JPH10239016A - ４光束生成装置及びそれを用いた位置検出装置 - Google Patents

４光束生成装置及びそれを用いた位置検出装置

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JPH10239016A
JPH10239016A JP9056861A JP5686197A JPH10239016A JP H10239016 A JPH10239016 A JP H10239016A JP 9056861 A JP9056861 A JP 9056861A JP 5686197 A JP5686197 A JP 5686197A JP H10239016 A JPH10239016 A JP H10239016A
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light
acousto
light beams
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bragg
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JP9056861A
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Toru Kawaguchi
透 川口
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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ＲＮ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ＢＲ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Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ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ＲＮ，ＢＲ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生成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、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１２参照）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１２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する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 φx：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 φy：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；φx，φy）、又
は（φx，φy）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に示す。この第１実施例は、１次元回折
格子ＤＧ１とラマンナス音響光学素子（以下ラマンナス
素子と記す。）ＲＮとを、第１のリレー光学系Ｒ１に関
して共役に配置し、ラマンナス素子ＲＮとブラッグ音響
光学素子（以下ブラッグ素子と記す。）ＢＲ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、ラマン
ナス素子ＲＮが配置されている。したがって、 φ1y：光束Ａ，Ｂ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、 ［ラマンナス素子への入射］ 光束Ａ（φ1y；０，−φ1y） 光束Ｂ（φ1y；０，＋φ1y） となる。
【００１４】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。したがって、 φ1：ラマンナス素子からの１次光の射出角 φ1x：φ1のｘ成分、すなわち、ラマンナス素子による
１次光の回折角とすると、ラマンナス素子から射出する
光束のうち、（＋φ1x，＋φ1y）方向には（０，＋
φ1y）方向に入射した光束Ｂの−１次光Ｅが射出し、
（−φ1x，＋φ1y）方向には光束Ｂの＋１次光Ｆが射出
する。同様に（−φ1x，−φ1y）方向には（０，−
φ1y）方向に入射した光束Ａの＋１次光Ｇが射出し、
（＋φ1x，−φ1y）方向には光束Ａの−１次光Ｈが射出
する。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、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、 ［ラマンナス素子からの射出］ 光束Ｅ（φ1；＋φ1x，＋φ1y）＝Ｂ-1 光束Ｆ（φ1；−φ1x，＋φ1y）＝Ｂ+1 光束Ｇ（φ1；−φ1x，−φ1y）＝Ａ+1 光束Ｈ（φ1；＋φ1x，−φ1y）＝Ａ-1 となる。
【００１５】ラマンナス素子から射出する光束Ｅ〜Ｈ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〜Ｈ
以外の不要な光を遮光するように、第２の空間フィルタ
ーＳＦ２が配置されている。
【００１６】第２のリレー光学系の集光点には、ブラッ
グ素子ＢＲが配置されている。したがって、 φ2：光束Ｅ〜Ｈのブラッグ素子への入射角 φ2x：φ2のｘ成分 φ2y：φ2のｙ成分 とすると、光束Ｅ〜Ｈの進行方向は光軸対称に反転する
から、 ［ブラッグ素子への入射］ 光束Ｅ（φ2；−φ2x，−φ2y）＝Ｂ-1 光束Ｆ（φ2；＋φ2x，−φ2y）＝Ｂ+1 光束Ｇ（φ2；＋φ2x，＋φ2y）＝Ａ+1 光束Ｈ（φ2；−φ2x，＋φ2y）＝Ａ-1 となる。
【００１７】ブラッグ素子の駆動超音波は、ラマンナス
素子とは逆方向に、すなわち＋ｘ方向に配置されてい
る。したがって、 φ2x：ブラッグ素子による１次光の回折角 となるように設定すると、ブラッグ素子から射出する光
束のうち、（＋φ2x，＋φ2y）方向には、（−φ2x，＋
φ2y）方向に入射した光束Ｈの＋１次光と、（＋φ2x，
＋φ2y）方向に入射した光束Ｇの０次光とが射出する。
したがってこの光束をＰとすると、 光束Ｐ（φ2；＋φ2x，＋φ2y）＝Ｈ+1＋Ｇ0 と表される。光束Ｈは光束Ａの−１次光であり、光束Ｇ
は光束Ａの＋１次光であったから、 光束Ｐ（φ2；＋φ2x，＋φ2y）＝Ａ-1,+1＋Ａ+1,0 と表される。右辺の光束のサフィックスは、ラマンナス
素子での回折次数と、ブラッグ素子での回折次数を示
す。他の方向についても同様であるから、結局、 ［ブラッグ素子からの射出］ 光束Ｐ（φ2；＋φ2x，＋φ2y）＝Ａ-1,+1＋Ａ+1,0 光束Ｑ（φ2；−φ2x，＋φ2y）＝Ａ+1,-1＋Ａ-1,0 光束Ｒ（φ2；−φ2x，−φ2y）＝Ｂ+1,-1＋Ｂ-1,0 光束Ｓ（φ2；＋φ2x，−φ2y）＝Ｂ-1,+1＋Ｂ+1,0 となる。上式に示すように、各光束Ｐ〜Ｓには２種類の
成分が含まれている。
【００１８】ブラッグ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。
【００１９】ここで、１次元回折格子ＤＧ１、第１のリ
レー光学系Ｒ１、ラマンナス素子ＲＮ、第２のリレー光
学系Ｒ２、及びブラッグ素子ＢＲ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
【００２０】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
【００２１】ラマンナス素子での１次回折について、次
式が成立する。 Λ1：ラマンナス素子の駆動超音波波長 ｆ1：ラマンナス素子の駆動超音波周波数 ｖ1：ラマンナス素子の駆動超音波速度
【００２２】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
【００２３】ブラッグ素子での１次回折について、次式
が成立する。 Λ2：ブラッグ素子の駆動超音波波長 ｆ2：ブラッグ素子の駆動超音波周波数 ｖ2：ブラッグ素子の駆動超音波速度
【００２４】ラマンナス素子からの射出光Ｅ〜Ｈの射出
角φ1とそのｘ，ｙ成分φ1x，φ1yの間には、次式が成
立する。 同様に、ブラッグ素子への入射光Ｅ〜Ｈの入射角φ2と
そのｘ，ｙ成分φ2x，φ2y、すなわち、ブラッグ素子か
らの射出光Ｐ〜Ｓの射出角φ2とそのｘ，ｙ成分φ2x，
φ2yの間には、次式が成立する。
【００２５】ラマンナス素子からの射出光Ｅ〜Ｈがｘ−
ｙ平面の第１〜第４象限内において４５°方向の進行成
分を持つとすると、すなわち、射出光Ｅ〜Ｈがそれぞれ
＋Ｘ，＋Ｙ，−Ｘ，−Ｙ方向の進行成分を持つとする
と、ブラッグ素子への入射光Ｅ〜Ｈも同方向の進行成分
を持ち、ブラッグ素子からの射出光Ｐ〜Ｓも同方向の進
行成分を持つ。したがってこのときには、 となる。また一般にφ1≪１、φ2≪１であるから、 となる。
【００２６】故にこのときには、（１−１）、（１−
２）、（１−３）式より、 となり、（１−３）、（１−４）、（１−５）式より、 となる。
【００２７】さて、ラマンナス素子の駆動超音波の周波
数をｆ1とすると、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−ｆ1だけ周波数
変調を受ける。またブラッグ素子の駆動超音波の周波数
をｆ2（ｆ2≒ｆ1、ｆ2≠ｆ1）とすると、ブラッグ素子
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。既述のようにブラッグ素子からの射出光Ｐ〜
Ｓのうち、例えば光束Ｐには、光束Ａ-1,+1とＡ+1,0が
含まれている。光束Ａ-1,+1の周波数は、当初の周波数
より−ｆ1＋ｆ2だけ変調しており、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。
【００２８】他方、周波数ｆaと周波数ｆbの光束（ｆa
≒ｆb、ｆa≠ｆb）が干渉すると、周波数｜ｆa−ｆb｜
の光ビートを生じる。したがって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１に示す光ビート信号が得られ
る。ここで、ｆ1≒ｆ2、ｆ1≠ｆ2とすることにより、ビ
ート周波数が２｜ｆ1−ｆ2｜の信号は、他の信号よりも
各段に周波数が低くなる。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Ａ-1,+1とＢ+1,-1の干
渉による周波数２｜ｆ1−ｆ2｜の光ビート信号だけを得
ることができる。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、ラマ
ンナス素子とブラッグ素子との駆動周波数差に比例した
周波数差２｜ｆ1−ｆ2｜を有する一対の光束を２組、す
なわち光束Ａ-1,+1とＢ+1,-1の組みと、光束Ａ+1,-1と
Ｂ-1,+1の組みとを生成することができた。
【００２９】
【表１】
【００３０】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。
【００３１】
【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２に示す。この第２実施例は、１次元回折
格子ＤＧ１と第１のラマンナス素子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次元回折格子からの射出］ 光束Ａ（θ；０，＋θ） 光束Ｂ（θ；０，−θ） となる。光束Ａ，Ｂ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。
【００３２】第１のリレー光学系Ｒ１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、 φy：光束Ａ，Ｂの第１のラマンナス素子への入射角 とすると、 ［第１のラマンナス素子への入射］ 光束Ａ（φy；０，−φy） 光束Ｂ（φy；０，＋φy） となる。
【００３３】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。したがって、 φ：ラマンナス素子からの１次光の射出角 φx：φのｘ成分、すなわち、第１のラマンナス素子に
よる１次光の回折角 とすると、 ［第１のラマンナス素子からの射出］ 光束Ｅ（φ ；＋φx，＋φy）＝Ｂ-1 光束Ｃ（φy； ０ ，＋φy）＝Ｂ0 光束Ｆ（φ ；−φx，＋φy）＝Ｂ+1 光束Ｇ（φ ；−φx，−φy）＝Ａ+1 光束Ｄ（φy； ０ ，−φy）＝Ａ0 光束Ｈ（φ ；＋φx，−φy）＝Ａ-1 となる。すなわちこの第２実施例では、第１のラマンナ
ス素子から射出する０次光Ｃ，Ｄも利用している。光束
Ｃ〜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。
【００３４】第２のリレー光学系Ｒ２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。第２のリ
レー光学系の倍率β2は、ほぼβ2＝１に形成されてお
り、したがって、 ［第２のラマンナス素子への入射］ 光束Ｅ（φ ；−φx，−φy）＝Ｂ-1 光束Ｃ（φy； ０ ，−φy）＝Ｂ0 光束Ｆ（φ ；＋φx，−φy）＝Ｂ+1 光束Ｇ（φ ；＋φx，＋φy）＝Ａ+1 光束Ｄ（φy； ０ ，＋φy）＝Ａ0 光束Ｈ（φ ；−φx，＋φy）＝Ａ-1 となる。
【００３５】第２のラマンナス素子は、第１のラマンナ
ス素子とは駆動周波数が僅かに異なるものの、第１のラ
マンナス素子と実質的に同一に形成されている。また第
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。
したがってｘ成分が０である光束Ｃ，Ｄは、第１のラマ
ンナス素子における回折角φxと同じ角度だけ回折さ
れ、ｘ成分が０でない光束Ｅ〜Ｈは、第２のラマンナス
素子を単に通過する。この結果、 ［第２のラマンナス素子からの射出］ 光束Ｐ（φ；＋φx，＋φy）＝Ａ+1,0＋Ａ0,-1 光束Ｑ（φ；−φx，＋φy）＝Ａ-1,0＋Ａ0,+1 光束Ｒ（φ；−φx，−φy）＝Ｂ-1,0＋Ｂ0,+1 光束Ｓ（φ；＋φx，−φy）＝Ｂ+1,0＋Ｂ0,-1 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。
【００３６】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、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
【００３７】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
【００３８】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。 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
【００３９】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。 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
【００４０】第１のラマンナス素子からの射出光Ｅ〜Ｈ
がそれぞれ＋Ｘ，＋Ｙ，−Ｘ，−Ｙ方向の進行成分を持
つとすると、第２のラマンナス素子への入射光Ｅ〜Ｈも
同方向の進行成分を持ち、第２のラマンナス素子からの
射出光Ｐ〜Ｓも同方向の進行成分を持つ。したがってこ
のときには、 となる。故にこのときには、（２−１）、（２−２）、
（２−３）式より、 となる。
【００４１】さて、第１のラマンナス素子の駆動超音波
の周波数をｆ1とし、第２のラマンナス素子の駆動超音
波の周波数をｆ2とすると、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を干渉させることにより、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Ａ+1,0とＢ0,+1の干渉と、光束Ａ
0,-1とＢ-1,0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Ｂ0,+1及び光束Ａ0,-1とＢ-1,0の組みと、光束Ａ
-1,0とＢ0,-1及び光束Ａ0,+1とＢ+1,0の組みとを生成す
ることができた。
【００４２】
【表２】
【００４３】
【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３に示す。この第３実施例は、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。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次元回折格子からの射出］ 光束Ａ（θ；０，＋θ） 光束Ｂ（θ；０，−θ） となる。光束Ａ，Ｂ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。
【００４４】第１のリレー光学系Ｒ１の集光点には、ラ
マンナス素子集合体が配置されている。したがって、 φy：光束Ａ，Ｂのラマンナス素子集合体への入射角 とすると、 ［ラマンナス素子集合体への入射］ 光束Ａ（φy；０，−φy） 光束Ｂ（φy；０，＋φy） となる。
【００４５】ラマンナス素子集合体のうち、第１のラマ
ンナス素子ＲＮ１の駆動超音波は−ｘ方向に配置されて
おり、第２のラマンナス素子ＲＮ２の駆動超音波は＋ｘ
方向に配置されている。また第１のラマンナス素子の駆
動超音波の周波数ｆ1と、第２のラマンナス素子の駆動
超音波の周波数ｆ2とは、ｆ1≒ｆ2、ｆ1≠ｆ2となるよ
うに形成されている。この場合、ラマンナス素子集合体
は、周波数（ｆ1−ｆ2）／２でｆ1方向、すなわち−ｘ
方向に駆動されたラマンナス素子と近似的に考えられ
る。したがって、 φ：ラマンナス素子集合体からの１次光の射出角 φx：φのｘ成分、すなわち、ラマンナス素子集合体に
よる１次光の回折角 とすると、 ［ラマンナス素子集合体からの射出］ 光束Ｐ（φ；＋φx，＋φy）＝Ｂ-1 光束Ｑ（φ；−φx，＋φy）＝Ｂ+1 光束Ｒ（φ；−φx，−φy）＝Ａ+1 光束Ｓ（φ；＋φx，−φy）＝Ａ-1 となる。光束Ｐ〜Ｓ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。
【００４６】ここで、１次元回折格子ＤＧ１、第１のリ
レー光学系Ｒ１、及びラマンナス素子集合体について、
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
【００４７】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
【００４８】ラマンナス素子集合体での１次回折につい
て、次式が成立する。 Λ：ラマンナス素子集合体の合成駆動超音波波長 ｆ：ラマンナス素子集合体の合成駆動超音波周波数 ｖ：ラマンナス素子集合体の合成駆動超音波速度 ｆ1：第１のラマンナス素子の駆動超音波周波数 ｆ2：第２のラマンナス素子の駆動超音波周波数
【００４９】ラマンナス素子集合体からの射出光Ｐ〜Ｓ
がそれぞれ＋Ｘ，＋Ｙ，−Ｘ，−Ｙ方向の進行成分を持
つときには、 となる。故にこのときには、（３−１）、（３−２）、
（３−３）式より、 となる。
【００５０】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３に示すように、光束Ａ+1とＢ-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とＢ-1の組みと、光束Ａ
-1とＢ+1の組みとを生成することができた。
【００５１】
【表３】
【００５２】なお、−ｘ方向に周波数ｆ1で駆動された
第１のラマンナス素子ＲＮ１と、＋ｘ方向に周波数ｆ2
で駆動された第２のラマンナス素子ＲＮ２とを隣接して
配置したラマンナス素子集合体は、−ｘ方向に周波数
（ｆ1−ｆ2）／２で駆動されたラマンナス素子と近似的
に考えられる。しかしこれを次のように考えることもで
きる。すなわち、ラマンナス素子集合体からの射出光の
うち、例えば（＋φx，＋φy）方向に進行する光束Ｐ
は、ラマンナス素子集合体に入射した光束Ｂのうち、第
１のラマンナス素子によって−１次方向に回折した後、
第２のラマンナス素子を透過した光束Ｂ-1,0と、第１の
ラマンナス素子を透過した後、第２のラマンナス素子に
よって＋１次方向に回折した光束Ｂ0,+1との合成波であ
るとみなせる。他の光束Ｑ〜Ｓも同様であるから、結
局、 光束Ｐ（φ；＋φx，＋φy）＝Ｂ-1,0＋Ｂ0,+1 光束Ｑ（φ；−φx，＋φy）＝Ｂ+1,0＋Ｂ0,-1 光束Ｒ（φ；−φx，−φy）＝Ａ+1,0＋Ａ0,-1 光束Ｓ（φ；＋φx，−φy）＝Ａ-1,0＋Ａ0,+1 となる。
【００５３】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Ａ
+1,0とＢ0,+1の干渉と、光束Ａ0,-1とＢ-1,0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。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Ｂ0,+1及び光束Ａ0,-1
とＢ-1,0の組みと、光束Ａ-1,0とＢ0,-1及び光束Ａ0,+1
とＢ+1,0の組みとを生成することができた。
【００５４】
【表４】
【００５５】
【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４に示す。この第４実施例は、２次元回折
格子ＤＧ２と第１のブラッグ素子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ＢＲ１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 θx：θのｘ成分 とすると、θのｙ成分θyは、θy＝θxであるから、 ［２次元回折格子からの射出］ 光束Ａ（θ；＋θx，＋θx） 光束Ｂ（θ；−θx，＋θx） 光束Ｃ（θ；−θx，−θx） 光束Ｄ（θ；＋θx，−θx） 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。
【００５６】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 φ1x：φ1のｘ成分 とすると、φ1のｙ成分φ1yは、φ1y＝φ1xであるか
ら、 ［第１のブラッグ素子への入射］ 光束Ａ（φ1；−φ1x，−φ1x） 光束Ｂ（φ1；＋φ1x，−φ1x） 光束Ｃ（φ1；＋φ1x，＋φ1x） 光束Ｄ（φ1；−φ1x，＋φ1x） となる。
【００５７】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。したがって、 φ1x：第１のブラッグ素子による１次光の回折角 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；＋φ1x，＋φ1x）＝Ｄ-1＋Ｃ0 光束Ｆ（φ1；−φ1x，＋φ1x）＝Ｃ+1＋Ｄ0 光束Ｇ（φ1；−φ1x，−φ1x）＝Ｂ+1＋Ａ0 光束Ｈ（φ1；＋φ1x，−φ1x）＝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。
【００５８】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 φ2x：φ2のｘ成分 とすると、φ2のｙ成分φ2yは、φ2y＝φ2xであるか
ら、 ［ブラッグ素子への入射］ 光束Ｅ（φ2；−φ2x，−φ2x）＝Ｄ-1＋Ｃ0 光束Ｆ（φ2；＋φ2x，−φ2x）＝Ｃ+1＋Ｄ0 光束Ｇ（φ2；＋φ2x，＋φ2x）＝Ｂ+1＋Ａ0 光束Ｈ（φ2；−φ2x，＋φ2x）＝Ａ-1＋Ｂ0 となる。
【００５９】第２のブラッグ素子の駆動超音波は、第１
のブラッグ素子とは逆方向に、すなわち＋ｘ方向に配置
されている。したがって、 φ2x：第２のブラッグ素子による１次光の回折角 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；＋φ2x，＋φ2x）＝Ａ-1,+1＋Ｂ0,+1＋Ｂ
+1,0＋Ａ0,0 光束Ｑ（φ2；−φ2x，＋φ2x）＝Ｂ+1,-1＋Ａ0,-1＋Ａ
-1,0＋Ｂ0,0 光束Ｒ（φ2；−φ2x，−φ2x）＝Ｃ+1,-1＋Ｄ0,-1＋Ｄ
-1,0＋Ｃ0,0 光束Ｓ（φ2；＋φ2x，−φ2x）＝Ｄ-1,+1＋Ｃ0,+1＋Ｃ
+1,0＋Ｄ0,0 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。
【００６０】ここで、１次元回折格子ＤＧ１、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）
【００６１】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
【００６２】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。 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
【００６３】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
【００６４】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。 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
【００６５】φ1y＝φ1xであり、φ2y＝φ2xであり、一
般にφ1≪１、φ2≪１であるから、 となる。
【００６６】故に、（４−１）、（４−２）、（４−
３）式より、 となり、（４−３）、（４−４）、（４−５）式より、 となる。
【００６７】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５に示す光ビート信号が得られる。
ここで第１及び第２のブラッグ素子の回折効率を十分に
高くすることにより、光束Ｃ0,0と光束Ａ0,0の光量を十
分に低くすることができ、したがって光束Ａ-1,+1とＣ
0,0の干渉と、光束Ａ0,0とＣ+1,-1の干渉による光ビー
ト信号の強度は十分に低くすることができる。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Ａ
-1,+1とＣ+1,-1の干渉による周波数２｜ｆ1−ｆ2｜の光
ビート信号だけを得ることができる。なお、光束Ｃ0,0
と光束Ａ0,0の影響が十分に無視できない場合には、ロ
ーパスフィルタの代わりにバンドパスフィルタ等の狭帯
域の周波数成分を取り出すフィルターを介在させるとよ
い。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２｜ｆ1−ｆ2｜を有する一対の光束を２
組、すなわち光束Ａ-1,+1とＣ+1,-1の組みと、光束Ｂ
+1,-1とＤ-1,+1の組みとを生成することができた。
【００６８】
【表５】
【００６９】
【第５実施例】本発明による４光束生成装置の第５実施
例の構成を図５に示す。この第５実施例は、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。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ＤＧ１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 θx：θのｘ成分 とすると、θのｙ成分θyは、θy＝θxであるから、 ［２次元回折格子からの射出］ 光束Ａ（θ；＋θx，＋θx） 光束Ｂ（θ；−θx，＋θx） 光束Ｃ（θ；−θx，−θx） 光束Ｄ（θ；＋θx，−θx） 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。
【００７０】第１のリレー光学系Ｒ１の集光点には、ブ
ラッグ素子集合体が配置されている。したがって、 φ：光束Ａ〜Ｄのブラッグ素子集合体への入射角 φx：φのｘ成分 とすると、φのｙ成分φyは、φy＝φxであるから、 ［ブラッグ素子集合体への入射］ 光束Ａ（φ；−φx，−φx） 光束Ｂ（φ；＋φx，−φx） 光束Ｃ（φ；＋φx，＋φx） 光束Ｄ（φ；−φx，＋φx） となる。
【００７１】ブラッグ素子集合体のうち、第１のブラッ
グ素子ＢＲ１の駆動超音波は−ｘ方向に配置されてお
り、第２のブラッグ素子ＢＲ２の駆動超音波は＋ｘ方向
に配置されている。また第１のブラッグ素子の駆動超音
波の周波数ｆ1と、第２のブラッグ素子の駆動超音波の
周波数ｆ2とは、ｆ1≒ｆ2、ｆ1≠ｆ2となるように形成
されている。この場合、ブラッグ素子集合体は、周波数
（ｆ1−ｆ2）／２でｆ1方向、すなわち−ｘ方向に駆動
されたブラッグ素子と近似的に考えられる。したがっ
て、 φx：ブラッグ素子集合体による１次光の回折角 となるように設定すると、 ［ブラッグ素子集合体からの射出］ 光束Ｐ（φ；＋φx，＋φy）＝Ｄ-1＋Ｃ0 光束Ｑ（φ；−φx，＋φy）＝Ｃ+1＋Ｄ0 光束Ｒ（φ；−φx，−φy）＝Ｂ+1＋Ａ0 光束Ｓ（φ；＋φx，−φy）＝Ａ-1＋Ｂ0 となる。光束Ｐ〜Ｓ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。
【００７２】ここで、２次元回折格子ＤＧ２、第１のリ
レー光学系Ｒ１、及びブラッグ素子集合体について、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）
【００７３】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
【００７４】ブラッグ素子集合体での１次回折につい
て、次式が成立する。 Λ：ブラッグ素子集合体の合成駆動超音波波長 ｆ：ブラッグ素子集合体の合成駆動超音波周波数 ｖ：ブラッグ素子集合体の合成駆動超音波速度 ｆ1：第１のブラッグ素子の駆動超音波周波数 ｆ2：第２のブラッグ素子の駆動超音波周波数
【００７５】φy＝φxであり、一般にφ≪１であるか
ら、 となる。故に、（５−１）、（５−２）、（５−３）式
より、 となる。
【００７６】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６に示す光ビート信号が得られる。ここ
で第１及び第２のブラッグ素子の回折効率を十分に高く
することにより、光束Ｃ0と光束Ａ0の光量を十分に低く
することができ、したがって光束Ｂ+1とＣ0の干渉と、
光束Ａ0とＤ-1の干渉による光ビート信号の強度は十分
に低くすることができる。したがって、光束Ｄ-1とＢ+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Ｄ-1とＢ+1の組みと、光束Ｃ+1
とＡ-1の組みとを生成することができた。
【００７７】
【表６】
【００７８】なお、−ｘ方向に周波数ｆ1で駆動された
第１のブラッグ素子ＢＲ１と、＋ｘ方向に周波数ｆ2で
駆動された第２のブラッグ素子ＢＲ２とを隣接して配置
したブラッグ素子集合体は、−ｘ方向に周波数（ｆ1−
ｆ2）／２で駆動されたブラッグ素子と近似的に考えら
れる。しかしこれを次のように考えることもできる。す
なわち、ブラッグ素子集合体からの射出光のうち、例え
ば（＋φx，＋φy）方向に進行する光束Ｐは、ブラッグ
素子集合体に入射した光束Ｄのうち、第１のブラッグ素
子によって−１次方向に回折した後、第２のブラッグ素
子を透過した光束Ｄ-1,0と、第１のブラッグ素子を透過
した後、第２のブラッグ素子によって＋１次方向に回折
した光束Ｄ0,+1と、ブラッグ素子集合体に入射した光束
Ｃのうち、第１のブラッグ素子によって＋１次方向に回
折した後、第２のブラッグ素子によって＋１次方向に回
折した入射した光束Ｃ+1,+1と、第１のブラッグ素子を
透過した後、第２のブラッグ素子も透過した光束Ｃ0,0
との合成波であるとみなせる。他の光束Ｑ〜Ｓも同様で
あるから、結局、 光束Ｐ（φ；＋φx，＋φy）＝Ｄ-1,0＋Ｄ0,+1＋Ｃ
+1,+1＋Ｃ0,0 光束Ｑ（φ；−φx，＋φy）＝Ｃ+1,0＋Ｃ0,-1＋Ｄ
-1,-1＋Ｄ0,0 光束Ｒ（φ；−φx，−φy）＝Ｂ+1,0＋Ｂ0,-1＋Ａ
-1,-1＋Ａ0,0 光束Ｓ（φ；＋φx，−φy）＝Ａ-1,0＋Ａ0,+1＋Ｂ
+1,+1＋Ｂ0,0 となる。
【００７９】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７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Ｄ
-1,0とＢ0,-1との干渉と、光束Ｂ+1,0とＤ0,+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。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Ｄ-1,0とＢ0,-1及び光束Ｂ+1,0と
Ｄ0,+1の組みと、光束Ｃ+1,0とＡ0,+1及び光束Ａ-1,0と
Ｃ0,-1の組みとを生成することができた。
【００８０】
【表７】
【００８１】なお本実施例では第１のブラッグ素子ＢＲ
１と第２のブラッグ素子ＢＲ２とを隣接して配置し、且
つ両素子の駆動方向を逆向きに配置したが、両素子ＢＲ
１，ＢＲ２を離隔して配置し、両素子が共役となるよう
に両素子間にリレー光学系を介在させ、両素子の駆動方
向を同方向に配置することもできる。
【００８２】
【第６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６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７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。
【００８３】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。
【００８４】レチクルＲの回路パターンの走査方向ｙの
両側には、図７と図８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，４５Ｂ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４
５Ａ，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。
【００８５】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。
【００８６】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９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。
【００８７】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。
【００８８】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。
【００８９】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１０と図１１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。
【００９０】
【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】本発明による４光束生成装置の第２実施例を示
す斜視図
【図３】本発明による４光束生成装置の第３実施例を示
す斜視図
【図４】本発明による４光束生成装置の第４実施例を示
す斜視図
【図５】本発明による４光束生成装置の第５実施例を示
す斜視図
【図６】本発明による位置検出装置の一実施例を示す構
成図
【図７】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８】（ａ）レチクルマークと、（ｂ）ウエハマーク
を示す平面図
【図９】（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１０】（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１１】（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１２】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 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 (14)

    【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。
  2. 【請求項２】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
    第１の集光手段によって集光し、 該第１の集光手段によって集光した前記２光束を、前記
    第１の音響光学素子としてのラマンナス音響光学素子に
    入射し、 該ラマンナス音響光学素子による前記２光束のそれぞれ
    の＋１次透過回折光と−１次透過回折光との都合４光束
    を、第２の集光手段によって集光し、 該第２の集光手段によって集光した前記４光束を、前記
    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、且つ該ラマンナス音響光学素子の駆動方向とは逆方
    向から駆動された前記第２の音響光学素子としてのブラ
    ッグ音響光学素子に入射させた、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
    第１の集光手段によって集光し、 該第１の集光手段によって集光した前記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
    素子に入射し、 該第１のラマンナス音響光学素子による前記２光束のそ
    れぞれの＋１次透過回折光と−１次透過回折光と０次透
    過回折光との都合６光束を、第２の集光手段によって集
    光し、 該第２の集光手段によって集光した前記６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た、請求項１に記載
    の４光束生成装置。
  4. 【請求項４】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
    集光手段によって集光し、 該集光手段によって集光した前記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た、請求
    項１に記載の４光束生成装置。
  5. 【請求項５】前記光束分離手段は１次元回折格子であ
    る、請求項２、３又は４に記載の４光束生成装置。
  6. 【請求項６】前記光束分離手段から射出する光束のう
    ち、それぞれ前記所定の軸に対して対称に射出する２組
    の光束の都合４本の光束を第１の集光手段によって集光
    し、 該第１の集光手段によって集光した前記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
    子に入射し、 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、第１のブラッグ音響光学素子の超音波の
    駆動方向とは逆方向の進行成分を有する２光束のそれぞ
    れの＋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２光束のそれぞれの−１次透過回折光との
    都合４光束を、第２の集光手段によって集光し、 該第２の集光手段によって集光した前記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に入射させた、請求項１に記載の４
    光束生成装置。
  7. 【請求項７】前記光束分離手段から射出する光束のう
    ち、それぞれ前記所定の軸に対して対称に射出する２組
    の光束の都合４本の光束を集光手段によって集光し、 該集光手段によって集光した前記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た、請求項１に記載の
    ４光束生成装置。
  8. 【請求項８】前記４光束分離手段は２次元回折格子であ
    る、請求項６又は７に記載の４光束生成装置。
  9. 【請求項９】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１〜８のいずれか１項に記載の４光束生
    成装置。
  10. 【請求項１０】第１の音響光学素子と第２の音響光学素
    子とを有する４光束生成装置によって、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所定の軸と直交して
    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。
  11. 【請求項１１】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１０に記載の位置検出装置。
  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１０に記載の位置検出装置。
  13. 【請求項１３】前記２次元回折格子は、市松模様状格子
    である、請求項１０、１１又は１２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、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
    １０又は１１に記載の位置検出装置。
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