JPS637631A - 電子ビ−ム描画方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 従来は電子ビームを偏向させるための信号として位相が
互いにπ／２ずれた信号Ｖ　−Ｖ工。

ｅＯ８ωｊ、Ｖ　　−ｖ、ｏｓｔｎωｔを各偏向装置に
与えるのみであったか、この発明によると、上記信号の
いずれか一方に直流信号±ＶＤｃを重畳するとともに、
これらの信号を偏向装置に与えるｎ：′ｒ間帯をゲート
装置によって制御するようにした。この二とによって、
従来の描画許容範囲（たとえばＩ　ＩｌｌｍＸＩＩＱＩ
ｌｌ）内において、任意の半径をもちかつ任意の点に中
心をもつ円弧を描画できる。しかも＋　１ｍ画すべき円
の中心から等距離の位置に描画領域を設定し、かつ中心
角が一定となるように上記ゲート装置のゲート開放時間
帯を制御して円弧を描画しているので、上記中心に関し
て回転対称の円弧パターンが描ける。したがって円周上
に同一の円弧パターンを順次描画していくたけて円パタ
ーンの電子ビーム描画が容易に行なえる。

発明の背景 ｉ−！術分野 この発明は、光集積回路の作製その他の微細加［のため
に有効なバターニング技術として用いられル１式子ビー
ム描画方法に関し、とくに円または円弧の描画のための
方法に関する。

従来技術 光集積回路等において用いられるグレーティング・レン
ズやフレネル・レンズを作製するための自効なバターニ
ング技術として電子ビーム描画法力・ある。これは第１
図に示すように、Ｕ板１上に電子ビーム・レジスト３を
一様に塗布する。必要ならば、レジストに帯電する電荷
を逃がすための導電波膜２　（たとえば、インジウムテ
ィンオキサイドＩＴＯ−１ｎ２０３＋５ｎＯ２）を基板
１とレジスト３との間に形成しておく。Ｊｉ、、ｆＭｌ
上に」−ティングされた電子ビーム・レジスト３上に電
子ビームＥＢによって所定のパターン（照射位置および
照射量によって決定される）を描画する。この後、レジ
ストを現像することによって基板１上に上記パターンの
レジスト・パターンを形成する。基板上のレジスト・パ
ターンをそのままグレーティング・レンズまたはフレネ
ル・レンズとして用いることもできるし、またはこのレ
ジスト・パターンを成形型として、もしくはレジスト・
パターン上にメツキをしたのち基板およびレジスト・パ
ターンを除去することによってメツキ材料による成形型
を得、これらの成形型を用いて上記レンズを成形するこ
ともできる。

いずれにしても電子ビーム描画によるバターニング技術
は、現像後のレジストの残膜率が電子ビーム照射量に依
存することを利用しており（電子ビームによって照射さ
れた部分が残るか、照射されなかった部分が残るかは、
レジストのタイプ［ポジまたはネガコに依る）、所定の
パターンを電子ビームの照射位置、■によって決定する
ことを特徴とするものである。

第２図は従来の電子ビーム描画装置の概要、とくにその
電気的構成の一例を示している。電子ビーム出射源であ
るフィラメント（後述する第４図の７１−号９参照）か
ら出射した電子ビームは偏向装置１３．２３によって偏
向され、上述した電子ビーフｊ４・レジスト３が塗布さ
れた基板１」二を所定・くターンに走査される。バター
ニングには照射位置のみｊよらず照射量の制御も必要で
あり、照射量のｊ！’Ｉ　［Ｘｌは同一箇所の走査回数
または電子ビームの強度（密度）を変えることによって
行なわれるが、説明の簡略化のために、この点について
触れることなく単に電子ビームの走査について述べるこ
とにする。偏向装置には、電界の印加によって電子ビー
ムを偏向するタイプのものと、磁界ニよって電子ビーム
を偏向するタイプのものとかある。前者のタイプの偏向
装置は電圧印加用の偏向板を含み、後者のタイプのもの
は偏向コイルを含む。いずれにしても１対の偏向装置１
３．２３は、基板１に向かって進む電子ビームに互いに
直交する力を与えるように作用する。このことによって
、原理的には、電子ビームは２次元平面内で任意の方向
に走査される。説明の簡略化のために、以下とくに明記
しない限り、偏向装置として前者のタイプのものが用い
られているものとする。

三角関数波発生回路１１および２１は互いに位Ｐａがπ
／２ずれた三角関数波信号を発生するもので、これらの
信号をそれぞれＶ　−Ｖ工０ｃｏｓωｔ。

ｖ　　−Ｖ、ｏｓｊｎωｔで表わす（第３図参照）。こ
れらの信号は増幅回路１２．２２でそれぞれ増幅された
のち電圧信号として偏向装置１３．２３に与えられる。

したがって、電子ビームは印加された電圧によって発生
する電界の方向と逆方向の力を受け、■え。−Ｖ、。の
場合には、第３図に示されているように、電子ビームは
ＸＹ平平向内角速度ωでＶ工。（−Ｖ　、ｏ）に対応す
る半径の円を描くことになる。

第２図において制御装置（ＣＰＵ）１０は上述の三角関
数波発生回路１１．２１等を制御し、その信号の角周波
数、振幅等を変えることによってあらかじめプログラム
されたパターンの描画を達成する。

上述のようにして、原理的には任意のパターンの電子ビ
ーム描画が可能となる筈であるが、実際上は種々の制限
がある。たとえば、最大描画範囲（描画許容範囲）は１
　＋ｎｍ　Ｘ　１　ｍｍ程度の正方形に限られるので２
円パターンの描画においては最大半径０．５ｍｍの円し
か描画できない（第６図参照）。

その理由は次の通りである。

第４図に示されているように、偏向装置１３゜２３に偏
向電圧を印加しない状態では、フィラメント９から出射
した電子ビームＥＢＩは偏向されることなく直進し、電
子ビーム・レジストがコーティングされた基板１の中心
０（描画原点、第６図参照）に垂直に照射する。このと
き、電子ビームＥＢＩは基板１上でフォーカスし、最少
スポット径２γ　　を得る。

ＥＢＩ 偏向装置１３．２３に電圧を印加して電子ビームを偏向
させていくと、電子ビームのフォーカシング・ポイント
はＦで示すように球面を描くことになる。第５図に拡大
して示すように、フォーカシング・ポイントをすぎた電
子ビームは拡がるので、偏向された電子ビームＥＢ２の
基板１上におけるスポット径は上述の２７　　よりも大
きいＢＩ ２γ　　となる。

Ｂ２ また、偏向されていない電子ビームＥＢＩにおいて、こ
の電子ビームＥＢＩの進行方向に垂直な断面の電子ビー
ムのプロファイルは円形でありかつ強度分布もガウシア
ン型（ガウス分布）となっている。しかしながら、偏向
された電子ビームＥＢ２においては、偏向電界が加わっ
ているためにその断面プロファイルは電界方向に歪み２
強度分布もガウシアン型からずれる。

このように、電子ビームの偏向によって基板上のスポッ
ト径が増大し、その断面プロファイルおよび強度分布が
変形するので、描画時においてこれらの影響が殆んど無
視できる偏向角θが自ずと定まり、これによって基板上
における描画許容範囲が決定される。この範囲がｌ　Ｈ
Ｘ　ｌ　ｍｍ程度ということになる。

このように従来の電子ビーム描画装置では、描画できる
円の最大半径が０．５ｍｍ程度にとどまり。

しかも描画原点を中心とする円に限られるという問題が
ある。

発明の概要 発明の目的 この発明は、上述のような１　ｍｍ　ｘ　１　ｍｍ程度
の描画許容範囲内において任意の半径をもちかつ任意の
点にその中心をもつ円または円弧を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を目的とする。

発明の構成と効果 この発明の方法は次のような電子ビーム描画装置を用い
る。すなわち、直進する電子ビームをその進行方向にほ
ぼ垂直な平面内において互いに直交する方向に偏向させ
るよう作用する電界または磁界を発生する１対の偏向装
置を備えたものにおいて１位Ｆ目が互いにπ／２ずれた
三角関数波信号を発生する回路を上記１対の偏向装置に
対してそれぞれ設けるとともに、直流信号発生回路、三
角関数波信号発生回路の出力三角関数波信号に直流信号
発生回路の出力直流信号を重畳する加算回路、および加
算回路の出力信号を偏向装置に与える時間帯を制御する
ためのゲート回路を上記１対の偏向装置の少なくともい
ずれか一方に対して設けたことを特徴とする電子ビーム
描画装置を用いる。そしてこの発明の方法は、描画すべ
き円の中心から等距離の位置であって描画許容範囲内に
描画領域を設定し、かつ中心角が一定となるように上記
ゲート回路のゲート開放時間を制御することによって上
記描画領域内に円弧を描画することを特徴とする。

上記の電子ビーム描画装置を用いると、三角関数波信号
に直流信号成分を重畳しているので装置の描画面におけ
る描画原点を直流信号成分の大きさに対応する距離だけ
移動させることができ、その移動量に応じた位置に中心
をもつとともにそれに対応する半径の円の描画が可能で
あり、しかもこの円の描画範囲をゲート回路によって制
御できるので装置の描画面内に限定して描画可能となリ
、この結果、描画面上には上記の円の一部すなわち円弧
を描画することが可能となる。すなわち１任意の点に中
心をもちかつ任意の半径をもつ円弧の描画が可能である
。さらに、描画すべき円の中心から等距離の位置に描画
領域を設定し、中心角が一定となるように上記ゲート回
路のゲート開放時間帯を制御して円弧を描画しているの
で。

すなわち上記の中心をもつ環状帯を等角度に分割した各
セルを描画領域としているので、上記中心に関して回転
対称の円弧パターンが描ける。したがって、上記分割し
たセル内に全く同じ円弧パターンを順次描画していけば
任意の大きさの円パターンの電子ビーム描画が達成でき
ることになる。また、描画許容範囲よりも大きな半径を
もつ円のパターンのレンズ等を上述したやり方で金型加
工、成形する場合には、上記の１つのセルの電子ビーム
描画を行なえば、これを基にして全く同じパターンの多
数の金型をつくることが可能となり、このような金型は
回転対称であるから円環状に配列すれば円パターンの金
型となる。このようにして、大きな円パターンのレンズ
等であっても比較的容易に作製できることになる。

実施例の説明 この発明の実施例において用いられる電子ビーム描画装
置およびその動作は第７図および第８図に示されている
。第７図は電子ビーム描画装置の電気的構成を示してお
り（従来例を示す第２図に対応）、この図において第２
図に示すものと同一物には同一符号が付けられている。

また第８図は、第７図の回路の描画動作を示すものであ
る（従来の動作説明図である第３図に対応）。

これらの図面、とくに第７図を参照して、電子ビーム描
画装置は、Ｖ　　＝Ｖｘａｃｏｓωｔの信号を発生する
三角関数波発生回路１１．その増幅回路１２、　Ｖ　　
−Ｖｙｏｓｉｎωｔの信号を発生する三角関数波発生回
路２１．その増幅回路２２．および偏向袋ｒ！１１３．
２３に加えて、偏向装置１３に対しては直流信号（たと
えば直流電圧）の発生回路１４、増幅回路１２の出力三
角関数波信号に発生回路１４の出力直流信号を重畳する
加算回路１５、および加算回路１５の出力信号を偏向装
置１３に与える時間帯を制御するゲート回路１６が設け
られ、偏向装置２３に対しても同じように直流信号発生
回路２４．加算回路２５およびゲート回路２６が設けら
れている。三角関数波発生回路１１．２１の出力信号の
角周波数ωはそれぞれ別個に可変であり、ＣＰＵｌ０に
よってバスを介して制御される。これらの三角関数波信
号の振幅ＶＶ　　は増幅回路１２．２２の増幅度を制ｘ
Ｏ°　ｙＯ 御することによって変化させられ、これもまたＣＰＵｌ
０によって制御される。さらに、直流信号発生回路１４
．２４から発生する直流信号の大きさくたとえば電圧）
もまた相互に独立に可変でありＣＰＵｌ０によって制御
され、ゲート回路１６と２６のゲート開放時間帯は一般
に同時間帯に設定され、ＣＰＵＩθによって制御される
。

第８図も参照して、三角関数波発生回路１１および２１
から発生する信号は位相が互いにπ／２だけずれている
。これらの信号の各周波数ωが等しく、また振幅も等し
い（ＶｘＯ”　”　ｙＯ）ものとする。直流信号発生回
路１４からは直流信号が発生していず（信号の大きさが
零）、直流信号発生回路２４からは−ｖＤＣの値をもつ
直流信号が発生しているものとする。この場合の加算回
路１５および２５の出力信号波形が第８図にそれぞれ■
　。

Ｘａ ■　で示されている。今、ゲート回路１６およＸａ び２６がともに時刻ｔ　からｔ２まで開いたとす■ ると、偏向装置１３には信号■　のうちのＡ１〜ａ Ｂ１の部分の波形の信号が、偏向装置２３には信号Ｖ　
のうちのＡ２−Ｂ２の部分の波形の信号がＸａ それぞれ印加される。この結果、電子ビームはＩＨＸ　
ｌ　ｍｍの描画許容範囲内においてＡ　ｏ　−Ｂ　ｏで
示される円弧を描くように走査される。

これは、Ｙ方向の偏向信号に−ｖＤＣの直流成分を加え
たために２円の中心がＹ軸上で負方向にＶ、。に対応す
る距離だけ移動して（中心Ｏ８）信号Ｖ　とＶ　とによ
って円Ｃ８が描かれるためＸａ　　　　　　ｙａ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　ｌａであり、ゲートが
１−１　　から１−１２まで開かれることにより実際に
はＸＹ平面上で角度ψ−ωｔ　〜ωｔ２までの間型子ビ
ーム描画が行なわれるからである。

三角関数波信号Ｖ　、■　の振幅をそれぞれｙ Ｖ　　Ｖ　に変え、かつ信号Ｖ　に−ｖＤＣの直流ｘｉ
’　　　　ｙｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｙ
成分を加えると、Ｖ　　、Ｖ　　で示された波形が得ｘ
ｃ　　　　　ｙｃ られる。ゲート回路１６．２６のゲートをｔ−１−１４
の間で開くと９円弧Ｃ６−Ｄｏの電子ビーム描画が達成
できる。

三角関数波信号Ｖ　に直流信号を重畳すると。

円の中、心をＸ軸方向に移動させることが可能となる。

以上のようにして、２つの三角関数波信号の少なくとも
いずれか一方に直流成分を重畳することによって、そし
て偏向装置にこれらの三角関数波信号を印加する時間を
ゲート制御することによって、電子ビーム描画装置の描
画許容範囲（１ｍ＋ｎＸ１ｍｍ）内において、半径が描
画許容範囲の一辺の長さの半分（０，５ｍｍ）以上でか
つ任意の点に中心をもつ円弧を描くことが可能となる。

半径の異なる円弧を描く場合にはそれぞれの円弧に対応
したゲート開放時間帯制御を行なえばよい。

従来の装置では描画許容範囲内の原点に関して対称性を
もつパターンしか描画できなかったが、この装置を用い
ると非対称なパターンの描画も可能となる。

さて２以上のようにして任意の大きさの円弧の描画が可
能となるが、描画許容範囲よりもはるかに大きな同心円
状パターンを基板上に描画する場合に、第９図に示すよ
うに、描画許容範囲Ｐの大きさのセルを縦横に配列した
状態に２Ｕ板を分割し、各セルを描画領域として描画し
ていくとすると、各セルごとに描画パターンが異なるか
ら、それぞれの描画パターンが描けるように装置をあら
かじめプログラムしておかなければならず、きわめて煩
雑となる。

この発明によると、第１０図に示されているように、ハ
ツチングで示されたような幅がＩＩＩＩＩ１１以下の環
状帯を考え、この環状帯を描画すべき円パターンの中心
Ｏｏから引いた放射線によって等角度に分割し、この分
割された各セルを描画領域Ｒ、Ｒ等とする。各描画領域
Ｒ、Ｒ等はもちろん描画許容範囲Ｐよりも面積が小さく
かつ範囲Ｐ内に入る形状に設定される。このような描画
領域Ｒ、Ｒ２等を設定すると、ハツチングで■ 示された環状帯内の描画領域における描画パターンはす
べて同じパターンとなる。したがって上述した問題が解
決され、１つの描画パターンのためのプログラムを多く
の描画領域について兼用することができるようになる。

しかも、各描画領域は中心０゜を中心として回転対称性
をもつから電子ビーム描画装置内で基板を一定角度ずつ
回転させていけば常に一定箇所に描画領域が設定され操
作性もよい。描画領域内に２以上の円弧を描くときには
これらの円弧の中心角が等しくなるように。

ゲート回路１６．２６のゲート開放時間帯制御が必要で
ある。描画許容範囲よりも大きな半径をもつ同心円状パ
ターンのレンズ等を金型加工、成形するときには１上記
環状帯については１つの°描画領域についてのみ電子ビ
ーム描画すればよく、この１の描画パターンを用いて多
数の同一パターンの分割金型の作裂か可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な電子ビーム描画法を説明するための斜
視図である。 第２図から第６図は従来例を示すためのもので、第２図
は電気的構成を示すブロック図、第３図は描画動作を示
す波形図、第４図は描画の様子を側方からみた説明図、
第５図は第４図の一部の拡大図、第６図は描画範囲と描
画可能な最大半径円を示す説明図である。 第７図および第８図はこの発明において用いられる電子
ビーム描画装置を説明するためのものであり、第７図は
その電気的ｔＭ成を示すブロック図。 第８図は描画動作を示す波形図である。 第９図は、描画許容範囲よりも大きな円パターンを描画
する場合の描画領域の一般的な分割法を示すものであり
、第１０図はこの発明による分割法を示している。 １１．２１・・・三角関数波発生回路。 １２．２２・・・増幅回路。 １３．２３・・・偏向装置。 １４．２４・・・直流信号発生回路。 １５．２５・・・加算回路。 １６．２６・・・ゲート回路。 Ｐ・・・描画許容範囲。 Ｒ１，Ｒ２・・・描画領域。 以　　上 特許出願人　　立石電機株式会社 代　理　人　　　弁理士　牛　久　健　司（外１名） 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図　　　　　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直進する電子ビームをその進行方向にほぼ垂直な平面内
   において互いに直交する方向に偏向させるよう作用する
   電界または磁界を発生する１対の偏向装置、 上記１対の偏向装置に対してそれぞれ設けられ、位相が
   互いにπ／２ずれた三角関数波信号を発生する回路、な
   らびに 上記１対の偏向装置の少なくともいずれか一方に対して
   設けられた、直流信号発生回路、三角関数波信号発生回
   路の出力三角関数波信号に直流信号発生回路の出力直流
   信号を重畳する加算回路、および加算回路の出力信号を
   偏向装置に与える時間帯を制御するためのゲート回路、 を備えた電子ビーム描画装置を用い、 描画すべき円の中心から等距離の位置に描画領域を設定
   し、かつ中心角が一定となるように上記ゲート回路のゲ
   ート開放時間を制御することによって上記描画領域内に
   円弧を描画する、 電子ビーム描画方法。