(57)【要約】【課題】光が透過しない材料を有する回折格子の断面形状の測定において、非破壊で測定することができる断面形状測定装置及び断面形状測定方法を提供する。【解決手段】溝を有する被測定物の該溝形状を樹脂に転写し該樹脂からなる形状測定用サンプルを作製するナノインプリント作製部と、形状測定用サンプルに光を斜入射させ、溝形状から反射される反射光の分光波形を測定するスキャトロメトリ光学系と、予め想定される被測定物が有する溝の断面形状のいくつかに対して分光波形をシミュレーションを用いて算出し、その算出結果を記憶するデータ処理部とを有し、データ処理部において、スキャトロメトリ光学系で測定した分光波形と、データ処理部でシミュレーションにより算出した分光波形とに基づいて被測定物形状が有する溝の断面形状を決定することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝を有する被測定物の該溝形状を樹脂に転写し該樹脂からなる形状測定用サンプルを作製するナノインプリント作製部と、
前記形状測定用サンプルに光を斜入射させ、前記溝形状から反射される反射光の分光波形を測定するスキャトロメトリ光学系と、
予め想定される前記被測定物が有する溝の断面形状のいくつかに対して分光波形をシミュレーションを用いて算出し、その算出結果を記憶するデータ処理部と、を有し、
前記データ処理部において、前記スキャトロメトリ光学系で測定した分光波形と、前記データ処理部でシミュレーションにより算出した分光波形とに基づいて前記被測定物形状が有する溝の断面形状を決定する
ことを特徴とする断面形状測定装置。
【請求項２】
前記被測定物の測定対象部の形状は、回折格子上に形成された溝形状であり、
前記溝形状から反射光の分光波形の中から前記シミュレーションで算出された分光波形を用いて、前記被測定物の溝形状を決定する
ことを特徴とする請求項１記載の断面形状測定装置。
【請求項３】
前記スキャトロメトリ光学系は、前記形状測定用サンプルに複数の波長の光を一定の入射角をもって斜入射させ、前記複数の波長について、前記溝形状から反射される反射光の分光波形を測定する
ことを特徴とする請求項１記載の断面形状測定装置。
【請求項４】
前記被測定物の測定対象部の形状は、回折格子上に形成された溝形状であり、
前記溝形状から反射光の分光波形を計測し、測定した分光波形から偏光状態を算出し、前記分光波形および前記偏光状態に基づいて前記被測定物の測定対象部の形状を決定する
ことを特徴とする請求項１記載の断面形状測定装置。
【請求項５】
ナノプリント作製部と、スキャトロメトリ光学系と、データ処理部と含む測定装置を用いた断面形状測定方法であって、
前記データ処理部において、予め想定される前記被測定物が有する測定対象部の形状のいくつかに対して分光波形を予めシミュレーションを用いて算出し、その算出結果を記憶する工程と、
前記ナノプリント作製部において、被測定物に対してナノインプリントを用いて該被測定物の測定対象部の形状を樹脂に転写する工程と、
該測定対象部の形状を測定するための前記樹脂からなる形状測定用サンプルを作製する工程と、
スキャトロメトリ光学系において、前記形状測定用サンプルに複数の波長の光を一定の入射角をもって斜入射させ、前記複数の波長について、前記測定対象部の形状から反射される反射光の分光波形を測定する工程と、
前記スキャトロメトリ光学系で測定した前記形状測定用サンプルの分光波形と、前記データ処理部でシミュレーションにより算出した結果とに基づいて前記被測定物の測定対象部の形状を決定する工程と、を有する
ことを特徴とする断面形状測定方法。
【請求項６】
前記被測定物の測定対象部の形状を決定する工程において、
前記被測定物の測定対象部の形状は、回折格子上に形成された溝形状であり、
前記溝形状から反射光の分光波形の中から前記シミュレーションで算出された分光波形を用いて、前記被測定物の溝形状を決定する
ことを特徴とする請求項５記載の断面形状測定方法。
【請求項７】
前記測定対象部の形状を樹脂に転写する工程は、
前記被測定物の測定対象部上に塗布された樹脂を、透明基板を用いて押圧する工程と、
押圧されて成形された樹脂に対して前記透明基板を透過させてＵＶ光を照射し、前記樹脂を硬化させて前記樹脂からなる形状測定用サンプルを作成する工程と、を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の断面形状測定方法。
【請求項８】
前記被測定物の測定対象部の形状は、回折格子上に形成された溝形状であり、
前記回折格子の断面形状から想定される偏光状態をシミュレーションにより算出する
ことを特徴とする請求項５記載の断面形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子の断面形状を測定する装置、及びその断面形状の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折格子は、分光器に使用する様々な波長の混ざった光(白色光)を狭帯域の波長毎に分ける光学素子であり、表面に反射金属が蒸着された光学材料表面に微細な溝が刻まれている。
【０００３】
回折格子の光学的な性能は、回折格子に刻まれた溝の周期的なズレや溝形状の不規則性などに影響される。そこで、作製した溝の周期性や溝の形状などを確認するために回折格子の断面形状を測定する必要がある。回折格子の断面形状の測定にはＳＥＭ（走査型電子顕微鏡)などの電子顕微鏡が用いられている。
【０００４】
しかし、この方法では、断面における詳細な情報を得るためにはサンプルを切断する必要があった。このため、一度測定のために切断したサンプルは使用することができなくなるので、作製した回折格子すべての断面を測定することは現実的でなかった。
【０００５】
そこで、サンプルを切断せずに断面形状測定する方法に、スキャトロメトリを用いた方法がある。この方法はサンプルに複数の波長の光を、所定の角度で入射し、サンプルの反射光を測定し、測定した反射光から分光反射率、または偏光状態の変化を表すパラメータ算出する光測定技術と、電磁波解析手法を用いたシミュレーション技術とを組み合わせた方法である（例えば、特許文献１を参照）。分光反射率を用いた方法は測定が容易であり、偏光状態の変化を表すパラメータを用いた方法は測定精度が高いという特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１９１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したようなスキャトロメトリを用いて、サンプルに複数の波長の光を、所定の角度で入射し、サンプルの反射光を測定し断面形状測定する方法において、そのサンプルが金属のように光が透過しない材料をサンプル表面に用いている場合には、スキャトロメトリは適用できない。すなわち、サンプル表面に反射金属が蒸着されている回折格子の断面形状の測定はできないという課題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、光が透過しない材料を有する回折格子の断面形状の測定において、非破壊で測定することができる断面形状測定装置及び断面形状測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本願発明に係る断面形状測定装置の主な特徴は以下の通りである。
１）溝を有する被測定物の該溝形状を樹脂に転写し該樹脂からなる形状測定用サンプルを作製するナノインプリント作製部と、形状測定用サンプルに光を斜入射させ、溝形状から反射される反射光の分光波形を測定するスキャトロメトリ光学系と、予め想定される被測定物が有する溝の断面形状のいくつかに対して分光波形をシミュレーションを用いて算出し、その算出結果を記憶するデータ処理部とを有し、データ処理部において、スキャトロメトリ光学系で測定した分光波形と、データ処理部でシミュレーションにより算出した分光波形とに基づいて被測定物形状が有する溝の断面形状を決定することを特徴とする。
【００１０】
また、本願発明に係る断面形状測定方法の主な特徴は以下の通りである。
２）ナノプリント作製部と、スキャトロメトリ光学系と、データ処理部と含む測定装置を用いた断面形状測定方法であって、データ処理部において、予め想定される前記被測定物が有する測定対象部の形状のいくつかに対して分光波形を予めシミュレーションを用いて算出し、その算出結果を記憶する工程と、ナノプリント作製部において、被測定物に対してナノインプリントを用いて該被測定物の測定対象部の形状を樹脂に転写する工程と、該測定対象部の形状を測定するための樹脂からなる形状測定用サンプルを作製する工程と、スキャトロメトリ光学系において、形状測定用サンプルに複数の波長の光を一定の入射角をもって斜入射させ、複数の波長について、測定対象部の形状から反射される反射光の分光波形を測定する工程と、スキャトロメトリ光学系で測定した形状測定用サンプルの分光波形と、データ処理部でシミュレーションにより算出した結果とに基づいて被測定物の測定対象部の形状を決定する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回折格子の断面形状を非破壊で測定可能である断面形状測定装置、及び断面形状測定技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態で示す断面形状測定方法を示すフローチャートである。
【図２】ナノインプリントを用いた転写方法を示す図である。
【図３】断面形状測定装置の光学系を示す図である。
【図４】断面形状を決定する方法を示す図である。
【図５】回折格子の製作手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００１４】
本発明に係る回折格子断面形状測定装置は、図２に示すナノインプリント作製装置、および図３に示すスキャトロメトリ光学系を内蔵した測定装置である。そこで、以下に本発明に係るナノインプリント作製装置およびスキャトロメトリ光学系について、それぞれに関して、説明をする。
【第１の実施の形態】
【００１５】
第１の実施の形態は、レプリカ回折格子の断面形状測定に関するものである。
図１は、断面形状測定方法を示すフローチャートである。以下の（１）〜（４）に断面形状の測定手順を示す。
（１）ナノプリントを用いて樹脂に形状を転写する（ステップ１０１）。転写により、形状評価サンプルを作製する。このナノプリントに関しては、図２を用いて後述する。
（２）スキャトロメトリを用いて形状評価サンプルの反射光を測定し、測定した反射光から分光反射率を算出する（ステップ１０２）。この分光反射率の算出に関しては、図４に示す［工程１］で後述する。
（３）ＲＣＷＡ法等の電磁波解析を用いて、回折格子の断面形状ごとに分光反射率を算出し、ライブラリを作成する（ステップ１０３）。このライブラリを作成に関しては、図４に示す［工程２］で後述する。
（４）測定した分光反射率と最も一致するデータをライブラリ中で検索し形状を決定する（ステップ１０４）。この形状の決定に関しては、図４に示す［工程３］で後述する。
【００１６】
以下に、上記ステップ１０１で示すナノインプリントを用いた転写方法に関して、図２を用いて詳述する。
【００１７】
「ナノインプリント技術」とは、ナノスケールの凹凸パターンを形成したナノスタンパ（原版）を樹脂薄膜が塗布された基板に押し当てて、樹脂薄膜に凹凸パターンを転写する成形加工技術である。ナノインプリントの工程は、（１）塗布、（２）プレス、（３）転写、（４）離型、の４つの要素からなり、転写には光（ＵＶ）ナノインプリントと、熱ナノインプリントとがある。本実施例では光（ＵＶ）ナノインプリントを用いる。ただし、本実施例に熱ナノインプリントを用いることも可能である。
【００１８】
先ず、図２（ａ）−（ｃ）は、レプリカ回折格子２０１の形成方法を図示している。
なお、本実施の形態では、以下に回折格子という場合、レプリカ回折格子を指すものとする。
図２（ａ）において、ガラスなどの光学材料２０２の表面上に接着材の樹脂２０３を介して反射金属２０４が蒸着された溝パターンを有する回折格子２０１を準備する。次に、当該回折格子２０１の上方に設けられた樹脂滴下ノズル２０６から樹脂を上記反射金属２０４上に滴下する。樹脂は、回折格子２０１の全体に亘って滴下される。なお、この樹脂には、紫外線の照射により硬化する光硬化樹脂２０５を用いる。
【００１９】
次に、図２（ｂ）において、滴下した光硬化樹脂２０５を上方からナノプリント用基板２０７を用いて加圧する。加圧された光硬化樹脂２０５は、上記溝パターンの表面形状に沿って流動し、その溝パターンと同様な形状に転写される。さらに、上記ナノプリント用基板２０７は、紫外線（ＵＶ）を透過する材質を用いているので、ナノプリント用基板の上方から紫外線照射用装置２０８により照射された紫外線（３００ｎｍ〜４００ｎｍ）は、ナノプリント用基板を透過する。ナノプリント用基板２０７を透過した紫外線により光硬化樹脂２０５を硬化させることができ、ナノプリント用基板に上記溝パターンと同じパターンを有する硬化した樹脂が形成される。この硬化した樹脂の溝パターンを有する断面形状測定用サンプル２０９が得られる。
【００２０】
なお、上述した光ナノインプリントには従来技術では困難であった樹脂上に数十ｎｍの精度で形状を転写できる特徴がある。
【００２１】
次に、図２（ｃ）において、図２（ｂ）で得られた断面形状測定用サンプル２０９を計測器３００で計測する。
【００２２】
光ナノインプリントに使用する樹脂は光を透過する材質であるため、スキャトロメトリを用いた断面形状の測定を行うことが可能である。
【００２３】
≪スキャトロメトリ光学系の説明≫
次に、図３を用いて、図２で示した測定器３００について説明する。
測定器３００は、スキャトロメトリを用いた計測装置である。このスキャトロメトリは、様々な波長の光（白色光）を一定の角度で斜入射させたときの被測定対象からの反射光の分光波形を測定する方法である。
【００２４】
図３は、白色光を発する光源３０１と、被測定用サンプルから反射した光を分光する分光光学素子３０４と、分光光学素子３０４で分光された光を検出する検知器３０３と、その検知器３０３から送信される光信号を処理する光信号増幅器３０４と、Ａ／Ｄ変換器３０５と、コンピュータ３０６とで構成される測定器を図示する。
【００２５】
本図に示すように、光源３０１から出射した光を、所定の角度で断面形状測定用サンプル２０９に入射させる。断面形状測定用サンプル２０９の反射光は、分光光学素子３０４により空間的に波長分離される。この分離された光は、ダイオードがアレー上に並べられた光検知器３０３に入射し光信号に変換される。入力された光信号は光信号増幅器３０４で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３０５でデジタル化された電子信号に変換された後、コンピュータ３０６に取り込まれる。
【００２６】
≪断面形状の測定方法≫
図４を用いて、回折格子の断面形状の測定方法について説明する。
本図中で示す［工程１］では、被測定対象である断面形状測定用サンプルの分光波形の測定を行う。この分光波形の測定に関しては、図３を用いて上記に述べたとおりである。
本図の［工程１］には、所定の範囲の波長に対して測定された分光反射率を示す波形分布が図示されている。すなわち、回折格子の表面は反射金属で覆われているために、光は透過することができないが、その表面からの反射光は測定可能である。この反射光に基づいて分光反射率が測定されている。
【００２７】
次に、本図中で示す［工程２］では、予め想定される断面形状パターンにおける分光波形をＲＣＷＡ法（Rigorous Coupled Wave Analysis:厳密結合波解析法）等の電磁場解析法を用いて計算しライブラリを作成する例が図示されている。本図では、回折格子に形成された溝パターンと、その溝パターンに対して上記の電磁場解析法を用いて計算された分光波形が図示されている。ここでは、例として３つの溝パターンが示され、それぞれの溝パターンが三角形状の場合であり、側辺Ｘ１〜Ｘ３、底辺Ｙ１〜Ｙ３、底辺と斜辺がなす角α１〜α３である場合が代表例として示されている。
【００２８】
最後に、本図中で示す［工程３］で、［工程２］で作成したライブラリの中から、［工程１］で測定した分光波形と最も一致するデータを検索し形状を決定する（ライブラリマッチング）ことが図示されている。
【００２９】
本実施の形態で示す断面形状測定装置は、上述したようにナノインプリント作製装置、およびスキャトロメトリ光学系を内蔵した測定装置であり、ナノインプリントを用いて形状を樹脂上に転写し、スキャトロメトリを用いて断面形状を測定できるようにしたものであるので、被測定対象の材料によらず断面形状の測定を行うことができる。
【００３０】
従って、従来の測定方法では行うことができなかった、表面に反射金属が蒸着された回折格子の測定が可能となる。また、非破壊で測定が行えるので、製作した全ての回折格子の測定が可能となる。
【第２の実施の形態】
【００３１】
第２の実施の形態は、レプリカ回折格子の元となるマスタ回折格子の断面を測定することを特徴とする。
本実施の形態では、回折格子用の刻線器（ルーリングエンジン）を用いた方法について記載するが、回折格子の製作において、マスタ回折格子を用いてレプリカ回折格子を製作する方法であればよく、特に限定はされない。
【００３２】
図５を用いて回折格子の製作手順（手順１〜手順５）について以下に説明する。
手順１：回折格子の溝の形成はガラス基板５０３上に形成した反射金属層５０４に、回折格子用刻線器５０１の工具５０２を押し当てて形成する。このようにして製作された回折格子をマスタ回折格子５０７と呼ぶ。
市販されているほとんどの回折格子は、前記５０７から形状を転写したレプリカ回折格子である。
次に、マスタ回折格子５０７からレプリカ回折格子に形状を転写する手順について説明する。
手順２では、手順１で作成したマスタ回折格子表面に、反射金属蒸着装置５０５を用いて、反射金属５０６の蒸着を行う。
手順３では、手順２で蒸着した反射金属上に樹脂５０８の塗布を行う。
手順４では、手順３で塗布した樹脂の上からガラス基板で加圧し、樹脂を硬化させ反射金属とガラス基板の接着を行う。手順２で蒸着した反射金属にマスタ回折格子の形状を転写させる。
最後に手順５において、マスタ回折格子とレプリカ回折格子の剥離を行う。
【００３３】
マスタ回折格子５０７の断面を測定することで、回折格子の光学的性能のバラつきを低減することができる。
【符号の説明】
【００３４】
201…表面に反射金属が蒸着された回折格子、202…光学材料、203…樹脂、204…反射金属、205…光硬化樹脂、206…滴下用ノズル、207…光ナノインプリント用基板、208…紫外線照射装置、209…断面形状評価用サンプル、300…301…光源、302…分光光学素子、303…光検知器、304…光信号増幅器、305…A/D変換器、306…コンピュータ、501…回折格子用刻線器、502…工具、503…反射金属層、504…反射金属蒸着装置、507…マスタ回折格子。
【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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