(57)【要約】【課題】３次元の描画面を有する基材に対して、電子ビームの照射方向の位置を精度良く測定できる電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法を提供する。【解決手段】第２のレーザー測長器８６と、第２の受光部８８とを、基材２に対して、電子銃１２と反対側に配置したので、電子ビームの照射方向（Ｚ方向）における基材２の位置を精度良く検出することができ、それにより収束された電子ビームにより高精度な描画を行える。しかも、電子銃１２から基材２に向かって照射される電子ビームの近傍には、測定手段が位置しないので、他の物体の存在により不安定になりがちな電子ビームを適切な位置に照射させるようにできる。【選択図】　　図３
2004093722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃から照射される電子ビームの焦点深度の範囲を超えて、前記電子ビームの照射方向に延在する３次元形状の描画面を有する基材に対し、前記電子ビームの照射により描画を行う電子ビーム描画装置であって、
前記電子ビームの照射方向において、前記基材の位置を検出する測定手段を、前記電子銃とで前記基材を挟む位置に配置したことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記測定手段は、測定媒体を用いて、前記電子ビームの照射方向において、前記基材の位置を検出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装置。
【請求項３】
前記電子銃は、前記基材に対して重力方向上方側に配置され、前記測定手段は、前記基材に対して重力方向下側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項４】
電子銃から照射される電子ビームの焦点深度の範囲を超えて、前記電子ビームの照射方向に延在する３次元形状の描画面を有する基材に対し、前記電子ビームの照射により描画を行う電子ビーム描画装置であって、
測定媒体を投射して、前記電子ビームの照射方向における前記基材の位置を検出する測定手段を有し、
前記測定媒体の投射方向は、前記電子ビームの照射方向に平行であることを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項５】
前記基材は保持部材によって保持されており、前記測定媒体は、前記保持部材に向かって投射されることを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項６】
前記基材は保持部材によって保持されており、前記測定媒体は、前記保持部材に形成された切欠又は開口を介して、直接前記基材に向かって投射され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。
【請求項７】
前記測定媒体とは、光又は超音波であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の電子ビーム描画装置。
【請求項８】
電子銃から照射される電子ビームの焦点深度の範囲を超えて、前記電子ビームの照射方向に延在する３次元形状の描画面を有する基材に対し、前記電子ビームの照射により描画を行う電子ビーム描画装置であって、
変位自在な測定針を接触させて、前記電子ビームの照射方向における前記基材の位置を検出する測定手段を有し、
前記測定針の変位方向は、前記電子ビームの照射方向に平行であることを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項９】
前記基材は保持部材によって保持されており、前記測定針は、前記保持部材に接触することを特徴とする請求項８に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項１０】
前記基材は保持部材によって保持されており、前記測定針は、前記保持部材に形成された切欠又は開口を介して、前記基材の表面に直接接触することを特徴とする請求項９に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項１１】
基材における３次元形状の描画面の位置情報を入力するステップと、
前記基材を、少なくとも電子ビームの照射方向に移動可能に保持するステップと、
前記基材の描画面における前記電子ビームの照射すべき位置を検出するステップと、
前記照射すべき位置が、前記電子ビームの焦点深度範囲内からずれている場合、前記焦点深度範囲内に含まれるように、前記基材を移動させるステップと、
前記電子ビームの照射により描画を行うステップと、を有することを特徴とする電子ビーム描画方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元形状の描画面を有する基材に対し、適切に電子ビーム描画を行える電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。ここで、金型は消耗品であり、また不測の事態による破損なども予想されることから、高精度な光学素子を成形するためには、定期的或いは不定期の金型交換が必要であるといえる。従って、光学素子を成形するための金型（光学素子成形用金型ともいう）も、一定精度のものをある程度の量だけ予め用意しておく必要があるといえる。
【０００３】
ここで、単結晶ダイヤモンド工具などを用いた切削加工で金型を製造した場合、手間がかかる上に、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、又製造コストもかかるという問題がある。
【０００４】
特に、光ピックアップ装置に用いるある種の光学素子には、収差特性を良好にすべく、光学面の光軸に同心に、断面がブレーズ形状の微細な回折輪帯を設けることが行われている。このような回折輪帯に対応した同心溝を、金型の光学面転写面に形成する場合、切削加工に特に手間と時間がかかるという問題がある。光学素子成形用金型を超鋼などで形成する場合、精度良く所望の光学面転写面形状を得るためには、ダイアモンド工具による切削加工等によらなくてはならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題に対し、例えば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、化学反応を通じて電鋳等を成長させることで、金型を製作しようとする試みがある。このような電鋳による金型製作手法を用いると、例えば光学素子の回折輪帯に対応した輪帯を備えた非球面を精度良く形成した母型を一つ用意するだけで、寸法バラツキの少ない光学素子成形用金型を比較的容易に転写形成することができる。
【０００６】
特に、サブミクロンオーダーの解像度で微細なパターンを形成する場合、具体的には、例えば回折輪帯に対応する輪帯を形成するために、母型の表面にレジストを被覆し、そこに電子ビーム描画を行い、現像処理し、電鋳処理を行って、光学素子成形用金型を得ることが必要となる。更に、微細な回折輪帯を形成すべき場所は、一般的には光学素子の非球面光学面上であるから、３次元形状の描画面に対して電子ビーム描画を行う必要がある。ところが、電子ビームの焦点深度は、通常数１０μｍと極めて狭いのに対して、その描画面は、電子ビームの照射方向に数ｍｍにわたって延在していることが多いので、電子ビームの照射方向に描画面を固定した状態では、全範囲にわたって収束された電子ビームを照射できず、適切な描画が行えないという問題がある。
【０００７】
このような問題に対し、例えば描画面を、電子ビームの焦点深度範囲内に含まれる小領域に分割し、かかる小領域毎に、描画面と電子銃との位置関係を変更しながら、ステップ・アンド・リピート方式で、電子ビーム描画を行うことが考えられる。かかる場合には、描画面における電子ビームを照射すべき位置を、その照射方向（Ｚ方向とする）において精度良く検出する必要がある。
【０００８】
ここで、ウェハなどの平面のＺ方向における位置を直接検出する測定装置は広く知られており、図１０は、そのような測定装置の原理を示す斜視図である。図１０において、検査用光源１３Ｐより射出された光は、コリメートレンズ１４Ｐで平行光とされ、レベリングステージ１１Ｐ上に載置されたウェハ１２Ｐのレベリング検出面に照射され、その反射光が、集光レンズ１５Ｐを介して、位置検出器１６Ｐに入射される。レベリングステージ１１ＰをＺ方向に移動させると、位置検出器１６Ｐにおけるレベリング検出面からの反射光の受光位置が変化するので、それによりウェハ１２Ｐのレベリング検出面のＺ方向の位置を検出できる。
【０００９】
ところが、図１０に示す測定装置を用いて、非球面などの３次元形状の描画面を測定するには、以下のごとき問題がある。まず、図１０に示す測定装置では、大きなダイナミックレンジを確保できないということがある。より具体的には、測定のため例えば数ｍｍの範囲にわたって、Ｚ方向に描画面を移動させたとすると、コリメートレンズ１４Ｐから照射され反射された光は、通常の位置検出器１６Ｐで検出できない方向に照射されてしまい、測定が不能となってしまう。そのような場合にも、反射光を適切に受光しようとすると、位置検出器１６Ｐの受光面を極めて大きなものとしなくてはならず、測定精度が低下することになり、非現実的である。又、描画面が３次元形状を有しているとすると、検査用光源１３Ｐの位置によっては、レベリング検出面に直接光を照射することができない場合（特に凹面形状などの曲面）があり、従って測定が不能となる。更に、描画面が３次元形状であると、その法線角度により、反射光の方向が種々の方向となり、位置検出器１６Ｐで検出が困難であるという問題もある。又、測定手段が電子ビームの発生源から基材の間、又はその近傍にあると、電子ビームの偏向方向、焦点位置の制御において、精密にコントロールされるべき電界、磁場等が影響を受けてしまう。これは、サブミクロンオーダーで描画を行う場合に、大きな障害となる。
【００１０】
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、３次元の描画面を有する基材に対して、電子ビームの照射方向の位置を精度良く測定できる電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【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装置は、電子銃から照射される電子ビームの焦点深度の範囲を超えて、前記電子ビームの照射方向に延在する３次元形状の描画面を有する基材に対し、前記電子ビームの照射により描画を行う電子ビーム描画装置であって、前記電子ビームの照射方向において、前記基材の位置を検出する測定手段を、前記電子銃とで前記基材を挟む位置に配置したので、かかる測定手段を用いることで、前記電子ビームの照射方向における前記基材の位置を精度良く検出することができ、それにより収束された前記電子ビームにより高精度な描画を行える。しかも、前記測定手段を、前記電子銃とで前記基材を挟む位置に配置したので、前記電子銃から前記基材に向かって照射される電子ビームの近傍には、前記測定手段が位置しないことから、他の物体の存在により不安定になりがちな電子ビームを適切な位置に照射させるようにできる。尚、「３次元形状」とは曲面のみならず、複数の平面からなる形状も含む。又、前記測定手段は、前記基材を挟んで前記電子銃と反対側に設置されていれば足り、その測定媒体の投射軸と、電子ビームの軸線とが一致しているか否かは問わない。
【００１２】
更に、前記測定手段は、測定媒体を用いて、前記電子ビームの照射方向において、前記基材の位置を検出すると好ましい。尚、「測定媒体」とは、レーザ光や赤外光などの光、又は超音波など、前記測定手段から前記基材に向かって投射することで、前記基材の位置を検出できるものをいう。
【００１３】
更に、前記電子銃は、前記基材に対して重力方向上方側に配置され、前記測定手段は、前記基材に対して重力方向下側に配置されていると好ましいが、この逆であってもかまわない。
【００１４】
第２の本発明の電子ビーム描画装置は、電子銃から照射される電子ビームの焦点深度の範囲を超えて、前記電子ビームの照射方向に延在する３次元形状の描画面を有する基材に対し、前記電子ビームの照射により描画を行う電子ビーム描画装置であって、測定媒体（光、超音波等）を投射して、前記電子ビームの照射方向における前記基材の位置を検出する測定手段を有し、前記測定媒体の投射方向は、前記電子ビームの照射方向に平行（一致している場合を含む）であるので、前記測定媒体を非平行に投射する場合に比べ、ダイナミックレンジを広く確保することができ、又電子ビーム描画装置の構成をコンパクト化でき、設置の自由度を向上させることができる。
【００１５】
又、前記基材は保持部材によって保持されており、前記測定媒体は、前記保持部材に向かって投射されると、前記基材と前記保持部材との位置関係が既知である限り、精度良く測定を行える。尚、「保持部材」とは、前記基材を３次元に移動させるステージの他、前記基材をステージに取り付けるための保持台がある場合にはそれも含んでおり、このとき、前記測定媒体は、保持台の部分に投射されても良いし、ステージの部分に投射されても良い。
【００１６】
更に、前記基材は保持部材によって保持されており、前記測定媒体は、前記保持部材に形成された切欠又は開口を介して、直接前記基材に向かって投射されると、精度良く測定を行える。
【００１７】
第３の本発明の電子ビーム描画装置は、電子銃から照射される電子ビームの焦点深度の範囲を超えて、前記電子ビームの照射方向に延在する３次元形状の描画面を有する基材に対し、前記電子ビームの照射により描画を行う電子ビーム描画装置であって、変位自在な測定針を接触させて、前記電子ビームの照射方向における前記基材の位置を検出する測定手段を有し、前記測定針の変位方向は、前記電子ビームの照射方向に平行（一致している場合を含む）であるので、前記測定針を非平行に変位させる場合に比べ、ダイナミックレンジを広く確保することができ、又電子ビーム描画装置の構成をコンパクト化でき、設置の自由度を向上させることができる。
【００１８】
又、前記基材は保持部材によって保持されており、前記測定針は、前記保持部材に接触すると、前記基材と前記保持部材との位置関係が既知である限り、精度良く測定を行える。
【００１９】
更に、前記基材は保持部材によって保持されており、前記測定針は、前記保持部材に形成された切欠又は開口を介して、前記基材の表面に直接接触すると、精度良い測定を行える。
【００２０】
第４の本発明の電子ビーム描画方法は、基材における３次元形状の描画面の位置情報を入力するステップと、前記基材を、少なくとも電子ビームの照射方向に移動可能に保持するステップと、前記基材の描画面における前記電子ビームの照射すべき位置を検出するステップと、前記照射すべき位置が、前記電子ビームの焦点深度範囲内からずれている場合、前記焦点深度範囲内に含まれるように、前記基材を移動させるステップと、前記電子ビームの照射により描画を行うステップと、を有するので、かかる測定手段を用いることで、前記電子ビームの照射方向における前記基材の位置を精度良く検出することができ、それにより収束された前記電子ビームにより高精度な描画を行える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。まず、本発明の特徴である３次元の描画面を有する基材に電子ビームを用いて描画を行う手法の説明に先立って、電子ビーム描画装置の全体の概略構成について、図１を参照して説明する。図１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。尚、便宜上、以下に述べる本実施の形態においては、電子ビームの照射方向（重力方向に略一致）をＺ方向とし、それに直交する方向をＸ方向、Ｙ方向というものとする。
【００２２】
本例の電子ビーム描画装置１は、図１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。
【００２３】
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保持部材としての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。
【００２４】
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。
【００２５】
測定装置８０は、基材２に対してレーザー光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が基材２を反射したときに、当該反射光を受光する第１の受光部８４と、電子銃１２に対し、基材２を挟んで反対側（すなわち重力方向下側）に配置され、基材２に向かって測定媒体であるレーザー光の照射をＺ方向に沿って行う第２のレーザー測長器８６と、第２のレーザー測長器８６にて発光されたレーザー光が基材２を反射したときに、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。尚、第２のレーザー測長器８６と、第２の受光器８８とで測定手段を構成する。
【００２６】
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次元的に駆動したり、アライメントを行うことができる。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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を微調整のため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（微調整不要なら設けなくてもよい）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。
【００３１】
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のレーザー駆動制御回路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。
【００３２】
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後、電子銃１２から電子ビームが照射される。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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（なお、焦点位置の移動制御の詳細については後述する）。
【００３７】
図２（ａ）は、図１の電子ビーム描画装置により電子ビーム描画可能な基材２の上面図であり、図２（ｂ）は斜視図である。略円盤状の基材２は、その上面中央に、描画面としてのくぼみ２ａを有する３次元形状を有する。そのくぼみ２ａの深さは、電子ビームの焦点深度範囲を超えており、すなわち描画面は焦点深度範囲を超えて延在している。尚、くぼみ２ａの周囲は平面２ｂとなっている。
【００３８】
次に、測定装置８０について、図３を参照しつつ説明する。測定装置８０は、より詳細には、図３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。
【００３９】
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の平面１ｂで反射された反射光を、第１の受光部８４で受光することによって、その位置が検出される。尚、第１のレーザー測長器８２と、第１の受光部８４とを、平坦部高さ検出器８０Ａを構成する。
【００４０】
更に、本例においては、基材２のＺ方向の位置を検出するために、第２のレーザー測長器８６を設けている。より具体的には、ＸＹＺステージ３０の一部を構成する移動プレート３０Ａ（トッププレートであると好ましい）と、その上に固定された保持台３１とは、それぞれ厚さが既知であり、重力方向下方に配置された、第２のレーザー測長器８６から、移動プレート３０Ａの下面に対してＺ方向に沿って（電子ビームの照射方向に平行に）直接第２の光ビームＳ２を照射し、その反射光をビームスプリッタ３２により反射して第２の受光部８８により受光されることによって、公知の態様で基材２のＺ方向の位置が検出できる。尚、移動プレート３０Ａと保持台３１に開口や切欠を設けて、それを介して直接基材２にレーザー光を照射しても良い。第２のレーザー測長器８６と、第２の受光部８８とで、Ｚ方向位置検出器８０Ｂを構成する。
【００４１】
次に、電子ビーム描画装置１により基材２に対して電子ビーム描画を行う場合の概要について、図４を参照して説明する。図４は、電子ビーム描画装置１の描画に関するフローチャート図である。
【００４２】
図４のステップＳ１０１で、予め基材２をＸＹＺステージ３０上に載置する前に、基材２の平面２ｂ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。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）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。
【００４３】
一方、ステップＳ１０２で、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、基材２上の複数例えば３個の基準点Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２（不図示）を決定してこの位置を、平坦部高さ検出器８０Ａで測定しておく。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。
【００４４】
さらに、ステップＳ１０３で、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Ｍ（詳細は後述）などを算出して、この座標変換行列Ｍを利用して、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Ｑ１（ＸＹＺ）を求める。
【００４５】
尚、基材２をＸＹＺステージ３０上に載置する前に行う３個の基準点Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ０２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、上述の平坦部高さ検出器８０Ａと同じ構成のものを採用することができる。
【００４６】
この場合、基材２をＸＹＺステージ３０上に載置する前に行う３個の基準点Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ０２の測定結果は、例えば図１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。
【００４７】
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。
【００４８】
具体的には、図４のステップＳ１０４で、描画すべき位置Ｑ１（ＸＹＺ）のＸＹ座標に基づいて、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フィールド内の描画位置になるよう調整制御する（図５参照）。更に、ステップＳ１０５で、描画すべき位置Ｑ１（ＸＹＺ）のＺ座標に従い、ＸＹＺステージ３０を、Ｚ方向位置検出器８０Ａの測定結果と、メモリ１６０に記憶されている基材２の厚さ並びにくぼみ２ａの３次元座標とに基づいて、描画すべき位置が、電子ビームの焦点深度ＦＺ（ビームウエストＢＷ）の範囲内に含まれるように移動させる。
【００４９】
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、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６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。なお、電子ビームＢの場合、図６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。更に、図５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。
【００５０】
又、ステップＳ１０６で、１フィールド内において、焦点深度ＦＺの範囲内で描画が終わったら、現在のフィールド内でまだ描画されていない領域があれば、当該領域についても、焦点深度ＦＺの範囲内に入るように、上述の焦点位置の制御を行いつつＺ方向にＸＹＺステージ３０を移動させ、同様の走査による描画処理を行うこととなる。
【００５１】
次に、図４のステップＳ１０７で、１フィールド内の描画が完了したか否か判断される。ここで、１フィールド内の描画が完了していないと判断されたときは、ステップＳ１０６の処理を繰り返し、１フィールド内の描画が完了したと判断されたときは、更に、ステップＳ１０８で、全てのフィールド内の描画が完了したか否か判断され、全フィールド内の描画が完了していないと判断されたときは、ステップＳ１０９で、Ｑ１（ＸＹＺ）のＸＹ座標に従い、電子ビームの焦点深度ＦＺの焦点位置を、３次元基準座標系における単位空間の次のフィールド内の描画位置になるよう調整制御する。その後、ステップＳ１０５〜Ｓ１０６の処理を繰り返す。このようにして、ステップＳ１０８で、全てのフィールドで描画が完了したと判断されると、基材２の表面における描画処理が終了することとなる。
【００５２】
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。
【００５３】
次に、電子ビーム描画装置１にセットする前に、予め基材の各部を測定しておき、電子ビーム描画装置１内で基準点を再度測定し、該装置内で描画すべき位置（ｘ、ｙ、ｚ）を換算し、描画を実施する場合の処理手順について、図７を参照しつつ説明する。
【００５４】
図７には、基材２上に描画すべき位置を換算するための処理手順が開示されている。なお、本例では、フィールドの広さは、ｘｙの描画範囲で規定される範囲（ば０．５×０．５ｍｍ程度等）とすることが好ましい。
【００５５】
先ず、描画位置に基材２をセットする前に予め基材の基準点Ｐ００（ｘ０、ｙ０、ｚ０）、Ｐ０１（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、Ｐ０２（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、及び基材の被照射部Ｑ０（ｘ、ｙ、ｚ）を、適当なピッチ（例えば１０μｍ×１０μｍ等）で３次元測定機にて測定をしておく（ステップＳ２０１）。
【００５６】
次いで、基材２を電子ビーム描画装置１へセットし、基材２の基準点を描画位置の電子線像が画面中央になる位置と、ハイトセンサーの出力が０になる位置Ｐ１０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）、Ｐ１１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、Ｐ１２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を、電子ビーム描画装置１のＸＹＺステージ３０の値から測定する（ステップＳ２０２）。さらに、Ｐ００〜Ｐ０２とＰ１０〜Ｐ１２により変換行列Ｍを求める（ステップＳ２０３）。
【００５７】
描画すべき点Ｑ１（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を、対応するＱ０（ｘ、ｙ、ｚ）からＱ１＝Ｍ×Ｑ０により算出する。
【００５８】
以降、Ｑ１の値（群）によりＸＹＺステージ３０の制御を行う。ただし、該当する位置がＱ１群に無い場合は、Ｘ、Ｙ、Ｚそれぞれに近傍点ｑｘ１、ｑｘ２、・・・から直接近似等により算出する（ステップＳ２０４）。
【００５９】
最初に描画するフィールドの最も低い（高い）部分へＸＹＺステージ３０を移動させる。このフィールドでＱ１の値が焦点深度（例えば約０．０５ｍｍ等）範囲のみ描画を行う（ステップＳ２０５）。
【００６０】
ＸＹＺステージ３０を、例えば約０．０５ｍｍ等下降（上昇）させる該当フィールドで、未だ描画されておらず、焦点深度内の部分の描画を行う（ステップＳ２０６）。
【００６１】
該当フィールドの描画が終了するまで、ステップＳ２０５〜Ｓ２０６を繰り返す。そして、次のフィールドの最も低い（高い）部分にステージを移動させる（ステップＳ２０７）。
【００６２】
全ての描画が完了するまでステップＳ２０５〜Ｓ２０７を繰り返す（ステップＳ２０８）。
【００６３】
次に、上述のステップＳ２０３にて演算される行列Ｍの算出手順について、図８を参照しつつ説明する。
【００６４】
図８に示すように、基材２を電子ビーム描画装置１にセットする前では、測定結果に基づき、図示のように基準位置を算出して第１の座標系の座標軸を決定する（ステップＳ３０１）。
【００６５】
次に、基材２を電子ビーム描画装置１にセットする後では、測定結果に基づき、図示のように基準位置を算出して第２の座標系の座標軸を決定する（ステップＳ３０２）。
【００６６】
ここで、ステップＳ３０１にて定義された各基準位置Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ０２と、ステップＳ３０２にて定義された各基準位置Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２との関係は、第１の座標系を第２の座標系に変換する座標変換行列をＭとすると、図示の式（１）〜（３）のように表すことができる。
【００６７】
同様にして、ステップＳ３０１における基材２の任意の位置Ｑ０と、ステップＳ３０２における基材のＱ０に対応する位置Ｑ１との関係は、図示の式（４）にて表すことができる。
【００６８】
このようにして座標変換行列Ｍの定義を行う（ステップＳ３０３）。すなわち、このステップを、よりハードウエアに近いレベルでの処理についてみると、予め定義された座標変換行列Ｍの定義式（１）〜（４）をメモリ上の所定領域から呼び出す処理を行う。
【００６９】
次に、座標変換行列Ｍを算出するための前段階として上記定義式（１）〜（３）を一括して扱い、図示のように行列化を行う（ステップＳ３０４）。
【００７０】
そして、座標変換行列Ｍを算出するための演算式が導き出される（ステップＳ３０５）。なお、本例においては、理解を容易にするために、座標変換行列Ｍを算出するための演算式を算出する手順を順を追って説明したが、ステップＳ３０３〜Ｓ３０５は一つのステップとし、前記演算式のみを予めメモリ上の所定領域に記憶しておいて、必要に応じて、ステップＳ３０１、Ｓ３０２での測定算出結果に基づき演算を行う構成としてよい。これにより、座標変換行列Ｍを算出することができる。
【００７１】
このようにして座標変換行列Ｍが算出されると、上述の処理が行われることとなる。すなわち、座標変換行列Ｍに基づき、Ｓ３０３の式（４）を用いて、電子ビーム描画装置１にセットした後の任意の位置を得ることができる。
【００７２】
以上のように本実施の形態によれば、第２のレーザー測長器８６と、第２の受光部８８とを、基材２に対して、電子銃１２と反対側に配置したので、電子ビームの照射方向（Ｚ方向）における基材２の位置を精度良く検出することができ、それにより収束された電子ビームにより高精度な描画を行える。しかも、電子銃１２から基材２に向かって照射される電子ビームの近傍には、測定手段が位置しないので、他の物体の存在により不安定になりがちな電子ビームを適切な位置に照射させるようにできる。加えて、電子ビームの照射方向と、第２のレーザー測長器８６から照射されるレーザー光の方向が平行であるので、より精度の良い測定が可能である。尚、本実施の形態においては、基材２の底面を直接測定しているが、保持部材を構成するＸＹＺステージ３０及び保持台３１の厚さ（Ｚ方向長さ）が既知であれば、ＸＹＺステージ３０の下面を測定しても良い。
【００７３】
図９は、第２の実施の形態にかかる測定手段を示す図である。図９において、ＸＹＺステージの移動プレート３０Ａ上に、基材２が配置されており、ＸＹＺステージの移動プレート３０Ａの下面には、測定手段である機械式測定装置１８６におけるＺ方向に進退自在な測定針１８６ａの先端が当接している。ＸＹＺステージの移動プレート３０ＡがＺ方向に移動すると、それに応じて測定針１８６ａが進退するように変位し、変位量に応じた信号を出力するようになっているので、かかる信号に基づけば、ＸＹＺステージの移動プレート３０ＡのＺ方向厚さが既知であることを前提に、基材２のＺ方向の位置を検出できる。それ以外の構成については、上述した実施の形態と同等であるので、説明を省略する。尚、ＸＹＺステージの移動プレート３０Ａに孔を設けて、測定針１８６ａの先端を、基材２の底面に直接当接させても良い。
【００７４】
以上、実施の形態並びに実施例を参照して本発明を説明してきたが、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（実施の形態の組み合わせを含む）が可能であることは勿論である。例えば、基材の描画面はくぼみではなく凸部であって良い。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、３次元の描画面を有する基材に対して、電子ビームの照射方向の位置を精度良く測定できる電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子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２】図１の電子ビーム描画装置にて描画される基材を示す図である。
【図３】測定装置の概略斜視図である。
【図４】電子ビーム描画のフローチャート図である。
【図５】電子ビーム描画を説明するために基材の描画面を拡大して示す図である。
【図６】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７】描画中に補正する処理手順を示すフローチャートである。
【図８】基材上の描画すべき位置を換算する場合の処理手順を示す説明図である。
【図９】第２の実施の形態にかかる測定手段の概略図である。
【図１０】従来技術の測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１　電子ビーム描画装置
２　基材
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
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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