JP4314857B2 - 電子ビーム描画方法、光学素子成形用の金型のための母型の製作方法、母型、光学素子成形用の金型、及び光学素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム描画方法、光学素子成形用の金型のための母型の製作方法、母型、光学素子成形用の金型、及び光学素子に関し、特に微細パターンを描画できるビーム描画方法、光学素子成形用の金型のための母型の製作方法、及びそれにより製作される母型、光学素子成形用の金型及び光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を金型を用いて、そのような光学素子を成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、金型成形は大量生産に適しているといえる。かかる金型は、一般的には、例えば単結晶ダイヤモンド工具などによって、一つ一つ切削されて製作されることが多い。しかるに、金型は、使用回数に応じて各部が摩耗する消耗品であることから、定期的に交換することが必要である。従って、交換に備えて同一形状の金型を用意しなくてはならないが、単結晶ダイヤモンド工具などによる切削加工で金型を製造した場合、全く同一形状の金型を切り出すことは困難といえ、それ故金型交換前後で光学素子製品の形状バラツキが生じる恐れがあり、又コストもかかるという問題がある。
【０００３】
これに対し、光学素子の光学面に対応した母光学面を有する母型に対し、例えば電鋳を成長させることで、金型を作成しようとする試みがある。このような試みによれば、母型の母光学面に形成したパターンがたとえ微細なものであっても、それを精度良く転写形成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような用途に用いる母型のパターンは、被描画基材の母光学面にレジストを塗布し、例えば電子ビーム描画で微細パターン等を形成しレジストを現像した後、ドライエッチングにより得ることができる。このような母型を接着剤等で治具に取り付けた後、母型の母光学面を覆うように電鋳を成長させることで、金型となる電鋳部材を形成できる。
【０００５】
ここで、本来的には、電子ビーム描画は微細パターンを形成するものであるため、１回のビームの走査領域（描画領域）が０．５ｍｍ×０．５ｍｍと極めて小さなものとなっている。これに対し、光ピックアップ装置の対物レンズ等の光学素子は、その径が３ｍｍ程度であり、被描画基材の母光学面もそれに応じたサイズとなっているので、かかる被描画基材の母光学面に一度で微細パターンを形成することはできない。そこで、電子ビームの一つの走査領域内で描画し終わったら、隣の走査領域へと電子ビーム照射源と被描画基材とを相対移動させ、その後隣の走査領域内において描画を行う描画手法が考案された。これをステップ・アンド・リピート方式という。
【０００６】
ところで、一つの走査領域において描画されたパターンと、その隣の走査領域で描画されたパターンとが連続している場合、その境界部をいかに精度良く描画するかが問題となる。連続したパターンを描画する場合、一つの走査領域において描画された先行するパターンの境界部と、それに接する、その隣の走査領域で描画された後行するパターンの境界部とは、電子ビームのドーズ量（単位面積あたりの電子の照射量で表される）はほぼ等しくあるべきである。ところが、そのように電子ビームのドーズ量を決定したとしても、電子ビームは、温度変化、磁場変化、振動等により、照射方向が変化する特性を有するため、描画時において先行パターンの境界部に後行パターンの境界部が重なったり、先行パターンの境界部から後行パターンの境界部が離れたりする不具合が生じうる。前者の不具合が生じると、境界部においてドーズ量が極端に高くなり、後者の不具合が生じると、境界部においてドーズ量が極端に低くなり、いずれにせよパターンが連続しなくなって、理想形状の回折輪帯を形成する上で障害となっている。（図１の（ａ）（ｂ）：詳細は後述する）
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、コストを上昇させたり加工時間を延長することなく、適正な描画を行えるビーム描画方法、光学素子成形用の金型のための母型の製作方法、母型、光学素子成形用の金型、及び光学素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明の電子ビーム描画方法は、ビーム照射源よりほぼ一定のビームウエストを有する電子ビームを走査し、同一点におけるビーム照射時間を制御して前記電子ビームのドーズ量を調整することによって、傾斜部と前記傾斜部につながる側壁部とから形成された回折輪帯を複数含むパターンを、基材上に描画する電子ビーム描画方法であって、
基材上で描画すべき領域は、回折輪帯に応じて同心円状に配置され、回折輪帯を複数含むと共に扇状の形状を有しており、
基材上で描画すべき領域を、回折輪帯の同心円の中心から同心円の半径方向に連なって配置される第１の描画領域と第２の描画領域とを含む複数の描画領域に、電子ビームの走査可能距離に応じて分割するステップと、
基材上の前記第１の描画領域に対してビーム照射源より電子ビームを走査し、前記第１の描画領域に回折輪帯を有するパターンを描画する第１の描画ステップと、
前記第１の描画領域に隣接するとともに、前記第１の描画領域との境界が前記傾斜部と前記側壁部との接続部に位置する前記第２の描画領域が描画されるように、前記基材と前記ビーム照射源とを相対移動させる移動ステップと、
前記ビーム照射源より電子ビームを走査し、前記第１の描画領域と前記第２の描画領域の境界が前記傾斜部と前記側壁部との接続部に位置するように、前記第２の描画領域にパターンを描画する第２の描画ステップと、を有するので、より適切な描画を行える。本発明の原理については後述する。
【０００９】
さらに基材の母光学面の形状データ、回折輪帯パターンデータ、電子ビームの走査距離から、前記母光学面を、回折輪帯を複数含むと共に扇状の形状を有し、回折輪帯の同心円の中心から同心円の半径方向に連なって配置される少なくとも前記第１の描画領域とこれに隣接する前記第２の描画領域に分割するための各描画領域に対応する座標を演算し、決定すると共に、前記第１の描画領域に対応する第１の領域座標データおよび前記第２の描画領域に対応する第２の領域座標データを記憶手段に格納する領域算出ステップを有すると共に前記第１の描画ステップは、
前記第１の領域座標データより、前記第１の描画領域における第１のドーズ量分布を計算する第１ドーズ量分布計算ステップと、
前記第１のドーズ量分布に基づき、前記第１の描画領域に対して前記ビーム照射源より電子ビームを走査することにより、前記第１の描画領域に回折輪帯を有するパターンを描画する第１描画ステップとを含み、
前記移動ステップは、
前記記憶手段から前記第２の描画領域に対応する第２の領域座標データを呼び出す第２呼び出しステップと、
前記呼び出された第２の領域座標データに基づき、前記第２の描画領域に対して前記電子ビームが走査されるように、前記基材と前記ビーム照射源とを相対移動させる第２移動ステップとを含み、
前記第２の描画ステップは
前記第２の領域座標データより、前記第２の描画領域における第２のドーズ量分布を計算する第２ドーズ量分布計算ステップと、
前記第２のドーズ量分布に基づき、前記第２の描画領域に対して前記ビーム照射源より電子ビームを走査することにより、前記第２の描画領域に回折輪帯を有するパターンを描画する第２描画ステップとを含み、かつ前記各描画領域に対応する座標は隣接する描画領域との境界がパターンの傾斜部と側壁部との接続部に位置するように決定されると、より適切な描画を行える。
【００１０】
第２の本発明の電子ビーム描画方法は、ビーム照射源よりほぼ一定のビームウエストを有する電子ビームを走査し、同一点におけるビーム照射時間を制御して前記電子ビームのドーズ量を調整することによって基材上に傾斜部と、前記傾斜部につながる側壁部とから形成された回折輪帯を複数含むパターンを描画する電子ビーム描画方法であって、
基材の母光学面の形状データおよび回折輪帯のパターンデータから、電子ビームの走査距離に応じて前記母光学面を少なくとも回折輪帯に応じて同心円状に配置され、回折輪帯を複数含むと共に扇状の形状を有し、回折輪帯の同心円の中心から同心円の半径方向に連なって配置される第１の描画領域とこれに隣接する第２の描画領域に分割するための各描画領域に対応する座標を演算し、決定すると共に、前記第１の描画領域に対応する第１の領域座標データおよび前記第２の描画領域に対応する第２の領域座標データを記憶手段に格納する領域算出ステップと、
前記記憶手段から前記第１の描画領域に対応する第１の領域座標データを呼び出す第１呼び出しステップと、
前記呼び出された第１の領域座標データに基づき、前記第１の描画領域に対して前記電子ビームが走査されるように、前記基材と前記ビーム照射源とを相対移動させる第１移動ステップと、
前記第１の領域座標データおよび前記回折輪帯のパターンデータより、前記第１の描画領域における第１のドーズ量分布を計算する第１のドーズ量分布計算ステップと、
前記第１のドーズ量分布に基づき、前記第１の描画領域に対して前記ビーム照射源より電子ビームを走査することにより、前記第１の描画領域に回折輪帯を有するパターンを描画する第１描画ステップと、
前記記憶手段から前記第２の描画領域に対応する第２の領域座標データを呼び出す第２呼び出しステップと、
前記呼び出された第２の領域座標データに基づき、前記第２の描画領域に対して前記電子ビームが走査されるように、前記基材と前記ビーム照射源とを相対移動させる第２移動ステップと、
前記第２の領域座標データおよび前記回折輪帯のパターンデータより、前記第２の描画領域における第２のドーズ量分布を計算する第２ドーズ量分布計算ステップと、
前記第２のドーズ量分布に基づき、前記第２の描画領域に対して前記ビーム照射源より電子ビームを走査することにより、前記第２の描画領域に回折輪帯を有するパターンを描画する第２描画ステップと、を有すると共に、
前記各描画領域に対応する座標は前記第１の描画領域と前記第２の描画領域との境界がパターンの傾斜部と側壁部との接続部に位置するように決定されるので、より適切な描画を行える。
【００１２】
更に、前記基材の母光学面は曲面であると好ましい。
【００１４】
更に、前記側壁部は前記電子ビームの進行方向に平行な面であると好ましい。
【００１５】
更に、前記パターンは所定のピッチを有するパターンであり、前記側壁部は前記ピッチの区切り目位置にて前記基材の母光学面から立ち上がる部分であると好ましい。
【００１６】
更に、前記描画すべき領域は回折輪帯の周方向に沿って並ぶ描画領域に分割されると好ましい。
【００１７】
第４の本発明の光学素子成形用の金型のための母型の製作方法は、上述の電子ビーム描画方法を含み、さらに
（ａ）前記電子ビーム描画方法による描画の前に所定の母光学面を有する基材上にレジスト膜の被膜を行うレジスト膜被覆ステップと、
（ｂ）前記電子ビーム描画方法による描画の後、現像処理によって前記基材の母光学面上に前記光学素子の光学面に対応するパターンを形成することにより、母型を得る現像ステップとを含むので、高精度な母型を制作できる。
【００１８】
更に、前記レジスト層形成ステップにおけるレジスト層は、レジストを前記基材の前記母光学面上に塗布することにより得られると好ましい。
【００１９】
更に、エッチング処理により、前記現像ステップで形成されたレジストのパターンを前記基材の前記母光学面に転写するエッチングステップを有すると好ましい。
【００２０】
更に、
（ｃ）前記母型に形成された前記パターンを電鋳処理によって電鋳部材に転写する電鋳ステップ、を有すると好ましい。
【００２１】
本発明の母型は、上述の母型の制作方法によって製作された前記光学素子成形用の金型のための母型であると好ましい。
【００２２】
本発明の金型は、上述の母型によって製作された光学素子成形用の金型であると好ましい。
【００２３】
本発明の光学素子は、上述の光学素子成形用の金型によって製作された光学素子であると好ましい。
【００２６】
まず本発明の原理を、図面を参照して説明する。図１（ａ）は、従来技術の手法を用いて、ビーム描画で形成した回折輪帯のパターンＰの断面図に対応するグラフであり、 図１（ｂ）は、図１（ａ）のIB部を拡大して示す図である。図２（ａ）は、本発明のビーム描画方法を用いて、ビーム描画で形成した回折輪帯のパターンＰの断面図であり、 図２（ｂ）は、図２（ａ）のIIB部を拡大して示す図である。尚、ビームのドーズ量が多いほど、パターンＰの高さが低くなるものとする。従って、図１，２に示すパターンの輪郭に対応して、照射されるビームのドーズ量を変化させることで、所望のパターンＰを形成できることとなる。
【００２７】
ここで、図１において、一つの描画領域Ｒ１（第１の描画領域）のと他の描画領域Ｒ２（第２の描画領域）とが隣接し、その境界Ｂｄは、パターンＰの斜面（傾斜部：パターンの高さが順次増加／減少している部分、或いはパターンの高さが連続的に変化している部分）となっている。従って、一つの描画領域Ｒ１に対して他の描画領域Ｒ２のビーム位置がずれた結果、描画領域Ｒ１の最後（図１（ａ）で右端とする）のビームと描画領域Ｒ２の最初（図１（ａ）で左端とする）のビームが重なった場合、境界Ｂｄではドーズ量が急激に増大して、図１（ｂ）の点線Ｐ１で示すように、パターンＰの斜面において削れた部分が生じることとなる。一方、描画領域Ｒ１の最後（図１（ａ）で右端とする）のビームと描画領域Ｒ２の最初（図１（ａ）で左端とする）のビームが離れた場合、境界Ｂｄでドーズ量が急激に減少して、図１（ｂ）の点線Ｐ２で示すように、パターンＰの斜面において削れた部分が生じることとなる。いずれにせよ欠陥が生じることになるので、かかる被描画基材を用いて光学素子を最終的に成形すると、同様な欠陥が光学面に形成され、外観品質を低下させるとともに、光学素子の光学特性を低下させることとなる。
【００２８】
これに対し、図２においては、一つの描画領域Ｒ１と他の描画領域Ｒ２との境界Ｂｄは、ちょうどパターンＰの斜面（傾斜部）と垂直面（側壁部であり、実質的にビームの進行方向に平行な面をなす部分）との接続部（ビームの照射位置とドーズ量の関係が不連続となっている点もしくはその近傍）である。従って、一つの描画領域Ｒ１に対して他の描画領域Ｒ２のビーム位置がずれた結果、描画領域Ｒ１の最後（図２（ａ）で右端とする）のビームと描画領域Ｒ２の最初（図２（ｂ）で左端とする）のビームが重なった場合、境界Ｂｄではドーズ量が増大するが、図２（ｂ）の点線Ｐ１’で示すように、パターンＰにおける左側の斜面が短くなるだけである。又、描画領域Ｒ１の最後（図２（ａ）で右端とする）のビームと描画領域Ｒ２の最初（図２（ｂ）で左端とする）のビームが離れた場合、境界Ｂｄではドーズ量が減少するが、図２（ｂ）の点線Ｐ２’で示すように、パターンＰにおける左側の斜面が延長されるだけである。従って、パターンＰの形状は全体としては維持され、かかる被描画基材を用いて光学素子を最終的に成形したときに、かかる光学素子の外観品質を高め、又、その光学素子の光学特性の低下を抑制できることとなる。
【００２９】
更に、前記ビームは電子ビームであると好ましい。ここで電子ビームとは電子レンズにより焦点を絞り込まれた電子線を指すものとする。
【００３０】
又、前記電子ビームが前記被描画基材上の曲面に対して照射されると好ましい。このような面では、後述するように電子ビームの焦点位置を調整するために被描画基材と電子ビームの距離を変化させる場合が生じる。特に被描画基材を載置したＸＹＺステージをＺ方向（略電子ビームの進行方向）に物理的に移動する場合、前述の描画領域同士（Ｒ１，Ｒ２）が、所望の位置よりずれる可能性が高くなるためである。
【００３１】
更に、前記パターンは、同心円状の複数の回折輪帯を形成するために描画され、各回折輪帯は、半径方向に広がる傾斜部と、前記傾斜部につながる側壁部とから形成され、前記一つの描画領域と前記他の描画領域の境界は、前記傾斜部と前記側壁部との接続部に相当する部位もしくはその近傍であると好ましい。
【００３２】
又、前記被描画基材は、光学素子成形用の金型又はそれを形成するための母型の素材であり、前記回折輪帯は、光学素子の光学面に対応して形成されると好ましい。
【００３３】
以下、本発明の好適な実施の形態の一例について、図面を参照して具体的に説明する。先ず、電子ビームにより描画される被描画基材について、図３〜図４を参照しつつ説明する。図３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。
【００３４】
同図に示されるように、本実施の形態の被描画基材（以下、基材という）２上に描画される描画パターンの一例として円描画による回折輪帯が開示されており、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、図４に示すように基材２には、複数のブレーズ３からなる回折輪帯が形成されている。
【００３５】
ブレーズ３は、傾斜部３ｂ及び側壁部３ａを繰り返し接続した形状を有している。より詳細には、図５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（基材の母光学面）を有し、回折格子を傾けて各ピッチ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’との境界領域に形成された溝部３ｃとが形成されている。なお、この回折輪帯は、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）を描画することにより形成されることが好ましい。
【００３６】
ここでレジストは加熱又は紫外線等によって硬化する高分子の樹脂材料が用いられており、電子ビームによって与えられたエネルギー量に応じて分子間の結合が切れ、分解される特性を有している（分解された部分は後述の現像液によって除去される）。
【００３７】
本発明のステップアンドリピート方式において、図３に示される基材上で描画される領域は、図１８（基材の上面図）のように複数のフィールド（描画領域）に分割されて各フィールド毎に順次ビームによる描画と、ビームと基材の相対移動のステップが繰り返され、所定のパターン（ここでは回折輪帯）が基材上に描画される。
【００３８】
具体的には各フィールドは描画される回折輪帯に応じて同心円状に配置され、各フィールドは扇状の形状を有する。このように同心円状に配置されたフィールドは回折輪帯の同心円の中心から同心円の半径方向に連なって配置されている（例えば図１８の第１の描画領域Ａと第２の描画領域Ｂ）。このようにして基材上の描画領域は複数の描画領域に分割される。なお図から分かるように半径方向に配置されるフィールドの数は、描画される基材の大きさ、ビームの走査可能距離によって変化する。
【００３９】
本発明では主としてこれら複数に分割されたフィールドのうち、半径方向に隣接するフィールド（例えば図１８の第１の描画領域Ａと第２の描画領域Ｂ）とパターンの関係を予め決定し、ビームの経時的ずれが生じ、フィールドの間隔が変化しても適正な描画が行えるようにしている。
【００４０】
また、かかる基材２は、光ピックアップ装置に用いる光学素子たとえば対物レンズの成形用金型を形成するための母型の素材であることが好ましい。上記の描画によって得られた母型から複数の同一形状の金型が作成されるので、金型交換時における光学素子製品の形状バラツキを防ぐことができる。このような光学素子においては、異なる波長の情報記録光を用いてＤＶＤ・ＣＤ互換を達成する光ピックアップ装置において、収差補正のために回折輪帯を設けることが行われている。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。
【００４１】
（電子ビーム描画装置の全体構成）
次に、電子ビーム描画装置の全体の概略構成について、図６を参照して説明する。図６は、本例の電子ビーム描画装置の全体構成を示す説明図である。
【００４２】
本実施形態の電子ビーム描画装置１は、図６に示すように、大電流で高解像度の電子線プローブを形成して高速に描画対象の基材２上を走査するものであり、高解像度の電子線プローブを形成し、電子ビームを生成してターゲットに対してビーム照射を行う電子ビーム生成手段である電子銃１２と、この電子銃１２からの電子ビームを通過させるスリット１４と、スリット１４を通過する電子ビームの前記基材２に対する焦点位置を制御するための電子レンズ１６と、電子ビームが出射される経路上に配設されたアパーチャー１８と、電子ビームを偏向させることでターゲットである基材２上の走査位置等を制御する偏向器２０と、偏向を補正する補正用コイル２２と、を含んで構成されている。なお、これらの各部は、鏡筒１０内に配設されて電子ビーム出射時には真空状態に維持される。
【００４３】
さらに、電子ビーム描画装置１は、描画対象となる基材２を載置するための載置台であるＸＹＺステージ３０と、このＸＹＺステージ３０上の載置位置に基材２を搬送するための搬送手段であるローダ４０と、ＸＹＺステージ３０上の基材２の表面の基準点を測定するための測定手段である測定装置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。
【００４４】
なお、電子レンズ１６は、高さ方向に沿って複数箇所に離間して設置される各コイル１７ａ、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。
【００４５】
測定装置８０は、基材２に対してレーザーを照射することで基材２を測定する第１のレーザー測長器８２と、第１のレーザー測長器８２にて発光されたレーザー光（第１の照射光）が基材２を反射し当該反射光を受光する第１の受光部８４と、前記第１のレーザー測長器８２とは異なる照射角度から照射を行う第２のレーザー測長器８６と、前記第２のレーザー測長器８６にて発光されたレーザー光（第２の照射光）が基材２を反射し当該反射光を受光する第２の受光部８８と、を含んで構成されている。
【００４６】
ステージ駆動手段５０は、ＸＹＺステージ３０をＸ方向に駆動するＸ方向駆動機構５２と、ＸＹＺステージ３０をＹ方向に駆動するＹ方向駆動機構５４と、ＸＹＺステージ３０をＺ方向に駆動するＺ方向駆動機構５６と、ＸＹＺステージ３０をθ方向に駆動するθ方向駆動機構５８と、を含んで構成されている。これによって、ＸＹＺステージ３０を３次元的に動作させたり、アライメントを行うことができる。すなわち、ＸＹＺステージ３０上に基材２を載置すれば、ビーム照射源としての電子銃１２との相対位置を任意に変更できるため、上述したステップ・アンド・リピート方式で描画を行える。
【００４７】
制御回路１００は、電子銃１２に電源を供給するための電子銃電源部１０２と、この電子銃電源部１０２での電流、電圧などを調整制御する電子銃制御部１０４と、電子レンズ１６（複数の各電子的なレンズを各々）を動作させるためのレンズ電源部１０６と、このレンズ電源部１０６での各電子レンズに対応する各電流を調整制御するレンズ制御部１０８と、を含んで構成される。
【００４８】
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、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、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。
【００４９】
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。
【００５０】
またさらに、制御回路１００は、第１のレーザー測長器８２を上下左右に移動させることによるレーザー照射位置の移動及びレーザー照射角の角度等の駆動制御を行う第１のレ−ザー駆動制御回路１３０と、第２のレーザー測長器８６を上下左右に移動させることによるレーザー照射位置の移動及びレーザー照射角の角度等の駆動制御を行う第２のレ−ザー駆動制御回路１３２と、第１のレーザー測長器８２でのレーザー照射光の出力（レーザーの光強度）を調整制御するための第１のレーザー出力制御回路１３４と、第２のレーザー測長器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。
【００５１】
さらにまた、制御回路１００は、ステージ駆動手段５０を制御するためのステージ制御回路１５０と、ローダ駆動装置６０を制御するローダ制御回路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、これらの各部の制御を司る例えばＣＰＵなどにて形成された制御部１７０と、を含んで構成されている。
【００５２】
上述のような構成を有する電子ビーム描画装置１において、ローダ４０によって搬送された基材２がＸＹＺステージ３０上に載置されると、真空排気装置７０によって鏡筒１０及び筐体１１内の空気やダストなどを排気したした後、電子銃１２から電子ビームが照射される。
【００５３】
電子銃１２から照射された電子ビームは、電子レンズ１６を介して偏向器２０により偏向され、偏向された電子ビームＢ（以下、この電子レンズ１６を通過後の偏向制御された電子ビームに関してのみ「電子ビームＢ」と符号を付与することがある）は、ＸＹＺステージ３０上の基材２の表面、例えば曲面部（曲面）２ａ上の描画位置に対して照射されることで描画が行われる。
【００５４】
この際に、測定装置８０によって、基材２上の描画位置（描画位置のうち少なくとも高さ位置）、もしくは後述するような基準点の位置が測定され、制御回路１００は、当該測定結果に基づき、電子レンズ１６のコイル１７ａ、１７ｂ、１７ｃなどに流れる各電流値などを調整制御して、電子ビームＢの焦点深度の位置、すなわち焦点位置を制御し、当該焦点位置が前記描画位置となるように移動制御される。
【００５５】
あるいは、測定結果に基づき、制御回路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。
【００５６】
また、本例においては、電子ビームの制御、ＸＹＺステージ３０の制御のいずれか一方の制御によって行っても、双方を利用して行ってもよい。
【００５７】
（測定装置）
次に、測定装置８０について、図７〜９を参照しつつ説明する。測定装置８０は、より詳細には、図７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。
【００５８】
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。
【００５９】
この際に、図７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。
【００６０】
そこで、本例においては、さらに第２のレーザー測長器８６を設けている。すなわち、第２のレーザー測長器８６によって、第１の光ビームＳ１と異なる電子ビームとほぼ直交する方向から基材２に対して第２の光ビームＳ２を照射し、基材２を透過する第２の光ビームＳ２が第２の受光部８８に含まれるピンホール８９を介して受光されることによって、第２の光強度分布が検出される。
【００６１】
この場合、図８（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の光強度分布に基づき、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。
【００６２】
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８（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８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。
【００６３】
この算出の際には、図９に示すように、第２の受光部８８の信号出力Ｏｐは、図１０に示す特性図のような、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。
【００６４】
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。
【００６５】
（描画位置算出の原理の概要）
次に、本例の特徴である電子ビーム描画装置１における、描画を行う場合の原理の概要について、説明する。
【００６６】
先ず、基材２は、例えば樹脂等による光学素子例えば対物レンズ成形用金型を形成するための母型の素材であると好ましく、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。
【００６７】
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（基材の３次元形状を示す座標データ）の算出を行うことができる。
【００６８】
一方、基材２をＸＹＺステージ３０上に載置した後も、同様の処理を行う。すなわち、図１１（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
そして、第１の測定は、予め別の場所において他の測定装置を用いて測定しおく必要がある。このような、基材２をＸＹＺステージ３０上に載置する前に予め基準点を測定するための測定装置としては、上述の測定装置８０と全く同様の構成の測定装置（第２の測定手段）を採用することができる。
【００７２】
この場合、測定装置からの測定結果は、例えば図６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。
【００７３】
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。
【００７４】
具体的には、図１１（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、電子ビームは図１２に示されるように深い焦点深度を有しており、電子レンズ１６により絞り込まれた電子ビームは、ほぼ一定の太さのビームウエストＢＷを形成する。ここで焦点深度ＦＺとは、この太さが一定のビームウエストの電子ビーム進行方向における長さをいう。なお前述の焦点位置はこのビームウエストの電子ビーム進行方向における中央位置を指している。また、電子ビームＢの場合、図１２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。
【００７５】
そして、図１１（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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
（ドーズ分布）
図１３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である。同図に示すように、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に回折格子を傾けて各ピッチ毎に形成する際の走査位置に対するドーズ量分布を予め定義したドーズ分布の特性などに関するドーズ分布情報１６１ａ、各ピッチ毎に表面反射防止用の凹凸を形成する際に、当該凹凸部分のドーズ量に関するドーズ分布情報１６１ｂ、ドーズ分布を補正演算したドーズ分布補正演算情報１６１ｃ、その他の情報１６１ｄなどが格納されている。なお、ドーズ分布補正演算情報１６１ｃとは、ドーズ量などを算出するためのもととなるテーブルないしは演算情報である。
【００７９】
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、前記ドーズ分布情報１６１ａ、１６１ｂやドーズ分布補正演算情報１６１ｃなどの情報をもとに、曲面部２ａ上の所定の傾斜角度におけるドーズ分布特性など演算により算出するためのドーズ分布演算プログラム１６３ｂ、その他の処理プログラム１６３ｃなどを有している。
【００８０】
このような構成を有する制御系において、ドーズ分布情報は予めメモリ１６０の形状記憶テーブル１６１などに格納され、処理プログラム１６３ａに基づいて、描画時に当該ドーズ分布情報を抽出し、そのドーズ分布情報によって種々の描画が行われることとなる。
【００８１】
あるいは、制御部１７０は、処理プログラム１６３ａにより所定の描画アルゴリズムを実行しつつ、ドーズ量を算出するルーチンに至ると、ドーズ分布演算プログラム１６３ｂを実行し、傾斜角度に応じたドーズ分布を算出するためのある程度の基本的情報、すなわち、ドーズ分布情報１６１ａ、１６１ｂ、ドーズ分布補正演算情報１６１ｃなど格納したテーブルを参照しつつ、対応するドーズ分布特性情報を算出したのち、この算出したドーズ分布特性情報を前記メモリ１６０の所定の一時記憶領域に格納し、そのドーズ分布特性情報を参照しつつドーズ量を算出して描画を行うといった手法であってもよい。
【００８２】
（制御系の具体的構成）
次に、前記円描画を正多角形で近似して直線的に走査する場合の各種処理を行なうための制御系の具体的構成について、図１４を参照しつつ説明する。図１４には、本実施の形態の電子ビーム描画装置の制御系の詳細な構成が開示されている。
【００８３】
電子ビーム描画装置の制御系３００は、図１４に示すように、例えば円描画時に正多角形（不定多角形を含む）に近似するのに必要な（円の半径に応じた）種々のデータ（例えば、ある一つの半径ｋｍｍの円について、その多角形による分割数ｎ、各辺の位置各点位置の座標情報並びにクロック数の倍数値、さらにはＺ方向の位置などの各円に応じた情報等）、さらには円描画に限らず種々の曲線を描画する際に直線近似するのに必要な種々のデータ、各種描画パターン（矩形、三角形、多角形、縦線、横線、斜線、円板、円周、三角周、円弧、扇形、楕円等）に関するデータを記憶する描画パターン記憶手段である描画パターンデータメモリ３０１と、を含んで構成される。
【００８４】
また、制御系３００は、前記描画パターンデータメモリ３０１の描画パターンデータに基づいて、描画条件の演算を行う描画条件演算手段３１０と、前記描画条件演算手段３１０から（２ｎ＋１）ライン（（ｎ＝０、１、２・・）である場合は（２ｎ＋１）であるが、（ｎ＝１、２、・・）である場合は（２ｎ−１）としてもよい）乃ち奇数ラインの描画条件を演算する（２ｎ＋１）ライン描画条件演算手段３１１と、（２ｎ＋１）ライン描画条件演算手段３１１に基づいて１ラインの時定数を設定する時定数設定回路３１２と、（２ｎ＋１）ライン描画条件演算手段３１１に基づいて１ラインの始点並びに終点の電圧を設定する始点／終点電圧設定回路３１３と、（２ｎ＋１）ライン描画条件演算手段３１１に基づいてカウンタ数を設定するカウンタ数設定回路３１４と、（２ｎ＋１）ライン描画条件演算手段３１１に基づいてイネーブル信号を生成するイネーブル信号生成回路３１５と、奇数ラインの偏向信号を出力するための偏向信号出力回路３２０と、を含んで構成されている。
【００８５】
さらに、制御系３００は、前記描画条件演算手段３１０から（２ｎ）ライン乃ち偶数ラインの描画条件を演算する（２ｎ）ライン描画条件演算手段３３１と、（２ｎ）ライン描画条件演算手段３３１に基づいて１ラインの時定数を設定する時定数設定回路３３２と、（２ｎ）ライン描画条件演算手段３３１に基づいて１ラインの始点並びに終点の電圧を設定する始点／終点電圧設定回路３３３と、（２ｎ）ライン描画条件演算手段３３１に基づいてカウンタ数を設定するカウンタ数設定回路３３４と、（２ｎ）ライン描画条件演算手段３３１に基づいてイネーブル信号を生成するイネーブル信号生成回路３３５と、偶数ラインの偏向信号を出力するための偏向信号出力回路３４０と、描画条件演算手段３１０に基づいて、次の等高線に移動するときなどにブランキングを行うブランキングアンプ３５０と、描画条件演算手段３１０での描画条件と、奇数ラインの偏向信号出力回路３２０並びに偶数ラインの偏向信号出力回路３４０からの情報とに基づいて、奇数ラインの処理と偶数ラインの処理とを切り換える切換回路３６０と、を含んで構成されている。
【００８６】
奇数ラインの偏向信号出力回路３２０は、走査クロックＣＬ１と、カウンタ数設定回路３１４からの奇数ラインカウント信号ＣＬ６と、イネーブル信号発生回路３１５のイネーブル信号とに基づいてカウント処理を行う計数手段であるカウンタ回路３２１と、カウンタ回路３２１からのカウントタイミングと、始点／終点電圧設定回路３１３での奇数ライン描画条件信号ＣＬ３とに基づいて、ＤＡ変換を行うＤＡ変換回路３２２と、このＤＡ変換回路３２２にて変換されたアナログ信号を平滑化する処理（偏向信号の高周波成分を除去する等の処理）を行う平滑化回路３２３と、を含んで構成される。
【００８７】
偶数ラインの偏向信号出力回路３４０は、走査クロックＣＬ１と、カウンタ数設定回路３３４からの偶数ラインカウント信号ＣＬ７と、イネーブル信号発生回路３３５のイネーブル信号とに基づいてカウント処理を行う計数手段であるカウンタ回路３４１と、カウンタ回路３４１からのカウントタイミングと、始点／終点電圧設定回路３３３での偶数ライン描画条件信号ＣＬ５とに基づいて、ＤＡ変換を行うＤＡ変換回路３４２と、このＤＡ変換回路３４２にて変換されたアナログ信号を平滑化する処理を行う平滑化回路３４３と、を含んで構成される。
【００８８】
なお、これらの制御系３００を構成する各部は、いずれも図３に示すＣＰＵ等の制御部１７０（制御手段）にて制御可能な構成としている。また、これら制御系３００は、Ｘ偏向用の制御系とＹ偏向用の制御系を各々形成する構成としてもよい。
【００８９】
またなお、本実施形態の描画パターンデータメモリ３０１と描画条件演算手段３１０などを含む制御系３００で、「演算手段」を構成できる。この「演算手段」は、走査される走査ライン上に、ＤＡ変換器の最小時間分解能の整数倍の時間に対応する距離に相当する少なくとも２点の各位置を演算する機能を有する。この場合、制御部１７０の「制御手段」は、前記演算手段にて演算された各位置間を前記電子ビームによりほぼ直線的に走査するように制御することとなる。また、同様にして、本発明の他の態様の「演算手段」では、略円状に走査される走査ライン上に、ＤＡ変換器の最小時間分解能の整数倍の時間に対応する距離を一辺とする多角形の各頂点位置を算出する機能を有する。また、制御手段は、演算手段にて演算された各位置間を前記電子ビームによりほぼ直線的に走査するのは同様である。
【００９０】
上記のような構成を有する制御系３００は、概略次のように作用する。すなわち、描画条件演算手段３１０が描画パターンデータメモリ３０１から直線近似による走査（描画）に必要な情報を取得すると、所定の描画条件の演算処理を行ない、例えば一つの円に対して正多角形の各辺に近似された場合の各辺のうち最初の辺、奇数番目のラインに関する情報は、（２ｎ＋１）ライン描画条件演算手段３１１へ、次の辺、偶数番目のラインに関する情報は、（２ｎ）ライン描画条件演算手段３３１へ各々伝達される。
【００９１】
これにより、例えば、（２ｎ＋１）ライン描画条件演算手段３１１は、奇数ラインに関する描画条件を生成し、走査クロックＣＬ１と生成された奇数ライン描画条件生成信号ＣＬ２とに基づいて、偏向信号出力回路３２０から奇数ライン偏向信号ＣＬ９を出力する。
【００９２】
一方、例えば、（２ｎ）ライン描画条件演算手段３３１は、偶数ラインに関する描画条件を生成し、走査クロックＣＬ１と生成された偶数ライン描画条件生成信号ＣＬ４とに基づいて、偏向信号出力回路３４０から偶数ライン偏向信号ＣＬ１０を出力する。
【００９３】
これら奇数ライン偏向信号ＣＬ９と偶数ライン偏向信号ＣＬ１０は、描画条件演算手段３１０のもとに切換回路３６０によって、その出力が交互に切り換わる。したがって、ある一の円について、正多角形に近似され、各辺が算出されると、ある一つの辺、奇数番目の辺が描画されると、次の辺、偶数番目の辺が描画され、さらに次ぎの辺、奇数番目の辺が描画される、という具合に交互に各辺が直線的に描画（走査）されることとなる。
【００９４】
そして、ある一の円について描画が終了すると、描画条件演算手段３１０は、その旨をブランキングアンプ３５０に伝達し、他の次の円を描画するように促す処理を行なう。このようにして、各円について多角形で近似した描画を行うこととなる。
【００９５】
次に、上述した電子ビーム描画を用いて、母型を形成し、その母型より光学素子成形金型を形成する工程を説明する。図１５は、本実施の形態にかかる金型の製作方法を示すフローチャートである。図１６は、図１５に示す主要な工程において、処理される基材を示す断面図である。
【００９６】
まず、図１５のステップＳ１０１で、樹脂材を加熱溶融させた後、元型Ｋ１、Ｋ２内の空間に射出して、基材２を射出成形する。このとき、元型Ｋ１の転写面Ｋ１ａには輪帯は形成されていないが、光学素子の光学面に対応した非球面形状となっているので、射出成形された基材２の母光学面（すなわち非平面部２ｄ）は、精度良く非球面形状が転写される。尚、基材２は、切削加工によりシリコンから切り出されても良い。
【００９７】
続いて、ステップＳ１０２で、基材２を、不図示のスピンコータにセットし、ステップＳ１０３で、レジストＬを基材２上に流下させながらプレスピンを実施し、その後ステップＳ１０４でプレスピンよりも高速に回転する本スピンを実施して、レジストＬの被膜を行う（図１６（ｂ）参照）。プレスピンと本スピンとを分けたのは、非球面形状のような複雑な曲面である基材の母光学面２ｄに、均一な膜厚のレジストＬを被膜させるためである。尚、レジストＬを基材２にスプレー塗布して基材の母光学面２ｄを被膜することも可能である。
【００９８】
その後、ステップＳ１０５で、基材２をスピンコータから取り外し、ステップＳ１０６で、雰囲気温度１８０℃で２０分間ベーキング処理を行って、レジストＬの被膜を硬化し安定させる。ここで、一回のレジストＬの被膜処理では、十分な膜厚を得ることができない場合には、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６の工程を繰り返し、レジストＬの被膜を積層させて十分な膜厚になったところで（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０８で、不図示の電子ビーム描画装置から照射される電子ビームＢを用いて、基材２の母光学面２ｄ上のレジストＬに電子描画処理を施す（図１６（ｃ）参照）。この際に、上述したステップ・アンド・リピートにより描画を行うが、図２に関連して説明したように、回折輪帯の傾斜部と側壁部の接続部で、電子ビーム描画領域（フィールド）を分けるようにすることで、図１に示す不具合を解消できる。
【００９９】
ここで本発明における各描画領域（以下、フィールドと呼ぶ）をつなぐための具体的なプロセスを、図１９を用いて説明する。なおこれらのプロセスを実行する基本的なプログラムは、図１３における処理プログラム１６３ａによって実行される。
【０１００】
描画プロセスでは、ステップＴ１００において、図１３の記憶手段（メモリ１６０）から基材の母光学面の形状データ（ドーズ分布補正演算情報１６１ｃより）、回折輪帯パターンデータ（ドーズ分布情報１６１ａより）、電子ビーム走査可能距離（その他の情報１６１ｄより）等から、基材上の母光学面を複数のフィールドに分割した時の各フィールドに対応する座標を演算し、決定する。決定された各座標に対応して出力された境界座標データＴ（フィールドの周囲の境界を示す領域の座標データ：例えばＸＹＺステージにおけるｘ、ｙ座標）はメモリ１６０に格納される（その他の情報１６１ｄの一つとして格納）。
【０１０１】
ここでは図１８に示すように各フィールドに変数Ｒとｎからなる番号が付与され、フィールドＲｎとしてそれぞれの境界座標データＴが対応するようにメモリ１６０に格納される。具体的には、回折輪帯の中心部から半径方向に離れるにつれて１からＲ（変数Ｒで管理：最も外側のフィールドはＲの最大値に対応）、回折輪帯の同心円に沿って１からｎ（変数ｎで管理：なおｎの最大値はＲすなわち中心から何列目のフィールドかによって変わる）の番号を付け、これに基づき順次描画が行われるように制御される。
【０１０２】
なお、上記変数Ｒ、変数ｎの最大値（具体的にはＲの最大値および、各Ｒに対応するｎの最大値）は、上記ステップＴ１００でフィールドを分割した際にどのように各フィールドが基材上で分割されるかで同時に決定しており、全てのフィールドの描画が完了するまでメモリ１６１に（例えばその他の情報１６１ｄとして）格納され、以後のステップにおいて適宜参照される。
【０１０３】
上記の演算時には必警とする光学素子の回折輪帯のパターン（形状）に対応したドーズ量の分布（回折輪帯パターンデータ）から回折輪帯のパターンにおける前述の傾斜部と側壁部を認識し、基材上の母光学面を複数のフィールドに分割する際に、回折輪帯の半径方向に隣接する各々のフィールド（例えば図１８の第１の描画領域と第２の描画領域）の境界が上記パターンの傾斜部と側壁部の接続部に位置するように、上記各フィールドの分割が演算により実行され、求められた各フィールドに対応する上記境界座標データＴが基材の母光学面の形状データにおける座標に関連づけて決定される。上記フィールドの分割における演算の手法としては、具体的には上記電子ビームが走査可能な距離に最大限収まる回折輪帯の数を算出し、算出された回折輪帯の数をもとに回折輪帯の半径方向のフィールドの幅を決定し、さらにこのフィールドの幅に基づき各フィールドに対応する座標を決定する手法をとりうる。しかしながら、上記演算の手法はこれに限定されるものではない。また基材の母光学面の形状により適宜補正を加えることもできる。
【０１０４】
例えば回折輪帯の半径方向に隣接するＲ＝１の描画領域とＲ＝２の描画領域（その他、Ｒ＝２、Ｒ＝３の描画領域など）では、上記の演算により境界座標データＴが決定される。また回折輪帯の同心円に沿って並ぶ複数の描画領域ヘの分割（例えばＲ＝２でのｎ＝１，２，３、…と連なる描画領域ヘの分割）が実行され、この結果も上記境界座標データＴに反映されている。
【０１０５】
ここまでで、基材の母光学面上で分割して描画される複数のフィールドが正確に決定され、各フィールドが座標データとして求められ、メモリ１６０に記憶される。
【０１０６】
ステップＴ１０１において、基材が電子ビーム描画装置におけるＸＹＺステージ３０上に載置されると、この基材の位置を検出することにより、座標データとしてメモリ１６１（例えばその他の情報１６１ｄとして）に格納される。
【０１０７】
ステップＴ１０１で、メモリ１６１に格納された基材の位置に対応した座標データは、ステップＴ１０２において上記の基材の母光学面の形状データと対応づけられる。
【０１０８】
以後、上記の各座標データをもとに各フィールドが順次ビームにより描画される。ここでは図１８に示すように各フィールドに中心部から半径方向に離れるにつれて描画領域ＲｎのＲは１からＲの最大値まで変化させ、ｎは回折輪帯の同心円に沿って、１からｎの最大値まで変化させ、変数Ｒ、ｎは基材とビーム照射源が相対的に移動してフィールドが切り替えられるたびに、順次これら変数を書き換える。
【０１０９】
ステップＴ１０３では、まず上記の変数Ｒ、ｎをそれぞれ初期値（Ｒ＝１、ｎ＝１）にセットし、最初に描画されるフィールドＲｎ（ここでは図１８中央部のフィールド）を指定する。
【０１１０】
ステップＴ１０４で、上記フィールドＲｎに対応する境界座標データＴを前記メモリ１６１から呼び出し、これに基づきフィールドＲｎが描画されるように基材を載置したＸＹＺステージ３０をビーム照射源に対して相対移動させる。
【０１１１】
次にステップＴ１０５で、上記フィールドＲｎにおけるドーズ分布を計算する。ドーズ分布はフィールドＲｎ内の各座標に対して、前述のように図１３に示される処理プログラム１６３ａ、ドーズ分布演算プログラム１６３ｂ、ドーズ分布情報１６１ａ、１６１ｂやドーズ分布補正演算情報１６１ｃなどの情報をもとに算出され、フィールドＲｎ内の各座標毎に対応づけたドーズ量のテーブルとしてメモリ１６１ａに一時的に格納される。
【０１１２】
ステップＴ１０６では、上記のようにして求めたフィールドＲｎ内のドーズ分布に基づいて、フィールドＲｎを電子ビーム描画装置で描画する。フィールド内での実際の描画ラインについては、前述の図１４で示した近似方法で電子ビームによる走査が実行される。
【０１１３】
ステップＴ１０７では、同心円状に並んだフィールドの描画が全て完了したか否かを判断し、完了していなければステップＴ１０８に進み、変数ｎを１つ引き上げて再度ステップＴ１０４に戻り、以後各同心円状に並ぶフィールドの描画が全て完了するまで、基材とビーム照射源の相対的移動と各フィールドの描画が繰り返される。
【０１１４】
ステップＴ１０９では回折輪帯の半径方向についても全ての描画が完了したかを判断し、完了していなければＲを１つ引き上げて、再度ステップＴ１０４に戻り、以後全てのフイールドの描画が完了するまで、基材とビーム照射源の相対的移動と各フィールドの描画が繰り返される。すなわち図１８の第１の描画領域Ａの外側に隣接する第２の描画領域Ｂにフィールドを移動して描画が実行される。
【０１１５】
このようにして本発明におけるステップアンドリピート方式が実現される。なお、上述の処理ではステップＴ１０４の基材の相対移動毎にステップＴ１０５で各フィールドＲｎのドーズ分布を計算しており、メモリ１６１の容量を大きく消費することなく処理が可能となっているが、これに限るものではなく、フィールドの分割時に全てのフイールドＲｎに対応するドーズ分布をメモリ１６１に事前に全て格納し、ビームの描画時に個別に呼び出すことも可能である。
【０１１６】
電子描画処理後、ステップＳ１０９で、基材２に対して現像処理及びリンス処理を行って（図１６（ｄ）参照）、不要なレジストを排除することで、輪帯形状のレジストＬを得る。ここで、同一点における電子ビームＢの照射時間を長くすれば、それだけレジストＬの除去量が増大するため、位置によって、電子ビームのドーズ量を調整することで、ブレーズ形状の回折輪帯になるよう、レジストＬを残すことができる。
【０１１７】
更に、ステップＳ１１０で、プラズマシャワーによるドライエッチングを経て、基材２の母光学面２ｄの表面を彫り込んでブレーズ状の回折輪帯３（実際より誇張されて描かれている）を形成する（図１６（ｅ）参照）。更に、ステップＳ１１１で、基材２を円筒状の治具（不図示）に接着する。その後、基材２に裏打ち部材を配置し、ステップＳ１１２で、スルファミン酸ニッケル浴中に、表面を活性処理した基材２を浸し電鋳を成長させ、電鋳部材を得る。更に、ステップＳ１１３で、電鋳部材を切断して、ステップＳ１１４で、基材２と電鋳部材とを脱型する。脱型された電鋳部材は、ステップＳ１１５で機械加工され、光学素子成形用金型として成形装置に組み込まれ、光学素子の成形に用いられる。
【０１１８】
図１７は、本実施の形態にかかるビーム描画方法により形成された光学素子の一例としての対物レンズを含む光ピックアップ装置の概略図である。図１７において、光ピックアップ装置４００は、半導体レーザー４０１、コリメートレンズ４０２、分離プリズム４０３、対物レンズ４０４、ＤＶＤ、ＣＤ等の光磁気ディスク４０５（光磁気記録媒体）、１／２波長板４０６、偏光分離素子４０７、集光レンズ４０８、シリンドリカルレンズ４０９、分割光検出器４１０を有する。
【０１１９】
上記のような構成を有する光ピックアップ装置４００において、半導体レーザー１からのレーザー光は、コリメートレンズ４０２で平行光となり、分離プリズム４０３で対物レンズ４０４側に反射され、対物レンズ４０４によって回折限界まで集光されて光磁気ディスク４０５（光磁気記録媒体）に照射される。
【０１２０】
光磁気ディスク４０５からのレーザー反射光は、対物レンズ４０４に入光して再び平行光となり、分離プリズム４０３を透過し、更に、１／２波長板４０６を透過し偏光方位を４５度回転した後、偏光分離素子４０７に入射し、この偏光分離素子４０７で、光路が近接したＰ，Ｓ両偏光からなる２つの光束に分離される。前記Ｐ，Ｓ両偏光の光束はそれぞれ集光レンズ４０８，シリンドリカルレンズ４０９によって集光されて、分割光検出器４１０の分離受光領域（受光素子）にそれぞれのスポットを形成する。
【０１２１】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。たとえば本発明のビーム描画方法は、電子ビームに限らず、他のビームにおいても適用が可能である。又、光学素子を成形するための型のみならず、種々の描画に適用可能である。
【０１２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、コストを上昇させたり加工時間を延長することなく、適正な描画を行えるビーム描画方法、光学素子成形用の金型のための母型の製作方法、母型、光学素子成形用の金型、及び光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、従来技術の手法を用いて、ビーム描画で形成した回折輪帯のパターンＰの断面図であり、 図１（ｂ）は、図１（ａ）のIB部を拡大して示す図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明のビーム描画方法を用いて、ビーム描画で形成した回折輪帯のパターンＰの断面図であり、 図２（ｂ）は、図２（ａ）のIIB部を拡大して示す図である。
【図３】本発明の基材の概略構成の一例を示す説明図である。
【図４】図３の基材の要部を詳細に示す説明図である。
【図５】回折輪帯の概略断面図である。
【図６】本発明の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７】測定装置の原理を説明するための説明図である。
【図８】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９】測定装置の投光と受光との関係を示す説明図である。
【図１０】信号出力と基材の高さとの関係を示す特性図である。
【図１１】同図（Ａ）（Ｂ）は、図６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１２】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１３】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制御系の詳細を示す機能ブロック図である。
【図１４】電子ビーム描画装置のさらに詳細な制御系の構成を示す機能ブロック図である。
【図１５】本実施の形態にかかる金型の製作方法を示すフローチャートである。
【図１６】図１５に示す主要な工程において、処理される母型（基材）を示す断面図である。
【図１７】光ピックアップ装置の概略を示す説明図である。
【図１８】描画領域を模式的に示す基材の上面図である。
【図１９】描画のプロセスを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１ 電子ビーム描画装置
２ 基材（被描画基材）
３ 回折輪帯
３ａ 側壁部
３ｂ 傾斜部
３ｃ 溝部
１０ 鏡筒
１２ 電子銃
１４ スリット
１６ 電子レンズ
１８ アパーチャー
２０ 偏向器
２２ 補正用コイル
３０ ＸＹＺステージ
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

Claims (14)

1. ビーム照射源よりほぼ一定のビームウエストを有する電子ビームを走査し、同一点におけるビーム照射時間を制御して前記電子ビームのドーズ量を調整することによって、傾斜部と前記傾斜部につながる側壁部とから形成された回折輪帯を複数含むパターンを、基材上に描画する電子ビーム描画方法であって、
   基材上で描画すべき領域は、回折輪帯に応じて同心円状に配置され、回折輪帯を複数含むと共に扇状の形状を有しており、
   基材上で描画すべき領域を、回折輪帯の同心円の中心から同心円の半径方向に連なって配置される第１の描画領域と第２の描画領域とを含む複数の描画領域に、電子ビームの走査可能距離に応じて分割するステップと、
   基材上の前記第１の描画領域に対してビーム照射源より電子ビームを走査し、前記第１の描画領域に回折輪帯を有するパターンを描画する第１の描画ステップと、
   前記第１の描画領域に隣接するとともに、前記第１の描画領域との境界が前記傾斜部と前記側壁部との接続部に位置する前記第２の描画領域が描画されるように、前記基材と前記ビーム照射源とを相対移動させる移動ステップと、
   前記ビーム照射源より電子ビームを走査し、前記第１の描画領域と前記第２の描画領域の境界が前記傾斜部と前記側壁部との接続部に位置するように、前記第２の描画領域にパターンを描画する第２の描画ステップと、を有することを特徴とする電子ビーム描画方法。
2. さらに基材の母光学面の形状データ、回折輪帯パターンデータ、電子ビームの走査距離から、前記母光学面を、回折輪帯を複数含むと共に扇状の形状を有し、回折輪帯の同心円の中心から同心円の半径方向に連なって配置される少なくとも前記第１の描画領域とこれに隣接する前記第２の描画領域に分割するための各描画領域に対応する座標を演算し、決定すると共に、前記第１の描画領域に対応する第１の領域座標データおよび前記第２の描画領域に対応する第２の領域座標データを記憶手段に格納する領域算出ステップを有すると共に前記第１の描画ステップは、
   前記第１の領域座標データより、前記第１の描画領域における第１のドーズ量分布を計算する第１ドーズ量分布計算ステップと、
   前記第１のドーズ量分布に基づき、前記第１の描画領域に対して前記ビーム照射源より電子ビームを走査することにより、前記第１の描画領域に回折輪帯を有するパターンを描画する第１描画ステップとを含み、
   前記移動ステップは、
   前記記憶手段から前記第２の描画領域に対応する第２の領域座標データを呼び出す第２呼び出しステップと、
   前記呼び出された第２の領域座標データに基づき、前記第２の描画領域に対して前記電子ビームが走査されるように、前記基材と前記ビーム照射源とを相対移動させる第２移動ステップとを含み、
   前記第２の描画ステップは
   前記第２の領域座標データより、前記第２の描画領域における第２のドーズ量分布を計算する第２ドーズ量分布計算ステップと、
   前記第２のドーズ量分布に基づき、前記第２の描画領域に対して前記ビーム照射源より電子ビームを走査することにより、前記第２の描画領域に回折輪帯を有するパターンを描画する第２描画ステップとを含み、かつ前記各描画領域に対応する座標は隣接する描画領域との境界がパターンの傾斜部と側壁部との接続部に位置するように決定されることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画方法。
3. ビーム照射源よりほぼ一定のビームウエストを有する電子ビームを走査し、同一点におけるビーム照射時間を制御して前記電子ビームのドーズ量を調整することによって基材上に傾斜部と、前記傾斜部につながる側壁部とから形成された回折輪帯を複数含むパターンを描画する電子ビーム描画方法であって、
   基材の母光学面の形状データおよび回折輪帯のパターンデータから、電子ビームの走査距離に応じて前記母光学面を少なくとも回折輪帯に応じて同心円状に配置され、回折輪帯を複数含むと共に扇状の形状を有し、回折輪帯の同心円の中心から同心円の半径方向に連なって配置される第１の描画領域とこれに隣接する第２の描画領域に分割するための各描画領域に対応する座標を演算し、決定すると共に、前記第１の描画領域に対応する第１の領域座標データおよび前記第２の描画領域に対応する第２の領域座標データを記憶手段に格納する領域算出ステップと、
   前記記憶手段から前記第１の描画領域に対応する第１の領域座標データを呼び出す第１呼び出しステップと、
   前記呼び出された第１の領域座標データに基づき、前記第１の描画領域に対して前記電子ビームが走査されるように、前記基材と前記ビーム照射源とを相対移動させる第１移動ステップと、
   前記第１の領域座標データおよび前記回折輪帯のパターンデータより、前記第１の描画領域における第１のドーズ量分布を計算する第１のドーズ量分布計算ステップと、
   前記第１のドーズ量分布に基づき、前記第１の描画領域に対して前記ビーム照射源より電子ビームを走査することにより、前記第１の描画領域に回折輪帯を有するパターンを描画する第１描画ステップと、
   前記記憶手段から前記第２の描画領域に対応する第２の領域座標データを呼び出す第２呼び出しステップと、
   前記呼び出された第２の領域座標データに基づき、前記第２の描画領域に対して前記電子ビームが走査されるように、前記基材と前記ビーム照射源とを相対移動させる第２移動ステップと、
   前記第２の領域座標データおよび前記回折輪帯のパターンデータより、前記第２の描画領域における第２のドーズ量分布を計算する第２ドーズ量分布計算ステップと、
   前記第２のドーズ量分布に基づき、前記第２の描画領域に対して前記ビーム照射源より電子ビームを走査することにより、前記第２の描画領域に回折輪帯を有するパターンを描画する第２描画ステップと、を有すると共に、
   前記各描画領域に対応する座標は前記第１の描画領域と前記第２の描画領域との境界がパターンの傾斜部と側壁部との接続部に位置するように決定されることを特徴とする電子ビーム描画方法。
4. 前記基材の母光学面は曲面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子ビーム描画方法。
5. 前記側壁部は前記電子ビームの進行方向に平行な面であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子ビーム描画方法。
6. 前記パターンは所定のピッチを有するパターンであり、前記側壁部は前記ピッチの区切り目位置にて前記基材の母光学面から立ち上がる部分であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子ビーム描画方法。
7. さらに前記描画すべき領域は回折輪帯の周方向に沿って並ぶ描画領域に分割されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電子ビーム描画方法。
8. 請求項１乃至７の方法を含むことを特徴とする光学素子成形用の金型のための母型の製作方法であって、さらに
   （ａ）前記電子ビーム描画方法による描画の前に所定の母光学面を有する基材上にレジスト膜の被膜を行うレジスト膜被覆ステップと、
   （ｂ）前記電子ビーム描画方法による描画の後、現像処理によって前記基材の母光学面上に前記光学素子の光学面に対応するパターンを形成することにより、母型を得る現像ステップとを含むことを特徴とする光学素子成形用の金型のための母型の製作方法。
9. 前記レジスト層形成ステップにおけるレジスト層は、レジストを前記基材の前記母光学面上に塗布することにより得られることを特徴とする請求項８記載の光学素子成形用の金型のための母型の製作方法。
10. さらにエッチング処理により、前記現像ステップで形成されたレジストのパターンを前記基材の前記母光学面に転写するエッチングステップを有する請求項８又は９記載の光学素子成形用の金型のための母型の製作方法。
11. さらに、
    （ｃ）前記母型に形成された前記パターンを電鋳処理によって電鋳部材に転写する電鋳ステップ、を有する請求項８乃至１０のいずれかに記載の光学素子成形用の金型の製作方法。
12. 請求項８乃至１１のいずれかに記載の方法によって製作された前記光学素子成形用の金型のための母型。
13. 請求項１２に記載の母型によって製作された光学素子成形用の金型。
14. 請求項１３に記載の光学素子成形用の金型によって製作された光学素子。

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