(57)【要約】  紫外線を透過可能なフッ化物からなる母材と、該母材にドープされた賦活材とを含み、前記賦活材は遷移元素又は希土類元素を含み、前記母材中で前記紫外線が照射されることで蛍光を発することを特徴とする蛍光膜および、該蛍光膜を有する誘電体多層膜、および該蛍光膜を利用した光学素子、撮像装置、光学特性計測装置、露光装置、露光方法、及びデバイスの製造方法。
2009113544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を透過可能なフッ化物からなる母材と、該母材にドープされた賦活材とを含み、前記賦活材は遷移元素又は希土類元素を含み、前記母材中で前記紫外線が照射されることで蛍光を発することを特徴とする蛍光膜。
【請求項２】
前記紫外線は真空紫外線を含む光であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光膜。
【請求項３】
前記真空紫外線は、１９３ｎｍの波長の光を含むことを特徴とする請求項２に記載の蛍光膜。
【請求項４】
前記母材は、フッ化ネオジム（ＮｄＦ３）、フッ化ランタン（ＬａＦ３）、フッ化ガドリニウム（ＧｄＦ３）、フッ化ディスプロシウム（ＤｙＦ３）、フッ化鉛（ＰｂＦ2）、フッ化ハフニウム（ＨｆＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）、クリオライト（Ｎａ３ＡｌＦ６）、及びチオライト（Ｎａ５Ａｌ３Ｆ１４）からなる群から選ばれる１種、または、これらからなる群から選ばれる２種以上の混合物若しくは化合物であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光膜。
【請求項５】
前記母材は、フッ化ランタン（ＬａＦ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化ガドリニウム（ＧｄＦ３)及びフッ化カルシウムランタン（ＣａｘＬａ１−ｘＦ３−ｘ、但し、０＜ｘ＜１である）からなる群から選ばれる１種であることを特徴とする請求項４に記載の蛍光膜。
【請求項６】
前記賦活材は、ユーロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）、及びプラセオジム（Ｐｒ）からなる群から選ばれる１種又は２種以上からなることを特徴とする請求項５に記載の蛍光膜。
【請求項７】
前記母材のカチオン成分に対する前記賦活材の濃度が、原子％濃度で１％以上１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光膜。
【請求項８】
前記母材はフッ化ランタン（ＬａＦ３）からなり、前記賦活材はテルビウム（Ｔｂ）からなり、ランタン（Ｌａ）に対するテルビウム（Ｔｂ）の濃度が、原子％濃度で８％以上１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光膜。
【請求項９】
被検光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置であって、
請求項１乃至８の何れか一つの蛍光膜と、複数の光ファイバーを束ねて構成された導光部材と、前記蛍光膜からの蛍光を撮像可能に配置された撮像素子とを含む撮像ユニットを備え、
前記撮像ユニットは前記被検光学系の像面側に配置され、前記被検光学系を通過した計測光を検出することを特徴とする光学特性計測装置。
【請求項１０】
前記被検光学系の物体面に配置された第１の周期パターンと、
前記導光部材の入射面又は射出面に配置された第２の周期パターンとを有し、
前記撮像素子は前記第１の周期パターンと第２の周期パターンにより形成されるモアレ縞を検出することを特徴とする請求項９記載の光学特性計測装置。
【請求項１１】
ピンホールと、リレーレンズと、マイクロレンズアレイと、検出装置をさらに備え、前記ピンホールは被検光学系の物体面に配置され、前期撮像ユニットは、導光部材と蛍光薄膜の間に波長選択膜を備え、前記導光部材の入射面が被検光学系の光軸に対し４５度傾斜した状態で配置されており、前記リレーレンズは前記被検光学系の像面と前記撮像ユニットの入射面との間に配置され、前記検出装置は入射面が被検光学系の像面に対し、直角をなす状態で配置され、前記マイクロレンズアレイは、前記撮像ユニットの入射面と、前記検出装置の間に配置されており、
前記リレーレンズは、ピンホールによって回折された計測光を平行光に変換し、
前記撮像ユニットの波長選択膜は、蛍光膜で発生した蛍光を透過させるとともに、蛍光膜を透過した計測光を入射方向と直角方向に反射して反射光を形成し、
前記撮像ユニットの撮像素子は、導光部材を介して導光された蛍光を検出し、
前記検出装置は、前記マイクロレンズアレイで集光された前記反射光を検出することを特徴とする請求項９記載の光学特性計測装置。
【請求項１２】
前記被検光学系の物体面に配置されたピンホールと、
前記被検光学系の像面に配置された回折格子とを備え、
前記撮像ユニットは前記回折格子により形成される干渉縞を検出することを特徴とする請求項９記載の光学特性計測装置。
【請求項１３】
第１面に配置されているパターンを第２面に配置される感光性基板上に形成する露光装置であって、
請求項９乃至１２の何れか一つに記載の光学特性計測装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
第１面に配置されているパターンを第２面に配置される感光性基板上に形成する露光方法であって、
前記パターンを照明する照明工程と、
前記照明工程により照明された前記パターンの像を、請求項９乃至１２の何れか一つに記載の光学特性計測装置によって計測された光学系を用いて前記感光性基板上に形成する形成工程と、
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の露光方法を用いてパターンの像を感光性基板上に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、
を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項１６】
請求項１乃至８の何れか一つに記載の蛍光膜と、前記蛍光膜からの前記蛍光を受光面で撮像可能に配置された撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像ユニット。
【請求項１７】
複数の光ファイバーを束にして構成された導光部材と、前記蛍光膜と前記導光部材との間位置する単数又は複数の誘電体薄膜とをさらに有し、前記誘電体薄膜が前記蛍光膜を透過すると共に前記紫外線を反射する特性を有する波長選択膜を構成することを特徴とする請求項１６に記載の撮像ユニット。
【請求項１８】
前記蛍光膜の外側が、耐水性及び撥水性の少なくとも一方を有する保護膜により被覆されていることを特徴とする請求項１６に記載の撮像ユニット。
【請求項１９】
請求項１乃至８の何れか一つに記載の蛍光膜を含むことを特徴とする誘電体多層膜。
【請求項２０】
前記誘電体多層膜が、前記蛍光を透過するとともに、前記紫外線を反射する特性を有する波長選択膜であることを特徴とする請求項１９に記載の誘電体多層膜。
【請求項２１】
前記誘電体多層膜が、前記紫外線の反射防止膜であることを特徴とする請求項１９に記載の誘電体多層膜。
【請求項２２】
請求項１乃至８の何れか一つに記載の蛍光膜が光学基材の表面に設けられていることを特徴とする光学素子。
【請求項２３】
請求項１９乃至２１の何れか一つに記載の誘電体多層膜が光学基材の表面に設けられていることを特徴とする光学素子。
【請求項２４】
複数の光学素子が配列された光学系であり、前記複数の光学素子の一部又は全部が、請求項２１に記載の誘電体多層膜を表面に有する光学素子からなることを特徴とする光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紫外線により蛍光を発する蛍光膜と、その蛍光膜の成膜方法に関する。またこの発明は、その蛍光膜を利用した誘電体多層膜、光学素子、光学系、撮像ユニット、光学特性計測装置、光学特性測定方法、露光装置、露光方法、及びデバイスの製造方法に関する。
本願は、２００８年３月１０日に、日本に出願された特願２００８−５９７００号および２００８年７月２８日に、日本に出願された特願２００８−１９３５６０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】
ステッパーなどの露光装置は、従来から、半導体素子や液晶表示素子をはじめとするマイクロデバイスの製造装置として使用されている。このような露光装置では、投影光学系に高い解像度が要求される。投影光学系の高い解像度を確保するためには、投影光学系の光学特性（例えば、ディストーション、像面湾曲などの結像特性、波面収差など）を高い精度で計測して、設計上の光学特性と実際の光学特性との誤差を補償することが必要となる。そのため、投影光学系の物体面および像面に周期パターン（明暗の繰り返しパターン）を配置するとともに、２つの周期パターンによって形成されるモアレ縞からディストーションの計測を行う光学特性計測装置が提案されている（一例として特許文献１：ＵＳ２００５／０１２２５０６Ａ１参照）。【０００３】
この光学特性計測装置では、像面内の広い領域のディストーションを一括して測定しようとすると、リレーレンズの大型化によって露光装置への実装が困難となることが懸念されている。そのため、光学特性計測装置のリレーレンズとして、複数の光ファイバーを束にして構成された導光部材（ファイバーオプティックプレート：以下ＦＯＰと表記する）等を備える光学素子を用いることも検討されている。【０００４】
一方、蛍光体は従来から紫外線を可視光に変換するための物質として用いられている。蛍光体の開発の歴史は古く、蛍光灯を代表として、最近では発光ダイオード（LED）を用いた各種照明技術において、不可欠のものとなっている。【０００５】
蛍光灯（低圧水銀灯）に用いられる蛍光体として、ハロリン酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩等を母材とした酸化物系の蛍光体が用いられている。これらの蛍光体は、励起された水銀蒸気から発生する波長２５４ｎｍの光により励起され、種々の蛍光を発光する。近年では、封入されたキセノン（Ｘｅ）−ネオン（Ｎｅ）などの希ガスに高電圧を印加し、放電時に発生する波長１４７ｎｍまたは１７３ｎｍの真空紫外線により蛍光を発することで画像表示を行うプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）がある。ＰＤＰに用いられる蛍光体としても、例えばアルミン酸塩、ケイ酸塩およびホウ酸塩などの、酸化物系の蛍光体が用いられている。【０００６】
これらの蛍光体は、一般に固相・液相・気相反応を利用して製造され、粉末状の形態（粒径は数マイクロメートル）を有している。薄い蛍光体層を基板上に形成するには、多くの場合、印刷技術を応用して蛍光体の塗布が行われている。高粘度の溶液を使用して蛍光粉末を混合し、スクリーン印刷などの印刷技術を応用して蛍光体が塗布される。次いで、高温焼結過程を経て塗布層の溶剤を揮発させるとともに結着材の融着を起こすことによって、蛍光粉末が基板上に固着され、蛍光体層が形成される。【０００７】
紫外線レーザ光を利用したレーザ光学系では、ビーム形状を確認するためのビームプロファイラーや、レーザの光路確認のためのビームチェッカーなどに蛍光体が利用されている。これらの蛍光体は、先述のとおり蛍光粉末を基板に固着させたものが一般的であるが、最近では、蛍光を発するガラスなど透光性のある素材も開発されている（例えば特許文献２：特許第３９６１５８５号公報、特許文献３：特開２００６−２６５０１２号公報）。これらの蛍光発光ガラスは、希土類または遷移金属イオンをフツ燐酸系・酸化物系ガラス中に含有させ、透明性を維持したまま蛍光体を構成したものである。このような蛍光ガラスは、紫外線を可視的に観察可能な可視光に変換することを目的としており、エキシマレーザ等のレーザ光の光軸調整等に使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高精度で光学特性の計測を行うためには、波長の短い光を用いることが好ましい。特にエキシマレーザーを光源とする露光装置の光学系など、紫外光を用いる光学系の特性を精密に測定するためには、光学系の使用波長の紫外光を用いて計測することが好ましい。しかしながら、ＦＯＰ等の導光部材を用い、紫外線を測定する装置では、ＦＯＰに紫外線を吸収する性質があることが知られている。したがって、上記の光学特性計測装置にＦＯＰを用いた場合、光源から強い短波長紫外線がＦＯＰに照射されるため、ＦＯＰの劣化が起こり易い。そのため、紫外線によるＦＯＰ劣化の改善が要請されていた。【０００９】
一方、紫外線を可視光に変換する場合、粉末蛍光体を基板に固着したものでは、製法上、蛍光体層の薄層化に制約がある。また、蛍光体層は、数マイクロメートルの粒子が押し固まった多孔質形態を取っており、空隙が多く含まれる。この空隙の大きさは、光の波長と同程度であるので、紫外線や蛍光は散乱される。そのため、蛍光体層の厚みが厚く、散乱による紫外線の拡散と蛍光の散乱によって、ビーム強度の分布やビーム形状の可視像が不鮮明になるという問題点があった。したがって、粉末焼結によって形成された従来の蛍光体では、上記のような光学特性計測装置に組合せ、紫外線を可視光に変換して高精度の計測を行うのは不可能であった。【００１０】
また、紫外線を可視化して観察や測定等を行う場合、蛍光発光ガラスでは、厚みが格段に厚く形成される。そのため、蛍光発光ガラスを含む光学系は配置等に制約が生じ易い。特に、蛍光発光ガラスを配置する場合と配置しない場合とで光路が変化し、所望の光学系で紫外線を可視化して観察や測定等を行い難いなどの問題点があった。【００１１】
そこで、この発明では、複数の光ファイバーを束にして構成された導光部材を備える光学素子に関し、紫外線による導光部材の劣化を抑制する手段を提供することを課題とする。【００１２】
また、紫外線及び蛍光が不鮮明になり難く、蛍光を利用して紫外線の観察や測定等を精度良く行い易く、配置の自由度も大きい蛍光膜又は誘電体多層膜を提供することを他の課題とする。さらにこの発明は、そのような蛍光膜や誘電体多層膜を備えた光学素子又は光学系を提供すること、そのような蛍光膜を容易に成膜できる方法を提供すること他の課題とする。
またこの発明は、上記の光学素子又は光学系を用いた撮像ユニット、光学特性計測装置、光学特性測定方法、露光装置、露光方法、及びデバイスの製造方法を提供することを他の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するこの発明の蛍光膜は、紫外線を透過可能な材料からなる母材と、該母材にドープされた賦活材とを含み、前記賦活材は、前記母材中で前記紫外線が照射されることで蛍光を発することを特徴とする。
上記母材は、フッ化物よりなるものでもよい。なお、前記フッ化物は、不可避的不純物を含んでいてもよい。
上記賦活材は、遷移元素又は希土類元素を含むものでもよい。【００１４】
この発明の蛍光膜の成膜方法は、上記の蛍光膜を成膜する方法であり、フッ化物からなる前記母材に前記賦活材がドープされたターゲットを作製し、前記ターゲットを抵抗加熱して蒸着することで成膜することを特徴とする。【００１５】
この発明の誘電体多層膜は、上記の蛍光膜を含むことを特徴とする。【００１６】
この発明の光学素子は、上記の蛍光膜又は上記の誘電体多層膜が光学基材の表面に設けられていることを特徴とする。【００１７】
この発明の光学系は、複数の光学素子が配列された光学系であり、前記複数の光学素子の一部又は全部が前記の光学素子からなることを特徴とする。【００１８】
この発明の撮像ユニットは、上記の蛍光膜又は誘電体多層膜と、前記蛍光膜で発した前記蛍光を撮像する撮像素子とを備える撮像ユニットであってもよい。
または、この発明の撮像ユニットは、上記の光学素子と、前記光学素子で発した前記蛍光を撮像する撮像素子とを備える撮像ユニットであってもよい。
上記の撮像ユニットは、蛍光膜で発した蛍光を撮像素子に導光する導光部材を備えていてもよい。【００１９】
この発明の光学特性計測装置は、被検光学系の光学特性を計測する装置であって、この発明の撮像ユニットを備え、前記撮像ユニットは被検光学系の像面側に配置され、前記被検光学系を通過した計測光を検出するものであってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の蛍光膜によれば、母材にドープされた賦活材が、母材中で紫外線が照射されることで蛍光を発するので、蛍光を利用して紫外線の観察や測定などを行うことができる。その際、蛍光体が膜であるため、紫外線が照射される部材の表面に配置し易く、配置の自由度が大きい。また、賦活材が母材にドープされて形成された薄膜であるため、焼結粉末より形成された従来の蛍光体のような、空隙による光の散乱は生じない。そのため、紫外線や蛍光が蛍光体（蛍光膜）を透過する間に散乱等で不鮮明になることを防止できる。そのため、紫外線の観察や測定を精度良く行い易い。【００２１】
この発明の蛍光膜の成膜方法によれば、フッ化物からなる母材に賦活材をドープしたターゲットを作製し、このターゲットを抵抗加熱して蒸着することで蛍光膜を成膜するので、ターゲットの化学組成を維持して蛍光膜を成膜することが可能である。そのため、所望の蛍光特性を有する蛍光膜を成膜することが容易である。【００２２】
この発明の誘電体多層膜によれば、上記の蛍光膜を含むので、誘電体多層膜の構成による各種の光学特性が得られると同時に、蛍光膜による蛍光を利用し、紫外線の観察や測定などを精度良く行うことが可能である。【００２３】
この発明の光学素子によれば、光学基材の表面に上記のような蛍光膜又は誘電体多層膜が設けられているので、光学基材の表面で紫外線により蛍光を生じさせることができ、紫外線の観察や測定などを精度良く行い易い。【００２４】
特に、光学基材と蛍光膜との間に位置する単数又は複数の誘電体薄膜が、蛍光を透過すると共に紫外線を反射する特性を有する波長選択膜を構成する光学素子であれば、紫外線により蛍光膜で発生した蛍光は波長選択膜を透過して導光部材に入射する一方、紫外線は波長選択膜で反射される。そのため、紫外線による導光部材の劣化を抑制できる。【００２５】
この発明の光学系によれば、複数の光学素子が配列された光学系であって、複数の光学素子の一部又は全部が上記の光学素子からなるので、光学系内で定常的に紫外線の観察や測定を精度良く行うことができ、その際、紫外線や蛍光が散乱等で不鮮明にならず、しかも、蛍光膜を配置する場合と配置しない場合とで光路が変化し難いため、所望の光学系を構成することが容易である。【００２６】
この発明の撮像ユニットによれば、上記のような蛍光膜、誘電体多層膜、又は、光学素子と、これらからの蛍光を撮像する撮像素子とを備えているので、紫外線の測定を精度良く行い易い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施の形態１における撮像ユニットの一例の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の変形例に係る光学素子の概略構成を示す断面図である。
【図３Ａ】この発明の実施の形態１における誘電体多層膜ミラーの紫外域での反射率を示す図である。
【図３Ｂ】この発明の実施の形態１における誘電体多層膜ミラーの可視域での反射率を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１における蛍光体の蛍光スペクトルを示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１における撮像ユニットの別例の概略構成を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１における光学特性計測装置の一例の概略構成図である。
【図７】この発明の実施の形態１における光学特性計測装置の別例の概略構成図である。
【図８】この発明の実施の形態１における光学特性計測装置のさらに別例（シアリング型干渉計）の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１におけるＦＯＰの光学特性を計測する方法の一例を説明する流れ図である。
【図１０】この発明の実施の形態１におけるＦＯＰの光学特性を計測するときの装置構成を説明する概略構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態１における露光装置の構成例を示す概略図である。
【図１２】この発明の実施の形態１における半導体デバイスの製造方法の一例を示す流れ図である。
【図１３】この発明の実施の形態１における液晶表示素子の製造方法の一例を示す流れ図である。
【図１４】この発明の実施の形態２の撮像ユニットの構成を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態３の撮像ユニットの構成を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態３の撮像ユニットの変形例を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態３の光学素子を備えた露光装置の概略図である。
【図１８】この発明の実施の形態３の光学素子を備えた光学系の変形例の概略図である。
【図１９】実施例の測定結果を示し、ＬａＦ３：Ｔｂ蛍光膜に対する蛍光スペクトルの代表例を示す図である。
【図２０】実施例の測定結果を示し、Ｔｂの賦活濃度と蛍光膜の蛍光強度との関係を示す図である。
【図２１】実施例の測定結果を示し、ＬａＦ３：Ｔｂ蛍光膜の分光透過率と反射率から求めた屈折率ｎと消衰係数ｋとを示す図である。
【図２２】実施例の測定結果を示し、波長１９３ｎｍの光を照射した際の蛍光強度と、紫外線の放射束の関係を示す図である。
【図２３】実施例の測定結果を示し、実施例１の反射防止膜を両面に成膜した光学素子の分光反射率及び透過率を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明の実施の形態について説明する。【００２９】
本発明の蛍光膜は、紫外線が照射されることで蛍光を発する膜であり、母材と、母材にドープされた賦活材とを含む材料から形成されている。この蛍光膜は、紫外線が照射される部位、或いは、紫外線が照射される可能性がある部位に配置される各種の部材の表面等に設けられて使用される。照射される紫外線は、可視光等に紫外線が含まれた光でもよい。また紫外線のみからなる光であってもよく、深紫外域或いは真空紫外域の波長の光であってよい。例えば、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）等の紫外線レーザ光であってもよい。【００３０】
蛍光膜の母材は、紫外線を透過可能な材料からなる。この材料は、照射される紫外線に応じて適宜選択可能である。この材料としては、フッ化物を好適に使用できる。フッ化物は、可視域の光を透過可能であり、さらに酸化物材料が不透明となる波長領域の光に対しても、多くのフッ化物材料は透明である。それ故、フッ化物は特に真空紫外領域用の光学素子材料、光学薄膜として必要不可欠となっている。このようなフッ化物は、発光した蛍光に対しても透明であり、蛍光を有効に利用することが可能である。【００３１】
蛍光体の母材としてフッ化物を用いることには、他の利点もある。蛍光体は、母材あるいは後述する賦活イオンによって紫外線を吸収し、賦活イオンが励起される。励起された賦活イオンは無輻射遷移（多くは母材中のフォノンを励起してエネルギーを失う）を経由して、発光準位へと遷移し、この準位から基底準位へと遷移して発光する。この発光遷移も、母材中のフォノン励起による無輻射遷移と競合する。この無輻射遷移が発生する確率は、母材中のフォノンエネルギーが大きいものほど高くなる。フッ化物はフォノンエネルギーが小さく、無輻射遷移の確率が低い。この物性により、蛍光体が吸収した光エネルギーが熱として失われることを抑制することができる。これは、蛍光薄膜の光耐性向上に繋がる利点である。【００３２】
このようなフッ化物としては、例えば、フッ化ネオジム（ＮｄＦ3）、フッ化ランタン（ＬａＦ3）、フッ化ガドリニウム（ＧｄＦ3）、フッ化ディスプロシウム（ＤｙＦ3）、フッ化鉛（ＰｂＦ2）、フッ化ハフニウム（ＨｆＦ2）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ3）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、フッ化バリウム（ＢａＦ2）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ2）、クリオライト（Ｎａ3ＡｌＦ６）、及びチオライト（Ｎａ5Ａｌ3Ｆ14）からなる群から選ばれる１種、または、これらからなる群から選ばれる２種以上の混合物若しくは化合物が挙げられる。【００３３】
フッ化物の混合物若しくは化合物としては、フッ化ランタンとフッ化カルシウムの固溶体混晶（ＣａｘＬａ１−ｘＦ３−ｘ、但し、０＜ｘ＜１である。以下ＣＬＦと称す。）、フッ化カルシウムとフッ化イットリウムの固溶体混晶（ＣａｘＹ１−ｘＦ３−ｘ）などが挙げられる。【００３４】
フッ化物を作製する方法は、適宜選択可能である。例えば、水熱合成法を用い、フッ化物セラミックスとして作製することができる。水熱合成法では、フッ化物のカチオン成分の酢酸塩等の化合物とフッ酸等のフッ素化合物とを水溶液中で反応させてフッ化物微粒子を作製する。この、フッ化物微粒子を乾燥体又はプレス成形体とした後、８００〜１０００℃で焼結し、フッ化物セラミックスとすることができる。【００３５】
固溶体混晶からなるフッ化物を作製する場合も、同様に水熱合成法によりフッ化物セラミックスとして作製することができる。その場合、フッ化物微粒子として、各カチオン成分毎に別々にフッ化物微粒子を合成することにより、各フッ化物微粒子の懸濁液を作製し、両者を湿式で混合して微粒子混合物とし、この微粒子混合物を用いて、乾燥体又はプレス成形体とした後、８００〜１０００℃で焼結してフッ化物セラミックスとすることができる。【００３６】
このようなフッ化物では、特に、フッ化ランタン（ＬａＦ3）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、ＣＬＦ、及びフッ化ガドリニウム（ＧｄＦ３）からなる群から選ばれる１種であることが好適である。これらのフッ化物であれば、後述する実施例から明らかなように、短波長の紫外線が照射された際の蛍光を強くし易い。【００３７】
一方、蛍光膜の賦活材は、母材中にドープされた状態で紫外線が照射されることで蛍光を発する材料である。この賦活材としては、照射される紫外線に応じて適宜選択可能である。賦活材としては、例えば遷移元素又は希土類元素などが挙げられる。明確ではないが、この賦活材では、遷移元素若しくは希土類元素が原子又はイオンの形態で母材の微結晶中に拡散し、母材のカチオン成分のサイトを置換したり、格子間の空隙部に侵入し、賦活成分として作用すると考えられる。【００３８】
遷移元素又は希土類元素としては、ユーロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、サマリウム（Ｓｍ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、セリウム（Ｃｅ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、またはイッテルビウム（Ｙｂ）などが挙げられる。賦活材がユーロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）、及びプラセオジム（Ｐｒ）からなる群から選ばれる１種又は２種以上からなるのが特に好適である。この場合、後述する実施例から明らかように、短波長の紫外線が照射された際の蛍光を強くし易い。【００３９】
母材中の賦活材の濃度は、母材のカチオン成分に対する原子％濃度で１％以上１０％以下とするのが好ましい。母材がフッ化ランタン（ＬａＦ3）からなり、賦活材がテルビウム（Ｔｂ）からなる場合、テルビウム（Ｔｂ）のランタン（Ｌａ）に対する濃度は、原子％濃度で、８％以上１０％以下とすることが特に好適である。賦活材の濃度が過剰に低いと、十分な蛍光を得難い。一方、賦活材の濃度が過剰に高いと、濃度消光現象が発生したり、フッ化物母材中に賦活材が固溶しきれない固溶限界に達してしまうからである。【００４０】
蛍光膜の材料は、上記の母材及び賦活材から構成されるものであってもよい。例えば、上記のフッ化物及び賦活材のみから構成されてもよい。さらに母材を構成するフッ化物が、不可避的不純物を含んでいてもよい。また、蛍光膜の材料には、これらの母材及び賦活材の他、入射された紫外線により蛍光を発することが可能な範囲において、他の成分が含有されていてもよい。【００４１】
本発明の蛍光膜は、これらの材料から形成された膜であり、少なくとも賦活材が母材にドープされた状態で成膜されていることが必要である。このような膜を形成するには、予め賦活材を母材にドープさせた材料を用いて成膜して形成してもよい。また、別の材料からなる賦活材と母材とを用い、母材に賦活材をドープさせながら成膜し、蛍光膜を形成してもよい。【００４２】
予め賦活材を母材にドープさせた材料を作製するには、以下の方法を用いることができる。例えば、フッ化物の母材を上記のような水熱合成法により作製する場合であれば、フッ化物微粒子やフッ化物微粒子混合物の懸濁液に賦活材の酢酸塩水溶液を混合して原料粉末を作製してもよい。この原料粉末の乾燥体又はプレス成形体を焼結してフッ化物セラミックスとすることで、賦活材を母材にドープさせた材料を作製することができる。上記の製法では、焼結過程において、希土類金属イオン等の賦活材の成分が母材の微結晶中に拡散し、母材のカチオン成分のサイトを置換したり、格子間の空隙部に侵入して賦活されると考えられる。なお、上記水熱合成の過程において、賦活材は酢酸塩水溶液以外の形態で加えてもよい。上記酢酸塩以外に使用可能な塩類としては、乳酸塩、シュウ酸塩、アスコルビン酸塩、アルギン酸塩、安息香酸塩、炭酸塩、クエン酸塩、グルコン酸塩、パントテン酸塩、サリチル酸塩、ステアリン酸塩、酒石酸塩、グリセリン酸塩、トリフルオロ酢酸塩等の有機酸塩や、塩化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩等の無機塩を挙げることができる。【００４３】
賦活材を母材にドープさせた材料を成膜するには、公知の各種の薄膜形成法を採用できる。均一な薄膜を形成し易く、膜厚の調整が容易などの理由で気相成膜法で蛍光膜を形成することが好適である。より好ましくは真空蒸着法で形成すれば、良好な光学特性の被膜を得ることができる。特に、予め母材に賦活材をドープさせたターゲットを作製し、そのターゲットを抵抗加熱して蒸着することで蛍光膜を成膜するのが好適である。【００４４】
スパッタリング等の気相成膜法では、多元系物質のターゲットを用いた場合、ターゲットの化学組成と成膜された薄膜の化学組成との間に相違が生じ易いことが知られている。ところが、テルビウムやユーロピウム等の賦活材がドープされたフッ化ランタン等の母材を用い、抵抗加熱による真空蒸着法により成膜すると、ターゲットの化学組成を略維持して蛍光膜を成膜することが可能であることが確認された。しかも、蒸着時間や条件を調整することで膜厚を容易に調整できるので、所望の蛍光特性及び所望の膜厚を有する蛍光膜を成膜することが非常に容易である。【００４５】
賦活材と母材とをドープさせながら成膜するには、紫外線を透過可能な材料からなる母材と、賦活材とをそれぞれ別々に準備し、母材と賦活材とを同時に気相成膜法、好ましくは真空蒸着法により蒸着させることで蛍光膜を形成することができる。例えば、フッ化ランタン等の母材と、賦活材としてテルビウムを含むフッ化テルビウム等のフッ素化合物とを、蒸着割合を調整しつつ、同時に蒸着することで、母材に賦活材がドープされた薄膜の成膜を行うことができる。【００４６】
蛍光膜の膜厚は、照射される紫外線や用途などに応じて設定することが可能である。膜厚が厚い程、多くの紫外線を可視光化できて蛍光を強くし易い。精密な光学系では、膜厚を厚くすると蛍光膜により光路が変化するため、薄くすることが好まく、光学特性から要求される膜厚とするのがよい。過剰に薄くて十分な蛍光を得難い場合には、蛍光の強い材料を選択したり、複数の蛍光膜を積層することで、蛍光を強くすることができる。特に好ましくは、各層の膜厚を照射される紫外線の波長或いは設計中心波長の略半波長以下とするのが好適である。例えば、短波長紫外線を用いる光学系では、蛍光膜の膜厚は１８０nm以下であってもよく、１２５nm以下であってもよい。特に、真空紫外線を用いる光学系においては、蛍光膜の膜厚は１００nm以下であってもよく、８０ｎｍ以下であってもよい。例えば、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いたレーザ光学系であれば１００ｎｍ以下としてもよい。十分な蛍光強度が得られる場合には、上記層厚の蛍光膜を単層で用いてもよい。あるいは、上記層厚の蛍光膜を積層して、たとえば、合計膜厚３μｍ以下、または１μｍ以下の蛍光膜としてもよい。【００４７】
以上のような蛍光膜によれば、母材にドープされた賦活材が、母材中で紫外線が照射されることで蛍光を発するので、蛍光を利用して紫外線の観察や測定などを行うことができる。【００４８】
その際、膜であるため配置スペース等が不要であり、光学部材等の紫外線が照射される部位の表面に配置し易く、配置の自由度が大きい。また、賦活材が母材にドープされて形成された薄膜であるため、焼結粉末よりなる蛍光体層とは異なり、紫外線や蛍光が蛍光膜を透過する間に散乱等で不鮮明になることを防止できる。そのため、紫外線の観察や測定を精度良く行うことが可能である。【００４９】
この蛍光膜と従来の蛍光粉末や蛍光ガラスとの決定的な違いの一つとして、この蛍光膜は、光学薄膜として利用することが可能である点を挙げることができる。すなわち、光学系の構成をそのままにして、該光学系に含まれる光学素子等の表面にこの発明の蛍光膜を成膜することにより、光学系に蛍光発光という機能を付与することができる。【００５０】
複数の光学素子を配列した光学系において、蛍光発光に消費された光以外の紫外線や蛍光を反射・透過して次の光学素子へと導き利用しようとする場合、紫外線波長域での反射率または透過率が高いことが必要である。【００５１】
ところが、例えば従来の蛍光粉末を固定した蛍光体では、これら反射光または透過光は、入射光に対して反射・屈折の法則が成立する角度への成分以外にも全方位へ散乱する散乱光の成分も含んでいる。これらの散乱光をも含んだ光の反射率・透過率は、蛍光粉末の凝集密度や粒径分布により変化する。そのため、従来の粉末状の蛍光体では、入射してきた紫外線や発した蛍光が散乱してしまい、光学系を通る光線が乱れて、光学系に設ける光学薄膜としては使用することはできなかった。【００５２】
例えば従来の蛍光ガラスを利用すれば、そのガラスの吸収波長域以外の透過光を他に利用することはできる。蛍光ガラスの透過率は、光学ガラスに準ずる品質管理を行うことで、比較的精密に制御することができる。しかし、従来の蛍光ガラスでは厚肉であり、既存の光学系に挿入すると、蛍光ガラスの屈折力により光路が無視できない程度に変化する。【００５３】
一方、本発明の蛍光膜では、賦活材が母材に対してドープされた材料からなる膜であるため、入射してきた紫外線や発した蛍光の散乱が防止されている。しかも、膜であるため、光路中に配置されても、紫外線や蛍光の光路が変化し難い。その結果、光学系を同じ状態に維持したまま、本発明の蛍光膜を光学素子に成膜することで、光学系に蛍光発光という機能を付与することが可能である。【００５４】
また、この蛍光膜と従来の蛍光粉末や蛍光ガラスとの他の違いとして、真空紫外域の光などでも、紫外線の観察や測定などを行うことができるという点が挙げられる。特に、ＡｒＦエキシマレーザが発する波長１９３ｎｍの光や、Ｆ２エキシマレーザが発する波長１５７ｎｍの光など、波長２００ｎｍ以下の光の観察や計測を効果的に行うことができる。またこの蛍光膜は、他の短波長紫外線、例えば波長３６５nmのi線や、ＫｒＦエキシマレーザが発する波長２４８ｎｍの光の観察や計測にも用いることができる。【００５５】
真空紫外線を用いたレーザ光学系において、紫外線を可視化しようとする場合、従来の蛍光粉末を固定した蛍光体では、劣化が激しくて短時間しか使用できず、また、従来の蛍光発光ガラスでも、真空紫外線に対して吸収が大きく、経時的に紫外線の吸収により劣化が起こるため、一時的には使用できても定常的に光学系に配置して使用することができなかった。【００５６】
ところが、本発明では、母材がフッ化物からなると共に賦活材が遷移元素又は希土類元素を含む蛍光膜とすることで、可視光から真空紫外線までに対して透明で、高い透過率が得られ、レーザ耐性も良好であるため、１９３ｎｍの波長の光など、真空紫外域においても、紫外線の観察や測定などを行うことが可能である。【００５７】
このような本発明の蛍光膜は、単層で用いることもできる。また複数の膜の積層により形成された、多層構造の誘電体多層膜（誘電体積層膜）として用いることも可能である。誘電体多層膜として用いる場合、複数の誘電体薄膜が積層された誘電体多層膜の一部又は全部として本発明の蛍光膜を用いることができる。すなわち、誘電体多層膜を構成する複数の誘電体層のうち、一層を本発明の蛍光膜としてもよく、二層以上を本発明の蛍光膜としてもよい。【００５８】
蛍光膜と共に蛍光膜以外の誘電体薄膜を積層する場合、蛍光膜以外の誘電体薄膜としては、各種の材料からなる膜を用いることができるが、照射される紫外線に対して十分な耐久性を有する材料からなる膜が好ましい。上記のような蛍光膜の母材として使用可能な材料からなる膜が好適である。例えば、上記に母材の選択肢としてあげたフッ化物からなる膜で、誘電体多層膜の各層を構成してもよい。例えば、フッ化ランタン（ＬａＦ３）、フッ化ガドリニウム（ＧｄＦ３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）などを用いることができる。また、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などを用いてもよい。誘電体多層膜を構成する、各誘電体薄膜の材料はそれぞれ同一であっても、異なっていてもよい。すなわち、一種類の誘電体薄膜を複数積層して誘電体多層膜を構成してもよく、二種以上の誘電体薄膜を複数積層して誘電体多層膜としてもよい。例えば、屈折率の異なる二種の誘電体薄膜を交互に積相して誘電体多層膜としてもよい。【００５９】
このような誘電体多層膜は、全部又は一部により各種の光学特性が得られる構成とされるのが好ましい。例えば、紫外線を反射し、蛍光を透過する特性を有する波長選択膜或いは、所定波長の光の反射を防止する反射防止膜を構成することができる。その場合、所望の光学特性（例えば、波長選択特性、反射防止特性）が得られるように誘電体薄膜が積層された積層構造を構成し、これとは別に本発明の蛍光膜をさらに積層して誘電体多層膜としてもよい。すなわち、誘電体多層膜が、少なくとも一層の蛍光膜と、複数の誘電体層から構成された波長選択特性または反射防止特性を有する積層膜とを含む構成としてもよい。このようにすれば、積層構造と別に設けた蛍光膜の膜厚を積層構造の誘電体薄膜の膜厚より厚く形成することが可能であり、より強い蛍光を得易い。この場合、誘電体多層膜の最上層を蛍光膜としてもよい。【００６０】
また、本発明の蛍光膜を、所望の光学特性が得られる積層構造を構成する誘電体薄膜の全部又は一部として用いてもよい。言い換えれば、誘電体多層膜を構成する誘電体薄膜に蛍光発光の機能を持たせてもよい。このようにすれば、所望の光学特性が得られる誘電体多層膜を構成するだけで蛍光が得られ、蛍光を発しない誘電体多層膜と同様にして膜を構成することができる。その場合、誘電体多層膜を構成する誘電体薄膜のより多くの薄膜を蛍光膜とすることで、蛍光を強くすることができる。【００６１】
このように、複数の誘電体薄膜が積層された誘電体多層膜において、誘電体薄膜の少なくとも一つを蛍光膜とすれば、各種の光学特性と共に蛍光機能を得ることが可能であり、しかも、蛍光を利用した紫外線の観察や測定等の際に、紫外線や蛍光が散乱等で不鮮明になることや光路が変化することを防止でき、紫外線の観察や測定を精度良く行うことが可能である。【００６２】
以上のような本発明の蛍光膜又は誘電体多層膜は、蛍光膜を単層として、或いは複数の誘電体膜からなる誘電体多層膜として、紫外線が照射される種々の部材に設けることが可能である。【００６３】
例えば、蛍光膜又は誘電体多層膜を各種の光学基材の入射面や射出面に設けることで光学素子を構成できる。光学基材は、例えば、窓材、レンズ、プリズム、ＦＯＰ等であり、紫外線を透過可能なものであっても、紫外線を透過不能であって蛍光を透過可能なものであってもよい。光学基材としては、光学ガラス、光学セラミクス、光学結晶、光学プラスチック、光ファイバ（例えば、ＦＯＰの場合）などから選択される材料を用いることができる。可視光から近紫外光域の光を透過させる光学基材としては、光学ガラスを用いることができ、真空紫外域の光を透過させる光学基材としては、合成石英ガラスやフッ化カルシウムなどの硝材を用いることができる。このような光学素子は、例えば、各種の光学系の構成要素、紫外線を可視光化する装置、ビームプロファイラー、ビームチェッカーなどに使用できる。【００６４】
また、蛍光膜又は誘電体多層膜を紫外線及び蛍光を透過不能な各種の基材に設けることも可能である。例えば、不透明なカバー部材や壁面等に単層の蛍光膜や誘電体多層膜を設けてもよい。【００６５】
更に、蛍光膜又は誘電体多層膜や、蛍光膜又は誘電体多層膜が設けられた光学素子を、紫外線を撮像可能な撮像素子や蛍光を撮像可能な撮像素子の受光面に設けて撮像ユニットを構成することも可能である。
たとえば、複数の光ファイバーを束ねて構成されたファイバーオプティックプレート（ＦＯＰ）を光学素子として用い、ＦＯＰ上に蛍光膜又は誘電体多層膜を構成し、蛍光膜で発した蛍光をＦＯＰで撮像素子の受光面に導光する構成としてもよい。その際、蛍光膜とＦＯＰの間に、誘電体多層膜よりなる波長選択膜を儲け、紫外線を反射する構成としてもよい。
また、撮像素子の受光面に、上記蛍光膜または誘電体多層膜を設けてもよい。
上記誘電体多層膜を構成する各誘電体層の膜厚は、照射される光（例えば紫外線）の波長、または設計中心波長の略１／２以下とするのが好ましい。
誘電体多層膜の合計膜厚は、用途に応じて選択できる。ＦＯＰ上に蛍光膜または誘電体多層膜を形成する場合、形成される合計の膜厚は、ＦＯＰを構成する個々の光ファイバの直径以下とすることが望ましい。たとえば、合計膜厚を３μｍ以下としてもよい。【００６６】
また、種々の部材に設けられた蛍光膜又は誘電体多層膜を、更に外側から他の膜で被覆することも可能である。例えば、蛍光膜又は誘電体多層膜を、耐水性及び撥水性の少なくとも一方を有する保護膜により外側から被覆して耐久性を向上させることもできる。【００６７】
また、上記の撮像ユニットは、光学特性計測装置の構成に用いることができる。
例えば、光学系の光学特性を検査する測定装置の場合、上記蛍光膜と、導光部材（例えばＦＯＰ）と、蛍光膜からの蛍光を撮像可能に配置された撮像素子を含む撮像ユニットを検査対象となる光学系の像面側に配置し、被検光学系を通過した計測光を撮像ユニットで検出する構成とすることができる。
上記光学特性計測装置において、撮像ユニットが蛍光膜と波長選択膜を含む構成としてもよい。例えば、上記の波長選択機能を有する積層構造と蛍光膜を含む誘電体多層膜を導光部材の入射面側に配置してもよい。例えば、導光部材の入射面側に波長選択膜を介して蛍光膜を配置し、波長選択膜が蛍光を透過するとともに、所定波長の光（例えば紫外線）を反射する構成としてもよい。
上記光学特性計測装置は、被検光学系に光（計測光）を照射する照明光学系を備えていてもよい。あるいは、照明光学系を備える光学装置に上記光学特性計測装置を設置し、所定部位の光学系の光学特性を計測してもよい。【００６８】
上記の光学特性計測装置は、前記被検光学系の物体面に配置された第１の周期パターンと、前記導光部材の入射面又は射出面に配置された第２の周期パターンとを有し、前記撮像素子で前記第1の周期パターンと第２の周期パターンとにより形成されるモアレ縞を検出するものであってもよい。このような装置を用いれば、検出されたモアレ縞から被検光学系のディストーションを計測できる。【００６９】
あるいは、上記の光学特性計測装置は、被検光学系の物体面に配置されたピンホールと、前記被検光学系の像面と前記撮像ユニットの入射面との間に配置されたマイクロレンズアレイとを備え、前記撮像ユニットで前記マイクロレンズアレイにより集光された点像を検出する光学特性計測装置であってもよい。このような光学特性計測装置を用いれば、被検光学系の波面収差を計測することができる。【００７０】
あるいは、上記の光学特性計測装置は、ピンホールと、リレーレンズと、マイクロレンズアレイと検出装置をさらに備え、前記ピンホールは被検光学系の物体面に配置され、前期撮像ユニットは、導光部材と蛍光薄膜の間に波長選択膜を備え、前記導光部材の入射面が被検光学系の光軸に対し４５度傾斜した状態で配置されており、前記リレーレンズは前記被検光学系の像面と前記撮像ユニットの入射面との間に配置され、前記検出装置は入射面が被検光学系の像面に対し、直角をなす状態で配置され、前記マイクロレンズアレイは、前記撮像ユニットの入射面と、前記検出装置の間に配置されており、
前記リレーレンズは、ピンホールによって回折された計測光を平行光に変換し、
前記撮像ユニットの波長選択膜は、蛍光膜で発生した蛍光を透過させるとともに、蛍光膜を透過した計測光を入射方向と直角方向に反射して反射光を形成し、
前記撮像ユニットの撮像素子は、導光部材を介して導光された蛍光を検出し、
前記検出装置は、前記マイクロレンズアレイで集光された前記反射光を検出する光学特性計測装置であってもよい。
このような構成の光学特性計測装置によれば、撮像ユニットの撮像素子で計測光の光量分布を測定して被検光学系の開口数を求めると同時に、マイクロレンズアレイで集光された点像の位置のずれ量をもとに、被検光光学系の波面収差を計測することができる。
なお、上記波長選択膜は、所定波長の光を透過するとともに、所定波長の光を反射およびまたは吸収する機能を有する。波長選択膜としては、本発明の誘電体多層膜を用いもよい。例えば、波長選択膜は、所定波長の可視光を透過し、所定波長の紫外線を反射する膜であってもよい。【００７１】
あるいは、上記の光学特性計測装置は、前記被検光学系に物体面に配置されたピンホールと、前記被検光学系の像面に配置された回折格子とを備え、前記撮像ユニットで前記回折格子により形成される干渉縞を検出する光学特性計測装置であってもよい。このような光学特性計測装置によれば、被検光学系の波面収差を計測できる。【００７２】
上記のような光学特性計測装置は、各種の光学系の光学特性の計測に用いることができる。例えば、所定のパターンを感光性基材に露光する露光装置にくみあわせた場合、光学特性計測装置によって、露光系の光学特性を計測し、ディストーションや波面収差などの補正を行うことにより、精密な露光が可能となる。このような精密な露光装置を用いることにより、露光工程を経て形成される各種デバイス（例えば、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッドなど）の性能を向上することが可能となる。【００７３】
以下、本発明の蛍光膜又は誘電体多層膜を用いた種々の具体的形態について説明する。
［発明の実施の形態１］【００７４】
＜光学素子および撮像ユニットの構成例１＞【００７５】
図１は、光学素子を備えた撮像ユニットの構成の一例を示す断面図である。この撮像ユニットは、例えば、露光装置の投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測装置に組み込んで使用することができる。【００７６】
図１に示す撮像ユニット１１は、ＦＯＰ１２と撮像素子１３とを有している。ＦＯＰ１２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。ＦＯＰ１２の各々の光ファイバーは、図１の上下方向に延長するように並列して配列されている。そして、ＦＯＰ１２の入射面（図１の上側）から入射する光束は、各々の光ファイバーを伝搬してＦＯＰ１２の射出面側に導かれる。【００７７】
また、ＦＯＰ１２の入射面上には、下から順に、波長選択膜１４と、蛍光膜１５と、周期パターン１６と、保護膜１７とが積層して形成されている。一方、ＦＯＰ１２の射出面には、撮像素子１３が取り付けられている。なお、ＦＯＰ１２の横分解能の低下を抑制する観点から、ＦＯＰ１２の入射面上に形成される波長選択膜１４および蛍光膜１５の合計厚さは、ＦＯＰ１２における各々の光ファイバーの直径以下に設定される。【００７８】
波長選択膜１４は、ＦＯＰ１２と蛍光膜１５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１４は、誘電体多層膜ミラーで構成されている。【００７９】
蛍光膜１５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果たす。【００８０】
周期パターン１６は、蛍光膜１５の表面上に形成されている。この周期パターン１６は、蛍光膜を覆う遮光部分と、開口をなす透光部分とが規則的に繰り返して配列された、ラインアンドスペースのパターンである。【００８１】
保護膜１７は、周期パターン１６の遮光部分と、蛍光膜１５の表面（周期パターン１６の透光部分）とを被覆している。この保護膜１７は、耐水性および撥水性の少なくとも一方を有している。保護膜１７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役目を果たす。【００８２】
撮像素子１３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おり、この撮像素子１３の受光面はＦＯＰ１２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、撮像素子１３にカバーガラスやフィルタなどを装着することなく、撮像素子１３の受光面に接着などの手段でＦＯＰ１２が直接固定されている。【００８３】
ここで、図１の撮像ユニットの変形例として、ＦＯＰの射出面側に周期パターンを形成するようにしてもよい（この場合の図示は省略する）。また、図１の撮像ユニットの変形例として、光学素子に周期パターンを形成しないようにしてもよい（図２参照）。この図２の撮像ユニット１１ａは、周期パターンを形成したプレートを光学素子に着脱することで、図１の撮像ユニット１１と同様に機能させることができる。なお、図２の例に関しては、図１と同一の構成には同一符号を付して重複説明を省略する。【００８４】
以下、図１に示す実施形態の撮像ユニットの作用効果を説明する。図１の上方から撮像ユニット１１に対して短波長紫外線（ＡｒＦエキシマレーザやＫｒＦエキシマレーザなど）を照射すると、周期パターン１６の透光部分から蛍光膜１５に短波長紫外線が入射する。蛍光膜１５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１４をほとんど減衰せずに透過してＦＯＰ１２に入射する。そして、ＦＯＰ１２から射出された計測光（蛍光）が撮像素子１３によって計測される。一方、蛍光膜１５を透過した短波長紫外線は波長選択膜１４でほぼ反射される。【００８５】
よって、本実施形態の構成によれば、波長選択膜１４によってＦＯＰ１２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ＦＯＰ１２の劣化を抑制でき、撮像ユニット１１の耐久性、信頼性を大幅に向上させることができる。一方、紫外域の計測光は蛍光膜１５で可視域の蛍光に変換されて波長選択膜１４を透過するため、本実施形態の構成においても蛍光を用いて計測を確実に行うことができる。【００８６】
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１４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１５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１５の薄膜化も容易となる。また、本実施形態の蛍光膜１５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１５が高い耐久性を有している。また、本実施形態では蛍光膜１５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１５を得ることができる。【００８７】
また、本実施形態では、蛍光膜１５および周期パターン１６を保護膜１７で被覆することで、蛍光膜１５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ＦＯＰ１２との間には水などの液体が充填される。しかし、本実施形態では保護膜１７で蛍光膜１５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１５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、本実施形態では保護膜１７によってかかる蛍光膜１５の劣化も抑制できる。さらに、保護膜１７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。【００８８】
＜光学素子の製造例＞【００８９】
以下、実施例として、図１に示す撮像ユニット１１の光学素子部分の製造例を説明する。この実施例でのＦＯＰ１２にはＳＣＨＯＴＴ社の光ファイバー直径が６μｍの製品を使用した。そして、ＦＯＰ１２は、両端面を光学研磨した上で成膜前に予め洗浄しておく。【００９０】
次に、ＦＯＰ１２の入射面側に波長選択膜１４としての誘電体多層膜ミラーを形成する。実施例での誘電体多層膜ミラーは、設計中心波長を１９３ｎｍに設定するとともに、フッ化ランタン（ＬａＦ３）およびフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）を交互に多層蒸着して形成した。このとき、フッ化ランタンおよびフッ化マグネシウムの各層は、それぞれ設計中心波長のλ／４（設計中心波長をλとするとき、その１/４）の光学膜厚でＦＯＰ１２側から交互に４２層積み上げて成膜されている。【００９１】
ここで、図３Ａ及び図３Ｂに実施例での誘電体多層膜ミラーの反射率を示す。この誘電体多層膜ミラーは、設計中心波長である１９３ｎｍの波長域で９８％以上の高い反射率を示し、４００ｎｍから７００ｎｍの波長域で５％以下の低い反射率を示す。したがってこの誘電体多層膜ミラーはＡｒＦエキシマレーザの紫外線をほぼ反射し、後述する蛍光膜が発する可視域の蛍光をほぼ透過することが分かる。【００９２】
次に、誘電体多層膜ミラーの表面に蛍光体を真空蒸着して蛍光膜１５を形成する。この蛍光膜１５の原料としては、フッ化ランタン（ＬａＦ３）を母材とし、希土類元素のユーロピウム（Ｅｕ）を賦活材として合成した蛍光体を使用した。【００９３】
上記の蛍光体については、フッ化ランタンの微結晶粒子と酢酸ユーロピウム水溶液とを混合し、水熱合成法によって原料粉末を得る。この実施例では、賦活材の濃度（Ｅｕ／Ｌａ比）は約５モル％とした。なお、上記の原料粉末の生成工程の一例として、特開２００６−２０６３５９号公報に記載されている上述の水熱合成法を応用することができる。【００９４】
そして、上記の原料粉末をペレット状に加圧成形するとともに、電気炉にて温度８００℃で１時間加熱して蛍光体の焼結体を得た。この焼結過程において、ユーロピウムイオンはフッ化ランタンの微結晶中に拡散し、ランタンイオンのサイトを置換して３価の状態をとって賦活化されると考えられる。なお、図４に実施例での蛍光体の蛍光スペクトルを示す。この実施例の蛍光膜１５は、紫外線の入射によって、波長６００ｎｍ前後の橙色から赤色の蛍光を発することが分かる。【００９５】
その後、真空蒸着装置のＭｏボートに上記の蛍光体の焼結体を載置するとともに、抵抗加熱法によって誘電体多層膜ミラーの表面に蛍光膜１５を真空蒸着する。この実施例では、蛍光膜１５の膜厚を５００ｎｍとした。また、真空蒸着のときにはＦＯＰ１２を３００℃に加熱した。このＦＯＰ１２の加熱により、フッ化ランタン膜の膜強度を向上させることができる。また、ＦＯＰ１２の加熱により、薄膜中でのフッ化ランタン粒子の結晶性が良好となり、蛍光発光をより起こり易くすることができる。【００９６】
ここで、蛍光膜１５の成膜前には、誘電体多層膜ミラーの表面をできるだけ清浄な状態に保つことが好ましい。例えば、抵抗加熱用の真空蒸着源を３つ以上備えた真空蒸着装置を用いると、上記の誘電体多層膜ミラーおよび蛍光膜１５の成膜工程を連続して行うことができ、清浄な状態のミラー表面に蛍光膜１５を成膜できる。真空蒸着法以外で誘電体多層膜ミラーを成膜する場合や、上記の蒸着源を用意できない場合などにおいては、クリーンルーム等の清浄な環境下でＦＯＰ１２の出し入れを行うか、あるいは、蛍光膜１５の成膜前にミラー表面を洗浄または手拭きしてもよい。【００９７】
次に、蛍光膜１５の表面にクロム薄膜の周期パターン１６を形成する。実施例では、洗浄または手拭きで蛍光膜１５の表面を清浄な状態とした後に、スパッタによって蛍光膜１５の表面にクロム薄膜を形成する。その後、スピンコートでフォトレジストを塗布し、周期パターン１６のフォトマスクの像をフォトレジスト上に焼き付ける。そして、エッチング工程により現像を行い、紫外線を通す透光部分のクロム薄膜を除去した。これにより、遮光部分および透光部分が周期的に繰り返されるラインアンドスペースのパターン１６が蛍光膜１５上に形成される。なお、実施例のパターンにおける遮光部分と透光部分とのピッチは０．５μｍとした。【００９８】
最後に、ＦＯＰ１２の最上層に保護膜１７としての耐水膜を形成する。実施例では、周期パターン１６を形成した後、ＦＯＰ１２にテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）溶液をスピンコートで均一に薄く塗布した。その後、ＦＯＰ１２を１６０℃に設定した乾燥機内で１時間加熱し、ＴＥＯＳの加水分解・縮重合反応を進めて二酸化ケイ素の重合体を生成した。上記反応によって得られた二酸化ケイ素は極めて緻密なアモルファス状の膜を成していた。以上の工程によって、撮像ユニット１１の光学素子部分が完成する。【００９９】
＜光学素子および撮像ユニットの構成例２＞【０１００】
図５は、光学素子を備えた撮像ユニットの構成の別例を示している。図５の撮像ユニット１１ｂは、入射面の波長選択膜１４が紫外線の光路を９０度折り返すミラーとして機能する構成である。なお、図５に示す撮像ユニット１１ｂの説明では、上述の実施形態と同一の構成には同一符号を付して重複説明を省略する。【０１０１】
図５に示す撮像ユニット１１ｂのＦＯＰ１２ａは、入射端面が出射端面に対して４５度傾斜した形状に研削および研磨したものが用いられている。このＦＯＰ１２ａには、図５の下から順に波長選択膜１４および蛍光膜１５が積層して形成されている。また、ＦＯＰ１２ａの射出面には、撮像素子１３が取り付けられている。なお、図５の例における波長選択膜１４は、膜面に対する紫外線の入射角を考慮して、４５度入射で使用される構成にする必要がある。【０１０２】
図５に示す撮像ユニット１１ｂの構成によっても、波長選択膜１４によってＦＯＰ１２ａ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ＦＯＰ１２ａの劣化を抑制できる。また、紫外域の計測光は蛍光膜１５で蛍光に変換されて波長選択膜１４を透過するため、本実施形態の構成においても蛍光を用いて計測を確実に行うことができる。【０１０３】
＜光学特性計測装置の構成例１＞【０１０４】
図６は、実施形態の一例に係る光学特性計測装置の概略構成図である。図６に示す光学特性計測装置は、例えば、露光装置の投影光学系のディストーションを計測するために用いられるモアレ縞計測装置である。図６に示す光学特性計測装置には、図１に示す撮像ユニット１１が組み込まれている。なお、図６の装置構成の説明では、上述の実施形態と同一の構成には同一符号を付して重複説明を省略する。【０１０５】
図６に示す光学特性計測装置は、ＡｒＦエキシマレーザ光源またはＫｒＦエキシマレーザ光源を含む照明光学系２１と、第１周期パターン２２を設けた基板２３と、撮像ユニット１１とを備えている。なお、図６の説明では、撮像ユニット１１に設けられた周期パターン１６が第２周期パターン２４を構成する。【０１０６】
図６の光学特性計測装置において、照明光学系２１からの計測光（短波長紫外線）は、基板２３の第１周期パターン２２を透過する。第１周期パターン２２は、被検光学系２５（露光装置の投影光学系）の物体面（またはその近傍）に配置されており、ラインアンドスペースによる明暗の繰り返しパターンを有している。第１周期パターン２２により回折した計測光は、被検光学系２５を介して撮像ユニットに入射する。【０１０７】
撮像ユニット１１に入射する紫外域の計測光は、第２周期パターン２４の透光部分から蛍光膜１５に入射する。そして、紫外域の計測光によって蛍光膜１５で発生した蛍光は、波長選択膜１４を透過するとともに、ＦＯＰ１２を介して撮像素子１３に導かれる。これにより、撮像ユニット１１の撮像素子１３は、計測光が第１周期パターン２２および第２周期パターン２４を通過することで形成されるモアレ縞を検出する。そして、検出されたモアレ縞に基づいて、被検光学系２５のディストーションが計測される。なお、上述のように、蛍光膜１５を透過した紫外線は波長選択膜１４で反射するので、ＦＯＰ１２への紫外線の入射はほぼカットされる。【０１０８】
図６に示す光学特性計測装置はＦＯＰ１２を使用することで、被検光学系２５の像面内の広い範囲のディストーションを一括してかつ高精度に計測できる。そのため、光学特性計測装置に巨大なリレーレンズが不要となり、装置の構成を容易に小型化できる。また、図６に示す光学特性計測装置では、図１と同様の構成の撮像ユニット１１を使用するため、短波長紫外線によるＦＯＰ１２の劣化が極めて少なく、装置全体の耐久性、信頼性を確保できる。また、短波長紫外線による計測が可能となるので、計測の精度が向上する。被検光学系２５がエキシマレーザー等の短波長紫外線に用いるものである場合、実際の使用条件における光学特性を計測することが可能になる。【０１０９】
＜光学特性計測装置の構成例２＞【０１１０】
また、図７は、実施形態の別例に係る光学特性計測装置の概略構成図である。図７に示す光学特性計測装置は、例えば露光装置の投影光学系の波面収差および開口数を計測するために用いられる。また、図７に示す光学特性計測装置には、図５に示す撮像ユニット１１ｂが組み込まれている。そのため、図７の装置構成の説明では、上述の実施形態と同一の構成には同一符号を付して重複説明を省略する。【０１１１】
図７に示す光学特性計測装置は、照明光学系２１と、ピンホールを設けた基板２３ａと、リレーレンズ２６と、撮像ユニット１１ｂと、マイクロレンズアレイ２７および検出装置２８とを備えている。【０１１２】
図７に示すように、照明光学系２１からの紫外域の計測光は、基板２３ａに設けられたピンホールを透過する。ピンホールは、被検光学系２５の物体面（またはその近傍）に配置されている。ピンホールにより回折した紫外域の計測光は、被検光学系２５を介してリレーレンズ２６を透過することで平行光に変換される。そして、リレーレンズ２６を透過した紫外域の計測光は、撮像ユニット１１ｂに入射する。【０１１３】
ここで、撮像ユニット１１ｂは、ＦＯＰ１２ａの入射面が被検光学系２５の光軸に対して４５度傾斜した状態で配置されている。そして、紫外域の計測光は撮像ユニット１１ｂの蛍光膜１５に入射したときに蛍光を発生させる。この蛍光は、ＦＯＰ１２ａの波長選択膜１４を透過するとともに、ＦＯＰ１２ａを介して撮像素子１３に導かれる。これにより、撮像ユニット１１ｂの撮像素子１３は、計測光の光量分布を検出できる。この場合、被検光学系２５を介した紫外域の計測光を平行光に変換してから撮像素子１３により光量分布を検出しているため、撮像素子１３での検出結果から被検光学系２５の開口数を求めることができる。【０１１４】
一方、蛍光膜１５を透過した紫外線はＦＯＰ１２ａの波長選択膜１４で反射し、その光路が９０度折り返されてマイクロレンズアレイ２７に入射する。このマイクロレンズアレイ２７は、被検光学系２５の瞳面と光学的に共役な位置（またはその近傍）に配置されている。マイクロレンズアレイ２７によって集光された紫外域の計測光は検出装置２８に入射する。検出装置２８では、マイクロレンズアレイ２７によって集光された紫外域の計測光の点像が検出される。そして、この検出した点像の位置ズレ量から被検光学系２５の波面収差を計測することができる。【０１１５】
図７に示す光学特性計測装置では、蛍光膜１５で発生して波長選択膜１４を透過した蛍光と、波長選択膜１４で反射した紫外域の計測光とを用いて、被検光学系２５の様々な光学特性を計測することができる。また、図７に示す光学特性計測装置では、図５の構成の撮像ユニット１１ｂを使用するため、短波長紫外線によるＦＯＰの劣化が極めて少なく、装置全体の耐久性、信頼性を確保できる。【０１１６】
＜光学特性計測装置の構成例３＞
図８は、実施形態の別例に係る光学特性計測装置、シアリング型干渉計の概略構成図である。図８に示すシアリング型干渉計は、例えば露光装置に搭載される投影光学系等の被検光学系２５の波面収差（光学特性）を計測するための装置である。なお図８に示す光学特性計測装置には、図２に示す撮像ユニット１１aが組み込まれている。そのため、図８の装置構成の説明では、上述の実施形態と同一の構成には同一符号を付して重複説明を省略する。【０１１７】
図８に示すように、照明光学系２１からの紫外域の計測光は、基板１０に設けられたピンホールパターン１０ａを透過する。ピンホールパターン１０ａにより回折した紫外域の計測光は、被検光学系２５を介して、回折格子２０に入射する。回折格子２０は、被検光学系２５の像面またはその近傍に配置されている。回折格子２０を透過した紫外域の計測光は、撮像ユニット１１aに入射する。【０１１８】
撮像ユニット１１ａに入射した紫外域の計測光は、蛍光膜１５で可視域の計測光に変換される。蛍光膜１５は、ＦＯＰ１２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ように蒸着により形成されている。蛍光膜１５により変換された可視域の計測光（蛍光）は、波長選択膜１４を通過するとともに、ＦＯＰ１２を介して撮像素子１３に導光される。撮像素子１３は、回折格子２０を通過することにより発生した回折光同士による干渉により発生した干渉縞を検出する。そして、検出された干渉縞から被検光学系２５の波面収差を計測する。【０１１９】
この図８に示すシアリング型干渉計によれば、ＦＯＰ１２を備えているため、巨大なリレー光学系等を設ける必要がなく、装置自体を小型化できる。したがって、小型の装置であっても、被検光学系２５の像面内の広い領域における干渉縞を一度に且つ高精度に計測することができる。また、ＦＯＰ１２の入射面にＦＯＰ１２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１５が形成されているため、ＦＯＰ１２の横分解能の低下を抑制しつつ、紫外域の計測光を可視域の計測光に変換することができ、可視域の計測光を確実に撮像素子１３に導光することができる。更に、蛍光膜１５によって、紫外域の計測光を可視域の計測光に変換しているため、コヒーレントノイズの発生を低減することができる。したがって、コヒーレントノイズの発生防止のための回転拡散板等を設ける必要がないため、更なる装置のコンパクト化を図ることができる。【０１２０】
＜光学特性計測方法の説明＞【０１２１】
次に、光学特性計測装置が備えるＦＯＰの光学特性を計測する方法の一例を説明する。光学特性計測装置で計測を行うにあたり、ＦＯＰ自体がディストーション等の光学特性を有する場合がある。そのため、精度の高い計測を行うためには、ＦＯＰの光学特性を予め計測しておくことが望ましい。【０１２２】
図９は、ＦＯＰの光学特性を計測する方法の一例を説明する流れ図である。また、図１０は、ＦＯＰの光学特性を計測するときの装置構成を説明する概略構成図である。ここで、図９および図１０では、図２に示す撮像ユニット１１ａを用いることを前提として説明を行う。なお、図９、図１０に関する説明では、上述の実施形態と同一の構成については同一符号を付して重複説明を省略する。【０１２３】
ステップＳ１０１：投影光学系ＰＬの物体面（またはその近傍）に、第１周期パターン（２２）が設けられている第１基板（２３）を配置する（第１配置工程）。【０１２４】
ステップＳ１０２：ＦＯＰ１２の入射面が投影光学系ＰＬの像面（またはその近傍）に位置するように、ＦＯＰ１２を配置する（第２配置工程）。【０１２５】
ここで、図１０の例において、ＦＯＰ１２の入射面には、第２周期パターン３１が形成された第２基板３２が着脱可能に配置される。また、ＦＯＰ１２の射出面には、第３周期パターン３３が形成された第３基板３４が挿抜可能に配置される。なお、図１０は、ＦＯＰ１２の入射面に第２基板３２を配置し、ＦＯＰ１２の射出面に第３基板３４を配置した状態を示している。また、第２周期パターン３１および第３周期パターン３３は、それぞれ周期性をもつパターン、すなわちラインアンドスペースによる明暗の繰り返しパターンを有している。なお、第１周期パターン２２と第２周期パターン３１とのパターン幅、パターン間隔は、互いに等しくても互いに異なっていてもよい。また、第１周期パターン２２と第３周期パターン３３とのパターン幅、パターン間隔は、互いに等しくても互いに異なっていてもよい。一方、第２周期パターン３１と第３周期パターン３３とのパターン幅、パターン間隔は、互いに等しいことが望ましい。【０１２６】
ステップＳ１０３：ＦＯＰ１２の入射面に第２基板３２を配置するとともに、ＦＯＰ１２の射出面側に検出装置としての撮像素子１３を配置する（検出装置配置工程）。なお、Ｓ１０３の段階では、ＦＯＰ１２の射出面から第３基板３４を外しておく。【０１２７】
ステップＳ１０４：次に、照明光学系２１から射出される計測光により、第１周期パターン２２を照明する（照明工程）。【０１２８】
ステップＳ１０５：撮像素子１３によって、第１周期パターン２２および第２周期パターン３１で形成された第１モアレ縞を計測する（第１計測工程）。【０１２９】
ステップＳ１０６：ＦＯＰ１２の入射面側から第２基板３２を外すとともに、ＦＯＰの射出面に第３基板３４を配置する。そして、撮像素子１３によって、第１周期パターン２２および第３周期パターン３３で形成された第２モアレ縞を計測する（第２計測工程）。【０１３０】
ここで、Ｓ１０５で計測した第１モアレ縞と、Ｓ１０６で計測した第２モアレ縞との間に相対的な位置ズレが生じていない場合には、ＦＯＰ１２がディストーションを有していないと判断できる。一方、第１モアレ縞と第２モアレ縞との間に相対的な位置ズレが生じる場合には、ＦＯＰ１２がディストーションを有していると判断できる。この場合には、第１モアレ縞と第２モアレ縞との相対的な位置ズレ量からＦＯＰ１２のディストーション量を計測し、この計測結果に基づいてＦＯＰ１２のディストーションの補正を行う。具体的には、計測されたＦＯＰ１２のディストーション量をオフセット値として、投影光学系ＰＬの光学特性を計測するときに計測結果の校正を行えばよい。したがって、上記の光学特性計測方法によれば、光学特性計測装置におけるＦＯＰ１２のディストーションを校正できるので、投影光学系ＰＬの光学特性を高い精度で計測できる。【０１３１】
＜露光装置の構成の説明＞【０１３２】
図１１は、露光装置の構成例を示す概略図である。なお、図１１では、ウエハＷ（感光性基板）に露光を行う露光装置の例を説明する。【０１３３】
また、以下の説明では、図１１に示すＸＹＺ直交座標系を設定するとともに、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸およびＹ軸がウエハＷに対して平行となり、Ｚ軸がウエハＷに対して直交する方向に設定されている。また、Ｘ軸は図１１の紙面に平行な方向とし、Ｙ軸は図１１の紙面に垂直な方向とする。【０１３４】
図１１に示す露光装置は、照明光学系４１と、マスクステージ４２と、投影光学系ＰＬと、ウエハステージ４３とを備えている。照明光学系４１は、露光光を供給するための光源を含み、照明光学系４１から射出した光はマスクＭを重畳的に均一な照度で照明する。この図１１の例では、ｉ線用のランプ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2レーザなどが上記の光源に用いられる。なお、上記の光源としては、ＤＵＶ（深紫外）やＶＵＶ（真空紫外）の光を発生する光源を用いることも可能である。【０１３５】
マスクステージ４２は、投影光学系ＰＬの物体面（またはその近傍）に配置される。このマスクステージ４２には、マスクＭ（または第１周期パターン４４ａが形成された光学特性計測用の基板４４）が載置される。【０１３６】
投影光学系ＰＬは、マスクＭに形成されているパターンをウエハＷ上に投影する。投影光学系ＰＬは複数の光学部材により構成されており、マスクＭに形成されているパターンを所定の倍率（縮小倍率、等倍率または拡大倍率）でウエハＷ上に投影する。【０１３７】
ウエハステージ４３は、Ｘ軸およびＹ軸に移動可能なＸＹステージと、Ｚ軸方向に移動可能でかつＺ軸に対して傾斜可能なＺステージとを有している。また、ウエハステージ４３には、ウエハＷを吸引により保持するウエハホルダ４５が設けられている。そして、ウエハステージ４３には、投影光学系ＰＬの像面内においてウエハＷが載置される。これにより、ウエハステージ４３をＸＹ平面内で二次元的に駆動させることで、ウエハＷの各露光領域にマスクＭの転写パターンを逐次露光することができる。【０１３８】
また、図１１に示す露光装置は、投影光学系ＰＬのディストーションを計測するために、ウエハステージ上に、図６と同一構成の光学特性計測装置を備えている。投影光学系ＰＬのディストーションを計測するときには、まず、第１周期パターン４４ａが形成されている基板４４をマスクステージ４２に載置する。また、ウエハステージ４３をＸ方向に移動させて、投影光学系ＰＬを介した光がＦＯＰ１２の入射面に形成されている第２周期パターン２４を照射できる状態とする。【０１３９】
そして、照明光学系４１からの光は第１周期パターン４４ａを透過し、被検光学系（ＰＬ）を介して撮像ユニット１１に入射する。撮像ユニット１１では、第２周期パターン２４を透過した紫外線が蛍光膜１５で蛍光に変換されるとともに、上記の蛍光は波長選択膜１４を透過してＦＯＰ１２により撮像素子１３に導かれる。撮像素子１３は、計測光が第１周期パターン４４ａおよび第２周期パターン２４を通過することで形成されるモアレ縞を検出する。そして、検出されたモアレ縞の位置から投影光学系ＰＬのディストーションが計測される。【０１４０】
図１１に示した露光装置によれば、投影光学系ＰＬのディストーションを計測するための光学特性計測装置（モアレ縞計測装置）を備えているので、投影光学系ＰＬのディストーションを高精度に計測できる。したがって、計測結果に基づいてディストーションが補正された投影光学系ＰＬによって、マスクＭに形成されているパターンをウエハＷ上に高精度に露光できる。なお、図１１に示す露光装置は、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に屈折率１以上の液体を介在させた液浸型の露光装置であってもよい。【０１４１】
＜露光方法およびデバイスの製造方法の説明＞【０１４２】
図１１に示す露光装置では、投影光学系ＰＬを用いてマスクＭにより形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）に露光することにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッドなど）を製造できる。なお、感光性基板は、感光性組成物（フォトレジスト）を塗布した基板（例えば、半導体基板、ガラス基板、セラミック基板、金属基板）であってもよい。【０１４３】
以下、上記の実施形態に係る走査型露光装置を用いて、感光性基板としてのウエハ等に回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき、図１２の流れ図を参照しつつ説明する。【０１４４】
ステップＳ２０１：１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。【０１４５】
ステップＳ２０２：１ロットのプレートの金属膜上（ウエハ上の金属膜上）にフォトレジストが塗布される。【０１４６】
ステップＳ２０３：上述の実施形態に係る露光装置を用いて、照明光学系によりマスクに形成されたパターンを照明し（照明工程）、照明されたパターンの像を投影光学系によりウエハ上に形成し（形成工程）、パターンを１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写する。なお、投影光学系の光学特性は、上記の実施形態における光学特性計測装置により計測され、その計測結果に基づいて補正されている。【０１４７】
ステップＳ２０４：その１ロットでのウエハ上のフォトレジストの現像が行われる。【０１４８】
ステップＳ２０５：その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスクにより形成されたパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。【０１４９】
その後、さらに上のレイヤについての回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイスの製造方法によれば、上述の実施形態に係る光学特性計測装置によって、投影光学系の光学特性が高い精度で計測され、この計測結果に基づく補正で高精度の露光が行われる。そのため、良好な半導体デバイスを得ることができる。【０１５０】
なお、図１２のＳ２０１からＳ２０５では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして、露光、現像、エッチングの各工程を行っている。これらの工程に先だって、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成した後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして、露光、現像、エッチングの各工程を行ってもよい。【０１５１】
さらに、上述の実施形態に係る露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターンなど）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１３の流れ図を参照しつつ、このときの手法の一例につき説明する。【０１５２】
図１３において、ステップＳ３０１のパターン形成工程では、上述の実施形態に係る露光装置を用いてマスクのパターンをプレートに露光転写する、いわゆる光リソグラフィ工程が実行される。なお、図１２の場合と同様に、投影光学系の光学特性は、上記の実施形態における光学特性計測装置により計測され、その計測結果に基づいて補正されている。【０１５３】
この光リソグラフィ工程によって、プレート上には多数の電極等を含むパターンが形成される。その後、露光されたプレートは、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、プレート上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程（Ｓ３０２）に移行する。【０１５４】
ステップＳ３０２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Ｒｅｄ），Ｇ（Ｇｒｅｅｎ），Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応する３つのドット組をマトリクス状に多数配列したカラーフィルタ、またはＲ，Ｇ，Ｂに対応する３本のストライプのフィルタ組を水平走査線の方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程の後に、セル組立工程（Ｓ３０３）が実行される。【０１５５】
ステップＳ３０３のセル組立工程では、例えば、パターン形成工程（Ｓ３０１）で得られたパターンを有するプレートと、カラーフィルタ形成工程（Ｓ３０２）で得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して液晶パネル（液晶セル）を製造する。【０１５６】
その後、ステップＳ３０４のモジュール組立工程において、Ｓ３０３で組み立てた液晶パネル（液晶セル）に対して、液晶パネルの表示動作を行う電子回路やバックライト等の各部品を取り付ける。これにより、液晶表示素子が完成する。【０１５７】
上述の液晶表示素子の製造方法によれば、上述の実施形態に係る光学特性計測装置によって、投影光学系の光学特性が高い精度で計測され、この計測結果に基づく補正で高精度の露光が行われる。そのため、良好な液晶表示素子を得ることができる。【０１５８】
＜発明の実施の形態１の補足事項＞【０１５９】
（１）図１および図２に示す撮像ユニットにおいて、蛍光膜の表面には必ずしも保護膜を形成しなくともよい。また、上記実施形態の各々の撮像ユニットにおいて、ＦＯＰと波長選択膜との層間、または波長選択膜と蛍光膜との層間に他の薄膜（例えばフッ化物材料の保護膜など）をさらに形成するようにしてもよい。【０１６０】
（２）上記の各実施形態に示す光学素子（蛍光膜および波長選択膜を形成したＦＯＰ）や、この光学素子を有する撮像ユニットは、例えば、紫外線を用いた光学特性計測装置に広く適用することができる。例えば、干渉計や透過率計測装置などに上記の光学素子を適用してもよい。
［発明の実施の形態２］【０１６１】
図１４は、この発明の実施の形態２の撮像ユニットを示す。【０１６２】
撮像ユニット１１ａは、複数の光ファイバーを束にして構成されたＦＯＰ１２と、ＦＯＰ１２の射出面に配置された撮像素子１３と、ＦＯＰ１２の入射面に積層された波長選択膜１４、蛍光膜１５、及び保護膜１７とを備えており、周期パターン１６を設けない他は発明の実施の形態１の撮像ユニット１１の構成と同様である。【０１６３】
この撮像ユニット１１ａでは、波長選択膜１４は、設計中心波長のλ／４の光学膜厚で形成した複数種類の誘電体薄膜を積み上げることで、紫外線を反射すると共に蛍光を透過する特性を有する膜となっている。また、波長選択膜１４と蛍光膜１５とから誘電体多層膜が構成されており、波長選択膜１４がＦＯＰ１２と蛍光膜１５との間に配置されて光学素子が構成されている。そして、この光学素子が可視光用のＣＣＤからなる撮像素子１３の受光面に配置され、この受光面にＦＯＰ１２の射出面が接着又は接触されることで撮像ユニット１１aが構成されている。【０１６４】
このような撮像ユニット１１aでは、ＦＯＰ１２の入射面側に紫外線が照射されると、保護膜１７を透過して蛍光膜１５に到達し、蛍光膜１５で少なくとも一部の紫外線により蛍光を発して可視光化する。可視光化せずに蛍光膜１５を透過した紫外線は、波長選択膜１４に到達して反射される。一方、蛍光は波長選択膜１４を透過してＦＯＰ１２の入射面に達し、ＦＯＰ１２により導光されて撮像素子１３の受光面に到達し、撮像に供される。【０１６５】
このような撮像ユニット１１aによれば、紫外線を可視光用ＣＣＤにより観察したり測定することが可能である。特に、フッ化物を母材とし、遷移元素又は希土類元素を賦活材としてドープした材料からなる蛍光膜１５や、フッ化物からなる波長選択膜１４を用いれば、波長１９３ｎｍの紫外線像を可視用のＣＣＤにより観察や測定が可能である。【０１６６】
この紫外線の観察や測定では、紫外線が波長選択膜１４により反射されるため、ＦＯＰ１２が紫外線により劣化し難い。また、仮に、紫外線の一部がＦＯＰ１２に到達しても、ＦＯＰ１２が紫外線を透過不能であるため、撮像素子１３に紫外線が到達することがなく、可視光用ＣＣＤが紫外線により破壊されることがない。【０１６７】
また、蛍光膜１５が賦活材が母材にドープされて形成された薄膜であるため、配置スペース等が不要でＦＯＰ１２の入射面に容易に配置できる上、紫外線や蛍光が透過する間に不鮮明になることを防止して紫外線の観察や測定を精度良く行い易い。【０１６８】
更に、蛍光膜１５及び波長選択膜１４からなる誘電体多層膜をＦＯＰ１２に設けるだけで、紫外線を反射する機能と蛍光を発する機能とが得られ、構成を簡単にし易い。特に、この実施の形態では、波長選択膜１４を構成する誘電体薄膜とは別に蛍光膜１５が設けられているため、蛍光膜１５を波長選択膜１４を構成する誘電体薄膜より厚肉に形成することが可能であり、蛍光膜１５の蛍光を強くし易い。
［発明の実施の形態３］【０１６９】
図１５は、この発明の実施の形態３の撮像ユニットを示す。【０１７０】
この撮像ユニット１１cは、発明の実施の形態２の波長選択膜１４及び蛍光膜１５の代わりに、ＦＯＰ１２の入射面上に蛍光誘電体多層膜１８が積層されて光学素子が構成されており、その他は、発明の実施の形態２と同様の構成である。【０１７１】
蛍光誘電体多層膜１８は、複数の誘電体薄膜が積層されて構成されており、そのうちの少なくとも１層が所定膜厚に形成された蛍光膜からなる。蛍光膜からなる誘電体薄膜は、１層であっても、複数層であってもよく、全ての層であってもよい。蛍光膜の層数が多い程、蛍光誘電体多層膜１８で発する蛍光を強くできる。【０１７２】
この蛍光誘電体多層膜１８では、蛍光膜を含む全ての誘電体薄膜を、例えば設計中心波長のλ／４の光学膜厚で形成して４２層積み上げることで、紫外線を反射すると共に蛍光を透過する特性を有する波長選択膜が構成されている。【０１７３】
このような撮像ユニット１１cでは、ＦＯＰ１２の入射面側に紫外線が照射されると、保護膜を透過して紫外線が蛍光誘電体多層膜１８に到達する。蛍光誘電体多層膜１８では、入射した紫外線が層構造により反射されるが、その際、蛍光誘電体多層膜１８の層を構成する蛍光膜に紫外線が照射されるため、この蛍光膜の層で紫外線の一部により蛍光を発して可視光化する。この蛍光は、その後蛍光誘電体多層膜１８を透過し、ＦＯＰ１２の入射面に達し、ＦＯＰ１２で導光されて撮像素子１３の受光面に到達して撮像に供される。【０１７４】
このような撮像ユニット１１cであっても、発明の実施の形態２と同様の作用効果を得ることができ、紫外線を可視光用ＣＣＤにより観察したり測定することが可能であり、紫外線によるＦＯＰ１２の劣化や撮像素子１３の破壊を防止できる。また、膜であるため、ＦＯＰ１２の入射面に容易に配置できる上、紫外線や蛍光が透過する間に不鮮明になることを防止し易い。更に、蛍光誘電体多層膜１８により、紫外線を反射する機能と蛍光を発する機能とが得られ、構成を簡単できる。特に、この実施の形態では、紫外線を反射する特性で蛍光誘電体多層膜１８を構成するだけで、蛍光を発する機能が得られるため、容易に構成することが可能である。【０１７５】
なお、上記実施の形態２及び３は、この発明の範囲内において、適宜変更することが可能である。例えば、上記では、撮像素子１３により紫外線の観察又は測定するように構成したが、目視等、他の方法で行うのであれば、撮像素子１３を設けることなく、紫外線の観察又は測定を行うことが可能である。【０１７６】
また、上記では、光学基材としてＦＯＰ１２を用いた例について説明したが、他の光学基材を用いることも可能である。【０１７７】
更に、上記では、撮像素子１３の受光面にＦＯＰ１２が配置され、このＦＯＰ１２の入射面側に蛍光膜１５や蛍光誘電体多層膜１８が配置されている例について説明したが、特に限定されるものではなく、撮像素子１３の受光面に、ＦＯＰ１２等の光学基材を用いることなく、蛍光膜１５や蛍光誘電体多層膜１８を設けることで、撮像ユニットを構成することも可能である。【０１７８】
例えば、図１６に示すように、撮像素子１３の受光面に蛍光誘電体多層膜１８と、保護膜１７とが積層され、蛍光誘電体多層膜１８を撮像素子１３の受光面に接して設けてもよい。このような構成であっても、蛍光誘電体多層膜１８により、紫外線を反射することができ、また、蛍光誘電体多層膜１８の蛍光膜により発した蛍光を撮像素子１３の受光面で受光して撮像に供することが可能である。
［発明の実施の形態４］【０１７９】
図１７は、この発明の実施の形態４の光学素子を備えた露光装置の概略図である。この露光装置は、投影光学系６０の構成が異なる他は、発明の実施の形態１で説明した露光装置と同様に構成されている。【０１８０】
この投影光学系６０は、レンズ等の光学素子６１、６２、・・・（光学素子６１、６２を含む複数の光学素子）が多数配列して構成されており、照明光学系４１からの紫外線が、マスクステージ４２を介して照射され、投影光学系６０内で所望の光束にされて、ウエハＷ上へ照射するようになっており、投影光学系６０内には所定の光路が形成されている。この発明の実施の形態４では、このような照明光学系４１を構成する少なくとも一つ又は複数の光学素子６１、６２、・・・の入射面及び射出面の少なくとも一方、好ましくは両方に、誘電体多層膜からなる反射防止膜５３が設けられている。【０１８１】
各光学素子６１、６２、・・・は、それぞれ照明光学系４１から照射される紫外線が透過可能であると共に可視光が透過可能な光学基材の表面に、反射防止膜５３が積層されることで構成されている。ここでは、光学基材は、例えば、石英ガラス、フッ化カルシウム結晶等から形成されている。【０１８２】
また、反射防止膜５３は、複数の誘電体薄膜が積層されて形成されており、少なくとも１層の誘電体薄膜が蛍光膜からなっている。ここでは、光学基材の屈折率よりも高い高屈折率層と低い低屈折率層とが交互に積層されており、高屈折率層及び低屈折率層は何れもフッ化物から形成されている。蛍光膜は、高屈折率層と低屈折率層との何れであってもよく、また、反射防止膜５３のうちの１層であっても、複数層であってもよく、全ての層であってもよい。蛍光膜の層数が多い程、各光学素子６１、６２、・・・の蛍光を強くできる。【０１８３】
このような光学素子６１、６２、・・・を備えた露光装置では、照明光学系４１から紫外線がマスクステージ４２を介して投影光学系６０へ照射されると、各光学素子６１、６２、・・・の反射防止膜５３により反射が防止されて高い透過率で紫外線を透過させることができると共に、反射防止膜５３中の蛍光膜により各光学素子６１、６２、・・・毎に蛍光を発して紫外線を可視化することができ、投影光学系６０内の紫外線の光路を観察したり、測定することが可能である。【０１８４】
そのため、ビームチェッカ等の紫外線を可視化するための手段を用いることなく、投影光学系６０の紫外線の観察や測定を容易に行える。また、各反射防止膜５３の耐久性が高いため、露光装置に常時配置して定常的に紫外線の観察や測定を行うことが可能である。しかも、反射防止膜５３の蛍光膜が十分に薄肉であり、蛍光膜を設けることにより投影光学系６０における光路が変化することがなく、光路の設計が容易である。【０１８５】
なお、上記では、投影光学系６０を構成する光学素子６１、６２、・・・に蛍光膜を有する例について説明したが、特に限定されるものではなく、他の光学素子からなる他の光学系であっても、全く同様にこの発明を適用可能である。【０１８６】
更に、上記では、光学素子及び光学系として、紫外線が透過可能な例について説明したが、例えば、図１８に示すように、紫外線が透過不能で可視光が透過可能な光学基材により形成された光学素子７１、７２、・・・（７１、７２を含む複数の光学素子）から光学系７０を構成し、紫外線が照射される光学素子７１の入射面に十分に厚肉の蛍光膜５５を設け、蛍光膜５５により発した可視光が各光学素子７１、７２、・・・を透過して光路が形成される構成であってもよい。【０１８７】
なお、本発明は、その精神またはその主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明は、特許請求の範囲によって示されるものであって、本発明は明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内である。
【実施例】
【０１８８】
以下、この発明の実施例について説明する。【０１８９】
＜蛍光体＞【０１９０】
蒸着原料の蛍光体として、フッ化物母材に賦活材を含む蛍光体を合成し、焼結体を作製した。表１に示すように、母材をフッ化ランタン（ＬａＦ３）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、ＣＬＦ、フッ化カルシウムとフッ化イットリウムの固溶体混晶（ＣＹＦ：ＣａｘＹ１−ｘＦ３−ｘ）、またはフッ化ガドリニウム（ＧｄＦ３）とした。また、賦活材をユーロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、サマリウム（Ｓｍ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、セリウム（Ｃｅ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、またはイッテルビウム（Ｙｂ）から選択される1種または２種とし、表１に示す賦活材の濃度で蛍光体を合成した。各焼結体に紫外線が照射されたときに得られる蛍光の色を表１に示した。なお、表１における濃度は、母材のカチオン成分に対する賦活材の濃度を原子％で示したものである。【０１９１】
本蛍光体の合成には、例えば特開２００６−２０６３５９に記載されているように、上述の水熱合成法により生成したＣＬＦ、ＬａＦ３、ＣａＦ２、ＹＦ３、ＣＹＦまたはＧｄＦ３の微結晶粒子と希土類金属（Ｅｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｃｅ、Ｈｏ、Ｅｒ、またはＹｂ）の酢酸塩水溶液を混合した原料粉末を使用した。
本原料粉末をペレット状に加圧成形し、電気炉を用いて温度８００℃にて１時間加熱し高温焼結した。この焼結過程において、希土類金属イオンは母材微結晶中に拡散し、カチオンのサイトを置換したり、格子間の空隙部に侵入して賦活されていると考えられる。【０１９２】
【表１】
2009113544.tif 000003
【０１９３】
＜蛍光膜＞【０１９４】
このようにして作製した蛍光体へ波長１９３ｎｍの光を照射し、強い発光が確認されたもの（表１中の成膜欄に○印が記載されているもの）を成膜し、蛍光膜を作製した。表１に示すように、母材を、フッ化ランタン（ＬａＦ3）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化ガドリニウム（ＧｄＦ３）及びフッ化カルシウムランタン（ＣＬＦ）からなる群から選択し、賦活材が、ユーロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）、及びプラセオジム（Ｐｒ）からなる群から選択して蛍光体を作製した場合、波長１９３ｎｍの光に対し、強い発光が確認された。【０１９５】
蛍光膜は、Ｍｏボート上に蛍光体の焼結体を載置し、抵抗加熱式の真空蒸着法を用いて基板上に成膜した。基材は平行平板形状の石英ガラス（φ３０）を使用し、膜厚は５００ｎｍとした。また、蒸着時には、基材は３００℃に加熱した。この理由は、フッ化物膜の膜強度および膜質を向上させるためと、薄膜中のフッ化物結晶粒子を成長させて結晶性を高め、また賦活材の拡散を促進することで蛍光発光の効率を高めるためである。【０１９６】
＜測定＞【０１９７】
作製した蛍光膜に波長１９３ｎｍのレーザ光を照射して、ファイバー分光器で蛍光スペクトルを測定することで、蛍光膜の好ましい母材・賦活材の組み合わせを探索した。ＬａＦ３：Ｔｂ蛍光膜に対する蛍光スペクトルの代表例を図１９に示した。【０１９８】
まず、母材がＬａＦ３であり、異なる希土類イオン（Ｅｕ，Ｓｍ，ＰｒおよびＴｂ）を賦活材とする蛍光膜について、その蛍光ピーク強度を比較した。表２に、これらの蛍光膜の蛍光ピーク強度とＬａＦ３：Ｅｕの蛍光ピーク強度を１として規格化した強度およびそれぞれの蛍光ピーク波長を示した。【０１９９】
この結果、ＬａＦ３：Ｔｂ蛍光膜が発する蛍光が、特に可視域で他の賦活材に対して突出して強いことが分かった。同じ母材で賦活材をＥｕとしたＬａＦ３：Ｅｕ薄膜の同条件における蛍光のピーク強度に比べて２７０倍もの強度を示した。【０２００】
この結果を受けて、賦活材をＴｂに限定し、母材が異なるフッ化物からなる蛍光膜について、蛍光強度の比較を行ったところ、表３に示す結果が得られた。【０２０１】
この結果、ＬａＦ３：Ｔｂという母材と賦活材の組合せが、波長１９３ｎｍの紫外線に対して、最も適していることが判明した。【０２０２】
更に、図２０に示す通り、蛍光膜の蛍光強度は、Ｔｂの賦活濃度が１〜８ａｔｏｍ％の範囲でほぼ比例して増加することが分かった。【０２０３】
【表２】
2009113544.tif 000004
【０２０４】
【表３】
2009113544.tif 000005
【０２０５】
続いて、本蛍光膜の分光透過率を測定した。ＬａＦ３：Ｔｂ（１，３および５ａｔｏｍ％賦活）蛍光膜の分光透過率と反射率から求めた光学定数（屈折率ｎと消衰係数ｋ）の分散を図２１に示した。ここで屈折率と消衰係数は、Ｆｏｒｏｕｈｉ−Ｂｌｏｏｍｅｒモデルに基づいて算出した。【０２０６】
本実施例で成膜したＬａＦ３：Ｔｂ膜は１ａｔｏｍ％賦活濃度では、一般的に用いられているＬａＦ３膜に比べて屈折率が低いことが分かった。また、消衰係数も１９３ｎｍにおいて２．２４×１０−３程度と真空紫外用ＬａＦ３膜に比べれば大きくなっていた。【０２０７】
蛍光を発光するためには、真空紫外線の一部を吸収しなければならないため、ある程度の損失は避けられない。しかしながら、フッ化物蛍光体であるという特性から、吸収したエネルギーは光として散逸するため、発熱による膜損傷には繋がりにくい。また、この損失には、５００ｎｍという光学薄膜としては厚い膜厚を形成したことによって、ＬａＦ３の柱状構造が著しく成長したことによる散乱の効果も含まれている。この散乱の効果は、膜厚を薄く（例えば光学膜厚がλ／４に相当する約３０ｎｍ）すれば抑えられる。この場合は多層構造として蛍光膜の総膜厚を厚くすれば、十分な蛍光を得ることができる。【０２０８】
また、本蛍光膜へ波長１９３ｎｍの光を照射した際の蛍光強度と、紫外線の放射束の関係を図２２に示した。これによると、蛍光強度は、紫外線の強度に対して比例して増加することが分かった。この事実は、蛍光強度分布が紫外線強度の分布を反映し、推定することが可能であることを意味する。【０２０９】
波長１９３ｎｍを持つ光に対する蛍光膜としては、ＬａＦ３：Ｔｂという組成が適していることが分かった。この組成は、１９３ｎｍレーザ光を利用する光学系において、高屈折率膜として一般的に用いられているＬａＦ３膜を置き換えることが可能であるという点で、非常に有用である。
なお、表１、表２に示す結果より、ＬａＦ３を母材とし、Ｐｒを賦活材とした場合、ＹＦ３、ＣＬＦ、ＧｄＦ３のいずれかを母材とし、Ｔｂを賦活材とした場合も、比較的高い蛍光ピーク強度が観察されており、実用性が高いことが確認された。また、表１の成膜欄に示した他の組合せについても、成膜条件や、賦活材濃度の調整などにより、短波長紫外線（たとえば、波長１９３ｎｍの光）に対し、蛍光膜として用い得るものと考慮される。【０２１０】
＜適用例＞【０２１１】
以下、蛍光膜を利用した光学薄膜を挙げ、通常の反射防止膜や誘電体多層高反射ミラーなどに蛍光発光の機能を付与した例を説明する。この際、光学薄膜として用いたＬａＦ３層の厚みは、厚くても設計中心波長の半波長、つまり約１００ｎｍと極薄くした。従って、光学薄膜として蛍光膜を使用する場合、蛍光強度ができるだけ高い必要がある。本発明で見出したＬａＦ３：Ｔｂという組成は、十分に強い蛍光を発光することが確認できた。もちろん、本蛍光膜は蛍光発光機能を有する単体の膜として利用することも可能である。【０２１２】
＜蛍光反射防止膜＞【０２１３】
波長１９３ｎｍを持つ光に対する蛍光膜として好ましい組成ＬａＦ３：Ｔｂを使用し、反射防止膜を構成した。【０２１４】
元となる反射防止膜は、設計中心波長λ０を１９３ｎｍとして、基材を石英ガラス（屈折率：１．５５）、高屈折率層としてＬａＦ３層（屈折率１．６９）を、また、低屈折率層としてＭｇＦ２層（屈折率１．４２）をそれぞれ使用し、計６層で構成されるものである。それぞれの光学膜厚は基材側から順に、第１層０．２６λ０、第２層０．０８λ０、第３層０．１０λ０、第４層０．３３λ０、第５層０．２８λ０、第６層０．２７λ０とした。これらの層のうち、第１層、第３層、及び第５層がＬａＦ３層であり、その他の層がＭｇＦ２層である。本構成を選択した理由は、ＬａＦ３層の総厚が約１００ｎｍと厚く、蛍光膜で置換した際の蛍光発光の強度を増すためである。【０２１５】
このような元となる反射防止膜中のＬａＦ３層をＬａＦ３：Ｔｂ（５ａｔｏｍ％賦活）蛍光膜層と置き換えたところ、そのまま蛍光反射防止膜を構成し成膜することができた。【０２１６】
更に、本蛍光反射防止膜を平行平板形状の石英ガラスの両面に成膜し、分光反射・透過率を測定した。これを図２３に示した。反射率は波長１９３ｎｍ付近で０．１％程度まで低下しており、反射防止効果が十分に得られていることが分かった。もっとも反射率が低下している波長は１９３ｎｍよりも短波長側にシフトし１９２ｎｍであるが、これは、ＬａＦ３：Ｔｂ蛍光膜がＬａＦ３薄膜に比べて屈折率が若干低いこと、および、損失が若干大きいことに因っている。【０２１７】
一方、透過率は、１９３ｎｍにおいて約９８％程度となり、本来の反射防止膜の性能に比べると、低い値となった。しかしながら、両面未成膜の石英ガラスの透過率は９０％程度であるから、蛍光発光に伴う損失分を考慮すれば、高い透過率を維持したと言える。【０２１８】
次に、本蛍光反射防止膜を成膜した石英ガラス製レンズを２枚用意した。１枚は、焦点距離ｆ＝−１５０ｍｍの凹レンズであり、もう一枚は、焦点距離ｆ＝３００ｍｍの凸レンズであった。それぞれのレンズ両面に本蛍光反射防止膜を成膜した。【０２１９】
波長１９３ｎｍのレーザ光の光路中の上流側に前記凹レンズを設置し、下流側に１５０ｍｍ離して凸レンズを設置して光学系を構成した。本光学系は、最も単純なビームエキスパンダーを構成している。【０２２０】
このとき、各レンズの入射面・射出面ともに緑色の蛍光発光を示した。この蛍光発光像には、レーザビームの断面中に持つ強度分布を反映した明暗がはっきりと視認できた。また、凹レンズから凸レンズへビーム断面が拡大され、直径が約２倍になっていることも確認できた。【０２２１】
＜誘電体多層膜ミラー＞【０２２２】
波長１９３ｎｍを持つ光に対する蛍光膜として好ましい組成ＬａＦ３：Ｔｂを使用し、誘電体多層膜ミラーを構成した。【０２２３】
元となる誘電体多層膜ミラーは、基材を蛍石とし、フッ化ランタン（ＬａＦ３）とフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）を交互に多層蒸着して成膜した１９３ｎｍ光用の反射ミラーである。多層膜の構成は、設計中心波長１９３ｎｍとしたとき、１／４波長の光学膜厚を持つフッ化ランタンおよびフッ化マグネシウム各層を基材側から交互に４２層積み上げたものである。１９３ｎｍの波長域で９９％以上の高反射率を持つことが分かった。本誘電体多層膜ミラーの構成を選択した理由は、ＬａＦ３層の総厚が約５００ｎｍと厚く、蛍光膜で置換した際の蛍光発光の強度を増すためである。【０２２４】
本誘電体多層膜ミラー中のＬａＦ３層をＬａＦ３：Ｔｂ（５ａｔｏｍ％賦活）蛍光膜層と置き換えることで、そのまま蛍光誘電体多層膜ミラーを構成することができる。【０２２５】
なお、この蛍光誘電体多層膜ミラーは、膜面に垂直に入射する紫外線に対する高反射ミラーのみならず、光路を９０度折り曲げるための４５度入射、またはその他の入射角に対して設計された誘電体多層膜ミラーにも使用できる。【０２２６】
＜撮像ユニット＞【０２２７】
発明の実施の形態２の図１４に示す撮像ユニット１１ａと、発明の実施の形態３の図１５に示す撮像ユニット１１cとを構成した。【０２２８】
ＦＯＰ１２にはＳＣＨＯＴＴ社の光ファイバー直径が６μｍの製品を使用し、ＦＯＰ１２は、両端面を光学研磨した上で成膜前に予め洗浄した。【０２２９】
次いで、ＦＯＰ１２の入射面側に波長選択膜１４としての誘電体多層膜ミラーを形成する。設計中心波長を１９３ｎｍに設定するとともに、フッ化ランタン（ＬａＦ３）およびフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）を交互に多層蒸着する。このとき、フッ化ランタンおよびフッ化マグネシウムの各層は、それぞれ設計中心波長のλ／４の光学膜厚でＦＯＰ１２側から交互に４２層積み上げて成膜する。この波長選択膜１４は、１９３ｎｍの波長域で９９％以上の高反射率を持ち、紫外線をほぼ反射するものとなる。【０２３０】
次いで、誘電体多層膜ミラーの表面に蛍光体を真空蒸着して蛍光膜１５を形成する。蛍光膜１５は、波長１９３ｎｍを持つ光に対する蛍光膜として好ましい組成ＬａＦ３：Ｔｂ（賦活材濃度５ａｔｏｍ％）を使用して、真空蒸着により成膜する。【０２３１】
そして、ＦＯＰ１２の出射面を撮像素子１３の受光面に接着または接触させることで図１４の撮像ユニット１１を構成した。【０２３２】
次に、上記適用例の誘電体多層膜ミラーをＦＯＰ１２の入射面に成膜し、同様にして図１５の撮像ユニット１１を構成した。この場合、蛍光は誘電体多層膜ミラーの上方から数膜程度で発生する。蛍光発光領域とＦＯＰ１２とがより接近しているため、紫外線像が変換された蛍光像が分解能良くＦＯＰ１２の入射面に入射し、射出面へ転送された蛍光像の分解能も高まる。【０２３３】
これらの撮像ユニット１１で、ＦＯＰ１２から出射した蛍光像を撮像すると、蛍光膜部における１９３ｎｍの紫外線像を可視化し、可視用のＣＣＤにより撮像することができる。ＦＯＰ１２や撮像素子は１９３ｎｍの紫外線に対して光耐久性が劣り、直接紫外線に曝されることは、撮像ユニット１１の信頼性を損なう。ところが、この蛍光膜１５と波長選択膜１４の組合せや、誘電体多層膜ミラーを用いることで、ＦＯＰ１２の紫外線劣化を抑制でき、また、撮像素子１３として可視用ＣＣＤを使用することでコストを抑えられる。
【産業上の利用可能性】
【０２３４】
本発明の蛍光膜によれば、通常の光学薄膜と同程度の厚みで光学基材上に成膜し得るため、配置の自由度が高い。また従来の焼結粉末と異なり、空隙による紫外線や可視光の散乱を生じないので、蛍光の検出によって、蛍光膜に入射した紫外線を高精度に計測できる。本発明の誘電体多層膜によれば、反射防止膜、波長選択膜などの機能を蛍光膜としての機能に組み合わせることができる。反射防止膜としての機能を適用すれば、蛍光膜で発生した可視光を光学基材に導光しつつ、光学基材の紫外線損傷を防止できる。このような蛍光膜、または誘電体多層膜を備えた光学素子を光学特性計測装置に用いることにより、短波長の紫外線を利用して各種光学系の光学特性を高精度に計測することができる。これにより、露光装置等の光学装置の精度を向上でき、このような装置を用いて精密なデバイスを作製することが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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