JP2004053724A

JP2004053724A - ビーム描画方法

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Publication number: JP2004053724A
Application number: JP2002208076A
Authority: JP
Inventors: Osamu Masuda; 増田　修; Kazumi Furuta; 古田　和三
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】ビームを直線と直線とをつなぐようにして走査してビーム描画を行う際に所望の描画形状を精度よく得ることができるビーム描画方法を提供する。
【解決手段】このビーム描画方法は、ビームを照射し走査することでビーム描画を行い、直線と直線とをつなぐようにしてビームを走査するときに、各直線の始点と終点のつなぎ位置の計算を非直線上で行い、または、周期関数で行う。これにより、描画ライン間隔は直線上で計算したような周期性を持たずに分散し、描画形状の精度が向上する。
【選択図】　図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームやレーザビームにより種々の形状を描画するビーム描画方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、光学機能面にブレーズ状の回折構造を有する光学素子を製造する際には、最近の光学素子に対する高性能化の要求により、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の高精度で形成することが必要である。このような微細構造を電子ビームを用いて基材に形成できるビーム描画装置が例えば本出願人による特願２００１−３５７５７８で提案されている。
【０００３】
かかるビーム描画装置により例えば回折ブレーズの集合体として円もしくは円弧を形成する場合、一般的に円または円弧を多角形で近似し、その各辺にあたる直線上をビームで走査する。このビーム走査のために直線の始点と終点の位置を決める必要があるが、このとき、３次元基準座標系におけるフィールド上に割り当てられたポジションＤＡＣの分解能により、計算値に最も近いセルを選択しなければならない。この場合、例えば、図１５のように、円の中心と多角形頂点を結ぶ直線ａ，ｂ上で始点と終点の計算を行うと、ポジションＤＡＣのＸ軸またはＹ軸に対して円の中心と多角形頂点とを結ぶ直線ａ，ｂ同士が平行でない場合は、例えば直線ａ上の各点１０を始点または終点とし、直線ｂ上の各点１１，１２，・・・，１５，・・・を終点または始点とすると、これらの点１１〜１５，・・・は、ポジションＤＡＣで割り当てられたセルの中心と必ずしも一致しないので、終点または始点として最も近いセルを選択せざるを得なくなる。その結果、選択された終点または始点１１’，１２’，・・・，１５’，・・・の各位置は、図１５のように、各ドットの中心位置となり、例えば直線ｂに比較的近い直線ｃ’上での描画ライン間隔Δｄは周期的な分布を持ってしまい、描画すべき円または円弧の形状精度が低下してしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、ビームを直線と直線とをつなぐようにして走査してビーム描画を行う際に所望の描画形状を精度よく得ることができるようにしたビーム描画方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるビーム描画方法は、ビームを照射し走査することでビーム描画を行うビーム描画方法であって、直線と直線とをつなぐようにして前記ビームを走査するときに、前記各直線の始点と終点のつなぎ位置の計算を非直線上で行うことを特徴とする。
【０００６】
上記ビーム描画方法によれば、ビームを走査し直線と直線とをつなぐときの各直線の始点と終点のつなぎ位置は、非直線上で計算するので、描画ライン間隔は直線上で計算したような周期性を持たずに分散し、このため、描画形状の精度が向上し、所望の描画形状を得ることができる。
【０００７】
本発明による別のビーム描画方法は、ビームを照射し走査することでビーム描画を行うビーム描画方法であって、直線と直線とをつなぐようにして前記ビームを走査するときに、前記各直線の始点と終点のつなぎ位置の計算を周期関数により行うことを特徴とする。
【０００８】
上記ビーム描画方法によれば、ビームを走査し直線と直線とをつなぐときの各直線の始点と終点のつなぎ位置は、周期関数で計算するので、描画ライン間隔は直線上で計算したような周期性を持たずに分散し、このため、描画形状の精度が向上し、所望の描画形状を得ることができる。
【０００９】
この場合、前記ビームの走査間隔を算出し、前記走査間隔の分布のばらつきの周期性に基づいて前記周期関数の係数を選定することで前記つなぎ位置を決定することが好ましい。そして、前記走査間隔の分布のばらつきの周期性を、ビーム径または近接効果を考慮したパラメータとして決定した加算走査ライン数分の走査間隔の積算値または平均値に基づいて判断することが好ましい。更に、前記積算値の変極点または前記積算値と前記積算値の設計値との差の値の符号の切り替わり間隔から最大周期を求め、その最大周期の値が一定以下となるように前記周期関数の係数を選定することで前記つなぎ位置を決定することが好ましい。
【００１０】
上述の周期関数は三角関数とすることができる。即ち、前記各直線の始点と終点の位置の計算をサインカーブ等の三角関数を基に算出することができる。
【００１１】
また、本発明による更に別のビーム描画方法は、ビームを照射し走査することでビーム描画を行うビーム描画方法であって、直線と直線とをつなぐようにして前記ビームを走査するときに、前記各直線の始点と終点のつなぎ位置の計算を乱数を基に行うことを特徴とする。
【００１２】
上記ビーム描画方法によれば、ビームを走査し直線と直線とをつなぐときの各直線の始点と終点のつなぎ位置は乱数に基づいて計算するので、描画ライン間隔は直線上で計算したような周期性を持たずに分散し、このため、描画形状の精度が向上し、所望の描画形状を得ることができる。
【００１３】
上述の各ビーム描画方法において、前記ビーム描画により３次元パターンを形成することが可能である。この場合、前記３次元パターンの集合体により円形のパターンを形成することができる。そして、前記円形のパターンは曲面上に形成できる。また、前記円形のパターンは回折ブレーズとすることができ、ブレーズ状の回折構造を有する光学素子に対応した形状を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。まず、本発明の実施の形態である電子ビーム描画方法を実行可能な電子ビーム描画装置について図１乃至図６を参照して説明する。図１は電子ビーム描画装置の全体構成を概略的に示す説明図であり、図２は図１の電子ビーム描画装置に含まれる測定装置の要部を示す図である。
【００１５】
最初に、測定装置について説明する。図１の電子ビーム描画装置９０は、基材２１の表面の基準点及び基材の３次元形状を測定するための測定手段である測定装置８０を備える。測定装置８０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次元形状を測定できる。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が、図１では電子ビーム描画装置と一体的に構成しているが、独立して単独で形成してもよい。ここで、基材２１は、図２に示すように、一面が曲面形状を有する曲面部２ａと、曲面部２ａの周囲に形成された周囲面部である平坦部２ｂと、裏面側の底部２ｃとを有する。
【００１６】
測定装置８０は、図２に示すように、基材２１に対してレーザ光を照射することで基材２１を測定する第１のレーザ光照射部８２と、第１のレーザ光照射部８２にて発光されたレーザ光（第１の照射光）が基材２１で反射しその反射光を受光する第１の受光部８４と、第１のレーザ光照射部８２とは異なる照射角度から照射を行う第２のレーザ光照射部８６と、第２のレーザ光照射部８６にて発光されたレーザ光（第２の照射光）が基材２１を透過しその透過光を受光する第２の受光部８８と、を含む。ここで、「透過」とは基材の一部をレーザ光等の一部が通過する状態を指し、「透過光」とは後述するようにレーザ光等の光の一部が散乱した残りの光を指すものとする。
【００１７】
第１のレーザ光照射部８２により電子ビームと交差する方向から基材２１に対して第１の光ビームＳ１を照射し、平坦部２ｂ上で反射する第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。この際に、図２に示すように、第１の光ビームＳ１は、基材２１の平坦部２ｂと同じ面にて反射されるため、第１の強度分布に基づいて基材２１の平坦部２ｂ上の平面位置が測定算出できる。
【００１８】
また、第２のレーザ光照射部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、即ち基材２１の水平方向から基材２１に対して第２の光ビームＳ２を照射し、基材２１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を介して受光されて第２の光強度分布が検出される。
【００１９】
この場合、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第２の光ビームＳ２が曲面部２ａ上を透過するので、第２の強度分布に基づいて基材２１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できる。
【００２０】
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３（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ＳＳ１、ＳＳ２が生じ、この散乱光分の光強度が弱まる。このため、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いて高さ位置が測定算出される。
【００２１】
この算出の際には、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、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、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。従って、後述のように、測定装置８０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２１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。
【００２２】
次に、電子ビーム描画装置全体について説明する。図１に示すように、電子ビーム描画装置９０は、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２１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１２１と、この電子銃１２１からの電子ビームを通過させるスリット１４１と、スリット１４１を通過する電子ビームの基材２１に対する焦点位置を制御するための電子レンズ１６１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１８１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２１上の走査位置等を制御する偏向器２００と、偏向を補正する補正用コイル２２１と、を含む。なお、これらの各部は、鏡筒１０１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。
【００２３】
さらに、電子ビーム描画装置９０は、描画対象となる基材２１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２１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１０１内及びＸＹＺステージ３０を含む筐体２１０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、を含む。測定装置８０は、ＸＹＺステージ３０上の基材２１の表面の基準点及び上述のように基材の３次元形状を測定する。
【００２４】
電子レンズ１６１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１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ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。
【００２５】
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、を含む。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。
【００２６】
制御回路１００は、電子銃１２１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１６１（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、を含む。
【００２７】
さらに、制御回路１００は、補正用コイル２２１を制御するためのコイル制御部１１０と、偏向器２００にて成形方向の偏向を行う成形偏向部１１２ａと、偏向器２００にて副走査方向の偏向を行うための副偏向部１１２ｂと、偏向器２００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、を含む。
【００２８】
さらに、制御回路１００は、偏向器２００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に対してその信号を供給することで補正用コイル２２１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基材２１に対して生成するためのパターン発生回路１２０と、を含む。
【００２９】
さらに、制御回路１００は、レーザ制御系を含み、このレーザ制御系は、第１のレーザ光照射部８２及び第１の受光部８４の制御を行う第１のレーザ駆動制御回路１３０と、第２のレーザ光照射部８６及び第２の受光部８８の制御を行う第２のレーザ駆動制御回路１３２と、を有する。これらの制御系には、図示しないが、レーザ照射光の出力（レーザの光強度）を調整制御するための各種制御回路が含まれている。
【００３０】
また、制御回路１００は、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１４２と、を含む。
【００３１】
さらに、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１５２と、上述の第１、第２のレーザ駆動制御回路１３０、１３２・第１、第２のレーザ出力制御回路１３４、１３６・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、測定情報やその他の情報を入力するための情報入力部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、を含む。
【００３２】
上述のような構成を有する電子ビーム描画装置９０において、ローダ４０によって搬送された基材２１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１０１及び筐体２１０内の空気やダストなどを排気したした後、電子銃１２１から電子ビームが照射される。
【００３３】
電子銃１２１から照射された電子ビームは、電子レンズ１６１を介して偏向器２００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１６１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２１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。
【００３４】
この際に、測定装置８０によって、基材２１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、その測定結果に基づき、電子レンズ１６１のコイル１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ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、その焦点位置が描画位置となるように移動制御される。
【００３５】
あるいは、測定結果に基づき、制御回路１００は、ステージ駆動手段５０を制御することにより、電子ビームＢの焦点位置が描画位置となるようにＸＹＺステージ３０を移動させる。
【００３６】
また、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。
【００３７】
さらに、電子ビーム描画装置９０に測定装置８０を搭載する場合に、第２のレーザ光照射部８６と第２の受光部８８との離間距離を、載置台たるＸＹＺステージ３０のＸＹ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。このような構成とすることにより、筐体２１０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２１０を大幅に改造することを要しない。
【００３８】
次に、電子ビーム描画装置９０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。
【００３９】
先ず、基材２１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、を含む。この曲面部２ａ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。
【００４０】
このような基材２１において、予め基材２１をＸＹＺステージ３０上に載置する前に、基材２１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２１の厚み分布の算出を行うことができる。
【００４１】
一方、基材２１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２１上の複数例えば３個の基準点Ｐ１０、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。
【００４２】
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２１の厚み分布の補正を行うことができる。
【００４３】
なお、上述の第２の測定は、電子ビーム描画装置９０の測定装置８０を用いて測定することができる。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ておく必要がある。このような、基材２１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。
【００４４】
この場合、測定装置からの測定結果は、例えば図１に示す情報入力部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。
【００４５】
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。
【００４６】
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１６１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１６１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１６１の幅Ｄ、電子レンズ１６１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。
【００４７】
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、その領域についても、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。
【００４８】
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２１の表面における描画処理が終了することとなる。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
なお、電子ビーム描画装置９０のメモリ１６０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２１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。
【００５２】
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、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。
【００５３】
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電子ビームの焦点位置を描画位置に応じて可変制御するとともに、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、そのドーズ量を算出しつつ基材の描画を行うように制御する。
【００５４】
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ＸＹＺステージ３０を昇降させて、電子銃１２１にて照射された電子ビームの焦点位置を描画位置に応じて可変制御するとともに、焦点位置における焦点深度内について、メモリ１６０のドーズ分布の特性に基づいて、そのドーズ量を算出しつつ基材の描画を行うように制御する。
【００５５】
次に、図１〜図６で説明した電子ビーム描画装置９０を用いたビーム描画において、ＸＹ軸に対して平行な方向に走査させた描画と角度を持った方向に走査する描画とを混在させて描画パターンを得る場合のビーム描画方法を円パターンの描画のために円を多角形近似して描画を行うことを例にして図７、図８により説明する。
【００５６】
図７（ａ）は円を多角形近似したときの一辺における始点と終点との間の各ドーズラインを示し、図７（ｂ）は図７（ａ）における各ドーズラインのつなぎ部分を拡大して示す図であり、図８は本実施の形態のビーム描画方法を説明するためのフローチャートである。
【００５７】
図７（ａ）のように、円を多角形近似したときの一辺であるドーズライン１を円描画中心ｐを通る半径方向の破線で示す直線ｃ上の始点２から同じく円描画中心ｐを通る半径方向の破線で示す直線ｄ上の終点３まで電子ビームを走査することでビーム描画できる。そして、図７（ｂ）のように、ドーズライン間隔Δｄだけずらして始点４から直線ｃ上の終点まで電子ビームを走査することで次のドーズラインのビーム描画を行う。このとき、図７（ｂ）の点３〜７，・・・のようなつなぎ部分の計算は次のようにして行うことができる。
【００５８】
図８に示すように、初期化状態（ｉ＝０，ｋ＝１）で、描画パターンを入力する（Ｓ０１）が、本例では円パターンであり、多角形近似するので、角度分割数Ｉを例えば図１の情報入力部１５８のキーボード等から入力する。
【００５９】
次に、走査角度（２π／Ｉ）×（ｉ−１）〜（２π／Ｉ）×ｉ間の走査位置データを次式（１）のつなぎ位置の関数Ｔ（ｎ）により生成する（Ｓ０２）。
【００６０】
つなぎ位置の関数Ｔ（ｎ）＝ｓｉｎ（（２π／（α×ｋ））×ｎ　・・・（１）
但し、α×ｋ＞２πを常に満たす。
【００６１】
図７（ｂ）のように各ドーズライン始点（または終点）近傍（例えば、Δθだけ内側）においてドーズライン間隔Δｄｎを算出する（Ｓ０３）。このドーズライン間隔ΔｄｎをＬ区間移動平均（ｄ（ｎ））とし（Ｓ０４）、ｄ（ｎ）の変極点の間隔の最大値ＭＡＸ＿Ｄｋを算出する（Ｓ０５）。そして、ＭＡＸ＿Ｄｋ≦ＭＡＸ＿Ｄ（ｋ−１）のとき、または、ｋ＝１のとき、Ａ＝ｋとする（Ｓ０６）。これにより最大周期を求める。
【００６２】
次に、ｋ＝Ｋか否かを判断し（Ｓ０７）、ｋ≠Ｋのときは、ｋ＝ｋ＋１としてＳ０２に戻る。また、ｋ＝Ｋのときは次のステップＳ０８に移る。なお、Ｋは、予め設定する値であり、上記式（１）の関数Ｔ（ｎ）における最小周期を決める値である。
【００６３】
次に、上記式（１）のつなぎ位置の関数Ｔ（ｎ）＝ｓｉｎ（（２π／（α×Ａ））×ｎによりｉ番目のデータを生成する（Ｓ０８）。ここで、ｎ＝１，２，３，・・・とすることで、図７（ｂ）のようなつなぎ部分における各点３，４，５，・・・を得ることができる。そして、上記ステップＳ０２〜Ｓ０８をｉ＝Ｉとなるまでｉ＝ｉ＋１としながら繰り返し（Ｓ０９）、円を分割数Ｉで多角形近似するときの全てのデータの生成を完了してから電子ビーム描画を実行する（Ｓ１０）。
【００６４】
上述のステップＳ０２〜Ｓ０９は図１の電子ビーム描画装置９０の制御部１７０で実行され、その生成されたデータに基づいて電子ビーム描画が高速Ｄ／Ａ変換器１１４ｂ、高精度Ｄ／Ａ変換器１１４ｃ、副偏向部１１２ｂ及び主偏向部１１２ｃを介して偏向器２００により制御されながら実行される。
【００６５】
このときの電子ビーム描画は、例えば、図７（ａ）（ｂ）において始点２からドーズライン１上を電子ビームを終点３まで走査し、次に始点４から直線ｃ上の終点まで走査するようにして描画することができる。また、例えば、電子ビームを終点３まで走査してから、次に、その点３を始点にして次の辺を走査するようにしてビーム描画をするようにしてもよい。
【００６６】
次に、図９〜図１４を参照して上記ビーム描画方法について更に説明する。図９は、後述の図１２のような従来の直線状のつなぎラインを上述の図７，図８のようにしてサインカーブにした場合のつなぎ部分を示す図であり、図１０は、図９のようにつなぎラインをサインカーブにした場合のドーズラインのＮｏ．とドーズライン間隔の関係を示す図であり、図１１は図１０の場合に形成されたブレーズ形状をプローブ顕微鏡により観察した側面図である。図１２〜図１４は従来例を比較のために説明するための図である。
【００６７】
図９のように、ビーム走査方向切り替わり部分における図１２の直線状のつなぎラインａ’，ｂ’を上述の図７，図８のようにしてサインカーブのつなぎラインｅ，ｆ’とした場合、ドーズラインＮｏ．毎の（ｎ＝１，２，３，・・・）ドーズライン間隔Δｄは、図１０の各点のように適度に分散し、また、図１０の実線で示す１０区間移動平均間隔Δｄｎが周期性を持たずに変動していることが分かる。
【００６８】
これに対し、図１２のようにビーム走査方向切り替わり部分におけるつなぎラインａ’，ｂ’を従来の直線状とした場合、ドーズラインＮｏ．毎のドーズライン間隔Δｄは、図１３の各点のように周期性を有し、また、図１３の実線で示す１０区間移動平均間隔Δｄｎが周期性を持って変動している。
【００６９】
上述のように、図１２のような従来方法では、ＸＹ軸に対して平行な方向を基準とした場合、角度を持った走査は描画ラインの始点・終点の計算値から最も近い座標を選択することになるため、描画ライン間隔は完全な等間隔にならず、かつ周期的な分布を持ってしまう。そのために、ドーズの空間的な分布に偏りが生じ、得たいパターンとは異なる描画形状が形成されてしまう。例えば、図１４のように、ブレーズを得るための描画の際に、斜面部分が平らにならずにうねりを持つなどの現象が生じてしまう。
【００７０】
これに対し、本実施の形態のビーム描画によれば、図１０のように、ドーズライン間隔を意識的に分散させることで周期的な分布を持たないので、ドーズの空間的な分布を均一に近づけることができる。例えば、図１１のように、ブレーズを得るための描画の際に、斜面部分が図１４の従来の場合よりも平らになり精度が向上していることが分かる。このように、本実施の形態の電子ビーム描画によりブレーズ形状等の所望の形状を精度よく得ることができる。
【００７１】
なお、制御系３００は、上述のような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、ある一つの半径の円について、その多角形による分割数Ｉ、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む。
【００７２】
以上のように本発明を実施の形態により説明したが、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、本実施の形態では、電子ビームによる描画を説明したが、レーザビームによる描画でもよい。また、描画することで得る形状はブレーズ形状に限定されず他の形状であってもよいことは勿論である。
【００７３】
また、ビームを走査するときの各直線の始点と終点のつなぎ位置の計算はサインカーブによる周期関数で行ったが、これに限定されず、他の周期関数であってもよいことは勿論である。また、乱数に基づいて各直線の始点と終点のつなぎ位置を計算してもよい。
【００７４】
なお、本明細書において周期関数とは、次式が成立するような関数ｆをいい、例えば、三角関数やフーリエ級数等があるが、ｆ（ｘ）＝定数となるような関数は含まない。
ｆ（ｘ＋ｎＴ）＝ｆ（ｘ）　但し、ｎ：整数（ｎ＝１，２，・・・）
【００７５】
【発明の効果】
本発明のビーム描画方法によれば、ビームを直線と直線とをつなぐようにして走査してビーム描画を行う際に所望の描画形状を精度よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による電子ビーム描画方法を実行可能な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】図１の電子ビーム描画装置に含まれる測定装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】図３（Ａ）〜（Ｃ）は、図２の測定装置による基材の面高さの測定について説明するための説明図である。
【図４】図４（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、図４（Ｃ）は、描画原理を説明するための説明図である。
【図５】図１の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】図１，図２の測定装置の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】図７（ａ）は本実施の形態のビーム描画方法において円を多角形近似したときの一辺における始点と終点との間の各ドーズラインを示し、図７（ｂ）は図７（ａ）における各ドーズラインのつなぎ部分を拡大して示す図である。
【図８】本実施の形態のビーム描画方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】図１２のような従来の直線状のつなぎラインを図７，図８のようにしてサインカーブにした場合のつなぎ部分を示す図である。
【図１０】図９のようにつなぎラインをサインカーブにした場合のドーズラインのＮｏ．とドーズライン間隔の関係を示す図である。
【図１１】図１０の場合に形成されたブレーズ形状をプローブ顕微鏡により観察した側面図である。
【図１２】従来の直線状のつなぎラインによるつなぎ部分を示す図である。
【図１３】図１２のように従来の直線状のつなぎラインによる場合のドーズラインのＮｏ．とドーズライン間隔の関係を示す図である。
【図１４】図１２の従来の直線状のつなぎラインによる場合に形成されたブレーズ形状をプローブ顕微鏡により観察した側面図である。
【図１５】円の中心と多角形頂点を結ぶ直線上で始点と終点の計算を行う従来の方法を説明するための図である。
【符号の説明】
９０　　　　電子ビーム描画装置
１７０　　　　制御部
１　　　　ドーズライン
２〜７　　　　始点、終点
Δｄ　　　　ドーズライン間隔

Claims

ビームを照射し走査することでビーム描画を行うビーム描画方法であって、
直線と直線とをつなぐようにして前記ビームを走査するときに、前記各直線の始点と終点のつなぎ位置の計算を非直線上で行うことを特徴とするビーム描画方法。
ビームを照射し走査することでビーム描画を行うビーム描画方法であって、
直線と直線とをつなぐようにして前記ビームを走査するときに、前記各直線の始点と終点のつなぎ位置の計算を周期関数により行うことを特徴とするビーム描画方法。
前記ビームの走査間隔を算出し、前記走査間隔の分布のばらつきの周期性に基づいて前記周期関数の係数を選定することで前記つなぎ位置を決定することを特徴とする請求項２に記載のビーム描画方法。
前記走査間隔の分布のばらつきの周期性を、ビーム径または近接効果を考慮したパラメータとして決定した加算走査ライン数分の走査間隔の積算値または平均値に基づいて判断することを特徴とする請求項３に記載のビーム描画方法。
前記積算値の変極点または前記積算値と前記積算値の設計値との差の値の符号の切り替わり間隔から最大周期を求め、その最大周期の値が一定以下となるように前記周期関数の係数を選定することで前記つなぎ位置を決定することを特徴とする請求項４に記載のビーム描画方法。
前記各直線の始点と終点の位置の計算を三角関数を基に算出することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のビーム描画方法。
ビームを照射し走査することでビーム描画を行うビーム描画方法であって、
直線と直線とをつなぐようにして前記ビームを走査するときに、前記各直線の始点と終点のつなぎ位置の計算を乱数を基に行うことを特徴とするビーム描画方法。
前記ビーム描画により３次元パターンを形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のビーム描画方法。
前記３次元パターンの集合体により円形のパターンを形成することを特徴とする請求項８に記載のビーム描画方法。
前記円形のパターンは曲面上に形成されることを特徴とする請求項９に記載のビーム描画方法。
前記円形のパターンは回折ブレーズであることを特徴とする請求項９または１０に記載のビーム描画方法。