JP4808447B2

JP4808447B2 - 電子ビーム描画方法及び電子ビーム描画装置

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Publication number: JP4808447B2
Application number: JP2005222349A
Authority: JP
Inventors: 康秀藤原; 寿夫渡部
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2025-08-01
Also published as: JP2007041090A

Description

本発明は、電子ビーム描画方法及び電子ビーム描画装置に係り、更に詳しくは、電子ビームを用いて物体上にパターンを描画する電子ビーム描画方法、及び該電子ビーム描画方法の実施に好適な電子ビーム描画装置に関する。

回折格子、フォトニック結晶、サブ波長光学素子等のサブミクロンオーダーの微細な周期構造を有する光学素子を作成する場合、レジスト等が塗布された基板上にパターンを描画する工程では、電子ビーム描画装置が一般的に用いられる。

基板をＸ軸方向とＹ軸方向とに移動することができるいわゆるＸＹステージを有する電子ビーム描画装置では、（１）露光フィールド（ＸＹステージを移動することなく電子ビームの偏向のみでパターンを描画できる領域）内の電子ビーム照射と、（２）ＸＹステージの移動と、の繰り返しにより基板上にパターンが描画される。すなわち、微小なドットの集合体によってパターンが描画される。（１）の電子ビーム照射は、電子ビームを偏向しつつ行われる。電子ビームの偏向量が大きいと必然的に露光フィールドの端部で電子ビームがデフォーカス状態となってしまうので、露光フィールドの大きさは最大でも１ｍｍ角程度であり、通常は０．５ｍｍ角である。従って、ＸＹステージを有する電子ビーム描画装置では、描画速度が非常に遅いという問題点があった。また、ＸＹステージの位置決め精度では、０．１μｍ程度の誤差が生じてしまい、加工面積が広くなると精度が低下するという不都合があった。

そこで、光ディスクの原盤等の露光に使用されるターンテーブルを備えたいわゆるＸθステージを有する電子ビーム描画装置が提案された（例えば、特許文献１〜特許文献４参照）。この電子ビーム描画装置の特徴は、基板を高速に回転させながら電子ビームを照射するので、従来のＸＹステージで基板を移動させる電子ビーム描画装置に比べ、時間あたりの描画面積が２桁程度大きいことにある。最近では、ビーム径７５ｎｍ、ビーム電流５００ｎＡ、露光線速度６ｍ／secのような大電流で高速な電子ビーム描画装置も開発され、従来の装置では、描画に何日も要してしまうため広い範囲の描画では現実的でなかった１００ｎｍ以下の狭ピッチでの露光も可能になった。しかしながら、特許文献１〜特許文献４に開示されている装置では、基板上に任意のパターンを精度良く描画するのが困難な場合があった。

特許２７８０３８２号公報特開２０００−２０７７３８号公報特開昭６０−５５６２１号公報特開２００３−２１７３２７号公報

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、物体上に任意のパターンを広範囲に精度良く描画することができる電子ビーム描画方法を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、物体上に任意のパターンを広範囲に精度良く描画することができる電子ビーム描画装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、ディスク状の物体を回転させつつその面内の任意の方向に移動させながら、電子ビームを前記物体の表面に設定された描画領域に照射し、該描画領域にパターンを描画する電子ビーム描画方法であって、前記描画領域を複数の部分領域に分割する工程と；前記部分領域毎に、その部分領域内における電子ビームの走査距離を決定する工程と；前記部分領域毎に、部分領域内において、補正前の電子ビームの走査軌跡が前記物体の回転中心と部分領域の中心とを結ぶ直線と交差する位置を算出し、該位置と部分領域の中心との距離を電子ビームの集束位置の補正量とし、部分領域の中心を電子ビームが走査するように、電子ビームの集束位置を補正する工程と；前記部分領域毎に、前記決定された走査距離に応じた時間だけ電子ビームを照射する工程と；を含む電子ビーム描画方法である。

これによれば、物体上に任意のパターンを広範囲に精度良く描画することが可能となる。

この場合において、前記決定する工程では、部分領域毎にその部分領域で必要な露光量に応じて、前記走査距離を決定することとすることができる。

本発明は、第２の観点からすると、ディスク状の物体を回転させつつその面内の任意の方向に移動させながら、電子ビームを前記物体の表面に設定された描画領域に照射し、該描画領域にパターンを描画する電子ビーム描画装置であって、前記物体が載置され、前記物体を回転させるとともに前記物体をその面内の任意の方向に移動させることができるステージ機構と；前記物体に向けて前記電子ビームを出射するビーム出射装置と；前記ビーム出射装置と前記物体との間に配置され、前記ビーム出射装置からの電子ビームを前記物体の半径方向に偏向する偏向器と；前記描画領域を複数の部分領域に分割するとともに、前記部分領域毎にその部分領域内における電子ビームの走査距離を決定し、更に、前記部分領域毎に、部分領域内において、集束位置を補正しないときの電子ビームの走査軌跡と部分領域の中心との最短距離を演算し、該演算結果を集光位置の補正量として前記偏向器を制御して、電子ビームが部分領域の中心を走査するように、電子ビームの集束位置を補正し、前記複数の部分領域のそれぞれにおいて、前記決定された走査距離に応じた時間だけ電子ビームが照射されるように、前記ステージ機構を介して前記物体を回転させつつその面内の任意の方向に移動させながら、前記ビーム出射装置からの電子ビームをオン／オフ制御する制御装置と；を備える電子ビーム描画装置である。

この場合において、前記制御装置は、前記物体の回転速度及び移動速度が一定となるように前記ステージ機構に指示し、前記物体の回転中心と走査対象の部分領域の中心との距離に基づいて、走査対象の部分領域における電子ビームの照射開始タイミングを求めることとすることができる。

上記電子ビーム描画装置において、前記制御装置は、電子ビームの走査における線速度が一定となるように前記ステージ機構に指示し、前記物体の回転中心と走査開始位置との距離、前記物体が１回転したときに走査される部分領域の数、前記線速度、及び前記物体の半径方向における走査軌跡間の距離に基づいて、走査対象の部分領域における電子ビームの照射開始タイミングを求めることとすることができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１７に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係る電子ビーム描画装置１００の概略構成が示されている。

図１に示される電子ビーム描画装置１００は、測長器３、電子銃４、コンデンサレンズ６、対物レンズ８、ブランキング電極９、絞り１０、偏向器１１、ターンテーブル１４、直動ステージ１５、モータ１６、スピンドルモータ１７、横送りドライバ２１、スピンドルドライバ２２、ブランキングドライバ２３、偏向器ドライバ２４、パルス発生器２５、フォーマッタ２６、フォーマッタ駆動クロック生成装置２７、排出系２８、主制御装置２９、表示装置１９、及び入力装置２０などを備えている。

前記電子銃４は、電子ビームを放出する。なお、本実施形態では、−Ｚ方向に向けて電子ビームが放出されるものとする。

前記コンデンサレンズ６は、電子銃４の−Ｚ側に配置され、電子銃４からの電子ビームを細く絞る。

前記ブランキング電極９は、コンデンサレンズ６の−Ｚ側に配置され、電子ビームをオン／オフする。具体的には、電子ビームをオフにする場合には、電子ビームが絞り１０の開口部方向に出射しないように、電子ビームを偏向する。

前記絞り１０は、ブランキング電極９の−Ｚ側に配置され、ブランキング電極９からの電子ビームのビーム径を規定する。なお、本明細書では、電子ビームにおいて、ピーク強度の１／ｅ²以上の領域の半径をビーム径という。

前記偏向器１１は、絞り１０の−Ｚ側に配置され、絞り１０を通過した電子ビームを偏向する。

前記対物レンズ８は、偏向器１１の−Ｚ側に配置され、偏向器１１からの電子ビームを描画対象物１３の表面に集束する。

以下では、コンデンサレンズ６、ブランキング電極９、絞り１０、偏向器１１、及び対物レンズ８を含む光学系を電子ビーム光学系ともいう。この電子ビーム光学系は、鏡筒１内に収容されている。

前記ターンテーブル１４は、その上に描画対象物１３が載置され、前記スピンドルモータ１７によりＸＹ面内で回転可能である。ここでは、一例として、ターンテーブル１４は直径１５０ｍｍの円形のテーブルであり、描画対象物１３は直径１２０ｍｍのディスクであるものとする。

前記直動ステージ１５は、その上にスピンドルモータ１７が載置され、前記モータ１６によりＸ軸方向に移動可能である。なお、直動ステージ１５がＸ軸方向に移動すると、それに連動してターンテーブル１４もＸ軸方向に移動する。

従って、描画対象物１３は、ＸＹ面内での回転とＸ軸方向への移動とが可能となる、すなわち、描画対象物１３は、Ｘθステージに載置されている。

前記ターンテーブル１４、スピンドルモータ１７、及び直動ステージ１５は、試料室２内に収容されている。

前記測長器３は、レーザ光を直動ステージ１５上に設けられている反射鏡に向けて出射するとともに、反射鏡で反射されたレーザ光を受光して、直動ステージ１５までの距離を測定する。

前記パルス発生器２５は、主制御装置２９の指示に基づいて、スピンドルモータ１７を駆動するための回転パルス信号を発生するとともに、モータ１６を駆動するための送りパルス信号を発生する。なお、パルス発生器２５は、測長器３の出力信号に基づいて直動ステージ１５の位置を検出しながら、モータ１６を制御する。

前記横送りドライバ２１は、パルス発生器２５からの送りパルス信号に応じてモータ１６を駆動する。

前記スピンドルドライバ２２は、パルス発生器２５からの回転パルス信号に応じてスピンドルモータ１７を駆動する。

前記フォーマッタ駆動クロック生成装置２７は、主制御装置２９の指示に基づいて、前記フォーマッタ２６の駆動クロック信号（フォーマッタ駆動クロック信号）を生成する。

前記フォーマッタ２６は、フォーマッタ駆動クロック生成装置２７からのフォーマッタ駆動クロック信号に同期して、ブランキング電極９を制御するためのブランキング電極制御信号を生成する。また、フォーマッタ２６は、主制御装置２９の指示に基づいて、偏向器１１を制御するための偏向器制御信号を生成する。

前記ブランキングドライバ２３は、フォーマッタ２６からのブランキング電極制御信号に応じてブランキング電極９を制御する。すなわち、ブランキング電極制御信号に応じて、電子ビームがオン／オフされる。

前記偏向器ドライバ２４は、フォーマッタ２６からの偏向器制御信号に応じて偏向器１１を制御する。すなわち、偏向器制御信号に応じて電子ビームが偏向される。

前記排気系２８は、複数の排気装置から構成され、鏡筒１及び試料室２の内部を高真空状態（例えば１０^-5Ｐa程度）にする。ここでは、試料室２の一方の壁側（＋Ｘ側）から排気しているが、これに限定されるものではない。また、複数個所から排気しても良い。

前記入力装置２０は、ユーザが入力した各種情報及び指示を主制御装置２９に通知する。

前記表示装置１９は、例えばＣＲＴ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）及びプラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）などを用いた表示部（図示省略）を備え、主制御装置２９から指示された各種情報を表示する。

前記主制御装置２９は、電子ビーム描画装置１００の全体を制御する。

この主制御装置２９には、外部から描画情報として、例えばパターンの位置及び形状が２次元座標系で表現されたＣＡＤデータが入力される。そして、主制御装置２９は、ＣＡＤデータによって指定された描画領域を複数のセルに分割する。このセルが電子ビームの照射単位となり、セル毎に電子ビームの照射量（露光量）や照射位置などが制御される。なお、ここでは、一例として各セルは正方形であるものとする（図７参照）。また、以下では、セルの１辺の長さを「セル長」ともいう。

次に、上記のようにして構成された電子ビーム描画装置１００における電子ビームの走査について説明する。なお、以下では、セル内において電子ビームが照射される位置を「露光位置」ともいう。また、パターンはドットの集合体として描画される。

描画対象物１３が載置されたターンテーブル１４を回転させながら直動ステージ１５を移動させると、描画対象物１３の表面を走査する電子ビームの軌跡（走査軌跡）は、らせん状となる。以下では、このらせんの方向を「走査方向」ともいう。また、このらせんを「トラック」ともいい、１周分を１トラックともいう。

これにより、例えば、図２に示されるように、描画対象物１３における描画領域（ＰＡとする）が５５ｍｍ×２０ｍｍの場合に、走査の線速度を６ｍ／sec、半径方向における隣接するトラック間の距離であるピッチを１００ｎｍとすると、約５時間で描画領域ＰＡ全面を走査することが可能である。すなわち、ＸＹステージを有する電子ビーム描画装置に比べて、数千倍も広い領域を一度に描画することが可能である。なお、一例として図３に示されるように、複数の描画領域を一度に描画することも可能である。

《照射長について》
描画対象物１３上における電子ビームのスポット形状が円形であっても、電子ビームに対してセルが走査方向に移動しているため、セル内におけるドットの長さ（走査方向の長さ）及び幅（半径方向の長さ）は、図４に示されるように、セル内における走査方向に関する電子ビームが照射される距離である照射長（図６参照）によって変化する。なお、以下では、ビーム径は、描画対象物１３上におけるビーム径を示すものとする。この場合には、照射長／ビーム径が０．４のときに、ドットの長さと幅とが互いにほぼ等しくなり、ほぼ円形のドットが形成される。そして、照射長が長くなるにつれて、ドットは長さが幅よりも大きい長円形となる。特に照射長／ビーム径が０．８を超えると、ドット形状の楕円率が１．２を超えるようになる。例えば、ビーム径が一般的な値である５０ｎｍの場合には、パターン幅の誤差が２０ｎｍを超えるおそれがある。一方、照射長／ビーム径が０．２未満になると、露光量が不足して必要なパターンが形成されないおそれがある。そこで、本実施形態では、０．２≦照射長／ビーム径≦０．８とした。

また、一例として図５に示されるように、ビーム径及びセル長が一定のときに、照射長を変更することによって、露光量を変更することができる。これにより、近接効果の補正、露光深さの変調、及びパターン幅の変調が可能となる。

《パターン変動について》
パターン変動とは、一例として図６及び図７に示されるように、描画対象物１３の表面に描画されたパターンにおけるエッジの変動であり、半径方向のパターン変動と垂直方向のパターン変動とがある。各方向のパターン変動とセル長/ビーム径との関係が図８に示されている。

セル長がビーム径の１．３倍を超えると、図８に示されるように、パターン変動は１５ｎｍを超えている。一般的に回折格子等の光学素子で許容される最大粗さ、すなわちパターン変動は２０ｎｍ程度なので、本実施形態では、セル長はビーム径の１．３倍以下とした。ところで、セル長が小さいほどパターン変動を小さくすることができるが、処理しなければならないデータ量が膨大になり、かつ露光時間が長くなるという不都合がある。また、図８に示されるように、セル長がビーム径の０．５倍未満ではパターン変動量がほぼ飽和するので、本実施形態では、セル長はビーム径の０．５倍以上とした。すなわち、ここでは、０．５≦セル長／ビーム径≦１．３とした。

ところで、電子ビームの走査を制御する方式には、描画対象物１３の表面における電子ビームの走査の角速度を一定とするＣＡＶ（Constant Angular Velocity）制御方式と、線速度を一定とするＣＬＶ（Constant Linear Velocity）制御方式とがある。そして、いずれの制御方式を用いるかによって、主制御装置２９での処理及び動作が異なる。

《ＣＡＶ制御方式の場合》
この方式では、直動ステージ１５の移動速度及び及びターンテーブル１４の回転速度がいずれも一定となるように制御される（図９（Ａ）及び図９（Ｂ）参照）。そして、この場合には、電子ビーム強度は、露光位置の描画対象物１３の回転中心からの距離（以下、便宜上「半径位置」ともいう）に比例して制御する必要があるので、一例として図９（Ｃ）に示されるように、照射長は半径位置に比例して徐々に大きくする。これにより、各セルでの露光量を均一にすることができる。

描画対象物１３の表面に設定された幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの描画領域を走査したときの電子ビームの軌跡（走査軌跡）の一例が図１０に示されている。なお、以下では、描画対象物１３の回転中心をＸＹ座標系の原点（０、０）とする。

電子ビームは、各セルの中心を必ずしも通るものではない。例えば、ビーム径を７５ｎｍ、セル長を７５ｎｍ、ピッチを７５ｎｍとすると、最大でセル長分（ここでは、７５ｎｍ）の位置ずれ（位置誤差）がある。この位置ずれの補正方法について図１１を用いて説明する。

露光開始位置を（０、ｒ0）、直動ステージ１５の移動速度をＶｓとすると、露光開始からｔ秒後の半径位置ｒは、次の（１）式で求めることができる。なお、露光開始位置とは、パターンを描画するときの基準となる位置である。

ｒ＝ｒ0＋Ｖｓ×t ……（１）

照射対象のセルの中心Ｍの座標を（Ｘｃ、Ｙｃ）、露光開始からの描画対象物１３の周回数をrnd、ターンテーブル１４の回転の角速度をωとすると、ｔ秒後における露光開始位置からの累積回転角度Σθは、次の（２）式で求めることができる。なお、周回数rndは、直動ステージ１５の移動距離／露光ピッチである。

Σθ＝rnd×２π＋tan^-1(Ｘｃ／Ｙｃ)＝ω×ｔ ……（２）

上記（１）式は、上記（２）式を用いて、次の（３）式に変形することができる。

ｒ＝ｒ0＋Ｖｓ×（Σθ／ω） ……（３）

セルの中心Ｍと原点とを結ぶ直線と補正前の走査軌跡とが交差する露光点Ｐを（Ｘｐ、Ｙｐ）とすると、セルの中心Ｍと露光点Ｐとの距離が、前記位置ずれの補正量Δｒである。すなわち、位置ずれの補正量Δｒは、次の（４）式で求めることができる。

Δｒ＝ｒ−（Ｘｐ²＋Ｙｐ²）^1/2＝ｒ0＋Ｖｓ×（Σθ／ω）−（Ｘｐ²＋Ｙｐ²）^1/2 ……（４）

この補正量Δｒ分を偏向器１１での偏向の際に付加することにより、図１２に示されるように整列したパターンが形成される。

すなわち、ＣＡＶ制御方式では、主制御装置２９は、セル毎に各セルの位置に応じた照射長及びΔｒを求める。そして、主制御装置２９は、描画対象物１３がその半径方向に速度一定で移動しながら回転速度一定で回転するように、ターンテーブル１４及び直動ステージ１５を制御するとともに、照射対象のセルに対応する照射長及びΔｒをフォーマッタ２６に出力する。フォーマッタ２６は、ブランキング電極９にて照射長に対応する時間だけ電子ビームがオンとなるようなブランキング電極制御信号を生成し、ブランキングドライバ２３に出力する。また、フォーマッタ２６は、偏向器１１にてΔｒに対応する角度だけ電子ビームが偏向されるような偏向器制御信号を生成し、偏向器ドライバ２４に出力する。これにより、照射対象のセルでは、そのセル中心を通る適切な照射長の電子ビームが照射されることとなる。

《ＣＬＶ制御方式の場合》
この方式では、一定の線速度で電子ビームの走査が行われるように、直動ステージ１５の移動及びターンテーブル１４の回転が制御される（図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）参照）。この場合には、フォーマッタ駆動クロック生成装置２７は、フォーマッタ駆動クロック信号のパルス幅Ｃｆを次の（５）式に基づいて生成する。なお、Ｎｆは１トラック当たりのフォーマッタ駆動クロック信号のパルス数、ＶＬは線速度、Ｐはピッチ、ｊは露光開始から何番目に露光されるセルであるかを示す値である（ｊ＝１，２，３，…）。

Ｃｆ＝２π×ｒ0／（Ｎｆ×ＶＬ）＋（２×ｊ−１）×π×Ｐ／（Ｎｆ²×ＶＬ） ……（５）

すなわち、フォーマッタ駆動クロック信号におけるパルス幅は、回転中心から遠くなるにつれて長くなる（図１３（Ｃ）参照）。そして、フォーマッタ駆動クロック信号におけるパルスの立ち下がりタイミングに同期して電子ビームの照射を開始することにより、露光点は、半径方向に整列することになる。

従って、露光開始からｔ秒後の半径位置ｒは、次の（６）式で求めることができる。ここで、ＶｃはＰ／Ｎｆである。

ｒ＝ｒ0＋Ｖｃ×j ……（６）

露光開始位置からｔ秒後の累積回転角度Σθは、次の（７）式で求めることができる。ここで、ωｃは１パルス当たりの回転角である。

Σθ＝rnd×２π＋tan^-1(Ｘｃ／Ｙｃ)＝ωｃ×ｊ ……（７）

上記（６）式は、上記（７）式を用いて、次の（８）式に変形することができる。

ｒ＝ｒ0＋Ｖｃ×（Σθ／ωｃ） ……（８）

そこで、位置ずれの補正量Δｒは、次の（９）式から求めることができる。

Δｒ＝ｒ−（Ｘｐ²＋Ｙｐ²）^1/2＝ｒ0＋Ｖｃ×（Σθ／ωｃ）−（Ｘｐ²＋Ｙｐ²）^1/2 ……（９）

この補正量Δｒ分を偏向器１１での偏向の際に付加することにより、整列したパターンが形成される。

すなわち、ＣＬＶ制御方式では、主制御装置２９は、セル毎に各セルの露光の順番に応じたパルス幅Ｃｆ、照射長及びΔｒを求める。そして、主制御装置２９は、露光線速度が一定となるように、ターンテーブル１４及び直動ステージ１５を制御するとともに、フォーマッタ駆動クロック信号に同期して、露光の順番に対応する照射長及びΔｒをフォーマッタ２６に出力する。フォーマッタ２６は、ブランキング電極９にて照射長に対応する時間だけ電子ビームがオンとなるようなブランキング電極制御信号を生成し、ブランキングドライバ２３に出力する。また、フォーマッタ２６は、偏向器１１にてΔｒに対応する角度だけ電子ビームが偏向されるような偏向器制御信号を生成し、偏向器ドライバ２４に出力する。これにより、照射対象のセルでは、そのセル中心を通る適切な照射長の電子ビームが照射されることとなる。

なお、ＣＡＶ制御方式を用いるかＣＬＶ制御方式を用いるかは、ユーザが選択し、入力装置２０を介して主制御装置２９に指示することができる。

《第１の実施例》
この第１の実施例では、ＣＡＶ制御方式を用い、表面にＳiＯ₂が形成され、その上に電子ビームレジストNEB-22が塗布されたＳｉウェハを描画対象物１３とした。また、電子ビームのビーム径は２５ｎｍ、セルサイズは２５ｎｍ角、回転速度は３０００ｒｐｍとした。そして、照射長を８ｎｍ〜１１ｎｍとし、半径位置２０ｍｍ〜３８ｍｍの描画領域に、導波路のパターンを描画した。約４時間で、パターンサイズ１５ｍｍ×３０ｍｍ内に０．６μｍピッチで０．３μｍ径の部分パターンを約１０億個露光することができた。さらに、現像、及びＲＩＥ(リアクティブ・イオン・エッチング)を行い、図１４に示されるような部品を作成した。なお、上記部分パターンはドットの集合体である。

《第２の実施例》
この第２の実施例では、ＣＡＶ制御方式を用い、電子ビームレジストZEP520が塗布された石英基板を描画対象物１３とした。また、電子ビームのビーム径は１００ｎｍ、セルサイズは１００ｎｍ角、回転速度は２４００ｒｐｍとした。そして、照射長を３０ｎｍ〜４５ｎｍとし、半径位置２０ｍｍ〜５０ｍｍの描画領域に、幅１０μｍの流路のパターンを描画した。約２時間で、パターンサイズ２０ｍｍ×６０ｍｍを露光することができた。現像を行い流路以外の部分を除去したところ、側面のパターン変動は６ｎｍ以下であり、非常に平坦であった。そして、Ｃｒ蒸着後、リフトオフして流路部分のＣｒを除去し、Ｃｒパターンとし、さらにＲＩＥを行い、深さ１０μｍの流路を有する部品を作成した（図１５参照）。

《第３の実施例》
この第３の実施例では、ＣＬＶ制御方式を用い、ＰＭＭＡが塗布された石英ガラスを描画対象物１３とした。また、電子ビームのビーム径は７５ｎｍ、セルサイズは７５ｎｍ角、線速度は３ｍ／secとした。そして、溝の形状に応じて現像後のＰＭＭＡの残膜量を変化させるために照射長を１５ｎｍ〜５２ｎｍの範囲で変化させることにより、一例として図１６に示されるように露光量を変調し、半径位置２０ｍｍ〜４０ｍｍの描画領域に、回折格子のパターンを描画した。トータルの露光時間は約８．５時間であった。そして、現像を行い、２０ｍｍ角で、深さ１．５２μｍ、幅１．４μｍで約４５度の傾斜の溝を有する回折格子を作成した（図１７参照）。パターン変動は５ｎｍ以下であった。すなわち、高精度で大面積の回折格子が従来よりも短時間で得られた。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る電子ビーム描画装置１００では、ターンテーブル１４と、スピンドルモータ１７と、直動ステージ１５と、モータ１６とによってステージ機構が構成され、電子銃４と、コンデンサレンズ６と、ブランキング電極９とによってビーム出射装置が構成され、主制御装置２９によって制御装置が構成されている。

以上説明したように、本実施形態に係る電子ビーム描画装置１００によると、主制御装置２９は、描画対象物１３の表面の描画領域を複数の矩形形状のセル（部分領域）に分割し、ＣＡＶ制御方式が選択されたときには、セル毎に各セルの位置に応じた照射長（電子ビームの走査距離）及びΔｒ（補正量）を求める。そして、主制御装置２９は、描画対象物１３がその半径方向に速度一定で移動しながら回転速度一定で回転するように、ターンテーブル１４及び直動ステージ１５を制御するとともに、照射対象のセルに対応する照射長及びΔｒをフォーマッタ２６に出力する。フォーマッタ２６は、ブランキング電極９にて照射長に対応する時間だけ電子ビームがオンとなるようなブランキング電極制御信号を生成し、ブランキングドライバ２３に出力する。また、フォーマッタ２６は、偏向器１１にてΔｒに対応する角度だけ電子ビームが偏向されるような偏向器制御信号を生成し、偏向器ドライバ２４に出力する。これにより、照射対象のセルでは、そのセル中心を通る適切な照射長の電子ビームが照射されることとなる。従って、その結果として、描画対象物１３上に任意のパターンを広範囲に精度良く描画することが可能となる。

また、主制御装置２９は、ＣＬＶ制御方式が選択されたときには、セル毎に各セルの露光の順番に応じたパルス幅Ｃｆ、照射長及びΔｒを求める。そして、主制御装置２９は、露光線速度が一定となるように、ターンテーブル１４及び直動ステージ１５を制御するとともに、フォーマッタ駆動クロック信号に同期して、露光の順番に対応する照射長及びΔｒをフォーマッタ２６に出力する。フォーマッタ２６は、ブランキング電極９にて照射長に対応する時間だけ電子ビームがオンとなるようなブランキング電極制御信号を生成し、ブランキングドライバ２３に出力する。また、フォーマッタ２６は、偏向器１１にてΔｒに対応する角度だけ電子ビームが偏向されるような偏向器制御信号を生成し、偏向器ドライバ２４に出力する。これにより、照射対象のセルでは、そのセル中心を通る適切な照射長の電子ビームが照射されることとなる。従って、その結果として、描画対象物１３上に任意のパターンを広範囲に精度良く描画することが可能となる。

また、照射長を電子ビームのビーム径の０．２倍〜０．８倍の間の値としているため、ドットを精度良く描画することができる。これにより、結果として、パターンを精度よく描画することが可能となる。

また、セル長を電子ビームのビーム径の０．５倍〜１．３倍の間の値としているため、パターンのエッジ部分の変動（ばらつき）を抑制することが可能となる。すなわち、微細なラインパターンであっても、ライン幅が均一なパターンを描画することができる。

また、Ｘθステージを有する従来の電子ビーム描画装置では実現困難であった露光量の変調が、本発明に係る電子ビーム描画装置では照射長を調整することにより実現できる。これにより、近接効果を補正することが可能となり、精度の高いパターンが描画できるだけでなく、フレネルレンズ、及び回折光素子等のように深さ方向に加工する必要のある部品の作成が可能になる。

なお、上記実施形態では、前記電子ビーム描画装置１００が、ＣＡＶ制御方式及びＣＬＶ制御方式の両方に対応している場合について説明したが、これに限らず、ＣＡＶ制御方式及びＣＬＶ制御方式のいずれか一方に対応していても良い。

以上説明したように、本発明の電子ビーム描画方法によれば、物体上に任意のパターンを広範囲に精度良く描画するのに適している。また、本発明の電子ビーム描画装置によれば、物体上に任意のパターンを広範囲に精度良く描画するのに適している。

本発明の一実施形態に係る電子ビーム描画装置を説明するための図である。描画対象物上の描画領域と電子ビームの走査軌跡を説明するための図である。描画対象物上の複数の描画領域を説明するための図である。ドット形状と照射長との関係を説明するための図である。露光量と照射長との関係を説明するための図である。パターン変動を説明するための図（その１）である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれパターン変動を説明するための図（その２）である。パターン変動量とセル長との関係を説明するための図である。図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、それぞれＣＡＶ制御方式を説明するための図である。補正前のパターンを説明するための図である。照射位置の補正を説明するための図である。補正後のパターンを説明するための図である。図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）は、それぞれＣＬＶ制御方式を説明するための図である。第１の実施例を説明するための図である。第２の実施例を説明するための図である。第３の実施例を説明するための図（その１）である。第３の実施例を説明するための図（その２）である。

符号の説明

４…電子銃（ビーム出射装置の一部）、６…コンデンサレンズ（ビーム出射装置の一部）、８…対物レンズ、９…ブランキング電極（ビーム出射装置の一部）、１１…偏向器、１３…描画対象物（物体）、１４…ターンテーブル（ステージ機構の一部）、１５…直動ステージ（ステージ機構の一部）、１６…モータ（ステージ機構の一部）、１７…スピンドルモータ（ステージ機構の一部）、２６…フォーマッタ、２７…フォーマッタ駆動クロック生成装置、２９…主制御装置（制御装置）。

Claims

ディスク状の物体を回転させつつその面内の任意の方向に移動させながら、電子ビームを前記物体の表面に設定された描画領域に照射し、該描画領域にパターンを描画する電子ビーム描画方法であって、
前記描画領域を複数の部分領域に分割する工程と；
前記部分領域毎に、その部分領域内における電子ビームの走査距離を決定する工程と；
前記部分領域毎に、部分領域内において、補正前の電子ビームの走査軌跡が前記物体の回転中心と部分領域の中心とを結ぶ直線と交差する位置を算出し、該位置と部分領域の中心との距離を電子ビームの集束位置の補正量とし、部分領域の中心を電子ビームが走査するように、電子ビームの集束位置を補正する工程と；
前記部分領域毎に、前記決定された走査距離に応じた時間だけ電子ビームを照射する工程と；を含む電子ビーム描画方法。
前記決定する工程では、部分領域毎にその部分領域で必要な露光量に応じて、前記走査距離を決定することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム描画方法。
ディスク状の物体を回転させつつその面内の任意の方向に移動させながら、電子ビームを前記物体の表面に設定された描画領域に照射し、該描画領域にパターンを描画する電子ビーム描画装置であって、
前記物体が載置され、前記物体を回転させるとともに前記物体をその面内の任意の方向に移動させることができるステージ機構と；
前記物体に向けて前記電子ビームを出射するビーム出射装置と；
前記ビーム出射装置と前記物体との間に配置され、前記ビーム出射装置からの電子ビームを前記物体の半径方向に偏向する偏向器と；
前記描画領域を複数の部分領域に分割するとともに、前記部分領域毎にその部分領域内における電子ビームの走査距離を決定し、更に、前記部分領域毎に、部分領域内において、集束位置を補正しないときの電子ビームの走査軌跡と部分領域の中心との最短距離を演算し、該演算結果を集光位置の補正量として前記偏向器を制御して、電子ビームが部分領域の中心を走査するように、電子ビームの集束位置を補正し、前記複数の部分領域のそれぞれにおいて、前記決定された走査距離に応じた時間だけ電子ビームが照射されるように、前記ステージ機構を介して前記物体を回転させつつその面内の任意の方向に移動させながら、前記ビーム出射装置からの電子ビームをオン／オフ制御する制御装置と；を備える電子ビーム描画装置。
前記制御装置は、前記物体の回転速度及び移動速度が一定となるように前記ステージ機構に指示し、
前記物体の回転中心と走査対象の部分領域の中心との距離に基づいて、走査対象の部分領域における電子ビームの照射開始タイミングを求めることを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム描画装置。
前記制御装置は、電子ビームの走査における線速度が一定となるように前記ステージ機構に指示し、
前記物体の回転中心と走査開始位置との距離、前記物体が１回転したときに走査される部分領域の数、前記線速度、及び前記物体の半径方向における走査軌跡間の距離に基づいて、走査対象の部分領域における電子ビームの照射開始タイミングを求めることを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム描画装置。