レーザ露光装置および方法
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
図９は一般的な原盤露光装置の概略構成図である。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−４８４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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。
【発明の効果】
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１の対物レンズ部分の光学系の構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態２の対物レンズ部分の光学系の構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態３の対物レンズ部分の光学系の構成を示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態における光ディスクマスタリング工程の概略説明図
【図５】本発明の実施の形態の装置全体の概略構成図
【図６】本発明の実施の形態における記録ビームフォーカスサーボ系の詳細を示す説明図
【図７】本発明の実施の形態において偏光ビームスプリッタを透過し反射する各状態のレーザ光を模式的に表わした説明図
【図８】本発明の実施の形態の静圧軸受を利用した基板移動手段の構成を示す断面図
【図９】従来の一般的な原盤露光装置の概略構成図
【図１０】従来の原盤露光装置における対物レンズ部分の光学系の構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
（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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
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。
【符号の説明】
【００８４】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
図９は一般的な原盤露光装置の概略構成図である。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−４８４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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。
【発明の効果】
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１の対物レンズ部分の光学系の構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態２の対物レンズ部分の光学系の構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態３の対物レンズ部分の光学系の構成を示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態における光ディスクマスタリング工程の概略説明図
【図５】本発明の実施の形態の装置全体の概略構成図
【図６】本発明の実施の形態における記録ビームフォーカスサーボ系の詳細を示す説明図
【図７】本発明の実施の形態において偏光ビームスプリッタを透過し反射する各状態のレーザ光を模式的に表わした説明図
【図８】本発明の実施の形態の静圧軸受を利用した基板移動手段の構成を示す断面図
【図９】従来の一般的な原盤露光装置の概略構成図
【図１０】従来の原盤露光装置における対物レンズ部分の光学系の構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
（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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
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。
【符号の説明】
【００８４】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
を特徴とするレーザ露光装置。
【請求項２】
前記集光レンズと前記対物レンズとの開口数が同じであること
を特徴とする請求項１に記載のレーザ露光装置。
【請求項３】
前記レーザ光源部からのレーザ光の光軸上に配置された偏光ビームスプリッタと、
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。
【請求項４】
前記レーザ光の光軸上において、前記偏向ビームスプリッタと前記対物レンズとの間に配置された第２の１／４波長板を備えたこと
を特徴とする請求項３に記載のレーザ露光装置。
【請求項５】
前記レーザ光の光軸上において、前記反射部材と前記集光レンズ間に配置され、前記レーザ光の光軸の角度を調整する角度調整手段と、を備えたこと
を特徴とする請求項３に記載のレーザ露光装置。
【請求項６】
前記角度調整手段として電気光学偏向素子を設置したこと
を特徴とする請求項５に記載のレーザ露光装置。
【請求項７】
前記対象物がディスク原盤であること
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。
【請求項８】
前記請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ露光装置を用いて、前記対象物の露光を行うこと
を特徴とするレーザ露光方法。
【請求項１】
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
を特徴とするレーザ露光装置。
【請求項２】
前記集光レンズと前記対物レンズとの開口数が同じであること
を特徴とする請求項１に記載のレーザ露光装置。
【請求項３】
前記レーザ光源部からのレーザ光の光軸上に配置された偏光ビームスプリッタと、
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。
【請求項４】
前記レーザ光の光軸上において、前記偏向ビームスプリッタと前記対物レンズとの間に配置された第２の１／４波長板を備えたこと
を特徴とする請求項３に記載のレーザ露光装置。
【請求項５】
前記レーザ光の光軸上において、前記反射部材と前記集光レンズ間に配置され、前記レーザ光の光軸の角度を調整する角度調整手段と、を備えたこと
を特徴とする請求項３に記載のレーザ露光装置。
【請求項６】
前記角度調整手段として電気光学偏向素子を設置したこと
を特徴とする請求項５に記載のレーザ露光装置。
【請求項７】
前記対象物がディスク原盤であること
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。
【請求項８】
前記請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ露光装置を用いて、前記対象物の露光を行うこと
を特徴とするレーザ露光方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−３８１５（Ｐ２０１２−３８１５Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３９１８０（Ｐ２０１０−１３９１８０）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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