JPH10239018A - ４光束生成装置及びそれを用いた位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】実質的に同一の場所で被検物の２次元的な位置
を計測するための２組の２光束を供給可能な４光束生成
装置と、これを用いた位置検出装置を提供する。 【解決手段】光源からの光束ＬＢを光束分離手段ＤＧ１
に入射し、光束分離手段から射出する光束Ａ，Ｂを第１
の音響光学素子ＲＮ１と第２の音響光学素子ＲＮ２とを
通過させることにより、それぞれ光軸対称に射出され且
つ両素子の駆動周波数差に比例した周波数差を有する一
対の光束を、２組Ｐ，Ｒ；Ｑ，Ｓ生成した４光束生成装
置であって、第１の素子の超音波の駆動方向と光軸とを
含む平面に関して一方の側より入射する一方の光束Ａの
第１の素子による回折効率が、他方の光束Ｂの回折効率
よりも高くなるように、第１の素子ＲＮ１を傾斜して配
置し、他方の光束の第２の素子による回折効率が、一方
の光束の回折効率よりも高くなるように、第２の素子Ｒ
Ｎ２を傾斜して配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検物の２次元的
な位置を検出する位置検出装置と、この位置検出装置に
用いる４光束生成装置とに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子または薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で
使用される露光装置においては、マスクと感光性基板と
の位置ずれ量を検出するために、へテロダイン干渉を利
用したアライメントセンサが用いられている。へテロダ
イン干渉を利用した被検物の位置検出装置としては、例
えば特開平６−８２２１５号に開示されているように、
１次元回折格子と第１のブラッグ音響光学素子とを第１
のリレー光学系に関して共役に配置し、第１のブラッグ
音響光学素子と第２のブラッグ音響光学素子とを第２の
リレー光学系に関して共役に配置することにより、両音
響光学素子の駆動周波数差に比例した周波数差を有する
一対の光束を１組生成し、この一対の光束を用いてヘテ
ロダイン干渉計を構成したものが知られている。

【０００３】また特開平６−２４１７２６号には、ラマ
ンナス音響光学素子とブラッグ音響光学素子とをリレー
光学系に関して共役に配置することにより、両音響光学
素子の駆動周波数差に比例した周波数差を有する一対の
光束を１組生成し、この一対の光束を用いてヘテロダイ
ン干渉計を構成したものが開示されている。また特開平
７−３３５５２６号には、２個のブラッグ音響光学素子
を隣接して配置することにより、両音響光学素子の駆動
周波数差に比例した周波数差を有する一対の光束を１組
生成し、この一対の光束を用いてヘテロダイン干渉計を
構成したものが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例は、何れも
多波長光が使用可能であるから、感光基板（ウエハ）上
の感光剤（レジスト）による薄膜干渉の影響を低減する
ことができ、また位置合わせ用マーク（格子マーク）の
非対称性による位置検出誤差を低減することができると
いうメリットがある。

【０００５】ところが、音響光学素子を用いた２光束生
成手段から発生する２光束は１組だけであり、したがっ
て、検出可能な格子マーク（被検物）の位置計測方向は
１方向に限られる。このため、被検物の２次元的な位置
を検出するには、 （１）２光束生成手段を２組み直交させて使用する（例
えば、特開平７−１４２３２５）。 （２）２光束生成手段から発生する２光束を２分割し、
その一方を像回転して直交させる。 （３）直交したピッチ方向の全く別々の（かなり離れた
位置にある）格子マーク（図１５参照）を検出するアラ
イメント系２組を配置する（例えば、特開平６−１３２
８７）。等の対策が必要である。

【０００６】そのためには、アライメント系の構成が複
雑化・大型化し、それに伴う系の不安定性が誘発され位
置検出精度の低下を招く恐れがある。また、特に（３）
の場合には、同一の被検物について異なる計測方向の検
出位置が互いに離れているため、各計測方向について周
囲環境の変化に起因する影響に大きな差異を生じ、被検
物の位置検出精度が劣化する不都合も懸念される。ま
た、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置
に適用する場合、図１５のような位置合わせマークの配
置は不可能で、系の複雑化がさらに促進されることにも
なる。

【０００７】本発明はかかる点に鑑み、多波長光が使用
可能で、感光基板（ウエハ）上の感光材（レジスト）に
よる薄膜干渉の影響や位置合わせ用マーク（格子マー
ク）の非対称性による位置検出誤差を低減できるメリッ
トを踏襲すると共に、比較的簡単な構成で、実質的に同
一の場所（極隣接した場所）で被検物（位置合わせマー
ク）の２次元的な位置を計測するための２組の２光束を
供給可能な４光束生成装置と、これを用いた位置検出装
置を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、すなわち、光源からの
光束を光束分離手段に入射し、光束分離手段から射出す
る光束を第１の音響光学素子と、第１の音響光学素子と
は異なる周波数にて駆動された第２の音響光学素子とを
通過させることにより、第２の音響光学素子から射出す
る光束のうちの４本の光束として、それぞれ光軸対称に
射出され且つ両音響光学素子の駆動周波数差に比例した
周波数差を有する一対の光束を、２組生成した、４光束
生成装置であって、第１の音響光学素子の超音波の駆動
方向と光軸とを含む平面に関して一方の側より入射する
一方の光束の第１の音響光学素子による回折効率が、平
面に関して他方の側より入射する他方の光束の回折効率
よりも高くなるように、第１の音響光学素子を傾斜して
配置し、他方の光束の第２の音響光学素子による回折効
率が、一方の光束の回折効率よりも高くなるように、第
２の音響光学素子を傾斜して配置した、４光束生成装置
である。

【０００９】本発明はまた、第１の音響光学素子と第２
の音響光学素子とを有し、第１の音響光学素子の超音波
の駆動方向と光軸とを含む平面に関して一方の側より入
射する一方の光束の第１の音響光学素子による回折効率
が、平面に関して他方の側より入射する他方の光束の回
折効率よりも高くなるように、第１の音響光学素子を傾
斜して配置し、他方の光束の第２の音響光学素子による
回折効率が、一方の光束の回折効率よりも高くなるよう
に、第２の音響光学素子を傾斜して配置した４光束生成
装置によって、それぞれ光軸対称に射出され且つ両音響
光学素子の駆動周波数差に比例した周波数差を有する第
１の一対の光束と第２の一対の光束とを生成し、被検物
上に第１の格子方向と第２の格子方向とを有する２次元
回折格子を光軸と直交して形成し、第１の格子方向と直
交する第１の平面に関して対称な２方向より、第１の一
対の光束を２次元回折格子に入射し、且つ両入射光束の
反射回折光又は透過回折光が第１の平面内に射出するよ
うに両光束の入射角を定め、第１の平面内に射出する両
光束の干渉によって生じる光ビート信号の位相に基づい
て、被検物の第１の格子方向に関する位置を検出し、第
２の格子方向と直交する第２の平面に関して対称な２方
向より、第２の一対の光束を２次元回折格子に入射し、
且つ両入射光束の反射回折光又は透過回折光が第２の平
面内に射出するように両光束の入射角を定め、第２の平
面内に射出する両光束の干渉によって生じる光ビート信
号の位相に基づいて、被検物の第２の格子方向に関する
位置を検出した、位置検出装置である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明する。
以下の説明では、光軸方向をｚとし、ｚ方向と直交し、
互いに直交する２方向をｘ方向とｙ方向としている。ま
たｘ−ｙ座標を＋４５°回転させた座標をＸ−Ｙ座標と
している。また、 φ：各光束の光軸ｚに対する入射角又は射出角 φ_x：φのｘ成分、すなわち、ｘ−ｚ平面に射影した光
束の光軸ｚに対してなす角度 φ_y：φのｙ成分、すなわち、ｙ−ｚ平面に射影した光
束の光軸ｚに対してなす角度 としたとき、各光束の進行方向を（φ；φ_x，φ_y）、又
は（φ_x，φ_y）と標記する。ここで、 が成立する。また、音響光学素子での回折次数は、駆動
超音波の進行方向への回折をプラスとし、駆動超音波の
進行方向と対向する方向への回折をマイナスとしてい
る。

【００１１】

【第１実施例】本発明による４光束生成装置の第１実施
例の構成を図１と図２に示す。この第１実施例は、１次
元回折格子ＤＧ１と第１のラマンナス音響光学素子（以
下ラマンナス素子と記す。）ＲＮ１とを、第１のリレー
光学系Ｒ１に関して共役に配置し、第１のラマンナス素
子ＲＮ１と第２のラマンナス素子ＲＮ２とを、第２のリ
レー光学系Ｒ２に関して共役に配置したものである。光
源（図示せず）からの光束ＬＢは、ｙ方向に格子を配列
した１次元回折格子ＤＧ１に入射している。ここで、 θ：１次元回折格子による１次光の回折角 とすると、１次元回折格子から射出する光束のうち、
（０，＋θ）方向には＋１次透過回折光（以下＋１次光
と記す。）Ａが射出し、（０，−θ）方向には−１次光
Ｂが射出する。すなわち、 ［１次元回折格子からの射出］ 光束Ａ（θ；０，＋θ） 光束Ｂ（θ；０，−θ） と表される。１次元回折格子での回折次数は、＋ｙ方向
への回折をプラスとし、−ｙ方向への回折をマイナスと
している。

【００１２】１次元回折格子から射出する光束Ａ，Ｂと
その他の光束は、第１のリレー光学系Ｒ１に入射してい
る。第１のリレー光学系の瞳空間には、上記光束Ａ，Ｂ
以外の不要な光、すなわち０次光と２次光以上の高次光
を遮光するように、第１の空間フィルターＳＦ１が配置
されている。

【００１３】第１のリレー光学系の集光点には、第１の
ラマンナス素子ＲＮ１が配置されている。したがって、 φ_1y：光束Ａ，Ｂの第１のラマンナス素子への入射角 とすると、光束Ａ，Ｂの進行方向は光軸対称に反転する
から、 ［第１のラマンナス素子への入射］ 光束Ａ（φ_1y；０，−φ_1y） 光束Ｂ（φ_1y；０，＋φ_1y） となる。

【００１４】第１のラマンナス素子の駆動超音波は、−
ｘ方向に配置されている。また図２（ｂ）に示すよう
に、第１のラマンナス素子の超音波作用領域のｙ−ｚ断
面の長手方向は、光軸ｚに対して−φ_1yだけ傾斜するよ
うに配置されている。この結果、−φ_1y方向に入射した
光束Ａは、超音波作用領域の全域を通過してラマンナス
回折作用を受ける。しかるに＋φ_1y方向に入射した光束
Ｂは、超音波作用領域の長手方向に対して２φ_1yだけ傾
斜して超音波作用領域を通過する。ラマンナス素子によ
る回折効率は、概ね光束が通過する超音波作用領域の長
さに比例するので、光束Ｂは実質的にラマンナス回折作
用を受けない。

【００１５】したがって、 φ₁：第１のラマンナス素子からの１次光の射出角 φ_1x：φ₁のｘ成分 とすると、第１のラマンナス素子から射出する光束のう
ち、（０，＋φ_1y）方向には同方向に入射した光束Ｂの
０次光Ｅが射出し、（−φ_1x，−φ_1y）方向には（０，
−φ_1y）方向に入射した光束Ａの＋１次光Ｆが射出し、
（＋φ_1x，−φ_1y）方向には光束Ａの−１次光Ｇが射出
する。

【００１６】すなわち、射出光束の進行方向を左辺に記
し、右辺には入射光束を記し、第１のラマンナス素子に
よる回折次数をサフィックスとして記すと、 ［第１のラマンナス素子からの射出］ 光束Ｅ（φ_1y； ０ ，＋φ_1y）＝Ｂ₀ 光束Ｆ（φ₁ ；−φ_1x，−φ_1y）＝Ａ₊₁ 光束Ｇ（φ₁ ；＋φ_1x，−φ_1y）＝Ａ_-1 となる。

【００１７】第１のラマンナス素子から射出する光束Ｅ
〜Ｇとその他の光束は、第２のリレー光学系Ｒ２に入射
している。第２のリレー光学系の瞳空間には、上記光束
Ｅ〜Ｇ以外の不要な光を遮光するように、すなわち光束
Ｂの１次光以上と、光束Ａの０次光と２次光以上とを遮
光するように、第２の空間フィルターＳＦ２が配置され
ている。

【００１８】第２のリレー光学系の集光点には、第２の
ラマンナス素子ＲＮ２が配置されている。したがって、 φ₂：光束Ｆ，Ｇの第２のラマンナス素子への入射角 φ_2x：φ₂のｘ成分 φ_2y：φ₂のｙ成分 とすると、光束Ｅ〜Ｇの進行方向は光軸対称に反転する
から、 ［第２のラマンナス素子への入射］ 光束Ｅ（φ_2y； ０ ，−φ_2y）＝Ｂ₀ 光束Ｆ（φ₂ ；＋φ_2x，＋φ_2y）＝Ａ₊₁ 光束Ｇ（φ₂ ；−φ_2x，＋φ_2y）＝Ａ_-1 となる。

【００１９】第２のラマンナス素子の駆動超音波は、第
１のラマンナス素子と同方向に、すなわち−ｘ方向に配
置されている。また図２（ｂ）に示すように、第２のラ
マンナス素子の超音波作用領域のｙ−ｚ断面の長手方向
は、光軸ｚに対して−φ_2yだけ傾斜するように配置され
ている。この結果、−φ_2y方向に入射した光束Ｅは、超
音波作用領域の全域を通過してラマンナス回折作用を受
ける。しかるに＋φ_2y方向に入射した光束Ｆ，Ｇは、超
音波作用領域の長手方向に対して２φ_2yだけ傾斜して超
音波作用領域を通過する。しかも光束Ｆ，Ｇはｘ方向に
もφ_2xだけ傾斜して超音波作用領域を通過するので、実
質的にラマンナス回折作用を受けない。

【００２０】したがって、 φ_2x：第２のラマンナス素子からの１次光の射出角のｘ
成分 となるように設定すると、第２のラマンナス素子から射
出する光束のうち、（＋φ_2x，＋φ_2y）方向には同方向
に入射した光束Ｆの０次光Ｐが射出し、（−φ_2x，＋φ
_2y）方向には同方向に入射した光束Ｇの０次光Ｑが射出
する。また、（−φ_2x，−φ_2y）方向には（０，−
φ_2y）方向に入射した光束Ｅの＋１次光Ｒが射出し、
（＋φ_-2x，−φ_2y）方向には光束Ｅの−１次光Ｓが射
出する。したがって例えば、 光束Ｐ（φ₂；＋φ_2x，＋φ_2y）＝Ｆ₀ と表される。光束Ｆは光束Ａの＋１次光Ａ₊₁であったか
ら、 光束Ｐ（φ₂；＋φ_2x，＋φ_2y）＝Ａ_+1,0 と表される。右辺の光束のサフィックスは、第１のラマ
ンナス素子での回折次数と、第２のラマンナス素子での
回折次数を示す。したがって結局、 ［第２のラマンナス素子からの射出］ 光束Ｐ（φ₂；＋φ_2x，＋φ_2y）＝Ａ_+1,0 光束Ｑ（φ₂；−φ_2x，＋φ_2y）＝Ａ_-1,0 光束Ｒ（φ₂；−φ_2x，−φ_2y）＝Ｂ_0,+1 光束Ｓ（φ₂；＋φ_2x，−φ_2y）＝Ｂ_0,-1 となる。

【００２１】第２のラマンナス素子から射出する光束Ｐ
〜Ｓとその他の光束は、第３のリレー光学系Ｒ３に入射
している。第３のリレー光学系の瞳空間には、上記光束
Ｐ〜Ｓ以外の不要な光を遮光するように、第３の空間フ
ィルターＳＦ３が配置されている。

【００２２】ここで、１次元回折格子ＤＧ１、第１のリ
レー光学系Ｒ１、第１のラマンナス素子ＲＮ１、第２の
リレー光学系Ｒ２、及び第２のラマンナス素子ＲＮ２に
ついて、以下の諸式が成立する。先ず、１次元回折格子
での１次回折について、次式が成立する。 λ：波長 Ｐ：格子ピッチ

【００２３】第１のリレー光学系が正弦条件を満足して
いるとすると、次式が成立する。 β₁：第１のリレー光学系の倍率

【００２４】第１のラマンナス素子での１次回折につい
て、次式が成立する。 φ_1R：第１のラマンナス素子による１次光の回折角 Λ₁：第１のラマンナス素子の駆動超音波波長 ｆ₁：第１のラマンナス素子の駆動超音波周波数 ｖ₁：第１のラマンナス素子の駆動超音波速度

【００２５】第２のリレー光学系が正弦条件を満足して
いるとすると、次式が成立する。 β₂：第２のリレー光学系の倍率

【００２６】第２のラマンナス素子での１次回折につい
て、次式が成立する。 φ_2R：第２のラマンナス素子による１次光の回折角 Λ₂：第２のラマンナス素子の駆動超音波波長 ｆ₂：第２のラマンナス素子の駆動超音波周波数 ｖ₂：第２のラマンナス素子の駆動超音波速度

【００２７】第１のラマンナス素子からの射出光Ｆ，Ｇ
の射出角φ₁とそのｘ，ｙ成分φ_1x，φ_1yの間には、実
用的にφ_1R≪１であることを考慮して、次式が成立す
る。 同様に、第２のラマンナス素子への入射光Ｆ，Ｇの入射
角φ₂とそのｘ，ｙ成分φ_2x，φ_2y、すなわち、第２の
ラマンナス素子からの射出光Ｐ〜Ｓの射出角φ₂とその
ｘ，ｙ成分φ_2x，φ_2yの間には、実用的にφ_2R≪１であ
ることを考慮して、次式が成立する。

【００２８】実用的な観点からは、第１のラマンナス素
子の傾斜角度φ_1yを十分に大きくして、光束Ｂの透過回
折光のうち、０次光の比率を十分に高くすることが好ま
しい。したがって、 となり、この結果、 となる。すなわち第２のラマンナス素子から射出する光
束Ｐ〜Ｓは、ｘ方向の分離成分φ_2xよりもｙ方向の分離
成分φ_2yの方が大きくなる。

【００２９】そこでこのような場合には、図１に示すよ
うに、第３のリレー光学系の瞳空間に一対の平行平板ガ
ラスＰＧを配置することにより、光束Ｐ〜Ｓの分離方向
を、それぞれ＋Ｘ，＋Ｙ、−Ｘ，−Ｙ方向とし、すなわ
ち光束ＰとＲの分離方向と光束ＱとＳの分離方向を直交
させることができる。なお、図１の例では、一対の平行
平板ガラスＰＧのうち、一方を光束ＰとＱとに共通に配
置し、他方を光束ＲとＳとに共通に配置しているが、一
方を光束ＰとＳとに共通に配置し、他方を光束ＱとＲと
に共通に配置することもできる。

【００３０】さて、第１のラマンナス素子の駆動超音波
の周波数をｆ₁とすると、第１のラマンナス素子を通過
することにより、＋１次光は当初の周波数より＋ｆ₁だ
け周波数変調を受け、−１次光は当初の周波数より−ｆ
₁だけ周波数変調を受け、０次光は周波数変調を受けな
い。同様に第２のラマンナス素子の駆動超音波の周波数
をｆ₂（ｆ₂≒ｆ₁、ｆ₂≠ｆ₁）とすると、第２のラマン
ナス素子を通過することにより、＋１次光は当初の周波
数より＋ｆ₂だけ周波数変調を受け、−１次光は当初の
周波数より−ｆ₂だけ周波数変調を受け、０次光は周波
数変調を受けない。既述のように第２のラマンナス素子
からの射出光Ｐ〜Ｓのうち、例えば光束Ｐとは光束Ａ
_+1,0に他ならない。この光束Ａ_+1,0の周波数は、当初の
周波数より＋ｆ₁だけ変調している。他の光束Ｑ〜Ｓも
同様である。

【００３１】他方、周波数ｆ_aと周波数ｆ_bの光束（ｆ_a
≒ｆ_b、ｆ_a≠ｆ_b）が干渉すると、周波数｜ｆ_a−ｆ_b｜
の光ビートを生じる。したがって第２のラマンナス素子
からの射出光Ｐ〜Ｓのうち、互いに光軸対称に射出する
光束ＰとＲを干渉させると、表１に示す光ビート信号が
得られる。すなわちｆ₁≒ｆ₂、ｆ₁≠ｆ₂とすることによ
り、光束Ａ_+1,0とＢ_0,+1の干渉による周波数｜ｆ₁−ｆ₂
｜の光ビート信号を得ることができる。第２のラマンナ
ス素子からの射出光Ｐ〜Ｓのうち、互いに光軸対称に射
出する光束ＱとＳを干渉させたときも同様である。かく
して光軸対称に射出され、第１のラマンナス素子と第２
のラマンナス素子との駆動周波数差に比例した周波数差
｜ｆ₁−ｆ₂｜を有する一対の光束を２組、すなわち光束
Ａ_+1,0とＢ_0,+1の組みと、光束Ａ_-1,0とＢ_0,-1の組みと
を生成することができた。

【００３２】

【表１】

【００３３】なお光源については、互いに異なる波長の
光を射出する複数のレーザ光源を用い、これらの光源か
らの光束をブレーズド型の反射回折格子に入射すること
によって射出光束の射出方向を一致させ、この光束ＬＢ
を１次元回折格子ＤＧ１に入射させることができる。ま
た１次元回折格子ＤＧ１に代えて、ウォラストンプリズ
ムによって入射光束ＬＢを２分割することもできる。但
しこの場合には、光束ＡとＢの偏光方向が直交するの
で、その後の光学系中にλ／２板を配置して偏光方向を
揃えるか、あるいは最終的に光束ＰとＲ、及び光束Ｑと
Ｓを干渉させる直前に、偏光板を配置する必要がある。

【００３４】

【第２実施例】本発明による４光束生成装置の第２実施
例の構成を図３と図４に示す。この第２実施例は、上記
第１実施例の第２のリレー光学系Ｒ２を削除して、第１
のラマンナス素子ＲＮ１と第２のラマンナス素子ＲＮ２
とを隣接して配置し、このラマンナス素子集合体の中間
点（厳密には、中間点を通りｙ軸に平行な直線と光軸ｚ
との交点）と１次元回折格子ＤＧ１とを、第１のリレー
光学系Ｒ１に関して共役に配置したものである。

【００３５】一般に１回の結像によって、像の大きさが
変化するほか、像の向きが光軸ｚ周りに１８０°回転す
る。この第２実施例は、上記第１実施例の第２のリレー
光学系Ｒ２を削除したものであるから、 φ＝φ₁＝φ₂ φ_x＝φ_1x＝φ_2x φ_y＝φ_1y＝φ_2y であるほか、第２のラマンナス素子以降の構成が、上記
第１実施例を光軸ｚ周りに１８０°回転した構成となっ
ている。

【００３６】すなわちこの第２実施例では、第２のラマ
ンナス素子ＲＮ２の駆動超音波が＋ｘ方向に配置されて
いる。また第２のラマンナス素子の超音波作用領域のｙ
−ｚ断面の長手方向が、光軸ｚに対して＋φ_yだけ傾斜
するように配置されている。また第２のラマンナス素子
からの射出光は次のようになる。

【００３７】［第２のラマンナス素子からの射出］ 光束Ｐ（φ；＋φ_x，＋φ_y）＝Ｂ_0,+1 光束Ｑ（φ；−φ_x，＋φ_y）＝Ｂ_0,-1 光束Ｒ（φ；−φ_x，−φ_y）＝Ａ_+1,0 光束Ｓ（φ；＋φ_x，−φ_y）＝Ａ_-1,0 さて、ラマンナス素子集合体からの射出光Ｐ〜Ｓのう
ち、互いに光軸対称に射出する光束ＰとＲを干渉させる
と、表２に示すように、光束Ａ_+1,0とＢ_0,+1の干渉によ
る周波数｜ｆ₁−ｆ₂｜の光ビート信号を得ることができ
る。第２のラマンナス素子からの射出光Ｐ〜Ｓのうち、
互いに光軸対称に射出する光束ＱとＳを干渉させたとき
も同様である。かくして光軸対称に射出され、第１のラ
マンナス素子と第２のラマンナス素子との駆動周波数差
に比例した周波数差｜ｆ₁−ｆ₂｜を有する一対の光束を
２組、すなわち光束Ａ_+1,0とＢ_0,+1の組みと、光束Ａ
_-1,0とＢ_0,-1の組みとを生成することができた。

【００３８】

【表２】

【００３９】なお、本実施例の場合、光束Ｒ，Ｓの第１
のラマンナス素子による回折点と、光束Ｐ，Ｑの第２の
ラマンナス素子による回折点とがｚ方向にずれるため、
厳密には光束ＰとＲ、光束ＱとＳとはそれぞれ光軸対象
にはならない。この場合、Ｒ２以降のラマンナス素子集
合体の中間点と共役な点において光束が完全には重なら
ないので、そのような共役点において視野絞りを設け
て、重なった部分の光束のみを取り出すことが望まし
い。

【００４０】

【第３実施例】本発明による４光束生成装置の第３実施
例の構成を図５と図６に示す。この第３実施例は、２次
元回折格子ＤＧ２と第１のブラッグ音響光学素子（以下
ブラッグ素子と記す。）ＢＲ１とを、第１のリレー光学
系Ｒ１に関して共役に配置し、第１のブラッグ素子ＢＲ
１と第２のブラッグ素子ＢＲ２とを、第２のリレー光学
系Ｒ２に関して共役に配置したものである。光源（図示
せず）からの光束ＬＢは、光軸ｚに直交して配置された
市松模様状の２次元回折格子ＤＧ２に入射している。市
松模様の各辺はｘ方向とｙ方向とに平行に配置されてお
り、本実施例では各格子要素は正方形に形成されてい
る。したがって、 θ：２次元回折格子による１次光の回折角 θ_x：θのｘ成分 とすると、θのｙ成分θ_yは、θ_y＝θ_xであるから、 ［２次元回折格子からの射出］ 光束Ａ（θ；＋θ_x，＋θ_x） 光束Ｂ（θ；−θ_x，＋θ_x） 光束Ｃ（θ；−θ_x，−θ_x） 光束Ｄ（θ；＋θ_x，−θ_x） となる。光束Ａ〜Ｄ以外の光束は、第１の空間フィルタ
ーＳＦ１によって遮光される。

【００４１】第１のリレー光学系Ｒ１の瞳空間には、一
対の第１の平行平板ガラスＰＧ１が配置されており、一
対の第１の平行平板ガラスのうち、一方は光束ＡとＢと
に共通に配置され、他方は光束ＣとＤとに共通に配置さ
れている。この結果、瞳空間における光束Ａ〜Ｄはｙ方
向に平行移動するから、像空間における光束Ａ〜Ｄは光
軸ｚに対する角度のｙ成分が変化する。

【００４２】第１のリレー光学系Ｒ１の集光点には、第
１のブラッグ素子ＢＲ１が配置されている。したがっ
て、 φ₁：光束Ａ〜Ｄの第１のブラッグ素子への入射角 φ_1x：φ₁のｘ成分 φ_1y：φ₁のｙ成分 とすると、 ［第１のブラッグ素子への入射］ 光束Ａ（φ₁；−φ_1x，−φ_1y） 光束Ｂ（φ₁；＋φ_1x，−φ_1y） 光束Ｃ（φ₁；＋φ_1x，＋φ_1y） 光束Ｄ（φ₁；−φ_1x，＋φ_1y） となる。

【００４３】第１のブラッグ素子の駆動超音波は、−ｘ
方向に配置されている。また図６（ｂ）に示すように、
第１のブラッグ素子の超音波作用領域のｙ−ｚ断面の長
手方向は、光軸ｚに対して−φ_1yだけ傾斜するように配
置されている。この結果、−φ_1y方向に入射した光束
Ａ，Ｂは、超音波作用領域の全域を通過してブラッグ回
折作用を受ける。しかるに＋φ_1y方向に入射した光束
Ｃ，Ｄは、超音波作用領域の長手方向に対して２φ_1yだ
け傾斜して超音波作用領域を通過する。ブラッグ素子に
よる回折効率は、概ね光束が通過する超音波作用領域の
長さに比例するので、光束Ｃ，Ｄは実質的にブラッグ回
折作用を受けない。なお、第１のリレー光学系Ｒ１の瞳
空間に配置した第１の平行平板ガラスＰＧ１は、第１の
ブラッグ素子に入射する光束Ａ〜Ｄの入射角のｙ成分φ
_1yを大きくして、光束Ｃ，Ｄがブラッグ回折作用を受け
ないようにするためのものである。

【００４４】したがって、 φ_1x：第１のブラッグ素子からの１次光の射出角のｘ成
分 となるように設定すると、 ［第１のブラッグ素子からの射出］ 光束Ｅ（φ₁；＋φ_1x，＋φ_1y）＝Ｃ₀ 光束Ｆ（φ₁；−φ_1x，＋φ_1y）＝Ｄ₀ 光束Ｇ（φ₁；−φ_1x，−φ_1y）＝Ｂ₊₁＋Ａ₀ 光束Ｈ（φ₁；＋φ_1x，−φ_1y）＝Ａ_-1＋Ｂ₀ となる。光束Ｅ〜Ｈ以外の光束は、第２の空間フィルタ
ーＳＦ２によって遮光される。

【００４５】第２のリレー光学系Ｒ２の集光点には、第
２のブラッグ素子ＢＲ２が配置されている。したがっ
て、 φ₂：光束Ｅ〜Ｈの第２のブラッグ素子への入射角 φ_2x：φ₂のｘ成分 φ_2y：φ₂のｙ成分 とすると、 ［第２のブラッグ素子への入射］ 光束Ｅ（φ₂；−φ_2x，−φ_2y）＝Ｃ₀ 光束Ｆ（φ₂；＋φ_2x，−φ_2y）＝Ｄ₀ 光束Ｇ（φ₂；＋φ_2x，＋φ_2y）＝Ｂ₊₁＋Ａ₀ 光束Ｈ（φ₂；−φ_2x，＋φ_2y）＝Ａ_-1＋Ｂ₀ となる。

【００４６】第２のブラッグ素子の駆動超音波は、第１
のブラッグ素子と同方向に、すなわち−ｘ方向に配置さ
れている。また図６（ｂ）に示すように、第２のブラッ
グ素子の超音波作用領域のｙ−ｚ断面の長手方向は、光
軸ｚに対して−φ_2yだけ傾斜するように配置されてい
る。この結果、−φ_2y方向に入射した光束ＥとＦは、超
音波作用領域の全域を通過してブラッグ回折作用を受け
る。しかるに＋φ_2y方向に入射した光束ＧとＨは、超音
波作用領域の長手方向に対して２φ_2yだけ傾斜して超音
波作用領域を通過する。ブラッグ素子による回折効率
は、概ね光束が通過する超音波作用領域の長さに比例す
るので、光束ＧとＨは実質的にブラッグ回折作用を受け
ない。

【００４７】したがって、 φ_2x：第２のブラッグ素子からの１次光の射出角のｘ成
分 となるように設定すると、 ［第２のブラッグ素子からの射出］ 光束Ｐ（φ₂；＋φ_2x，＋φ_2y）＝Ｂ_+1,0＋Ａ_0,0 光束Ｑ（φ₂；−φ_2x，＋φ_2y）＝Ａ_-1,0＋Ｂ_0,0 光束Ｒ（φ₂；−φ_2x，−φ_2y）＝Ｄ_0,+1＋Ｃ_0,0 光束Ｓ（φ₂；＋φ_2x，−φ_2y）＝Ｃ_0,-1＋Ｄ_0,0 となる。光束Ｐ〜Ｓ以外の光束は、第３の空間フィルタ
ーＳＦ３によって遮光される。また、第３のリレー光学
系の瞳空間には、その後の像空間における光束Ｐ〜Ｓの
分離方向がそれぞれ＋Ｘ，＋Ｙ、−Ｘ，−Ｙ方向となる
ように、一対の第２の平行平板ガラスＰＧ２が配置され
いる。

【００４８】ここで、２次元回折格子ＤＧ２、第１のリ
レー光学系Ｒ１、第１のブラッグ素子ＢＲ１、第２のリ
レー光学系Ｒ２、及び第２のブラッグ素子ＢＲ２につい
て、以下の諸式が成立する。先ず、２次元回折格子での
１次回折について、次式が成立する。 λ：波長 Ｐ：市松格子の対角線方向ピッチ（正方形の格子要素の
対角線長）

【００４９】第１のブラッグ素子での１次回折につい
て、次式が成立する。 φ_1R：第１のブラッグ素子による１次光の回折角 Λ₁：第１のブラッグ素子の駆動超音波波長 ｆ₁：第１のブラッグ素子の駆動超音波周波数 ｖ₁：第１のブラッグ素子の駆動超音波速度

【００５０】第２のリレー光学系が正弦条件を満足して
いるとすると、次式が成立する。 β₂：第２のリレー光学系の倍率

【００５１】第２のブラッグ素子での１次回折につい
て、次式が成立する。 φ_2R：第２のブラッグ素子による１次光の回折角 Λ₂：第２のブラッグ素子の駆動超音波波長 ｆ₂：第２のブラッグ素子の駆動超音波周波数 ｖ₂：第２のブラッグ素子の駆動超音波速度

【００５２】さて、第１のブラッグ素子の駆動超音波の
周波数をｆ₁とし、第２のブラッグ素子の駆動超音波の
周波数をｆ₂とすると、第２のブラッグ素子からの射出
光Ｐ〜Ｓのうち、互いに光軸対称に射出する光束ＰとＲ
を干渉させると、表２に示す光ビート信号が得られる。
したがってローパスフィルターを介在させることによ
り、光束Ｂ_+1,0とＤ_0,+1との干渉による周波数｜ｆ₁−
ｆ₂｜の光ビート信号だけを得ることができる。第２の
ブラッグ素子からの射出光Ｐ〜Ｓのうち、互いに光軸対
称に射出する光束ＱとＳを干渉させたときも同様であ
る。かくして光軸対称に射出され、第１のブラッグ素子
と第２のブラッグ素子との駆動周波数差に比例した周波
数差｜ｆ₁−ｆ₂｜を有する一対の光束を２組、すなわち
光束Ｂ_+1,0とＤ_0,+1の組みと、光束Ａ_-1,0とＣ_0,-1の組
みとを生成することができた。

【００５３】

【表３】

【００５４】

【第４実施例】本発明による４光束生成装置の第４実施
例の構成を図７と図８に示す。この第４実施例は、上記
第３実施例の第２のリレー光学系Ｒ２の削除して、第１
のブラッグ素子ＢＲ１と第２のブラッグ素子ＢＲ２とを
隣接して配置し、このブラッグ素子集合体の中間点と２
次元回折格子ＤＧ２とを、第１のリレー光学系Ｒ１に関
して共役に配置したものである。一般に１回の結像によ
って、像の大きさが変化するほか、像の向きが光軸ｚ周
りに１８０°回転する。この第４実施例は、上記第３実
施例の第２のリレー光学系Ｒ２を削除したものであるか
ら、 φ＝φ₁＝φ₂ φ_x＝φ_1x＝φ_2x φ_y＝φ_1y＝φ_2y であるほか、第２のブラッグ素子以降の構成が、上記第
３実施例を光軸ｚ周りに１８０°回転した構成となって
いる。

【００５５】すなわちこの第４実施例では、第２のブラ
ッグ素子ＢＲ２の駆動超音波が＋ｘ方向に配置されてい
る。また第２のブラッグ素子の超音波作用領域のｙ−ｚ
断面の長手方向が、光軸ｚに対して＋φ_yだけ傾斜する
ように配置されている。また第２のブラッグ素子からの
射出光は次のようになる。

【００５６】［第２のブラッグ素子からの射出］ 光束Ｐ（φ；＋φ_x，＋φ_y）＝Ｄ_0,+1＋Ｃ_0,0 光束Ｑ（φ；−φ_x，＋φ_y）＝Ｃ_0,-1＋Ｄ_0,0 光束Ｒ（φ；−φ_x，−φ_y）＝Ｂ_+1,0＋Ａ_0,0 光束Ｓ（φ；＋φ_x，−φ_y）＝Ａ_-1,0＋Ｂ_0,0 さて、ブラッグ素子集合体からの射出光Ｐ〜Ｓのうち、
互いに光軸対称に射出する光束ＰとＲを干渉させると、
表４に示す光ビート信号が得られる。したがってローパ
スフィルターを介在させることにより、光束Ｂ_+1,0とＤ
_0,+1の干渉による周波数｜ｆ₁−ｆ₂｜の光ビート信号だ
けを得ることができる。第２のブラッグ素子からの射出
光Ｐ〜Ｓのうち、互いに光軸対称に射出する光束ＱとＳ
を干渉させたときも同様である。かくして光軸対称に射
出され、第１のブラッグ素子と第２のブラッグ素子との
駆動周波数差に比例した周波数差｜ｆ₁−ｆ₂｜を有する
一対の光束を２組、すなわち光束Ｂ_+1,0とＤ_0,+1の組み
と、光束Ａ_-1,0とＣ_0,-1の組みとを生成することができ
た。

【００５７】

【表４】

【００５８】なお、本実施例の場合、光束Ｒ，Ｓの第１
のラマンナス素子による回折点と、光束Ｐ，Ｑの第２の
ラマンナス素子による回折点とがｚ方向にずれるため、
厳密には光束ＰとＲ、光束ＱとＳとはそれぞれ光軸対象
にはならない。この場合、Ｒ２以降のラマンナス素子集
合体の中間点と共役な点において光束が完全には重なら
ないので、そのような共役点において視野絞りを設け
て、重なった部分の光束のみを取り出すことが望まし
い。

【００５９】

【第５実施例】本発明による位置検出装置の一実施例の
構成を図９に示す。この実施例は、上記４光束生成装置
によって生成した４光束を用いてヘテロダイン干渉計を
構成し、被検物の位置を検出するものであり、この実施
例では、走査型半導体露光装置のレチクルとウエハの位
置を検出している。露光光源（図示せず）からの露光光
は、スリット状の開口を有するレチクルブラインド１を
通過し、レンズ系２、ミラー３、コンデンサレンズ４、
ダイクロイックミラー５をその順に通過して、レチクル
Ｒ上にスリットの像を結像している。レチクルＲ上の回
路パターンのうち、スリット状に照明された部分を透過
した露光光は、投影光学系ＰＬによってウエハＷ上に結
像している。レチクルブラインド１のスリットの長手方
向はｘ方向に配置されており、レチクルＲとウエハＷと
は、スリットの短手方向であるｙ方向に移動可能に配置
されている。本実施例の投影光学系ＰＬは、中間結像を
行っていない。したがって図１０に示すように、レチク
ルＲとウエハＷのうち、一方は＋ｙ方向に走査し、他方
は−ｙ方向に走査される。こうしてレチクル上の回路パ
ターンのすべてが、ウエハＷ上に投影露光される。

【００６０】ウエハＷを載置したウエハステージ９は、
ウエハ駆動モータ１０によって駆動されており、ウエハ
ステージ９の位置は、ウエハ側干渉計１１によって測定
されている。ウエハ側干渉計１１からの信号は、ウエハ
駆動モータ１０を制御するウエハ駆動モータ制御部１２
と、主制御部３０とに送られている。同様にレチクルＲ
を載置したレチクルステージ６は、レチクル駆動モータ
８によって駆動されており、レチクルステージ６の位置
は、レチクル側干渉計によって測定されている。レチク
ル側干渉計からの信号は、レチクル駆動モータ８を制御
するレチクル駆動モータ制御部１３と、主制御部３０と
に送られている。

【００６１】レチクルＲの回路パターンの走査方向ｙの
両側には、図１０と図１１に示すように、市松模様状の
レチクル格子マーク４５Ａ，４５Ｂが描かれている。格
子の辺方向は、ｘ方向とｙ方向とに一致するように配置
されており、したがって格子の対角方向がＸ方向とＹ方
向とに一致している。レチクル格子マーク４５Ａ，４５
Ｂの両側には透過窓４４Ａ，４４Ｂが設けられており、
この透過窓４４Ａ，４４Ｂの投影光学系ＰＬに関する共
役位置に、ウエハ格子マーク４７Ａ，４７Ｂが描かれて
いる。この格子の辺方向も、ｘ方向とｙ方向とに一致す
るように配置されており、したがって格子の対角方向が
Ｘ方向とＹ方向とに一致している。レチクル格子マーク
４５Ａ，４５Ｂとウエハ格子マーク４７Ａ，４７Ｂの位
置は、本実施例による位置検出装置によって検出されて
いる。これらの４カ所の格子マークの位置の測定は、実
質的に同一の手法が用いられており、したがって以下に
はウエハ格子マーク４７Ａの位置測定について説明す
る。

【００６２】アライメント光源２０から発したアライメ
ント光は４光束生成装置２１に入射しており、４光束生
成装置２１によって前記光束Ｐ〜Ｓが生成される。これ
らの光束Ｐ〜Ｓは送受分離光学系２２に入射しており、
光束Ｐ〜Ｓのうち一部は送受分離光学系２２から基準検
出系２６に入射している。基準検出系２６では、光束Ｐ
とＲとの干渉による基準ビート信号と、光束ＱとＳとの
干渉による基準ビート信号が形成されている。これらの
基準ビート信号は、ローパスフィルタ２７に送られて高
調波成分が除去された後に、位相差計測部２８に送られ
る。

【００６３】送受分離光学系２２によって分離された光
束Ｐ〜Ｓの他の部分は、対物レンズ２３、落射用ミラー
２４、ダイクロイックミラー５をその順に通過して、ウ
エハ格子マーク４７Ａに入射している。各光束のうち光
束Ｐは、図１２に示すように＋Ｘ方向から入射し、光束
Ｑは＋Ｙ方向から入射し、光束Ｒは−Ｘ方向から入射
し、光束Ｓは−Ｙ方向から入射している。各光束の入射
角は、格子マークによる１次反射回折光が同一の方向に
射出するように入射している。光束ＰとＲの１次反射光
と、光束ＱとＳの１次反射光は、往路を逆進して送受分
離光学系２２に戻り、送受分離光学系２２より光電検出
ユニット２５に送られている。光電検出ユニット２５で
は、光束ＰとＲの１次反射光の干渉による測定ビート信
号と、光束ＱとＳの１次反射光の干渉による測定ビート
信号が検出され、これらの測定ビート信号は、ローパス
フィルタ２７に送られて高調波成分が除去された後に、
位相差計測部２８に送られる。位相差計測部２８では、
光束ＰとＲによる基準ビート信号と測定ビート信号との
位相差と、光束ＱとＳによる基準ビート信号と測定ビー
ト信号との位相差が測定され、これらの位相差に基づい
て、主制御部３０において格子マークの２次元的位置
（ｘ，ｙ）が演算される。

【００６４】位相差計測部２８に送られる光ビート信号
のうち、両基準ビート信号は、格子マークの移動に関せ
ずに常に一定周波数のビート信号となる。他方、格子マ
ークがＸ方向に停止しているときには、光束ＰとＲは格
子マークによって周波数変調を受けないから、光束Ｐと
Ｒの干渉による測定ビート信号の周波数は、光束ＰとＲ
の基準ビート信号の周波数と一致する。しかるに格子マ
ークがＸ方向に移動しているときには、その移動速度に
依存して光束ＰとＲは互いに逆方向の周波数変調を受け
る。したがってその後に格子マークが停止したときに
は、測定ビート信号の位相は当初の位相からシフトする
こととなる。かくして測定ビート信号と基準ビート信号
との位相差を測定することにより、格子マークのＸ方向
のピッチの半分を周期として、格子マークのＸ方向の位
置を検出することができる。光束ＱとＳによるＹ方向の
位置検出も同じである。しかる後、座標変換を施すこと
により、格子マークのｘ，ｙ方向の位置を知ることがで
きる。

【００６５】なお光束ＰとＲの測定ビート信号と、光束
ＱとＳの測定ビート信号は、光電検出ユニット２５にお
いて分離される必要がある。すなわち光束ＰとＲとの中
央に位置する光路と、光束ＱとＳとの中央に位置する光
路とのうち、少なくともいずれか一方を、４光束発生装
置の光軸ｚからシフト又はチルトさせる必要がある。光
束ＰとＲとの中央に位置する光路と、光束ＱとＳとの中
央に位置する光路とのうち、少なくともいずれか一方を
シフトするためには、例えば４光束発生装置によって生
成した光束Ｐ〜Ｓの瞳空間の光路に、偏角プリズムを配
置すればよい。光束ＰとＲとの中央に位置する光路と、
光束ＱとＳとの中央に位置する光路とのうち、少なくと
もいずれか一方をチルトするためには、例えば４光束発
生装置によって生成した光束Ｐ〜Ｓの瞳空間の光路に、
平行平面板を配置すればよい。

【００６６】また本実施例ではレチクルとウエハに形成
したマークとして市松模様状の格子マークを用いたが、
図１３と図１４に示すように、２個の１次元格子を隣接
して配置し、且つ両１次元格子の配列方向が交差するよ
うに配置したマークを用いることもできる。

【００６７】

【発明の効果】以上のように本発明の４光束生成装置に
よれば、光軸対称に射出され且つ２個の音響光学素子の
駆動周波数差に比例した周波数差を有する一対の光束を
２組生成することができる。またこの４光束生成装置を
用いてヘテロダイン干渉計を構成することにより、実質
的に同一の場所において被検物の２次元的な位置を一時
に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による４光束生成装置の第１実施例を示
す斜視図

【図２】第１実施例の音響光学素子の配置を示す（ａ）
平面図と、（ｂ）正面図

【図３】本発明による４光束生成装置の第１実施例を示
す斜視図

【図４】第２実施例の音響光学素子の配置を示す（ａ）
平面図と、（ｂ）正面図

【図５】本発明による４光束生成装置の第１実施例を示
す斜視図

【図６】第３実施例の音響光学素子の配置を示す（ａ）
平面図と、（ｂ）正面図

【図７】本発明による４光束生成装置の第１実施例を示
す斜視図

【図８】第４実施例の音響光学素子の配置を示す（ａ）
平面図と、（ｂ）正面図

【図９】本発明による位置検出装置の一実施例を示す構
成図

【図１０】レチクルマークと投影光学系とウエハマーク
を示す斜視図

【図１１】（ａ）レチクルマークと、（ｂ）ウエハマー
クを示す平面図

【図１２】（ａ）ウエハマークを示す拡大平面図と、
（ｂ）図（ａ）中Ａ−Ａ線断面図

【図１３】（ａ）レチクルマークと、（ｂ）ウエハマー
クとの別の実施例を示す平面図

【図１４】（ａ）別の実施例のウエハマークを示す拡大
平面図と、（ｂ）図（ａ）中Ａ−Ａ線断面図

【図１５】従来のウエハマークを示す平面図

【符号の説明】

ＤＧ１…１次元回折格子 ＤＧ２…２次元回折格子 ＲＮ，ＲＮ１，ＲＮ２…ラマンナス音響光学素子 ＢＲ，ＢＲ１，ＢＲ２…ブラッグ音響光学素子 Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…リレー光学系 ＳＦ１，ＳＦ２，ＳＦ３…空間フィルター ＰＧ，ＰＧ１，ＰＧ２…平行平板ガラス １…レチクルブラインド ２…レンズ系 ３…ミラー ４…コンデンサレン
ズ ５…ダイクロイックミラー ６…レチクルステー
ジ ８…レチクル駆動モータ ９…ウエハステージ １０…ウエハ駆動モータ １１…ウエハ側干渉
計 １２…ウエハ駆動モータ制御部 １３…レチクル駆動
モータ制御部 ２０…アライメント光源 ２１…４光束生成装
置 ２２…送受分離光学系 ２３…対物レンズ ２４…落射用ミラー ２５…光電検出ユニ
ット ２６…基準検出系 ２７…ローパスフィ
ルタ ２８…位相差計測部 ３０…主制御部 ４４Ａ，４４Ｂ…透過窓 ４５Ａ，４５Ｂ…レチクル格子マーク ４７Ａ，４７Ｂ…ウエハ格子マーク Ｒ…レチクル Ｗ…ウエハ ＰＬ…投影光学系

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光束を光束分離手段に入射し、 該光束分離手段から射出する光束を第１の音響光学素子
   と、該第１の音響光学素子とは異なる周波数にて駆動さ
   れた第２の音響光学素子とを通過させることにより、該
   第２の音響光学素子から射出する光束のうちの４本の光
   束として、それぞれ所定の軸に対して対称に射出され且
   つ前記両音響光学素子の駆動周波数差に比例した周波数
   差を有する一対の光束を、２組生成した、４光束生成装
   置であって、 前記第１の音響光学素子の超音波の駆動方向と前記軸と
   を含む平面に関して一方の側より入射する一方の光束の
   前記第１の音響光学素子による回折効率が、前記平面に
   関して他方の側より入射する他方の光束の回折効率より
   も高くなるように、前記第１の音響光学素子を傾斜して
   配置し、 前記他方の光束の前記第２の音響光学素子による回折効
   率が、前記一方の光束の回折効率よりも高くなるよう
   に、前記第２の音響光学素子を傾斜して配置した、４光
   束生成装置。
2. 【請求項２】前記第２の音響光学素子の射出側空間にリ
   レー光学系を配置し、 前記４本の光束の光軸と直交する平面内での分離方向
   が、９０°回転対称となるように、前記リレー光学系の
   瞳空間に一対の平行平板ガラスを配置した、請求項１に
   記載の４光束生成装置。
3. 【請求項３】前記光束分離手段と前記第１の音響光学素
   子との間に第１の集光手段を配置すると共に、前記第１
   の音響光学素子と前記第２の音響光学素子との間に第２
   の集光手段を配置し、 前記第１の集光手段は、前記光束分離手段から射出する
   光束のうち、前記所定の軸に対して対称に射出する２本
   の光束を集光し、 該集光した前記２光束を前記第１の音響光学素子として
   の第１のラマンナス音響光学素子に入射させ、 前記第１のラマンナス音響光学素子は、前記２光束のう
   ちの一方の光束の前記第１のラマンナス音響光学素子に
   よる回折効率が、他方の光束の回折効率よりも高くなる
   ように、前記軸に対して傾斜して配置され、 前記第２の集光手段は、該第１のラマンナス音響光学素
   子による前記２光束の透過回折光のうち、前記一方の光
   束の＋１次透過回折光と−１次透過回折光と、前記他方
   の光束の０次透過回折光との都合３光束を集光し、 該集光した前記３光束を、前記第１のラマンナス音響光
   学素子とは異なる周波数にて駆動され、且つ該第１のラ
   マンナス音響光学素子の駆動方向と同方向から駆動され
   た前記第２の音響光学素子としての第２のラマンナス音
   響光学素子に入射させ、 前記第２のラマンナス音響光学素子は、前記３光束のう
   ちの前記０次透過回折光の前記第２のラマンナス音響光
   学素子による回折効率が、前記１次透過回折光の回折効
   率よりも高くなるように、前記軸に対して傾斜して配置
   された、請求項１又は２に記載の４光束生成装置。
4. 【請求項４】前記光束分離手段と前記第１の音響光学素
   子との間に集光手段を配置し、 前記集光手段は、前記光束分離手段から射出する光束の
   うち、前記所定の軸に対して対称に射出する２本の光束
   を集光し、 該集光した前記２光束を、前記第１の音響光学素子とし
   ての第１のラマンナス音響光学素子と、該第１のラマン
   ナス音響光学素子と隣接して配置され、該第１のラマン
   ナス音響光学素子とは異なる周波数にて駆動され、且つ
   該第１のラマンナス音響光学素子とは逆方向から駆動さ
   れた前記第２の音響光学素子としての第２のラマンナス
   音響光学素子とに入射させ、 前記第１のラマンナス音響光学素子は、前記２光束のう
   ちの一方の光束の前記第１のラマンナス音響光学素子に
   よる回折効率が、他方の光束の回折効率よりも高くなる
   ように、前記軸に対して傾斜して配置され、 前記第２のラマンナス音響光学素子は、前記２光束のう
   ちの前記他方の光束の前記第２のラマンナス音響光学素
   子による回折効率が、前記一方の光束の回折効率よりも
   高くなるように、前記軸に対して傾斜して配置された、
   請求項１又は２に記載の４光束生成装置。
5. 【請求項５】前記２光束分離手段は１次元回折格子であ
   る、請求項３又は４に記載の４光束生成装置。
6. 【請求項６】前記光束分離手段と前記第１の音響光学素
   子との間に第１の集光手段を配置すると共に、前記第１
   の音響光学素子と前記第２の音響光学素子との間に第２
   の集光手段を配置し、 前記第１の集光手段は、前記光束分離手段から射出する
   光束のうち、前記所定の軸に対して対称に射出する４本
   の光束を集光し、 該集光した前記４光束を前記第１の音響光学素子として
   の第１のブラッグ音響光学素子に入射させ、 前記第１のブラッグ音響光学素子は、前記４光束のう
   ち、前記第１のブラッグ音響光学素子の超音波の駆動方
   向と平行な方向に隣接する一方の２光束の前記第１のブ
   ラッグ音響光学素子による回折効率が、他方の２光束の
   回折効率よりも高くなるように、前記軸に対して傾斜し
   て配置され、 前記第２の集光手段は、該第１のブラッグ音響光学素子
   による前記４光束の透過回折光のうち、前記一方の２光
   束のうちの前記駆動方向と逆方向の進行成分を有する光
   束の＋１次透過回折光と、前記駆動方向と同方向の進行
   成分を有する光束の−１次透過回折光と、前記他方の２
   光束の０次透過回折光との都合４光束を集光し、 該集光した前記４光束を、前記第１のブラッグ音響光学
   素子とは異なる周波数にて駆動され、且つ該第１のブラ
   ッグ音響光学素子の前記駆動方向と同方向から駆動され
   た前記第２の音響光学素子としての第２のブラッグ音響
   光学素子に入射させ、 前記第２のブラッグ音響光学素子は、前記４光束のうち
   の前記０次透過回折光の前記第２のブラッグ音響光学素
   子による回折効率が、前記１次透過回折光の回折効率よ
   りも高くなるように、前記軸に対して傾斜して配置され
   た、請求項１又は２に記載の４光束生成装置。
7. 【請求項７】前記光束分離手段と前記第１の音響光学素
   子との間に集光手段を配置し、 前記集光手段は、前記光束分離手段から射出する光束の
   うち、前記所定の軸に対して対称に射出する４本の光束
   を集光手段によって集光し、 該集光した前記４光束を、前記第１の音響光学素子とし
   ての第１のブラッグ音響光学素子と、該第１のブラッグ
   音響光学素子と隣接して配置され、該第１のブラッグ音
   響光学素子とは異なる周波数にて駆動され、且つ該第１
   のブラッグ音響光学素子とは逆方向から駆動された前記
   第２の音響光学素子としての第２のブラッグ音響光学素
   子とに入射させ、 前記第１のブラッグ音響光学素子は、前記４光束のう
   ち、前記両ブラッグ音響光学素子の超音波の駆動方向と
   平行な方向に隣接する一方の２光束の前記第１のブラッ
   グ音響光学素子による回折効率が、他方の２光束の回折
   効率よりも高くなるように、前記軸に対して傾斜して配
   置され、 前記第２のブラッグ音響光学素子は、前記４光束のう
   ち、前記他方の２光束の前記第２のブラッグ音響光学素
   子による回折効率が、前記一方の２光束の回折効率より
   も高くなるように、前記軸に対して傾斜して配置され
   た、請求項１又は２に記載の４光束生成装置。
8. 【請求項８】前記光束分離手段と第１のブラッグ音響光
   学素子との間に配置した前記集光手段の瞳空間に、前記
   一方の２光束と他方の２光束とを互いに離隔する方向に
   変位させる一対の平行平板ガラスを配置した、請求項６
   又は７に記載の４光束生成装置。
9. 【請求項９】前記４光束分離手段は２次元回折格子であ
   る、請求項６、７又は８に記載の４光束生成装置。
10. 【請求項１０】光源から発生する前記光束は、互いに波
    長の異なる複数の光を含み、又は一定の波長幅を有する
    光である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の４光束
    生成装置。
11. 【請求項１１】第１の音響光学素子と第２の音響光学素
    子とを有し、前記第１の音響光学素子の超音波の駆動方
    向と所定の軸とを含む平面に関して一方の側より入射す
    る一方の光束の前記第１の音響光学素子による回折効率
    が、前記平面に関して他方の側より入射する他方の光束
    の回折効率よりも高くなるように、前記第１の音響光学
    素子を傾斜して配置し、前記他方の光束の前記第２の音
    響光学素子による回折効率が、前記一方の光束の回折効
    率よりも高くなるように、前記第２の音響光学素子を傾
    斜して配置した４光束生成装置によって、それぞれ光軸
    対称に射出され且つ前記両音響光学素子の駆動周波数差
    に比例した周波数差を有する第１の一対の光束と第２の
    一対の光束とを生成し、 被検物上に形成され且つ第１の格子方向と第２の格子方
    向とを有する２次元回折格子を前記光軸と直交して設定
    し、 前記第１の格子方向と直交する第１の平面に関して対称
    な２方向より、前記第１の一対の光束を前記２次元回折
    格子に入射させ、且つ両入射光束の反射回折光又は透過
    回折光が前記第１の平面内に射出するように前記両光束
    の入射角を定め、 前記第１の平面内に射出する前記両光束の干渉によって
    生じる光ビート信号の位相に基づいて、前記被検物の前
    記第１の格子方向に関する位置を検出し、 前記第２の格子方向と直交する第２の平面に関して対称
    な２方向より、前記第２の一対の光束を前記２次元回折
    格子に入射させ、且つ両入射光束の反射回折光又は透過
    回折光が前記第２の平面内に射出するように前記両光束
    の入射角を定め、 前記第２の平面内に射出する前記両光束の干渉によって
    生じる光ビート信号の位相に基づいて、前記被検物の前
    記第２の格子方向に関する位置を検出した、位置検出装
    置。
12. 【請求項１２】前記第１の一対の光束と第２の一対の光
    束とは、前記２次元回折格子上の互いに異なる場所に入
    射し、 第１の平面内に射出する前記両光束と第２の平面内に射
    出する前記両光束とは、共に前記所定の軸と平行であ
    る、請求項１１に記載の位置検出装置。
13. 【請求項１３】前記第１の一対の光束と第２の一対の光
    束とは、前記２次元回折格子上の同一の場所に入射し、 第１の平面内に射出する前記両光束と第２の平面内に射
    出する前記両光束とは、共に前記所定の軸に対して傾斜
    している、請求項１１に記載の位置検出装置。
14. 【請求項１４】前記２次元回折格子は、市松模様状格子
    である、請求項１１、１２又は１３に記載の位置検出装
    置。
15. 【請求項１５】前記２次元回折格子は、前記第１の格子
    方向に配列した１次元格子と、第２の格子方向に配列し
    た１次元格子とを、隣接して配置して形成した、請求項
    １１又は１２に記載の位置検出装置。