JP2010117507A

JP2010117507A - 電子ビーム記録装置

Info

Publication number: JP2010117507A
Application number: JP2008290034A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kobayashi; 正規小林; Yasumitsu Wada; 泰光和田
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2010-05-27

Abstract

【課題】
基板面が傾斜し、かつ高さ変位を有する場合であってもフォーカス制御を高精度に行いつつ描画を行うことが可能なビーム描画装置を提供する
【解決手段】
基板面の高さを測定する高さ測定器と、電子ビームの照射半径位置及び角度位置に基づいて基板面の傾斜角度を算出する基板角度算出器と、上記傾斜角度に基づいて基板面の高さ誤差を算出する高さ誤差算出器と、上記高さ測定器による高さ測定値から上記高さ誤差を減算して高さ調整値を算出する調整値算出器と、上記高さ調整値に応じて上記電子ビームのフォーカス調整をなすフォーカスコントローラと、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子ビーム記録装置、特に、電子ビーム露光により記録媒体の原盤等を製造するための電子ビーム記録装置に関する。

電子ビームを露光ビームとして用いてリソグラフィを行う電子ビーム記録装置は、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ：Digital Versatile Disc）、Blu-rayディスク等の光ディスク、磁気記録用のハードディスクなどの大容量ディスクの原盤製造装置に広く適用されている。さらに、ディスクリートトラックメディアやパターンドメディアと称される記録媒体の製造にも用いられる。

電子ビーム記録装置において、例えば、上記したディスク等の原盤を製造する際には、原盤となる基板の記録面にレジスト層を形成し、基板を回転させるとともに、並進移動させて基板描画（記録）面に対してビームスポットを相対的に半径方向及び接線方向に適宜送ることにより、螺旋（スパイラル状）状又は同心円状のトラック軌跡を基板描画面上に描いてレジストに潜像を形成するように制御する。

このような電子ビーム記録装置では、基板の回転駆動によって基板表面の高さが変動し、電子ビームの照射位置が変動する。従来の電子ビーム記録装置では、基板の高さ位置を検出するために三角測距方式の高さ測定器が用いられている。そして、このような基板高さの変動を補正することが行われていた（例えば、特許文献１及び２）。例えば、特許文献１には、基板高さ検出用の高さセンサの大気圧変動に起因するオフセットを軽減することが記載されている。また、特許文献２には、対向する方向から複数のビームを基板表面に入射させて基板表面の変位を検出することが記載されている。

このような三角測距方式の高さ測定器は、基板測定面が傾斜している場合にはその測定値には誤差が含まれる。図１は、一対のレーザ光源（ＬＳ）及び受光器（ＤＥＴ）からなる高さ測定器と、基板（SUB）面の基準面からの高さ変位（ΔＨ）、基準面（例えば、水平面）からの傾斜角（Δφ）との関係を示している。図１（ａ）は、基板が高さ変位及び傾斜を有しない場合（ΔＨ＝０、Δφ＝０）を示している。光源からのレーザ光はレンズＬ１により集光され、基板上の焦点位置で反射されて受光器で検出される。図１（ｂ）に示すように、基板が傾斜を有さず、高さが変位している場合（Δφ＝０、ΔＨ＝Ｈｂ≠０）には焦点位置から外れた基板上の位置で反射される。当該反射光は、受光器で受光され、高さ変位が検出される。

一方、傾斜している場合には測定誤差が問題となる。すなわち、図１（ｃ）に示すように、基板が傾斜しているが、レーザ光の焦点位置で高さ変位を有しない場合（Δφ＝φｃ≠０、ΔＨ＝０）には測定誤差を生じないが、高さ変位を有する場合図１（ｄ）には測定誤差を生じる。かかる場合、電子ビーム照射系のダイナミックフォーカス調整にも誤差が生じ、高精度なフォーカス制御ができない。特に、上記したように、ビームスポットが極めて小さい電子ビームによる一層の高密度描画が望まれているハードディスクなどの大容量ディスク用途においては、照射電子ビームの高精度制御、高精度フォーカス制御が決定的に重要である。
特開２００２−３４２９５３号公報特開２００４−１４４７０２号公報

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、基板面が傾斜し、かつ高さ変位を有する場合であってもフォーカス制御を高精度に行いつつ描画を行うことが可能な電子ビーム記録装置を提供することが一例として挙げられる。

本発明による記録装置は、基板を回転させつつ基板面上に形成されたレジストに電子ビームを照射することにより上記レジストに潜像を形成する記録装置であって、
上記基板面の高さを測定する高さ測定器と、
上記電子ビームの照射半径位置及び角度位置に基づいて上記基板面の傾斜角度を算出する基板角度算出器と、
上記傾斜角度に基づいて上記基板面の高さ誤差を算出する高さ誤差算出器と、
上記高さ測定器による高さ測定値から上記高さ誤差を減算して高さ調整値を算出する調整値算出器と、
上記高さ調整値に応じて上記電子ビームのフォーカス調整をなすフォーカスコントローラと、を有することを特徴としている。

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す実施例において、等価な構成要素には同一の参照符を付している。

図２は、本発明の実施例１である電子ビーム記録装置１０の構成の一例を模式的に示すブロック図である。当該電子ビーム記録装置１０は、電子ビームを用い、光ディスクやハードディスク製造用の原盤を作成するディスクマスタリング装置である。

［電子ビーム記録装置の構成及び動作］
電子ビーム記録装置１０は、真空チャンバ１１、及び真空チャンバ１１内に配された基板１５を載置及び回転、並進駆動する駆動装置、及び真空チャンバ１１に取り付けられた電子ビームカラム２０、及び基板の駆動制御及び電子ビーム制御等をなす種々の回路、制御系が設けられている。

より詳細には、ディスク原盤用の基板１５は、その表面にレジストが塗布され、ターンテーブル（回転ステージ）１６上に載置されている。回転ステージであるターンテーブル１６は、基板１５を回転駆動する回転駆動装置であるスピンドルモータ１７によってディスク基板主面の垂直軸に関して回転駆動される。また、スピンドルモータ１７は並進ステージ（以下、Ｘステージともいう。）１８上に設けられている。Ｘステージ１８は、並進駆動装置である並進モータ１９に結合され、スピンドルモータ１７及びターンテーブル１６を基板１５の主面と平行な面内の所定方向（ｘ方向とする）に移動することができるようになっている。従って、Ｘステージ１８、スピンドルモータ１７及びターンテーブル（回転ステージ）１６によってＸθステージが構成されている。なお、Ｘステージ１８は、基板１５の主面と平行な面内であって、例えば、ｘ方向と垂直な方向（ｙ方向）にも移動することができるようになっていてもよい。

スピンドルモータ１７及びＸステージ１８は、ステージ駆動部３７によって駆動される。より詳細には、ステージ駆動部３７には、スピンドルモータ１７及びＸステージ１８をそれぞれ駆動し、その駆動量であるターンテーブル１６の回転角（すなわち、基板１５の回転角）や回転速度などの回転量、及びＸステージ１８の並進量などのステージ駆動量を制御する制御部である回転駆動部３８及び並進駆動部（送り駆動部）３９が設けられている。回転駆動部３８及び並進駆動部３９は、コントローラ３０の制御の下で動作する。なお、詳細については後述する。

ターンテーブル１６は誘電体、例えば、セラミックからなり、基板１５を保持する静電チャッキング機構（図示しない）などのチャッキング機構を有している。かかるチャッキング機構によって、ターンテーブル１６上に載置された基板１５はターンテーブル１６に確実に固定される。

Ｘステージ１８上には、レーザ干渉計３５の一部である反射鏡３５Ａが配されている。レーザ干渉計３５は、反射鏡３５Ａからの反射レーザ光に基づいてＸステージ１８との間の距離を測定し、並進駆動部３９に供給する。

真空チャンバ１１は、エアーダンパなどの防振台（図示しない）を介して設置され、外部からの振動の伝達が抑制されている。また、真空チャンバ１１は、真空ポンプ（図示しない）が接続されており、これによってチャンバ内を排気することによって真空チャンバ１１の内部が所定圧力の真空雰囲気となるように設定されている。

電子ビームカラム２０内には、電子ビームを射出する電子銃（エミッタ）２１、収束レンズ２２、ビーム偏向電極２３、ビーム変調電極２４、アパーチャ２６、フォーカスレンズ２８がこの順で配置されている。

電子銃２１は、加速高圧電源（図示しない）から供給される高電圧が印加される陰極（図示しない）により、例えば、数１０ＫｅＶに加速された電子ビーム（ＥＢ）を射出する。収束レンズ２２は、射出された電子ビームを収束する。

ビーム偏向電極２３は、ビーム偏向回路３１からの偏向調整信号に基づいて電子ビームを高速で偏向制御することができる。後述するように、かかる制御により、基板１５に対する電子ビームの照射位置調整が行われる。

ビーム変調電極２４及びアパーチャ２６から電子ビーム変調器が構成されている。つまり、ビーム変調電極２４は、ビーム変調回路３２からの変調信号に基づいて、電子ビームのブランキング制御によって、基板１５に対する電子ビーム照射のオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）変調を行う。

すなわち、ビーム変調電極２４に電圧を印加して通過する電子ビームを、例えば静電偏向によって大きく偏向させることにより、電子ビームがアパーチャ２６を通過するのを阻止する。つまり、アパーチャ２６は、電子ビームが基板１５に照射されるのを防ぐ（ビームオフ時）。また、ビーム変調電極２４に電圧を印加しないときには基板１５に電子ビームが照射される（ビームオン時）。

フォーカスレンズ２８は、ダイナミックフォーカス制御回路（以下、単に、フォーカス回路という）３４からの駆動信号に基づいて駆動され、電子ビームのフォーカス制御が行われる。

また、真空チャンバ１１には、基板１５の表面の高さを検出するための光源３６Ａ及び光検出器３６Ｂが設けられている。さらに、電子ビーム記録装置１０には高さ検出器３６が設けられている。光源３６Ａは、例えば、半導体レーザ素子からのレーザ光を射出する。また、光検出器３６Ｂは、例えば、ポジションセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）などを含み、光源３６Ａから射出され、基板１５の表面で反射された光ビームを受光し、その受光信号を高さ検出器３６に供給する。高さ検出器３６は、受光信号に基づいて基板１５の表面の高さを検出し、検出信号を生成する。基板１５の表面の高さを表す検出信号は、コントローラ３０に供給される。コントローラ３０は、高さ検出器３６からの高さ検出信号に基づいてフォーカス回路３４を制御し、電子ビームのフォーカス制御を行う。

レーザ干渉計３５は、レーザ干渉計３５内の光源から照射されるレーザ光を用いてＸステージ１８の変位を測長する。すなわち、Ｘステージ１８上に設けられた反射鏡３５Ａから反射されたレーザ光に基づいてＸステージ１８の変位を測定し、その測定データ、すなわちＸステージ１８の並進方向（Ｘ方向）の位置データをステージ駆動部３７の並進駆動部３９に送る。

さらに、スピンドルモータ１７は回転駆動部３８によって制御される。スピンドルモータ１７の回転信号も、ステージ駆動部３７の回転駆動部３８に供給される。当該回転信号は、基板１５の基準回転位置を表す原点信号、及び基準回転位置からの所定回転角ごとのパルス信号（例えば、ロータリエンコーダ信号）等を含んでいる。より詳細には、スピンドルモータ１７にはロータリエンコーダ（図示しない）が設けられており、スピンドルモータ１７によってターンテーブル１６（すなわち、基板１５）が回転される際に、回転信号を生成する。当該回転信号は、基板１５の基準回転位置を表す原点信号及び基準回転位置からの所定回転角ごとのパルス信号（ロータリエンコーダ信号）を含んでいる。当該回転信号は、回転駆動部３８に供給される。回転駆動部３８は、当該回転信号によりターンテーブル１６（すなわち、基板１５）の回転角（θ）、回転速度等を得る。

ステージ駆動部３７の回転駆動部３８及び並進駆動部３９は、スピンドルモータ１７の回転信号及びＸステージ１８の並進位置データに基づいて、電子ビームスポットの基板上の位置を表す位置データ、すなわち記録半径位置及び角度位置（ｒ，θ）を生成し、コントローラ３０に供給する。また、回転駆動部３８及び並進駆動部３９は、コントローラ３０からの制御信号に基づいて、スピンドルモータ１７及び並進モータ１９を駆動し、回転及び並進駆動がなされる。

コントローラ３０には、光ディスク、磁気ディスク、あるいはディスクリートトラックメディアやパターンドメディア等に用いられるトラックパターン・データや描画（記録又は露光）すべきデータ（描画データ）ＲＤが供給される。

そして、上記したように、ビーム変調回路３２は当該描画データＲＤに基づいてビーム変調電極２４を制御し、描画データＲＤに応じて電子ビームのオン／オフ変調（基板１５への照射／非照射の切り替え）を行う。

コントローラ３０は、ビーム偏向回路３１、ビーム変調回路３２、及びフォーカス回路３４にそれぞれビーム調整信号ＣＡ、ビーム変調信号ＣＭ及びフォーカス制御信号ＣＦを送出し、当該記録データＲＤに基づいてデータ描画（露光又は記録）制御を行う。すなわち、記録データＲＤに基づいて基板１５上のレジストに電子ビーム（ＥＢ）が照射され、電子ビームの照射によって露光された箇所にのみ潜像が形成されて描画がなされる。

［高さ誤差補正に係る構成及び動作］
図３は、基板１５の高さに応じた電子ビームのフォーカス調整に係る構成を模式的に示すブロック図である。電子ビーム描画を行う際の基板１５の描画面の高さ誤差及び基板１５の面角度が検出され、電子ビームのフォーカス調整がなされる。

電子ビーム描画の際、高さ検出器３６によって基板１５の表面の高さが検出される。より詳細には、基板面の基準高さからの変位値である高さ変位測定値ＨＤが生成される。並進駆動部３９は描画半径位置ｒを表す信号を生成し、回転駆動部３８は描画角度位置θを表す信号を生成する。コントローラ３０には、高さ変位測定値を補正する測定値補正器４０が設けられている。そして、当該高さ変位測定値ＤＨ、描画半径位置及び角度位置（ｒ，θ）は基板面角度算出器（以下、単に、面角度算出器という。）４１に供給される。

面角度算出器４１は、基板１５の表面の高さ変位測定値ＨＤ、半径位置及び角度位置（ｒ，θ）に基づいて基板１５の表面の角度（基板面角度）ＳＡを算出して、高さ変位誤差算出器４２に供給する。高さ変位誤差算出器４２は、上記した高さ変位測定値ＨＤを用いて基板面の高さ誤差を算出する高さ誤差算出器として機能する。

面角度算出器４１は、基板１５の基準面（例えば、水平面）からの傾斜角を基板面角度ＳＡとして算出する。基板面角度ＳＡの算出は、所定回転角度（Δθ）ごとに行われる。つまり、本実施例においては、基板面角度ＳＡは所定回転角度（Δθ）ごとに算出される。換言すれば、トラック方向（タンジェンシャル方向）における角度誤差（基板面角度ＳＡ）が算出され、トラック方向における基板面の傾き角度から高さ変位の誤差量を算出し、フォーカス調整が行われる。

基板面角度ＳＡは、ｊ番目の高さ変位測定値ＨＤをＨＤ（ｊ）のように記すと、１次近似の場合、次式で表される。
ＳＡ＝arctan［ＨＤ（ｊ）−ＨＤ（ｊ−１）／（ｒ・Δθ）］（１）

なお、ｎ次近似の場合について、その算出ブロック図を図５に示す。すなわち、所定回転角度ごとの高さ（真値）をＺ(θ)、高さ測定値をＺｍ(θ)、角度誤差感度をκとすると、角度誤差ｄＺ(θ)／ｄθは次式で表される。なお、ここで、角度誤差感度κ＝［光学系誤差量］／［記録半径（ｒ）］である。また、記号「＊」は乗算を表す。
ｄＺ(θ)／ｄθ＝［ｄＺｍ(θ)／ｄθ］−κ＊［ｄ²Ｚｍ(θ)／ｄθ²］
＋κ²＊［ｄ³Ｚｍ(θ)／ｄθ³］＋・・・・
＋(−κ)^n-1＊［ｄⁿＺｍ(θ)／ｄθⁿ］（２）

高さ変位誤差算出器４２は、算出された基板面角度ＳＡに基づいて高さ変位測定値ＨＤの誤差値ＨＥを算出する。調整値算出器である減算器４３は、高さ変位測定値ＨＤから高さ変位誤差値ＨＥを減算することによって、高さ変位調整値ＨＡ（誤差補正済み高さ変位値）を生成する。高さ変位誤差値ＨＥは、次式で表される。角度誤差感度κは、単位角度当たりの高さ変位の誤差感度であり、例えば、κ（μｍ／mrad）で表すことができる。
ＨＥ＝ＳＡ＊κ （３）

高さ変位調整値ＨＡは、フォーカス回路３４に送られる。フォーカス回路３４は、高さ変位調整値ＨＡに基づいて電子ビームのフォーカス調整制御を行う。すなわち、フォーカス調整制御を行う際に、基板面の傾き角度から高さ変位の誤差量を推定し、高さ測定値から誤差が除かれ、フォーカス調整が行われる。

図４は、上記した高さ変位調整値ＨＡを用いたフォーカス制御の手順を示すフローチャートである。まず、第(ｊ−１)番目の角度位置（θ）において基板面の高さが検出され、基準高さからの変位である高さ変位測定値ＨＤ(ｊ−１)（＝ＨＤ(θ)）が得られる（ステップＳ１１）。

次に、所定回転角度（Δθ）だけ基板１５が回転したか否かが判別される（ステップＳ１２）。所定回転角度（Δθ）回転したと判別された場合には、当該角度における高さ変位測定値ＨＤ(ｊ)を得る（ステップＳ１３）。上記したように、面角度算出器４１により、高さ変位測定値ＨＤ(ｊ)及びＨＤ(ｊ−１)から基板面角度ＳＡが算出される（ステップＳ１４）。次に、高さ変位誤差算出器４２により、基板面角度ＳＡに基づいて高さ変位誤差値ＨＥが算出され、減算器４３により、高さ変位調整値ＨＡが算出される（ステップＳ１５）。

そして、フォーカス回路３４は、高さ変位調整値ＨＡに基づいて電子ビームのフォーカス調整制御を行う（ステップＳ１６）。次に、フォーカス調整制御が終了か否かが判別される（ステップＳ１７）。フォーカス調整制御を続行する場合には、ステップＳ１２に戻り、上記した手順を繰り返す。

上記したように、実施例１においては、トラック方向（タンジェンシャル方向）における角度誤差（基板面角度ＳＡ）が算出され、トラック方向における基板面の傾き角度から高さ変位の誤差量を算出し、フォーカス調整が行われる。これに限らず、基板の半径方向（ラジアル方向）における角度誤差を所定半径間隔毎に算出し、ラジアル方向における基板面の傾き角度から高さ変位の誤差量を算出し、フォーカス調整を行うようにしてもよい。

この場合、所定半径間隔をΔｒとすると、実施例１の場合と同様に、基板面角度ＳＢは１次近似の場合、次式で表すことができる。
ＳＢ＝arctan［ＨＤ（ｋ）−ＨＤ（ｋ−１）／（Δｒ）］（４）

ここで、ＨＤ（ｋ）は、ｋ番目の高さ変位測定値である。高さ変位測定値ＨＤ（ｋ）は、同一の角度位置（θ）における所定半径間隔だけ離れた位置の基板面の高さを測定することによって得ることができる。例えば、１のトラックとそれに隣接するトラックそれぞれの基板面の高さ変位をそれぞれＨＤ（ｋ−１）、ＨＤ（ｋ）とし、当該隣接するトラックの間隔（Δｒ）から基板面角度ＳＢを求めるようにすることができる。

また、上記した実施例１におけるトラック方向における基板面角度ＳＡに加え、ラジアル方向における基板面角度ＳＢを求め、これらから、高さ変位の誤差量を算出し、フォーカス調整を行うことによって更に高精度なフォーカス制御が可能になる。

以上、詳細に説明したように、本発明においては、描画半径位置及び角度位置（ｒ，θ）から基板面角度を算出することによって、高さ変位の誤差を検出している。そして、基板の高さ変位を所定回転角度ごと、及び／又は所定半径間隔に測定するとともに、当該所定回転角度及び／又は所定半径間隔ごとの高さ変位測定値と、検出した高さ変位誤差とに基づいて、真の高さ変位調整値ＨＡを求めている。当該高さ変位調整値ＨＡに基づいてフォーカス調整制御を行うことにより、基板が傾斜し、かつ高さ変位を有する場合であっても高精度にフォーカス調整を行うことができる。また、複雑な構成の高さ測定系や光学系を用いる必要はなく、簡易な構成で高精度なフォーカス調整を行うことができる。

一対のレーザ光源（ＬＳ）及び受光器（ＤＥＴ）からなる高さ測定器と、基板面の基準面からの高さ変位（ΔＨ）、基準面からの傾斜角（Δφ）との関係を示す図である。本発明の実施例１である電子ビーム記録装置の構成の一例を模式的に示すブロック図である。基板の高さに応じた電子ビームのフォーカス調整に係る構成を模式的に示すブロック図である。高さ変位調整値を用いたフォーカス調整制御の手順を示すフローチャートである。基板面角度をｎ次近似により算出する場合の算出ブロック図である。

符号の説明

１０電子ビーム記録装置
１５基板
１６ターンテーブル
１７スピンドルモータ
１８並進ステージ
２３ビーム偏向電極
２４ビーム変調電極
２６アパーチャ
３０コントローラ
３１ビーム偏向回路
３２ビーム変調回路
３４フォーカス回路
３８回転駆動部
３９並進駆動部
４１面角度算出器
４２高さ変位誤差算出器
４３調整値算出器

Claims

基板を回転させつつ基板面上に形成されたレジストに電子ビームを照射することにより前記レジストに潜像を形成する記録装置であって、
前記基板面の高さを測定する高さ測定器と、
前記電子ビームの照射半径位置及び角度位置に基づいて前記基板面の傾斜角度を算出する基板角度算出器と、
前記傾斜角度に基づいて前記基板面の高さ誤差を算出する高さ誤差算出器と、
前記高さ測定器による高さ測定値から前記高さ誤差を減算して高さ調整値を算出する調整値算出器と、
前記高さ調整値に応じて前記電子ビームのフォーカス調整をなすフォーカスコントローラと、を有することを特徴とする記録装置。
前記基板角度算出器は、前記基板のトラック方向における前記基板面の傾斜角度を算出することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
前記基板角度算出器は、前記基板のラジアル方向における前記基板面の傾斜角度を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の記録装置。
前記傾斜角度、前記高さ誤差及び前記高さ調整値は前記基板の所定回転角度ごとに算出され、前記フォーカスコントローラは前記所定回転角度ごとに前記フォーカス調整をなすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の記録装置。
前記傾斜角度、前記高さ誤差及び前記高さ調整値は前記基板の所定半径間隔ごとに算出され、前記フォーカスコントローラは前記所定半径間隔ごとに前記フォーカス調整をなすことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の記録装置。