JP2003077803A

JP2003077803A - 電子ビーム描画方法及びその方法にて描画された基材並びに電子ビーム描画装置

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Publication number: JP2003077803A
Application number: JP2001265415A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Furuta; 和三古田; Osamu Masuda; 修増田
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2003-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ビーム径の僅かな違いが生じるこ
とを防止して、焦点深度内におけるドーズ条件等の細か
い変更を要しない電子ビーム描画方法及びその方法にて
描画された基材並びに電子ビーム描画装置を提供する。【解決手段】基材に対して電子ビームを走査すること
により前記基材に所定の描画パターンを描画する電子ビ
ーム描画である。描画パターンを現像してレジスト形状
を形成する際の現像進行度に前記電子ビームのビーム径
に応じた差異が生じ得ない第１のビーム径（ＤＡ変換器
のドットのほぼ１倍）より、描画パターン形成面に荒れ
が生じ得ない第２のビーム径（前記ドットのほぼ４倍）
までの範囲内にて前記基材に対する描画を行う。この範
囲では、ビーム径に差異が生じないために、焦点深度内
でのドーズ等の細かな変更を要しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム描画方
法及びその方法にて描画された基材並びに電子ビーム描
画装置に関し、特に、微細な形状を有する精密な光学素
子の光学機能面に回折構造などを描画するものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報記録媒体として、例えばＣ
Ｄ、ＤＶＤ等が広く使用されており、これらの記録媒体
を読み取る読取装置などの精密機器には、多くの光学素
子が利用されている。これらの機器に利用される光学素
子、例えば光レンズなどは、低コスト化並びに小型化の
観点から、ガラス製の光レンズよりも樹脂製の光レンズ
を用いることが多い。このような樹脂製の光レンズは、
一般の射出成形によって製造されており、射出成形用の
成形型も、一般的な切削加工によって形成されている。

【０００３】また、光学素子などを含む基材の表面上に
所望の形状を描画加工するものとしては、光露光などの
手法を用いた露光装置などによって加工を行うことが行
われている。

【０００４】さらに、昨今、前記基材の表面に所望の描
画パターンを形成するものとして、電子ビームを用いて
描画パターンの描画を行うことが試みられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電子ビーム
を用いて３次元的に表面高さが変化する基材に描画を行
う際に、基材の表面高さが各々の平面位置で異なると、
例えばある一方の平面位置に照射されている電子ビーム
の径と、前記一方の平面位置と異なる高さ位置に形成さ
れる他方の平面位置に照射されている電子ビームの径と
は異なり、表面高さの変化に応じて電子ビームのビーム
径が変化する。

【０００６】ただし、この種の電子ビームの焦点深度
は、一般的に光学顕微鏡等に比較して大きい。ここで、
焦点深度とは、図２１に示すように、照射される電子ビ
ームＢにおいて、ビーム径（ビームウエスト）ＢＷが有
効な範囲の高さＦＺを示す。この焦点深度が大きいため
に、前記表面高さの変位によるビーム径の変化率は、数
ナノメートルオーダーで小さく、ビーム径の表面高さの
変位が原因で描画に係る解像度が著しく低下してくるよ
うなことは起こりにくいとされている。

【０００７】しかしながら、電子ビームによる描画に利
用されるＤＡ変換器の１ドットの領域に対し、ビーム径
の値を小さい値に設定にすると、ビーム径の僅かな違い
により、ある一方のビーム径により描画された第１部分
と他方のビーム径により描画された第２部分とで、描画
実施後の現像処理の際に現像処理の進行速度に差が生
じ、同じドーズ量にて描画したにもかかわらず、現像後
に出来上がった第１部分と第２部分とのレジストの形状
に差が生じてしまっていた。

【０００８】例えば、図２２に示すように、同じドーズ
量の部分Ｄ１、Ｄ２を比較すると、図２３に示すよう
に、一方の部分ＤＴ２は、他方の部分ＤＴ１に比して、
現像処理が速く進行し、溝も深く形成されてしまう。こ
れは、同一ドーズ量が大きいほどその傾向が顕著とな
る。このため、同一のドーズ量にもかかわらず、現像後
に想定されていた溝深さより深かったり、逆に浅かった
りして形成されてしまい、最適な最終生成品が形成でき
ない。

【０００９】また、このような現像進行性の差異による
点を解消しようとすると、３次元電子ビーム描画を行う
際に、焦点深度内でもドーズ条件を細かく変更する必要
が生じてしまう。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、ビーム径の僅かな違
いが生じることを防止して、焦点深度内におけるドーズ
条件等の細かい変更を要しない電子ビーム描画方法及び
その方法にて描画された基材並びに電子ビーム描画装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、基材に対して電子ビーム
を走査することにより前記基材に所定の描画パターンを
描画する電子ビーム描画方法であって、前記描画パター
ンを現像してレジスト形状を形成する際の現像進行度に
前記電子ビームのビーム径に応じた差異が生じ得ない第
１のビーム径より大となる径にて前記基材に対する描画
を行う描画ステップを有することを特徴としている。

【００１２】また、請求項２に記載の発明は、基材に対
して電子ビームを走査することにより前記基材に所定の
描画パターンを描画する電子ビーム描画方法であって、
前記描画パターンを現像してレジスト形状を形成する際
の現像進行度に前記電子ビームのビーム径に応じた差異
が生じ得ない第１のビーム径より、前記描画パターン形
成面に荒れが生じ得ない第２のビーム径までの範囲内に
て前記基材に対する描画を行う描画ステップを有するこ
とを特徴としている。

【００１３】また、請求項３に記載の発明は、前記第１
のビーム径は、描画に利用されるＤＡ変換器の最小時間
分解能に相当する単位距離の略１倍の幅を有し、前記第
２のビーム径は、前記ＤＡ変換器の最小時間分解能に相
当する単位距離の略４倍の幅を有することを特徴として
いる。

【００１４】また、請求項４に記載の発明は、電子ビー
ムにより描画され、少なくとも前記電子ビームの焦点深
度よりも長い厚さを有してなる被描画層を含む基材に対
して、前記焦点深度の少なくとも高さ位置を前記被描画
層内の描画位置に応じて前記電子ビームの焦点位置を変
化させることにより描画を行う、電子ビーム描画方法で
あって、前記描画位置の３次元の基準座標系における高
さ位置を算出する算出ステップと、前記電子ビームの焦
点位置による位置調整もしくは前記基材の移動による位
置調整のいずれか一方又は双方により、算出された前記
高さ位置に前記電子ビームの焦点位置がくるように位置
調整を行う位置調整ステップと、前記位置調整を行いな
がら、前記被描画層に対する描画を行う描画ステップ
と、を含み、前記位置調整ステップでは、焦点深度の範
囲を、前記描画パターンを現像してレジスト形状を形成
する際の現像進行度に前記電子ビームのビーム径に応じ
た差異が生じ得ない第１のビーム径より、前記描画パタ
ーン形成面に荒れが生じ得ない第２のビーム径までの範
囲内として調整することを特徴としている。

【００１５】また、請求項５に記載の発明は、前記第１
のビーム径は、描画に利用されるＤＡ変換器の最小時間
分解能に相当する単位距離のほぼ１倍の幅を有し、前記
第２のビーム径は、前記ＤＡ変換器の最小時間分解能に
相当する単位距離のほぼ４倍の幅を有し、前記位置調整
ステップにおいて前記ビーム径を前記ほぼ１倍〜ほぼ４
倍の範囲内として調整することを特徴としている。

【００１６】また、請求項６に記載の発明は、前記電子
ビーム照射中に位置調整を行うことを特徴としている。

【００１７】また、請求項７に記載の発明は、前記電子
ビームの焦点位置が電子レンズの電流値に基づき制御さ
れるステップを含むことを特徴としている。

【００１８】また、請求項８に記載の発明は、前記描画
ステップで、前記基材上に回折格子を形成することを特
徴としている。

【００１９】また、請求項９に記載の発明は、前記電子
ビームを照射した基材を現像し、現像された前記基材の
表面で電鋳を行い、成形用の金型を形成するステップを
さらに有することを特徴としている。

【００２０】また、請求項１０に記載の発明は、前記電
子ビームを照射した基材を現像し、エッチング処理した
前記基材に電鋳を行い、成形用の金型を形成するステッ
プをさらに有することを特徴としている。

【００２１】また、請求項１１に記載の発明は、前記基
材として成形用の金型用い、少なくとも前記算出ステッ
プ、位置調整ステップ、前記描画ステップにより当該金
型に描画を行うステップを有することを特徴としてい
る。

【００２２】また、請求項１２に記載の発明は、基材に
対して電子ビームを走査することにより前記基材に所定
の描画パターンを描画する電子ビーム描画方法であっ
て、前記電子ビームの描画に利用されるＤＡ変換器の最
小時間分解能に相当する単位距離より大きいビーム径に
て前記基材に対する描画を行う描画ステップを有するこ
とを特徴としている。

【００２３】また、請求項１３に記載の発明は、前記描
画ステップにおいて、前記単位距離の４倍以下のビーム
径にて前記基材に対する描画を行うことを特徴としてい
る。

【００２４】また、請求項１４に記載の発明は、上述の
描画方法にて描画された基材を定義している。また、請
求項１５に記載の発明は、前記基材は、光学素子である
ことを特徴としている。

【００２５】また、請求項１６に記載の発明は、基材に
対して前記電子ビームを走査することにより前記基材の
描画パターンの描画を行う電子ビーム描画装置であっ
て、前記描画パターンを現像してレジスト形状を形成す
る際の現像進行度に前記電子ビームのビーム径に応じた
差異が生じ得ない第１のビーム径に関する情報を格納し
た格納手段と、前記格納手段の第１のビーム径に基づい
て、前記電子ビームのビーム径が前記第１のビーム径よ
りやや大となる径の場合にのみ、前記基材に対する描画
を行うように制御する制御手段と、を含むことを特徴と
している。

【００２６】また、請求項１７に記載の発明は、電子ビ
ームを照射する電子ビーム照射手段と、前記電子ビーム
照射手段にて照射された電子ビームの焦点位置を可変と
するための電子レンズと、前記電子ビームを照射するこ
とで描画される描画パターンを有する基材を載置する載
置台と、前記基材上に描画される描画位置を測定するた
めの測定手段と、前記描画パターンを現像してレジスト
形状を形成する際の現像進行度に前記電子ビームのビー
ム径に応じた差異が生じ得ない第１のビーム径に関する
情報を格納した格納手段と、前記測定手段にて測定され
た前記描画位置に基づき、前記電子レンズの電流値を調
整して前記電子ビームの焦点位置を前記描画位置に応じ
て可変制御するとともに、前記焦点位置における焦点深
度が、前記第１のビーム径よりやや大となるビーム径の
範囲に制限されるように調整制御する制御手段と、を含
むことを特徴としている。

【００２７】また、請求項１８に記載の発明は、電子ビ
ームを照射する電子ビーム照射手段と、前記電子ビーム
を照射することで描画される被描画面に曲面を有する基
材を載置する載置台と、前記載置台を駆動する駆動手段
と、前記基材上に描画される描画位置を測定するための
測定手段と、前記描画パターンを現像してレジスト形状
を形成する際の現像進行度に前記電子ビームのビーム径
に応じた差異が生じ得ない第１のビーム径に関する情報
を格納した格納手段と、前記測定手段にて測定された前
記描画位置に基づき、前記駆動手段により前記載置台を
昇降させて、前記電子ビーム照射手段にて照射された電
子ビームの焦点位置を前記描画位置に応じて可変制御す
るとともに、前記焦点位置における焦点深度が、前記第
１のビーム径よりやや大となるビーム径の範囲に制限さ
れるように調整制御する制御手段と、を含むことを特徴
としている。

【００２８】また、請求項１９に記載の発明は、前記第
１のビーム径を設定入力するための設定手段をさらに有
し、前記制御手段は、前記設定手段にて設定された第１
のビーム径よりやや大となる範囲に基づいて、前記電子
ビームを制御することを特徴としている。

【００２９】また、請求項２０に記載の発明は、前記第
１のビーム径は、描画に利用されるＤＡ変換器の最小時
間分解能に相当する単位距離のほぼ１倍の幅を有するこ
とを特徴としている。

【００３０】また、請求項２１に記載の発明は、基材に
対して前記電子ビームを走査することにより前記基材の
描画パターンの描画を行う電子ビーム描画装置であっ
て、前記描画パターンを現像してレジスト形状を形成す
る際の現像進行度に前記電子ビームのビーム径に応じた
差異が生じ得ない第１のビーム径と、前記描画パターン
形成面に荒れが生じ得ない第２のビーム径とに関する情
報を格納した格納手段と、前記格納手段の第１、第２の
各ビーム径に基づいて、前記電子ビームのビーム径が前
記第１のビーム径より前記第２のビーム径の範囲内とな
る場合にのみ、前記基材に対する描画を行うように制御
する制御手段と、を含むことを特徴としている。

【００３１】また、請求項２２に記載の発明は、電子ビ
ームを照射する電子ビーム照射手段と、前記電子ビーム
照射手段にて照射された電子ビームの焦点位置を可変と
するための電子レンズと、前記電子ビームを照射するこ
とで描画される描画パターンを有する基材を載置する載
置台と、前記基材上に描画される描画位置を測定するた
めの測定手段と、前記描画パターンを現像してレジスト
形状を形成する際の現像進行度に前記電子ビームのビー
ム径に応じた差異が生じ得ない第１のビーム径と、前記
描画パターン形成面に荒れが生じ得ない第２のビーム径
とに関する情報を格納した格納手段と、前記測定手段に
て測定された前記描画位置に基づき、前記電子レンズの
電流値を調整して前記電子ビームの焦点位置を前記描画
位置に応じて可変制御するとともに、前記焦点位置にお
ける焦点深度が、前記第１のビーム径より前記第２のビ
ーム径の範囲に制限されるように調整制御する制御手段
と、を含むことを特徴としている。

【００３２】また、請求項２３に記載の発明は、電子ビ
ームを照射する電子ビーム照射手段と、前記電子ビーム
を照射することで描画される被描画面に曲面を有する基
材を載置する載置台と、前記載置台を駆動する駆動手段
と、前記基材上に描画される描画位置を測定するための
測定手段と、前記描画パターンを現像してレジスト形状
を形成する際の現像進行度に前記電子ビームのビーム径
に応じた差異が生じ得ない第１のビーム径と、前記描画
パターン形成面に荒れが生じ得ない第２のビーム径とに
関する情報を格納した格納手段と、前記測定手段にて測
定された前記描画位置に基づき、前記駆動手段により前
記載置台を昇降させて、前記電子ビーム照射手段にて照
射された電子ビームの焦点位置を前記描画位置に応じて
可変制御するとともに、前記焦点位置における焦点深度
が、前記第１のビーム径より前記第２のビーム径の範囲
に制限されるように調整制御する制御手段と、を含むこ
とを特徴としている。

【００３３】また、請求項２４に記載の発明は、前記第
１、第２のビーム径のいずれか一方又は双方を設定する
ための設定手段をさらに有し、前記制御手段は、前記設
定手段にて設定された第１，第２のビーム径の範囲に基
づいて、前記電子ビームを制御することを特徴としてい
る。

【００３４】また、請求項２５に記載の発明は、前記第
１のビーム径は、描画に利用されるＤＡ変換器の最小時
間分解能に相当する単位距離のほぼ１倍の幅を有し、前
記第２のビーム径は、前記ＤＡ変換器の最小時間分解能
に相当する単位距離のほぼ４倍の幅を有することを特徴
としている。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
の一例について、図面を参照して具体的に説明する。

【００３６】［第１の実施の形態］（電子ビーム描画装置の全体構成）先ず、本発明の特徴
は、基材に対して電子ビームで３次元的に描画してブレ
ーズ形状の回折格子を形成する際に、電子ビーム描画装
置に搭載されるＤＡ変換器（以下、「ＤＡＣ」と称呼す
る場合がある）の１ｄｏｔの領域に対し、電子ビームの
ビーム径を前記１ｄｏｔのほぼ１倍の大きさのビーム径
（第１のビーム径）より大きくする、ないしは僅かに大
きくするようにして、前記基材に対する描画を行う点に
ある。なおここに、１ｄｏｔとは、ＤＡ変換器の最小時
間分解能に相当する単位距離ｄにおいて、（図９に示
す）ｄ×ｄの領域を示し、本実施形態においては、ある
例においては例えば、１ｄｏｔ＝１０［ｎｍ］×１０
［ｎｍ］にて条件設定されている場合や、また他の例に
おいては、例えば、１ｄｏｔ＝２０［ｎｍ］×２０［ｎ
ｍ］にて条件設定されている場合などが挙げられるが、
いずれにしてもＤＡ変換器の性能により変動することと
なる。

【００３７】さらに好ましくは、前記第１のビーム径よ
り、描画パターン形成面に荒れが生じ得ない（解像度の
劣化が起き得ない）第２のビーム径までの範囲内にて前
記基材に対する描画を行う。この第１のビーム径は、例
えば、上述した１ｄｏｔの大きさであり、要は、描画パ
ターンを現像してレジスト形状を形成する際の現像進行
度に電子ビームのビーム径に応じた差異が生じ得ない径
であれば条件によりいずれでもよい。また、第２のビー
ム径は、例えば１ｄｏｔのほぼ４倍の大きさにする（そ
の根拠は後述する）ことが好ましい。

【００３８】このようにしてビーム径の大きさに範囲を
設けて制限することにより、ビーム径の僅かな変位に伴
う描画実施後における現像進行性の差異がなくなるとと
もに、解像度の劣化もおきず、しかも、焦点深度内での
ドーズ条件を同一にして描画することができ、ドーズ条
件の細かな変更を要せず描画できるものである。

【００３９】このような特徴的なビーム径の上限及び下
限に関する上述の機能を達成するための具体的構造の説
明に先立って、先ず前提となる電子ビーム描画装置の全
体の概略構成について、図１を参照して説明する。図１
は、本例の電子ビーム描画装置の全体構成を示す説明図
である。

【００４０】本例の電子ビーム描画装置１は、図１に示
すように、大電流で高解像度の電子線プローブを形成し
て高速に描画対象の基材２上を走査するものであり、高
解像度の電子線プローブを形成し、電子ビームを生成し
てターゲットに対してビーム照射を行う電子ビーム生成
手段である電子銃１２と、この電子銃１２からの電子ビ
ームを通過させるスリット１４と、スリット１４を通過
する電子ビームの前記基材２に対する焦点位置を制御す
るための電子レンズ１６と、電子ビームが出射される経
路上に配設されたアパーチャー１８と、電子ビームを偏
向させることでターゲットである基材２上の走査位置等
を制御する偏向器２０と、偏向を補正する補正用コイル
２２と、を含んで構成されている。なお、これらの各部
は、鏡筒１０内に配設されて電子ビーム出射時には真空
状態に維持される。

【００４１】さらに、電子ビーム描画装置１は、描画対
象となる基材２を載置するための載置台であるＸＹＺス
テージ３０と、このＸＹＺステージ３０上の載置位置に
基材２を搬送するための搬送手段であるローダ４０と、
ＸＹＺステージ３０上の基材２の表面の基準点を測定す
るための測定手段である測定装置８０と、ＸＹＺステー
ジ３０を駆動するための駆動手段であるステージ駆動手
段５０と、ローダを駆動するためのローダ駆動装置６０
と、鏡筒１０内及びＸＹＺステージ３０を含む筐体１１
内を真空となるように排気を行う真空排気装置７０と、
これらの制御を司る制御手段である制御回路１００と、
を含んで構成されている。

【００４２】なお、電子レンズ１６は、高さ方向に沿っ
て複数箇所に離間して設置される各コイル１７ａ、１７
ｂ、１７ｃの各々の電流値によって電子的なレンズが複
数生成されることで各々制御され、電子ビームの焦点位
置が制御される。

【００４３】測定装置８０は、基材２に対してレーザー
を照射することで基材２を測定する第１のレーザー測長
器８２と、第１のレーザー測長器８２にて発光されたレ
ーザー光（第１の照射光）が基材２を反射し当該反射光
を受光する第１の受光部８４と、前記第１のレーザー測
長器８２とは異なる照射角度から照射を行う第２のレー
ザー測長器８６と、前記第２のレーザー測長器８６にて
発光されたレーザー光（第２の照射光）が基材２を反射
し当該反射光を受光する第２の受光部８８と、を含んで
構成されている。なお、本例の第１のレーザー測長器と
第１の受光部とで本発明の「第１の光学系」を構成し、
第２のレーザー測長器と第２の受光部とで本発明の「第
２の光学系」を構成している。

【００４４】ステージ駆動手段５０は、ＸＹＺステージ
３０をＸ方向に駆動するＸ方向駆動機構５２と、ＸＹＺ
ステージ３０をＹ方向に駆動するＹ方向駆動機構５４
と、ＸＹＺステージ３０をＺ方向に駆動するＺ方向駆動
機構５６と、ＸＹＺステージ３０をθ方向に駆動するθ
方向駆動機構５８と、を含んで構成されている。これに
よって、ＸＹＺステージ３０を３次元的に動作させた
り、アライメントを行うことができる。

【００４５】制御回路１００は、電子銃１２に電源を供
給するための電子銃電源部１０２と、この電子銃電源部
１０２での電流、電圧などを調整制御する電子銃制御部
１０４と、電子レンズ１６（複数の各電子的なレンズを
各々）を動作させるためのレンズ電源部１０６と、この
レンズ電源部１０６での各電子レンズに対応する各電流
を調整制御するレンズ制御部１０８と、を含んで構成さ
れる。

【００４６】さらに、制御回路１００は、補正用コイル
２２を制御するためのコイル制御部１１０と、偏向器２
０にて成形方向の偏向を行う成形偏向部１１２ａと、偏
向器２０にて副走査方向の偏向を行うための副偏向部１
１２ｂと、偏向器２０にて主走査方向の偏向を行うため
の主偏向部１１２ｃと、成形偏向部１１２ａを制御する
ためにデジタル信号をアナログ信号に変換制御する高速
Ｄ／Ａ変換器１１４ａと、副偏向部１１２ｂを制御する
ためにデジタル信号をアナログ信号に変換制御する高速
Ｄ／Ａ変換器１１４ｂと、主偏向部１１２ｃを制御する
ためにデジタル信号をアナログ信号に変換制御する高精
度Ｄ／Ａ変換器１１４ｃと、を含んで構成される。

【００４７】さらに、制御回路１００は、偏向器２０に
おける位置誤差を補正する、乃ち、位置誤差補正信号な
どを各高速Ｄ／Ａ変換器１１４ａ、１１４ｂ、及び高精
度Ｄ／Ａ変換器１１４ｃに対して供給して位置誤差補正
を促すあるいはコイル制御部１１０に対して当該信号を
供給することで補正用コイル２２にて位置誤差補正を行
う位置誤差補正回路１１６と、これら位置誤差補正回路
１１６並びに各高速Ｄ／Ａ変換器１１４ａ、１１４ｂ及
び高精度Ｄ／Ａ変換器１１４ｃを制御して電子ビームの
電界を制御する電界制御手段である電界制御回路１１８
と、描画パターンなどを前記基材２に対して生成するた
めのパターン発生回路１２０と、を含んで構成される。

【００４８】またさらに、制御回路１００は、第１のレ
ーザー測長器８２を上下左右に移動させることによるレ
ーザー照射位置の移動及びレーザー照射角の角度等の駆
動制御を行う第１のレ−ザー駆動制御回路１３０と、第
２のレーザー測長器８６を上下左右に移動させることに
よるレーザー照射位置の移動及びレーザー照射角の角度
等の駆動制御を行う第２のレ−ザー駆動制御回路１３２
と、第１のレーザー測長器８２でのレーザー照射光の出
力（レーザーの光強度）を調整制御するための第１のレ
ーザー出力制御回路１３４と、第２のレーザー測長器８
６でのレーザー照射光の出力を調整制御するための第２
のレーザー出力制御回路１３６と、第１の受光部８４で
の受光結果に基づき、測定結果を算出するための第１の
測定算出部１４０と、第２の受光部８８での受光結果に
基づき、測定結果を算出するための第２の測定算出部１
４２と、を含んで構成される。

【００４９】さらにまた、制御回路１００は、ステージ
駆動手段５０を制御するためのステージ制御回路１５０
と、ローダ駆動装置６０を制御するローダ制御回路１５
２と、上述の第１、第２のレーザー駆動回路１３０、１
３２・第１、第２のレーザー出力制御回路１３４、１３
６・第１、第２の測定算出部１４０、１４２・ステージ
制御回路１５０・ローダ制御回路１５２を制御する機構
制御回路１５４と、真空排気装置７０の真空排気を制御
する真空排気制御回路１５６と、測定情報を入力するた
めの測定情報入力部１５８と、入力された情報や他の複
数の情報を記憶するための記憶手段であるメモリ１６０
と、各種制御を行うための制御プログラムを記憶したプ
ログラムメモリ１６２と、後述する本発明の特徴的な構
成である各部を備えた本発明の特徴的な制御系３００
（詳細は後述する）と、これらの各部の制御を司る例え
ばＣＰＵなどにて形成された制御部１７０と、を含んで
構成されている。

【００５０】なお、本例の第１の測定算出部と第２の測
定算出部とで、本発明の「測定算出手段」を構成でき
る。

【００５１】上述のような構成を有する電子ビーム描画
装置１において、ローダ４０によって搬送された基材２
がＸＹＺステージ３０上に載置されると、真空排気装置
７０によって鏡筒１０及び筐体１１内の空気やダストな
どを排気したした後、電子銃１２から電子ビームが照射
される。

【００５２】電子銃１２から照射された電子ビームは、
電子レンズ１６を介して偏向器２０により偏向され、偏
向された電子ビームＢ（以下、この電子レンズ１６を通
過後の偏向制御された電子ビームに関してのみ「電子ビ
ームＢ」と符号を付与することがある）は、ＸＹＺステ
ージ３０上の基材２の表面、例えば曲面部（曲面）２ａ
上の描画位置に対して照射されることで描画が行われ
る。

【００５３】この際に、測定装置８０によって、基材２
上の描画位置（描画位置のうち少なくとも高さ位置）、
もしくは後述するような基準点の位置が測定され、制御
回路１００は、当該測定結果に基づき、電子レンズ１６
のコイル１７ａ、１７ｂ、１７ｃなどに流れる各電流値
などを調整制御して、電子ビームＢの焦点深度の位置、
すなわち焦点位置を制御し、当該焦点位置が前記描画位
置となるように移動制御される。

【００５４】あるいは、測定結果に基づき、制御回路１
００は、ステージ駆動手段５０を制御することにより、
前記電子ビームＢの焦点位置が前記描画位置となるよう
にＸＹＺステージ３０を移動させる。

【００５５】また、本例においては、電子ビームの制
御、ＸＹＺステージ３０の制御のいずれか一方の制御に
よって行っても、双方を利用して行ってもよい（なお、
焦点位置の移動制御の詳細については後述する）。

【００５６】（測定装置）次に、測定装置８０につい
て、図３を参照しつつ説明する。測定装置８０は、より
詳細には、図３に示すように、第１のレーザー測長器８
２、第１の受光部８４、第２のレーザー測長器８６、第
２の受光部８８などを有する。

【００５７】第１のレーザー測長器８２により電子ビー
ムと交差する方向から基材２に対して第１の光ビームＳ
１を照射し、基材２を透過する第１の光ビームＳ１の受
光によって、第１の光強度分布が検出される。

【００５８】この際に、図３に示すように、第１の光ビ
ームＳ１は、基材２の底部２ｃにて反射されるため、第
１の強度分布に基づき、基材２の平坦部２ｂ上の（高
さ）位置が測定算出されることになる。しかし、この場
合には、基材２の曲面部２ａ上の（高さ）位置を測定す
ることができない。

【００５９】そこで、本例においては、さらに第２のレ
ーザー測長器８６を設けている。すなわち、第２のレー
ザー測長器８６によって、第１の光ビームＳ１と異なる
電子ビームとほぼ直交する方向から基材２に対して第２
の光ビームＳ２を照射し、基材２を透過する第２の光ビ
ームＳ２が第２の受光部８８に含まれるピンホール８４
を介して受光されることによって、第２の光強度分布が
検出される。

【００６０】この場合、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すよう
に、第２の光ビームＳ２が曲面部２ａ上を透過すること
となるので、前記第２の強度分布に基づき、基材２の平
坦部２ｂより突出する曲面部２ａ上の（高さ）位置を測
定算出することができる。

【００６１】具体的には、第２の光ビームＳ２がＸＹ基
準座標系における曲面部２ａ上のある位置（ｘ、ｙ）の
特定の高さを透過すると、この位置（ｘ、ｙ）におい
て、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第２の光ビーム
Ｓ２が曲面部２ａの曲面にて当たることにより散乱光Ｓ
Ｓ１、ＳＳ２が生じ、この散乱光分の光強度が弱まるこ
ととなる。このようにして、図５に示すように、第２の
受光部８８にて検出された第２の光強度分布に基づき、
位置が測定算出される。

【００６２】この算出の際には、図５に示すように、第
２の受光部８８の信号出力Ｏｐは、図６に示す特性図の
ような、信号出力Ｏｐと基材の高さとの相関関係を有す
るので、制御回路１００のメモリ１６０などにこの特
性、すなわち相関関係を示した相関テーブルを予め格納
しておくことにより、第２の受光部８８での信号出力Ｏ
ｐに基づき、基材の高さ位置を算出することができる。

【００６３】そして、この基材の高さ位置を、例えば描
画位置として、前記電子ビームの焦点位置の調整が行わ
れ描画が行われることとなる。

【００６４】（描画位置算出の原理の概要）次に、本例
の特徴である電子ビーム描画装置１における、描画を行
う場合の原理の概要について、説明する。

【００６５】先ず、基材２は、図２（Ａ）（Ｂ）に示す
ように、例えば樹脂等による光学素子例えば光レンズ等
にて形成されることが好ましく、断面略平板状の平坦部
２ｂと、この平坦部２ｂより突出形成された曲面をなす
曲面部２ａと、を含んで構成されている。この曲面部２
ａの曲面は、球面に限らず、非球面などの他のあらゆる
高さ方向に変化を有する自由曲面であってよい。

【００６６】このような基材２において、予め基材２を
ＸＹＺステージ３０上に載置する前に、基材２上の複数
例えば３個の基準点Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ０２を決定して
この位置を測定しておく（第１の測定）。これによっ
て、例えば、基準点Ｐ００とＰ０１によりＸ軸、基準点
Ｐ００とＰ０２によりＹ軸が定義され、３次元座標系に
おける第１の基準座標系が算出される。ここで、第１の
基準座標系における高さ位置をＨｏ（ｘ、ｙ）（第１の
高さ位置）とする。これによって、基材２の厚み分布の
算出を行うことができる。

【００６７】一方、基材２をＸＹＺステージ３０上に載
置した後も、同様の処理を行う。すなわち、図２（Ａ）
に示すように、基材２上の複数例えば３個の基準点Ｐ１
０、Ｐ１１、Ｐ１２を決定してこの位置を測定しておく
（第２の測定）。これによって、例えば、基準点Ｐ１０
とＰ１１によりＸ軸、基準点Ｐ１０とＰ１２によりＹ軸
が定義され、３次元座標系における第２の基準座標系が
算出される。

【００６８】さらに、これらの基準点Ｐ００、Ｐ０１、
Ｐ０２、Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２により第１の基準座標
系を第２の基準座標系に変換するための座標変換行列な
どを算出して、この座標変換行列を利用して、第２の基
準座標系における前記Ｈｏ（ｘ、ｙ）に対応する高さ位
置Ｈｐ（ｘ、ｙ）（第２の高さ位置）を算出して、この
位置を最適フォーカス位置、すなわち描画位置として電
子ビームの焦点位置が合わされるべき位置とすることと
なる。これにより、上述の基材２の厚み分布の補正を行
うことができる。

【００６９】なお、上述の第２の測定は、電子ビーム描
画装置１の第１の測定手段である測定装置８０を用いて
測定することができる。

【００７０】そして、第１の測定は、予め別の場所にお
いて他の測定装置を用いて測定しおく必要がある。この
ような、基材２をＸＹＺステージ３０上に載置する前に
予め基準点を測定するための測定装置としては、上述の
測定装置８０と全く同様の構成の測定装置（第２の測定
手段）を採用することができる。この場合、測定装置か
らの測定結果は、例えば図１に示す測定情報入力部１５
８にて入力されたり、制御回路１００と接続される不図
示のネットワークを介してデータ転送されて、メモリ１
６０などに格納されることとなる。もちろん、この測定
装置が不要となる場合も考えられる。

【００７１】上記のようにして、描画位置が算出され
て、電子ビームの焦点位置が制御されて描画が行われる
こととなる。

【００７２】具体的には、図２（Ｃ）に示すように、電
子ビームの焦点深度ＦＺ（ビームウエストＢＷ）の焦点
位置を、３次元基準座標系における単位空間の１フィー
ルド（ｍ＝１）内の描画位置に調整制御する。（この制
御は、上述したように、電子レンズ１６による電流値の
調整もしくはＸＹＺステージ３０の駆動制御のいずれか
一方又は双方によって行われる。）なお、本例において
は、１フィールドの高さ分を焦点深度ＦＺより長くなる
ように、フィールドを設定してあるがこれに限定される
ものではない。ここで、焦点深度ＦＺとは、図２１に示
すように、電子レンズ１６を介して照射される電子ビー
ムＢにおいて、ビームウエストＢＷが有効な範囲の高さ
を示す。なお、電子ビームＢの場合、図２１に示すよう
に、電子レンズ１６の幅Ｄ、電子レンズ１６よりビーム
ウエスト（ビーム径の最も細い所）ＢＷまでの深さｆと
すると、Ｄ／ｆは、０．０１程度であり、例えば５０ｎ
ｍ程度の解像度を有し、焦点深度は例えば数十μ程度あ
る。

【００７３】そして、図２（Ｃ）に示すように、例えば
１フィールド内をＹ方向にシフトしつつ順次Ｘ方向に走
査することにより、１フィールド内の描画が行われるこ
ととなる。さらに、１フィールド内において、描画され
ていない領域があれば、当該領域についても、上述の焦
点位置の制御を行いつつＺ方向に移動し、同様の走査に
よる描画処理を行うこととなる。

【００７４】次に、１フィールド内の描画が行われた
後、他のフィールド、例えばｍ＝２のフィールド、ｍ＝
３のフィールドにおいても、上述同様に、測定や描画位
置の算出を行いつつ描画処理がリアルタイムで行われる
こととなる。このようにして、描画されるべき描画領域
について全ての描画が終了すると、基材２の表面におけ
る描画処理が終了することとなる。

【００７５】なお、本例では、この描画領域を被描画層
とし、この被描画層における曲面部２ａの表面の曲面に
該当する部分を被描画面としている。

【００７６】さらに、上述のような各種演算処理、測定
処理、制御処理などの処理を行う処理プログラムは、プ
ログラムメモリ１６２に予め制御プログラムとして格納
されることとなる。

【００７７】（本実施の形態の特徴的構成）次に、本実
施の形態の特徴、すなわち、所定のビーム径の範囲にて
描画を行うための制御系の具体的構成について図７を用
いて説明する。図７には、本実施の形態の特徴的構成の
電子ビーム描画装置の制御系の機能ブロック図が開示さ
れている。

【００７８】同図に示すように、ビーム径の範囲を規定
するための制御系３００は、ビーム径の上限、下限の範
囲を規定するのに必要とされる各種演算情報を格納した
格納手段であるメモリ３１０と、このメモリ３１０の各
種情報に基づいて、ビーム径の範囲を規定したりその範
囲での描画実行を促すための種々の演算処理を行う各種
の処理プログラムを備えたプログラムメモリ３２０と、
ビーム径の上限値又は下限値のいずれか一方又は双方を
設定するための設定手段であるビーム径設定手段３３０
と、これら各部の制御を司るとともに、前記制御部１７
０と連携して他の制御系との信号並びにデータの授受を
行うためのビーム系制御手段３４０と、を含んで構成さ
れている。

【００７９】メモリ３１０には、ビーム径に関連する情
報を格納したビーム径関連情報格納部３１１と、描画後
の現像処理における現像進行速度ないしは現像進行性な
どの情報、あるいはシャープ度（後述する）に関する情
報などをビーム径と対応させて格納した現像処理進行速
度情報３１５と、これらに準じる各種ビーム径の制御に
類するその他の各種情報であるその他の情報３１６など
が格納されている。

【００８０】ビーム径関連情報格納部３１１は、予め設
定されたないしはビーム径設定手段３３０からの操作入
力により設定されたビーム径の上限値に関するビーム径
上限値情報（第２のビーム径）３１２と、同様にして設
定されたビーム径の下限値に関するビーム径下限値情報
（第１のビム径）３１３と、ＤＡ変換器の性能に応じた
ＤＡ変換器の１ｄｏｔの大きさに関するＤＡＣ情報３１
４などが格納されている。

【００８１】一方、プログラムメモリ３２０には、これ
らの処理を行う処理プログラム（より詳細には、例えば
後述する図１５のＳ１２１〜Ｓ１２６までの一連の処理
など）などを格納してあり、より具体的には、ＤＡ変換
器の１ｄｏｔがどの程度の大きさのものであるかに関す
るＤＡＣ情報を取得して前記メモリ３１０の所定領域に
格納するプログラムであるＤＡＣ情報取得手段３２１
と、ビーム径上限値情報３１２とビーム径下限値情報３
１３とに基づいて、ビーム径の範囲を規定するビーム径
範囲規定手段３２２と、現在のビーム径とビーム径上限
値情報３１２とを比較して、当該ビーム径が上限値より
も大きい場合には処理を停止し、当該ビーム径が上限値
より小さい場合にはビーム径範囲規定手段３２２を起動
させる上限値比較手段３２４と、現在のビーム径とビー
ム径下限値情報３１３とを比較して、当該ビーム径が下
限値よりも小さい場合には処理を停止し、当該ビーム径
が下限値より大きい場合にはビーム径範囲規定手段３２
２を起動させる下限値比較手段３２５と、その他の各種
演算処理を行うプログラム（例えば、ＤＡＣ情報から下
限値及び上限値を一義的に算出して前記メモリに格納す
るプログラム等）であるその他の処理プログラム２３６
などが構成されている。

【００８２】なお、本実施の形態のメモリ３１０にて本
発明の「格納手段」を構成でき、また、本実施の形態の
プログラムメモリ３２０とビーム制御手段３４０と制御
部１７０とで本発明の「制御手段」を構成できる。ま
た、上限値比較手段３２４と下限値比較手段３２５とで
比較手段を構成できる。

【００８３】上記のような構成を有する制御系３００に
おいて、ＤＡＣ情報取得手段３２１はＤＡ変換器の１ｄ
ｏｔの大きさに関する情報（例えば、２０［ｎｍ］×２
０［ｎｍ］等）を取得してメモリ３１０にＤＡＣ情報３
１４として格納する。なお、ビーム径関連情報格納部３
１１には、ビーム径の上限値がＤＡＣ１ｄｏｔの何倍で
あるのか（本実施の形態ではほぼ４倍）といった上限値
倍数情報、さらには下限値がＤＡＣ１ｄｏｔの何倍であ
るのか（本実施の形態ではほぼ１倍）といった下限値倍
数情報も格納されることとなり、この際、その他の処理
プログラム３２６などに含まれる演算プログラムによ
り、ＤＡＣ情報３１４、上限値倍数情報、及び下限値倍
数情報に基づき、ビーム径上限値情報３１２ならびにビ
ーム径下限値情報３１２などを算出してメモリ３１０に
格納することとなる。これによって、ＤＡ変換器の性能
に応じた上限値及び下限値が一義的に算出されることと
なる。

【００８４】一方、これとは別に、ビーム径設定手段３
３０などにおいて、装置使用者が任意にビーム径の上限
値及び下限値を設定入力も行えることもでき、入力され
た情報をビーム径上限値情報３１２やビーム径下限値情
報３１３として設定登録がなされることとなる。なお、
設定入力された情報がＤＡ変換器から理論上算出される
上限値及び下限値とあまりにもかけ離れている場合に
は、設定登録を不可としたり、エラーメッセージで通知
することもできる。また、ビーム径の設定の仕方は、マ
ニュアルあるいはリモートのいずれであってもよい。

【００８５】次に、上限値比較手段３２４により、現在
のビーム径とビーム径上限値情報３１２とを比較して、
当該ビーム径が上限値よりも大きい場合には処理を停止
し、当該ビーム径が上限値より小さい場合にはビーム径
範囲規定手段３２２を起動させる一方、下限値比較手段
３２５により、現在のビーム径とビーム径下限値情報３
１３とを比較して、当該ビーム径が下限値よりも小さい
場合には処理を停止し、当該ビーム径が下限値より大き
い場合にはビーム径範囲規定手段３２２を起動させる。

【００８６】このようにしてビーム径が所定の制限範囲
内にあることが確認されると、ビーム径範囲規定手段３
２２は、ビーム径上限値情報３１２とビーム径下限値情
報３１３とに基づいて、ビーム径の範囲を規定するとと
もに、ビーム径制御手段３４０は、前記範囲内にて描画
が実行されるように逐次制御することとなる。これによ
って、電子ビームにより基材に対して照射に描画を行う
際には、必ず上記ビーム径の制限範囲を規定する処理が
同時に行われ、ビーム径が許容範囲を逸脱して現像進行
性の差異や解像度の劣化を生じ得ないよう好適に制御さ
れる。

【００８７】（ビーム径の上限値と下限値について）次
に、ビーム径の上限値及び下限値が先に述べたように、
ＤＡ変換器のほぼ所定倍に規定されてる理由について、
図８を参照しつつ説明する。図８には、電子ビーム描画
装置におけるビーム径の変位と現像進行性の変位並びに
シャープ度の変位との関係を示した特性図が開示されて
いる。

【００８８】ここに、現像進行性Ｄとは、図８に示すよ
うに、ブレーズの立ち上がり部分の側壁の高さ（現像進
行の深さ）をいう。また、シャープ度Δは、ブレーズの
溝部の横方向の幅を示し、この幅が小さい程シャープで
あることを示す。図８の特性図は、縦軸に前記現像進行
性Ｄ及びシャープ度Δを、横軸にビーム径の大きさを示
している。なお、この図においては、１ｄｏｔを２０
［ｎｍ］×２０［ｎｍ］であるものとした場合を例示し
ている。

【００８９】同図に示すように、現像進行性Ｄの特性
は、ビーム径が０ｎｍから略２０ｎｍ付近までは除々に
値が小さくなるように変化し、一方、ビーム径が略２０
ｎｍ付近から略９０ｎｍ付近までは値が一定であり、他
方、ビーム径が略１００ｎｍ以上となると値が小さくな
るように変化する特徴を有している。また、シャープ度
Δは、ビーム径がほぼ８０ｎｍ付近まで値が一定であ
り、それ以上になると除々に値が増大する特性を有する
こととなる。

【００９０】ここで、現像進行度Ｄのみの観点から、現
像進行度の値が変化しない（言い換えれば、描画パター
ンを現像してレジスト形状を形成する際の現像進行度に
ビーム径に応じた差異が生じ得ない）のは、図から明ら
かなように、第１のビーム径（ＢＷ１）より、第３のビ
ーム径（ＢＷ３）までの範囲となり、その上限値（ＢＷ
３）は、例えば略１００ｎｍ付近の値となり、下限値
（ＢＷ１）は、例えば略１０ｎｍ付近の値となる。これ
をＤＡ変換器の１ｄｏｔの倍数値に換算すると、ほぼ１
倍からほぼ５倍の範囲となる。

【００９１】一方、シャープ度Δのみの観点から、値が
変化しない（溝部の形状がシャープでブレーズ形状が良
好となる、あるいは解像度の劣化ないしは荒れが生じ得
ない）のは、図から明らかなように、第２のビーム径
（ＢＷ２）以下の範囲となり、その上限値（ＢＷ３）
は、例えば略８０ｎｍ付近の値となる。これをＤＡ変換
器の１ｄｏｔの倍数値に換算すると、ほぼ４倍以下の範
囲となる。

【００９２】以上のことから、溝部の形状がシャープで
あって、なおかつ、現像進行性が変化しない領域ＢＷＬ
は、第１のビーム径（ＢＷ１）から第２のビーム径（Ｂ
Ｗ２）の範囲となり、結果として好ましいのはＤＡ変換
器の１ｄｏｔのほぼ１倍からほぼ４倍の範囲ということ
になる。

【００９３】なお、１ｄｏｔのほぼ１倍に相当するビー
ム径は、例えば、図９に示すＢＷ１による領域であり、
１ｄｏｔのほぼ４倍に相当するビーム径は、例えば、図
９に示すＢＷ４による領域である。

【００９４】また、上述の例では、ＤＡ変換器の１ｄｏ
ｔが２０［ｎｍ］×２０［ｎｍ］の場合につき例示した
が、この数値に限定される趣旨ではなく、図８の特性や
値も１ｄｏｔの基準値の変化に応じて変化することとな
るが、前記倍数値は変化しないことは言うまでもない。

【００９５】以上のような、ＤＡ変換器の倍数値による
上限値及び下限値の範囲による描画を行った際のブレー
ズ形状の一例を図１０、図１１に示す。なお、これら図
の結果では、１ｄｏｔを１０［ｎｍ］×１０［ｎｍ］と
した場合を例示している。

【００９６】図１０では、ビーム径が１０ｎｍ（乃ち、
ＤＡ変換器の倍数値がほぼ１倍）の場合を示し、ブレー
ズ形状４０１が、傾斜部４０１ａ、側壁部４０１ｂ、溝
部４０１ｃで各々良好に、解像度の劣化も生じ得ず、荒
くもなく形成されているのがわかる。一方、図１１で
は、ビーム径が４０ｎｍ（乃ち、ＤＡ変換器の倍数値が
ほぼ４倍）の場合を示し、同様にして、ブレーズ形状４
０２が、傾斜部４０２ａ、側壁部４０２ｂ、溝部４０２
ｃで各々良好に、解像度の劣化も生じ得ず、荒くもなく
形成されているのがわかる。

【００９７】このように、ＤＡ変換器の１ｄｏｔの１倍
から４倍という上記範囲の条件を満たしていれば、ＤＡ
変換器の性能が変化したとしても、良好なブレーズ形状
を得ることができるのである。

【００９８】ここで、仮に、上記範囲の条件を逸脱した
場合を説明すると、例えば、ドーズを同一にしてビーム
径を変化された場合の現像進行性に伴うブレーズの形状
は、前記倍数値を１ｄｏｔの１倍よりも小さくした場合
には、図１２（Ａ）に示すように、前記倍数値を１ｄｏ
ｔの４倍よりかなり大きくした場合には、図１２（Ｂ）
に示すようになることが考えられよう。

【００９９】乃ち、図１２（Ａ）のようにビーム径が極
端に小さく現像進行性が著しい場合には、ブレーズ形状
の溝部４０３は、基板部分の平面部を含むほど扁平に形
成される。一方、図１２（Ｂ）のようにビーム径が極端
に大きく現像進行性の値が小さい場合には、ブレーズ形
状の溝部４０４が基板にまで到達しない。いずれにして
も前記規定範囲を超えた場合には、良好な形状が得られ
ない。

【０１００】また、１ｄｏｔの倍数値がさらにほぼ１５
倍近くになった場合には、荒さや解像度の劣化が生じ、
図１３に示すように、ブレーズ形状４０５が、傾斜部４
０５ａ、側壁部４０５ｂ、溝部４０５ｃのいずれの箇所
においても、各種段差が発生し、表面が荒く形成されて
しまうことがわかる。

【０１０１】以上、ビーム径の大きさに範囲を設けて制
限することにより、ビーム径の僅かな変位に伴う描画実
施後における現像進行性の差異がなくなるとともに、解
像度の劣化もおきず、しかも、焦点深度内でのドーズ条
件を同一にして描画することができ、ドーズ条件の細か
な変更を要せず描画できる。

【０１０２】（処理手順について）次に、上述のような
構成の電子ビーム描画装置にて基材上に描画を行う場合
の処理手順の詳細について、図１４〜図１９を参照しつ
つ説明する。

【０１０３】（描画全体処理）先ず、描画処理の全体の
概略的な処理の流れについて、図１４を参照しつつ説明
する。

【０１０４】予め、基材の３基準点Ｐ０ｎ＝（ｘｎ、ｙ
ｎ、ｚｎ）、ｎ＝１〜３の各測定、並びに基材の各部の
高さＨｏ（ｘ、ｙ）の測定を測定装置２００により行う
（Ｓ１０１）。

【０１０５】次に、電子ビーム描画装置１に測定された
基材２のセットを行い、描画開始準備を行う（Ｓ１０
２）。なお、このステップでは、前記測定装置２００に
て測定された測定結果を、電子ビーム描画装置１の測定
情報入力部１５８を用いて入力を行う。入力された測定
結果は、メモリ１６０等に記憶されることとなる。

【０１０６】なお、電子ビーム描画装置１と測定装置２
００とを一つのクリーンルームもしくはチャンバ内にて
ネットワーク接続し、測定装置２００にて測定された測
定結果が一義的に電子ビーム描画装置１内のメモリ１６
０内に格納される「システム」を構成している場合に
は、上述の入力作業は不要となる。この「システム」
は、上述のセット前に予め基材を測定するための測定装
置（第２の測定装置）と、セット後に基材を測定するた
めの測定装置（第１の測定装置）との都合２つの測定装
置を含む電子ビーム描画装置として定義してもよい。さ
らには、これらの測定装置を一つにして双方の測定を兼
用できる構成（例えば基材をチャックしてからステージ
上に搬送する間の搬送路において、セット前の測定位置
（第１位置）とセット後の測定位置（第２位置）との間
を測定装置が移動するとともに、セット前測定用の測定
ステージを前記第１位置に、ステージを第２位置に位置
させる構成、あるいは、測定ステージとステージとを用
意しておき、描画位置の測定位置に必要に応じていずれ
かのステージを位置させる構成等）としてもよい。

【０１０７】次に、基材２の３基準点Ｐ１ｎ（Ｘｎ、Ｙ
ｎ、Ｚｎ）の測定を、電子ビーム描画装置１の描画領域
に設けられた測定装置８０を用いて測定を行う（Ｓ１０
３）。

【０１０８】すると、電子ビーム描画装置１では、上記
Ｓ１０１にて予め測定された３基準点Ｐ０ｎ（ｘｎ、ｙ
ｎ、ｚｎ）の情報及び各部の高さＨｏ（ｘ、ｙ）の情報
（第１の座標系）と、上記Ｓ１０３にて測定された３基
準点Ｐ１ｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ）の情報（第２の座標
系）と、に基づき、電子ビーム描画装置１内におけるビ
ームの最適フォーカス位置Ｈｐ（ｘ、ｙ）の算出を行う
（Ｓ１０４）。なお、この算出を行うための演算アルゴ
リズムを具現化した処理プログラムは、例えばプログラ
ムメモリに格納されて、制御部によって他の処理プログ
ラムとともに必要に応じて処理されることとなる。この
処理プログラムは、例えば制御部１７０及びプログラム
メモリ１６２を含む最適フォーカス位置算出手段を構成
できる（なお、座標系の変換処理等の詳細については後
述する。）。

【０１０９】ところで、このＳ１０４は、あくまでも１
フィールド（例えば０．５×０．５×０．０５ｍｍ等の
単位空間）（ｍ＝１）についてである。因みに、この１
フィールド内をビームが走査することで後述する描画が
行われる。

【０１１０】次いで、ＸＹＺステージ３０を、ｍ分割さ
れた特定の１フィールドに移動し、焦点深度ｆ内にある
位置について描画を実施する処理を行う（Ｓ１０５）。

【０１１１】また、焦点深度内にある位置で、未だ描画
されていない部分があれば、当該部分について描画を行
うこととなる（Ｓ１０６）。なお、前記Ｓ１０５、Ｓ１
０６においては、後述するＳ１２１〜Ｓ１２７に示され
るビーム径の範囲を制限しながら描画処理が行われるこ
ととなる。これによって、ビーム径の大きさに範囲を設
けて制限することにより、ビーム径の僅かな変位に伴う
描画実施後における現像進行性の差異がなくなるととも
に、解像度の劣化もおきず、しかも、焦点深度内でのド
ーズ条件を同一にして描画することができ、焦点深度内
におけるドーズ条件の細かな変更制御が不要となる。

【０１１２】そして、当該１フィールドの描画が完了し
たか否かの判断処理を行う（Ｓ１０７）。この判断処理
において、当該フィールドについて描画が完了したもの
と判断された場合には、ｍ←ｍ＋１とする処理を行い
（Ｓ１１１）、次の一フィールド（第２フィールド）に
ついて同様の処理を行うこととなる。

【０１１３】一方、Ｓ１０７の判断処理において、当該
第１フィールドについて描画が完了していないものと判
断された場合には、ＸＹＺステージ３０及び鏡筒１０の
いずれか一方又は双方を相対移動させることで、Ｚ軸を
微小移動させ、電子ビームのフォーカス位置を微小移動
させる（第１処理）。もしくは、電磁レンズの電流をレ
ンズ制御部によって調整制御することでビームのフォー
カス位置を微小移動させる（第２処理）。あるいは、第
１処理及び第２処理の双方の制御によってフォーカス位
置の調整制御を行う（Ｓ１０８）。

【０１１４】次に、フォーカス電流を変更した場合に
は、この電流値に対応する描画位置ｘ、ｙの補正を行う
補正処理を実行する（Ｓ１０９）。

【０１１５】そして、全ての描画が完了したか否かの判
断処理を行い（Ｓ１１０）、全ての描画が完了していな
いものと判断された場合には、Ｓ１０８に戻り、全ての
描画が完了したものと判断された場合には、処理を終了
する。

【０１１６】（ビーム径範囲制限処理）ここで、ビーム
径の上限値と下限値によりビーム径の範囲を制限しなが
ら描画を行われるためのビーム径範囲制限処理につい
て、図１５を参照しつつ説明する。

【０１１７】先ず、現在のビーム径に関する情報を取得
する（Ｓ１２１）。そして、焦点深度以上に表面高さが
異なるか否かの判断処理を行うこととなる（Ｓ１２
２）。この判断処理において、焦点深度以上に表面高さ
が異ならないと判断された場合には、Ｓ１２４に進む。
一方、前記判断処理において、焦点深度以上に表面高さ
が異なる場合には、被描画面上のビーム径の調整を行う
こととなる（Ｓ１２３）。

【０１１８】次に、ビーム径がＤＡ変換器の１ドット
（ｄｏｔ）のほぼ１倍より大きいか否かの判断処理を行
う（Ｓ１２４）。この判断処理において、ほぼ１倍より
も大きい径であると判断された場合には、Ｓ１２５に進
む。一方、Ｓ１２４の判断処理において、ほぼ１倍より
も大きい径ではないと判断された場合には、描画停止を
するかあるいは、ドーズ条件を変更する等を処理を行う
こととなる（Ｓ１２７）。

【０１１９】加えて、ビーム径がＤＡ変換器の１ドット
（ｄｏｔ）のほぼ４倍より小さいか否かの判断処理を行
う（Ｓ１２５）。この判断処理において、ほぼ４倍より
も小さい径であると判断された場合には、ビーム径を前
記１ドットのほぼ１倍〜ほぼ４倍の範囲内となるように
焦点深度の範囲を制限しつつ、処理を行うこととする
（Ｓ１２６）。

【０１２０】一方、Ｓ１２５の判断処理において、ほぼ
４倍よりも小さい径ではないと判断された場合には、描
画停止をするかあるいは、ドーズ条件を変更する等を処
理を行うこととなる（Ｓ１２７）。

【０１２１】このようにして、ビーム径の範囲を制限し
ながらの描画処理を促すことが可能となり、これによっ
て、ビーム径の大きさに範囲を設けて制限することによ
り、ビーム径の僅かな変位に伴う描画実施後における現
像進行性の差異がなくなるとともに、解像度の劣化もお
きず、しかも、焦点深度内でのドーズ条件を同一にして
描画することができ、焦点深度内におけるドーズ条件の
細かな変更制御が不要となる。

【０１２２】（ＸＹＺステージを制御する場合）次に、
測定装置８０を用いて、基材を載置したＸＹＺステージ
をＺ方向に制御する場合の処理手順について、図１６を
参照しつつ説明する。

【０１２３】なお、測定装置８０を略してＳＨＳ（スロ
ープハイトセンサー）と呼ぶことがある。

【０１２４】また、１フィールドの広さは、ｘ、ｙの描
画範囲及びｚ焦点深度で規定される範囲であるが、本例
では、例えば０．５×０．５×０．０５ｍｍ等とするこ
とが好ましい。

【０１２５】先ず、ＸＹＺステージ３０上に予め用意さ
れている基準ゲージＡの先端部によって、ＳＨＳのビー
ムが半ば散乱されている状態（出力Ｏｐ）で、基準ゲー
ジＡ（図６参照）の先端部に電子線の焦点を合わせる
（Ｓ２０１）。

【０１２６】次に、ＸＹＺステージ３０を移動させ、基
材の平坦部に電子ビームの焦点を合わせ、平坦部を測定
する高さ測定器（ＦＨＳ）の出力をゼロアジャスト（調
整）する（Ｓ２０２）。

【０１２７】そして、基材２上の基準マークを検出後、
電子ビーム描画装置１内での基材２の位置を認識後、Ｘ
ＹＺステージ３０を余裕をもって下降させた後、最初の
フィールドへステージを移動させる（Ｓ２０３）。

【０１２８】次いで、ＸＹＺステージ３０を、ＳＨＳの
出力がＯｐになるかあるいはＦＨＳの出力が０になるま
で、上昇させる（Ｓ２０４）。

【０１２９】さらに、このフィールド（焦点深度内）の
描画を行う（Ｓ２０５）。なお、前記Ｓ２０５において
は、前記Ｓ１２１〜Ｓ１２７に示されるビーム径の範囲
を制限しながら描画処理が行われることとなる。これに
よって、ビーム径の大きさに範囲を設けて制限すること
により、ビーム径の僅かな変位に伴う描画実施後におけ
る現像進行性の差異がなくなるとともに、解像度の劣化
もおきず、しかも、焦点深度内でのドーズ条件を同一に
して描画することができ、焦点深度内におけるドーズ条
件の細かな変更制御が不要となる。そして、ＸＹＺステ
ージ３０を上昇させ、次のフィールドにステージを移動
させる（Ｓ２０６）。

【０１３０】次に、全ての描画が完了したか否かの判断
処理を行う（Ｓ２０７）。この判断処理において、全て
の描画が完了していないのと判断されると、Ｓ２０５に
戻る。一方、前記判断処理において、すべての描画が完
了していないものと判断されると、処理が終了する。

【０１３１】（電子レンズを制御する場合）次に、測定
装置を用い、電子レンズに流す電流Ｉｒを制御する場合
の処理手順について、図１７を参照しつつ説明する。

【０１３２】なお、電流Ｉｒとビームフォーカス位置の
関係は、ビーム電流、電子線のエナルギーに影響され、
かつ、それ自身ヒステリシスを持つことを考慮し、制御
を行う必要がある（以下、ビーム電流、電子線のエネル
ギーを固定し、電流Ｉｒは一方向から設定することとす
る）。なお、この場合の処理においては、１フィールド
を例えば０．５×０．５ｍｍ程度に設定することが好ま
しい。

【０１３３】先ず、ＸＹＺステージ３０上に予め用意さ
れている基準ゲージＡの先端部によって、ＳＨＳのビー
ムが半ば散乱されている状態（出力Ｏｐ）でＩｒを調整
し、当該基準ゲージＡの先端部に電子線の焦点を合わせ
る（Ｓ３０１）。なお、この調整された電流をＩｒ１と
する。なお、図７に示すように、ＳＨＳのセンサー出力
がＯｐの位置は、丁度電子ビームのフォーカス位置に相
当する。

【０１３４】次に、ＸＹＺステージ３０を移動し、基材
２の平坦部２ｂに電子ビームの焦点を合わせ、平坦部２
ｂを測定する高さ測定器（ＦＨＳ）の出力をゼロアジャ
スト（調整）する（Ｓ３０２）。

【０１３５】そして、基材２上の基準マークを検出後、
電子ビーム描画装置１内での基材２の位置を認識後、Ｘ
ＹＺステージ３０を余裕をもって下降させた後、描画す
べき最初のフィールドで設計寸法上最も低い（高い）部
分にＳＨＳビームの測定位置（ｘ、ｙ）に合うように、
ＸＹＺステージ３０を移動させる（Ｓ３０３）。

【０１３６】次いで、ＳＨＳの出力がＯｐになるか、あ
るいはＦＨＳの出力が０になるまでステージを上昇させ
る（Ｓ３０４）。このフィールドで基材の設計寸法が焦
点深度（ΔＺ〜０．０５ｍｍ）範囲のみ描画を行う（Ｓ
３０５）。

【０１３７】次に、電流Ｉｒを変更し、電子ビーム焦点
を０．０５ｍｍ程度短く（長く）し、予め求めたＮ（Ｉ
ｒ）に基づき、ビーム偏向電圧を制御し、このフォーカ
ス位置で焦点深度内にある範囲を描画する（Ｓ３０
６）。なお、前記Ｓ３０５、Ｓ３０６においては、前記
Ｓ１２１〜Ｓ１２７に示されるビーム径の範囲を制限し
ながら描画処理が行われることとなる。これによって、
ビーム径の大きさに範囲を設けて制限することにより、
ビーム径の僅かな変位に伴う描画実施後における現像進
行性の差異がなくなるとともに、解像度の劣化もおき
ず、しかも、焦点深度内でのドーズ条件を同一にして描
画することができ、焦点深度内におけるドーズ条件の細
かな変更制御が不要となる。

【０１３８】そして、該当フィールドで全ての位置の描
画が終了するまで、上記Ｓ３０５〜Ｓ３０６を繰り返す
（Ｓ３０７）。

【０１３９】さらに、電子レンズ１６を調整する電流を
Ｉｒ１に戻し、ＸＹＺステージ３０を余裕を持ち、下降
させた後、次に描画すべきフィールドの設計寸法上最も
低い（高い）部分にＳＨＳビームの測定位置（ｘ、ｙ）
に合うようにＸＹＺステージ３０を移動させる（Ｓ３０
８）。

【０１４０】そして、すべての領域の描画が終了するま
で、Ｓ３０５〜Ｓ３０８までを繰り返し行うこととなる
（Ｓ３０９）。

【０１４１】なお、電子線のエネルギーとビーム電流を
固定した時に、ビームの偏向電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）と焦点
部でのビーム位置（ｘ、ｙ）は、以下の関係で表され
る。（ｘ、ｙ）＝Ｍ（Ｉｒ）×（Ｖｘ、Ｖｙ）（Ｖｘ、
Ｖｙ）＝Ｎ（Ｉｒ）×（ｘ、ｙ）ここで、Ｎは、Ｍの逆
行列である。また、予め使用するエネルギー、ビーム電
流にて、Ｎ（Ｉｒ）をテスト描画より求めておくものと
する。さらに、Ｉｒ１付近で精度を高めておくことが望
ましい。

【０１４２】（描画すべき位置を換算する処理）次に、
電子ビーム描画装置１にセットする前に、予め基材の各
部を測定しておき、電子ビーム描画装置１内で基準点を
再度測定し、該装置内で描画すべき位置（ｘ、ｙ、ｚ）
を換算し、描画を実施する場合の処理手順について、図
１８を参照しつつ説明する。

【０１４３】図１８には、基材２上に描画すべき位置を
換算するための処理手順が開示されている。なお、本例
では、フィールドの広さは、ｘｙの描画範囲で規定され
る範囲（ば０．５×０．５ｍｍ程度等）とすることが好
ましい。

【０１４４】先ず、描画位置に基材２をセットする前に
予め基材の基準点Ｐ００（ｘ０、ｙ０、ｚ０）、Ｐ０１
（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、Ｐ０２（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、
及び基材の被照射部Ｑ０（ｘ、ｙ、ｚ）を、適当なピッ
チ（例えば１０μｍ×１０μｍ等）で３次元測定機にて
測定をしておく（Ｓ４０１）。

【０１４５】次いで、基材２を電子ビーム描画装置２へ
セットし、基材２の基準点を描画位置の電子線像が画面
中央になる位置と、ハイトセンサーの出力が０になる位
置Ｐ１０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）、Ｐ１１（Ｘ１、Ｙ１、
Ｚ１）、Ｐ１２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を、電子ビーム描
画装置１のＸＹＺステージ３０の値から測定する（Ｓ４
０２）。さらに、Ｐ００〜Ｐ０２とＰ１０〜Ｐ１２によ
り変換行列Ｍを求める（Ｓ４０３）。

【０１４６】描画すべき点Ｑ１（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を、対応
するＱ０（ｘ、ｙ、ｚ）からＱ１＝Ｍ×Ｑ０により算出
する。

【０１４７】以降、Ｑ１の値（群）によりＸＹＺステー
ジ３０の制御を行う。ただし、該当する位置がＱ１群に
無い場合は、Ｘ、Ｙ、Ｚそれぞれに近傍点ｑｘ１、ｑｘ
２、・・・から直接近似等により算出する（Ｓ４０
４）。

【０１４８】最初に描画するフィールドの最も低い（高
い）部分へＸＹＺステージ３０を移動させる。このフィ
ールドでＱ１の値が焦点深度（例えば約０．０５ｍｍ
等）範囲のみ描画を行う（Ｓ４０５）。

【０１４９】また、ＸＹＺステージ３０を、例えば約
０．０５ｍｍ等下降（上昇）させる該当フィールドで、
未だ描画されておらず、焦点深度内の部分の描画を行う
（Ｓ４０６）。なお、前記Ｓ４０５、Ｓ４０６において
は、前記Ｓ１２１〜Ｓ１２７に示されるビーム径の範囲
を制限しながら描画処理が行われることとなる。これに
よって、ビーム径の大きさに範囲を設けて制限すること
により、ビーム径の僅かな変位に伴う描画実施後におけ
る現像進行性の差異がなくなるとともに、解像度の劣化
もおきず、しかも、焦点深度内でのドーズ条件を同一に
して描画することができ、焦点深度内におけるドーズ条
件の細かな変更制御が不要となる。

【０１５０】そして、該当フィールドの描画が終了する
まで、Ｓ４０５〜Ｓ４０６を繰り返す。そして、次のフ
ィールドの最も低い（高い）部分にステージを移動させ
る（Ｓ４０７）。

【０１５１】全ての描画が完了するまでＳ４０５〜Ｓ４
０７を繰り返す（Ｓ４０８）。

【０１５２】（行列Ｍの算出手順）次に、上述のＳ４０
３にて演算される行列Ｍの算出手順について、図１９を
参照しつつ説明する。

【０１５３】図１９に示すように、基材２を電子ビーム
描画装置１にセットする前では、測定結果に基づき、図
示のように基準位置を算出して第１の座標系の座標軸を
決定する（Ｓ５０１）。

【０１５４】次に、基材２を電子ビーム描画装置１にセ
ットする後では、測定結果に基づき、図示のように基準
位置を算出して第２の座標系の座標軸を決定する（Ｓ５
０２）。

【０１５５】ここで、Ｓ５０１にて定義された各基準位
置Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ０２と、Ｓ５０２にて定義された
各基準位置Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２との関係は、第１の
座標系を第２の座標系に変換する座標変換行列をＭとす
ると、図示の式（１）〜（３）のように表すことができ
る。

【０１５６】同様にして、Ｓ５０１における基材２の任
意の位置Ｑ０と、Ｓ５０２における基材のＱ０に対応す
る位置Ｑ１との関係は、図示の式（４）にて表すことが
できる。

【０１５７】このようにして座標変換行列Ｍの定義を行
う（Ｓ５０３）。すなわち、このステップを、よりハー
ドウエアに近いレベルでの処理についてみると、予め定
義された座標変換行列Ｍの定義式（１）〜（４）をメモ
リ上の所定領域から呼び出す処理を行う。

【０１５８】次に、座標変換行列Ｍを算出するための前
段階として上記定義式（１）〜（３）を一括して扱い、
図示のように行列化を行う（Ｓ５０４）。

【０１５９】そして、座標変換行列Ｍを算出するための
演算式が導き出される（Ｓ５０５）。なお、本例におい
ては、理解を容易にするために、座標変換行列Ｍを算出
するための演算式を算出する手順を順を追って説明した
が、Ｓ５０３〜Ｓ５０５は一つのステップとし、前記演
算式のみを予めメモリ上の所定領域に記憶しておいて、
必要に応じて、Ｓ５０１、Ｓ５０２での測定算出結果に
基づき演算を行う構成としてよい。これにより、座標変
換行列Ｍを算出することができる。

【０１６０】このようにして座標変換行列Ｍが算出され
ると、上述のＳ４０４以降の処理が行われることとな
る。すなわち、座標変換行列Ｍに基づき、Ｓ５０３の式
（４）を用いて、電子ビーム描画装置２にセットした後
の任意の位置を得ることができる。

【０１６１】以上のように本実施の形態によれば、ビー
ム径の大きさに範囲を設けて制限することにより、ビー
ム径の僅かな変位に伴う描画実施後における現像進行性
の差異がなくなるとともに、解像度の劣化もおきず、し
かも、焦点深度内でのドーズ条件を同一にして描画する
ことができ、焦点深度内におけるドーズ条件の細かな変
更制御が不要となる。

【０１６２】とりわけ、ＤＡＣの１ドットの領域に対し
て、わずかにビーム径を大きくすることが好ましく、さ
らには、ビーム径を１ドットのほぼ１倍からほぼ４倍の
範囲とすることが溝部のシャープさや現像進行性の安定
化の観点から好ましい。

【０１６３】なお、他の効果としては、エネルギー線例
えば電子ビームによる直接描画・直接加工技術を利用す
れば、電子ビームは、例えばレーザービーム等に比べる
と、波長が短いことから、非常に精密な加工に適してい
る。しかも、電子ビームは、ビーム照射方向（加工物の
厚さ方向）について、加工精度の点で有利であり、基材
と電子ビーム照射手段（例えば光源等）とを相対的に移
動させても、十分に位置精度を確保することができる。
このため、３次元形状を有する立体的な対象物、特に連
続した曲面を有する基材を加工することが容易に可能に
なる。従って、球面あるいは非球面形状の光学機能面に
回折構造を有する光学素子を形成することができ、より
立体的な加工が容易に実現できる。

【０１６４】なお、この場合、予め基材の形状を測定装
置により把握しておいてフィードバック等の制御により
焦点位置を容易に算出できるので、曲面を有する基材に
おいても容易に精度良く描画を行うことができる。

【０１６５】［第２の実施の形態］次に、本発明にかか
る第２の実施の形態について、図２０に基づいて説明す
る。なお、以下には、前記第１の実施の形態の実質的に
同様の構成に関しては説明を省略し、異なる部分につい
てのみ述べる。

【０１６６】上述の第１の実施の形態では、電子ビーム
により基材上に回折光子などの精密加工を施す工程を開
示したが、本例では、上記工程を含むプロセス全体の工
程、特に、光学素子等の光レンズを成形によって製造す
るための金型等を製造する工程を説明する。

【０１６７】先ず、機械加工により金型（無電解ニッケ
ル等）の非球面加工を行う（加工工程）。次に、図２０
（Ａ）に示すように、金型により前記半球面を有する基
材２００の樹脂成形を行う（樹脂成形工程）。さらに、
基材２００を洗浄した後に乾燥を行う。

【０１６８】次いで、樹脂の基材２００の表面上の処理
を行う（樹脂表面処理工程）。この工程では、例えばＡ
ｕ蒸着などの工程を行うこととなる。具体的には、図２
０（Ｂ）に示すように、基材２００の位置決めを行い、
レジストＬを滴下しつつスピナーを回転させて、スピン
コートを行う。また、プリペークなども行う。

【０１６９】スピンコーティングの後には、当該レジス
ト膜の膜厚測定を行い、レジスト膜の評価を行う（レジ
スト膜評価工程）。具体的には、図２０（Ｃ）に示すよ
うに、基材２００の位置決めを行い、当該基材２００を
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸にて各々制御しつつ露光を行う。

【０１７０】次に、基材２００上のレジスト膜Ｌの表面
平滑化処理を行う（表面平滑化工程）。さらに、図２０
（Ｄ）に示すように、基材２００の位置決めなどを行い
つつ、現像処理を行う（現像工程）。さらにまた、表面
硬化処理を行う。

【０１７１】次いで、ＳＥＭ観察や膜厚測定器などによ
り、レジスト形状を評価する工程を行う（レジスト形状
評価工程）。

【０１７２】さらに、その後、基材２００のレジスト表
面への金属２０２の蒸着を行う（金属蒸着工程）。そし
て、ドライエッチングなどによりエッチング処理を行
う。

【０１７３】次に、表面処理がなされた基材２００に対
する金型２０４を作成するために、図２０（Ｅ）に示す
ように、金型電鋳前処理を行った後、電鋳処理などを行
い、図２０（Ｆ）に示すように、基材２００と金型２０
４とを剥離する処理を行う。

【０１７４】表面処理がなされた基材と剥離した金型２
０４に対して、表面処理を行う（金型表面処理工程）。
そして、金型２０４の評価を行う。評価後、当該金型２
０４を用いて成形品を作成する。その後、当該成形品の
評価を行う。

【０１７５】以上のように、本実施の形態によれば、上
述の光学素子を射出成形するための成形型をも容易に製
造できる。

【０１７６】なお、本発明にかかる装置と方法は、その
いくつかの特定の実施の形態に従って説明してきたが、
本発明の主旨および範囲から逸脱することなく本発明の
本文に記述した実施の形態に対して種々の変形が可能で
ある。例えば、上述の実施の形態では、ビーム径の範囲
をドットのほぼ１倍からほぼ４倍とする例について説明
したが、当然の事ながら、ほぼ１倍よりやや大きい場合
や、ほぼ１倍以上の場合の下限値のみであってもよい。
また、現像進行性の観点からは、ほぼ１倍からほぼ５倍
としてもよく、逆にシャープさの観点からは、ほぼ４倍
以下としてもよい。

【０１７７】また、少なくとも曲面部を有する基材に対
して、回折格子の少なくとも１ピッチ部分を傾けて形成
する場合、基材に少なくとも溝部（あるいは稠密なピッ
チで溝部が形成される場合）を有する構成であってもよ
い。さらに、基材としては、曲面部を有しなくとも、少
なくとも傾斜面が形成されているものであってもよい。
また、基材が平面あるいは傾斜面であって、電子ビーム
を所定角度で傾斜した状態で照射する場合であってもよ
い。

【０１７８】さらに、上述の実施の形態では、光レンズ
等の光学素子の基材を、直接描画する場合について説明
したが、樹脂等の光レンズを射出成形により形成するた
めの成形型（金型）を加工する場合に、上述の原理や処
理手順、処理手法を用いてもよい。また、基材として
は、ＤＶＤやＣＤなどに用いられるピックアップレンズ
が好ましい。

【０１７９】また、基材上の複数の基準点を測定し、こ
の測定結果に基づき基準座標系を算出し、この座標系を
もとに基材の厚み分布を測定するステップを、電子ビー
ム照射中に行う構成としてもよい。さらに、厚み分布に
基づき、最適焦点位置を算出する算出ステップ並びに描
画位置に当該焦点位置を合わせるように調整するステッ
プを、電子ビーム照射中に行う構成としてもよい。この
場合、ある一の描画位置にて描画を行っている電子ビー
ム照射中に、他の描画位置での前記焦点位置の算出等の
演算処理を行いつつ、次に電子ビーム照射に備える構成
とすることが好ましい。また、電子ビーム照射中に算出
ステップにて算出できるものとしては、基材の厚み分布
の他、厚み分布の補正等の処理も含まれる。

【０１８０】また、上述の第１の実施の形態の電子ビー
ム描画装置において処理される処理プログラム、説明さ
れた処理、メモリ内のデータ（各種テーブル等）の全体
もしくは各部を情報記録媒体に記録した構成であっても
よい。この情報記録媒体としては、例えばＲＯＭ、ＲＡ
Ｍ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ並びに集積回路
等を用いてよく、さらに当該情報を他のメディア例えば
ハードディスク等に記録して構成して用いてよい。

【０１８１】さらに、上記実施形態には種々の段階が含
まれており、開示される複数の構成要件における適宜な
組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。つまり、
上述の各実施の形態同士、あるいはそれらのいずれかと
各変形例のいずれかとの組み合わせによる例をも含むこ
とは言うまでもない。また、実施形態に示される全構成
要件から幾つかの構成要件が削除された構成であっても
よい。

【０１８２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、３
次元描画を行う際に、ビーム径の大きさに範囲を設けて
制限することにより、ビーム径の僅かな変位に伴う描画
実施後における現像進行性の差異がなくなるとともに、
解像度の劣化もおきず、しかも、焦点深度内でのドーズ
条件を同一にして描画することができ、焦点深度内にお
けるドーズ条件の細かな変更制御が不要となり、現像後
所望のレジスト形状を得ることができる。

【０１８３】とりわけ、ＤＡＣの１ドットの領域に対し
て、わずかにビーム径を大きくすることが好ましく、さ
らには、ビーム径を１ドットのほぼ１倍からほぼ４倍の
範囲とすることが溝部のシャープさや現像進行性の安定
化の観点から好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子ビーム描画装置の全体の概略構成
を示す説明図である。

【図２】同図（Ａ）（Ｂ）は、図１の電子ビーム描画装
置にて描画される基材を示す説明図であり、同図（Ｃ）
は、描画原理を説明するための説明図である。

【図３】測定装置の原理を説明するための説明図であ
る。

【図４】同図（Ａ）〜（Ｃ）は、基材の面高さを測定す
る手法を説明するための説明図である。

【図５】測定装置の投光と受光との関係を示す説明図で
ある。

【図６】信号出力と基材の高さとの関係を示す特性図で
ある。

【図７】電子ビーム描画装置において、所定のビーム径
の範囲にて描画を行うための制御系の一例を示す機能ブ
ロック図である。

【図８】電子ビーム描画装置におけるビーム径の変位と
現像進行性の変位並びにシャープ度の変位との関係を示
した特性図である。

【図９】ビーム径の上限及び下限と１ｄｏｔとの関係を
説明するための説明図である。

【図１０】ビーム径を１０ｎｍとした場合のブレーズの
形状を示す説明図である。

【図１１】ビーム径を４０ｎｍとした場合のブレーズの
形状を示す説明図である。

【図１２】同図（Ａ）（Ｂ）は、ドーズを同一にしてビ
ーム径を変化された場合の現像進行性に伴うブレーズの
形状を示す説明図であり、同図（Ａ）は、現像進行性が
著しい場合、同図（Ｂ）は、ビーム径の変位により現像
進行性に差異が生じ得ない場合をそれぞれ示す。

【図１３】ビーム径を１５０ｎｍとした場合のブレーズ
の形状を示す説明図である。

【図１４】本発明の電子ビーム描画装置にて基材を描画
する場合の処理手順を示すフローチャートである。

【図１５】電位ビーム描画装置における電子ビームのビ
ーム径の上限下限を制限するため制御にかかる処理手順
の一例を示すフローチャートである。

【図１６】基材を載置ずるステージをＺ方向に制御する
手順を示すフローチャートである。

【図１７】本発明の電子ビーム描画装置にて電子レンズ
に流す電流を制御する処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図１８】描画中に補正する処理手順を示すフローチャ
ートである。

【図１９】基材上の描画すべき位置を換算する場合の処
理手順を示す説明図である。

【図２０】同図（Ａ）〜（Ｆ）は、基材を用いて成形用
の金型を形成する場合の全体の処理手順を説明するため
の説明図である。

【図２１】電子ビーム描画装置におけるビームウエスト
を説明するための説明図である。

【図２２】同一ドーズでビーム径の僅かな変位により現
像進行性に差異が出てくる現象において、そのドーズ分
布を説明した説明図である。

【図２３】同一ドーズでビーム径の僅かな変位により現
像進行性に差異が出てくる現象において、その現像進行
性を説明した説明図である。

【符号の説明】

１電子ビーム描画装置２基材１０鏡筒１２電子銃１４スリット１６電子レンズ１８アパーチャー２０偏向器２２補正用コイル３０ＸＹＺステージ４０ローダ５０ステージ駆動手段６０ローダ駆動装置７０真空排気装置８０測定装置８２第１のレーザ測長器８４第１の受光部８６第２のレーザー測長器８８第２の受光部１００制御回路１１０コイル制御部１１２ａ成形偏向部１１２ｂ副偏向部１１２ｃ主偏向部１１６位置誤差補正回路１１８電界制御回路１２０パターン発生回路１３０第１のレーザー駆動制御回路１３２第２のレーザー駆動制御回路１３４第１のレーザー出力制御回路１３６第２のレーザー出力制御回路１４０第１の測定算出部１４２第２の測定算出部１５０ステージ制御回路１５２ローダ制御回路１５４機構制御回路１５６真空排気制御回路１５８測定情報入力部１６０メモリ１６２プログラムメモリ１７０制御部３００制御系３１１ビーム径関連情報格納部３１２ビーム径上限値情報３１３ビーム径下限値情報３３０ビーム径設定手段３４０ビーム径制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材に対して電子ビームを走査すること
により前記基材に所定の描画パターンを描画する電子ビ
ーム描画方法であって、前記描画パターンを現像してレジスト形状を形成する際
の現像進行度に前記電子ビームのビーム径に応じた差異
が生じ得ない第１のビーム径より大となる径にて前記基
材に対する描画を行う描画ステップを有することを特徴
とする電子ビーム描画方法。
【請求項２】基材に対して電子ビームを走査すること
により前記基材に所定の描画パターンを描画する電子ビ
ーム描画方法であって、前記描画パターンを現像してレジスト形状を形成する際
の現像進行度に前記電子ビームのビーム径に応じた差異
が生じ得ない第１のビーム径より、前記描画パターン形
成面に荒れが生じ得ない第２のビーム径までの範囲内に
て前記基材に対する描画を行う描画ステップを有するこ
とを特徴とする電子ビーム描画方法。
【請求項３】前記第１のビーム径は、描画に利用され
るＤＡ変換器の最小時間分解能に相当する単位距離の略
１倍の幅を有し、前記第２のビーム径は、前記ＤＡ変換器の最小時間分解
能に相当する単位距離の略４倍の幅を有することを特徴
とする請求項２に記載の電子ビーム描画方法。
【請求項４】電子ビームにより描画され、少なくとも
前記電子ビームの焦点深度よりも長い厚さを有してなる
被描画層を含む基材に対して、前記焦点深度の少なくと
も高さ位置を前記被描画層内の描画位置に応じて前記電
子ビームの焦点位置を変化させることにより描画を行
う、電子ビーム描画方法であって、前記描画位置の３次元の基準座標系における高さ位置を
算出する算出ステップと、前記電子ビームの焦点位置による位置調整もしくは前記
基材の移動による位置調整のいずれか一方又は双方によ
り、算出された前記高さ位置に前記電子ビームの焦点位
置がくるように位置調整を行う位置調整ステップと、前記位置調整を行いながら、前記被描画層に対する描画
を行う描画ステップと、を含み、前記位置調整ステップでは、焦点深度の範囲を、前記描
画パターンを現像してレジスト形状を形成する際の現像
進行度に前記電子ビームのビーム径に応じた差異が生じ
得ない第１のビーム径より、前記描画パターン形成面に
荒れが生じ得ない第２のビーム径までの範囲内として調
整することを特徴とする電子ビーム描画方法。
【請求項５】前記第１のビーム径は、描画に利用され
るＤＡ変換器の最小時間分解能に相当する単位距離のほ
ぼ１倍の幅を有し、前記第２のビーム径は、前記ＤＡ変換器の最小時間分解
能に相当する単位距離のほぼ４倍の幅を有し、前記位置調整ステップにおいて前記ビーム径を前記ほぼ
１倍〜ほぼ４倍の範囲内として調整することを特徴とす
る請求項４に記載の電子ビーム描画方法。
【請求項６】前記電子ビーム照射中に位置調整を行う
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電子ビ
ーム描画方法。
【請求項７】前記電子ビームの焦点位置が電子レンズ
の電流値に基づき制御されるステップを含むことを特徴
とする請求項６に記載の電子ビーム描画方法。
【請求項８】前記描画ステップで、前記基材上に回折
格子を形成することを特徴とする請求項４に記載の電子
ビーム描画方法。
【請求項９】前記電子ビームを照射した基材を現像
し、現像された前記基材の表面で電鋳を行い、成形用の
金型を形成するステップをさらに有することを特徴とす
る請求項４乃至請求項８のうちいずれか一項に記載の電
子ビーム描画方法。
【請求項１０】前記電子ビームを照射した基材を現像
し、エッチング処理した前記基材に電鋳を行い、成形用
の金型を形成するステップをさらに有することを特徴と
する請求項４乃至請求項８のうちいずれか一項に記載の
電子ビーム描画方法。
【請求項１１】前記基材として成形用の金型用い、少
なくとも前記算出ステップ、位置調整ステップ、前記描
画ステップにより当該金型に描画を行うステップを有す
ることを特徴とする請求項４乃至請求項１０のうちいず
れか一項に記載の電子ビーム描画方法。
【請求項１２】基材に対して電子ビームを走査するこ
とにより前記基材に所定の描画パターンを描画する電子
ビーム描画方法であって、前記電子ビームの描画に利用されるＤＡ変換器の最小時
間分解能に相当する単位距離より大きいビーム径にて前
記基材に対する描画を行う描画ステップを有することを
特徴とする電子ビーム描画方法。
【請求項１３】前記描画ステップにおいて、前記単位
距離の４倍以下のビーム径にて前記基材に対する描画を
行うことを特徴とする請求項１２に記載の電子ビーム描
画方法。
【請求項１４】請求項１乃至請求項１３のいずれか一
項に記載の電子ビームの描画方法にて描画された基材。
【請求項１５】前記基材は、光学素子であることを特
徴とする請求項１４に記載の基材。
【請求項１６】基材に対して前記電子ビームを走査す
ることにより前記基材の描画パターンの描画を行う電子
ビーム描画装置であって、前記描画パターンを現像してレジスト形状を形成する際
の現像進行度に前記電子ビームのビーム径に応じた差異
が生じ得ない第１のビーム径に関する情報を格納した格
納手段と、前記格納手段の第１のビーム径に基づいて、前記電子ビ
ームのビーム径が前記第１のビーム径よりやや大となる
径の場合にのみ、前記基材に対する描画を行うように制
御する制御手段と、を含むことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項１７】電子ビームを照射する電子ビーム照射
手段と、前記電子ビーム照射手段にて照射された電子ビームの焦
点位置を可変とするための電子レンズと、前記電子ビームを照射することで描画される描画パター
ンを有する基材を載置する載置台と、前記基材上に描画される描画位置を測定するための測定
手段と、前記描画パターンを現像してレジスト形状を形成する際
の現像進行度に前記電子ビームのビーム径に応じた差異
が生じ得ない第１のビーム径に関する情報を格納した格
納手段と、前記測定手段にて測定された前記描画位置に基づき、前
記電子レンズの電流値を調整して前記電子ビームの焦点
位置を前記描画位置に応じて可変制御するとともに、前
記焦点位置における焦点深度が、前記第１のビーム径よ
りやや大となるビーム径の範囲に制限されるように調整
制御する制御手段と、を含むことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項１８】電子ビームを照射する電子ビーム照射
手段と、前記電子ビームを照射することで描画される被描画面に
曲面を有する基材を載置する載置台と、前記載置台を駆動する駆動手段と、前記基材上に描画される描画位置を測定するための測定
手段と、前記描画パターンを現像してレジスト形状を形成する際
の現像進行度に前記電子ビームのビーム径に応じた差異
が生じ得ない第１のビーム径に関する情報を格納した格
納手段と、前記測定手段にて測定された前記描画位置に基づき、前
記駆動手段により前記載置台を昇降させて、前記電子ビ
ーム照射手段にて照射された電子ビームの焦点位置を前
記描画位置に応じて可変制御するとともに、前記焦点位
置における焦点深度が、前記第１のビーム径よりやや大
となるビーム径の範囲に制限されるように調整制御する
制御手段と、を含むことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項１９】前記第１のビーム径を設定入力するた
めの設定手段をさらに有し、前記制御手段は、前記設定手段にて設定された第１のビ
ーム径よりやや大となる範囲に基づいて、前記電子ビー
ムを制御することを特徴とする請求項１６乃至請求項１
８のうちいずれか一項に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項２０】前記第１のビーム径は、描画に利用さ
れるＤＡ変換器の最小時間分解能に相当する単位距離の
ほぼ１倍の幅を有することを特徴とする請求項１６乃至
請求項１９のうちいずれか一項に記載の電子ビーム描画
装置。
【請求項２１】基材に対して前記電子ビームを走査す
ることにより前記基材の描画パターンの描画を行う電子
ビーム描画装置であって、前記描画パターンを現像してレジスト形状を形成する際
の現像進行度に前記電子ビームのビーム径に応じた差異
が生じ得ない第１のビーム径と、前記描画パターン形成
面に荒れが生じ得ない第２のビーム径とに関する情報を
格納した格納手段と、前記格納手段の第１、第２の各ビーム径に基づいて、前
記電子ビームのビーム径が前記第１のビーム径より前記
第２のビーム径の範囲内となる場合にのみ、前記基材に
対する描画を行うように制御する制御手段と、を含むことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項２２】電子ビームを照射する電子ビーム照射
手段と、前記電子ビーム照射手段にて照射された電子ビームの焦
点位置を可変とするための電子レンズと、前記電子ビームを照射することで描画される描画パター
ンを有する基材を載置する載置台と、前記基材上に描画される描画位置を測定するための測定
手段と、前記描画パターンを現像してレジスト形状を形成する際
の現像進行度に前記電子ビームのビーム径に応じた差異
が生じ得ない第１のビーム径と、前記描画パターン形成
面に荒れが生じ得ない第２のビーム径とに関する情報を
格納した格納手段と、前記測定手段にて測定された前記描画位置に基づき、前
記電子レンズの電流値を調整して前記電子ビームの焦点
位置を前記描画位置に応じて可変制御するとともに、前
記焦点位置における焦点深度が、前記第１のビーム径よ
り前記第２のビーム径の範囲に制限されるように調整制
御する制御手段と、を含むことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項２３】電子ビームを照射する電子ビーム照射
手段と、前記電子ビームを照射することで描画される被描画面に
曲面を有する基材を載置する載置台と、前記載置台を駆動する駆動手段と、前記基材上に描画される描画位置を測定するための測定
手段と、前記描画パターンを現像してレジスト形状を形成する際
の現像進行度に前記電子ビームのビーム径に応じた差異
が生じ得ない第１のビーム径と、前記描画パターン形成
面に荒れが生じ得ない第２のビーム径とに関する情報を
格納した格納手段と、前記測定手段にて測定された前記描画位置に基づき、前
記駆動手段により前記載置台を昇降させて、前記電子ビ
ーム照射手段にて照射された電子ビームの焦点位置を前
記描画位置に応じて可変制御するとともに、前記焦点位
置における焦点深度が、前記第１のビーム径より前記第
２のビーム径の範囲に制限されるように調整制御する制
御手段と、を含むことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項２４】前記第１、第２のビーム径のいずれか
一方又は双方を設定するための設定手段をさらに有し、前記制御手段は、前記設定手段にて設定された第１，第
２のビーム径の範囲に基づいて、前記電子ビームを制御
することを特徴とする請求項２１乃至請求項２３のいず
れか一項に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項２５】前記第１のビーム径は、描画に利用さ
れるＤＡ変換器の最小時間分解能に相当する単位距離の
ほぼ１倍の幅を有し、前記第２のビーム径は、前記ＤＡ変換器の最小時間分解
能に相当する単位距離のほぼ４倍の幅を有することを特
徴とする請求項２１乃至請求項２４のいずれか一項に記
載の電子ビーム描画装置。