(57)【要約】【課題】レジスト膜を形成せずに高分子樹脂からなる基材に対し直接にビーム描画を行い次に現像工程を行う場合に基材の所定の形状精度を維持できるようにしたビームリソグラフィ方法、樹脂母型の製造方法及び樹脂母型を提供する。かかる樹脂母型を用いた成形金型の製造方法を提供する。【解決手段】このビームリソグラフィ方法は、高分子樹脂材料により形成された樹脂基材１０にその被描画面１１以外の部分を覆うようにして保護部２０を設けて樹脂基材を準備する工程と、被描画面に対しビーム描画を行う工程と、被描画面において現像液により現像を行う工程と、を含む。保護部によりビーム描画後に行う現像工程において被描画面以外の部分が現像液に侵されずに所定の形状精度を維持できる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子樹脂材料により形成された樹脂基材にその被描画面以外の部分を覆うようにして保護部を設けて前記樹脂基材を準備する工程と、
前記被描画面に対しビーム描画を行う工程と、
前記被描画面において現像液により現像を行う工程と、を含むことを特徴とするビームリソグラフィ方法。
【請求項２】
前記樹脂基材は所望の形状を有する金型により成形することを特徴とする請求項２に記載のビームリソグラフィ方法。
【請求項３】
前記高分子樹脂材料はＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）であることを特徴とする請求項１または２に記載のビームリソグラフィ方法。
【請求項４】
前記高分子樹脂材料の分子量が１００，０００乃至１，２００，０００の範囲内にあることを特徴とする請求項１，２または３に記載のビームリソグラフィ方法。
【請求項５】
前記高分子樹脂材料の分子量が１００，０００乃至２００，０００の範囲内にあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のビームリソグラフィ方法。
【請求項６】
前記保護部は保護膜または保護部材から構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のビームリソグラフィ方法。
【請求項７】
前記保護膜または前記保護部材は金属から形成されたことを特徴とする請求項６に記載のビームリソグラフィ方法。
【請求項８】
前記樹脂基材の現像工程において前記被描画面のみを前記現像液に浸すことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のビームリソグラフィ方法。
【請求項９】
所望の形状を有する金型を用いて高分子樹脂材料により形成された樹脂基材にその被描画面以外の部分を覆うようにして保護部を設けて前記樹脂基材を準備する工程と、
前記被描画面に対しビーム描画を行う工程と、
前記被描画面において現像液により現像を行う工程と、を含み、
前記ビーム描画及び前記現像により所定のパターンが形成された前記樹脂基材から樹脂母型を得ることを特徴とする樹脂母型の製造方法。
【請求項１０】
前記高分子樹脂材料はＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）であることを特徴とする請求項９に記載の樹脂母型の製造方法。
【請求項１１】
前記高分子樹脂材料の分子量が１００，０００乃至１，２００，０００の範囲内にあることを特徴とする請求項９または１０に記載の樹脂母型の製造方法。
【請求項１２】
前記高分子樹脂材料の分子量が１００，０００乃至２００，０００の範囲内にあることを特徴とする請求項９，１０または１１に記載の樹脂母型の製造方法。
【請求項１３】
前記保護部は保護膜または保護部材から構成されていることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の樹脂母型の製造方法。
【請求項１４】
前記保護膜または前記保護部材は金属から形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の樹脂母型の製造方法。
【請求項１５】
前記樹脂基材の現像工程において前記被描画面のみを前記現像液に浸すことを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の樹脂母型の製造方法。
【請求項１６】
前記所定のパターンが回折輪帯パターンであり、前記樹脂母型が前記回折輪帯パターンを有する光学素子を成形するための成形金型の母型であることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の樹脂母型の製造方法。
【請求項１７】
高分子樹脂材料により形成された樹脂基材と、
前記樹脂基材の被描画面以外の部分を覆うようにして設けられた保護部と、を備え、
前記被描画面に対しビーム描画を行い、次に前記被描画面において現像液により現像を行うことで前記樹脂基材に所定のパターンを形成したことを特徴とする樹脂母型。
【請求項１８】
前記高分子樹脂材料はＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）であることを特徴とする請求項１７に記載の樹脂母型。
【請求項１９】
前記高分子樹脂材料の分子量が１００，０００乃至１，２００，０００の範囲内にあることを特徴とする請求項１７または１８に記載の樹脂母型。
【請求項２０】
前記高分子樹脂材料の分子量が１００，０００乃至２００，０００の範囲内にあることを特徴とする請求項１７，１８または１９に記載の樹脂母型。
【請求項２１】
前記保護部は保護膜または保護部材から構成されていることを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の樹脂母型。
【請求項２２】
前記保護膜または前記保護部材は金属から形成されたことを特徴とする請求項２１に記載の樹脂母型。
【請求項２３】
前記保護部材は前記樹脂基材を収容し前記被描画面だけが外部に露出するように構成されたことを特徴とする請求項２１または２２に記載の樹脂母型。
【請求項２４】
前記所定のパターンが回折輪帯パターンであり、前記樹脂母型が前記回折輪帯パターンを有する光学素子を成形するための成形金型の母型であることを特徴とする請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載の樹脂母型。
【請求項２５】
請求項９乃至１６のいずれか１項に記載の樹脂母型の製造方法により得られた樹脂母型または請求項１７乃至２４のいずれか１項に記載の樹脂母型に基づいて成形金型を製造することを特徴とする成形金型の製造方法。
【請求項２６】
前記樹脂母型に金属を電着させて電鋳を行う工程と、
前記電着金属を前記樹脂母型から脱型する工程と、を含むことを特徴とする請求項２５に記載の成形金型の製造方法。
【請求項２７】
前記電鋳工程と前記脱型工程との間に前記樹脂母型の前記保護部において機械加工に関する精度測定を行う工程と、前記電着金属に対して機械加工を行う工程と、を含むことを特徴とする請求項２６に記載の成形金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビームリソグラフィ方法、樹脂母型の製造方法、樹脂母型及び成形金型の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、微細な回折輪帯構造のある光学素子の製造用成形金型を作製する場合、電子ビームリソグラフィ法を用い、Ｓｉ等からなる基材を非球面形状に形成し、その基材面にレジストをスピンコート法で塗布し、熱処理によるベーキングをしてから、基材面に形成されたレジスト膜に３次元電子ビーム描画を行い、現像処理をすることで回折構造のパターン形状を得る。その後、エッチング処理を行って、輪帯パターンを母型の素材に彫り込み、母型を得る。かかる母型に電鋳処理を施してから脱型し、裏打ち部材と組み合わせることで、光学素子用成形金型を作製している。
【０００３】
上述の電子ビームリソグラフィ法による製造工程において、高分子樹脂からなる基材に直接電子ビーム描画を行うことが考えられるが、そうすると現像工程で高分子樹脂基材が現像液に侵され、所定の形状精度を維持できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、レジスト膜を形成せずに高分子樹脂からなる基材に対し直接にビーム描画を行い次に現像工程を行う場合に基材の所定の形状精度を維持できるようにしたビームリソグラフィ方法、樹脂母型の製造方法及び樹脂母型を提供することを目的とする。また、かかる樹脂母型を用いた成形金型の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるビームリソグラフィ方法は、高分子樹脂材料により形成された樹脂基材にその被描画面以外の部分を覆うようにして保護部を設けて前記樹脂基材を準備する工程と、前記被描画面に対しビーム描画を行う工程と、前記被描画面において現像液により現像を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
このビームリソグラフィ方法によれば、樹脂基材の被描画面以外の部分に保護部を設けるので、ビーム描画後に行う現像工程において被描画面以外の部分が現像液に侵されずに所定の形状精度を維持できる。また、樹脂基材の現像液への浸漬も可能である。更に、高分子樹脂材料からなる樹脂基材の被描画面に直接にビーム描画するので、従来方法におけるレジスト塗布工程及びレジスト膜のベーキング処理工程の両方が不要になり、製造工程を簡略化でき、製造コストを低減できる。
【０００７】
上記ビームリソグラフィ方法では、前記樹脂基材は所望の形状を有する金型により成形することができ、これにより、所望の形状を有する樹脂基材を簡単に得ることができる。
【０００８】
また、前記高分子樹脂材料はＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）であることが好ましい。また、前記高分子樹脂材料の分子量が１００，０００乃至１，２００，０００の範囲内にあることが好ましく、前記高分子樹脂材料の分子量が１００，０００乃至２００，０００の範囲内にあることが更に好ましい。
【０００９】
また、前記保護部は保護膜または保護部材から構成されることが好ましく、この場合、前記保護膜または前記保護部材は金属から形成されることが好ましい。保護部材は比較的厚みのある部材から構成されるのに対し、保護膜は比較的厚さが薄く構成される。例えば、金属膜は、蒸着、スパッタリングまたは無電解めっき等により形成することができ、保護部材は、樹脂基材を収容し被描画面だけが外部に露出するような形状に構成できる。
【００１０】
また、前記樹脂基材の現像工程において前記被描画面のみを前記現像液に浸すことで、基材の所定の形状精度を更に確実に維持できる。
【００１１】
本発明による樹脂母型の製造方法は、所望の形状を有する金型を用いて高分子樹脂材料により形成された樹脂基材にその被描画面以外の部分を覆うようにして保護部を設けて前記樹脂基材を準備する工程と、前記被描画面に対しビーム描画を行う工程と、前記被描画面において現像液により現像を行う工程と、を含み、前記ビーム描画及び前記現像により所定のパターンが形成された前記樹脂基材から樹脂母型を得ることを特徴とする。
【００１２】
この製造方法は、上述のビームリソグラフィ方法を成形金型等のための樹脂母型の製造に適用したものである。従って、ビーム描画後に行う現像工程において被描画面以外の部分が保護部により現像液に侵されずに所定の形状精度を維持できる。また、樹脂基材の現像液への浸漬も可能である。更に、高分子樹脂材料からなる樹脂基材の被描画面に直接にビーム描画するので、従来方法におけるレジスト塗布工程及びレジスト膜のベーキング処理工程の両方が不要になり、製造工程を簡略化でき、樹脂母型の製造コストを低減できる。
【００１３】
また、前記高分子樹脂材料はＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）であることが好ましい。また、前記高分子樹脂材料の分子量が１００，０００乃至１，２００，０００の範囲内にあることが好ましく、前記高分子樹脂材料の分子量が１００，０００乃至２００，０００の範囲内にあることが更に好ましく、得られた樹脂母型から例えば成形金型を製造するときの転写精度が向上する。
【００１４】
また、前記保護部は保護膜または保護部材から構成されることが好ましく、この場合、前記保護膜または前記保護部材は金属から形成されることが好ましい。また、前記樹脂基材の現像工程において前記被描画面のみを前記現像液に浸すことで、基材の所定の形状精度を更に確実に維持できる。
【００１５】
また、前記所定のパターンが回折輪帯パターンであり、前記樹脂母型が前記回折輪帯パターンを有する光学素子を成形するための成形金型の母型でとすることができる。なお、前記樹脂基材は前記保護部と一体になって前記樹脂母型を構成することができる。
【００１６】
本発明による樹脂母型は、高分子樹脂材料により形成された樹脂基材と、前記樹脂基材の被描画面以外の部分を覆うようにして設けられた保護部と、を備え、前記被描画面に対しビーム描画を行い、次に前記被描画面において現像液により現像を行うことで前記樹脂基材に所定のパターンを形成したことを特徴とする。
【００１７】
この樹脂母型によれば、樹脂基材が保護部と一体になって樹脂母型を構成し、ビーム描画後に行う現像工程において被描画面以外の部分が保護部により現像液に侵されずに所定の形状精度を維持できる。また、樹脂基材の現像液への浸漬も可能である。
【００１８】
また、前記高分子樹脂材料はＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）であることが好ましい。また、前記高分子樹脂材料の分子量が１００，０００乃至１，２００，０００の範囲内にあることが好ましく、前記高分子樹脂材料の分子量が１００，０００乃至２００，０００の範囲内にあることが更に好ましく、樹脂母型から例えば成形金型を製造するときの転写精度が向上する。
【００１９】
また、前記保護部は保護膜または保護部材から構成されることが好ましく、この場合、前記保護膜または前記保護部材は金属から形成されることが好ましい。また、前記保護部材は前記樹脂基材を収容し前記被描画面だけが外部に露出するように構成されることが好ましい。
【００２０】
また、前記所定のパターンが回折輪帯パターンであり、前記樹脂母型が前記回折輪帯パターンを有する光学素子を成形するための成形金型の母型とすることができる。
【００２１】
本発明による成形金型の製造方法は、上述の樹脂母型の製造方法により得られた樹脂母型または上述の樹脂母型に基づいて成形金型を製造することを特徴とする。この成形金型の製造方法によれば、樹脂母型において上述のように所定の形状精度を維持できるので、形状精度のよい成形金型を製造できる。また、樹脂母型の製造コストを低減できるので、成形金型の製造コストの低減に寄与する。
【００２２】
上記成形金型の製造方法は、前記樹脂母型に金属を電着させて電鋳を行う工程と、前記電着金属を前記樹脂母型から脱型する工程と、を含むことが好ましい。また、前記電鋳工程と前記脱型工程との間に前記樹脂母型の前記保護部において機械加工に関する精度測定を行う工程と、前記電着金属に対して機械加工を行う工程と、を含むことが好ましく、この場合、前記保護部において精度測定を行うのに充分な寸法（長さ）を確保することができるので、機械加工を行う際の精度を確保できる。また、かかる精度測定を現像工程等による影響のない保護部で行うことができるので、精度よく実行することができる。なお、上述の成形金型は、例えば回折輪帯パターンを有する光学素子を成形するための成形金型とすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態による成形金型の製造ステップＳ０１乃至Ｓ０９を示すフローチャートであり、図２は、図１の各ステップＳ０１〜Ｓ０５による成形金型用樹脂母型の製造方法の各工程（ａ）乃至（ｅ）を示す側面図である。本実施の形態における樹脂母型は、回折輪帯構造を有する光学素子を成形するための成形金型の母型である。
【００２４】
〈成形金型用樹脂母型の製造工程〉
【００２５】
図１に示すように、樹脂基材１０を所定形状を有する金型で高分子材料により成形して得る（Ｓ０１）。即ち、図２（ａ）のように、樹脂基材１０は、全体として上面側に突出部分を有する円柱状に構成され、図２（ｂ）の保護部材２０に収納されたときに外部に露出する露出面１１と、円柱の外周である側面１２と、円柱の底である底面１３と、を備える。樹脂基材１０の露出面１１は、成形金型で成形しようとする光学素子の光学曲面に相当し図の上方に突き出た母光学面１４と、母光学面１４の外周に位置する平坦面１１ｂと、を備える。
【００２６】
樹脂基材１０を構成する高分子材料として例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）を用いることができるが、この場合、その分子量を例えば１０万乃至１２０万の範囲内とし、分散度３以下とすることができる。かかる分子量の制御は、溶液重合、懸濁重合、リビングアニオン重合などにより行うことができる。また、その他の高分子材料として、アクルリ系樹脂等がある。また、高分子材料により金型で成形することにより例えば光学素子の非球面形状等の所望の形状を有する樹脂基材１０を簡単に得ることができる。
【００２７】
次に、樹脂基材１０の側面１２及び底面１３を覆うことができるように構成された保護部材２０に樹脂基材１０を図２（ｂ）のようにはめ込むことで、樹脂基材を保護する（Ｓ０２）。保護部材２０は、樹脂基材１０の側面１２に対応する側部２１と、底面１３に対応する底部２２と、を備え、側部２１の上端面２１ａは樹脂基材１０を収容したときに平坦部１１ｂとほぼ同じ平面高さになるようになっている。保護部材１０は例えばステンレス鋼から構成できるが、他の金属材料であってもよく、後述の図３（ａ）の電鋳工程における一方の電極を兼ねることができる。
【００２８】
保護部材２０に樹脂基材１０を図２（ｂ）のように収容し保持することで樹脂基材１０の側面１２及び底面１３が外部から遮断され、露出面１１だけが外部に露出する。なお、樹脂基材１０と保護部材２０との間に接着剤を介在させて樹脂基材１０を確実に保護部材２０内に保持させるようにしてもよい。
【００２９】
次に、図２（ｃ）のように保護部材２０内に保持されたに樹脂基材１０の母光学面１４について図２に示す電子ビーム描画装置で電子ビームＢにより回折輪帯構造のパターンが形成されるように電子ビーム描画を行う（Ｓ０３）。
【００３０】
上述のようにして電子ビーム描画された樹脂基材１０の母光学面１４を図２（ｄ）の現像液槽３０内の現像液３１に所定時間浸すことで現像処理を行う（Ｓ０４）。このとき、樹脂基材１０を現像液３１にどぶ漬けしても、保護部材２０により樹脂基材１０の側面１２等は現像液に触れないので樹脂基材１０の形状精度を維持できる。
【００３１】
また、図２（ｄ）のように、樹脂基材１０を母光学面１４が下側を向くように反転状態とし、母光学面１４の内の現像対象部分１１ｃだけが現像液３１に漬かるようにすることで、母光学面１４以外の部分を一層確実に現像液３１から保護することができる。
【００３２】
上述のようにして現像の終了した樹脂基材１０についてプラズマシャワーによるドライエッチング処理を行う（Ｓ０５）。これにより、図２（ｅ）のように母光学面１４の表面を彫り込んでブレーズ状の回折輪帯パターン１５（図では実際よりも誇張して描かれている）を形成する。
【００３３】
以上のようにして、樹脂基材１０の母光学面１４に回折輪帯パターン１５を形成することができるが、かかる樹脂基材１０が保護部材２０と一体になって成形金型用樹脂母型４０を構成する。
【００３４】
以上のようなビームリソグラフィ方法を樹脂母型の製造に適用することにより、高分子樹脂材料からなる樹脂基材１０の被描画面（母光学面１４）に直接に電子ビーム描画を行うので、従来方法におけるレジスト塗布工程及びレジスト膜のベーキング処理工程の両方が不要になり、製造工程を簡略化でき、母型の製造コストを低減できる。
【００３５】
また、樹脂基材１０の母光学面１４以外の部分を保護部材２０で覆い保護するので、電子ビーム描画後に行う現像工程において母光学面１４以外の部分が現像液に侵されずに所定の形状精度を維持できる。特に、後述の図３（ｂ）の精度測定工程において樹脂基材１０の側面１２における測定を、現像液により侵されない保護部材２０の側部２１の外周面２１ｂにおいて行うことができるので、正確な測定を実行できる。
【００３６】
〈母型から成形金型の製造工程〉
【００３７】
次に、上述のようにして得られた樹脂母型４０から成形金型を製造する工程について図３により説明する。図３は、図１の各ステップＳ０６〜Ｓ０９による成形金型の製造方法の各工程（ａ）乃至（ｃ）を示す側面図である。
【００３８】
まず、図３（ａ）に示すように、スルファミン酸ニッケル浴中に表面（母光学面１４）を活性処理した樹脂母型４０を浸し、一方の電極としての保護部材２０と他方の電極としての外部の電極部材４２との間に電源４３から電流を流すことにより、電着金属４１を母光学面１４を覆うようにして母型４０に形成することで電鋳を行う（Ｓ０６）。
【００３９】
次に、図３（ｂ）のように、母型４０と電着金属４１とを一体で切削加工機のチャック４５に取り付けるが、このとき、破線で示すダイヤルゲージの測定部４８を母型４０の保護部材２０の側部２１の外周面２１ｂに当てながら、測定点４６と４７との間（間隔Ｌ）で外周面２１ｂの倒れ精度を測定する（Ｓ０７）。この場合、保護部材２０の外周面２１ｂは、現像液による形状変化の影響が皆無であるので、正確な精度測定ができる。このようにして、母型４０の光軸ｃに対して外周面２１ｂにおける倒れが、例えば１μｍ／１０ｍｍ以内の所定の精度となるようにチャック４５で取り付け調整を行ってから、電着金属４１の外周面４１ａを切削加工する（Ｓ０８）。
【００４０】
上述のように、外周面２１ｂにおける倒れが１μｍ／１０ｍｍ以内の精度が要求される場合、ダイヤルゲージの測定精度との関係から測定点４６と４７との間隔Ｌが少なくとも１０ｍｍが必要であるところ、母型４０の保護部材２０の側部２１の長さ（高さ）Ｈは自由に設定できるので比較的大きく構成し、例えばダイヤルゲージの測定部４８の径等を考慮して１４ｍｍ以上とすることができる。このため、母型４０と電着金属４１とを切削加工機のチャック４５に精度よく取り付けることができ、精度のよい成形金型を得ることができる。
【００４１】
次に、図３（ｃ）のように、電着金属４１に裏打ち部材５０を組み合わせてから電着金属４１を母型４０から引き離すことで脱型を行う（Ｓ０９）。これにより、母型４０のブレーズ状の回折輪帯パターン１５が母光学面１４とともに電着金属４１の内面に精度よく転写されることで、母光学面１４に対応する成形光学面５２及び回折輪帯パターン１５に対応する成形回折輪帯パターン５３を有する精度のよい成形金型５１を得ることができる。
【００４２】
〈電子ビーム描画装置〉
【００４３】
次に、上述の図２（ｃ）における電子ビーム描画工程を実行できる電子ビーム描画装置の概略的構成を図４により説明する。図４は電子ビーム描画装置の全体構成を示す説明図である。
【００４４】
電子ビーム描画装置４０１は、図４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１０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４１２と、この電子銃４１２からの電子ビームを通過させるスリット４１４と、スリット４１４を通過する電子ビームの前記基材１０に対する焦点位置を制御するための電子レンズ４１６と、電子ビームが出射される経路上に配設され開口により所望の電子ビームのビーム形状にするためのアパーチャー４１８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１０上の走査位置等を制御する偏向器４２０と、偏向を補正する補正用コイル４２２と、を含んで構成されている。なお、これらの各部は、鏡筒４１０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。
【００４５】
さらに、電子ビーム描画装置４０１は、描画対象となる基材１０を載置するための載置台であるＸＹＺステージ４３０と、このＸＹＺステージ４３０上の載置位置に基材１０を搬送するための搬送手段であるローダ４４０と、ＸＹＺステージ４３０上の基材１０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４８０と、ＸＹＺステージ４３０を駆動するための駆動手段であるステージ駆動手段４５０と、ローダを駆動するためのローダ駆動装置４６０と、鏡筒４１０内及びＸＹＺステージ４３０を含む筐体４１１内を真空となるように排気を行う真空排気装置４７０と、基材１０上を観察する観察系４９１と、これらの制御を司る制御手段である制御回路４９２と、を含んで構成されている。
【００４６】
なお、電子レンズ４１６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４１７ａ、４１７ｂ、４１７ｃ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。
【００４７】
測定装置４８０は、基材１０に対してレーザを照射することで基材１０を測定する第１のレーザ測長器４８２と、第１のレーザ測長器４８２にて発光されたレーザ光（第１の照射光）が基材１０を反射し当該反射光を受光する第１の受光部４８４と、前記第１のレーザ測長器４８２とは異なる照射角度から照射を行う第２のレーザ測長器４８６と、前記第２のレーザ測長器４８６にて発光されたレーザ光（第２の照射光）が基材１０を反射し当該反射光を受光する第２の受光部４８８と、を含んで構成されている。
【００４８】
ステージ駆動手段４５０は、ＸＹＺステージ４３０をＸ方向に駆動するＸ方向駆動機構４５２と、ＸＹＺステージ４３０をＹ方向に駆動するＹ方向駆動機構４５４と、ＸＹＺステージ４３０をＺ方向に駆動するＺ方向駆動機構４５６と、ＸＹＺステージ４３０をθ方向に駆動するθ方向駆動機構４５８と、を含んで構成されている。これによって、ＸＹＺステージ４３０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。
【００４９】
なお、制御回路４９２は、図示しないが、電子銃４１２に電源を供給するための電子銃電源部、この電子銃電源部での電流、電圧などを調整制御する電子銃制御部、電子レンズ４１６（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、このレンズ電源部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、を含んで構成される。
【００５０】
さらに、制御回路４９２は、補正用コイル４２２を制御するためのコイル制御部、偏向器４２０にて成形方向の偏向を行う成形偏向部、偏向器４２０にて副走査方向の偏向を行うための副偏向部、偏向器４２０にて主走査方向の偏向を行うための主偏向部、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、描画パターンなどを前記基材１０に対して生成するためのパターン発生回路、各種レーザ制御系、ステージ駆動手段４５０を制御するためのステージ制御回路、ローダ駆動装置４６０を制御するローダ制御回路、測定情報を入力するための測定情報入力部、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、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、各部を備えた制御系、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、を含んで構成されている。
【００５１】
上述のような構成を有する電子ビーム描画装置４０１において、ローダ４４０によって搬送された基材１０がＸＹＺステージ４３０上に載置されると、真空排気装置４７０によって鏡筒４１０及び筐体４１１内の空気やダストなどを排気したした後、電子銃４１２から電子ビームが照射される。
【００５２】
電子銃４１２から照射された電子ビームは、電子レンズ４１６を介して偏向器４２０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４１６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４３０上の基材１０の表面、例えば曲面部（曲面）１２０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。
【００５３】
この際に、測定装置４８０によって、基材１０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４９２は、当該測定結果に基づき、電子レンズ４１６のコイル４１７ａ、４１７ｂ、４１７ｃ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。
【００５４】
あるいは、測定結果に基づき、制御回路４９２は、ステージ駆動手段４５０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４３０を移動させる。また、本例においては、電子ビームの制御、ＸＹＺステージ４３０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。
【００５５】
次に、測定装置４８０の第１のレーザ測長器４８２により電子ビームと交差する方向から基材１０に対して第１の光ビームＳ１を照射し、基材１０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。
【００５６】
この際に、第１の光ビームＳ１は、基材１０の底部にて反射されるため、第１の強度分布に基づき、基材１０の平坦部上の（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１０の母光学面１０上の（高さ）位置を測定することができない。
【００５７】
そこで、本例においては、さらに第２のレーザ測長器４８６を設けている。すなわち、第２のレーザ測長器４８６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１０に対して第２の光ビームＳ２を照射し、基材１０を透過する第２の光ビームＳ２が第２の受光部４８８に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、これに基づき、位置が測定算出される。そして、この基材１０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。
【００５８】
次に、電子ビーム描画装置４０１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。基材１０において、予め基材１０をＸＹＺステージ４３０上に載置する前に、基材１０上の複数例えば３個のマーク１１ｂ’、１１１ｂによる基準点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、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１０の厚み分布の算出を行うことができる。
【００５９】
一方、基材１０をＸＹＺステージ４３０上に載置した後も、同様の処理を行う。すなわち、基材１０上の複数例えば３個のマーク１１ａ、１１１ａによる基準点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、３次元座標系における第２の基準座標系が算出される。
【００６０】
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。
【００６１】
なお、上述の第２の測定は、電子ビーム描画装置４０１の第１の測定手段である測定装置４８０を用いて測定することができる。
【００６２】
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（形状測定器）を用いて測定しておく必要がある。このような、基材１０をＸＹＺステージ４３０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４８０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。この場合、測定装置からの測定結果は、例えば測定情報入力部にて入力されたり、制御回路４９２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、メモリなどに格納されることとなる。
【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、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４１６による電流値の調整もしくはＸＹＺステージ４３０の駆動制御のいずれか一方又は双方によって行われる。）そして、例えば１フィールド内を順次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。
【００６５】
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１０の表面における描画処理が終了することとなる。
【００６６】
このようにして第２のマークを基準点として位置認識を行いつつ、描画工程が行われることとなる。
【００６７】
なお、本実施の形態では、前記形状測定器にて測定された測定結果を、電子ビーム描画装置の測定情報入力部等を用いて入力を行うこととしたが、電子ビーム描画装置と形状測定器とを一つのクリーンルームもしくはチャンバ内にてネットワーク接続し、形状測定器にて測定された測定結果が一義的に電子ビーム描画装置内の記憶手段内に格納される「システム」を構成している場合には、上述の入力作業は不要となる。この「システム」は、上述のセット前に予め基材１０を測定するための形状測定器（第２の測定装置）と、セット後に基材１０を測定するための測定装置（第１の測定装置）との都合２つの測定装置を含む電子ビーム描画装置として定義してもよい。さらには、これらの測定装置を一つにして双方の測定を兼用できる構成（例えば基材１０をチャックしてからステージ上に搬送する間の搬送路において、セット前の測定位置（第１位置）とセット後の測定位置（第２位置）との間を測定装置が移動するとともに、セット前測定用の測定ステージを前記第１位置に、ステージを第２位置に位置させる構成、あるいは、測定ステージとステージとを用意しておき、描画位置の測定位置に必要に応じていずれかのステージを位置させる構成等）としてもよい。
【００６８】
ここで、描画処理は、より詳細には、基材１０の第２のマークによる３基準点Ｐ１ｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ）の測定を、電子ビーム描画装置の描画領域に設けられた測定装置を用いて測定を行う。
【００６９】
すると、電子ビーム描画装置では、上記にて予め測定された３基準点Ｐ０ｎ（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）の情報及び各部の高さＨｏ（ｘ、ｙ）の情報（第１の座標系）と、上記測定された３基準点Ｐ１ｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ）の情報（第２の座標系）と、に基づき、電子ビーム描画装置内におけるビームの最適フォーカス位置Ｈｐ（ｘ、ｙ）の算出を行う。
【００７０】
ところで、これは、あくまでも１フィールド（例えば０．５×０．５×０．０５ｍｍ等の単位空間）（ｍ＝１）についてである。因みに、この１フィールド内をビームが走査することで描画が行われる。次いで、ＸＹＺステージを、ｍ分割された特定の１フィールドに移動し、焦点深度内にある位置について描画を実施する処理を行う。このようにして、他のフィールドについても描画を行う。続いて、電子ビーム描画装置のステージから描画された基材１０を取り外して、基材１０に対する電子ビーム描画工程を終了する。
【００７１】
以上のように本発明を実施の形態により説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能であり、図５を参照して樹脂基材に保護膜を形成した変形例を説明する。図５の例は、図２（ａ）の樹脂基材１０の側面１２及び底面１３に金属膜２５を露出面１１が外部に露出するように形成したものである。かかる金属膜２５は、例えば、蒸着、スパッタリング、無電解ニッケルめっき等で形成できる。図５の金属膜２５で保護した樹脂基材１０により図２（ｂ）〜（ｅ）と同様の工程により樹脂母型を得ることができ、この樹脂母型により図３（ａ）〜（ｃ）と同様の工程により成形金型を得ることができる。金属膜２５で樹脂基材の側面１２等を上述の保護部材２０と同様に保護でき、同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、本発明によるビームリソグラフィ方法を、光学素子用成形金型の樹脂母型の製造工程に適用したが、光学素子以外の微細構造を有するものを成形するための成形金型の母型にも適用でき、また、成形用金型以外の微細構造を有する基材を製造するために適用してもよいことは勿論である。また、電子ビーム描画以外に、レーザビーム描画を適用してもよい。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、レジスト膜を形成せずに高分子樹脂からなる基材に対し直接にビーム描画を行い次に現像工程を行う場合に基材の所定の形状精度を維持できるようにしたビームリソグラフィ方法、樹脂母型の製造方法及び樹脂母型を提供できる。また、かかる樹脂母型を用いた成形金型の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による成形金型の製造ステップＳ０１乃至Ｓ０９を示すフローチャートである。
【図２】図１の各ステップＳ０１〜Ｓ０５による成形金型用樹脂母型の製造方法の各工程（ａ）乃至（ｅ）を示す側面図である。
【図３】図１の各ステップＳ０６〜Ｓ０９による成形金型の製造方法の各工程（ａ）乃至（ｃ）を示す側面図である。
【図４】図２（ｃ）における電子ビーム描画工程を実行できる電子ビーム描画装置の概略的な全体構成を示す図である。
【図５】図２（ａ）の樹脂基材を金属膜で保護した変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　　樹脂基材
１１　　　　　　　露出面
１２　　　　　　　側面
１３　　　　　　　底面
１４　　　　　　　母光学面
１５　　　　　　　回折輪帯パターン
２０　　　　　　　保護部材
２１　　　　　　　側部
２１ｂ　　　　　　外周面
２５　　　　　　　金属膜
４０　　　　　　　樹脂母型
４１　　　　　　　電着金属
４５　　　　　　　チャック
４６，４７　　　　測定点
５１　　　　　　　成形金型
５２　　　　　　　成形光学面
５３　　　　　　　成形回折輪帯パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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