JP4526748B2 - 原盤露光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク、半導体ＬＳＩ、回折格子素子などの製造に用いられる原盤露光装置に関する、さらに詳細には、ビームで露光して超精密なパターンを形成する加工のための原盤を載置するステ−ジの駆動ユニットを配置する原盤露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大容量のコンパクトディスク、レーザディスクなどのデジタルの情報記録媒体である円盤状記録媒体の成形には、ガラス原盤に基づいて製造される。このガラス原盤の製造には、基盤状にフォトレジストを塗布し、このフォトレジストをレーザビーム等のビームで露光して現像し、微細なパターンを形成することが行われている。このパターンは、記憶容量の増大化の要求から、近年ますます微細化したパターンが求められている。この工程は、半導体ＬＳＩ、回折格子素子などの半導体素子を製造する際にも、シリコーンウエハー上にも同様に微細なパターンを形成する必要がある。
【０００３】
このために、ガラス原盤等を載置するステージに、精緻な回転−移動できる性能が求められている。従来技術の駆動装置においては、摩擦ロ−ラ同士が一定の角度、位置関係、圧力バランスで構成されているため速度を可変にする場合、モ−タの回転速度で対応してきた。しかし、加工時は数１００ｎｍ以下のパターンが必要とされ、かつ粗動時は１ｍｍオ−ダの送り速度と１００mmの可動範囲を求めようとするとモ−タの動きに膨大なダイナミックレンジが要求されることになる。これまでの駆動ユニットでは、特に、摩擦駆動方式の駆動ユニットでは、送り速度を自動可変にする技術は提案されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記要求に対して、比較的簡単な機構で粗動−微動を実現する機構を有する駆動ユニットを配置する原盤露光装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、光記録媒体の原盤に、超微細パタ−ンをビームで形成する原盤露光装置において、前記原盤露光装置は、原盤を載置し、かつ超微細パタ−ンを形成するビ−ムと連動して、回転−移動する摩擦駆動方式の駆動ユニットを配置し、前記駆動ユニットは、半径方向の移動に対して粗動と微動モ−ドを自動的に選択できる原盤露光装置である。
本発明は、さらに、前記ビームは、レーザビーム、電子線ビーム、Ｘ線ビームのいずれかである原盤露光装置である。
本発明は、さらに、前記原盤が、ガラス原盤又はシリコンウエハーである原盤露光装置である。
【０００６】
本発明は、さらに、前記駆動ユニットは、粗動モ−ドで、主軸と従動軸の圧接状態を解除する解除機構を有する原盤露光装置である。
本発明は、さらに、前記駆動ユニットは、主軸に圧接する複数の従動軸の軸受けを含む支持部材の片側を所定角度まで回転させるモ−ド可変機構を有する原盤露光装置である。
本発明は、さらに、前記駆動ユニットは、もう一方の支持部材は回転不能で、かつ、従動軸が駆動ユニット移動方向以外の全ての方向に傾斜可能にする軸受け構造を有する原盤露光装置である。
【０００７】
本発明は、さらに、前記モード可変機構における支持部材の回転は、圧接摩擦方式、超音波モ−タ方式、歯車方式のいずれかにより付与される原盤露光装置である。
本発明は、さらに、前記モード可変機構は、複数の従動軸がその相対位置を変化させることなく一体となってねじれる構造である原盤露光装置である。
【０００８】
本発明は、さらに、前記駆動ユニットは、軸受け部摺動面に超硬質無機膜を設ける原盤露光装置である。
本発明は、さらに、前記駆動ユニットは、軸受け部摺動面にフッ素樹脂膜を設ける原盤露光装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態である原盤露光装置の構成を示す概略図である。これは、例えば、５０ＧＢ／面以上の記録容量を有する光情報記録媒体のディスクメディアの原盤露光を意図した電子ビ−ム露光装置の概略図である。この原盤露光装置が対象とする加工目標は、幅０．２μｍ以下で、深さ０．０１μｍ以下のスパイラル状の連続溝を形成することである。しかも、直径１２０ｍｍ領域でテ−ブル回転数３６００ｒｐｍ以上で、しかも各溝の半径位置精度は±５ｎｍという制御が要求されている。
【００１０】
原盤露光装置は、図１に示すように、電子銃１を発生系と発生した電子ビームを収束させる電子ビームレンズ系をによる電子ビームユニットを光源としており、これらのユニットは真空チャンバー１１内に設置してある。真空チャンバー１１には予備チャンバーとしてロードロック室１２が真空チャンバー１１内のターンテーブル８の延長上に配置された構成となっている。真空チャンバー１１内には露光する原盤を回転、横移動するための駆動ユニット１０が電子ビームユニット系の直下に位置し、原盤上に収束した電子ビームを照射し、回転移動する事でスパイラル、同心円状の溝を形成する。そしてこれらの筐体は振動を除去するための石定盤１４等に設置され、外乱振動の影響を防止している。
【００１１】
電子ビーム発生系は、電子銃１、コンデンサレンズ２、電子ビーム変調（電極）３、アパーチャ４で構成されている。電子銃１から電子ビームが出射されるとコンデンサレンズ２によって集光される。一対の電極から構成される電子ビーム変調部３によって発生している電磁場を通過する事で変調を行なう。変調手段としては、上記の電極によって電界を発生させる事で電子ビームを偏向させる。偏向した電子ビームはアパーチャ４の照射される。偏向が大きければアパーチャ４による遮断効果で電子ビームを遮断してレジスト板まで到達しないようにして偏向させなければアパーチャ４を通過しレジスト板に到達するので光変調と同様のＯＮ／ＯＦＦ変調が可能となる。
また、この電子ビームは、アパーチャ４によりビーム整形も同時に行なわれ電子ビームレンズ系へと導入される。電子ビームレンズ系ではウォブル溝を形成するために再度電子ビーム偏向部（電極）５を通過する事で電子ビームに偏向角を与える事が可能となる。もちろん、ウォブル溝を形成しないならここで偏向は行なわなければよい。その後電子ビームはレジスト板上に集光、集光スポット径を調整するためのフォーカスレンズ１、２によって、フォーカス、スポット径を調整するように回転するレジスト板の面ブレに追従するように駆動され、レジスト板上に集光される。レジスト板を回転移動させる駆動系については、通常の光ディスク原盤露光装置と基本的には同様の構造だが、電子ビーム露光特有の構成となっている。
【００１２】
次に、駆動ユニット１０について説明する。
図２は、本発明の原盤露光装置に用いる駆動ユニットの構成を示す概略図である。ここで、駆動ユニット１０では、モ−タ１０１が回転し、その回転の力が摩擦駆動主軸１１２を介して、従動軸ユニット１０５に伝達され、リ−ドが発生して、ステ−ジ１０８全体が左右に移動する。
図３は、本発明の原盤露光装置に用いる駆動ユニットの軸相互の関係を示す概略図である。図３の例では、従動軸は４本であるが、従動軸の本数は何本であっても同じである。いずれの場合も、図３に示すように、所定のクロス角θで主軸１１２の１回転当たりの従動軸１０５Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの移動距離、即ちリ−ド量が決まる。一般的に、リ−ド量Ｌは、Ｌ＝Ｄ×π×sinθで表せる。
【００１３】
図４は、本発明の原盤露光装置に用いる駆動ユニットの駆動状態を説明するための概略図である。図５は、本発明の原盤露光装置に用いる駆動ユニットの駆動原理を説明するための概略図である。各軸受け部における必要な自由度と拘束度を示した。ここでは、軸両端は球面座構造を採用し、かつステ−ジ１０８側軸受け部には圧縮バネを内蔵して拘束力を発生させている。
図４に示すように、従動軸は４本で、粗動モードと微動モードの従動軸とそれらを支える軸受け部（第１、第２ブラケット）１１２、１１４がある。図４（Ａ）は、粗動モード駆動状態を説明するための概略図である。従動軸１０５Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが主軸１１２から離れた状態で自由な回転が許される。図２中のクラッチ付きプーリ１０３で、クラッチが有効になり自身で駆動力を有する。従道軸ねじり部材１０４の回転がプ−リを介して、粗動用送りネジ１０６を回転させて、粗動用クランプ部材１０７がステ−ジを押したり引いたりすることで高速移動が可能となる。
一方、図４（Ｂ）は、粗動モード駆動状態を説明するための概略図である。第２ブラケット１１３が回転することで、従動軸１０５Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ全体がねじれる形で主軸１１２に接近し、最後は圧接し摩擦力Ｆ＝μＮの力が発生する。この時、スパン長さはねじれに伴い変化する。従って、この長さ変化量ΔＬを吸収しながらかつ、軸が移動方向で離脱しない構造と軸先端の角度の変化を自由にするために軸受構造が必要となる。
【００１４】
図６は、本発明の原盤露光装置に用いる駆動ユニットの駆動原理を説明するための長手方向中心位置の軸断面図である。白抜き円が粗動時の従動軸断面である。灰色丸は微動時、すなわち摩擦駆動時の状態を示した。第２ブラケット１１３の回転に伴いスパイラル軌跡を描きながら捻れていく挙動を示した。
また、第２ブラケット１１３の回転力は第２ブラッケト外周面にギアを設ける場合でも、圧接板を外部駆動する場合でも、また、超音波モ−タを直接第２ブラケット面に押し当てる場合でもあってもいずれも機能させることができる。
【００１５】
また、真空対応ではグリ−スや静圧軸受けなどは使用出来ないので、今回は軸ねじり機能を円滑に行い、かつ、耐久性を確保すべく無機膜としては、スパッタリング等の化学蒸着法によるＤＬＣ膜（ダイヤモンドライクカーボン）と表面張力の大きいフッ素樹脂を用いてコーティング膜のいずれも良好な結果がえられている。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る原盤露光装置では、高精度な送り精度が達成可能となり、超精密なパタ−ンを有する原盤が製作出来るようになった。また、レジスト剤塗布から露光開始までの時間を制御でき、無駄な工程時間を消滅することができた。また、物性の経時変化を抑制できた。また、本発明に係る原盤露光装置では、クロスロ−ラ間の拘束をなくすことで、粗微動可能な駆動ユニットが簡単な構造で実現でき、微細なパターンを形成することができた。また、本発明に係る原盤露光装置では、電気的に自動的にモ−ドの切り替えが可能となった。また、本発明に係る原盤露光装置では、微動時のクロスロ−ラ間の相対位置を安定して再現できるようになり原盤品質の安定化を達成することができた。また、本発明に係る原盤露光装置では、軸受け部の負荷が軽減でき、駆動ユニットの耐久性が確保できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である原盤露光装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の原盤露光装置に用いる駆動ユニットの構成を示す概略図である。
【図３】本発明の原盤露光装置に用いる駆動ユニットの軸相互の関係を示す概略図である。
【図４】本発明の原盤露光装置に用いる駆動ユニットの駆動状態を説明するための概略図である。
【図５】本発明の原盤露光装置に用いる駆動ユニットの駆動原理を説明するための概略図である。
【図６】本発明の原盤露光装置に用いる駆動ユニットの駆動原理を説明するための長手方向中心位置の軸断面図である。
【符号の説明】
１ 電子銃
２ コンデンサレンズ
３ 電子ビーム変調部
４ アパーチャ
５ 電子ビーム偏向部
６、７ フォーカスレンズ
８ ターンテーブル
９ スピンドルモータ
１０ 駆動ユニット
１０１ モータ
１０２ 摩擦駆動主軸
１０３ クラッチ付きプーリ
１０４ 従動軸ねじり部材
１０５ 従動軸ユニット
１０６ 粗動用送りネジ
１０７ 粗動用クランプ部材
１０８ ステージ
１０９ クロスローラガイド
１１０ ベース
１１１ 第１ブランケット
１１２ 主軸
１１３ 第２ブランケット
１１ 真空チャンバー
１２ ロードロック室
１３ レジスト板
１４ 定板

Claims (10)

1. 光記録媒体の原盤に、超微細パタ−ンをビームで形成する原盤露光装置において、
   前記原盤露光装置は、原盤を載置し、かつ超微細パタ−ンを形成するビ−ムと連動して、回転−移動する摩擦駆動方式の駆動ユニットを配置し、前記駆動ユニットは、半径方向の移動に対して粗動と微動モ−ドを自動的に選択できることを特徴とする原盤露光装置。
2. 前記ビームは、レーザビーム、電子線ビーム、Ｘ線ビームのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の原盤露光装置。
3. 前記原盤が、ガラス原盤又はシリコンウエハーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の原盤露光装置。
4. 前記駆動ユニットは、粗動モ−ドで、主軸と従動軸の圧接状態を解除する解除機構を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の原盤露光装置。
5. 前記駆動ユニットは、主軸に圧接する複数の従動軸の軸受けを含む支持部材の片側を所定角度まで回転させるモ−ド可変機構を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の原盤露光装置。
6. 前記駆動ユニットは、もう一方の支持部材は回転不能で、かつ、従動軸が駆動ユニット移動方向以外の全ての方向に傾斜可能にする軸受け構造を有することを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の原盤露光装置。
7. 前記モード可変機構における支持部材の回転は、圧接摩擦方式、超音波モ−タ方式、歯車方式のいずれかにより付与されることを特徴とする請求項５に記載の原盤露光装置。
8. 前記モード可変機構は、複数の従動軸がその相対位置を変化させることなく一体となってねじれる構造であることを特徴とする請求項５又は７に記載の原盤露光装置。
9. 前記駆動ユニットは、軸受け部摺動面に超硬質無機膜を設けることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の原盤露光装置。
10. 前記駆動ユニットは、軸受け部摺動面にフッ素樹脂膜を設けることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の原盤露光装置。

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