JP3471773B2

JP3471773B2 - 描画記録装置およびその方法

Info

Publication number: JP3471773B2
Application number: JP2001229042A
Authority: JP
Inventors: 達人鈴木; 純男保坂; 史雄一色; 昭有本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2003-12-02
Anticipated expiration: 2021-07-30
Also published as: JP2003045775A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム記録装
置およびその方法に係わり、特に超高密度記録に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報化社会の進展は目覚ましく、
より多くの情報を記憶できる技術の開発が要求されてい
る。高密度記録に関する最近の提案は、通産省高エネル
ギー開発機構（ＮＥＤＯ）から委託されている（財）光
産業技術振興協会のナノメートル制御光ディスクシステ
ムプロジェクトの紹介冊子に報告されている（小川清也
“ナノメータ制御光ディスクシステムプロジェクトの概
要”第１回次世代光メモリシンポジウム講演資料
（（財）光産業技術進行協会発行、平成１１年１１月１
日））。図１には、プロジェクトで提案されているエッ
ジ変調記録のマーク（タンジェンシャル方向の長さとし
て最小の長さをとり、そこからｄ：７ｎｍ刻みで１６レ
ベル（４ｂｉｔｓ）を設定する）１２からなる１００Ｇ
ｂ／ｉｎ²の高密度記録方式の例が示されている。目標
とされている情報マークの中心位置の間隔（ＭＰ）は３
８０ｎｍ、トラック間隔（ＴＰ）は１４０ｎｍ、マーク
の幅は７０ｎｍと非常に狭いものとなっている。なお、
１１は、読み出しレーザのビームを示す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】現在、上記仕様のマー
クを高精度で記録できる可能性を持つ装置の一例とし
て、半導体のリソグラフィ用に開発されたＥＢ描画装置
がある。ＥＢ描画装置は微小スポットに絞れる電子ビー
ム系、高精度の位置検出機構を有するＸＹ移動台等で構
成され、半導体のマスク製造等に使用されている。

【０００４】ところで、上記仕様の情報マークをＥＢ描
画装置で記録するには、基板固定部の高精度な位置検出
と、描画目標位置との誤差を補正する高精度な偏向補正
制御が必要である。基板を固定するＸＹステージの位置
検出に用いられるレーザー測長計の精度としては現在
０．３ｎｍ／ＬＳＢの分解能を有する製品が存在してい
る。このような測長計を用い、直交する２方向からＸＹ
ステージを測長すればＸＹステージの移動範囲内におい
ては高精度な位置検出が可能である。

【０００５】しかしＸＹステージを、スパイラル状、同
心円状に擬似回転動作をさせながら情報マークを記録す
る場合、高精度の位置検出はできるが、位置誤差を補正
する偏向補正制御においては、描画目標位置によって電
子ビームの偏向方向を変化させなければいけないという
課題がある。

【０００６】また、高精度にマークの幅を制御する時に
はビーム径を小さくし、幅方向の偏向量を可変して制御
する方法もある。ビーム径とマーク幅が等しい時は、描
画目標位置とＸＹステージの現在位置との誤差信号をそ
のままＸＹの各偏向器に与えれば補正ができる。しか
し、マーク幅及びマークのウォブリング等を制御するに
は、描画位置によって電子ビームの偏向方向を変えなけ
ればいけないためにＸ、Ｙの各偏向器の偏向量をそれぞ
れ可変する必要があるという課題もある。

【０００７】本発明の目的は、ＸＹステージを用いて、
高精度な任意形状の情報マークをスパイラル状、若しく
は同心円状等に記録できる描画記録装置およびその方法
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、描画する基板を載置したＸＹステージ
と、前記ＸＹステージを直交する２方向で計測する測長
計と、情報マークの幅よりも小さな径に絞られた電子ビ
ームを前記基板に照射する電子光学系と、前記ＸＹステ
ージを駆動して前記基板をスパイラル状、同心円状ある
いは直線状に連続的に移動させるＸＹステージ駆動制御
部とを備え、該ＸＹステージ駆動制御部により基板をス
パイラル状、同心円状若しくは直線状に連続的に移動さ
せた状態で、前記電子光学系で絞られた電子ビームを前
記電子ビーム偏向手段で偏向させてスパイラル状、同心
円状若しくは直線状に配列された情報マークを描画する
ように構成したことを特徴とする描画記録装置である。

【０００９】また、本発明は、描画軌道を生成する軌道
発生部から移動目標位置を順次発生させ、描画する基板
を載置したＸＹステージをスパイラル状、若しくは同心
円状等に追従移動させるＸＹステージ駆動制御部と、そ
のＸＹステージの現在位置を高精度に測長する測長計
と、ＸＹステージの現在位置座標と描画目標位置座標と
の間の誤差を、位置補正制御信号を基に電子ビーム偏向
手段で補正する位置補正制御部と、描画目標位置の変化
に追従して電子ビーム偏向手段による電子ビームの偏向
方向及び偏向量をリアルタイムで制御する偏向補正制御
部とを備えた描画記録装置である。

【００１０】また、本発明は、前記描画記録装置におい
て、任意のマーク幅を記録するために、サイン波等の任
意パターン信号を前記位置補正制御信号に加算して（変
調させて）マーク幅を制御する変調信号発生部を設けた
ことを特徴とする,また、本発明は,描画する基板を載置
したＸＹステージを描画軌道であるスパイラル状、同心
円状あるいは直線状に連続的に移動させた状態で、電子
光学系で情報マークの幅よりも小さな径に絞られた電子
ビームを電子ビーム偏向手段で偏向させて照射してスパ
イラル状、同心円状若しくは直線状に配列された情報マ
ークを描画することを特徴とする描画記録方法である。

【００１１】また、本発明は,前記描画記録方法におい
て、測長計で計測されるＸＹステージの現在位置座標と
前記描画軌道に基いて算出される描画目標位置座標との
間の誤差に基いて前記電子ビーム偏向手段による電子ビ
ームの偏向位置を補正制御してスパイラル状、同心円状
若しくは直線状に配列された情報マークを所望の幅で描
画することを特徴とする。

【００１２】また、本発明は,前記描画記録方法におい
て、前記描画軌道に基いて算出される描画目標位置の変
化に追従して前記電子ビーム偏向手段による電子ビーム
の偏向方向及び偏向量を補正制御してスパイラル状、若
しくは同心円状に配列された情報マークを所望の幅で描
画することを特徴とする。

【００１３】また、本発明は,前記描画記録方法におい
て、任意のパターン形状信号で変調させた偏向信号を基
に電子ビーム偏向手段で偏向させて照射してスパイラル
状、同心円状若しくは直線状に配列された情報マークを
所望の幅で描画することを特徴とする。

【００１４】以上説明したように、図２に示すように、
マーク幅より小さくしたビーム径を用い、描画位置情報
とマーク幅制御情報を元に電子ビームの偏向方向、及び
偏向量を変化させることで、一周にわたり目的の幅で高
精度な情報マークの記録が可能になる。また、任意パタ
ーンの振幅、もしくはマーク幅設定値を時系列的に変化
させることでもマークの幅、及び連続的な幅の可変（ウ
ォブリング）が可能になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る描画記録装置
およびその方法の実施の形態を図面を用いて具体的に説
明する。

【００１６】図３は、本発明に係る描画記録装置の基本
構成を示す図である。本発明に係る描画記録装置は、電
子光学系と、移動機構と、移動機構制御系で構成され
る。

【００１７】電子光学系は、電子線３１を発生させる電
子銃３０と、電子銃３０から発生した電子線３１を絞る
コンデンサレンズ３２と、電子線３１をブランキングさ
せるブランキング電極３３と、上記コンデンサレンズ３
２で絞られた電子線を試料（基板）３８上においてナノ
メータオーダのビームスポットに絞る対物レンズ３４
と、このようにナノメータオーダの電子線（電子ビー
ム）をＸ方向およびＹ方向に偏向させる偏向器３５ｘ，
３５ｙとで構成される。

【００１８】移動機構は、試料（基板）３８を載置し、
ＸＹ駆動源３９によって移動されるＸＹステージ３７
と、０．３ｎｍ／ＬＳＢ以上の分解能を有し、ＸＹステ
ージ３７を直交する２方向（ＸＹ方向）からＸＹステー
ジの移動範囲内において測長するレーザー測長器（測長
計）３６とを備えて構成される。

【００１９】移動機構制御系４０は、レーザー測長器３
６で測長されるＸＹステージ３７の現在の位置座標（Ｘ
ｓ，Ｙｓ）が、スパイラル状、同心円状若しくは直線状
の描画軌道を生成する軌道発生手段（図示せず）から順
次発生する移動目標位置座標（Ｘｏ，Ｙｏ）になるよう
にステージ駆動源３９を駆動するように制御すると共
に、測長されるＸＹステージ３７の現在の位置座標（Ｘ
ｓ，Ｙｓ）と描画軌道から算出される目標位置座標（Ｘ
ｏ，Ｙｏ）との誤差（ΔＸ，ΔＹ）を位置補正制御信号
としてＩＦ５０を介して偏向器３５ｘ，３５ｙに与え、
目標点に、マーク幅よりも細くビーム径が絞られた電子
ビームを照射するように制御するものである。さらに、
移動機構制御系４０には、図４に示すように、描画軌道
を基にマーク幅を電子ビームで塗りつぶすために、マー
ク幅を設定するマーク幅設定部４１、塗りつぶす信号を
発生する信号発生部４２、描画軌道に基いて算出される
描画目標位置の変化に追従して電子ビームを偏向させる
偏向角度および偏向量を演算する偏向角度演算部４３、
これらを乗算して偏向信号（Ｘ’，Ｙ’）を得る乗算回
路部４５、描画目標位置座標（Ｘｏ，Ｙｏ）とレーザー
測長器３６によって測長されるステージ位置座標（Ｘ
ｓ，Ｙｓ）との誤差信号を算出する減算回路部４４、お
よび乗算回路部４５から得られた偏向信号（Ｘ’，
Ｙ’）に誤差信号を加算する加算回路部４６が設けられ
ている。

【００２０】以上の構成により、移動機構制御系４０
は、レーザー測長器３６によって高精度に測定された基
板３８を固定しているＸＹステージ３７の位置と、スパ
イラル状、同心円状あるいは直線状に移動する目標軌道
位置との誤差（ΔＸ，ΔＹ）の値を算出し、この誤差
（ΔＸ，ΔＹ）を位置補正制御信号として偏向器３５
ｘ，３５ｙに与えて、電子ビーム３１を偏向する偏向補
正制御を行うことによって、高精度に描画することがで
きる。なお、描画する際は、基本的に電子ビーム径やビ
ーム電流は変えないものとする。これによって、マーク
として均一なものが得られる。

【００２１】図２は、ＸＹステージ３７を用いて、軌跡
１で示されるスパイラル状に配置された任意の幅の情報
マークを描画するときの電子ビームの偏向方向を示した
ものである。記録マークの幅が電子ビーム径と同じの時
は、描画目標位置座標（Ｘｏ，Ｙｏ）とレーザー測長器
３６によって測長されるＸＹステージの現在位置座標
（Ｘｓ，Ｙｓ）との誤差の値（ΔＸ，ΔＹ）をそのまま
Ｘ，Ｙの各偏向器３５ｘ，３５ｙに与えればよい。しか
し、マーク幅より小さい電子ビーム径で描画するとき
は、図２に示すように描画目標位置によって振幅変調信
号の偏向方向を変えながら制御する必要がある。

【００２２】また、マーク幅を可変するには２、４の位
置においては電子ビームをＸ方向に偏向し、３、５の位
置では電子ビームをＹ方向に偏向する必要がある。また
その間の任意の位置においては、描画目標位置とスパイ
ラル軌道１の中心との角度をα、電子ビームの目的の偏
向量をＡとするとＸ＝Ａｃｏｓα、Ｙ＝Ａｓｉｎαの割
合でＸ、Ｙ各偏向器３５ｘ，３５ｙに偏向量を与えれば
よい。

【００２３】図４は、移動機構制御系４０に設けられた
マーク幅制御部の回路ブロック図である。記録条件とし
ては、記録情報１としてのマーク幅を設定するマーク幅
設定部４１と、次に、記録情報２としてのマーク幅を塗
りつぶす為の変調信号（例えばサイン波）を選択する信
号発生部４２で構成される。装置が連続的に描画を始め
ると、偏向角度演算部４３からは、描画目標位置座標
（Ｘｏ，Ｙｏ）を基に、スパイラル軌道の中心との偏向
角度αを算出して変化しながら出力される。また、信号
発生部４２からは、ステージ移動速度より高速な繰り返
し周波数のマーク幅変調用信号が出力される。そして、
乗算回路部４５は、信号発生部４２からの出力Ｂと、マ
ーク幅設定部４１で設定された線幅設定値と、偏向角度
演算部４３から演算された偏向角度αとに基づいて、マ
ーク幅制御信号（Ｘ’，Ｙ’）を演算する。マーク幅制
御用のＸ，Ｙ各偏向器３５ｘ，３５ｙに与える偏向量
（Ｘ’，Ｙ’）は、Ｘ’＝Ｂｃｏｓα、Ｙ’＝Ｂｓｉｎ
αであり、出力Ｂの値を連続的に変化させることでマー
ク幅を制御する。そして、加算回路部４６は、変調信号
であるマーク幅制御信号（Ｘ’，Ｙ’）を、減算回路部
４４から得られる位置補正制御信号（ΔＸ，ΔＹ）に加
算した（変調させた）偏向量をＸ，Ｙ各偏向器３５ｘ，
３５ｙに与えることにより、１周に渡ってマーク幅を制
御して描画することができる。

【００２４】以上は、図２に示すように、基本的には、
電子ビームをサイン波に近い形で振動させる場合につい
て説明したが、図５、および図６に示すパターンを用い
てもよい。即ち、図５および図６には、信号発生器４２
から発生するサイン波と異なるマーク幅制御用の描画パ
ターンの第１および第２の実施例を示す。このようなマ
ーク幅制御用の描画パターンを信号発生器４２から発生
させて電子ビームの位置（Ｘ’，Ｙ’）を制御すること
で、マークのエッジにおいてサイン波によるギザギザを
なくした高精度な情報マークが記録できる。図５におい
ては、電子ビーム５１をからへ、からへとエッ
ジに沿って埋められる部分を有することからマークのエ
ッジにおいて直線成分を有する高精度な情報マーク５２
を記録できる。なお、５３は、情報マーク５２の中心を
示す。図６においても、図５とほぼ同じように、電子ビ
ーム６１を、とエッジに沿って埋められる部分
を有することからマークのエッジにおいて直線成分を有
する高精度な情報マーク６２を記録できる。なお、６３
は、情報マーク６２の中心を示す。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
精度なＸＹステージの位置測長、電子ビームの偏向補正
制御、マーク幅制御を用いることにより、スパイラル、
同心円状に配列する情報マークを一周にわたり任意の幅
で高精度に記録することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエッジ変調記録のマークを説明す
るための図である。

【図２】本発明に係るマーク幅制御を説明するための模
式図である。

【図３】本発明に係る描画記録装置の基本構成を示す図
である。

【図４】本発明に係る移動機構制御系に設けられたマー
ク幅制御部の構成を示すブロック図である。

【図５】本発明に係るマーク幅制御用の描画パターンの
第１の実施例を示す図である。

【図６】本発明に係るマーク幅制御用の描画パターンの
第２の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１…軌道、２、３、４、５…現位置での偏向方向、１１
…読み出しレーザーのビーム、１２…エッジ変調記録の
マーク、３０…電子銃、３１…電子ビーム、３２…コン
デンサレンズ、３３…ブランキング電極、３４…対物レ
ンズ、３５…偏向器（電子ビーム偏向手段）、３６…レ
ーザー測長器（測長計）、３７…ＸＹステージ、３８…
基板、３９…ＸＹ駆動源、４０…移動機構制御系、４１
…マーク幅設定部、４２…信号発生部、４３…偏向角度
演算部、４４…減算回路部、４５…乗算回路部、４６…
加算回路部、５１…電子ビーム、５２…情報マーク、５
３…情報マークの中心、６１…電子ビーム、６２…情報
マーク、６３…情報マークの中心。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｄ (72)発明者有本昭東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献特開平５−160008（ＪＰ，Ａ) 特開平４−250614（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 G11B 7/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】描画する基板を載置したＸＹステージと、該ＸＹステージを直交する２方向で計測する測長計と、電子ビームを発生させる電子ビーム発生手段、該電子ビ
ーム発生手段で発生した電子ビームを絞るコンデンサレ
ンズ、該コンデンサレンズで絞られた電子ビームを偏向
する電子ビーム偏向手段、および前記コンデンサレンズ
で絞られた電子ビームを更に絞り込む対物レンズから構
成され、情報マークの幅よりも小さな径に絞られた電子
ビームを前記基板に照射する電子光学系と、スパイラル状あるいは同心円状の描画軌跡を生成する軌
道発生部と、該軌道発生部から生成される前記描画軌道に従って前記
ＸＹステージを駆動して前記基板をスパイラル状若しく
は同心円状に連続的に移動させるＸＹステージ駆動制御
部と、該ＸＹステージ駆動制御部の駆動制御による前記ＸＹス
テージの移動速度よりも高速の繰り返し周波数のマーク
幅変調用信号を出力する変調信号発生部、マーク幅設定
値を設定するマーク幅設定部、前記軌道発生部から生成
される前記描画軌跡から算出される描画目標位置座標を
基に前記描画軌跡の中心に対する電子ビームの偏向方向
を示す偏向角度を算出する偏向角度演算部、前記変調信
号発生部から出力される前記マーク幅変調信号と前記マ
ーク幅設定部で設定された前記マーク幅設定値と前記偏
向角度演算部から算出される前記偏向角度とに基づいて
マーク幅制御信号を演算する乗算回路部、前記測長計で
計測されるＸＹステージの現在位置座標と前記描画目標
位置座標との間の誤差信号を算出する誤差信号算出部お
よび前記乗算回路部から演算された前記マーク幅制御信
号に対して前記誤差信号算出部で算出される前記誤差信
号で補正して偏向補正信号として前記電子ビーム偏向手
段に印加する偏向補正回路部で構成されるマーク幅制御
部とを備え、前記ＸＹステージ駆動制御部によって前記ＸＹステージ
を駆動制御して前記基板を前記描画軌道であるスパイラ
ル状若しくは同心円状に連続的に移動させた状態で、前
記マーク幅制御部の前記偏向補正回路部から印加される
前記偏向補正信号に基づいて前記電子光学系で絞られた
電子ビームを前記電子ビーム偏向手段により前記設定さ
れたマーク幅で前記偏向角度方向に偏向振動させて塗り
つぶしてスパイラル状あるいは同心円状に配列された情
報マークを描画するように構成したことを特徴とする描
画記録装置。
【請求項２】電子ビームを発生させる電子ビーム発生手
段、該電子ビーム発生手段で発生した電子ビームを絞る
コンデンサレンズ、該コンデンサレンズで絞られた電子
ビームを偏向する電子ビーム偏向手段、および前記コン
デンサレンズで絞られた電子ビームを更に絞り込む対物
レンズから構成され、情報マークの幅よりも小さな径に
絞られた電子ビームを照射する電子光学系と、スパイラ
ル状あるいは同心円状の描画軌跡を生成する軌道発生部
と、該軌道発生部から生成される前記描画軌跡に従って
描画する基板を載置したＸＹステージを駆動して前記基
板をスパイラル状若しくは同心円状に連続的に移動させ
るＸＹステージ駆動制御部と、該ＸＹステージ駆動制御
部の駆動制御による前記ＸＹステージの移動速度よりも
高速の繰り返し周波数のマーク幅変調用信号を出力する
変調信号発生部、マーク幅設定値を設定するマーク幅設
定部、前記軌道発生部から生成される前記描画軌跡から
算出される描画目標位置座標を基に前記描画軌跡の中心
に対する電子ビームの偏向方向を示す偏向角度を算出す
る偏向角度演算部、前記変調信号発生部から出力される
前記マーク幅変調信号と前記マーク幅設定部で設定され
た前記マーク幅設定値と前記偏向角度演算部から算出さ
れる前記偏向角度とに基づいてマーク幅制御信号を演算
する乗算回路部、前記測長計で計測されるＸＹステージ
の現在位置座標と前記描画目標位置座標との間の誤差信
号を算出する誤差信号算出部および前記乗算回路部から
演算された前記マーク幅制御信号に対して前記誤差信号
算出部で算出される前記誤差信号で補正して偏向補正信
号として前記電子ビーム偏向手段に印加する偏向補正回
路部で構成されるマーク幅制御部とを用いて、前記軌道発生部から生成される前記描画軌跡に従って前
記ＸＹステージを前記ＸＹステージ駆動制御部によって
駆動して前記基板をスパイラル状若しくは同心円状に連
続的に移動させながら、前記マーク幅制御部の前記偏向
補正回路部から印加される前記偏向補正信号に基づいて
前記電子光学系で絞られた電子ビームを前記電子ビーム
偏向手段により前記設定されたマーク幅で前記偏向角度
方向に偏向振動させて塗りつぶしてスパイラル状あるい
は同心円状に配列される情報マークを描画することを特
徴とする描画記録方法。