JP2006308722A

JP2006308722A - 低反射パターン膜及び高さ測定装置

Info

Publication number: JP2006308722A
Application number: JP2005129097A
Authority: JP
Inventors: Takashi Obata; 孝小幡; Noboru Amamiya; 昇雨宮
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】反射率を大幅に下げることが可能な低反射パターン膜を提供する。
【解決手段】石英基板の上に、第１の酸化クロム層（厚さ４０ｎｍ）、第１のクロム層（厚さ２００ｎｍ）、第２の酸化クロム層（厚さ５７ｎｍ）、第２のクロム層（厚さ１０ｎｍ）、第３の酸化クロム層（厚さ６９ｎｍ）をこの順に積層し、エッチングによりピンホールパターンを形成した後、その上にフッ化マグネシウム層（厚さ１０１ｎｍ）を積層した。その結果、530ｎｍから590ｎｍの波長に対する表面反射率が0.5％以下で光学濃度が４以上であり、かつ、偏光特性のない低反射パターン膜が得られた。
【選択図】図１

Description

本発明は低反射パターン膜、及び高さ測定装置に関するものである。

測定対象物の表面の高さを高精度に測定する装置として、米国特許４，９２７，２５４（特許文献１）に記載されるようなものが知られている。これは、ニッポウディスクと呼ばれる、螺旋状にピンホールが形成された円板を回転させ、それに照明光を照射して、ピンホールの像を測定対象物の表面近傍に結像させて、測定対象物で反射された光を、照明光の光路を逆に導いて再びニッポウディスクのピンホールを通過させ、ピンホールを通過した光を受光素子により受光するものである。被測定物体の表面が、ピンホールの結像位置に一致した場合には、ピンホールを通過する反射光の強度が最も強くなり、被測定物体の表面がピンホールの結像位置から上下にずれるに従って、ピンホールを通過する反射光の強度が弱くなる。よって、測定光学系全体を上下に移動させて、各位置における、受光素子が受ける反射光の強度を測定し、回帰分析等により、受光素子が受ける反射光の強度が最大となる位置を求め、この位置から、被測定対象物の高さを測定するものである。

この測定装置においては、ニッポウディスクを照射する照明光の一部が、ニッポウディスク表面で反射してフレア光となり、ノイズを発生させるという問題点がある。この問題を防ぐために、ニッポウディスク表面に反射防止膜をコーティングすることによりニッポウディスク表面の反射率を低下させる試みがなされているが、十分な効果を上げるに至っていない。又、特許文献１に記載される方法では、ニッポウディスク板自体を光軸に対して傾斜させることにより、ニッポウディスク面からの反射光が検出光学系に入らないようにし、フレア光を減らすようにしている。

米国特許４，９２７，２５４号

しかしながら、ニッポウディスク板自体を光軸に対して傾斜させる方式では、検出光が傾斜したある厚みの平行平面硝子基盤を通過することになり、検出光に偏心コマ収差および偏心非点収差が生じる。またニッポウディスクと同じ厚みを持った平行平面板を、ニッポウディスクの傾斜と反対の角度で傾斜させたものを挿入し、偏心コマ収差を打ち消すことも考えられるが、この方式では偏心非点収差のほうは２倍の量になり、これを打ち消すことができない。これらの偏心コマ収差、偏心非点収差量は、ニッポウディスク面における光の開口数が大きくなればなるほど大きなものとなり、このために、高精度の測定のために光の開口数を大きくすることができないという欠点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、反射率を大幅に下げることが可能な低反射パターン膜、及びこの低反射パターン膜を使用した高さ測定装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、第１の酸化クロム層、第１のクロム層、第２の酸化クロム層、第２のクロム層、第３の酸化クロム層がこの順に積層されて所定のパターンがエッチングされ、その上にフッ化マグネシウム層が形成された、530ｎｍから590ｎｍの波長に対する表面反射率が0.5％以下で光学濃度が４以上であり、かつ、偏向方向の回転に伴う反射光線の漏れの割合が0.5％以下である低反射パターン膜である。

多くの測定装置の光源として水銀ランプが使用されるので、本手段においては、水銀ランプの光のスペクトル範囲のみを問題とする。光学的濃度は、光透過率の常用対数の逆数であるので、光学的濃度が４以上であるとは、光透過率が１／10000以下であることに相当する。本手段においては、反射率が0.5％以下であるので、測定のノイズとなるフレア光を非常に弱くすることができる。又、光学濃度が４以上であるので、パターンが加工されていない部分は光をほとんど透過させない。又、ミクロンオーダーのパターンが加工可能であるので、微細なピンホールを加工することができる。

「偏向方向の回転に伴う反射光線の漏れの割合」というのは、垂直入射する光の電場の振動方向の回転により、もし、この回転が無かったならば、クロスニコルス条件を設定することにより反射光を０とできるはずであるのに、回転があるために一部の光に対してクロスニコルス条件が成り立たなくなり、反射光として漏れることがあるが、この漏れの入射光に対する割合のことである。本手段によれば、この漏れ量が小さいので、偏光状態の変化を気にする必要がない。「偏向方向の回転に伴う反射光線の漏れの割合」を0.1％以下に抑えることが特に好ましい。

膜構成を本手段のようなものとすることにより、530nmから590nmの波長の光に対する反射光の漏れ光の割合が0.5％以下で、光学濃度が４以上であり、かつ、偏光特性の小さい、低反射パターン膜とすることができる。また、第２のクロム層を設けることにより、垂直入射でない光に対して、偏光の回転が起こりにくくなる。

フッ化マグネシウム層を設けることにより、反射防止特性が向上する。フッ化マグネシウム層はパターン加工が困難であるので、クロム層と酸化クロム層とで形成された多層膜をエッチング加工した後に成膜を行う。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記第１の酸化クロム層の厚さが３５〜５０ｎｍ、前記第１のクロム層の厚さが１５０〜２５０ｎｍ、前記第２の酸化クロム層の厚さが５６〜５９ｎｍ、前記第２のクロム層の厚さが9.2〜10.75ｎｍ、前記第３の酸化クロム層の厚さが６５〜７０ｎｍ、前記フッ化マグネシウム層の厚さが９５〜１０５ｎｍであることを特徴とするものである。

各膜の厚さがこの範囲に入ると、530ｎｍから590ｎｍの波長に対する表面反射率が0.5％以下で光学濃度が４以上であり、かつ、偏光特性むらが0.1％以下である低反射パターン膜とすることが容易である。

前記課題を解決するための第３の手段は、ニッポウディスク（NIPKOW DISK）面を照明する照明光学系と、前記ニッポウディスクに形成されたピンホールを通過した光を被測定対象物の表面近傍に集光して前記ピンホールの像を結像させ、前記被測定対象物の表面で反射された光を、前記ニッポウディスクに導く対物光学系と、前記ニッポウディスクの前記ピンホールを通過した光を受光素子の受光面に導く光学系と、前記ピンホール像を前記測定対象物の表面に垂直な方向に移動させる駆動装置とを有し、前記駆動装置により前記ピンホール像を前記測定対象物の表面に垂直な方向に移動させ、移動させた各位置における前記受光素子が受ける光量に基づいて、前記測定対象物の表面の高さを測定する高さ測定装置であって、前記ニッポウディスクは、前記所定のパターンとしてピンホールが形成された前記第１の手段又は第２の手段の低反射パターン膜が、前記照明光学系側に設けられた透明基板であることを特徴とする高さ測定装置である。

本手段においては、ニッポウディスクの基板表面に前記第１の手段又は第２の手段のいずれかの低反射パターン膜が形成され、この低反射パターン膜にピンホールが形成されている。よって、ニッポウディスクで反射される光量が少なく、偏光の回転も少ないので、ノイズが小さくなり、高精度の測定を行うことができる。

本発明によれば、反射率を大幅に下げることが可能な低反射パターン膜、及びこの低反射パターン膜を使用した高さ測定装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を説明する。石英基板の上に、表１に示すような膜構成の多層薄膜を、蒸着により成膜した。第５層である酸化クロム層の成膜後、ピンホールパターンをエッチングにより加工し、その後、第６層であるフッ化マグネシウムを成膜した。よって、フッ化マグネシウム膜は、その下層に形成されたピンホール部をも覆っていることになる。これは、フッ化マグネシウム膜を、クロム層、酸化クロム層と同時にエッチング加工することが困難であるためである。フッ化マグネシウム層の層厚が薄く、又、ピンホール部もフッ化マグネシウムで反射防止がなされているので、ピンホールを通過する光の減衰はほとんど無い。第４層を構成するクロム層を設けることにより、垂直入射でない光に対しても偏光の回転が起こりにくくなる。この層の膜厚は、精密に制御することが好ましく、設計値に対して±1.5ｎｍの範囲になるように制御することが好ましい。
（表１）

このような多層薄膜の分光反射率を図１に示す。図１は、ピンホール加工を行った後、第６層であるフッ化マグネシウム層を成膜した後の反射率である。これを見ると、530ｎｍから590ｎｍの波長に対する表面反射率が0.5％以下となっている。正確なデータでは、ピンホール加工を行った後、第６層であるフッ化マグネシウム層を成膜した後の反射率は、水銀ランプのスペクトルに対応する波長５４６ｎｍで0.18％、波長５７７ｎｍで0.02％である。又、この多層膜の光学濃度は４以上であり、偏向方向の回転に伴う反射光線の漏れ量は0.2％以下であった。さらに、膜の各場所による反射光量のむらは、0.05％以下に抑えられていた。

以下、本発明の実施の形態である低反射パターン膜を用いた高さ測定装置の例を説明する。図２は、本発明の実施の形態の１例である高さ測定装置の概要を示す図である。これは、特許文献１に示されている高さ測定装置と基本的に同じである。

高さ測定用照明光は、偏光ビームスプリッタ１で反射され、ニッポウディスク２に形成されたピンホールを通過して、さらに第２対物レンズ３、第１対物レンズ４、λ／４板５を透過し、測定対象物６の表面近傍に集光される（すなわち、ピンホールの像が形成される）。ニッポウディスクは、特許文献１に記載されるように、透明な基板の上に、ピンホールが螺旋状に形成された不透明な薄膜を有するもので、照明光が入射する側に膜形成面を向けて、回転軸の周りに回転している。

測定対象物６で反射された光は、照明光の光路を逆にたどって偏光ビームスプリッタ１に達するが、λ／４板５を２度通過することにより、高さ測定用照明光と位相が９０°ずれているので、偏光ビームスプリッタ１を透過して、リレーレンズ７、８により、低感度カメラ９と高感度カメラ１０の撮像面に結像する。低感度カメラ９と高感度カメラ１０へ光を振り分けるためにハーフミラー１１が設けられている。

ニッポウディスク２のピンホールと測定対象物６とが共役な位置にあれば、ニッポウディスク２のピンホールを通過した光が測定対象物６で反射されて再びニッポウディスク２のピンホールを通過するので光の強度が最大となる。よって、光学系全体を上下に動かして、光の強度を測定し、回帰分析等を使用して光の強度が最大となる位置を求めることにより、測定対象物６の高さを測定することができる。これらの構成と作用は周知のものである。

測定においては、照明光のうち、ニッポウディスク２の表面で反射されて偏光ビームスプリッタ１に戻る光がフレア光となり、測定ノイズとなるので、ニッポウディスク２の表面の反射率を小さくする必要がある。又、反射光と測定光の位相は９０°ずれているので、反射光は偏光ビームスプリッタ１で反射されてリレーレンズ７側には向かわないはずであるが、ニッポウディスク２の表面で偏光面が回転すると、偏光ビームスプリッタ１を透過する反射光が増える。よって、ニッポウディスク２の表面で偏光面が回転しないようにすることが好ましい。

本実施の形態においては、ニッポウディスク２の基板を石英とし、それに、先に述べた実施の形態である低反射パターン膜を成膜して反射防止膜としている。よって、反射率が0.5％以下で、偏光面の回転もほとんど無いので、測定光に混じり込むニッポウディスク２の表面での反射光を小さくすることができ、ノイズを低減できるので、高精度の高さ測定を行うことができる。

本発明の実施の形態の１例である低反射パターン膜の分光反射率を示す図である。本発明の実施の形態の１例である高さ測定装置の概要を示す図である。

符号の説明

１…偏光ビームスプリッタ、２…ニッポウディスク、３…第２対物レンズ、４…第１対物レンズ、５…λ／４板、６…測定対象物、７…リレーレンズ、８…リレーレンズ、９…低感度カメラ、１０…高感度カメラ、１１…ハーフミラー

Claims

第１の酸化クロム層、第１のクロム層、第２の酸化クロム層、第２のクロム層、第３の酸化クロム層がこの順に積層されて所定のパターンがエッチングされ、その上にフッ化マグネシウム層が形成された、530ｎｍから590ｎｍの波長に対する表面反射率が0.5％以下で光学濃度が４以上であり、かつ、偏向方向の回転に伴う反射光線の漏れの割合が0.5％以下である低反射パターン膜。
前記第１の酸化クロム層の厚さが３５〜５０ｎｍ、前記第１のクロム層の厚さが１５０〜２５０ｎｍ、前記第２の酸化クロム層の厚さが５６〜５９ｎｍ、前記第２のクロム層の厚さが9.2〜10.75ｎｍ、前記第３の酸化クロム層の厚さが６５〜７０ｎｍ、前記フッ化マグネシウム層の厚さが９５〜１０５ｎｍであることを特徴とする請求項４に記載の低反射パターン膜。
ニッポウディスク（NIPKOW DISK）面を照明する照明光学系と、前記ニッポウディスクに形成されたピンホールを通過した光を被測定対象物の表面近傍に集光して前記ピンホールの像を結像させ、前記被測定対象物の表面で反射された光を、前記ニッポウディスクに導く対物光学系と、前記ニッポウディスクの前記ピンホールを通過した光を受光素子の受光面に導く光学系と、前記ピンホール像を前記測定対象物の表面に垂直な方向に移動させる駆動装置とを有し、前記駆動装置により前記ピンホール像を前記測定対象物の表面に垂直な方向に移動させ、移動させた各位置における前記受光素子が受ける光量に基づいて、前記測定対象物の表面の高さを測定する高さ測定装置であって、前記ニッポウディスクは、前記所定のパターンとしてのピンホールが形成された請求項１又は請求項２に記載の低反射パターン膜が、前記照明光学系側に設けられた透明基板であることを特徴とする高さ測定装置。