(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の電子ビームで１回のみの連続的な露光モードで描画する電子線描画装置において、
電子ビームのビーム成形を行うアパーチャーは、電子ビームを通す開口の面積を連続的に変化させる開口可変機構部と、該開口可変機構部の開度を制御する開口面積可変部を有し、描画制御部は、情報記録媒体用の原盤のレジスト膜を露光するとき、隣接トラック又は半径方向の隣接ピット間の距離が、露光条件とレジスト膜の厚さとレジスト材質により定まる一定の値以下になる位置で、前記開口可変機構部の開度を小さくする開口面積制御信号を前記開口面積可変部に送り、レジスト膜を露光する電子ビーム径を変化させて露光エネルギを可変することを特徴とする電子線描画装置。
【請求項２】
前記開口面積可変部は電歪素子の伸縮作用により前記開口可変機構部の開度を可変する請求項１記載の電子線描画装置。
【請求項３】
前記描画制御部は、パターン生成信号と実露光位置情報を基に前記開口可変機構部の開度の制御量とタイミングを演算して決定する請求項１又は２記載の電子線描画装置。
【請求項４】
前記描画制御部は、前記開口可変機構部の開度の制御量とタイミングを演算するとき、パターン間距離の逆数の値を導入する請求項３記載の電子線描画装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば半導体やエンコーダや光学素子あるいは光ディスク用の原盤のマスタリング工程等情報記録用各種媒体のマイクロ加工分野で使用する電子線描画装置、特に、重ね塗り描画モードではなく、１本の電子線で１回のみの連続的な露光モード、例えば一定ピッチの仮想スパイラル軌跡に沿いながら、規則性のある周期で蛇行する連続溝あるいはピット列を形成するときの隣接するパターン露光に起因する近接効果の補正に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば光ディスク用の原盤のマスタリング工程では、通常、レジスト膜にレーザビームを露光してビットや案内溝（グルーブ）を形成している。このレーザビームの露光の限界は、光の波長と対物レンズの開口数で定まる光の回折限界で決定され、近年のコンピュータ等の情報機器を取り巻く情報量の増大に対応していくためには限度がある。このレーザビームの露光限界を越えた微小なピットやグルーブを形成するため、半導体プロセスに使用される電子線描画方式が検討されている。
【０００３】
電子線描画装置では、半導体プロセスに代表されるようにステッパ露光方法が採用され、電子線の走査方法としては、半導体チップなどに配置される矩形パターンや円形や長円などでは、図１１（ａ）に示すように、それらの領域５０を重ね描きして塗りつぶすような描画モードであるラスタ走査やベクタ走査が採用されている。また、ステージ移動方式としてＸ−θテーブルを利用した連続移動方式が採用されている。この連続移動方式は、ウエハーやガラス板をステージに保持し、所定の速度で連続的に移動させて描画する方式であり、ステージの位置変化や制御誤差を電子線偏向器にフィードバックして、電子銃から見て電子線照射点が移動しないようにしている。すなわち、パターン形状精度や位置精度はＸ−θテーブルと電子銃との相互作用に支配される。この塗り重ね方式を使用して半導体チップなどの矩形パターンを描画する場合、領域境界線を除いた殆どの部分でオーバ露光が許容され、領域の始点と終点の位置精度のみが問題とされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この電子線描画装置で光ディスク用の原盤を露光するとき、電子線の走査方法としては、図１１（ｂ）に示すように、１本の電子線で１回のみの連続的に露光してビームサイズとほぼ近似のライン５１を一筆描きで描画する一筆描き方式を採用する必要がある。この一筆描き方式で描画する場合、３ｍ／ｓ以上の高速描画で、かつ、ｎｍ単位の位置制御が要求される。またパターン形状精度も４０ＧＢ／平方インチの場合、１０ｎｍ以下のばらつきしか許容されない。このような高速描画性能を満足するため、高速回転でかつｎｍ送り精度を有するＸ−θテーブルを配置し、電子ビームカラムにおいてもブランキング立ち上がり時間１ｎｍ、電子ビーム偏向４０ＭＨｚなどの性能が要求される。そして一筆描き方式で描画して形成する全てのピット長さと幅及びグルーブの幅と位相は、時間やアドレス情報そのものであり、最終記録媒体での各種信号値やジッターなどを決定するため、露光プロセスにおける細かな制御を行い露光品質を高める必要がある。
【０００５】
この露光プロセスにおける細かな制御としては、（ａ）ピットの大きさを変調した高密度記録と、（ｂ）ＲＡＭディスクのプリフォーマットにおけるピット幅やグル−ブ幅などの微小調整と、（ｃ）蛇行グルーブ同士が周期的に近接するときに問題となる露光干渉すなわち近接効果の補正などがある。
【０００６】
近接効果は、入射電子が基板内部で後方へ反射散乱され、所定の領域以外の部分も露光される現象である。この近接効果は、実パタ−ンのピット幅やグル−ブ幅とピッチ量が小さくなるにしたがって顕著であり、隣接するピットやグル−ブ境界領域が潰れて区別がつかなくなってしまう。例えば電子ビーム径と露光時間とピッチの水準を実験的に様々に組み合わせて露光したときの、単位長さ当たりの電子ビームの照射時間であるドーズタイムに対してピット径やグルーブ幅をプロットした結果を図７に示す。図７に示すように、ピッチが小さくなるにしたがって近接効果によりドット径が大きくなる。ディスク用の原盤は、記録情報の高密度化から例えばトラックピッチ等のパターン間隔が狭くなり、近接効果による影響を低減する必要がある。
【０００７】
この近接効果を低減する方法として、モンテカルロシュミレ−ションによれば、入射電子の加速電圧を１００ＫｅＶと高くすれば散乱項は小さくなり、近接効果は回避できる。しかしながら露光効率が極端に低下して加工のスループット時間が膨大となり、実用的ではなく、現実には２０ＫｅＶ程度の電子ビームを使用しなければならず、露光エネルギを調整して近接効果を補正する必要がある。露光エネルギは電子ビームの加速電圧や電流値とビーム径により定まる。現状の電子線描画装置では加速電圧や電流値は一定であることを前提としているため、露光エネルギを調整するためには被描画面におけるビーム径を調整する必要がある。
【０００８】
このビーム径の調整により一筆描き方式でディスクのレジストに描画されるライン幅がどのように変化するかを説明する。レーザビーム露光と同様に描画する電子ビームはＸ−Ｙ平面における２次元ガウシアン分布をしているとし、ガウシアン分布の標準偏差をσ、ビーム電流をＩとすると、描画する電子ビームの電流密度分布Ｊ（Ｘ，Ｙ）は下記（１）式で表せる。
【０００９】
【数１】
0003946572.tif 000002
【００１０】
電子ビームはディスク面を速度ｖでＹ方向に走査すると、Ｘ方向を横切る露光ドーズ（Ｄｏｓｅ）の分布は下記（２）式で表せる。
【００１１】
【数２】
0003946572.tif 000003
【００１２】
レジスト感度Ｓの初期γ値を仮定し、レジストと基板内でにおける電子の散乱を無視すると、±Ｘ幅のラインが現像される。このときビーム径ｄの半値幅でのライン幅ｗは下記（３）式で表せる。
【００１３】
【数３】
0003946572.tif 000004
【００１４】
（３）式からライン幅ｗは、ラインドーズＩ／ｖとビ−ム径ｄ及びレジスト感度Ｓによって決定される。すなわちラインドーズを変化させることにより、電子ビームで描画したライン幅を測定することができ、（３）式からビーム径ｄとレジスト感度Ｓを評価することができる。また、単純化のため、（３）式を最小自乗法で整理すると下記（４）式が導き出せる。
【００１５】
【数４】
0003946572.tif 000005
【００１６】
（４）式に示すようにＷ２とln（Ｉ／ｖ）の間に直線関係が存在し、ビーム径ｄを調整することによりライン幅ｗを制御することができる。
【００１７】
このビーム径ｄの調整方法としては、電子ビームをオン／オフ変調するとともにビーム整形を行うアパーチャーの重なりとビーム偏向を利用した可変成形ビーム方式と、アパーチャーの選択とビ−ム偏向を利用した図形一括転写ビ−ム方式と、ズームレンズやレンズ切り替えによるガウシアンビーム方式がある。可変成形ビーム方式と図形一括転写ビ−ム方式は、元来、あらかじめ定められた特定のパターン、例えば矩形や円形等を高速に塗りつぶすために使用される方式であり、光ディスクのマスタリング工程で使用する一筆描き方式には不向きである。また、ガウシアンビーム方式のズームレンズ方式は第１収束レンズと第２収束レンズの強度の組み合わせを制御し、レンズ切替え方式は第１収束レンズと第２収束レンズのどちらかを選択して、各々ビーム径を制御しているが、いずれも安定するための時間が５分以上かかり、一筆描き方式で高速に描画するときにビーム径ｄを棒が速度に追従させて制御することは困難である。
【００１８】
この発明はかかる短所を改善するためになされたものであり、１本の電子線で１回のみの連続的な露光モードで、規則性のある周期で蛇行する連続溝あるいはピット列を形成するとき、隣接するパターン露光に起因する近接効果を簡単な構成で補正して、蛇行する連続溝あるいはピット列を小さなピッチで安定して描画することができる電子線描画装置及び情報記録媒体を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電子線描画装置は、１本の電子ビームで１回のみの連続的な露光モードで描画する電子線描画装置において、電子ビームのビーム成形を行うアパーチャーは、電子ビームを通す開口の面積を連続的に変化させる開口可変機構部と、開口可変機構部の開度を制御する開口面積可変部を有し、描画制御部は、情報記録媒体用の原盤のレジスト膜を露光するとき、隣接トラック又は半径方向の隣接ピット間の距離が、露光条件とレジスト膜の厚さとレジスト材質により定まる一定の値以下になる位置で、前記開口可変機構部の開度を小さくする開口面積制御信号を前記開口面積可変部に送り、レジスト膜を露光する電子ビーム径を変化させて露光エネルギを可変することを特徴とする。
【００２１】
また、開口面積可変部は電歪素子の伸縮作用により開口可変機構部の開度を連続的に可変する。
【００２２】
また、描画制御部は、パターン生成信号と実露光位置情報を基に開口可変機構部の開度の制御量とタイミングを演算して決定し、露光補正の精度を高める。
【００２３】
さらに、描画制御部は、開口可変機構部の開度の制御量とタイミングを演算するときに、パターン間距離の逆数の値を導入して、目標形状をより精度良く達成させる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の電子線描画装置の構成図である。光ディスクのマスタリング工程で使用する電子線描画装置１は電子ビームユニット２と、描画するレジスト板３を保持したターンテーブル４を回転するとともに水平方向に横移動するテーブル駆動部５が真空チャンバ６内に設けられている。真空チャンバ６には予備チャンバとしてロードロック室７が真空チャンバ６内のターンテーブル４の延長上に配置されている。
【００２６】
電子ビームユニット２は電子ビーム発生系８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９とを有する。電子ビーム発生系８は電子銃1０とコンデンサレンズ１１と１対の電極を有する電子ビーム変調部１２及びアパーチャー１３を有する。電子銃１０は電子ビームを出射する。コンデンサレンズ１１は電子銃１０から出射した電子ビームを電子ビーム変調部１２に集光する。電子ビーム変調部１２は１対の電極によって発生している電磁場により電子ビームを偏向させてアパーチャー１３に照射する。アパーチャー１３は、図２のブロック図に示すように、電子ビームを通す開口の面積を可変する開口可変機構部１４と、開口可変機構部１４の開度を可変制御する開口面積可変部１５を有する。開口可変機構部１４は、例えば図３の平面図に示すように、カメラの絞り機構を利用したものであり、環状に形成され、外周部に突起１６を有する回転板１７と、例えば厚さ10μｍ程度のステンレス等の金属板で形成された複数の可動羽根１８を有する。各可動羽根１８は、内周面が放物曲面で形成され、回転板１７に設けられたガイド溝１９と嵌合するガイドピン２０を有し、固定ピン２１に回転自在に取付けられ、複数の可動羽根１８の内周面で開口部２２を形成し、突起１６により回転板１７を回転することにより、複数の可動羽根１８がガイド溝１９に倣って回転して開口部２２の面積を可変する。開口面積可変部１５は、回転板１７の突起１６を挟んでＵ字上に形成されたケース２３に対向して設けられた電歪子２４を有する。この電歪子２４の材料としては、例えばＰｂ（ＭｇｘＮｂｙ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３系セラミックスを使用することにより、電界誘起歪み０．２％を容易に得ることができる。電子ビームレンズ系９は、１対の電極を有する電子ビーム偏向部２５と、第１のフォーカスレンズ２６と第２のフォーカスレンズ２７を有する。
【００２７】
テーブル駆動部５はターンテーブル４を回転するモータを有する回転機構部２８と、回転機構部２８を水平方向に移動する送り機構部２９を有する。このテーブル駆動部５と真空チャンバ６は、外乱振動の影響を防止するため石定盤３０に設置されている。
【００２８】
電子ビームユニット２の電子ビーム変調部１２とアパーチャー１３の開口面積可変部１５及び電子ビーム偏向部２５には、図２に示すように、パターンジェネレータ３１から描画する図形パターンに応じた変調信号と開口面積制御信号及び偏向制御信号がそれぞれ送られる。また、テーブル駆動部５の回転機構部２８と送り機構部２９の各モータを駆動制御するドライバ３２，３３にはパターンジェネレータ３１から回転制御信号と送り制御信号がそれぞれ送られる。
【００２９】
この電子線描画装置１でレジスト板３に、ＣＬＶフォーマット（線速一定）の情報トラックを描画するとき、テーブル駆動部５でレジスト板３を保持したターンテーブル４を回転するとともに一定ピッチで送りながら、電子ビーム発生系８の電子銃１０から電子ビームを出射する。出射された電子ビームはコンデンサレンズ１１により集光され、１対の電極から構成される電子ビーム変調部１２によって発生している電磁場を通過するときに偏向させる。偏向した電子ビームはアパーチャー１３に照射される。この電子ビームの偏向が大きいときはアパーチャー１３により遮断してレジスト板３まで到達しなく、偏向させなければアパーチャー１３の開口部２２を通過してレジスト板３に到達し、光変調と同様のオン／オフ変調を行うことができる。また、電子ビームはアパーチャー１３の開口部２２を通過するときにビーム整形も同時に行なわれ電子ビームレンズ系９に導入される。電子ビームレンズ系９では蛇行（ウォブル）溝を形成するとき、電子ビーム偏向部２５で電子ビームに偏向角を与える。その後、電子ビームは第１のフォーカスレンズ２６と第２のフォーカスレンズ２７によりレジスト板３に集光させて、図４に示すように、等ピッチの螺旋トラック３４を描画する。
【００３０】
この描画によりレジスト板３に形成される溝３５は、図５に示すように、隣接する溝３５がある規則に基づいて蛇行（ウオブル）している。この蛇行の振幅（ふれ幅）と周期はアドレスや時間を意味するものである。近接部や離れた部分が複雑に入り混じり、一定周期をもって接近と離散を繰り返している。この蛇行の状態を図６の模式的に示す。図６（ａ）は例えば図４のＮトラック部と（Ｎ＋１）トラック部を拡大してしましたものであり、時間ｔ１〜ｔｎ〜ｔ(ｎ＋ｍ)と経過するにしたがってトラック３４間の距離が変化する。この蛇行したトラック３４を描画するとき、電子ビーム径が一定のままでレジスト板３を露光すると、トラック３４が接近する時間ｔｎでは近接効果により所定の値より太い溝が形成され振幅値が大きくなってしまう。
【００３１】
そこで図６（ｂ）に示すように、蛇行したトラック３４のパターンに応じてパターンジェネレータ３１から開口面積制御信号をアパーチャー１３の開口面積可変部１５の電歪子２４に送り、電歪子２４を膨張，収縮させて突起１６を移動して回転板１７を回転して可動羽根１８を回転させて、可動羽根１８の内周部で形成する開口部２２の面積を可変して、アパーチャー１３を通る電子ビーム束を変えて、レジスト板３を描画する電子ビーム径を変化させて近接効果を補正する。このようにしてレジスト板３に一定幅の蛇行溝を形成することができる。
【００３２】
この蛇行したトラック３４のパターンに応じてパターンジェネレータ３１から出力する開口面積制御信号には、図７（ａ），（ｂ）に示すように、電子ビーム径と露光時間とピッチの水準を実験的に様々に組み合わせて露光したときの、ピット径やグルーブ幅をプロットした実験結果から電子ビーム径の適正な補正量を求めて適用したり、前記溝幅計算式である（４）式における電子ビーム径を示すパラメータｄを変化させて計算した図８に示す計算結果により電子ビーム径の適正な補正量を求めて適用すれば良い。例えば図８において、プロ−ブ電流1.00E-09の条件で、開口径を５ｕｍ小さくすると約１０％の径減少率を得ることができる。この径減少率は実用的には０．５％程度の制御で充分である。そして蛇行溝形成には２０ＭＨｚ程度の周波数応答が必要であるが、近接効果の補正については最大２００ＫＨｚ程度の周波数応答性が確保されれば良い。
【００３３】
例えば図７（ｂ）に示すように、単位長さ当たりの電子ビームの照射時間であるドーズタイムと溝幅の実験結果をもとに、ＳＱＲＴ近接効果指標なるパラメータを開発し、この値を横軸にとり実際の溝幅との相関性を調べた結果を図９に示す。このＳＱＲＴのパラメータは、ドーズタイムと隣接パタ−ン間の距離の逆数の積の平方根で定義した。図９に示すように、ＳＱＲＴのパラメータと実際の溝幅との相関性は良く、前記前記溝幅計算式である（４）式にこのＳＱＲＴのパラメータを組み合わせることにより、必要とする電子ビーム径を精度良く決定することができる。
【００３４】
すなわち、ＣＬＶ露光モードではドーズタイムは一定である。螺旋トラック３４の基準ピッチに対して溝の蛇行量が仮に±０．１ピッチとすると、最も近接した部分では０．２ピッチだけ狭くなる。このことが溝幅に与える影響は、図７の曲線関係式にＸ±ΔＸを代入することで求めることができる。この求められた溝幅変化ΔＷを溝幅の理論式である（４）式に使用することにより必要な電子ビーム径の変化Δｄを求めることができ、この変化を達成するようにアパーチャー１３の開口部２２の開口面積を制御すれば良い。
【００３５】
また、ピット列を描画するとき、長さが異なるピット群は、電子ビームの進行方向成分の積分エネルギが異なり、長さが長いほどピット幅が太くなる。この場合も、長さが異なるピット群のパターンに応じてアパーチャー１３の開口部２２の開口面積を可変することにより、均一な幅のピットを形成することができる。
【００３６】
前記説明ではアパーチャー１３の開口可変機構部１４をカメラの絞りと同様な機構にした場合について説明したが、図１０に示すように、対向する面が楕円等の２次曲線で形成された２枚の可動羽根４０を重ね合わせて開口部２２を形成し、２枚の可動羽根４０にそれぞれ固定部材４１に固定された電歪子２４を取付け、固定部材４１と可動羽根４０の間に引張ばね４２を取付け、２枚の可動羽根４０を電歪子２４と引張ばね４２により描画するパターンに応じて移動して開口部２２の開口面積を可変するようにしても良い。
【００３７】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、１本の電子ビームで１回のみの連続的な露光モードで描画するときに、電子ビームのビーム成形を行うアパーチャーに設けた開口面積可変機構部で、電子ビームを通す開口の面積を連続的に変化させるようにしたから、電子ビームの露光エネルギを精度良く調節することができ、露光過多減少を回避して所望のバターンを精度良く描画することができる。
【００３８】
また、情報記録媒体用の原盤のレジスト膜を露光するとき、隣接トラック又は半径方向の隣接ピット間の距離が、露光条件とレジスト膜の厚さとレジスト材質により定まる一定の値以下になる位置で、開口面積可変機構部の開度を小さくして、レジスト膜を露光する電子ビーム径を変化させて露光エネルギを可変することにより、近接効果を補正して安定したバターンを描画することができる。
【００３９】
また、開口面積可変部は電歪素子の伸縮作用により開口面積可変機構部の開度を可変することにより、簡単な構成で開口面積可変機構部の開度を連続的に、かつ安定して可変することができる。
【００４０】
また、開口面積可変機構部の開度の制御量とタイミングを、パターン生成信号と実露光位置情報を基に演算して決定することにより、電子ビームの照射位置情報をリアルタイムに反映して制御でき、露光補正の精度を安定して維持することができる。
【００４１】
さらに、開口面積可変機構部の開度の制御量とタイミングを演算するときに、パターン間距離の逆数の値を導入することにより、目標形状をより精度良く達成させることができ、安定したパターンを描画することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電子線描画装置の構成図である。
【図２】電子線描画装置の構成を示すブロック図である。
【図３】アパーチャーの構成図である。
【図４】レジスト板に描画した螺旋トラックを示す平面図である。
【図５】蛇行した溝を示す模式図である。
【図６】蛇行したトラックと、蛇行したトラックに対する電子ビーム径を示す模式図である。
【図７】ドーズタイムに対するドット径及び溝幅の変化の実験結果を示す特性図である。
【図８】アパーチャーの開口径を可変したときのプローブ電流とプローブ径の変化特性図である。
【図９】ＳＱＲＴ近接効果の指標を示す特性図である。
【図１０】他のアパーチャーの構成図である。
【図１１】描画するパターンを示す模式図である。
【符号の説明】
１；電子線描画装置、２；電子ビームユニット、３；レジスト板、
４；ターンテーブル、５；テーブル駆動部、６；真空チャンバ、
７；ロードロック室、８；電子ビーム発生系、９；電子ビームレンズ系、
１０；電子銃、１１；コンデンサレンズ、１２；電子ビーム変調部、
１３；アパーチャー、１４；開口可変機構部、１５；開口面積可変部、
１６；突起、１７；回転板、１８；可動羽根、２２；開口部、
２４；電歪子、２５；電子ビーム偏向部、２６；第１のフォーカスレンズ、
２７；第２のフォーカスレンズ、２８；回転機構部、２９；送り機構部、
３０；石定盤、３１；パターンジェネレータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003946572.tif 000014
【図１０】
0003946572.tif 000015
【図１１】
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