JP5376103B2

JP5376103B2 - 微細構造物の構造推定方法、構造推定装置及び成形金型の製造方法

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Publication number: JP5376103B2
Application number: JP2006127636A
Authority: JP
Inventors: 修増田; 真紀子今榮; 和三古田
Original assignee: Konica Minolta Inc
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Priority date: 2006-05-01
Filing date: 2006-05-01
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2026-05-01
Also published as: JP2007298443A

Description

本発明は、微細構造物の構造を非破壊的に推定する構造推定方法、構造推定装置及び成形金型の製造方法に関するものである。

構造性複屈折の原理を利用した波長板について、その設計・製作方法・用途等に関し多くの提案がなされている。例えば、下記特許文献１は、基板格子上に基板より屈折率の大きい誘電体媒質を表面が平坦になるように充填することで格子深さを浅く且つ汚染に強い波長板にできることを開示する。下記特許文献２は、２枚のそれぞれが波長以上の周期の構造を持っていても、構造を対向し係合させることで周期を波長の１／２以下にし構造性複屈折を機能させることを開示する。また、下記特許文献３は、二つの異なる波長に対して１／４波長板として機能する構造性複屈折を有する波長板を開示する。

図８に微細な凹凸構造を有する構造性複屈折素子を成形するための従来の成形金型の製作工程を示す。図８（ａ）のようにシリコンからなる金型基材２００上にレジストマスク１００を形成し（Ｓ９１）、図８（ｂ）のようにレジストマスク１００に微細パターンを描画し現像する（Ｓ９２）。次に、図８（ｃ）のようにドライエッチング法により微細パターンに対応した凹部２０１を金型基材２００に形成してから（Ｓ９３）、図８（ｄ）のように金型基材２００上のレジストマスク１００を除去する（Ｓ９４）。そして、図８（ｅ）のように凹部２０１のある金型基材２００を成形金型とし、樹脂からなる被成形材３００に対し相対的に接近させることでインプリント成形を行う（Ｓ９５）。

次に、離型することで図８（ｆ）のように微細な凹凸構造３０２を有する樹脂からなる構造性複屈折素子３０１を得るが、この構造性複屈折素子３０１が所望の性能を持つか否かを評価し（Ｓ９６）、所望の性能を持つ場合、その成形金型を完成品とし（Ｓ９７）、所望の性能を持たない場合、上記ステップＳ９１に戻り、成形金型を再製作する。
特開昭６２−２６９１０３号公報特開平０５−１０７４１２号公報特開２００３−２０７６３６号公報

しかし、上記各特許文献のいずれにおいてもその形状が設計値どおりに実際に得られているかを確認する手立てとして適切な方法の提案はなされていない。微細な波長構造を有する構造性複屈折素子の場合、所望の位相差量が得られないとき、非破壊で構造を測定するのは、非常に難しい。

例えば、図８のようにして作製した構造性複屈折素子を破断し、その破断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等を用いて観察すれば、形状を測定することも可能ではあるが、「正確な破断面を得る」「変形させずに観察する」「観察時の前処理（導電物質のコーティング）の影響を取り除く」などに非常に困難を伴い、正確な測定が難しい。

また、仮に精度の良い測定ができたとしても構造部全体の分布を知るには多くの時間を要し、容易なことではない。特に、構造の方向が一定ではない場合には膨大な時間を要するため直接測定するのは、現実的ではない。

また、構造性複屈折素子を成形するための成形金型を製造する場合、図８のようにして製造した場合、その成形金型の仕上がりのチェックは、実際にインプリント成形をした成形品により行うが、この成形品のできがよくない場合は、成形金型を始めから作り直すことになり、非効率的であるとともに、成形品のチェックも上述のように、非常に困難であり、正確な測定が難しく、多くの時間を要してしまう。また、ダミーの成形金型を一緒にエッチング等して作製し、そのダミーの成形金型を破壊して仕上がりをチェックする方法もあるが、この場合も、ダミーの成形金型のできがよくないときは、成形金型を始めから作り直すことになり、非効率的である。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、微細構造を有する構造物について非破壊でかつ短時間にその微細構造を推定でき、更にその微細構造の分布を知ることが可能な微細構造物の構造推定方法及び構造推定装置を提供することを目的とする。

また、微細構造を有する構造物を成形するための成形金型を効率的に製造可能な成形金型の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による微細構造物の構造推定方法は、微細構造分布が未知の微細構造を有する被測定物の透過光量を検光子を介して測定系により測定するステップと、前記測定結果を用いて位相差を演算する位相差演算ステップと、前記演算された位相差データと予め計算されたシミュレーション結果のシミュレーションデータとの比較値に基づいて前記微細構造を推定する構造推定ステップと、前記被測定物の微細構造の２次元分布を測定するステップと、を含み、前記構造推定及び前記２次元分布測定に基づいて前記微細構造及びその２次元的な分布を非破壊的に推定することを特徴とする。

この微細構造物の構造推定方法によれば、微細構造を有する被測定物の透過光量を測定し、その測定結果を用いて演算した位相差データに基づいて微細構造を推定することで、非破壊でかつ短時間に微細構造物（被測定物）の微細構造を推定できる。

上記微細構造物の構造推定方法においてＴＥ波及びＴＭ波の透過率を算出する透過率算出ステップを更に含み、前記算出された透過率データを前記微細構造の推定に用いることが好ましい。

また、前記被測定物と前記測定系とを相対移動させて前記微細構造の２次元分布を測定することで、及び／又は、前記測定系の受光部にＣＣＤ等の撮像素子を用いて前記微細構造の２次元分布を測定することで、微細構造の分布を知ることができる。また、前記微細構造はバイナリー構造であってよい。

また、前記構造推定ステップは、予め計算されたシミュレーション結果のシミュレーションデータと、前記位相差データまたは前記位相差データと前記透過率データと、の比較値を用いて前記微細構造を推定することが好ましい。

また、前記測定系は、光源として可視光源を備え、少なくとも２種類の波長の切り替えが可能であることが好ましく、複数の波長で効率よく測定を行うことができる。この場合、前記２種類の波長は、次式（１）、（２）、（３）を満たす波長λ１、λ２、λ３のうちのいずれか２種類であることが好ましい。

３５０ｎｍ＜λ１＜５５０ｎｍ（１）
６００ｎｍ＜λ２＜７００ｎｍ（２）
７００ｎｍ＜λ３＜８５０ｎｍ（３）

なお、λ３はＣＤの記録及び／又は再生に使用される光源に対応する波長であり、λ２はＤＶＤの記録及び／又は再生に使用される光源に対応する波長であり、λ３はＤＶＤよりも高記録密度の光ディスクの記録及び／又は再生に使用される光源に対応する波長である。
また、前記測定系の光源は赤外光源であってもよい。この場合、前記赤外光源は少なくとも２種類の波長の切り替えが可能であることが好ましい。

本発明による微細構造物の構造推定装置は、微細構造分布が未知の微細構造を有する被測定物の透過光量を検光子を介して測定可能な測定系と、前記測定系による測定結果を用いて位相差を演算する位相差演算手段と、前記演算された位相差データと予め計算されたシミュレーション結果のシミュレーションデータとの比較値に基づいて前記微細構造を推定する構造推定手段と、前記被測定物の微細構造の２次元分布を測定するための測定手段と、を備え、前記構造推定及び前記２次元分布測定に基づいて前記微細構造及びその２次元的な分布を非破壊的に推定することを特徴とする。

この微細構造物の構造推定装置によれば、上述の微細構造物の構造推定方法を実行でき、微細構造を有する被測定物の透過光量を測定し、その測定結果を用いて演算した位相差データに基づいて微細構造を推定することで、非破壊でかつ短時間に微細構造物（被測定物）の微細構造を推定できる。

上記微細構造物の構造推定装置においてＴＥ波及びＴＭ波の透過率を算出する透過率算出手段を備え、前記算出された透過率データを前記微細構造の推定に用いることが好ましい。

また、前記微細構造の２次元分布を測定するために前記被測定物と前記測定系とを相対移動させるｘｙステージを備えることで、及び／又は、前記測定系の受光部にＣＣＤ等の撮像素子を備えることで、微細構造の分布を知ることができる。また、前記微細構造はバイナリー構造であってよい。

また、前記構造推定手段は、予め計算されたシミュレーション結果のシミュレーションデータと、前記位相差データまたは前記位相差データと前記透過率データと、の比較値を用いて前記微細構造を推定することが好ましい。

また、前記測定系は、光源として可視光源を備え、少なくとも２種類の波長の切り替えが可能であることが好ましく、複数の波長で効率よく測定を行うことができる。この場合、前記２種類の波長は、次式を（１）、（２）、（３）を満たす波長λ１、λ２、λ３のうちのいずれか２種類であることが好ましい。

本発明による成形金型の製造方法は、例えば金型基材の表面にマスクを形成し、前記マスクに微細パターンを形成してから、前記金型基材の表面に対しエッチングを行うことで微細構造を有する成形金型を製造する方法であって、前記エッチングの途中で前記金型基材について上述の微細構造物の構造推定方法または微細構造物の構造推定装置により、その微細構造を推定し、その推定結果に基づいて前記金型基材を更にエッチングすることを特徴とする。

この成形金型の製造方法によれば、エッチングにより加工途中の金型基材を被測定物としてその微細構造を推定し、この推定結果に基づいて以降のエッチングを実行できるので、成形金型を設計値通りに加工でき、成形金型の再製造が不要となり、微細構造を有する構造物を成形するための成形金型を精度よくかつ効率的に製造することができる。

上記成形金型の製造方法において前記微細構造の推定結果に基づいてエッチングレートを求め、このエッチングレートに基づいて前記金型基材を更にエッチングすることで、成形金型を設計値通りに加工できる。

また、本発明による別の成形金型の製造方法は、例えば金型基材の表面にマスクを形成し、前記マスクに微細パターンを形成してから前記金型基材の表面に対しエッチングを行うことで微細構造を有する成形金型を製造する方法であって、前記エッチングした金型基材について、上述の微細構造物の構造推定方法または微細構造物の構造推定装置により、その微細構造を推定し、その推定結果に基づいて前記金型基材の成形金型としての良否を判定することを特徴とする。

この成形金型の製造方法によれば、エッチングした金型基材の微細構造を推定し、その推定結果に基づいて金型基材の成形金型としての良否を判定するので、従来のように成形金型で成形した成形品やダミーの成形金型による良否判定が不要となり成形品やダミーの成形金型の製作が要らず、成形金型の再製造が不要となり、成形金型を効率的に生産できる。

上記各製造方法において前記金型基材は可視光を透過する例えばガラス等の材質からなることが好ましい。

また、前記金型基材はシリコン（Ｓｉ）からなることが好ましく、この場合、前記測定系の光源は赤外光源であることで、光源からの光がシリコンを透過できる。また、前記赤外光源は少なくとも２種類の波長の切り替えが可能であることが好ましい。

本発明の微細構造物の構造推定方法及び構造推定装置によれば、微細構造を有する構造物について非破壊でかつ短時間にその微細構造を推定でき、更にその微細構造の分布を知ることが可能である。

また、本発明の成形金型の製造方法によれば、微細構造を有する構造物を成形するための成形金型を効率的に製造可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。

〈第１の実施の形態〉

図１は第１の実施の形態における被測定物（微細構造物）として微細構造を有する構造性複屈折素子を模式的に示す斜視図である。図２は第１の実施の形態による微細構造物の構造推定装置の要部を概略的に示す図である。図３は図２の微細構造物の構造推定装置５０における偏光子、被測定物、検光子による測定状態を模式的に示す図である。

図２に示すように、微細構造物の構造推定装置５０は、位相差を測定して複屈折測定可能な位相差測定装置から構成され、レーザダイオード（ＬＤ）からなるレーザ光源２ａ、２ｂと、レーザ光源２ａ、２ｂの駆動を制御するレーザダイオード（ＬＤ）コントローラ１と、波長選択性を有するダイクロイックミラー３と、折り返しミラー４と、偏光子６と、偏光子６を光軸ａを中心に回転させるモータを回転ステージ５ａと、測定対象の被測定物７と、被測定物７を光軸ａを中心に回転させるモータを含む回転ステージ５ｂと、被測定物７の透過光が入射する検光子８と、検光子８を光軸ａを中心に回転させるモータを含む回転ステージ５ｃと、回転ステージ５ａ〜５ｃの各モータの回転駆動を制御するステージコントローラ９と、を備える。

微細構造物の構造推定装置５０は、更に、検光子８からの光が入射する受光素子１０と、受光素子１０で受光した光量値を電圧変換し光強度信号として出力する受光回路１１と、受光回路１１からの光強度信号が入力し各種演算を行うパソコン（ＰＣ）１２と、演算結果等を表示するモニタ部１３と、を備える。

ＰＣ１２は、各種データを書き換え・読み出し可能に保存するメモリを備え、ＬＤコントローラ１及びステージコントローラ９を含め装置全体を制御する。また、ＰＣ１２は、測定対象の被測定物７についてシミュレーションを行い、例えばベクトル解析である厳密結合波理論（Rigorous Coupled Wave Analysis）を用いてシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果のデータベースを構築している。

測定対象の被測定物７は、図１に示すように、構造幅Ｌ、構造周期Ｗ及び構造高さＨの微細凹凸が周期的に微細凹凸周期構造として形成されたバイナリー構造を有する構造性複屈折素子であり、レーザ光源２ａ，２ｂからのレーザ光が透過する材質からなる。

また、ＴＥ波（Ｐ偏光）とＴＭ波（Ｓ偏光）に関し、図１においてＴＥ波は微細凹凸周期構造の主軸７ａと平行な偏光方向をもち、ＴＭ波は構造性複屈折素子への入射光と直交する偏光方向をもつ。なお、例えば、波長板のような複屈折素子において、光の進む速度が速い（位相が進む）方位をその素子の進相軸といい、反対に遅い（位相が遅れる）方位を遅相軸といい、進相軸と遅相軸とを総称して主軸という。

図２の光学系において、レーザ光源２ａからのレーザ光は、ダイクロイックミラー３を透過し光軸ａ上を通り、レーザ光源２ｂからのレーザ光は、折り返しミラー４とダイクロイックミラー３で反射し光軸ａ上を通り、回転する偏光子６を通過して直線偏光状態となり、被測定物７を通過して偏光状態を変え、光軸ａを中心に回転する検光子８を通過して受光素子１０に入射する光量が変化し、受光素子１０が検出した光量変化に基づいて透過率及び位相差を求めることができる。

偏光子６と被測定物７とを、例えば図３のようにレーザ光が偏光子６から被測定物７に入射する入射光の直線偏光の偏光方位が４５°に、被測定物７の進相軸方位が９０°になるように光軸ａを中心に回転駆動させる。

検光子８の回転速度を相対的に変えて検光子８の透過軸方位θ（図３）を変えながら、各回転位置で検光子８を透過し受光素子１０に入射した検出光の光強度を検出する。すなわち、検光子８の透過軸方位θ＝０°としてｘ成分光強度Ｉ_xを測定し、θ＝４５°として４５°成分光強度Ｉ₄₅を測定し、θ＝９０°としてｙ成分光強度Ｉ_yを測定する。

また、被測定物７がセットされる回転ステージ５ｂは、ステージコントローラ９により制御されるｘｙステージを備えることで、被測定物７の測定位置を図２の上下方向及び紙面垂直方向に変えることができる。これにより、被測定物７の微細凹凸構造の２次元的な分布を容易に測定できる。

上述のような各光強度Ｉ_x、Ｉ₄₅、Ｉ_yの測定は、それらの分布測定も含んで、パソコン１２の制御の下で自動的に短時間で実行することができる。

また、図２においてレーザ光源２ａ、２ｂは波長の異なる可視光を出射するように構成でき、ＬＤコントローラ１でレーザ光源２ａ、２ｂを切り替えて波長を切り替えるようにできる。また、レーザ光源を更に増やしてもよい。波長の異なる複数の光源を切り替え可能とすることで、複数の波長域で簡単に測定データを得ることができる。

図２の微細構造物の構造推定装置による構造推定方法における位相差δの算出原理について図１〜図３を参照して説明する。

入射光（偏光子６から被測定物７に入射するレーザ光）及び検出光（受光素子１０に入射するレーザ光）のストークスパラメータをそれぞれＳ、Ｓ’とし、次式（数１）のように表現する。

図２の光学系において、被測定物７を部分偏光子ＸＰと位相子ＸＲからなると考えたとき、検光子をＰとすると変換行列は次式（数２）のように表すことができる。

ここで、本光学系において、図３のように被測定物７の進相軸方位を９０°、入射光を４５°直線偏光にして展開すると、ストークスパラメータの各成分は次式（数３）のように表すことができる。

ここで、測定可能なパラメータに置き換えると、上記Ｓ’₀、Ｓ’₁、Ｓ’₂はそれぞれ次式（数４）のように表せる。

すなわち、位相差δは次式（数５）で与えられる。ただし、数５におけるＡ_x，Ａ_y，Ｉ_x，Ｉ_yは、次式（数６）の関連式が成り立つ。

実際の図２の測定系で考えた場合について図３を参照して説明すると、検光子８の透過軸方位θを０°とした場合、Ｉ_xを測定することになる。同様に、θ＝４５°ではＩ₄₅を測定し、θ＝９０°ではＩ_yを測定できる。したがって、これらの３つ測定値Ｉ_x、Ｉ₄₅、Ｉ_yにより位相差δを算出することができる。

次に、図１〜図３の微細構造物の構造推定装置による構造推定方法について図４，図５，図６を参照して説明する。図４は第１の実施の形態による構造推定方法の流れを説明するためのフローチャートである。図５は図４の透過率・位相差演算ステップを説明するための図である。図６は図４の構造推定ステップを説明するための図である。

以下では、図１の被測定物７の微細凹凸における構造パラメータとして構造周期Ｗ、構造高さＨ及びフィリングファクタｆ（＝Ｌ／Ｐ但し、Ｌ：構造幅）を非破壊的に推定する。

図４のように、まず、図２の微細構造物の構造推定装置５０において回転ステージ５ｂに被測定物７をセットせず、基準光量を受光素子１０で測定することにより、Ｉ’_x（ｘ成分基準光強度）、Ｉ’_y（ｙ成分基準光強度）、Ｉ’₄₅（４５°成分基準光強度）を求める（Ｓ０１）。

次に、被測定物７を回転ステージ５ｂにセットし（Ｓ０２）、透過光量を測定し、Ｉ_x（ｘ成分光強度）、Ｉ_y（ｙ成分光強度）、Ｉ₄₅（４５°成分光強度）を求める（Ｓ０３）。

次に、透過率・位相差を演算する（Ｓ０４）。すなわち、図５のように、透過率Ｔｅ、Ｔｍを次式（１）、（２）から算出し（Ｓ４１）、位相差を上記式（数５，数６）から算出する（Ｓ４２）。

Ｔｅ＝（Ｉ_x／Ｉ’_x）×１００（１）
Ｔｍ＝（Ｉ_y／Ｉ’_y）×１００（２）
ただし、Ｔｅ：ＴＥ波（図１参照）の実測透過率（％）
Ｔｍ：ＴＭ波（図１参照）の実測透過率（％）

次に、上記演算結果から被測定物７の構造推定を行う（Ｓ０５）。この構造推定は、シミュレーション結果のデータベースからのシミュレーションデータと、位相差データ（または位相差データと透過率データ）との比較値に基づいて行われる。

すなわち、上記比較値をＣとすると、ＴＥ波の実測透過率をＴｅ、ＴＭ波の実測透過率をＴｍ、位相差の演算結果をδ、またシミュレーションのＴＥ波透過率、ＴＭ波透過率、位相差をそれぞれＳＴｅ、ＳＴｍ、Ｓδとしたとき、比較値Ｃは、例えば、次式（３）から算出される値である。

Ｃ(ｎ)＝Sqrt((Te-Ste(n))²+(Te-ST(n))²+(ｋ・(δ-Sδ(n)）)²) （３）
ただし、ｎはシミュレーションの番号、ｋは重み付けの係数である。

図６のように、上記シミュレーション番号ｎを０として（Ｓ５１）、最初の比較値Ｃ(ｎ＝０)を上記式（３）により算出し（Ｓ５２）、この比較値Ｃ(０)を最小値Ｃ_minとする（Ｓ５３）。

次に、ｎ→ｎ＋１とし（Ｓ５４）、上記式（３）により比較値Ｃ(ｎ)を算出する（Ｓ５５）。この比較値Ｃ(ｎ)を上記最小値Ｃ_minと比較し（Ｓ５６）、比較値Ｃ(ｎ)が上記最小値Ｃ_minよりも小さければ、この比較値Ｃ(ｎ)を最小値Ｃ_minとし、そのシミュレーション番号ｎの構造パラメータを保存する（Ｓ５７）。

上記比較が全て完了するまで（Ｓ５８）、上記ステップＳ５４〜Ｓ５７を繰り返す。上記ステップＳ５６で比較値Ｃ(ｎ)が上記最小値Ｃ_minよりも大きい場合は、上記ステップＳ５８で全ての比較が完了したか否かが判断される。

上述のようにして求めた最小値Ｃ_minとなった比較値Ｃ(ｎ)の構造パラメータ（図１の構造周期Ｗ、構造高さＨ及びフィリングファクタｆ（＝Ｌ／Ｐ））を被測定物７のバイナリー構造における構造パラメータとし、この結果が出力されて（Ｓ０６）、例えば図２のモニタ部１３に表示される。

また、上記測定後に、ステージコントローラ９の制御により回転ステージ５ｂのｘｙステージを駆動し被測定物７を図２の上下方向及び／又は紙面垂直方向に移動して被測定物７の測定位置を変えてから図４の各ステップＳ０１〜Ｓ０６を繰り返すことで、被測定物７の構造パラメータの２次元的な分布を測定することができる。

以上のように、第１の実施の形態によれば、図１のような構造性複屈折素子の微細凹凸周期構造及びその２次元的な分布を非破壊的に推定することができるとともに、短時間で推定結果を得ることができる。

〈第２の実施の形態〉

第２の実施の形態は、上記微細構造物の構造推定方法を用いて成形金型を製造する方法に関する。図７は、第２の実施の形態による、微細凹凸構造を有する構造性複屈折素子を成形するための成形金型の製作工程を示す図である。

本実施の形態では、図１のような構造幅Ｌ、構造周期Ｗ及び構造高さＨの微細凹凸が周期的に形成された微細凹凸周期構造を有する構造性複屈折素子を成形する成形金型を次のようにして製造する。

すなわち、図７（ａ）のようにガラスからなる金型基材２０上にレジストを均一に塗布してレジストマスク３０を形成してから（Ｓ６１）、図７（ｂ）のように、レジストマスク３０の表面に対し電子ビームにより所定の微細パターンを描画し、所定の現像材料により現像する（Ｓ６２）。

なお、電子ビーム描画は、本発明者等が、例えば、特開２００４−１０７７９３号公報や特開２００４−５４２１８号公報等で提案した電子ビーム描画装置により行うことができる。これにより、所望の描画パターンを電子ビームによる３次元描画でサブミクロンオーダーの高精度でレジスト膜上に形成できる。

次に、レジストマスク３０に微細パターンが形成された金型基材２０に対し第１回目のプラズマ等によるドライエッチングを行う（Ｓ６３）。これにより、図７（ｃ）のように、レジストマスク３０の微細パターンに対応した凹部２１が金型基材２０に形成される。

次に、図７（ｃ）の金型基材２０を図２の微細構造物の構造推定装置５０における被測定物７として第１の実施の形態と同様の測定を行い、図４〜図６の構造推定方法により図７（ｃ）の金型基材２０の構造パラメータ（図１の構造周期Ｗ、構造高さＨ及びフィリングファクタｆ（＝Ｌ／Ｐ））を推定し、所望の微細凹凸周期構造が得られていないときは（Ｓ６４）、図７（ｄ）のように第２回目のプラズマ等によるドライエッチングを行う（Ｓ６５）。

次に、上述と同様にして金型基材２０の構造パラメータを推定する（Ｓ６４）。このように所望の微細凹凸周期構造が得られるまで、上記各ステップＳ６４，Ｓ６５を繰り返す。この場合、上述のように推定した構造パラメータに基づいてエッチングレートを算出し、このエッチングレートに基づいて次のドライエッチングを行うことで、精度よく金型基材２０をエッチングすることができる。

上記ステップＳ６４で所望の微細凹凸周期構造が得られると、図７（ｅ）のように金型基材２０上のレジストマスク３０を除去する（Ｓ６６）。この金型基材２０を成形金型とし、金型が完成する（Ｓ６７）。

以上のようにして成形金型を製作することができるが、本実施の形態によれば、金型基材２０に対するドライエッチングの途中段階で、金型基材２０の構造パラメータを推定し、エッチングレートを正確に知ることができるので、所望の微細凹凸周期構造を有し精度のよい成形金型を容易に製造することができる。

特に、従来までは、図８のように、製作した成形金型でインプリント成形し、その成形品を破断して構造パラメータを測定していたが、かかる測定は、不正確であり、また、困難であり長時間を要していたのに対し、本実施の形態によれば、かかる成形品の測定は不要である。

また、従来の方法で成形品の測定を正確に行ったとしても、成形品のできがよくない場合は、成形金型を始めから作り直すことになり、非効率的であり、また、ダミーの成形金型を一緒にエッチング等して作製し、そのダミーの成形金型を破壊して仕上がりをチェックする従来方法では、ダミーの成形金型のできがよくない場合は、成形金型を始めから作り直すことになり、非効率的であったのに対し、本実施の形態によれば、成型金型製造の図７のような各ステップが終了すると、成形金型が完成するので、従来のような成形金型の再製作はありえず、効率的で成形金型の製造コスト減を実現できる。

成形金型を用いて光の波長に近いオーダーの微細構造を有する構造性複屈折素子を生産する場合、透過率及び位相差についてともに所望の性能を得るためには、成形金型を設計通りの非常に厳密な形状に作り込む必要性があるが、その成形金型を作製する際のドライエッチング工程におけるエッチングレートは、エッチング装置内の環境（温度、真空度、ガス密度等）に非常に敏感であり、それを厳密に再現するのは困難である。したがって、成形金型の形状を設計値に追い込んでいく際には、エッチングの途中段階でエッチングレートを正確に知ることが要求されるのであるが、本実施の形態の成形金型の製造方法によれば、エッチングレートを正確に知ることができるので、成形金型の形状を設計値通りにエッチングすることが可能となる。

なお、図７において金型基材２０の材質は、例えば、シリコン（Ｓｉ）でもよく、この場合、図２において、光源２ａ、２ｂの波長を赤外域とすることで、光源からの光を被測定物（金型基材２０）に透過させることができる。

また、図７のマスク形成（Ｓ６１）、描画・現像（Ｓ６２）、ドライエッチング（Ｓ６３）、マスク除去（Ｓ６６）の各ステップにより得た成形金型について、構造推定ステップ（Ｓ６４）を実行することで最終的な成形金型の良否を判定するようにしてもよい。これにより、成形金型の良否を非破壊的に判定ができ、従来のように製作した成形金型でインプリント成形をしてその成形品で良否を判定したり、ダミーの成形金型を製作してそのダミー品で良否を判定する必要がなくなる。

以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図２の微細構造物の構造推定装置は、位相差測定に偏光素子回転法を用いた構成としたが、本発明はこれに限定されず、位相差の測定が可能であり、かつ、ＴＥ波・ＴＭ波の透過率を独立に測定可能な光学系であれば、偏光補償法や光ヘテロダイン法などのような他の測定方法であってもよい。

また、第１の実施の形態では、被測定物７の微細凹凸構造の２次元的な分布の測定のために、被測定物７がセットされる回転ステージ５ｂにｘｙステージを備えたが、本発明はこれに限定されず、受光素子１０にＣＣＤ等の撮像素子をｘｙステージの代わりに、または、ｘｙステージとともに用いてもよい。

第１の実施の形態における被測定物（微細構造物）として微細構造を有する構造性複屈折素子を模式的に示す斜視図である。第１の実施の形態による微細構造物の構造推定装置の要部を概略的に示す図である。図２の微細構造物の構造推定装置における偏光子、被測定物、検光子による測定状態を模式的に示す図である。第１の実施の形態による構造推定方法の流れを説明するためのフローチャートである。図４の透過率・位相差演算ステップを説明するための図である。図４の構造推定ステップを説明するための図である。第２の実施の形態による、微細凹凸構造を有する構造性複屈折素子を成形するための成形金型の製作工程を示す図である。微細凹凸構造を有する構造性複屈折素子を成形するための成形金型の従来の製作工程を示す図である。

符号の説明

２ａ，２ｂレーザ光源
５ａ〜５ｃ回転ステージ
６偏光子
７被測定物
８検光子
９ステージコントローラ
１０受光素子
１２パソコン（ＰＣ）
２０金型基材
２１凹部
３０レジストマスク
５０微細構造物の構造推定装置
Ｈ構造高さ
Ｌ構造幅
Ｗ構造周期
ａ光軸

Claims

微細構造分布が未知の微細構造を有する被測定物の透過光量を検光子を介して測定系により測定するステップと、
前記測定結果を用いて位相差を演算する位相差演算ステップと、
前記演算された位相差データと予め計算されたシミュレーション結果のシミュレーションデータとの比較値に基づいて前記微細構造を推定する構造推定ステップと、
前記被測定物の微細構造の２次元分布を測定するステップと、を含み、
前記構造推定及び前記２次元分布測定に基づいて前記微細構造及びその２次元的な分布を非破壊的に推定することを特徴とする微細構造物の構造推定方法。
ＴＥ波及びＴＭ波の透過率を算出する透過率算出ステップを更に含み、前記算出された透過率データを前記微細構造の推定に用いる請求項１に記載の微細構造物の構造推定方法。
前記被測定物と前記測定系とを相対移動させて前記微細構造の２次元分布を測定する請求項１または２に記載の微細構造物の構造推定方法。
前記測定系の受光部に撮像素子を用いて前記微細構造の２次元分布を測定する請求項１，２または３に記載の微細構造物の構造推定方法。
前記微細構造はバイナリー構造である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の微細構造物の構造推定方法。
前記測定系は、光源として可視光源を備え、少なくとも２種類の波長の切り替えが可能である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の微細構造物の構造推定方法。
前記２種類の波長は、次式を満たす波長λ１、λ２、λ３のうちのいずれか２種類である請求項６に記載の微細構造物の構造推定方法。
３５０ｎｍ＜λ１＜５５０ｎｍ
６００ｎｍ＜λ２＜７００ｎｍ
７００ｎｍ＜λ３＜８５０ｎｍ
前記測定系の光源は赤外光源である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の微細構造物の構造推定方法。
前記赤外光源は少なくとも２種類の波長の切り替えが可能である請求項８に記載の微細構造物の構造推定方法。
微細構造分布が未知の微細構造を有する被測定物の透過光量を検光子を介して測定可能な測定系と、
前記測定系による測定結果を用いて位相差を演算する位相差演算手段と、
前記演算された位相差データと予め計算されたシミュレーション結果のシミュレーションデータとの比較値に基づいて前記微細構造を推定する構造推定手段と、
前記被測定物の微細構造の２次元分布を測定するための測定手段と、を備え、
前記構造推定及び前記２次元分布測定に基づいて前記微細構造及びその２次元的な分布を非破壊的に推定することを特徴とする微細構造物の構造推定装置。
ＴＥ波及びＴＭ波の透過率を算出する透過率算出手段を備え、前記算出された透過率データを前記微細構造の推定に用いる請求項１０に記載の微細構造物の構造推定装置。
前記微細構造の２次元分布を測定するために前記被測定物と前記測定系とを相対移動させるｘｙステージを備える請求項１０または１１に記載の微細構造物の構造推定装置。
前記微細構造の２次元分布を測定するために前記測定系の受光部に撮像素子を備える請求項１０，１１または１２に記載の微細構造物の構造推定装置。
前記微細構造はバイナリー構造である請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の微細構造物の構造推定装置。
前記測定系は、光源として可視光源を備え、少なくとも２種類の波長の切り替えが可能である請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の微細構造物の構造推定装置。
前記２種類の波長は、次式を満たす波長λ１、λ２、λ３のうちのいずれか２種類である請求項１５に記載の微細構造物の構造推定装置。
３５０ｎｍ＜λ１＜５５０ｎｍ
６００ｎｍ＜λ２＜７００ｎｍ
７００ｎｍ＜λ３＜８５０ｎｍ
前記測定系の光源は赤外光源である請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の微細構造物の構造推定装置。
前記赤外光源は少なくとも２種類の波長の切り替えが可能である請求項１７に記載の微細構造物の構造推定装置。
金型基材の表面に対しエッチングを行うことで微細構造を有する成形金型を製造する方法であって、
前記エッチングの途中で前記金型基材について、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の微細構造物の構造推定方法または請求項１０乃至１８のいずれか１項に記載の微細構造物の構造推定装置により、その微細構造を推定し、その推定結果に基づいて前記金型基材を更にエッチングすることを特徴とする成形金型の製造方法。
前記微細構造の推定結果に基づいてエッチングレートを求め、このエッチングレートに基づいて前記金型基材を更にエッチングする請求項１９に記載の成形金型の製造方法。
金型基材の表面に対しエッチングを行うことで微細構造を有する成形金型を製造する方法であって、
前記エッチングした金型基材について、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の微細構造物の構造推定方法または請求項１０乃至１８のいずれか１項に記載の微細構造物の構造推定装置により、その微細構造を推定し、その推定結果に基づいて前記金型基材の成形金型としての良否を判定することを特徴とする成形金型の製造方法。
前記金型基材は可視光を透過する材質からなる請求項１９，２０または２１に記載の成形金型の製造方法。
前記金型基材はシリコン（Ｓｉ）からなる請求項１９，２０または２１に記載の成形金型の製造方法。