JP2011186383A - Optical element, illumination optical system, and measuring device - Google Patents

Optical element, illumination optical system, and measuring device Download PDF

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直樹 福武
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element, an illumination optical system, and a measuring device capable of obtaining a highly accurate and highly strong spherical wave. <P>SOLUTION: The optical element includes: a substrate 10 which allows transmission of light; a metal thin film 11 formed on the surface of the substrate 10, and a scattering section 12 which is formed on the metal thin film 11 and also converts surface plasmon, which is excited when light enters the surface of the substrate 10 from the inside of the substrate 10 under total reflection conditions, into a spherical wave and emits the same. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学素子、照明光学系及び測定装置に関するものである。   The present invention relates to an optical element, an illumination optical system, and a measuring apparatus.

近年、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造においては、例えば、露光光としてＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）を用いる縮小投影型逐次露光装置が使用されている。この露光装置は、高精度な投影光学系を備えているため、この投影光学系の精度を保証するに当たり、投影光学系を構成する投影レンズ全体及び個々のレンズの収差を正確に測定する測定装置が必要となる。   In recent years, in the manufacture of microdevices such as semiconductor elements, imaging elements, liquid crystal display elements, or thin film magnetic heads, for example, reduction projection type sequential exposure apparatuses using ArF excimer laser (wavelength 193 nm) as exposure light are used. . Since this exposure apparatus includes a high-precision projection optical system, in order to guarantee the accuracy of the projection optical system, a measuring apparatus that accurately measures the aberrations of the entire projection lens and individual lenses constituting the projection optical system. Is required.

このような収差測定装置としては、例えば、波面測定干渉計がある。波面測定干渉計は、光の干渉を利用し、基準となる参照面からの反射光と被検面からの反射光とを重ね合わせ、その位相差から生じた干渉縞を観測して解析することにより、被検光学系において生じた波面収差を測定する。一方、シャックハルトマンセンサによる波面測定方法がある。この波面測定方法は、マイクロレンズアレイと二次元検出器とを用いて波面の位相分布を計測する。   An example of such an aberration measuring apparatus is a wavefront measuring interferometer. A wavefront measurement interferometer uses light interference to superimpose the reflected light from the reference surface and the reflected light from the test surface, and observe and analyze the interference fringes resulting from the phase difference. Thus, the wavefront aberration generated in the test optical system is measured. On the other hand, there is a wavefront measuring method using a Shack-Hartmann sensor. This wavefront measuring method measures the phase distribution of the wavefront using a microlens array and a two-dimensional detector.

ところで、このような波面収差測定においては、擬似点光源としてピンホールが用いられる。例えば、特許文献１では、擬似点光源としてピンホールを用い、微小なピンホールに光を入射させることにより得られる高精度な球面波を用いて波面形状を計測する波面収差測定装置が開示されている。   By the way, in such wavefront aberration measurement, a pinhole is used as a pseudo point light source. For example, Patent Document 1 discloses a wavefront aberration measuring apparatus that uses a pinhole as a pseudo-point light source and measures a wavefront shape using a highly accurate spherical wave obtained by making light enter a minute pinhole. Yes.

国際公開第０３／０２９７５１号パンフレットInternational Publication No. 03/029751 Pamphlet

ピンホールの径を小さくすることにより高精度な球面波が出射されるため、被検物や被検光学系の収差を精度よく測定できる。しかしながら、ピンホールの径を小さくしすぎると、測定に用いられる光がほとんど通過しなくなるため、球面波の強度が低下してしまう。このように、ピンホールの径の設定には制約があるため、高強度の球面波を得るには限界がある。その一方で、高速に高Ｓ／Ｎで波面測定を行うために高輝度点光源が要求されている。   Since the spherical wave with high accuracy is emitted by reducing the diameter of the pinhole, the aberration of the test object or the test optical system can be accurately measured. However, if the diameter of the pinhole is made too small, the light used for the measurement hardly passes, so that the intensity of the spherical wave is lowered. As described above, since the setting of the diameter of the pinhole is limited, there is a limit in obtaining a high-intensity spherical wave. On the other hand, a high-luminance point light source is required to perform wavefront measurement at high S / N at high speed.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、高精度かつ高強度の球面波を得ることが可能な光学素子、照明光学系及び測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an optical element, an illumination optical system, and a measuring apparatus capable of obtaining a highly accurate and high-intensity spherical wave.

上記の課題を解決するため、本発明の光学素子は、光を透過する基材と、前記基材の表面に形成された金属薄膜と、前記金属薄膜に形成されるとともに、前記基材の内部から前記基材の表面に向けて前記光を全反射条件で入射させたときに励起される表面プラズモンを球面波に変換して出射させる散乱部と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, an optical element of the present invention includes a base material that transmits light, a metal thin film formed on a surface of the base material, and a metal thin film that is formed on the metal thin film. And a scattering portion that converts surface plasmons excited when the light is incident on the surface of the base material under a total reflection condition into a spherical wave and emits the same.

本発明の照明光学系は、前述した本発明の光学素子と、前記光学素子に設けられた前記基材の内部から前記基材の表面に向けて、少なくとも一部の光が前記表面への入射角が全反射条件を満たすように光を入射させる光入射手段と、を備えることを特徴とする。   The illumination optical system of the present invention includes the above-described optical element of the present invention and at least a part of light incident on the surface from the inside of the substrate provided on the optical element toward the surface of the substrate. Light incident means for making light incident so that the angle satisfies the total reflection condition.

本発明の測定装置は、前述した照明光学系と、前記照明光学系から出射した球面波を被検面に照射し、その反射光を検出する検出部と、前記反射光に基づいて前記被検面の波面収差を算出する算出手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明の測定装置は、被検物に測定光を照射するための前述した照明光学系と、前記被検物を経由した測定光を検出する検出部と、前記検出部で検出された測定光に基づいて前記被検物の光学特性を算出する算出手段と、を有することを特徴とする。 The measuring apparatus of the present invention includes the above-described illumination optical system, a detection unit that irradiates the test surface with the spherical wave emitted from the illumination optical system and detects the reflected light, and the test based on the reflected light. Calculating means for calculating the wavefront aberration of the surface.
Further, the measuring apparatus of the present invention is detected by the above-described illumination optical system for irradiating the test object with measurement light, a detection unit for detecting the measurement light passing through the test object, and the detection unit And calculating means for calculating optical characteristics of the test object based on measurement light.

本発明によれば、金属薄膜に形成された散乱部によって、基材の内部から基材の表面に向けて光を全反射条件で入射させたときに励起される表面プラズモンが球面波に変換されるため、高精度かつ高強度の球面波が得られる。   According to the present invention, the surface plasmon excited when light is incident under the total reflection condition from the inside of the base material toward the surface of the base material is converted into a spherical wave by the scattering portion formed in the metal thin film. Therefore, a highly accurate and high intensity spherical wave can be obtained.

本発明の第１実施形態に係る測定装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る照明光学系の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the illumination optical system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る光学素子の表面状態を示す図である。It is a figure which shows the surface state of the optical element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る照明光学系の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the illumination optical system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る光学素子の表面状態を示す図である。It is a figure which shows the surface state of the optical element which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 測定装置の第１変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 1st modification of a measuring apparatus.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, an actual structure and a scale, a number, and the like in each structure are different.

なお、以下の説明においては、図中に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材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｙ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるように設定され、Ｘ軸が紙面に対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。   In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set in the drawing, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. The XYZ orthogonal coordinate system is set so that the Y axis and the Z axis are parallel to the paper surface, and the X axis is set in a direction orthogonal to the paper surface. In the XYZ coordinate system in the figure, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z-axis is set vertically upward.

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る測定装置１００の概略構成を示す模式図である。本実施形態の測定装置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。本実施形態では、一例としてフィゾー干渉計を挙げて説明する。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a measuring apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention. The measuring apparatus 100 of this embodiment is an apparatus (wavefront aberration measuring apparatus) for measuring wavefront aberration. In the present embodiment, a Fizeau interferometer will be described as an example.

図１に示すように、測定装置１００は、擬似点光源として光学素子（図２参照）を有する照明光学系５０と、照明光学系５０から出射した球面波を被検面１１０ａに照射し、その反射光を検出する検出部１２０と、前記反射光に基づいて被検面１１０ａの波面収差を算出する算出手段１３０と、を有して構成されている。   As shown in FIG. 1, the measuring apparatus 100 irradiates the illumination optical system 50 having an optical element (see FIG. 2) as a pseudo point light source and a spherical wave emitted from the illumination optical system 50 onto the surface 110 a to be measured. A detection unit 120 that detects reflected light and a calculation unit 130 that calculates the wavefront aberration of the test surface 110a based on the reflected light are included.

検出部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、を有して構成されている。また、基準板１０３から光が出射する側（＋Ｙ方向側）には、波面収差を測定する対象となる被検面１１０ａを有するサンプル１１０が配置されている。なお、照明光学系５０からは球面波が発生するようになっている。また、この球面波が発生するしくみについては後述する。   The detection unit 120 includes a beam splitter 101, a collimator lens 102, a reference plate 103, a relay lens 104, and an image sensor 105. A sample 110 having a test surface 110a that is a target for measuring wavefront aberration is disposed on the side from which light is emitted from the reference plate 103 (+ Y direction side). A spherical wave is generated from the illumination optical system 50. A mechanism for generating this spherical wave will be described later.

ビームスプリッター１０１は、照明光学系５０から発した＋Ｙ方向に進む球面波を透過させるとともに、コリメーターレンズ１０２を透過して参照面１０３ａあるいは被検面１１０ａで反射した−Ｙ方向に進む光を−Ｚ方向に反射する。照明光学系５０から発した球面波は、ビームスプリッター１０１、コリメーターレンズ１０２を透過後に平行光となり、基準板１０３と呼ばれる高精度に研磨された平面ガラス板に到達する。基準板１０３に到達した光のうち一部の光は参照面１０３ａで反射し、残りの光は基準板１０３を透過後サンプル１１０の被検面１１０ａに到達して反射する。参照面１０３ａで反射した光は参照光として用いられ、参照面１０３ａを透過した光は測定光として用いられる。つまり、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は非常に高精度に研磨されており、その面精度は、例えば光の波長の２０分の１以下（３０ｎｍ以下）の凹凸しかないものとなっている。   The beam splitter 101 transmits a spherical wave emitted from the illumination optical system 50 and traveling in the + Y direction, and transmits light traveling in the Y direction that is transmitted through the collimator lens 102 and reflected by the reference surface 103a or the test surface 110a. Reflects in the Z direction. The spherical wave emitted from the illumination optical system 50 becomes parallel light after passing through the beam splitter 101 and the collimator lens 102 and reaches a flat glass plate called a reference plate 103 which is polished with high accuracy. A part of the light reaching the reference plate 103 is reflected by the reference surface 103a, and the remaining light reaches the test surface 110a of the sample 110 after passing through the reference plate 103 and is reflected. The light reflected by the reference surface 103a is used as reference light, and the light transmitted through the reference surface 103a is used as measurement light. That is, the reference surface 103a is a light dividing means (amplitude dividing) and is a superposing means. The reference surface 103a is polished with very high accuracy, and the surface accuracy is, for example, only unevenness of 1/20 or less (30 nm or less) of the wavelength of light.

参照面１０３ａからの反射光と被検面１１０ａからの反射光は元の光路を逆戻りし、干渉してビームスプリッター１０１によりリレーレンズ１０４を介して撮像素子１０５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１１０ａの形状）が計算される。   The reflected light from the reference surface 103a and the reflected light from the surface 110a to be tested return to the original optical path, interfere with each other, and are guided to the image sensor 105 via the relay lens 104 by the beam splitter 101, thereby obtaining an interference fringe image. It is done. From this interference fringe image, the wavefront aberration (the shape of the test surface 110a) is calculated.

リレーレンズ１０４は、ビームスプリッター１０１で反射された光（参照光と測定光との干渉光）をリレーするレンズである。測定装置１００に配置された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。   The relay lens 104 is a lens that relays light reflected by the beam splitter 101 (interference light between reference light and measurement light). The collimator lens 102, the reference plate 103, and the relay lens 104 arranged in the measuring apparatus 100 are formed using a glass material such as synthetic quartz glass or fluorite (calcium fluoride).

撮像素子１０５は、干渉光を検出するものであり、例えば二次元ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の光電変換素子を用いることができる。撮像素子１０５で検出された干渉縞等の検出データは、算出手段１３０に出力される。   The image sensor 105 detects interference light, and for example, a photoelectric conversion element such as a two-dimensional CCD (Charge Coupled Device) can be used. Detection data such as interference fringes detected by the image sensor 105 is output to the calculation means 130.

算出手段１３０は、検出部１２０から出力された検出結果（干渉縞等の検出データ）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１１０ａ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。   The calculation means 130 displays the detection result (detection data such as interference fringes) output from the detection unit 120 on a monitor (not shown), or analyzes the detection result to numerically calculate the wavefront aberration generated on the test surface 110a. Obtain the value and display it on the monitor.

フィゾー干渉計では、参照面１０３ａと被検面１１０ａとの間には空気間隔があるだけで、参照面１０３ａよりも照明光学系５０側の光路（−Ｙ方向側の光路）は共通であり、参照面１０３ａと被検面１１０ａ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と被検面１１０ａの差は事実上被検面１１０ａの形状となる。なお、参照面１０３ａからの反射光と被検面１１０ａからの反射光には、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。   In the Fizeau interferometer, there is only an air gap between the reference surface 103a and the test surface 110a, and the optical path on the illumination optical system 50 side (the optical path on the −Y direction side) from the reference surface 103a is common. A difference between the reference surface 103a and the test surface 110a is captured as an interference pattern. That is, since the reference surface 103a is a highly accurate plane, the difference between the reference surface 103a and the test surface 110a is substantially the shape of the test surface 110a. The reflected light from the reference surface 103a and the reflected light from the test surface 110a have a large optical path difference compared to the wavelength of the light, so it is necessary to use laser light having excellent coherence. .

図２は、本発明の第１実施形態に係る照明光学系５０の概略構成を示す模式図である。図２に示すように、照明光学系５０は、光学素子１と、光入射手段２０と、遮光部３０と、を有して構成されている。なお、図２において符号Θ１は、基材１０の表面（金属薄膜１１が形成された側の面）に対する光の入射角である。表面プラズモンは、入射光の波長と基材１０及び金属薄膜１１のそれぞれの誘電率とによって一意に定まる特定の光線入射角において励起される。したがって、図２におけるΘ１は、表面プラズモンを励起可能な角度に設定されている。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the illumination optical system 50 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the illumination optical system 50 includes an optical element 1, a light incident unit 20, and a light shielding unit 30. In FIG. 2, symbol Θ <b> 1 is an incident angle of light with respect to the surface of the substrate 10 (the surface on the side where the metal thin film 11 is formed). The surface plasmon is excited at a specific light incident angle that is uniquely determined by the wavelength of incident light and the dielectric constants of the substrate 10 and the metal thin film 11. Therefore, Θ1 in FIG. 2 is set to an angle at which surface plasmons can be excited.

光学素子１は、光を透過する基材１０と、基材１０の表面に形成された金属薄膜１１と、金属薄膜１１に形成されるとともに基材１０の内部から基材１０の表面に向けて光を全反射条件で入射させたときに励起される表面プラズモンを球面波に変換して出射させる散乱部（開口部１２）と、を有している。   The optical element 1 includes a base material 10 that transmits light, a metal thin film 11 that is formed on the surface of the base material 10, and a metal thin film 11 that is formed from the inside of the base material 10 toward the surface of the base material 10. And a scattering portion (opening portion 12) that converts surface plasmon excited when light is incident under total reflection conditions into a spherical wave and emits the same.

本実施形態では、基材１０として、固体液浸レンズ（ソリッドイマージョンレンズ）を用いている。この固体液浸レンズは、半球状のレンズであり、例えば、高屈折率ガラスや人工ダイヤモンドなどの高屈折率材料によって形成されている。このため、固体液浸レンズに入射する光を金属薄膜１１に形成された散乱部１２の近傍に集光させることができる。   In the present embodiment, a solid immersion lens (solid immersion lens) is used as the substrate 10. This solid immersion lens is a hemispherical lens, and is formed of a high refractive index material such as high refractive index glass or artificial diamond, for example. For this reason, the light incident on the solid immersion lens can be condensed in the vicinity of the scattering portion 12 formed on the metal thin film 11.

また、光学素子１は、光が微小なピンホールを通過して球面波となる構成とはなっていない。このため、入射光のうち測定に用いられる光がピンホールを通過せず無駄になってしまうことがなく、入射光をすべて有効に活用することができる。   Further, the optical element 1 is not configured such that light passes through a minute pinhole and becomes a spherical wave. For this reason, light used for measurement among incident light does not pass through the pinhole and is not wasted, and all incident light can be used effectively.

金属薄膜１１は、固体液浸レンズの平面部に形成されている。金属薄膜１１の膜厚は、基材１０の内部から基材１０の表面（固体液浸レンズの平面部）に向けて光を全反射条件で入射させたときにエバネッセント波が金属薄膜１１の表面に滲みだすような厚さになっている。具体的には、金属薄膜１１の膜厚は、入射する光の波長の５０分の１以上５分の１以下となっている。本実施形態では、金属薄膜１１の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度になっている。   The metal thin film 11 is formed on the flat portion of the solid immersion lens. The thickness of the metal thin film 11 is such that evanescent waves are generated on the surface of the metal thin film 11 when light is incident from the inside of the base material 10 toward the surface of the base material 10 (planar portion of the solid immersion lens) under total reflection conditions. It has a thickness that oozes out. Specifically, the film thickness of the metal thin film 11 is from 1/50 to 1/5 of the wavelength of incident light. In the present embodiment, the thickness of the metal thin film 11 is about 10 nm to 100 nm.

これにより、基材１０の内部から基材１０の表面に向けて光を全反射条件で入射させたときに金属薄膜１１の表面にエバネッセント波が滲みだすようになる。このため、この滲みだしたエバネッセント波の位相速度を表面プラズモンの位相速度に一致させることができ、表面プラズモンを共鳴的に励起することができる。一方、金属薄膜１１の膜厚が入射する光の波長の５０分の１よりも小さいと、膜厚が薄すぎて金属薄膜１１としての体を保つことが困難となり表面プラズモンを励起できないおそれがある。また、金属薄膜１１の膜厚が入射する光の波長の５分の１よりも大きいと、膜厚が厚すぎて基材１０の内部から基材１０の表面に向けて光を全反射条件で入射させたときに金属薄膜１１の表面にエバネッセント波が滲みださなくなり表面プラズモンを励起できないおそれがある。   Thereby, when light is incident on the surface of the base material 10 from the inside of the base material 10 under the total reflection condition, an evanescent wave starts to ooze out on the surface of the metal thin film 11. For this reason, the phase velocity of the evanescent wave that has exuded can be matched with the phase velocity of the surface plasmon, and the surface plasmon can be excited resonantly. On the other hand, when the film thickness of the metal thin film 11 is smaller than 1/50 of the wavelength of incident light, the film thickness is too thin to make it difficult to keep the body as the metal thin film 11 and the surface plasmon may not be excited. . Moreover, when the film thickness of the metal thin film 11 is larger than one fifth of the wavelength of incident light, the film thickness is too thick, and light is transmitted from the inside of the base material 10 toward the surface of the base material 10 under the condition of total reflection. When incident, there is a possibility that the evanescent wave does not ooze on the surface of the metal thin film 11 and the surface plasmon cannot be excited.

また、金属薄膜１１は、金、銀、アルミニウムのいずれかによって形成されている。これらの金属はプラズモンを発現させる特性を有しているので、金属薄膜１１の表面に表面プラズモンが励起されやすくなる。   The metal thin film 11 is formed of any one of gold, silver, and aluminum. Since these metals have a characteristic of expressing plasmons, surface plasmons are easily excited on the surface of the metal thin film 11.

散乱部は、金属薄膜１１表面における不連続部であり、金属薄膜１１の中央部に形成された開口部１２である。この開口部１２の大きさは、入射する光の波長よりも小さくなっている。具体的には、開口部１２の大きさは、入射する光の波長の１００分の１以上２分の１以下となっている。本実施形態では、開口部１２の大きさが１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度になっている。ここで、開口部１２の大きさとは、平面視において開口部１２に線を引いたとき最も長く引ける線の距離である。例えば、開口部１２が平面視円形のときは円の直径が開口部１２の大きさとなり、開口部１２が平面視矩形のときは矩形の対角線が開口部１２の大きさとなる。   The scattering portion is a discontinuous portion on the surface of the metal thin film 11 and is an opening 12 formed in the center of the metal thin film 11. The size of the opening 12 is smaller than the wavelength of incident light. Specifically, the size of the opening 12 is not less than 1/100 and not more than 1/2 of the wavelength of incident light. In the present embodiment, the size of the opening 12 is about 100 nm to 500 nm. Here, the size of the opening 12 is the distance of a line that can be drawn the longest when a line is drawn in the opening 12 in a plan view. For example, when the opening 12 is circular in plan view, the diameter of the circle is the size of the opening 12, and when the opening 12 is rectangular in plan view, the diagonal of the rectangle is the size of the opening 12.

これにより、開口部１２によって表面プラズモンが光に変換されやすくなる。このため、その後、変換された光が干渉し合って高精度な球面波が容易に生成される。一方、開口部１２の大きさが入射する光の波長の１００分の１よりも小さいと、開口部１２が小さすぎて開口部１２が無い状態と等価となり表面プラズモンが光に変換されにくくなるおそれがある。また、開口部１２の大きさが入射する光の波長の２分の１よりも大きいと、開口部１２が大きすぎて表面プラズモンが光に変換されにくくなるおそれがある。   Thereby, the surface plasmon is easily converted into light by the opening 12. For this reason, after that, the converted lights interfere with each other, and a highly accurate spherical wave is easily generated. On the other hand, if the size of the opening 12 is smaller than 1/100 of the wavelength of incident light, the opening 12 is too small and is equivalent to a state without the opening 12, and surface plasmons may not be easily converted into light. There is. Further, if the size of the opening 12 is larger than half of the wavelength of incident light, the opening 12 may be too large to make it difficult to convert surface plasmons into light.

光入射手段２０は、円錐レンズ（アキシコンレンズ）２１と、球面レンズ２２と、対物レンズ２３と、を有して構成されている。光入射手段２０は、光学素子１に設けられた基材１０の内部から基材１０の表面に向けて、少なくとも一部の光が基材１０の表面への入射角Θ１が全反射条件を満たすように光を入射させるものである。光入射手段２０を構成する円錐レンズ２１、球面レンズ２２、及び対物レンズ２３は、例えば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。   The light incident means 20 includes a conical lens (axicon lens) 21, a spherical lens 22, and an objective lens 23. The light incident means 20 is such that at least a part of light incident on the surface of the substrate 10 from the inside of the substrate 10 provided in the optical element 1 toward the surface of the substrate 10 satisfies the total reflection condition. In this way, light is incident. The conical lens 21, the spherical lens 22, and the objective lens 23 constituting the light incident means 20 are formed using a glass material such as synthetic quartz glass or fluorite (calcium fluoride).

円錐レンズ２１は、不図示の光源から射出されるレーザー光線の焦点を合わせるとともに、球面レンズ２２との組み合わせによりリング状の光線を形成する。なお、光源としては、例えばＡｒＦエキシマレーザー光源（波長１９３ｎｍ）を用いることができる。   The conical lens 21 focuses a laser beam emitted from a light source (not shown) and forms a ring-shaped light beam in combination with the spherical lens 22. For example, an ArF excimer laser light source (wavelength 193 nm) can be used as the light source.

遮光部３０は、球面レンズ２２と対物レンズ２３との間の光路上に配置されている。この遮光部３０は、球面レンズ２２を通過した光のうち基材１０の表面への入射角が全反射条件を満たさない光の少なくとも一部を遮蔽する構造を有する。例えば、遮光部３０は、クロム等によって輪帯形状の遮光帯を同心円状に形成したものである。遮光する範囲は、これにより遮光される光の基材１０の表面に入射する角度が全反射臨界角よりも小さい範囲となるように決定される。ここで、全反射臨界角は基材１０の材質によって異なるが、例えば基材１０の形成材料がガラスのときの全反射臨界角は４２〜４３°程度である。   The light shielding unit 30 is disposed on the optical path between the spherical lens 22 and the objective lens 23. The light shielding unit 30 has a structure that shields at least a part of light that has passed through the spherical lens 22 and whose incident angle to the surface of the substrate 10 does not satisfy the total reflection condition. For example, the light shielding part 30 is formed by concentrically forming a ring-shaped light shielding band with chromium or the like. The light shielding range is determined so that the angle at which the light to be shielded is incident on the surface of the substrate 10 is smaller than the total reflection critical angle. Here, although the total reflection critical angle varies depending on the material of the base material 10, for example, the total reflection critical angle when the forming material of the base material 10 is glass is about 42 to 43 °.

これにより、基材１０の表面に照射される光は、全反射条件を満たすもの（全反射臨界角よりも大きな入射角をもつもの）が主になる。このような光は、基材１０の表面で全反射をおこし、金属薄膜１１の表面にエバネッセント波を発生させる。   Thereby, the light irradiated on the surface of the base material 10 is mainly one that satisfies the total reflection condition (having an incident angle larger than the total reflection critical angle). Such light causes total reflection on the surface of the substrate 10 and generates an evanescent wave on the surface of the metal thin film 11.

図３は、本発明の第１実施形態に係る光学素子１の表面状態を示す図である。図３に示すように、金属薄膜１１に形成された開口部１２によって、基材１０の内部から基材１０の表面に向けて光を全反射条件で入射させたときに励起される表面プラズモンが球面波に変換される。具体的には、光入射手段２０により所定の波長の光を基材１０の内部から基材１０の表面に向けて全反射条件で入射させる。本実施形態では、遮光部３０によって基材１０の表面に照射される光は、全反射条件を満たすもの（全反射臨界角よりも大きな入射角をもつもの）が主になっている。   FIG. 3 is a diagram showing a surface state of the optical element 1 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the surface plasmon excited when light is incident on the surface of the base material 10 from the inside of the base material 10 through the opening 12 formed in the metal thin film 11 under the condition of total reflection. Converted to spherical wave. Specifically, light having a predetermined wavelength is incident from the inside of the substrate 10 toward the surface of the substrate 10 by the light incident means 20 under the condition of total reflection. In this embodiment, the light irradiated on the surface of the base material 10 by the light-shielding part 30 is mainly the light that satisfies the total reflection condition (has an incident angle larger than the total reflection critical angle).

また、基材１０の内部から基材１０の表面に向けて入射する光は、開口部１２の近傍に入射するように設定されている。この入射光の入射位置は、例えば上述した光入射手段２０を構成する各種レンズの配置を適宜変更することにより設定可能である。本実施形態では、入射光束の幅は、基材１０の表面において、開口部１２を中心として直径５μｍ程度の範囲に集光されるように設定されている。このように開口部１２に近接した金属薄膜１１表面における連続部（金属薄膜１１表面における不連続部（開口部１２）を除いた領域）に光を選択的に入射させることができる。つまり、エバネッセント波が滲みだす厚さに形成された金属薄膜１１のうち開口部１２に近接した部分に光を選択的に入射させることができる。このため、金属薄膜１１に入射する光のエネルギーを表面プラズモンの伝搬長以内の領域に集中させることができ、開口部１２の近傍に表面プラズモンを励起するためのエネルギーとして、有効に利用することができる。   Further, the light incident from the inside of the base material 10 toward the surface of the base material 10 is set to enter the vicinity of the opening 12. The incident position of the incident light can be set, for example, by appropriately changing the arrangement of various lenses constituting the light incident means 20 described above. In the present embodiment, the width of the incident light beam is set so as to be collected in a range of about 5 μm in diameter around the opening 12 on the surface of the substrate 10. In this way, light can be selectively incident on a continuous portion on the surface of the metal thin film 11 close to the opening 12 (a region excluding the discontinuous portion (opening 12) on the surface of the metal thin film 11). That is, light can be selectively incident on a portion of the metal thin film 11 formed to have a thickness that allows evanescent waves to bleed out and close to the opening 12. For this reason, the energy of the light incident on the metal thin film 11 can be concentrated in a region within the propagation length of the surface plasmon, and can be effectively used as energy for exciting the surface plasmon in the vicinity of the opening 12. it can.

また、金属薄膜１１の外側の空気中に電磁波の浸透が発生する（これをエバネッセント場という）。これにともなって、金属薄膜１１の表面に滲みだした境界面に沿って伝播する波（以下、エバネッセント波という）が発生する。金属薄膜１１表面では、表面での境界条件を満たす表面電荷の集団振動が存在する（表面に局在化したプラズモンモード、以下、表面プラズモンという）。つまり、エバネッセント波を用いると、この位相速度を表面プラズモンの位相速度に一致させることができ、表面プラズモンを共鳴的に励起することができる。   Further, penetration of electromagnetic waves occurs in the air outside the metal thin film 11 (this is called an evanescent field). Along with this, a wave (hereinafter referred to as an evanescent wave) that propagates along the boundary surface that oozes out on the surface of the metal thin film 11 is generated. On the surface of the metal thin film 11, there is collective vibration of surface charge that satisfies the boundary condition on the surface (plasmon mode localized on the surface, hereinafter referred to as surface plasmon). That is, when an evanescent wave is used, this phase velocity can be matched with the phase velocity of the surface plasmon, and the surface plasmon can be excited resonantly.

また、表面プラズモンの電界分布についてみると、エバネッセント波も表面プラズモンの電界と一致している必要がある。それは表面プラズモンの電界成分のある面を入射面とし、電界成分がその入射面に平行な入射光で実現できる。このような光はＰ偏光と呼ばれる直線偏光であり、表面プラズモンを励起するためにはＰ偏光を基材１０の表面に入射させる必要がある。一方、Ｐ偏光に垂直な直線偏光はＳ偏光と呼ばれるが、このＳ偏光では表面プラズモンを励起することはできない。   Further, regarding the electric field distribution of the surface plasmon, the evanescent wave needs to coincide with the electric field of the surface plasmon. This can be realized by using a surface having an electric field component of surface plasmon as an incident surface, and the electric field component being incident light parallel to the incident surface. Such light is linearly polarized light called P-polarized light, and P-polarized light needs to be incident on the surface of the substrate 10 in order to excite surface plasmons. On the other hand, linearly polarized light perpendicular to P-polarized light is called S-polarized light, but surface plasmon cannot be excited with this S-polarized light.

また、金属薄膜１１の表面には、開口部１２の近傍に所定の波長のＰ偏光を入射させると生じる正電荷と負電荷との振動に伴って電磁場の振動が誘起される。ここで、正電荷と負電荷はＰ偏光の波としての性質及び電磁場の振動モード等の要素によって、時間的な変化に応じてそれらの配置が切り替わるようになっている。例えば、開口部１２の一端に生じる正電荷が経時的に負電荷に切り替わるとともに、開口部１２の他端に生じる負電荷が経時的に正電荷に切り替わるようになっている。そして、この電磁場の振動は、電荷の振動に影響するため、両者の振動が結合した系である表面プラズモンが励起されることになる。この表面プラズモンの励起エネルギーは、開口部１２近傍で例えばアンテナのように作用し、電磁波として空間に放射される。   In addition, the vibration of the electromagnetic field is induced on the surface of the metal thin film 11 along with the vibration of the positive charge and the negative charge that are generated when P-polarized light having a predetermined wavelength is incident in the vicinity of the opening 12. Here, the arrangement of the positive charge and the negative charge is switched according to a temporal change depending on factors such as a property of a P-polarized wave and a vibration mode of an electromagnetic field. For example, a positive charge generated at one end of the opening 12 is switched to a negative charge with time, and a negative charge generated at the other end of the opening 12 is switched to a positive charge with time. Since the vibration of the electromagnetic field affects the vibration of the electric charge, the surface plasmon that is a system in which both vibrations are coupled is excited. The excitation energy of the surface plasmon acts like an antenna in the vicinity of the opening 12 and is radiated to space as an electromagnetic wave.

このようにして、表面プラズモンが励起されると、入射光のエネルギーは表面プラズモンの励起によって奪われ、その後、開口部１２で表面プラズモンが球面波に変換される。   In this way, when the surface plasmon is excited, the energy of the incident light is taken away by the excitation of the surface plasmon, and then the surface plasmon is converted into a spherical wave at the opening 12.

本実施形態に係る光学素子１、照明光学系５０、及び測定装置１００によれば、金属薄膜１１に形成された開口部１２によって、基材１０の内部から基材１１の表面に向けて光を全反射条件で入射させたときに励起される表面プラズモンが球面波に変換されるため、高精度かつ高強度の球面波が得られる。具体的には、基材１０の内部から基材１０の表面に向けて光を全反射条件で入射させると、金属薄膜１１の内部にエバネッセント場が発生する。これにともなって、金属薄膜１１の表面に滲みだした境界面に沿ってエバネッセント波が発生する。金属薄膜１１表面では、表面での境界条件を満たす表面電荷の集団振動である表面プラズモンが存在する。つまり、エバネッセント波を用いると、この位相速度を表面プラズモンの位相速度に一致させることができ、表面プラズモンを共鳴的に励起することができる。このようにして、表面プラズモンが励起されると、入射光のエネルギーは表面プラズモンの励起によって奪われ、その後、開口部１２で球面波が生成される。また、光が微小なピンホールを通過して球面波となる構成とはなっていない。つまり、入射光のうち測定に用いられる光がピンホールを通過せず、無駄になってしまうことがない。したがって、高強度の球面波を得ることが可能な光学素子１、照明光学系５０、及び測定装置１００が得られる。   According to the optical element 1, the illumination optical system 50, and the measuring apparatus 100 according to the present embodiment, light is directed from the inside of the base material 10 toward the surface of the base material 11 by the opening 12 formed in the metal thin film 11. Since the surface plasmon excited when it is incident on the total reflection condition is converted into a spherical wave, a highly accurate and high intensity spherical wave can be obtained. Specifically, when light is incident from the inside of the base material 10 toward the surface of the base material 10 under the condition of total reflection, an evanescent field is generated inside the metal thin film 11. Along with this, an evanescent wave is generated along the boundary surface that has oozed out on the surface of the metal thin film 11. On the surface of the metal thin film 11, surface plasmons that are collective vibrations of surface charges that satisfy the boundary conditions on the surface exist. That is, when an evanescent wave is used, this phase velocity can be matched with the phase velocity of the surface plasmon, and the surface plasmon can be excited resonantly. In this way, when the surface plasmon is excited, the energy of the incident light is taken away by the excitation of the surface plasmon, and then a spherical wave is generated at the opening 12. Further, the light does not pass through a minute pinhole and become a spherical wave. That is, the light used for measurement out of the incident light does not pass through the pinhole and is not wasted. Therefore, the optical element 1, the illumination optical system 50, and the measuring apparatus 100 that can obtain a high-intensity spherical wave are obtained.

また、この構成によれば、散乱部が開口部１２であり、この開口部１２の大きさが入射する光の波長よりも小さく、具体的には光の波長の１００分の１以上２分の１以下になっているので、開口部１２によって高精度な球面波が容易に生成される。一方、開口部１２の大きさが入射する光の波長の１００分の１よりも小さいと、開口部１２が小さすぎて開口部１２が無い状態と等価となり球面波が生成されにくくなるおそれがある。また、開口部１２の大きさが入射する光の波長の２分の１よりも大きいと、開口部１２が大きすぎて球面波が生成されにくくなるおそれがある。   Further, according to this configuration, the scattering portion is the opening 12, and the size of the opening 12 is smaller than the wavelength of the incident light, specifically, 1/100 or more of the light wavelength. Since it is 1 or less, a highly accurate spherical wave is easily generated by the opening 12. On the other hand, if the size of the opening 12 is smaller than 1/100 of the wavelength of incident light, the opening 12 is too small and is equivalent to a state in which there is no opening 12, and it may be difficult to generate a spherical wave. . If the size of the opening 12 is larger than half of the wavelength of incident light, the opening 12 may be too large to generate a spherical wave.

また、この構成によれば、金属薄膜１１の膜厚は基材１１の内部から基材１０の表面に向けて光を全反射条件で入射させたときにエバネッセント波が金属薄膜１１の表面に滲みだすような厚さになっており、具体的には光の波長の５０分の１以上５分の１以下になっている。このため、基材１０の内部から基材１０の表面に向けて光を全反射条件で入射させたときに金属薄膜１１の表面にエバネッセント波が滲みだすので、この滲みだしたエバネッセント波の位相速度を表面プラズモンの位相速度に一致させることができ、表面プラズモンを共鳴的に励起することができる。一方、金属薄膜１１の膜厚が入射する光の波長の５０分の１よりも小さいと、膜厚が薄すぎて金属薄膜１１としての体を保つことが困難となり表面プラズモンを励起できないおそれがある。また、金属薄膜１１の膜厚が入射する光の波長の５分の１よりも大きいと、膜厚が厚すぎて基材１０の内部から基材１０の表面に向けて光を全反射条件で入射させたときに金属薄膜の表面にエバネッセント波が滲みださなくなり表面プラズモンを励起できないおそれがある。   Further, according to this configuration, the film thickness of the metal thin film 11 is such that evanescent waves spread on the surface of the metal thin film 11 when light is incident from the inside of the substrate 11 toward the surface of the substrate 10 under the total reflection condition. More specifically, the thickness is about 1/50 to 1/5 of the wavelength of light. For this reason, since the evanescent wave oozes out on the surface of the metal thin film 11 when light is incident from the inside of the base material 10 toward the surface of the base material 10 under the total reflection condition, the phase velocity of the oozed evanescent wave starts. Can be made to match the phase velocity of the surface plasmon, and the surface plasmon can be excited resonantly. On the other hand, when the film thickness of the metal thin film 11 is smaller than 1/50 of the wavelength of incident light, the film thickness is too thin to make it difficult to keep the body as the metal thin film 11 and the surface plasmon may not be excited. . Moreover, when the film thickness of the metal thin film 11 is larger than one fifth of the wavelength of incident light, the film thickness is too thick, and light is transmitted from the inside of the base material 10 toward the surface of the base material 10 under the condition of total reflection. When incident, there is a possibility that the evanescent wave does not spread on the surface of the metal thin film and the surface plasmon cannot be excited.

また、この構成によれば、基材１０が固体液浸レンズであるため、入射する光を金属薄膜１１に形成された開口部１２近傍に集光させることができる。つまり、集光した光のエネルギーを表面プラズモンの励起に活用することができる。したがって、高精度かつ高強度の球面波を確実に得ることが可能となる。   Further, according to this configuration, since the substrate 10 is a solid immersion lens, incident light can be condensed near the opening 12 formed in the metal thin film 11. That is, the energy of the collected light can be utilized for excitation of surface plasmons. Therefore, it is possible to reliably obtain a highly accurate and high intensity spherical wave.

また、この構成によれば、金属薄膜１１がプラズモンを発現させる特性を有する金、銀、アルミニウムのいずれかによって形成されているので、表面プラズモンが励起されやすくなる。したがって、高精度かつ高強度の球面波を容易に得ることが可能となる。   Further, according to this configuration, since the metal thin film 11 is formed of any one of gold, silver, and aluminum having the property of expressing plasmons, the surface plasmons are easily excited. Accordingly, it is possible to easily obtain a highly accurate and high intensity spherical wave.

本実施形態に係る照明光学系５０によれば、遮光部３０を有するため、基材１０の表面に照射される光は、全反射条件を満たすものが主になる。このような光は、基材１０の表面で全反射をおこし、金属薄膜１１の表面にエバネッセント波を発生させる。したがって、高精度かつ高強度の球面波を確実に得ることが可能となる。   According to the illumination optical system 50 according to the present embodiment, since the light shielding unit 30 is provided, the light irradiated on the surface of the base material 10 mainly satisfies the total reflection condition. Such light causes total reflection on the surface of the substrate 10 and generates an evanescent wave on the surface of the metal thin film 11. Therefore, it is possible to reliably obtain a highly accurate and high intensity spherical wave.

なお、本実施形態では、遮光部３０が球面レンズ２２と対物レンズ２３との間の光路上に配置されているが、これに限らない。例えば、遮光部が固体液浸レンズの球面部の中央部分にクロムを蒸着することで配置されていてもよい。すなわち、遮光部は球面レンズを通過した光のうち基材の表面への入射角が全反射条件を満たさない光の少なくとも一部を遮蔽する構造を有していればよい。   In the present embodiment, the light shielding unit 30 is disposed on the optical path between the spherical lens 22 and the objective lens 23, but the present invention is not limited to this. For example, the light shielding part may be arranged by vapor-depositing chromium at the central part of the spherical part of the solid immersion lens. That is, the light-shielding part should just have a structure which shields at least one part of the light which the incident angle to the surface of a base material does not satisfy | fill total reflection conditions among the light which passed the spherical lens.

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る照明光学系６０の概略構成を示す模式図である。図４に示すように、照明光学系６０は、光学素子２と、光入射手段２０と、遮光部３０と、を有して構成されている。本実施形態の照明光学系６０は、光学素子２の散乱部が凸部１３である点で第１実施形態の照明光学系５０と異なる。その他の点は第１実施形態の照明光学系５０と同様であるので、その詳細な説明を省略する。なお、図４において符号Θ２は、基材１０の表面に対する光の入射角である。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the illumination optical system 60 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the illumination optical system 60 includes the optical element 2, the light incident unit 20, and the light shielding unit 30. The illumination optical system 60 of the present embodiment is different from the illumination optical system 50 of the first embodiment in that the scattering portion of the optical element 2 is a convex portion 13. Since other points are the same as those of the illumination optical system 50 of the first embodiment, detailed description thereof is omitted. In FIG. 4, the symbol Θ <b> 2 is an incident angle of light with respect to the surface of the substrate 10.

光学素子２は、光を透過する基材１０と、基材１０の表面に形成された金属薄膜１１と、金属薄膜１１に形成されるとともに基材１０の内部から基材１０の表面に向けて光を全反射条件で入射させたときに励起される表面プラズモンを球面波に変換して出射させる散乱部（凸部１３）と、を有している。   The optical element 2 includes a base material 10 that transmits light, a metal thin film 11 that is formed on the surface of the base material 10, and a metal thin film 11 that is formed from the inside of the base material 10 toward the surface of the base material 10. And a scattering portion (convex portion 13) that converts surface plasmon excited when light is incident under total reflection conditions into a spherical wave and emits the same.

散乱部は、金属薄膜１１表面における不連続部であり、金属薄膜１１の中央部に形成されるとともに金属薄膜１１の表面に突出した金属の凸部１３である。この凸部１３の大きさは、入射する光の波長よりも小さくなっている。具体的には、凸部１３の大きさは、入射する光の波長の１００分の１以上２分の１以下となっている。本実施形態では、凸部１３の大きさが３０ｎｍ〜５００ｎｍ程度になっている。ここで、凸部１３の大きさとは、平面視において凸部１３形成領域に線を引いたとき最も長く引ける線の距離、凸部１３の高さ（金属薄膜表面と凸部１３先端の間の距離）、のうちいずれか長いほうの距離である。例えば、凸部１３が側面視半球形状のときは半球の直径が凸部１３の大きさとなり、凸部１３が側面視矩形のときは矩形の長手が凸部１３の大きさとなる。   The scattering portion is a discontinuous portion on the surface of the metal thin film 11, and is a metal protrusion 13 that is formed at the center of the metal thin film 11 and protrudes from the surface of the metal thin film 11. The size of the convex portion 13 is smaller than the wavelength of incident light. Specifically, the size of the convex portion 13 is not less than 1/100 and not more than 1/2 of the wavelength of incident light. In the present embodiment, the size of the convex portion 13 is about 30 nm to 500 nm. Here, the size of the convex portion 13 is the distance of the line that can be drawn the longest when a line is drawn in the convex portion 13 formation region in plan view, the height of the convex portion 13 (between the surface of the metal thin film and the tip of the convex portion 13). Distance), whichever is longer. For example, when the convex portion 13 has a hemispherical shape in side view, the diameter of the hemisphere becomes the size of the convex portion 13, and when the convex portion 13 has a rectangular shape in side view, the length of the rectangle becomes the size of the convex portion 13.

これにより、凸部１３によって高精度な球面波が容易に生成される。一方、凸部１３の大きさが入射する光の波長の１００分の１よりも小さいと、凸部１３が小さすぎて凸部１３が無い状態と等価となり球面波が生成されにくくなるおそれがある。また、凸部１３の大きさが入射する光の波長の２分の１よりも大きいと、凸部１３が大きすぎて球面波が生成されにくくなるおそれがある。   Thereby, a highly accurate spherical wave is easily generated by the convex portion 13. On the other hand, if the size of the convex portion 13 is smaller than 1/100 of the wavelength of incident light, the convex portion 13 is too small and is equivalent to a state without the convex portion 13, and it may be difficult to generate a spherical wave. . On the other hand, if the size of the convex portion 13 is larger than one half of the wavelength of incident light, the convex portion 13 may be too large to generate a spherical wave.

また、凸部１３は、金、銀、アルミニウムのいずれかによって形成されている。これらの金属はプラズモンを発現させる特性を有しているので、凸部１３の表面に表面プラズモンが励起されやすくなる。   Moreover, the convex part 13 is formed with either gold | metal | money, silver, and aluminum. Since these metals have a characteristic of expressing plasmons, surface plasmons are easily excited on the surface of the convex portion 13.

図５は、本発明の第２実施形態に係る光学素子２の表面状態を示す図である。図５に示すように、金属薄膜１１に形成された凸部１３によって、基材１０の内部から基材１０の表面に向けて光を全反射条件で入射させたときに励起される表面プラズモンが球面波に変換される。具体的には、光入射手段２０により所定の波長の光を基材１０の内部から基材１０の表面に向けて全反射条件で入射させる。本実施形態では、遮光部３０によって基材１０の表面に照射される光は、全反射条件を満たすもの（全反射臨界角よりも大きな入射角をもつもの）が主になっている。   FIG. 5 is a diagram showing a surface state of the optical element 2 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the surface plasmon excited when light is incident under the total reflection condition from the inside of the base material 10 toward the surface of the base material 10 by the convex portions 13 formed on the metal thin film 11. Converted to spherical wave. Specifically, light having a predetermined wavelength is incident from the inside of the substrate 10 toward the surface of the substrate 10 by the light incident means 20 under the condition of total reflection. In this embodiment, the light irradiated on the surface of the base material 10 by the light-shielding part 30 is mainly the light that satisfies the total reflection condition (has an incident angle larger than the total reflection critical angle).

また、基材１０の内部から基材１０の表面に向けて入射する光は、凸部１３の近傍に入射するように設定されている。この入射光の入射位置は、例えば上述した光入射手段２０を構成する各種レンズの配置を適宜変更することにより設定可能である。本実施形態では、入射光束の幅は、基材１０の表面において、凸部１３を中心として直径５μｍ程度の範囲に集光されるように設定されている。このように凸部１３に近接した金属薄膜１１表面における連続部（金属薄膜１１表面における不連続部（凸部１３）を除いた領域）に光を選択的に入射させることができる。つまり、エバネッセント波が滲みだす厚さに形成された金属薄膜１１のうち凸部１３に近接した部分に光を選択的に入射させることができる。このため、金属薄膜１１に入射する光のエネルギーを表面プラズモンの伝搬長以内の領域に集中させることができ、凸部１３の近傍に表面プラズモンを励起するためのエネルギーとして、有効に利用することができる。   Further, the light incident from the inside of the base material 10 toward the surface of the base material 10 is set to enter the vicinity of the convex portion 13. The incident position of the incident light can be set, for example, by appropriately changing the arrangement of various lenses constituting the light incident means 20 described above. In the present embodiment, the width of the incident light beam is set so as to be condensed in a range of about 5 μm in diameter around the convex portion 13 on the surface of the substrate 10. In this way, light can be selectively incident on a continuous portion on the surface of the metal thin film 11 close to the convex portion 13 (a region excluding the discontinuous portion (convex portion 13) on the surface of the metal thin film 11). In other words, light can be selectively incident on a portion of the metal thin film 11 formed to have a thickness that evanescent waves ooze out and close to the convex portion 13. For this reason, the energy of light incident on the metal thin film 11 can be concentrated in a region within the propagation length of the surface plasmon, and it can be effectively used as energy for exciting the surface plasmon in the vicinity of the convex portion 13. it can.

また、金属薄膜１１の表面に滲みだした境界面に沿って伝播するエバネッセント波が発生する。金属薄膜１１表面では、表面での境界条件を満たす表面電荷の集団振動である表面プラズモンが存在する。つまり、エバネッセント波を用いると、この位相速度を表面プラズモンの位相速度に一致させることができ、表面プラズモンを共鳴的に励起することができる。   Further, an evanescent wave that propagates along the boundary surface that oozes out on the surface of the metal thin film 11 is generated. On the surface of the metal thin film 11, surface plasmons that are collective vibrations of surface charges that satisfy the boundary conditions on the surface exist. That is, when an evanescent wave is used, this phase velocity can be matched with the phase velocity of the surface plasmon, and the surface plasmon can be excited resonantly.

金属薄膜１１の表面には、凸部１３の近傍に所定の波長のＰ偏光を入射させると生じる正電荷と負電荷との振動に伴って電磁場の振動が誘起される。ここで、正電荷と負電荷はＰ偏光の波としての性質及び電磁場の振動モード等の要素によって、時間的な変化に応じてそれらの配置が切り替わるようになっている。例えば、凸部１３の一端に生じる正電荷が経時的に負電荷に切り替わるとともに、凸部１３の他端に生じる負電荷が経時的に正電荷に切り替わるようになっている。そして、この電磁場の振動は、電荷の振動に影響するため、両者の振動が結合した系である表面プラズモンが励起されることになる。この表面プラズモンの励起エネルギーは、凸部１３近傍で例えばアンテナのように作用し、電波として空間に放射される。   On the surface of the metal thin film 11, the vibration of the electromagnetic field is induced with the vibration of the positive charge and the negative charge that are generated when the P-polarized light having a predetermined wavelength is incident on the vicinity of the convex portion 13. Here, the arrangement of the positive charge and the negative charge is switched according to a temporal change depending on factors such as a property of a P-polarized wave and a vibration mode of an electromagnetic field. For example, a positive charge generated at one end of the convex portion 13 is switched to a negative charge with time, and a negative charge generated at the other end of the convex portion 13 is switched to a positive charge with time. Since the vibration of the electromagnetic field affects the vibration of the electric charge, the surface plasmon that is a system in which both vibrations are coupled is excited. The excitation energy of this surface plasmon acts like an antenna in the vicinity of the convex portion 13 and is radiated as a radio wave into the space.

このようにして、表面プラズモンが励起されると、入射光のエネルギーは表面プラズモンの励起によって奪われ、その後、凸部１３で球面波が生成される。   In this way, when the surface plasmon is excited, the energy of the incident light is taken away by the excitation of the surface plasmon, and then a spherical wave is generated at the convex portion 13.

本実施形態によれば、散乱部が凸部１３であり、この凸部１３の大きさが入射する光の波長よりも小さく、具体的には光の波長の１００分の１以上２分の１以下になっているので、凸部１３によって高精度な球面波が容易に生成される。一方、凸部１３の大きさが入射する光の波長の１００分の１よりも小さいと、凸部１３が小さすぎて凸部１３が無い状態と等価となり球面波が生成されにくくなるおそれがある。また、凸部１３の大きさが入射する光の波長の２分の１よりも大きいと、凸部１３が大きすぎて球面波が生成されにくくなるおそれがある。   According to the present embodiment, the scattering portion is the convex portion 13, and the size of the convex portion 13 is smaller than the wavelength of the incident light, specifically, 1/100 to 1/2 of the wavelength of the light. Since it is as follows, a highly accurate spherical wave is easily generated by the convex portion 13. On the other hand, if the size of the convex portion 13 is smaller than 1/100 of the wavelength of incident light, the convex portion 13 is too small and is equivalent to a state without the convex portion 13, and it may be difficult to generate a spherical wave. . On the other hand, if the size of the convex portion 13 is larger than one half of the wavelength of incident light, the convex portion 13 may be too large to generate a spherical wave.

また、この構成によれば、凸部１３がプラズモンを発現させる特性を有する金、銀、アルミニウムのいずれかによって形成されているので、表面プラズモンが励起されやすくなる。したがって、高精度かつ高強度の球面波を容易に得ることが可能となる。   Moreover, according to this structure, since the convex part 13 is formed with either gold | metal | money which has the characteristic to express a plasmon, silver, and aluminum, it becomes easy to excite a surface plasmon. Accordingly, it is possible to easily obtain a highly accurate and high intensity spherical wave.

（変形例１）
図６は、第１変形例の測定装置２００の概略構成を示す模式図である。本変形例の測定装置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。本変形例では、一例としてマイケルソン干渉計を挙げて説明する。 (Modification 1)
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a measurement apparatus 200 according to the first modification. The measuring apparatus 200 of this modification is an apparatus for measuring wavefront aberration (wavefront aberration measuring apparatus). In this modification, a Michelson interferometer will be described as an example.

図６に示すように、測定装置２００は、擬似点光源として光学素子を有する照明光学系５０と、照明光学系５０から出射した球面波を被検面２１０ａに照射し、その反射光を検出する検出部２２０と、前記反射光に基づいて被検面２１０ａの波面収差を算出する算出手段２３０と、を有して構成されている。   As shown in FIG. 6, the measuring apparatus 200 irradiates a surface 210a with a spherical wave emitted from the illumination optical system 50 having an optical element as a pseudo point light source and the illumination optical system 50, and detects the reflected light. The detection unit 220 includes a calculation unit 230 that calculates the wavefront aberration of the test surface 210a based on the reflected light.

検出部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、を有して構成されている。また、ハーフミラー２０２から光が出射する＋Ｙ方向側には、波面収差を測定する対象となる被検面２１０ａを有するサンプル２１０が配置されている。   The detection unit 220 includes a collimator lens 201, a half mirror 202, a correction plate 203, a reference mirror 204, a condenser lens 205, a relay lens 206, and an image sensor 207. . Further, on the + Y direction side where light is emitted from the half mirror 202, a sample 210 having a test surface 210a to be measured for wavefront aberration is disposed.

照明光学系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１１０ａの形状）が計算される。   A spherical wave emitted from the illumination optical system 50 and traveling in the + Y direction becomes parallel light by the collimator lens 201 and is divided into two optical paths by the half mirror 202. Of the two divided lights, the light traveling in the + Z direction reaches the reference surface 204a of the reference mirror 204 having a plane polished with high accuracy after passing through the correction plate 203 and is reflected. On the other hand, the light traveling in the + Y direction out of the two divided lights reaches the test surface 210a of the sample 210 and is reflected. These light beams return to the original optical path and are superimposed by the half mirror 202, and are guided to the image sensor 207 via the condenser lens 205 and the relay lens 206, and an interference fringe image is obtained. From this interference fringe image, the wavefront aberration (the shape of the test surface 110a) is calculated.

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。   The collimator lens 201, the correction plate 203, the condenser lens 205, and the relay lens 206 disposed in the measuring apparatus 200 are formed using a glass material such as synthetic quartz glass or fluorite (calcium fluoride).

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等の検出データは、算出手段２３０に出力される。   The image sensor 207 detects interference light, and a TV camera can be used. Detection data such as interference fringes detected by the image sensor 207 is output to the calculation unit 230.

算出手段２３０は、検出部２２０から出力された検出結果（干渉縞等の検出データ）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。   The calculation unit 230 displays the detection result (detection data such as interference fringes) output from the detection unit 220 on a monitor (not shown), or analyzes the detection result to numerically calculate the wavefront aberration generated on the test surface 210a. Obtain the value and display it on the monitor.

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。   In the Michelson interferometer, the two optical path lengths can be matched in the wavelength order. Therefore, it is not always necessary to use laser light, and white light or low-coherence light can be used as a light source. However, when white light or low coherence light is used, it is necessary to match the two optical path lengths accurately. In this case, even if there is reflected light from the lens surface or the like, noise does not occur and the surface shape can be measured accurately.

なお、上記実施形態では、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。 In the above embodiment, the case where the light source is an ArF excimer laser light source has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, as a light source, an ultrahigh pressure mercury lamp that emits g-line (wavelength 436 nm), i-line (wavelength 365 nm), or KrF excimer laser (wavelength 248 nm), F 2 laser (wavelength 157 nm), Kr 2 laser (wavelength 146 nm) ), A high-frequency generator of a YAG laser, or a high-frequency generator of a semiconductor laser can be used.

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。   Furthermore, a single wavelength laser beam in the infrared region or visible region oscillated from a DFB semiconductor laser or fiber laser as a light source is amplified by, for example, a fiber amplifier doped with erbium (or both erbium and yttrium), and nonlinear optics You may use the harmonic which wavelength-converted into the ultraviolet light using the crystal | crystallization. For example, if the oscillation wavelength of a single wavelength laser is in the range of 1.51 to 1.59 μm, the generated wavelength is in the range of 189 to 199 nm, the eighth harmonic, or the generated wavelength is in the range of 151 to 159 nm. A 10th harmonic is output.

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ほぼ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レーザー光とほぼ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レーザー光とほぼ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。 In particular, when the oscillation wavelength is in the range of 1.544 to 1.553 μm, an 8th harmonic in the range of 193 to 194 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the ArF excimer laser light is obtained. When the oscillation wavelength is in the range of 1.57 to 1.58 μm, the 10th harmonic wave in the range of 157 to 158 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the F 2 laser light is obtained. Further, if the oscillation wavelength is in the range of 1.03 to 1.12 μm, the seventh harmonic whose output wavelength is in the range of 147 to 160 nm is output, and in particular, the oscillation wavelength is in the range of 1.099 to 1.106 μm. If it is inside, the 7th harmonic within the range of 157 to 158 μm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the F 2 laser light is obtained. In this case, for example, an yttrium-doped fiber laser can be used as the single wavelength oscillation laser.

また、上記実施形態では、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。 In the above-described embodiment, the collimator lens, the reference plate, and the relay lens arranged in the measurement apparatus, and various lenses such as the conical lens, the spherical lens, and the objective lens constituting the light incident unit are synthetic quartz glass or Although the case where a glass material such as fluorite (calcium fluoride) is used has been described as an example, the present invention is not limited thereto. For example, these various lenses have fluorite (calcium fluoride: CaF 2 ), magnesium fluoride (MgF 2 ), lithium fluoride (LiF), and barium fluoride (BaF) depending on the wavelength of light emitted from the light source. 2 ), fluoride crystals such as strontium fluoride (SrF 2 ), LiCAF (corkyrite: LiCaAlF 6 ), LiSAF (LiSrAlF 6 ), LiMgAlF 6 , LiBeAlF 6 , KMgF 3 , KCaF 3 , KSrF 3 , or a mixed crystal thereof Or it selects from the chemical material which permeate | transmits vacuum ultraviolet light, such as quartz glass doped with substances, such as fluorine and hydrogen, suitably.

また、上記実施形態では、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、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光学系は、たとえば特許文献１に記載されているような、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光学系を用いれば良く、照明光学系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部に導かれ、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光学系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。   In the above-described embodiment, the wavefront aberration measurement of the reflective optical element has been described as an example. However, the measurement apparatus according to the embodiment of the present invention is not limited to these examples. The illumination optical system according to the aspect of the present invention can be used in a measuring apparatus for measuring wavefront aberration and the like of a transmission optical element. In addition, the illumination optical system according to the aspect of the present invention can be applied to a measuring apparatus having an optical system as a test object as described in Patent Document 1, for example. In these cases, the illumination optical system of the embodiment of the present invention may be used instead of the pinhole of the conventional measuring apparatus, and the spherical wave emitted from the illumination optical system is irradiated as a measurement light to the test object (optical system), The measurement light that has passed through the test object (optical system) is guided to the detection unit, and optical characteristics such as wavefront aberration are measured based on the detection result. Since the illumination optical system of the aspect of the present invention emits a highly accurate and high-intensity spherical wave, even when measuring the optical characteristics of the transmission optical element and the optical system, as in the case of the reflection optical element, A measurement result with a high S / N ratio can be obtained with high accuracy.

１，２…光学素子、１０…基材、１１…金属薄膜、１２…開口部（散乱部）、１３…凸部（散乱部）、２０…光入射手段、３０…遮光部（全反射条件を満たさない光の少なくとも一部を遮蔽する構造）、５０，６０…照明光学系、１００，２００…測定装置、１２０，２２０…検出部、１３０，２３０…算出手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Optical element 10 ... Base material, 11 ... Metal thin film, 12 ... Opening part (scattering part), 13 ... Convex part (scattering part), 20 ... Light incident means, 30 ... Light-shielding part (total reflection conditions are set) Structure that shields at least a part of unfilled light), 50, 60 ... illumination optical system, 100, 200 ... measuring device, 120, 220 ... detecting section, 130, 230 ... calculating means

Claims (16)

光を透過する基材と、
前記基材の表面に形成された金属薄膜と、
前記金属薄膜に形成されるとともに、前記基材の内部から前記基材の表面に向けて前記光を全反射条件で入射させたときに励起される表面プラズモンを球面波に変換して出射させる散乱部と、
を有することを特徴とする光学素子。 A base material that transmits light;
A metal thin film formed on the surface of the substrate;
Scattering that is formed on the metal thin film and converts the surface plasmon excited when the light is incident from the inside of the substrate toward the surface of the substrate under a total reflection condition into a spherical wave and then emits it. And
An optical element comprising: 前記散乱部が開口部であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the scattering portion is an opening. 前記開口部の大きさが、前記光の波長よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の光学素子。   The optical element according to claim 2, wherein the size of the opening is smaller than the wavelength of the light. 前記開口部の大きさが、前記光の波長の１００分の１以上２分の１以下であることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。   4. The optical element according to claim 3, wherein the size of the opening is not less than 1/100 and not more than 1/2 of the wavelength of the light. 前記散乱部が前記金属薄膜の表面に突出した金属の凸部であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the scattering portion is a metal convex portion protruding on a surface of the metal thin film. 前記凸部の大きさが、前記光の波長よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の光学素子。   The optical element according to claim 5, wherein a size of the convex portion is smaller than a wavelength of the light. 前記凸部の大きさが、前記光の波長の１００分の１以上２分の１以下であることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。   The optical element according to claim 6, wherein a size of the convex portion is 1/100 to 1/2 of the wavelength of the light. 前記凸部が金、銀、アルミニウムのいずれかによって形成されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の光学素子。   The optical element according to claim 5, wherein the convex portion is formed of any one of gold, silver, and aluminum. 前記金属薄膜の膜厚は、前記基材の内部から前記基材の表面に向けて前記光を全反射条件で入射させたときにエバネッセント波が前記金属薄膜の表面に滲みだすような厚さになっていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学素子。   The film thickness of the metal thin film is such that an evanescent wave oozes on the surface of the metal thin film when the light is incident from the inside of the base material toward the surface of the base material under a total reflection condition. The optical element according to claim 1, wherein the optical element is formed. 前記金属薄膜の膜厚が、前記光の波長の５０分の１以上５分の１以下であることを特徴とする請求項９に記載の光学素子。   10. The optical element according to claim 9, wherein a thickness of the metal thin film is 1/50 to 1/5 of the wavelength of the light. 前記基材が固体液浸レンズであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the substrate is a solid immersion lens. 前記金属薄膜が金、銀、アルミニウムのいずれかによって形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学素子。   The optical element according to any one of claims 1 to 11, wherein the metal thin film is formed of any one of gold, silver, and aluminum. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光学素子と、
前記光学素子に設けられた前記基材の内部から前記基材の表面に向けて、少なくとも一部の光が前記表面への入射角が全反射条件を満たすように光を入射させる光入射手段と、
を備えることを特徴とする照明光学系。 The optical element according to any one of claims 1 to 12,
A light incident means for making light incident from the inside of the base material provided in the optical element toward the surface of the base material so that at least a part of the light has an incident angle on the surface satisfying a total reflection condition; ,
An illumination optical system comprising: 前記光のうち前記基材の表面への入射角が全反射条件を満たさない光の少なくとも一部を遮蔽する構造を有することを特徴とする請求項１３に記載の照明光学系。   The illumination optical system according to claim 13, wherein the illumination optical system has a structure that blocks at least a part of the light whose incident angle to the surface of the base material does not satisfy the total reflection condition. 請求項１３または１４に記載の照明光学系と、
前記照明光学系から出射した球面波を被検面に照射し、その反射光を検出する検出部と、
前記反射光に基づいて前記被検面の波面収差を算出する算出手段と、
を有することを特徴とする測定装置。 The illumination optical system according to claim 13 or 14,
A detection unit that irradiates the surface to be measured with a spherical wave emitted from the illumination optical system and detects the reflected light;
Calculating means for calculating wavefront aberration of the test surface based on the reflected light;
A measuring apparatus comprising: 被検物に測定光を照射する照明光学系と、
前記被検物を経由した測定光を検出する検出部と、
前記検出部で検出された測定光に基づいて前記被検物の光学特性を算出する算出手段と、
を有し、
前記照明光学系が請求項１３または１４に記載の照明光学系であることを特徴とする測定装置。 An illumination optical system for irradiating the test object with measurement light;
A detection unit for detecting measurement light passing through the test object;
Calculation means for calculating optical characteristics of the test object based on measurement light detected by the detection unit;
Have
15. The measuring apparatus according to claim 13, wherein the illumination optical system is the illumination optical system according to claim 13 or 14.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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