(57)【要約】  光学素子は、照射光が照射される入射面、少なくとも一部が入射面の反対方向を向く射出面、及び入射面と射出面とを結ぶように形成された孔を有する金属膜を備える。入射面は、入射面側の孔の端部の周囲に配置され孔の内面と結ばれる内側エッジを有する第１面と、第１面の周囲に配置され第１面の外側エッジとの間に不連続部を形成する第２面とを含む。照射光の照射により内側エッジで励起され孔に向かう表面プラズモンと不連続部から孔に向かう表面プラズモンとの干渉により孔から射出面側に射出される光の強度が高くなるように、内側エッジと外側エッジとの距離が表面プラズモンの波長に応じて定められている。
2012128323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光が照射される入射面と、
少なくとも一部が前記入射面の反対方向を向く射出面と、
前記入射面と前記射出面とを結ぶように形成された孔を有する金属膜と、を備え、
前記入射面は、前記入射面側の前記孔の端部の周囲に配置され前記孔の内面と結ばれる内側エッジを有する第１面と、前記第１面の周囲に配置され前記第１面の外側エッジとの間に不連続部を形成する第２面とを含み、
前記照射光の照射により前記内側エッジで励起され前記孔に向かう表面プラズモンと前記不連続部から前記孔に向かう表面プラズモンとの干渉により前記孔から前記射出面側に射出される光の強度が高くなるように、前記内側エッジと前記外側エッジとの距離が前記表面プラズモンの波長に応じて定められている、光学素子。
【請求項２】
前記内側エッジは、前記第１面と前記孔の内面とで形成される第１の角部を含む請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記不連続部は、前記第１面と前記第２面とで形成される第２の角部を含む請求項１又は２記載の光学素子。
【請求項４】
前記不連続部から前記孔に向かう表面プラズモンは、前記照射光の照射により前記内側エッジで励起され前記不連続部で反射した表面プラズモンを含む請求項１〜３のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項５】
前記第２面は、前記孔の中心に対する放射方向に関して内側を向くように前記第１面の周囲に配置され、
前記内側エッジで励起された表面プラズモンの少なくとも一部は、前記第１面の外側エッジと前記内側を向く前記第２面との間の前記不連続部で反射する請求項４記載の光学素子。
【請求項６】
前記内側エッジと前記外側エッジとの距離をＬ、前記表面プラズモンの波長をλｓｐとしたとき、
Ｌ＝ｍ・λｓｐ／２  （ｍは、正の奇数）
の条件を満たす請求項５記載の光学素子。
【請求項７】
前記第２面は、前記孔の中心に対する放射方向に関して外側を向くように前記第１面の周囲に配置され、
前記内側エッジで励起された表面プラズモンの少なくとも一部は、前記第１面の外側エッジと前記外側を向く前記第２面との間の前記不連続部で反射する請求項４記載の光学素子。
【請求項８】
前記内側エッジと前記外側エッジとの距離をＬ、前記表面プラズモンの波長をλｓｐとしたとき、
Ｌ＝ｍ・λｓｐ／２  （ｍは、正の偶数）
の条件を満たす請求項７記載の光学素子。
【請求項９】
前記不連続部から前記孔に向かう表面プラズモンは、前記照射光の照射により前記不連続部で励起された表面プラズモンを含む請求項１〜３のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項１０】
前記第２面は、前記孔の中心に対する放射方向に関して外側を向くように前記第１面の周囲に配置され、
前記照射光の照射により前記第１面の外側エッジと前記外側を向く前記第２面との間の前記不連続部で前記表面プラズモンが励起される請求項９記載の光学素子。
【請求項１１】
前記内側エッジと前記外側エッジとの距離をＬ、前記表面プラズモンの波長をλｓｐとしたとき、
Ｌ＝ｍ・λｓｐ／２  （ｍは、正の偶数）
の条件を満たす請求項１０記載の光学素子。
【請求項１２】
前記入射面は、前記第２面の周囲に配置され、前記第１面と実質的に平行な第３面を含む請求項１〜１１のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項１３】
前記照射光を透過可能であり、前記金属膜が形成される表面を有する透明部材を備え、
前記透明部材を介して前記金属膜に前記照射光が照射される請求項１〜１２のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項１４】
照射光が照射される入射面、少なくとも一部が前記入射面の反対方向を向く射出面、及び前記入射面と前記射出面とを結ぶように形成された孔を有する金属膜を備える光学素子であって、
前記入射面は、前記入射面側の前記孔の端部の周囲に配置され前記孔の内面と結ばれる内側エッジを有する第１面と、前記第１面の周囲に配置され前記第１面の外側エッジとの間に不連続部を形成する第２面とを含み、
前記内側エッジは、前記第１面と前記孔の内面とで形成される第１の角部を含み、
前記不連続部は、前記第１面と前記第２面とで形成される第２の角部を含み、
前記第２面は、前記孔の中心に対する放射方向に関して内側を向くように前記第１面の周囲に配置され、
前記照射光を透過可能であり、前記金属膜が形成される表面を有する透明部材を備え、
前記金属膜がアルミニウムからなり、
前記透明部材が石英ガラスからなり、
前記内側エッジと前記外側エッジとの距離をＬとしたとき、
Ｌ＝ｍ・４３（ｎｍ）  （ｍは、正の奇数）
の条件を満たし、
前記透明部材を介して前記金属膜に前記照射光が照射される光学素子。
【請求項１５】
照射光が照射される入射面、少なくとも一部が前記入射面の反対方向を向く射出面、及び前記入射面と前記射出面とを結ぶように形成された孔を有する金属膜を備える光学素子であって、
前記入射面は、前記入射面側の前記孔の端部の周囲に配置され前記孔の内面と結ばれる内側エッジを有する第１面と、前記第１面の周囲に配置され前記第１面の外側エッジとの間に不連続部を形成する第２面とを含み、
前記内側エッジは、前記第１面と前記孔の内面とで形成される第１の角部を含み、
前記不連続部は、前記第１面と前記第２面とで形成される第２の角部を含み、
前記第２面は、前記孔の中心に対する放射方向に関して外側を向くように前記第１面の周囲に配置され、
前記照射光を透過可能であり、前記金属膜が形成される表面を有する透明部材を備え、
前記金属膜がアルミニウムからなり、
前記透明部材が石英ガラスからなり、
前記内側エッジと前記外側エッジとの距離をＬとしたとき、
Ｌ＝ｍ・４３（ｎｍ）  （ｍは、正の偶数）
の条件を満たし、
前記透明部材を介して前記金属膜に前記照射光が照射される光学素子。
【請求項１６】
前記透明部材は、固体液浸レンズであり、
前記金属膜が形成される前記固体液浸レンズの表面は、前記固体液浸レンズの焦点面である請求項１３〜１５のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項記載の光学素子と、
前記光学素子の前記入射面に前記照射光を照射する光学系と、を備え、
前記光学素子の前記孔から射出された光で物体を照明する照明装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の照明装置と、
前記照明装置から射出され物体の表面に照射された球面波の反射光を検出する検出装置と、
前記検出装置の検出結果に基づいて前記物体の表面の波面収差を算出する演算装置と、を備える測定装置。
【請求項１９】
請求項１７記載の照明装置と、
前記照明装置から射出され物体を経由した測定光を検出する検出装置と、
前記検出装置の検出結果に基づいて前記物体の光学特性を算出する演算装置と、を備える測定装置。
【請求項２０】
露光光が照射される入射面、少なくとも一部が前記入射面の反対方向を向く射出面、及び前記入射面と前記射出面とを結ぶように形成された孔を有する金属膜を備えるフォトマスクであって、
前記入射面は、前記入射面側の前記孔の端部の周囲に配置され前記孔の内面と結ばれる内側エッジを有する第１面と、前記第１面の周囲に配置され前記第１面の外側エッジとの間に不連続部を形成する第２面とを含み、
前記露光光の照射により前記内側エッジで励起され前記孔に向かう表面プラズモンと前記不連続部から前記孔に向かう表面プラズモンとの干渉により前記孔から前記射出面側に射出される露光光の強度が高くなるように、前記内側エッジと前記外側エッジとの距離が前記表面プラズモンの波長に応じて定められているフォトマスク。
【請求項２１】
前記内側エッジは、前記第１面と前記孔の内面とで形成される第１の角部を含む請求項１９記載のフォトマスク。
【請求項２２】
前記不連続部は、前記第１面と前記第２面とで形成される第２の角部を含む請求項２０又は２１記載のフォトマスク。
【請求項２３】
前記不連続部から前記孔に向かう表面プラズモンは、前記露光光の照射により前記内側エッジで励起され前記不連続部で反射した表面プラズモンを含む請求項２０〜２２いずれか一項記載のフォトマスク。
【請求項２４】
前記不連続部から前記孔に向かう表面プラズモンは、前記露光光の照射により前記不連続部で励起された表面プラズモンを含む請求項２０〜２３のいずれか一項記載のフォトマスク。
【請求項２５】
請求項２３〜２４のいずれか一項記載のフォトマスクを露光光で照明することと、
前記フォトマスクからの前記露光光で基板を露光することと、を含む露光方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の露光方法で基板を露光することと、
露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
【請求項２７】
パターンの像を基板に転写する露光装置であって、
請求項１〜１６のいずれか一項記載の光学素子と、
前記光学素子に光を照射する光学系と、
前記光学素子から射出された光を検出する検出装置と、を備える露光装置。
【請求項２８】
請求項１〜１６のいずれか一項記載の光学素子を用いて所定の光学特性を計測することと、
前記光学特性の計測結果に基づいて、パターンの像を基板に転写することと、
を含む、露光方法。
【請求項２９】
光源と、
投影光学系と、
前記光源からの光が照射される光学素子と、を備え、
前記光学素子は、
前記光が通過する孔と、
前記孔を囲み、前記孔の軸方向と交差する面と、
前記孔の近傍に配置され、前記面で結ばれる２つのコーナーであり、前記光に照射され、各々で励起した表面プラズモンが互いに干渉する、前記２つのコーナーと、
を有する、露光装置。
【請求項３０】
光源と、
投影光学系と、
前記光源からの光が照射される光学素子と、を備え、
前記光学素子は、
前記光が通過する孔と、
前記孔の近傍に配置され、各々が前記孔を囲み、前記光に照射される２つのコーナーを有する段差構造であり、前記２つのコーナーで励起した表面プラズモンが互いに干渉する、前記段差構造と、
を有する、露光装置。
【請求項３１】
光源と、
投影光学系と、
前記光源からの光が照射される光学素子と、を備え、
前記光学素子は、
前記光が通過する孔と、
前記孔の近傍に配置され、各々が前記孔を囲み、前記光に照射される２つのコーナーを有するバンクであり、前記２つのコーナーで励起した表面プラズモンが互いに干渉する、前記バンクと、
を有する、露光装置。
【請求項３２】
露光装置に用いられる光学素子であって、
光が通過する孔と、
前記孔を囲み、前記孔の軸方向と交差する面と、
前記孔の近傍に配置され、前記面で結ばれる２つのコーナーであり、前記光に照射され、各々で励起した表面プラズモンが互いに干渉する、前記２つのコーナーと、
を有する、光学素子。
【請求項３３】
露光装置に用いられる光学素子であって、
光が通過する孔と、
前記孔の近傍に配置され、前記孔を囲み、前記光に照射される２つのコーナーを有する段差構造であり、前記２つのコーナーの励起した表面プラズモンが互いに干渉する、前記段差構造と、
を備える、光学素子。
【請求項３４】
露光装置に用いられる光学素子であって、
光が通過する孔と、
前記孔の近傍に配置され、前記孔を囲み、前記光に照射される２つのコーナーを有するバンクであり、前記２つのコーナーの各々で励起した表面プラズモンが互いに干渉する、前記バンクと、
を備える、光学素子。
【請求項３５】
請求項３２〜３４のいずれか一項記載の光学素子を用いて所定の光学特性を計測することと、
前記光学特性の計測結果に基づいて、パターンの像を基板に転写することと、
を含む、露光方法。
【請求項３６】
請求項３５記載の露光方法を用いて基板を露光することと、
露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、照明装置、測定装置、フォトマスク、露光方法、及びデバイス製造方法に関する。
本願は、２０１１年３月２２日に出願された特願２０１１−０６２４１１号に基づき優先権を主張しその内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、電子デバイス等のマイクロデバイスの製造工程において、投影光学系から射出される露光光で基板を露光する露光装置が使用される。露光装置は、例えば投影光学系の光学特性を測定する測定装置を備えている。測定装置として、例えば下記特許文献に開示されているような、投影光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置が知られている。波面収差測定装置は、疑似点光源として機能する孔（ピンホール）を有する光学素子を備え、その光学素子に照射光を照射して球面波を生成し、波面形状を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００３／０２９７５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光学素子において、孔の寸法が小さいほうが、球面波が良好に生成される。一方、孔の寸法が小さいと、照射光が孔を通過し難くなり、球面波の強度が低下する可能性がある。その結果、例えば測定に時間を要したり、ノイズの影響を受けやすくなったりする等、測定装置の性能が低下する可能性がある。【０００５】
また、孔（ピンホール）を有する光学素子をフォトマスクとして使用する場合、そのフォトマスクから射出される光の強度が低下すると、例えば露光に時間を要したり、ノイズの影響を受けやすくなったりする等、露光不良が発生する可能性がある。その結果、不良デバイスが発生する可能性がある。【０００６】
本発明の態様は、所望の球面波を生成できる光学素子、及び照明装置を提供することを目的とする。また本発明の態様は、性能の低下を抑制できる測定装置を提供することを目的とする。また本発明の態様は、所望の球面波を生成できるフォトマスクを提供することを目的とする。また本発明の態様は、露光不良の発生を抑制できる露光方法を提供することを目的とする。また本発明の態様は、不良デバイスの発生を抑制できるデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、照射光が照射される入射面と、少なくとも一部が入射面の反対方向を向く射出面と、入射面と射出面とを結ぶように形成された孔を有する金属膜と、を備える光学素子であって、入射面は、入射面側の孔の端部の周囲に配置され孔の内面と結ばれる内側エッジを有する第１面と、第１面の周囲に配置され第１面の外側エッジとの間に不連続部を形成する第２面とを含み、照射光の照射により内側エッジで励起され孔に向かう表面プラズモンと不連続部から孔に向かう表面プラズモンとの干渉により孔から射出面側に射出される光の強度が高くなるように、内側エッジと外側エッジとの距離が表面プラズモンの波長に応じて定められている光学素子が提供される。【０００８】
本発明の第２の態様に従えば、照射光が照射される入射面と、少なくとも一部が入射面の反対方向を向く射出面と、入射面と射出面とを結ぶように形成された孔を有する金属膜と、を備える光学素子であって、入射面は、入射面側の孔の端部の周囲に配置され孔の内面と結ばれる内側エッジを有する第１面と、第１面の周囲に配置され第１面の外側エッジとの間に不連続部を形成する第２面とを含み、内側エッジは、第１面と孔の内面とで形成される第１の角部を含み、不連続部は、第１面と第２面とで形成される第２の角部を含み、第２面は、孔の中心に対する放射方向に関して内側を向くように第１面の周囲に配置され、照射光を透過可能であり、金属膜が形成される表面を有する透明部材を備え、金属膜がアルミニウムからなり、透明部材が石英ガラスからなり、内側エッジと外側エッジとの距離をＬとしたとき、Ｌ＝ｍ・４３（ｎｍ）  （ｍは、正の奇数）の条件を満たし、透明部材を介して金属膜に照射光が照射される光学素子が提供される。【０００９】
本発明の第３の態様に従えば、照射光が照射される入射面と、少なくとも一部が入射面の反対方向を向く射出面と、入射面と射出面とを結ぶように形成された孔を有する金属膜と、を備える光学素子であって、入射面は、入射面側の孔の端部の周囲に配置され孔の内面と結ばれる内側エッジを有する第１面と、第１面の周囲に配置され第１面の外側エッジとの間に不連続部を形成する第２面とを含み、内側エッジは、第１面と孔の内面とで形成される第１の角部を含み、不連続部は、第１面と第２面とで形成される第２の角部を含み、第２面は、孔の中心に対する放射方向に関して外側を向くように第１面の周囲に配置され、照射光を透過可能であり、金属膜が形成される表面を有する透明部材を備え、金属膜がアルミニウムからなり、透明部材が石英ガラスからなり、内側エッジと外側エッジとの距離をＬとしたとき、Ｌ＝ｍ・４３（ｎｍ）  （ｍは、正の偶数）の条件を満たし、透明部材を介して金属膜に照射光が照射される光学素子が提供される。【００１０】
本発明の第４の態様に従えば、第１〜第３のいずれか一つの態様の光学素子と、光学素子の入射面に照射光を照射する光学系と、を備え、光学素子の孔から射出された光で物体を照明する照明装置が提供される。【００１１】
本発明の第５の態様に従えば、第４の態様の照明装置と、照明装置から射出され物体の表面に照射された球面波の反射光を検出する検出装置と、検出装置の検出結果に基づいて物体の表面の波面収差を算出する演算装置と、を備える測定装置が提供される。【００１２】
本発明の第６の態様に従えば、第４の態様の照明装置と、照明装置から射出され物体を経由した測定光を検出する検出装置と、検出装置の検出結果に基づいて物体の光学特性を算出する演算装置と、を備える測定装置が提供される。【００１３】
本発明の第７の態様に従えば、露光光が照射される入射面と、少なくとも一部が入射面の反対方向を向く射出面と、入射面と射出面とを結ぶように形成された孔を有する金属膜と、を備えるフォトマスクであって、入射面は、入射面側の孔の端部の周囲に配置され孔の内面と結ばれる内側エッジを有する第１面と、第１面の周囲に配置され第１面の外側エッジとの間に不連続部を形成する第２面とを含み、露光光の照射により内側エッジで励起され孔に向かう表面プラズモンと不連続部から孔に向かう表面プラズモンとの干渉により孔から射出面側に射出される露光光の強度が高くなるように、内側エッジと外側エッジとの距離が表面プラズモンの波長に応じて定められているフォトマスクが提供される。【００１４】
本発明の第８の態様に従えば、第７の態様のフォトマスクを露光光で照明することと、フォトマスクからの露光光で基板を露光することと、を含む露光方法が提供される。【００１５】
本発明の第９の態様に従えば、第８の態様の露光方法で基板を露光することと、露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が提供される。【００１６】
本発明の第１０の態様に従えば、パターンの像を基板に転写する露光装置であって、上記の光学素子と、前記光学素子に光を照射する光学系と、前記光学素子から射出された光を検出する検出装置と、を備える露光装置が提供される。【００１７】
本発明の第１１の態様に従えば、上記の光学素子を用いて所定の光学特性を計測することと、前記光学特性の計測結果に基づいて、パターンの像を基板に転写することと、を含む、露光方法が提供される。【００１８】
本発明の第１２の態様に従えば、光源と、投影光学系と、前記光源からの光が照射される光学素子と、を備え、前記光学素子は、前記光が通過する孔と、前記孔を囲み、前記孔の軸方向と交差する面と、前記孔の近傍に配置され、前記面で結ばれる２つのコーナーであり、前記光に照射され、各々で励起した表面プラズモンが互いに干渉する、前記２つのコーナーと、を有する、露光装置が提供される。【００１９】
本発明の第１３の態様に従えば、光源と、投影光学系と、前記光源からの光が照射される光学素子と、を備え、前記光学素子は、前記光が通過する孔と、前記孔の近傍に配置され、各々が前記孔を囲み、前記光に照射される２つのコーナーを有する段差構造であり、前記２つのコーナーで励起した表面プラズモンが互いに干渉する、前記段差構造と、を有する、露光装置が提供される。【００２０】
本発明の第１４の態様に従えば、光源と、投影光学系と、前記光源からの光が照射される光学素子と、を備え、前記光学素子は、前記光が通過する孔と、前記孔の近傍に配置され、各々が前記孔を囲み、前記光に照射される２つのコーナーを有するバンクであり、前記２つのコーナーで励起した表面プラズモンが互いに干渉する、前記バンクと、を有する、露光装置が提供される。【００２１】
本発明の第１５の態様に従えば、露光装置に用いられる光学素子であって、光が通過する孔と、前記孔を囲み、前記孔の軸方向と交差する面と、前記孔の近傍に配置され、前記面で結ばれる２つのコーナーであり、前記光に照射され、各々で励起した表面プラズモンが互いに干渉する、前記２つのコーナーと、を有する、光学素子が提供される。【００２２】
本発明の第１６の態様に従えば、露光装置に用いられる光学素子であって、光が通過する孔と、前記孔の近傍に配置され、前記孔を囲み、前記光に照射される２つのコーナーを有する段差構造であり、前記２つのコーナーの励起した表面プラズモンが互いに干渉する、前記段差構造と、を備える、光学素子が提供される。【００２３】
本発明の第１７の態様に従えば、露光装置に用いられる光学素子であって、光が通過する孔と、前記孔の近傍に配置され、前記孔を囲み、前記光に照射される２つのコーナーを有するバンクであり、前記２つのコーナーの各々で励起した表面プラズモンが互いに干渉する、前記バンクと、を備える、光学素子が提供される。【００２４】
本発明の第１８の態様に従えば、上記の光学素子を用いて所定の光学特性を計測することと、前記光学特性の計測結果に基づいて、パターンの像を基板に転写することと、を含む、露光方法が提供される。【００２５】
本発明の第１９の態様に従えば、上記の露光方法を用いて基板を露光することと、露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の態様によれば、所望の球面波を生成できる。また本発明の態様によれば、測定装置の性能の低下を抑制できる。また本発明の態様によれば、露光不良の発生、及び不良デバイスの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係る光学素子の一例を示す側断面図である。
【図２】第１実施形態に係る光学素子の一例を示す平面図である。
【図３】第１実施形態に係る光学素子の一部を拡大した図である。
【図４】第１実施形態に係る光学素子における表面プラズモンの状態の一例を模式的に示す図である。
【図５】第２実施形態に係る光学素子の一例を示す側断面図である。
【図６】第２実施形態に係る光学素子の一例を示す平面図である。
【図７】第３実施形態に係る光学素子の一例を示す側断面図である。
【図８】第３実施形態に係る光学素子の一例を示す平面図である。
【図９】第４実施形態に係る光学素子の一例を示す側断面図である。
【図１０】第４実施形態に係る光学素子の一例を示す平面図である。
【図１１】第４実施形態に係る光学素子の一部を拡大した図である。
【図１２】第４実施形態に係る光学素子における表面プラズモンの状態の一例を模式的に示す図である。
【図１３】第５実施形態に係る実験結果の一例を示す図である。
【図１４】第５実施形態に係る実験結果の一例を示す図である。
【図１５】第６実施形態に係る測定装置の一例を示す図である。
【図１６】第６実施形態に係る照明装置の一例を示す図である。
【図１７】第７実施形態に係る測定装置の一例を示す図である。
【図１８】第８実施形態に係るフォトマスクの一例を示す図である。
【図１９】第８実施形態に係るフォトマスクの一例を示す図である。
【図２０】第８実施形態に係るフォトマスクの一例を示す図である。
【図２１】マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図２２】第９実施形態に係る露光装置の概略的な構成を示す図である。
【図２３】光学特性計測装置の構成を示す図である。
【図２４】露光動作時の主制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図２５】光学特性の計測処理を示すフローチャートである。
【図２６】光学特性の計測処理を示すフローチャートである。
【図２７】光学特性の計測処理を示すフローチャートである。
【図２８】計測用レチクルの一例を示す図である。
【図２９Ａ】瞳像を計測する際の光学配置を示す図である。
【図２９Ｂ】波面収差を計測する際の光学配置を示す図である。
【図３０】液浸型の露光装置に適用した光学特性計測装置の構成の一例を示す図である。
【図３１】受光ユニット（撮像ユニット）の変形例の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
【００２９】
＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光学素子１Ａの一例を示す側断面図、図２は、光学素子１Ａを＋Ｚ側から見た平面図、図３は、図１の一部を拡大した図である。
【００３０】
図１、図２、及び図３において、光学素子１Ａは、照射光ＥＬを透過可能な透明部材２と、透明部材２の表面の少なくとも一部に形成される金属膜３とを備えている。
【００３１】
本実施形態において、透明部材２は、例えば石英ガラスによって形成される。金属膜３は、例えば金によって形成される。なお、金属膜３が、銀によって形成されてもよいし、アルミニウムによって形成されてもよいし、他の材料によって形成されてもよい。また、金属膜３が、金と金とは別の物質とを含んでもよいし、銀と銀とは別の物質とを含んでもよいし、アルミニウムとアルミニウムとは別の物質とを含んでもよい。金属膜３の厚さは、例えば５０ｎｍ〜１０００ｎｍでもよい。金属膜３の厚さは、例えば、約５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００、６５０、７００、７５０、８００、８５０、９００、９５０、１０００ｎｍ、又はそれ以上にできる。照射光ＥＬの波長は、λＲである。
【００３２】
本実施形態において、透明部材２の表面は、＋Ｚ方向を向く上面２１と、少なくとも一部が上面２１の反対方向（すなわち−Ｚ方向）を向く下面２２とを含む。金属膜３は、下面２２に形成される。本実施形態において、上面２１は、平坦である。本実施形態において、照射光ＥＬは、上面２１に照射される。上面２１に照射された照射光ＥＬは、透明部材２を介して、金属膜３の少なくとも一部に照射される。
【００３３】
金属膜３は、照射光ＥＬが照射される入射面４と、少なくとも一部が入射面４の反対方向を向く射出面５と、入射面４と射出面５とを結ぶように形成された孔（ピンホール）６とを有する。
【００３４】
入射面４は、入射面４側の孔６の端部の周囲に配置され、孔６の内面６１と結ばれる内側エッジＥａを有する第１面４１と、第１面４１の周囲に配置され、第１面４１の外側エッジＥｂとの間に不連続部７を形成する第２面４２とを含む。
【００３５】
また、本実施形態において、入射面４は、第２面４２の周囲に配置され、第１面４１と実質的に平行な第３面４３を含む。
【００３６】
本実施形態において、内面６１は、Ｚ軸と実質的に平行である。第１面４１は、ＸＹ平面と実質的に平行である。第２面４２は、Ｚ軸と実質的に平行である。第３面４１は、ＸＹ平面と実質的に平行である。
【００３７】
図２に示すように、ＸＹ平面内において、孔６の形状は、円形である。第１面４１の外形は、円形である。ＸＹ平面内において、孔６の中心と第１面４１の中心とは実質的に一致する。なお、孔６の中心と第１面４１の中心とがずれていてもよい。また、第１面４１の外形が、例えば楕円形でもよいし、四角形、八角形等の多角形でもよい。
【００３８】
本実施形態において、内側エッジＥａは、第１面４１と孔６の内面６１とで形成される角部Ｃ１を含む。換言すれば、内側エッジＥａに角部Ｃ１が形成される。ＸＺ平面内（ＹＺ平面内）において、第１面４１と内面６１とがなす角度は、約９０度である。本実施形態において、角部Ｃ１は、尖っている。なお、角部Ｃ１が、丸みを帯びていてもよい。
【００３９】
本実施形態において、第２面４２は、孔６の中心に対する放射方向に関して内側（径方向内方）を向くように第１面４１の周囲に配置される。本実施形態において、不連続部７は、第１面４１と第２面４２とで形成される角部Ｃ２を含む。換言すれば、外側エッジＥｂに角部Ｃ２が形成される。不連続部７は、角部Ｃ２によって形成される。換言すると、光学素子１Ａは、段差構造を含む孔壁（hole wall）を有する。本実施形態において、段差構造は、金属膜３からなり、角部（コーナー）Ｃ１、第１面（アキシアル面）４１、角部（コーナー）Ｃ２、第２面（ラジアル面）４２、及び内面（ラジアル面）６１を含む。角部Ｃ１及び角部Ｃ２は、孔６の軸方向と交差する同一のアキシアル面（第１面）につながっている。すなわち、アキシアル面（第１面４１）が、角部Ｃ１と角部Ｃ２とを結ぶ。本実施形態において、少なくとも第１面４１と、角部Ｃ１と、角部Ｃ２とは、照射光ＥＬに直接的に照射される。後述するように、この孔壁の段差構造は、表面プラズモンの波長に応じて設計されている。段差構造において、２つの角部Ｃ１、Ｃ２の各々で励起した表面プラズモンが互いに干渉するようになっている。
【００４０】
図１に示すように、本実施形態においては、光学系１０を介して照射光ＥＬが光学素子１Ａに照射される。本実施形態においては、照射光ＥＬが孔６及び内側エッジＥａに照射されるように、光学系１０が照射光ＥＬを集光する。
【００４１】
なお、光学系１０の開口数は、１以上でもよい。なお、光学系１０と光学素子１Ａ（透明部材２）との間を液体（例えばイマージョンオイル）で満たした状態で、光学系１０からの照射光ＥＬを光学素子１Ａに照射してもよい。その場合、光学素子１Ａに照射される照射光ＥＬの照射領域（スポット光）の大きさを、例えば空気中における回折限界以下とすることができる。
【００４２】
本実施形態において、孔６の寸法（直径）は、金属膜３に照射される照射光ＥＬの波長λＲの２倍以下でもよい。なお、波長λＲは、照射光ＥＬが透明部材２を通過するときの波長（光学波長）を含む。例えば、孔６の寸法が、波長λＲの１／２０〜２倍に定められてもよい。例えば、波長λＲが６３３ｎｍの照射光ＥＬを用いる場合、孔６の寸法を、３０ｎｍ〜１２００ｎｍに定めてもよい。
【００４３】
金属膜３に照射光ＥＬが照射されることによって、その金属膜３において表面プラズモンが励起される。一般に、表面プラズモンは、照射光ＥＬの波長λＲ、透明部材２の誘電率、及び金属膜３の誘電率によって一意に定まる特定の波数ｋｓｐにおいて励起される。
【００４４】
例えば、照射光ＥＬの波長λＲが６３３ｎｍの場合、金属膜３として金が用いられることによって、表面プラズモンが効率良く励起される。また、照射光ＥＬの波長λＲが６００〜４００ｎｍの場合、金属膜３として銀が用いられることによって、表面プラズモンが効率良く励起される。また、照射光ＥＬの波長λＲが１５０〜４００ｎｍの場合、金属膜３としてアルミニウムが用いられることによって、表面プラズモンが効率良く励起される。
【００４５】
本実施形態において、金属膜３に照射光ＥＬが照射された場合、表面プラズモンは、主に内側エッジＥａ（角部Ｃ１）で励起される。
【００４６】
図４は、内側エッジＥａ（角部Ｃ１）において励起された表面プラズモンを模式的に示す図である。図４に示すように、照射光ＥＬの照射により内側エッジＥａにおいて励起された表面プラズモンのうち、一部の表面プラズモンは、孔６に向かい、一部の表面プラズモンは、孔６の中心に対する放射方向に関して外側（径方向外方）に向かう。
【００４７】
以下の説明において、内側エッジＥａにおいて励起された表面プラズモンのうち、孔６に向かう表面プラズモンを適宜、第１群の表面プラズモンＧ１、と称し、孔６の中心に対する放射方向に関して外側（径方向外方）に向かう表面プラズモンを適宜、第２群の表面プラズモンＧ２、と称する。
【００４８】
第２群の表面プラズモンＧ２は、孔６の中心に対する放射方向に関して外側（径方向外方）に向かって第１面４１を伝搬し、不連続部７に到達する。本実施形態において、不連続部７は、所定の一方向に伝搬する表面プラズモンの伝搬を阻止する部分を含む。本実施形態において、不連続部７は、外側エッジＥｂ（角部Ｃ２）である。内側エッジＥａから孔６の中心に対する放射方向に関して外側（径方向外方）に向かって第１面４１を伝搬する第２群の表面プラズモンＧ２は、不連続部７において、外側への伝搬を阻止される。
【００４９】
孔６の中心に対する放射方向に関して外側（径方向外方）に向かって第１面４１を伝搬し、不連続部７に到達した第２群の表面プラズモンＧ２は、その不連続部７で反射する。不連続部７で反射した第２群の表面プラズモンＧ２は、その不連続部７から孔６に向かって第１面４１を伝搬する。
【００５０】
本実施形態において、内側エッジＥａと外側エッジＥｂ（不連続部７）との距離Ｌは、照射光ＥＬの照射により内側エッジＥａで励起され、孔６に向かう第１群の表面プラズモンＧ１と、不連続部７から孔６に向かう第２群の表面プラズモンＧ２との干渉により、孔６から射出面５側に射出される光の強度が高くなるように、表面プラズモンの波長λｓｐに応じて定められている。
【００５１】
本実施形態においては、内側エッジＥａと外側エッジＥｂとの距離をＬ、表面プラズモンの波長をλｓｐとしたとき、
Ｌ＝ｍ・λｓｐ／２  （ｍは、正の奇数）    …（１）
の条件を満たす。なお、距離Ｌは、第２群の表面プラズモンＧ２が伝搬する方向に関する距離であり、本実施形態においては、孔６の中心に対する放射方向に関する距離である。
【００５２】
これにより、第１群の表面プラズモンＧ１と第２群の表面プラズモンＧ２とが干渉し、孔６から射出面５側に射出される光（球面波）の強度が高まる。
【００５３】
なお、金属膜３と透明部材２（誘電体）との界面を伝搬する表面プラズモンの波数（伝搬定数）ｋｓｐは、真空中の波数をｋ０、金属膜の複素誘電率をεｍ、透明部材の複素誘電率をεｄとしたとき、
ｋｓｐ＝ｋ０〔εｍ・εｄ／（εｍ＋εｄ）〕１／２  …（２）で表される。
【００５４】
また、表面プラズモンの波長λｓｐは、
λｓｐ＝２π／ｋｓｐ  …（３）
で表される。
【００５５】
なお、（１）式の条件を満たす場合において、Ｌの値が大きすぎると、第１面４１を伝搬する表面プラズモン（第２群の表面プラズモンＧ２）の損失が大きくなるため、Ｌの値をλｓｐの２倍以下になるように定めてもよい。例えば、（１）式において、ｍの値を１又は３としてもよい。
【００５６】
一例として、透明部材２（石英ガラス）と金属膜３との界面を伝搬する表面プラズモンは、透明部材２及び金属膜３それぞれの誘電率から理論的に求められる。表面プラズモンの波長λｓｐは、例えば約３８０ｎｍである。透明部材２と金属膜３との界面を伝搬する表面プラズモンを反射させるために、内側エッジＥａと外側エッジＥｂとの距離Ｌを、例えば波長λｓｐの１／２倍（すなわち、約１９０ｎｍ）としてもよい。この場合、内側エッジＥａで励起され、孔６に向かう第１群の表面プラズモンＧ１の位相と、不連続部７から孔６に向かう第２群の表面プラズモンＧ２の位相とが一致する。これにより、孔６に対する表面プラズモンの入射効率が最大となり、孔６から射出される光の強度が高くなる。
第１群の表面プラズモンＧ１及び第２群の表面プラズモンＧ２のそれぞれは、孔６の内側に伝播して、射出面５側の孔６の端部に到達すると、空間伝搬光に再変換され、孔６から射出される。これにより、エネルギーが高められた光（疑似点光源）が得られる。
【００５７】
さらに詳しくは、例えば、透明部材２の材料を石英ガラス（εｄ＝２．４３４）、金属膜３の材料をアルミニウム（εｍ＝−４．７１１）とし、波長が１９３ｎｍの照射光ＥＬを照射する場合を考える。このとき、真空中の波数ｋ０は２π／λ０＝０．０３２５６ｎｍ−１と表され、（２）式より表面プラズモンの波数ｋｓｐが０．０７３０６ｎｍ−１と求まる。そして、求めたｋｓｐを（３）式に代入すると表面プラズモンの波長λｓｐが８６ｎｍと求まる。したがって、このような条件の場合、（１）式より、内側エッジＥａと外側エッジＥｂとの距離Ｌを４３ｎｍの正の奇数倍とすれば良い。
【００５８】
なお、第２面４２の高さ（Ｚ軸方向に関する寸法）が小さい場合（例えば約１０ｎｍ以下である場合）、内側エッジＥａで励起され、不連続部７に向かって伝搬した第２群の表面プラズモンＧ２は、その不連続部７（第２面４２）において十分に反射されない可能性がある。一方、第２面４２の高さが大きい場合（例えば約５００ｎｍ以上である場合）、不連続部７（第２面４２）において反射した第２群の表面プラズモンＧ２が、孔６への伝搬中に損失し、その結果、孔６へ到達する第２群の表面プラズモンＧ２のエネルギーが減少する可能性がある。そのため、孔６から射出される光の強度が低くならないように、第２面４２の高さが適宜調整されてもよい。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１群の表面プラズモンＧ１と第２群の表面プラズモンＧ２との干渉により孔６から射出面５側に射出される光の強度が高くなるように、内側エッジＥａと外側エッジＥｂとの距離Ｌを表面プラズモンの波長λｓｐに応じて定めたので、孔６の寸法（直径）を小さくしても、所望の強度の光（球面波）を射出面５側に射出させることができる。また、孔６の寸法（直径）を小さくすることによって、球面波を良好に形成することができる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００６１】
図５は、第２実施形態に係る光学素子１Ｂの一例を示す側断面図、図６は、光学素子１Ｂを＋Ｚ側から見た平面図である。
【００６２】
本実施形態において、透明部材２Ｂは、固体液浸レンズ（solid immersion lens）である。照射光ＥＬが照射される透明部材２Ｂの上面（入射面）２１Ｂは、曲面である。固体液浸レンズは、半球状のレンズであり、例えば高屈折率ガラス及び人工ダイヤモンド等の高屈折率材料によって形成される。
【００６３】
本実施形態において、金属膜３が形成される透明部材（固体液浸レンズ）２Ｂの下面２２Ｂは、固体液浸レンズ２Ｂの焦点面である。これにより、固体液浸レンズ２Ｂの上面２１Ｂに入射した照射光ＥＬは、固体液浸レンズ２Ｂを介して、金属膜３の孔６及び内側エッジＥａに良好に照射される。
【００６４】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００６５】
図７は、第３実施形態に係る光学素子１Ｃの一例を示す側断面図、図８は、光学素子１Ｃを＋Ｚ側から見た平面図である。
【００６６】
本実施形態において、金属膜３Ｃは、孔６の周囲に配置される周壁部（バンク）８を有する。本実施形態において、第２面４２は、周壁部８の内面である。第３面４３は、周壁部８の上面である。本実施形態においても、孔６から射出面５側に射出される光の強度を高めることができる。換言すると、光学素子１Ｃは、段差構造を含む孔壁（hole wall）を有する。本実施形態において、段差構造は、金属膜３Ｃからなり、第１角部（コーナー）、第１面（アキシアル面）４１、第２角部（コーナー）、第２面（ラジアル面）４２、第３面（アキシアル面）４３、及び内面（ラジアル面）（６）を含む。第１角部は、第１面４１と、内面（６）との間である。第２角部は、第１面４１と第２面との間である。第１角部及び第２角部は、孔６の軸方向と交差する同一のアキシアル面（第１面４１）につながっている。すなわち、アキシアル面（第１面４１）が、第１角部と第２角部とを結ぶ。本実施形態において、少なくとも第１面４１と、第１角部と、第２角部とは、照射光ＥＬに直接的に照射される。この孔壁の段差構造も、表面プラズモンの波長に応じて設計されている。段差構造において、２つの角部で励起した表面プラズモンが互いに干渉するようになっている。
【００６７】
なお、本実施形態において、周壁部８の幅（周壁部８の内面と外面との距離）は、波長λＲの１／２０〜１倍に定められてもよい。例えば、波長λＲが６３３ｎｍである場合、周壁部８の幅が、約２００ｎｍに定められてもよい。
【００６８】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００６９】
図９は、第４実施形態に係る光学素子１Ｄの一例を示す側断面図、図１０は、光学素子１Ｄを＋Ｚ側から見た平面図、図１１は、図９の一部を拡大した図である。
【００７０】
図９、図１０、及び図１１において、光学素子１Ｄは、照射光ＥＬを透過可能な透明部材２Ｄと、透明部材２Ｄの表面の少なくとも一部に形成される金属膜３Ｄとを備えている。
【００７１】
金属膜３Ｄは、照射光ＥＬが照射される入射面４Ｄと、少なくとも一部が入射面４Ｄの反対方向を向く射出面５と、入射面４Ｄと射出面５とを結ぶように形成された孔（ピンホール）６とを有する。
【００７２】
入射面４Ｄは、入射面４Ｄ側の孔６の端部の周囲に配置され、孔６の内面６１と結ばれる内側エッジＥａを有する第１面４１Ｄと、第１面４１Ｄの周囲に配置され、第１面４１Ｄの外側エッジＥｂとの間に不連続部７を形成する第２面４２Ｄとを含む。
【００７３】
また、本実施形態において、入射面４Ｄは、第２面４２Ｄの周囲に配置され、第１面４１Ｄと実質的に平行な第３面４３Ｄを含む。
【００７４】
本実施形態において、内側エッジＥａは、第１面４１Ｄと孔６の内面６１とで形成される角部Ｃ３を含む。換言すれば、内側エッジＥａに角部Ｃ３が形成される。ＸＺ平面内（ＹＺ平面内）において、第１面４１Ｄと内面６１とがなす角度は、約９０度である。本実施形態において、角部Ｃ３は、尖っている。なお、角部Ｃ３が、丸みを帯びていてもよい。
【００７５】
本実施形態において、第２面４２Ｄは、孔６の中心に対する放射方向に関して外側（径方向外方）を向くように第１面４１Ｄの周囲に配置される。本実施形態において、不連続部７は、第１面４１Ｄと第２面４２Ｄとで形成される角部Ｃ４を含む。換言すれば、外側エッジＥｂに角部Ｃ４が形成される。不連続部７は、角部Ｃ４によって形成される。換言すると、光学素子１Ｄは、段差構造を含む孔壁（hole wall）を有する。本実施形態において、段差構造（バンク）は、金属膜３Ｄからなり、角部（コーナー）Ｃ３、第１面（アキシアル壁）４１Ｄ、角部（コーナー）Ｃ４、第２面（ラジアル面）４２Ｄ、及び内面（ラジアル壁）６１を含む。角部Ｃ３は、第１面４１Ｄと、内面６１との間である。角部Ｃ４は、第１面４１Ｄと第２面４２Ｄとの間である。角部Ｃ３及び角部Ｃ４は、孔６の軸方向と交差する同一のアキシアル面（第１面４１Ｄ）につながっている。すなわち、アキシアル面（第１面４１Ｄ）が、角部Ｃ３と角部Ｃ４とを結ぶ。本実施形態において、少なくとも第１面４１Ｄと、角部Ｃ３と、角部Ｃ４とは、照射光ＥＬに直接的に照射される。この孔壁の段差構造（バンク）も、表面プラズモンの波長に応じて設計されている。段差構造（バンク）において、２つの角部Ｃ３、Ｃ４で励起した表面プラズモンが互いに干渉するようになっている。
【００７６】
金属膜３Ｄに照射光ＥＬが照射されることによって、その金属膜３Ｄにおいて表面プラズモンが励起される。
【００７７】
本実施形態において、金属膜３Ｄに照射光ＥＬが照射された場合、表面プラズモンは、主に内側エッジＥａ（角部Ｃ３）で励起される。
【００７８】
また、本実施形態において、金属膜３Ｄに照射光ＥＬが照射された場合、表面プラズモンは、第１面４１Ｄの外側エッジＥｂと第２面４２Ｄとの間の不連続部７（角部Ｃ４）においても励起される。
【００７９】
図１２は、内側エッジＥａ（角部Ｃ３）において励起された表面プラズモンを模式的に示す図である。図１２に示すように、照射光ＥＬの照射により内側エッジＥａにおいて励起された表面プラズモンは、孔６に向かう第１群の表面プラズモンＧ１と、孔６の中心に対する放射方向に関して外側（径方向外方）に向かう第２群の表面プラズモンＧ２とを含む。
【００８０】
第２群の表面プラズモンＧ２は、孔６の中心に対する放射方向に関して外側（径方向外方）に向かって第１面４１を伝搬し、不連続部７に到達する。本実施形態において、不連続部７は、外側エッジＥｂ（角部Ｃ４）である。内側エッジＥａから孔６の中心に対する放射方向に関して外側（径方向外方）に向かって第１面４１Ｄを伝搬する第２群の表面プラズモンＧ２は、不連続部７において、外側への伝搬を阻止される。
【００８１】
孔６の中心に対する放射方向に関して外側（径方向外方）に向かって第１面４１Ｄを伝搬し、不連続部７に到達した第２群の表面プラズモンＧ２は、その不連続部７で反射する。不連続部７で反射した第２群の表面プラズモンＧ２は、その不連続部７から孔６に向かって第１面４１Ｄを伝搬する。
【００８２】
また、本実施形態において、第１面４１Ｄの外側エッジＥｂと第２面４２Ｄとの間の不連続部７において励起された表面プラズモンの少なくとも一部は、その不連続部７から孔６に向かって第１面４１Ｄを伝搬する。
【００８３】
以下の説明において、照射光ＥＬの照射により不連続部７（外側エッジＥｂ）において励起され、不連続部７から孔６に向かう表面プラズモンを適宜、第３群の表面プラズモンＧ３、と称する。
【００８４】
本実施形態において、内側エッジＥａと外側エッジＥｂ（不連続部７）との距離Ｌは、照射光ＥＬの照射により内側エッジＥａで励起され、孔６に向かう第１群の表面プラズモンＧ１と、不連続部７から孔６に向かう第２群の表面プラズモンＧ２との干渉により、孔６から射出面５側に射出される光の強度が高くなるように、表面プラズモンの波長λｓｐに応じて定められている。
【００８５】
また、本実施形態において、内側エッジＥａと外側エッジＥｂ（不連続部７）との距離Ｌは、照射光ＥＬの照射により内側エッジＥａで励起され、孔６に向かう第１群の表面プラズモンＧ１と、不連続部７から孔６に向かう第３群の表面プラズモンＧ３との干渉により、孔６から射出面５側に射出される光の強度が高くなるように、表面プラズモンの波長λｓｐに応じて定められている。
【００８６】
本実施形態においては、内側エッジＥａと外側エッジＥｂとの距離をＬ、表面プラズモンの波長をλｓｐとしたとき、
Ｌ＝ｍ・λｓｐ／２  （ｍは、正の偶数）    …（４）
の条件を満たす。
【００８７】
これにより、第１群の表面プラズモンＧ１と第２群の表面プラズモンＧ２とが干渉し、孔６から射出面５側に射出される光（球面波）の強度が高まる。また、第１群の表面プラズモンＧ１と第３群の表面プラズモンＧ３とが干渉し、孔６から射出面５側に射出される光（球面波）の強度が高まる。
【００８８】
具体的には、透明部材２の材料を石英ガラス、金属膜３の材料をアルミニウムとし、波長が１９３ｎｍの照射光ＥＬを照射したとき、（２）式及び（３）式より表面プラズモンの波長λｓｐが８６ｎｍと求まる。したがって、このような条件の場合、（４）式より、内側エッジＥａと外側エッジＥｂとの距離Ｌを４３ｎｍの正の偶数倍とすれば良い。
【００８９】
＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について説明する。以下、上述の光学素子１Ａの効果を確認した実験の結果について説明する。
【００９０】
上述の第１実施形態で説明した光学素子１Ａに対して、波長λＲが６３３ｎｍの照射光ＥＬを照射したときの孔６から射出される光の強度を、シミュレーション及び実際の実験から求めた。
【００９１】
図１３は、シミュレーションの結果を示す図である。シミュレーション条件は、金属膜３の厚み（第１面４１と射出面５との距離）を３００ｎｍとした。また、孔６の寸法（直径）が１６０ｎｍ及び６００ｎｍのそれぞれである場合について孔６から射出される光の強度を求めた。
【００９２】
図１３において、縦軸は、孔６から射出される光の強度を、不連続部がない（入射面が平坦な）金属膜の孔から射出される光の強度で規格化した値を示す。横軸は、内側エッジＥａと外側エッジＥｂとの距離Ｌを示す。また、図１３において、ラインＳＬ１は、孔６の寸法が１６０ｎｍである場合、ラインＳＬ２は、孔６の寸法が６００ｎｍである場合を示す。また、透明部材２と金属膜３との界面を伝搬する表面プラズモンの波長λｓｐは、透明部材２及び金属膜３それぞれの誘電率から理論的に求められ、本実験においては、約３８０ｎｍである。
【００９３】
図１３に示すように、距離Ｌが約１８０ｎｍ、約５６０ｎｍであるとき、孔６から射出される光の強度が高くなる。上述のように、表面プラズモンの波長λｓｐは、約３８０ｎｍであるため、距離Ｌの値は、上述の（１）式において、ｍ＝１である場合、及びｍ＝３である場合に相当する。このように、（１）式の条件を満足するように光学素子１Ａを製造することによって、孔６から射出される光の強度を高くすることができることが分かる。
【００９４】
図１４は、実際の実験の結果を示す図である。金属膜３の厚み（第１面４１と射出面５との距離）が３００ｎｍ、孔６の寸法（直径）が４６０ｎｍである光学素子１Ａを作成し、その光学素子１Ａに波長λＲが６３３ｎｍの照射光ＥＬを照射したときの孔６から射出される光の強度を計測した。また、同様の条件の下でシミュレーションを行った。
【００９５】
図１４において、縦軸は、孔６から射出される光の強度を、不連続部がない（入射面が平坦な）金属膜の孔から射出される光の強度で規格化した値を示す。横軸は、内側エッジＥａと外側エッジＥｂとの距離Ｌを示す。図１４において、ラインＳＬ３は、実際の実験の結果である。ラインＳＬ４は、シミュレーションの結果である。表面プラズモンの波長λｓｐは、約３８０ｎｍである。
【００９６】
図１４に示すように、距離Ｌが約１７０ｎｍであるとき、孔６から射出される光の強度が高くなる。上述のように、表面プラズモンの波長λｓｐは、約３８０ｎｍであるため、距離Ｌの値は、上述の（１）式において、ｍ＝１である場合に相当する。このように、（１）式の条件を満足するように光学素子１Ａを製造することによって、孔６から射出される光の強度を高くすることができることが分かる。
【００９７】
なお、上述の第１〜第５実施形態においては、金属膜３が透明部材２の表面の少なくとも一部に配置されることとしたが、光学素子１Ａ〜１Ｃにおいて、透明部材２は無くてもよい。
【００９８】
＜第６実施形態＞
次に、第６実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００９９】
図１５は、第６実施形態に係る測定装置１００の一例を示す図、図１６は、測定装置１００が備える照明装置５０の一例を示す図である。
【０１００】
本実施形態に係る測定装置１００は、波面収差を測定するための装置（波面収差測定装置）である。本実施形態においては、一例として、測定装置１００がフィゾー干渉計である場合を例にして説明する。
【０１０１】
図１５において、測定装置１００は、光学素子１Ａを有し、光学素子１Ａの孔６から射出された光（球面波）で物体１１０を照明可能な照明装置５０と、照明装置５０の孔６から射出され、物体１１０の表面１１０ａに照射された光（球面波）の反射光を検出する検出装置１２０と、検出装置１２０の検出結果に基づいて物体１１０の表面（測定面）１１０ａの波面収差を算出する演算装置１３０とを備えている。光学素子１Ａは、疑似点光源として機能する。
【０１０２】
検出装置１２０は、ビームスプリッター１０１と、コリメーターレンズ１０２と、基準板１０３と、リレーレンズ１０４と、撮像素子１０５とを有する。物体１１０は、基準板１０３と対向するように配置される。本実施形態において、コリメーターレンズ１０２、基準板１０３、及びリレーレンズ１０４は、合成石英ガラス及び蛍石（フッ化カルシウム）等の硝材で形成されている。
【０１０３】
本実施形態において、基準板１０３は、高精度に研磨された平面ガラス板である。基準板１０３は、参照面１０３ａを有する。物体１１０は、参照面１０３ａと表面１１０ａとが対向するように配置される。参照面１０３ａと測定面１１０ａとは、間隙（空隙）を介して対向する。
【０１０４】
ビームスプリッター１０１は、照明装置５０からの光（球面波）を透過可能である。本実施形態において、照明装置５０からの球面波は、ビームスプリッター１０１、及びコリメーターレンズ１０２を透過して、平行光となる。
【０１０５】
照明装置５０から射出され、ビームスプリッター１０１を透過した光の一部は、コリメーターレンズ１０２及び基準板１０３を介して、物体１１０の表面１１０ａに照射され、その表面１１０ａで反射する。物体１１０の表面１１０ａに照射された光の反射光は、基準板１０３及びコリメーターレンズ１０２を介して、ビームスプリッター１０１に入射する。
【０１０６】
また、照明装置５０から射出され、ビームスプリッター１０１を透過した光の一部は、コリメーターレンズ１０２を介して、基準板１０３の参照面１０３ａに照射され、その参照面１０３ａで反射する。基準板１０３の参照面１０３ａに照射された光の反射光は、コリメーターレンズ１０２を介して、ビームスプリッター１０１に入射する。
【０１０７】
以下、照明装置５０から射出されビームスプリッター１０１及びコリメーターレンズ１０２を透過した光のうち、参照面１０３ａで反射した光を適宜、参照光、と称し、表面（測定面）１１０ａで反射した光を適宜、測定光、と称する。
【０１０８】
本実施形態においては、参照面１０３ａが光の分割手段（振幅分割）であり、重ね合わせ手段となっている。参照面１０３ａは、例えば光の波長の２０分の１以下（３０ｎｍ以下）の凹凸しかない、高い面精度を有する。
【０１０９】
参照面１０３ａからの反射光（参照光）及び表面１１０ａからの反射光（測定光）は、ビームスプリッター１０１に入射する。参照光と測定光とは、ビームスプリッター１０１において干渉する。ビームスプリッター１０１で反射した光（参照光と測定光との干渉光）は、リレーレンズ１０４に供給される。リレーレンズ１０４は、ビームスプリッター１０１からの光（参照光と測定光との干渉光）を撮像素子１０５へ導く。
【０１１０】
撮像素子１０５は、干渉光を検出可能である。撮像素子１０５は、例えば二次元ＣＣＤ等の光電変換素子を含む。撮像素子１０５において、干渉縞画像が得られる。
【０１１１】
撮像素子１０５で検出された干渉縞画像を含む検出データは、演算装置１３０に出力される。演算装置１３０は、検出装置１２０から出力された検出結果（干渉縞画像を含む検出データ）に基づいて、波面収差（測定面１１０ａの形状）を算出する。また、演算装置１３０は、検出装置１２０から出力された検出結果（干渉縞画像を含む検出データ）を不図示のモニターに表示する。また、演算装置１３０は、検出装置１２０から出力された検出結果を解析して、表面１１０ａにおいて生じる波面収差を数値的に求め、その波面収差に関する数値をモニターに表示する。
【０１１２】
フィゾー干渉計においては、参照面１０３ａと測定面１１０ａとは、間隙（空隙）を介して対向する。参照面１０３ａよりも照明装置５０側の光路（図中、−Ｙ側の光路）は共通であり、参照面１０３ａと測定面１１０ａとの差が干渉縞となって捉えられる。つまり、参照面１０３ａは高精度な平面であるため、参照面１０３ａと測定面１１０ａとの差は、事実上、測定面１１０ａの形状となる。なお、参照面１０３ａからの反射光（参照光）と測定面１１０ａからの反射光（測定光）とには、光の波長に比べて大きな光路差があるため、可干渉性に優れたレーザー光を使用することが必要となる。
【０１１３】
図１６に示すように、照明装置５０は、光学素子１Ａと、光学素子１Ａに照射光ＥＬを照射する光学系１０とを備えている。光学素子１Ａは、上述の第１実施形態で説明した光学素子１Ａである。なお、光学素子１Ａが、上述の第２〜第４実施形態で説明した光学素子１Ｂ〜１Ｄのいずれか一つでもよい。
【０１１４】
光学系１０は、光源からの光を集光する第１レンズ１０Ａと、第１レンズ１０Ａからの光を平行光にする第２レンズ１０Ｂと、光学素子１Ａ（透明部材２）が対向する位置に配置され、第２レンズ１０Ｂからの光を光学素子１Ａに導く第３レンズ１０Ｃとを備えている。
【０１１５】
＜第７実施形態＞
次に、第７実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【０１１６】
図１７は、第７実施形態に係る測定装置２００の一例を示す図である。測定装置２００は、図１６を参照して説明したような照明装置５０を備えている。
【０１１７】
本実施形態に係る測定装置２００は、波面収差を測定するための装置（波面収差測定装置）である。本実施形態においては、一例として、測定装置２００がマイケルソン干渉計である場合を例にして説明する。
【０１１８】
図１７において、測定装置２００は、光学素子１Ａ（１Ｂ〜１Ｄ）を有する照明装置５０と、照明装置５０から射出され物体２１０を経由した測定光を検出する検出装置２２０と、検出装置２２０の検出結果に基づいて、物体２１０の表面（測定面）２１０ａの波面収差を算出する演算装置２３０とを備えている。
【０１１９】
検出装置２２０は、コリメーターレンズ２０１と、ハーフミラー２０２と、補正板２０３と、参照ミラー２０４と、集光レンズ２０５と、リレーレンズ２０６と、撮像素子２０７とを有する。また、ハーフミラー２０２から光が出射する＋Ｙ側には、波面収差を測定する対象となる表面（測定面）２１０ａを有する物体２１０が配置される。
【０１２０】
照明装置５０から発した＋Ｙ方向に進む球面波は、コリメーターレンズ２０１により平行光となり、ハーフミラー２０２により２つの光路に分割される。２つに分かれた光のうち＋Ｚ方向に進む光は、補正板２０３を透過後に高精度に研磨された平面を有する参照ミラー２０４の参照面２０４ａに到達して反射する。一方、２つに分かれた光のうち＋Ｙ方向に進む光は、サンプル２１０の被検面２１０ａに到達して反射する。これらの光は元の光路を逆戻りしてハーフミラー２０２により重ね合わせられ、集光レンズ２０５、リレーレンズ２０６を経由して撮像素子２０７へと導かれ、干渉縞画像が得られる。この干渉縞画像から、波面収差（被検面２１０ａの形状）が計算される。
【０１２１】
測定装置２００に配置されたコリメーターレンズ２０１、補正板２０３、集光レンズ２０５、及びリレーレンズ２０６は、合成石英ガラスまたは蛍石（フッ化カルシウム）等の硝材を用いて形成されている。
【０１２２】
撮像素子２０７は、干渉光を検出するものであり、ＴＶカメラを用いることができる。撮像素子２０７で検出された干渉縞画像を含む検出データは、演算装置２３０に出力される。
【０１２３】
演算装置２３０は、検出装置２２０から出力された検出結果（干渉縞画像を含む検出データ）を不図示のモニターに表示し、または検出結果を解析して被検面２１０ａにおいて生ずる波面収差を数値的に求めて、得られた数値をモニターに表示する。
【０１２４】
マイケルソン干渉計では、２つの光路長を波長オーダーで一致させることができるので、必ずしもレーザー光を使用する必要はなく、白色光や低コヒーレンス光を光源として用いることができる。ただし、白色光や低コヒーレンス光を用いる場合には、２つの光路長を正確に一致させる必要がある。この場合、レンズ面等からの反射光があってもノイズとならず、表面形状を正確に測定することができる。
【０１２５】
なお、上述の実施形態においては、光源がＡｒＦエキシマレーザー光源の場合を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、光源としては、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を射出する超高圧水銀ランプ、またはＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、Ｆ２レーザー（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ２レーザー（波長１４６ｎｍ）、ＹＡＧレーザーの高周波発生装置、若しくは半導体レーザーの高周波発生装置を用いることができる。
【０１２６】
さらに、光源としてＤＦＢ半導体レーザーまたはファイバーレーザーから発振される赤外域、または可視域の単一波長レーザー光を、例えばエルビウム（またはエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。例えば、単一波長レーザーの発振波長を１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、または発生波長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力される。
【０１２７】
特に、発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、発生波長が１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、すなわちＡｒＦエキシマレーザー光と実質的に同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、すなわちＦ２レーザー光と実質的に同一波長となる紫外光が得られる。また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８μｍの範囲内の７倍高調波、すなわちＦ２レーザー光と実質的に同一波長となる紫外光が得られる。この場合、単一波長発振レーザーとしては例えばイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザーを用いることができる。
【０１２８】
また、上述の実施形態では、測定装置に配置されたコリメーターレンズ、基準板、及びリレーレンズ、並びに光入射手段を構成する円錐レンズ、球面レンズ、及び対物レンズ等の各種レンズは、合成石英ガラスまたは蛍石（フッ化カルシウム）等の硝材を用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、これら各種レンズは、光源から射出される光の波長に応じて、蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）、ＬｉＣＡＦ（コルキライト：ＬｉＣａＡｌＦ６）、ＬｉＳＡＦ（ＬｉＳｒＡｌＦ６）、ＬｉＭｇＡｌＦ６、ＬｉＢｅＡｌＦ６、ＫＭｇＦ３、ＫＣａＦ３、ＫＳｒＦ３等のフッ化物結晶またはこれらの混晶、またはフッ素や水素等の物質をドープした石英硝子等の真空紫外光を透過する化学材料から適宜選択される。
【０１２９】
また、上述の実施形態では、反射光学素子の波面収差測定を例に挙げて説明したが、本発明の実施形態である測定装置はこれらの例に限定されない。本発明の態様の照明光学系は、例えば、国際公開第９９／６０３６１号、国際公開第２００６／０１６５８４号、又は国際公開第２００６／１６５８４号等に開示されているような、透過光学素子の波面収差等を測定するための測定装置に用いることができる。また、本発明の態様の照明装置は、例えば国際公開第２００３／０２９７５１号に開示されているような、光学系を被検物とする測定装置に適用することもできる。これらの場合、従来の測定装置のピンホールに代えて本発明の態様の照明装置を用いれば良く、照明装置から出射した球面波は測定光として被検物（光学系）に照射され、被検物（光学系）を経由した測定光は検出装置に導かれ、検出結果に基づいて波面収差等の光学特性が測定される。本発明の態様の照明装置は、高精度かつ高強度な球面波を出射するので、透過光学素子や光学系の光学特性を測定する場合であっても、反射光学素子の場合と同様に、高精度でＳ／Ｎ比の高い測定結果を得ることができる。なお、法令の許容範囲内において、上記公報及における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
【０１３０】
＜第８実施形態＞
次に、第８実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【０１３１】
第８実施形態においては、上述の実施形態で説明した光学素子１Ａ（１Ｂ〜１Ｄ）をフォトマスクとして使用する場合を例にして説明する。
【０１３２】
図１８は、本実施形態に係るフォトマスクＭの一例を示す図である。図１８において、フォトマスクＭは、上面及び下面を有する透明部材２Ｍと、透明部材２Ｍの下面に配置された金属膜３Ｍとを備えている。金属膜３Ｍは、露光光ＥＬが照射される入射面４Ｍ、少なくとも一部が入射面４Ｍの反対方向を向く射出面５Ｍ、及び入射面４Ｍと射出面５Ｍとを結ぶように形成された孔６Ｍを有する。金属膜３Ｍにおいて、孔６Ｍは複数形成されている。
【０１３３】
金属膜３Ｍの入射面４Ｍは、入射面４Ｍ側の孔６Ｍの端部の周囲に配置され、孔６Ｍの内面と結ばれる内側エッジを有する第１面４１Ｍと、第１面４１Ｍの周囲に配置され、第１面４１Ｍの外側エッジとの間に不連続部７Ｍを形成する第２面４２Ｍとを含む。内側エッジと外側エッジとの距離は、露光光ＥＬの照射により内側エッジで励起され、孔６Ｍに向かう第１群の表面プラズモンＧ１と、不連続部７Ｍから孔６Ｍに向かう第２群の表面プラズモンＧ２との干渉により、孔６Ｍから射出面５Ｍ側に射出される露光光ＥＬの強度が高くなるように、表面プラズモンの波長に応じて定められている。
【０１３４】
図１８に示す例では、内側エッジは、第１面４１Ｍと孔６Ｍの内面とで形成される角部を含む。また、不連続部７Ｍは、第１面４１Ｍと第２面４２Ｍとで形成される角部を含む。不連続部７Ｍから孔６Ｍに向かう表面プラズモンは、例えば図４等を参照して説明したような、露光光ＥＬの照射により内側エッジで励起され、不連続部７Ｍで反射した表面プラズモンを含む。
【０１３５】
なお、例えば図１２等を参照して説明したように、第２面４２Ｍが、孔６Ｍの中心に対する放射方向に関して外側（径方向外方）を向くように第１面４１Ｍの周囲に配置され、不連続部７Ｍから孔６Ｍに向かう表面プラズモンが、露光光ＥＬの照射により不連続部７Ｍで励起された表面プラズモンを含んでもよい。
【０１３６】
図１８に示す例では、フォトマスクＭと基板Ｐとが接近又は接触した状態で、フォトマスクＭが露光光ＥＬで照明される。フォトマスクＭの透明部材２Ｍに照射された露光光ＥＬは、その透明部材２Ｍを介して金属膜３Ｍに照射される。これにより、孔６Ｍから露光光ＥＬが射出される。基板Ｐは、感光材（フォトレジスト）の膜が形成された半導体ウエハ又はガラス基板を含む。基板Ｐは、孔６Ｍから射出された露光光ＥＬで露光される。
【０１３７】
図１９は、フォトマスクＭを用いる露光装置ＥＸの一例を示す模式図である。図１９において、露光装置ＥＸは、フォトマスクＭを保持して移動可能なマスクステージＭＴと、基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージＰＴと、露光光ＥＬで照明されたフォトマスクＭのパターン（孔６Ｍ）の像を基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬとを備えている。フォトマスクＭが露光光ＥＬで照明されると、その露光光ＥＬは、金属膜３において表面プラズモンを励起させる。これにより、孔６Ｍから高精度で高強度な露光光ＥＬが射出される。基板Ｐは、フォトマスクＭからの露光光ＥＬで露光される。
【０１３８】
以上説明したように、上述の第１〜第４実施形態で説明した光学素子１Ａ〜１Ｄを、フォトマスクＭとして使用することができる。
【０１３９】
なお、フォトマスクＭの孔６Ｍは、円形でもよいし、図２０に示すように、長方形（スリット）でもよい。金属膜３Ｍに、図２０に示す孔６Ｍを複数形成することによって、ライン・アンド・スペースパターンを形成することができる。
【０１４０】
なお、フォトマスクＭを用いる露光によって、半導体デバイス等のマイクロデバイスが製造されてもよい。マイクロデバイスは、図２１に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ３０１、この設計ステップに基づいたフォトマスク（レチクル）Ｍを製作するステップ３０２、デバイスの基材である基板Ｐを製造するステップ３０３、上述の実施形態に従って、フォトマスクを露光光ＥＬで照明し、そのフォトマスクＭのパターン（孔３Ｍ）からの露光光ＥＬで基板Ｐを露光すること、及び露光された基板Ｐを現像することを含む基板処理（露光処理）を含む基板処理ステップ３０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）３０５、検査ステップ３０６等を経て製造される。
【０１４１】
なお、上述の各実施形態で説明した光学素子において、第２面は第１面に対して実質的に垂直（Ｚ軸と実質的に平行）であるものとしたが、第２面は第１面に対して垂直でなくても良く、第１面側あるいは第３面側に傾斜して設けられていてもよい。
【０１４２】
なお、上述の第１〜第４の実施形態で説明した光学素子は、光ディスク装置の記録・再生ヘッドに用いることもできる。この場合、光ディスクへの記録・読み込みを適切に行うためには、光学素子の射出面と光ディスクとの間隔を適切に維持する必要があり、光学素子の射出面をできるだけ平滑に形成しておくことが望ましい。
【０１４３】
＜第９実施形態＞
次に、第９実施形態として、波面収差等の光学特性を計測する機能を備えた露光装置について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【０１４４】
図２２は、露光装置５００の全体構成を概略的に示す。露光装置５００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(スキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる）)である。
【０１４５】
図２２に示すように、露光装置５００は、光源５０１及び照明光学系５１２を含む照明系、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴ及び装置全体を統括制御する主制御装置５２０等を備えている。
【０１４６】
光源５０１としては、ここでは、ＡｒＦ(アルゴンフッ素）エキシマレーザ光源（出力波長１９３ｎｍ）が用いられる。光源５０１では、狭帯化及び波長選択の少なくとも一方により直線偏光光を主成分とするレーザ光（照明光）が生成され出力される。
【０１４７】
一例において、光源５０１は、照明光学系５１２、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、及びウエハステージＷＳＴ等が収納されたチャンバ（不図示）が設置されたクリーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルームに設置されている。そのチャンバに、ビームマッチングユニット（ＢＭＵ）と呼ばれる光軸調整用光学系を少なくとも一部に含む不図示の送光光学系を介して光源５０１が接続されている。光源５０１において、主制御装置５２０からの制御情報に基づいて、内部のコントローラにより、レーザビームＬＢの出力のオン・オフ、レーザビームＬＢの１パルスあたりのエネルギ、発振周波数（繰り返し周波数）、中心波長及びスペクトル半値幅などが制御される。
【０１４８】
照明光学系５１２は、シリンダレンズ、ビームエキスパンダ、偏光制御ユニット５０２、ズーム光学系、回折光学素子ユニット、偏光変換ユニット５０３、並びにオプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）５０５、照明系開口絞り板５０６、第１リレーレンズ５０８Ａ、第２リレーレンズ５０８Ｂ、固定レチクルブラインド５０９Ａ及び可動レチクルブラインド５０９Ｂ、光路折り曲げ用のミラー５００Ｍ及びコンデンサレンズ５１０等を備えている。図２２では、シリンダレンズ、ビームエキスパンダ、ズーム光学系及び回折光学素子ユニットについて図示が省略されている。オプティカルインテグレータ５０５としては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等)あるいは回折光学素子などを用いることができる。本実施形態では、フライアイレンズが用いられているので、以下では、「フライアイレンズ５０５」とも記述する。
【０１４９】
照明光学系５１２は、不図示の光透過窓を介して上述の送光光学系に接続されている。光源５０１でパルス発光され、光透過窓を介して入射したレーザビームＬＢは、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダを用いて、その断面形状が整形される。
【０１５０】
偏光制御ユニット５０２は、例えば照明光学系５１２の光軸（投影光学系の光軸ＡＸに一致するものとする）に一致する回転軸を中心に回転可能な１／２波長板を備えている。上記整形されたレーザビームＬＢは、この１／２波長板に入射すると、進相軸方向成分の位相力進相軸方向に直交する方向の成分に対して１／２波長進むようになるので、その偏光方向が変化する。その変化は、入射するレーザビームＬＢの偏光方向と、１／２波長板の進相軸とのそれぞれの回転位置によって定まる。偏光制御ユニット５０２では、１／２波長板の回転位置を調整することにより、射出されるレーザビームＬＢの偏光方向を制御することが可能となる。１／２波長板の回転位置は、主制御装置５２０の指示の下、不図示の駆動装置の駆動により制御される。
【０１５１】
なお、光源５０１から発せられるレーザビームＬＢが楕円偏光である場合、偏光制御ユニット５０２には、１／２波長板に加え、照明光学系５１２の光軸ＡＸに一致する回転軸を中心に回転可能な１／４波長板を備えるようにしてもよい。この場合、楕円偏光のレーザビームは、１／４波長板によって直線偏光に変換された上で、１／２波長板により、その偏光方向が調整されることになる。また、偏光制御ユニット５０２では、レーザビームＬＢの偏光性を解消する素子を、レーザビームＬＢの光路上に挿脱可能に配置することもできる。これにより、露光装置５００では、レチクルＲを照明するに際し、ランダム偏光照明も可能となる。
【０１５２】
偏光制御ユニット５０２においてその偏光方向が調整されたレーザビームＬＢは、凹レンズと凸レンズとの組合せからなる不図示のズーム光学系を経て、不図示の回折光学素子ユニットに入射する。回折光学素子ユニットには、回折光の回折角及び方向が異なる位相型の回折光学素子がターレット状の部材に複数配列されている。複数の回折光学素子のうちいずれか１つの回折光学素子が、主制御装置５２０の指示の下、選択的にレーザビームの光路上に配置される。レーザビームＬＢの光路上に配置する回折光学素子を切り換えることにより、レーザビームＬＢの断面形状を所望の形状とすることができる。通常は、エネルギ効率の観点から、後述する照明系開口絞り５０６において選択される絞りの形状に応じて、光路上に配置する回折光学素子が決定される。このようにすれば、レーザビームＬＢは、照明系開口絞り５０３の開口部に大部分が集光する。これは、エネルギ効率の点で有利である。
【０１５３】
光路上に配置された回折光学素子で断面形状が規定されたレーザビームＬＢは、偏光変換ユニット５０３に入射する。
【０１５４】
偏光変換ユニット５０３から射出されたレーザビームＬＢは、フライアイレンズ５０５に入射する。フライアイレンズ５０５は、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために、このレーザビームＬＢの入射により、その射出側焦点面（照明光学系５１２の瞳面とほぼ一致）に多数の点光源（光源像）から成る面光源を形成する。この２次光源から射出されるレーザビームを、以下では「照明光ＩＬ」と呼ぶものとする。
【０１５５】
フライアイレンズ５０５の射出側焦点面の近傍に、円板状部材力成る照明系開口絞り板５０６が配置されている。照明系開口絞り板５０６には、例えば、ほぼ等角度間隔で、例えば輪帯照明用の輪帯状の開口絞り（輪帯照明絞り）、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り（4極照明絞り、２極照明絞り）、通常の円形開口より成る開口絞り（通常照明絞り）等が配置されている。
【０１５６】
明系開口絞り板５０６は、主制御装置５２０からの制御信号により制御されるモータ等の駆動装置５０７の駆動で回転され、いずれかの開口絞りが照明光ＩＬの光路上に選択的に設定され、これにより瞳面における２次光源の形状や大きさ（照明光の光量分布）が、輪帯、大円形、あるいは四つ目等に制限される。なお、本実施形態では、照明系開口絞り板５０６を用いて、照明光学系５１２の瞳面上での照明光ＩＬの光量分布（２次光源の形状や大きさ）、すなわちレチクルＲの照明条件を変更するものとしたが、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）５０５の入射面上での照明光の強度分布あるいは照明光の入射角度を可変として、前述の照明条件の変更に伴う光量損失を最小限に抑えることが好ましい。このために、照明系開口絞り板５０６の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系５１２の光路上に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系５１２の光軸に沿って移動可能な少なくとも１つのプリズム（円錐プリズムや多面体プリズムなど）、及びズーム光学系の少なくとも１つを含む光学ユニットを、光源５０１とオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）５０５との間に配置する構成を採用することができる。
【０１５７】
照明系開口絞り板５０６から出た照明光ＩＬの光路上に、固定レチクルブラインド５０９Ａ、可動レチクルブラインド５０９Ｂを介在させて第１リレーレンズ５０８Ａ及び第２リレーレンズ５０８Ｂから成るリレー光学系が配置されている。
【０１５８】
固定レチクルブラインド５０９Ａは、レチクルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域を規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レチクルブラインド５０９Ａの近傍（レチクルＲのパターン面に対する共役面）に走査方向（ここではＹ軸方向とする）及び非走査方向（Ｘ軸方向となる）にそれぞれ対応する方向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド５０９Ｂが配置されている。走査露光の開始時及び終了時には、主制御装置５２０の制御により、その可動レチクルブラインド５０９Ｂを介してレチクルＲ上の照明領域をさらに制限することによって、不要な露光が防止される。
【０１５９】
リレー光学系を構成する第２リレーレンズ５０８Ｂ後方の照明光ＩＬの光路上には、第２リレーレンズ５０８Ｂを通過した照明光ＩＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラー５００Ｍが配置され、ミラー５００Ｍ後方の照明光ＩＬの光路上にコンデンサレンズ５１０が配置されている。
【０１６０】
以上の構成において、フライアイレンズ５０５の入射面、可動レチクルブラインド５０８Ｂの配置面及びレチクルＲのパターン面は光学的に互いに共役に設定され、不図示の回折光学素子ユニットの回折光学素子、偏光変換ユニット５０３の偏光変換部材、フライアイレンズ５０５の射出側焦点面（照明光学系５１２の瞳面）、投影光学系ＰＬの瞳面は光学的に互いに共役となるように設定されている。また、レチクルＲのパターン面と、投影光学系ＰＬの瞳面とは、フーリエ変換の関係を有する。
【０１６１】
このようにして構成された照明光学系５１２の作用を説明すると、光源５０１1からパルス発光されたレーザビームＬＢは、断面形状が整形されつつ、偏光制御ユニット５０２及び偏光変換ユニット５０３により、その断面内における偏光方向が所望の方向に規定された状態で、フライアイレンズ５０５に入射する。これにより、フライアイレンズ５０５の射出側 焦点面に前述した２次光源が形成される。
【０１６２】
上記の２次光源から射出された照明光ＩＬは、照明系開口絞り板５０６上のいずれかの開口絞りを通過し、第１リレーレンズ５０８Ａを経て固定レチクルブラインド５０９Ａ、可動レチクルブラインド５０９Ｂの矩形開口を通過する。そして、第２リレーレンズ５０８を通過してミラー５００Ｍによって光路が垂直下方に折り曲げられ、コンデンサレンズ５１０を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域を均一な照度分布で 照明する。
【０１６３】
レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リニアモータ等から成る不図示のレチクルステージ駆動系によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（Ｙ軸方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【０１６４】
レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）５１６によって、移動鏡５１５を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計５１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報（又は速度情報）は、主制御装置５２０に送られ、主制御装置５２０ではその位置情報（又は速度情報）に基づいてレチクルステージ駆動系（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを移動させる。
【０１６５】
投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬは、例えば、両側テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する不図示の複数のレンズエレメントを含む。投影光学系ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／６などのものが使用されている。このため、上述のようにして、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小された像（部分倒立像)が、表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域に投影される。
【０１６６】
なお、本実施形態では、上記の複数のレンズエレメントのうち、特定のレンズエレメント（例えば、所定の５つのレンズエレメント）がそれぞれ独立に移動可能となっている。かかる特定のレンズエレメントの移動は、特定のレンズエレメント毎に設けられた３個のピエゾ素子等の駆動素子によって行われる。すなわち、これらの駆動素子を個別に駆動することにより、特定のレンズエレメントを、それぞれ独立に、各駆動素子の変位量に応じて光軸ＡＸに沿って平行移動させることもできるし、光軸ＡＸと垂直な平面に対して所望の傾斜を与えることもできる。本実施形態では、上記の駆動素子を駆動するための駆動指示信号は、主制御装置５２０からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ５５１によって出力され、これによって各駆動素子の変位量が制御される。
【０１６７】
上述のようにして構成された投影光学系ＰＬでは、主制御装置５２０による結像特性補正コントローラ５５１を介したレンズエレメントの移動制御により、ディストーション、像面湾曲、非点収差、コマ収差、あるいは球面収差等の諸収差 (光学特性の一種)が調整可能となっている。
【０１６８】
ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方で、不図示のベース上に配置され、その上面にウエハホルダ５２５が載置されている。ウエハホルダ５２５上にウエハＷが例えば真空吸着等によって固定されている。
【０１６９】
ウエハステージＷＳＴは、モータ等を含むウエハステージ駆動系５２４により走査方向（Ｙ軸方向）及び走査方向に垂直な非走査方向（Ｘ軸方向）に駆動される。そして、ウエハステージＷＳＴによって、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光するためにウエハＷをレチクルＲに対して相対走査する動作と、次のショットの露光のための走査開始位置（加速開始位置）まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作が実行される。
【０１７０】
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、ウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）５１８によって、移動鏡５１７を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は、主制御装置５２０に送られ、主制御装置５２０ではその位置情報（又は速度情報）に基づきウエハステージ駆動系５２４を介してウエハステージＷＳＴの駆動制御を行う。
【０１７１】
また、ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ駆動系５２４によりＺ軸方向、θｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向：ピッチング方向）、θｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向：ローリング方向）及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向：ヨーイング方向）にも微小駆動される。また、ウエハステージＷＳＴの＋Ｙ側には、後述する光学特性計測装置５９０が設けられている。
【０１７２】
投影光学系ＰＬの側面には、アライメント検出系ＡＳが配置されている。本実施形態では、ウエハＷ上に形成されたストリートラインや位置検出用マーク（ファインアライメントマーク）を観測する結像式アライメントセンサがアライメント検出系ＡＳとして用いられている。このアライメント検出系ＡＳの詳細な構成は、例えば、特開平９−２１９３５４号公報及びこれに対応する米国特許第５，８５９，７０７号などに開示されている。アライメント検出系ＡＳによる観測結果は、主制御装置５２０に供給される。法令の許容範囲内において、上記公報及び特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
【０１７３】
図２２に示す装置には、ウエハＷ表面の露光領域内部及びその近傍の領域のＺ軸方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射方式のフォーカス検出系（焦点検出系）の１つである、多点フォーカス位置検出系（２１、２２）が設けられている。多点フォーカス位置検出系（２１、２２）の詳細な構成等については、例えば、特開平６−２８３４０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４４８，３３２号等に開示されている。多点フォーカス位置検出系（２１、２２）による検出結果は、主制御装置５２０に供給される。法令の許容範囲内において、上記公報及び特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
【０１７４】
次に、ウエハステージＷＳＴに設けられた光学特性計測装置５９０について説明する。図２３には、図２２に示される光学特性計測装置５９０の筐体の上面あるいは内部に配置された構成要素が模式的に示されている。図２３に示されるように、光学特性計測装置５９０は、標示板５９１と、コリメータ光学系５９２と、光学系ユニット５９３と、受光器５９５とを備えている。
【０１７５】
標示板５９１は、ウエハステージＷＳＴ上に保持されたウエハＷの表面と同じ高さ位置(Ｚ軸方向位置）に、光軸ＡＸと直交するように配置されている（図２２参照)。標示板５９１の表面には、クロム等の金属の蒸着により反射膜を兼ねる遮光膜が形成されており、その遮光膜の中央部に、円形の開口５９１ａが形成されている。遮光膜によって投影光学系ＰＬの波面収差の計測の際にコリメータ光学系５９２に対する不要な光の入射を遮ることができる。また、遮光膜の開口５９１ａの周辺には、開口５９１ａとの位置関係が設計上既知の３組以上（図２３では、４組)の２次元位置検出用マーク５９１ｂが形成されている。この２次元位置検出用マーク５９１としては、本実施形態では、十字マークが採用されている。十字マークは、上述のアライメント検出系ＡＳによって検出可能である。他の実施形態において、十字マーク以外のマークを使用できる。
【０１７６】
本実施形態において、コリメータ光学系５９２は、標示板５９１の下方に配置されている。標示板５９１の開口５９１ａを介した照明光ＩＬは、コリメータ光学系５９２により鉛直下向きの平行光に変換される。
【０１７７】
光学系ユニット５９３には、開口部５９７と、マイクロレンズアレイ５９８と、偏光検出系５９９とが所定の回転軸を中心に、所定の角度間隔で配置されている。この回転軸の回転により、開口部５９７と、マイクロレンズアレイ５９８と、偏光検出系５９９のいずれかを、コリメータ光学系５９２を介した光の光路上（光軸ＡＸ１に対応する位置）に、選択的に配置可能である。この回転軸の回転は、主制御装置５２０の指示の下、不図示の駆動装置によって行われる。
【０１７８】
開口部５９７は、コリメータ光学系５９２から射出された平行光をそのまま通過させる。開口部５９７を照明光ＩＬの光路上に配置することにより、受光器５９５では、瞳像を計測することが可能となる。ここで、瞳像とは、後述するピンホールパターンを介して投影光学系ＰＬに入射する光によって投影光学系ＰＬの瞳面に形成される光源像を指す。なお、開口部５９７に、平行光をそのまま透過させる透過部材を備えるようにしてもよい。
【０１７９】
マイクロレンズアレイ５９８は、複数の小さなレンズ（マイクロレンズ）が光路に対して直交する面内にアレイ状に配置されて構成されている。詳述すると、マイク口レンズアレイ５９８は、一辺の長さが等しい正方形状の多数のマイクロレンズがマトリクス状に密に配列されたものである。なお、マイクロレンズアレイ５９８は、平行平面ガラス板にエッチング処理を施すことにより作製される。マイクロレンズアレイ５９８では、マイクロレンズ毎に、標示板５９１の開口５９１ａに形成された後述するピンホールパターンを介した像の結像光束を射出する。
【０１８０】
受光器５９５は、２次元ＣＣＤ等から成る受光素子（以下、「ＣＣＤ」と呼ぶ）５９５ａと、例えば電荷転送制御回路等の電気回路５９５ｂ等から構成されている。ＣＣＤ５９５ａは、コリメータ光学系５９２に入射し、マイクロレンズアレイ５９８から射出される光束のすべてを受光するのに十分な面積を有している。また、ＣＣＤ５９５ａは、開口５９１ａに形成される後述するピンホールパターンの像がマイクロレンズアレイ５９８の各マイクロレンズによって再結像される結像面であって、開口部５９１ａの形成面の光学的な共役面に受光面を有している。また、この受光面は、開口部５９７が、上記の光路上に配置されている状態では、投影光学系ＰＬの瞳面の共役面から少しだけずれた面に位置する。
【０１８１】
主制御装置５２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等の内部メモリから成る、いわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含み、内部メモリ（ＲＡＭ）にロードされたプログラムをこのＣＰＵが実行することにより、露光装置５００の統括制御が実現される。
【０１８２】
次に、本実施形態の露光装置５００による露光動作を、主制御装置５２０の処理アルゴリズムを簡略化して示す図２４〜図２７のフローチャートに沿って説明する。なお、ここでは、ウエハＷ上への１層目の露光がすでに終了しており、２層目以降の露光を行うものとして説明する。
【０１８３】
図２４に示すように、まず、ステップ５０２において、光学特性の計測のサブルーチンの処理を行う。サブルーチン５０２では、まず、図２５のステップ５２２において、光学特性の計測を行うための照明条件を設定する。具体的には、主制御装置５２０は、偏光制御ユニット５０２において、レーザビームＬＢの偏光をＨ偏光に設定し、駆動装置５０７を駆動して、照明系開口絞り５０６を回転させ、通常照明絞り５０６Ｄを照明光ＩＬの光路上に配置させるとともに、駆動装置５０４を駆動して、偏光変換ユニット５０３を回転させ、開口部５０３ＤをレーザビームＬＢの光路上に配置させる。これにより、露光装置５００による通常開口絞りによるレチクルＲの照明が可能となる。この場合、投影光学系ＰＬの瞳面内に形成される瞳像の形状は円形となる。
【０１８４】
次に、ステップ５２４において、不図示のレチクルローダを用いて、図２８に示される計測用レチクルをレチクルステージＲＳＴにロードするとともに、所定の準備作業を 行う。
【０１８５】
計測用レチクルＲＴには、図２８に示されるように、複数個（図２８では、３×１１＝３３のピンホールパターンＰＨｎ（ｎ＝１〜３３））が、レチクルステージＲＳＴにロードされた状態で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向をそれぞれ行方向及び列方向としてマトリクス状に配置されている。本実施形態において、計測用レチクルＲＴにおけるピンホールの構造は、図１に示す光学素子１Ａ、図７に示す光学素子Ｄ、又は図９に示す光学素子１Ｄに示したようなピンホールの構造と同様のものを有する。なお、ピンホールパターンＰＨ１〜ＰＨ３３は、図２８において点線で示されるスリット状の照明領域の大きさの領域内に形成されている。
【０１８６】
ここで、上記の所定の準備作業としては、計測用レチクルＲＴの投影光学系ＰＬに対する相対位置の検出、アライメント検出系ＡＳのベースラインの計測などが行われる。すなわち、不図示のレチクルアライメント系を用いて、ウエハステージＷＳＴ上の不図示の基準マーク板上に形成された一対の第１基準マークと、これに対応する計測用レチクルＲＴ上のレチクルアライメントマークの投影光学系ＰＬを介した像との位置関係の検出を行う。この位置関係の検出は、計測用レチクルＲＴ上の図２８中に点線で示される領域が、前述した照明領域とほぼ一致する位置に、レチクルステージＲＳＴを移動させた状態で行われる。次いで、ウエハステージＷＳＴを所定距離だけＸＹ面内で移動させて、アライメント検出系ＡＳの検出中心に対する位置関係を検出し、上記２つの位置関係とそれぞれの位置関係検出時の干渉計１６、１８の計測値とに基づいてアライメント検出系ＡＳのベースラインを計測する。
【０１８７】
ステップ５２６では、光学特性計測装置５９０の光学系ユニット５９３を回転させて、マイクロレンズアレイ５９８を、光軸ＡＸ１上に配置する。
【０１８８】
ステップ５２８では、ウエハステージＷＳＴに装着された光学特性計測装置５９０とウエハステージＷＳＴとの位置関係の計測を行う。具体的には、ウエハステージＷＳＴを順次移動してアライメント検出系ＡＳを用いて光学特性計測装置５９０の標示板５９１上の少なくとも２つの２次元位置マーク５９１ｂそれぞれのウエハステージ座標系上における位置の検出を行い、その位置の検出結果に基づいて、例えば最小二乗法などの所定の統計演算により光学特性計測装置５９０の標示板５９１の開口５９１ａとウエハステージＷＳＴとの位置関係を正確に求める。
【０１８９】
この結果、ウエハ干渉計５１８から出力される位置情報（速度情報）に基づいて、開口５９１ａのＸＹ位置を正確に検出することができ、かつ、このＸＹ位置の検出結果と先に計測したベースラインとに基づいて、ウエハステージＷＳＴの位置を制御することにより、開口５９１ａを所望のＸＹ位置に精度良く位置決めできる。
【０１９０】
ステップ５３０では、多点フォーカス位置検出系（５２１、５２２）を用いて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに直交する面（ＸＹ平面）に対する標示板５９１の傾斜を計測する。次のステップ５３２では、上記の傾斜の計測結果に基づいてウエハステージＷＳＴの傾斜を調整することで、標示板５９１の上面の傾斜を投影光学系ＰＬの像面（又は像面の近似平面）の傾斜と一致させる。
【０１９１】
ステップ５３４において、投影光学系ＰＬの視野内の基準計測点、例えば視野中心の計測点、すなわち図２８に示されるピンホールパターンＰＨ１７の投影光学系ＰＬに関する共役位置（光軸ＡＸ上）の計測点に光学特性計測装置５９０の標示板５９１の開口５９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動させる。これにより、被検光学系（照明光学系５１２及び投影光学系ＰＬ）の光軸ＡＸと、光学特性計測装置５９０の光軸ＡＸ１とが一致するようになる。
【０１９２】
ステップ５３６では、照明光ＩＬの偏光状態を設定する。具体的には、主制御装置５２０は、偏光制御ユニット５０２における１／２波長板等を回転させて、レーザビームＬＢの偏光方向を調整する。ここでは、照明光ＩＬがＨ偏光となるように、１／２波長板の回転量を調整する。
【０１９３】
ステップ５３８では、マイクロレンズアレイ５９８を構成する各マイクロレンズによってＣＣＤ５９５ａの受光面上に最結像されるピンホールパターンＰＨ１７の像の撮像結果である撮像データＩＭＤ１に基づいてウエハステージＷＳＴの最適Ｚ位置（ベストフォー力ス位置）をサーチする。以下ではこのサーチ処理について具体的に説明する。
【０１９４】
この最適Ｚ位置のサーチが行われる際の光学配置を、光学特性計測装置５９０の光軸ＡＸ１及び投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿って展開したものが、図２９Ａに示されている。図２９Ａに示される光学配置において、主制御装置５２０が光源５０１からレーザビームＬＢを発振させ、照明光学系５１２から照明光ＩＬが射出されると、計測用レチクルＲＴのピンホールパターンＰＨ１７に到達した光（照明光ＩＬ)が、球面波となってピンホールパターンＰＨ１７から射出される。そして、その光は、投影光学系ＰＬを介した後、光学特性計測装置５９０の標示板５９１の開口５９１ａに集光される。なお、ピンホールパターンＰＨ１７以外のピンホールパターンＰＨ１〜ＰＨ１６、ＰＨ１８〜ＰＨ３３を通過した光は、開口５９１ａには到達しないようになっている。上述のようにして開口５９１ａに集光された光（標示板５９１表面の開口５９１ａの内部に結像されたピンホールパターンＰＨ１７の像光束）の波面は、投影光学系ＰＬの波面収差を含んだ略球面となる。
【０１９５】
開口５９１ａを通過した光は、コリメータ光学系５９２により平行光に変換され、マイクロレンズアレイ５９８に入射する。マイクロレンズアレイ５９８は、マイクロレンズ（図２９Ａ参照）ごとに、標示板５９１表面の開口５９１ａの内部に結像されたピンホールパターンＰＨ１７の像を、標示板５９１の光学的な共役面すなわちＣＣＤ５９５ａの撮像面（受光面）に結像させる。従って、ＣＣＤ５９５ａの撮像面には、マイクロレンズアレイ５９４を構成するマイクロレンズに対応する配置及び数のスポット像（ピンホールパターンＰＨ１７の像）が形成される。ＣＣＤ５９５ａにより、それら撮像面（受光面）に形成されたスポット像の撮像が行われる。ＣＣＤ５９５ａの撮像により得られた撮像データＩＭＤ１は、主制御装置５２０に送信される。
【０１９６】
ウエハステージ駆動系５２４を介してウエハステージＷＳＴをＺ軸方向にステップ移動しつつ、上記撮像データＩＭＤ１の取り込みを行い、その取り込んだ撮像デー タＩＭＤ１に基づいて、例えばスポット像のコントラストが最大となるＺ軸方向の位置を見つけることにより、ウエハステージＷＳＴの最適Ｚ位置をサーチする。
【０１９７】
ステップ５４０では、光学系ユニット５９３を回転させて、偏光検出系５９９を照明光ＩＬの光軸ＡＸ１上に配置し、ステップ５４２において、照明光ＩＬの偏光状態を計測する。一例において、主制御装置５２０は、ストークスパラメータを算出する。
【０１９８】
ステップ５４４では、主制御装置５２０では、スト一タスパラメータの算出値に基づいて、照明光ＩＬがＨ偏光となっているか否かを判断する。この判断が肯定されれば、図２６のステップ５５２に進む。一方、このステップ５４４の判断が否定された場合には、ステップ５４６に進み、ストークスパラメータの算出値に基づいて偏光制御ユニット５０２を調整することにより、照明光ＩＬの偏光状態を調整する。例えば、照明光ＩＬの楕円偏光性が強い場合には、直線偏光となるように、偏光制御ユニット５０２内の偏光子を調整し、直線偏光ではあっても、その偏光方向がＸ軸方向からずれている場合には、偏光制御ユニット５０２内の１／２波長板の回転量を調整して、偏光方向がＸ軸方向、すなわちＨ偏光となるようにする。ステップ５４６終了後は、ステップ５４２に戻る。
【０１９９】
以降、ステップ５４４における判断が肯定されるまで、ステップ５４６で、例えば偏光制御ユニット５０２の１／２波長板又は１／４−波長板を回転調整するなどして、照明光ＩＬの偏光状態を調整し、ステップ５４２に戻り、再度、照明光ＩＬの偏光状態を上述のようにして計測する処理を繰り返す。これにより、最終的に照明光ＩＬは、Ｈ偏光となる。
【０２００】
このようにして、照明光ＩＬがＨ偏光となるように調整された後、図２６のステップ５５２において、光学系ユニット５９３を回転させて開口部５９７を光軸ＡＸ１上に配置する。次のステップ５５４では、カウンタｎの値（以下、「カウンタ値ｎ」と呼ぶ）を１に初期化する。
【０２０１】
ステップ５５６では、光学特性計測装置５９０をｎ番目（ここでは１番目）の計測点に移動させる。すなわち、ｎ番目のピンホールパターンＰＨの投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点に光学特性計測装置５９０の標示板５９１の開口５９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動させる。
【０２０２】
次のステップ５５８では、瞳像計測を行う。図２９Ｂには、瞳像計測の様子が示されている。図２９Ｂに示されるように、この状態では、照明光ＩＬの光路上には、開口部５９７が配置されている。そのため、コリメータ光学系５９２を介した平行光は、そのままＣＣＤ５９５ａに入射する。すなわち、ＣＣＤ５９５ａは、投影光学系ＰＬの瞳面と共役な位置に配置されていることとみなすことができ、その瞳面における瞳像に対応する光束を受光することが可能となる。ここでは、ＣＣＤ５９５ａの撮像データＩＭＤ２を取り込み、その撮像データＩＭＤ２に基づいて瞳像の中心位置や大きさ、あるいは瞳像の強度分布を検出する。そして、その検出の結果をメモリに記憶する。
【０２０３】
次のステップ５６０では、カウンタ値ｎが計測点の総数Ｎ（ここではＮ＝３３）以上であるか否かを判断することで、全ての計測点において瞳像計測が終了したか否かを判断する。ここでは、最初の計測点について瞳像計測が終了しただけなので、ここでの判断は否定され、ステップ５６２に移行して、カウンタ値ｎを１インクリメントした後、ステップ５５６に戻る。
【０２０４】
以後、ステップ５６０における判断が肯定されるまで、ステップ５５６→ステップ５５８→ステップ５６０→ステップ５６２のループの処理判断を繰り返す。これにより、投影光学系ＰＬの視野内の２〜３３番目の計測点、すなわちピンホールパターンＰＨ２〜ＰＨ３３の投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点について、瞳像計測が行われ、ピンホールパターンＰＨ２〜ＰＨ３３それぞれを介した瞳像の中心位置や大きさ、あるいは瞳像の強度分布が算出され、メモリ内に記憶される。
【０２０５】
全ての計測点についての瞳像計測が終了すると、ステップ５６４に進んで、カウンタ値ｎを１に初期化する。
【０２０６】
ステップ５６６では、光学系ユニット５９３を回転させてマイクロレンズアレイ５９８を再度光軸ＡＸ１上に配置した後、ステップ５６８では、光学特性計測装置５９０をｎ番目（ここでは１番目）の計測点に移動させる。すなわち、ｎ番目のピンホールパターンＰＨｎの投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点に光学特性計測装置５９０の標示板５９１の開口５９１ａが一致するようにウエハステージＷＳＴを移動する。
【０２０７】
ステップ５７０〜ステップ５７４では、そのｎ番目の計測点における波面収差計測を実行する。まず、ステップ５７０では、マイクロレンズアレイ５９８によりＣＣＤ５９５ａの受光面上に形成される全てのスポット像の撮像を行い、その撮像データＩＭＤ１を取り込む。
【０２０８】
ステップ５７４において、メモリから各スポット像の位置情報を読み出して、計測用レチクルＲＴにおけるｎ番目（ここでは１番目）のピンホールパターンＰＨ１を介した光に関する投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。
【０２０９】
ここで、スポット像の位置情報から波面収差を計測できる理由は、上記のスポット像の撮像に際し、マイクロレンズアレイ５９８に入射する光の波面が投影光学系ＰＬの波面収差を反映したものとなっているからである。
【０２１０】
すなわち、投影光学系ＰＬに波面収差が無い場合には、図２９Ａにおいて点線で示されるように、その波面ＷＦは光軸ＡＸ１と直交する平面となり、この場合、マイクロレンズ５９８に入射した光の波面が光軸と直交し、そのマイクロレンズアレイ５９８の各マイクロレンズの光軸とＣＣＤ５９５ａの撮像面の交点を中心とするスポット像が、ＣＣＤ５９５ａの受光面に結像される。これに対し、投影光学系ＰＬに波面収差が有る場合には、図２９Ａにおいて二点鎖線で示されるように、その波面ＷＦ’は光軸ＡＸ１と直交する平面とはならず、その平面上の位置に応じた角度の傾きを有する面となる。この場合、マイクロレンズ５９８に入射した光の波面は傾いており、その傾き量に応じた距離だけ、そのマイクロレンズ５９８の光軸とＣＣＤ５９５ａの受光面の交点からずれた点を中心とするスポット像がＣＣＤ５９５ａの受光面に結像される。
【０２１１】
従って、このステップ５７４では、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置（上記のマイクロレンズ５９８の光軸とＣＣＤ５９５ａの撮像面の交点）と検出された各スポット像位置との差（位置誤差）から、ツェルニケ多項式の係数を求めることで、計測用レチクルＲＴにおけるｎ番目のピンホールパターンＰＨｎを介した光に関する投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。
【０２１２】
ただし、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置が、上記のマイクロレンズアレイ９８の各マイクロレンズの光軸とＣＣＤ５９５ａの受光面の交点と一致するのは、入射する光の光軸にずれがなぐ光軸ＡＸ１とＣＣＤ５９５ａとが正確に直交する理想的な場合のみである。そこで、本実施形態では、上記の位置誤差を算出するに際し、メモリ内に記憶されてる、対応する計測点における光源像のデータ（中心位置や大きさなどの光源像の位置情報）に基づいて、波面収差が無いときに期待される各スポット像位置（各スポット像のずれ量を算出するための基準位置）をそれぞれ補正し、検出された各スポット像位置と補正後の各基準位置との差を算出する。これにより、光学特性計測装置５９０に入射される光の光軸のずれに起因する、波面収差が無いときの各スポット像の基準位置の誤差をキャンセルすることができ、より高精度に波面収差を求めることができる。
【０２１３】
図２６に戻り、ステップ５７６では、カウンタ値ｎが計測点の総数Ｎ（ここではＮ＝３３）以上であるか否かを判断することで、全ての計測点において波面収差の計測が終了したか否かを判断する。ここでは、最初の計測点について波面収差の計測が終了したのみなので、判断は否定され、ステップ５７８に移行して、カウンタ値ｎを１だけインクリメントした後、ステップ５６８に戻る。
【０２１４】
以後、ステップ５７６における判断が肯定されるまで、ステップ５６８→ステップ５７０→ステップ５７２→ステップ５７４→ステップ５７６→ステップ５７８のループの処理を繰り返す。これにより、投影光学系ＰＬの視野内の２〜３３番目の計測点、すなわちピンホールパターンＰＨ２〜ＰＨ３３の投影光学系ＰＬに関する共役位置の計測点について、波面収差計測が行われ、ピンホールパターンＰＨ２〜ＰＨ３３それぞれを介した光に関する波面収差が算出され、不図示のメモリ内に記憶される。
【０２１５】
全ての計測点についての波面収差計測が終了し、ステップ５７６における判断が肯定されると、次のステップ５８０に進む。
【０２１６】
ステップ５８０では、照明光ＩＬをＶ偏光（偏光方向がＹ軸方向である直線偏光）としたときの計測が終了したか否かを判断する。この場合、Ｈ偏光の計測が終了しただけなのでこのステップ５８０での判断が否定され、図２５のステップ５３６に戻る。
【０２１７】
ステップ５３６では、偏光制御ユニット５０２の１／２波長板が５９０度回転され、レーザビームＬＢの偏光方向が９０度変更される。これにより照明光ＩＬはＶ偏光となるように設定される。そして、ステップ５３８において、ウェハステージＷＳＴの最適Ｚ位置を改めてサーチする。ここで、再度、最適Ｚ位置をサーチするのは、照明光ＩＬの偏光方向を変えたことにより、各計測点に対応する波面が変化し、その波面の変化に伴って最適Ｚ位置も変化すると考えられるからである。ステップ５４０〜ステップ５４４、図２６のステップ５５２〜ステップ５７６において、照明光ＩＬをＶ偏光に設定したときの通常照明絞り５０６Ｄに対応する各計測点の瞳像及び波面が計測される。そして、このようにしてＶ偏光の計測が終了すると、ステップ５８０における判断が肯定され、図２７のステップ５８２に進む。
【０２１８】
図２７のステップ５８２では、上で求めた投影光学系ＰＬの視野内のＮ個（ここでは３３個）の計測点における波面収差のデータに基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差が許容範囲外である計測点があるか否かを判断する。そして、この判断が肯定された場合には、ステップ５８４に移行して、投影光学系ＰＬの波面収差の計測結果に基づき、現在発生している波面収差を低減させるように、結像特性補正コントローラ５５１を介してレンズエレメントを駆動して投影光学系ＰＬの波面収差の調整を行う。この調整は、実際の露光の際に設定される照明条件に基づいて設定される。なお、場合によっては、人手により投影光学系ＰＬのレンズエレメントのＸＹ平面内での移動やレンズエレメントの交換を行うこととしても良い。
【０２１９】
ステップ５８２で判断が否定された後、又はステップ５８４が行われた後に行われるステップ５８６では、実際の露光に適用される照明条件を設定する。具体的には、偏光制御ユニット５０２により、レーザビームＬＢの偏光方向をＨ偏光とし、偏光変換ユニット５０３を回転させることにより、偏光変換部材５０３Ａを、照明光ＩＬの光路上に配置するとともに、照明系開口絞り板５０６を駆動装置５０７により回転させて、輪帯照明絞り５０６Ａを照明光ＩＬの光路上に配置する。そして、ステップ５８８では、光学特性計測装置５９０を、計測点に移動させ、ステップ５９０で、光学系ユニット５９３の開口部５９８を光路上に配置し、ステップ５９２で、瞳像を計測する。このとき、輪帯照明絞り５０６Ａが照明光ＩＬの光路上に配置されているため、瞳像も輪帯形状となる。ここでは、瞳像の撮像データＩＭＤ２を取り込み、その撮像データＩＭＤ２に基づいてＣＣＤ５９５ａの受光面における瞳像の位置や大きさ、あるいは瞳像の強度分布などを検出し、その結果をメモリに記憶する。
【０２２０】
ステップ５９４では、光学特性計測装置５９０における光学系ユニット５９３を回転させて、偏光検出系５９９を光軸ＡＸ１上に配置し、ステップ５９６で、照明光ＩＬの偏光状態を計測する。
【０２２１】
本実施形態において、照明光学系５１２の照明絞りとして輪帯照明絞り５０６Ａが選択されている。この場合、の照明光ＩＬは、光軸ＡＸを中心とする円の円周方向をその偏光方向とする直線偏光となる。そこで、上記ステップ５９２において計測した、瞳像の位置、大きさに基づいて、ＣＣＤ５９５ａの受光面の領域を分割し、分割された領域毎に、ストークスパラメータの算出値に基づいて、偏光方向を計測する。
【０２２２】
ステップ５９８では、照明光ＩＬの偏光状態が、所望の状態（すなわち光軸ＡＸを中心とする円の円周方向となる直線偏光）となっているか否かを判断し、判断が肯定された場合には、サブルーチン５０２の処理を終了し、判断が否定された場合には、ステップ６００に進み、偏光制御ユニット５０２の波長板などの回転量を調整し、照明光ＩＬの偏光状態を調整し、ステップ５９６に戻る。すなわち、ステップ５９８で、判断が肯定されるまで、ステップ５９６→ステップ５９８→ステップ６００の処理、判断を繰り返す。
【０２２３】
ステップ５９８の判断が肯定された後は、サブルーチン５０２の処理を終了し、図２４のステップ５０４に進む。
【０２２４】
ステップ５０４では、不図示のレチクルローダを介してレチクルステージＲＳＴ上にロードされている計測用レチクルＲＴをアンロードするとともに、転写対象のパターンが形成されたレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上にロードする。
【０２２５】
ステップ５０６では、前述のレチクルアライメント系及び不図示の基準マーク板を用いたレチクルアライメント、アライメント検出系ＡＳ及び基準マーク板を用いたベースライン計測を、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で行う。
【０２２６】
ステップ５０８では、不図示のウエハローダを介してウエハステージＷＳＴ上のウエハ交換を行う（但し、ウエハステージＷＳＴ上にウエハがロードされていない場合は、ウエハを単にロードする）。
【０２２７】
ステップ５１０では、ウエハＷに対するアライメント（例えばＥＧＡ方式のウエハアライメントなど）を行う。このウエハアライメントの結果、ウエハＷ上の複数のショット領域の配列座標が精度良く求められる。
【０２２８】
ステップ５１２では、上記のウエハアライメントの結果に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のために走査開始位置（加速開始位置）にウエハステージＷＳＴを移動させる動作と、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを同期してＹ軸方向に相対走査しつつレチクルＲを照明光ＩＬで照明してレチクルＲのパターンをウエハＷ上のショット領域に転写する動作とを繰り返す、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う。この露光においては、高解像度での露光が実現される。
【０２２９】
なお、上記の相対走査中、特に走査露光中には、レチクル干渉計５１６によって検出されるレチクルステージＲＳＴのＸＹ位置の情報、ウェハ干渉計５１８によって検出されるウエハステージＷＳＴの位置情報、及び多点フォーカス位置検出系（５２１、５２２）によって検出されるウエハＷのＺ位置及びレベリング情報などに基づいて、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの位置関係が適切に保たれるよう、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置制御が行われる。
【０２３０】
ステップ５１４では、予定枚数（例えば１ロット）のウエハに対する露光が終了したか否かを判断し、この判断が否定されると、ステップ５０８に戻り、以後、ステップ５１４における判断が肯定されるまで、ステップ５０８→ステップ５１０→ステップ５１２→ステップ５１４のループの処理・判断を繰り返し行い、各ウエハに対する露光を行う。
【０２３１】
そして、予定枚数のウエハに対する露光が終了すると、ステップ５１４における判断が肯定され、本ルーチンの一連の処理を終了する。
【０２３２】
以上説明したように、本実施形態によれば、照明光ＩＬの偏光状態及び投影光学系ＰＬの波面収差などを計測可能な状態に、照明光学系１２及び投影光学系ＰＬを介した照明光ＩＬを変換するマイクロレンズアレイ９８や偏光検出系９９などを含む複数の光学系を有する光学系ユニット９３を備えている。また、本実施形態において、計測用レチクルＲＴに設けられた複数のピンホールは、表面プラズモンが効果的に励起される構造を有する。そのため、計測用レチクルＲＴから高精度かつ高強度な球面波が出射され、高精度でＳ／Ｎ比の高い測定が可能となる。
【０２３３】
投影光学系ＰＬを透過した光は、コリメータ光学系５９２にて平行光に変換された後に、２次元レンズアレイ５９８に入射される。入射した光の被検波面が理想的な波面、即ち投影光学系に収差が無い場合の波面から偏差を有していると、該偏差は集光位置検出部上で理想的な波面の集光位置に対し被検波面の集光位置が位置ずれとして現れる。主制御装置５２０は、２次元レンズアレイ５９８の個々のレンズの集光点の位置ずれに基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差を算出することができる。投影光学系ＰＬによる結像面のうち、一点において、理想波面の各集光点に対する被検波面の各測定点の位置ずれを測定することにより、投影光学系ＰＬの収差として、球面収差や非点隔差を求めることができる。また、投影光学系ＰＬの結像面内における複数点のそれぞれにおいて、理想波面の各集光点に対する被検波面の各測定点の位置ずれを測定し、それら各測定結果から、投影光学系ＰＬの収差として、コマ収差、像面湾曲、ディストーション、非点収差を求めることができる。
【０２３４】
表面プラズモンが効果的に励起される構造（プラズモン励起構造）は、計測用レチクルＲＴ以外の光学素子にも適用可能である。例えば、その構造を、図２９Ａに示す、開口５９１ａを有する標示板５９１に適用することができる。その他の光学素子にも、プラズモン励起構造を適用することが可能である。
【０２３５】
計測用レチクルＲＴに設けられるピンホールの数は３３に限定されない。他の実施形態において、ピンホールは、少なくとも１つあればよく、ピンホールの数は３３以外にできる。ピンホールが１つの場合、図２９Ａ及び図２９Ｂに示す標示板５９１を省くことができる。
【０２３６】
プラズモン励起構造を有する光学素子を用いて計測される光学特性は、波面収差に限定されない。そうした構造の光学素子を用いて、波面収差以外の光学特性を計測することができる。
【０２３７】
本実施形態では、光学特性計測装置５９０を用いることにより、露光装置５００のパターン像面上における照明光ＩＬの偏光状態を計測することができる。そのため、解像度を向上させるべく偏光照明を行う場合に、照明光ＩＬの偏光状態が所望の状態であるか否かを確認することができ、高精度な露光を確実に行うことができる。
【０２３８】
また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの瞳面内の複数の異なる領域と、共役なＣＣＤ５９５の受光面内の領域から得られた受光結果に基づいて、その領域の照明光ＩＬの偏光状態を計測する。このようにすれば、偏光照明のように、投影光学系ＰＬの瞳面の異なる領域で、照明光ＩＬの偏光方向が異なる場合でも、それぞれの領域で、偏光方向を確実に計測することが可能となる。
【０２３９】
また、本実施形態では、光学特性計測装置５９０の光学系ユニット５９３における偏光検出系５９９が、照明光ＩＬの光軸を中心に互いに相対的に回転する偏光ビームスプリッタ５９９Ｂと、１／４波長板５９９Ａとを備えている。このようにすれば、偏光検出系５９９を通過する照明光ＩＬの光量は、両者の相対回転量が変化するに従って、その偏光状態に応じて変化する。そのため、この相対回転量を変化させつつ、偏光検出系５９９を通過する照明光ＩＬの光量を計測すれば、照明光ＩＬの偏光状態を計測することが可能となる。
【０２４０】
なお、光学特性計測装置５９０を利用して、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを計測することも可能である。照明光学系５１２内における照明光ＩＬの光路上に、拡散板を設置して、通過する光束の径の大きさを投影光学系ＰＬの開口数よりも大きくし、光学特性計測装置５９０の開口部５９７を光軸ＡＸ１上に配置すれば、ＣＣＤ５９５ａには、投影光学系ＰＬの瞳を通過した光束が到達する。したがって、このＣＣＤ５９５ａの撮像結果力投影光学系ＰＬの瞳の大きさを算出することができるようになり、投影光学系ＰＬの開口数を算出することが可能となる。投影光学系ＰＬの開口数を算出することができれば、上記拡散板をはずした場合の瞳像（光源像）の計測結果より、照明光学系５１２のコヒーレンスファクタ（いわゆる照明σ）を求めることも可能である。
【０２４１】
近年においては、デバイスに形成するパターンの微細化に伴い、露光装置の解像度の向上が図られている。解像度向上のためには、露光光（上記実施形態では照明光ＩＬ）の短波長化を図り、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすればよい。そこで、露光装置が備える投影光学系と基板（上記実施形態ではウェハＷ）との間に気体よりも屈折率の高い液体を充満させて投影光学系の開口数を実質的に大きくして解像度を向上させる液浸式の露光装置が提案されている。
【０２４２】
この液浸式の露光装置に、上記実施形態の光学特性計測装置５９０と同等の計測装置を適用する場合について説明する。
【０２４３】
液浸式の露光装置で光学特性計測装置５９０と同等の計測装置（光学特性計測装置５９０’とする）では、図３０に示されるように、標示板５９１’を平凸レンズで構成すればよい。標示板５９１’は、投影光学系ＰＬ側に対向する平坦部（平坦面）５９ｌｂと、コリメータ光学系５９２側に対向し、所定の曲率を有する曲面部５９１ｃを備える。標示板５９１’は、石英あるいは蛍石など照明光を透過する硝材で形成できる。
【０２４４】
標示板５９１’の平坦部５９１ｂの表面には、遮光膜が形成されており、その遮光膜の中央部に、円形の開口５９１ａ’が形成されている。液体ＬＱが光学特性計測装置５９０’内に浸入しないように、標示板５９１’と光学特性計測装置５９０’の筐体５９０ａとの間に、シール材５９０ｂ等によって防水（防液）対策が施されている。標示板５９１’の開口５９ｌａ’及びその周囲の領域には、その表面に撥液膜（撥水コート）が形成されている。
【０２４５】
液体ＬＱが投影光学系ＰＬと標示板５９１’の上面との間に供給されている状態においては、投影光学系ＰＬに入射した露光光は、投影光学系ＰＬの先端部において全反射されずに投影光学系ＰＬを通過して液体ＬＱに入射する。図３０に示されるように、液体ＬＱに入射した露光光は、開口５９１ａ’に入射した露光光のみが標示板５９１’内に入射する。ここで、標示板５９１’を構成する平凸レンズの屈折率は、液体ＬＱの屈折率と同程度又は液体ＬＱの屈折率よりも高いため、開口５９１ａ’に入射する露光光の入射角が大きくても、開口５９１ａ’に入射した露光光は、平坦部５９１ｂで反射することなく標示板５９１’内に入射する。また、標示板５９１’内に入射した露光光は、曲面部５９１ｃによって屈折された後、コリメータ光学系５９２に射出される。このように、投影光学系ＰＬと標示板５９１’との間に気体よりも屈折率の高い液体を充満させて投影光学系の開口数を大きくしたとしても、平凸レンズで構成された標示板５９１’を介してコリメータ光学系５９２に導くことが可能になる。
【０２４６】
図３１は、ＣＣＤを有する受光ユニット（撮像ユニット）の変形例を示している。図３１において、ユニット６１１は、ＦＯＰ６１２とＣＣＤ６１３とを有している。ＦＯＰ６１２は、複数の光ファイバーを一定の間隔で束ねるとともに、板状に成形された光学基材であり、紫外線が透過不能であると共に可視光が透過可能な材料からなる。ＦＯＰ６１２の光ファイバーは、図３１の上下方向に各々延在しかつ並列して配列されている。ＦＯＰ６１２の入射面から入射する光束は、各々の光ファイバーを伝搬してＦＯＰ６１２の射出面側に導かれる。
【０２４７】
ＦＯＰ６１２の入射面上には、波長選択膜６１４と、蛍光膜６１５と、保護膜６１７とが順に積層している。一方、ＦＯＰ６１２の射出面には、ＣＣＤ６１３が取り付けられている。なお、ＦＯＰ６１２の横分解能の低下を抑制する観点から、ＦＯＰ６１２の入射面上に形成される波長選択膜６１４および蛍光膜６１５の合計厚さは、ＦＯＰ６１２における各々の光ファイバーの直径以下に設定される。
【０２４８】
波長選択膜６１４は、ＦＯＰ６１２と蛍光膜６１５との間に形成されており、可視光を透過させるとともに紫外線を反射する特性を有している。一例として、波長選択膜６１４は、誘電体多層膜ミラーで構成されている。
【０２４９】
蛍光膜６１５は、紫外線により蛍光を発し、紫外域の計測光を可視域の計測光に変換する機能を有する。
【０２５０】
保護膜６１７は、蛍光膜６１５の表面を被覆している。保護膜６１７は、耐水性および撥水性の少なくとも一方を有することができる。保護膜６１７は、液体の浸透を抑制するとともに、空気や水蒸気から下層の膜を保護する機能を有する。
【０２５１】
ＣＣＤ６１３は、複数の受光素子（図示せず）が二次元的に配列された受光面を有している。ＣＣＤ６１３の受光面はＦＯＰ６１２の射出面に接した状態となっている。なお、本実施形態では、ＣＣＤ６１３にカバーガラスやフィルタなどを装着することなく、ＣＣＤ６１３の受光面に接着などの手段でＦＯＰ６１２を直接固定することができる。
【０２５２】
図３１のユニット６１１に、例えば短波長紫外線（ＡｒＦエキシマレーザやＫｒＦエキシマレーザなど）が照射される。蛍光膜６１５に短波長紫外線が入射する。蛍光膜６１５は、入射した短波長紫外線の強度に応じて可視域の蛍光を発する。上記の蛍光は波長選択膜６１４をほとんど減衰せずに透過してＦＯＰ６１２に入射する。そして、ＦＯＰ６１２から射出された計測光（蛍光）がＣＣＤ６１３によって計測される。一方、蛍光膜６１５を透過した短波長紫外線は波長選択膜６１４で実質的に反射される。
【０２５３】
図３１のユニット６１１によれば、波長選択膜６１４によってＦＯＰ６１２への短波長紫外線の入射がほぼカットされるため、短波長紫外線によるＦＯＰ６１２の劣化を抑制できる。紫外域の計測光は蛍光膜６１５で可視域の蛍光に変換されて波長選択膜６１４を透過する。その結果、ユニット６１１では、蛍光を用いて計測を確実に行うことができる。
【０２５４】
また、本実施形態では、光源から入射した短波長紫外線と波長選択膜６１４で反射された短波長紫外線とがいずれも蛍光の発生に寄与するので、蛍光膜６１５で強度の高い蛍光を比較的容易に得ることができ、蛍光膜６１５の薄膜化も容易となる。また、蛍光膜６１５はフッ化物を母材として形成されているので、短波長紫外線に対して蛍光膜６１５が高い耐久性を有している。また、本実施形態では蛍光膜６１５が真空蒸着法で成膜されているので、例えば、蛍光体粒子をバインダに混練して塗布した場合と比べて蛍光の散乱が少なく、良好な光学特性の蛍光膜６１５を得ることができる。
【０２５５】
また、本実施形態では、蛍光膜６１５を保護膜６１７で被覆することで、蛍光膜６１５の劣化が抑制される。例えば、液浸型露光装置に搭載される光学特性計測装置に受光ユニット（撮像ユニット）を使用するケースでは、被検光学系（露光装置の投影光学系）とＦＯＰ６１２との間には水などの液体が充填される。図３１において、保護膜６１７で蛍光膜６１５が液体から保護される。また、空気中にて紫外線が照射されるケースでは、フッ化物の蛍光膜６１５と空気との界面では酸化や水酸化が生じて光学性能が劣化する。しかし、図３１において、保護膜６１７によってかかる蛍光膜６１５の劣化も抑制できる。さらに、保護膜６１７が十分な膜強度を有する場合には、拭きによって表面汚損を容易に除去することも可能となる。
【０２５６】
図３１に示すユニット６１１によれば、ＦＯＰ６１２を備えているため、被検光学系の像面内の広い領域を一度に且つ高精度に検出することが可能になる。そのため、リレー光学系等を簡略又は省略した構成を採用でき、装置の小型化に貢献できる。また、ＦＯＰ６１２の入射面にＦＯＰ６１２を構成する個々の光ファイバーの直径以下の厚みを有する蛍光膜６１５が形成されている。ＦＯＰ６１２の横分解能の低下が抑制される。また、紫外域の計測光が可視域の計測光に変換される。その結果、可視域の計測光を確実に撮像素子６１３に導光することができる。更に、蛍光膜６１５によって、紫外域の計測光が可視域の計測光に変換され、コヒーレントノイズの発生が低減される。したがって、ユニット６１１によれば、回転拡散板等を簡略又は省略でき、装置のコンパクト化に有利である。
【０２５７】
なお、図２２等に示す本実施形態において、１ロットのウエハＷを露光する前に行われる光学特性の計測に光学特性計測装置５９０を用いる場合について説明した。光学特性計測装置５９０は、露光装置が組み立てられた後の定期メンテナンス時、露光装置の製造における投影光学系ＰＬの調整時に用いることもできるのは勿論である。なお、露光装置の製造時における投影光学系ＰＬの調整にあたっては、上記の実施形態において行われる投影光学系ＰＬを構成する一部のレンズエレメントの位置調整に加えて、他のレンズエレメントの位置調整、レンズエレメントの再加工、レンズエレメントの交換等を行うことが可能である。
【０２５８】
また、本実施形態では、光学特性計測装置５９０内部のコリメータ光学系５９２などの受光光学系の収差は、無視できる程小さいものとしている。さらに高い精度の波面収差計測を行う場合などには、波面収差を算出するまでのいずれかの時点で、受光光学系単独の波面収差を計測することができる。かかる受光光学系単独の波面収差の計測は、投影光学系ＰＬを介した照明光ＩＬの照射により球面波を発生する程度の大きさのピンホールパターンが形成されたパターン板を、標示板５９１の近傍に設け、このパターン板のピンホールパターンで開口５９１ａを更に制限した状態で、投影光学系ＰＬ力も射出される照明光ＩＬをパターン板に照射して、上述と同様の波面収差の計測を行うことで実現できる。そして、投影光学系ＰＬの波面収差の算出の際に、上記の受光光学系単独の波面収差を補正値として用いることができる。
【０２５９】
本実施形態では、光学特性計測装置５９０がウエハステージＷＳＴに常設され固定されている。他の実施形態において、光学特性計測装置５９０はウエハステージＷＳＴに着脱可能にできる。また、ウエハステージとは異なる別のステージを設け、この別のステージに光学特性計測装置５９０と同様の光学特性計測装置を配置することもできる。
【０２６０】
露光装置の光源５０１としては、Ｆ２レーザ光源（１５７ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレ一ザ光源（１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光源（２４８ｎｍ）などの紫外パルス光源に限らず、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプを用いることも可能である。また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良い。
【０２６１】
本実施形態では、走査型露光装置を説明した。他の実施形態において、露光装置として、ステップ・アンド・リピート機、ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・スティッチング機等、他の形態にできる。
【０２６２】
露光装置の用途としては、半導体製造用の露光装置に限定されない。例えば、角型のガラスプレートに液晶標示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシーン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなぐ光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも適用できる。
【０２６３】
なお、上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した露光装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
【符号の説明】
【０２６４】
１Ａ〜１Ｄ…光学素子、２…透明部材、３…金属膜、４…入射面、５…射出面、６…孔、７…不連続部、１０…光学系、４１…第１面、４２…第２面、４３…第３面、５０…測定装置、６１…内面、１００…測定装置、１２０…検出装置、１３０…演算装置、Ｃ１…角部、Ｃ２…角部、Ｃ３…角部、Ｅａ…内側エッジ、Ｅｂ…外側エッジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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