(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針で基板表面を走査させるとともにこれらの間に電流を供給して前記基板に所望のパターンを描画するパターン描画装置であって、
パターンデータを読み込む入力部と、
前記パターンデータに基づいて、前記探針と前記基板の間に供給する電流値、及び、前記電流の供給位置を決定する制御部と、
前記基板上のパターン描画領域外で探針を走査させながら電圧を印加して、前記電流値が得られたときの電圧値を記憶する電圧記憶部と、
前記基板上のパターン描画領域で探針を走査させながら前記電流供給位置で前記電圧値を印加して電流を供給する電圧印加部とを有することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパターン描画装置であって、
前記パターンデータは、電流のＯＮ／ＯＦＦを表現するビットで表現され、各ビットの位置が前記基板上における前記探針の座標を示すことを特徴とするパターン描画装置。
【請求項３】
請求項１に記載のパターン描画装置であって、
前記パターンデータは、電流値に対応する一以上のビットで表現され、各ビットの位置が前記基板上における前記探針の座標を示し、
前記制御部は、前記複数ビットと、前記ビットデータの位置に基づいて前記探針と前記基板の間に供給する電流値、及び、前記電流の供給位置を決定することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項４】
請求項１に記載のパターン描画装置であって、
前記パターンデータは、前記電流値のデータ及び前記探針の座標データを有することを特徴とする特徴とするパターン描画装置。
【請求項５】
請求項４に記載のパターン描画装置であって、
前記探針の座標データは、前記探針の走査の始点及び終点の座標データの組からなることを特徴とするパターン描画装置。
【請求項６】
請求項１に記載のパターン描画装置であって、
前記電圧値の記憶は、所定の距離パターンを描画する毎に行うことを特徴とするパターン描画装置。
【請求項７】
請求項１に記載のパターン描画装置であって、
前記電圧値の記憶は、走査線毎に行うことを特徴とするパターン描画装置。
【請求項８】
請求項１に記載のパターン描画装置であって、
前記電圧値の記憶を、すでに使用した電圧取得領域で行うことを特徴とするパターン描画装置。
【請求項９】
請求項１に記載のパターン描画装置であって、
予め標準電圧値の範囲を設定し、一の走査線で電圧測定を複数回行い各電圧値を前記電圧記憶部に記憶し、描画領域により近い位置で測定された電圧値から順に前記標準電圧値の範囲と比較し、該電圧値が前記範囲内の場合は、これをパターン描画時に印可する電圧値とし、該電圧値が前記範囲外の場合は、次の位置で測定された電圧値を前記範囲と比較することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のパターン描画装置であって、
前記複数の電圧値が標準電圧値の範囲外の場合に、前走査線でパターン描画に用いた電圧値を印加することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のパターン描画装置であって、
前記電流供給位置外では、前記電圧値より小さい電圧を印可することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１２】
基板主面に第１のレジスト膜を形成する工程と、
前記第１のレジスト膜上に導電層を形成する工程と、
前記導電層上に第２のレジスト膜を形成する工程と、
パターンデータに基づいて、探針と前記導電層の間に供給する電流値、及び、前記電流の供給位置を決定する工程と、
前記第２のレジスト膜上のパターン描画領域外で探針を走査させながら電圧を印加して、前記電流値が得られたときの電圧値を記憶する工程と、
前記第２のレジスト膜上で前記探針を走査させながら前記電流供給位置で前記電圧値を印加し、前記第２のレジスト膜に前記パターンを描画する工程と、
パターンが描画された前記第２のレジスト膜をマスクとして前記第１のレジスト膜および導電層をエッチングして前記基板に所望のパターンを形成する工程とを有するパターン描画方法。
【請求項１３】
探針で基板表面を走査しながら該探針と該基板との間に電流を供給して所望のパターンを描画するパターン描画装置であって、
パターンデータ入力部と、複数の探針と、各探針と前記基板の間に電圧を印可して電流を供給する電圧印加部と、前記各探針と前記基板との間に流れる電流値を測定する電流測定部と、測定された電流値が前記パターンデータに基づき決定された電流値となったときの電圧値をそれぞれの探針について記憶する電圧記憶部と、記憶した各電圧値を前記描画パターンデータに基づき決定された印加位置で各探針に印可させるよう前記電圧印加部を制御する制御部を有することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のパターン描画装置であって、
前記基板は前記電圧値を決定するための電圧取得領域を有し、電圧取得領域はそれぞれの探針に対する電圧取得部分領域を備え、各探針について対応する電圧取得部分領域で電流値を測定して、各探針毎の電圧値を決定することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載のパターン描画装置であって、
前記基板は前記電圧値を決定するための電圧取得領域を有し、各探針で同一の電圧取得領域を走査して、各々の探針に対する電圧値を決定することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１６】
請求項１３に記載のパターン描画装置であって、
前記複数の探針は２次元的に配列されていることを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１７】
探針と、被描画基板を搭載するステージと、前記ステージを回転させる回転駆動部と、前記探針と前記基板の間に電圧を印可して電流を流す電圧印加部と、前記探針と前記基板との間に流れる電流値を測定する電流測定部と、前記電流測定部で描画パターンデータに基づき決定された電流値が得られたときの電圧値を記憶する電圧記憶部と、前記電圧印加部を制御して、決定した電圧値を前記描画パターンデータに基づき決定された電圧印加位置で印可させる制御部を有することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の描画装置であって、
前記電圧値の記憶は、所定の距離描画する毎に行うことを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の描画装置であって、
前記電圧値の測定は、所定の回転角度毎に行うことを特徴とするパターン描画装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、走査プローブ顕微鏡を用いた微細加工技術において用いられるパターン描画装置、及びパターン描画方法に関する。
背景技術
半導体電子素子の高集積化、記録メディアの高密度化に伴い、極微細加工技術が必要とされている。しかし、電子素子では光リソグラフィーで使用する光の波長やレンズ材料により最小加工寸法が１００ｎｍ程度に限られ、また、記録メディアではレーザ原版の記録装置において解像度マージンの減少が予想されている。近年、これに代わる技術として、例えば、Ｓ．Ｃ．Ｍｉｎｎｅ  ｅｔ  ａｌ．”Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ０．１（ｍ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ”Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６６（６）６  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  １９９５  ｐｐ．７０３−７０５、あるいはＨｙｏｎｇｓｏｋ  Ｔ．Ｓｏｈ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  １００ｎｍ  ｐＭＯＳＦＥＴｓ  ｗｉｔｈ  Ｈｙｂｒｉｄ  ＡＦＭ／ＳＴＭ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”（１９９７  ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ  ＯＮ  ＶＬＳＩ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ）に示されるような、走査プローブ顕微鏡を用いた微細加工技術が注目されている。これは一般に探針と基板間に電圧を印加して加工を行う方法で、解像度が高く、原理的には原子レベルの加工も可能である。
さらに、米国特許５，６６６，１９０に開示されているように、複数のカンチレバーを備えたリソグラフィシステムも提案されている。
発明の開示
走査プローブ顕微鏡を描画装置に用いる場合には、探針から基板への照射線量を一定に保つために探針−基板間に印加する電圧を制御しなければならない。しかし、この制御では閉ループ制御によるフィードバック処理を行っているため高速処理には不向きである。また、実際には探針−基板間の浮遊容量に対する充放電電流が制御を妨げる方向に流れるため処理速度はさらに遅くなる。そのため、電流のＯＮ／ＯＦＦを頻繁に繰り返すよう複雑な図形を描画する場合には、膨大な時間が必要であった。
本発明は、描画距離が比較的短いならば、フィードバック制御を行わないで一定の電圧を印加しただけでも、探針から基板への照射電流がほぼ一定に保たれることに着目したものである。すなわち、あらかじめフィードバックをかけて所望の照射電流が得られる電圧値を測定、記憶しておき、実際の描画はフィードバックをかけないで記憶しておいた電圧値のＯＮ／ＯＦＦだけで行う。
この場合、フィードバック処理は、例えば所定の描画距離毎に、一度だけ行えばよいため、常時フィードバックを必要とする従来の方法に比べ大幅な時間短縮が可能となる。さらに、複数探針を用いた描画装置にこの方法を利用した場合、個々の探針の電流値を同時に制御する必要がないため複雑な制御系を必要とせず、さらに高速な描画が可能となる。
発明を実施するための最良の形態
（実施例１）
本実施例では一本の探針を用いてレジスト膜上に描画を行うパターン描画装置の例を図１、図２および図３を用いて説明する。図１は本発明の描画装置の第１の実施例構成概念を示すブロック図である。描画ヘッド部１の導電性の探針２は導電性のバネ部３を介してホルダー４に接続され、レジスト層８及び導電層７を塗布した基板６からなる被描画部５が探針２に対向して位置し、被描画部５はＺ駆動部９およびＸＹ駆動部１０に固定されており、探針２に対して相対的に被描画部５をその面内方向及び垂直方向に走査できる。ＸＹ駆動部１０はＺ粗動部１１に接続され、探針２を被描画部５に対して垂直方向に粗く移動することができる。導電層７は電流検出部１３と接続され、ここで探針２からレジスト層８を通して流れる電流が検出され、制御部１２により所望の電流値となるように電圧印加部１４から探針２に印加する電圧が調整される。この時の電圧値は電圧記憶部１５で一時的に記憶され、後にこの値を利用することができる。バネ部３は位置検出部１６と接続され、ここで探針２のレジスト層８からの垂直方向の相対的な位置あるいは両者に加わる力が検出され、制御部１２により探針２が所定の位置となるようにＺ駆動部９のＺ方向変位が調整される。また、制御部１２はＸＹ駆動部１０を変位させることにより、探針２をレジスト層８に対して面内に移動することができる。さらに、入力部１７から所定のパターンデータを制御部１２に読み込むことによりパターンデータに対応して探針２の位置及び電流値を制御することができる。
次に図１に示した装置を用いてパターン描画を行う際の動作を説明する。まず、探針２とレジスト層８とを接触させるためにＺ粗動部１１により両者を粗く接近させる。十分接近させた後、位置検出部１６、制御部１２、Ｚ駆動部９から成る位置フィードバックループにより探針２の垂直方向位置を自動制御する。入力部１７よりパターンデータを読み込み、制御部１２はこのパターンデータに基づいて探針２の位置及び電流値を制御する。以後、図２を用いて説明する。図２（ａ）は二次元パターンデータの例である。データの各ビットが電流のＯＮ／ＯＦＦを表現しており、データの位置がレジスト層８上における探針２の座標を示している。ここではＯＮビット２０を黒、ＯＦＦビット２１を白で示した。図２（ｂ）は描画時のレジスト層８上での探針２の動きを示したものである。制御部１２はパターンデータに従ってラスタ走査により描画を行うが、実際に所望のパターンが描画される描画領域２３とは別に、描画電圧をあらかじめ求めるための電圧取得領域２２が設けられている。電圧取得領域２２では、各走査線２４の始めに電流検出部１３、制御部１２及び電圧印加部１４から成る電流フィードバックループをＯＮにして探針２を走査しながら電圧値を測定し、電圧記憶部１５にその電圧値を記憶しておく。探針２が描画領域２３に入ると、電流フィードバックをＯＦＦにして走査し、パターンデータのそれぞれのＯＮビット２０に対応する描画位置２５に探針２がある場合は、電圧記憶部１５に記憶された電圧値を所定の時間印加し、ＯＦＦビット２１に対応する位置にある場合は、電圧を印加しないか電流が流れるしきい値以下の電圧を印加する。これを各走査線２４において行うことによってパターンを描画する。
パターンデータは必ずしも図２（ａ）で示したようにＯＮ／ＯＦＦの１ビットで表現する必要はなく、複数ビットで表現し各数値に異なる電流値を対応させてもよい。その場合、電圧取得領域２２では各電流値に対応した電圧値を測定し電圧記憶部１５に記憶する。電圧取得領域２２における電圧値測定は必ずしも各走査線２４毎に行う必要はなく、複数の走査線２４毎に一回行ってもよいし、各走査線２４毎に複数回行ってもよい。電圧取得領域２２はレジスト層８表面のどこにあってもよいが、描画領域２３のできるだけ近傍が特に望ましい。また、電圧取得領域２２内での電圧値の測定は一度使用した領域でも行えるため、同じ領域を使用することによって電圧取得領域２２の面積を小さくすることもできる。
図２（ａ）で示したパターンデータでは各データ位置を探針２の位置に対応させているが、パターンデータ内に電流データと共に探針２の座標を記述したものを用いてベクタ走査により描画してもよい。具体的には、パターンデータは電流値データと探針２の始点および終点座標データの組みを描画する順番に並べたものを用いる。探針２はパターンデータで与えられた電流値に対応する電圧を印加しながら始点から終点に移動し、これを繰り返すことにより所望のパターンを描画する。
電圧取得領域２２ではレジスト層８の状態、あるいは探針２の状態等の何らかの影響によって、正しい電圧値が得られない場合が考えられ、そうした場合、その走査線２４上の描画が適切に行えなくなる。これを防止するために、電圧取得領域２２の各走査線２４上での電圧測定を複数回行って複数個の電圧値を電圧記憶部１５に記憶しておく。これらの電圧値を例えば新しい順に吟味して行き、あらかじめ設定した標準的な電圧値の範囲を超えるものは使用しないで、次に新しい電圧値を吟味するということを適切な電圧値が得られるまで行う。もし、全ての電圧値が適切でなかったならば、やはり電圧記憶部１５に記憶しておいた前回の走査線２４において使用した電圧値を用いる。こうすることにより、非常に信頼性の高い描画が行える。
本実施例では、Ｚ駆動部９およびＸＹ駆動部１０はピエゾ素子を用いて制御部１２からの電圧信号で変位を調節する。Ｚ粗動部１１の機構としては、ステッピングモータとマイクロメータヘッドを用いるが、これはてこ式、インチワーム式等いずれの方法を用いてもかまわない。Ｚ駆動部９、ＸＹ駆動部１０およびＺ粗動部１１は描画ヘッド部１と被描画部５を相対的に移動させるためのものであるから、いずれの側にあってもよい。位置検出部１６の位置検出は、バネ部３によるレーザ光の反射を用いる光てこ式で行う。
基板６はガラス製で、導電層７としてクロムを２０ｎｍから１００ｎｍ蒸着し、約１０ｎｍから１００ｎｍの厚さのレジスト層８（例えば、ポリ（ビニルフェノール）とアジドの混合レジストであるネガ型レジスト（日立化成工業株式会社製ＲＤ２１００Ｎ））を塗布する。レジスト層８に使用するレジストはノボラック系フェノール樹脂と感光剤の混合レジスト、化学増幅系レジスト、ポリメタクチル酸メチルでもよい。基板６は例えばシリコン、ドープしたシリコンなど加工したい任意の材料を使用することができる。基板６にドープしたシリコンを使用する場合は基板６自身が導電性のため導電層７は省略しても良い。導電層７は電流検出部１３と接続され、探針２に加えられる電圧によりレジスト層８に流れる電流が測定可能となる。基板６が導電性の場合は基板６に直接電流検出部１３を接続すればよい。導電層７を接地して用いることもできるが、その場合は、電流検出部１３を電圧印加部１４と共に探針２に接続して電流を検出する。
探針２およびバネ部３は、例えば、微細加工技術を用いてシリコン単結晶で、一体化されて作成される。これらは、また、酸化シリコン、窒化シリコンでも良い。探針２の先端の曲率半径は１０ｎｍから１００ｎｍ、バネ部３のバネ定数は０．０５Ｎ／ｍから５Ｎ／ｍ、共振周波数は１０ｋＨＺから５０ｋＨＺであることが適当である。探針２は厚さ１０ｎｍから５０ｎｍのチタンを蒸着することにより導電性を持たせてある。これはチタンのほか、タングステン、モリブデン、炭化チタン、炭化タングステン、炭化モリブデン、導電性ダイアモンドを用いても良い。
基板６表面が平坦でなく、段差がある場合の描画方法を図３を用いて説明する。図３はここで用いる被描画部５のみを取り出して示した図である。基板６表面に段差がある場合、通常の描画方法では探針２が段差直下の領域に入り込めず描画できないばかりでなく、探針２が段差と衝突し損傷を受ける恐れがある。基板６の凹凸の影響を軽減させるために、基板６表面に平坦化層３０を塗布し表面を平坦化する。この平坦化層３０表面に図１と同様な導電層７とレジスト層８を塗布する。描画は図１と同様のパターン描画装置を用いて同様の方法で行い、レジスト層８を現像す驍アとにより導電層７上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして、導電層７および平坦化層３０をエッチングするなどして取り除くことにより平坦化層３０のパターンが基板６上に形成される。例えばパターンをすでに形成したシリコンの基板６上に、平坦化層３０としてレジスト（例えば日立化成工業株式会社製ＢＬＯＣ）を３００ｎｍとなるように回転塗布し、その上にｐ型シリコンを蒸着して導電層７を形成し、最後にレジスト層８として膜厚４０ｎｍのレジスト（例えば日立化成工業株式会社製ＲＤ２１００Ｎ）を塗布したものを用いる。描画後、レジスト層８に転写されたパターンを現像した後、そのレジストパターンをマスクとして導電層７を四弗化炭素ガスでドライエッチングし、さらに平坦化層３０を例えば酸素ガスでドライエッチングすることにより基板６にパターンを転写する。
本実施例で、実際に描画を行った結果を図４を用いて説明する。基板６としては導電性のシリコン基板を用い、５０ｎｍの厚さの前記レジストＲＤ２１００Ｎを塗布したレジスト層８を形成し、導電層７は省略した。このレジスト層８上で探針２を０．１ｍｍ／ｓで移動させ、探針２と基板６との間に流れる電流が３０ｐＡになるように設定した。この時印加する電圧は−４０Ｖ付近であった。
レジスト層６に潜像作成中は、探針２は潜像を作成するために印加した電圧によって探針２−基板６間に働くクーロン力を受ける。このクーロン力により、バネ部３が変形し、探針はレジスト層８に接触している。潜像は作成しようとするパターンに応じて形成しない部分もある。潜像を形成しない部分では電流が必要ないため、この位置では探針２に電圧を印加する必要はない。しかし、電圧を０Ｖにすると探針２に作用していたクーロン力がなくなるため、バネ部３の変形がなくなり、レジスト層８表面から離れてしまう。そうすると、潜像を形成すべき位置で再び電圧を印加した際、探針２にクーロン力が突然作用してバネ部３が急に変形することになり、そのため探針２がレジスト層８に激しくぶつかり探針２が破損する可能性が高くなる。そのため、潜像を作製しない部分を描画する際は、潜像が形成されないほどの小さい電流が流れるように電圧を制御するのがよい。本実施例では印加電圧を−２０Ｖ以下にすると電流は１ｐＡ以下になり潜像は形成されなかった。そこで、パターンデータのＯＦＦビット２１に対応する印加電圧値を−２０Ｖとした。また、描画電圧を決定する際の標準電圧範囲を３０Ｖ以上とした。図４（ａ）に示した図形をパターンデータとして上記条件で描画し、０．８３％の水酸化テトラメチルアンモニウム溶液に１分間浸積することにより現像して得られたレジストパターン３１を走査電子顕微鏡で観察した結果を図４（ｂ）に示す。図の左上から水平方向にラスタ走査を行って描画した。電圧取得領域３２においては電流フィードバックにより電流値が徐々に設定値に近づくため、走査するにつれ徐々に描画されている様子がわかる。描画領域３３においてはパターンデータが３０ｕｍ×３０ｕｍの領域に転写された。このパターンの最小加工寸法は１００ｎｍであった。
本実施例では、電流フィードバックを常時かけるのではなく、所定の描画距離毎に行って、その時に所望の電流が得られる電圧値を求めて記憶しておき、実際の描画はその電圧値のＯＮ／ＯＦＦのみで行うので、複雑で微細な図形パターンを高速に描画するパターン描画装置を提供することができる。なお、電圧値の記憶は、探針の摩耗を考慮して、徐々に短い距離毎に実行するように制御してもよい。
（実施例２）
本実施例では複数の探針を用いてレジスト膜上に描画を行うパターン描画装置の例を図５を用いて説明する。本実施例は、図１に示した実施例のパターン描画装置と本質的に変わるところはないが、図１との相違点は、一次元的に配列した複数の導電性の探針４０ａ−４０ｄがそれぞれ複数のバネ部４１ａ−４１ｄを介して共通のホルダー４に固定され、探針４０ａ−４０ｄはそれぞれ独立に電圧印加部１４に接続されており、電圧印加部１４は探針４０ａ−４０ｄに同時に独立に電圧を印加できるようになっている点である。また、両端のバネ部４１ａおよび４１ｄは位置検出部１６に接続されており、これにより実施例１の場合と同様に探針４０ａおよび４０ｂのレジスト層８表面からの垂直方向位置を検出し、これらの信号をもとにそれぞれ二つのＺ駆動部４２ａおよび４２ｂを変位させて、すべての探針４０ａ−４０ｄの垂直方向位置を所望の値に調整する。両実施例で共通するものは同じ参照符合で示した。
次に図５に示した装置を用いてパターン描画を行う際の動作を説明する。まず、実施例１と同様に探針４０ａ−４０ｄとレジスト層８とを接触させるためにＺ粗動部１１により両者を粗く接近させる。十分接近させた後、位置検出部１６、制御部１２、Ｚ駆動部４２ａおよび４２ｂから成る二つの独立した位置フィードバックループにより探針４０ａおよび４０ｄの垂直方向位置を自動制御する。これにより、もし探針４０ａ−４０ｂの先端を結んだ直線とレジスト層８表面とが平行でなくても、これが平行となるように自動的に調整され、探針４０ａ−４０ｂをレジスト層８表面にほぼ同じ力で接触させることができる。
パターンデータはそれぞれの探針４０ａ−４０ｄに対して用意し、入力部１７よりパターンデータを読み込み、制御部１２はこのパターンデータに基づいて探針４０ａ−４０ｄの位置及び電流値を制御する。図６は二次元パターンデータの例である。パターンデータ５１，５２，５３，５４はそれぞれ探針４０ａ−４０ｄで描画する際に用いるデータである。実施例１と同様にデータの各ビットが電流のＯＮ／ＯＦＦを表現しており、データの位置がレジスト層８上における探針４０ａ−４０ｄの座標を示している。ここでもＯＮビット２０を黒、ＯＦＦビット２１を白で示した。図７は描画時のレジスト層８上での探針４０ａ−４０ｄの動きを示したものである。走査領域５５、５６、５７，５８はそれぞれ探針４０ａ−４０ｄの走査領域で、各走査領域５５、５６、５７、５８は描画領域６０、６４、６８、７２と４個の電圧取得領域５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄ等に分かれている。
各走査線６１、６５、６９、７３の始めに、探針４０ａ−４０ｄがそれぞれ電圧取得領域５９ａ、６３ａ、６７ａ、７１ａを走査しているとき、電流検出部１３、制御部１２及び電圧印加部１４から成る電流フィードバックループをＯＮにして探針４１ａを走査しながら所望の電流が得られる電圧値を測定し、電圧記憶部１５にその電圧値を記憶しておく。この間探針４１ｂ、４１ｃ、４１ｄはそれぞれ電圧取得領域６３ａ、６７ａ、７１ａを同時に走査するが、０Ｖかあるいは電流が流れるしきい値以下の電圧を印加しておく。次に、探針４０ａ−４０ｄがそれぞれ電圧取得領域５９ｂ、６３ｂ、６７ｂ、７１ｂを走査しているときは、探針４１ａ、４１ｃ、４１ｄには０Ｖかあるいは電流が流れるしきい値以下の電圧を印加しておき、探針４１ｂに対して電流フィードバックをＯＮにして所望の電流が得られる電圧値を測定、記憶する。この操作を探針４１ｃ、４１ｄに関しても繰り返すことにより、各探針４０ａ−４０ｄが描画時に用いる電圧を測定、記憶する。すなわち、各探針４０ａ−４０ｄで用いる電圧値をそれぞれ電圧取得領域５９ａ、６３ｂ、６７ｃ、７１ｄで求める。探針４０ａ−４０ｄがそれぞれ描画領域６０、６４、６８、７２に入ると、電流フィードバックをＯＦＦにして走査し、探針４０ａ−４０ｄがパターンデータのＯＮビット２０に対応するそれぞれの描画位置６２、６６、７０、７４にある場合は、電圧記憶部１５に記憶されたそれぞれの電圧値を所定の時間印加し、ＯＦＦビット２１に対応する位置にある場合は、電圧を印加しないか電流が流れるしきい値以下の電圧を印加する。これを各走査線６１、６５、６９，７３において行うことによってパターンを描画する。
各探針４０ａ−４０ｄで描画するパターンデータは必ずしも図６で示したようなそれぞれ異なったものである必要はなく、同一のパターンデータを複数の探針で描画してもよい。また、電圧取得領域は必ずしも各探針毎に分割する必要はなく、例えば同一の電圧取得領域を探針の個数回だけ走査して、各回でそれぞれの探針が描画時に用いる電圧を求めてもよい。図５では４個の探針４０ａ−４０ｄを一次元的に並べた例を示したが、探針の個数に制限はなく個数が多いほど描画速度が速くなる。また、探針は二次元的に配列させてもよい。その場合、探針の垂直位置制御のための位置検出は同一直線上にない三つの探針に接続されたバネ部を用いて行い、それぞれの信号に対して三つの独立した位置フィードバックにより三つのＺ駆動部を変位させることにより、探針の垂直位置制御を行えばよい。実施例１と同様に、図３に示したような平坦化層３０を用いて描画を行えば、基板６に凹凸がある場合でも描画が可能である。電流検出部１３を電圧印加部１４と共に探針４０ａ−４０ｂに接続し、導電層７を接地し、それぞれの探針４０ａ−４０ｂに流れる電流を独立に測定することにより、それぞれの探針４０ａ−４０ｄに関して独立に電流フィードバックをかけてもよい。そうすることにより各探針４０ａ−４０ｂが描画時に必要な電圧値を同時に測定可能となるため、描画速度を向上できる。
図８（ａ）は１００個の探針を二次元的に配列させたものを用いて描画したパターンの模式図である。各々の探針が各走査領域７５内を走査し、走査領域７５は探針と同じ配列で探針の数だけ存在する。さらに、走査領域７５の内部は電圧取得領域７６および描画領域７７に分かれている。この例では、各走査線毎に電圧測定を行っているために走査領域７５の左側の領域が全て電圧取得領域７６となっている。そのため、走査領域７５の左側全体に電圧測定時に描画されたパターンが残されている。一方、図８（ｂ）は各走査線の最初に電圧測定を行うのでなく、走査領域７５の左上に電圧取得領域７６を設け、探針をこの領域に移動して電圧測定を行った場合の例を示している。この場合、走査領域７５の左側に描画領域７７が存在しているため、左右に隣り合うパターン同士を接触させることができる。
本実施例では、チタンを蒸着して導電性を持たせたシリコン単結晶の探針およびバネ部を０．１ｍｍ間隔で縦横１０個、すなわち１００個の探針を配列させたものを用い、５０ｎｍの厚さのレジストＲＤ２１００Ｎを塗布した導電性のシリコン基板上で、各探針に流れる電流が３０ｐＡになるように設定して、各探針を０．１ｍｍ／ｓの速度で０．１ｍｍ四方の範囲を移動させて描画を行うことにより、１ｍｍ四方の領域にパターンを描画した。
（実施例３）
次に、基板を回転させて描画するためのパターン描画装置とした実施例を図９を用いて説明する。本実施例は図５に示した実施例のパターン描画装置と本質的に変わるところはないが、被描画部５を回転させるものとし、これに応じて、一次元に配列された探針４０ａ−４０ｄを被描画部５の片側に寄せて配置したものである。両実施例で共通するものは同じ参照符合で示した。図５に示した実施例との主要な相違点は、被描画部５が回転ステージ８０上に固定され、回転ステージ８０は制御部１２からの制御信号に応じて回転駆動部８２により回転軸８１を介して回転されるという点である。また、探針４０ａ−４０ｄをレジスト層８に対して相対的に移動させるためのＺ駆動部４２ａ、４２ｂ、ＸＹ駆動部１０およびＺ粗動部１１は描画ヘッド部１側に取り付けられている。電圧印加部１４には電流検出部１３が接続され、接地された導電層７とそれぞれの探針４０ａ−４０ｄとの間に印加する電圧の制御および電流の検出を独立に行える。
描画に先立って、まずＺ粗動部１１を用いて探針４０ａ−４０ｄをレジスト層８表面に接近させる。十分に接近後、バネ部４１ａおよび４２ｄからの信号を位置検出部１６を用いて検出し、位置検出部１６、制御部１２、Ｚ駆動部４２ａおよび４２ｂから成る二つの独立した位置フィードバックループにより探針４０ａおよび４０ｄの垂直方向位置を自動制御する。これにより、すべての探針４０ａ−４０ｂをレジスト層８表面にほぼ一様な力で接触させることができる。その後、回転駆動部８２により回転ステージ８０を回転させる。描画はそれぞれの探針４０ａ−４０ｄに電圧印加部１４から電圧を印加することにより行うが、一定の描画距離毎にそれぞれの探針４０ａ−４０ｄと導電層７との間を流れる電流値を電流フィードバックにより調節し、その時の電圧値を電圧記憶部１５で記憶しておき、実際の描画はフィードバックを止め、入力部１７より読み込んだパターンデータに応じて記憶しておいた電圧値を出力することにより行う。電圧値測定は各探針４０ａ−４０ｄが同一の距離描画する毎に行ってもよいが、回転ステージ８０の一定の回転角度毎に行ってもよい。この場合、各探針４０ａ−４０ｄの回転中心からの距離に比例して一度に描画する距離は変化するが、すべての探針４０ａ−４０ｄの電圧値測定を同時に行えるため、電圧値測定時の回転速度を遅くして電圧測定で使用する領域を小さくすることができる。
回転ステージ８０が一周する毎にＸＹ駆動部１０を変位させ、探針４０ａ−４０ｄを回転の動径方向に一定距離ずつ移動させることにより、同心円状のパターンを描画できる。また、回転ステージ８０の回転角度に応じて探針４０ａ−４０ｄを動径方向に一定の速度で移動させた場合、渦状のパターンが形成できる。図９では４個の探針４０ａ−４０ｄを一次元的に並べた例を示したが、探針は一本でもよい。探針の個数に制限はなく個数が多いほど描画速度が速くなる。また、探針は二次元的に配列させてもよい。その場合、探針の垂直位置制御のための位置検出は同一直線上にない三つの探針に接続されたバネ部を用いて行い、それぞれの信号に対して三つの独立した位置フィードバックにより三つのＺ駆動部を変位させることにより、探針の垂直位置制御を行えばよい。実施例２と同様に、平坦化層３０を用いることにより凹凸のある基板６上にも支障なく描画できる。本実施例のパターン描画装置によりデータ情報、アドレス情報に対応するドットパターンを円状に描画することにより、光ディスクの原盤を作製することができる。
本発明の理解を容易にするため、以下、符号について簡単に説明する。
１…描画ヘッド部、２，４０ａ，４０ｂ，４０ｃおよび４０ｄ…探針、３，４１ａ，４１ｂ，４１ｃおよび４１ｄ…バネ部、４…ホルダー、５…被描画部、６…基板、７…導電層、８…レジスト層、９，４２ａおよび４２ｂ…Ｚ駆動部、１０…ＸＹ駆動部、１１…Ｚ粗動部、１２…制御部、１３…電流検出部、１４…電圧印加部、１５…電圧記憶部、１６…位置検出部、１７…入力部、２０…ＯＮビット、２１…ＯＦＦビット、２２，３２，５９ａ，５９ｂ，５９ｃ，５９ｄ，６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ，６７ａ，６７ｂ，６７ｃ，６７ｄ，７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄおよび７６…電圧取得領域、２３，３３、６０，６４，６８，７２および７７…描画領域、２４、６１，６５，６９および７３…走査線、２５，６２，６６，７０および７４…描画位置、３０…平坦化層、３１…レジストパターン、５１，５２，５３および５４…パターンデータ、５５，５６，５７，５８および７５…走査領域、８０…回転ステージ、８１…回転軸、８２…回転駆動部。
産業上の利用の可能性
本発明によれば、常時電流フィードバックをかけるのではなく、パターン描画前に、所望の電流が得られる電圧値を求めて記憶し、その時に記憶しておいた電圧値のＯＮ／ＯＦＦのみで描画を行うことによって、複雑なパターンを高速に描画することができる。また、複数個の探針を用いることによってさらに高速な描画が可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のパターン描画装置の実施例構成概念を示すブロック図。
図２（ａ）は、描画に用いるパターンデータの例、図２（ｂ）はレジスト層上における探針の動作と描画の様子を示した平面図。
図３は、凹凸のある基板上に描画するために平坦化層を導入した基板の断面図。
図４（ａ）は、実施例で用いたパターンデータ、図４（ｂ）は（ａ）のデータを用いて描画後に現像したレジスト層の走査電子顕微鏡写真。
図５は、本発明の複数探針を用いたパターン描画装置の実施例構成概念を示すブロック図。
図６は、描画に用いるパターンデータの例。
図７は、レジスト層上における各探針の動作と描画の様子を示した平面図。
図８は、複数探針を用いて描画したパターンの例の模式図。
図９は、本発明の基板を回転させて描画するパターン描画装置の実施例構成概念を示すブロック図。
【図１】
0003967923.tif 000002
【図２】
0003967923.tif 000003
【図３】
0003967923.tif 000004
【図４】
0003967923.tif 000005
【図５】
0003967923.tif 000006
【図６】
0003967923.tif 000007
【図７】
0003967923.tif 000008
【図８】
0003967923.tif 000009
【図９】
0003967923.tif 000010