JP4485934B2 - フォーカスマーク作成方法及びその装置並びに電子ビーム照射型光ディスク原盤露光装置 - Google Patents

Description

本発明はフォーカスマーク作成方法及びその装置並びに電子ビーム照射型光ディスク原盤露光装置に関し、詳細には電子ビームによる光ディスク原盤露光装置に関するものであり、回転テーブルに載置されたワークに電子ビームで露光／描画するようなもの、例えば次世代ハードディスクやフラネルレンズなどの同心円溝やスパイラル状溝を必要とする光ディスク原盤の露光装置に関する。

一般的な回転型電子ビーム露光装置は、回転テーブル上のターゲットを回転させ、電子ビームにて光ディスク原盤とするための装置であるが、回転テーブル以外の構成としては、既存技術であるＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）や、半導体製造に使用されるＸＹステージ（装置によってはＺ及びθステージ機能も付帯）を用いた直交型電子ビーム描画装置とほぼ同じである。

そして、回転型電子ビーム露光装置におけるフォーカス調整方法として、ターゲットとは別の箇所に、フォーカス調整部を設け、このフォーカス調整部で基準となる電子銃のフォーカス合わせを行い、基準フォーカス時の電子ビーム状態の把握に関する提案が特許文献１になされている。また、基準フォーカスポイントとターゲットのポイントを比較して、ターゲット上のフォーカスを調整するようなフォーカスサーボ方法に関する提案が特許文献２になされている。しかし、ターゲットを基準としたフォーカス調整方法に言及しているものに関する提案はなかった。

ここで、一般に行われている基準フォーカス調整方法を手順毎に以下に説明することとする。
手順１：電子ビーム露光装置が有するＳＥＭ機能を用いて、微細構造を有する基準サンプル（通常、金粒子などが用いられる）を観測し、ＳＥＭ画像の解像度から電子ビームのフォーカスを合わせる。
手順２：次に、基準サンプルに隣接した箇所に、真直で平滑なエッジ部を有する基準サンプルを、電子ビームにて直線走査させ、合焦点時のビーム径を評価する。一般には、シリコンウェハ上に孔を開けたものやタングステンワイヤなどを用いたナイフエッジ方法などにてビーム径を評価する。
手順３：そして、基準サンプルの高さは高さ検出装置、例えばレーザ等を用いたハイトセンサを適用する装置により測定する。ここまでで、距離（高さ）、ジャストフォーカス時の各レンズ系のパラメータ、及びその高さにおけるジャストフォーカス時の電子ビーム径のデータが得られる。
手順４：次に、被描画物であるターゲット、一般にはレジスト層を均一に形成されたシリコンウェハが用いられるものを回転テーブルに載置し、位置決め及びクランプする。ここで手順１を繰り返す。
手順５：フォーカスを合わせたら、手順３にて露光面（レジスト層上面部）の高さを計測し、基準高さとの差をフォーカスサーボ制御の初期パラメータとする。
ここまでが、フォーカス調整手順である。
手順７：露光（電子ビーム照射）を開始する。
手順８：回転テーブルには、加工による面振れ誤差や回転系からの周期的な振れ（同期振れ）や突発的な振れ（非同期振れ）が、回転中に起こるため、常にその振れを監視し、その位置変動を電子ビーム制御部にフィードバックする必要がある。その中で、高さ変動によるフォーカスずれを補正するのがフォーカスサーボ部である。

次に、ターゲットのフォーカスマークについて説明すると、上記手順５において、露光面の高さにフォーカスを合わせるためには、その位置に高さの変化がなければならない。例えて言うなれば、鏡に向かい、鏡の表面の写真を取るようなものであり、カメラのフォーカスを鏡の表面に合わすためには、鏡の表面にある傷やホコリなどに焦点を合わさなければならない。図６に示すように、高さの変化のある部位はフォーカスマーク６０１であり、レジスト層を人為的に剥離した溝を使用し、溝のエッジにフォーカスポイント６０２を合わせる。このフォーカスマーク６０１を作成するにあたり、レジスト層形成時にフォーカスマーク６０１を作成した場合、レジスト層をシリコンウェハ上に形成する前に所定の位置をマスクしておいてからレジスト剤を塗布し、スピンコーティングによりレジスト層を作成し、その後マスクを取り外す方法が提案されている。
特開２００３−１２３６７７号公報 特開２００２−３７３６１１号公報

しかしながら、このようなスピンコーティングは高速回転による遠心力を用いるため、塗布面は平滑で均一性であることが必要であるが、上記のようにマスクをした場合、マスク部と塗布面との高さの違いとレジスト剤に対する濡れ性の違いなどにより、塗布ムラが起き、均一な膜厚のレジスト層が得られなくなるという根本的な問題が発生する。

また、ワークを常に回転させながら露光する光ディスク原盤露光装置の、回転テーブルにおけるフォーカス調整特有の課題は、テーブル回転中心と同軸度の高いフォーカスマークが必要であることである。

更に、回転テーブルは静止時と回転時で姿勢が異なる。特に、高精度な回転を要求される描画装置などに使用されるエアスピンドルでは、軸はエアを介して浮上しており、回転することで設計上の中心になるように構成されているために、露光面でのフォーカス調整時には回転している状態であることが望まれる。

また、上記基準フォーカス調整の手順８にも述べたが、回転テーブルの回転には特有の同期振れがあるため、単純に同軸度が高いフォーカスマークでのフォーカス調整では、図７に示すように、回転周期に合せて変動する。そのため、同軸度の高さとともに、その同期振れ成分も加味されたフォーカスマークであることが望まれる。

本発明はこれらの問題点に鑑みなされるものであり、電子ビームを用いた光ディスク原盤露光装置において、ターゲットでの基準フォーカスを正確及び簡便に行うことを主眼とし、回転状態のワークに対して高精度な基準フォーカス合わせを行い、フォーカスマークをワーク上に形成できるフォーカスマーク形成方法及びその装置並びに電子ビーム照射型光ディスク原盤露光装置を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明のフォーカスマーク形成方法によれば、電子ビームを照射して露光する際にワークを回転させる回転テーブルに載置され、レジスト層が形成されたワークを任意の速度で定速回転させ、フォーカスマークを作成する位置のレジスト層の表面にピンを押し当てて当該レジスト層を回転テーブルの回転中心と同じ中心を有する円弧状に剥離し除去してフォーカスマークを形成する際に、レジスト層の表面にピンを押し当てた時の圧力を測定し、測定された圧力に応じてレジスト層の表面にピンを押し当てる力を制御することに特徴がある。よって、露光時に当該フォーカスマークに、画像取得時のタイミングを合わすことなく、フォーカスポイントを合わすことができ、かつ均一の深さのフォーカスマークを得ることができる。また、回転振れ回転テーブルの面振れによる当接部への反力などのマーキング時の悪影響を除外し、高精度なフォーカスマークを作成することができる。

また、別の発明としてのフォーカスマーク形成装置は、回転テーブルに載置されたワークを任意の速度で定速回転させる回転手段と、ワークを回転テーブルに位置決めを行い保持するクランプ手段と、ワークの表面に設けられたレジスト層を剥離し除去するピンをレジスト層の表面に押し当てる当接手段と、当接手段による当接時の圧力を測定する圧力測定部と、圧力測定部によって測定された圧力に応じて当接手段の当接時の当接圧力を制御する制御部とを具備している。そして、本発明のフォーカスマーク形成装置は、クランプ手段により回転テーブルに位置決めされ保持され、かつ回転手段により任意の速度で定速回転し、フォーカスマークを作成する位置のレジスト層の表面に、当接手段によりピンを押し当てて、押し当てた時の圧力を圧力測定部によって測定し、測定された圧力に応じて制御部が当接手段の当接時の当接圧力を制御しながらレジスト層を剥離し除去してフォーカスマークを形成する。よって、露光時と同じ回転系を用い回転系の外乱成分を含んだ回転軌跡と同一の形状となる均一の深さのフォーカスマークを形成できる。

また、当接手段に熱を加える加熱手段を具備することにより、レジスト層とピンとの密着力を低下させることができる。

更に、当接手段により剥離したレジスト片を吸塵する吸塵手段を具備することにより、レジスト破片をワーク上に残留することを防止できる。

また、別の発明としての電子ビーム照射型光ディスク原盤露光装置は、上記記載のフォーカスマーク作成装置を同一真空室内に設け、フォーカスマーク作成装置によりフォーカスマークが形成されたワークを回転テーブルに載置し、回転手段により回転するワークのフォーカスマークに電子ビームの焦点位置を合わせて電子ビームを照射して光ディスク原盤を露光することに特徴がある。よって、回転テーブル特有の同期振れ成分は相殺され、回転状態のワークに対して高精度な基準フォーカス合わせを行うことができる。

図１は本発明の一実施の形態例に係る光ディスク原盤露光装置の概略構成を示す側断面図である。同図に示す本実施の形態例の光ディスク原盤露光装置１００は、電子銃１１、コンデンサレンズ１２、電子ビーム変調部１３及びアパーチャ１４を含んで構成されている電子ビーム発生ユニット１０と、電子ビーム偏向部２１及びフォーカスレンズ２２，２３を含んで構成され、電子ビーム発生ユニット１０により発生した電子ビームを収束させる電子ビームレンズ系ユニット２０とを有する電子ビームユニット３０を光源としている。また、この電子ビームユニット３０は真空チャンバ４０内に設置されている。更に、シリコンウェハなどのワーク２００に電子ビームを照射したときに、ワーク２００の表面から発生する二次電子を検出する二次電子検出器５０を備え、二次電子検出器５０からの信号をＳＥＭ画像とする制御部（図示せず）を含むＳＥＭ機能ユニットが併設されている。更に、真空チャンバ４０内において、露光するワーク２００を回転させるための回転テーブル６１及びスピンドルモータ６２を含む回転駆動部６０と、横移動させるためのＸ軸スライドユニット７１、摩擦駆動ユニット７２及びそれを駆動するモータ７３を含むスライドユニット７０とが電子ビームユニット３０の直下に配置されており、ワーク２００に収束した電子ビームを照射して回転移動することで、スパイラル、同心円状の溝を形成することができように構成されている。また、真空チャンバ４０には、ワーク２００の投入、排出を行うためのサブチャンバ４１が隣接されており、ゲートバルブ４２を開閉することで、真空チャンバ４０とサブチャンバ４１の間の密閉もしくは開放を行うことができるようになっている。また、サブチャンバ４１には、真空チャンバ４０へのワーク２００の投入、排出を行うための移載用スライドユニット８０が配置されている。また、フォーカスマーカピン９１を含む後述するフォーカスマーカユニット９０が配置されている。そして、各ユニットを含む真空チャンバ４０は、定盤９２に設置され、外部からの外乱振動の影響を防止している。

次に、本実施の形態例の光ディスク原盤露光装置による電子ビーム露光の動作について図１を用いて説明する。
先ず、電子ビームは、電子銃１１より射出されるとコンデンサレンズ１２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１３によって電界を発生させ、この電磁場を通過することで変調が行われ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１４に照射される。この偏向が大きければアパーチャ１４による遮断効果で電子ビームを遮断してワーク２００まで到達しないようにし、偏向しなければアパーチャ１４を通過しワーク２００に到達するので光変調と同様の変調が可能となる。また、電子ビームレンズ系ユニット２０では、ウォブル溝を形成するために再度電子ビームが電子ビーム偏向部２１を通過させることで電子ビームに偏向角を与えることが可能となる。なお、ウォブル溝を形成しないならばここでの偏向は行わない。その後、電子ビームをワーク２００に集光させて集光スポット径を調整するため、フォーカスレンズ２２，２３によって、フォーカス、スポット径を調整するように、かつ回転するワーク２００の面振れに追従するように駆動されてワーク２００に集光される。

図２は別の発明の第１の実施の形態例に係るフォーカスマーカ装置の概略構成を示す側面図であり、図３は図２の平面図である。両図に示す本実施の形態例のフォーカスマーカ装置３００は、均一な膜厚なレジスト層が形成されたワークに対し、フォーカスマークを刻印する装置であり、図１の光ディスク原盤露光装置とは別に単体装置としたものである。同図において、ワーク２００はエアスピンドル３０１にて回転駆動される回転テーブル３０２上に載置され、更に回転テーブル３０２上に具備され、本実施例では３個等角配備されたクランプ３０３によって、位置決めされて保持される。なお、エアスピンドル３０１及び回転駆動モータ（図示せず）、回転テーブル３０２などの回転系の構成は原盤露光する際に使用される回転系の構成と同等のものが望ましい。そして、回転テーブル３０２を適当な任意の速度で定速回転させる。次に、ＤＤモータ３０４を駆動させ、図３に示すように、揺動アーム３０５をフォーカスマーク作成位置まで揺動させ、揺動アーム３０５の先端に取り付けたマーキングピン３０６をＺ軸アクチュエータ３０７にて下降させてワーク２００に当接させレジスト層の剥離を開始する。次に、フォーカスマーク溝がワーク２００上を周回したらマーキングピン３０６を上昇させる。そして、マーキングピン３０６によるレジスト層の剥離に伴うレジスト破片は、図示していない真空源に接続された吸引ノズル３０８により真空吸引され除去される。以上の動作により、フォーカスマークをワーク２００上に作成する。

次に、図４はフォーカスマーカユニットの概略構成を示す側面図である。同図において図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すフォーカスマーカユニット９０は、図１に示すような光ディスク原盤露光装置に組み込む装置である。このフォーカスマーカユニット９０には、ワーク２００の表面に当接しレジスト層２０１を剥離するマーキングピン４０１と、マーキングピン４０１を加熱するための加熱手段４０２と、マーキング時に発生するレジスト破片を吸着するための静電吸着シート４０３を用いたクリーナーとが組込まれている。また、フォーカスマーカユニット９０は、マーキングピン４０１をワーク２００に当接させるための粗動用アクチュエータ４０４と、マーキングピン４０１のワーク２００への当接圧力を検知する圧力センサ４０５と、当接圧力を微調するための微動用アクチュエータ４０６とを具備している。なお、本実施の形態例における加熱手段４０２では、マーキングピン４０１の電気抵抗を利用したジュール熱加熱方法を用いた。

次に、このような構成を有する本実施の形態例のフォーカスマーカユニット９０によれば、レジスト層２０１が形成されたワーク２００を、図１のサブチャンバ４１内のワーク移載スライドユニット８０を用いて、チャンバ４０内の回転テーブル６１に移載する。ワーク２００を回転テーブル６１上のクランパ９３にて位置決めを行い保持し、回転テーブル６１を定速回転させる。次に、フォーカスマーカユニット９０の粗動アクチュエータ４０４を駆動させ、マーキングピン４０１をワーク２００に当接させる。このとき、当接圧力を圧力センサ４０５にて検出し、微動用アクチュエータ４０６にフィードバックさせることにより、所定の溝深さのフォーカスマークを得ることができる。なお、フォーカスマークとしての溝深さは、レジスト層２０１の厚みに相当するため、約０．１μｍ程度とした。その後、マーキングピン４０１が周回し、フォーカスマークが円形状に作成できたら粗動用アクチュエータ４０４を駆動させ、マーキングピン４０１を引き上げる。以上の処理を施して作成されたフォーカスマークは、回転テーブルの特有の回転振れ成分や、クランプによるワークの撓みなどの影響を受けて、この回転系の回転軌跡と同一のものに仕上がる。また、フォーカスマークの半径は、図１のＸ軸スライドユニット７１を移動させることで、任意の位置に設定できる。このような剥離動作により、マーキングピン４０１に密着したレジスト剤は、加熱手段４０２によりマーキングピン４０１を加熱させ、密着力を落した状態で、隣接するクリーナーにて吸着除去される。

次に、フォーカス調整について説明すると、前述の従来技術でフォーカス調整についても説明したが、既知の基準高さでの電子ビームのビーム径を基準サンプルにて測定しておく。そして、図１のＸ軸スライドユニット７１を駆動させ、既定の電子ビーム照射点直下に、フォーカスマークが来るようにワーク２００を移動させる。次に、ワーク２００を回転させる。このときの回転数を、ＳＥＭ画像取得時のフレーム周波数と同期させる。例えば通常モニタを使用した場合、フレーム周波数は３３．３Ｈｚであり、回転テーブルの回転数はほぼ２，０００rpmとなる。フレーム周波数と回転周波数を同期させることにより、回転中のフォーカスマークが、画像上では静止画像として得られる。次に、電子ビームをワーク２００に照射し、ワーク２００にて発生した二次電子を二次電子検出器５０で検出し、図示していない信号変換制御部を通して画像化し、この画像元とし、画像が鮮明に映し出されるように、フォーカスレンズ２２，２３を微調整し、電子ビームの焦点をフォーカスマークに合わせる。このとき、電子ビームの焦点位置のビーム径は、基準サンプルで測定したビーム径と等しくなり、焦点合わせ（フォーカシング）の調整は終了する。よって、図５に示すように、フォーカスマークを回転テーブルの回転中心と同心円、より正確には回転系の外乱成分を含んだ回転軌跡と同一の形状であれば、画像取得時のタイミングを合わすことなく、フォーカスマークにフォーカスポイントを合わすことができるようになる。

なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施の形態例に係る光ディスク原盤露光装置の概略構成を示す側断面図である。 別の発明の第１の実施の形態例に係るフォーカスマーカ装置の概略構成を示す側面図である。 図２の平面図である。 フォーカスマーカユニットの概略構成を示す側面図である。 本発明のフォーカス調整の概念図である。 従来のフォーカス調整の説明図である。 従来のフォーカス調整による回転テーブルの回転軌跡と同期振れ成分を含んだ回転軌跡の説明図である。

符号の説明

１０；電子ビーム発生ユニット、１１；電子銃、
１２；コンデンサレンズ、１３；電子ビーム変調部、
１４；アパーチャ、２０；電子ビームレンズ系ユニット、
２１；電子ビーム偏向部、２２，２３；フォーカスレンズ、
３０；電子ビームユニッ、４０；真空チャンバ、
４１；サブチャンバ、４２；ゲートバルブ、５０；二次電子検出器、
６０；回転駆動部、６１；回転テーブル、６２；スピンドルモータ、
７０；スライドユニット、７１；Ｘ軸スライドユニット、
７２；摩擦駆動ユニット、７３；モータ、
８０；移載用スライドユニット、９０；フォーカスマーカユニット、
９１；フォーカスマーカピン、９２；定盤、
１００；光ディスク原盤露光装置、２００；ワーク、
３００；フォーカスマーカ装置、３０１；エアスピンドル、
３０２；回転テーブル、３０３；クランプ、
３０４；ＤＤモータ、３０５；揺動アーム、
３０６；マーキングピン、３０７；Ｚ軸アクチュエータ、
３０８；吸引ノズル、４０２；加熱手段、４０３；静電吸着シート、
４０５；圧力センサ。

Claims (5)

1. 回転テーブルに載置されたワークに電子ビームを照射するため、フォーカス調整用部位であるフォーカスマークをワークに設けられたレジスト層上に形成するフォーカスマーク形成方法において、
   前記回転テーブルに載置され、かつレジスト層が形成されたワークを任意の速度で定速回転させ、前記フォーカスマークを作成する位置の前記レジスト層の表面にピンを押し当てて当該レジスト層を前記回転テーブルの回転中心と同じ中心を有する円弧状に剥離し除去して前記フォーカスマークを形成する際に、前記レジスト層の表面にピンを押し当てた時の圧力を測定し、測定された圧力に応じて前記レジスト層の表面にピンを押し当てる力を制御することを特徴とするフォーカスマーク形成方法。
2. 回転テーブルに載置されたワークに電子ビームを照射するため、フォーカス調整用部位であるフォーカスマークをワークに設けられたレジスト層上に形成するフォーカスマーク形成装置において、
   前記回転テーブルに載置されたワークを任意の速度で定速回転させる回転手段と、
   ワークを前記回転テーブルに位置決めを行い保持するクランプ手段と、
   ワークの表面に設けられたレジスト層を剥離し除去するピンを前記レジスト層の表面に押し当てる当接手段と、
   該当接手段による当接時の圧力を測定する圧力測定部と、
   該圧力測定部によって測定された圧力に応じて前記当接手段の当接時の当接圧力を制御する制御部と
   を具備し、
   前記クランプ手段により前記回転テーブルに位置決めされ保持され、かつ前記回転手段により任意の速度で定速回転し、前記フォーカスマークを作成する位置の前記レジスト層の表面に、当接手段によりピンを押し当てて、押し当てた時の圧力を前記圧力測定部によって測定し、測定された圧力に応じて前記制御部が前記当接手段の当接時の当接圧力を制御しながら前記レジスト層を剥離し除去して前記フォーカスマークを形成することを特徴とするフォーカスマーク作成装置。
3. 前記当接手段に熱を加える加熱手段を具備する請求項２に記載のフォーカスマーク作成装置。
4. 前記当接手段により剥離したレジスト片を吸塵する吸塵手段を具備する請求項２又は３に記載のフォーカスマーク作成装置。
5. 請求項２〜４のいずれかに記載のフォーカスマーク作成装置を同一真空室内に設け、該フォーカスマーク作成装置によりフォーカスマークが形成されたワークを前記回転手段に載置し、前記回転手段により回転するワークのフォーカスマークに電子ビームの焦点位置を合わせて電子ビームを照射して光ディスク原盤を露光することを特徴とする電子ビーム照射型光ディスク原盤露光装置。

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