JP2003158064A - 基材の高さ検出方法、基材の描画方法、その方法にて描画された基材、測定装置、及び電子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、３次元形状を有する基材の高さ検
出を行う際に、高さ検出に要求される精度を充分満たす
ことができ、さらに、単純かつ低コストで実現すること
ができる基材の高さ検出方法、基材の描画方法、その方
法にて描画された基材、測定装置、及び電子ビーム描画
装置を提供する。 【解決手段】 ３次元に形状変化する曲面部を一面に少
なくとも含んでなる基材の前記曲面部の高さを検出す
る。前記基材に対して、略水平方向から照射する高さ検
出用の照射光のビーム径を、前記曲面部上の特定の高さ
位置における測定誤差が略±１μｍ以下となるビーム径
となるように照射する。これにより、精度良く高さ検出
を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基材の高さ検出方
法、基材の描画方法、その方法にて描画された基材、測
定装置、及び電子ビーム描画装置に関し、特に、一面に
曲面部を有し電子ビームにより描画パターンが描画され
る基材の高さを検出するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の測定装置として、例えば特開平
６―２７５４９７号等が公知である。この測定装置の従
来技術を図２２を参照しつつ説明する。

【０００３】同図において、測定装置５００は、ステー
ジ５０４上に載置された表面に感光性レジスト膜を有す
るウエハ５０３に対して、検査用光源５０１から光学系
５０２を介してウエハ５０３光を照射し、ウエハ５０３
面にて反射された反射光を受光部５０５にて受光する。
受光部５０５の検出信号に基づいて、ウエハ５０３の投
影露光しようとする表面の設計値からのずれを検出し、
ステージ５０４を上下に駆動して所定の位置に移動し、
焦点を合わせる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術では、前記測定装置を用いてウエハ等の基材を備えた
ステージの高さ位置を把握することができるものの、仮
に基材自身が３次元的に形状変化するものを想定した場
合、基材の表面上の高さ位置（言うなれば基材の厚み分
布）が検出できないという問題があった。

【０００５】というのも、最近では、光学素子に要求さ
れるスペックや性能自体が向上してきており、例えば、
光学機能面に回折構造などを有する光学素子を製造する
際には、光学素子の曲面上に所望の描画パターンをサブ
ミクロンオーダーで形成する必要があり、当該描画パタ
ーンを精度良く描画するには、当該曲面上の高さ位置の
検出が必要となるからである。

【０００６】しかしながら、従来このような高さを検出
するための方策が何ら施されていなかった。

【０００７】しかも、例えば描画パターンを高精度に描
画しようとすると、従来の光源をそのまま採用する測定
手法では、前記曲面上の高さ検出に要求される精度を十
分満たすことができなかった。さらには、高さ検出を精
度良く行おうとすると構成が複雑となる可能性もあり、
コストが高くなるという問題があった。

【０００８】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、３次元形状を有する
基材の高さ検出を行う際に、高さ検出に要求される精度
を充分満たすことができ、さらに、単純かつ低コストで
実現することができる基材の高さ検出方法、基材の描画
方法、その方法にて描画された基材、測定装置、及び電
子ビーム描画装置を提供することにある。

【０００９】

【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、３次元に形状変化する曲
面部を一面に少なくとも含んでなる基材の前記曲面部の
高さを検出する基材の高さ検出方法であって、前記曲面
部上の特定の高さ位置における測定誤差が略±１μｍ以
下となるように、前記基材に対して、略水平方向から照
射する高さ検出用の照射光のビーム径を所定の値以下と
なるように制御して照射するステップを含むことを特徴
としている。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、少なくと
も電子ビームの焦点深度よりも長い厚さを有し、前記電
子ビームにより描画される被描画層と、前記被描画層の
前記電子ビームに照射される面であって３次元に形状変
化する曲面を含む被描画面と、を含み、載置台上に載置
された基材に対して、前記電子ビームのビーム焦点と前
記載置台との相対位置を変えることで前記焦点深度の位
置を前記被描画層及び前記被描画面の描画位置に応じて
変更して描画を行い、その際に、前記基材の前記被描画
面の高さを検出する、基材の高さ検出方法であって、特
定の前記焦点深度を有する電子ビームの描画位置が設定
された特定の高さ位置において、載置面方向に前記載置
台を移動させずに描画される描画領域が、曲面部上に描
画される任意の描画パターン形状の細部が連続した面を
有するような広さとなるような、前記高さ位置における
測定誤差の許容範囲内におさまるビーム径として、前記
基材に対して略水平方向から高さ検出用の照射光を照射
することを特徴としている。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、前記ビー
ム径は、前記曲面部上の測定すべき高さ位置の高さと前
記ビーム径の光軸中心との間の測定誤差をΔｈ、前記曲
面部の曲率半径をＲ、前記照射光のビーム半径をｒ、前
記基材の底面に対する前記曲面部上の傾斜面のなす角度
をθ、前記出射光に関するノイズその他の補正値をα、
とした場合に、ｔａｎ（９０―θ）＝ＴとなるＴ、Ｒ―
√（Ｒ^２―ｒ^２）／２＋Ｒ^２ｓｉｎ（２ｒ／３）／（２
ｒ）＝ＬとなるＬ、で表される、Δｈ＝（Ｌ―Ｒ）Ｔ＋
√｛２ＲＬ―Ｌ^２＋（ＲＴ）^２｝｝／｛（１＋Ｔ^２）ｃ
ｏｓ（９０―θ）｝が、Δｈ＋α＜略１μｍの条件を満
たすビーム径２ｒとすることを特徴としている。

【００１２】また、請求項４に記載の発明は、前記ビー
ム径を、略１００μｍ以下として照射することを特徴と
している。

【００１３】また、請求項５に記載の発明は、３次元に
形状変化する曲面部を一面に少なくとも有してなる基材
の前記曲面部の高さを検出する基材の高さ検出方法であ
って、前記基材に対して、略水平方向から照射される高
さ検出用の照射光のビーム形状を、前記照射光が前記基
材に接する高さ位置にて対象性の良いビーム形状となる
ように照射するステップを含むことを特徴としている。

【００１４】また、請求項６に記載の発明は、前記ビー
ム形状を、ガウシアン形状もしくはそれに類する形状と
なるように照射することを特徴としている。

【００１５】また、請求項７に記載の発明は、３次元に
形状変化する曲面部を一面に少なくとも有してなる基材
の前記曲面部の高さを検出する基材の高さ検出方法であ
って、前記基材に対して略水平方向から照射される高さ
検出用の照射光を受光するステップと、受光された前記
照射光の光量を、前記曲面部の傾斜面上の位置に応じた
前記照射光の光量強度分布データに基づいて補正し、補
正高さ位置を算出するステップと、を含むことを特徴と
している。

【００１６】また、請求項８に記載の発明は、３次元に
形状変化する曲面部を一面に少なくとも含み、載置台上
に載置された基材の前記曲面部の高さを検出する基材の
高さ検出方法であって、少なくとも前記載置台が載置面
方向に移動する移動ストローク以上に、前記基材に対し
て前記載置面方向から照射する照射光を投光する投光部
と、当該照射光を受光する受光部と、を離間して配置し
た状態で、前記照射光を照射するステップを含むことを
特徴としている。

【００１７】また、請求項９に記載の発明は、前記照射
光を受光する受光部を２次元撮像素子にて形成し、前記
高検出の前後に前記照射光の光軸調整を行うステップを
さらに有することを特徴としている。

【００１８】また、請求項１０に記載の発明は、前記照
射光の光源を半導体レーザーとして照射することを特徴
としている。

【００１９】また、請求項１１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、基材の描画方法であ
って、前記描画位置の少なくとも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、前記算出ステップでは、上述のうちいずれか一項に
記載の基材の高さ検出方法を用いて検出された高さ位置
に基づいて前記描画位置を算出することを特徴としてい
る。

【００２０】また、請求項１２では、上述の基材の描画
方法にて描画された基材を定義し、請求項１３では、基
材を光学素子とするのが好ましい旨を定義している。

【００２１】また、請求項１４に記載の発明は、３次元
に形状変化する曲面部を一面に少なくとも含んでなる基
材の前記曲面部の高さを測定する測定装置であって、前
記曲面部上の特定の高さ位置における測定誤差が略±１
μｍ以下となるように、前記基材に対して、略水平方向
から照射する高さ検出用の照射光のビーム径を所定の値
以下となるように制御して照射光を投光する投光部と、
前記基材を透過した透過光を受光する受光部と、前記受
光部にて検出された光強度分布に基づいて、前記基材の
前記曲面部における高さ位置を算出する算出手段と、を
含むことを特徴としている。

【００２２】また、請求項１５に記載の発明は、３次元
に形状変化する曲面部を一面に少なくとも含んでなる基
材の前記曲面部の高さを測定する測定装置であって、前
記基材に対して、略水平方向から照射される高さ検出用
の照射光のビーム形状を、前記照射光が前記基材に接す
る高さ位置にて対象性の良いビーム形状となるように投
光する投光部と、前記基材を透過した透過光を受光する
受光部と、前記受光部にて検出された光強度分布に基づ
いて、前記基材の前記曲面部における高さ位置を算出す
る算出手段と、を含むことを特徴としている。

【００２３】また、請求項１６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
とで描画される被描画面に曲面部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
制御する制御手段と、を含み、前記測定手段は、前記基
材の前記曲面部に対して略水平方向から照射光を投光す
る投光部と、少なくとも前記載置台が載置面方向に移動
する移動ストローク以上に、前記投光部から離間して配
設され、前記基材を透過した透過光を受光する受光部
と、前記受光部にて検出された光強度分布に基づいて、
前記基材の前記曲面部における前記描画位置の高さ位置
を算出する算出手段と、を含むことを特徴としている。

【００２４】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
とで描画される被描画面に曲面部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
制御する制御手段と、を含み、前記測定手段は、前記基
材の前記曲面部に対して略水平方向から照射光を投光す
る投光部と、前記基材を透過した透過光を受光する受光
部と、前記受光部にて検出された光強度分布を、前記曲
面部の高さ位置に応じて補正し、前記基材の前記曲面部
における前記描画位置の高さ位置を算出する算出手段
と、を含むことを特徴としている。

【００２５】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
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
とで描画される被描画面に曲面部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
制御する制御手段と、を含み、前記測定手段は、前記基
材の前記曲面部に対して略水平方向から照射光を投光す
る投光部と、前記基材を透過した透過光を受光する２次
元撮像素子と、前記２次元撮像素子にて検出された光強
度分布に基づいて、前記照射光の重心位置から光軸の位
置調整を行う位置調整手段と、前記位置調整手段により
位置調整しつつ、前記基材の前記曲面部における前記描
画位置の高さ位置を算出する算出手段と、を含むことを
特徴としている。

【００２６】

【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。

【００２７】［第１の実施の形態］ （測定装置の構成）先ず、本実施の形態における特徴
は、測定装置においてレーザー測光によるレーザー光
（高さ検出用ビーム）等の設定条件、例えばビーム径を
１００μｍ以下にし、ビーム形状を対象性の良いビーム
形状とすることで、基材の高さ検出精度を向上させた点
にある。

【００２８】このような特徴の説明に先立って、電子ビ
ーム描画装置に搭載される高さ検出器である測定装置の
概要から説明することとする。図１は、本実施の形態の
電子ビーム描画装置に含まれる測定装置の構成の一例で
あり、３次元形状を有する基材の高さを検出測定する測
定装置の全体の概略構成を示す説明図である。

【００２９】本実施の形態の測定装置は、３次元的に変
化する形状を有する基材に、電子ビーム描画を行う際
に、基材の３次元形状を測定するためのものであり、こ
の測定装置は、３次元電子ビーム描画を行う一連の工程
にて利用されるものであるが、電子ビーム描画装置と一
体的に構成してもよいし、単独で形成してもよい。

【００３０】なお、基材２は、図１に示すように、一面
が曲面形状を有する曲面部２ａ、曲面部２ａの周囲に形
成された周囲面部である平坦部２ｂ、裏面側の底部２ｃ
を有する。

【００３１】本実施の形態の測定装置８０は、図１に示
すように、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のレーザー投光部８２と、第１のレ
ーザー投光部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のレーザー投光部８２とは異なる
照射角度から照射を行う第２のレーザー投光部８６と、
前記第２のレーザー投光部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のレーザー投光部と第１の受光部とで
「一つの光学系ユニット」を構成でき、第２のレーザー
投光部と第２の受光部とで「他の一つの光学系ユニッ
ト」を構成し得る。

【００３２】第１のレーザー投光部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。

【００３３】この際に、図１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。

【００３４】そこで、本実施の形態においては、さらに
第２のレーザー投光部８６を設けている。すなわち、第
２のレーザー投光部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８９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。

【００３５】この場合、図２（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。

【００３６】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２（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、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。

【００３７】この算出の際には、第２の受光部８８の信
号出力Ｏｐは、図８に示す特性図のような、信号出力Ｏ
ｐと基材の高さとの相関関係を有するので、第２の受光
部８８での信号出力Ｏｐに基づき、基材の高さ位置を算
出することができる。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。

【００３８】従って、詳しくは後述するが、測定装置８
０において精度良い高さ検出を行うことは、曲面部２ａ
を有する基材２に対して電子ビームにより描画パターン
を描画する際の描画精度をも向上させることにもなる。

【００３９】本実施の形態では、このような高さ検出に
おいて、精度を向上させるために、第２のレーザー投光
部８６より基材２に対して投光される「ビーム径を所定
の値以下」とし、加えて、「対象性の良いビーム形状」
とするような構成を採用している。

【００４０】そこで、これら特徴により高さ検出精度を
向上させたことによる作用効果を説明する前に、高さ検
出精度と電子ビーム描画における描画の精度との相関関
係を明らかにするために、前提となる電子ビーム描画装
置の構成とその概略作用並びに電子ビーム描画の原理に
ついて以下に順次説明することとする。

【００４１】（電子ビーム描画装置の全体構成）ここ
で、測定装置が搭載される電子ビーム描画装置の全体の
概略構成について、図３を参照して説明する。図３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。

【００４２】本実施形態例の電子ビーム描画装置１は、
図３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１
４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開口により電子ビームを所望の
形状とするためのアパーチャー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。

【００４３】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前述した測定装置８０と、ＸＹ
Ｚ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１
００と、を含んで構成されている。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】またさらに、制御回路１００は、レーザー
制御系１３０を含み、このレーザー制御系１３０は、第
１のレーザー投光部８２及び第１の受光部８０の制御を
行う第１のレーザー制御系１３１と、第２のレーザー投
光部８６及び第２の受光部８８の制御を行う第２のレー
ザー制御系１３２と、を有する。これらの制御系には、
図示しないが、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各種制御回路が含まれてい
る。

【００５０】また、制御回路１００は、第１の受光部８
４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１４２と、を含んで構成される。

【００５１】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、各種描画ラインの制御を行う
ための制御系３００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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】さらに、本実施の形態における特徴の一つ
として、電子ビーム描画装置１に測定装置８０を搭載す
る場合に、第２のレーザー投光部８６と第２の受光部８
８との離間距離を、載置台たるＸＹＺステージ３０のＸ
Ｙ平面方向（載置面方向）での移動ストローク以上にし
た状態で配設されている点が挙げられる。

【００５８】このような構成とすることにより、筐体１
１の一部を穿設することにより、測定装置８０を搭載で
き、特に、筐体１１を大幅に改造することを要しない。

【００５９】（描画位置算出の原理の概要）次に、本実
施の形態の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。

【００６０】先ず、基材２は、図４（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。

【００６１】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。

【００６２】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４（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。

【００６３】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。

【００６４】なお、上述の第２の測定は、電子ビーム描
画装置１の測定装置８０を用いて測定することができ
る。

【００６５】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。

【００６６】この場合、測定装置からの測定結果は、例
えば図３に示す測定情報入力部１５８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１６０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。

【００６７】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。

【００６８】具体的には、図４（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５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５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５０ｎｍ程
度の解像度を有し、焦点深度は例えば数十μ程度ある。

【００６９】そして、図４（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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】なお、電子ビーム描画装置１のメモリ１６
０には、不図示の形状記憶テーブルを有し、この形状記
憶テーブルには、例えば基材２の曲面部２ａに回折格子
を傾けて各ピッチ毎に形成する際の走査位置に対するド
ーズ量分布を予め定義したドーズ分布の特性などに関す
るドーズ分布情報、その他の情報が格納されている。

【００７４】また、プログラムメモリ１６２には、これ
らの処理を行う処理プログラム、前記ドーズ分布情報な
どの情報をもとに、曲面部２ａ上の所定の傾斜角度にお
けるドーズ分布特性など演算により算出するためのドー
ズ分布演算プログラム、その他の処理プログラムなどを
有している。

【００７５】このため、制御部１７０は、測定装置８０
にて測定された描画位置に基づき、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
点深度内について、ドーズ分布の特性に基づいて、当該
ドーズ量を算出しつつ前記基材の描画を行うように制御
する。

【００７６】あるいは、制御部１７０は、測定装置８０
にて測定された描画位置に基づき、駆動手段によりＸＹ
Ｚステージ３０を昇降させて、電子銃１２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内につ
いて、前記メモリ１６０の前記ドーズ分布の特性に基づ
いて、当該ドーズ量を算出しつつ前記基材の描画を行う
ように制御する。

【００７７】さらに、制御系３００は、例えば円描画時
に正多角形（不定多角形を含む）に近似するのに必要な
（円の半径に応じた）種々のデータ（例えば、ある一つ
の半径ｋｍｍの円について、その多角形による分割数
ｎ、各辺の位置各点位置の座標情報並びにクロック数の
倍数値、さらにはＺ方向の位置などの各円に応じた情報
等）、さらには円描画に限らず種々の曲線を描画する際
に直線近似するのに必要な種々のデータ、各種描画パタ
ーン（矩形、三角形、多角形、縦線、横線、斜線、円
板、円周、三角周、円弧、扇形、楕円等）に関するデー
タを含んで構成される。

【００７８】そして、ある一の円について、正多角形に
近似され、各辺が算出されると、ある一つの辺、奇数番
目の辺が描画されると、次の辺、偶数番目の辺が描画さ
れ、さらに次ぎの辺、奇数番目の辺が描画される、とい
う具合に交互に各辺が直線的に描画（走査）されること
となる。そして、ある一の円について描画が終了する
と、他の次の円を描画するように促す処理を行なう。こ
のようにして、各円について多角形で近似した描画を行
うことができる。

【００７９】（本実施の形態の特徴的構成）次に、本実
施の形態の特徴である、高さ検出において、精度を向上
させるために、第２のレーザー投光部８６より基材２に
対して投光される「ビーム径を所定の値以下」とし、加
えて、「対象性の良いビーム形状」とするような構成に
ついて、図９〜図１４を用いて説明する。

【００８０】ここで、高さ検出の原理は、前述したよう
に、図６及び図７に示すように、高さ検出用ビームであ
る第２の光ビームＳ２が曲面部２ａ上のある位置の特定
の高さを透過し、その際に、曲面部２ａの曲面にて当た
ることにより生じる散乱光ＳＳ１、ＳＳ２の散乱光分に
より弱められた光強度の第２の光ビームＳ２を、第２の
受光部８８にて検出し、この検出された第２の光強度分
布に基づき、位置が測定算出される。

【００８１】この算出の際には、図７に示すように、第
２の受光部８８の信号出力Ｏｐは、図８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。

【００８２】そして、この基材の高さ位置を描画位置と
して、図６及び図７に示す校正用プローブＡで電子ビー
ム焦点位置と高さ検出用ビームとの位置を合わせること
により、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。

【００８３】このような前提の下、以下に測定装置８０
の制御系の概要について、図９を用いて説明する。

【００８４】測定装置８０は、図９に示すように、第２
のレーザー投光部８６、第２の受光部８８、ピンホール
８９を有し、さらに、この測定装置８０の第２のレーザ
ーに関して制御を行う第２のレーザー制御系１３２を構
成している。

【００８５】第２のレーザー投光部８６は、例えば半導
体レーザー等にて形成される光源８６ａと、前記光源８
６ａから出射されたレーザービーム径のビーム径を所定
の値に設定可能（ないしは可変可能）な第１の光学系８
６ｂ―１と、光強度分布のビーム形状を任意の形状（好
ましくは常に対象性のよいビーム形状）に整形ないしは
変換するためのビーム整形ディフューザないしはそれに
類する第２の光学系８６ｂ―２と、前記ビームを集束さ
せる等各種処理を行うためのその他の光学系８６ｂ―３
と、第１の光学系８６ｂ−１を基材の曲面部の傾斜面の
傾斜角度θないしは（曲面部を球面に近似した場合の）
半径Ｒ等に応じてビーム径を可変制御するビーム径制御
手段８６ｃと、第２の光学系８６ｂ―２のビーム形状を
必要に応じて整形制御するビーム形状制御手段８６ｄ
と、を含んで構成される。

【００８６】第２のレーザー制御系１３２は、第２の受
光部８８からの受光信号に基づいて、各種演算処理や後
述する光強度分布補正を行うための受光側制御系４００
と、前記傾斜角度θないしは半径Ｒに応じた所定の高さ
測定理論誤差Δｈ以下となるビーム径情報、光強度分布
のビーム形状情報等を格納した記憶手段１３４と、ステ
ージ制御回路１５０並びに前記各部の制御を司る制御手
段１３３と、を含んで構成されている。なお、本実施の
形態の「受光側制御系４００」により、本発明のある態
様にいう「算出手段」を構成できる。

【００８７】第１の光学系８６ｂ―１は、例えば、光源
８６ａから出射されたレーザー光を所望のビーム径に変
換する一又は複数のコリメータレンズ等にて形成するこ
とが好ましい。

【００８８】第２の光学系８６ｂ―２は、例えば対象性
のよいビーム形状に整形ないしは変換するための一又は
複数のビーム整形ディフューザないしは素子等にて形成
することが好ましい。その他の光学系８６ｂ―３は、レ
ーザー光を集光させるための集光レンズ、レーザー光を
切り出すスリット等を含むことが好ましい。

【００８９】なお、必要に応じて上記いずれかの光学系
がない構成であってもよい。

【００９０】ビーム径制御手段８６ｃ、ビーム形状制御
手段８６ｄは、例えば、必要に応じてビーム径、ビーム
形状を可変制御するためのものであり、（例えば、第１
の光学系８６ｂ―１に複数のレンズをＲ、θに応じて選
択的に使用する系を構成する場合には）設定条件に応じ
た変更制御を行うための機構等にて構成され得る。な
お、例えば、基材が特定のＲ、θで値が決まっているよ
うな場合には、第１、第２の光学系の可変制御を要しな
いので、ビーム径制御手段８６ｃがない構成であっても
よい。さたには、光源８６ａは常に対象性の良いビーム
形状を出射することが確定的である場合には、第２の光
学系８６ｂ―２、ビーム形状制御手段８６ｄのない構成
であっても構わない。

【００９１】上記のような構成を有する測定装置８０に
おいて、光源８６ａから出射されたレーザー光は、第１
の光学系８６ｂ―１により所望のビーム径に変換され
る。この際、記憶手段１３４には、基材の曲面部の傾斜
角度θないしは半径Ｒに応じた所定の高さ測定理論誤差
Δｈ以下となるビーム径情報が格納されているので、ビ
ーム径制御手段８６ｃは、描画される基材２の形状に応
じて、レーザー光のビーム径が所定の径以下となるよう
にすることのできるビーム径となるように制御する。

【００９２】加えて、レーザー光は、第２の光学系８６
ｂ―２により、対象性の良いビーム形状に整形する。つ
まり、光源８６ｂから出射されるレーザー光が対象性の
ないビーム形状である場合には、対象性のある形状に整
形され得る。

【００９３】ここに、「対象性の良いビーム形状」と
は、例えば、ガウシアン分布に類似する形状等が挙げら
れる。これにより、ガウシアン状の滑らかな強度分布に
類似させることができる。つまり、対象性を有すること
で、図１０に示すように曲面部上の傾斜面によって隠れ
る領域が断面左側の場合には右の領域を計測し、逆に反
対側のキャ面のように隠れる領域が断面右側の場合には
左の領域を計測し、これら右、左いずれの側の光強度分
布を計測したとしても、どこから計測しても中心が出せ
るようなビーム形状とすることができ、測定誤差を低減
できる。

【００９４】そして、その他の光学系８６ｂ―３により
基材２の曲面部２ａ上の所定位置に対して集光するよう
に調整されたレーザー光は、基材２の曲面部２ａ上を透
過し、曲面部上の散乱成分の除いたレーザー光がピンホ
ール８９を介して第２の受光部８８に入射し、高さが測
定される。なお、受光側制御系４００において、必要に
応じて、傾斜位置に応じた光量強度分布の補正等の各種
補正処理、各種演算処理が行われる。

【００９５】このようにして、ステージ制御回路１５０
でＺ軸方向に移動しつつ高さ測定が行われる。

【００９６】（ビーム径が所定の径以下となる点）ここ
で、ビーム径が１００μｍ以下とすると好ましい理由に
ついて説明する。

【００９７】図１０においては、基材の曲面部における
半径をＲ（曲面部を円であると仮定した場合）とした時
に、高さを検出するための検出用の照射光である高さ計
測ビームが紙面に垂直な方向に直進した際の断面の状態
が描かれている。

【００９８】ここで、光量強度分布の中心を必ず測定位
置とする際には、図１０に示すように、実際の高さ位置
ｈ１と検出された中心点（測定点）Ｏ１との間に測定誤
差Δｈが生じてくる。つまり、光量強度分布の中心Ｏ１
（光量が最大となる中心）を算出すると、求めたい場所
の高さｈ１を測定できずに、実際は、点Ｏ１を測定して
いることになってしまう。

【００９９】この図１０から明らかなように、面積だけ
を考えた場合には、仮に、半径Ｒに対して相対的にビー
ム径が大きい場合には、面積Ｓ０が大きくなるため、測
定誤差Δｈが大きくなり、逆にビーム径が小さい場合に
は、測定誤差Δｈが小さくなる。また、照射される曲面
上の傾斜位置によっても、面積Ｓ０が変化し、特に曲面
部の中心軸Ｏから裾野方向Ｋに向かうに従い測定誤差Δ
ｈが大きくなる。

【０１００】ただし、Ｓ０＝Ｓ１＋Ｓ２のとき、受光量
が１／２であると想定している。また、ビーム形状が、
ガウシアン分布に類似する形状である場合には、Δｈは
小さくなることも想定されよう。

【０１０１】そこで、これら各パラメータと測定誤差Δ
ｈとの相関関係を具体的に検証すべく、本発明者等が鋭
意検討を行った結果、図１１に示すような関連性がある
ことが判明した。

【０１０２】図１１には、Ｒ＝１．５ｍｍの場合であっ
て、θ＝４５度、θ＝６０度の場合における、高さの測
定誤差Δｈとビーム径との関係を示す特性図が開示され
ている。

【０１０３】ここで、電子ビームの焦点深度は、例えば
１０μｍ〜数十μｍ程度であるために、描画時間の短
縮、つなぎ部分を少なくし、１回の高さ調整でより広い
領域の描画を持たせるために、高さ検出精度たる高さの
測定誤差Δｈは、±１μｍ以内とすることが好ましい。

【０１０４】すなわち、高さ検出精度が±１μ以内であ
るのは、電子ビームの焦点深度と関係しており、焦点深
度がある特定値である際に、この測定誤差が多い分だ
け、１回に描画できる範囲が狭くなる。

【０１０５】つまり、３次元描画で考えた場合に、ある
一つの高さ位置において、高さの測定誤差が大きいと、
ＸＹ平面方向にて、ある狭い描画領域でしか描画できな
いこととなる。この範囲が狭まると、１回の描画領域が
小さくなるために、１回の描画層で移動するＸＹステー
ジの移動が何回も必要となり、ステージ移動の回数が非
常に多くなる。このため、何回も移動を行うと、何回も
繋ぎが必要になり、繋ぎの精度が落ち、描画部分の細部
は滑らかな面とならず、段差の非常に多いいびつな面と
なってしまう。

【０１０６】そこで、１回の描画領域を大きし、連続し
た形状を構成する必要がある。このために、特定の前記
焦点深度を有する電子ビームの描画位置が設定された特
定の高さ位置において、載置面方向に前記ステージを移
動させずに描画される描画領域が、曲面部上に描画され
る任意の描画パターン形状の細部が連続した面を有する
ような広さとなるような、前記高さ位置における測定誤
差とする必要がある。

【０１０７】従って、電子ビームの焦点深度を例えば１
０μｍ〜数十μｍ程度とすると、高さの測定誤差Δｈが
±１μｍ以内とする必要があるのである。このように、
測定誤差Δｈは、基材の曲面部上に形成する描画パター
ンの最終的な形状に影響を及ぼす。

【０１０８】なお、例えば、仮に、測定誤差Δｈを例え
ば２倍の±２μｍ以下で設定した場合には、±１μｍ以
内で設定した場合より多くのステージ移動回数が必要と
され、逆に半分の±０．５μｍ以下で設定した場合に
は、±１μｍ以内で設定した場合より少ないステージ移
動回数で済む。

【０１０９】図１１に説明を戻すと、測定誤差Δｈの許
容範囲（±１μｍ）内におさまるビーム径としては、、
θ＝６０度の場合にはΔｈが１μｍ以内となるビーム径
ｂ１（１３０μｍ前後）、θ＝４５度の場合にはΔｈが
１μｍ以内となるビーム径ｂ２（１７５μｍ前後）とす
るのが好ましい。

【０１１０】さらに、ビーム径を１００μｍ以内とすれ
ば、さらに誤差が小さくなるので好ましい。その理由
は、１００μｍ以上だとノイズの問題が生じるからであ
り、また、１００μｍ程度であれば、簡単な光学系で達
成でき、ビーム径を例えば１００μｍに絞り込む場合に
は、普通のレンズで達成できる。このように、１００μ
ｍであれば、充分に精度を出しながらも、構成としても
簡単になるという効果がある。

【０１１１】なお、曲面部の傾斜面の勾配として、θ＝
６０以上になると、電子ビームで描画する際に、エネル
ギーの分布、方向が斜めになり、散乱するので好ましく
ない。

【０１１２】以上、Ｒ＝１．５ｍｍの場合について述べ
たが、当然のことながら、Ｒ＝３、Ｒ＝４、Ｒ＝数ミリ
等であってもよいし、さらには、θは任意の角度であっ
てもよい。その場合も、高精度検知に必要とされるビー
ム径は変化する。

【０１１３】乃ち、一般的には、図１２に示す符号１３
４ａに示すように、ビーム径条件は、（１１）に示す条
件とするのが好ましく、この場合、Δｈは、（１２）式
のように定義される。ここで、Ｌは、（１３）式のよう
に定義され、Ｔは、（１４）式のように定義され、ｒは
ビーム半径、Ｒは基材曲率、αはノイズ、光量のＡ／Ｄ
変換分解能等を示す。

【０１１４】すなわち、前記曲面部上の測定すべき高さ
位置の高さと前記ビーム径の光軸中心との間の測定誤差
をΔｈ、前記曲面部の曲率半径をＲ、前記照射光のビー
ム半径をｒ、前記基材の底面に対する前記曲面部上の傾
斜面のなす角度をθ、前記出射光に関するノイズその他
の補正値をα、とした場合に、ビーム径は、ｔａｎ（９
０―θ）＝ＴとなるＴ、Ｒ―√（Ｒ^２―ｒ^２）／２＋Ｒ
^２ｓｉｎ（２ｒ／３）／（２ｒ）＝ＬとなるＬ、で表さ
れる、Δｈ＝（Ｌ―Ｒ）Ｔ＋√｛２ＲＬ―Ｌ^２＋（Ｒ
Ｔ）^２｝｝／｛（１＋Ｔ^２）ｃｏｓ（９０―θ）｝が、
Δｈ＋α＜略１μｍの条件を満たすビーム径２ｒとする
ことが好ましい。

【０１１５】これらの関係を定義したテーブル等を前記
記憶手段１３４に格納しておき、必要に応じて演算可能
に構成しておくことが好ましい。

【０１１６】次に、本実施の形態のような測定装置を用
いた場合と、触針式による測定装置とを用いた場合の比
較例について、図１４を用いて説明する。

【０１１７】同図に示すように、基材の曲面部の曲率Ｒ
＝４ｍｍ、傾斜角度θ＝４９度とした場合には、触針式
の測定装置（精度０．２μｍ以内）との測定誤差は、±
０．７５μｍ程度となり、レーザー光による測定装置で
あっても高い測定精度が得られることがわかる。

【０１１８】なお、本実施の形態の精度評価には、図１
３に示すように、縦方向では、２０μｍ、横方向では３
０μｍのビーム形状を有しるレーザー光を使用したこと
を前提としている。図１３は、上述のような対象性のよ
いビーム形状とした場合の基材位置でのビーム形状を、
縦（図１３（Ａ））、横（図１３（Ｂ））方向の各々に
ついて開示したものである。

【０１１９】（投光部と受光部とをステージストローク
以上離す点）光学系を構成する場合には、第２の投光部
８６と第２の受光部８８との間の距離が接近するほどビ
ーム径が絞りやすいが、第２の投光部８６とＸＹＺステ
ージ３０、及び第２の受光部８８とＸＹＺステージ３０
との間の距離は、ＸＹＺステージ３０が移動可能なスト
ローク分以上離間した位置（ステージ移動に干渉しない
領域）に配設する必要がある。これにより、測定装置８
０とＸＹＺステージ３０との干渉を防止することができ
る。

【０１２０】また、ストローク分離した構成とすること
により、電子ビーム描画装置１内の筐体１１を穿設して
ガラス等で真空状態を保ちつつ、測定装置の投光部、受
光部を設置すればよいので、簡単な構成で達成できる。

【０１２１】ただし、測定装置の配設の仕方によって
は、上述のストロークの確保が不要となる場合も想定し
得る。

【０１２２】最後に、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について
簡単に説明する。

【０１２３】先ず、描画処理の全体の概略的な処理の流
れにおいては、予め、基材の３基準点Ｐ０ｎ＝（ｘｎ、
ｙｎ、ｚｎ）、ｎ＝１〜３の各測定、並びに基材の各部
の高さＨｏ（ｘ、ｙ）の測定を他の測定装置により行
う。

【０１２４】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。なお、こ
のステップでは、前記他の測定装置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１
６０等に記憶されることとなる。

【０１２５】なお、電子ビーム描画装置１と他の測定装
置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、他の測定装置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１６０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他の測定装置
（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。

【０１２６】次に、基材２の３基準点Ｐ１ｎ（Ｘｎ、Ｙ
ｎ、Ｚｎ）のうち、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。

【０１２７】ここで、上述のような高さ検出、測定用の
照射光を、ビーム径を所定の径以下としたり、ビーム形
状（光量強度分布）をガウシアン形状としたり、場合に
よっては各種の補正演算（この補正演算については、後
述の他の実施の形態において説明する）して、精度良く
高さ検出を行う。

【０１２８】すると、電子ビーム描画装置１では、上記
予め測定された３基準点Ｐ０ｎ（ｘｎ、ｙｎ、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Ｈ
ｐ（ｘ、ｙ）の算出を行う。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。

【０１２９】ところで、これは、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。

【０１３０】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。

【０１３１】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。

【０１３２】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い、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、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。

【０１３３】一方、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。

【０１３４】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。

【０１３５】そして、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。

【０１３６】以上のように本実施の形態によれば、電子
ビームの焦点深度は、例えば１０μｍ〜数十μｍ程度で
ある場合に、高さ検出精度たる高さの測定誤差Δｈは±
１μｍ以内となるビーム径とすることにより、描画時間
の短縮、つなぎ部分を少なくし、１回の高さ調整でより
広い領域の描画を持たせるために、精度良い描画を行う
ことができる。これにより、測定装置としても、十分な
測定精度を得ることが出来る。

【０１３７】特に、ビーム径を１００μｍ以下とするこ
とにより、ノイズの影響も低減され、しかも、簡単な光
学系構成で実現できるので、特別高性能なレンズ及びレ
ンズ群が不要となる。

【０１３８】また、ビーム形状（光量強度分布）を、対
象性の良いビーム形状、とりわけガウシアン分布あるい
はそれに類する分布形状とすることにより、測定される
基材の曲面部の傾斜方向に関わらず計測が可能となる。

【０１３９】さらにまた、投光部及び受光部をＸＹＺス
テージの移動ストローク以上離間して配設することによ
り、描画装置の試料室（筐体）の大幅な改造を避けるこ
とが出来る。

【０１４０】しかも、光源として半導体レーザーを利用
することにより、低コストでしかも、上述した作用効果
を容易に達成できる。

【０１４１】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。

【０１４２】そして、この場合、予め基材の形状を高精
度の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。

【０１４３】［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１５〜図１６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。

【０１４４】本実施の形態においては、ビーム形状から
得られる光量強度分布データを高さ計測置の補正に使用
することを特徴とするものである。以下に、測定装置に
おいて、測定レーザーの光量強度分布を、基材の曲面部
上の位置に応じて変更するための強度分布制御系に基づ
いて、図１５を参照しつつ説明する。

【０１４５】本実施の形態の測定装置における強度分布
補正制御系４００は、図１５に示すように、投光器から
のレーザー光を受光する受光器８８と、前記受光器８８
にて受光されたアナログの受光信号をデジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換機４０２と、予めレーザー光の強度分
布（ビーム形状）に関する強度分布情報を記憶した強度
分布記憶手段４１１と、電子ビームにて描画される基材
の形状に関する基材形状情報を記憶した描画基材形状記
憶手段４１２と、描画基材形状記憶手段４１２の基材形
状情報に基づいて、曲面部上のある特定位置における傾
斜角度を算出する描画位置傾斜演算手段４１４と、前記
描画位置傾斜演算手段４１４にて演算された傾斜角度情
報と前記強度分布記憶手段４１１の強度分布情報に基づ
いて比較基準値（コンパレータレベル）を決定するコン
パレータレベル決定手段４１３と、前記コンパレータレ
ベル決定手段４１３にて決定された比較基準値と、Ａ／
Ｄ変換機４０２からの光量値に基づいて、比較基準値と
光量値を比較して光量値の補正を行うコンパレータ４０
３と、コンパレータ４０３からの補正光量値に基づい
て、ステージを制御するステージ制御回路１５０と、を
含んで構成される。

【０１４６】なお、本実施の形態の「Ａ／Ｄ変換機４０
２」、「コンパレータ４０３」、「強度分布記憶手段４
１１」、「描画基材形状記憶手段４１２」、「コンパレ
ータレベル決定手段４１３」、「描画位置傾斜演算手段
４１４」により、本発明のある態様にいう「算出手段」
を構成できる。

【０１４７】上述のような構成を有する強度分布補正制
御系４００において、強度分布記憶手段４１１には、予
め基材の曲面部上のある高さ位置のある傾斜角度に応じ
た光量強度分布情報（ビーム形状）が用意され、一方、
描画基材形状記憶手段４１２には、ある特定の基材に関
する曲面部の情報が格納されており、描画位置に応じて
描画位置傾斜演算手段４１４は、傾斜角度を演算する。
これにより、コンパレータレベル決定手段４１３は、描
画位置傾斜演算手段４１４における傾斜角度に基づい
て、強度分布記憶手段４１１の複数の光量強度分布のう
ち当該傾斜角度に対応する光量強度分布を取得し、当該
強度分布の特定光量をコンパレータレベルとして決定す
る。

【０１４８】一方、受光器８８を介してＡ／Ｄ変換機４
０２によりデジタルデータに変換された光量の検出信号
は、コンパレータ４０３により、前記コンパレータレベ
ルの特定光量と比較され、検出信号の光量が当該特定光
量以下（ないしは以上）である場合には、描画処理を行
うようにし、検出信号の光量が当該特定光量以上（ない
しは以下）である場合には、ステージを移動させるよう
にする。なお、光量値のデジタルデータで比較しても、
あるいは、高さ位置情報に変換した値で比較してもよ
い。

【０１４９】これによって、高さ位置情報あるいは補正
高さ位置情報に基づいて、ステージ制御回路１５０は、
ＸＹＺステージを制御する。

【０１５０】このように、ビーム形状、光量強度分布デ
ータを予めテーブル化して格納しておき、あるコンパレ
ータレベルを変えることで、光量分布で対象性がくずれ
たビームであっても、傾斜方向に応じた強度分布のデー
タを把握しておくことで、対象性を有しないレーザー形
状であっても補正を行うことができる。

【０１５１】（処理手順）次に、上記のような補正を行
いつつ高さ測定を行い、電子ビーム描画を行う場合の処
理手順について、図１６を参照しつつ説明する。

【０１５２】先ず、ＸＹＺステージをＺ軸に沿って下降
させる（ステップ、以下「Ｓ」２１）。次に、光量を測
定する（Ｓ２２）。そして、測定された光量が、予め設
定されたコンパレータ設定値よりも大きいか否かについ
て比較判定を行う（Ｓ２３）。前記判定処理において、
光量がコンパレータ設定値よりも小さくないものと判断
された場合には、Ｓ２１のステージをＺ軸方向に沿って
下降させる処理を行う。一方、前記判定処理において、
光量がコンパレータ設定値よりも小さいものと判断され
た場合には、１フィールドについての描画処理を行う
（Ｓ２４）。

【０１５３】そして、１描画層について描画が終了した
か否かの判断処理を行い（Ｓ２５）、１描画層の描画が
終了していないものと判断された場合には、ステージを
次の描画フィールドまで移動させる（Ｓ２６）。一方、
１描画層の描画が終了していないものと判断された場合
には、全描画層についての描画が終了したか否かの判断
処理を行い（Ｓ２７）、全描画層についての描画が終了
していないものと判断された場合には、ステージを次の
描画フィールドまで移動する（Ｓ２８）。一方、全描画
層についての描画が終了したものと判断された場合、描
画は完了する。

【０１５４】以上のように本実施の形態によれば、上記
第１の実施の形態と同様の作用効果を奏しながらも、ビ
ーム形状、光量強度分布データを予めテーブル化して格
納しておき、あるコンパレータレベルを変えることで、
光量分布で対象性がくずれたビームであっても、傾斜方
向に応じた強度分布のデータを把握しておくことで、対
象性を有しないレーザー形状であっても補正を行うこと
ができる。さらに、ステージの分解能によらず測定精度
を向上させることができる。

【０１５５】［第３の実施の形態］次に、本発明にかか
る第３の実施の形態について、図１７〜図１８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。

【０１５６】本実施の形態においては、受光部の受光素
子として２次元撮像素子（２次元ＣＣＤ）を利用した制
御系を構成している場合を開示している。

【０１５７】（２次元ＣＣＤによる制御系）以下に、受
光部に２次元ＣＣＤを用いた場合におけるレーザー光の
光軸位置を調整するための位置調整制御系について図１
７を参照しつつ説明する。

【０１５８】本実施の形態の測定装置に含まれる位置制
御系５００は、図１７に示すように、測定用のビーム中
心位置を記憶しておくビーム中心位置記憶手段５０３
と、受光部に含まれる２次元撮像素子８８ｂと、２次元
撮像素子８８ｂにて検出された２次元画像情報である２
次元光量分布情報を記憶するための画像データメモリ５
０２と、画像データメモリ５０２の２次元光量分布情報
と、ビーム中心位置情報とに基づいて、重心位置を演算
する重心位置演算手段５０４と、画像データメモリ５０
２の２次元光量分布情報から光量を演算する光量演算手
段５０５と、予めレーザー光の強度分布（ビーム形状）
に関する強度分布情報を記憶した強度分布記憶手段５１
１と、電子ビームにて描画される基材の形状に関する基
材形状情報を記憶した描画基材形状記憶手段５１２と、
描画基材形状記憶手段５１２の基材形状情報に基づい
て、曲面部上のある特定位置における傾斜角度を算出す
る描画位置傾斜演算手段５１４と、前記描画位置傾斜演
算手段５１４にて演算された傾斜角度情報と前記強度分
布記憶手段５１１の強度分布情報に基づいて比較基準値
（コンパレータレベル）を決定するコンパレータレベル
決定手段５１３と、前記コンパレータレベル決定手段５
１３にて決定された比較基準値と、光量演算手段５０５
からの光量値に基づいて、比較基準値と光量値を比較し
て光量値の補正を行うコンパレータ５０６と、コンパレ
ータ５０６からの補正光量値（あるいは補正高さ位置情
報）に基づいて、ステージを制御するステージ制御回路
１５０と、を含んで構成される。

【０１５９】なお、本実施の形態の「画像データメモリ
５０２」、「ビーム中心位置記憶手段５０３」、「重心
位置演算手段５０４」、「ステージ制御回路１５０」と
で、本発明のある態様にいう「位置調整手段」を構成で
き、本実施の形態の「光量演算手段５０５」、「コンパ
レータ５０６」、「強度分布記憶手段５１１」、「描画
基材形状記憶手段５１２」、「コンパレータレベル決定
手段５１３」、「描画位置傾斜演算手段５１４」によ
り、本発明のある態様にいう「算出手段」を構成でき
る。

【０１６０】上述のような構成を有する制御系５００に
おいて、概略以下のように作用する。強度分布記憶手段
５１１には、予め基材の曲面部上のある高さ位置のある
傾斜角度に応じた光量強度分布情報（ビーム形状）が用
意され、一方、描画基材形状記憶手段５１２には、ある
特定の基材に関する曲面部の情報が格納されており、描
画位置に応じて描画位置傾斜演算手段５１４は、傾斜角
度を演算する。これにより、コンパレータレベル決定手
段５１３は、描画位置傾斜演算手段４１４における傾斜
角度に基づいて、強度分布記憶手段５１１の複数の光量
強度分布のうち当該傾斜角度に対応する光量強度分布を
取得し、当該強度分布の特定光量をコンパレータレベル
として決定する。

【０１６１】一方、ビーム中心位置記憶手段５０３に
は、各種光量強度分布に応じた中心位置を定義した情報
が格納されている。

【０１６２】他方、２次元撮像素子８８ｂを介して入力
された光量強度分布（ビーム形状）は、２次元的な情報
として画像データメモリ５０２に一旦格納される。画像
データメモリ５０２の格納された光量強度分布は、重心
位置演算手段５０４に入力され、重心位置演算手段５０
４は、画像データメモリ５０２の光量強度分布に基づい
て、ビーム中心位置記憶手段５０３の対応するビーム中
心位置情報を取得し、重心位置を演算する。そして、重
心位置演算手段５０４にて演算された重心位置情報に基
づき、ステージ制御回路１５０は、ステージを制御す
る。

【０１６３】また、画像データメモリ５０２の光量分布
情報に基づいて、光量演算手段５０５は、対応する光量
を演算し、光量の情報は、コンパレータ５０６により、
前記コンパレータレベルの特定光量と比較され、当該光
量が当該特定光量以下（ないしは以上）である場合に
は、重心位置を補正する分ステージを微動させるように
し、光量が当該特定光量以上（ないしは以下）である場
合には、ステージを下降させるようにする。なお、光量
値のデジタルデータで比較しても、あるいは、高さ位置
情報に変換した値で比較してもよい。

【０１６４】これによって、高さ位置情報あるいは補正
高さ位置情報に基づいて、ステージ制御回路１５０は、
ＸＹＺステージを制御する。

【０１６５】このように、受光部の受光素子として２次
元ＣＣＤ（２次元撮像素子）を使用する場合には、光量
を見ると同時に、位置データを収集し、光軸の調整に利
用することができる。乃ち、２次元ＣＣＤにて光軸の位
置情報を取得することにより、フィードバック制御によ
って、光軸を調整する。なお、表示部に表示されたＣＣ
Ｄ像を目視にて調整するようにしてもよい。

【０１６６】また、前記第２の実施の形態同様に、ビー
ム形状、光量強度分布データを予めテーブル化して格納
しておき、あるコンパレータレベルを変えることで、光
量分布で対象性がくずれたビームであっても、傾斜方向
に応じた強度分布のデータを把握しておくことで、対象
性を有しないレーザー形状であっても補正を行うことが
できる。

【０１６７】（処理手順について）次に、上記のような
光軸調整並びに光量調整を行いつつ高さ測定を行い、電
子ビーム描画を行う場合の処理手順について、図１８を
参照しつつ説明する。

【０１６８】先ず、ＸＹＺステージをＺ軸に沿って下降
させる（Ｓ３１）。次に、光量を測定する（Ｓ３２）。
そして、測定された光量が、予め設定されたコンパレー
タ設定値よりも大きいか否かについて比較判定を行う
（Ｓ３３）。前記判定処理において、光量がコンパレー
タ設定値よりも小さくないものと判断された場合には、
Ｓ３１のステージをＺ軸方向に沿って下降させる処理を
行う。一方、前記判定処理において、光量がコンパレー
タ設定値よりも小さいものと判断された場合には、重心
位置を補正する分、ステージをＺ軸方向に沿って微動さ
せる（Ｓ３４）。そして、１フィールドについての描画
処理を行う（Ｓ３５）。

【０１６９】そして、１描画層について描画が終了した
か否かの判断処理を行い（Ｓ３６）、１描画層の描画が
終了していないものと判断された場合には、ＸＹＺステ
ージを次の描画フィールドまで移動させる（Ｓ３７）。
一方、１描画層の描画が終了していないものと判断され
た場合には、全描画層についての描画が終了したか否か
の判断処理を行い（Ｓ３８）、全描画層についての描画
が終了していないものと判断された場合には、ＸＹＺス
テージを次の描画フィールドまで移動し（Ｓ３９）、所
定位置までＸＹＺステージをＺ軸方向に沿って上昇させ
る（Ｓ４０）。一方、全描画層についての描画が終了し
たものと判断された場合、描画は完了する。

【０１７０】以上のように本実施の形態によれば、上記
各実施の形態と同様の作用効果を奏しながらも、２次元
撮像素子により光軸調整を容易に行うことができ、光軸
がずれた場合でも補正を行うことができ、正確な高さ位
置情報が得られる。

【０１７１】［第４の実施の形態］次に、本発明にかか
る第４の実施の形態について、図１９〜図２１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。

【０１７２】上述の第１の実施の形態では、高さ検出に
おける各種工程を開示したが、本実施の形態では、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
レンズを製造する工程を開示している。以下、基材を、
３次元的に描画可能な電子ビーム描画装置を用いて作成
する際の処理手順について、図１９〜図２１を参照しつ
つ説明する。

【０１７３】先ず、母型材（基材）をＳＰＤＴ（Ｓｉｎ
ｇｌｅ Ｐｏｉｎｔ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｔｕｒｎｉｎ
ｇ：超精密加工機によるダイアモンド切削）により非球
面の加工を行う際に、同心円マークの同時加工を実施す
る（Ｓ１０１）。この際、光学顕微鏡で、例えば±１μ
以内の検出精度の形状が形成されることが好ましい。

【０１７４】次に、ＦＩＢにて例えば３箇所にアライメ
ントマークを付ける（Ｓ１０２）。ここに、十字形状の
アライメントマークは、電子ビーム描画装置内で±２０
ｎｍ以内の検出精度を有することが好ましい。

【０１７５】さらに、前記アライメントマークの、同心
円マークとの相対位置を光学顕微鏡にて観察し、非球面
構造の中心に対する位置を測定し、データベース（Ｄ
Ｂ）（ないしはメモリ（以下、同））へ記録しておく
（Ｓ１０３）。なお、この測定精度は、±１μ以内であ
ることが好ましく、中心基準とした３つのアライメント
マークの位置、ｘ１ｙ１、ｘ２ｙ２、ｘ３ｙ３をデータ
ベース（ＤＢ）へ登録する。この際の測定にも上述の実
施の形態の測定装置を採用することもできる。すなわ
ち、電子ビーム描画装置に内蔵される測定装置に限ら
ず、測定装置単独であってもよい。

【０１７６】また、レジスト塗布／ベーキング後の母型
（基材）の各部の高さとアライメントマークの位置（Ｘ
ｎ、Ｙｎ、Ｚｎ）を測定しておく（Ｓ１０４）。ここ
で、中心基準で補正した母型（基材）：位置テーブルＴ
ｂｌ１（ＯＸ、ＯＹ、ＯＺ）、アライメントマーク：Ｏ
Ａ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ）（いずれも３＊３行列）を、デ
ータベース（ＤＢ）へ登録する。

【０１７７】次に、斜面測定用の測定装置（高さ検出
器）の測定ビームの位置に電子線のビームをフォーカス
しておく等その他各種準備処理を行う（Ｓ１０５）。

【０１７８】この際、ステージ上に取り付けたＥＢ（電
子ビーム）フォーカス用針状の較正器に上記各実施の形
態の測定装置により、高さ検出用の測定ビームを投射す
ると共に、ＳＥＭモードにて電子ビーム描画装置で観察
し、フォーカスを合わせる。

【０１７９】次いで、母型（基材）を電子ビーム描画装
置内へセットし、アライメントマークを読み取る（ＸＸ
ｎ、ＹＹｎ、ＺＺｎ）（Ｓ１０６）。この際に、電子ビ
ーム描画装置内においては、Ｓ１０６に示されるような
各値をデータベース（ＤＢ）に登録することとなる。

【０１８０】さらに、母型（基材）の形状から、最適な
フィールド位置を決定する（Ｓ１０７）。ここで、フィ
ールドは同心円の扇型に配分するフィールド同士は、若
干重なりを持たせる。そして、中央で第一輪帯内はフィ
ールド配分しない。

【０１８１】そして、各フィールドについて、隣のフィ
ールドのつなぎアドレスの計算を行う（Ｓ１０８）。こ
の計算は平面として計算を行う。なお、多角形の１つの
線分は、同一フィールド内に納める。ここに、「多角
形」とは、上述の制御系の項目で説明したように、円描
画を所定のｎ角形で近似した場合の少なくとも１本の描
画ラインをいう。

【０１８２】次に、対象とするフィールドについて、焦
点深度領域の区分として、同一ラインは、同じ区分に入
るようにする。また、フィールドの中央は、焦点深度区
分の高さ中心となる（Ｓ１０９）。ここに、高さ５０μ
以内は、同一焦点深度範囲とする。

【０１８３】次いで、対象とするフィールドについて、
同一焦点深度領域内での（ｘ、ｙ）アドレスの変換マト
リクス（Ｘｃ、Ｙｃ）を算出する（Ｓ１１０）。このＸ
ｃ、Ｙｃは各々図示の式（１６）の通りとなる。

【０１８４】さらに、対象とするフィールドについて、
となりとのつなぎアドレスを換算する（Ｓ１１１）。こ
こで、Ｓ１０８にて算出したつなぎ位置をＳ１１０の式
（１６）を用いて換算する。

【０１８５】そして、対象とするフィールドについて、
中心にＸＹＺステージを移動し、高さをＥＢ（電子ビー
ム）のフォーカス位置に設定する（Ｓ１１２）。つま
り、ＸＹＺステージにてフィールド中心にセットする。
また、測定装置（高さ検出器）の信号を検出しながら、
ＸＹＺステージを移動し、高さ位置を読み取る。

【０１８６】また、対象とするフィールドについて、一
番外側（ｍ番目）の同一焦点深度内領域の高さ中心に電
子ビーム（ＥＢ）のフォーカス位置に合わせる（Ｓ１１
３）。具体的には、テーブルＢを参照し、ＸＹＺステー
ジを所定量フィールド中心の高さ位置との差分を移動す
る。

【０１８７】次に、対象とする同一焦点深度内につい
て、一番外側（ｎ番目）のラインのドーズ量及び多角形
の始点、終点の計算をする。なお、スタート（始点）、
エンド（終点）は、隣のフィールドとのつなぎ点とする
（Ｓ１１４）。この際、始点、終点は整数にするものと
し、ドーズ量は、ラジアル位置（入射角度）で決まった
最大ドーズ量と格子の位置で決められた係数に最大ドー
ズ量を掛け合わせたもので表される。

【０１８８】次いで、Ｓ１１４で与えられたドーズによ
って決定される、ドーズ分布ＤＳ（ｘ、ｙ）のドーズを
与える（Ｓ１１５）。そして、上記Ｓ１１３からＳ１１
５を規定回数実施する（Ｓ１１６）。

【０１８９】次に、ＸＹＺステージの移動、次のフィー
ルドの描画を行う準備を行う（Ｓ１１７）。この際、フ
ィールド番号、時間、温度などデータベース（ＤＢ）へ
の登録を行う。

【０１９０】このようにして、前記Ｓ１１９からＳ１１
７を規定回数実施する（Ｓ１１８）ことで、電子ビーム
により曲面部に回折格子構造を有する基材の形成を行う
ことができる。

【０１９１】以上のように、上記各実施の形態の測定装
置により測定手法を採用しつつ電子ビーム描画を行うこ
とで、つなぎの少ない高精度の描画パターンの形成をも
可能としている。また、描画後は、現像、エッチング処
理、金型作成処理などが行われ、当該金型を用いて成形
品を作成する。このように、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。

【０１９２】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、
当業者は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、上述の各実施の形態では、電子
ビーム描画装置に測定装置を搭載する構成を開示した
が、測定装置単独であってもよいし、他の種々の製造装
置に測定装置を搭載した構成であってもよい。

【０１９３】（請求項の用語の定義）なお、本発明にい
う「曲面部」とは、３次元的に形状が一様に（連続的
に）変化する曲面であるが、世間一般ないしは当業者間
で用いられる字義、辞書的字義にとどまらず、前記のよ
うな解釈に限らず、いわゆる凸部状のもの（天面が平面
で側壁（側壁は曲面、鉛直面、傾斜面（逆テーパ、テー
パに限らない）、等に限らない）を有するもの）等、不
連続面で構成されるものを含む。さらに、一部に平面を
有してもよい。また、「少なくとも曲面部を一面に含ん
でなる基材」とは、基材の一面に曲面部を有し、同じ一
面に他の凸部あるいは曲面部等の任意の形状を有しても
よく、言わずもがな他方の面の形状は任意である。

【０１９４】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。この場合において、本実施形態に
おいて特に記載しなくとも、各実施の形態及び変形例に
開示した各構成から自明な作用効果については、当然の
ことながら本例においても当該作用効果を奏することが
できる。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。

【０１９５】そして、これまでの記述は、本発明の実施
の形態の一例のみを開示しており、所定の範囲内で適宜
変形及び／又は変更が可能であるが、各実施の形態は例
証するものであり、制限するものではない。

【０１９６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子ビームの焦点深度は、例えば１０μｍ〜数十μｍ程度
である場合に、高さ検出精度たる高さの測定誤差Δｈは
±１μｍ以内となるビーム径とすることにより、描画時
間の短縮、つなぎ部分を少なくし、１回の高さ調整でよ
り広い領域の描画を持たせるために、精度良い描画を行
うことができる。これにより、測定装置としても、十分
な測定精度を得ることが出来る。

【０１９７】特に、ビーム径を１００μｍ以下とするこ
とにより、ノイズの影響も低減され、しかも、簡単な光
学系構成で実現できるので、特別高性能な光学系群が不
要となる。

【０１９８】また、ビーム形状（光量強度分布）を、対
象性の良いビーム形状、とりわけガウシアン分布あるい
はそれに類する分布形状とすることにより、測定される
基材の曲面部の傾斜方向に関わらず計測が可能となる。

【０１９９】さらにまた、投光部及び受光部を載置台の
移動ストローク以上離間して配設することにより、描画
装置の試料室の大幅な改造を避けることが出来る。

【０２００】しかも、光源として半導体レーザーを利用
することにより、低コストでしかも、上述した作用効果
を容易に達成できる。

【０２０１】また、傾斜方向に応じた強度分布のデータ
を把握しておくことで、対象性を有しないないしはくず
れたビーム形状であっても補正を行うことができる。さ
らに、載置台の分解能によらず測定精度を向上させるこ
とができる。

【０２０２】加えて、２次元撮像素子により光軸調整を
容易に行うことができ、光軸がずれた場合でも補正を行
うことができ、正確な高さ位置情報が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における測定装置の概略
構成を示す説明図である。

【図２】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３】本発明の一実施の形態における電子ビーム描画
装置の全体の概略構成を示す説明図である。

【図４】同図（Ａ）（Ｂ）は、図３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５】 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６】測定装置のレーザー光と電子ビームの焦点深度
との関係を説明するための説明図である。

【図７】測定装置の投光と受光との関係を示す説明図で
ある。

【図８】信号出力と基材の高さとの関係を示す特性図で
ある。

【図９】測定装置の概略構成を機能的に示した機能ブロ
ック図である。

【図１０】測定誤差を説明するための説明図である。

【図１１】測定誤差とビーム径との関係を説明した説明
図である。

【図１２】ビーム径の条件を説明するための説明図であ
る。

【図１３】同図（Ａ）（Ｂ）は、基材位置でのビーム形
状を示す説明図である。

【図１４】本発明の一実施の形態の測定装置と触針式の
測定装置との測定誤差の比較を示すための説明図であ
る。

【図１５】本発明の他の実施の形態における測定装置の
概略構成を示す機能ブロック図である。

【図１６】図１５の測定装置を用いて描画を行う場合の
処理手順を示すフローチャートである。

【図１７】本発明の他の実施の形態における測定装置の
概略構成を示す機能ブロック図である。

【図１８】図１７の測定装置を用いて描画を行う場合の
処理手順を示すフローチャートである。

【図１９】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２０】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２１】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２２】従来の測定装置の構成を説明する説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 電子ビーム描画装置 ２ 基材 ２ａ 曲面部 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 ３０ ＸＹＺステージ（載置台） 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のレーザー投光部 ８４ 第１の受光部 ８６ 第２のレーザー投光部 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 １３１ 第１のレーザー制御系 １３２ 第２のレーザー制御系 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 ４００ 受光側制御系 ４０３ コンパレータ ４１１ 強度分布記憶手段 ４１２ 描画基材形状記憶手段 ４１３ コンパレータレベル決定手段 ４１４ 描画位置傾斜演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 37/21 Ｈ０１Ｊ 37/305 Ｂ ５Ｆ０５６ 37/305 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｕ ５４１Ｅ (72)発明者 堀井 康司 東京都八王子市石川町2970 コニカ株式会 社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA24 BB05 BB23 CC19 FF44 FF46 GG04 HH04 JJ05 JJ07 JJ08 LL30 UU01 UU02 2H097 CA16 GB04 LA10 5C001 AA03 AA04 CC06 5C033 MM03 5C034 BB02 BB06 BB08 5F056 BA10 BB10

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元に形状変化する曲面部を一面に少
   なくとも含んでなる基材の前記曲面部の高さを検出する
   基材の高さ検出方法であって、 前記曲面部上の特定の高さ位置における測定誤差が略±
   １μｍ以下となるように、前記基材に対して、略水平方
   向から照射する高さ検出用の照射光のビーム径を所定の
   値以下となるように制御して照射するステップを含むこ
   とを特徴とする基材の高さ検出方法。
2. 【請求項２】 少なくとも電子ビームの焦点深度よりも
   長い厚さを有し、前記電子ビームにより描画される被描
   画層と、前記被描画層の前記電子ビームに照射される面
   であって３次元に形状変化する曲面を含む被描画面と、
   を含み、載置台上に載置された基材に対して、前記電子
   ビームのビーム焦点と載置台との相対位置を変えること
   で前記焦点深度の位置を前記被描画層及び前記被描画面
   の描画位置に応じて変更して描画を行い、その際に、前
   記基材の前記被描画面の高さを検出する、基材の高さ検
   出方法であって、 特定の前記焦点深度を有する電子ビームの描画位置が設
   定された特定の高さ位置において、載置面方向に前記載
   置台を移動させずに描画される描画領域が、曲面部上に
   描画される任意の描画パターン形状の細部が連続した面
   を有するような広さとなるような、前記高さ位置におけ
   る測定誤差の許容範囲内におさまるビーム径として、前
   記基材に対して略水平方向から高さ検出用の照射光を照
   射することを特徴とする基材の高さ検出方法。
3. 【請求項３】 前記ビーム径は、 前記曲面部上の測定すべき高さ位置の高さと前記ビーム
   径の光軸中心との間の測定誤差をΔｈ、 前記曲面部の曲率半径をＲ、 前記照射光のビーム半径をｒ、 前記基材の底面に対する前記曲面部上の傾斜面のなす角
   度をθ、 前記出射光に関するノイズその他の補正値をα、とした
   場合に、ｔａｎ（９０―θ）＝ＴとなるＴ、Ｒ―√（Ｒ
   ^２―ｒ^２）／２＋Ｒ^２ｓｉｎ（２ｒ／３）／（２ｒ）＝
   ＬとなるＬ、で表される、Δｈ＝（Ｌ―Ｒ）Ｔ＋√｛２
   ＲＬ―Ｌ^２＋（ＲＴ）^２｝｝／｛（１＋Ｔ^２）ｃｏｓ
   （９０―θ）｝が、Δｈ＋α＜略１μｍの条件を満たす
   ビーム径２ｒとすることを特徴とする請求項１又は請求
   項２に記載の基材の高さ検出方法。
4. 【請求項４】 前記ビーム径を、略１００μｍ以下とし
   て照射することを特徴とする請求項１乃至請求項３のう
   ちいずれか一項に記載の基材の高さ検出方法。
5. 【請求項５】 ３次元に形状変化する曲面部を一面に少
   なくとも有してなる基材の前記曲面部の高さを検出する
   基材の高さ検出方法であって、 前記基材に対して、略水平方向から照射される高さ検出
   用の照射光のビーム形状を、前記照射光が前記基材に接
   する高さ位置にて対象性の良いビーム形状となるように
   照射するステップを含むことを特徴とする基材の高さ検
   出方法。
6. 【請求項６】 前記ビーム形状を、ガウシアン形状もし
   くはそれに類する形状となるように照射することを特徴
   とする請求項５に記載の基材の高さ検出方法。
7. 【請求項７】 ３次元に形状変化する曲面部を一面に少
   なくとも有してなる基材の前記曲面部の高さを検出する
   基材の高さ検出方法であって、 前記基材に対して略水平方向から照射される高さ検出用
   の照射光を受光するステップと、 受光された前記照射光の光量を、前記曲面部の傾斜面上
   の位置に応じた前記照射光の光量強度分布データに基づ
   いて補正し、補正高さ位置を算出するステップと、 を含むことを特徴とする基材の高さ検出方法。
8. 【請求項８】 ３次元に形状変化する曲面部を一面に少
   なくとも含み、載置台上に載置された基材の前記曲面部
   の高さを検出する基材の高さ検出方法であって、 少なくとも前記載置台が載置面方向に移動する移動スト
   ローク以上に、 前記基材に対して前記載置面方向から照射する照射光を
   投光する投光部と、当該照射光を受光する受光部と、を
   離間して配置した状態で、 前記照射光を照射するステップを含むことを特徴とする
   基材の高さ検出方法。
9. 【請求項９】 前記照射光を受光する受光部を２次元撮
   像素子にて形成し、前記高検出の前後に前記照射光の光
   軸調整を行うステップをさらに有することを特徴とする
   請求項１乃至請求項８のうちいずれか一項に記載の高さ
   検出方法。
10. 【請求項１０】 前記照射光の光源を半導体レーザーと
    して照射することを特徴とする請求項１乃至請求項１０
    のうちいずれか一項に記載の高さ検出方法。
11. 【請求項１１】 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、基材の描画方法であって、 前記描画位置の少なくとも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、 前記算出ステップでは、 請求項１乃至請求項１０のうちいずれか一項に記載の基
    材の高さ検出方法を用いて検出された高さ位置に基づい
    て前記描画位置を算出することを特徴とする基材の描画
    方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の基材の描画方法に
    て描画された基材。
13. 【請求項１３】 前記基材は、光学素子であることを特
    徴とする請求項１２に記載の基材。
14. 【請求項１４】 ３次元に形状変化する曲面部を一面に
    少なくとも含んでなる基材の前記曲面部の高さを測定す
    る測定装置であって、 前記曲面部上の特定の高さ位置における測定誤差が略±
    １μｍ以下となるように、前記基材に対して、略水平方
    向から照射する高さ検出用の照射光のビーム径を所定の
    値以下となるように制御して照射光を投光する投光部
    と、 前記基材を透過した透過光を受光する受光部と、 前記受光部にて検出された光強度分布に基づいて、前記
    基材の前記曲面部における高さ位置を算出する算出手段
    と、 を含むことを特徴とする測定装置。
15. 【請求項１５】 ３次元に形状変化する曲面部を一面に
    少なくとも含んでなる基材の前記曲面部の高さを測定す
    る測定装置であって、 前記基材に対して、略水平方向から照射される高さ検出
    用の照射光のビーム形状を、前記照射光が前記基材に接
    する高さ位置にて対象性の良いビーム形状となるように
    投光する投光部と、 前記基材を透過した透過光を受光する受光部と、 前記受光部にて検出された光強度分布に基づいて、前記
    基材の前記曲面部における高さ位置を算出する算出手段
    と、 を含むことを特徴とする測定装置。
16. 【請求項１６】 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被描画面に
    曲面部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制御手段と、 を含み、 前記測定手段は、 前記基材の前記曲面部に対して略水平方向から照射光を
    投光する投光部と、 少なくとも前記載置台が載置面方向に移動する移動スト
    ローク以上に、前記投光部から離間して配設され、前記
    基材を透過した透過光を受光する受光部と、 前記受光部にて検出された光強度分布に基づいて、前記
    基材の前記曲面部における前記描画位置の高さ位置を算
    出する算出手段と、 を含むことを特徴とする電子ビーム描画装置。
17. 【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被描画面に
    曲面部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制御手段と、 を含み、 前記測定手段は、 前記基材の前記曲面部に対して略水平方向から照射光を
    投光する投光部と、 前記基材を透過した透過光を受光する受光部と、 前記受光部にて検出された光強度分布を、前記曲面部の
    高さ位置に応じて補正し、前記基材の前記曲面部におけ
    る前記描画位置の高さ位置を算出する算出手段と、 を含むことを特徴とする電子ビーム描画装置。
18. 【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被描画面に
    曲面部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制御手段と、 を含み、 前記測定手段は、 前記基材の前記曲面部に対して略水平方向から照射光を
    投光する投光部と、 前記基材を透過した透過光を受光する２次元撮像素子
    と、 前記２次元撮像素子にて検出された光強度分布に基づい
    て、前記照射光の重心位置から光軸の位置調整を行う位
    置調整手段と、 前記位置調整手段により位置調整しつつ、前記基材の前
    記曲面部における前記描画位置の高さ位置を算出する算
    出手段と、 を含むことを特徴とする電子ビーム描画装置。