专利名称：电子束描绘设备及其台架机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可在原版记录盘等的原版盘制作过程中使用的电子 束光刻设备及其台架机构。
背景技术：
在原版光盘的原版盘制作过程中，通过将抗蚀膜暴露于激光束而形
成凹坑和凹槽。在该原版盘制作过程中使用的激光束记录仪(LBR)使用UV (紫外线)、深UV (远紫外线)等作为其光源，通过深UV可进一步减小 射束直径。激光束的曝光极限，也即光盘的记录密度，由光的衍射极限 确定，该光的衍射极限由光波长和物镜的数值孔径确定。近年来，为了 形成大小超过激光束的曝光极限的微小凹坑或凹槽以改善光盘的记录密 度，已研究出在半导体加工中使用的电子束光刻方法。通过采用这样的 电子束光刻方法，期望进行离散轨道介质、图案化介质等的原版盘制造， 该离散轨道介质、图案化介质等有望作为髙密度硬盘以及蓝光盘之类的 髙密度光盘的未来技术。
图1表示在原版盘的制作中使用的旋转台架型电子束光刻设备的构 造。该旋转台架型电子束光刻设备包括X台架100;安装在X台架100 上的旋转台架101;以及电子光学透镜筒103。原版盘200安装在旋转台 架上的回转台104上，在驱动旋转台架101旋转的同时，X台架100沿盘 的径向(沿图1中箭头A的方向)运动，从而进行电子束照射位置的定 位控制。如上所述，因为电子束光刻设备的台架机构由线性运动台架(X 台架)与旋转台架(8台架)的组合构成，因此该电子束光刻设备的台 架机构通常称为X-9台架。由于电子束光刻设备中使用的旋转台架要求 纳米级的定位精度，因此在旋转台架中通常使用空气静压电主轴(air spindle)。同时，由于电子束在空气中具有显著扩散和衰减的特性，因此需要排空电子束的照射路径，从而将整个台架置于真空室105中。因 此，传统上将容纳在密封的真空容器中的空气静压电主轴用作旋转台架， 向该空气静压电主轴的旋转轴施加利用磁性流体、差动排气等的真空轴 密封件。另外，为了消除设备中产生的振动，而将整个设备安装在免振 台106上。
为了在真空室中操作空气静压电主轴，需要将空气轴承的高压空气、 马达驱动的电信号等从真空室的外部引入空气静压电主轴以及将轴承中 使用的空气排出真空室的某种措施。传统上，将波纹管或柔性管之类的 柔性管道用作这样的装置。在此，由于旋转台架安装在X台架上，因此
与空气静压电主轴连接的管道响应于X台架的运动而变形。所述管道在X 台架运动期间的变形会阻碍x台架的进给操作，因此妨碍了高精度的定 位控制。日本应用物理(Jpn. Appl. Phys) 40巻(2001)第1653至1660 页(非专利文献l)公开了一种布管方法，其中，从旋转台架上部一侧引 到真空室的分隔壁的金属柔性管107布置成如图2所示转到其一侧的"U" 形。在该情况下，柔性管107通过如图3所示的变形与X台架的行程响 应。在这样的构成情况下，需要支撑部件来支撑柔性管的重量，实际上 真空室的底部等承担着这样的角色。当用显微镜来观测实际运动时，在 管运动变形时，在支撑部件(真空室的底部等)与柔性管之间产生摩擦， 该摩擦造成摩擦阻力和微小振动，导致X台架的运动精度降低。另外， 由于轴承的高压供气管、马达驱动馈线等一起穿过柔性管的内部，因此 传统上使用直径较大的柔性管(内径为1英寸以上)。从而，X台架上的 因其挠曲刚度的负载是使得X台架的运动精度降低的一个原因。如果采 用完全不接触的差动排气密封件来提高主轴马达的旋转精度，则管的数 量会进一步增多，这使得上述问题更为严重。
同时，日本应用物理43巻(2004)第5068至5073页(非专利文献2) 和日本专利申请特开2003-287146号公报(文献l)公开了一种沿X方向 配备有波纹管弹性件的设备。然而，波纹管的弹力与设置为防止波纹管 压曲的引导机构的滑动摩擦阻力使得X台架的运动精度降低。发明内容技术问题
考虑到上述问题提出本发明，本发明的目的是提供一种台架机构和配备该台架机构的电子束光刻设备，该台架机构能够通过减小X台架上由旋转台架布管产生的运动负载，从而更高精度地进行定位控制。
解决问题的方案
根据本发明，提供一种台架机构，该台架机构包括定位机构，该定位机构包括旋转台架和线性运动台架，所述旋转台架具有回转台，所述线性运动台架使所述旋转台架线性运动以定位；真空室，该真空室容纳所述定位机构；以及至少一个柔性管道，该柔性管道使所述真空室的外部与所述定位机构的内部连通。所述真空室具有在所述定位机构下侧的下方延伸的下部空间，并且所述管道从所述定位机构的表面穿过所述下部空间引到所述真空室的内壁。
根据本发明，提供一种电子束光刻设备，该电子束光刻设备包括定位机构，该定位机构包括旋转台架和线性运动台架，所述旋转台架具有回转台，所述线性运动台架使所述旋转台架线性运动以定位；电子束照射装置，该电子束照射装置将电子束照射在安装于所述旋转台架上的原版盘上，以形成记录标记；真空室，该真空室容纳所述定位机构；以及至少一个柔性管道，该柔性管道使所述真空室的外部与所述定位机构的内部连通。所述真空室具有在所述定位机构下侧的下方延伸的下部空间，并且所述管道从所述定位机构的表面穿过所述下部空间引到所述真空室的内壁。
图1表示传统的电子束光刻设备的构造；
图2表示传统的电子束光刻设备中的布管方法；
图3表示传统的电子束光刻设备的管道的运动；
图4表示本发明一实施方式中的旋转台架的构造；
图5表示作为本发明一实施方式的电子束光刻设备的构造;图6表示作为本发明一实施方式的电子束光刻设备的管道的运动;图7表示作为本发明一实施方式的电子束光刻设备的构造；以及图8表示作为本发明另一个实施方式的电子束光刻设备的构造。附图标记说明1 旋转台架
5 回转台13壳体14真空分隔壁16-19柔性管25 馈线
30 电子光学透镜筒40 X台架50 真空室
50a上部区域(上部空间)50b下部区域(下部空间)Al-A5 引线Bl-B5 引线
具体实施例方式
下面将参照附图描述本发明的实施方式。在下面引用的所有附图中，相同的附图标记用于指代基本相同或等同的组成部分或部件。
图4是利用作为本发明一实施方式的空气静压电主轴的旋转台架1的剖视图。止推板3、 4和回转台5连接到旋转台架1的旋转轴2，因此这些部件形成旋转部分。轴颈轴承6和止推轴承7分别以微小间隙放置成面向旋转轴2和止推板3、 4。当将压縮空气供应到轴承入口 8中时，压缩空气经由供给通路9喷出形成轴颈轴承6和止推轴承7的部件的喷嘴形成部。旋转轴2与止推板3、 4由该压縮空气以非接触的方式支撑。在止推板4的下方，设置与旋转轴2联接的轴10以及以非接触方式向该轴10供应驱动力的AC伺服马达11。通过使靠近所述轴设置的多个非接触密封部20差动排气而防止空气穿过密封件从旋转轴泄露。这样，旋转台架1的旋转部分以完全非接触的方式相对于固定部分支撑，因此将与旋转相关的摩擦阻力抑制得很小，而实现极高精度的旋转控制。
在以上的空气静压电主轴的组成部分中，除了回转台5以外的部分
以气密方式容纳在壳体13中。真空分隔壁14是以气密方式分隔真空室的内部和外部的壁，旋转台架1放置在真空分隔壁14的内部，也即，放置在真空室内的真空环境中。注意，真空分隔壁14外部和壳体13的内部具有大气压力。
在真空分隔壁14上设置引线Al至A5，在旋转台架1的壳体13的底部上设置引线B1至B5。引线形成分隔壁内外的管道或线的联接，并且确保其气密性，从而空气不通过该联接泄露到真空室中。借助这些引线进行真空分隔壁14内外的布管和布线。g卩，借助引线向空气静压电主轴供应压縮空气，从空气静压电主轴排出空气，以及向AC伺服马达ll供应驱动电力。供气管15连接在轴承入口 8与引线Bl之间。由不锈钢之类的金属制成的小直径柔性管16 (例如外径为1/2英寸以下)连接在引线B1与引线A1之间。通过这样布管，在保持真空室中真空度的情况下，可将压縮空气从真空分隔壁14的外部供应到空气静压电主轴。另外，馈线25分别连接在AC伺服马达11与引线B2之间以及引线B2与引线A2之间。通过这样的布置，在保持真空室中真空度的情况下，将驱动电力从真空分隔壁14的外部供应到AC伺服马达11。而且，在引线B3与引线A3之间连接小直径柔性管17 (例如1/2英寸以下)。通过这样的布置，供应到真空轴承5、 6的一部分压縮空气经由柔性管17排到真空分隔壁14的外部。并且，排气管道23、 24分别连接在轴承出口21与引线B4之间以及轴承出口 22与引线B5之间，小直径柔性管18、 19 (例如1/2英寸以下)分别连接在引线B4与引线A4之间以及引线B5与引线A5之间。通过这样布管，已流进非接触密封部20中的空气可差动地排出真空分隔壁14外。
将设置在壳体13的底部上的引线Bl至B5以及设置在真空分隔壁14上的引线Al至A5连接的柔性管16至19和馈线25的每个均布置成在中间部分向下悬垂成基本为如图4所示的"U"状。这样，在根据本发明的台架机构中，单独设置用于将空气供应到空气静压电主轴并从该空气静压电主轴排出以及用于向该空气静压电主轴馈送电力的管道和线，而不使用在传统的设备中使用的波纹管或引导管之类的部件。
图5表示设置有根据本发明的上述旋转台架1的电子束光刻设备的
构造。电子光学透镜筒30包括电子枪31、聚光透镜32、断路电极33、光圈34、偏转器35、聚焦透镜36、物镜37等。从电子枪31发射的电子通过聚光透镜32会集到断路电极的中心，以形成穿透点，然后穿过光圈34与偏转器35，并通过物镜37会集在记录原版盘上。通过利用断路电极偏转电子束并利用光圈阻挡电子束来调制该电子束。
以气密方式容纳X台架40和旋转台架1的真空室50设置有沟状空间，该沟状空间在X台架40的底部下方伸展。包括X台架40和回转台5的旋转台架的上部部分容纳在沟状空间上方的空间50a中(下文称为第一区域)。同时，旋转台架的下部部分和用于向空气静压电主轴供应空气并从该空气静压电主轴排出空气以及用于向该空气静压电主轴馈送电力的管道放置在沟状空间50b中(下文称为第二区域)。如图5所示，第二区域50b的宽度(沿图5的横向方向)可设置成比第一区域50a的宽度小，但大小至少确保X台架40的运动行程。
X台架包括沿图中箭头A的方向(X方向)延伸的进给螺杆41;与进给螺杆41的一端联接的轴42;设置在真空室50外部以驱动轴42旋转的马达43;与进给螺杆41配合的内螺纹45;固定至内螺纹45的台架部分44;以及基部46，该基部46固定到第一区域50a的底部并与进给螺杆41的另一端连接。当驱动马达43时，进给螺杆41借助轴42在相同的位置旋转，从而内螺纹45与台架部分44沿X方向运动。在台架部分44中形成通孔，旋转台架1插入该通孔中。旋转台架1在其凸缘80处固定至台架40，并由该台架40支撑，凸缘80形成为从旋转台架1的周向伸出。通过这样的设置，当X台架40运动时，旋转台架1可沿X方向运动。原版盘200安装在位于旋转台架上的回转台5上，在旋转台架l旋转的同时，X台架40沿盘的径向(图5中箭头A的方向)运动，从而进行电子束照射位置的定位控制。
旋转台架1安装成使得其穿过X台架40的下部部分位于第二区域
50b中。因此，附接到旋转台架1的壳体底部的柔性管16至19与馈线 25布置在第二区域中。如上所述的引线Al至A5设置在第二区域50b的 侧壁上，并且在这些引线Al至A5与设置在旋转台架的壳体底部上的引 线Bl至B5之间，柔性管16至19以及馈线25连接形成为基本"U"状。 这些管道和线向下悬垂在半空中，因而在X台架40运动期间不与真空 室内部上的侧部或底部接触。
在使用免振台去除设备中产生的振动的情况下，在免振台卯中形成 通孔，第二区域50b穿过该通孔，第一区域50a的底部安装在免振台90 上，从而确保稳定性。
将参照图6描述当X台架40沿X方向运动时柔性管16至19的运 动。如上所述，各柔性管向下悬垂在中间部分而在旋转台架的壳体底部 与真空室的第二区域50b内的真空分隔壁14之间形成为"U"状。在该 状态下，当X台架40沿X方向运动时，旋转台架1沿X方向运动。如 图6所示，柔性管通过改变其曲率半径而与X台架的运动响应。由于各 柔性管向下悬垂在半空中而使得在X台架运动期间不与真空室的真空分 隔壁14接触，因此消除了摩擦之类的非线性干扰。
对于柔性管的挠曲刚度，由于实际上需要考虑波纹的形状，因此需 要复杂的计算，但是如果基于条件不变的假设进行简单模拟，则可以当 作圆形管道的挠曲刚度。也即，由于与截面二次矩成比例，因此挠曲刚 度与相同壁厚的圆形管道的内径的立方成比例。与此相比，在平行布置 相同内径的多个管道的情况下，截面二次矩与管道的数量成比例。因此， 不象传统设备那样使用使多个管道可从其延伸通过的大内径柔性管，根 据该实施方式，用于供应空气和排出空气以及用于馈送电力的管道分别 设置成使得各管道为小内径，从而降低管道的挠曲刚度。通过这样的设 置，可降低X台架上的运动负载，实现高精度的定位控制。
根据管道的长度和安装间隔，在中间部分中向下悬垂成"U"状的柔 性管可彼此接触，这使得产生摩擦阻力，从而导致X台架40的运动精度降低。为了防止这样的情况，理想的是，如图7所示，在合适的位置处 设置夹具91来夹持管，以使管彼此分开。而且，通过设置该夹具而期望 减小U形管道中产生的振动。虽然通常用作真空金属柔性管的不锈钢制 柔性管单个的减振效果不好，但通过夹持多个柔性管来分散振动能量， 从而可将共振抑制得较小。注意，期望用柔性编织物(编织线)等覆盖 金属柔性管来产生减振效果。另外，与引线连接的管道不限于金属柔性 管，而可以是例如在真空中很少脱气的树脂制管。
虽然在以上的实施方式中，引线设置在旋转台架1的壳体13的底 部上，但并不局限于此，引线B1至B5可以设置在旋转台架的位于真空 室的第二区域50b中的侧部的下部部分上，并且在引线B1至B5与设置 在真空分隔壁14上的引线Al至A5之间，柔性管16至19以及馈线25 可连接成在中间部分基本向下悬垂成"U"状。而且在该情况下，各U 形管道布置成在X台架40运动期间不接触真空室50内部上的侧部或底 部。
从以上说明清楚的是，在根据本发明的台架机构与电子束光刻设备 中，真空室具有在X台架下方伸展的沟状空间，并且连接在旋转台架与 真空分隔壁之间的管道和线布置在该空间中。这些管道和线布置成响应 于X台架的运动变形，而不接触在该空间中真空室的内壁，因此可大大 减小X台架的运动期间的摩擦阻力和振动。因此，可更高精度地进行原 版盘的定位控制，并因此可形成适于高密度记录的微小凹坑。通过单独 将小内径的柔性管相应地设置为这些管道，可进一步降低X台架上的运 动负载。另外，由于该设备可被构造成不具有在传统设备中使用的波纹 管或引导管之类的部件，因此可实现低成本和高可靠性。
权利要求
1、一种台架机构，该台架机构包括定位机构，该定位机构包括旋转台架和线性运动台架，所述旋转台架具有回转台，所述线性运动台架使所述旋转台架线性运动以定位；真空室，该真空室容纳所述定位机构；以及至少一个柔性管道，该柔性管道使所述真空室的外部与所述定位机构的内部连通，其中所述真空室具有在所述定位机构下侧的下方伸展的下部空间，并且所述管道从所述定位机构的表面穿过所述下部空间引到所述真空室的内壁。
2、 根据权利要求l所述的台架机构，其中，所述管道在所述中间部分中向下悬垂，而不接触在所述下部空间中所述真空室的内壁。
3、 根据权利要求1或2所述的台架机构，其中，所述管道的一端联 接到所述定位机构的下侧。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的台架机构，其中，所述管道 的一端与所述定位机构的侧表面联接。
5、 根据权利要求1至4中任一项所述的台架机构，其中，该台架机 构具有多个所述管道，该台架机构还包括夹具，以彼此分开地夹持所述 管道。
6、 根据权利要求1至5中任一项所述的台架机构，其中， 所述线性运动台架具有通孔，并且 所述旋转台架插入所述通孔中。
7、 一种电子束光刻设备，该电子束光刻设备包括定位机构，该定 位机构包括旋转台架以及线性运动台架，所述旋转台架具有回转台，所 述线性运动台架使所述旋转台架线性运动以定位；电子束照射装置，该 电子束照射装置将电子束照射在安装于所述旋转台架上的原版盘上，以 形成记录标记；真空室，该真空室容纳所述定位机构；以及至少一个柔 性管道，该柔性管道使所述真空室的外部与所述定位机构的内部连通， 其中-所述真空室具有在所述定位机构下侧的下方伸展的下部空间，并且 所述管道从所述定位机构的表面穿过所述下部空间引到所述真空室 的内壁。
全文摘要
包括旋转台架和线性运动台架的定位机构容纳在真空室中，管道从所述真空室的外部连接到所述定位机构。在真空室中形成在所述定位机构下方延伸的空间。将所述定位机构与所述真空分隔壁彼此连接的所述管道布置成大致U形，使得所述管道可响应于线性运动台架的运动变形，而不接触在所述空间中真空室的内壁。
文档编号G11B7/26GK101641742SQ20078005236
公开日2010年2月3日 申请日期2007年3月28日 优先权日2007年3月28日
发明者北原弘昭 申请人:先锋株式会社