JP2013024625A - 分光装置、検出装置及び分光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入射光を透過する透過型回折格子を含む分光装置であって、透過型回折格子は、基材100より第1方向Xに沿って周期的に突出する複数の突起110を有し、複数の突起が傾斜面140を有し、傾斜面は、基材に垂直な基準線に対して傾斜し、透過型回折格子への入射光の入射角度を基準線に対して角度αとし、回折光の回折角度を基準線に対して角度βとする場合に、入射角度αは、傾斜面に対するブラッグ角度θよりも小さい角度であり、回折角度βは、ブラッグ角度θよりも大きい角度であり、複数の突起の各々は、傾斜面からの第1方向での距離が異なるに従い、複数の突起の各々と空気との界面に至る基材からの突出高さが異なる第1反射防止構造150(160)を有する。
【選択図】図8
Description
入射光を透過する透過型回折格子を含む分光装置であって、
前記透過型回折格子は、基材より第1方向に沿って周期的に突出する複数の突起を有し、前記複数の突起の各々が傾斜面を有し、前記傾斜面は、前記基材に垂直な基準線に対して傾斜し、
前記透過型回折格子への入射光の入射角度を前記基準線に対して角度αとし、回折光の回折角度を前記基準線に対して角度βとする場合に、
前記入射角度αは、前記傾斜面に対するブラッグ角度θよりも小さい角度であり、
前記回折角度βは、前記ブラッグ角度θよりも大きい角度であり、
前記複数の突起の各々は、前記傾斜面からの前記第1方向での距離が異なるに従い、前記複数の突起の各々と空気との界面に至る前記基材からの突出高さが異なる第1反射防止構造を有する分光装置に関する。
前記複数の突起の各々は、前記一側面からの前記第2方向での距離が異なるに従い、前記複数の突起の各々と空気との界面に至る前記基材からの突出高さが異なる第2反射防止構造をさらに有することができる。
上述した分光装置と、
標的物からの散乱光または反射光を、前記ブラッグ角度θよりも小さい前記入射角度αで前記分光装置に入射させる光学系と、
前記分光装置からの回折光を検出する検出器と、
を含む検出装置に関する。
基材に塗布されたレジストに対して第1のレーザー光と第2のレーザー光を入射して、前記レジストを干渉露光し、
前記干渉露光されたレジストを現像し、
前記基材の平面に向かう垂線に対して傾斜角度φで傾斜し、かつ、前記基材を露出することなくレジストパターンを形成する分光装置の製造方法に関する。この製法により、第1反射構造を有する回折格子を製造することができる。
前記基材に塗布されたレジストをレーザー干渉露光し、
前記基材を90度回転してレーザー干渉露光し、
前記干渉露光されたレジストを現像し、
前記基材の平面に向かう垂線に対して傾斜角度φで傾斜し、かつ、前記基材を露出することなくレジストパターンを形成する分光装置の製造方法に関する。この製法により、第2反射構造を有する回折格子を製造することができる。
上述のように、ブレーズ化回折格子では、波長分解能と回折効率の両立が困難であるという課題がある。この点について、図1、図2を用いて説明する。
図2は、上式(1)において波長λa=633nm、格子周期Pa=333nmとした
場合の、回折角度βaに対する波長分解能Δβ/Δλの特性例である。この例では、波長と格子周期の比はλa/Pa=1.9である。このとき、図2に示すように、回折角度βaを70°とすると、波長分解能Δβ/Δλはおよそ0.009まで向上する。
回折効率を同時に実現することは困難となってしまう。
本実施形態では、ブラッグ反射を生じる周期構造を傾斜させて、回折角度を大きくするとともに格子周期をより大きく取れるようにすることで、波長分解能の向上と回折効率の広帯域化を行う。図3(A)〜図6(B)を用いて、この本実施形態の透過型回折格子に(以下回折格子と省略する)ついて説明する。なお、以下では、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
次に、本実施形態による波長分解能と回折効率を向上させる手法について説明する。図3(B)に示すように、本実施形態では傾斜面140(または傾斜面141)の周期構造によるブラッグ反射を利用している。図3(B)では、便宜的に傾斜角度φ=0°の場合について考える。ブラッグ反射を生じる入射光の入射角度をブラッグ角度θとすると、ブラッグ条件は下式(3)で表される。ブラッグ角度θは、傾斜面140に対する角度である。また、nは空気(広義には媒質)の屈折率である。
比較例で説明したように、波長分解能Δβ/Δλを大きくするためにはブラッグ角度θ(回折角度)を大きくする必要がある。上式(3)より、ブラッグ角度θを大きくすると、Pを小さくしなければならないことが分かる。しかしながら、比較例で説明したように、Pを小さくすると回折効率の高い波長帯域が狭くなってしまう。そこで、本実施形態では、図3(A)に示すように複数の突起110を傾斜させることで、回折角度βを大きくしている。このとき、入射角度αは近似的にα=θ−φであり、回折角度βは近似的にβ=θ+φである。このように、複数の突起110を傾斜させることで回折角度βよりもブラッグ角度θを小さくできるため、回折角度βにより波長分解能Δβ/Δλを大きくするとともに、φ=0°の場合に比べて周期Pをより大きな値にできる。
本実施形態では、図8(A)(B)に示すように、図3(A)に示す格子周期構造を傾斜させた透過型回折格子に、図7(A)(B)の反射防止膜とは異なる反射防止構造をさらに付加している。
図9(A)〜図9(D)を用いて、傾斜した突起100及び反射防止構造150(160,170,180)を有する透過型回折格子の製造方法について説明する。
φ=(sin−1(sin(θ2)/nr)−sin−1(sin(θ1)))/2
(5)
例えば、干渉露光用のレーザー光源は、連続発振のHe−Cdレーザー(波長λs=325nm)であり、レジスト210はポジ型レジストであり、レジスト膜厚は1.2μmである。また、例えば、レーザー光の入射角度はθ1=9.1°、θ2=45.7°であり、レジストの屈折率はnr=1.60である。このとき、上式(4)より、基板200の平面に平行な方向での干渉縞の間隔はD=372nmである。また、上式(5)より、干渉縞の傾斜φは約10°(φ=10.4°)である。傾斜に垂直な方向での干渉縞の周期は、D・cosφ=366nmである。このようにして、基板200の法線に対する干渉角度を左右(θ1とθ2)で非対称にして、傾斜した干渉縞の潜像をレジスト210中に形成する。
図10(A)、図10(B)に、本実施形態の回折格子が適用される検出装置の第1の構成例を示す。この検出装置は、ラマンセンサー300(センサーチップ、光デバイス)、第1の凹面鏡310、バンドパスフィルター320、偏光板330、回折格子340、第2の凹面鏡350、アレイ光検出器360(検出器)、光源370、エッジフィルター380を含む。この検出装置は、1つの回折格子340と2つの凹面鏡310、350が所定の位置関係に配置されたシングル分光装置である。なお、以下では、ラマン分光測定を行うための検出装置について説明するが、本実施形態の回折格子は、他の分光手法を用いた検出装置にも適用できる。
上式(6)より、波長分解能Δβ/Δλが十分に大きい場合には、凹面鏡の集光距離fが短くても、ラマン散乱光とレイリー散乱光の間を広く分光できることがわかる。そのため、本実施形態の高分解能な回折格子を用いることで、凹面鏡350の集光距離fを短くし、各構成要素をコンパクトに配置して分光器を小型化できる。
130 基準線、140,141 傾斜面、150,160 第1反射構造、
170,180 第2反射構造、190 反射防止膜、200 石英ガラス基板、
210 レジスト、220 レジストパターン、230 基材、240 複数の突起、
300 ラマンセンサー、310 凹面鏡、320 バンドパスフィルター、
330 偏光板、340 回折格子、350 凹面鏡、360 アレイ光検出器、
370 光源、380 エッジフィルター、390 試料、400 レンズ、
P 周期、φ 傾斜角度、α 入射角度、β 回折角度、θ ブラッグ角度、
λ 波長、Δβ/Δλ 波長分解能、LS1 第1のレーザー光、
LS2 第2のレーザー光、θ1 第1のレーザー光の入射角度、
θ2 第2のレーザー光の入射角度、λs 露光波長、f 集光距離
Claims (8)
- 入射光を透過する透過型回折格子を含む分光装置であって、
前記透過型回折格子は、基材より第1方向に沿って周期的に突出する複数の突起を有し、前記複数の突起の各々が傾斜面を有し、前記傾斜面は、前記基材に垂直な基準線に対して傾斜し、
前記透過型回折格子への入射光の入射角度を前記基準線に対して角度αとし、回折光の回折角度を前記基準線に対して角度βとする場合に、
前記入射角度αは、前記傾斜面に対するブラッグ角度θよりも小さい角度であり、
前記回折角度βは、前記ブラッグ角度θよりも大きい角度であり、
前記複数の突起の各々は、前記傾斜面からの前記第1方向での距離が異なるに従い、前記複数の突起の各々と空気との界面に至る前記基材からの突出高さが異なる第1反射防止構造を有することを特徴とする分光装置。 - 請求項1において、
前記第1反射防止構造は、前記突起の自由端部に形成されていることを特徴とする分光装置。 - 請求項2において、
前記第1反射防止構造は、前記突起の基端部にも形成されていることを特徴とする分光装置。 - 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記複数の突起の各々は、前記第1方向と直交する第2方向に沿って、一側面から他側面に向けて延在形成され、
前記複数の突起の各々は、前記一側面からの前記第2方向での距離が異なるに従い、前記複数の突起の各々と空気との界面に至る前記基材からの突出高さが異なる第2反射防止構造をさらに有することを特徴とする分光装置。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記基準線に対する前記傾斜面の傾斜角度をφとする場合に、
前記傾斜面は、前記第1方向に周期P/cosφで配列され、
前記入射光は、前記基準線に垂直な平面に平行で、前記傾斜面の配列方向に垂直な直線偏光であることを特徴とする分光装置。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の分光装置と、
標的物からの散乱光または反射光を、前記ブラッグ角度θよりも小さい前記入射角度αで前記分光装置に入射させる光学系と、
前記分光装置からの回折光を検出する検出器と、
を含むことを特徴とする検出装置。 - 基材に塗布されたレジストに対して第1のレーザー光と第2のレーザー光を入射して、前記レジストを干渉露光し、
前記干渉露光されたレジストを現像し、
前記基材の平面に向かう垂線に対して傾斜角度φで傾斜し、かつ、前記基材を露出することなくレジストパターンを形成する請求項1乃至5のいずれかに記載の分光装置の製造方法。 - 前記基材に塗布されたレジストをレーザー干渉露光し、
前記基材を90度回転してレーザー干渉露光し、
前記干渉露光されたレジストを現像し、
前記基材の平面に向かう垂線に対して傾斜角度φで傾斜し、かつ、前記基材を露出することなくレジストパターンを形成する請求項4記載の分光装置の製造方法。
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