JP2012003815A - Laser exposure apparatus and method - Google Patents
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Abstract
【課題】フォーカスアクチュエータ駆動部の質量を削減して、追従性を向上させたレーザ露光装置を提供する。
【解決手段】コリメートされたレーザ光Lを、偏光ビームスプリッタ120,1/4波長板121を経て、集光レンズ122により、光軸方向に移動可能な反射基板123上に集光させる。反射基板123からの反射光を再び集光レンズ122を通して、再度、コリメート光にした後、固定されている対物レンズ110に入射させる。フォーカスずれ情報に基づいて反射基板123を光軸方向に移動制御することによりフォーカシングを行う。このようにして、質量の大きな対物レンズ110の代わりに質量の小さな反射基板123を駆動する。
【選択図】図1The present invention provides a laser exposure apparatus in which the mass of a focus actuator driving unit is reduced and the followability is improved.
A collimated laser beam L is condensed on a reflective substrate 123 movable in the optical axis direction by a condenser lens 122 through a polarizing beam splitter 120 and a quarter-wave plate 121. The reflected light from the reflective substrate 123 is again converted into collimated light through the condenser lens 122 and then incident on the fixed objective lens 110. Focusing is performed by controlling the movement of the reflective substrate 123 in the optical axis direction based on the defocus information. In this way, the reflective substrate 123 with a small mass is driven instead of the objective lens 110 with a large mass.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、CD,DVDやBD(ブルーレイディスク)などの光ディスクの原盤作成用の露光装置、あるいはナノインプリント技術を用いた露光装置などに適用されるレーザ露光装置および方法に関するものである。 The present invention relates to a laser exposure apparatus and method applied to an exposure apparatus for producing a master of an optical disk such as a CD, a DVD or a BD (Blu-ray Disc), or an exposure apparatus using a nanoimprint technology.
光ディスクの製造においては、原盤からスタンパーを作成し、このスタンパーを使用して射出成形により複製が行われ、光ディスクが製造される。 In the production of an optical disk, a stamper is made from a master, and duplication is performed by injection molding using this stamper to produce an optical disk.
この原盤を作成するために用いられる光ディスク原盤作成用の露光装置は、光源から放射されたコヒーレントなビームに対して変調および偏向を施し、対物レンズを介して記録光を光ディスク原盤に照射する光学系を用いて情報を記録する構成になっている(例えば、特許文献1参照)。 An exposure apparatus for creating an optical disc master used to create this master disc modulates and deflects a coherent beam emitted from a light source, and irradiates the optical disc master with recording light through an objective lens. Is used to record information (for example, see Patent Document 1).
図9は一般的な原盤露光装置の概略構成図である。 FIG. 9 is a schematic block diagram of a general master exposure apparatus.
図9において、レーザ光源部101から発生したレーザ光Lは、ビーム変調部102,ビーム偏向部103,ビーム整形部104を通り、平行光(コリメート光)に整形される。その後、レーザ光Lは、ミラー105,ハーフミラー106で反射され、ハーフミラー108を通って、ダイクロイックミラー109からアクチュエータ110aにより駆動される対物レンズ110を経て、ガラスの原盤111に集光される。
In FIG. 9, the laser light L generated from the laser
原盤111から反射されたレーザ光Lは、前述とは逆方向に進み、一部がハーフミラー106を透過した後、ビームモニター系107に入射する。ビームモニター系107においてレーザ光Lは、凸レンズ107aを透過し、ディテクタ107b上に集光される。
The laser light L reflected from the
なお、凸レンズ107aとディテクタ107bは、対物レンズ110によりレーザ光Lが対物レンズ110のフォーカス点に集光される位置関係に、あらかじめ調整されている。
The
すなわち、ディテクタ107b上で集光ビームが最小になるときに、対物レンズ110を透過したレーザ光Lもジャストフォーカスとなり、このような状態を保持しながら露光を行うことにより、所望のピット幅,長さおよび連続溝幅を満足する光ディスク用原盤を得ることができる。
That is, when the condensed beam is minimized on the
ジャストフォーカス状態を保持するためには、一般的には、図9に示す補助フォーカスサーボ光学系117を用いる。この補助フォーカスサーボ光学系117を用いる場合は、補助フォーカスサーボ光学系117から出射したレーザ光はミラー116によりダイクロイックミラー109と対物レンズ110を透過した後、原盤111に入射する。原盤111の表面で反射した反射光は、再び、対物レンズ110とダイクロイックミラー109を透過し、ミラー116で反射して補助フォーカスサーボ光学系117に入射することにより、フォーカスサーボ検知が可能となる。
In order to maintain the just focus state, an auxiliary focus servo
近年、光ディスクに関する技術は、BD(ブルーレイディスク)のような高精度化に加えて、高品質化が要求されている。これに伴い、原盤記録装置に関しても、スピンドル,スライダーなどの構成部材の高精度化や、その制御性能を向上させることが要求され、さらにフォーカスサーボに関しても高精度化と高追従性が必要となっている。 In recent years, technologies related to optical discs are required to have high quality in addition to high accuracy such as BD (Blu-ray Disc). Along with this, it is also required for the master recording device to improve the precision of components such as spindles and sliders and to improve its control performance, and also for the focus servo, high precision and high followability are required. ing.
また原盤記録の生産性を考えると、従来のCD,DVDなどにおいて記録速度が2倍速,3倍速と進展していったように、ますます記録速度の高速化が要求されており、従来にも増して高周波数への追従性が必要である。 Considering the productivity of master recording, the recording speed has been increasingly demanded as the recording speed has increased to 2x and 3x in conventional CDs and DVDs. In addition, high frequency tracking is required.
これまでの原盤記録装置では、図10に示すように、対物レンズ110を極力小さなハウジング140に収め、一方では、このハウジング140を静圧で保持して上下方向のガイドとし、また他方では、このハウジング140にボイスコイルを取り付けて駆動させる方式を用いていた。つまり、対物レンズ110自体を動かす構成を採用しており、この方法で高追従性を保つために、極力、動作部分が軽くなるような構造としていた。
In the conventional master recording apparatus, as shown in FIG. 10, the
また、フォーカスサーボの高性能化を図るため、補助レーザ光のみならず、原盤111から反射した記録光を、直接、フォーカスサーボに用いる方法も一般的になりつつある。たとえば、原盤111からの反射光の一部を、図9に示すハーフミラー108を用いて分岐し、ミラー112を介して記録ビームフォーカスサーボ系113に入射させることにより、より精密なフォーカスサーボを実現する方法が提案されている。
In order to improve the performance of the focus servo, not only the auxiliary laser beam but also the recording light reflected from the
また、露光装置の小型化に関しては、図9における光源101に半導体レーザを用いることにより、ビーム変調部102とビーム整形部104を省略することが可能となる。
Further, regarding the downsizing of the exposure apparatus, the beam modulation unit 102 and the beam shaping unit 104 can be omitted by using a semiconductor laser for the
光ディスク作成において原盤に要求される精度は厳しく、特にハイビジョン用のブルーレイディスクなどにおいては、より細かく精度の高いレーザ露光が要求される。細かくかつ精度の高い露光のためには、レーザ露光装置内の各部に対して高い精度が要求される。その中でも大切なのはレーザ露光装置におけるレーザ光の特性である。 The precision required for the master in the production of optical discs is strict, and in particular, in the case of a Blu-ray disc for high vision, finer and higher precision laser exposure is required. For fine and highly accurate exposure, high precision is required for each part in the laser exposure apparatus. Of particular importance is the characteristics of the laser beam in the laser exposure apparatus.
しかしながら、一方では原盤記録の高精度化に伴い、最終的にレーザ光の特性に影響を与える対物レンズは、絞りを優先させるため大口径及び高開口数(NA)化が必要となり、重量の増加が避けられない問題となってきた。 However, on the other hand, as the master recording becomes more precise, the objective lens that ultimately affects the characteristics of the laser beam needs to have a large aperture and a high numerical aperture (NA) in order to prioritize the aperture, which increases the weight. Has become an unavoidable problem.
またそのことが、高い追従性が必要である記録速度の高速化、すなわち、高回転による露光の妨げになっている。さらに、対物レンズの小口径化、あるいは軽量の対物レンズの実現には、多大なコストがかかるという問題がある。 This also hinders exposure due to high recording speed, that is, high rotation speed, that is, high rotation. Furthermore, there is a problem that a large cost is required to reduce the diameter of the objective lens or to realize a lightweight objective lens.
また、レーザ品質の優れた青色半導体レーザの実用化により、レーザ光のパワーコントロールおよびオン/オフ変調に関しては、露光装置の光学系内部から電気光学変調素子(EO変調素子)、音響光学変調素子(AO変調素子)を省略することは実現できたが、主として記録型のメディアに採用されているウオブリング(wobbling)、すなわち、レーザ偏向素子を使用するレーザ光の光軸に対する垂直方向への角度制御に関しては、従来通り露光装置内部に偏向素子を設ける必要があり、このことも装置内部の光学系の小型化や軽量化を阻害する原因となっている。 In addition, due to the practical use of blue semiconductor lasers with excellent laser quality, the power control and on / off modulation of laser light can be performed from the inside of the optical system of the exposure apparatus from an electro-optic modulator (EO modulator), acousto-optic modulator ( Although the omission of the (AO modulation element) could be realized, the wobbling mainly used for the recording medium, that is, the angle control in the vertical direction with respect to the optical axis of the laser beam using the laser deflection element. As in the prior art, it is necessary to provide a deflecting element in the exposure apparatus, which also hinders the reduction in size and weight of the optical system in the apparatus.
本発明は、前記従来の技術の課題を解消し、フォーカスアクチュエータ駆動部の質量を軽減して、追従性を向上させることを可能にしたレーザ露光装置および方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a laser exposure apparatus and method that can solve the problems of the prior art and reduce the mass of the focus actuator drive unit and improve the followability.
上記課題を解決するために、本発明のレーザ露光装置は、レーザ光を出射するレーザ光源部と、前記レーザ光を対象物に対して集光させる対物レンズとを備えたレーザ露光装置において、前記レーザ光の光軸上に設置された反射部材と、前記レーザ光を前記反射部材上に集光させる集光レンズと、前記対象物に対するレーザ光のフォーカスずれ情報に基づいて前記反射部材を前記光軸方向へ移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a laser exposure apparatus according to the present invention includes a laser light source unit that emits laser light and an objective lens that focuses the laser light on an object. A reflection member installed on the optical axis of the laser beam; a condenser lens for condensing the laser beam on the reflection member; and And a moving means for moving in the axial direction.
本発明によれば、フォーカスアクチュエータ駆動部の質量を軽減して、レーザ光のフォーカスの追従性が飛躍的に向上させることが可能になる。 According to the present invention, it is possible to reduce the mass of the focus actuator driving unit and dramatically improve the followability of the focus of the laser beam.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
まず、本発明のレーザ露光装置における光ディスクマスタリング工程の概略について、図4のマスタリングプロセスの説明図に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
First, an outline of the optical disc mastering process in the laser exposure apparatus of the present invention will be described based on the explanatory diagram of the mastering process in FIG.
先ず、ガラス板を研磨して光ディスクマスタリング用の原盤を形成する(工程a)。光ディスクマスタリング用原盤の材質としては、青板ガラス(ソーダライムガラス),石英ガラスあるいはSi基板などが用いられる。 First, a glass plate is polished to form an optical disc mastering master (step a). As a material for the master for optical disc mastering, blue plate glass (soda lime glass), quartz glass, Si substrate or the like is used.
次に、原盤上にスピンコートにより有機系の材料からなるフォトレジストを形成するか、スパッタリング法により無機系の記録材料を形成する(工程b)。なお、フォトレジストあるいは記録材料の厚みは、CD,DVD,BDなどのフォーマットおよび/または同ディスクにおいて使用される反射膜あるいは記録材料によって異なるが、10〜300nm程度である。 Next, a photoresist made of an organic material is formed on the master by spin coating, or an inorganic recording material is formed by a sputtering method (step b). The thickness of the photoresist or the recording material is about 10 to 300 nm, although it varies depending on the format such as CD, DVD, BD and / or the reflective film or recording material used in the disc.
次に、原盤上に光記録装置からのレーザにより信号ピットおよび/または案内溝を描画して記録する(工程c)。その後、アルカリ現像液により露光部を現像する(工程d)ことにより、露光された部分のみが溶出し、所望のピット形状としての凹凸パターンおよび/または溝が形成される。 Next, signal pits and / or guide grooves are drawn and recorded on the master disk by a laser from an optical recording device (step c). Thereafter, the exposed portion is developed with an alkali developer (step d), so that only the exposed portion is eluted, and a concavo-convex pattern and / or groove as a desired pit shape is formed.
続いて、スパッタリングあるいは無電解工法により前記露光された原盤表面に導電膜を形成し(工程e)、ニッケル電鋳を行う(工程f)ことにより光ディスクマスタリング用のスタンパーが製造される。 Subsequently, a conductive film is formed on the exposed master surface by sputtering or electroless method (step e), and nickel electroforming is performed (step f), whereby a stamper for optical disc mastering is manufactured.
なお、工程bにおいて原盤上にスパッタリング法により無機系の記録材料が形成された場合には、工程eの導電膜形成工程は省略される場合もある。 When an inorganic recording material is formed on the master by sputtering in step b, the conductive film forming step in step e may be omitted.
上記のように製造されたマスタースタンパーのマザーリング、すなわち、スタンパーに対してニッケル電鋳を2回行う(工程gおよび工程h)ことにより、光ディスク射出成形用のスタンパーが完成する。なお、工程gおよび工程hは省略されることもある。 Mother stamping of the master stamper manufactured as described above, that is, nickel electroforming is performed twice on the stamper (step g and step h), thereby completing a stamper for optical disc injection molding. Note that step g and step h may be omitted.
図5は本発明のレーザ露光装置の実施の形態としての光ディスク原盤露光装置全体の概略構成図である。 FIG. 5 is a schematic block diagram of the entire optical disc master exposure apparatus as an embodiment of the laser exposure apparatus of the present invention.
図5において、レーザ光源部101から出射したレーザ光Lは、ビーム変調部102を経てビーム偏向部103に対して光軸に対し垂直な左右あるいは上下方向に周波数偏向して出力される。ビーム偏向部103を出射したレーザ光Lは、ビーム整形部104において適当な大きさの平行光(コリメート光)に整形され、ミラー105,106で反射し、ハーフミラー108を透過してダイクロイックミラー109で反射した後、固定されている対物レンズ110に入射する。
In FIG. 5, the laser light L emitted from the laser
対物レンズ110に入射した光は、原盤111上に集光されて、原盤111上に形成されたレジスト層111aに照射される。このとき対物レンズ110を介して原盤111上に照射されるレーザ光Lは、原盤111上で焦点を結び、レジスト層111aが有機レジスト層の場合にはフォトリソグラフィー方式により、またレジスト層111aが無機レジスト層の場合には熱記録方式により露光が施される。
The light incident on the
なお、レーザ光源部101から出射される記録用のレーザ光Lとしては、その波長がフォトリソグラフィー方式の場合には有機レジスト層が感光する波長、また熱記録方式の場合には無機レジスト層に十分な熱エネルギーを与える波長、例えば375nmあるいは405nmのものが用いられる。
The recording laser light L emitted from the laser
この構成においてビーム偏向部103とビーム整形部104は省略されることもある。
In this configuration, the
次に、原盤111から反射したレーザ光Lは、再び対物レンズ110を通過し、ダイクロイックミラー109で反射し、ハーフミラー108とミラー106を透過した後、ビームモニター系107に入射する。レーザ光Lは、ビームモニター系107において、凸レンズ107aを透過し、ディテクタ107b上に集光される。
Next, the laser beam L reflected from the
ビームモニター系107の凸レンズ107aとディテクタ107bは、対物レンズ110により、レーザ光Lが対物レンズ110のフォーカス点に集光される位置関係に、あらかじめ調整されている。
The
すなわち、ディテクタ107b上で集光したレーザ光のスポットが最小になるときに、対物レンズ110を透過したレーザ光Lもジャストフォーカスとなる。このような状態を保持しながら露光を行うことにより、所望のピット幅、長さおよび/または連続溝幅を満足する光ディスク用原盤を得ることができる。
That is, when the spot of the laser beam condensed on the
本実施の形態では、高性能なフォーカスサーボを実現するために、原盤111からのレーザ光Lの反射光を、ダイクロイックミラー109を透過させて後述するように反射基板123へ入射させ、ハーフミラー108を用い分岐し、ミラー112を介し記録ビームフォーカスサーボ系113に入射させる光学系を用いている。
In this embodiment, in order to realize high-performance focus servo, the reflected light of the laser light L from the
図1は本発明の実施の形態1における光ディスク原盤露光装置の対物レンズ部分の光学系の構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical system of an objective lens portion of an optical disc master exposure apparatus according to
図1において、偏光ビームスプリッタ120に平行(コリメート)なレーザ光Lが入射して横偏光される。そしてレーザ光Lは、偏光ビームスプリッタ120で反射して1/4波長板121を透過し、さらに集光レンズ122を透過して集光される。この集光位置に光軸方向に移動可能な反射部材である反射基板123を設置する。ここれ、集光レンズ122の開口数が対物レンズ110の開口数と同じであると、制御条件が簡単になり、制御が容易になる。
In FIG. 1, a parallel (collimated) laser beam L is incident on the
反射基板123上に集光レンズ122の焦点を設けることにより、集光されたレーザ光Lは、反射基板123で反射されて前記と同じ光軸上を逆に進み、再び集光レンズ122を透過することによって平行光になり、1/4波長板121を透過する。ここで、1/4波長板121を2回通ることにより、レーザ光Lは横偏光から縦偏光に変わる。このため、偏光ビームスプリッタ120に再入射したレーザ光Lは、偏光ビームスプリッタ120を透過して、固定された対物レンズ110の方向へと進み、対物レンズ110を透過して対物レンズ110の焦点に集光される。
By providing the focal point of the
対物レンズ110の焦点位置は、原盤111の表面に位置するように、あらかじめフォーカス設定しておく。すなわち、平行なレーザ光Lを入射したときに、反射基板123の面上と原盤111の面上とに、光学上共に焦点を結ぶようにフォーカスサーボを構成する。
The focus position of the
ここで仮に、原盤111の表面に凹凸があり、対物レンズ110によって集光される点が、原盤111の回転などによって、原盤111よりも対物レンズ110側に変位したとする。このとき、原盤111からのレーザ光Lの反射光は、再度、対物レンズ110を通っても平行光にはならずに集束光となって、偏光ビームスプリッタ120に入射される。この入射光は、戻り光としてこれまでの光路とは反対方向に進み、集光レンズ122によって反射基板123の表面よりも集光レンズ122側に焦点を結ぶ。
Here, it is assumed that the surface of the
さらに、反射基板123により反射された光は、再度、集光レンズ122を通って集束光となった上で、1/4波長板121を2回通ることにより、今度は、偏光ビームスプリッタ120を透過する。すなわち、このレーザ光Lは集束光となったままで入射された光路を逆に進む。
Further, the light reflected by the
図1において、原盤111から反射されて戻ってくるレーザ光Lは、偏光ビームスプリッタ120を透過した光の一部が図5のハーフミラー108により反射され、記録ビームフォーカスサーボ系113に入射する。
In FIG. 1, a part of the laser light L reflected and returned from the
図6は図5における記録ビームフォーカスサーボ系113の詳細を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing details of the recording beam
図5,図6において、記録ビームフォーカスサーボ系113に入射したレーザ光Lは、非点収差光学系を構成する集光レンズ113a,シリンドリカルレンズ113b,4分割ディテクタ113cへと導かれる。
5 and 6, the laser beam L incident on the recording beam
本実施の形態では、以下のように設定しておく。記録ビームフォーカスサーボ系113へ入射するレーザ光Lがコリメート光の場合は、図6(b)の113c−1に示すように、4分割ディテクタ113c上に円形のスポットが形成されるように設定する。また、記録ビームフォーカスサーボ系113へ入射するレーザ光Lが発散光の場合は、図6(b)の113c−2に示すように、4分割ディテクタ113c上にシリンドリカルレンズ113bの軸方向に長いスポットが形成されるように設定する。また、記録ビームフォーカスサーボ系113へ入射するレーザ光Lが集束光の場合は、図6(b)の113c−3に示すように、4分割ディテクタ113c上にシリンドリカルレンズ113bの軸に対して垂直な方向に長いスポットが形成されるように設定する。
In the present embodiment, settings are made as follows. When the laser beam L incident on the recording beam
本実施の形態では、図6(a)に示すように、4分割ディテクタ113cの各受光部分a,b,c,cに受光される光量をa,b,c,dとして、 S={(a+c)−(b−d)}/(a+b+c+d) のSの値に応じて、図1における反射基板123の位置を制御するようなフィードバック制御機構114を設けている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the light amounts received by the light receiving portions a, b, c, and c of the
図7は偏光ビームスプリッタを透過し反射する各状態におけるレーザ光を模式的に表わした説明図であって、図7(a)は偏光ビームスプリッタ部分におけるレーザ光の光軸を示し、図7(b)は記録ビームフォーカスサーボ系における水平方向のレーザ光の光軸を示し、図7(c)は記録ビームフォーカスサーボ系における垂直方向のレーザ光の光軸を示している。 FIG. 7 is an explanatory view schematically showing laser light in each state of being transmitted and reflected through the polarizing beam splitter. FIG. 7A shows an optical axis of the laser light in the polarizing beam splitter portion, and FIG. FIG. 7B shows the optical axis of the laser beam in the horizontal direction in the recording beam focus servo system, and FIG. 7C shows the optical axis of the laser beam in the vertical direction in the recording beam focus servo system.
図7において、レーザ光Lが、コリメート光である場合をL1、集束光である場合をL2、発散光である場合をL3として示している。 In FIG. 7, when the laser light L is collimated light, L1 is shown, when L2 is focused light, and L3 is shown when it is divergent light.
例えば、レーザ光Lが集束光L2である場合には、図7(b),(c)の113c−3の位置で、集光レンズ113aとシリンドリカルレンズ113bとが焦点を結んでしまうため、4分割ディテクタ113c上のレーザビーム形状は、図6(b)に示すように、シリンドリカルレンズ113bの軸と垂直な方向の長いスポットとなる。
For example, when the laser beam L is focused light L2, the
ここで、フィードバック制御機構114により、前記Sの値に応じて図1における反射基板123の位置を基板移動手段(後述する)により制御する。この場合、Sが負であるので、反射基板123を集光レンズ110に近づく方向に移動させる。
Here, the position of the
反射基板123が集光レンズ110の方向に移動すると、偏光ビームスプリッタ120に入射する光は、平行光から発散光へと変化して偏光ビームスプリッタ120を反射し、対物レンズ110に入射するレーザ光Lも平行光から発散光へと変化する。したがって、回転する原盤111の表面における凹凸の影響により、対物レンズ110側にもともとずれていた焦点は、原盤111の方向に移動することになる。
When the reflecting
一方、原盤111の凹凸の影響により、原盤111よりも遠い位置に焦点があるような場合では、原盤111から反射され対物レンズ110を透過したレーザ光Lは発散光L3となり、偏光ビームスプリッタ120および集光レンズ122へと導かれて、反射基板123よりもさらに遠くの位置に焦点を結ぶように絞られる。反射基板123からの反射光が集光レンズ122を透過した後は、これも同様に発散光となる。すなわち、原盤111からの反射光は最終的に発散光となって、ハーフミラー108で反射される。
On the other hand, in the case where the focal point is far from the
この場合、4分割ディテクタ113c上に形成されるスポットは、図6(b)に示す113c−2の4分割ディテクタ113c上にシリンドリカルレンズ113bの軸と平行な方向に長いスポットが形成される。
In this case, a spot formed on the
図7において、113c−2の位置で集光レンズ113aとシリンドリカルレンズ113bが焦点を結んでしまうため、4分割ディテクタ113c上のスポット形状は、シリンドリカルレンズ113bの軸と平行な方向の長いスポットとなる。
In FIG. 7, since the
このとき、前述と同様に S={(a+c)−(b−d)}/(a+b+c+d) を算出すると、Sの値は正となる。よって、この場合には、図1における反射基板123の位置を制御すると、反射基板123は、前記とは逆に集光レンズ110から遠ざかる方向に移動することになる。
At this time, if S = {(a + c) − (b−d)} / (a + b + c + d) is calculated in the same manner as described above, the value of S becomes positive. Therefore, in this case, when the position of the
反射基板123が集光レンズ110から遠ざかると、反射基板123からの反射光が、集光レンズ122を再度透過したときには、これまでの平行光から集束光へと変化し、偏光ビームスプリッタ120で反射して、対物レンズ110に入射するレーザ光Lも平行光から集束光へと変化する。したがって、原盤111の表面よりも遠いところにあった焦点は、対物レンズ110の方向に移動することになる。
When the
このように、前記Sの値を用いて反射基板123を位置決めすることにより、対物レンズ110を固定したままでも、原盤111に常に焦点を形成することが可能となる。
In this way, by positioning the
反射基板123を駆動させる基板移動手段としては、静圧軸受を利用したもの、あるいは圧電素子を用いたもの、あるいは、これらを組み合わせたものが考えられる。
As the substrate moving means for driving the
図8は本実施の形態における静圧軸受を利用した基板移動手段の構成を示す断面図である。 FIG. 8 is a sectional view showing the configuration of the substrate moving means using the hydrostatic bearing in the present embodiment.
図8において、基板移動手段130において、反射基板123はシャフト131に精度良く固定されており、静圧型軸受132とシャフト131とが直動方向のガイドを構成している。さらに、シャフト131に巻回されたコイル133に電流を流すことによって、シャフト131に磁力を与え、永久磁石134に対して作用を生起することにより、シャフト131を上下駆動させる。これにより反射基板123を光軸方向に移動させることができる。
In FIG. 8, in the substrate moving means 130, the
ここで、従来の露光装置では、対物レンズ(旧トロペル社(現コーニング社)製、スーパーレンズ)の仕様が約直径16.4mm×25mm、重量が20gであり、このレンズを収納するハウジングの質量が25g、またボイスコイルおよびレンズ固定部材が5gであったため、最小合計50gが限界であった。しかし、本実施の形態における駆動部分では、具体的には平面ミラーが直径4mm×3mm、シャフトが直径3mm×12mmとすることができ、可動部分の重量は少なくとも2g以下とすることが可能である。そのため、従来に比べて1/25の重量が達成し、周波数特性としては、従来の5倍の周波数領域まで追従性を上げることが可能となる。 Here, in the conventional exposure apparatus, the objective lens (formerly manufactured by Tropel (now Corning), super lens) has a diameter of about 16.4 mm × 25 mm and a weight of 20 g, and the mass of the housing that houses this lens. Was 25 g, and the voice coil and the lens fixing member were 5 g, so the minimum total of 50 g was the limit. However, in the drive portion in the present embodiment, specifically, the plane mirror can be 4 mm × 3 mm in diameter, the shaft can be 3 mm × 12 mm in diameter, and the weight of the movable portion can be at least 2 g or less. . Therefore, a weight of 1/25 is achieved as compared with the conventional case, and it is possible to improve the followability up to a frequency region five times as high as the conventional frequency characteristic.
また、集光レンズ122のレンズの絞り、すなわち、NA値を対物レンズ110と同様にした場合、対物レンズ110と集光レンズ122との焦点深度が等しくなり、両者の焦点深度に起因する焦点位置偏差をキャンセルすることができる。
Further, when the aperture of the
(実施の形態2)
図2は本発明の実施の形態2における光ディスク原盤露光装置の対物レンズ部分の光学系の構成を示す斜視図である。なお、以下の説明において、前述の実施の形態1にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the optical system of the objective lens portion of the optical disc master exposure apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In the following description, members corresponding to those described in the first embodiment are given the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図2において、偏光ビームスプリッタ120に入射した平行なレーザ光Lは、横偏光される。そしてレーザ光Lは、偏光ビームスプリッタ120で反射して1/4波長板121を透過し、さらに集光レンズ122を透過して集光される。この集光位置に光軸方向に移動可能な反射部材である反射基板123を設置する。
In FIG. 2, the parallel laser light L incident on the
反射基板123上に集光レンズ122の焦点を設定することにより、集光されたレーザ光Lは、反射基板123で反射されて前記と同じ光軸上を逆に進み、再び集光レンズ122を透過することによって平行光になり、1/4波長板121を透過する。ここで、1/4波長板121を2回通ることにより、レーザ光Lは横偏光から縦偏光に変わる。このため偏光ビームスプリッタ120に再入射したレーザ光Lは、偏光ビームスプリッタ120を透過して、固定された対物レンズ110の方向へと進み、1/4波長板(第2の1/4波長板)124および対物レンズ110を透過して対物レンズ110の焦点に集光される。
By setting the focal point of the condensing
光学系は、対物レンズ110の焦点位置が原盤111の表面に位置するように、あらかじめフォーカス設定しておく。すなわち、平行なレーザ光Lを入射したときに、反射基板123の面上と原盤111の面上とに、光学上共に焦点を結ぶようにフォーカスサーボを構成する。
The optical system is set in advance so that the focal position of the
実施の形態2では、原盤111から反射されて戻るレーザ光Lは、再び対物レンズ110を通り、さらに1/4波長板124を通る。すなわち、本実施の形態2では、1/4波長板124を2回通過する構成になっている。1/4波長板124を2回通ることにより、レーザ光Lは、再び縦偏向から横偏向に変わり、偏向ビームスプリッタ120に再入射して反射し、フォーカスサーボ光学系125に入射する。このフォーカスサーボ光学系125の内部には、図5〜図7にて説明した記録ビームフォーカスサーボ系113と同様な構成の光学系が設けられており、前記と同様にフォーカス制御が行われる。
In the second embodiment, the laser light L reflected and returned from the
(実施の形態3)
図3は本発明の実施の形態3における光ディスク原盤露光装置の対物レンズ部分の光学系の構成を示す斜視図である。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the optical system of the objective lens portion of the optical disc master exposure apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
図3において、偏光ビームスプリッタ120に入射した平行なレーザ光Lは、横偏光される。そしてレーザ光Lは、偏光ビームスプリッタ120で反射して1/4波長板121を透過し、さらに集光レンズ122を透過して集光される。この集光位置に光軸方向に移動可能な反射部材である反射基板123を設置する。
In FIG. 3, the parallel laser light L incident on the
実施の形態3では、集光レンズ122と反射基板123との間に角度調整手段であるレーザビーム角度調整デバイス126を配設し、デバイスコントローラ127によりレーザビーム角度調整デバイス126を駆動して光軸の角度を調整している。集光レンズ122を通過したレーザ光Lは、レーザビーム角度調整デバイス126を通過した後に集光され、反射基板123で反射され、これまでと同じ光軸上を逆に進み、再びレーザビーム角度調整デバイス126、集光レンズ122を通ることによって平行光になる。
In the third embodiment, a laser beam angle adjusting device 126 that is an angle adjusting unit is disposed between the
レーザビーム角度調整デバイス126を2回通過することにより、集光レンズ122を出射した後のレーザ光Lは、集光レンズ122に入射して光軸に対して角度を有したまま、さらに1/4波長板121を透過することになる。
By passing the laser beam angle adjusting device 126 twice, the laser light L after exiting the condensing
1/4波長板121を2回通ることにより、レーザ光Lは、横偏光から縦偏光に変わり、偏光ビームスプリッタ120に再入射して透過し、固定された対物レンズ110を通って対物レンズ110の焦点に集光される。ここで対物レンズ110の原盤111の表面に対するフォーカシングは、前記と同様に反射基板123を光軸方向に変位させることにより制御する。
By passing through the quarter-
実施の形態3において、対物レンズ110に入射するレーザ光Lは、光軸に対して角度を有している。よって、レーザ光Lは、対物レンズ110を通過した後も角度を持って原盤111の表面上を照射するため、露光の位置が微小変化する。この角度変位の方向を原盤面の半径方向にすることにより、原盤111の表面の半径方向における露光位置を変化させることが可能となるため、ウオブリングなどの変調を行うことができる。
In the third embodiment, the laser light L incident on the
レーザビーム角度調整デバイス126として、薄膜型の電気光学偏向素子(EO偏向素子)を用い、該レーザビーム角度調整デバイス126にレーザ光Lを2回通過させることにより、偏向角度量を増大させることが可能となる。 A thin film type electro-optic deflection element (EO deflection element) is used as the laser beam angle adjustment device 126, and the laser beam L is passed through the laser beam angle adjustment device 126 twice, thereby increasing the deflection angle amount. It becomes possible.
以上のように、本実施の形態によれば、平行にされたレーザ光Lを、一旦、集光レンズ122で光軸方向に可動な反射基板123上に絞り、反射されたレーザ光Lを、再度、集光レンズ122に通して再び平行光にした後、固定された対物レンズ110に入射させる構成にしている。これにより、質量の大きい対物レンズ110の代わりに、質量の小さい反射基板123のみを光軸方向に移動させるため高追従性が可能となる。また、対物レンズ110の質量を考慮する必要がなくなる。
As described above, according to the present embodiment, the collimated laser beam L is once squeezed onto the
また、集光レンズ122と対物レンズ110の間にフォーカスサーボ系を構成することにより、露光装置内部に同光学系を設けることなく、精密なフォーカスサーボが可能となる。
Further, by forming a focus servo system between the
さらに、反射基板123あるいはその一部に、レーザ光Lの光軸と垂直方向の角度を調整する機構であるレーザビーム角度調整デバイス126を設けることにより、露光装置の光学系内部に偏向素子を用いることなく、レーザ光Lの角度制御が可能となる。
Furthermore, a deflecting element is used in the optical system of the exposure apparatus by providing a laser beam angle adjusting device 126, which is a mechanism for adjusting an angle perpendicular to the optical axis of the laser light L, on the
本発明は、フォーカスアクチュエータ駆動部の質量を削減でき、このために追従性を大幅に向上させることができる。また、フォーカスサーボ系および偏向素子を、アクチュエータヘッド部分に集約することができて、露光装置光学系内部から省略することができる。よって、装置を小型化することができることから、光ディスクマスタリングやナノレーザ加工などの用途にも適用可能である。 The present invention can reduce the mass of the focus actuator driving unit, and can therefore greatly improve the followability. Further, the focus servo system and the deflecting element can be integrated into the actuator head portion, and can be omitted from the inside of the exposure apparatus optical system. Therefore, since the apparatus can be reduced in size, it can be applied to uses such as optical disc mastering and nano laser processing.
101 レーザ光源部
102 ビーム変調部
103 ビーム偏向部
104 ビーム整形部
107 ビームモニター系
107a 凸レンズ
107b ディテクタ
108 ハーフミラー
109 ダイクロイックミラー
110 対物レンズ
111 原盤
112 ミラー
111a レジスト層
113 記録ビームフォーカスサーボ系
113a 集光レンズ
113b シリンドリカルレンズ
113c 4分割ディテクタ
114 フィードバック制御機構
120 偏光ビームスプリッタ
121 1/4波長板
122 集光レンズ
123 反射基板
124 1/4波長板
125 フォーカスサーボ光学系
126 レーザビーム角度調整デバイス
127 デバイスコントローラ
130 基板移動手段
131 シャフト
132 静圧型軸受
133 コイル
134 永久磁石
L レーザ光
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記レーザ光の光軸上に設置された反射部材と、
前記レーザ光を前記反射部材上に集光させる集光レンズと、
前記対象物に対するレーザ光のフォーカスずれ情報に基づいて前記反射部材を前記光軸方向へ移動させる移動手段と、を備えたこと
を特徴とするレーザ露光装置。 In a laser exposure apparatus comprising a laser light source unit that emits laser light and an objective lens that focuses the laser light on an object,
A reflecting member installed on the optical axis of the laser beam;
A condensing lens for condensing the laser light on the reflecting member;
A laser exposure apparatus comprising: moving means for moving the reflecting member in the optical axis direction based on laser beam defocus information with respect to the object.
を特徴とする請求項1に記載のレーザ露光装置。 The laser exposure apparatus according to claim 1, wherein the condenser lens and the objective lens have the same numerical aperture.
前記光軸上において、前記偏光ビームスプリッタと前記集光レンズとの間に配置された1/4波長板と、を備えたこと
を特徴とする請求項1または2に記載のレーザ露光装置。 A polarization beam splitter disposed on the optical axis of the laser light from the laser light source unit;
3. The laser exposure apparatus according to claim 1, further comprising: a quarter-wave plate disposed between the polarizing beam splitter and the condenser lens on the optical axis.
を特徴とする請求項3に記載のレーザ露光装置。 4. The laser exposure apparatus according to claim 3, further comprising a second quarter-wave plate disposed between the deflecting beam splitter and the objective lens on the optical axis of the laser light.
を特徴とする請求項3に記載のレーザ露光装置。 4. An angle adjusting means that is disposed between the reflecting member and the condenser lens on the optical axis of the laser light and adjusts the angle of the optical axis of the laser light. The laser exposure apparatus described.
を特徴とする請求項5に記載のレーザ露光装置。 6. The laser exposure apparatus according to claim 5, wherein an electro-optic deflection element is installed as the angle adjusting means.
を特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のレーザ露光装置。 The laser exposure apparatus according to claim 1, wherein the object is a disc master.
を特徴とするレーザ露光方法。 8. A laser exposure method, wherein the object is exposed using the laser exposure apparatus according to any one of claims 1 to 7.
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