(57)【要約】【課題】基材上の３次元座標位置を測定し基材上に３次元描画するときに基材を固定する影響を極力抑えることで描画精度を向上できるビーム描画装置及び方法を提供する。これらの装置または方法に使用できる基材ホルダを提供する。【解決手段】このビーム描画方法は、曲面部のある被描画面を有する基材をホルダの内部に保持し（Ｓ０１）、ホルダ内の基材の被描画面の形状を測定し（Ｓ０３）、基材を保持したホルダを載置台に載置し固定し（Ｓ０５）、載置台に固定されたホルダ内の基材に電子ビームを照射することにより測定された被描画面の形状に基づいて被描画面に描画を行う（Ｓ０９）。ホルダを載置台に固定したとき基材に余分な応力がかからず基材が変形しないため、被描画面の形状測定と同じ状態で描画を行うことができ、描画精度が向上する。【選択図】　図１２
2004061582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面部のある被描画面を有する基材を載置するための載置台と、
前記基材をその内部で保持しかつ前記載置台上に固定されるホルダと、
前記載置台に固定された前記ホルダ内の前記基材の被描画面に向けてビームを照射するビーム照射手段と、
前記ビームが前記被描画面に合焦するように前記ビームの焦点位置を可変とする焦点位置可変手段と、
前記合焦されたビームにより前記被描画面に描画するための描画手段と、を具備することを特徴とするビーム描画装置。
【請求項２】
前記基材の被描画面上の基準位置を測定する測定手段と、
前記測定した基準位置及び前記曲面部を含む被描画面の形状測定結果に基づいて描画位置を演算する演算手段と、
前記演算された描画位置に基づいて前記ビームにより描画を行うように前記描画手段を制御する制御手段と、を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のビーム描画装置。
【請求項３】
前記載置台は前記ホルダを着脱自在に固定する固定手段を有し、前記ホルダは前記固定手段と係合する係合部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のビーム描画装置。
【請求項４】
前記ホルダの係合部はテーパ状の溝を備えることを特徴とする請求項３に記載のビーム描画装置。
【請求項５】
前記載置台の固定手段は前記係合部に係合するテーパ状の先端部を備えることを特徴とする請求項３または４に記載のビーム描画装置。
【請求項６】
前記ホルダは前記基材を前記被描画面の周囲で固定する固定部を有し、前記固定部は前記ビームの照射方向に前記被描画面よりも低い位置にあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のビーム描画装置。
【請求項７】
前記基材は前記被描画面の周囲にテーパ部または段差部を備え、前記固定部は前記基材を前記テーパ部または前記段差部において固定することを特徴とする請求項６に記載のビーム描画装置。
【請求項８】
前記載置台は前記ビーム描画装置に対して着脱自在に構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のビーム描画装置。
【請求項９】
曲面部のある被描画面を有する基材をホルダの内部に保持するステップと、
前記ホルダ内の前記基材の被描画面の形状を測定するステップと、
前記基材を保持した前記ホルダを載置台に載置し固定するステップと、
前記載置台に固定されたホルダ内の前記基材にビームを照射することにより前記測定された被描画面の形状に基づいて前記被描画面に描画を行うステップと、を含むことを特徴とするビーム描画方法。
【請求項１０】
曲面部のある被描画面を有する基材をホルダの内部に保持するステップと、
前記基材の被描画面上の複数の基準位置を測定する第１の測定ステップと、
前記ホルダ内の前記基材に対し略水平方向から光ビームを照射して前記基材を透過した透過光を受光することで前記曲面部の形状を測定する第２の測定ステップと、
前記基材を保持した前記ホルダを載置台に載置し固定するステップと、
前記載置台に固定した前記ホルダ内の基材の被描画面上の複数の基準位置を測定する第３の測定ステップと、
前記第１及び第３の測定ステップで測定した基準位置及び前記第２の測定ステップで測定した形状結果に基づいて描画位置を演算するステップと、
前記演算された描画位置に基づいて前記基材にビームを照射することにより前記被描画面に描画を行うステップと、を含むことを特徴とするビーム描画方法。
【請求項１１】
請求項９の前記測定ステップまたは請求項１０の前記第１及び第２の測定ステップを計測装置で行うことを特徴とする請求項９または１０に記載のビーム描画方法。
【請求項１２】
前記計測装置での測定の後、前記計測装置から前記基材を保持した状態で前記ホルダを取り出し前記載置台に固定し、前記載置台を前記描画ステップを行うためのビーム描画装置にセットすることを特徴とする請求項１１に記載のビーム描画方法。
【請求項１３】
前記描画ステップの後、前記ビーム描画装置から前記載置台を取り出し前記ホルダを外してから、前記基材を保持した状態で前記ホルダを次工程に送ることを特徴とする請求項１２に記載のビーム描画方法。
【請求項１４】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のビーム描画装置または請求項９乃至１３のいずれか１項に記載のビーム描画方法における前記ホルダとして使用可能な基材ホルダ。
【請求項１５】
曲面部のある被描画面を有する基材に対しビームを照射することにより前記被描画面に描画する際に使用され、前記基材を内部で保持するように構成されたことを特徴とする基材ホルダ。
【請求項１６】
前記描画時に載置台に載置されて固定されるように構成されたことを特徴とする請求項１５に記載の基材ホルダ。
【請求項１７】
前記載置台は前記基材ホルダを着脱自在に固定する固定手段を有し、前記基材ホルダは前記固定手段と係合する係合部を有することを特徴とする請求項１５または１６に記載の基材ホルダ。
【請求項１８】
前記係合部はテーパ状の溝を備えることを特徴とする請求項１７に記載の基材ホルダ。
【請求項１９】
前記載置台の固定手段は前記係合部に係合するテーパ状の先端部を備えることを特徴とする請求項１７または１８に記載の基材ホルダ。
【請求項２０】
前記基材ホルダは前記基材を前記被描画面の周囲で固定する固定部を有し、前記固定部は前記ビームの照射方向に前記被描画面よりも低い位置にあることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の基材ホルダ。
【請求項２１】
前記基材は前記被描画面の周囲にテーパ部または段差部を備え、前記固定部は前記基材を前記テーパ部または前記段差部において固定することを特徴とする請求項２０に記載の基材ホルダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム描画装置、ビーム描画方法、及びこの装置または方法に使用する基材ホルダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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は、最近の光学素子に対する高性能化の要求により、光学素子の曲面上に所望の描画パターンをサブミクロンオーダーの高精度で形成することが必要である。このような描画パターンは電子ビームによる３次元描画で形成できるが、精度良く描画するためには、３次元曲面を有する基材上の描画面の高精度な３次元座標位置の把握が必須となる。
【０００３】
しかし、基材上の３次元座標位置の測定時に基材を冶具等で試料台に固定するが、かかる固定により基材自体にゆがみや変形が生じ大きくなると、測定精度が低下するため描画精度を損なう原因となってしまう。また、基材上に３次元描画を行うために固定する場合にも同様の基材のゆがみや変形が問題となり、描画精度を損なってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、基材上の３次元座標位置を測定し基材上に３次元描画するときに基材を固定する影響を極力抑えることで描画精度を向上させることのできるビーム描画装置及び方法を提供することを目的とする。また、これらの装置または方法に使用できる基材ホルダ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描画装置は、曲面部のある被描画面を有する基材を載置するための載置台と、前記基材をその内部で保持しかつ前記載置台上に固定されるホルダと、前記載置台に固定された前記ホルダ内の前記基材の被描画面に向けてビームを照射するビーム照射手段と、前記ビームが前記被描画面に合焦するように前記ビームの焦点位置を可変とする焦点位置可変手段と、前記合焦されたビームにより前記被描画面に描画するための描画手段と、を具備することを特徴とする。
【０００６】
このビーム描画装置によれば、ホルダが基材を内部で保持した状態で載置台に固定されるので、載置台での固定が基材に直接に影響を与えず、基材に余分な応力がかからず基材が変形しない。このため、基材上の３次元描画において基材への固定の影響がないから、描画精度を向上できる。また、３次元描画のための取扱中に基材に傷がつくことを防止できる。
【０００７】
また、上記ビーム描画装置は、前記基材の被描画面上の基準位置を測定する測定手段と、前記測定した基準位置及び前記曲面部を含む被描画面の形状測定結果に基づいて描画位置を演算する演算手段と、前記演算された描画位置に基づいて前記ビームにより描画を行うように前記描画手段を制御する制御手段と、を更に具備することが好ましい。基材をホルダ内に保持した状態で外部の計測装置において被描画面の形状測定や基準位置の測定を行うことができるが、そのホルダを固定した載置台をビーム描画装置内にセットし、基準位置の測定を行うことができるので、外部の計測装置と同じ状態で測定できるとともに基材に余分な応力がかからず基材が変形せずに測定精度が向上し、このため、描画精度が向上する。
【０００８】
上記ビーム描画装置では、前記載置台は前記ホルダを着脱自在に固定する固定手段を有し、前記ホルダは前記固定手段と係合する係合部を有することが好ましい。この場合、前記ホルダの係合部はテーパ状の溝を備えることで、載置台の固定手段と係合し、ホルダを載置台に固定できる。また、前記載置台の固定手段は前記係合部に係合するテーパ状の先端部を備えることが好ましい。このテーパ構造により、比較的弱い力で載置台の面に密着でき、描画中やビーム描画装置内へのセット時に位置ずれが起きない。
【０００９】
また、前記ホルダは前記基材を前記被描画面の周囲で固定する固定部を有し、前記固定部は前記ビームの照射方向に前記被描画面よりも低い位置にあることが好ましく、例えば外部の計測装置において基材をホルダに保持した状態で基材の被描画面の高さ位置を測定する際の妨げとならない。この場合、前記基材は前記被描画面の周囲にテーパ部または段差部を備え、前記固定部は前記基材を前記テーパ部または前記段差部において固定することが好ましく、基材がホルダ内で確実に固定され位置ずれを起こさない。
【００１０】
また、前記載置台はビーム描画装置に対して着脱自在に構成されていることで、例えば外部の計測装置において基材をホルダに保持した状態で基材の被描画面の高さ位置を測定した後、載置台に固定してからビーム描画装置にセットするようにできる。
【００１１】
また、本発明によるビーム描画方法は、曲面部のある被描画面を有する基材をホルダの内部に保持するステップと、前記ホルダ内の前記基材の被描画面の形状を測定するステップと、前記基材を保持した前記ホルダを載置台に載置し固定するステップと、前記載置台に固定されたホルダ内の前記基材にビームを照射することにより前記測定された被描画面の形状に基づいて前記被描画面に描画を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【００１２】
このビーム描画方法によれば、基材をホルダ内で保持した状態で基材の被描画面の形状を測定し、その後ホルダを載置台に固定したとき基材に余分な応力がかからず基材が変形しない。このため、被描画面の形状測定と同じ状態で描画を行うことができるので、描画精度が向上する。また、３次元描画のための取扱中に基材に傷がつくことを防止できる。
【００１３】
また、本発明による別のビーム描画方法は、曲面部のある被描画面を有する基材をホルダの内部に保持するステップと、前記基材の被描画面上の複数の基準位置を測定する第１の測定ステップと、前記ホルダ内の前記基材に対し略水平方向から光ビームを照射して前記基材を透過した透過光を受光することで前記曲面部の形状を測定する第２の測定ステップと、前記基材を保持した前記ホルダを載置台に載置し固定するステップと、前記載置台に固定した前記ホルダ内の基材の被描画面上の複数の基準位置を測定する第３の測定ステップと、前記第１及び第３の測定ステップで測定した基準位置及び前記第２の測定ステップで測定した形状結果に基づいて描画位置を演算するステップと、前記演算された描画位置に基づいて前記基材にビームを照射することにより前記被描画面に描画を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
このビーム描画方法によれば、基材をホルダ内で保持した状態で基材の被描画面の基準位置及び形状を測定し、その後ホルダを載置台に固定したとき基材に余分な応力がかからず基材が変形しない。このため、ホルダを載置台に固定した後に基準位置の測定及び被描画面の描画を第１及び第２の測定ステップと同じ状態で行うことができるので、描画精度が向上する。また、３次元描画のための取扱中に基材に傷がつくことを防止できる。
【００１５】
上記各ビーム描画方法における前記測定ステップまたは前記第１及び第２の測定ステップを計測装置で行うことができる。この場合、計測装置は描画ステップを行うビーム描画装置とは別の装置である。
【００１６】
また、前記計測装置での測定の後、前記計測装置から前記基材を保持した状態で前記ホルダを取り出し前記載置台に固定し、前記載置台を前記描画ステップを行うためのビーム描画装置にセットすることができる。
【００１７】
また、前記描画ステップの後、前記ビーム描画装置から前記載置台を取り出し前記ホルダを外してから、前記基材を保持した状態で前記ホルダを次工程に送ることができる。
【００１８】
また、本発明による基材ホルダは、曲面部のある被描画面を有する基材に対しビームを照射することにより前記被描画面に描画する際に使用され、前記基材を内部で保持するように構成されたことを特徴とする。この基材ホルダは上述のビーム描画装置またはビーム描画方法における前記ホルダとして使用可能である。
【００１９】
上記基材ホルダは、前記描画時に載置台に載置されて固定されるように構成されることが好ましい。このため、前記載置台は前記基材ホルダを着脱自在に固定する固定手段を有し、前記基材ホルダは前記固定手段と係合する係合部を有することが好ましい。この場合、前記係合部はテーパ状の溝を備えることが好ましい。また、前記載置台の固定手段は前記係合部に係合するテーパ状の先端部を備えることが好ましい。このテーパ構造により、比較的弱い力で載置台の面に密着でき、描画中やビーム描画装置内へのセット時に位置ずれが起きない。
【００２０】
また、前記基材ホルダは前記基材を前記被描画面の周囲で固定する固定部を有し、前記固定部は前記ビームの照射方向に前記被描画面よりも低い位置にあることが好ましく、例えば外部の計測装置において基材をホルダに保持した状態で基材の被描画面の高さ位置を測定する際の妨げとならない。この場合、前記基材は前記被描画面の周囲にテーパ部または段差部を備え、前記固定部は前記基材を前記テーパ部または前記段差部において固定することが好ましく、基材がホルダ内で確実に固定され位置ずれを起こさない。
【００２１】
【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。以下、順に、基材を保持する基材ホルダ、基材の被描画面について測定を行う計測装置、及び基材の被描画面において描画を行う電子ビーム描画装置、及びこれらの装置を用いて実行する電子ビーム描画方法の各ステップについて説明する。
【００２２】
〈基材ホルダ〉
【００２３】
図１は本実施の形態による基材を内部に保持する基材ホルダ（以下、単に、「ホルダ」という。）を示す斜視図であり、図２は図１のホルダの縦断面図であり、図３は図１のホルダの変形例を示す縦断面図である。
【００２４】
図１，図２に示すように、ホルダ３１に保持される基材２は、全体として円柱状に構成され、上面側に曲面形状を有する曲面部２ａと、上面において曲面部２ａの周囲に形成された平坦部２ｂと、裏面側の底部２ｃと、平坦部２ｂの外周に形成された段部２ｄと、を備える。
【００２５】
ホルダ３１は、図１，図２のように、基材２の円柱部分がはまり込むように円筒状に構成された本体部３２と、本体部３２の上端にねじ込むことで基材２を段部２ｄにおいて押さえ付けるように構成されたキャップ部３３と、を備える。
【００２６】
図２のように、ホルダ３１が本体部３２内に基材２を収容しキャップ部３３がそのテーパ部３３ｂで基材２の段部２ｄを押さえ付けて基材２を保持する。この状態でキャップ部３３の上面３３ａは基材２の平坦部２ｂよりも図の下方に位置し低くなっている。また、ホルダ３１の本体部３２の外周側面の周囲にはテーパ状に凹むように係合溝３２ａが形成されている。係合溝３２ａは後述のように電子ビーム描画装置の載置台の固定手段と係合しホルダ３１が載置台に固定される。
【００２７】
ホルダ３１は、本体部３２内に基材２を緩みなく収容するとともにキャップ部３３により基材２を段部２ｄで保持し固定し、平坦面に形成された本体部３２の下面３２ｂで測定または描画のために載置台やステージに載置される。
【００２８】
次に、ホルダの変形例を図３により説明する。図３のホルダ３５は、本体部３２の上端にねじ込むことで基材２をテーパ部２ｅで押さえ付けるように構成されたキャップ部３６０を備える。これ以外の構成は図２と同じであり、ホルダ３５が本体部３２内に基材２を収容しキャップ部３６０がそのテーパ部３６ｂで基材２のテーパ部２ｅを押さえ付けて基材２を保持し、この状態でキャップ部３６０の上面３６ａは基材２の平坦部２ｂよりも図の下方に位置し低くなっている。
【００２９】
図１〜図３のホルダ３１，３５によれば、基材２を曲面部２ａと平坦部２ｂを上面に露出した状態で本体部３２に収容しキャップ部３３，３６０により保持し固定し、外部からの力や変形が基材２に直接加わらずに、特に本体部３２の係合溝３２ａで載置台等に固定されても基材２が変形しない。また、キャップ部３３、３６０が基材２を段差部２ｄまたはテーパ部２ｅで固定するので、基材２がホルダ３１，３５内で確実に固定され位置ずれを起こさない。
【００３０】
〈計測装置〉
【００３１】
図４は図１のホルダに保持した基材について曲面部の形状等を測定する計測装置の概略的構成を示す図であり、図５は図４の計測装置で基材における測定を説明するための要部側面図である。
【００３２】
図４に示す計測装置４１は、３次元的に変化する形状を有する基材２に電子ビーム描画を行う前に、基材２の曲面部２ａの３次元形状を測定するように電子ビーム描画装置と独立して別に構成されており、３次元電子ビーム描画を行う一連の工程で利用可能である。
【００３３】
図４，図５に示すように、計測装置４１は、基材２に対してレーザ光を照射する第１のレーザ光照射部４２と、第１のレーザ光照射部４２からのレーザ光（第１の照射光）が基材２で反射しその反射光を受光する第１の受光部４３と、第１のレーザ光照射部４２とは異なる照射角度から基材２に対して照射を行う第２のレーザ光照射部４４と、第２のレーザ光照射部４４からのレーザ光（第２の照射光）が基材２を透過しその透過光を受光する第２の受光部４５と、を含む。ここで、「透過」とは基材の一部をレーザ光等の一部が通過する状態を指し、「透過光」とは後述するようにレーザ光等の光の一部が散乱した残りの光を指すものとする。
【００３４】
また、計測装置４１は、第１及び第２のレーザ光照射部４２，４４をそれぞれ駆動し制御するためのレーザ駆動制御部３７と、第１の受光部４３からの出力信号に基づいて基材２の平坦部２ｂ上の平面位置を算出し測定する第１の測定算出部３８と、第２の受光部４５からの出力信号に基づいて基材２の曲面部２ａ上の高さ位置を算出し測定する第２の測定算出部３９と、レーザ駆動部３７及び測定算出部３８，３９等を制御する制御部３６と、を備える。
【００３５】
更に、計測装置４１は、３次元方向に移動可能なＸＹＺステージ４６を備え、そのステージ面４６ａに、図１，図２のように基材２を内部に保持したホルダ３１を載せ、３次元方向に基材２を移動可能に構成されている。即ち、ステージ駆動手段として、ＸＹＺステージ４６をＸ方向に駆動するＸ方向駆動機構４７と、ＸＹＺステージ４６をＹ方向に駆動するＹ方向駆動機構４８と、ＸＹＺステージ４６をＺ方向に駆動するＺ方向駆動機構４９と、ＸＹＺステージ４６をθ方向に駆動するθ方向駆動機構４９ａと、を備える。各駆動機構４７，４８，４９，４９ａは制御部３６により制御される。
【００３６】
第１のレーザ光照射部４２により基材２に対して第１の光ビームＳ１を照射し、平坦部２ｂ上で反射した第１の光ビームＳ１を第１の受光部４３で受光することによって第１の光強度分布が検出される。この際に、図５に示すように、第１の光ビームＳ１は基材２の平坦部２ｂで反射されるため、第１の強度分布に基づいて第１の測定算出部３８が基材２の平坦部２ｂ上の平面位置を測定算出できる。これにより、基材２の平坦部２ｂにアライメントのために付けられた複数の基準点の位置を測定できる。
【００３７】
また、第２のレーザ光照射部４４によって、第１の光ビームＳ１と異なる基材２の水平方向から基材２に対して第２の光ビームＳ２を照射し、基材２を透過した第２の光ビームＳ２をピンホール８９を介して受光し第２の光強度分布が検出される。この場合、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第２の光ビームＳ２が曲面部２ａ上を透過するので、第２の強度分布に基づいて第２の測定算出部３９が基材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できる。
【００３８】
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６（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、この散乱光の分だけ光強度が弱まる。このため、第２の受光部４５で検出された第２の光強度分布に基づいて高さ位置を測定算出することができる。
【００３９】
上述の算出の際には、第２の受光部４５からの信号出力は、図７に示すような基材の高さに対する相関関係を有するので、計測装置４１の第２の測定算出部３９等のメモリ等にこの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４５での信号出力に基づき基材２の高さ位置を算出できる。
【００４０】
また、計測装置４１において基材２がホルダ３１内に保持された状態で上記測定が行われるが、図２のキャップ部の上面３３ａは基材２の平坦部２ｂよりも低い位置にあるので、図５のレーザ光Ｓ２を遮らず基材の高さ位置を測定する際のの妨げとならない。
【００４１】
〈電子ビーム描画装置〉
【００４２】
図８は電子ビーム描画装置の全体構成を概略的に示す説明図である。図８に示すように、電子ビーム描画装置１は、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開口により電子ビームを所望の形状とするためのアパーチャー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、を含む。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を保持したホルダ３１を載置し固定した載置台４０が取り付けられるＸＹＺステージ３０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、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、これら全体の制御を行う制御回路１００と、を含む。
【００４４】
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】
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、を含む。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。
【００４６】
測定装置８０は、基材２に対してレーザ光を照射するレーザ光照射部８２と、レーザ光照射部８２からのレーザ光が基材２で反射しその反射光を受光する受光部８４と、を備え、基材２の平坦部２ｂ上の平面位置を測定する。これにより、基材２の平坦部２ｂにアライメントのために付けられた複数の基準点の位置を測定できる。
【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、を含む。
【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、を含む。
【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に対してその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、を含む。
【００５０】
さらに、制御回路１００は、レーザ光照射部８２を駆動制御するレーザ駆動制御回路１３０と、受光部８４からの出力信号に基づいて基材２の平坦部２ｂ上の平面位置を算出し測定する測定算出部１４０と、を有する。これらの制御回路には、図示しないが、レーザ照射光の出力（レーザの光強度）を調整制御するための各種制御回路が含まれている。
【００５１】
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、上述のレーザ駆動制御回路１３０、測定算出部１４０及びステージ制御回路１５０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、上述の計測装置４１等からの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、各種描画ラインの制御を行うための制御系３００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、を含む。
【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、基材２を内部に保持したホルダ３１をセットし固定した載置台４０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の平坦部２ｂ上の基準点の位置が測定され、制御回路１００は、その測定結果及び外部の計測装置４１から入力された測定結果に基づき、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、その焦点位置が描画位置となるように移動制御される。
【００５５】
または、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、電子ビームＢの焦点位置が描画位置となるようにＸＹＺステージ３０を移動させる。また、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。
【００５６】
次に、図９〜図１１により、ホルダ３１を固定し電子ビーム描画装置１内にセットされる載置台４０について説明する。図９はホルダ３１を載置台４０に載置する前の状態を示す斜視図であり、図１０は載置台の固定手段の可動部を示す側断面図であり、図１１はホルダ３１を載置台４０に載置し固定した状態を示す斜視図である。
【００５７】
図９、図１１のように、載置台４０は、矩形平板状に構成され、その平面４０ａ上にホルダ３１を固定する固定手段６１を有する。固定手段６１は、平面４０ａ上で互いにほぼ直交するように配置された固定部材６１ａ、６１ｂと、ホルダ３１を取り付け固定するときに矢印方向ｈ、ｈ’（図１０）に動くように構成された可動部材６１ｃと、を備える。固定部材６１ａ、６１ｂ及び可動部材６１ｃの各先端側には、ホルダ３１の係合溝３２ａにはまり込んで係合するテーパ部６１ｄがそれぞれ形成されている。
【００５８】
また、可動部材６１ｃは、図１０のように、可動部材６１ｃを部分的に収容し載置台４０の平面４０ａに固定された収容部６１ｅと、収容部６１ｅ内で可動部材６１ｃをホルダ３１側に向く方向ｈに常時付勢するコイルばね等からなる付勢部材６１ｆと、を有する。
【００５９】
ホルダ３１を載置台４０に取り付け固定するとき、図１０の破線のように可動部材６１ｃを付勢部材６１ｆの付勢力に抗して方向ｈと反対方向ｈ’に押し込んだ状態にしてから、ホルダ３１を載置台４０に載置し、可動部材６１ｃを自由にすると、付勢部材６１ｆの付勢力により方向ｈに動きその先端のテーパ部６１ｄがホルダ３１の係合溝３２ａに係合し、図１０のように係合溝３２ａを押し付ける。
【００６０】
図１１に示すように、ホルダ３１は係合溝３２ａ内でその周囲３箇所において、載置台４０の固定部材６１ａ、６１ｂ及び可動部材６１ｃの各テーパ部６１ｄにより押し付けられることで載置台４０に固定される。このようなテーパ構造により、ホルダ３１を比較的弱い力で載置台４０の上面４０ａに密着でき、描画中やビーム描画装置内へのセット時に位置ずれが起きない。なお、ホルダ３１を載置台４０から除去するときは、可動部材６１ｃを方向ｈ’に押し込むことで固定状態を解除して取り外すことができる。
【００６１】
図９〜図１１に示す載置台４０は、図８の電子ビーム描画装置１の外部でホルダ３１を上述のように固定してから、電子ビーム描画装置１内のＸＹＺステージ３０上に取っ手４０ｂ等を利用して取り付けられてセットされる。
【００６２】
〈電子ビーム描画方法の各ステップ〉
【００６３】
次に、図１２のフローチャートを参照して、上述の図１，図２のホルダ３１内に保持された基材２について図４，図５の計測装置４１で測定を行い、その後、そのホルダ３１を図９〜図１１の載置台に固定し、次に基材２の被描画面において図８の電子ビーム描画装置１で描画を行う電子ビーム描画方法の各ステップについて説明する。
【００６４】
基材２は、図１４（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、上述のように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、を含むが、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。
【００６５】
まず、上述の基材２を図１，図２のようにホルダ３１に収容しキャップ部３３で固定することで保持しセットする（Ｓ０１）。
【００６６】
次に、基材２を内部に保持したホルダ３１を図４のように計測装置４１のステージ４６上にセットする（Ｓ０２）。
【００６７】
そして、図５のようにレーザ光Ｓ１を基材２の平坦面２ｂに照射しその反射光を受光し、基材２の平坦部２ｂ上の平面位置を算出するようにして、図１３のように基材２の平坦面２ｂ上の複数の基準点Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ０２の各位置を測定し、また、レーザ光Ｓ２を基材２の曲面部２ａに照射しその透過光を受光し、基材２の曲面部２ａ上の高さ位置を算出することで形状測定し、３次元座標位置を取得する（Ｓ０３）。
【００６８】
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。第１の基準座標系における高さ位置をＱ０（ｘ、ｙ、ｚ）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。
【００６９】
次に、ホルダ３１ごと計測装置４１から外部に取り出す（Ｓ０４）。これにより、計測装置４１での基材２の測定は終了するが、上述のようにして取得された測定結果情報（基材２の３次元座標位置に関する情報）は図８の電子ビーム描画装置１に測定情報入力部１５８を介して入力されメモリ１６０等に格納される。なお、測定結果情報は、計測装置４１から制御回路１００と接続されるネットワーク（図示省略）を介してデータ転送されるようにしてもよい。
【００７０】
次に、上述のようにして基材２の測定を終了したホルダ３１を図９〜図１１のように載置台４０に固定しセットする（Ｓ０５）。
【００７１】
そして、ホルダ３１が固定された載置台４０を図８の電子ビーム描画装置１内に挿入しＸＹＺステージ３０上に載置し取り付ける（Ｓ０６）。
【００７２】
次に、基材２上の複数の基準点Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２の位置を測定装置８０及びＸＹＺステージ３０を用いて測定する（Ｓ０７）。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。
【００７３】
そして、上述の基準点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Ｍを算出して、この座標変換行列Ｍを利用して、第２の基準座標系におけるＱ０（ｘ、ｙ、ｚ）に対応する高さ位置Ｑ１（ｘ、ｙ、ｚ）をＱ１＝Ｍ＊Ｑ０から算出する（Ｓ０８）。この位置を最適フォーカス位置、すなわち描画位置Ｑ１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。
【００７４】
上記のようにして算出された描画位置Ｑ１（ｘ、ｙ、ｚ）に従ってＸＹＺステージ３０等が制御されながら電子ビームの焦点位置が制御されて基材２の被描画面上で描画が行われる（Ｓ０９）。かかる描画が完了してから、ホルダ３１の固定された載置台４０を図８の電子ビーム描画装置１内から取り出す（Ｓ１０）。
【００７５】
次に、基材２を保持したままホルダ３１を図９のようにして載置台４０から取り外し、次工程へと送る（Ｓ１１）。
【００７６】
以上のように、基材２をホルダ３１内で保持した状態で基材２の被描画面の形状を測定した後に、ホルダ３１を載置台４０に固定手段６１で固定したとき基材２に余分な応力がかからず基材２が変形しない。このため、基材２の形状測定と同じ状態で載置台４０に固定し描画を行うことができるので、描画精度が向上する。更に、ホルダ３１を載置台４０に固定した後に基材２において基準位置の測定及び描画を計測装置４１での測定と同じ状態で行うことができるので、描画精度が向上する。また、基材２をホルダ３１内で保持するので、３次元描画のための取扱中に基材２に傷がつくことを防止できる。
【００７７】
次に、上述のステップＳ０９における基材２の被描画面上での描画について具体的に説明する。図１４（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。）。
【００７８】
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１５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。電子ビームＢの場合、図１５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μｍ程度ある。
【００７９】
そして、図１４（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、その領域についても、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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。また、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ている。
【００８２】
また、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（図示省略）を有し、この形状記憶テーブルには、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、その他の情報が格納されている。
【００８３】
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、ドーズ分布情報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、その他の処理プログラムなどを有している。
【００８４】
このため、制御部１７０は、測定装置８０にて測定された描画位置に基づき、電子レンズの電流値を調整して電子ビームの焦点位置を描画位置に応じて可変制御するとともに、焦点位置における焦点深度内について、ドーズ分布の特性に基づいて、そのドーズ量を算出しつつ基材の描画を行うように制御する。
【００８５】
あるいは、制御部１７０は、測定装置８０にて測定された描画位置に基づき、駆動手段によりＸＹＺステージ３０を昇降させて、電子銃１２にて照射された電子ビームの焦点位置を描画位置に応じて可変制御するとともに、焦点位置における焦点深度内について、メモリ１６０のドーズ分布の特性に基づいて、そのドーズ量を算出しつつ基材の描画を行うように制御する。
【００８６】
さらに、制御系３００は、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）に関するデータを含む。
【００８７】
そして、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。そして、ある一の円について描画が終了すると、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ができる。
【００８８】
なお、本発明にかかる基材ホルダ、載置台、計測装置及び電子ビーム描画装置・方法について、上記実施の形態に従って説明したが、当業者は本発明の主旨および範囲から逸脱することなく本発明の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、本発明によるビーム描画装置は、電子ビームによる描画以外にも例えばレーザビームにより描画するように構成してもよい。
【００８９】
また、上述の基材を光学素子に対応させることができ、３次元的に高精度の描画パターンを形成することができるので、例えば基材上に回折輪帯等を高精度に形成することができ、この基材により光学性能に優れた光学素子を形成することもできる。また、本実施の形態の計測装置を適用して高さ位置測定をして電子ビーム描画を行うことで、つなぎの少ない高精度の描画パターンの形成が可能である。また、例えば、描画後は、現像、エッチング処理、金型作成処理などを行うことで、その金型を用いて成形品を作製することで、上述の光学素子を射出成形するための成形型をも容易に高精度に製造できる。
【００９０】
なお、本発明にいう「曲面部」とは、３次元的に形状が一様に（連続的に）変化する曲面であるが、世間一般ないしは当業者間で用いられる字義、辞書的字義にとどまらず、前記のような解釈に限らず、いわゆる凸部状のもの（天面が平面で側壁（側壁は曲面、鉛直面、傾斜面（逆テーパ、テーパに限らない）、等に限らない）を有するもの）等、不連続面で構成されるものを含む。さらに、一部に平面を有してもよい。
【００９１】
【発明の効果】
本発明のビーム描画装置及びビーム描画方法によれば、基材上の３次元座標位置を測定し基材上に３次元描画するときに基材を固定する影響を極力抑えることで描画精度を向上させることができる。また、これらの装置または方法に適用して好適な基材を内部に保持する基材ホルダを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による基材を内部に保持するホルダを示す斜視図である。
【図２】図２は図１のホルダの縦断面図である。
【図３】図１のホルダの変形例を示す縦断面図である。
【図４】図１のホルダに保持した基材について測定する計測装置の概略的構成を示す図である。
【図５】図４の計測装置で基材における測定を説明するための要部側面図である。
【図６】図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は図４の計測装置で基材の高さを測定する手法を説明するための説明図である。
【図７】図４の計測装置の信号出力と基材の高さとの相関関係を示す図である。
【図８】本実施の形態における電子ビーム描画装置の全体の概略構成を示す図である。
【図９】図１のホルダを固定し図８の電子ビーム描画装置内に挿入される載置台の斜視図である。
【図１０】図９の載置台の可動部材の側断面図である。
【図１１】図９の載置台にホルダを固定した状態を示す斜視図である。
【図１２】本実施の形態における電子ビーム描画方法の各ステップを説明するためのフローチャートである。
【図１３】図４の計測装置で測定する基材上の基準位置を示す平面図である。
【図１４】図１４（Ａ）、（Ｂ）は、図８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、図１４（Ｃ）は描画原理を説明するための説明図である。
【図１５】図８の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
２ｂ　　　　　　　　平坦部
３０　　　　　　　　ＸＹＺステージ
３１，３５　　　　　基材ホルダ、ホルダ
３３，３６０　　　　キャップ部（固定部）
３３ａ，３６ａ　　　上面
３２ａ　　　　　　　係合溝
４１　　　　　　　　計測装置
４２　　　　　　　　第１のレーザ光照射部
４３　　　　　　　　第１の受光部
４４　　　　　　　　第２のレーザ光照射部（光照射手段）
４５　　　　　　　　第２の受光部
４６　　　　　　　　ＸＹＺステージ
４０　　　　　　　　載置台
６１　　　　　　　　載置台の固定手段
６１ａ、６１ｂ　　　固定部材
６１ｃ　　　　　　　可動部材
６１ｄ　　　　　　　テーパ部
【図１】
2004061582.tif 000003
【図２】
2004061582.tif 000004
【図３】
2004061582.tif 000005
【図４】
2004061582.tif 000006
【図５】
2004061582.tif 000007
【図６】
2004061582.tif 000008
【図７】
2004061582.tif 000009
【図８】
2004061582.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2004061582.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2004061582.tif 000014
【図１３】
2004061582.tif 000015
【図１４】
2004061582.tif 000016
【図１５】
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