(57)【要約】【課題】  例えば実際の使用条件に近い光入射状態で結像光学系の収差を測定することのできる収差測定装置。【解決手段】  結像光学系（１０）の収差を測定する本発明の収差測定装置は、結像光学系の収差の測定に使用される測定光および該測定光とは別の背景光を結像光学系に供給する照明系（１，２）と、結像光学系を通過した測定光と背景光とを分離する分離部材（３）と、分離部材により分離された測定光に基づいて結像光学系の収差を測定する測定部（４）とを備えている。【選択図】  図１
2008249691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系の収差を測定する収差測定装置であって、
前記結像光学系の収差の測定に使用される測定光と、該測定光とは別の背景光とを前記結像光学系に供給する照明系と、
前記結像光学系を通過した前記測定光と前記背景光とを分離する分離部材と、
前記分離部材により分離された前記測定光に基づいて前記結像光学系の収差を測定する測定部とを具備する収差測定装置。
【請求項２】
前記照明系は、前記結像光学系の物体面において空間的に分離された前記測定光と前記背景光とを前記結像光学系に供給するように構成されている請求項１に記載の収差測定装置。
【請求項３】
前記照明系は、前記結像光学系の物体面に光を供給する照明系本体と、前記結像光学系の物体面において入射光からパターンを有するパターン光を生成し該パターン光を前記測定光として前記結像光学系へ入射させるパターン光生成部材とを有する請求項２に記載の収差測定装置。
【請求項４】
前記パターン光生成部材は、前記パターン光を通過させるパターン光通過部と、該パターン光通過部を包囲する遮光部材と、該遮光部材を保持する保持部材とを有する請求項３に記載の収差測定装置。
【請求項５】
前記保持部材は、光透過性基板を有する請求項４に記載の収差測定装置。
【請求項６】
前記パターン光生成部材は、光透過性基板と、該光透過性基板に設けられて前記パターン光を通過させるパターン光通過部と、該パターン光通過部を包囲するように前記光透過性基板に設けられた遮光部材とを有する請求項３に記載の収差測定装置。
【請求項７】
前記分離部材は、前記結像光学系を通過した前記測定光を前記測定部へ導く導光部と、前記結像光学系を通過した前記背景光が前記測定部に達するのを遮る遮蔽部とを有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の収差測定装置。
【請求項８】
前記導光部は、前記結像光学系の像面に配置された遮光性部材に設けられた貫通孔を有する請求項７に記載の収差測定装置。
【請求項９】
前記照明系は、時間的に分離された前記測定光と前記背景光とを前記結像光学系に供給するように構成されている請求項１に記載の収差測定装置。
【請求項１０】
前記照明系は、前記測定光を供給する第１照明系と、前記背景光を供給する第２照明系と、前記第１照明系からの前記測定光の供給のタイミングおよび前記第２照明系からの前記背景光の供給のタイミングを制御する制御部とを有する請求項９に記載の収差測定装置。
【請求項１１】
前記第１照明系は、前記結像光学系の物体面において入射光から所定のパターン光を生成し該所定のパターン光を前記測定光として前記結像光学系へ入射させるパターン光生成部材を有する請求項１０に記載の収差測定装置。
【請求項１２】
前記分離部材は、前記結像光学系を通過した前記測定光を前記測定部へ導く導光部と、前記結像光学系を通過した前記背景光が前記測定部に達するのを遮る遮蔽部とを有する請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の収差測定装置。
【請求項１３】
前記遮蔽部は、前記結像光学系の像面に配置されて前記測定光および前記背景光の供給のタイミングに応じて回転する遮光性の回転板を有し、前記導光部は、前記回転板に設けられた少なくとも１つの貫通孔を有する請求項１２に記載の収差測定装置。
【請求項１４】
前記照明系は、光束を供給する光源と、前記結像光学系の物体面において光路に対して挿脱自在なパターン光生成部材と、前記光源からの前記光束の供給のタイミングおよび前記パターン光生成部材の前記光路への挿入のタイミングを制御する制御部とを有し、
前記光路に挿入された前記パターン光生成部材は、入射光からパターンを有するパターン光を生成し該パターン光を前記測定光として前記結像光学系へ入射させる請求項９に記載の収差測定装置。
【請求項１５】
前記分離部材は、前記結像光学系を通過した前記測定光を前記測定部へ導き且つ前記結像光学系を通過した前記背景光が前記測定部に達するのを遮るために光路に対して挿脱自在な遮光部材を有する請求項１４に記載の収差測定装置。
【請求項１６】
前記測定部は、シャック−ハルトマン法に基づいて前記結像光学系の収差を測定するように構成されている請求項１に記載の収差測定装置。
【請求項１７】
前記測定部は、干渉法に基づいて前記結像光学系の収差を測定するように構成されている請求項１に記載の収差測定装置。
【請求項１８】
前記測定部は、前記結像光学系の収差の時間的変化を記録する記録部を有する請求項１、１６もしくは１７に記載の収差測定装置。
【請求項１９】
結像光学系の収差を測定する収差測定方法であって、
前記結像光学系の収差の測定のための測定光と、該測定光とは別の背景光とを前記結像光学系に供給することと、
前記結像光学系を通過した前記測定光と前記背景光とを分離することと、
前記分離工程で分離された前記測定光に基づいて前記結像光学系の収差を測定することとを具備する収差測定方法。
【請求項２０】
前記測定光と前記背景光とは、前記結像光学系の物体面において空間的に分離されて前記結像光学系に供給される請求項１９に記載の収差測定方法。
【請求項２１】
前記測定光と前記背景光とは、時間的に分離されて前記結像光学系に供給される請求項１９に記載の収差測定方法。
【請求項２２】
前記収差を測定することは、シャック−ハルトマン法または干渉法に基づいて前記結像光学系の収差の時間的変化を測定することを含む請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の収差測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収差測定装置および収差測定方法に関し、さらに詳細にはレーザプロセスに用いられる結像光学系の収差を測定する装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
種々のレーザプロセスにおいて、光変調素子（位相シフター、フォトマスクもしくはレチクル等）を介した光を、結像光学系により被照射面に結像させることは一般に行われている。ここで、レーザプロセスとは、広い意味での「レーザによる物質処理」であり、レーザ光固有の特性すなわち指向性、単色性、集光性（高エネルギー密度）を利用し、被照射面並びに／もしくは被照射面を有する材料に各種の物理的・化学的変化を生ぜしめるプロセスである。
【０００３】
レーザプロセス技術の一例として、位相シフターのような光変調素子にエキシマレーザ光を照射し、光変調素子を通過して結像光学系により形成された所定の光強度分布の光を非単結晶半導体膜（多結晶半導体膜または非単結晶半導体膜）に照射して、溶融させて、結晶化半導体膜を生成する投影型の結晶化装置および方法が知られている。この装置および方法では、非単結晶半導体膜上において光強度分布に応じて溶融領域に温度勾配が生じ、光強度が最も低い点に対応して結晶核が形成され、その結晶核から周囲に向かって結晶が成長することにより大粒径の結晶粒が生成される。
【０００４】
一般に、レーザプロセス装置では、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザなどのような大出力の光源が用いられる。この種の装置では、高エネルギー密度の光束が結像光学系を通過するため、結像光学系を構成しているレンズ、ミラー等の光学部品、レンズ枠、筐体などの付属部品(以下に光学部品と付属部品とを総称して光学部材と称する)が光照射により加熱され、ひいては熱膨張により変形する。これら光学部材の熱膨張による変形を防ぐために、放熱板、液体（水）、気体（空気）、ペルチェ素子等を利用して結像光学系を冷却することが行われている。
【０００５】
レーザプロセス装置で用いられる結像光学系には、結像性能が良好であること、即ち収差が小さく抑えられていることが要求される。このため、結像光学系の収差を測定する様々な方法が開発され且つ実施されている。結像光学系の代表的な収差測定方法として、種々の干渉計による測定方法、ハルトマン法、シャック−ハルトマン法、フーコー法、ロンキー法などが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したように、レーザプロセス装置では、高エネルギー密度の光束により結像光学系を構成している光学部材が加熱されて熱膨張により変形する。このように光学部材が光照射に応じて熱膨張により変形すると、結像光学系の収差状態が経時的に劣化する可能性がある。したがって、レーザプロセス装置では、実際の使用条件に近い状態で高エネルギー密度の光束を結像光学系に照射したときの収差の変化をリアルタイムに測定したいという要望がある。
【０００７】
しかしながら、従来の収差測定装置および方法では、レーザプロセス装置における実際の使用条件とは全く異なる条件で結像光学系の収差測定を行っている。具体的に、実際のレーザプロセスでは加工するパターンに対応した光変調素子を結像光学系の物体面に設けているのに対し、たとえばシャック−ハルトマン法やシェアリング干渉法ではピンホールを結像光学系の物体面に設けている。この結果、従来技術では、結像光学系を通過するのはピンホールを通過した微弱な光のみであるため、実際の使用条件に近い光入射状態で収差の時間的変化を測定することはできない。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えば実際の使用条件に近い光入射状態で結像光学系の収差を測定することのできる収差測定装置および収差測定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】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明の第１態様に係わる収差測定装置は、結像光学系の収差を測定する収差測定装置であって、
前記結像光学系の収差の測定に使用される測定光と、該測定光とは別の背景光とを前記結像光学系に供給する照明系と、
前記結像光学系を通過した前記測定光と前記背景光とを分離する分離部材と、
前記分離部材により分離された前記測定光に基づいて前記結像光学系の収差を測定する測定部とを具備する。
【００１０】
本発明の第２の態様に係わる収差測定方法は、結像光学系の収差を測定する収差測定方法であって、
前記結像光学系の収差の測定のための測定光と、該測定光とは別の背景光とを前記結像光学系に供給することと、
前記結像光学系を通過した前記測定光と前記背景光とを分離することと、
前記分離工程で分離された前記測定光に基づいて前記結像光学系の収差を測定することとを具備する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の収差測定装置および方法では、被検光学系としての結像光学系に、収差の測定に使用される測定光および収差の測定に使用されない背景光を供給する。具体的には、例えば、結像光学系の物体面において空間的に分離された測定光と背景光とを結像光学系に供給する。結像光学系を通過した測定光と背景光とは分離され、分離された測定光に基づいて結像光学系の収差が測定される。その結果、本発明では、結像光学系へ入射する背景光の光量などを調整することにより、例えばレーザプロセス装置における結像光学系の実際の使用条件に近い光入射状態で、結像光学系の収差を測定することができる。
【００１２】
また、本発明では、結像光学系を冷却する冷却手段を用いて、結像光学系を冷却しつつ収差の時間的変化を測定することにより、冷却手段の性能を評価することができる。換言すれば、冷却手段の構成や冷却条件を変化させながら収差の時間的変化の測定を繰り返すことにより、冷却機構、冷却条件、結像光学系の筐体の構造および材質、結像光学系における光学部品の保持方法等を最適化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係わる収差測定装置を概略的に示す図である。本実施形態では、シャック−ハルトマン方式の収差測定装置に対して本発明を適用している。本実施形態の収差測定装置は、図１に示すように、被検光学系である結像光学系１０の光軸に沿って配置された、照明系本体１と、ピンホール部材２と、分離部材３と、測定部４とを備えている。照明系本体１と、ピンホール部材２とは、結像光学系１０の入射側に位置され、分離部材３と、測定部４とは、射出側に位置されている。この実施の形態は、結像光学系１０に実際に供給する光とほぼ等しいエネルギー密度の光を収差測定用入射光として使用する。即ち、実際に供給する光を結像光学系１０に供給したことにより時間の経過に応じて温度上昇して発生する収差の経時変化を測定する。
【００１４】
前記照明系本体１は、例えば結像光学系１０が実際に用いられる装置（レーザプロセス装置など）の照明系と同様の構成を有し、同様の光を射出する光源１ａを有する。即ち、光源１ａは、結像光学系１０に実際に供給する光とほぼ等量のエネルギー密度の光を射出する。この光源１ａからの光は、結像光学系１０の物体面上の有効領域１０ａを、ピンホール部材２を通った後に、照明する。このピンホール部材２は、中央にピンホール（一般には所定の断面形状のパターン光を生成するための通過部）が形成されたピンホール素子２ａと、ピンホール素子２ａを保持する保持部材２ｂとを有する。ピンホール部材２は、結像光学系１０の物体面において入射光から、ピンホールを通過した所定の断面形状のパターン光（以下、単に「ピンホールパターン光」という）を生成し、このピンホールパターン光を測定光として結像光学系１０へ入射させるパターン光生成部材として機能する。
【００１５】
照明系本体１とピンホール部材２とは、結像光学系１０の収差の測定に使用される測定光と、収差の測定に使用されない光であって測定光とは別の背景光とを結像光学系１０に供給する照明系を構成している。換言すると、照明系は、結像光学系１０の物体面においてピンホール部材２により空間的に分離された測定光と背景光とを結像光学系１０に供給するように構成されている。即ち、実際の装置において実際に供給する光とほぼ等量のエネルギー密度の光が、測定光と背景光とに分離される。前記保持部材２ｂは、駆動系２ｃに接続され一端側支点として回動可能である。この結果、保持部材２ｂの他端側に支持されたピンホール部材２は、結像光学系１０の物体面に沿って二次元的に移動可能であり、結像光学系１０の物体面上の所要位置にピンホールを位置決めする。
【００１６】
前記分離部材３は、結像光学系１０の像面に配置され、結像光学系１０を通過した測定光を測定部４へ導く光通過部（導光部）３ａと、結像光学系１０を通過した背景光が測定部４に達するのを遮る遮蔽部３ｂとを有する。すなわち、分離部材３は、結像光学系１０を通過した測定光と背景光とを分離する機能を有する。分離部材３は、駆動系３ｃに接続され、この駆動系により結像光学系１０の像面に沿って二次元的に移動可能であり、結像光学系１０の像面上の所要位置に光通過部３ａが位置決めされる。
【００１７】
前記測定部４は、光の入射側から順に、コリメータレンズ４ａと、マイクロレンズアレイ４ｂと、ＣＣＤカメラ４ｃとを有する。ＣＣＤカメラには、処理系４ｄが接続されている。コリメータレンズ４ａは、分離部材３の光通過部３ａを通過した測定光を平行光に変換して、マイクロレンズアレイ４ｂの入射面へ導く。マイクロレンズアレイ４ｂは、縦横に且つ稠密に配置された多数のレンズ要素（または多数の微小屈折面要素）からなり、コリメータレンズ４ａからの入射光束を波面分割する。ＣＣＤカメラ４ｃは、マイクロレンズアレイ４ｂの後側焦点面に撮像面が配置された二次元イメージセンサである。処理系４ｄは、ＣＣＤカメラ４ｃの出力信号を処理する。
【００１８】
具体的に、処理系４ｄは、図２に示すように、像位置情報取得部４ｄａと、収差算出部４ｄｂと、記録部４ｄｃを有する。像位置情報取得部４ｄａは、マイクロレンズアレイ４ｂを介してＣＣＤカメラ４ｃの撮像面に形成された多数のピンホール二次像の位置ずれ情報を取得する。収差算出部４ｄｂは、像位置情報取得部４ｄａからの位置ずれ情報に基づいて、結像光学系１０の波面収差（結像光学系１０の瞳面における波面の収差：本明細書では単に「結像光学系１０の収差」ともいう）を計算により求める。記録部４ｄｃは、収差算出部４ｄｂの出力と、内部時計４ｄｄの予め設定された出力とに基づいて、結像光学系１０の収差の時間的変化を記録する。
【００１９】
以下、本発明の理解を容易にするために、被検光学系としての結像光学系１０、並びに収差測定装置を構成する照明系本体１、ピンホール部材２、分離部材３および測定部４のさらに詳細な構成を、具体的に説明する。結像光学系１０は、１／５の縮小倍率を有する。結像光学系１０の物体側開口数ＮＡｏは０．０３であり、像側開口数ＮＡｉは０．１５である。結像光学系１０の物体側の有効領域（フィールド）は直径１０ｍｍの円形状であり、像面側の有効領域は直径２ｍｍの円形状である。
【００２０】
照明系本体１の光源１ａは、波長λが３０８ｎｍの光を供給するＸｅＣｌエキシマレーザであって、その出力は２００ｍＪ／pulse×１００Ｈｚ（＝２０Ｗ）である。ピンホール素子２ａは、１μｍの厚さと、約１．５ｍｍの半径とを有する円形状の銅製薄膜（遮光部材）の中央に直径１μｍの円形状の貫通孔すなわちピンホール（ピンホールパターン光の通過部）を形成することにより構成されている。保持部材２ｂは、約３ｍｍの内径（直径）を有する円形状の金属製の枠を有し、この金属製の枠の中にピンホール素子２ａが保持されている。
【００２１】
このように、ピンホール素子２ａの面積（π×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ）は、結像光学系１０の物体側の有効領域の面積（π×５ｍｍ×５ｍｍ）よりも十分小さく設定されている。しかし、ピンホール素子２ａの直径が小さ過ぎると、ピンホール素子２ａの周辺からの回折光が結像光学系１０の像面においてピンホール像に重なってしまうので好ましくない。ピンホール素子２ａの直径は、結像光学系１０の点像分布範囲（エアリーディスク）の半径０．６１λ／ＮＡｏ（本実施例では６．３μｍ）の数倍以上であれば十分である。
【００２２】
ピンホール素子２ａの直径が大き過ぎると、結像光学系１０の物体側の有効領域１０ａにおいてピンホール以外を通過する背景光の光量が小さくなるので好ましくない。ピンホール素子２ａの面積を、結像光学系１０の物体側の有効領域の面積の数分の一程度に抑えれば十分である。測定部４において、コリメータレンズ４ａの焦点距離は１３ｍｍである。マイクロレンズアレイ４ｂは、２００μｍ×２００μｍの正方形状の入射面を有し、１８ｍｍの焦点距離を有するレンズ要素を縦横に且つ稠密に２０個×２０個（合計４００個）形成することにより構成されている。二次元イメージセンサ４ｃは、紫外線対応のＣＣＤカメラである。
【００２３】
結像光学系１０の像面には、ピンホール素子２ａのピンホールを通過した測定光と、ピンホール素子２ａの周辺を通過した背景光とが入射する。図３（ａ）に示すように、結像光学系１０の像面において、測定光Ｌｍが形成するピンホール像と背景光Ｌｂが形成する周辺明部との間には、光が達しない暗部ＤＲが形成される。結像光学系１０の収差測定において、背景光は不要光であり、ノイズになるので除去する必要がある。背景光の除去および測定光の通過は、結像光学系１０の像面に設けられた分離部材３により実現される。
【００２４】
分離部材３において、光通過部（導光部）３ａは、通過した光が新たな収差を発生させることがないように、遮光性部材に設けられた貫通孔であることが望ましい。遮蔽部３ｂとして、例えば金属製の板や多層膜ミラー等の反射体などが用いられる。図３（ｂ）に示すように、光通過部３ａの直径Ｄｓは、１．２２λ／ＮＡｏの数倍程度の大きさを有するピンホール像を形成する測定光Ｌｍを完全に通過させる程度に大きく、且つ背景光が回り込まない程度に小さいことが重要である。
【００２５】
すなわち、光通過部３ａの直径Ｄｓは、光の波長をλ（本実施例では３０８ｎｍ）とし、結像光学系１０の物体側開口数をＮＡｏ（本実施例では０．０３）とし、結像光学系１０の像面における背景光の内径（直径）をＤｏ（本実施例では３ｍｍ／５＝０．６ｍｍ）とするとき、次の条件式（１）および（２）を満足することが好ましい。
Ｄｓ＞＞１．２２λ／ＮＡｏ    （１）
Ｄｏ−Ｄｓ＞＞１．２２λ／ＮＡｏ    （２）
【００２６】
本実施形態では、厚さが０．２ｍｍのアルミニウム製の板（遮光性部材）に直径Ｄｓが０．４ｍｍの円形状の貫通孔３ａを形成することにより分離部材３を構成している。そして、駆動系３ｃの移動可能なステージに分離部材３を固定し、測定光（すなわちピンホール像を形成する光）だけが貫通孔３ａを通過し且つ背景光が遮蔽部３ｂによって遮られるように、結像光学系１０の像面上の所要位置に分離部材３の貫通孔３ａを位置決めする。
【００２７】
本実施例では、条件式（１）の左辺がＤｓ＝０．４ｍｍであり、条件式（１）の右辺が１．２２λ／ＮＡｏ＝２．５μｍ＝０．００２５ｍｍであるから、条件式（１）は満たされている。また、条件式（２）の左辺がＤｏ−Ｄｓ＝０．６ｍｍ−０．４ｍｍ＝０．２ｍｍであり、条件式（２）の右辺が１．２２λ／ＮＡｏ＝０．００２５ｍｍであるから、条件式（２）も満たされている。
【００２８】
本実施形態では、照明系本体１とピンホール部材２とからなる照明系が、結像光学系１０の物体面において空間的に分離された測定光と背景光とを結像光学系１０に供給する。結像光学系１０を通過した測定光と背景光とは分離部材３により空間的に分離され、測定光だけが測定部４へ導かれる。測定部４では、分離部材３により分離された測定光に基づいて、周知のシャック−ハルトマン法により、結像光学系１０の波面収差の時間的変化を測定する。このように、本実施形態の収差測定装置では、結像光学系１０へ入射する背景光の光量などを調整することにより、例えばレーザプロセス装置における結像光学系１０の実際の使用条件に近い光入射状態で、結像光学系１０の収差の時間的変化を測定することができる。
【００２９】
具体的に、本実施例では、図１に示す収差測定装置において、２０Ｗ（＝２００ｍＪ／pulse×１００Ｈｚ）の出力を有するＸｅＣｌエキシマレーザ１ａを１００Ｈｚで発振させながら、結像光学系１０の波面収差の時間的変化を測定した。このとき、結像光学系１０に入射する光束のエネルギー密度は、現行の投影型結晶化装置と同等である。測定の結果、ＸｅＣｌエキシマレーザ１ａの発振を開始した直後の結像光学系１０の波面収差はＲＭＳ（root mean square：自乗平均平方根）で０．０５λと良好であったが、発振開始から数秒程度経過した後には波面収差は０．１λ程度にまで劣化し、その後も波面収差は徐々に劣化することが分かった。
【００３０】
次に、図４に示すように、循環水を利用して結像光学系１０を冷却する冷却手段５を図１の収差測定装置に付設し、この冷却手段５を作動させて結像光学系１０を冷却しつつ結像光学系１０の収差の時間的変化を測定した。この測定の結果、結像光学系１０の波面収差は、ＸｅＣｌエキシマレーザ１ａの発振開始から０．０５λＲＭＳで実質的に変化することなくほぼ一定であった。すなわち、冷却手段５の作用により結像光学系１０を冷却することにより、結像光学系１０の結像性能を良好に維持することが可能であることが確認された。
【００３１】
上述の実施形態では、パターン光生成部材としてのピンホール部材２が、ピンホールパターン光を通過させるパターン光通過部およびこのパターン光通過部を包囲する遮光部材とからなるピンホール素子２ａと、ピンホール素子２ａの遮光部材を保持する保持部材２ｂとを備えている。しかしながら、これに限定されることなく、ピンホール部材の構成について様々な形態が可能である。
【００３２】
例えば、図５（ａ）に示すピンホール部材２Ａは、例えば石英ガラスにより形成された光透過性基板２ｃと、光透過性基板２ｃに設けられてピンホールパターン光を通過させるパターン光通過部２ｄと、このパターン光通過部２ｄを包囲するように光透過性基板２ｃに設けられた遮光部材２ｅとを備えている。遮光部材２ｅはクロム（Ｃｒ）のような金属で形成され、所定の形状の例えば円形状の遮光薄膜であり、パターン光通過部２ｄは遮光薄膜２ｅの中央に形成された円形の貫通孔である。この場合、光透過性基板２ｃは、ピンホール素子としての遮光部材２ｅの保持部材として機能する。
【００３３】
図５（ｂ）に示すピンホール部材２Ｂは、例えば石英ガラスにより形成され且つ中央に円形状の貫通孔２ｆａを有する円板状の光透過性基板２ｆと、この貫通孔２ｆａを包囲するように光透過性基板２ｆ上に取り付けられた円環状で遮光性の枠部材２ｇと、枠部材２ｇの内側に設けられた円板状の遮光部材２ｈとを備えている。遮光部材２ｈは、銅のような金属で形成され、この遮光薄膜２ｈの中央にパターン光通過部としての円形の貫通孔２ｊが形成されている。この場合、光透過性基板２ｆは、枠部材２ｇと遮光部材２ｈとからなるピンホール素子の保持部材として機能する。図５（ａ）、図５（ｂ）で矢印は、光の入射方向を示す。
【００３４】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すピンホール部材２Ａ、２Ｂも、図１，４に示すピンホール部材２と同様に、結像光学系１０の物体面において入射光からピンホールパターン光を生成し、このピンホールパターン光を測定光として結像光学系１０へ入射させる。しかしながら、これに限定されることなく、即ち、上記ピンホール部材を使用しないで、結像光学系１０の物体面上の有効領域１０ａ内においてピンホールパターン光以外の適当な形状のパターン光を生成し、この所定形状のパターン光を測定光として結像光学系１０へ入射させることもできる。
【００３５】
また、上述の実施形態では、分離部材３の光通過部３ａを通過した測定光を測定部４へ導き、遮蔽部３ｂにより背景光が測定部４に達するのを遮っている。しかしながら、これに限定されることなく、例えば、異なる波長の測定光と背景光とを用い、多層膜のような波長フィルターからなる分離部材の作用により、結像光学系１０を通過した測定光と背景光とを分離しても良い。また、例えば異なる偏光状態の測定光と背景光とを用い、検光子のような分離部材の作用により、結像光学系１０を通過した測定光と背景光とを分離しても良い。
【００３６】
結像光学系の絞りの縁から見かけ上ヤングの周辺波と呼ばれる回折光が放射される現象が知られている（鶴田著、「応用光学Ｉ」、ｐ２０５を参照）。この周辺波がノイズとなって収差の測定に実質的な影響を与える場合、この周辺波が測定部４に達するのを遮ることが望ましい。具体的には、結像光学系１０の絞り（不図示）と光学的に共役な位置において絞りの縁に対応する領域に円環状の遮蔽体を設ければよい。換言すれば、
結像光学系の絞りの縁の結像位置およびその近傍に遮蔽部材を設ければ良い。
【００３７】
また、上述の実施形態では、シャック−ハルトマン方式の収差測定装置に対して本発明を適用している。換言すれば、シャック−ハルトマン法に基づいて結像光学系１０の収差を測定するように測定部４を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、シャック−ハルトマン法以外の適当な方式の収差測定装置に対しても同様に本発明を適用することができる。一例として、図６を参照して、本発明の第２の実施の形態に係わる、シェアリング干渉法を用いるタイプの収差測定装置を以下に説明する。
【００３８】
図６に示すシェアリング干渉法の収差測定装置は、図１のシャック−ハルトマン方式の収差測定装置と類似の構成を有するが、測定部４においてマイクロレンズアレイ４ｂに代えて平行平面板４ｅを用いている点が図１の構成と相違している。この実施の形態に係わる収差測定装置では、分離部材３からの測定光がコリメータレンズ４ａにより平行光に変換されて平行平面板４ｅに入射し、平行平面板４ｅの表面で反射された表面反射光と、平行平面板４ｅの裏面で反射された裏面反射光とがＣＣＤカメラ４ｃの撮像面に達する。処理系４ｄでは、表面反射光と裏面反射光との干渉に関する情報に基づいて、結像光学系１０の収差を測定する。
【００３９】
また、上述の第１並びに第２の実施形態では、照明系本体１とピンホール部材２とからなる照明系が、結像光学系１０の物体面において空間的に分離された測定光と背景光とを結像光学系１０に供給している。しかしながら、これに限定されることなく、照明系が時間的に分離された測定光と背景光とを結像光学系に供給することも可能である。その一例である第３の実施の形態に係わる、測定光と背景光とを時間的に分離して結像光学系に供給するタイプの収差測定装置を、図７を参照して説明する。
【００４０】
図７に示す収差測定装置は、図１の実施形態の収差測定装置と類似の構成を有するが、照明系および分離部材が図１の構成と相違している。図７に示す収差測定装置の照明系は、測定光を供給する第１照明系２１と、背景光を供給する第２照明系２２と、第１照明系２１からの測定光の供給のタイミングおよび第２照明系２２からの背景光の供給のタイミングを制御する制御部２３とを有する。
【００４１】
具体的に、第１照明系２１は、例えばＸｅＣｌエキシマレーザのような第１光源２１ａと、第１光源２１ａからの光を結像光学系１０の物体面上に集光する第１照明光学系２１ｂと、結像光学系１０の物体面において入射光からパターン光を生成し、このパターン光を測定光として結像光学系１０へ入射させるパターン光生成部材２１ｃとを有する。図７では、パターン光生成部材２１ｃとして図１に示すピンホール部材２を用いる構成を例示しているが、例えば図５（ａ）に示すピンホール部材２Ａや図５（ｂ）に示すピンホール部材２Ｂなどを用いることもできるし、パターン光生成部材２１ｃの設置を省略することもできる。
【００４２】
第２照明系２２は、例えばＸｅＣｌエキシマレーザのような第２光源２２ａと、第２光源２２ａからの光で結像光学系１０の物体面上の有効領域１０ａを照明する第２照明光学系２２ｂとを有する。結像光学系１０の物体面と第１照明光学系２１ｂおよび第２照明光学系２２ｂとの間には、第１照明系２１と第２照明系２２とに共通なハーフミラー（ビームスプリッター）ＨＭが配置されている。
【００４３】
制御部２３は、図８（ａ）に示すタイミングにしたがって第１照明系２１の第１光源２１ａのパルス発振を制御し、また、図８（ｂ）に示すタイミングにしたがって第２照明系２２の第２光源２２ａのパルス発振を制御する。具体的には、制御部２３は、第１照明系２１からの測定光の供給タイミングと第２照明系２２からの背景光の供給タイミングとが互いにずれるように、結像光学系１０の収差の測定に必要なパルス数だけ第１光源２１ａを発振させ、また、実際の使用条件に近い光入射状態を実現するために必要なパルス頻度で第２光源２２ａを発振させる。
【００４４】
図７に示す収差測定装置は、結像光学系１０を通過した測定光と背景光とを分離する分離部材として、結像光学系１０の像面に配置されて測定光および背景光の供給のタイミングに応じてモータ６ａの作用により回転する選択的遮光性の回転板６ｂを有するチョッパー６を備えている。回転板６ｂは、不透光製の円板により形成され、例えば回転板６ｂの回転軸に関して対称な位置に一対の貫通孔６ｃが、透光部として設けられている。
【００４５】
制御部２３が図８（ｃ）に示すタイミングにしたがってチョッパー６の回転板６ｂの回転を制御することにより、貫通孔６ｃは結像光学系１０を通過した測定光に対して開状態となり、測定光を測定部４へ導く導光部として機能する。また、貫通孔６ｃは結像光学系１０を通過した背景光に対して閉状態となり、回転板６ｂは背景光が測定部４に達するのを遮る遮蔽部として機能する。
【００４６】
図７の実施の形態では、２つの光源２１ａ，２２ａを用い、第１光源２１ａのパルス発振のタイミングと第２光源２２ａのパルス発振のタイミングとを互いにずらせることにより、測定光と背景光とを時間的に分離して結像光学系１０に供給している（すなわち測定光と背景光とが同時に結像光学系１０に供給されないように、測定光が結像光学系１０に供給される時間と背景光が結像光学系１０に供給される時間とを互いにずらせている）。しかしながら、これに限定されることなく、例えば１つの共通光源に対して２つの照明光学系を切り換えることにより、時間的に分離された測定光と背景光とを結像光学系に供給することもできる。
【００４７】
図９に示す第４の実施の形態のように、例えば１つの共通光源２４ａの光路に対するパターン光生成部材２４ｃの挿入と退避とを矢印で示すように切り換えることにより、時間的に分離された測定光と背景光とを結像光学系１０に供給することもできる。図９に示す収差測定装置は、測定光と背景光とを時間的に分離して結像光学系１０に供給する照明系２４と、照明系２４の動作を制御する制御部２５と、結像光学系１０を通過した測定光と背景光とを分離する分離部材２６とを備えている。
【００４８】
照明系２４は、例えばＸｅＣｌエキシマレーザのような光源２４ａと、光源２４ａからの光で結像光学系１０の物体面上の有効領域１０ａを照明する照明光学系２４ｂと、結像光学系１０の物体面に沿って光路に対して挿脱自在にとなるように矢印方向に移動可能に構成されたパターン光生成部材２４ｃとを有する。パターン光生成部材２４ｃは、例えば、光路に挿入されたときに結像光学系１０の物体面上の有効領域１０ａの全体を覆うことのできる遮光部材２４ｃａの中央にピンホール２４ｃｂを設けることにより構成されている。パターン光生成部材２４ｃは、例えば、光路に挿入されたときには、このピンホール２４ｃｂは、有効領域１０ａの中心に位置する。
【００４９】
前記制御部２５は、照明系２４からの光の供給タイミングを制御するとともに、アクチュエータ２４ｄを介してパターン光生成部材２４ｃの光路への挿脱のタイミングを制御する。分離部材２６は、例えば、矢印方向に移動可能に設けられ、下方に移動されて光路に挿入されたときに結像光学系１０の像面上の有効領域全体を覆うことのできる遮光部材２６ａと、結像光学系１０の像面に沿って遮光部材２６ａを光路に対して挿脱自在に矢印で示すように移動させるアクチュエータ２６ｂとを備えている。制御部２５は、アクチュエータ２６ｂを介して、遮光部材２６ａの光路への挿脱のタイミングを制御する。
【００５０】
図９の変形例において、制御部２５は、図１０（ａ）に示すタイミングにしたがって照明系２４中の光源２４ａのパルス発振を制御する。具体的には、光源２４ａから発振されるパルス光のうち、結像光学系１０の収差の測定に必要なパルス数の光だけ測定光２７ａとして用いられ、実際の使用条件に近い結像光学系１０への光入射状態を実現するために必要なパルス数の光だけ背景光２７ｂとして用いられる。
【００５１】
制御部２５は、図１０（ｂ）に示すタイミングにしたがって、光源２４ａからの測定光２７ａの発振に応じてパターン光生成部材２４ｃを光路中に挿入し、光源２４ａからの背景光２７ｂの発振に応じてパターン光生成部材２４ｃを光路から退避させる。図１０（ｂ）において、パターン光生成部材２４ｃの光路への挿入状態をＯＮで示し、パターン光生成部材２４ｃの光路からの退避状態をＯＦＦで示している。こうして、パターン光生成部材２４ｃを含む照明系２４は、時間的に分離された測定光と背景光とを結像光学系１０に供給する。図１０（ａ）並びに図１０（ｂ）ではパルス光を用いて説明したが、パルス光に限定されるものではなく、連続発振の光束でもよい。
【００５２】
また、制御部２５が図１０（ｃ）に示すタイミングにしたがって遮光部材２６ａの光路への挿脱を制御することにより、遮光部材２６ａおよびアクチュエータ２６ｂは分離部材として機能し、結像光学系１０を通過した測定光を測定部４へ導くとともに、結像光学系１０を通過した背景光が測定部４に達するのを遮る。図１０（ｃ）において、遮光部材２６ａの光路への挿入状態をＯＮで示し、遮光部材２６ａの光路からの退避状態をＯＦＦで示している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる収差測定装置を概略的に示す図である。
【図２】図１の処理系の内部構成を概略的に示す図である。
【図３】（ａ）は結像光学系の像面における測定光と背景光との位置関係を、（ｂ）は分離部材の光通過部と測定光との位置関係を夫々模式的に示す図である。
【図４】図１の収差測定装置において結像光学系を冷却しつつ収差の時間的変化を測定する様子を示す図である。
【図５】（ａ）はピンホール部材の第１変形例を、（ｂ）はピンホール部材の第２変形例を夫々概略的に示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わる、シェアリング干渉法を用いるタイプの収差測定装置を概略的に示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係わる、測定光と背景光とを時間的に分離して結像光学系に供給するタイプの収差測定装置を概略的に示す図である。
【図８】（ａ）は第１照明系のパルス発振のタイミングを、（ｂ）は第２照明系のパルス発振のタイミングを、（ｃ）はチョッパーの回転制御のタイミングを、夫々模式的に示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係わる、測定光と背景光とを時間的に分離して結像光学系に供給するタイプの収差測定装置を概略的に示す図である。
【図１０】（ａ）は照明系のパルス発振のタイミングを、（ｂ）はパターン光生成部材の光路への挿脱のタイミングを、（ｃ）は遮光部材の光路への挿脱のタイミングを、夫々模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  照明系本体
１ａ  光源
２  ピンホール部材
２ａ  ピンホール素子
２ｂ  保持部材
３  分離部材
４  測定部
４ａ  コリメータレンズ
４ｂ  マイクロレンズアレイ
４ｃ  ＣＣＤカメラ
４ｄ  処理系
５  冷却手段
【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】
2008249691.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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