JP4439144B2

JP4439144B2 - ディスク原盤の製造装置

Info

Publication number: JP4439144B2
Application number: JP2001226299A
Authority: JP
Inventors: 正規小林; 治熊坂; 弘喜金田; 健二上村; 正己曽根; 和巳栗山
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP2003036572A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に電子ビームを照射してディスク原盤を製造する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大容量の画像・音声データ、デジタルデータを記録可能な種々の記録媒体の開発がなされている。例えば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスクがあり、直径１２ｃｍの光ディスクの記憶容量を３０ＧＢ（Giga-Byte）に高密度化するような研究開発が進められている。また、磁気記録用ハードディスク等の大容量ディスクの開発も進められている。
【０００３】
しかしながら、従来の可視域や紫外域のレーザ光を用いたディスク原盤の製造においては、記録用レーザ光のスポット径によって記録分解能が制限される。そこで上記したディスクの高密度化を図るために、可視域や紫外域のレーザ光よりもスポット径が小さく、記録分解能の向上を図ることが可能な電子ビームを用いたディスク原盤製造装置によってディスク原盤の製造、いわゆるカッティングを行うことが検討されている。
【０００４】
かかるディスク原盤の製造は、基板に電子線用レジストを塗布した後、真空雰囲気中において電子ビームを照射することによってなされる。電子ビームの照射によって微細パターンの潜像が電子線用レジストに形成される（電子ビーム露光）。かかる基板は、現像処理、パターニング及びレジスト除去の処理が行われ、基板上に微細な凹凸パターンが形成される。
【０００５】
また、磁気記録用ハードディスク等のディスク基板の製造においても、同様に電子ビームを用いて微細パターンを形成するプロセスが実行される。
かかる電子ビーム露光において、高い分解能を得るためには、電子ビームを細く収束しなければならないが、この場合、電子ビームの速度が高速になる。一方、高速の電子ビームでは、電子線用レジスト層で吸収されずに通り抜けてしまうため、露光量が減少して分解能が低下する。
【０００６】
かかる電子ビーム露光においては、基板回転駆動系の制御が簡便である等の利点を有するため、ディスク基板の回転速度を一定にして露光（記録）する定角速度露光を行うことが考えられる。しかしながら、定角速度でディスク基板を回転させ露光する場合には、ディスク基板の半径位置に応じて線速度が大きく変化する。例えば、記録半径位置（電子ビーム照射位置）が２０〜６０ｍｍで変化するディスク基板の場合では線速度は約３倍変化することになる。
【０００７】
従って、線速度の変化に応じて電子ビームの速度を制御する必要がある。例えば、電子銃に印加する加速電圧を変化させて電子ビームの速度を変化させる場合、同時にビーム径も変化するため、記録されるピットの大きさやグルーブ等の幅も変化する。さらに、電子銃に印加する加速電圧を変更することによって電子ビームの軸やフォーカスにも変動が生じる。また、電子ビームの電流量をコントロールするコンデンサレンズ等を使用する方法もあるが、電子ビーム照射系の構造が複雑になるという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高密度かつ高精度なディスク原盤の製造が可能なディスク原盤製造装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によるディスク原盤製造装置は、主面にレジストが形成された基板に電子ビームを照射してディスク原盤を製造する装置であって、電子銃と、電子銃に加速電圧を印加して電子ビームを射出せしめる加速電圧印加部と、基板を実質的に一定の角速度で回転せしめる回転駆動部と、電子ビームの照射位置を前記基板の回転半径方向に相対的に移動せしめる移動駆動部と、電子ビームの電子線を減速せしめる大きさの減速電圧を前記基板に印加する電子ビーム減速部と、加速電圧を実質的に一定に保ちつつ前記基板の回転半径方向における前記電子ビームの照射位置に応じて前記電子ビームの減速電圧を変化せしめる制御部と、を有することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明に用いられる図において、同様な構成要素には同一の参照符を付している。
図１は、本発明の実施例であるディスク原盤製造装置１０の構成を示すブロック図である。
【００１１】
まず、光ディスクを例に、そのディスク原盤製造工程の概要について以下に説明する。電子ビームは、大気雰囲気中では著しく減衰する特性を有していることから、真空雰囲気中で使用される。従って、電子銃や光ディスク原盤を作製するための基板を載置したターンテーブル等は真空雰囲気中に配される。
光ディスク原盤の製造には、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板が用いられる。シリコン基板は、その主面上に電子線用レジストが塗布される。電子線用レジストが塗布された基板は、ディスク原盤製造装置１０内において、回転駆動されるとともに情報データ信号によって変調された電子ビームが照射され、ピット、グルーブなどの微細凹凸パターンの潜像が螺旋状に形成される。
【００１２】
当該基板は、電子ビーム露光が終了した後、ディスク原盤製造装置１０から取り出され、現像処理が施される。次に、パターニング及びレジスト除去の処理が行われ、基板上に微細な凹凸パターンが形成される。パターン形成された基板の主面には導電膜が形成され、電鋳処理が施されて光ディスク原盤（スタンパ）が製造される。
【００１３】
図１に示すように、ディスク原盤製造装置１０は、真空チャンバ１１、及び真空チャンバ１１内に配されたディスク基板を駆動する駆動装置、及び真空チャンバ１１に取り付けられた電子ビーム光学系を含む電子ビーム射出ヘッド部４０が設けられている。
光ディスク原盤用の光ディスク基板（以下、単にディスク基板と称する）１５は、ターンテーブル１６上に載置されている。ターンテーブル１６は、ディスク基板１５を回転駆動する回転駆動装置であるエアースピンドルモータ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。エアースピンドルモータ１７は送りステージ（以下、単にステージと称する）１８内に収容されている。ステージ１８は、並進駆動装置である送りモータ１９に結合され、エアースピンドルモータ１７及びターンテーブル１６をディスク基板１５の主面と平行な面内の所定方向に並進移動することができるようになっている。ターンテーブル１６は誘電体、例えば、セラミック等の材料からなり、ディスク基板１５は後述する静電チャッキング機構によりターンテーブル１６上に保持されている。
【００１４】
また、真空チャンバ１１には、ディスク基板１５の主面の高さを検出するための光源２２、光検出器２３及び高さ検出部２４が設けられている。光検出器２３は、例えば、ポジションセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）などを含み、光源２２から射出され、ディスク基板１５の表面で反射された光ビームを受光し、受光信号を高さ検出部２４に供給する。高さ検出部２４は、受光信号に基づいてディスク基板１５の主面の高さを検出する。
【００１５】
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には、真空ポンプ２８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りチャンバ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。
また、エアースピンドルモータ１７及び送りモータ１９を制御するための駆動制御部３０が設けられている。駆動制御部３０は、ディスク原盤製造装置１０全体の制御をなすＣＰＵ２５の制御の下で動作する。
【００１６】
電子ビームを射出するための電子ビーム射出ヘッド部４０には、電子銃４１、収束レンズ４２、ブランキング電極４３、アパーチャ４４，ビーム偏向電極４５、フォーカス調整レンズ４６、及び対物レンズ４７がこの順で電子ビーム射出ヘッド部４０内に配置されている。電子ビーム射出ヘッド部４０は、電子銃筒４８の先端に設けられた電子ビーム射出口４９が真空チャンバ１１内の空間に向けられ、真空チャンバ１１の天井面に取り付けられている。また、電子ビーム射出口４９はターンテーブル１６上のディスク基板１５の主面に近接した位置に対向して配置されている。
【００１７】
電子銃４１は、電子銃電源５１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を射出する。収束レンズ４２は、射出された電子ビームを収束してアパーチャ４４へと導く。ブランキング駆動部５４は、記録制御部５２からの信号に基づいて動作し、ブランキング電極４３を制御して電子ビームのオン・オフ制御を行う。すなわち、ブランキング電極４３間に電圧を印加して通過する電子ビームを大きく偏向させる。これにより、電子ビームはアパーチャ４４の絞り孔に収束されない状態となって電子ビームがアパーチャ４４を通過するのを阻止し、オフ状態とすることができる。
【００１８】
ビーム偏向駆動部５５は、ＣＰＵ２５からの制御信号に応答して、ビーム偏向電極４５に電圧を印加して通過する電子ビームを偏向させる。これにより、ディスク基板１５に対する電子ビームスポットの位置制御を行う。フォーカスレンズ駆動部５６は、高さ検出部２４からの検出信号に基づいてディスク基板１５の主面に照射される電子ビームスポットのフォーカス調整を行う。ブランキング駆動部５４、ビーム偏向駆動部５５及びフォーカスレンズ駆動部５６はビーム調整部５７として働き、ＣＰＵ２５により制御される。
【００１９】
前述のように、ディスク基板１５の電子ビーム露光を行う際、ディスク基板１５上に形成されたレジスト層に電子ビームが高速で入射すると、電子ビームがレジスト層を通り抜けてしまい、露光量が減少し、分解能が低下してしまう。そのため、本発明においては、ディスク基板１５に電子ビームの電子線を減速せしめる大きさの負電圧である減速電圧（−Ｖ_R）（以下、リターディング電圧と称する）が印加される（以下の説明において、リターディング法と称する）。このリターディング電圧及びチャッキング電圧の印加のために電圧源６０が設けられている。
【００２０】
図２は、図１に示すディスク原盤製造装置１０のターンテーブル１６及びステージ１８の部分を模式的に示す図である。上記したように、ターンテーブル１６はセラミック基板からなり、当該セラミック基板内には、静電分極を生起させるための導体からなるチャッキング電極２１が設けられている。チャッキング電極２１には電圧源６０がコネクタ（図示しない）を介して接続され、ターンテーブル１６の回転時においても常に直流電圧（−Ｖ_R−Ｖ_C）がチャッキング電極２１に印加されるようになっている。また、同様に、コネクタを介してリターディング電圧（−Ｖ_R）がディスク基板１５に印加される。電子ビーム露光時において、ディスク基板１５に入射する電子ビームを減速することができるように構成されている。
【００２１】
図３は、図１に示すディスク原盤製造装置１０のターンテーブル１６の中央部分の構造の詳細を模式的に示す断面図である。
上記したように、電子ビーム露光時において、ターンテーブル１６上に支持されたディスク基板１５にリターディング電圧（−Ｖ_R）を印加し、ディスク基板１５に入射する電子ビームの電子線を減速することができるように構成されている。より詳細には、同軸ケーブル３１が設けられ、これによりディスク基板１５及び／又はターンテーブル１６に高電圧が供給される。より具体的には、同軸ケーブル３１は、内部導体（芯線）３１Ａ及び外部導体３１Ｂを有し、スピンドルシャフト１２の中心に形成された貫通孔内に設けられている。当該同軸ケーブル３１には、電圧源６０からの電圧が供給される。
【００２２】
同軸ケーブル３１の内部導体３１Ａから供給されるリターディング電圧（−Ｖ_R）は、導電体で形成された導電部材２６Ａを介してディスク基板１５に印加される。導電部材２６Ａは、ターンテーブル１６に設けられた貫通孔を２６Ｃを介して支持面から出没自在に付勢されている。例えば、導電部材２６Ａは、バネ等の弾性部材２６Ｂで付勢されており、ターンテーブル１６に載置されたディスク基板１５に導電部材２６Ａが圧着されることによってリターディング電圧がディスク基板１５に印加される。導電部材２６Ａの先端部は滑らかな凸面形状に形成されており、ディスク基板１５に常に接触してリターディング電圧が印加されるよう構成されている。
【００２３】
ディスク基板１５は、静電チャッキング機構によりターンテーブル１６上に吸着保持されている。より具体的には、同軸ケーブル３１の外部導体３１Ｂから供給される電圧（−Ｖ_R−Ｖ_C）がチャッキング電圧導電部２７Ａ、２７Ｂを介してチャッキング電極２１に印加されている。すなわち、ディスク基板１５の電位に対して負の所定チャッキング電圧（−Ｖ_C）がチャッキング電極２１に印加されることによりセラミック等からなるターンテーブル１６に静電分極が生起し、これによって吸着力を発揮せしめるものである。
【００２４】
図４は、電子ビーム露光時における電子ビームの加速電圧の絶対値（Ｖ_A）及びリターディング電圧の絶対値（Ｖ_R）をディスク基板１５の回転半径方向の電子ビーム照射半径位置（ｒ）に対して示している。かかる電圧源６０の電圧制御はＣＰＵ２５によってなされる。また、ＣＰＵ２５は駆動制御部３０を制御し、ディスク基板１５が定角速度で回転するようにスピンドル制御がなされる。
【００２５】
図に示すように、電子ビーム露光時において、電子ビームの加速電圧は実質的に一定に保たれる。他方、リターディング電圧の絶対値（Ｖ_R）は、電子ビームが照射される半径位置（ｒ）が増大するにしたがい増大するように制御される。線速度の小さい基板内周部では電子ビーム露光が可能な範囲の電子ビーム速度となるようなリターディング電圧に設定される。半径位置（ｒ）が増大するにしたがいリターディング電圧を増加する。例えば、電子ビームの加速電圧を５０ｋＶと一定にしつつ、内周部の半径ｒ＝２０ｍｍの位置ではリターディング電圧Ｖ_R＝２０ｋＶとし、外周部の半径ｒ＝６０ｍｍの位置ではリターディング電圧Ｖ_R＝４０ｋＶとしている。また、リターディング電圧Ｖ_Rは半径位置（ｒ）の増大に対してリニアに増大するように制御される。これにより、線速度の増加に応じて電子ビームを減速し、実効的な電子ビーム電流量を増加させることができる。図５は、実効的な電子ビーム電流量を半径位置（ｒ）に対して示している。半径位置ｒの増加（すなわち、線速度の増加）に応じて、リターディング電圧Ｖ_Rを増大させて（すなわち、実効的な電子ビーム電流量を増大させて）、実効的な露光量を半径位置によらず一定にしている。電子ビームの加速電圧は一定に保たれているため、分解能の変動は生じない。また、電子ビーム軸、ビーム径及びフォーカスの変動を生じさせることもない。従って、ピットの大きさやグルーブの幅等に変動を生じさせることなく記録を行うことができる。
【００２６】
上記した実施例においては、リターディング電圧を半径位置の増加に応じてリニアに増大するように制御する場合を例に説明したが、これに限らない。例えば、電子ビーム照射によるレジストの露光量が半径位置に対して実質的に一定になるようにリターディング電圧を制御すればよい。また、例えば、半径位置の増加に対してリターディング電圧をステップ状に増大するようにしてもよい。あるいは、ディスク基板の回転外周部における減速電圧が回転内周部における減速電圧よりも大なるように制御してもよい。さらに、これらを組み合わせた制御を行うようにしてもよい。
【００２７】
また、上記した実施例において示した数値は例であって、ディスク原盤、電子ビーム射出系、用いられるディスク基板やレジストの種類、必要な分解能等、に応じて適宜変更して適用することが可能である。
基板回転駆動系の制御が簡便であるという利点を有し、高密度かつ高精度なディスク原盤の製造が可能なディスク原盤製造装置を実現できる。
【００２８】
なお、ディスク原盤として光ディスク原盤を例にその製造装置を説明したが、これに限らず電子ビームを用いて、磁気ディスク原盤などを製造する装置に適用することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
上記したことから明らかなように、本発明によれば、高密度かつ高精度なディスク原盤の製造が可能なディスク原盤製造装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である電子ビームを用いたディスク原盤製造装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すディスク原盤製造装置のターンテーブル及びステージの部分を模式的に示す図である。
【図３】図２に示すディスク原盤製造装置のターンテーブルの中央部分の構造の詳細を模式的に示す断面図である。
【図４】電子ビーム露光時における電子ビームの加速電圧の絶対値Ｖ_A及びリターディング電圧の絶対値Ｖ_Rをディスク基板の半径位置ｒに対して示す図である。
【図５】実効的な電子ビーム電流量（露光量）を半径位置ｒに対して示す図である。
【主要部分の符号の説明】
１０ディスク原盤製造装置
１１真空チャンバ
１２スピンドルシャフト
１５ディスク基板
１６ターンテーブル
１７エアースピンドルモータ
１８ステージ
１９送りモータ
２１チャッキング電極
２５ＣＰＵ
２６Ａ，２７Ａ導電部材
２６Ｂ弾性部材
３０駆動制御部
３１同軸ケーブル
４０電子ビーム射出ヘッド部
６０電圧源

Claims

主面にレジストが形成された基板に電子ビームを照射してディスク原盤を製造する装置であって、
電子銃と、
前記電子銃に加速電圧を印加して電子ビームを射出せしめる加速電圧印加部と、
前記基板を一定の角速度で回転せしめる回転駆動部と、
前記電子ビームの照射位置を前記基板の回転半径方向に相対的に移動せしめる移動駆動部と、
前記電子ビームの電子線を減速せしめる大きさの減速電圧を前記基板に印加する電子ビーム減速部と、
前記加速電圧を一定に保ちつつ前記基板の回転半径方向における前記電子ビームの照射位置に応じて前記電子ビームの減速電圧を変化せしめる制御部と、を有することを特徴とする装置。
前記制御部は、前記基板の回転外周部における前記電子ビームの減速電圧を回転内周部における減速電圧よりも増加せしめる制御をなすことを特徴とする請求項１記載の装置。
前記制御部は、前記基板の回転中心からの距離が増加するに従い前記電子ビームの減速電圧を増加せしめる制御をなすことを特徴とする請求項１記載の装置。
前記制御部は、前記電子ビームによる前記レジストの露光量が前記電子ビームの照射位置に関わらず一定になるように前記電子ビームの減速電圧を制御することを特徴とする請求項１記載の装置。
前記基板、前記回転駆動部及び前記移動駆動部を真空雰囲気下に置く真空雰囲気形成手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の装置。