JP2006059513A - 電子ビーム照射装置および描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で安価に、大電流かつ微小ビーム径の電子ビームを発生し、高速に描画を行うことができる電子ビーム照射装置およびこれを用いた描画装置を提供する。
【解決手段】電子ビーム照射装置は、試料の表面上に情報を記録するために、電子ビームを試料の表面上に照射するもので、電子ビームを放射する熱電界放射型の電子源と、電子源の直下に配置され、電子源から放射される第１の開口角の範囲の電子ビームを、第１の開口角よりも小さい第２の開口角の範囲に集束させる集束電極となる電界レンズと、電界レンズの下流側に配置され、電界レンズにより第２の開口角の範囲に集束される電子ビームをクロスオーバポイントに集束させる集束レンズと、集束レンズの下流側に配置され、集束レンズによりクロスオーバポイントに集束される電子ビームを試料の表面上に集束させる対物レンズとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料の表面上に情報を記録するために、電子ビームを試料の表面上に照射する電子ビーム照射装置、およびこの電子ビーム照射装置から照射される電子ビームを用いて試料の表面上に情報を記録する描画装置に関するものである。

現在、データの書き込みもしくは書き換えが可能な大容量の光メディアとしてＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）がある。現行のＤＶＤ−Ｒ（レコーダブル）やＤＶＤ−ＲＷ（リライタブル）の容量は片面一層で４．７ＧＢ（ギガバイト）であり、そのパターン寸法は、グルーブ（溝）の幅が４００ｎｍ程度、トラックピッチ（グルーブ間の幅）が７４０ｎｍ程度である。

これに対し、次世代のＤＶＤとして、ＨＤ−ＤＶＤ（ハイデフィニションＤＶＤ）やブルーレイディスクがある。ＨＤ−ＤＶＤの容量は片面一層で１５ＧＢ程度、そのグルーブ幅は２００〜３００ｎｍ程度、トラックピッチは６００ｎｍ程度である。また、ブルーレイディスクの容量は片面一層で２３〜２７ＧＢ程度、そのグルーブ幅は１４０〜１７０ｎｍ程度、トラックピッチは３２０ｎｍ程度である。

さらに、次々世代のＤＶＤは、容量が片面一層で５０〜１００ＧＢ程度のものになると予測される。また、そのグルーブ幅は１００ｎｍ以下、トラックピッチは２００〜３００ｎｍ程度になると予測される。

現行のＤＶＤは、ＬＢＲ（レーザビーム記録装置）等の光マスタリング装置で書き込みが行われている。次世代のＨＤ−ＤＶＤも、光マスタリング装置で書き込みが可能であると考えられている。しかし、次世代のブルーレイディスクのピットパターンや、次々世代のＤＶＤは、そのパターン寸法が非常に微小であるため、光マスタリング装置では、データの書き込みを行うことができないと考えられる。

従って、次世代のブルーレイディスクや、次々世代のＤＶＤに対してデータを書き込むためには、大電流で、かつ微小ビーム径の電子ビームを発生するＥＢＲ（電子ビーム記録装置）等の電子ビームマスタリング装置が必要となる。例えば、４００ｎＡ以上の大電流で、７０ｎｍ以下のビーム径を持つ電子ビームを発生する電子ビームマスタリング装置が必要である。

ここで、図５を参照して、従来の電子ビーム照射装置について説明する。

図５に示す電子ビーム照射装置５０において、電子源５２から放射される電子ビームは、軸合わせコイル５６により、その軸ずれが補正され、制限絞り（ブランキング絞り）６０の開孔部を通過した後、集束レンズ５８により、クロスオーバポイントＣＰに集束される。そして、電子ビームは、さらにクロスオーバポイントＣＰから対物絞り６１の開孔部を通過し、非点補正コイル６２により、その非点収差が補正され、対物レンズ６６により、その焦点が補正され、試料７０の表面上に集束される。

情報を書き込む場合、ブランキング電極５４および制限絞り６０により、電子源５２から放射される電子ビームのオン／オフが制御される。また、制限絞り６０の開孔部、集束レンズ５８、さらには対物絞り６１の開孔部を通過し、対物レンズ６６に入射される電子ビームは、静電偏向電極６４により、書き込むべき情報に応じて偏向され、試料７０の表面上におけるスポット位置が制御される。すなわち、試料７０の表面は電子ビームによって走査され、所定箇所に情報が書き込まれる。

ところで、上記従来の電子ビーム照射装置５０において、試料７０の表面上に集束される電子ビームの電流量を増大させる方法として、例えば以下に述べる２つの方法が考えられる。

１つ目の方法は、図６に示すように、電子源５２から放射される電子ビームの有効開口角を大きくし、かつ制限絞り６０の開口径も大きくとる方法である（電子ビームの軌道は、図６中、内側の線で表す領域内から外側の線で表す領域内となる）。電子源５２から放射される電子ビームの有効開口角を大きくすることによって、より多くの電子ビームを集束レンズ５８で集束させることができる。また、制限絞り６０の開口径を大きくすることによって、より多くの電子ビームを対物レンズ６６で集束させることができる。このため、試料７０の表面上に集束される電子ビームの電流量を増大させることができる。

しかし、この方法では、制限絞り６０の開口径を大きくするに従って対物レンズ６６の開口角も大きくなる。ところが、レンズの球面収差は、その開口角の３乗に比例して増加するため、対物レンズ６６の球面収差によって、試料７０の表面上に集束される電子ビームの軌道の違いによる焦点距離のずれが大きくなる。従って、対物レンズ６６により電子ビームを集束させることが難しくなり、そのビーム径を絞りきれなくなる（電子ビームのビーム径が大きくなる）という問題がある。

２つ目の方法は、図７に示すように、対物レンズ６６の開口角を変えずに、クロスオーバポイントＣＰを下方に移動（例えば、ＣＰ１からＣＰ２へ移動）させ、電子源５２から放射される電子ビームのビーム径に対する、試料７０の表面上に集束される電子ビームのビーム径の縮小率を小さくする方法である（電子ビームの軌道は、図７中、内側の線で表す領域内から外側の線で表す領域内となる）。電子ビームのビーム径の縮小率を小さくすることによって、電子源５２から放射される電子ビームの有効開口角が大きくなるため、試料７０の表面上に集束される電子ビームの電流量を増大させることができる。

しかし、この方法では、電子ビームのビーム径の縮小率が小さいため、電子源５２から放射される電子ビームのビーム径が元々小さい場合には適用可能であるが、ビーム径が大きいもの、すなわちビーム径を縮小する必要がある場合には適用できない。また、電子ビームのビーム径の縮小率が小さくなると、振動による電子源５２の位置変動や、引き出し電圧のリップル（微小電圧変動）による電子源５２の位置変動が無視できなくなり、試料７０の表面上に集束される電子ビームにも微小変動が現れるという問題がある。

また、図５に示すように、従来の電子ビーム照射装置５０では、一般的に、制限絞り６０と対物絞り６１という２つの絞りが用いられている。制限絞り６０は、電子源５２から集束レンズ５８に入射される電子ビームの開口角を決定し、対物絞り６１は、クロスオーバポイントＣＰから対物レンズ６６に入射される電子ビームの開口角を決定するものである。要するに、これらの制限絞り６０および対物絞り６１は、試料７０の表面上に集束される電子ビームの電流量を制限する。

絞りが２つあると、両者の間には機械的誤差が生じ、その開孔部は同一軸上に完全には一致しないので、この機械的誤差の分を含めて制限絞り６０の開孔部の穴径を大きくする必要がある。しかし、制限絞り６０の開孔部の穴径を大きくすると、ブランキングのための電子ビームの偏向量が大きくなる。このため、ブランキング電圧として比較的高電圧が必要となり、ブランキングのための電子ビームのオン／オフの切換周波数を高速化するのが難しくなる。すなわち、描画を高速化できないという問題がある。

また、従来の電子ビーム照射装置５０では、図５に示すように、電子源５２と集束レンズ５８との間に、ブランキング電極５４と軸合わせコイル５６とが近接して配置されている。従来は、電子ビームに大電流が要求されていなかったので、ブランキング電極５４に流れる電流量も小さかった。しかし、電子ビームの電流量を大きくすると、ブランキングのための電子ビームのオン／オフの切換周波数を高速化するために、ブランキング電極５４にも大電流を流す必要が生じる。

しかし、ブランキング電極５４に大電流を流すと、これに近接して配置されている軸合わせコイル５６に磁界が発生して電子ビームが曲げられ、軸ずれを生じるという不具合が発生する。

また、従来は、電子ビームに大電流が要求されていなかったので、クロスオーバポイントＣＰは比較的上方に設定されていた。このため、電子ビームのビーム径の縮小率を比較的大きくとることができたので、軸合わせコイル５６のところで多少の軸ずれを生じたとしても、試料７０の表面上に集束される電子ビームにおける軸ずれの影響は縮小率に応じて数分の１に低減される。このため、軸合わせコイル５６における電子ビームの軸ずれの問題は顕在化していなかった。

しかし、前述のように、電子ビームの電流量を増大させるために、例えばクロスオーバポイントＣＰを下方に移動させると、電子ビームのビーム径の縮小率が小さくなる。このため、軸合わせコイル５６における電子ビームの軸ずれは大問題となる。

なお、本出願に関わる先行技術として、例えば特許文献１がある。特許文献１は、光ディスクの様な情報記録媒体の原盤の作成を行う情報記録装置に関するものである。例えば、その図１には、電子ビームを照射する電子ビーム照射境筒として、フィラメントから発せられた電子をウェーネルト電極、陽極を経由させた後、第１および第２電磁レンズにより集束させ、さらに、偏向電極をターゲットとなる原盤上に焦点を結ばせるものが開示されている。

特開平６−１３１７０６号公報

本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、簡単な構成で安価に、大電流かつ微小ビーム径の電子ビームを発生し、高速に描画を行うことができる電子ビーム照射装置およびこれを用いた描画装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、試料の表面上に情報を記録するために、電子ビームを前記試料の表面上に照射する電子ビーム照射装置であって、
前記電子ビームを放射する熱電界放射型の電子源と、
前記電子源の直下に配置され、前記電子源から放射される第１の開口角の範囲の電子ビームを、前記第１の開口角よりも小さい第２の開口角の範囲に集束させる集束電極となる電界レンズと、
前記電界レンズの下流側に配置され、前記電界レンズにより前記第２の開口角の範囲に集束される電子ビームをクロスオーバポイントに集束させる集束レンズと、
前記集束レンズの下流側に配置され、前記集束レンズにより前記クロスオーバポイントに集束される電子ビームを前記試料の表面上に集束させる対物レンズとを備えていることを特徴とする電子ビーム照射装置を提供するものである。

ここで、前記電界レンズを配置していない場合の、前記電子源から放射される電子ビームのビーム径に対する、前記試料の表面上に集束される電子ビームのビーム径の縮小率が、１〜１０の範囲に設定されているのが好ましい。

また、前記電子ビームのビーム径の縮小率が、概略１に等しくなるように設定されているのが好ましい。

さらに、前記電界レンズと前記集束レンズとの間に配置され、前記電界レンズから前記集束レンズに入射される電子ビームの軸ずれを補正する軸合わせコイルと、
前記集束レンズと前記対物レンズとの間に配置され、前記集束レンズにより前記クロスオーバポイントに集束される電子ビームを偏向するブランキング電極とを備えていることが好ましい。

さらに、前記集束レンズと前記対物レンズとの間で、かつ前記ブランキング電極の下流側に配置され、情報を書き込む場合に、前記ブランキング電極とともに、書き込むべき情報に応じて電子ビームのオン／オフを制御する制限絞り兼対物絞りを備え、
前記クロスオーバポイントが、前記制限絞り兼対物絞りの開孔部の近傍の上流側または下流側に設定されていることが好ましい。

また、本発明は、上記のいずれかに記載の電子ビーム照射装置から照射される電子ビームを用いて試料の表面上に情報を記録することを特徴とする描画装置を提供する。

本発明の電子ビーム照射装置によれば、電界レンズを配置することによって、集束レンズには、電子源から放射される第１の開口角の範囲の電子ビームが入射される。このため、試料の表面上に集束される電子ビームの電流量を増大させることができる。

また、熱電界放射型の電子源から放射される電子ビームのビーム径は、２０〜５０ｎｍ程度で充分微小なビーム径である。従って、電界レンズを配置していない場合の電子ビームのビーム径の縮小率を小さく設定することによって、試料の表面上に集束される電子ビームの電流量を増大させることができる。

また、電界レンズを配置することによって、集束レンズから見た見かけ上の電子源の位置は、実際の電子源の位置よりも遠くに存在する。従って、電界レンズを配置した場合の電子ビームのビーム径の実際の縮小率は、電界レンズを配置していない場合と比べて大きくなる。このため、電子源の振動が、試料の表面上に集束される電子ビームに与える影響も低減される。

しかも、本発明の電子ビーム照射装置は、熱電界放射型の電子源を使用し、電界レンズを配置するという非常に簡単な構成であるため、安価に、大電流、かつ微小ビーム径の電子ビームを発生させることができる。

また、制限絞り兼対物絞りの開孔部の近傍にクロスオーバポイントを設定することによって、その開孔部の穴径を小さくでき、ブランキングのための電子ビームの偏向量も小さくできる。このため、ブランキング電圧を比較的低電圧にでき、ブランキングのための電子ビームのオン／オフの切換周波数を高速化することができる。すなわち、描画を高速化できる。

また、本発明の電子ビーム照射装置では、軸合わせコイルとブランキング電極とが離れて配置されている。従って、ブランキングのための電子ビームのオン／オフの切換周波数を高速化するために、ブランキング電極に大電流を流した場合であっても、その電磁的な干渉が軸合わせコイルに生じることはなく、軸合わせコイルに磁界が発生して電子ビームが曲げられて軸ずれを生じるということはない。

また、本発明の描画装置は、上記のいずれかに記載の電子ビーム照射装置から照射される電子ビームを用いて試料の表面上に情報を記録するので、簡単な構成で安価に、大電流かつ微小ビーム径の電子ビームによって高速に描画を行うことができる。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の電子ビーム照射装置およびこれを用いた描画装置を詳細に説明する。

図１は、本発明の電子ビーム照射装置の構成を表す一実施形態の概略図である。同図に示す電子ビーム照射装置１０は、試料（例えば、ＤＶＤなどの光メディア）３２の表面上に情報を記録するために、電子ビームを試料３２の表面上に照射するもので、電子源１２と、電界レンズ１４と、軸合わせコイル１６と、集束レンズ１８と、ブランキング電極２０と、制限絞り兼対物絞り２２と、非点補正コイル２４と、静電偏向電極２６と、対物レンズ２８と、動的焦点補正レンズ３０とを備えている。

図示例の電子ビーム照射装置１０において、電子源（電子銃）１２は、熱電界放射型のもので、超高真空内に配置されている。電子源１２からは、電子ビームが図１中下側に向かって放射される。

熱電界放射型の電子源１２から放射される電子ビームは、そのビーム径が２０〜５０ｎｍ程度の充分微小なビーム径である。このため、微小ビーム径の電子ビームを得るという点では、電子源１２から放射される電子ビームのビーム径に対する、試料３２の表面上に集束される電子ビームのビーム径の縮小率を大きく設定する必要はない。本実施形態の場合、電界レンズ１４を配置していない場合の、電子ビームのビーム径の縮小率が、概略１に等しくなるように設定されている。

電界レンズ（静電レンズ）１４は、電子源１２から放射される第１の開口角の範囲の電子ビームを、第１の開口角よりも小さい第２の開口角の範囲に集束させる集束電極で、電子源１２の直下に配置されている。

本実施形態の場合、電界レンズ１４は、図２に示すように、それぞれ異なる電位Ｖ１，Ｖ２が印加される一対の円筒レンズによって構成されている。なお、電界レンズ１４はこれに限定されず、各種の構成のものが利用可能である。

ここで、集束電極として、磁界レンズを使用することも考えられる。しかし、磁界レンズを使用すると、磁界レンズを構成するコイルから放出されるガスによって電子源１２周辺の真空度が低下し、電子ビーム照射装置１０の記録性能が劣化するという問題がある。また、コイルから放出されるガスが磁界によってイオン化され、電子源のエミッタに衝突してその寿命を縮めるという問題もある。このため、電子ビーム照射装置１０では、集束レンズとして電界レンズ１４を使用する。

続いて、集束レンズ（コンデンサレンズ）１８は、電界レンズ１４により第２の開口角の範囲に集束された電子ビームをクロスオーバポイントＣＰに集束させる磁界レンズ（電磁レンズ）、対物レンズ２８は、集束レンズ１８によりクロスオーバポイントＣＰに集束された電子ビームを試料３２の表面上に集束させる磁界レンズ、動的焦点補正レンズ３０は、電子ビームの焦点を試料３２の表面上に一致させるように補正するもので、それぞれこの順に電界レンズ１４の下流側に配置されている。

また、電界レンズ１４と集束レンズ１８との間には軸合わせコイル１６が配置されている。軸合わせコイル１６は、電界レンズ１４から集束レンズ１８に入射される電子ビームの軸ずれを補正するものである。

また、集束レンズ１８と対物レンズ２８との間には、ブランキング電極２０、制限絞り兼対物絞り２２、非点補正コイル２４、および静電偏向電極２６が、それぞれこの順に配置されている。

ブランキング電極２０および制限絞り兼対物絞り２２は、情報を書き込む場合、書き込むべき情報に応じて電子ビームのオン（書き込み）／オフ（書き込み停止）を制御するものである。すなわち、ブランキング電極２０によって電子ビームを偏向しなければ、電子ビームは、制限絞り兼対物絞り２２の開孔部を通過して試料３２の表面上に入射される（オン）。一方、ブランキング電極２０により電子ビームを偏向することによって、電子ビームは、制限絞り兼対物絞り２２で遮蔽される（オフ）。

また、非点補正コイル２４は、電子ビームの非点収差を補正するものである。静電偏向電極２６は、情報を書き込む場合、書き込むべき情報に応じて電子ビームを偏向することによって、試料３２の表面上における電子ビームのスポット位置を制御するものである。

図１に示す電子ビーム照射装置１０において、電子源１２から放射される第１の開口角の範囲の電子ビームは、電界レンズ１４により、第２の開口角の範囲に集束され、軸合わせコイル１６により、その軸ずれが補正され、集束レンズ１８により、クロスオーバポイントＣＰに集束される。そして、制限絞り兼対物絞り２２の開孔部を通過した電子ビームは、非点補正コイル２４により、その非点収差が補正され、対物レンズ２８および動的焦点補正レンズ３０により、その焦点が補正され、試料３２の表面上に集束される。

情報を書き込む場合、ブランキング電極２０および制限絞り兼対物絞り２２により、集束レンズ１８によって集束される電子ビームのオン／オフが制御される。また、制限絞り兼対物絞り２２の開孔部を通過し、対物レンズ２８に入射される電子ビームは、静電偏向電極２６により、書き込むべき情報に応じて偏向され、試料３２の表面上におけるスポット位置が制御される。すなわち、試料３２の表面は電子ビームによって走査され、所定箇所に情報が書き込まれる。

前述の通り、熱電界放射型の電子源１２から放射される電子ビームのビーム径は、２０〜５０ｎｍ程度で充分微小なビーム径である。このため、電子ビームのビーム径の縮小率を大きく設定しなくても、試料３２の表面上に集束される電子ビームのビーム径も充分微小なビーム径となる。従って、本実施形態のように、電子ビームのビーム径の縮小率を小さく設定することによって、試料３２の表面上に集束される電子ビームの電流量を増大させることができる。

なお、電界レンズ１４を配置していない場合の電子ビームのビーム径の縮小率は、試料３２の表面上に集束される電子ビームの電流量を増大させる点からは１〜１０の範囲とするのが好ましく、本実施形態のように概略１とするのが最も好ましい。

また、上記の通り、電子ビーム照射装置１０では、電子源１２から放射される第１の開口角の範囲の電子ビームが、電界レンズ１４により第２の開口角の範囲に集束されて集束レンズ１８に入射される。すなわち、集束レンズ１８には、電子源１２から放射される第１の開口角の範囲の電子ビームが入射される。このため、試料３２の表面上に集束される電子ビームの電流量をさらに増大させることができる。

また、図３に示すように、電界レンズ１４を配置することによって、集束レンズ１８から見た見かけ上の電子源の位置は、実際の電子源１２の位置よりも遠くに存在する（図３中、実際の電子源１２よりも上側に存在するように見える）。従って、本実施形態の場合、電界レンズ１４を配置していない場合の電子ビームのビーム径の縮小率が概略１に等しくなるように設定されているが、電界レンズ１４を配置した場合の実際の縮小率は、第１および第２の開口角に応じて１よりも大きくなる。

このように、電界レンズ１４を配置していない場合と比べて、電界レンズ１４を配置した場合には、実際の電子ビームのビーム径の縮小率は大きくなる。このため、電子源１２の振動が、試料３２の表面上に集束される電子ビームに与える影響も低減される。さらに、電子ビーム照射装置１０は、熱電界放射型の電子源１２を使用し、電界レンズ１４を配置するという非常に簡単な構成であるため、安価に、大電流、かつ微小ビーム径の電子ビームを発生させることができる。

また、図１に示す本実施形態の電子ビーム照射装置１０と図５に示す従来の電子ビーム照射装置５０とを比較すると明らかなように、本実施形態の電子ビーム照射装置１０には、絞りとして制限絞り兼対物絞り２２だけが用いられている。制限絞り兼対物絞り２２は、従来の電子ビーム照射装置５０の制限絞り６０と対物絞り６１の両方の機能を兼ね備えるものである（制限絞り兼対物絞り２２は、従来の制限絞り６０と対物絞り６１の両方の機能を一体化したものである）。

本実施形態の電子ビーム照射装置１０では、制限絞り兼対物絞り２２の開孔部の近傍にクロスオーバポイントＣＰを設定することによって、制限絞り兼対物絞り２２の開孔部の穴径を、例えば４０〜１００μｍ程度まで小さくできる。制限絞り兼対物絞り２２の開孔部の穴径が小さくなると、ブランキングのための電子ビームの偏向量も小さくできる。このため、ブランキング電圧を比較的低電圧にでき、ブランキングのための電子ビームのオン／オフの切換周波数を高速化することができる。すなわち、描画を高速化することができる。

なお、図１に示す実施形態の電子ビーム照射装置１０では、制限絞り兼対物絞り２２の開孔部の上部近傍にクロスオーバポイントＣＰを設定し、制限絞り兼対物絞り２２の下流側（下面側）の開孔部の内周縁で電子ビームの開口角を制限している。これに対し、制限絞り兼対物絞り２２の開孔部の下部近傍にクロスオーバポイントＣＰを設定を設定し、制限絞り兼対物絞り２２の開孔部の上流側（上面側）の開孔部の内周縁で電子ビームの開口角を制限するようにしてもよい。

また、本実施形態の電子ビーム照射装置１０では、電界レンズ１４と集束レンズ１８との間に軸合わせコイル１６が配置され、集束レンズ１８と対物レンズ２８との間（集束レンズ１８と制限絞り兼対物絞り２２との間）にブランキング電極２０が配置されている。すなわち、軸合わせコイル１６とブランキング電極２０は離れて配置されている。既に述べた通り、電子ビームの電流量を大きくすると、ブランキングのための電子ビームのオン／オフの切換周波数を高速化するために、ブランキング電極５４にも大電流を流す必要が生じる。

これに対し、本実施形態の電子ビーム照射装置１０では、両者が離れて配置されているので、ブランキング電極２０に大電流を流した場合であっても、その電磁的な干渉が軸合わせコイル１６に生じることはなく、軸合わせコイル１６に磁界が発生して電子ビームが曲げられて軸ずれを生じるということはない。従って、電子ビームの電流量を大電流化するために、例えばクロスオーバポイントＣＰを比較的下方に設定し、縮小率を小さくした場合であっても、軸合わせコイル１６における電子ビームの軸ずれの影響はほとんど生じない。

なお、図１に示す電子ビーム照射装置１０を一例として説明したが、本発明の電子ビーム照射装置は、この構成に限定されるわけではない。例えば、集束レンズ１８および対物レンズ２８をそれぞれ１段の構成としているが、それぞれ多段に構成してもよい。また、軸合わせコイル１６、ブランキング電極２０、制限絞り兼対物絞り２２、非点補正コイル２４、静電偏向電極２６、動的焦点補正レンズ３０などの各構成要素は、必要に応じて使用すればよいし、各種構成のものを使用することができる。

次に、本発明の描画装置について説明する。

図４は、本発明の描画装置の一実施形態の概略図である。同図に示す描画装置１１は、図１に示す電子ビーム照射装置１０から照射される電子ビームを用いて試料３２の表面上に情報を記録する電子ビーム描画装置である。電子ビーム照射装置１０は、図示していない除振機構（例えば、空気圧によるサーボマウンタ等）上に設置された真空チャンバ７１の上部に、電子ビーム照射装置１０から照射される電子ビームが試料３２の表面（描画面）上にほぼ垂直に照射されるように配設されている。

真空チャンバ７１の内部には基台７４が設けられており、その上端面上に、例えば球体、円筒ローラ等が送り方向(図４中矢印Ｘ方向)に配置されたころがり軸受７６を介して移動体７５が配設されている。移動体７５は、図４に示すように、その横断面がＬ字形状のものであり、移動体７５の右端部にはネジ穴部が設けられている。また、ネジ穴部には、次に述べる送り駆動モータ７２の回転軸である送りネジ７７が嵌合されるネジ穴が開孔されている。

真空チャンバ７１の図４中右下部には、その回転軸として、例えばボールネジ等の送りネジ７７を有する送り駆動モータ７２が配設されている。前述の通り、送りネジ７７は、移動体７５のネジ穴部のネジ穴に嵌合されている。すなわち、図示していない送り駆動モータ７２への通電信号により、送りネジ７７を回動させることによって、後述する回転テーブル８２上に試料３２を載置した状態で、移動体７５を矢印Ｘの方向（図４中左右方向）に移動自在とする送り機構７８が構成されている。

移動体７５の上面上には、後述するシール機構７９を介して、図示していない外部から供給される圧縮空気により、ラジアル、スラスト方向に静圧浮上するエアスピンドル８７が固定されている。また、エアスピンドル８７の上側面上には、試料３２が載置される回転テーブル８２が固定されている。なお、真空中でエアスピンドル８７を設ける場合、真空シールのためにエアスピンドル８７外周囲に磁性流体シールあるいは差動排気等のシール機構７９を設けるのが一般的である。

真空チャンバ７１の図４中左上部には、仕切り弁８５を介してロードロック８４が配設されている。ロードロック８４内には試料３２の搬送装置８６が設けられており、この搬送装置８６によって、真空チャンバ７１内に試料３２が導入され、真空チャンバ７１内から試料３２が排出される。また、真空チャンバ７１の底部には、連通状態にてターボ分子ポンプ等の真空ポンプ７３が設けられており、描画時には、前述のように、真空チャンバ７１内部が真空状態とされる構成となっている。

さらに、前述のエアスピンドル８７の下部には、回転駆動モータ８１を介して、一般的に、その出力が一周を数千等分割したＡ相、Ｂ相パルスと一周に１回発生するＺ相パルスとから構成される光学式ロータリーエンコーダ８０が固定されている。すなわち、図４中回転矢印方向に、エアスピンドル８７すなわち回転テーブル８２を回転自在とする回転機構８３が構成されており、図示していない回転駆動モータ８１への通電信号により試料３２は回転自在とされている。

試料３２の表面上に情報を記録する場合、ロードロック８４内の搬送装置８６によって、真空チャンバ７１内に試料３２が導入され、回転テーブル８２上に載置される。そして、真空ポンプ７３により、真空チャンバ７１内部が所定の真空状態とされる。

描画時には、回転駆動モータ８１および光学式ロータリーエンコーダ８０により、回転矢印の方向に、所定の速度で回転テーブル８２すなわち試料３２が回転されるとともに、駆動モータ７２で送りネジ７７を所定の一方向に回転させることによって、試料３２が矢印Ｘの所定の一方向に移動されつつ、電子ビーム照射装置１０から照射される電子ビームにより試料３２の表面上に情報が２次元的に記録される。

描画が終了すると、ロードロック８４内の搬送装置８６によって、真空チャンバ７１内から試料３２が排出される。

なお、図４に示す描画装置を一例として説明したが、本発明の描画装置は、本発明の電子ビーム照射装置から照射される電子ビームを用いて試料の表面上に情報を記録するものであって、これ以外の各部位は何ら限定されない。例えば図４の例では、描画時に、試料を回転させつつ、一方向に移動させているが、矢印Ｘと、これにほぼ直交するＹ方向との二方向に移動させてもよいし、さらには試料を図４中上下方向Ｚを含むＸＹＺの三方向に移動させながら描画を行うことも可能である。

また、本発明の電子ビーム照射装置および描画装置は、ＤＶＤなどの光メディアへの情報の記録だけでなく、ホログラムメモリ等の各種メディアへの情報の記録にも利用可能である。

本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明の電子ビーム照射装置および描画装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明の電子ビーム照射装置の構成を表す一実施形態の概略図である。 図１に示す電子ビーム照射装置で用いられている電界レンズの構成を表す概略図である。 図１に示す電子ビーム照射装置における電子ビームの状態を表す概略図である。 本発明の描画装置の一実施形態の概略図である。 従来の電子ビーム照射装置の構成を表す一例の概略図である。 図５に示す電子ビーム照射装置における電子ビームの状態を表す概略図である。 図５に示す電子ビーム照射装置における電子ビームの状態を表す概略図である。

符号の説明

１０、５０ 電子ビーム照射装置
１１ 描画装置
１２、５２ 電子源
１４ 電界レンズ
１６、５６ 軸合わせコイル
１８、５８ 集束レンズ
２０、５４ ブランキング電極
２２ 制限絞り兼対物絞り
２４、６２ 非点補正コイル
２６、６４ 静電偏向電極
２８、６６ 対物レンズ
３０ 動的焦点補正レンズ
３２、７０ 試料
６０ 制限絞り
６１ 対物絞り
７１ 真空チャンバ
７２ 送り駆動モータ
７３ 真空ポンプ
７４ 基台
７５ 移動体
７６ ころがり軸受
７７ 送りネジ
７８ 送り機構
７９ シール機構
８０ 光学式ロータリーエンコーダ
８１ 回転駆動モータ
８２ 回転テーブル
８３ 回転機構
８４ ロードロック
８５ 仕切り弁
８６ 搬送装置
８７ エアスピンドル
ＣＰ、ＣＰ１、ＣＰ２ クロスオーバポイント

Claims (6)

1. 試料の表面上に情報を記録するために、電子ビームを前記試料の表面上に照射する電子ビーム照射装置であって、
   前記電子ビームを放射する熱電界放射型の電子源と、
   前記電子源の直下に配置され、前記電子源から放射される第１の開口角の範囲の電子ビームを、前記第１の開口角よりも小さい第２の開口角の範囲に集束させる集束電極となる電界レンズと、
   前記電界レンズの下流側に配置され、前記電界レンズにより前記第２の開口角の範囲に集束される電子ビームをクロスオーバポイントに集束させる集束レンズと、
   前記集束レンズの下流側に配置され、前記集束レンズにより前記クロスオーバポイントに集束される電子ビームを前記試料の表面上に集束させる対物レンズとを備えていることを特徴とする電子ビーム照射装置。
2. 前記電界レンズを配置していない場合の、前記電子源から放射される電子ビームのビーム径に対する、前記試料の表面上に集束される電子ビームのビーム径の縮小率が、１〜１０の範囲に設定されている請求項１に記載の電子ビーム照射装置。
3. 前記電子ビームのビーム径の縮小率が、概略１に等しくなるように設定されている請求項２に記載の電子ビーム照射装置。
4. さらに、前記電界レンズと前記集束レンズとの間に配置され、前記電界レンズから前記集束レンズに入射される電子ビームの軸ずれを補正する軸合わせコイルと、
   前記集束レンズと前記対物レンズとの間に配置され、前記集束レンズにより前記クロスオーバポイントに集束される電子ビームを偏向するブランキング電極とを備えている請求項１〜３のいずれかに記載の電子ビーム照射装置。
5. さらに、前記集束レンズと前記対物レンズとの間で、かつ前記ブランキング電極の下流側に配置され、情報を書き込む場合に、前記ブランキング電極とともに、書き込むべき情報に応じて電子ビームのオン／オフを制御する制限絞り兼対物絞りを備え、
   前記クロスオーバポイントが、前記制限絞り兼対物絞りの開孔部の近傍の上流側または下流側に設定されている請求項４に記載の電子ビーム照射装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の電子ビーム照射装置から照射される電子ビームを用いて試料の表面上に情報を記録することを特徴とする描画装置。

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