JP2001023880A - パターン形成方法、この方法を用いる電子ビーム描画装置およびその方法を用いて作製される光学部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強磁性元素を含有する基板材料に対しても、
所定の設計パターンを形成することができるパターン形
成方法を提供すること。 【解決手段】 設計パターン３２に対する加工パターン
３３の各点の変動データを測定し、これら両パターン間
において満たし得る関係式を求めた後、その逆関数を上
記設計パターンに作用させることによって、変動後に上
記設計パターンに合致するような補正パターンを導出す
る。したがって、この補正パターンに従って描画を行え
ば、その加工パターンが上記設計パターンにほぼ一致す
るので、所定の設計パターンを高い精度で形成可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム露光法
を用いた基板上へのパターン形成方法、この方法を用い
る電子ビーム描画装置およびその方法を用いて作製され
る光学部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ミクロンオーダー以下の回折
格子やホログラムパターンを基板上に作製する際に、基
板上へレジストを均一に塗布し、その上からレジストを
加工し、基板を最終的にエッチングする手法がとられて
きた。主な手法には、レーザ露光法、マスクコンタクト
露光法、パターン投影露光法、電子ビーム描画法等が知
られている。

【０００３】レーザ露光法においては、高アスペクト比
を有する形状に関しての露光が難しく、マスクコンタク
ト露光法、パターン投影露光法においては、転写しよう
とするパターンをマスク化する必要があり、初期投資お
よび開発に時間を要する。また電子ビーム露光法におい
ては、現状、その連続描画安定性や効率について問題が
あるが、パターンの仕上がり精度や設計変更などに容易
に対応できる点から、今後もっとも有望視されている。

【０００４】図４を参照して、電子ビーム露光法を用い
た基板上へのパターン形成方法について説明すると、基
板２１の上面にレジスト２２を塗布した後（図４Ａ、
Ｂ）、所定の設計パターンに従って電子ビームEBを用い
て描画する（図４Ｃ）。ポジ型のレジストであれば描画
された領域が現像工程において溶出し、描画されない領
域がレジストパターン２２Ａとして残る（図４Ｄ）。次
いで、レジストパターン２２Ａをマスクとしてドライエ
ッチングを行うことにより基板２１を加工し（図４
Ｅ）、最終的にレジスト２２Ａを除去することによって
成形型２１Ａが作製される（図４Ｆ）。

【０００５】電子ビーム描画においては、シリコンやガ
ラスなどの非磁性元素からなる基板上へのパターン形成
や、基板上に成膜された強磁性を有する元素を含む薄膜
上へのパターン形成等が行われてきた。しかし、強磁性
元素を含有する基板に対して電子ビーム描画を行った場
合に、基板の場所により現像後の描画パターンが回転等
の変形を受ける、あるいは基板の厚み（形状）により現
像後の描画パターンが変形する等の現象が起こる。図７
に現像後の描画パターンの変形の態様を示すが、図示す
るように、基板１上の基準描画パターン（設計パター
ン）２に対して、現像後の実パターン（加工パターン）
３は個々にランダムに所定の回転角θで回転しており、
設計どおりに安定に描画することができない。

【０００６】このように、基板材料に強磁性元素を含有
する基板に対して電子ビーム描画を行う場合、現像後の
描画パターンに変形が生じ、設計どおりの描画を行うこ
とができないという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題に
鑑みてなされ、強磁性元素を含有する基板材料に対して
も、所定の設計パターンを形成することができるパター
ン形成方法、この方法を用いる電子ビーム描画装置およ
びその方法を用いて作製される光学部品を提供すること
を課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
当たり、本発明の請求項１に記載のパターン形成方法で
は、電子ビーム露光法を用いて基板上に設計パターンを
加工するパターン形成方法であって、上記設計パターン
に従って描画した実際の加工パターンの上記設計パター
ンに対する変動データを測定するステップと、上記変動
データに基づいて上記設計パターンを補正し、その補正
パターンを算出するステップとを有し、基板上への描画
を上記補正パターンに従って行うようにしている。

【０００９】請求項１に記載の発明は、設計パターンに
対する加工パターンの変動態様を把握し、この変動を考
慮に入れて設計パターンを補正するようにしており、こ
の補正パターンに従って描画を行っている際に生じる上
記変動の結果、このときの加工パターンが本来の設計パ
ターンと一致するようにしている。これにより、基板中
に強磁性元素を含有している場合でも、ほぼ所望の加工
パターンを得ることが可能となる。

【００１０】具体的には、請求項２に記載のように、設
計パターンに対する加工パターンの各点の変動データを
測定し、これら両パターン間において満たし得る関係式
を求めた後、その逆関数を上記設計パターンに作用させ
ることによって補正パターンを得る。この補正パターン
に従って描画を行えば、その加工パターンを上記設計パ
ターンにほぼ一致させることができ、これにより所定の
設計パターンを高い精度で形成することが可能となる。

【００１１】また、この方法を用いて電子ビーム描画装
置を構成する本発明の請求項２によって、その制御部で
上記補正パターンを算出させ、これを描画部へ出力させ
ることによって、上述と同様な作用、効果を得ることが
可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１３】まず、図１を参照して、本実施の形態で用
いられる電子ビーム描画装置の概要について説明する。
電子ビーム描画装置１０は主として、制御部１１と描画
部１２とからなる。制御部１１は、後述するように、設
計パターンに補正データを挿入した描画命令を、ケーブ
ル１９を介して描画部１２へ供給する。描画部１２は、
真空バルブ１８を介して真空排気装置に接続された試料
室１３と、試料室１３内で基板１を支持するステージ１
７と、基板１へ電子ビームEBを照射する電子銃１４と、
電子ビームEBを所定の方向へ偏向する偏向磁石１５と、
シャッタ１６とを有しており、真空状態にした試料室１
３内の基板１へ、電子銃１４から発生し偏向磁石１５で
偏向した電子ビームEBを入射させ、描画を行う。

【００１４】次に、基板１に対して施される各種の処理
を通じて、本実施の形態におけるパターン形成方法につ
いて説明する。なお以下、「設計パターン」はパターン
設計時に作製される理想パターンを意味し、「加工パタ
ーン」は設計パターンに従って描画されたときの実際に
基板上に出現するパターンを意味するものとする。

【００１５】図２は、基板１に対するプロセス手順を示
している。まず、所定の形状に加工された基板１は、こ
れに不純物として含まれる強磁性元素の磁化を消失させ
るための脱磁工程を経た後、洗浄される（ステップＳ
１、Ｓ２）。基板１の脱磁は、後の電子ビーム露光工程
において出現する悪影響を最小限にするためのものであ
る。

【００１６】次いで、基板１にレジストを塗布し、所定
の熱処理、例えばプリベーク（レジスト塗布後、塗布膜
中の残留溶剤の蒸発と、塗布膜と基板との密着性強化の
ために実施する熱処理）を行い、その後、上述の電子ビ
ーム描画装置１０に基板１をセットし、電子ビームEBで
基板１にレジストの上から所定の設計パターンを描画す
る（ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５）。描画後、基板１は現
像・リンシングされ（ステップＳ６）、その後、形成さ
れた加工パターンの観察・測定が行われる（ステップＳ
７）。

【００１７】図５に実験に用いた基準基板３１およびそ
の上に形成すべき設計パターンの一例を示す。基準基板
３１には、パターンの解析が行いやすいように、複数の
パターンを整列させる。各々の基準描画命令（設計パタ
ーン）３２としては、図示するように例えば０．５ｍｍ
四方の領域において各辺５等分のメッシュを線幅１μｍ
で作成する。各パターン３２間の移動は、電子ビーム描
画装置１０のステージ１７側で行う。表１および表２
に、使用した基準試料の種類、形状および電子ビームの
描画条件をそれぞれ示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】また表３に、各基準基板の設計パターンに
対する加工パターン（実パターン）の回転角度を示す。
これから明らかなように、強磁性元素の含有量が高いほ
ど、また基板厚みが大きいほど、パターン回転角度が大
きいことがわかる。

【００２１】

【表３】

【００２２】そこで、本実施の形態における電子ビーム
描画装置１０は、設計パターン（基準命令）に従って描
画して得られた実際の加工パターンの、上記設計パター
ンに対する変動データに基づいて、その制御部１１にお
いて上記設計パターンを補正し、その補正パターン信号
をケーブル１９を介して描画部１２に供給し、描画部１
２において当該補正パターンに従った描画を行わせるよ
うにしている。

【００２３】例えば図６は、基板Ｃ（表２参照）を基準
基板として用いた設計パターン３２と加工パターン３３
との関係を示している。ここで、設計パターン３２は図
中一点鎖線で、加工パターン３３は図中実線でそれぞれ
示される。これら２つのパターン間におけるずれとし
て、例えば最大３μｍ発生している場合について、以下
に図６と図３とを参照し、上記補正パターンの導出手順
を説明する。

【００２４】図６は、加工パターン３３は全体的に、そ
の中央部を中心として、設計パターン３２に対してプラ
スの方向（反時計方向）に回転している事例である。そ
こで加工パターン３３上の点の集合を設計パターン３２
上の点の集合の関数としてとらえ、加工パターン３３の
各交点上の点の座標を測定して、対応する設計パターン
３２上の各点に対する変動データ（方向、大きさ）を算
出することにより、これら２つのパターン間について満
足し得る関係式ｆ(X) を決定する（ステップＴ１〜Ｔ
３）。この関数ｆ(X) は、パターン形状に応じて一次関
数や二次関数、又はこれより高次の関数となる場合があ
る。

【００２５】続いて、関数ｆ(X) の逆関数ｇ(X) を導出
する（ステップＴ４）。つまり、上述とは反対に、設計
パターン３２上の各点の集合が、加工パターン３３に対
する逆関数ｇ(X) の関係にある点の集合となる関係式を
求める。これを設計パターン３２に作用させることによ
り、設計パターン３２上の各点に対して逆関数ｇ(X)と
して表される点の集合である補正データ（補正パター
ン）が作成される（ステップＴ５）。

【００２６】ゆえに、この補正パターンに従って描画を
行えば（ステップＴ６）、変形後のパターン（加工パタ
ーン３３）が本来の設計パターン３２にほぼ一致して形
成され、例えば図６に示したような最大３μｍのずれを
補正することが可能となる。

【００２７】したがって本実施の形態によれば、基板構
成材料に関係なく所望の設計パターンを基板上に形成す
ることができるので、回折格子やホログラムパターンを
有する光学部品作製用の成形型として用いられる材料の
選択性が広がり、例えばＮｉ等の強磁性元素を微量含有
する超硬合金製の成形型を電子ビーム露光法で作製する
ことが可能となる。また、この方法を用いて作製される
成形型から成る光学部品においては、優れたパターン精
度で形成される成形型から作製されるので、ほぼ設計通
りの光学的性質を備えた部品が得られる。

【００２８】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００２９】例えば以上の実施の形態では、設計パター
ンとして図５に示すようなメッシュパターンを例にとっ
て説明したが、勿論、これだけに限らず、他の形状のパ
ターンに対しても、本発明は適用可能である。

【００３０】また、補正パターンの算出に関して基準基
板Ｃを例にとって説明したが、他の基準基板を用いるこ
とが可能である。つまり、基板中の強磁性元素含有量の
多少にかかわりなく、所望の設計パターンを従来よりも
高精度に形成することが可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、以
下の効果を得ることができる。

【００３２】すなわち請求項１の発明によれば、基板構
成材料に関係なく所望の設計パターンを高い精度で基板
上に形成することができる。これにより、材料の組成に
関係なく基板構成材料の選択の自由度を高めることがで
きる。

【００３３】また、請求項３の発明によれば、電子ビー
ムが磁場の影響を受けたとしても、ほぼ設計パターンに
忠実な加工パターンを得ることができる。なお、電子ビ
ームに作用する外部磁場や偏向磁石からの漏れ磁束等の
装置系の磁気的なシールド設計における指針としても、
活用することができる。

【００３４】さらに、請求項５の発明によれば、設計ど
おりの光学的特性を備えた光学部品を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による電子ビーム描画装置
の概略構成図である。

【図２】本発明の実施の形態において使用される基板に
対して施される各種の処理工程を示すフロー図である。

【図３】本発明に係るパターン形成方法を説明するフロ
ー図である。

【図４】電子ビーム露光法による成形型の作成手順を模
式的に示す断面図であり、Ａは基板、Ｂは基板に対する
レジスト塗布工程、Ｃは電子ビーム描画工程、Ｄは現像
工程、Ｅはエッチング工程、Ｆはレジスト除去工程をそ
れぞれ示している。

【図５】本発明の実施の形態において使用される基板に
対して形成される設計パターンの一例を示す図である。

【図６】同設計パターンとこれに基づいて形成された実
際の加工パターンとの関係を示す図である。

【図７】設計パターンに対する実際の加工パターンの変
化の態様を説明する模式図である。

【符号の説明】

１…基板、１０…電子ビーム描画装置、１１…制御部、
１２…描画部、１３…試料室、１４…電子銃、１５…偏
向磁石、１７…ステージ、３１…基準基板、３２…設計
パターン、３３…加工パターン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０４ Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０４ Ｈ０１Ｊ 37/305 Ｈ０１Ｊ 37/305 Ｂ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビーム露光法を用いて基板上に設計
   パターンを加工するパターン形成方法であって、 前記設計パターンに従って描画した実際の加工パターン
   の前記設計パターンに対する変動データを測定するステ
   ップと、 前記変動データに基づいて前記設計パターンを補正し、
   その補正パターンを算出するステップとを有し、 前記基板上への描画を前記補正パターンに従って行うよ
   うにしたことを特徴とするパターン形成方法。
2. 【請求項２】 前記補正パターンは、前記変動データか
   ら、前記加工パターン上の各点が前記設計パターン上の
   各点に対する関数であることを満たす関係式を求めた
   後、前記設計パターン上の各点に対して前記関数の逆関
   数として表される点の集合として算出されることを特徴
   とする請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 【請求項３】 電子ビームを用いて基板上に設計パター
   ンを描画する電子ビーム描画装置であって、 前記設計パターンに従って描画した実際の加工パターン
   の前記設計パターンに対する変動データに基づいて、前
   記設計パターンの補正パターンを形成する手段を有する
   制御部と、 前記制御部からの出力に応じて前記基板上へ前記補正パ
   ターンを描画する描画部とを備えたことを特徴とする電
   子ビーム描画装置。
4. 【請求項４】 前記基板は、強磁性元素を含有する材料
   でな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。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２に記載のパター
   ン形成方法を用いて作製される光学部品。