JP5191542B2 - 電子ビーム記録装置及びその制御装置並びに制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、原盤を製造するための電子ビーム記録装置及びその制御装置並びに制御方法に関する。
磁気ディスク又はハードディスク(HD:Hard Disk)は、パーソナルコンピュータ(PC)の記憶装置、モバイル機器,車載機器等に用いられている。近年、さらにその用途も著しく拡大しているとともに、面記録密度も急速に向上している。
かかる高記録密度ハードディスクの製造のため、電子ビームマスタリング技術が広範に研究されている。電子ビーム描画露光装置においては、電子銃から射出され電子レンズによって集束された電子ビームスポットがレジストを塗布した基板上に照射される。かかる電子ビームスポットは、ブランキング制御系およびビーム偏向制御系によってその照射位置が制御され、所望のビームパターンが描画される。例えば、電子ビーム露光装置としては、光ディスクなどの記録媒体の原盤を精度良く作成するための装置が開発されている。例えば、特開2002−367178号公報に記載されている。
従って、高記録密度の電子ビーム描画を行うには、高精度に電子ビームスポットの照射位置制御をなす必要がある。ハードディスクでは、光ディスク等に採用されているスパイラルパターンではなく、同心円状のパターンが用いられている。同心円状に電子ビーム描画を行う場合には、高精度に同心円状に描画することが可能で制御性に優れた電子ビーム記録装置の実現が重要である。
また、高精度で自由度の高い制御が可能な電子ビーム記録装置の制御装置並びに制御方法が望まれている。
本発明が解決しようとする課題には、高精度に同心円状に描画することが可能で、自由度が高く制御性に優れた電子ビーム記録装置及びその制御装置、制御方法並びにコンピュータプログラム製品を提供することが一例として挙げられる。
本発明による制御装置は、基板を回転及び並進させつつ電子ビームを照射して当該基板上にパターンを描画する電子ビーム記録装置の制御装置であって、
当該基板が所定の重ね書き回数だけ回転される期間に亘って、当該電子ビームのビームスポットが当該基板の並進に追従するように当該電子ビームを偏向させて重ね書きをなすための偏向信号を生成する偏向信号生成器と、
当該描画データを出力するデータ出力部と、を有し、
当該偏向信号生成器は当該描画データによる同心円の重ね書きが終了した後、所定の偏向調整期間の経過後に、次に重ね書きすべき同心円の描画開始位置に当該電子ビームを照射させるための偏向調整信号を生成することを特徴としている。
当該基板が所定の重ね書き回数だけ回転される期間に亘って、当該電子ビームのビームスポットが当該基板の並進に追従するように当該電子ビームを偏向させて重ね書きをなすための偏向信号を生成する偏向信号生成器と、
当該描画データを出力するデータ出力部と、を有し、
当該偏向信号生成器は当該描画データによる同心円の重ね書きが終了した後、所定の偏向調整期間の経過後に、次に重ね書きすべき同心円の描画開始位置に当該電子ビームを照射させるための偏向調整信号を生成することを特徴としている。
また、本発明によるプログラムは、基板を回転及び並進させつつ電子ビームを照射して当該基板上に描画データに基づいて描画を行う電子ビーム記録装置の描画制御に用いられるコンピュータのプログラムであって、
当該基板が所定回数だけ回転される期間に亘って、当該電子ビームの照射位置が当該基板の並進に追従するように当該電子ビームを偏向させて重ね書きをなすための偏向信号を生成するとともに、当該所定回数の基板回転が終了した後、所定の偏向調整期間の経過後に当該電子ビームが当該所定回数の基板回転の開始時の偏向位置に達する偏向調整信号を生成するステップと、
当該所定回数だけ当該描画データを出力する出力指令をなすステップと、を実行させるためのプログラムである。
当該基板が所定回数だけ回転される期間に亘って、当該電子ビームの照射位置が当該基板の並進に追従するように当該電子ビームを偏向させて重ね書きをなすための偏向信号を生成するとともに、当該所定回数の基板回転が終了した後、所定の偏向調整期間の経過後に当該電子ビームが当該所定回数の基板回転の開始時の偏向位置に達する偏向調整信号を生成するステップと、
当該所定回数だけ当該描画データを出力する出力指令をなすステップと、を実行させるためのプログラムである。
また、本発明による電子ビーム記録装置は、基板を回転させつつ当該基板をその半径方向に並進させ、電子ビームを偏向しつつ照射して当該基板上に描画データに基づき電子ビームを照射して同心円を描画する電子ビーム記録装置であって、
当該基板が所定の重ね書き回数だけ回転される期間に亘って、当該電子ビームのビームスポットが当該基板の並進に追従するように当該電子ビームを偏向させて重ね書きをなすための偏向信号を生成する偏向信号生成器と、当該重ね書き回数に応じて当該描画データを繰り返し出力するデータ出力部と、
当該基板を回転駆動及び並進駆動する回転及び並進駆動部と、
当該偏向信号に応じて当該電子ビームの偏向を行う電子ビーム偏向器と、
当該データ出力部から出力される描画データに応じて電子ビームの描画をなす電子ビーム変調器と、を有し、
当該偏向信号生成器は当該描画データによる同心円の重ね書きが終了した後、所定の偏向調整期間の経過後に、次に重ね書きすべき同心円の描画開始位置に当該電子ビームを照射させるための偏向調整信号を生成することを特徴としている。
当該基板が所定の重ね書き回数だけ回転される期間に亘って、当該電子ビームのビームスポットが当該基板の並進に追従するように当該電子ビームを偏向させて重ね書きをなすための偏向信号を生成する偏向信号生成器と、当該重ね書き回数に応じて当該描画データを繰り返し出力するデータ出力部と、
当該基板を回転駆動及び並進駆動する回転及び並進駆動部と、
当該偏向信号に応じて当該電子ビームの偏向を行う電子ビーム偏向器と、
当該データ出力部から出力される描画データに応じて電子ビームの描画をなす電子ビーム変調器と、を有し、
当該偏向信号生成器は当該描画データによる同心円の重ね書きが終了した後、所定の偏向調整期間の経過後に、次に重ね書きすべき同心円の描画開始位置に当該電子ビームを照射させるための偏向調整信号を生成することを特徴としている。
また、本発明による制御装置は、回転する基板に電子ビームを照射する電子ビーム描画装置に描画信号を発生する制御装置であって、
描画すべきパターンに関するパターン情報を蓄積したメモリと、
当該パターン情報に基づいて描画信号を生成する描画信号生成器と、を備え、
当該描画信号は、当該電子ビーム装置内で照射される電子ビームの偏向を制御する偏向制御信号を含み、
当該偏向制御信号は、当該基板がn回転する間、電子ビームを当該基板に照射するビーム照射期間と、電子ビームを当該基板に照射しないビーム非照射期間を、1サイクルとした信号であること、を特徴としている。
描画すべきパターンに関するパターン情報を蓄積したメモリと、
当該パターン情報に基づいて描画信号を生成する描画信号生成器と、を備え、
当該描画信号は、当該電子ビーム装置内で照射される電子ビームの偏向を制御する偏向制御信号を含み、
当該偏向制御信号は、当該基板がn回転する間、電子ビームを当該基板に照射するビーム照射期間と、電子ビームを当該基板に照射しないビーム非照射期間を、1サイクルとした信号であること、を特徴としている。
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す実施例において、等価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1である電子ビーム記録装置(EBR:Electron Beam Recording apparatus、以下、EBRという。)10及びEBR10を制御するEBR制御装置(フォーマッタ)50の構成を模式的に示すブロック図である。電子ビーム記録装置10は、電子ビームを用い、例えば、磁気ディスク製造用の原盤を作成するEBマスタリング装置である。なお、EBR制御装置(フォーマッタ)50はEBR10に組み込まれ、全体として電子ビーム記録装置(EBR)10として構成されていてもよい。以下においては、EBR制御装置(以下、単に「フォーマッタ」ともいう。)50及びEBR10がインターフェース回路で互いに接続されている場合を例に説明する。
電子ビーム記録装置(EBR)10の構成
EBR10は、真空チャンバ11、及び真空チャンバ11内に配された基板を載置及び回転、並進移動するステージ駆動装置、及び真空チャンバ11に取り付けられた電子ビームカラム20、及びステージ駆動装置の制御、電子ビーム制御等をなす種々の回路、制御系が設けられている。
EBR10は、真空チャンバ11、及び真空チャンバ11内に配された基板を載置及び回転、並進移動するステージ駆動装置、及び真空チャンバ11に取り付けられた電子ビームカラム20、及びステージ駆動装置の制御、電子ビーム制御等をなす種々の回路、制御系が設けられている。
より詳細には、ディスク原盤用の基板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、基板15を回転駆動する回転駆動装置であるスピンドルモータ17によってディスク基板主面の垂直軸(Z軸)に関して回転駆動される。なお、基板15は例えばガラス基板又はシリコン基板の上に、電子ビームによって感光するレジスト材料が塗布されている。スピンドルモータ17は並進ステージ(以下、単にステージとも称する)18上に設けられている。ステージ18は、移送(並進駆動)装置である並進モータ19に結合され、スピンドルモータ17及びターンテーブル16を基板15の主面と平行な面内の所定方向に移動することができるようになっている。
基板15はターンテーブル16上に吸着保持される。ターンテーブル16は誘電体、例えば、セラミックからなり、静電チャッキング機構(図示しない)を有している。かかる静電チャッキング機構は、ターンテーブル16とターンテーブル16内に設けられ静電分極を生起させるための導体からなる電極とを備えて構成されている。当該電極には高電圧電源(図示しない)が接続されており、高電圧電源から当該電極に電圧が印加されることにより基板15を吸着保持している。
ステージ18上には、後述するレーザ位置測定システム35の一部である反射鏡35A、干渉計などの光学要素が配されている。
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は、真空ポンプ(図示しない)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って真空チャンバ11の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。
電子ビームカラム20内には、電子ビームを射出する電子銃(エミッタ)21、収束レンズ22、ブランキング電極23、アパーチャ24、ビーム偏向コイル25、アライメントコイル26、偏向電極27、フォーカスレンズ28、対物レンズ29がこの順で配置されている。
電子銃21は、加速高圧電源(図示しない)から供給される高電圧が印加される陰極(図示しない)により数10KeVに加速された電子ビーム(EB)を射出する。収束レンズ22は、射出された電子ビームを収束する。ブランキング電極23は、ブランキング制御部31からの変調信号に基づいて電子ビームのオン/オフ切換(ON/OFF)を行う。すなわち、ブランキング電極23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とにより、電子ビームがアパーチャ24を通過するのを阻止し、基板15への電子ビームの照射をオフ状態(非照射)とすることができる。
アライメントコイル26は、ビーム位置補正器32からの補正信号に基づいて電子ビームの位置補正を行う。偏向電極27は、偏向制御部33からの制御信号に基づいて電子ビームを高速で偏向制御することができる。かかる偏向制御により、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28は、フォーカス制御部34からの制御信号に基づいて電子ビームのフォーカス制御を行う。
また、真空チャンバ11には、基板15の主面の高さを検出するための光源36A及び光検出器36Bが設けられている。光検出器36Bは、例えば、ポジションセンサやCCD(Charge Coupled Device)などを含み、光源36Aから射出され、基板15の表面で反射された光ビーム(レーザ光)を受光し、その受光信号を高さ検出部36に供給する。高さ検出部36は、受光信号に基づいて基板15の主面の高さを検出し、検出信号を生成する。基板15の主面の高さを表す検出信号は、フォーカス制御部34に供給され、フォーカス制御部34は当該検出信号に基づいて電子ビームのフォーカス調整を行う。
レーザ位置測定システム35は、レーザ位置測定システム35内の光源からの測定用レーザ光を用いてステージ18までの距離を測定し、その測定データ、すなわちステージ18の位置データを並進コントローラ37に送る。
並進コントローラ37は、フォーマッタ50から供給されるリファレンス信号である並進クロック信号(T-CLK)F4に同期してXステージの並進制御を行う。また、並進コントローラ37は、レーザ位置測定システム35からのステージ位置データに基づいて並進誤差信号を生成し、ビーム位置補正器32に送出する。上記したように、この並進誤差信号に基づいてビーム位置補正器32は電子ビームの位置補正を行う。また、並進コントローラ37は、並進モータ19の制御を行う制御信号を生成して並進モータ19に供給する。
回転コントローラ38は、フォーマッタ50から供給されるリファレンス信号である回転クロック信号(R-CLK)F5に同期してスピンドルモータ17の回転制御を行う。より詳細には、スピンドルモータ17にはロータリエンコーダ(図示しない)が設けられており、スピンドルモータ17によってターンテーブル16(すなわち、基板15)が回転される際に、回転信号を生成する。当該回転信号は、基板15の基準回転位置を表す原点信号及び基準回転位置からの所定回転角ごとのパルス信号(ロータリ・エンコーダ信号)を含んでいる。当該回転信号は、回転コントローラ38に供給される。回転コントローラ38は、当該ロータリ・エンコーダ信号によりターンテーブル16の回転誤差を検出し、該検出された回転誤差に基づいてスピンドルモータ17の回転補正を行う。
EBRインターフェース回路(EBR I/F)39には、EBR制御装置50のフォーマッタ・インターフェース回路54を介して種々の制御信号が供給される。より具体的には、EBR制御装置50から変調信号F1及び偏向信号F3が供給される。ブランキング制御部31は変調信号F1に基づいてブランキング制御(電子ビームのオン/オフ)を行い、偏向制御部33は偏向信号F3に基づいて電子ビームの偏向制御を行う。EBR制御装置50からの制御信号及び当該制御信号に基づくEBR制御装置50の動作については以下に詳述する。
フォーマッタ50の構成
次に、EBR10の制御装置であるフォーマッタ50について、図2を参照しつつ詳細に説明する。フォーマッタ50は、EBR10を制御するための制御信号を生成する制御信号生成器(プロセッサ)51と、フォーマッタ・インターフェース回路(フォーマッタ I/F)54とを有している。具体的には、制御データ生成器51により生成された制御信号、制御データなどはフォーマッタ・インターフェース回路54を介してEBR10に送出される。
次に、EBR10の制御装置であるフォーマッタ50について、図2を参照しつつ詳細に説明する。フォーマッタ50は、EBR10を制御するための制御信号を生成する制御信号生成器(プロセッサ)51と、フォーマッタ・インターフェース回路(フォーマッタ I/F)54とを有している。具体的には、制御データ生成器51により生成された制御信号、制御データなどはフォーマッタ・インターフェース回路54を介してEBR10に送出される。
また、フォーマッタ50は、後述する種々のクロック信号を生成するクロック信号生成器52が設けられている。クロック信号生成器52は、例えば、CLV(Constant Line Velocity)描画やCAV(Constant Angular Velocity)描画に応じたクロック信号を生成する。つまり、クロック信号生成器52は、後に詳述するように、スピンドルモータ17及び並進モータ19の駆動量を表す回転クロック及び並進クロック信号を生成する。
また、フォーマッタ50は、後述する種々の制御信号に関する設定値、描画すべきデータ又は描画パターンを格納するメモリ53、EBR10の制御のために用いられる設定値などを入力するための入出力部55を有している。なお、メモリ53には、例えばディスクリートトラックメディアやビットパターンドメディアなどのハードディスクの描画パターンデータ(同心円状パターン、トラックエリアのパターン、サーボエリアのパターンなど)が記録されている。プロセッサ51は、この描画パターンデータを用いてEBR10の制御信号を生成する。
さらに、フォーマッタ50には、EBR10及びフォーマッタ50の動作条件、動作状態、設定値などを表示するための表示部56が設けられている。
さらに、フォーマッタ50には、EBR10及びフォーマッタ50の動作条件、動作状態、設定値などを表示するための表示部56が設けられている。
フォーマッタ・インターフェース回路(フォーマッタ I/F)54とEBR10に設けられたEBRインターフェース回路(EBR I/F)39との間で、EBR10を制御するために用いられる種々の制御信号(インターフェース信号)及びそれらの説明は以下の通りである。
[F1−変調信号(F1-Modulation(/Blanking))]:以下、変調信号F1ともいう。
[F1−変調信号(F1-Modulation(/Blanking))]:以下、変調信号F1ともいう。
電子ビームをオン/オフするためにフォーマッタが出力する信号。例えば、”Low”のとき電子ビームはブランキングされ、電子ビームはオフとされる。
[F3−鋸歯状波偏向信号(F3-Saw-Tooth-Deflection-X]:以下、鋸歯状偏向信号F3又は単に偏向信号F3ともいう。
[F3−鋸歯状波偏向信号(F3-Saw-Tooth-Deflection-X]:以下、鋸歯状偏向信号F3又は単に偏向信号F3ともいう。
スパイラルを同心円とするための偏向信号。Xステージの移動方向によりランプ波の極性反転が必要である。
[F4−並進クロック信号(F4-Translation-clock)]:以下、並進クロック信号F4又は、単に並進クロックF4ともいう。
[F4−並進クロック信号(F4-Translation-clock)]:以下、並進クロック信号F4又は、単に並進クロックF4ともいう。
フォーマッタが出力するXステージのへのリファレンス信号。EBR装置はこの信号に同期して並進ステージ(Xステージ)を駆動する。パルスの基準単位(ΔX)をフォーマッタ側で設定可能とする。デフォルト値としては、例えば、632.991345/1024nm。また、ΔX/2,ΔX/4,ΔX/8等も設定可能とする。
[F5−回転クロック信号(F5-Rotation-clock)]:以下、回転クロック信号F5ともいう。
[F5−回転クロック信号(F5-Rotation-clock)]:以下、回転クロック信号F5ともいう。
フォーマッタが出力する回転スピンドルへのリファレンス信号。デフォルトは、例えば、3600pulse/rev。デューティは、例えば、50%。
[F6−開始信号(F6-/Start)]:以下、描画開始信号F6、又は、単に開始信号F6ともいう。
[F6−開始信号(F6-/Start)]:以下、描画開始信号F6、又は、単に開始信号F6ともいう。
描画終了信号F7(下記)が”High”で並進クロック信号F4及び回転クロック信号F5が有効になった後に、EBR装置側がこれらのクロックに同期し、描画開始半径になった時点でEBR装置側が描画開始信号F6を”Low”とする。これにより、フォーマッタが描画(信号出力)を開始する。
[F7−終了信号(F7-End)]:以下、描画終了信号F7、又は、単に終了信号F7ともいう。
[F7−終了信号(F7-End)]:以下、描画終了信号F7、又は、単に終了信号F7ともいう。
フォーマッタが描画(信号出力)の終了を”High”でEBR装置に通知する。並進クロック信号F4及び回転クロック信号F5が有効な期間は”Low”とする。この信号を受けてEBR装置は描画開始信号F6を”High”として、現在のジョブの描画を終了する。
[F8−ビーム外周方向オフセット信号(F8-BeamOffsetOut)]:以下、外周方向オフセット信号F8、又は高速オフセット(+)信号F8ともいう。
高速でビームを外周へオフセットさせる信号。
[F9−ビーム内周方向オフセット信号(F8-BeamOffsetOut)]:以下、内周方向オフセット信号F9、又は、高速オフセット(−)信号F9ともいう。
[F9−ビーム内周方向オフセット信号(F8-BeamOffsetOut)]:以下、内周方向オフセット信号F9、又は、高速オフセット(−)信号F9ともいう。
高速でビームを内周へオフセットさせる信号。
以上が、主なインターフェース信号であるが、上記した数値、論理レベル(”High”,”Low”)などは例示に過ぎない。適宜、設定・変更することができる。
EBR10及びフォーマッタ50の動作
次に、EBR10及びフォーマッタ50の動作について説明する。図3は、フォーマッタ50の制御によってEBR10が行う描画シーケンスを示す図である。
次に、EBR10及びフォーマッタ50の動作について説明する。図3は、フォーマッタ50の制御によってEBR10が行う描画シーケンスを示す図である。
描画のためのジョブを開始するに先立って、フォーマッタ50は、描画終了信号F7(F7-End)を”Low”とすると共に、並進クロック信号F4及び回転クロック信号F5を出力する(図3、時刻Tp)。なお、この際の並進クロック信号F4及び回転クロック信号F5は描画ジョブ開始時の周波数(Fini)のクロック信号である。
上記した並進クロック信号F4及び回転クロック信号F5が有効(信号出力)となった後に、EBR10がこれらのクロックに同期して動作し、描画開始半径になった時点でEBR10が描画開始信号F6(F6-/Start)を”Low”(アクティブ)とする。
フォーマッタ50は、開始信号F6がアクティブとなったことに応答して描画を開始する。すなわち、描画信号である変調信号F1の出力を開始する(図3、時刻Tini)。
次に、描画時におけるフォーマッタ50の制御動作について図面を参照して説明する。フォーマッタ50の制御によって、EBR10は同心円状のトラックを描画するが、1つのトラックに複数回の描画(重ね書き)を行う。本実施例においては、EBR10が各トラックについて3回(NOL=3)の重ね書きを行う場合を例に説明する。
図4は、本発明の実施例1であるフォーマッタ50の制御を示すタイムチャートである。具体的には、描画を開始した時点(Tini)以降における、基板15の回転数(REV)と電子ビームの偏向信号F3の関係を示している。また、フォーマッタ50は、並進クロック(T-CLK)F4を出力するとともに回転クロック(T-CLK)F5を出力する。図4は、基板15が8回回転(REV=1−8)する期間の波形を示している。
ここで、偏向信号F3は鋸歯状信号(アナログ電圧信号)であって、基板15が3回回転する間(Tini 〜T3)、基準電圧(V=Vref=0volt)からV=3*VDまで(すなわち、1回転当りVD)線形に変化する。偏向信号F3が基準電圧Vref(=0volt)であるとき、電子ビームは基準偏向位置(例えば、基板15に対して垂直位置)にある。
偏向信号F3は、T1〜T3までの区間(重ね書き期間)と、T3からT4(調整期間)までの区間を1サイクルとして、このサイクルが繰り返されて出力される信号である。なお、重ね書き期間は2回転以上である。
図5に示すように、基板15は、描画開始時の位置(破線で示す、基板中心をOで示す)から3回転終了時の位置(実線で示す、基板中心をO’で示す)までX方向に並進する。この際、電子ビームEBは、偏向信号F3によって基板15を追従するようにビーム偏向がなされる。つまり、図6に示すように、電子ビームEBの偏向(すなわち、射出方向)が固定されている場合には、基板15上でスパイラル状のビーム軌跡(破線で示す)となるが、フォーマッタ50の制御(偏向信号F3)によって、EBR10は、同心円のトラックTR1(実線で示す)を描画する。
なお、フォーマッタ50は、回転クロックF5及び並進クロックF4の表す駆動量及びパルス数に基づいて、ビームスポットが基板15の中心に関して同一の半径位置及び角度位置(r,θ)であるように(基板15を追従するように)電子ビームの偏向制御をなす。
そして、基板15の第1回転〜第3回転(REV=1〜3)の各々において、フォーマッタ50からは同一データ(変調信号F1)が出力されることによって、トラックTR1は3回(NOL=3、すなわちN=1〜3)、同一データの重ね書きによって描画される。
換言すれば、電子ビームEBのビームスポットが、基板15の並進と同一方向かつ同一速度であるように偏向される。かかるビーム偏向制御によって、電子ビームEBの基板15上のビームスポットは、基板15の中心に関して同一の半径位置及び角度位置(r,θ)に固定されるので、同心円のトラックTR1(第1トラック)の重ね書き描画が実行される。また、重ね書きの回数は、入出力部55からの設定ファイルの入力等によって任意に設定が可能である。また、設定された重ね書きの回数に応じて、基板15が1回転する間に並進する距離が調整される。例えば、重ね書き回数が3回に設定された場合、基板15が1回転する間に並進する距離は、トラックピッチの1/3に設定される。
必要な重ね書き回数は、基板に塗布されたレジスト材料の種類や現像工程にかける時間等によっても変ってくるため、重ね書き回数を任意に設定できるようにしておくことで、原盤製造において柔軟な対応が可能になる。
図8に示すように、トラックTR1のドーズ量を、重ね書きを行わない場合(N=1)の3倍に増加させることができ、描画時のノイズやランダム成分を除去することができ、S/Nの高い、高精度な描画を行うことが可能である。
当該第1トラックTR1の重ね書き描画の終了時点(T=T3)において、偏向信号F3によって偏向電圧は1回転する期間(T=T3〜T4)をかけて基準電圧(V=Vref=0volt、図4)に戻される。偏向信号F3は、期間T3からT4においては、偏向電圧を急激に基準電圧に戻すよりは、期間T3からT4の全部又は一部を使ってなだらかに基準電圧に戻すことが好ましい。なぜならば、次の描画サイクルで描画を再開したときの描画パターンが乱れないためである。より詳細には、かかる偏向の調整期間ΔT(以下、偏向調整期間ともいう。)における偏向信号F3(以下、偏向調整信号ともいう。)は、重ね書き描画の終了時点(T=T3)の偏向電圧から重ね書き描画の開始時点(T=T0)の偏向電圧に線形に変化する信号である。すなわち、重ね書き描画の開始から次のトラックの重ね書き描画の開始までの偏向信号F3は鋸歯状信号である。なお、この偏向調整期間、電子ビームはブランキング(変調信号F1は”low”又はオフ)されている(図4)。
すなわち、電子ビームは基準偏向位置(例えば、基板15に対して垂直)に戻され、電子ビームEBのビームスポットは基板15の中心に関してトラックTR1の描画終了時の角度位置と同一の角度位置に戻される。一方、この時点において、基板15上のビームスポットの基板15の中心に関する半径位置(ラジアル位置)は、トラックTR1の重ね書き及び次のトラック位置までの並進に要した並進距離だけ移動している。図8に示すように、かかる距離がトラック間のピッチp1(トラックピッチという。)になる。
そして、フォーマッタ50は、基板15の第4回転〜第6回転(REV=5〜7)において、上記した第1回転〜第3回転(REV=1〜3)の場合と同様な制御を行う。これにより、当該トラックTR2は3回(NOL=3)、同一データの重ね書きによって描画される。
上記したように、トラック描画間において、1回転する期間(描画を行わない空き期間)をかけて電子ビームEBの偏向を基準位置に戻すことによって、トラックを正確に接続することが可能となる。すなわち、図9に示すように、各トラックは接続点Ci(i=1〜5)において正確に繋がった円として描画される。なお、接続点Ciは同心円を描く際の開始点と終点とが重なる場合だけでなく、開始点と終点が所定量はなれた接続領域内にある場合もある。そして、本実施例の場合、各接続点Ciは基板15の同一半径(同一角度位置)上にある。
なお、描画モードがCLV(Constant Line Velocity)の場合には、フォーマッタ50は、描画するトラックの半径位置に応じて基板15の回転数を変化させる回転クロックF5を出力する。また、1回転分のデータ長及び各マーク及びスペース長もトラック長(円周の長さ)によって異なるので、描画データを調整した変調信号F1を出力するように構成されている。かかるフォーマッタ50の制御によって、図7及び9に示すように、上記トラックピッチだけ離れた同心円の第2トラックTR2の重ね書き描画が実行される。
上記したフォーマッタ50の制御によるビーム偏向制御が繰り返し実行され、第1トラックTR1,第2トラックTR2,第3トラックTR3,・・・の重ね書き描画が実行される(図3)。
かかるビーム偏向制御は、CLV(Constant Line Velocity)描画、CAV(Constant Angular Velocity)描画等の種々の描画モードに適用することができる。
なお、上記した鋸歯状偏向信号F3は、描画モード(CLV,CAV等)に応じて適宜選択される。すなわち、第1トラックTR1,第2トラックTR2,・・・の各々に対応する鋸歯状信号(アナログ電圧信号)F3の傾きを描画モードに応じて。電子ビームの照射位置が基板15の並進に追従するように変更してもよい。
フォーマッタ50は、設定されたジョブの描画を終了する場合、描画終了信号F7(下記)を”High”として描画終了をEBR10に通知する(T=Tend、図3)。この信号を受けた後、EBR10は描画開始信号F6を”High”として、現在のジョブの描画を終了する。
図10は、本発明の実施例2であるフォーマッタ50の制御を示すタイムチャートである。実施例1の場合と同様に、フォーマッタ50は、ビームスポットが基板15を追従するように電子ビームの偏向制御をなす。すなわち、基板15の第1回転〜第3回転(REV=1〜3)において、同一データ(変調信号F1)を出力して、トラックTR1は3回(NOL=3)の重ね書きによって描画される。
実施例1においては、トラックTR1の描画終了後、偏向電圧を基準電圧(V=Vref=0volt)に戻す期間として基板15が1回転する期間(T=T3〜T4)を設けたが、本実施例においては、1回転する期間に限らず、所定の偏向調整期間(ΔT)を設けている。なお、当該偏向調整期間(ΔT)は基板15が1回転する期間よりも短いことが好ましい。
つまり、当該偏向調整期間(ΔT)において電子ビームはブランキング(変調信号F1は”low”又はオフ)され、偏向信号F3によって電子ビームは基準偏向位置(重ね書き描画の開始時点の偏向位置)に戻される。
そして、フォーマッタ50は、基板15の第4回転(REV=1〜3)の開始から上記偏向調整期間(ΔT)だけ遅れて、上記した第1回転〜第3回転(REV=1〜3)の場合と同様な制御を行う。これにより、当該トラックTR2は3回(NOL=3)、同一データの重ね書きによって描画される。
かかる制御によれば、図11に示すように、トラックTR2は接続点C2において正確に繋がった円として描画される。ここで、接続点C2は、トラックTR1の接続点C1よりも角度位置でΔθ(=v*ΔT/r、ここで、vは線速度、rは半径位置)だけシフトした位置である。また、図12に示すように、トラックピッチp2は、全く偏向調整期間(ΔT)を設けない場合(トラックピッチp0)に比べて偏向調整期間(ΔT)に基板15が並進する距離だけ大きくなる。
このようなフォーマッタ50の制御が繰り返し実行され、第1トラックTR1,第2トラックTR2,第3トラックTR3,・・・の各々について重ね書き描画が順次実行される。上記したように、これらのトラック各々の接続点Ci(i=1, 2, ... )は互いにずれるが、各トラックは接続点Ciにおいて正確に繋がった円として描画される。
なお、トラック各々の接続点Ci(i=1, 2, ... )は同一のラジアル方向に整列せずに、タンジェンシャル方向にずれた位置に形成されるが、接続点Ciは基板15の、例えば、セクタの開始点又はセクタの境界上に対応する位置であることが好ましい。つまり、接続点Ciが描画データの描画基準位置にあれば描画制御が容易となるからである。
また、上記したフォーマッタ50の制御によって、接続点Ciにおいてトラックは良好に接続され得るが、僅かな誤差が生じる場合もある。従って、接続点Ciが、基板の特定の領域、例えば、低精度許容領域内であるように設定されていることが好ましい。例えば、当該低精度許容領域とは、クロック検出用のプリアンブル部やアドレス領域である。プリアンブルは、ラジアル方向に連続して設けられるため、接続点Ciがプリアンブル描画領域内であるように設定されれば同心円トラックの接続に僅かな誤差があっても悪影響は少ない。
また、各トラックTRi(i=1, 2, ... )のドーズ量を、重ね書きを行わない場合のNOL倍(NOLは任意に設定可能な2以上の整数)に増加させることができ、描画時のノイズやランダム成分を除去することができ、S/Nの高い、高精度な描画を行うことが可能である。
図13は、本発明の実施例3であるフォーマッタ50の制御を示すタイムチャートである。上記した実施例の場合と同様に、フォーマッタ50は、ビームスポットが基板15を追従するように制御をなす。
フォーマッタ50は、基板15の第1回転〜第4回転(REV=1〜4)の期間T=T0〜T1において、偏向信号F3を出力する。偏向信号F3は鋸歯状信号(アナログ電圧信号)であって、基板15が4回(REV=1〜4)回転する間、基準電圧(V=Vref=0volt)からV=VDまで線形に変化する。すなわち、電子ビームは、偏向信号F3によって基板15を追従するようにビーム偏向がなされる。フォーマッタ50は、基板15の第1回転〜第4回転(REV=1〜4)の期間T=T0〜T1において、基板15の1回転ごとに同一データ(変調信号F1)を出力して、4回(NOL=4)の重ね書きによって描画される(ラインLN1,図14)。
時刻T1において偏向信号F3は基準電圧Vref(=0volt)に戻され、電子ビームはラインLN1の描画開始時の偏向位置(基準偏向位置)に戻され、電子ビームのビームスポットは基板15の中心に関してラインLN1の描画終了時の角度位置と同一の角度位置に戻される。一方、この時点において、基板15上のビームスポットの基板15の中心に関する半径位置(ラジアル位置)は、ラインLN1の描画に要した並進距離だけ移動している。図14に示すように、かかる距離がライン間のピッチpw(ラインピッチ又は描画ピッチという。)になる。
フォーマッタ50は、基板15の第5回転〜第8回転(REV=5〜8)の期間T=T1〜T2及び第9回転〜第12回転(REV=9〜12)の期間T=T2〜T3において、第1回転〜第4回転(REV=1〜4)の場合と同様に、偏向信号F3を出力し、基板15を追従するようにビーム偏向をなす。すなわち、基板15の第5回転〜第8回転(REV=5〜8)及び第9回転〜第12回転(REV=9〜12)において、基板15の1回転ごとに第1回転〜第4回転(REV=1〜4)の場合と同一のデータ(変調信号F1)を出力して、それぞれ4回(NOL=4)の重ね書きによって描画される(ラインLN2及びLN3,図14)。ラインLN2及びLN3は上記した描画ピッチpwだけ離れている。
ラインLN1(REV=1〜4)、LN2(REV=5〜8)及びLN3(REV=9〜12)の3つのラインの描画(ライン数NLN=3)によってトラックTR1が描画される(図14)。つまり、電子ビームのプロファイルは広がり(一般的には、ガウシアン形状)を有し、また、照射ビームの前方及び後方散乱によってドーズ量プロファイル(ドーズ量分布)は変化する。従って、ラインLN1,LN2,LN3の描画(ビーム照射)によるドーズ量プロファイルはこれらの合成されたものとなる。これにより、ラインLN1,LN2,LN3の合成としたものとしてトラックTR1が描画される。なお、ラインLN1,LN2,LN3の間隔(ピッチ)は、ラインLN1,LN2,LN3のビーム照射による描画(隣接するラインの描画によるドーズ量プロファイル)が重なるように設定されていることが好ましい。
換言すれば、フォーマッタ50は、上記した偏向調整期間(ΔT)を設けずに(ΔT=0)とし、重ね書きを複数組(本実施例においては、複数のラインLN1,LN2,LN3の3組)を行ってトラックTR1の描画を実行する。そして、当該複数の描画ラインの互いに隣接する描画ライン間の間隔は各ラインのドーズ量プロファイルがオーバーラップするように設定されていることが好ましい。
フォーマッタ50は、トラックTR1の描画後、基板15の第13回転〜第16回転(REV=13〜16)、第17回転〜第20回転(REV=17〜20)、第21回転〜第24回転(REV=21〜24)、第25回転〜第28回転(REV=25〜28)の各々において、電子ビームのブランキングを行い、描画ピッチpwの4倍のトラック間スペース部が形成される。
次に、フォーマッタ50は、上記したラインLN1〜LN3の描画の場合と同様な制御を行い、トラックTR2の重ね書き描画を実行する。
なお、電子ビームのブランキングを行い、トラック間スペース部を形成する期間(非描画期間)は、任意に設定できるが、同心円の描画ピッチの整数倍に対応する期間(回転回数)であることが好ましい。
このように、フォーマッタ50の制御により、回転同期信号に同期して基板が所定の重ね書き回数だけ回転される期間に亘って、電子ビームのビームスポットが基板の並進に追従するように並進同期信号に同期して電子ビームが偏向され、描画データの重ね書きが実行される。また、当該重ね書きの終了後、同心円の描画ピッチの整数倍に対応する期間、電子ビームのブランキングがなされ、トラック間スペースが形成される。
従って、本実施例によれば、各トラックTRi(i=1, 2, ... )のドーズ量を、重ね書きを行わない場合の4×NOL倍(NOLは各ライン重ね書き数、任意に設定可能な2以上の整数)に増加させることができ、描画時のノイズやランダム成分を除去することができ、S/Nの高い、高精度な描画を行うことが可能である。さらに、トラックを複数のラインで構成しているので、ガウシアン状の電子ビームによってもトラックのエッジをシャープに描画することが可能である。
実施例1及び実施例2では、各トラックが接続点Ciにおいて正確に繋がった円として描画する場合について説明したが、各トラックの接続点Ciを非描画区間内に設けることも可能である。
図15は、本発明の実施例4を示している。各トラックの接続点Ci(i=1〜5)は、基板15の所定の角度区間(例えば、区間[θ1〜θ2])の非描画区間内に設けられている。すなわち、フォーマッタ50は、描画開始信号F6、回転クロック信号F5、並進クロック信号F4等を調整してトラックの接続点Ciが当該非描画区間内になるように制御する。
かかる構成によれば、トラックの接続点Ciが正確に繋がらない場合でも、あるいは同一角度位置上からずれて一直線状にならない場合でも悪影響は回避される。
なお、ディスクフォーマットによっては、このような非描画区間が設けられない場合もある。かかる場合、接続点Ciが、基板の特定の領域、例えば、低精度許容領域内であるように制御されることが好ましい。上記したように、当該低精度許容領域は、例えば、ラジアル方向に連続して設けられるディスクのプリアンブル部である。すなわち、トラックの接続点Ciが正確に繋がらない場合でも、接続点Ciがプリアンブル部に位置するように制御されれば悪影響は少ない。
なお、パターンドメディア(ディスクリートトラックメディア、ビットパターンドメディア)のサーボエリアの形状は、円弧形状になっている。したがって、トラックの接続点Ciの配列はサーボエリアの形状にあわせて円弧形状にしても良い。 従って、本発明によれば、同心円のトラックの重ね書き描画によって、各トラックの描画におけるランダム成分を除去することができ、S/Nの高い、高精度な描画を行うことが可能である。また、1のトラックの描画から次のトラックの描画を実行する前に描画を行わない空き期間(非描画期間)を設けることによって正確に接続された同心円のトラックを描画することが可能である。
上記したフォーマッタ50による制御はコンピュータプログラムとして実現することも可能である。すなわち、上記した制御信号である変調信号F1、偏向信号F3、並進クロック信号F4、回転クロック信号F5、描画開始信号F6、描画終了信号F7等をそれぞれ指令するコマンドあるいはコードを含むコンピュータプログラムを用いることができる。そして、当該コンピュータプログラムをプロセッサによって実行し、上記制御信号を生成して電子ビーム記録装置を制御することができる。
以上、詳細に説明したように、本発明の電子ビーム記録装置(EBR)及びその制御装置(フォーマッタ)は、上記した各種制御信号に関する設定値を変更することで、重ね書き回数、ドーズ量、トラックピッチ、トラック数などの描画条件を容易に変更、設定できる。従って、高精度に同心円状のトラックを描画することが可能で、自由度が高く制御性に優れた電子ビーム記録装置及びその制御装置並びに制御方法を提供することができる。
Claims (26)
- 基板を回転及び並進させつつ電子ビームを照射して前記基板上に同心円状のパターンを描画する電子ビーム記録装置の制御装置であって、
前記基板が所定の重ね書き回数だけ回転される期間に亘って、前記電子ビームのビームスポットが前記基板の並進に追従するように前記電子ビームを偏向させて重ね書きをなすための偏向信号を生成する偏向信号生成器と、
前記描画データを出力するデータ出力部と、を有し、
前記偏向信号生成器は前記描画データによる1のパターンの重ね書きが終了した後、次に重ね書きすべき新たなパターンの描画開始位置であって、同心円状のパターンの描画軌跡において前記1のパターンの重ね書きが終了した地点よりも描画方向に進んだ位置まで、所定の偏向調整期間をかけて前記電子ビームを偏向させるための偏向調整信号を生成し、
当該同心円の接続領域が前記基板の非描画区間内又は前記基板の低精度許容領域内であるように設定されていることを特徴とする制御装置。 - 前記重ね書き回数を設定する設定部をさらに有し、前記偏向信号生成器は当該設定された重ね書き回数に応じて前記偏向信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
- 前記偏向調整期間は前記基板が1回転する期間であることを特徴とする請求項1又は2に記載の制御装置。
- 前記偏向調整期間は前記基板が1回転する期間よりも短いことを特徴とする請求項1又は2に記載の制御装置。
- 前記偏向信号は鋸歯状波形の信号であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1に記載の制御装置。
- 前記低精度許容領域はプリアンブル描画領域であることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
- 基板を回転及び並進させつつ電子ビームを照射して前記基板上に描画データに基づいて同心円状のパターンの描画を行う電子ビーム記録装置の描画制御に用いられるコンピュータのプログラムであって、
前記基板が所定回数だけ回転される期間に亘って、前記電子ビームの照射位置が前記基板の並進に追従するように前記電子ビームを偏向させて重ね書きをなすための偏向信号を生成するとともに、前記描画データによる1のパターンの重ね書きが終了した後、次に重ね書きすべき新たなパターンの描画開始位置であって、同心円状のパターンの描画軌跡において前記1のパターンの重ね書きが終了した地点よりも描画方向に進んだ位置まで、所定の偏向調整期間をかけて前記電子ビームを偏向させる偏向調整信号を生成するステップと、
前記所定回数だけ前記描画データを出力する出力指令をなすステップと、を有し、
当該同心円の接続領域が前記基板の非描画区間内又は前記基板の低精度許容領域内であるように設定されていることを特徴とする前記コンピュータに実行させるためのプログラム。 - 前記所定回数の指定を受け付けるステップをさらに有し、
前記偏向信号を生成するステップは当該指定回数に応じて前記偏向信号を生成することを特徴とする請求項7に記載のプログラム。 - 前記偏向調整期間は前記基板が1回転する期間であることを特徴とする請求項7又は8に記載のプログラム。
- 前記偏向調整期間は前記基板が1回転する期間よりも短いことを特徴とする請求項7又は8に記載のプログラム。
- 前記偏向信号を生成するステップは鋸歯状波形の信号を生成することを特徴とする請求項7ないし10のいずれか1に記載のプログラム。
- 前記偏向信号を生成するステップは、前記重ね書きを複数の描画ラインの各々に行い、前記複数の描画ラインの互いに隣接する描画ライン間の間隔は前記描画ラインのドーズ量プロファイルがオーバーラップするように設定されていることを特徴とする請求項7ないし11のいずれか1に記載のプログラム。
- 前記低精度許容領域はプリアンブル描画領域であることを特徴とする請求項7に記載のプログラム。
- 基板を回転させつつ前記基板をその半径方向に並進させ、電子ビームを偏向しつつ照射して前記基板上に描画データに基づき電子ビームを照射して同心円状のパターンを描画する電子ビーム記録装置であって、
前記基板が所定の重ね書き回数だけ回転される期間に亘って、前記電子ビームのビームスポットが前記基板の並進に追従するように前記電子ビームを偏向させて重ね書きをなすための偏向信号を生成する偏向信号生成器と、
前記重ね書き回数に応じて前記描画データを繰り返し出力するデータ出力部と、
前記基板を回転駆動及び並進駆動する回転及び並進駆動部と、
前記偏向信号に応じて前記電子ビームの偏向を行う電子ビーム偏向器と、
前記データ出力部から出力される描画データに応じて電子ビームの描画をなす電子ビーム変調器と、を有し、
前記偏向信号生成器は前記描画データによる1のパターンの重ね書きが終了した後、次に重ね書きすべき新たなパターンの描画開始位置であって、同心円状のパターンの描画軌跡において前記1のパターンの重ね書きが終了した地点よりも描画方向に進んだ位置まで、所定の偏向調整期間をかけて前記電子ビームを偏向させるための偏向調整信号を生成し、
前記偏向調整期間は、当該同心円の接続領域が前記基板の非描画区間内又は前記基板の低精度許容領域内であるように設定されていることを特徴とする電子ビーム記録装置。 - 前記重ね書き回数を設定する設定部をさらに有し、前記偏向信号生成器は当該設定された重ね書き回数に応じて前記偏向信号を生成することを特徴とする請求項14に記載の電子ビーム記録装置。
- 前記偏向調整期間は前記基板が1回転する期間であることを特徴とする請求項14又は15に記載の電子ビーム記録装置。
- 前記偏向調整期間は前記基板が1回転する期間よりも短いことを特徴とする請求項14又は15に記載の電子ビーム記録装置。
- 前記並進同期信号の周波数は前記基板が所定の重ね書き回数だけ回転される期間に亘って一定であり、前記偏向信号は鋸歯状波形の信号であることを特徴とする請求項14ないし17のいずれか1に記載の電子ビーム記録装置。
- 前記偏向信号生成器は、前記重ね書きを複数の描画ラインの各々に行い、前記複数の描画ラインの互いに隣接する描画ライン間の間隔は前記描画ラインのドーズ量プロファイルがオーバーラップするように設定されていることを特徴とする請求項14ないし18のいずれか1に記載の電子ビーム記録装置。
- 前記低精度許容領域はプリアンブル描画領域であることを特徴とする請求項14に記載の電子ビーム記録装置。
- 前記電子ビームをブランキングするブランキング制御部を有し、前記偏向調整期間は前記ブランキング制御部により前記電子ビームがブランキングされていることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
- 前記偏向調整信号を生成するステップは、前記偏向調整期間の間は前記電子ビームをブランキングすることを特徴とする請求項7に記載のプログラム。
- 前記電子ビームをブランキングするブランキング制御部を有し、前記偏向調整期間は前記ブランキング制御部により前記電子ビームがブランキングされていることを特徴とする請求項14に記載の電子ビーム記録装置。
- 基板を回転及び並進させつつ電子ビームを照射して描画データに基づいて前記基板上に同心円状のパターンを描画する電子ビーム記録装置の制御装置であって、
前記基板が所定の重ね書き回数だけ回転される期間に亘って、前記電子ビームのビームスポットが前記基板の並進に追従するように前記電子ビームを偏向させて重ね書きをなすための偏向信号を生成する偏向信号生成器と、
前記描画データを出力するデータ出力部と、を有し、
前記偏向信号生成器は前記描画データによる1のパターンの重ね書きが終了した後、次に重ね書きすべき新たなパターンの描画開始位置まで、基板が1回転するのにかかる期間である偏向調整期間をかけて前記電子ビームを偏向させるための偏向調整信号を生成し、
前記偏向調整期間は、当該同心円の接続領域が前記基板の非描画区間内又は前記基板の低精度許容領域内であるように設定されていることを特徴とする制御装置。 - 基板を回転及び並進させつつ電子ビームを照射して前記基板上に同心円状のパターンを描画する電子ビーム記録装置の描画制御に用いられるコンピュータのプログラムであって、
前記基板が所定の重ね書き回数だけ回転される期間に亘って、前記電子ビームのビームスポットが前記基板の並進に追従するように前記電子ビームを偏向させて重ね書きをなすための偏向信号を生成するステップと、
前記描画データによる1のパターンの重ね書きが終了した後、次に重ね書きすべき新たなパターンの描画開始位置まで、基板が1回転するのにかかる期間である偏向調整期間をかけて前記電子ビームを偏向させるための偏向調整信号を生成するステップと、
前記所定の重ね書き回数だけ前記描画データを出力する出力指令をなすステップと、を有し、
当該同心円の接続領域が前記基板の非描画区間内又は前記基板の低精度許容領域内であるように設定されていることを特徴とする前記コンピュータに実行させるためのプログラム。 - 基板を回転及び並進させつつ電子ビームを照射して描画データに基づいて前記基板上に同心円状のパターンを描画する電子ビーム記録装置であって、
前記基板が所定の重ね書き回数だけ回転される期間に亘って、前記電子ビームのビームスポットが前記基板の並進に追従するように前記電子ビームを偏向させて重ね書きをなすための偏向信号を生成する偏向信号生成器と、
前記重ね書き回数に応じて前記描画データを繰り返し出力するデータ出力部と、
前記基板を回転駆動及び並進駆動する回転及び並進駆動部と、
前記偏向信号に応じて前記電子ビームの偏向を行う電子ビーム偏向器と、
前記データ出力部から出力される描画データに応じて電子ビームの描画をなす電子ビーム変調器と、を有し、
前記偏向信号生成器は前記描画データによる1のパターンの重ね書きが終了した後、次に重ね書きすべき新たなパターンの描画開始位置まで、基板が1回転するのにかかる期間である偏向調整期間をかけて前記電子ビームを偏向させるための偏向調整信号を生成し、
前記偏向調整期間は、当該同心円の接続領域が前記基板の非描画区間内又は前記基板の低精度許容領域内であるように設定されていることを特徴とする電子ビーム記録装置。
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