぐために、進行波４７Ａ，４７Ｂの各進行方向
と入射する２光束Ｌ1 ，Ｌ2 の張る平面とは非平行にし
てある。これにより、０次光５９及び６０は、図１３の
空間フィルター１９により完全に除去できる。
に得られる光ビート信号のコントラストが１／２以上と
なり、正確に位置検出を行うことができる。また、その
位相差φBRはｍπに近い程良いことは明かである。ま
た、図１４において、光束Ｌ1A及びＬ2AのＡＯＭ１７Ａ
での０次光５９、及び光束Ｌ1B及びＬ2BのＡＯＭ１７Ｂ
での０次光６０の光束Ｌ2 (-1)及び光束Ｌ1(1)に対する
混入を防ぐために、進行波４７Ａ，４７Ｂの各進行方向
と入射する２光束Ｌ1 ，Ｌ2 の張る平面とは非平行にし
てある。これにより、０次光５９及び６０は、図１３の
空間フィルター１９により完全に除去できる。
【００８６】更に、上述の第２実施例では、図１３に示
すように、光源手段（１０〜１２）から供給される白色
光（多波長光）を光束分割手段としての回折格子１４に
よって入射方向（光軸方向）に対して対称に分割してい
るが、回折格子１４とは別の光束分割手段を使用しても
よく、例えば、図１６に示すごときウオラストンプリズ
ム１４０を用いても良い。更に、図１５に示すように、
複数の単色光源１００〜１０２から射出される波長λ1
〜λ3 の光束を反射型回折格子１０３を用いて同軸に合
成して光束Ｌ0 とし、この光束Ｌ0 を図１又は図１３の
白色光源から射出される光束Ｌ0 の代わりに使用しても
よい。
すように、光源手段（１０〜１２）から供給される白色
光（多波長光）を光束分割手段としての回折格子１４に
よって入射方向（光軸方向）に対して対称に分割してい
るが、回折格子１４とは別の光束分割手段を使用しても
よく、例えば、図１６に示すごときウオラストンプリズ
ム１４０を用いても良い。更に、図１５に示すように、
複数の単色光源１００〜１０２から射出される波長λ1
〜λ3 の光束を反射型回折格子１０３を用いて同軸に合
成して光束Ｌ0 とし、この光束Ｌ0 を図１又は図１３の
白色光源から射出される光束Ｌ0 の代わりに使用しても
よい。
【００８７】また、図１及び図１３に示した各実施例と
も、各光電検出器２５，３３，３６により光電検出され
る信号から、位相差検出系５０内部の光ビート信号抽出
部にて所定の周波数のビート信号が抽出されている。し
かしながら、各光電検出器２５，３３，３６と位相差検
出系５０との間の電気的な経路間に、光ビート信号抽出
部（フーリエ変換回路）をそれぞれ配置し、各光電検出
器２５，３３，３６から出力される光電信号をそれぞれ
独立にフーリエ変換しても良い。
も、各光電検出器２５，３３，３６により光電検出され
る信号から、位相差検出系５０内部の光ビート信号抽出
部にて所定の周波数のビート信号が抽出されている。し
かしながら、各光電検出器２５，３３，３６と位相差検
出系５０との間の電気的な経路間に、光ビート信号抽出
部（フーリエ変換回路）をそれぞれ配置し、各光電検出
器２５，３３，３６から出力される光電信号をそれぞれ
独立にフーリエ変換しても良い。
【００８８】このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得る。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得る。
【００８９】
【発明の効果】本発明の位置検出装置によれば、必要に
応じて複数波長の光（白色光を含む）による光ビート信
号が得られるため、各波長の光ビート信号、即ち複数の
光ビート信号による平均化効果によって、各回折格子状
マークの非対称性による悪影響を抑えることができる。
しかも、多波長光（白色光）により被検面上の回折格子
マークを照射しているため、フォトレジスト層等の薄膜
干渉の影響を解消しながら、ヘテロダイン干渉法による
高精度な位置検出が達成できる。
応じて複数波長の光（白色光を含む）による光ビート信
号が得られるため、各波長の光ビート信号、即ち複数の
光ビート信号による平均化効果によって、各回折格子状
マークの非対称性による悪影響を抑えることができる。
しかも、多波長光（白色光）により被検面上の回折格子
マークを照射しているため、フォトレジスト層等の薄膜
干渉の影響を解消しながら、ヘテロダイン干渉法による
高精度な位置検出が達成できる。
【００９０】更に、多波長光（白色光）は２光束生成手
段により入射方向に対して対称に分割された後、各光学
系を光軸に対して対称かつ並列的に進行するため、分割
光束間には光路長差が原理的に発生しない。このため、
分割光束間の波面が揃っているため、高精度な位置合わ
せが可能となるばかりか、調整容易でコンパクトな装置
が実現できる。更に、隣接して配置された複数個の音響
光学素子内に交互に逆向きの超音波を供給するという簡
単な構成で、ラマン−ナス回折を利用する場合でも、ブ
ラッグ回折を利用する場合でも、ビートダウンされた低
い周波数の光ビート信号を得ることができる。
段により入射方向に対して対称に分割された後、各光学
系を光軸に対して対称かつ並列的に進行するため、分割
光束間には光路長差が原理的に発生しない。このため、
分割光束間の波面が揃っているため、高精度な位置合わ
せが可能となるばかりか、調整容易でコンパクトな装置
が実現できる。更に、隣接して配置された複数個の音響
光学素子内に交互に逆向きの超音波を供給するという簡
単な構成で、ラマン−ナス回折を利用する場合でも、ブ
ラッグ回折を利用する場合でも、ビートダウンされた低
い周波数の光ビート信号を得ることができる。
【００９１】また、隣接する２つの音響光学素子からの
回折光の位相差φにつき（Ａ１）式の条件を満たす場合
には、複数の回折光の干渉光を光電変換することにより
コントラストの高い、即ちＳＮ比の高い光ビート信号を
得ることができる。これにより、位置検出用の光の利用
効率も高くなる利点がある。また、複数個の音響光学素
子内の所定の隣接する２つの音響光学素子内にリレー光
学系を配置し、その所定の隣接する２つの音響光学素子
内の超音波作用領域をそのリレー光学系に関して共役な
位置に配置することにより、その隣接する２つの音響光
学素子の間隔を実質的に０にすることができるため、得
られる光ビート信号のコントラストが最大となる。しか
も、その隣接する２つの音響光学素子からの回折光の位
置ずれがなくなるため、光の利用効率も最大となる利点
がある。
回折光の位相差φにつき（Ａ１）式の条件を満たす場合
には、複数の回折光の干渉光を光電変換することにより
コントラストの高い、即ちＳＮ比の高い光ビート信号を
得ることができる。これにより、位置検出用の光の利用
効率も高くなる利点がある。また、複数個の音響光学素
子内の所定の隣接する２つの音響光学素子内にリレー光
学系を配置し、その所定の隣接する２つの音響光学素子
内の超音波作用領域をそのリレー光学系に関して共役な
位置に配置することにより、その隣接する２つの音響光
学素子の間隔を実質的に０にすることができるため、得
られる光ビート信号のコントラストが最大となる。しか
も、その隣接する２つの音響光学素子からの回折光の位
置ずれがなくなるため、光の利用効率も最大となる利点
がある。
【００９２】また、複数個の音響光学素子の超音波作用
領域の入射する光束の進行方向に対する中点と実質的に
共役な位置に、互いに周波数の異なる２光束の周辺のノ
イズ光を遮断する視野絞りを設けた場合には、位置検出
とは関係のない光束が遮断されるため、得られる光ビー
ト信号のコントラスト（ＳＮ比）が更に改善される。
領域の入射する光束の進行方向に対する中点と実質的に
共役な位置に、互いに周波数の異なる２光束の周辺のノ
イズ光を遮断する視野絞りを設けた場合には、位置検出
とは関係のない光束が遮断されるため、得られる光ビー
ト信号のコントラスト（ＳＮ比）が更に改善される。
【図１】本発明による第１実施例の投影露光装置の概略
構成を示す構成図である。
構成を示す構成図である。
【図２】第１実施例で使用される各回折格子マークを示
す拡大平面図である。
す拡大平面図である。
【図３】第１実施例のアライメント光学系内に設けられ
た各視野絞りを示す拡大平面図である。
た各視野絞りを示す拡大平面図である。
【図４】図１内の２光束生成部（互いに異なる周波数の
２光束を生成する部分）の構成を示す概念図である。
２光束を生成する部分）の構成を示す概念図である。
【図５】本発明における２つの音響光学素子からの回折
光の位相差の説明に供する図である。
光の位相差の説明に供する図である。
【図６】本発明により得られる干渉光の光強度Ｉ（ｔ）
の一例を示す波形図である。
の一例を示す波形図である。
【図７】空気長に換算した間隔の計算方法の説明図であ
る。
る。
【図８】第１実施例で使用される音響光学素子を示す構
成図である。
成図である。
【図９】２つの音響光学素子間にリレーレンズ系を配置
した変形例を示す構成図である。
した変形例を示す構成図である。
【図１０】図１における視野絞り５７の作用の説明に供
する概念図である。
する概念図である。
【図１１】音響光学素子の第１の変形例を示す構成図で
ある。
ある。
【図１２】音響光学素子の第２の変形例を示す構成図で
ある。
ある。
【図１３】本発明の第２実施例の投影露光装置の概略構
成を示す構成図である。
成を示す構成図である。
【図１４】第２実施例でブラッグ回折により周波数の異
なる２光束を生成する部分の構成を示す拡大図である。
なる２光束を生成する部分の構成を示す拡大図である。
【図１５】互いに異なる波長の光を射出する複数の光源
とブレーズド型の反射型回折格子とによって光源手段を
構成した例を示す図である。
とブレーズド型の反射型回折格子とによって光源手段を
構成した例を示す図である。
【図１６】光束分割手段をウオラストンプリズムで構成
した例を示す図である。
した例を示す図である。
１ レチクル
３ 投影光学系
４ ウエハ
ＲＭ，ＷＭ 回折格子マーク
１０ 白色光源
１１ 可変絞り
１２ コンデンサーレンズ
１３ バンドパスフィルター
１４ 回折格子
１５ａ，１５ｂ 第１リレー光学系
１７Ａ〜１７Ｇ，１７Ａ’ 音響光学素子（ＡＯＭ）
１８ａ，１８ｂ 第２リレー光学系
１６，１９ 空間フィルター
３８ 対物レンズ
５７ 視野絞り
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 平６−241726（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−82215（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−310404（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−168719（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−227604（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−283129（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−176512（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/027
G03F 7/20 521
G03F 9/00
Claims (8)
- 【請求項１】 互いに周波数の異なる２光束を生成する
２光束生成手段と、該２光束生成手段からの２光束を集
光して被検物体上に形成された回折格子状マークに対し
て前記２光束を所定の２方向から照射する対物光学系
と、前記回折格子状マークから発生する複数の回折光よ
りなる干渉光を光電的に検出する光電検出器とを有し、
該光電検出器の検出信号に基づいて前記被検物体の位置
を検出する位置検出装置において、 前記２光束生成手段は、複数波長の光を含む光束又は単
一波長の光束を生成する光源手段と、該光源手段からの
光束から互いに周波数の異なる２光束を生成する複数個
の音響光学素子とを備え、 該複数個の音響光学素子内の超音波の進行方向は交互に
逆向きに設定され、該複数個の音響光学素子内の隣接す
る２つの音響光学素子の超音波作用領域の前記光束の進
行方向に対する間隔は、それぞれ前記隣接する２つの音
響光学素子の超音波作用領域から同一方向に回折される
回折光の位相差φが、整数ｍを用いて、 （ｍ−１／３）π＜φ＜（ｍ＋１／３）π で表される範囲内にあることを特徴とする位置検出装
置。 - 【請求項２】 請求項１記載の位置検出装置であって、 前記複数個の音響光学素子内の隣接する２つの音響光学
素子の超音波作用領域の前記光束の進行方向に対する空
気中に換算した間隔ｓは、 前記互いに周波数の異なる２光束の空気内での平均波長
をλ、前記隣接する２つの音響光学素子内での超音波の
平均波長をΛ、該超音波の音速をｖ、該超音波の平均周
波数をｆとして、整数ｍを用いて、 （ｍ−1/3)Λ2/λ＜ｓ＜（ｍ＋1/3)Λ2/λ 即ち、 （ｍ−1/3)ｖ2/（λｆ2)＜ｓ＜（ｍ＋1/3)ｖ2/（λｆ2) で表される範囲内にあることを特徴とする位置検出装
置。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の位置検出装置であ
って、 前記複数個の音響光学素子内の所定の隣接する２つの音
響光学素子内にリレー光学系を配置し、前記所定の隣接
する２つの音響光学素子内の超音波作用領域を前記リレ
ー光学系に関して共役な位置に配置することを特徴とす
る位置検出装置。 - 【請求項４】 請求項１、２、又は３記載の位置検出装
置であって、 前記複数個の音響光学素子の超音波作用領域の前記光束
の進行方向に対する中点と実質的に共役な位置に、前記
互いに周波数の異なる２光束の周辺のノイズ光を遮断す
る視野絞りを設けることを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項５】 互いに周波数の異なる２光束を生成する
２光束生成手段と、該２光束生成手段からの２光束を集
光して被検物体上に形成された回折格子状マークに対し
て前記２光束を所定の２方向から照射する対物光学系
と、前記回折格子状マークから発生する複数の回折光よ
りなる干渉光を光電的に検出する光電検出器とを有し、
該光電検出器の検出信号に基づいて前記被検物体の位置
を検出する位置検出装置において、 前記２光束生成手段は、複数波長の光を含む光束又は単
一波長の光束を生成する光源手段と、該光源手段からの
光束から互いに周波数の異なる２光束を生成する音響光
学素子とを備え、 該音響光学素子内の超音波の進行方向は交互に逆向きに
設定され、該音響光学素子内の隣接する２つの超音波作
用領域の前記光束の進行方向に対する間隔は、それぞれ
前記隣接する２つの超音波作用領域から同一方向に回折
される回折光の位相差φが、整数ｍを用いて、 （ｍ−１／３）π＜φ＜（ｍ＋１／３）π で表される範囲内にあることを特徴とする位置検出装
置。 - 【請求項６】 請求項５記載の位置検出装置であって、 前記隣接する２つの超音波作用領域の前記光束の進行方
向に対する空気中に換算した間隔ｓは、 前記互いに周波数の異なる２光束の空気内での平均波長
をλ、前記隣接する２つの超音波作用領域内での超音波
の平均波長をΛ、該超音波の音速をｖ、該超音波の平均
周波数をｆとして、整数ｍを用いて、 （ｍ−1/3）Λ2／λ＜ｓ＜（ｍ＋1/3）Λ2／λ 即ち、 （ｍ−1/3）ｖ2／（λｆ2）＜ｓ＜（ｍ＋1/3）ｖ2／
（λｆ2） で表される範囲内にあることを特徴とする位置検出装
置。 - 【請求項７】 マスク上に形成された所定のパターンを
基板上に転写露光する露光装置において、 前記マスクと前記基板との位置合わせを行うための請求
項１〜６の何れか一項記載の位置検出装置を備えること
を特徴とする露光装置。 - 【請求項８】 マスク上に形成された所定のパターンを
基板上に転写露光する露光方法において、 請求項１〜６の何れか一項記載の位置検出装置を用いて
前記マスクと前記基板との位置合わせを行うことを特徴
とする露光方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05384995A JP3506156B2 (ja) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | 位置検出装置、露光装置、及び露光方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05384995A JP3506156B2 (ja) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | 位置検出装置、露光装置、及び露光方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08250396A JPH08250396A (ja) | 1996-09-27 |
| JP3506156B2 true JP3506156B2 (ja) | 2004-03-15 |
Family
ID=12954223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05384995A Expired - Fee Related JP3506156B2 (ja) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | 位置検出装置、露光装置、及び露光方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3506156B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012127808A1 (ja) * | 2011-03-22 | 2012-09-27 | パナソニック株式会社 | 光マイクロホン |
| WO2014057998A1 (ja) * | 2012-10-12 | 2014-04-17 | 株式会社ニコン | 照明装置及び顕微鏡、並びに照明方法及び観察方法 |
| CN103777476B (zh) * | 2012-10-19 | 2016-01-27 | 上海微电子装备有限公司 | 一种离轴对准系统及对准方法 |
-
1995
- 1995-03-14 JP JP05384995A patent/JP3506156B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08250396A (ja) | 1996-09-27 |
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