(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームのビームスポットを記録面に集束させて、該記録面に記録パターンを形成する電子ビーム記録装置に対して、前記ビームスポットの照射位置にナイフエッジを配置し、該ナイフエッジを介して照射される電子ビームを検出して、前記ビームスポットの中心が前記ナイフエッジの先端からずれる際の検出電流の変化によって、前記ビームスポットの位置変動を測定するに際して、
前記ビームスポットの中心が前記ナイフエッジの先端位置になるように、前記測定中に前記電子ビームの基準位置を制御することを特徴とする電子ビーム位置変動測定方法。
【請求項２】
前記基準位置の制御は、前記検出電流から測定対象の変動周波数成分を除去した出力に基づいて行われることを特徴とする請求項１に記載された電子ビーム位置変動測定方法。
【請求項３】
電子ビームのビームスポットを記録面に集束させて、該記録面に記録パターンを形成する電子ビーム記録装置に対して、記録に先立って前記電子ビームの位置変動を測定する測定装置であって、
前記ビームスポットの照射位置に配置されるナイフエッジと、
該ナイフエッジを介して照射される電子ビームを検出する検出手段と、
該検出手段の出力から測定対象の変動周波数成分を除去するフィルタ手段と、
該フィルタ手段の出力に基づいて、前記ビームスポットの中心が前記ナイフエッジの先端位置になるように、前記電子ビームの基準位置を制御する制御手段とを備え、
前記ビームスポットの中心が前記ナイフエッジの先端からずれる際の前記検出手段の出力変化によって、前記ビームスポットの位置変動を測定することを特徴とする電子ビーム位置変動測定装置。
【請求項４】
電子ビームのビームスポットを記録面に集束させて、該記録面に記録パターンを形成する電子ビーム記録装置において、
記録に先立って前記電子ビームの位置変動を測定する測定装置を設け、
該測定装置は、前記ビームスポットの照射位置に配置されるナイフエッジと、該ナイフエッジを介して照射される電子ビームを検出する検出手段と、該検出手段の出力から測定対象の変動周波数成分を除去するフィルタ手段と、該フィルタ手段の出力に基づいて、前記ビームスポットの中心が前記ナイフエッジの先端位置になるように、前記電子ビームの基準位置を制御する制御手段とを備え、前記ビームスポットの中心が前記ナイフエッジの先端からずれる際の前記検出手段の出力変化によって、前記ビームスポットの位置変動を測定することを特徴とする電子ビーム記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム位置変動測定方法、電子ビーム位置変動測定装置、電子ビーム記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム記録装置（ＥＢＲ：Electron Beam Recording）は、ディスク原盤、例えば、光情報記録媒体、光磁気情報記録媒体、相変化情報記録媒体、磁気情報記録媒体等の製造用原盤の作成、或いは集積回路素子の配線パターン形成等に用いられるもので、原盤等の記録対象上に、集束した電子ビームスポットを照射して記録パターンを形成するものである。【０００３】
光情報記録媒体（光ディスク等）に対する記録を例にすると、一般に光ディスクの回転制御に用いられるウォブリング信号等の回転制御情報やデータ記録時の位置検索等に必要なアドレス情報等の信号が、原盤作成時に、予め凹又は凸部であるトラック（グルーブトラック又はランドトラック）に記録されることになる。このような信号に対応する凹凸パターンを原盤へ記録するに際して、従来はレーザビームを集光したスポットを記録面に照射することによって行っていたが、光情報記録媒体の高密度化に伴うトラックピッチの極細化の要求に対応するために、レーザ光よりもスポット径が小さく、高い記録分解能が得られる電子ビームを用いた記録が採用されるようになった。【０００４】
下記特許得文献１には、高密度の光ディスク原盤作製が可能な電子ビーム記録装置として、レジスト層が形成された原盤を支持して回転させる回転駆動部と、露光電子ビームを偏向自在に原盤上に照射してスポットを形成する露光電子ビーム射出部と、回転駆動部及びスポットを原盤の半径方向において相対的に並進移動させる相対移動駆動部とを備えた同心円状トラック記録用の電子ビーム記録装置が記載されている。【０００５】
このような電子ビーム記録装置では、記録に先立って電子ビームの調整を行う必要がある。これは、電子ビームは周辺環境の磁場の影響を受け易く、磁場の影響でビームが振られると記録精度が低下するにも拘わらず、レーザビームのように記録中にビームを分岐してビーム位置や状態をモニタしながら記録を行うことができないからである。電子ビームの調整に際しては、ビーム位置変動、ビームのフォーカススポット径等が測定され、この測定結果に基づいて記録時のビーム調整が行われる。【０００６】
このような記録前の電子ビームの測定の中でビーム位置変動の測定は、従来、図１に示すシステムによって行われていた。すなわち、集束された電子ビームＥのスポット位置にビームスポットの半分を遮断するようにナイフエッジＮを配置し、このナイフエッジＮを介してファラデーカップＦに到達した電流を電流アンプＡで増幅してオシロスコープＯに出力させることで、電子ビームＥに対するビーム位置変動の測定が行われていた。【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６７２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電子ビームに対するビーム位置変動の測定においては、外部磁界変動の高周波成分に対する変動を測定することが有効であり、このような周波数の高い変動は、高い分解能が求められる記録に対して影響度合いが高いことから、高精度の記録を確保するためには、その変動量を正確に測定して低減策或いは補正を講じることが必要になる。【０００９】
そして、このビーム位置変動を精度良く測定するためには、ビームスポットの基準位置をナイフエッジに対して正確に位置決めすることが必要になり、ビームスポットの半分を遮断するようにナイフエッジを正確に配置することで、ビームスポット中心がナイフエッジの先端からずれる際の検出電流の変化によって、ビームスポットの位置変動を高精度に検出することが可能になる。【００１０】
この際に、例えば、光情報記録媒体等に対する記録に採用される電子ビームのスポット径は数ｎｍから数十ｎｍのオーダであるが、基準となる電子ビームのビームスポット中心がナイフエッジの先端からずれると、電流の変化に対する位置変動の割合が変わってしまうため正確な測定ができなくなる。また、ビームスポットが完全にナイフエッジから外れるか或いは完全にナイフエッジによって遮断される状態になって、測定範囲（数ｎｍから数十ｎｍのビームスポット径が測定範囲になる）から外れる程電子ビームがドリフトした場合には、位置変動の測定が不能になってしまうという問題がある。したがって、従来技術によると、比較的低周波で振れ幅が大きいドリフトが生じているような場合には、電子ビームの位置変動を安定且つ正確に測定することができないという問題があった。【００１１】
本発明は、このような事情に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、電子ビーム記録装置の記録に先立って行われるビーム位置変動の測定に際して、安定且つ正確な変動量の測定を可能にすることが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明による電子ビーム位置変動測定方法，電子ビーム位置変動測定装置，電子ビーム記録装置は、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。【００１３】
［請求項１］電子ビームのビームスポットを記録面に集束させて、該記録面に記録パターンを形成する電子ビーム記録装置に対して、前記ビームスポットの照射位置にナイフエッジを配置し、該ナイフエッジを介して照射される電子ビームを検出して、前記ビームスポットの中心が前記ナイフエッジの先端からずれる際の検出電流の変化によって、前記ビームスポットの位置変動を測定するに際して、前記ビームスポットの中心が前記ナイフエッジの先端位置になるように、前記測定中に前記電子ビームの基準位置を制御することを特徴とする電子ビーム位置変動測定方法。【００１４】
［請求項３］電子ビームのビームスポットを記録面に集束させて、該記録面に記録パターンを形成する電子ビーム記録装置に対して、記録に先立って前記電子ビームの位置変動を測定する測定装置であって、前記ビームスポットの照射位置に配置されるナイフエッジと、該ナイフエッジを介して照射される電子ビームを検出する検出手段と、該検出手段の出力から測定対象の変動周波数成分を除去するフィルタ手段と、該フィルタ手段の出力に基づいて、前記ビームスポットの中心が前記ナイフエッジの先端位置になるように、前記電子ビームの基準位置を制御する制御手段とを備え、前記ビームスポットの中心が前記ナイフエッジの先端からずれる際の前記検出手段の出力変化によって、前記ビームスポットの位置変動を測定することを特徴とする電子ビーム位置変動測定装置。【００１５】
［請求項４］電子ビームのビームスポットを記録面に集束させて、該記録面に記録パターンを形成する電子ビーム記録装置において、記録に先立って前記電子ビームの位置変動を測定する測定装置を設け、該測定装置は、前記ビームスポットの照射位置に配置されるナイフエッジと、該ナイフエッジを介して照射される電子ビームを検出する検出手段と、該検出手段の出力から測定対象の変動周波数成分を除去するフィルタ手段と、該フィルタ手段の出力に基づいて、前記ビームスポットの中心が前記ナイフエッジの先端位置になるように、前記電子ビームの基準位置を制御する制御手段とを備え、前記ビームスポットの中心が前記ナイフエッジの先端からずれる際の前記検出手段の出力変化によって、前記ビームスポットの位置変動を測定することを特徴とする電子ビーム記録装置。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術の説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電子ビーム位置変動測定装置及び測定方法を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電子ビーム位置変動測定装置において、ビームスポットＥＰの位置Ｓと検出電流との関係を示したグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係る電子ビーム記録装置を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム位置変動測定方法及び測定装置を説明する説明図である。【００１８】
この測定装置１０は、電子ビームＥのビームスポットＥＰを記録面に集束させて、該記録面に記録パターンを形成する電子ビーム記録装置（図示省略）に対して、記録に先立って電子ビームＥの位置変動を測定するものである。その構成要素としては、ビームスポットＥＰの照射位置に配置されるナイフエッジ１１、ナイフエッジ１１を介して照射される電子ビームを検出するファラデーカップ（検出手段）１２、ファラデーカップ１２の出力から測定対象の変動周波数成分を除去する高域カットフィルタ（フィルタ手段）１４、高域カットフィルタ１４の出力に基づいてビームスポットＥＰの中心がナイフエッジ１１の先端位置になるように電子ビームＥの基準位置を制御する制御手段１５を備えるものである。【００１９】
更に詳しく説明すると、ファラデーカップ１２からの出力は、必要に応じて電流アンプ１３で増幅され、その増幅された出力から高域カットフィルタ１４によって測定対象の変動周波数成分が除去され、この高周波数成分が除去された出力が制御手段１５を構成するエラー生成回路１５ａに入力され、そこで基準信号との比較がなされてエラー信号が出力される。そのエラー信号によって駆動回路１６から駆動信号が出力され、偏向コイル２０を駆動して、ビームスポットＥＰの中心がナイフエッジ１１の先端位置になるように電子ビームＥの基準位置が制御される。【００２０】
この状態で、ビームスポットＥＰの中心がナイフエッジ１１の先端からずれる際のファラデーカップ１２の出力変化によって、ビームスポットＥＰの位置変動が測定される。すなわち、駆動回路１６からの出力信号によって偏向コイル２０が電子ビームＥの基準位置を制御している状態で、ファラデーカップ１２からの出力が電流アンプ１３によって増幅され、ビーム位置変動信号として出力されることになる。このビーム位置変動信号は従来技術と同様にオシロスコープに出力されることで変動状態を観測することができる。また、このビーム位置変動信号或いはファラデーカップ１２からの出力をメモリに記憶して、記録時の補正信号を生成することもできる。【００２１】
図３は、ビームスポットＥＰの位置Ｓと検出電流との関係を示したグラフである。ビームスポットＥＰの中心がナイフエッジ１１の先端位置になる基準位置ＳＯが確保されることで、電子ビームの検出電流を−ｉ０とすると、検出電流が−０．８８ｉ０となるビームスポット位置Ｓａと検出電流が−０．１２ｉ０となるビームスポット位置Ｓｂとを求め、｜Ｓｂ−Ｓａ｜によってビームスポット径ｄを得ることができ、α＝２｛（π／ln２）・（ｉ０／ｄ）｝１／２によって検出感度αを得ることができる。そして、−０．５ｉ０に対する検出電流の出力差と検出感度αによって、ビーム位置の変動量を高精度に求めることができる。【００２２】
このような測定装置１０及びこれを用いた測定方法によると、ビームスポットＥＰの位置変動を測定するに際して、ビームスポットＥＰの中心がナイフエッジ１１の先端位置になるように、測定中に電子ビームＥの基準位置を制御するものであるから、測定中に電子ビームＥが測定範囲を外れることが無く、常に安定した精度の高い変動量の測定が可能になる。【００２３】
また、電子ビームの基準位置制御を行う変動帯域をドリフトのような低周波数に設定することで、この設定帯域以上の周波数帯域で正確にビーム位置変動を測定することが可能になる。より具体的には、カットオフ帯域を数Ｈｚ程度に設定することで、商用電源周波数（５０Ｈｚ）や電源のスイッチング周波数（数１０ｋＨｚ）での変動を正確に測定することができる。これによって、分解能が高い記録を行う電子ビーム記録装置において効果的なビーム位置変動の測定を行うことが可能になる。【００２４】
図４は、前述した測定装置１０を設けた電子ビーム記録装置１００を示した説明図である。この電子ビーム記録装置１００は、真空チャンバ３０とこの真空チャンバ３０に装着される電子ビーム射出部４０と各種の制御部とを備えている。電子ビームＥは大気雰囲気中では著しく減衰する特性を有していることから、真空チャンバ３０内の真空雰囲気内で電子ビームの露光処理が行われる。真空チャンバ３０には図示省略の真空ポンプが接続され、これによってチャンバ内を排気することで真空チャンバ３０内を所定圧力の真空雰囲気に設定できるようになっている。また通常、真空チャンバ３０は、エアダンパ等の防振台（図示省略）を介してフロアに設置され、外部からの振動が真空チャンバ３０内或いは真空チャンバ３０に装着される電子ビーム射出部４０に伝搬しないように構成されている。【００２５】
真空チャンバ３０の内部について説明すると、底面３０Ａに送り台３１が設けられ、その送り台３１の上にＸ軸送りステージ３２がＸ軸方向（直交水平軸の一方）に移動可能に設置されている。そして、このＸ軸送りステージ３２の上に回転制御部６１によってターンテーブル３５を回転駆動するスピンドルモータ３４が設置されている。ターンテーブル３５上には光ディスク原盤等の被記録対象３６が設置される。【００２６】
また、Ｘ軸送りステージ３２上にはＹ軸送りステージ３３及び垂直ステージ３７が設置され、この垂直ステージ３７上に前述した測定装置１０が設置される。そして、Ｘ軸送りステージ３２，Ｙ軸送りステージ３３，垂直ステージ３７によってＸＹＺ軸方向の位置調整がなされて、前述したナイフエッジ１１の上面と被記録対象３６の記録面とが同レベルになるように調整される。【００２７】
一方、Ｘ軸送りステージ３２の移動調整は、送りモータ３８の回転駆動と送り機構３９ａ，３９ｂによってなされるが、この移動調整にはレーザ測長器５０が用いられ、測長用レーザビーム５１（出射した測長用レーザビーム５１をＹ軸送りステージ３３上に設置したミラー５２で反射させ、戻ってきた測長用レーザビーム５１を検出する）によって得られた測長データを基に、送りモータ制御部６０からの出力で送りモータ３８を制御することによって調整がなされる。より具体的には、レーザ測長器５０で得た測長データと基準位置信号が送りモータ制御部で比較され、その偏差に応じた制御信号で送りモータ３８の駆動制御がなされ、基準位置信号に応じたＸ軸送りステージ３２の位置設定がなされる。【００２８】
次に、電子ビーム射出部４０について説明すると、電子ビームカラム４０ａ内に各要素が装備されており、上方から、電子銃４１、収束レンズ４２、ブランキング電極４３、変調用アパーチャ４４、偏向コイル４５、アライメントコイル４６、高速偏向器４７、フォーカス調整レンズ４８、対物レンズ４９が順に配置されている。【００２９】
電子銃４１は、図示省略の加速高圧電源からの数１０ｋｅＶの高電圧により加速された電子ビームＥを射出するもので、射出された電子ビームＥは収束レンズ４２によって収束され、ブランキング電極４３を通過して変調用アパーチャ４４に導かれる。ブランキング電極４３は、ビーム変調部６２により制御され、記録時に入力される記録変調信号に基づいて電子ビームＥの強度変調を行う。すなわち、ビーム変調部６２は記録変調信号に応じた出力電圧をブランキング電極４３間に印加して、通過する電子ビームを大きく偏向させる。これによって、電子ビームＥが変調用アパーチャ４４を通過する状態と変調用アパーチャ４４で遮断される状態とでオンオフ制御がなされ、電子ビームＥに対する変調がなされる。【００３０】
偏向コイル４５は、図２に示した偏向コイル２０に対応するもので、前述した測定装置１０からの出力によって電子ビームＥを基準位置に制御するものである。アライメントコイル４６は、前述した送りモータ制御部６０からの位置誤差信号に基づくビーム位置補正部６３からの出力によって駆動され、電子ビームＥの位置補正を行うものである。高速偏向器４７は、記録時に入力される記録位置信号に基づくビーム偏向制御部６４からの出力によって駆動され、電子ビームＥの偏向制御を高速で行うものである。【００３１】
フォーカス調整レンズ４８は、対物レンズ４９と相俟って、前述のビーム位置変動測定時にはナイフエッジ１１の上面レベルに、また記録時には被記録対象３６の記録面上に、ビームスポットＥＰを形成するものである。ナイフエッジ１１の上面又は記録面上にはレーザ光源５３からのレーザ光が照射され、その反射光が検出器５４によって検出されることで、ナイフエッジ１１の上面又は記録面上の位置検出がなされ、この検出信号に基づくフォーカス制御部６５からの出力によってフォーカス調整レンズ４８の調整がなされて、ナイフエッジ１１の上面又は記録面上に正確にビームスポットＥＰが形成される。【００３２】
このような電子ビーム記録装置１００においては、記録に先立って前述したビーム位置変動の測定が行われる。この測定に際して、Ｘ軸送りステージ３２及びＹ軸送りステージ３３が移動されて、測定装置１０のナイフエッジ１１（図２参照）の先端が電子銃４１の射出軸に一致するように位置調整される。また、垂直ステージ３７によってナイフエッジ１１の上面レベルが被記録対象３６の記録面と一致するように調整がなされる。【００３３】
また、電子銃４１からの電子ビームＥの射出に伴い、フォーカス調整部６５からの出力によってフォーカス調整レンズ４８が駆動され、ナイフエッジ１１の上面レベルに合わせてビームスポットＥＰが形成される。更には、送りモータ制御部６０からの出力信号に基づくビーム位置補正部６３からの出力によってアライメントコイル４６の駆動がなされ、ビームスポットＥＰの中心がナイフエッジ１１の先端位置と一致するように、電子ビームＥの初期位置が設定される。【００３４】
そして、ビーム位置変動の測定が開始されると、測定装置１０からの制御出力信号に基づいて駆動回路１６が偏向コイル４５を駆動して、ビームスポットＥＰの中心がナイフエッジ１１の先端と一致するように、電子ビームＥの基準位置が制御される。この際、測定装置１０からの制御出力は、測定対象の変動周波数をカットオフした出力であるから、この制御出力によって電子ビームＥを制御したとしても、測定すべきビームスポットＥＰの変動量自体に影響はない。そして、低周波数のドリフトに対してはこれを防止するように電子ビームＥの偏向制御が成されるので、常に安定した状態で、測定対象となる周波数のビーム位置変動を正確に測定することができる。【００３５】
また、測定装置１０から出力されたビーム位置変動信号は、従来技術と同様にオシロスコープ７１に入力されると共に、メモリ７２に記憶される。そして、記録時には、メモリ７２の記憶データに基づいて補正信号生成部７３から補正信号を出力し、ビーム偏向制御部６４では、記録位置信号にこの補正信号を重畳して出力することで、ビーム位置変動を補正した電子ビーム記録が可能になる。【００３６】
以上説明した本発明の実施形態に係る電子ビーム位置変動測定方法，電子ビーム位置変動測定装置，電子ビーム記録装置の特徴をまとめると以下のとおりである（符号は図２〜図４に対応する）。【００３７】
一つには、電子ビーム位置変動測定方法として、電子ビームＥのビームスポットＥＰを記録面に集束させて、この記録面に記録パターンを形成する電子ビーム記録装置１００に対して、ビームスポットＥＰの照射位置にナイフエッジ１１を配置し、ナイフエッジ１１を介して照射される電子ビームを検出して、ビームスポットＥＰの中心がナイフエッジの先端からずれる際の検出電流の変化によって、ビームスポットＥＰの位置変動を測定するに際して、ビームスポットＥＰの中心がナイフエッジ１１の先端位置になるように、測定中に電子ビームＥの基準位置を制御することを特徴とする。また、前記基準位置の制御は、検出電流から測定対象の変動周波数成分を除去した出力に基づいて行われることを特徴とする。【００３８】
また、電子ビーム位置変動測定装置としては、電子ビームＥのビームスポットＥＰを記録面に集束させて、該記録面に記録パターンを形成する電子ビーム記録装置に対して、記録に先立って電子ビームＥＰの位置変動を測定する測定装置であって、ビームスポットＥＰの照射位置に配置されるナイフエッジ１１と、ナイフエッジ１１を介して照射される電子ビームＥを検出する検出手段（ファラデーカップ１２等）と、この検出手段の出力から測定対象の変動周波数成分を除去するフィルタ手段（高域カットフィルタ１４等）と、このフィルタ手段の出力に基づいてビームスポットＥＰの中心がナイフエッジ１１の先端位置になるように電子ビームＥの基準位置を制御する制御手段１５とを備え、ビームスポットＥＰの中心がナイフエッジ１１の先端からずれる際の検出手段の出力変化によって、ビームスポットＥＰの位置変動を測定することを特徴とする。【００３９】
更に、電子ビーム記録装置１００としては、電子ビームＥのビームスポットを記録面に集束させて、この記録面に記録パターンを形成する電子ビーム記録装置において、記録に先立って行われるビーム位置変動計測のために、前述した電子ビーム位置変動測定装置を設けたことを特徴とする。【００４０】
このような特徴によると、記録に先立ってビーム位置変動を測定するに際して、常に基準となるビームスポットＥＰの位置を、ナイフエッジ１１の先端がその中心位置になるように制御しているので、ビーム位置変動を安定且つ正確に測定することができる。【００４１】
また、測定対象の変動周波数をカットオフした検出信号によってビームスポットＥＰの基準位置を制御するので、この基準位置の制御が測定対象の変動量に影響することはなく、測定中にビームスポットＥＰが測定範囲から外れてしまうような低い周波数で大きなビーム振れを防止することができる。【００４２】
そして、これによって正確なビーム位置変動データを得ることができるので、電子ビーム記録装置においては、このデータに基づいて記録時の補正信号を生成するなどして、分解能の高い記録に対して影響度合いの高いビーム位置変動を効果的に排除して記録を行うことが可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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