JP2006072024A - 電子ビーム用露光マスク、電子ビーム露光装置、及び電子ビーム露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 曲線の近似パターンを短時間に精度良く露光することができる電子ビーム用露光マスク、電子ビーム露光装置、及び電子ビーム露光方法を提供すること。
【解決手段】 断面が矩形状の電子ビームEBを生成する電子ビーム生成部１３０と、向きが異なる複数のスリットS_iを備えた露光マスク１１０と、電子ビームEBを露光マスク１１０上で偏向するマスク偏向部１４０と、電子ビームEBを偏向して基板W上に投影する基板偏向部１５０と、マスク偏向部１４０と基板偏向部１５０における偏向量を制御する制御部２００とを有し、制御部２００の制御下において、電子ビームEBを複数のスリットS_iに個別に偏向し、該スリットS_iのそれぞれを透過した電子ビームEBの投影像を基板W上で繋ぐことにより、該基板W上に曲線の近似パターンを露光することを特徴とする電子ビーム露光装置による。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子ビーム用露光マスク、電子ビーム露光装置、及び電子ビーム露光方法に関する。

磁気デバイスや光学素子の製造工程では、リソグラフィ工程においてレジストパターンを作製し、そのレジストパターンをマスクにして様々なデバイスパターンを作製する。そのリソグラフィ工程で使用される露光装置は、ステッパ等の光学的な露光装置と、露光パターンを電子ビームで描画する電子ビーム露光装置とに大別される。このうち、電子ビーム露光装置は、数十nmという細い線幅のパターンを露光することがでできると共に、ステッパ等で必要とされる高価なレチクルが不要なので、露光データを適当に設定することで様々なパターンを低コストで描画できるという利点がある。

その電子ビーム露光装置には様々なタイプのものがあり、ポイントビーム露光装置、可変矩形露光装置、及び部分一括露光装置等がある。

このうち、ポイントビーム露光装置には、特許文献１に開示されるような、装置に対して電子ビームの位置を固定しつつ、回転ステージや直動ステージによって基板を動かし、その基板上に電子ビームを描画するものがある。

また、可変矩形露光装置は、辺の向きが一定で大きさが異なる矩形状の電子ビームを生成し、その矩形を基板上で接続することにより露光パターンを得るものであって、一辺の長さが数十nm〜数μm程度の矩形を得ることができ、直線や矩形の露光パターンを生成するのに有効である。

一方、部分一括露光装置は、特許文献２に開示されるように、露光パターンの基本要素をなす百個〜数百個の透過パターンをステンシルマスク（露光マスク）に有し、各透過パターンを電子ビーム偏向により選択することで、これらのパターンを基板上で連続的に繋いで露光パターンを得るものである。この部分一括露光装置は、ブロック露光装置やセル露光装置とも呼ばれ、DRAMやSRAMのメモリーセル領域や、SoC(System on Chip)デバイスのメモリー領域のように繰り返しパターンの多い領域を、他の電子ビーム露光装置よりも効率的に露光することができる。
特開２００４−１８５７８６号公報 特開２００４−８８０７１号公報

ところで、電子ビーム露光装置の描画対象としては、半導体装置の他に、ステッパで使用されるレチクル、磁気ヘッドデバイス、ハードディスク等の情報記憶媒体のマスターディスク、光導波路等の光学素子等がある。

このうち、情報記憶媒体のマスターディスクや光学素子では、巨視的には円弧（又は円）、渦巻き、或いはその一部からなる曲線パターンを作製しなければならない場合がある。

ところが、上記のポイントビーム露光装置では、回転ステージの回転角を高精度に制御するのが困難なので、曲線状の露光パターンを精度良く得るのが難しい。しかも、ポイントビーム露光装置は、電子ビームを回転している基板上で点状に集中させるため、一度の電子ビーム照射（いわゆる１フラッシュ）では基板の一点のみだけが露光するだけであり、基板の全領域に広い面積のパターンや線状のパターンを露光するのに長時間を要し、スループットが極めて悪い。

一方、可変矩形露光装置は、生成される矩形の辺の向きが一定であるため、斜線や曲線を露光しようとすると、縦横が共に小さな微小ビームや、一辺の長さが短い短冊ビームのような小さなサイズのビームしか使えず、効率的でない。更に、発生できる矩形のサイズは最小でも数十nm程度なので、幅が数十nm以下の斜線や曲線を矩形で近似して露光しようとすると、矩形の角によって滑らかなパターンにはならないという不都合がある。

本発明の目的は、曲線の近似パターンを短時間に精度良く露光することができる電子ビーム用露光マスク、電子ビーム露光装置、及び電子ビーム露光方法を提供することにある。

本発明の一観点によれば、向きが異なる複数のスリットを備えたことを特徴とする電子ビーム用露光マスクが提供される。

本発明の別の観点によれば、断面が矩形状の電子ビームを生成する電子ビーム生成部と、
向きが異なる複数のスリットを備えた露光マスクと、前記電子ビームを前記露光マスク上で偏向するマスク偏向部と、前記露光マスクを通過した前記電子ビームを偏向して基板上に投影する基板偏向部と、前記マスク偏向部と前記基板偏向部における偏向量を制御する制御部とを有し、前記制御部の制御下において、前記電子ビームを前記複数のスリットに個別に偏向し、該スリットのそれぞれを透過した前記電子ビームの投影像を前記基板上で繋ぐことにより、該基板上に曲線の近似パターンを露光する電子ビーム露光装置が提供される。

本発明の他の観点によれば、断面が矩形状の電子ビームを生成するステップと、露光マスクに設けられた向きが異なる複数のスリットに個別に前記電子ビームを偏向するステップと、前記複数のスリットのそれぞれを透過した前記荷電粒子の投影像を基板上で繋ぐことにより、前記基板上に曲線の近似パターンを露光するステップと、を有する電子ビーム露光方法が提供される。

次に、本発明の作用について説明する。

本発明では、向きが異なる複数のスリットに個別に電子ビームを偏向し、該スリットのそれぞれを透過した電子ビームの投影像を基板上で繋ぐことにより、基板上に曲線の近似パターンを露光する。

これによれば、ポイントビーム露光装置のように露光中にウエハステージを移動させる必要が無いので、ポイントビーム露光装置と比較して曲線の近似パターンを精度良く露光することができる。

更に、スリットを透過した電子ビームの断面形状が、スリットに対応した線分となり、ポイントビーム露光装置のような点状の電子ビームと比較してより多くの面積を露光することができるため、ポイントビーム露光装置よりも短時間に効果的に露光パターンを描画することができる。

本発明によれば、向きが異なる複数のスリットに個別に電子ビームを偏向し、その電子ビームの投影像を基板上で繋いで基板上に曲線の近似パターンを露光するので、ポイントビーム露光装置や可変矩形露光装置と比較して、曲線の近似パターンを短時間に精度良く得ることができる。

（１）第１実施形態
図１は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置の構成図である。

この電子ビーム露光装置は、電子光学系コラム１００と、電子光学系コラム１００の各部を制御する制御部２００とに大別される。このうち、電子光学系コラム１００は、電子ビーム生成部１３０、マスク偏向部１４０、及び基板偏向部１５０によって構成され、その内部が減圧される。

このうち、電子ビーム生成部１３０では、電子銃１０１から生成した電子ビームEBが第１電磁レンズ１０２で収束作用を受けた後、ビーム整形用マスク１０３の矩形アパーチャ１０３ａを透過し、電子ビームEBの断面が矩形に整形される。

その後、電子ビームEBは、マスク偏向部１４０の第２電磁レンズ１０５によって露光マスク１１０上に結像される。そして、電子ビームEBは、第１、第２静電偏向器１０４、１０６により、露光マスク１１０に形成された特定のスリットS_iに偏向され、その断面形状がスリットS_iの形状に整形される。

なお、露光マスク１１０はマスクステージ１２３に固定されるが、そのマスクステージ１２３は水平面内において移動可能であって、第１、第２静電偏向器１０４、１０６の偏向範囲（ビーム偏向領域）を超える部分にあるスリットS_iを使用する場合、マスクステージ１２３を移動することにより、そのスリットS_iをビーム偏向領域内に移動させる。

また、この露光マスク１１０の上下に配された第３、第４電磁レンズ１０８、１１１は、それらの電流量を調節することにより、電子ビームEBを基板W上で結像させる役割を担う。

露光マスク１１０を通った電子ビームEBは、第３、第４静電偏向器１１２、１１３の偏向作用によって光軸Cに振り戻された後、第５電磁レンズ１１４によってそのサイズが縮小される。

マスク偏向部１４０には、第１、第２補正コイル１０７、１０９が設けられており、それにより第１〜第４静電偏向器１０４、１０６、１１２、１１３で発生するビーム偏向収差が補正される。

その後、電子ビームEBは、基板偏向部１５０を構成する遮蔽板１１５のアパーチャ１１５ａを通過し、第１、第２投影用電磁レンズ１１６、１２１によって基板W上に投影される。これにより、露光マスク１１０のスリットS_iの像が、所定の縮小率、例えば１／６０の縮小率で基板Wに転写されることになる。

また、基板偏向部１５０には、第５静電偏向器１１９と電磁偏向器１２０とが設けられており、これらの偏向器１１９、１２０によって電子ビームEBが偏向され、基板Wの所定位置にスリットS_iの像が投影される。

更に、基板偏向部１５０には、基板W上における電子ビームEBの偏向収差を補正するための第３、第４補正コイル１１７、１１８が設けられる。

そして、基板Wは、モータ等の駆動部１２５により水平方向に移動可能なウエハステージ１２４に固定されており、ウエハステージ１２４を移動させることで、基板Wの全面に露光を行うことが可能となる。

一方、制御部２００は、電子銃制御部２０２、電子光学系制御部２０３、マスク偏向制御部２０４、マスクステージ制御部２０５、アパーチャ制御部２０６、基板偏向制御部２０７、及びウエハステージ制御部２０８を有する。これらのうち、電子銃制御部２０２は、電子銃１０１を制御して、電子ビームEBの加速電圧やビーム放射条件等を制御する。また、電子光学系制御部２０３は、電磁レンズ１０２、１０５、１０８、１１１、１１４、１１６、１２１への電流量等を制御して、これらの電磁レンズ構成される電子光学系の倍率や焦点位置等を調節する。ブランキング制御部２０２は、ブランキング電極１２７への印加電圧を制御することにより、露光開始前から発生している電子ビームEBを遮蔽板１１５上に偏向し、露光前に基板W上に電子ビームEBが照射されるのを防ぐ。

一方、基板偏向制御部２０７は、第５静電偏向器１１９への印加電圧と、電磁偏向器１２０への電流量を制御することにより、基板Wの所定位置上に電子ビームEBが偏向されるようにする。ウエハステージ制御部２０８は、駆動部１２５の駆動量を調節して基板Wを水平方向に移動させ、基板Wの所望の位置に電子ビームEBが照射されるようにする。

そして、上記の各部２０２〜２０８は、ワークステーション等の統合制御系２０１によって統合的に制御される。

図２、図３は、上記した露光マスク１１０上のEB照射位置を特定するのに使用されるマスク座標系（m_x,m_y）とショット座標系（s_x,s_y）を説明するための平面図である。同図では、図が煩雑になるのを防ぐため、スリットS_iを省いてある。

図２に示されるように、マスク座標系（m_x,m_y）は、露光マスク１１０の偏向領域Rの中心Oを原点にした大まかな座標系であり、その座標（m_x,m_y）を一つ特定することで、矩形状の電子ビームEBの右上の角Pが座標（m_x,m_y）に偏向される。

一方、ショット座標系（s_x,s_y）は、図３に示されるように、一つのマスク座標（m_x,m_y）を原点にし、その原点からの電子ビームEBの偏向量を特定する細かな座標系である。

そして、露光を行う際には、これらの座標（m_x,m_y）、（s_x,s_y）を特定することにより、露光マスク１１０の所望の位置に電子ビームEBが偏向されることになる。

図４は、マスク偏向制御部２０４の機能ブロック図であり、図１と同じ構成要素には同図と同じ記号を付してある。

上記の各座標（m_x,m_y）、（s_x,s_y）に対応するデジタル値の偏向データ（M_x,M_y）、（S_x,S_y）が統括制御部２０１において設定された後、これらの偏向データ（M_x,M_y）、（S_x,S_y）はマスク偏向制御部２０４に入力される。

マスク偏向制御部２０４には、第１〜第６演算回路３０１〜３０６が設けられており、そのうち第１、第３演算回路３０１、３０３に偏向データ（S_x,S_y）が入力され、残りの第２、第４〜第６演算回路３０２、３０４〜３０６に偏向データ（M_x,M_y）が入力される。

第１、第３演算回路３０１、３０２は、座標値を電圧値に変換するための係数A₁、B₁及びA₂、B₂を偏向データ（S_x,S_y）に乗算し、その演算結果を後段に出力する。また、第２、第４〜第６演算回路３０２、３０４〜３０６においても、座標値を電圧値に変換するための適当な係数が偏向データ（M_x,M_y）に乗算され、その演算結果が後段に出力される。

そして、第１、第２演算回路３０１、３０２のそれぞれの出力を加算して得られたデジタル値が第１デジタル−アナログ変換器３０７に入力され、それによりアナログ値に変換された偏向電圧が第１静電偏向器１０４に入力される。

同様に、第３、第４演算回路３０３、３０４の出力を加算して得られたデジタル値が第２デジタル−アナログ変換器３０８でアナログ値に変換され、アナログ値の偏向電圧が第２静電偏向器１０６に入力される。

一方、第５、第６演算器３０５、３０６のデジタル出力は、それぞれ第３、第４デジタル−アナログ変換器３０９、３１０に入力されてアナログ値の偏向電圧に変換され、その偏向電圧が、それぞれ第３、第４静電偏向器１１２、１１３に印加されることになる。

図５は、上記した露光マスク１１０の断面図である。

これに示されるように、露光マスク１１０用の基材としては、シリコン単結晶よりなる支持基板１３０、埋め込み酸化膜１３１、及びシリコン層１３２で構成されるSOI(Silicon On insulator)基板が用いられる。シリコン層１３２の厚さは特に限定されないが、本実施形態ではその厚さを約２０μmとする。また、埋め込み酸化膜１３１の厚さを約１μm、支持基板１３０の厚さを約７００μmとする。

そして、ビーム偏向領域Rよりも小さい一辺が約４０００μmの正方形の開口１３０ａが支持基板１３０に形成されており、その開口１３０ａの上のシリコン層１３２に複数のスリットS_iが形成される。

図６は、上記のシリコン層１３２の側、すなわち電子銃１０１の側から見た場合の露光マスク１１０全体の平面図であり、先の図５は、図６のI−I線に沿う断面に相当する。これに示されるように、露光用マスク１１０は正方形であり、その中に正方形の開口１３０ａがマトリクス状に複数、例えば１６個形成され、各開口１３０ａ内にビーム偏向領域Rが収まる。そして、露光の際には、一つの開口１３０ａの中心が電子ビームEBの光軸C（図１参照）に一致するようにマスクステージ１２３が移動される。

図７は、ビーム偏向領域R付近を拡大した露光マスク１１０の拡大平面図である。

露光マスク１１０には、スリットの形成領域を構成する第１列１１０ａ〜第７列１１０ｇが画定されており、その各々には、向きt_iが互いに異なる複数のスリットS_iが列をなして形成される。なお、本明細書におけるスリットS_iの向きt_iとは、スリットS_iの始点Q_iから終点R_iに向かう向きのことを言う。

その向きt_iは、列に沿って一定の角度差α、例えば２０mradで変化するよう設定されると共に、電子ビームEBの一辺Lとの間の角度θが、図の左上から右下に延びる列に沿って単調に減少する。なお、これとは逆に、角度θが単調に増大するように向きt_iを設定してもよい。

また、この角度θの範囲も特に限定されないが、一つの列で角度θが−４５°〜１３５°の範囲で変化するように向きt_iを設定するのが好ましい。

更に、この露光マスク１１０には、可変矩形用の開口１１０ｐ〜１１０ｓが形成される。

図８は、各スリットSiの拡大平面図である。

スリットS_iの形成領域１１０ｈの形状は特に限定されないが、本実施形態では、一辺の長さdが２４μmの正方形を採用する。また、スリット幅Wは、一つの列における全てのスリットS_iで同じにするのが好ましく、例えば３μmとする。その場合、露光装置の縮小率が１／６０であるから、基板W上には幅が約５０nm（＝３μm／６０）で長さが約０．４μm（＝２４μm／６０）のスリット像が投影されることになる。

次に、上記した露光装置を用いた露光方法について、図９を参照しながら説明する。

図９は、本実施形態に係る露光方法を説明するための断面図であり、特に、フレネルゾーンプレートの製造工程にその露光方法を適用した場合の図である。

最初に、図９（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。

まず、光学的に透明な石英基板Wの上に、スパッタ法により遮光膜１１として二酸化チタン（TiO₂）を厚さ数百nmに形成した後、その上にネガ型電子線フォトレジスト１２を厚さ約３００nmに塗布し、そのフォトレジスト１２をプリベークする。

次に、図９（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。

まず、この石英基板Wをウエハステージ１２４上（図１参照）に載置し、電子光学系コラム１００内を所定の圧力にまで減圧して電子ビームEBを生成した後、次のようにして露光を行う。

まず、図１０に示すように、電子ビームEBの角を第１列１１０ａ内の一つのスリットS_iに偏向し、電子ビームEBの断面形状をスリットS_iで整形した後、その電子ビームEBをフォトレジスト１２上に１ショットで投影する。

但し、このとき、スリットS_iの隣のスリットS_i+1に電子ビームEBが掛かると、このスリットS_i+1を透過した電子ビームによって不必要な露光パターンが得られてしまう。

このような不都合を回避するため、矩形状の電子ビームEBの断面の一辺Lに対して特定の角度β、例えば４５°の角度で第１列１１０ａの方向を傾けるのが好ましい。このようにすると、電子ビームEBの角をスリットS_iに偏向する際、隣のスリットS_i+1に電子ビームEBが掛かり難くなる。

また、複数のスリットS_i、S_i+1、S_i+2、…のそれぞれの始点Q_i、Q_i+1、Q_i+2、…を列に平行な一つの直線G上に配置し、始点Q_iからスリットS_iの中途部T_iに至る部分に電子ビームEBの角を偏向することにより、スリットS_iの終点R_iから中途部T_iに至る部分で電子ビームが未透過になるようにしてもよい。これによれば、スリットS_iを利用中の電子ビームEBと隣のスリットS_i+1との間隔に、電子ビームを未透過とした分だけ余裕が出るので、このスリットS_i+1に電子ビームEBが掛かるのを一層防止し易くなる。

上記のようにしてスリットS_iの像をフォトレジスト１２に投影した後は、第１列１１０ａの方向に沿って電子ビームEBを偏向していき、上記のスリットS_iの像と繋がるように、スリットS_iと同様にしてS_i+1、S_i+2、…を１ショットづつフォトレジスト１２に投影する。これにより、図１１の拡大平面図に示されるように、スリットS_i、S_i+1、S_i+2、…に対応する線分F_i、F_i+1、F_i+2、…で構成される感光パターン１２ａが、円を微小線分で近似した形状にフォトレジスト１２に形成されることになる。

感光パターン１２ａの曲率は、スリットS_iの選択の仕方によって調節することができる。例えば、上のようにスリットS_i、S_i+1、S_i+2、…を順に選択していけば、最も曲率の小さな感光パターン（露光パターン）１２ａを得ることができる。また、スリットを一つおきに、例えばS_i、S_i+2、S_i+4、…のように選択すれば、より大きな曲率の感光パターン１２ａを得ることができる。更に、スリットを二つおき、三つおきに選択することで、曲率がより一層大きな感光パターン１２ａを得ることができる。

また、図７に示した各スリットS_i同士の角度差αを２０mradとしたので、スリットS_iを全部で約１６０個設けることにより、感光パターン１２ａを構成する線分の方向が３．２rad（＝１６０×２０mrad≒１８０°）の角度にわたって変化し、接線があらゆる方向に向いた感光パターン１２ａを作製することができる。

上記のようにして曲率や接線方向を調節することにより、図１２の全体平面図に示されるように、フレネルゾーンプレート用の同心円状の感光パターン１２ａをフォトレジスト１２に形成する。

図１３は、上記した露光方法の要部をまとめたフローチャートである。

次に、図９（ｃ）に示すように、フォトレジスト１２を現像することによりレジストの未感光部を除去し、遮光膜１１の上に感光パターン１２ａをレジストパターン１２ｂとして残す。

続いて、図９（ｄ）に示すように、レジストパターン１２ｂをマスクにしながら、プラズマエッチングにより遮光膜１１をエッチングして、遮光パターン１１ａを形成する。

その後に、図９（ｅ）に示すように、酸素アッシングによりレジストパターン１２ｂを除去し、フレネルゾーンプレートの基本構造を完成させる。

以上説明した本実施形態によれば、図１１の感光パターン１２ａを形成する際、電子ビームEBを複数のスリットS_i、S_i+1、S_i+2、…に個別に偏向し、該スリットのそれぞれを透過した電子ビームEBの投影像をフォトレジスト１２上で繋ぐことにより、該フォトレジスト１２に円（曲線）の近似パターンを露光した。

これによれば、基板偏向制御により偏向可能な範囲では、ポイントビーム露光装置のように露光中にウエハステージ１２４（図１参照）を移動させる必要が無いので、ポイントビーム露光装置と比較して曲線の近似パターンを精度良く露光することができる。

しかも、１ショットの露光で得られる露光パターンがスリットS_i、S_i+1、S_i+2、…の形状に対応した線分F_i、F_i+1、F_i+2、…となるので、ポイントビーム露光装置のように複数の点状のパターンで露光パターンを構成する場合よりも効率的に描画することができ、スループットを大幅に向上させることができる。

例えば、スリットS_iの形成領域１１０ｈ（図８参照）を構成する正方形の一辺dは約２４μm程度であり、それを１／６０に縮小して得られる基板W上の正方形の一辺は約０．４μm程度となる。この長さは、幅５０nmの曲線を露光する場合に設定されるポイントビーム露光装置のビーム径よりも１〜２桁大きいので、ポイントビーム露光装置よりも露光時間を大幅に短縮できることになる。本願発明者の調査によれば、８インチの基板Wを一枚露光するのに、ポイントビーム露光装置では数日必要となるのに対し、本実施形態では、数時間で露光を終えられることが明らかとなった。

また、一つのスリットS_iで得られる線分F_iの長さが約０．４μm程度と小さいので、線分F_i、F_i+1、F_i+2、…を繋ぐことにより、曲率半径が数mm以上の曲線パターンを精度良く近似することができる。

なお、上記では、第１列１１０ａにおけるスリットS_iを利用して露光パターンを作製したが、残りの第２〜第７列１１０ｂ〜１１０ｇを利用してもよい。その場合、各列毎にスリットS_iの幅Wが異なるようにし、露光パターンの線幅に対応する幅Wの列を選択することにより、様々な線幅のパターンを露光することができる。

更に、スリットS_iの向きt_iが掃引する角度範囲、すなわち図７の角度θの最小値θ_minと最大値θ_maxで定まる閉区間［θ_min、θ_max］が列１１０ａ〜１１０ｇ毎に異なるようにし、曲線の接線方向に応じて各列１１０ａ〜１１０ｇを使い分けるようにしてもよい。

また、各列１１０ａ〜１１０ｇ内のスリットS_iの個数は特に限定されない。但し、スリットS_iの向きt_iと任意の基準線、例えば電子ビームの一辺Lとのなす角θが一つの列でφ１〜φ２まで変化し、隣接するスリットS_i同士の角度差がαの場合、一つの列に１＋｜φ２−φ１｜／α個のスリットS_iが設けられることになる。そして、その｜φ２−φ１｜を１８０°とすることで、接線があらゆる方向に向いた露光パターンを作製することができる。

そして、上記では各列においてスリットS_i、S_i+1、S_i+2、…をそれぞれ一度だけ選択したが、選択の仕方はこれに限定されない。図１４は、スリットの選択の仕方の別の例を説明するための平面図である。

図１４の例では、スリットS_i、S_i+1で作製された線分F_i、F_i+1を平行移動しながら連続して複数回使用することにより、曲率の小さな曲線を近似する感光パターン１２ａを作製する。

図１５は、図１４のようにして感光パターン１２ａを作製する場合に、隣り合う線分F_i、F_i+1同士がどの程度滑らかに繋がるかを評価するための平面図である。

図１５では、Aの範囲において線分F_iを曲線に沿って平行移動し、Bの範囲において、線分F_iとの角度差がαのF_i+1を平行移動して、曲線の近似パターンを作成する。そして、範囲A、Bのそれぞれの一点をp、qとし、これらの点における曲線の接線をl、m、各接線l、mの交点をzとする。なお、各範囲A、Bにわたって感光パターン１２ａの曲率半径Rは一定で、曲率中心Cを基準としたp、qの位置ベクトルをそれぞれR_p、R_q（｜R_p｜＝｜R_q｜＝R）、zの位置ベクトルをD（その長さもDで表す）とする。

その場合、p、z間の距離がRtan(α/2)であり、スリットS_iを内包する正方形（図８参照）の一辺の長さがdなので、R_p、D間の曲線をスリットS_iで近似するには、これらの間にN＝R[tan(α/2)]/d個のスリットS_iを配置すればよいことになる。また、R_p、D間において、スリットS_iの始点をずらす量は、D−R＝R/cos(α/2)−Rとなる。

αが十分に小さい場合、αの２次の項までを拾って、D−R＝Rα²/8、N＝Rα/(2d)となるので、スリットS_i間の段差δ（スリット同士のずれ）の平均は、(D−R)/N＝dα/4となる。また、本願発明者の計算結果によれば、段差δの最大値がdα/2となることも明らかになった。従って、本実施形態のように、dが４００nmでαが２０mradのとき、δの平均は約２nm、最大値は４nmとなり、十分滑らかに曲線を近似することができる。

なお、上記では、スリットS_iの形状を細長い矩形状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、近似しようとする曲線に合わせた曲線状のスリットS_iを形成し、より滑らかに近似された曲線の露光パターンを得るようにしてもよい。

（２）第２実施形態
本実施形態では、第１実施形態で説明した露光用装置を用いて、曲線パターンを近似する線分同士をなるべく滑らかに繋ぐ方法について説明する。なお、以下では、第１実施形態で説明した要素には第１実施形態と同じ符号を付し、その説明は省略する。

図１６は、本実施形態で使用される露光マスク１１０の拡大平面図である。

その露光マスク１１０では、同じ列、例えば第１列１１０ａ（図７参照）内のスリットのうち、向きt_iと電子ビームEBの一辺Lとの成す角θが−４５°〜＋４５°の範囲にあるスリットS_i、S_i+1、S_i+2、…に対しては、始点Q_i、Q_i+1、Q_i+2、…側の短辺u_i、u_i+1、u_i+2、…を、電子ビームEBの一辺Lと垂直に設定する。

そして、短辺u_i、u_i+1、u_i+2、…と平行な電子ビームEBの辺VがスリットS_i、S_i+1、S_i+2、…と交わるように、これらのスリットの各々に電子ビームEBを偏向し、各スリットの像を基板W上で繋いで露光パターンを作製する。以下、このようなスリットS_i、S_i+1、S_i+2、…の選択の仕方をスリットの縦切断と呼ぶことにする。

図１７は、これにより得られた露光パターン１２ａの平面図である。

これに示されるように、スリットS_i、S_i+1、S_i+2、…の像に相当する線分F_i、F_i+1、F_i+2、…の短辺は、幅Yに近い長さを持ちながら、いずれも同じ方向を向いているので、各線分F_i、F_i+1、F_i+2、…の間の段差を最小限に抑えることができ、滑らかな曲線状の露光パターン１２ａを得ることができる。

図１８は、角θが＋４５°〜＋１３５°の範囲にあるスリットS_j、S_j+1、S_j+2、…の拡大平面図である。これに示されるように、この角度範囲にあるスリットに対しては、始点側の短辺u_j、u_j+1、u_j+2、…を、電子ビームEBの一辺Lと平行に設定する。

そして、短辺u_j、u_j+1、u_j+2、…と平行な電子ビームEBの辺WがスリットS_j、S_j+1、S_j+2、…と交わるように、これらのスリットの各々に電子ビームEBを偏向し、各スリットの像を基板W上で繋いで露光パターンを作製する。以下、このようなスリットS_i、S_i+1、S_i+2、…の選択の仕方をスリットの横切断と呼ぶことにする。

図１９は、これにより得られた露光パターン１６ａの平面図であり、図１７で説明したのと同じ理由によって、各線分F_i、F_i+1、F_i+2、…で構成される露光パターン１２ａが滑らかな曲線状となる。

ところで、一般の曲線パターンを露光する場合、θ＜＋４５°のスリットからθ＞＋４５°のスリットに移行する際に、スリットの縦切断から横切断に移る必要がある。

そこで、θが丁度＋４５°に一致するスリットSiがある場合には、図２０に示すように、そのスリットS_iの向きt_iと同じ方向を向いたスリットS_kを露光マスク１１０に設ける。そして、各スリットS_i、S_kのそれぞれの始点側の短辺u_i、u_kの仮想延長同士を直交させる。

露光に際しては、電子ビームEB₂、EB₄を図示のようにスリットS_i、S_kに偏向する。このうち、電子ビームEB₂は、短辺u_iと垂直なビームの一辺V₂がスリットS_iと交わるようにする。一方、電子ビームEB₄は、短辺u_kと平行なビームの一辺V₄がスリットS_kと交わるようにする。そして、これらのスリットS_i、S_kを透過した電子ビームEB₂、EB₄による像を繋ぐことにより、接線方向が４５°の曲線の近似パターンを得る。

図２１は、これにより得られた露光パターン１２ａの像であり、各スリットS_i、S_kに相当する二つの線分F_i、F_kが縦切断から横切断に移行している。

或いは、図２０に示す電子ビームEB₁、EB₃を用いて露光パターンを作製してもよい。このうち、電子ビームEB₁は、短辺u_iと平行なビームの一辺V₁がスリットS_iと交わるようにする。また、電子ビームEB₃は、短辺u_kと垂直なビームの一辺V₃がスリットS_kと交わるようにする。

図２２は、これにより得られた露光パターン１２ａの像であり、図２１と同じようにして、各スリットS_i、S_kに相当する二つの線分F_i、F_kが横切断から縦切断に移行している。

なお、曲率の小さな曲線パターンを露光する場合には 、図２０の電子ビームEB₁のように、短辺u_iと平行なビームの一辺V₁がスリットS_iと交わるようにし、そのスリットS_iの像を複数繋いで露光パターンを作製してもよい。

図２３は、これにより得られた露光パターン１２ａの像であり、電子ビームEB₁とスリットS_iとの共通部分に相当する二つの線分F_iが滑らかに接続されている。

なお、上記では、θが＋４５°の場合について説明したが、θが−４５°又は１３５°の場合にも、これらの向きのスリットを二つ設け、それらの始点側の仮想延長同士を直交させることにより、上記と同じように縦切断から横切断（又はその逆）への移行を行うことができる。

（３）第３実施形態
次に、第１、第２実施形態で説明した露光方法の別の適用例として、ハードディスク等に形成されるサーボパターンのマスターディスクの製造方法について説明する。

図２４は、一般的なハードディスク装置の平面図である。

このハードディスク装置は、筐体２２内にハードディスク２０とポジショナ２３とを収めてなる。

このうち、ハードディスク２０には、サーボゾーン２０ａとデータゾーン２０ｂと呼ばれる領域があり、外部から与えられた記憶情報はデータゾーン２０ｂに記録される。一方、サーボゾーン２０ａには、トラック位置決めのための位置検出パターン２０ｃ、トラックのアドレス情報を示すアドレスパターン２０ｄ、再生クロックが格納されたサーボクロック用パターン２０ｅが記録される。そして、これらのパターン２０ｃ〜２０ｅにより、サーボパターン２０ｆが構成されることになる。更に、サーボパターン２０ｆが形成されるサーボゾーン２０ａは、ポジショナ２３の先端に設けられた磁気ヘッド２１の円弧状の動きに対応して、図示のように巨視的には曲線状となる。

ハードディスク２０の製造時には、このサーボパターン２０ｆをディスク２０に転写する必要がある。そこで、その転写に使用されるマスターディスクの製造方法について、図２５、２６を参照しながら説明する。

図２５、図２６は、本実施形態に係るマスターディスクの製造方法を工程順に示す断面図である。

最初に、図２５（ａ）に示すように、シリコン基板３０の上にポジ型電子線フォトレジスト３１を厚さ約２００nmに塗布した後、それをプリベークする。

次に、図２５（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。

まず、シリコン基板３０をウエハステージ１２４上（図１参照）に載置し、電子光学系コラム１００内を所定の圧力にまで減圧する。

そして、スリットS_i、S_i+1、S_i+2、…の中からサーボパターンを構成するスリットを選択し、選択したスリットに電子ビームEBを次々と偏向することにより、一つのスリットにつき１ショットの露光を行い、サーボパターン形状の感光パターン３１ａを形成する。その感光パターン３１ａは、スリットS_i、S_i+1、S_i+2、…のうちの一つを単独で使用して得られた線分や、複数のスリットの像を繋げて得られた線分等で構成され、サーボパターンに対応して巨視的には曲線状となる。

続いて、図２５（ｃ）に示すように、フォトレジスト３１を現像して上記の感光パターン３１ａを除去し、レジストの未感光部よりなるレジストパターン３１ｂをシリコン基板３０の上に残す。

次に、図２５（ｄ）に示すように、Ni（ニッケル）無電解めっき層をレジストパターン３１ｂに形成した後、この無電解めっき層を給電層として用いることにより、その上にNiの電解めっき層を形成し、これらの無電解めっき層と電解めっき層とを磁性体パターン３２とする。

更に、その磁性体パターン３２の上に、接着剤等を用いて樹脂基板３３を接着する。

続いて、図２６（ａ）に示すように、フッ酸によるウエットエッチングによってシリコン基板３０をエッチングして除去する。

その後に、図２６（ｂ）に示すように、酸素アッシングによってレジストパターン３１ｂをアッシングして除去し、磁性体パターン３２と樹脂基板３３とで構成されるマスターディスク３４の基本構造を完成させる。

図２７（ａ）、（ｂ）は、このマスターディスク３４を用いてハードディスクにサーボパターンを転写する方法を説明するための断面図である。

サーボパターンの転写を行うには、まず、図２７（ａ）に示すように、不図示の治具を樹脂基板３３の上に押し当てて、磁性体パターン３２をハードディスク２０に当接させる。

続いて、図２７（ｂ）に示すように、上記の状態にあるハードディスク２０を磁場Bに曝す。これにより、磁性体パターン３２に当接している部分のハードディスクの磁化が反転し、その部分にサーボパターン２０ｆが転写されることになる。

以上説明した本実施形態によれば、図２５（ｂ）の工程でフォトレジスト３１を露光する際、スリットS_i、S_i+1、S_i+2、…のうちの一つを単独で使用したり、各スリットの複数の像を繋いだりして感光パターン３１ａを得た。

これによれば、１ショットの露光で得られる露光パターンがスリット形状に対応した線分となるので、ポイントビーム露光装置のように複数の点状のパターンで露光パターンを構成する場合よりも効率的となる。そのため、ポイントビーム露光装置と比較して、サーボパターンを描画するのに必要な時間を大幅に短縮でき、スループットを飛躍的に高めることが可能となる。

本願発明者が実際に調査を行ったところ、露光パターンとして一枚のハードディスク用のサーボパターンを描画する時間は、ポイントビーム露光装置では約１０日かかるのに対し、本実施形態では約８時間となり、描画時間の大幅な短縮を望めることが明らかとなった。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、Y分岐等の光導波路を作製する際のフォトリソグラフィ工程に上記した露光方法を適用してもよい。

図１は、本発明の第１実施形態で使用される電子ビーム露光装置の構成図である。 図２は、本発明の第１実施形態で使用されるマスク座標系を説明するための平面図である。 図３は、本発明の第１実施形態で使用されるショット座標系を説明するための平面図である。 図４は、本発明の第１実施形態で使用されるマスク偏向部の機能ブロック図である。 図５は、本発明の第１実施形態で使用される露光マスクの断面図である。 図６は、本発明の第１実施形態で使用される露光マスクの全体の平面図である。 図７は、本発明の第１実施形態で使用される露光マスクのビーム偏向領域付近を拡大した拡大平面図である。 図８は、本発明の第１実施形態で使用される露光マスクに形成されたスリットの拡大平面図である。 図９（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１実施形態に係る露光方法を説明するための断面図である。 図１０は、本発明の第１実施形態に係る露光方法において、露光マスク上での電子ビームの偏向の仕方を説明するための平面図である。 図１１は、本発明の第１実施形態に係る露光方法によって得られた露光パターンの拡大平面図である。 図１２は、本発明の第１実施形態に係る露光方法によって得られたフレネルゾーンプレート用の露光パターンの全体平面図である。 図１３は、本発明の第１実施形態に係る露光方法を示すフローチャートである。 図１４は、本発明の第１実施形態に係る露光方法において、スリットの選択の仕方の別の例を説明するための平面図である。 図１５は、図１４のように感光パターンを作製する場合に、隣り合う線分同士がどの程度滑らかに繋がるかを評価するための平面図である。 図１６は、本発明の第２実施形態で使用される露光マスクの拡大平面図である。 図１７は、図１６に示した露光マスクで得られた感光パターンの拡大平面図である。 図１８は、本発明の第２実施形態で使用される別の露光マスクの拡大平面図である。 図１９は、図１８に示した露光マスクで得られた感光パターンの拡大平面図である。 図２０は、本発明の第２実施形態で使用される更に別の露光マスクの拡大平面図である。 図２１は、図２０に示した露光マスクで得られた感光パターンの拡大平面図（その１）である。 図２２は、図２０に示した露光マスクで得られた感光パターンの拡大平面図（その２）である。 図２３は、図２０に示した露光マスクで得られた感光パターンの拡大平面図（その３）である。 図２４は、一般的なハードディスク装置の平面図である。 図２５は、本発明の第３実施形態に係る磁気記憶媒体用のマスターディスクの製造方法を工程順に示す断面図（その１）である。 図２５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３実施形態に係るハードディスク（磁気記憶媒体）用のマスターディスクの製造方法を工程順に示す断面図（その２）である。 図２７（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３実施形態で作製されたマスターディスクを用いてハードディスクにサーボパターンを転写する方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１１…遮光膜、１１ａ…遮光パターン、１２…ネガ型電子線フォトレジスト、１２ａ…感光パターン、１２ｂ…レジストパターン、２０…ハードディスク、２０ａ…サーボゾーン、２０ｂ…データゾーン、２０ｃ…位置検出パターン、２０ｄ…アドレスパターン、２０ｅ…サーボクロック用パターン、２０ｆ…サーボパターン、２１…磁気ヘッド、２２…筐体、２３…ポジショナ、３０…シリコン基板、３１…ポジ型電子線フォトレジスト、３１ａ…感光パターン、３１ｂ…レジストパターン、３２…磁性体パターン、３３…樹脂基板、３４…マスターディスク、１００…電子光学系コラム、１０１…電子銃、１０２…第１電磁レンズ、１０３…ビーム整形用マスク、１０３ａ…矩形アパーチャ、１０４…第１静電偏向器、１０５…第２電磁レンズ、１０６…第２静電偏向器、１０７…第１補正コイル、１０８…第３電磁レンズ、１０９…第２補正コイル、１１０…露光マスク、１１０ａ〜１１０ｇ…第１〜第７列、１１０ｈ…スリット形成領域、１１０ｐ〜１１０ｓ…開口、１１１…第４電磁レンズ、１１２…第３静電偏向器、１１３…第４静電偏向器、１１４…第５電磁レンズ、１１５…遮蔽板、１１５ａ…アパーチャ、１１６…第１投影用電磁レンズ、１１７…第３補正コイル、１１８…第４補正コイル、１１９…第５静電偏向器、１２０…電磁偏向器、１２１…第２投影用電磁レンズ、１２３…マスクステージ、１２４…ウエハステージ、１２５…駆動部、１２７…ブランキング電極、１３０…支持基板、１３０ａ…開口、１３１…埋め込み酸化膜、１３２…シリコン層、S_i…スリット。

Claims (23)

1. 向きが異なる複数のスリットを備えたことを特徴とする電子ビーム用露光マスク。
2. 前記複数のスリットが列をなして設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム用露光マスク。
3. 前記向きが前記列に沿って一定の角度差αで変化するように前記複数のスリットが設けられたことを特徴とする請求項２に記載の電子ビーム用露光マスク。
4. 前記複数のスリットの前記向きと任意の基準線との間の角度が前記列において第１の角度φ１から第２の角度φ２まで変化し、前記複数のスリットが、前記列中に少なくとも１＋｜φ２−φ１｜／α個設けられたことを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム用露光マスク。
5. 前記第１の角度φ１と前記第２の角度φ２が｜φ２−φ１｜＝１８０°を満たすことを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム用露光マスク。
6. 前記列が複数設けられ、前記スリットの幅が該列毎に異なることを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム用露光マスク。
7. 前記列が複数設けられ、前記スリットの向きが掃引する角度範囲が該列毎に異なることを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム用露光マスク。
8. 前記複数のスリットのうち、少なくとも二つのスリットの向きが同じ方向を向くと共に、前記二つのスリットのそれぞれの短辺の仮想延長が直交することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム用露光マスク。
9. 前記複数のスリットは、それぞれ同じ形状のスリット形成領域に形成されたことを特徴とする付記１に記載の電子ビーム露光用マスク。
10. 前記スリットの前記向きは、前記スリットの始点から終点に向かう向きであることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光用マスク。
11. 断面が矩形状の電子ビームを生成する電子ビーム生成部と、
    向きが異なる複数のスリットを備えた露光マスクと、
    前記電子ビームを前記露光マスク上で偏向するマスク偏向部と、
    前記露光マスクを通過した前記電子ビームを偏向して基板上に投影する基板偏向部と、
    前記マスク偏向部と前記基板偏向部における偏向量を制御する制御部とを有し、
    前記制御部の制御下において、前記電子ビームを前記複数のスリットに個別に偏向し、該スリットのそれぞれを透過した前記電子ビームの投影像を前記基板上で繋ぐことにより、該基板上に曲線の近似パターンを露光することを特徴とする電子ビーム露光装置。
12. 前記複数のスリットが前記露光マスクにおいて列をなして設けられ、該列の方向が、前記矩形状の電子ビームの断面の一辺に対して傾いていることを特徴とする請求項１０に記載の電子ビーム露光装置。
13. 前記列の方向が、前記矩形状の電子ビームの断面の一辺に対して４５°の角度で傾いていることを特徴とする請求項１２に記載の電子ビーム露光装置。
14. 前記スリットの向きが前記列に沿って一定の角度差αで変化するように設けられて、前記矩形状の電子ビームの断面の一辺と前記向きとのなす角度が、前記列に沿って単調に減少または増大することを特徴とする請求項１２に記載の電子ビーム露光装置。
15. 前記制御部の制御下において、前記電子ビームを前記列の方向に沿って偏向することを特徴とする請求項１２に記載の電子ビーム露光装置。
16. 前記複数のスリットのそれぞれの始点が一直線上に配置されており、前記制御部の制御下において、前記始点から前記スリットの中途部に至る部分に前記矩形状の電子ビームを偏向することにより、前記スリットの終点から前記中途部に至る部分で前記電子ビームが未透過になるようにすることを特徴とする請求項１２に記載の電子ビーム露光装置。
17. 前記電子ビームの断面の一辺と前記スリットの向きとのなす角度θが−４５°〜＋４５°の範囲にある前記スリットの短辺が、前記電子ビームの断面の前記一辺と垂直であり、
    前記角度θが＋４５°〜＋１３５°の範囲にある前記スリットの短辺が、前記電子ビームの断面の前記一辺と平行であり、
    前記短辺と平行な前記電子ビームの断面の他の辺が前記スリットと交わるように、前記スリットの各々に前記電子ビームを偏向することを特徴とする請求項１６に記載の電子ビーム露光装置。
18. 前記電子ビームの断面の一辺と前記スリットの向きとのなす角度θが共に−４５°、＋４５°、及び１３５°のいずれかとなる前記スリットを二つ設け、一方の該スリットの短辺を前記電子ビームの断面の一辺と垂直に配し、他方の前記スリットの短辺を前記電子ビームの断面の前記一辺と平行に配することを特徴とする請求項１６に記載の電子ビーム露光装置。
19. 前記スリットの前記向きは、前記スリットの始点から終点に向かう向きであることを特徴とする請求項１１に記載の電子ビーム露光装置。
20. 断面が矩形状の電子ビームを生成するステップと、
    露光マスクに設けられた向きが異なる複数のスリットに個別に前記電子ビームを偏向するステップと、
    前記複数のスリットのそれぞれを透過した前記荷電粒子の投影像を基板上で繋ぐことにより、前記基板上に曲線の近似パターンを露光するステップと、
    を有することを特徴とする電子ビーム露光方法。
21. 前記露光マスクとして、前記複数のスリットが列をなして設けられ、該列の方向が、前記矩形状の電子ビームの断面の一辺に対して傾いているマスクを使用することを特徴とする請求項２０に記載の電子ビーム露光方法。
22. 前記電子ビームを偏向するステップにおいて、該電子ビームを前記列の方向に沿って偏向することを特徴とする請求項２１に記載の電子ビーム露光方法。
23. 前記スリットの前記向きは、前記スリットの始点から終点に向かう向きであることを特徴とする請求項２０に記載の電子ビーム露光方法。

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