JPH11328750A - 電子ビームを用いた露光装置及び原盤並びに情報記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型軽量で、かつ、簡素化した構造であり、
基板を露光する際に多くの工数を要しない電子ビームを
用いた露光装置を提供するとともに、この露光装置を用
いて容易に作成される原盤並びに情報記録媒体を提供す
る。 【解決手段】 少なくとも、電子銃１１から出射された
電子ビームを対物レンズ２３を介して、基板５０上に形
成されたレジスト層５１に照射して露光する電子ビーム
を用いた露光装置１において、電子銃１１と対物レンズ
２３とを１０^-3Ｐａ以下の圧力の容器２内に収納すると
ともに容器２の電子ビームが透過する部分に隔膜５を設
けるようにしている。

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を用いた
露光装置及び原盤並びに情報記録媒体に関し、さらに詳
しくは、電子銃から出射された電子ビームを対物レンズ
を介して基板上に形成されたレジスト膜に照射し、ピッ
トまたはグルーブ等に対応した潜像を形成する電子ビー
ムを用いた露光装置及びこの露光装置を用いて作製され
る原盤並びにこの原盤を用いて製造される情報記録媒体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ディスクなどの情報記録媒体の
さらなる高密度化が求められており、微細なピット又は
グルーブに対応したパターンを有する原盤を作製するた
めに、電子ビームを用いた露光装置を用いる試みが行わ
れている。

【０００３】この電子ビームを用いた露光装置は、基板
を回転させるとともに基板のラジアル方向に移動させ、
電子銃から出射されて対物レンズを介して集束される電
子ビームを基板上に形成されたレジスト膜に照射し露光
することにより、レジスト膜にピット又はグルーブに対
応した潜像を形成するものである。

【０００４】この電子ビームを用いた露光装置によれ
ば、レジスト膜に照射されるビームスポットを、レーザ
光を用いた場合のスポットよりも小さくできるので、レ
ーザ光を用いた露光装置に比べて、より微細なピット又
はグルーブに対応したパターンの露光を行うことができ
る。

【０００５】しかしながら、従来の電子ビームを用いた
露光装置は、装置全体を真空の容器内に設置するもので
あった。以下、従来の電子ビームを用いた原盤の露光装
置について、概略構成断面図である図１８を参照して説
明する。

【０００６】この図１８に示す電子ビームを用いた露光
装置１００は、電子銃１１１、コンデンサレンズ１１
２、ビーム変調手段１１３及びアパーチャ１１４などで
構成された電子ビーム発生部１１０と、ビーム偏光手段
１２１、フォーカス調整手段１２２及び対物レンズ１２
３で構成された電子ビーム集束部１２０と、例えばガラ
ス製の基板２００を載置するとともにこの基板２００を
回転させるエアスピンドル装置１３１及び基板２００を
載置したエアスピンドル装置１３１を基板２００のラジ
アル方向に移動させるエアスライド装置１３２とで概略
構成されている。

【０００７】この電子ビームを用いた露光装置１００に
おいて、上記各部は全て、容器１０１内に収納されてお
り、真空排気装置１０２により排気される。さらに、容
器１０１は除振テーブル１０３上に設置されている。こ
の容器１０１全体は、電子ビームが外部からの磁場の影
響を受けないように、容器１０１自体が鉄などで構成さ
れるか、容器１０１が例えばパーマロイあるいはフェラ
イト材料により磁気シールドが施されている。

【０００８】この電子ビームを用いた露光装置により露
光を行う際は、まず、電子銃１１１から電子ビームが出
射される。電子銃１１１から出射された電子ビームは、
コンデンサレンズ１１２により集光され、電磁力を発生
させて電子ビームを変調する一対の電極から構成された
ビーム変調手段１１３により変調される。ビーム変調手
段１１３により変調された電子ビームは、アパーチャ１
１４を通過し、必要に応じ、電磁力を発生させて電子ビ
ームを偏向する一対の電極から構成されるビーム偏向手
段１２１により偏向される。ビーム偏向手段１２１は、
基板２００上のレジスト膜に照射されるスポットをｎｍ
からμｍオーダーで偏向することが可能になされてい
る。

【０００９】ビーム偏向手段１２１により偏向された電
子ビーム又はビーム偏向手段１２１をそのまま通過した
電子ビームは、静電レンズまたは電磁型レンズなどを用
いたフォーカス調整手段１２２により、基板２００上の
レジスト膜上におけるスポット径が調整される。そし
て、対物レンズ１２３を介して集束された電子ビーム
は、基板２００上に形成されたレジスト膜に照射され、
基板２００上のレジスト膜において数ｎｍから数μｍサ
イズのスポット径に絞り込むことが可能である。

【００１０】エアスピンドル装置１３１は、基板２００
を所定の回転速度で回転させるものである。その概略構
成は、基板２００を載置するステージと、このステージ
と直結している回転軸を支持するエアベアリングと、ス
テージを回転させる電動モータとで構成されている。こ
のエアスピンドル装置１３１は、高精度で制御される回
転速度で駆動され、例えば３６００ｒｐｍで回転し、そ
の回転速度が例えば光学式ロータリエンコーダを用いた
サーボ機構により１回転当たり１０^-7以下の回転ジッタ
で制御されている。

【００１１】エアスライド装置１３２は、基板２００を
載置したエアスピンドル装置１３１を基板２００のラジ
アル方向へ移動させるものである。その概略構成は、エ
アを用いたリニアガイド機構と基板２００を載置したエ
アスピンドル装置１３１をラジアル方向に駆動する電動
モータで構成されている。エアスライド装置１３２の移
動速度は例えばレーザスケールによる測定機構により精
密に制御され、例えば数ｎｍの移動精度で基板２００の
ラジアル方向に駆動される。

【００１２】エアスピンドル装置１３１及びエアスライ
ド装置１３２は、真空の容器１０１内に設置されてい
る。このため、これらのエアベアリングやリニアガイド
機構に用いられるエアが真空の容器１０１内にもれない
ように、これらにはエアシールが施されている。また、
エアスピンドル装置１３１及びエアスライド装置１３２
には、これらの摺動部の構成要素などからの脱ガスによ
る真空度の劣化を防止する手段が設けられている。さら
に、エアスピンドル装置１３１及びエアスライド装置１
３２には、これらの電動モータから発生する磁場の電子
ビームに及ぼす影響を防ぐために、磁気シールドも設け
られている。

【００１３】レジスト膜が形成された基板２００は、エ
アスピンドル装置１３１のステージにチャッキングされ
て回転駆動され、さらにエアスピンドル装置１３１を載
置するエアスライド装置１３２により基板２００のラジ
アル方向へ移動される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、装置全体が容器１０１内に収納された従来の電子
ビームを用いた露光装置１００は、装置自体の大型化、
構成の複雑化等を招いてしまうという問題を有してい
た。

【００１５】また、このような露光装置１００を用いて
原盤を作製する場合、基板２００を真空の容器１０１内
に設置して、真空の容器１０１内で露光を行うことにな
るために、テーブル上に基板２００を載置して、容器１
０１内を真空にした後に露光し、その後に容器１０１内
を常圧に戻し、基板２００を取り外す工程を経ることと
なり、光学調整を含めて原盤を作製する際に多くの工数
を要していた。

【００１６】そこで、本発明は、小型軽量で、かつ、簡
素化した構造の電子ビームを用いた露光装置を提供する
とともに、この露光装置を用いて容易に作製される原盤
並びに情報記録媒体を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の電子ビームを用
いた露光装置は、電子銃から出射された電子ビームを、
少なくとも対物レンズを介して、基板上に形成されたレ
ジスト膜に照射して露光する電子ビームを用いた露光装
置において、電子銃と対物レンズとを１０^-3Ｐａ以下の
圧力の容器内に収納し、容器の電子ビームが透過する部
分に隔膜を設けたことを特徴としている。

【００１８】この隔膜の材料としては、例えば、金属又
は金属化合物、硼素又は硼素化合物、シリコン又はシリ
コン化合物、炭素材料等が挙げられる。

【００１９】この電子ビームを用いた露光装置によれ
ば、容器内に収納された電子銃から出射された電子ビー
ムは、容器内に収納された対物レンズにより収束された
後に、隔膜を透過して容器の外部に放出される。そし
て、容器の外部に放出された電子ビームは、容器の外部
において、基板上に形成されたレジスト膜に照射され
る。

【００２０】したがって、この電子ビームを用いた露光
装置においては、例えば、エアを用いて基板を駆動する
エアスピンドル装置やエアスライド装置等を大気中に設
置して、電子銃及び対物レンズを収納する容器内を１０
^-3Ｐａ以下の圧力に維持した状態で基板の着脱が可能と
なり、多くの工数を要することなく露光を行うことがで
きる。

【００２１】また、この電子ビームを用いた露光装置に
おいては、エアスピンドル装置やエアスライド装置等に
エアシールを施す必要もなく、容器を磁気シールドすれ
ば、エアスピンドル装置やエアスライド装置等に磁気シ
ールドを施す必要もなくなる。したがって、この電子ビ
ームを用いた露光装置は、基板を駆動する機構の小型軽
量化、簡素化を図ることができる。

【００２２】なお、この電子ビームを用いた露光装置に
おいて、前記隔膜は、中央部に位置する電子ビーム透過
部と、この電子ビーム透過部の外縁にこの電子ビーム透
過部と一体に形成された支持部とを有し、電子ビーム透
過部の厚さが支持部の厚さよりも小とされていることが
望ましい。

【００２３】隔膜は、以上のような構造とされることに
より、容器内外の圧力差に十分耐え得る強度を確保しな
がら、電子ビームの透過ロスを低減し、より効率的に電
子ビームを透過することができる。

【００２４】また、この電子ビームを用いた露光装置に
おいて、前記隔膜は、電子ビーム透過部の厚さが２μｍ
以下であることが望ましい。

【００２５】この電子ビームを用いた露光装置は、前記
隔膜の電子ビーム透過部の厚さを２μｍ以下とすること
により、電子ビームが隔膜を透過する際の電子の散乱を
抑制して、レジスト膜に照射される電子ビームのスポッ
トを小さくすることができる。

【００２６】また、本発明に係る原盤は、電子銃と対物
レンズとを１０^-3Ｐａ以下の圧力の容器内に収納し、容
器の電子ビームが透過する部分に隔膜を設けた露光装置
により作製されたことを特徴としている。

【００２７】また、本発明に係る情報記録媒体は、電子
銃と対物レンズとを１０^-3Ｐａ以下の圧力の容器内に収
納し、容器の電子ビームが透過する部分に隔膜を設けた
露光装置により作製された原盤を用いて製造されたこと
を特徴としている。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２９】本発明に係る電子ビームを用いた露光装置
は、例えば、光ディスクや光磁気ディスク等の情報記録
媒体（以下、光ディスクと称する。）の製造工程におい
て用いられる原盤（以下、ディスク原盤と称する。）を
作製するための露光装置として適用できる。

【００３０】本発明を適用した電子ビームを用いた露光
装置１は、図１に示すように、電子ビームを発生する電
子ビーム発生部１０と、電子ビーム発生部１０からの電
子ビームを集束して基板５０上に形成されたレジスト層
５１に照射させる電子ビーム集束部２０と、レジスト層
５１が形成された基板５０を移動可能に支持する基板支
持機構部３０とにより構成される。

【００３１】本発明に係る電子ビームを用いた露光装置
１が、従来の電子ビームを用いた露光装置と大きく異な
るのは、電子ビーム発生部１０及び電子ビーム集束部２
０のみが真空の容器２内に収納され、基板支持機構部３
０が大気中に設置されている点である。

【００３２】電子ビーム発生部１０および電子ビーム集
束部２０を収納する容器２は、図示しない真空排気装置
によりＬａＢ₆などの電子線源である後述する電子銃１
１近傍を１０^-6Ｐａ以下の高真空に、後述する対物レン
ズ２３近傍を１０−３Ｐａ以下の真空度となるように構
成されている。電子ビーム発生部１０の真空度は、電子
線源からの電子ビームの発生効率を上げるために特に高
真空にするためであり、電子ビーム集束部２０の真空度
は、電子ビームを制御するために必要な真空度に設定さ
れている。

【００３３】この容器２全体は、電子ビームが外部から
の磁場の影響を受けないように、容器２自体が鉄などで
構成されるか、容器２が例えばパーマロイあるいはフェ
ライト材料により磁気シールドが施されていることが望
ましい。

【００３４】この容器２は、例えば円筒状を呈し、除振
テーブル３上に設けられたホルダ４に保持されている。
除震テーブル３上には、更に基板支持機構部３０が設置
されており、ホルダ４により保持された容器２は、一端
側が、基板支持機構部３０に支持された基板５０と対向
するようになされている。

【００３５】容器２内に収納された電子ビーム発生部１
０は、電子ビームを出射する電子銃１１と、この電子銃
１１から出射された電子ビームを集束するコンデンサレ
ンズ１２と、コンデンサレンズ１２により集束された電
子ビームを変調信号に応じて偏向し又は通過させる電子
ビーム変調手段１３と、電子ビーム変調手段１３により
偏向され又は電子ビーム変調手段１３を通過した電子ビ
ームを透過又は遮断するアパーチャー１４とを備えてい
る。

【００３６】電子銃１１は、ＬａＢ₆等よりなる電子ビ
ーム放出源より放出され、陽極により加速された電子ビ
ームを出射する。電子銃１１より出射された電子ビーム
は、静電レンズであるコンデンサレンズ１２により集束
され、電子ビーム変調手段１３を介してアパーチャー１
４に到達する。

【００３７】電子ビーム変調手段１３は、一対の電極を
備え、変調信号に応じてこれら電極間に電界を発生させ
て、コンデンサレンズ１２により集束された電子ビーム
を偏向させることにより、オン／オフの切り換えを行う
ものである。すなわち、電子ビーム変調手段１３は、電
子ビームをオフにする場合は、コンデンサレンズ１２に
より集束された電子ビームがアパーチャー１４により遮
断されるように、一対の電極間に大きな電界を発生さ
せ、電子ビームを大きく偏向させる。また、電子ビーム
変調手段１３は、電子ビームをオンにする場合は、コン
デンサレンズ１２により集束された電子ビームがアパー
チャー１４を透過するように、電子ビームを偏向せずに
そのまま通過させる。

【００３８】アパーチャー１４を透過した電子ビーム
は、このアパーチャー１４によりビーム径が絞られた状
態で、電子ビーム集束部２０へと移動する。

【００３９】電子ビーム集束部２０は、電子ビーム発生
部１０のアパーチャー１４を透過した電子ビームをウォ
ブリング信号に応じて偏向する電子ビーム偏向手段２１
と、電子ビーム偏向手段２１により偏向され又は電子ビ
ーム偏向手段２１を通過した電子ビームのビーム径を調
整するフォーカス調整レンズ２２と、フォーカス調整レ
ンズ２２によりビーム径が調整された電子ビームを集束
してレジスト層３に照射させる対物レンズ２３とを備え
ている。

【００４０】電子ビーム偏向手段２１は、一対の電極を
備え、ウォブリング信号に応じてこれら電極間に電界を
発生させて、アパーチャー１４を透過した電子ビームを
偏向させ、図２に示すように、基板５０上のレジスト層
５１に、僅かな振幅で蛇行するパターン（ウォブリング
グルーブ用パターン５２）を形成するためのものであ
る。したがって、この電子ビーム偏向手段２１は、ウォ
ブリンググルーブ用パターン５２を形成するときのみ電
子ビームを偏向させ、図３に示すピット用パターン５３
や図４に示すストレートグルーブ用パターン５４のよう
な直線的なパターンを形成するときは、電子ビームを偏
向せずにそのまま通過させる。

【００４１】電子ビーム偏向手段２１を透過した電子ビ
ームは、静電レンズ又は電磁型レンズよりなるフォーカ
ス調整レンズ２２によりスポット径が調整される。電子
ビームは、このフォーカス調整レンズ２２を透過するこ
とにより、常にレジスト層４上で焦点が合った状態とさ
れる。フォーカス調整レンズ２２によりスポット径が調
整された電子ビームは、対物レンズ２３に入射する。

【００４２】対物レンズ２３に入射した電子ビームは、
この対物レンズ２３により集束され、数ｎｍから数μｍ
のスポット径に絞り込まれて、容器２に設けられた隔膜
５を透過して容器２の外部に放出され、基板支持機構部
３０に支持された基板５０上のレジスト層５１に照射さ
れる。なお、隔膜５の詳細については、後述する。

【００４３】基板支持機構部３０は、レジスト層５１が
形成された基板５０を回転操作するエアスピンドル装置
３１と、このエアスピンドル装置３１を基板５０のラジ
アル方向に水平移動させるエアスライド装置３２とを備
え、除振テーブル３上に配設されている。除振テーブル
３は、大気中に設置されており、この除振テーブル３上
に設けられた基板支持機構部３０も、除振テーブル３と
共に大気中に配設される。

【００４４】本発明に係る電子ビームを用いた露光装置
３０においては、以上のように、基板支持機構部３０の
エアスピンドル装置３１及びエアスライド装置３１が大
気中に配設されているので、これらに対してエアシール
を施す必要がなく、小型軽量且つ簡素化した構成とする
ことができる。

【００４５】エアスピンドル装置３１は、基板５０を載
置するステージと、ステージに取り付けられた回転軸を
支持するエアベアリングと、ステージを回転駆動する駆
動モータとを備えており、高精度で制御される回転速度
で駆動される。例えば、エアスピンドル装置３１は、基
板５０を３６００ｒｐｍで回転させ、その回転速度が例
えば光学式ロータリーエンコーダを用いたサーボ機構に
より、一回転当たり１０^-7以下の回転ジッタで制御され
ている。

【００４６】エアスライド装置３２は、エアスピンドル
装置３１を基板５０のラジアル方向に移動操作する駆動
モータと、エアスピンドル装置３１を支持すると共にこ
のエアスピンドル装置３１の水平移動を制御するエアを
用いたリニアガイド機構とを備えている。このエアスラ
イド装置３２の移動速度は、例えばレーザスケールによ
る測長機構により精密に制御され、例えば数ｎｍの移動
精度でエアスピンドル装置３１を基板５０のラジアル方
向に水平移動させる。

【００４７】対物レンズ２３により集束され、容器２に
設けられた隔膜５を透過して容器２の外部に放出された
電子ビームは、エアスピンドル装置３１により回転操作
されると共にエアスライド装置３２により水平移動され
る基板５０上のレジスト層５１に照射される。これによ
り、図５に示すように、レジスト層５１に、光ディスク
のピットやグルーブに対応したパターンの潜像が、例え
ば、同心円状又はスパイラル状に形成される。

【００４８】その後、レジスト層５１を現像液により現
像し、ポジ型のレジスト材料を用いた場合には、スポッ
トが照射された部分のレジスト材料が除去されて、さら
にエッチング処理により、ピットやグルーブに対応した
凹凸パターンが形成され、例えば光ディスク用の原盤が
作製される。この場合、基板５０を真空中の容器内に設
置し、露光後さらに容器内を常圧に戻した状態で取り出
す必要がなく、多くの工数を要することなく原盤を作製
することができる。

【００４９】そして、この原盤からＮｉメッキ（電鋳）
により、レプリカを作製することにより、厚さ数１００
μｍのスタンパを作製する。このスタンパを金型として
用い、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂の出射成形
により、ディスク基板を作製し、さらにこのディスク基
板のピットやグルーブが形成された面にＡ１などの反射
層を形成して、その上に保護層を形成し、レーベル印刷
を行い例えば光ディスクなどの情報記録媒体が完成す
る。この場合、原盤を容易に作製できるので、仕様変更
などが容易となり多くの工数を要しないで情報記録媒体
を作製することができる。

【００５０】上記の露光装置１を用いて作製された原盤
は、例えば最小ピットのピット長０．１６μｍ、トラッ
クピッチ０．２９μｍの露光が可能であり、この原盤を
用いて、例えば記録容量が３０ＧＢの光ディスクなどの
情報記録媒体の作成が可能である。

【００５１】ところで、この電子ビームを用いた露光装
置１においては、電子ビームの散乱や減衰を抑制して良
好な露光が行うために、上述したように、所定の真空度
に設定された容器２内に、電子ビーム発生部１０及び電
子ビーム収束部２０を収納するようにしている。そし
て、容器２内の電子ビーム発生部１０から出射された電
子ビームを容器２の外部に適切に放出するとともに、容
器２内の真空度を維持するために、容器２に隔膜５が設
けられている。電子ビームは、この隔膜５を透過して、
容器２内から容器２の外部に放出される。

【００５２】隔膜５は、図６に示すように、支持部材６
に保持された状態で容器２に取り付けられている。支持
部材６は、中心孔６ａを有する円環状を呈し、この中心
孔６ａの一方の開口部をを閉塞するように、一方の平面
部に隔膜５が接合されている。そして、この支持部材６
は、容器２の基板５０と対向する側に形成された孔部２
ａに密着嵌合されている。なお、図６は図１におけるＡ
部を拡大して示す図である。

【００５３】ここで、容器２は、支持部材６が密着嵌合
された部分が外側に突出した形状とされていることが望
ましい。このように、容器２の支持部材６が密着嵌合さ
れた部分を外側に突出させることにより、隔膜５の電子
ビーム透過に必要とされる面積を最小限にすることがで
き、隔膜５の強度を確保することが容易になると共に、
誤って容器２が高速回転する基板５０と接触した場合の
衝撃を小さく抑えることができる。

【００５４】また、この電子ビームを用いた露光装置に
おいては、隔膜５を透過した電子ビームが大気中にて基
板５０上のレジスト層５１に照射されることになるが、
隔膜５とレジスト層５１との間の距離（ＷＤ：Working
Distance）を小さく設定することにより、電子ビームの
大気中における散乱や減衰を抑制することができる。具
体的には、回転操作される基板５０の面振れ等を考慮し
て、ＷＤを１０〜１００μｍ程度に設定することによ
り、適切な露光を行うことができる。

【００５５】隔膜５は、電子ビームをできるだけ小さな
ロスで通過させる必要があり、その材質としては、原子
番号の小さい原子又はその化合物で、密度の小さいもの
が選択される。具体的には、隔膜５の材料としては、例
えば、ベリリウム、アルミニウム、チタニウム等の金属
又はこれらを含む合金材料、硼素又は硼素化合物、シリ
コン又は二酸化シリコンや窒化シリコン等のシリコン化
合物、ダイヤモンド、グラファイト等の炭素材料等が選
択される。

【００５６】また、隔膜５は、電子ビームが透過する際
のビームの散乱をできるだけ抑えるとともに、容器２の
内部の圧力と容器２の外部の圧力との圧力差に耐えうる
強度を確保する必要がある。このため、隔膜５は、図７
に示すように、中央部に厚さが小とされた部分を有し、
この厚さが小とされた部分にて電子ビームを透過する構
造とされていることが望ましい。以下、隔膜５の中央部
に位置する厚さが小とされた部分を電子ビーム透過部５
ａといい、この電子ビーム透過部５ａの外縁に位置する
厚さが大とされた部分を支持部５ｂという。すなわち、
この図７に示す隔膜５は、電子ビーム透過部５ａが、こ
の電子ビーム透過部５ａと一体にその外縁に設けられた
支持部５ｂにより支持された構造となっている。隔膜５
は、このような構造とされることにより、さらに、取り
付けの際の作業性の向上を図ることもできる。

【００５７】この隔膜５において、電子ビーム透過部５
ａの厚さは、ビームの散乱を考慮するとなるべく小さい
方が望ましい。また、電子ビーム透過部５ａの大きさ
（面積）は、電子ビームのアライメントの容易性を考慮
するとなるべく大きい方が望ましい。しかしながら、電
子ビーム透過部５ａの厚さをあまり小さくし、電子ビー
ム透過部５ａの大きさをあまり大きくすると、隔膜５
は、容器２の内部と外部との圧力差に耐えられず、欠損
が生じてしまう。

【００５８】容器２の内部と外部との圧力差に耐えうる
隔膜５の最適な形状は、材料力学的計算により、以下の
ように求められる。

【００５９】例えば、図８及び図９に示すように、電子
ビーム透過部５ａを円形とした場合、容器２の外部の圧
力、すなわち大気圧が等分布荷重として電子ビーム透過
部５ａに加わる応力が最大となるのは、電子ビーム透過
部５ａと支持部５ｂとの境界部分である。そして、電子
ビーム透過部５ａの厚さをｈとし、大気圧により電子ビ
ーム透過部５ａに生じる最大曲げモーメントをＭｍａｘ
とすると、電子ビーム透過部５ａと支持部５ｂとの境界
部分に加わる応力の最大値（以下、最大曲げ応力とい
う。）σｍａｘは、下記式（１）で表される。

【００６０】 σｍａｘ＝（６×Ｍｍａｘ）／ｈ² ・・・（１） ここで、電子ビーム透過部の直径をａとし、容器２内部
の圧力と容器２外部の圧力との圧力差をＰとすると、大
気圧により電子ビーム透過部５ａに生じる最大曲げモー
メントＭｍａｘは、下記式（２）で表される。

【００６１】 Ｍｍａｘ＝｛Ｐ×（ａ／２）²｝／８＝（Ｐ×ａ²）／３２ ・・・（２） 式（１）に式（２）を代入すると、最大曲げ応力σｍａ
ｘは、下記式（３）で表される。

【００６２】 σｍａｘ＝０．１８７５×Ｐ×（ａ／ｈ）² ・・・（３） 隔膜５は、この最大曲げ応力σｍａｘが、隔膜５の材料
によって決まる降伏応力を越えないようにその形状を設
定すれば、容器２の内部と外部との圧力差に耐えうる強
度を確保することができる。すなわち、容器２の内部と
外部との圧力差に耐えうる強度を隔膜５に確保させるた
めには、隔膜５の降伏応力をσとしたときに、下記式
（４）を満足するように、電子ビーム透過部５ａの直径
ａと電子ビーム透過部５ａの厚さｈを設定すればよい。

【００６３】 σ＞０．１８７５×Ｐ×（ａ／ｈ）² ・・・（４） 具体的に隔膜５を、降伏応力が約７．０×１０⁹［Ｎ／
ｍ²］である単結晶シリコンより作製した場合の、最大
曲げ応力と電子ビーム透過部５ａの形状との関係を図１
０に示す。この図１０において、実線Ａは、電子ビーム
透過部５ａの直径を１μｍとした場合の電子ビーム透過
部５ａの厚さと最大曲げ応力との関係を示し、実線Ｂ
は、電子ビーム透過部５ａの直径を１０μｍとした場合
の電子ビーム透過部５ａの厚さと最大曲げ応力との関係
を示し、実線Ｃは、電子ビーム透過部５ａの直径を１０
０μｍとした場合の電子ビーム透過部５ａの厚さと最大
曲げ応力との関係を示し、実線Ｄは、電子ビーム透過部
５ａの直径を１０００μｍとした場合の電子ビーム透過
部５ａの厚さと最大曲げ応力との関係を示している。ま
た、この図１０において、横軸は電子ビーム透過部５ａ
の厚さを示し、縦軸は最大曲げ応力の値を示している。

【００６４】この図１０から分かるように、隔膜５の最
大曲げ応力は、電子ビーム透過部５ａの直径が大きいほ
ど大きくなり、電子ビーム透過部５ａの厚さが大きいほ
ど小さくなる。そして、例えば、電子ビーム透過部５ａ
の直径が１μｍの場合、その厚さが約０．００３μｍよ
りも小さくなると最大曲げ応力が降伏応力より大となる
ので、単結晶シリコンよりなる隔膜５において、電子ビ
ーム透過部５ａの直径を１μｍに設定したときは、その
厚さを約０．００３μｍよりも大きく設定する必要があ
る。

【００６５】また、電子ビーム透過部５ａの直径が１０
μｍの場合、その厚さが約０．０３μｍよりも小さくな
ると最大曲げ応力が降伏応力より大となる。したがっ
て、単結晶シリコンよりなる隔膜５において、電子ビー
ム透過部５ａの直径を１０μｍに設定したときは、その
厚さを約０．０３μｍよりも大きく設定する必要があ
る。

【００６６】また、電子ビーム透過部５ａの直径が１０
０μｍの場合、その厚さが約０．３μｍよりも小さくな
ると最大曲げ応力が降伏応力より大となる。したがっ
て、単結晶シリコンよりなる隔膜５において、電子ビー
ム透過部５ａの直径を１００μｍに設定したときは、そ
の厚さを約０．３μｍよりも大きく設定する必要があ
る。

【００６７】また、電子ビーム透過部５ａの直径が１０
００μｍの場合、その厚さが約３μｍよりも小さくなる
と最大曲げ応力が降伏応力より大となる。したがって、
単結晶シリコンよりなる隔膜５において、電子ビーム透
過部５ａの直径を１０００μｍに設定したときは、その
厚さを約３μｍよりも大きく設定する必要がある。

【００６８】なお、以上は、電子ビーム透過部５ａを円
形とした場合について説明したが、図１１及び図１２又
は図１３及び図１４に示すように、電子ビーム透過部５
ａを正方形又は長方形とした場合も、同様の材料力学的
計算により、容器２の内部と外部との圧力差に耐えうる
隔膜５の最適な形状を求めることができる。

【００６９】電子ビーム透過部５ａを正方形又は長方形
とした場合、容器２の外部の圧力、すなわち大気圧が等
分布荷重として電子ビーム透過部５ａに加わる応力が最
大となるのは、正方形の各辺の中央部分又は長方形の短
辺の中央部分である。そして、電子ビーム透過部５ａの
厚さをｈとし、大気圧により電子ビーム透過部５ａに生
じる最大曲げモーメントをＭｍａｘとすると、正方形の
各辺の中央部分又は長方形の短辺の中央部に加わる最大
曲げ応力σｍａｘは、上記式（１）で表したように、
（６×Ｍｍａｘ）／ｈ²となる。

【００７０】ここで、正方形の一辺の長さ又は長方形の
短辺の長さをａとし、長方形の長辺の長さをｂとし、容
器２内部の圧力と容器２外部の圧力との圧力差をＰとす
ると、大気圧により電子ビーム透過部５ａに生じる最大
曲げモーメントＭｍａｘは、下記式（５）で表される。

【００７１】Ｍｍａｘ＝α×Ｐ×ａ² ・・・（５） ここで、係数αは、長辺ｂと短辺ａとの比（ｂ／ａ）と
ポアソン比とで決まる値であり、ｂ／ａが１のとき、す
なわち正方形のとき、α≒０．０５１３となる。そし
て、ｂ／ａが大きくなるにしたがってαの値も大きくな
り、ｂ／ａが無限大のとき、α≒０．８３３となる。

【００７２】式（１）に式（５）を代入すると、最大曲
げ応力σｍａｘは、下記式（６）で表される。

【００７３】 ０．３１×Ｐ×（ａ／ｈ）²＜σｍａｘ＜０．５０×Ｐ×（ａ／ｈ）² ・・・ （６） 隔膜５は、この最大曲げ応力σｍａｘが、隔膜５の材料
によって決まる降伏応力を越えないようにその形状を設
定すれば、容器２の内部と外部との圧力差に耐えうる強
度を確保することができる。すなわち、容器２の内部と
外部との圧力差に耐えうる強度を隔膜５に確保させるた
めには、隔膜５の降伏応力をσとしたときに、少なくと
も下記式（７）を満足するように、電子ビーム透過部５
ａの一辺の長さ又は短辺の長さａと電子ビーム透過部５
ａの厚さｈを設定すればよい。

【００７４】 σ＞０．３１×Ｐ×（ａ／ｈ）² ・・・（７） 具体的に隔膜５を、降伏応力が約７．０×１０⁹［Ｎ／
ｍ²］である単結晶シリコンより作製した場合の、最大
曲げ応力と電子ビーム透過部５ａの形状との関係を図１
５及び図１６に示す。なお、図１５は、電子ビーム透過
部５ａが正方形の場合を示し、図１６は、電子ビーム透
過部５ａが長辺と短辺の比が無限大の長方形の場合を示
している。

【００７５】図１５において、実線Ｅは、電子ビーム透
過部５ａの一辺の長さを１μｍとした場合の電子ビーム
透過部５ａの厚さと最大曲げ応力との関係を示し、実線
Ｆは、電子ビーム透過部５ａの一辺の長さを１０μｍと
した場合の電子ビーム透過部５ａの厚さと最大曲げ応力
との関係を示し、実線Ｇは、電子ビーム透過部５ａの一
辺の長さを１００μｍとした場合の電子ビーム透過部５
ａの厚さと最大曲げ応力との関係を示し、実線Ｈは、電
子ビーム透過部５ａの一辺の長さを１０００μｍとした
場合の電子ビーム透過部５ａの厚さと最大曲げ応力との
関係を示している。また、図１６において、実線Ｉは、
電子ビーム透過部５ａの短辺の長さを１μｍとした場合
の電子ビーム透過部５ａの厚さと最大曲げ応力との関係
を示し、実線Ｊは、電子ビーム透過部５ａの短辺の長さ
を１０μｍとした場合の電子ビーム透過部５ａの厚さと
最大曲げ応力との関係を示し、実線Ｋは、電子ビーム透
過部５ａの短辺の長さを１００μｍとした場合の電子ビ
ーム透過部５ａの厚さと最大曲げ応力との関係を示し、
実線Ｌは、電子ビーム透過部５ａの短辺の長さを１００
０μｍとした場合の電子ビーム透過部５ａの厚さと最大
曲げ応力との関係を示している。

【００７６】また、この図１５及び図１６において、横
軸は電子ビーム透過部５ａの厚さを示し、縦軸は最大曲
げ応力の値を示している。

【００７７】この図１５及び図１６から分かるように、
隔膜５の最大曲げ応力は、電子ビーム透過部５ａが正方
形の場合はその一辺の長さが大きいほど大きくなり、電
子ビーム透過部５ａが長方形の場合はその短辺の長さが
大きいほど大きくなる。そして、電子ビーム透過部５ａ
の厚さが大きいほど、最大曲げ応力は小さくなる。

【００７８】そして、例えば、正方形の電子ビーム透過
部５ａの一辺の長さが１μｍの場合、その厚さが約０．
００４μｍよりも小さくなると最大曲げ応力が降伏応力
より大となるので、単結晶シリコンよりなる隔膜５にお
いて、正方形の電子ビーム透過部５ａの一辺の長さを１
μｍに設定したときは、その厚さを約０．００４μｍよ
りも大きく設定する必要がある。

【００７９】また、正方形の電子ビーム透過部５ａの一
辺の長さが１０μｍの場合、その厚さが約０．０４μｍ
よりも小さくなると最大曲げ応力が降伏応力より大とな
る。したがって、単結晶シリコンよりなる隔膜５におい
て、正方形の電子ビーム透過部５ａの一辺の長さを１０
μｍに設定したときは、その厚さを約０．０４μｍより
も大きく設定する必要がある。

【００８０】また、正方形の電子ビーム透過部５ａの一
辺の長さが１００μｍの場合、その厚さが約０．４μｍ
よりも小さくなると最大曲げ応力が降伏応力より大とな
る。したがって、単結晶シリコンよりなる隔膜５におい
て、正方形の電子ビーム透過部５ａの一辺の長さを１０
０μｍに設定したときは、その厚さを約０．４μｍより
も大きく設定する必要がある。

【００８１】また、正方形の電子ビーム透過部５ａの一
辺の長さが１０００μｍの場合、その厚さが約４μｍよ
りも小さくなると最大曲げ応力が降伏応力より大とな
る。したがって、単結晶シリコンよりなる隔膜５におい
て、正方形の電子ビーム透過部５ａの一辺の長さを１０
００μｍに設定したときは、その厚さを約４μｍよりも
大きく設定する必要がある。

【００８２】また、長方形の電子ビーム透過部５ａの短
辺の長さが１μｍの場合、その厚さが約０．００６μｍ
よりも小さくなると最大曲げ応力が降伏応力より大とな
るので、単結晶シリコンよりなる隔膜５において、長方
形の電子ビーム透過部５ａの短辺の長さを１μｍに設定
したときは、その厚さを約０．００６μｍよりも大きく
設定する必要がある。

【００８３】また、長方形の電子ビーム透過部５ａの短
辺の長さが１０μｍの場合、その厚さが約０．０６μｍ
よりも小さくなると最大曲げ応力が降伏応力より大とな
る。したがって、単結晶シリコンよりなる隔膜５におい
て、長方形の電子ビーム透過部５ａの短辺の長さを１０
μｍに設定したときは、その厚さを約０．０６μｍより
も大きく設定する必要がある。

【００８４】また、長方形の電子ビーム透過部５ａの短
辺の長さが１００μｍの場合、その厚さが約０．６μｍ
よりも小さくなると最大曲げ応力が降伏応力より大とな
る。したがって、単結晶シリコンよりなる隔膜５におい
て、長方形の電子ビーム透過部５ａの短辺の長さを１０
０μｍに設定したときは、その厚さを約０．６μｍより
も大きく設定する必要がある。

【００８５】また、長方形の電子ビーム透過部５ａの短
辺の長さが１０００μｍの場合、その厚さが約６μｍよ
りも小さくなると最大曲げ応力が降伏応力より大とな
る。したがって、単結晶シリコンよりなる隔膜５におい
て、長方形の電子ビーム透過部５ａの短辺の長さを１０
００μｍに設定したときは、その厚さを約６μｍよりも
大きく設定する必要がある。

【００８６】以上説明したように隔膜５の形状を設定す
るようにすれば、容器２の内部と外部との圧力差に耐え
うる強度を隔膜５に確保させることができる。

【００８７】ところで、隔膜５の電子ビーム透過部５ａ
の厚さは、電子ビームが隔膜５を透過する際のビーム散
乱を考慮すると、小さく設定することが望ましい。すな
わち、電子ビームが隔膜５を透過する際のビームの散乱
が多くなると、レジスト層５１上に照射される際の電子
ビームのビーム径が大きくなり、レジスト層５１に微細
なピットパターンやグルーブパターンに対応した潜像を
適切に形成することができなくなる。

【００８８】隔膜５の電子ビーム透過部５ａの厚さとレ
ジスト層５１に照射される際の電子ビームのビーム径と
の関係を図１７に示す。この図１７において、横軸は電
子ビーム透過部５ａの厚さを示し、縦軸はレジスト層５
１に照射される際の電子ビームのビーム径を示してい
る。なお、電子ビームを出射する際の加速電圧が１００
ｋＶを越えると電子ビームの安定性が低下して適切な露
光を行うことができないので、ここでは加速電圧を１０
０ｋＶに設定している。

【００８９】この図１７から分かるように、電子ビーム
透過部５ａの厚さが２μｍを越えると、電子ビームを透
過する際のビーム散乱が多くなり、レジスト層５１に照
射される際の電子ビームのビーム径が２００ｎｍを越え
てしまう。したがって、ピットやグルーブの幅が２００
ｎｍとなる微細なパターンの潜像を形成するためには、
電子ビーム透過部５ａの厚さは、２μｍ以下に設定する
ことが望ましい。

【００９０】以上の各条件を満足するように隔膜５の形
状を設定すれば、隔膜５は、電子ビームが透過する際の
ビームの散乱をできるだけ抑えるとともに、容器２の内
部の圧力と容器２の外部の圧力との圧力差に耐えうる強
度を確保することができ、適切に電子ビームを透過する
ことができる。

【００９１】

【発明の効果】本発明の電子ビームを用いた露光装置に
よれば、例えば、エアを用いて基板を駆動するエアスピ
ンドル装置やエアスライド装置等を大気中に設置して、
電子銃及び対物レンズを収納する容器内を１０^-3Ｐａ以
下の圧力に維持した状態で基板の着脱が可能となり、多
くの工数を要することなく簡便に露光を行うことができ
る。

【００９２】また、この電子ビームを用いた露光装置に
おいては、エアスピンドル装置やエアスライド装置等に
エアシールを施す必要もなく、容器を磁気シールドすれ
ば、エアスピンドル装置やエアスライド装置等に磁気シ
ールドを施す必要もなくなる。したがって、この電子ビ
ームを用いた露光装置は、基板を駆動する機構の小型軽
量化、簡素化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子ビームを用いた露光装置の概
略構成図である。

【図２】上記電子ビームを用いた露光装置により形成さ
れたウォブリンググルーブに対応したパターンを示す斜
視図である。

【図３】上記電子ビームを用いた露光装置により形成さ
れたピットに対応したパターンを示す斜視図である。

【図４】上記電子ビームを用いた露光装置により形成さ
れたストレートグルーブに対応したパターンを示す斜視
図である。

【図５】上記電子ビームを用いた露光装置により、電子
ビームをレジスト層上に照射する様子を示す斜視図であ
る。

【図６】 上記電子ビームを用いた露光装置の要部を示
す図であり、図１におけるＡ部を拡大して示す断面図で
ある。

【図７】 上記電子ビームを用いた露光装置の要部を更
に拡大して示す断面図である。

【図８】隔膜の一例を示す平面図である。

【図９】上記隔膜の断面図である。

【図１０】電子ビーム透過部の厚さと最大曲げ応力との
関係を示す図である。

【図１１】隔膜の他の例を示す平面図である。

【図１２】上記隔膜の断面図である。

【図１３】隔膜の更に他の例を示す平面図である。

【図１４】上記隔膜の断面図である。

【図１５】電子ビーム透過部の厚さと最大曲げ応力との
関係を示す図である。

【図１６】電子ビーム透過部の厚さと最大曲げ応力との
関係を示す図である。

【図１７】電子ビーム透過部の厚さとレジスト層に照射
される際の電子ビームのビーム径との関係を示す図であ
る。

【図１８】従来の電子ビームを用いた露光装置の概略構
成図である。

【符号の説明】

１ 露光装置、２ 容器、３ 除震テーブル、５ 隔
膜、５ａ 電子ビーム透過部、５ｂ 支持部、１０ 電
子ビーム発生部、１１ 電子銃、２０ 電子ビーム収束
部、２３ 対物レンズ、３０ 基板支持機構部、３１
エアスピンドル装置、３２ エアスライド装置、５０
基板、５１ レジスト層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 俊夫 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 真能 清志 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子銃から出射された電子ビームを、少
   なくとも対物レンズを介して、基板上に形成されたレジ
   スト膜に照射して露光する電子ビームを用いた露光装置
   において、 前記電子銃と前記対物レンズとを１０^-3Ｐａ以下の圧力
   の容器内に収納し、前記容器の前記電子ビームが透過す
   る部分に隔膜を設けたことを特徴とする電子ビームを用
   いた露光装置。
2. 【請求項２】 前記隔膜が、金属又は合金材料、硼素又
   は硼素化合物、シリコン又はシリコン化合物、炭素材料
   のうちのいずれかよりなることを特徴とする請求項１に
   記載の電子ビームを用いた露光装置。
3. 【請求項３】 前記隔膜は、中央部に位置する電子ビー
   ム透過部と、この電子ビーム透過部の外縁にこの電子ビ
   ーム透過部と一体に形成された支持部とを有し、 前記電子ビーム透過部の厚さが前記支持部の厚さよりも
   小とされていることを特徴とする請求項１に記載の電子
   ビームを用いた露光装置。
4. 【請求項４】 前記隔膜の電子ビーム透過部の厚さが２
   μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子
   ビームを用いた露光装置。
5. 【請求項５】 前記隔膜は前記電子ビーム透過部が円形
   を呈し、この電子ビーム透過部の直径をａ、この電子ビ
   ーム透過部の厚さをｈ、前記隔膜の降伏応力をσ、前記
   容器内部の圧力と前記容器外部の圧力との圧力差をＰと
   したときに、下記式（１）を満足することを特徴とする
   請求項１に記載の電子ビームを用いた露光装置。 σ＞０．１８７５×Ｐ×（ａ／ｈ）² ・・・（１）
6. 【請求項６】 前記隔膜は前記電子ビーム透過部が正方
   形又は長方形を呈し、この電子ビーム透過部の正方形の
   一辺の長さ又は長方形の短辺の長さをａ、この電子ビー
   ム透過部の厚さをｈ、前記隔膜の降伏応力をσ、前記容
   器内部の圧力と前記容器外部の圧力との圧力差をＰとし
   たときに、下記式（２）を満足することを特徴とする請
   求項１に記載の電子ビームを用いた露光装置。 σ＞０．３１×Ｐ×（ａ／ｈ）² ・・・（２）
7. 【請求項７】 前記容器が磁気シールド手段を有するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電子ビームを用いた露
   光装置。
8. 【請求項８】 前記電子銃と前記対物レンズとの間に、
   前記電子ビーム変調するビーム変調手段を有することを
   特徴とする請求項１に記載の電子ビームを用いた露光装
   置。
9. 【請求項９】 前記電子銃と前記対物レンズとの間に、
   前記レジスト膜に照射する前記電子ビームのスポット径
   を調整するフォーカス調整手段を有することを特徴とす
   る請求項１に記載の電子ビームを用いた露光装置。
10. 【請求項１０】 前記フォーカス調整手段が、静電レン
    ズおよび電磁型レンズのいずれか一方を用いることを特
    徴とする請求項９に記載の電子ビームを用いた露光装
    置。
11. 【請求項１１】 前記電子銃と前記対物レンズとの間
    に、前記電子ビームを偏向するビーム偏向手段を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビームを用いた
    露光装置。
12. 【請求項１２】 前記基板を回転させるとともに、前記
    容器と前記基板のいずれか一方を前記基板のラジアル方
    向に移動させる手段を有し、 前記レジスト膜上にピット又はグルーブの少なくともい
    ずれかのパターンをスパイラル状に形成することを特徴
    とする請求項１に記載の電子ビームを用いた露光装置。
13. 【請求項１３】 前記基板を回転させるとともに、前記
    容器と前記基板のいずれか一方を前記基板のラジアル方
    向に移動させる手段を有し、 前記レジスト膜上にピット又はグルーブの少なくともい
    ずれかのパターンを同心円状に形成することを特徴とす
    る請求項１に記載の電子ビームを用いた露光装置。
14. 【請求項１４】 除振手段上に載置されていることを特
    徴とする請求項１に記載の電子ビームを用いた露光装
    置。
15. 【請求項１５】 電子銃から出射された電子ビームを、
    少なくとも対物レンズを介して、基板上に形成されたレ
    ジスト膜に照射して露光する露光装置を用いて作製され
    た原盤であって、 前記電子銃と前記対物レンズとを１０^-3Ｐａ以下の圧力
    の容器内に収納し前記容器の前記電子ビームが透過する
    部分に隔膜を設けた露光装置を用いて作製されたことを
    特徴とする原盤。
16. 【請求項１６】 光を用いて信号の読み出し及び／又は
    書き込みが行われるディスク状記録媒体の製造に用いら
    れることを特徴とする請求項１５に記載の原盤。
17. 【請求項１７】 電子銃から出射された電子ビームを、
    少なくとも対物レンズを介して、基板上に形成されたレ
    ジスト膜に照射して露光する露光装置を用いて作製され
    た原盤を用いて製造された情報記録媒体であって、 前記電子銃と前記対物レンズとを１０^-3Ｐａ以下の圧力
    の容器内に収納し、前記容器の前記電子ビームが透過す
    る部分に隔膜を設けた露光装置を用いて作製された原盤
    を用いて製造されたことを特徴とする情報記録媒体。
18. 【請求項１８】 光を用いて信号の読み出し及び／又は
    書き込みが行われるディスク状記録媒体であることを特
    徴とする請求項１７に記載の情報記録媒体。