JP2004078026A

JP2004078026A - Electron beam lithography method, manufacturing method of metallic mold for optical element, manufacturing method of optical element, and electron beam lithography apparatus

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Publication number: JP2004078026A
Application number: JP2002241069A
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: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To overcome the problems that a long time is needed for lithography though a desired form is obtained by lithography using a thin beam diameter when drawing diffraction structure using an electron beam lithography apparatus, while smooth slant face is obtained and lithography time is shortened by using a large beam diameter, still no sharp edge is obtained. <P>SOLUTION: In this electron beam lithography method, a base material is drawn by scanning electron beam for forming a flat part and an edge form thereof to the base material. It comprises a step for lithography by a first electron beam having a first beam diameter, and a step for plotting by a second electron beam having a second beam diameter, according to the form for lithography. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム描画方法、光学素子用金型の製造方法、光学素子の製造方法及び電子ビーム描画装置に関し、特に、ビーム径を変化させて描画を行うものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、情報記録媒体として、例えばＣＤ、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】
ところで、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、当該光学素子を射出成形するためには、成形型にそのような回折構造を付与するための面を形成しておく必要がある。
【０００４】
このような光学素子に回折構造を構成するために、電子ビーム描画装置を用いて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】
しかしながら、上述の電子ビーム描画装置を用いて回折構造を描画する際、所望の形状を得んとするために、特に回折構造を形成するブレーズのエッジの形状を得るには、プローブ電流を低電流とし細いビーム径を用いてピッチを細かくして描画することになるが、描画時間が長くなるばかりか、これに伴う環境変化から生じる誤差の影響もあり実用的ではない。
【０００６】
一方、描画時間を短くするには、プローブ電流を高電流とし、描画すればよいが、電子ビームの走査速度の限界によりプローブ電流を高電流にできない。また、プローブ電流を高電流にするためには、走査ピッチを広げて行えばよいが、ドーズ分布が粗くなり、滑らかな形状が得にくい。そこで、さらにビーム径を大きくして走査することにすれば、滑らかな形状は得られるが、上述のようなエッジ形状が得られない。
【０００７】
つまり、上記説明のように、所望の形状を得ることと描画時間を短くすることを両立しつつ描画を行うことは難しい。
【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、描画する形状に応じ、ビーム径を使い分けることにより所望の形状を得ること、また、描画時間の短縮が可能な電子ビーム描画方法、光学素子用金型の製造方法、光学素子の製造方法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記載の発明は、基材に対し平坦部及びそのエッジの形状を形成するために、電子ビームを走査することにより前記基材の描画を行う電子ビーム描画方法であって、描画する前記形状に応じて、第１のビーム径を有する第１の電子ビームで描画するステップと、前記第１のビーム径とは異なる第２のビーム径を有する第２の電子ビームで描画するステップと、を含むことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、前記第１のビーム径は、前記第２のビーム径より小さく、前記第１の電子ビームは、前記エッジ及び前記エッジ近傍を描画し、前記第２の電子ビームは、前記エッジ及び前記エッジ近傍を除く前記平坦部を描画することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、前記第１の電子ビームによる描画の際の走査ピッチは、前記第２の電子ビームによる描画の際の走査ピッチより小さいことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、前記基材への走査位置における前記電子ビームの電流であるプローブ電流は、前記第２の電子ビームの前記プローブ電流より前記第１の電子ビームの前記プローブ電流が小さいことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、前記基材の形状は、曲面部を含むことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電子ビーム描画方法を用いて光学素子の金型を製造する光学素子用金型の製造方法であって、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、成型用の金型を形成するステップを含むことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電子ビーム描画方法を用いて光学素子の金型を製造する光学素子用金型の製造方法であって、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、成型用の金型を形成するステップを含むことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項８記載の発明は、請求項６または請求項７に記載の光学素子用の金型製造方法を用いて形成した金型を用いて光学素子を形成することを特徴としている。
【００１７】
また、請求項９記載の発明は、基材に対し平坦部及びそのエッジの形状を形成するために、電子ビームを走査することにより前記基材の描画を行う電子ビーム描画装置であって、第１のビーム径を有する第１の電子ビーム、または、前記第１のビーム径とは異なる第２のビーム径を有する第２の電子ビームのいずれかを照射可能な電子ビーム照射部を有することを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１０記載の発明は、前記第１のビーム径は、前記第２のビーム径より小さく、前記エッジ及び前記エッジ近傍の描画の際には前記第１の電子ビームを照射し、前記エッジ及び前記エッジ近傍を除く前記平坦部の描画の際には前記第２の電子ビームを照射する制御を行なう制御手段を更に有することを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１１記載の発明は、前記制御手段は、更に前記第１の電子ビームによる描画の際の走査ピッチを前記第２の電子ビームによる描画の際の走査ピッチより小さくして走査する制御を行なうことを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１２記載の発明は、前記制御手段は、更に前記基材への走査位置における前記電子ビームの電流であるプローブ電流を前記第２の電子ビームの前記プローブ電流より前記第１の電子ビームの前記プローブ電流を小さくする制御を行なうことを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１３記載の発明は、前記基材の形状は、曲面部を含むことを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態の１例について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２３】
［第１の実施の形態］
先ず、本実施の形態の特徴は、描画する形状に応じて複数のビーム径を使い分けて描画する点にある。
【００２４】
（基材について）
以下、まず初めに、電子ビームにより描画される基材の構成について、図１、図２を参照しつつ説明する。図１には、基材上に描画される描画パターン並びにその細部の描画形状が開示されている。
【００２５】
同図に示すように、本実施形態の基材２上に描画される描画パターンの一例として円描画が開示されており、基材２の描画部分の一部であるＡ部分を拡大してみると、基材２は、複数のブレーズ３からなる回折格子構造が形成されている。
【００２６】
ブレーズ３は、平坦部である傾斜部３ｂ及び側壁部３ａを形成し、当該側壁部３ｂは、周方向に沿って平面状に複数段形成されている。
【００２７】
より詳細には、図２に示すように、基材２は、少なくとも一面に形成された曲面部２ａを有し、回折格子を傾けて例えばピッチＬ１毎に形成し、この回折格子の少なくとも１ピッチＬ１に、当該ピッチの区切り目位置にて前記曲面部２ａより立ち上がる側壁部３ａと、隣接する各側壁部３ａ、３ａ間に形成された傾斜部３ｂと、側壁部３ａと傾斜部３ｂとの境界領域にエッジ３ｃと内向きエッジ３ｄが形成されている。
【００２８】
前記傾斜部３ｂは、一端が一方の前記側壁部３ａの基端に接し、他端が他方の前記側壁部３ａの先端に接する傾斜面を構成している。また、前記側壁部３ａの先端と前記傾斜部３ｂとによってエッジ３ｃが、前記側壁部３ａの基端と前記傾斜部３ｂとによって内向きエッジ３ｄが形成されている。なお、この回折格子構造は、後述するように、曲面部２ａ上に塗布された塗布剤（レジスト）に描画し、現像して形成されることが好ましい。
【００２９】
以下、このような基材を形成するための前提となる電子ビーム描画装置の具体的構成について説明することとする。
【００３０】
（電子ビーム描画装置の全体構成）
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。
【００３１】
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、基材２を走査するための電子線プローブを形成して描画対象の基材２上を走査するものであり、電子線プローブを形成する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、を含んで本発明の「電子ビーム照射部」を構成する。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。
【００３２】
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。
【００３３】
尚、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、１７ｂ、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。なお、この他、Ｙ軸を中心とするα方向に回転駆動可能なα方向駆動機構、Ｘ軸を中心とするβ方向に回転駆動可能なβ方向駆動機構を設けて、ステージをピッチング、ヨーイング、ローリング可能に構成してもよい。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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２０にて成形方向の偏向を行う成形偏向部１１２ａと、所定の走査ピッチで描画を行うように偏向器２０にて副走査方向の偏向を行うための副偏向部１１２ｂと、所定の走査速度で描画を行うように偏向器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。
【００３８】
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。
【００３９】
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８６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１４２と、を含んで構成される。
【００４０】
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のレーザー駆動回路１３０、１３２・第１、第２のレーザー出力制御回路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。
【００４１】
また、本実施形態の電子ビーム描画装置１では、測定情報入力部１５８などを含むいわゆる「操作系」ないしは「操作手段」においては、アナログスキャン方式、デジタルスキャン方式の選択、基本的な形状の複数の各描画パターンの選択等の各種コマンドの選択等の基本的な操作が可能となっていることは言うまでもない。
【００４２】
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後、電子銃１２から電子ビームが照射される。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、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。
【００４６】
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。
【００４７】
（測定装置）
次に、測定装置８０について、図４を参照しつつ説明する。測定装置８０は、より詳細には、図４に示すように、第１のレーザー測長器８２、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。
【００４８】
基材２の位置をＺ方向に変化させつつ、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Ｓ１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。
【００４９】
この際に、図４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。
【００５０】
そこで、さらに第２のレーザー測長器８６を設けている。すなわち、基材２の位置をＺ方向に変化させつつ、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。
【００５１】
この場合、図５（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。
【００５２】
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５（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ととなる。このようにして、図６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。
【００５３】
この算出の際には、図６に示すように、第２の受光部８８の信号出力Ｏｐは、図７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Ｏｐに基づき、基材の高さ位置を算出することができる。
【００５４】
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。
【００５５】
（描画位置算出の原理の概要）
次に、当該電子ビーム描画装置１における、描画を行う場合の描画位置算出の原理の概要について、説明する。
【００５６】
先ず、基材２は、図８（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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。即ち、図８（Ａ）に示すように、基材２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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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２００（第２の測定手段）を採用することができる。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
具体的には、図８（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９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９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。
【００６５】
そして、図８（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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
（制御系）
図１０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。
【００７０】
図１０に示すように、電子ビーム描画装置１のメモリ１６０には、形状記憶テーブル１６１を有し、この形状記憶テーブル１６１には、例えば基材２の曲面部２ａに回折格子を形成する際の走査位置に対するドーズ分布等、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１６１ａを有する。
【００７１】
さらに、メモリ１６０は、電子ビームで走査する傾斜部３ｂの側壁部３ａに対する位置とビーム径との関係を定義したビーム径情報１６１ｂ、その他の情報１６１ｃなどが格納されている。
【００７２】
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１６３ａ、その他の処理プログラム１６３ｃなどを有している。なお、本実施の形態のメモリ１６０にて「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１６２と制御部１７０とで「制御手段」を構成できる。
【００７３】
この際、制御手段は、予め定めた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、さらにドーズ量に基づいて設定されるプローブ電流、走査ピッチ及びビーム径に基づいて描画を行うように制御する。
【００７４】
さらに、制御系には、前記ドーズ分布、傾斜部３ｂの側壁部３ａに対する位置とビーム径との関係や走査する時のプローブ電流、走査ピッチ及びビーム径等を設定するための設定手段１８１や、例えばライン毎のドーズ情報等を表示可能な表示手段１８２を備えてよい。
【００７５】
（描画方法）
上述のような構成により、描画を行う際に、プローブ電流、ビーム径、走査ピッチ及び走査速度の各々を変更して適切なドーズ量で描画し、描画を行った基材を現像して所望の形状を得ることが可能である。尚、プローブ電流とは、基材２を走査する電子ビームにより基材２上に形成される電子線プローブにおける電子ビームの電流であり、ビーム径は電子線プローブの径である。
【００７６】
まず、プローブ電流は、前述の電子銃制御部１０４で変更させることができる。
【００７７】
また、ビーム径は以下のように前述のビーム径情報１６１ｂに基づいて変更させることができる。例えばアパーチャー１８の開口部の大きさを変化可能な構造、例えば、絞りを備えて開口部の大きさを変化させて細いビーム径や大きいビーム径を得ることができる。
【００７８】
また、電子銃制御部１０４及びレンズ制御部１０８によって、電子銃１２及び電子レンズ１６を制御して、ビーム径を変化させることができる。
【００７９】
また、電子レンズ１６を制御し電子ビームの焦点位置を変化させて、電子ビームの焦点深度ＦＺ（ビームウエストＢＷ）の焦点位置を描画位置からずらして走査位置でのビーム径を大きくすることが可能である。
【００８０】
また、これらのビーム径変更方法を組み合わせることも可能である。さらに、ビーム径を変更方法について、本実施の形態においては特に限定するものではない。
【００８１】
また、走査ピッチ及び走査速度は、ドーズ量及びプローブ電流から決められるが、走査ピッチは、副偏向部１１２ｂにより偏向器２０を制御して変更することができ、また、走査速度は、主偏向部１１２ｂにより偏向器２０を制御して変更することができる。
【００８２】
ここで、プローブ電流、ビーム径及び走査ピッチの大小と描画時間及び形状特性の関係について図１１を用いて説明する。図１１から描画時間を速くするには、図１１のＮｏ．１から４のようにプローブ電流を高電流にすることである。しかし、走査速度が上述のように偏向器２０により制御されることから、走査方向の偏向を行うための主偏向部１１２ｃを制御する高精度Ｄ／Ａ変換器１１４ｃの処理速度によっては走査速度を高速にできない場合（Ｎｏ．２、４）があり、その場合にはプローブ電流を高電流にすることができずに描画時間の短縮が望めない、さらにそのような場合に走査ピッチを大きくして対応すれば（Ｎｏ．３）、ビーム径が小さいと与えられるドーズ量が粗密となり現像して得られる表面が粗くなる。従って、描画時間を短縮するためにプローブ電流を高電流にするには、ビーム径を大きくし走査ピッチを大きくする（Ｎｏ．１）。
【００８３】
また、エッジ形状が得られるように描画するには、図１１のＮｏ．４と８のようにビーム径を小さくし、走査ピッチを小さくすることである。ただし、Ｎｏ．４は上述の如く走査速度の制限から実現が困難であるから、プローブ電流を小さくして行なう（Ｎｏ．８）。
【００８４】
上述の説明から明らかであるが、平坦部とエッジを有する形状、例えば、図２のブレーズ形状を形成するように描画する際に高速に行うためのドーズ分布とビーム径の関係の１例を図１２に示す。傾斜部３ｂを図１１Ｎｏ．１のプローブ電流、ビーム径、走査ピッチの組み合わせを高電流、径大（第２のビーム径）、ピッチ大の本発明の第２の電子ビームで描画し、図２エッジ３ｃ近傍を図１１Ｎｏ．８の低電流、径小（第１のビーム径）、ピッチ小の本発明の第１の電子ビームで描画する。ただし、走査速度が十分であれば図１１Ｎｏ．４の高電流、径小、ピッチ小で描画しても良い。すなわち、ビーム径の大小を用いれば、プローブ電流、走査ピッチを変更して傾斜部３ｂを高速で描画し、エッジ３ｃを所望の形状に描画することで所望の形状の基材を現像後に得ることができる。
【００８５】
ここで、図１３（ａ）から（ｃ）に図１１Ｎｏ．８、図１１Ｎｏ．１、及び、図１１Ｎｏ．１と図１１Ｎｏ．８を併用の各条件でブレーズ形状を描画したときの走査型プローブ顕微鏡にて測定した現像後の基材の断面形状例を示す。また、図１４には、各条件で描画したときの描画時間をＮｏ．８の条件で描画したときの描画時間を１００として示した。
【００８６】
各条件のプローブ電流、ビーム径、走査ピッチは具体的には、
Ｎｏ．８：プローブ電流Ｐ〔ｎＡ〕、ビーム径６０〔ｎｍ〕、走査ピッチ２０〔ｎｍ〕、
Ｎｏ．１：プローブ電流３Ｐ〔ｎＡ〕、ビーム径１００〔ｎｍ〕、走査ピッチ６０〔ｎｍ〕である。
【００８７】
図１３（ａ）は、Ｎｏ．８の条件で描画した現像後の基材の断面形状を示す図である。図１３によれば、Ｎｏ．８の条件で描画した場合には、所望の形状を得ることができる。また、（ｂ）は、Ｎｏ．１の条件で描画した現像後の基材の断面形状を示す図である。図１４によれば、Ｎｏ．１の条件で描画した場合には、エッジ３ｃ近傍で所望の形状を得られない。また、（ｃ）は、エッジ３ｃ近傍をＮｏ．８の条件で描画し、前記エッジ３Ｃ近傍を除く傾斜部３ｂをＮｏ．１の条件で描画した現像後の基材の断面形状を示す図である。（ｃ）によれば、Ｎｏ．１とＮｏ．８の条件を併用して描画した場合には、所望の形状を得ることができ、さらに、図１４によれば、描画時間は、Ｎｏ．８の条件で描画した場合に比べ半分以下で、Ｎｏ．１の条件で描画した場合に近くなっている。従って、Ｎｏ．１とＮｏ．８の条件を併用して描画することにより、描画時間を短縮しさらに所望の形状を得られることが明らかである。
【００８８】
ただし、ビーム径、ビーム径を使い分ける位置、プローブ電流及びビーム間のピッチは、レジスト層に使用される材料やまた得られた形状での光学的性能を鑑みてそれぞれの最適条件をビーム径情報１６１ｂに定義しておくことが望ましい。また、ビーム径も上述のように２つに限るものではなく２つ以上の複数を用いても良く、例えばエッジの形状や斜面部に求められる光学的性能により複数種類のビーム径を使い分けることも可能である。
【００８９】
また、上述の説明では側壁部３ａと傾斜部３ｂからなるブレーズ形状についてビーム径を使い分けて描画する方法を説明したが、平坦部としての平面部と平面部に溝を形成した形状に適用することも可能である。すなわち、平面部と溝部の境界に形成されるエッジ近傍を低電流、径小の電子ビームで描画し、エッジ近傍を除く平面部を高電流、径大の電子ビームで描画する。溝部は、溝幅に応じていずれかのビームで描画する。
【００９０】
［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。
【００９１】
上述の第１の実施の形態では、複数の電子ビームにより所望の形状に形成される回折格子などの精密加工を施す工程を開示したが、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射出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。
【００９２】
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１５（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５００を洗浄した後に乾燥を行う。
【００９３】
次いで、樹脂の基材５００の表面上の処理を行う（樹脂表面処理工程）。そして、具体的には、図１５（Ｂ）に示すように、基材５００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。
【００９４】
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）。そして、図１５（Ｃ）に示すように、基材５００の位置決めを行い、当該基材５００をＸ、Ｙ、Ｚ軸にて各々制御しつつ前記第１の実施の形態のように３次元の複数の電子ビームによりブレーズ状の回折格子構造を有する曲面部の描画を行う（描画工程）。
【００９５】
次に、基材５００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１５（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。
【００９６】
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）。
【００９７】
さらに、その後、ドライエッチングなどによりエッチング処理を行う。
【００９８】
この際、回折格子構造５０２のＤ部を拡大すると、傾斜部５０２ｂ及び側壁部５０２ａからなる複数のブレーズにて回折格子構造が形成されている。特に側壁部５０２ａの基端部のエッジはシャープに形成され、傾斜部５０２ｂは滑らかに形成されている。
【００９９】
次に、表面処理がなされた基材５００に対する金型５０４を作成するために、図１６（Ａ）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１６（Ｂ）に示すように、基材５００と金型５０４とを剥離する処理を行う。そして、剥離した金型５０４に対して、表面処理を行う（金型表面処理工程）。そして、金型５０４の評価を行う。
【０１００】
この際、金型５０４には、Ｂ部を拡大して示すと、前記基材５００のブレーズに対応するように、凹部５０５が形成される。
【０１０１】
このようにして、評価後、当該金型５０４を用いて、図１６（Ｃ）に示すように、射出成形により成形品を作成する。その後、当該成形品の評価を行う。
【０１０２】
この際、図１６（Ｃ）に示すように、最終成型基材である射出成型品５１０には、前記第１の実施の形態の基材同様の構成が完成され、曲面部上に複数のブレーズからなる回折格子構造５１１が形成される。そして、Ｃ部を拡大して示すと、回折格子の１つのピッチが側壁部５１２ｂ及び傾斜部５１２ａからなるブレーズが構成される。
【０１０３】
以上のように本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の基材として光学素子（例えばレンズ）を形成する場合に、３次元描画装置を用い曲面部上に回折格子を描画する際にあわせ、ブレーズの形状を「回折格子のピッチの区切り目位置に設けた側壁部と隣接する各傾斜部間に形成された傾斜部が形成され、さらに側壁部の基端部はシャープなエッジに傾斜部は滑らかに形成されるブレーズ」で描画し、当該光学素子を金型を用いて射出成形により製造できるため、製造にかかるコストダウンを図ることができる。
【０１０４】
なお、回折格子構造を持たない、射出成形で作成されるレンズの製造工程において基材を電子ビーム描画する際にも、前記第１の実施の形態の手法を適用できることは言うまでもない。
【０１０５】
なお、上述の各実施の形態では、一面に曲面部を有する基材の曲面部上に回折格子を形成する場合について説明したが、一面が平面の基材上に回折格子を形成する場合であってももちろんよい。
【０１０６】
当然のことながら、これら基材ないしは光学素子の形状に応じて金型の形状もそれに対応するよう変更する必要がある。また、金型等の製造工程は、第２の実施の形態において、第１の実施の形態の場合につき説明したが、他の実施の形態における基材を製造する金型等を製造する場合にも同様の手法で形成してよい。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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の例を開示したが、回折格子のない対物レンズ、回折格子ピッチ２０μのＤＶＤ―ＣＤ互換レンズ、回折格子ピッチ３μの高密度ブルーレーザー互換対物レンズなどに適用することも可能である。
【０１０９】
さらに、基材として光学素子を用いる場合に、当該基材を有する電子機器としては、ＤＶＤ、ＣＤ等の読取装置に限らず、多の種々の光学機器であってもよい。
【０１１０】
また、最終成型基材としては、一面にブレーズ状の回折格子を有していればよく、他方の面は、通常の平面、あるいは、偏光板機能、波長板機能、等を有する面を備えた光学素子として形成するかは任意である。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電子ビームで描画する際に描画する形状に応じ、ビーム径を使い分けることにより所望の形状を得ることが可能となる。
【０１１２】
また、エッジを描画するためのビーム径よりエッジ近傍を除く傾斜面や平面を描画する際のビーム径を大きくし更に電子ビームのプローブ電流を大きくすることによれば、所望の形状を得ると同時に描画時間の短縮が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基材の概略構成の一例を示す説明図である。
【図２】図１の基材の要部を詳細に示す説明図である。
【図３】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４】測定装置の原理を説明するための説明図である。
【図５】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６】測定装置の投光と受光との関係を示す説明図である。
【図７】信号出力と基材の高さとの関係を示す特性図である。
【図８】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９】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１０】電子ビーム描画装置において、所定のドーズ分布にて描画を行うためのドーズ量を制御する制御系の詳細を示す機能ブロック図である。
【図１１】プローブ電流、ビーム径及び走査ピッチの大小と形状特性の関係について示す説明図である。
【図１２】ブレーズ形状を形成するためのドーズ分布とビーム径の関係の１例を示す図である。
【図１３】同図（ａ）は、図１１Ｎｏ．８の条件で描画した場合の基材の断面形状を示し、同図（ｂ）は、図１１Ｎｏ．１の条件で描画した場合の基材の断面形状を示し、同図（ｃ）は、図１１Ｎｏ．１の条件と図１１Ｎｏ．８の条件を併用して描画した場合の基材の断面形状を示す図である。
【図１４】図１３（ａ）から（ｃ）の描画時間を比で示した図である。
【図１５】同図（Ａ）〜（Ｄ）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１６】同図（Ａ）〜（Ｃ）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。
【符号の説明】
１　電子ビーム描画装置
２　基材
２ａ　曲面部
３　ブレーズ
３ａ　側壁部
３ｂ　傾斜部
３ｃ　エッジ
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
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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam writing method, a method for manufacturing a mold for an optical element, a method for manufacturing an optical element, and an electron beam writing apparatus, and more particularly to an apparatus for writing by changing a beam diameter.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, CDs, DVDs, and the like have been widely used as information recording media, and many optical elements have been used in precision equipment such as a reading device that reads these recording media. Optical elements used in these devices, such as optical lenses, often use resin-made optical lenses rather than glass optical lenses from the viewpoint of cost reduction and miniaturization. Such a resin optical lens is manufactured by general injection molding, and a molding die for injection molding is also formed by general cutting.
[0003]
By the way, recently, specifications and performance itself required for an optical element have been improved.For example, when manufacturing an optical element having a diffractive structure or the like on an optical function surface, in order to injection-mold the optical element, It is necessary to form a surface for providing such a diffractive structure on the mold.
[0004]
In order to form a diffraction structure in such an optical element, attempts have been made to perform drawing using an electron beam drawing apparatus.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when drawing a diffractive structure using the above-described electron beam drawing apparatus, in order to obtain a desired shape, in particular, in order to obtain the shape of the blaze edge forming the diffractive structure, the probe current is set to a low current. In this case, writing is performed with a fine pitch using a small beam diameter. However, this is not practical because the writing time is prolonged and an error caused by an environmental change accompanying the writing is required.
[0006]
On the other hand, in order to shorten the drawing time, the probe current may be set to a high current and drawing may be performed. However, the probe current cannot be set to a high current due to the limit of the scanning speed of the electron beam. Further, in order to increase the probe current, it is sufficient to increase the scanning pitch. However, the dose distribution becomes coarse, and it is difficult to obtain a smooth shape. Therefore, if scanning is performed by further increasing the beam diameter, a smooth shape can be obtained, but the edge shape as described above cannot be obtained.
[0007]
That is, as described above, it is difficult to perform drawing while achieving both obtaining a desired shape and shortening the drawing time.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to obtain a desired shape by properly using a beam diameter according to a shape to be drawn, and to shorten a drawing time. An object of the present invention is to provide an electron beam writing method, a method for manufacturing a mold for an optical element, a method for manufacturing an optical element, and an electron beam writing apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an electron beam drawing method for drawing a substrate by scanning an electron beam to form a flat portion and an edge shape on the substrate. A method of drawing with a first electron beam having a first beam diameter according to the shape to be drawn, and a second step having a second beam diameter different from the first beam diameter. Drawing with an electron beam.
[0010]
Also, in the invention according to claim 2, the first beam diameter is smaller than the second beam diameter, and the first electron beam draws the edge and the vicinity of the edge, and the second electron beam The beam is characterized by drawing the flat portion excluding the edge and the vicinity of the edge.
[0011]
The invention according to claim 3 is characterized in that a scanning pitch at the time of writing with the first electron beam is smaller than a scanning pitch at the time of writing with the second electron beam.
[0012]
The probe current, which is the current of the electron beam at the scanning position on the substrate, may be a probe current of the first electron beam that is higher than the probe current of the second electron beam. Is small.
[0013]
The invention according to claim 5 is characterized in that the shape of the base material includes a curved surface portion.
[0014]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a mold for an optical element using the electron beam writing method according to any one of the first to fifth aspects. A step of developing the substrate irradiated with the electron beam, performing electroforming on the developed surface of the substrate, and forming a mold for molding.
[0015]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a mold for an optical element using the electron beam drawing method according to any one of the first to fifth aspects. The method further includes a step of developing the substrate irradiated with the electron beam, performing electroforming on the etched substrate, and forming a mold for molding.
[0016]
According to an eighth aspect of the present invention, an optical element is formed by using a mold formed by using the method of manufacturing a mold for an optical element according to the sixth or seventh aspect.
[0017]
Further, the invention according to claim 9 is an electron beam drawing apparatus for drawing the base material by scanning an electron beam to form a flat portion and the shape of an edge thereof on the base material, An electron beam irradiator that can irradiate either a first electron beam having a beam diameter of 1 or a second electron beam having a second beam diameter different from the first beam diameter. Features.
[0018]
Further, in the invention according to claim 10, the first beam diameter is smaller than the second beam diameter, and the first electron beam is irradiated at the time of drawing the edge and the vicinity of the edge. The image forming apparatus further includes control means for controlling the irradiation of the second electron beam when drawing the edge and the flat portion excluding the vicinity of the edge.
[0019]
Further, according to an eleventh aspect of the present invention, the control means controls the scanning by further setting a scanning pitch at the time of writing with the first electron beam smaller than a scanning pitch at the time of writing with the second electron beam. It is characterized by performing.
[0020]
In a twelfth aspect of the present invention, the control means may further include a probe current, which is a current of the electron beam at a scanning position on the base material, the probe current of the second electron beam being more than the first electron beam. It is characterized in that control for reducing the probe current of the beam is performed.
[0021]
The invention according to claim 13 is characterized in that the shape of the base material includes a curved surface portion.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0023]
[First Embodiment]
First, the feature of the present embodiment is that drawing is performed by using a plurality of beam diameters depending on the shape to be drawn.
[0024]
(About base material)
Hereinafter, first, a configuration of a base material to be drawn by an electron beam will be described with reference to FIGS. FIG. 1 discloses a drawing pattern drawn on a base material and a drawing shape of its details.
[0025]
As shown in the figure, a circle drawing is disclosed as an example of a drawing pattern drawn on the base material 2 of the present embodiment, and a portion A which is a part of a drawing portion of the base material 2 is enlarged. The substrate 2 has a diffraction grating structure composed of a plurality of blazes 3.
[0026]
The blaze 3 forms an inclined portion 3b which is a flat portion and a side wall portion 3a, and the side wall portion 3b is formed in a plurality of steps in a planar shape along the circumferential direction.
[0027]
More specifically, as shown in FIG. 2, the base material 2 has a curved surface portion 2a formed on at least one surface, and forms the diffraction grating at an interval of, for example, every pitch L1 by tilting the diffraction grating. In L1, a side wall 3a rising from the curved surface 2a at the break of the pitch, an inclined portion 3b formed between the adjacent side walls 3a, 3a, and a boundary between the side wall 3a and the inclined portion 3b. An edge 3c and an inward edge 3d are formed in the region.
[0028]
The inclined portion 3b forms an inclined surface having one end in contact with the base end of one of the side wall portions 3a and the other end in contact with the distal end of the other side wall portion 3a. An edge 3c is formed by the tip of the side wall 3a and the inclined portion 3b, and an inward edge 3d is formed by the base end of the side wall 3a and the inclined portion 3b. The diffraction grating structure is preferably formed by drawing and developing an application agent (resist) applied on the curved surface portion 2a as described later.
[0029]
Hereinafter, a specific configuration of an electron beam drawing apparatus which is a premise for forming such a base material will be described.
[0030]
(Overall configuration of electron beam writing system)
The overall schematic configuration of the electron beam writing apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the electron beam writing apparatus of the present example.
[0031]
As shown in FIG. 3, the electron beam writing apparatus 1 according to the present embodiment forms an electron beam probe for scanning the substrate 2 and scans the substrate 2 on which an image is to be drawn. An electron gun 12, which is an electron beam generating means for generating an electron beam for forming a probe and irradiating the target with a beam, a slit 14 for passing an electron beam from the electron gun 12, and an electron for passing through the slit 14. An electron lens 16 for controlling a focal position of the beam with respect to the substrate 2, an aperture 18 disposed on a path from which the electron beam is emitted, and a substrate 2 serving as a target by deflecting the electron beam. The "electron beam irradiation unit" of the present invention includes a deflector 20 for controlling the scanning position and the like, and a correction coil 22 for correcting deflection. These components are disposed in the lens barrel 10 and are kept in a vacuum state when emitting an electron beam.
[0032]
Further, the electron beam writing apparatus 1 includes an XYZ stage 30 serving as a mounting table for mounting the substrate 2 to be written, and a transport for transporting the substrate 2 to a mounting position on the XYZ stage 30. A loader 40 as a means, a measuring device 80 as a measuring means for measuring a reference point on the surface of the substrate 2 on the XYZ stage 30, and a stage driving means 50 as a driving means for driving the XYZ stage 30 A loader driving device 60 for driving the loader; a vacuum exhaust device 70 for evacuating the inside of the lens barrel 10 and the housing 11 including the XYZ stage 30 to a vacuum; and control means for controlling these components And a control circuit 100.
[0033]
The electronic lens 16 is controlled by generating a plurality of electronic lenses by the current values of the coils 17a, 17b, and 17c that are separately installed at a plurality of locations along the height direction. The focal position of the electron beam is controlled.
[0034]
The measuring device 80 is based on a first laser measuring device 82 for measuring the base material 2 by irradiating the base material 2 with a laser, and a laser beam emitted from the first laser measuring device 82. A first light receiving portion 84 that reflects the material 2 and receives the reflected light, a second laser length measuring device 86 that irradiates from an irradiation angle different from that of the first laser length measuring device 82, And a second light receiving unit 88 that receives the reflected light by reflecting the laser light emitted from the laser length measuring device 86 on the base material 2.
[0035]
The stage driving means 50 includes an X direction driving mechanism 52 for driving the XYZ stage 30 in the X direction, a Y direction driving mechanism 54 for driving the XYZ stage 30 in the Y direction, and a Z direction driving mechanism for driving the XYZ stage 30 in the Z direction. A mechanism 56 and a θ-direction drive mechanism 58 that drives the XYZ stage 30 in the θ direction are configured. In addition, an α-direction drive mechanism that can be driven to rotate in the α direction about the Y axis and a β-direction drive mechanism that can be driven to rotate in the β direction about the X axis are provided to pitch, yaw, You may comprise so that rolling is possible. Thereby, the XYZ stage 30 can be operated three-dimensionally and alignment can be performed.
[0036]
The control circuit 100 includes an electron gun power supply unit 102 for supplying power to the electron gun 12, an electron gun control unit 104 for adjusting and controlling current, voltage, and the like in the electron gun power supply unit 102, and an electron lens 16 (a plurality of , And a lens control unit 108 that adjusts and controls each current corresponding to each electronic lens in the lens power supply unit 106.
[0037]
The control circuit 100 further includes a coil control unit 110 for controlling the correction coil 22, a shaping deflecting unit 112 a for deflecting the shaping direction by the deflector 20, and a deflecting unit for performing drawing at a predetermined scanning pitch. A sub-deflector 112b for deflecting in the sub-scanning direction by the deflector 20, a main deflecting unit 112c for deflecting in the main-scanning direction by the deflector 20 so as to perform drawing at a predetermined scanning speed, and molding. A high-speed D / A converter 114a for converting and controlling a digital signal to an analog signal for controlling the deflecting unit 112a, and a high-speed D / A converter for converting and controlling a digital signal to an analog signal for controlling the sub-deflecting unit 112b 114b, and a high-precision D / A converter 114c that converts and controls a digital signal into an analog signal for controlling the main deflection unit 112c.
[0038]
Further, the control circuit 100 corrects a position error in the deflector 20, that is, supplies a position error correction signal or the like to each of the high-speed D / A converters 114a and 114b and the high-precision D / A converter 114c. A position error correction circuit 116 for prompting the position error correction or supplying the signal to the coil control unit 110 to correct the position error by the correction coil 22; a position error correction circuit 116; An electric field control circuit 118 as electric field control means for controlling the A converters 114a and 114b and the high-precision D / A converter 114c to control the electric field of the electron beam, and a drawing pattern and the like are generated on the base material 2. And a pattern generation circuit 120 for the purpose.
[0039]
Further, the control circuit 100 controls the first laser drive control circuit 130 for controlling the movement of the laser irradiation position by moving the first laser length measuring device 82 up, down, left and right and the laser irradiation angle. A second laser drive control circuit 132 for controlling the movement of the laser irradiation position by moving the second laser length measuring device 86 up, down, left and right and the laser irradiation angle, and the like; A first laser output control circuit 134 for adjusting and controlling the output of laser irradiation light from the laser length measuring device 82, and a second laser output control circuit 134 for adjusting and controlling the output of laser irradiation light from the second laser length measuring device 86. The second laser output control circuit 136, a first measurement calculation unit 140 for calculating a measurement result based on the light reception result of the first light receiving unit 84, and a light receiving result of the second light receiving unit 88. Can configured to include a second measuring calculation unit 142 for calculating the measurement results.
[0040]
Further, the control circuit 100 includes a stage control circuit 150 for controlling the stage driving means 50, a loader control circuit 152 for controlling the loader driving device 60, and the first and second laser driving circuits 130, 132,. A mechanism control circuit 154 for controlling the first and second laser output control circuits 134 and 136, the first and second measurement calculation sections 140 and 142, the stage control circuit 150, the loader control circuit 152, and the vacuum exhaust device 70 A vacuum evacuation control circuit 156 for controlling vacuum evacuation, a measurement information input unit 158 for inputting measurement information, a memory 160 as storage means for storing the input information and other plural pieces of information, A program memory 162 storing a control program for performing control, a control system 300 (to be described in detail later), which will be described later, and control of these units. The charge, for example, is configured to include a control unit 170 formed by such CPU, and.
[0041]
In the electron beam writing apparatus 1 of the present embodiment, the so-called “operation system” or “operation means” including the measurement information input unit 158 and the like includes selection of an analog scan method or a digital scan method, and a plurality of basic shapes. Needless to say, basic operations such as selection of various commands such as selection of each drawing pattern can be performed.
[0042]
In the electron beam lithography apparatus 1 having the above-described configuration, when the substrate 2 transported by the loader 40 is placed on the XYZ stage 30, the air in the lens barrel 10 and the housing 11 is evacuated by the vacuum exhaust device 70. After exhausting dust and dust, the electron gun 12 emits an electron beam.
[0043]
The electron beam emitted from the electron gun 12 is deflected by the deflector 20 through the electron lens 16 and is deflected by the electron beam B (hereinafter, only the deflection-controlled electron beam after passing through the electron lens 16 is referred to as “ The electron beam B is sometimes referred to as “electron beam B”), and the drawing is performed by irradiating a drawing position on the surface of the substrate 2 on the XYZ stage 30, for example, a curved portion (curved surface) 2a.
[0044]
At this time, the drawing position (at least the height position of the drawing position) on the base material 2 or the position of a reference point as described later is measured by the measuring device 80, and the control circuit 100 determines the position based on the measurement result. By adjusting and controlling each current value flowing through the coils 17a, 17b, 17c and the like of the electron lens 16, the position of the depth of focus of the electron beam B, that is, the focus position is controlled so that the focus position becomes the drawing position. Is controlled.
[0045]
Alternatively, based on the measurement result, the control circuit 100 controls the stage driving unit 50 to move the XYZ stage 30 so that the focal position of the electron beam B becomes the drawing position.
[0046]
In this example, control may be performed by either one of the control of the electron beam and the control of the XYZ stage 30, or the control may be performed by using both.
[0047]
(measuring device)
Next, the measuring device 80 will be described with reference to FIG. More specifically, as shown in FIG. 4, the measuring device 80 includes a first laser length measuring device 82, a first light receiving unit 84, a second laser length measuring device 86, a second light receiving unit 88, and the like. Have.
[0048]
While changing the position of the base material 2 in the Z direction, the first laser length measuring device 82 irradiates the base material 2 with the first light beam S1 from a direction intersecting the electron beam and transmits the base material 2 The first light intensity distribution is detected by receiving the first light beam S1.
[0049]
At this time, as shown in FIG. 4, since the first light beam S1 is reflected by the bottom 2c of the base 2, the first light beam S1 is reflected on the flat portion 2b of the base 2 based on the first intensity distribution. The height) position is measured and calculated. However, in this case, the (height) position on the curved surface portion 2a of the substrate 2 cannot be measured.
[0050]
Therefore, a second laser length measuring device 86 is further provided. That is, while changing the position of the substrate 2 in the Z direction, the second laser length measuring device 86 applies the second laser beam to the substrate 2 from a direction substantially orthogonal to the electron beam different from the first light beam S1. The second light intensity distribution is detected by irradiating the light beam S2 and receiving the second light beam S2 transmitted through the base material 2 via the pinhole 84 included in the second light receiving unit 88. You.
[0051]
In this case, as shown in FIGS. 5A to 5C, the second light beam S2 passes through the curved surface portion 2a, so that the base material 2 is flattened based on the second intensity distribution. The (height) position on the curved surface portion 2a protruding from the portion 2b can be measured and calculated.
[0052]
Specifically, when the second light beam S2 passes through a specific height at a certain position (x, y) on the curved surface portion 2a in the XY reference coordinate system, at this position (x, y), FIG. As shown in (A) to (C), when the second light beam S2 hits the curved surface of the curved surface portion 2a, scattered light SS1 and SS2 are generated, and the light intensity of the scattered light is weakened. In this way, as shown in FIG. 6, the position is measured and calculated based on the second light intensity distribution detected by the second light receiving unit 88.
[0053]
In this calculation, as shown in FIG. 6, the signal output Op of the second light receiving unit 88 has a correlation between the signal output Op and the height of the base material as shown in the characteristic diagram of FIG. Therefore, by storing a correlation table indicating the characteristic, that is, the correlation in advance in the memory 160 of the control circuit 100 or the like, the height position of the base material is determined based on the signal output Op from the second light receiving unit 88. Can be calculated.
[0054]
Then, using the height position of the base material as, for example, a drawing position, the focal position of the electron beam is adjusted, and drawing is performed.
[0055]
(Overview of the principle of drawing position calculation)
Next, an outline of the principle of calculating a writing position when writing is performed in the electron beam writing apparatus 1 will be described.
[0056]
First, as shown in FIGS. 8A and 8B, the base material 2 is preferably formed of an optical element such as a resin, for example, an optical lens, and a flat portion 2b having a substantially flat cross section. And a curved surface portion 2a having a curved surface protruding from the flat portion 2b. The curved surface of the curved surface portion 2a is not limited to a spherical surface, and may be a free curved surface having a change in any other height direction such as an aspheric surface.
[0057]
In such a base material 2, before mounting the base material 2 on the XYZ stage 30, a plurality of, for example, three reference points P 00, P 01, and P 02 on the base material 2 are determined and the positions thereof are measured. (First measurement). Thus, for example, the X axis is defined by the reference points P00 and P01, and the Y axis is defined by the reference points P00 and P02, and the first reference coordinate system in the three-dimensional coordinate system is calculated. Here, the height position in the first reference coordinate system is set to Ho (x, y) (first height position). Thereby, the thickness distribution of the substrate 2 can be calculated.
[0058]
On the other hand, the same processing is performed after the substrate 2 is placed on the XYZ stage 30. That is, as shown in FIG. 8A, a plurality of, for example, three reference points P10, P11, P12 on the base material 2 are determined and their positions are measured (second measurement). Thus, for example, the X axis is defined by the reference points P10 and P11, and the Y axis is defined by the reference points P10 and P12, and the second reference coordinate system in the three-dimensional coordinate system is calculated.
[0059]
Further, a coordinate conversion matrix or the like for converting the first reference coordinate system to the second reference coordinate system is calculated based on these reference points P00, P01, P02, P10, P11, and P12, and this coordinate conversion matrix is calculated. The height position Hp (x, y) (second height position) corresponding to the Ho (x, y) in the second reference coordinate system is calculated using this position, and this position is calculated as the optimum focus position, That is, the drawing position is a position where the focal position of the electron beam should be adjusted. Thereby, the above-described correction of the thickness distribution of the base material 2 can be performed.
[0060]
Note that the above-described second measurement can be performed using the measuring device 80 as the first measuring means of the electron beam writing apparatus 1.
[0061]
The first measurement needs to be measured in another place in advance using another measurement device. As such a measuring device for measuring a reference point before placing the base material 2 on the XYZ stage 30, a measuring device 200 (second measuring device) having exactly the same configuration as the measuring device 80 described above is used. Means) can be adopted.
[0062]
In this case, the measurement result from the measurement device is input, for example, at the measurement information input unit 158 shown in FIG. 3, or is transferred through a network (not shown) connected to the control circuit 100, and is stored in the memory 160 or the like. Will be stored. Of course, there may be cases where this measuring device is not required.
[0063]
As described above, the drawing position is calculated, and the focal position of the electron beam is controlled to perform the drawing.
[0064]
Specifically, as shown in FIG. 8C, the focal position of the focal depth FZ (beam waist BW) of the electron beam is drawn in one field (m = 1) of the unit space in the three-dimensional reference coordinate system. The position is adjusted and controlled. (As described above, this control is performed by adjusting one or both of the current value by the electronic lens 16 and the drive control of the XYZ stage 30.) In this example, the height of one field is adjusted. The field is set so as to be longer than the depth of focus FZ, but the field is not limited to this. Here, as shown in FIG. 9, the depth of focus FZ indicates the height of the effective range of the beam waist BW of the electron beam B emitted through the electron lens 16. In the case of the electron beam B, as shown in FIG. 9, assuming that the width D of the electron lens 16 and the depth f from the electron lens 16 to the beam waist (where the beam diameter is the narrowest) BW, D / f is The resolution is about 0.01, for example, about 50 nm, and the depth of focus is, for example, about several tens of μ.
[0065]
Then, as shown in FIG. 8 (C), for example, by sequentially scanning in the X direction while shifting in the Y direction in one field, drawing in one field is performed. Further, if there is an area in which no image is drawn in one field, the area is moved in the Z direction while controlling the above-described focal position, and the same scanning process is performed.
[0066]
Next, after the drawing in one field is performed, in the other fields, for example, the field of m = 2 and the field of m = 3, the drawing processing is performed in real time while measuring and calculating the drawing position as described above. Will be performed. In this manner, when all the drawing is completed for the drawing area to be drawn, the drawing process on the surface of the base material 2 ends.
[0067]
In this example, this drawing area is a drawing layer, and a portion corresponding to the curved surface of the curved surface portion 2a in the drawing layer is a drawing surface.
[0068]
Further, a processing program for performing processing such as the various arithmetic processing, measurement processing, and control processing as described above is stored in the program memory 162 as a control program in advance.
[0069]
(Control system)
FIG. 10 discloses a functional block diagram of a control system of an electron beam writing apparatus having a characteristic configuration of the present embodiment.
[0070]
As shown in FIG. 10, the memory 160 of the electron beam writing apparatus 1 has a shape storage table 161, and the shape storage table 161 is used, for example, when forming a diffraction grating on the curved surface portion 2 a of the base material 2. It has dose distribution information 161a relating to the characteristics of the dose distribution in which the dose distribution with respect to the scanning position is defined in advance.
[0071]
Further, the memory 160 stores beam diameter information 161b defining the relationship between the position of the inclined portion 3b scanned by the electron beam with respect to the side wall 3a and the beam diameter, other information 161c, and the like.
[0072]
Further, the program memory 162 has a processing program 163a for performing these processes, another processing program 163c, and the like. Note that the storage 160 can be configured by the memory 160 of the present embodiment, and the control unit can be configured by the program memory 162 and the controller 170 of the present embodiment.
[0073]
At this time, the control unit calculates the dose based on the characteristics of the predetermined dose distribution, and performs drawing based on the probe current, the scanning pitch, and the beam diameter set based on the dose. To control.
[0074]
The control system further includes setting means 181 for setting the dose distribution, the relationship between the position of the inclined portion 3b with respect to the side wall 3a and the beam diameter, the probe current for scanning, the scanning pitch, the beam diameter, and the like. For example, a display unit 182 capable of displaying dose information or the like for each line may be provided.
[0075]
(Drawing method)
With the above-described configuration, when performing drawing, a probe current, a beam diameter, a scanning pitch, and a scanning speed are changed to perform drawing with an appropriate dose, and the drawn base material is developed to a desired level. It is possible to obtain a shape. The probe current is the current of the electron beam in the electron beam probe formed on the substrate 2 by the electron beam scanning the substrate 2, and the beam diameter is the diameter of the electron beam probe.
[0076]
First, the probe current can be changed by the electron gun control unit 104 described above.
[0077]
Further, the beam diameter can be changed based on the beam diameter information 161b as described below. For example, a structure in which the size of the opening of the aperture 18 can be changed, for example, a diaphragm is provided, and the size of the opening can be changed to obtain a narrow beam diameter or a large beam diameter.
[0078]
The electron gun 12 and the electron lens 16 can be controlled by the electron gun control unit 104 and the lens control unit 108 to change the beam diameter.
[0079]
Further, by controlling the electron lens 16 and changing the focal position of the electron beam, the focal position of the focal depth FZ (beam waist BW) of the electron beam can be shifted from the drawing position to increase the beam diameter at the scanning position. It is.
[0080]
It is also possible to combine these beam diameter changing methods. Further, the method of changing the beam diameter is not particularly limited in the present embodiment.
[0081]
The scanning pitch and the scanning speed are determined from the dose amount and the probe current. The scanning pitch can be changed by controlling the deflector 20 by the sub-deflecting unit 112b. The deflector 20 can be controlled and changed by 112b.
[0082]
Here, the relationship between the probe current, the beam diameter, and the magnitude of the scanning pitch, the writing time, and the shape characteristics will be described with reference to FIG. In order to shorten the drawing time from FIG. That is, the probe current is set to a high current as in 1 to 4. However, since the scanning speed is controlled by the deflector 20 as described above, the scanning speed may be reduced depending on the processing speed of the high-precision D / A converter 114c that controls the main deflecting unit 112c for deflecting in the scanning direction. There are cases where high speed cannot be achieved (Nos. 2 and 4). In that case, the probe current cannot be increased and the drawing time cannot be reduced. In such a case, the scanning pitch is increased. Correspondingly (No. 3), when the beam diameter is small, the given dose amount becomes coarse and dense, and the surface obtained by development becomes rough. Therefore, in order to increase the probe current to shorten the writing time, the beam diameter is increased and the scanning pitch is increased (No. 1).
[0083]
In order to perform drawing so as to obtain an edge shape, the No. 1 in FIG. As in 4 and 8, the beam diameter is reduced, and the scanning pitch is reduced. However, no. In the case of No. 4, which is difficult to realize due to the limitation of the scanning speed as described above, the probe current is reduced (No. 8).
[0084]
As is apparent from the above description, an example of the relationship between the dose distribution and the beam diameter for performing high-speed drawing when forming a shape having a flat portion and an edge, for example, the blaze shape in FIG. FIG. When the inclined portion 3b is not shown in FIG. No. 1 is drawn with the second electron beam of the present invention having a high current, a large diameter (second beam diameter) and a large pitch, and the vicinity of the edge 3c in FIG. 8 is drawn with the first electron beam of the present invention having a low current, a small diameter (first beam diameter), and a small pitch. However, if the scanning speed is sufficient, FIG. 4 may be drawn with a high current, a small diameter, and a small pitch. That is, if the size of the beam diameter is used, the probe current and the scanning pitch are changed to draw the inclined portion 3b at a high speed, and the edge 3c is drawn in a desired shape to obtain a substrate having a desired shape after development. Can be.
[0085]
Here, FIGS. 13A to 13C show FIGS. 8, No. 11 in FIG. 1 and FIG. 1 and FIG. 8 shows an example of a cross-sectional shape of a developed substrate measured by a scanning probe microscope when a blazed shape is drawn under each of the conditions in which No. 8 is used together. FIG. 14 shows the drawing time when drawing under each condition. The drawing time when the drawing was performed under the condition of 8 was set as 100.
[0086]
Specifically, the probe current, beam diameter, and scanning pitch for each condition are as follows:
No. 8: probe current P [nA], beam diameter 60 [nm], scanning pitch 20 [nm],
No. 1: Probe current 3P [nA], beam diameter 100 [nm], scanning pitch 60 [nm].
[0087]
FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating a cross-sectional shape of a substrate after development drawn under the condition of No. 8; According to FIG. When drawing is performed under the condition of 8, a desired shape can be obtained. FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional shape of a substrate after development drawn under condition 1. According to FIG. When drawing is performed under the condition 1, the desired shape cannot be obtained near the edge 3c. Also, (c) shows No. 3 in the vicinity of the edge 3c. No. 8 and the inclined portion 3b excluding the vicinity of the edge 3C is no. FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional shape of a substrate after development drawn under condition 1. According to FIG. 1 and No. In the case where drawing is performed in combination with the condition of No. 8, a desired shape can be obtained. Further, according to FIG. No. 8 is less than half of the case of drawing under the condition of No. 8; This is close to the case where drawing is performed under condition 1. Therefore, No. 1 and No. It is apparent that the drawing time can be shortened and a desired shape can be obtained by drawing in combination with the condition of No. 8.
[0088]
However, the beam diameter, the position where the beam diameter is properly used, the probe current, and the pitch between the beams are determined based on the material used for the resist layer and the optical performance of the obtained shape, and the beam diameter information 161b. It is desirable to define Further, the beam diameter is not limited to two as described above, and two or more beam diameters may be used. For example, a plurality of types of beam diameters may be selectively used depending on an edge shape or an optical performance required for a slope portion. It is possible.
[0089]
Further, in the above description, a method of drawing by using the beam diameter for the blazed shape composed of the side wall portion 3a and the inclined portion 3b has been described. Is also possible. That is, the vicinity of the edge formed at the boundary between the plane portion and the groove portion is drawn with a low-current, small-diameter electron beam, and the plane portion excluding the vicinity of the edge is drawn with a high-current, large-diameter electron beam. The groove is drawn with one of the beams according to the groove width.
[0090]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the following, description of substantially the same configuration of the first embodiment will be omitted, and only different portions will be described.
[0091]
In the above-described first embodiment, the step of performing precision processing such as a diffraction grating formed into a desired shape by a plurality of electron beams is disclosed. However, in the present embodiment, the steps of the entire process including the above steps are described. In particular, a process for manufacturing a mold or the like for manufacturing an optical lens such as an optical element by injection molding will be described.
[0092]
First, an aspheric surface of a mold (electroless nickel or the like) is processed by machining (processing step). Next, as shown in FIG. 15A, resin molding of the base material 200 having the hemispherical surface is performed using a mold (resin molding step). Further, drying is performed after the substrate 500 is washed.
[0093]
Next, processing on the surface of the resin base material 500 is performed (resin surface treatment step). Then, specifically, as shown in FIG. 15B, the substrate 500 is positioned, and the spinner is rotated while dropping the resist L to perform spin coating. In addition, pre-paking is also performed.
[0094]
After the spin coating, the thickness of the resist film is measured to evaluate the resist film (resist film evaluation step). Then, as shown in FIG. 15C, the base material 500 is positioned, and the base material 500 is controlled in the X, Y, and Z axes while being three-dimensionally controlled as in the first embodiment. A curved portion having a blazed diffraction grating structure is drawn by a plurality of electron beams (drawing step).
[0095]
Next, the surface of the resist film L on the substrate 500 is smoothed (surface smoothing step). Further, as shown in FIG. 15D, a developing process is performed while the positioning of the base material 200 is performed (developing step). Furthermore, a surface hardening treatment is performed.
[0096]
Next, a step of evaluating the resist shape by SEM observation or a film thickness measuring device is performed (resist shape evaluation step).
[0097]
Thereafter, an etching process is performed by dry etching or the like.
[0098]
At this time, when the D portion of the diffraction grating structure 502 is enlarged, the diffraction grating structure is formed by a plurality of blazes including the inclined portions 502b and the side wall portions 502a. Particularly, the edge of the base end portion of the side wall portion 502a is formed sharply, and the inclined portion 502b is formed smoothly.
[0099]
Next, as shown in FIG. 16A, in order to form a mold 504 for the surface-treated base material 500, as shown in FIG. As shown in FIG. 16 (B), a process of separating the substrate 500 and the mold 504 is performed. Then, a surface treatment is performed on the separated mold 504 (a mold surface treatment step). Then, the mold 504 is evaluated.
[0100]
At this time, a concave portion 505 is formed in the mold 504 so as to correspond to the blaze of the base material 500 when the portion B is enlarged.
[0101]
In this way, after the evaluation, a molded article is formed by injection molding using the mold 504 as shown in FIG. Thereafter, the molded article is evaluated.
[0102]
At this time, as shown in FIG. 16 (C), an injection-molded product 510, which is a final molded substrate, has the same configuration as the substrate of the first embodiment, and a plurality of blazes are formed on the curved surface. Is formed. When the portion C is shown in an enlarged manner, a blaze in which one pitch of the diffraction grating is composed of the side wall portion 512b and the inclined portion 512a is formed.
[0103]
As described above, according to this embodiment, when forming an optical element (for example, a lens) as the base material of the first embodiment, a diffraction grating is drawn on a curved surface using a three-dimensional drawing device. At the same time, the shape of the blaze is changed to “a slope formed between the side wall provided at the break position of the pitch of the diffraction grating and each adjacent slope, and the base end of the side wall has a sharp edge. In this case, the optical element can be manufactured by injection molding using a metal mold, and the manufacturing cost can be reduced.
[0104]
Needless to say, the method of the first embodiment can also be applied to electron beam drawing of a substrate in a manufacturing process of a lens having no diffraction grating structure and formed by injection molding.
[0105]
In each of the above embodiments, the case where the diffraction grating is formed on the curved surface portion of the base material having the curved surface portion on one surface has been described. However, the case where the diffraction grating is formed on the flat surface of the base material is described. Of course you can.
[0106]
Naturally, it is necessary to change the shape of the mold according to the shape of the substrate or the optical element so as to correspond to the shape. Further, the manufacturing process of the mold and the like has been described in the second embodiment with respect to the case of the first embodiment. However, when manufacturing the mold and the like for manufacturing the base material in other embodiments, May be formed in a similar manner.
[0107]
Furthermore, in the above-described embodiment, a case has been described in which the base of an optical element such as an optical lens is directly drawn. In this case, the above-described principle, processing procedure, and processing method may be used.
[0108]
Also, examples of a pickup lens used for a DVD, a CD, and the like are disclosed as the base material. It is also possible to apply to a compatible objective lens or the like.
[0109]
Further, when an optical element is used as the base material, the electronic device having the base material is not limited to a reader such as a DVD or a CD, but may be various other optical devices.
[0110]
Further, as the final molding base material, it is sufficient that one surface has a blazed diffraction grating, and the other surface has a normal plane, or a surface having a polarizing plate function, a wavelength plate function, and the like. Whether it is formed as an optical element is optional.
[0111]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a desired shape can be obtained by properly using a beam diameter according to a shape to be drawn when drawing with an electron beam.
[0112]
In addition, by increasing the beam diameter when drawing an inclined surface or plane other than near the edge than the beam diameter for drawing the edge and further increasing the probe current of the electron beam, it is possible to obtain a desired shape at the same time. Drawing time can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a schematic configuration of a base material of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a main part of the base material of FIG. 1 in detail.
FIG. 3 is an explanatory view showing a schematic configuration of the entire electron beam writing apparatus of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the principle of the measuring device.
FIGS. 5A to 5C are explanatory diagrams for explaining a method of measuring the surface height of a base material.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between light emission and light reception of the measuring device.
FIG. 7 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a signal output and a height of a base material.
FIGS. 8A and 8B are explanatory views showing a substrate to be drawn by the electron beam drawing apparatus of FIG. 3, and FIG. 8C is a view for explaining the drawing principle; FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a beam waist in the electron beam writing apparatus.
FIG. 10 is a functional block diagram showing details of a control system for controlling a dose for performing writing with a predetermined dose distribution in the electron beam writing apparatus.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a relationship between a probe current, a beam diameter, and a scanning pitch and a shape characteristic.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a relationship between a dose distribution and a beam diameter for forming a blaze shape.
FIG. 13 (a) is a diagram corresponding to FIG. 8 shows the cross-sectional shape of the base material when drawn under the conditions of No. 8, and FIG. FIG. 11C shows the cross-sectional shape of the base material when drawing was performed under the conditions of No. 1; 1 and FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating a cross-sectional shape of a base material when drawing is performed in combination with the condition No. 8.
FIG. 14 is a diagram showing the drawing times of FIGS. 13A to 13C in a ratio.
FIGS. 15A to 15D are explanatory views for explaining an overall processing procedure when a molding die is formed using a base material.
FIGS. 16A to 16C are explanatory views for explaining an overall processing procedure when a molding die is formed using a base material.
[Explanation of symbols]
1. Electron beam writing system
2 Base material
2a Curved surface
3 Blaze
3a Side wall
3b Inclined part
3c edge
10 lens barrel
12 electron gun
14 slit
16 Electronic lens
18 Aperture
20 Deflector
22 Correction coil
30 XYZ stage
40 loader
50 Stage driving means
60 Loader drive
70 Evacuation device
80 Measuring device
82 First Laser Detector
84 First light receiving unit
86 Second laser measuring instrument
88 second light receiving unit
100 control circuit
110 Coil control unit
112a Molding deflection unit
112b Sub deflection unit
112c main deflection unit
116 Position error correction circuit
118 Electric field control circuit
120 pattern generator
130 First laser drive control circuit
132 Second laser drive control circuit
134 First Laser Power Control Circuit
136 second laser output control circuit
140 first measurement calculation unit
142 second measurement calculation unit
150 Stage control circuit
152 Loader control circuit
154 Mechanism control circuit
156 Evacuation control circuit
158 Measurement information input section
160 memory
162 program memory
170 control unit
300 control system

Claims

An electron beam drawing method for drawing the base material by scanning an electron beam to form a flat portion and the shape of the edge thereof on the base material,
According to the shape to be drawn,
Writing with a first electron beam having a first beam diameter;
Drawing by a second electron beam having a second beam diameter different from the first beam diameter.

The first beam diameter is smaller than the second beam diameter,
The first electron beam draws the edge and the vicinity of the edge,
The electron beam writing method according to claim 1, wherein the second electron beam writes the flat portion excluding the edge and the vicinity of the edge.

3. The electron beam writing method according to claim 2, wherein a scanning pitch at the time of writing with the first electron beam is smaller than a scanning pitch at the time of writing with the second electron beam.

4. The probe current, which is a current of the electron beam at a scanning position on the base material, wherein the probe current of the first electron beam is smaller than the probe current of the second electron beam. The electron beam writing method according to the above.

The electron beam writing method according to claim 1, wherein the shape of the base includes a curved surface portion.

A method for manufacturing a mold for an optical element using the electron beam writing method according to any one of claims 1 to 5, wherein
Developing a substrate irradiated with the electron beam, performing electroforming on the developed surface of the substrate, and forming a molding die. .

A method for manufacturing a mold for an optical element using the electron beam writing method according to any one of claims 1 to 5, wherein
A method of manufacturing a mold for an optical element, comprising: developing a substrate irradiated with the electron beam, performing electroforming on the etched substrate, and forming a mold for molding.

A method for manufacturing an optical element, comprising: forming an optical element using a mold formed by using the method for manufacturing a mold for an optical element according to claim 6.

In order to form a flat portion and the shape of the edge thereof to the base material, an electron beam writing apparatus that draws the base material by scanning an electron beam,
An electron beam irradiator capable of irradiating either a first electron beam having a first beam diameter or a second electron beam having a second beam diameter different from the first beam diameter An electron beam drawing apparatus characterized by the above-mentioned.

The first beam diameter is smaller than the second beam diameter,
Control is performed to irradiate the first electron beam when drawing the edge and the vicinity of the edge, and to irradiate the second electron beam when drawing the flat portion excluding the edge and the vicinity of the edge. 10. The electron beam writing apparatus according to claim 9, further comprising control means for performing the operation.

11. The electron beam according to claim 10, wherein said control means further performs scanning by setting a scanning pitch at the time of writing with said first electron beam smaller than a scanning pitch at the time of writing with said second electron beam. Drawing device.

The control unit may further perform control to make a probe current, which is a current of the electron beam, at a scanning position on the base material smaller than the probe current of the second electron beam, the probe current of the first electron beam. The electron beam lithography apparatus according to claim 10 or 11, which performs the operation.

The electron beam writing apparatus according to claim 9, wherein the shape of the base includes a curved surface portion.