(57)【要約】【課題】本発明の目的は、照明光束の偏光状態に依らず良好な波面形状の光束を生成することにある。【解決手段】本発明の波面生成光学系は、球面光波生成用のピンホールマスク（１４）と、前記ピンホールマスク（１４）の射出側に配置される補償用位相板（１６）とを備え、前記補償用位相板（１６）が入射光の互いに異なる２つの偏光成分に与える位相ずれ分布は、前記ピンホールマスク（１４）が入射光の前記２つの偏光成分に与える位相ずれ分布を相殺又は低減する分布に設定されていることを特徴とする。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面光波生成用のピンホールマスクと、前記ピンホールマスクの射出側に配置される補償用位相板とを備え、
前記補償用位相板が入射光の互いに異なる２つの偏光成分に与える位相ずれ分布は、
前記ピンホールマスクが入射光の前記２つの偏光成分に与える位相ずれ分布を相殺又は低減する分布に設定されている
ことを特徴とする波面生成光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の波面生成光学系において、
前記補償用位相板は、
前記波面生成光学系の使用波長未満のピッチで凹凸パターンが形成された構造性複屈折素子である
ことを特徴とする波面生成光学系。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の波面生成光学系において、
前記補償用位相板が前記２つの偏光成分に与える位相ずれ分布は、
光軸の周りに回転対称な分布である
ことを特徴とする波面生成光学系。
【請求項４】
請求項１〜請求項３に記載の波面生成光学系において、
前記ピンホールマスクに形成されたピンホールの半径ｒは、前記ピンホールマスクの使用波長λに対してｒ＜０．４７λの式を満たす
ことを特徴とする波面生成光学系。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の波面生成光学系と、
前記波面生成光学系の前記ピンホールマスクを照明することにより前記波面生成光学系に測定光束を生成させる照明光学系と、
前記波面生成光学系により生成された測定光束であって被検光学系を通過した測定光束の波面形状を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする光学系の波面収差測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の波面収差測定装置において、
前記波面生成光学系の前記補償用位相板の配置先は、
前記被検光学系の瞳の近傍である
ことを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の波面収差測定装置において、
前記被検光学系の物体側開口数は、
１以上である
ことを特徴とする波面収差測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面光波を生成する波面生成光学系、及び被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波面収差測定装置、干渉測定装置などの光学測定装置（特許文献１等を参照）では、測定光を生成するための光学素子としてピンホールマスクが使用されることがある。ピンホールマスクから射出する光束（透過光束）は、ピンホールを照明する光束（照明光束）の波面形状に拘わらず、ピンホール位置を波源とした理想球面波となるからである。
【０００３】
因みに、半導体露光装置の投影レンズ、顕微鏡対物レンズなどの中には物体側開口数が１．０を超えるもの（液浸レンズ）があり、これらのレンズを測定する際にはピンホールマスクの透過光束の有効な開口数を大きくするためにピンホールの半径を極めて小さくする必要がある。
【特許文献１】特開２００４−１４８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ピンホールの半径を一定以上小さくすると、照明光束の偏光状態によって透過光束の波面形状が著しく悪化する可能性のあることが判明した。
【０００５】
そこで本発明の目的は、照明光束の偏光状態に依らず良好な波面形状の光束を生成することのできる波面生成光学系、及び開口数の高い被検光学系を高精度に測定するのに適した波面収差測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明を例示する波面生成光学系は、球面光波生成用のピンホールマスクと、前記ピンホールマスクの射出側に配置される補償用位相板とを備え、前記補償用位相板が入射光の互いに異なる２つの偏光成分に与える位相ずれ分布は、前記ピンホールマスクが入射光の前記２つの偏光成分に与える位相ずれ分布を相殺又は低減する分布に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明を例示する波面収差測定装置は、上記の波面生成光学系と、前記波面生成光学系の前記ピンホールマスクを照明することにより前記波面生成光学系に測定光束を生成させる照明光学系と、前記波面生成光学系により生成された測定光束であって被検光学系を通過した測定光束の波面形状を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、照明光束の偏光状態に依らず良好な波面形状の光束を生成することのできる波面生成光学系、及び開口数の高い被検光学系を高精度に測定するのに適した波面収差測定装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態は、マッハツェンダー干渉計による波面収差測定装置の実施形態である。
【００１０】
図１は、本実施形態の波面収差測定装置の構成図である。図１に示すとおり本実施形態の波面収差測定装置にはレーザ光源１１、ビームエキスパンダ１２、偏光板１３、ビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、球面波生成用の透過型ピンホールマスク１４、複屈折素子からなる補償板１６、ミラーＭ１、Ｍ２、撮像素子１７などが配置される。このうちピンホールマスク１４と補償板１６との間には、測定対象である被検光学系１５が配置される。被検光学系１５は、不図示の支持機構によって支持されている。
【００１１】
ここで被検光学系１５は物体側開口数が１以上である液浸系顕微鏡対物レンズ（無限遠系）であり、被検光学系１５の使用波長域は可視光（約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）であると仮定する。
【００１２】
レーザ光源１１は、被検光学系１５の使用波長又はその近傍波長のレーザ光を出射する。レーザ光源１１から射出するレーザ光は、直線偏光した光である。そのレーザ光は、ビームエキスパンダ１２により径の太い光束に変換され、平面波となって偏光板１３へ入射する。
【００１３】
ここで偏光板１３の透過軸の方向は、入射光束の偏光方向が図１中に符号ｙで示す方向となるように設定されていると仮定する。偏光板１３を透過した光束は、ビームスプリッタＢＳ１により２つの光束に分岐する。
【００１４】
ビームスプリッタＢＳ１にて分岐した一方の光束は、ピンホールマスク１４を正面から照明する。その照明光束のうち、ピンホールマスク１４のピンホールを通過した光束は、球面波となり物体側から被検光学系１５へ入射する。なお、被検光学系１５の物体側の焦点面はピンホールマスク１４の近傍に位置しており、被検光学系１５の光軸は、ピンホールマスク１４に形成されたピンホールの中心線と一致している。
【００１５】
被検光学系１５に入射した光束は、被検光学系１５の収差の影響を受けてその波面形状を変化させてから被検光学系１５の像側へ射出する。その光束は、補償板１６へ入射し、その補償板１６の複屈折作用を受けてその波面形状を変化させてからミラーＭ１へ入射する。その光束は、ミラーＭ１にて反射した後にビームスプリッタＢＳ２へ入射すると、ビームスプリッタＢＳ２を反射し、撮像素子１７へ入射する。
【００１６】
以下、ビームスプリッタＢＳ１、ピンホールマスク１４、被検光学系１５、補償板１６、ミラーＭ１、ビームスプリッタＢＳ２を順に経由してから撮像素子１７へ入射する以上の光束を「測定光束」と称す。
【００１７】
ビームスプリッタＢＳ１にて分岐した他方の光束は、ミラーＭ２へ入射し、そのミラーＭ２にて反射してからビームスプリッタＢＳ２へ入射する。その光束は、ビームスプリッタＢＳ２を透過した後に撮像素子１７へ入射する。以下、ビームスプリッタＢＳ１、ミラーＭ２、ビームスプリッタＢＳ２を順に経由してから撮像素子１７へ入射する以上の光束を「参照光束」と称す。
【００１８】
撮像素子１７へ入射した参照光束は、撮像素子１７へ入射した測定光束と共に撮像素子１７上に干渉縞を生起させる。この干渉縞の輝度分布は、測定光束と参照光束との波面の差を表す。撮像素子１７は、その干渉縞を撮像して画像データを生成すると、その画像データを不図示のコンピュータへ出力する。コンピュータは、その画像データを解析して被検光学系１５の波面収差（被検光学系１５を通過する前後における測定光束の波面変形量）を算出する。
【００１９】
図２は、光軸を含み図１の紙面と平行な平面で本実施形態のピンホールマスク１４の周辺を切断してできる断面の模式図である。ここではピンホールマスク１４、被検光学系１５のみを説明し、補償板１６については後に詳述する。
【００２０】
図２に示すとおりピンホールマスク１４は、ピンホール１４ｃに相当する円形開口を有した遮光膜１４ｂを透明基板１４ａ上に形成してなり、透明基板１４ａの形状誤差が測定光束に影響しないよう遮光膜１４ｂの側を被検光学系１５に向けている。なお、遮光膜１４ｂは一定の厚さを有しているので、ピンホール１４ｃの形状は円筒形となる。
【００２１】
ピンホールマスク１４の透明基板１４ａは、レーザ光源１１（図１参照）の波長に対して透明な基板（例えばガラス基板）であり、ピンホールマスク１４の遮光膜１４ｂは、レーザ光源１１（図１参照）の波長に対して不透明な膜（例えばクロム膜）である。このようなピンホールマスク１４の作製には、例えばフォトリソグラフィーを適用することができる。なお、ピンホールマスク１４と被検光学系１５との間の光路は、油などの浸液２０で満たされている。
【００２２】
以下、各部の設計データを次のとおり仮定する。
【００２３】
・被検光学系１５の物体側開口数…１．４
・被検光学系１５の像側の屈折率…１（＝空気の屈折率）
・レーザ光源１１の波長…５３５ｎｍ
・ピンホールマスク１４の照明光束…ピンホールマスク１４へ垂直入射する平面波
・ピンホールマスク１４の光源側の屈折率…１（＝空気の屈折率）
・ピンホールマスク１４の透明基板１４ａの屈折率…１．５
・ピンホールマスク１４の遮光膜１４ｂの屈折率…２．７５＋４．４６ｉ
・ピンホールマスク１４の遮光膜１４ｂの厚さ…２００ｎｍ
・ピンホールマスク１４のピンホール１４ｃの直径…２００ｎｍ
・浸液２０の屈折率…１．５
以上の設計データによると、被検光学系１５の物体側開口数は１以上なので、ピンホールマスク１４の透過光束の有効な開口数も１以上にする必要がある。
【００２４】
ここで、周知のフーリエ光学によれば、半径ｒのピンホールを波長λの平面波で垂直に照明した場合、ピンホールの透過光束のうち回折角がゼロである回折光の振幅は最も大きく、回折角が大きい回折光ほど振幅は小さくなり、開口数にして約０．６１×λ／ｒに相当する方向へ回折する回折光の振幅は０となる。
【００２５】
よって、仮に、振幅のばらつきの許容量を最大振幅の３／４以内と仮定したならば、ピンホールの透過光束の有効な開口数は約０．４７×λ／ｒとなる。よって、その仮定の下で有効な開口数を１以上にしようとしたならば、ピンホールの半径ｒを波長λの４７％以下にする必要がある（条件１）。
【００２６】
その点、上記設計データによると、ピンホール１４ｃの半径は１００ｎｍであり、これはレーザ光源１１の波長（５３５ｎｍ）の４７％以下である。つまり、上記設計データによると、条件１が満たされる。
【００２７】
なお、ここでは振幅のばらつきの許容量を最大振幅の３／４以内と仮定したが、最大振幅の１／２以内と厳しくしてもよい。その仮定の下で有効な開口数を１以上にしようとしたならば、ピンホールの半径ｒを波長λの３５％以下にする必要がある（条件２）。
【００２８】
その点、上記設計データによると、ピンホール１４ｃの半径は１００ｎｍであり、これはレーザ光源１１の波長（５３５ｎｍ）の３５％以下である。つまり、上記設計データによると、条件２が満たされる。
【００２９】
図３は、ピンホールマスク１４の透過光束の波面形状を示すデータである。このデータは、上記設計データをＦＤＴＤ法で解析して得たものであって、透過光束の十分な遠方における波面形状のデータである。
【００３０】
図３の符号Δは、理想球面波を基準とした相対位相を示しており、Δが正であること（図の上方向）は、理想球面波と比較して位相が進行していることを示している。符号ｙは照明光束の偏光方向を示しており、符号ｘは照明光束の偏光方向とは９０°異なる偏光方向を示している。
【００３１】
図３に示すように、ピンホールマスク１４の透過光束の波面形状は回転対称ではなく、照明光束の偏光方向（ここではｙ方向）に依存している。具体的に、その波面形状は、波面を構成する回折光の回折角をθとおいたときに、概ねｃｏｓ２θに比例した方位角依存性を持つ鞍形である。
【００３２】
したがって、ピンホールマスク１４の透過光束をそのまま測定光束として使用すると、被検光学系１５（図１参照）の波面収差を正確に測定することが難しくなる。特に問題が大きいのは、図１の偏光板１３を回転させて照明光束の偏光方向を変化させながら測定を行う場合である。その場合、測定結果の変化が、被検光学系１５の収差に依るものなのか、それとも透過光束の波面形状の変化によるものなのかを区別できないからである。また、照明光束を直線偏光から非偏光へと変化させた場合にも透過光束の波面形状が変形するので、同様の困難が生じる。
【００３３】
図４は、ピンホールマスク１４の透過光束の波面形状が回転対称とならない理由を説明する図であり、その透過光束の波面を正面から（光軸方向から）見た模式図である。
【００３４】
図４の符号ｙは照明光束の偏光方向を示しており、符号ｘは照明光束の偏光方向とは９０°異なる偏光方向を示している。また、図４の符号Ｓｙは、光軸を含みｙ方向と平行な平面で波面を切断してできる断面であり、符号Ｓｘは、光軸を含みｘ方向と平行な平面で波面を切断してできる断面である。
【００３５】
ここで、透過光束の波面を構成する回折光のうち、回折角の大きさが互いに等しい４つの回折光Ｌφ１、Ｌφ２、Ｌｒ１、Ｌｒ２に着目する。回折光Ｌφ１、Ｌφ２は、断面Ｓｘへの回折光であり、回折光Ｌｒ１、Ｌｒ２は、断面Ｓｙへの回折光である。
【００３６】
前述したとおり照明光束の偏光方向はｙ方向なので、断面Ｓｘへの回折光Ｌφ１、Ｌφ２の偏光方向は、ピンホール１４ｃの円周方向（φ方向）に相当する。一方、断面Ｓｙへの回折光Ｌｒ１、Ｌｒ２の偏光方向は、ピンホール１４ｃの動径方向（ｒ方向）に相当する。
【００３７】
よって、回折光Ｌφ１、Ｌφ２の偏光方向がピンホール１４ｃの壁面に対して成す角度と、回折光Ｌｒ１、Ｌｒ２の偏光方向がピンホール１４ｃの壁面に対して成す角度とは、互いに異なる。
【００３８】
したがって、回折光Ｌφ１、Ｌφ２がピンホール１４ｃから与えられる位相量と、回折光Ｌｒ１、Ｌｒ２がピンホール１４ｃから与えられる位相量とは、互いに異なる。
【００３９】
つまり、ピンホールマスク１４が各回折光に与える位相量は、その回折光の偏光方向に依存する。このようなピンホールマスク１４の偏光依存性が、透過光束の波面形状を非回転対称にする理由である。因みに、ピンホール１４ｃの形状誤差が仮にゼロであったとしても、透過光束の波面形状は非回転対称になる。
【００４０】
以下、図４に示した回折光Ｌｒ１、Ｌｒ２のようにｒ方向（ピンホール１４ｃの動径方向）に偏光する光を「ｒ偏光成分Ｌｒ」と称し、回折光Ｌφ１、Ｌφ２のようにφ方向（ピンホール１４ｃの円周方向）に偏光する光を「φ偏光成分Ｌφ」と称す。
【００４１】
図５は、ピンホールマスク１４がｒ偏光成分Ｌｒに与える位相Δｒの分布と、ピンホールマスク１４がφ偏光成分Ｌφに与える位相Δφの分布とを示すデータである。このデータも、上記設計データをＦＤＴＤ法で解析して得たものであり、ここではｒ方向の分布のみを示した。図５の横軸は、回折角θを、開口数の単位（ｎ・ｓｉｎθ）で表したものであり、図５の縦軸は、位相Δｒ、Δφを、理想球面波を基準とした相対位相（位相進行量）で表したものである。
【００４２】
なお、図５において回折角θがゼロである回折光が他の回折光とやや異なる傾向を示しているのは、ピンホールマスク１４の遮光膜１４ｂを透過する光線が若干ながら存在するからであるが、遮光膜１４ｂが十分に厚い場合には無視できる。
【００４３】
また、参考までに、ピンホールマスク１４がｒ偏光成分Ｌｒに与える振幅Ｉｒの分布と、φ偏光成分Ｌφに与える振幅Ｉφの分布とを比較するデータを図６に示した。このデータも、上記設計データをＦＤＴＤ法で解析して得たものであり、ここではｒ方向の分布のみを示した。
【００４４】
図５に示すとおり、位相Δｒの分布と位相Δφの分布とは互いに異なり、位相Δｒと位相Δφとの間では位相Δｒの方が進行している。また、位相Δｒと位相Δφとの間の位相差Δ’は、回折角θが大きいほど顕著であり、特に回折角θが最大であるとき（ここでは開口数１．３５に相当するとき）の位相差Δ’は、０．４５ｒａｄ（＝０．０７λ）にも及ぶ。
【００４５】
よって仮に、偏光板１３を９０°だけ回転させ、ピンホールマスク１４の照明光束の偏光方向をｙ方向からｘ方向へと変化させた場合、ピンホールマスク１４の透過光束の波面は最大で０．４５ｒａｄ（＝０．０７λ）だけ変形する。このような波面変形量は、被検光学系１５にとって無視できないレベルである。
【００４６】
図７は、ピンホールマスク１４が入射光束に与える位相差Δ’の分布を示すデータである。このデータは、図５のデータを基に算出されたものであり、ここでｒ方向の分布のみを示した。図７の横軸は図５の横軸と同じであり、図７の縦軸は、位相差Δ’（＝Δｒ−Δφ）である。
【００４７】
製造者は、図７に示した位相差Δ’の分布に応じて補償板１６の凹凸パターンを設計することにより、ピンホールマスク１４の偏光依存性を抑制する。
【００４８】
図８は、補償板１６を光軸方向から見た模式図である。
【００４９】
補償板１６は、レーザ光源１１（図１参照）の波長に対して透明な基板（例えばガラス基板）上に、レーザ光源１（図１参照）の波長未満のピッチで凹凸パターンを形成してなる構造性複屈折素子であり、その凹凸パターンの形成面を、図２に示したとおり被検光学系１５とは反対の側に向けている（但し、図２に示した凹凸パターンは、実際のものと同じとは限らない。）。このような補償板１６の作製には、例えばフォトリソグラフィーを適用することができる。
【００５０】
また、補償板１６の配置先は、図２に示したとおり検光学系１５の瞳の近傍である。補償板１６の配置先は、例えば、被検光学系１５の像側かつなるべく被検光学系１５に近い位置とされる。このようにして補償板１６の配置先を被検光学系１５の瞳の近傍とすれば、補償板１６に対する光線の入射角度が小さくなるので、補償板１６の光軸方向の配置自由度を高くすることができると共に、補償板１６の性能を最大に高めることができる。
【００５１】
また、補償板１６における凹凸の形成ピッチ（構造周期）は、補償板１６の全面に亘りほぼ一様であり、凹凸パターンの凹部と凸部との段差も、補償板１６の全面に亘り一様である。
【００５２】
以下、補償板１６の設計データを次のとおり仮定する。
【００５３】
・補償板１６の屈折率…１．５
・補償板１６の凹部の屈折率…１（＝空気の屈折率）
・補償板１６の凹凸の形成ピッチ…２５０ｎｍ
・補償板１６の凹部と凸部との段差…３５０ｎｍ
但し、補償板１６の遅相軸の方向は、位相差Δ’の符号（図７参照）に応じて設定され、その凹凸パターンのデューティー比（凸部の幅：凹部の幅）の分布は、位相差Δ’の大きさ分布（図７参照）に応じて設定される。
【００５４】
図７に示したとおり、位相差Δ’の符号は「正」である。これは、ピンホールマスク１４がφ偏光成分Ｌφよりもｒ偏光成分Ｌｒの位相を進行させる傾向にあることを示している。したがって、補償板１６の遅相軸の方向は、図８中に細線で示すとおりｒ方向に設定される。
【００５５】
また、図７に示したとおり、位相差Δ’の大きさは回折角θ、つまりｒ方向の位置に依存するので、補償板１６の凹凸パターンのデューティー比は、ｒ位置の異なる複数の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の間で互いに異なる値に設定される。
【００５６】
先ず、領域Ａ１は、補償板１６の最外周に位置する輪帯状の領域であって、開口数が１．３超に相当する回折光の入射領域である。図７に示すとおり領域Ａ１に対する入射光束にはピンホールマスク１４から０．４〜０．５ｒａｄ程度の位相差Δ’が付与されているので、領域Ａ１が入射光束に与える位相差Δ”も０．４〜０．５ｒａｄ程度であることが望ましい。
【００５７】
そこで、領域Ａ１における凹凸パターンのデューティー比は、１：１に設定される。前述したとおり凸部の屈折率は１．５、凹部の屈折率は１、凹部と凸部との段差は３５０ｎｍであるので、デューティー比が１：１である領域Ａ１が入射光束に与える位相差Δ”は３５ｎｍ、すなわち０．０６５λ（＝０．４ｒａｄ）程度となる。
【００５８】
次に、領域Ａ２は、領域Ａ１の内側に位置する輪帯状の領域であって、開口数が１．１５〜１．３に相当する回折光の入射領域である。図７に示すとおり領域Ａ２に対する入射光束にはピンホールマスク１４から０．１５〜０．４ｒａｄ程度の位相差Δ’が付与されているので、領域Ａ２が入射光束に与える位相差Δ”も０．１５〜０．４ｒａｄ程度であることが望ましい。
【００５９】
そこで、領域Ａ２における凹凸パターンのデューティー比は、１：３に設定される。前述したとおり凸部の屈折率は１．５、凹部の屈折率は１、凹部と凸部との段差は３５０ｎｍであるので、凹凸パターンのデューティー比が１：３である領域Ａ２が入射光束に与える位相差Δ”は０．０４５λ（＝０．２８ｒａｄ）程度となる。
【００６０】
次に、領域Ａ３は、領域Ａ２の内側の円状の領域であって、開口数が１．１５未満に相当する回折光の入射領域である。図７に示すとおり領域Ａ３に対する入射光束にはピンホールマスク１４から０〜０．１５ｒａｄ程度の位相差Δ’しか付与されていないので、領域Ａ３が入射光束に与える位相差Δ”も０〜０．１５ｒａｄ程度でよい。
【００６１】
そこで、領域Ａ３における凹凸パターンのデューティー比は、０：１に設定される。このような領域Ａ３が入射光束に与える位相差Δ”はゼロとなる。
【００６２】
図９は、補償板１６が入射光束に与える位相差Δ”の分布を示す図であり、ここではｒ方向の分布のみを示した。図９の横軸は図７の横軸と同じであり、図９の縦軸は、φ偏光成分Ｌφの位相を基準としたｒ偏光成分Ｌｒの位相遅延量で位相差Δ”を表したものである。なお、図９中に点線で示したのは、ピンホールマスク１４が入射光束に与える位相差Δ’の分布である。
【００６３】
図９に示すとおり補償板１６が入射光束に与える位相差Δ”の分布は、ピンホールマスク１４が入射光束に与える位相差Δ’の分布と似た形状になっており、両者の分布の差は、有効な開口数の範囲内（ここでは開口数１．４０以下）において０．０２５λ以内に収まっている。
【００６４】
したがって、ピンホールマスク１４と補償板１６とからなる波面生成光学系の全体が入射光束のｒ偏光成分Ｌｒとφ偏光成分Ｌφとの間に与える位相差は、０．０２５λ以内に収まる。この値は、ピンホールマスク１４の単体が入射光束のｒ偏光成分Ｌｒとφ偏光成分Ｌφとの間に与える位相差Δ’（図７参照）の約１／３以下である。
【００６５】
したがって、ピンホールマスク１４に補償板１６を組み合わせて使用する本装置では、ピンホールマスク１４の偏光依存性が測定に与える影響を約１／３以下に抑えることができる。したがって、本装置の測定精度は、確実に高まる。
【００６６】
なお、本実施形態では、凹凸パターンのデューティー比のｒ方向の分布カーブを階段状（図９参照）としたが、折れ線状又は曲線状にしてもよい。何れの場合であっても、補償板１６が入射光束に与える位相差Δ”の分布カーブを、ピンホールマスク１４が入射光束に与える位相差Δ’の分布カーブに近づけることが望ましい。
【００６７】
また、本実施形態では、補償板１６の凹凸パターンがピンホールマスク１４の設計データに応じて設定されたが、ピンホールマスク１４の実測データに応じて設定されてもよい。或いは、ピンホールマスク１４の設計データと実測データとの双方に応じて設定されてもよい。因みに、ピンホールマスク１４の実測データは、本装置の製造者が電子顕微鏡などの精密な形状測定装置によりピンホールマスク１４又はそのサンプルから取得すればよい。補償板１６の凹凸パターンをピンホールマスク１４の実測データに応じて設定すれば、ピンホールマスク１４の偏光依存性が測定に与える影響だけでなく、ピンホールマスク１４の形状誤差が測定に与える影響をも抑えることができる。
【００６８】
なお、補償板１６の凹凸パターンをピンホールマスク１４の実測データに応じて設定する場合、製造者は、ピンホールマスク１４が入射光束に与える位相差Δ’の分布を、ｒ方向（θ方向）とφ方向との双方に亘って調べることが望ましい。
【００６９】
また、本実施形態の補償板１６には、ピンホールマスク１４が入射光束に与える位相差Δ’の分布を低減（又は相殺）する機能のみが付与されたが、その機能と共に、ピンホールマスク１４が入射光束に付与する波面の理想球面からのずれを低減（又は相殺）する機能が付与されてもよい。或いは、理想球面からのずれを低減（又は相殺）する機能が付与された別の補償板を補償板１６とは別に用意し、それを補償板１６と共に使用してもよい。
【００７０】
また、本実施形態のピンホールマスク１４は透過型のピンホールマスクであったが、反射型のピンホールマスクを使用してもよい。
【００７１】
また、本実施形態の波面収差測定装置には、マッハツェンダー干渉計の原理が適用されたが、他の原理が適用されてもよい。
【００７２】
また、本実施形態の波面収差測定装置の被検光学系は、顕微鏡対物レンズであったが、フォトリソグラフィー用投影光学系など、他の種類の結像光学系であってもよい。但し、何れの場合も、補償板１６の配置先は被検光学系の瞳の近傍であることが望ましい。また、本装置は、被検光学系の物体側開口数が１以上である場合（つまり被検光学系が液浸レンズである場合）に特に有効である。
【００７３】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態を説明する。
【００７４】
ここでは、第１実施形態との相違点のみ説明する。相違点は、補償板の配置箇所が被検光学系１５の像側から物体側に変更された点にある。
【００７５】
図１０は、光軸を含み図１の紙面と平行な平面で本実施形態のピンホールマスク１４の周辺を切断してできる断面の模式図である。図１０に示すとおり、本実施形態の補償板１６’は、ピンホールマスク１４と被検光学系１５との間に配置されており、その凹凸パターンを被検光学系１５の側へ向けている。
【００７６】
このように補償板１６’の配置先を被検光学系１５の瞳から離す場合は、その配置自由度が低下するので注意が必要である。また、補償板１６’の凹凸パターンは、補償板１６’の配置先に適したものに予め設定されている必要がある。すなわち、製造者は、ピンホールマスク１４の透過光束が補償板１６’の配置先に形成する波面の位相差Δ’の分布を求め、その位相差Δ’の分布に応じて補償板１６’の凹凸パターンを設定する必要がある。
【００７７】
そこで、本実施形態の補償板１６’は、ピンホールマスク１４に対して予め位置決めされ、かつ固定されているものとする。図１０の符号２４は、補償板１６’とピンホールマスク１４とを互いに固定してなる波面生成光学系である。波面生成光学系２４は、例えばピンホールマスク１４と補償板１６’とを外周側から固定するリング枠２０を有し、そのリング枠２０によりピンホールマスク１４と補償板１６’との間隔を一定に保つ。
【００７８】
また、波面生成光学系２４においてピンホールマスク１４と補償板１６’との間隙の少なくとも光路部分は、浸液２０で満たされている。但し、光路部分のみを浸液２０で満たすのは難しいので、ピンホールマスク１４と補償板１６’との間隙の全てが浸液２０で満たされ、その間隙は、外気（空気）の進入を防ぐためにリング枠２０によって密閉されていることが望ましい。
【００７９】
また、補償板１６’と被検光学系１５との間の光路も浸液２０で満たされる。但し、補償板１６’の表面に形成された微細な凹部の内部は空気のままとし、全ての凸部の表面は、間隙ができないよう透明カバー２４ｂによって密着した状態で覆われる。この透明カバー２４ｂは、少なくともレーザ光源１１（図１参照）の波長に対して透明な平行平面板（例えばガラス板）である。この透明カバー２４ｂも、リング枠２０によって補償板１６’と共に外周側から保持される。
【００８０】
［第３実施形態］
以下、第３実施形態を説明する。本実施形態は、シャックハルトマン式波面収差測定装置の校正に関する実施形態である。
【００８１】
図１１は、本実施形態の波面収差測定装置の測定時における構成図である。図１１に示すとおり本実施形態の波面収差測定装置にはレーザ光源３１、ビームエキスパンダ３２、偏光板１３、ピンホールマスクの機能を有したテストレチクルＲｔ、検出光学系３１が配置される。検出光学系３１には、リレーレンズ３４、マイクロレンズアレイ３６、撮像素子３７が配置される。
【００８２】
測定時には、テストレチクルＲｔと検出光学系３１との間に被検光学系３５が配置される。被検光学系３５は、例えば、フォトリソグラフィー用の投影光学系である。
【００８３】
レーザ光源３１は、被検光学系３５の使用波長又はその近傍波長のレーザ光を出射する。レーザ光源３１から射出するレーザ光は、直線偏光した光である。レーザ光源３１を射出したレーザ光は、ビームエキスパンダ３２により径の太い光束に変換され、平面波となって偏光板３３へ入射する。偏光板３３を透過した光束は、テストレチクルＲｔを照明する。その照明光束のうち、テストレチクルＲｔを通過した光束は球面波となり、測定光束として物体側から被検光学系３５へ入射する。なお、被検光学系３５の物体側焦点面は、テストレチクルＲｔの近傍に位置している。
【００８４】
被検光学系３５から射出した光束は、被検光学系３５の像面上に結像した後に再び発散し、リレーレンズ３４により平行光束に変換され、マイクロレンズアレイ３６に入射する。マイクロレンズアレイ３６に入射した平行光束は波面分割され、撮像素子３７上に２次像アレイを形成する。撮像素子３７は、それら２次像アレイを撮像して画像データを生成すると、その画像データを不図示のコンピュータへ出力する。コンピュータは、その画像データと予め記憶した校正データ（後述）とに基づき、被検光学系３５の波面収差（被検光学系３５を通過する前後における測定光束の波面変形量）を算出する。
【００８５】
図１２は、本実施形態の波面収差測定装置の校正時における構成図である。
【００８６】
校正対象は、リレーレンズ３４である。校正時には、テストレチクルＲｔ及び被検光学系３５は光路から外され、その代わりに球面波生成用の透過型ピンホールマスク１４’と、複屈折素子である補償板１６”とが配置される。
【００８７】
ピンホールマスク１４’の配置先は、リレーレンズ３４の前側焦点面であり、補償板１６”の配置先は、そのリレーレンズ３４の瞳の近傍、すなわちリレーレンズ３４とマイクロレンズアレイ３６との間の平行光束中である。
【００８８】
ピンホールマスク１４’は、第１実施形態のピンホールマスク１４と同様の構成をしており、ピンホールマスク１４’の透明基板は、レーザ光源３１の波長に対して透明な基板であり、ピンホールマスク１４’の遮光膜は、レーザ光源３１の波長に対して不透明な膜である。
【００８９】
補償板１６”は、第１実施形態の補償板１６と同様の構成をしており、補償板１６”の凹凸パターンの遅相軸の方向は、ピンホールマスク１４’がｒ偏光成分Ｌｒに与える位相とφ偏光成分Ｌφに与える位相との遅進関係に応じて設定され、補償板１６”の凹凸パターンのデューティー比の分布は、ピンホールマスク１４’が入射光束に与える位相差Δ’の分布に応じて設定される。これらの設定により、ピンホールマスク１４’の偏光依存性を抑える働きが補償板１６”に付与される。
【００９０】
そして校正では、図１２に示す状態で撮像素子３７から画像データがコンピュータへ出力される。コンピュータは、その画像データに基づきリレーレンズ３４の校正データ（リレーレンズ３４を通過する前後における光束の波面変形量）を生成して記憶する。
【００９１】
以上の校正では、ピンホールマスク１４’と共に補償板１６”が使用されるので、ピンホールマスク１４’の偏光依存性が校正に与える影響を抑えることができる。したがって、この校正では、校正データを高精度に取得することができる。したがって、図１１に示した状態で行われる測定も、高精度化される。
【００９２】
なお、本実施形態では、リレーレンズ３４の開口数について説明しなかったが、リレーレンズ３４の開口数が１以上である場合（リレーレンズ３４が液浸レンズである場合）は、リレーレンズ３４とピンホールマスク１４’との間の光路は浸液で満たされる。因みに本実施形態も、リレーレンズ３４の開口数が１以上である場合に特に効果が高い。
【００９３】
また、本実施形態では、シャックハルトマン式波面収差測定装置の校正に第１実施形態と同様の波面生成光学系（すなわち補償板の配置先が被検光学系の瞳の近傍である波面生成光学系）を適用したが、第２実施形態と同様の波面生成光学系（すなわち補償板の配置先がピンホールマスクの近傍である波面生成光学系）を適用してもよい。
【００９４】
［本発明を例示する波面生成光学系等の補足］
なお、本発明を例示する上述した波面生成光学系において、前記補償用位相板は、前記波面生成光学系の使用波長未満のピッチで凹凸パターンが形成された構造性複屈折素子であってもよい。
【００９５】
また、前記補償用位相板が前記２つの偏光成分に与える位相ずれ分布は、光軸の周りに回転対称な分布であってもよい。
【００９６】
また、前記ピンホールマスクに形成されたピンホールの半径ｒは、前記ピンホールマスクの使用波長λに対してｒ＜０．４７λの式を満たしてもよい。
【００９７】
また、本発明を例示する上述した波面収差測定装置において、前記波面生成光学系の前記補償用位相板の配置先は、前記被検光学系の瞳の近傍であってもよい。
【００９８】
また、前記被検光学系の物体側開口数は、１以上であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】第１実施形態の波面収差測定装置の構成図である。
【図２】光軸を含み図１の紙面と平行な平面で第１実施形態のピンホールマスク１４の周辺を切断してできる断面の模式図である。
【図３】ピンホールマスク１４の透過光束の波面形状を示すデータである。
【図４】ピンホールマスク１４の透過光束の波面形状が回転対称とならない理由を説明する図である。
【図５】ピンホールマスク１４がｒ偏光成分Ｌｒに与える位相Δｒのｒ方向の分布と、ピンホールマスク１４がφ偏光成分Ｌφに与える位相Δφのｒ方向の分布とを示すデータである。
【図６】ピンホールマスク１４がｒ偏光成分Ｌｒに与える振幅Ｉｒのｒ方向の分布と、ピンホールマスク１４がφ偏光成分Ｌφに与える振幅Ｉφのｒ方向の分布とを示すデータである。
【図７】ピンホールマスク１４が入射光束に与える位相差Δ’のｒ方向の分布を示すデータである。
【図８】補償板１６を光軸方向から見た模式図である。
【図９】補償板１６が入射光束に与える位相差Δ”のｒ方向の分布を示す図である。
【図１０】光軸を含み図１の紙面と平行な平面で第２実施形態のピンホールマスク１４の周辺を切断してできる断面の模式図である。
【図１１】第３実施形態の波面収差測定装置の測定時における構成図である。
【図１２】第３実施形態の波面収差測定装置の校正時における構成図である。
【符号の説明】
【０１００】
１１…レーザ光源１１、１２…ビームエキスパンダ、１３…偏光板、ＢＳ１、ＢＳ２…ビームスプリッタ、１４…ピンホールマスク、１６…補償板、Ｍ１、Ｍ２…ミラー、１７…撮像素子、１５…被検光学系
【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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