JP2005148243A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光用のレーザ光を用いてフォーカスサーボ制御を安定して動作させることができ、高密度記録を可能とする露光装置の提供する。
【解決手段】 レーザ光源４から出射されたレーザ光を被露光板Ｄに塗布されたフォトレジストに集光する対物レンズ８と、前記フォトレジストで反射された反射光によりフォーカス制御を行なうフォーカスサーボ制御手段１２と、を少なくとも有する露光装置において、露光時には、前記レーザ光が前記フォトレジストにジャストフォーカスするように、非露光時には、前記レーザ光が記フォトレジストが露光されず、且つフォーカス制御範囲内でディフォーカスするように、前記フォーカスサーボ制御手段に前記対物レンズの位置を変えさせる制御を行なう主制御手段１３を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置に係り、例えば光ディスクを大量生産する際に用いられるガラス原盤等を露光する露光装置に関するものである。

一般に、フォトレジストを塗布した原板にレーザ光を走査して露光を行なう装置として露光装置が知られている。例えば光ディスクを大量生産する際に用いられるガラス原盤を露光する露光装置では、フォトレジストが塗布されたガラス原盤を回転してレーザ光のスポットをガラス原盤に対して相対的に走査し、フォトレジストに対して記録データに基づいた露光を行なうようになっている（特許文献１、特許文献２）。
この時、レーザ光を集光してガラス原盤に照射するための対物レンズとガラス原盤のフォトレジスト面との間の距離を一定に保つために、実際の記録ための露光を行なう露光用のレーザ光とは別のフォトレジストが感光しないフォーカスサーボ用のレーザ光が用いられている。
具体的には、波長が２６６ｎｍである露光用のレーザ光とは別に、フォトレジストが感光しない波長が６３３ｎｍのフォーカスサーボ用のレーザ光を用い、例えば所謂非点収差法によって対物レンズのフォーカスサーボ制御を行なっている。

特開２００２−３４２９７４号公報 特開平７−１９９４８１号公報

ところで、記録密度を高くするために、露光用のレーザ光の波長を短くすると、対物レンズの色補正が困難となり、露光用のレーザ光に対する焦点距離とフォーカスサーボ用のレーザ光に対する焦点距離が異なってしまう。一方、フォーカスサーボ用のレーザ光の波長を露光用のレーザ光の波長に近づけることが考えられるが、この場合には今度はフォトレジストが感光してしまうという問題が生じる。
そこで、露光用のレーザ光を用いてフォーカスサーボ制御をかけること（以下、「ダイレクトフォーカスサーボ法」という）が考えられるが、露光しない部分、すなわち所謂ミラー部を形成するときは、露光用のレーザ光の照射を停止しなければならないことから、この時にはフォーカスサーボ制御がかからなくなるという問題が生じる。具体的には、例えばミラー部の後に続けてデータを記録するための露光を行なうと、露光用レーザ光を照射しないミラー部ではフォーカスサーボ制御がかかっていないことから、データの記録を開始したときにフォーカスのための引き込みが円滑にいかずにフォーカスサーボ制御が不安定になったり、引き込みまでに時間がかかるという問題が生じる。

この問題の解決方法として、上記特許文献２に開示されているように、必要時にレーザ光の強度を低下させてフォトレジストが露光しないようにした方法がある。しかしながら、この方法はレーザパワーを低下させることのみでミラー部を形成するようにしているため、ミラー部の形成時のレーザパワーの低下によるフォーカスサーボ制御への負担が大きくなってサーボ制御が不安定になり易く、またミラー部の形成時にレーザパワーを低下させることのみでミラー部を形成することは難しく、フォトレジストが僅かでも露光してしまってミラー部とならない場合もある。

本発明は、このよう実情に鑑みてなされたものであり、露光しない例えばミラー部においても、露光用のレーザ光を用いてフォーカスサーボ制御を安定して動作させることができ、高密度記録を可能とする露光装置の提供を目的とする。

請求項１に係る発明は、レーザ光源から出射されたレーザ光を被露光板に塗布されたフォトレジストに集光する対物レンズと、前記フォトレジストで反射された反射光によりフォーカス制御を行なうフォーカスサーボ制御手段と、を少なくとも有する露光装置において、露光時には、前記レーザ光が前記フォトレジストにジャストフォーカスするように、非露光時には、前記レーザ光が記フォトレジストが露光されず、且つフォーカス制御範囲内でディフォーカスするように、前記フォーカスサーボ制御手段に前記対物レンズの位置を変えさせる制御を行なう主制御手段を備えたことを特徴とする露光装置である。

この場合、例えば請求項２に規定するように、前記レーザ光の強度を可変する強度可変手段を更に有し、前記主制御手段は、非露光時には前記フォーカスサーボ制御手段の動作が不安定にならない範囲内で前記レーザ光の強度を低下させるように前記強度可変手段を制御する。

本発明に係る露光装置では、レーザ光源から出射される露光用のレーザ光を対物レンズにより集光して被露光板に照射し、データの記録のための露光を行うと共に、被露光板からの反射光を用いて対物レンズのフォーカスサーボ制御（フォーカス制御）をかける際に、露光しない例えばミラー部等の非露光部では、フォトレジストが露光しない位置に対物レンズをフォーカスサーボ動作範囲内（フォーカス制御範囲内）でディフォーカスさせており、またはこの動作と同時にレーザ光の強度をフォーカスサーボ制御が不安定にならない範囲内で落とすようにしているので、従来の装置で問題とされていた対物レンズの色補正の問題がなくなり、露光用のレーザ光の波長を短くすることができ、高密度記録を行うことができる。また、レーザ光源を１つにすることができるので、従来の装置に比して、コストを安くすることができる。

以下に、本発明に係る露光装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る露光装置を示すブロック構成図、図２はフォーカスサーボ制御のフォトデテクタの構成と各信号の関係を示す図、図３は各信号の波形を示す模式図である。
本発明に係る露光装置では、レーザ光源から出射される露光用のレーザ光を対物レンズにより集光して被露光板に照射して、例えばデータの記録のための露光を行なうと共に、被露光板からの反射光を用いて対物レンズのフォーカスサーボ制御をかける際に、露光しない例えばミラー部等の非露光部では、例えばレーザ光の強度を露光時のままに保ってフォトレジストが露光しない位置に対物レンズをフォーカスサーボ動作範囲内でディフォーカスさせる。この場合、後述するようにレーザ光の強度をフォーカスサーボ制御が不安定にならない範囲内で落としてフォトレジストが露光しない位置に対物レンズをフォーカスサーボ動作範囲内でディフォーカスさせるようにしてもよい。

本実施例では光ディスクを大量生産する際の所謂マスタリングプロセスにおけるガラス原盤を露光する露光装置に本発明を適用した場合について説明する。
例えば図１に示すように、この本発明を適用した露光装置２は、露光用のレーザ光Ｌ１を出射するレーザ光源４と、上記レーザ光Ｌ１を記録データに基づいて変調する変調手段６と、この変調手段６により変調されたレーザ光を集光して円盤状の被露光板であるガラス原盤Ｄに照射する対物レンズ８と、上記ガラス原盤Ｄに照射されるレーザ光のスポットを走査するための走査手段としての回転用のターンテーブル１０と、上記ガラス原盤Ｄからの反射光を用いて上記対物レンズ８のフォーカスサーボ制御を行なうフォーカスサーボ制御手段１２と、上記フォーカスサーボ制御手段１２を含む装置全体の動作を制御する例えばマイクロコンピュータ等よりなる主制御手段１３とにより主に構成されている。上記ガラス原盤Ｄの表面には、上記変調されたレーザ光のスポットで露光するためのフォトレジストＤ１が塗布されている。

上記対物レンズ８は、１軸動作のフォーカスアクチュエータ１４に取り付けられて支持され、上記フォーカスサーボ制御手段１２からの指令により上記ガラス原盤Ｄに対して対物レンズ８を接近離間させるフォーカスサーボ制御を行う。尚、このフォーカスアクチュエータ１４の具体的構成は、例えば特開昭６１−５７０４８号公報等に開示されている。また、このフォーカスアクチュエータ１４の保持ベース１４Ａの全体は、移動定盤１６に支持されており、このフォーカスアクチュエータ１４と対物レンズ８とを一体的にガラス原盤Ｄの半径方向へ移動できるようになっている。そして、この保持ベース１４Ａには半径センサ１８が設けられており、上記対物レンズ８のガラス原盤Ｄの半径方向における位置（座標）を検出して、この検出結果を上記主制御手段１３へ送出し得るようになっている。

また上記レーザ光源４から射出されたレーザ光Ｌ１の光路途中には、この光軸を曲げるための３つのミラー２０、２２、２４が設けられる。そして、変調手段６と対物レンズ８との間の光路途中には、上記ガラス原盤Ｄで反射された反射光を上記フォーカスサーボ制御手段１２に向けて曲げるための偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」とも称す）２６が設けられる。また、このＰＢＳ２６と上記対物レンズ８との間の光路途中には、レーザ光の偏光面を４５度回転する１／４波長板２８が介設されている。上記ＰＢＳ２６からの反射光が向かう上記フォーカスサーボ制御手段１２は、上記反射光を直接的に受けるフォトデテクタ３０と、このフォトデテクタ３０からの出力信号に基づいて上記フォーカスアクチュエータ１４の動作を制御するフォーカスサーボ制御回路３２とよりなる。

そして、上記主制御手段１３は、必要とする時に、上記フォーカスサーボ制御回路３２に向けてディフォーカス用の非露光用フォーカス点オフセット信号Ｓ１を出力するようになっており、これにより非露光時に上記フォトレジストＤ１が露光しない位置に対物レンズ８をフォーカスサーボ動作範囲内でディフォーカスさせるようになっている。より詳しくは、露光時にはレーザ光の強度を上記ガラス原盤Ｄに塗布されたフォトレジストＤ１が露光する強度とし、非露光時には上記フォトレジストＤ１が露光する強度のままに保ってフォトレジストＤ１が露光しない位置に上記対物レンズ８をフォーカスサーボ動作範囲内でディフォーカスさせるようになっている。

次に、以上のように構成された本発明の露光装置の動作について説明する。
まず、レーザ光源４は、高密度記録を行なうために波長が短い、例えば２６６ｎｍのＤｅｅｐＵＶ（短波長紫外線）レーザ光を出力する素子を有し、このレーザ光源４から出射されるレーザ光Ｌ１は、ミラー２０で反射されて変調手段６に入射する。この変調手段６は、例えば電気光学効果（ＥＯ）変調器や音響光学効果（ＡＯ）変調器からなり、主制御手段１３の制御により例えば記録データに基づいて駆動されてレーザ光Ｌ１をパルス変調し、このパルス変調されたレーザ光は、ミラー２２で反射された後、ＰＢＳ２６を透過して１／４波長板２８に入射する。すなわち、例えばレーザ光源４からのレーザ光Ｌ１がＰ偏光とすると、上記ＰＢＳ２６はＰ偏光を透過するように設定されている。

そして、パルス変調されたレーザ光は、１／４波長板２８で偏光面が４５度回転された後、ミラー２４で反射され、フォーカスアクチュエータ１４に取り付けた対物レンズ８に入射する。この対物レンズ８は、移動定盤１６により円盤状のガラス原盤Ｄの半径方向に移動され、パルス変調されたレーザ光を集光してガラス原盤Ｄに照射する。このガラス原盤Ｄはターンテーブル１０に搭載されており、このターンテーブル１０によって回転される。したがって、レーザ光のスポットがガラス原盤Ｄに対して相対的に走査することになる。そして、ガラス原盤Ｄの表面に塗布されているフォトレジストＤ１が、記録データに基づいて変調されているレーザ光により露光されることになる。また、この時、レーザ光の一部はガラス原盤Ｄの表面で反射され、この反射光は、対物レンズ８及びミラー２４を介して１／４波長板２８に入射され、この１／４波長板２８において偏光面が更に４５度回転される。すなわち、この反射光は１／４波長板２８を透過することによりＳ偏光となり、ＰＢＳ２６によって反射されて、フォーカスサーボ制御手段１２のフォトデテクタ３０に入射する。

このフォトデテクタ３０は、例えば図示していない集光レンズ、シリンドリカルレンズを用いる非点収差法でフォーカスエラー信号ＦＳ１とフォーカスロック検出出力信号ＦＳ２とを形成し、これらの両信号ＦＳ１、ＦＳ２に基づいて上記フォーカスサーボ制御回路３２は、対物レンズ８を支持する上記フォーカスアクチュエータ１４を駆動制御する。上記フォトデテクタ３０は、図２に示すように略正方形状の４分割されたフォトセンサ３６を有しており、互いの対角面の各出力は、それぞれ加算アンプ４０Ａ、４０Ｂにて加算されて対向面加算出力Ａ、Ｂを出力する。そして、各出力Ａ、Ｂは、差動アンプ４２Ａにて差分が求められてフォーカスエラー信号ＦＳ１が作成され、加算アンプ４２Ｂにて和分が求められてフォーカスロック検出出力信号ＦＳ２が作成される。

この時の上記両信号ＦＳ１、ＦＳ２の波形を図３に示す。図３（Ａ）はフォーカスエラー信号ＦＳ１の波形を示しており、Ｓ字特性を表している。このＳ字特性の＋ピークとーピークとの間がフォーカスサーボ引き込み可能領域”Ｓ範囲”となる。また図３（Ｂ）はフォーカスロック検出出力信号ＦＳ２の波形を示しており、合焦位置でピークとなる上方に凸状の特性を示している。横軸は、共に対物レンズ８とガラス原盤Ｄとの間の距離を表しており、図３（Ａ）において、出力が零のときがほぼ記録ビームの合焦位置に相当するように検出系が調整されている。
焦点制御系の動作は、まずターンテーブル１０の上に、フォトレジストＤ１が塗布されているガラス原盤Ｄがセットされる。そして、フォーカスアクチュエータ１４に取り付けた対物レンズ８は、はじめガラス原盤Ｄに接触しないように、上方に退避している。次に、フォーカスアクチュエータ１４にＤＣ成分電力が通電され、対物レンズ８がゆっくりとガラス原盤Ｄに近づくように下降すると、レーザ光が照射されていたガラス原盤Ｄからの反射光がフォトデテクタ３０で受光されるようになる。

さらに下降して合焦位置に近づくとフォーカスロック検出出力信号ＦＳ２が基準値Ｖｒｅｆ（図３（Ｂ）参照）のレベルを超え、この結果、フォーカスエラー信号ＦＳ１がフォーカスサーボ引き込み可能領域“Ｓ範囲”にはいる。このフォーカスロック検出出力信号ＦＳ２が基準値Ｖｒｅｆのレベルを超えたことを確認してフォーカスサーボ制御回路３２がＯＮとなる。すると、フォーカスエラー信号ＦＳ１が零となるように、すなわちガラス原盤Ｄの表面に塗布されているフォトレジストＤ１の表面にビーム光の合焦位置がくるように、換言すれば、対物レンズ８とガラス原盤Ｄとの間の距離が一定に保持されるようにフォーカスサーボ制御回路３２が動作する。そしてフォーカスサーボ制御がかかった状態でレーザ光が照射されて記録データに基づいた露光が行われる。尚、ここではフォーカスサーボ法について非点収差法の場合を説明したが、これに限定されず、その他のナイフエッジ法や臨界角法等の種々のフォーカスサーボ法を用いることができる。

ここで、露光しない部分、例えばミラー部を形成する場合について説明する。まず、主制御手段１３には、例えば形成すべきミラー部の開始半径と終了半径とが予め記憶されている。この主制御手段１３は、例えば所謂レーザスケールからなる半径センサ１８の出力に基づいて、対物レンズ８のガラス原盤Ｄに対する半径方向の位置を認識しており、移動定盤１６によって移動される対物レンズ８がミラー部の開始半径に位置すると、主制御手段１３によりディフォーカス用の非露光用のオフセット信号Ｓ１をフォーカスサーボ制御回路３２へ出力する。これにより、フォトレジストＤ１が露光するレーザ光強度のままに保ってフォトレジストＤ１が露光しない位置に対物レンズ８をフォーカスサーボ動作範囲内でディフォーカスさせる。

すなわち、フォトレジストＤ１に照射されるレーザ光のスポットのピントが合っていないので、この間、フォトレジストＤ１は露光されることはないが、反射光は正常にフォトデテクタ３０にて検出されているので、フォーカスサーボ制御はピントが外れた状態で正常に動作している。そして、主制御手段１３は、対物レンズ８がミラー部の終了半径に位置するまで、上記動作を維持する制御を行う。この結果、ミラー部の開始半径から終了半径までの領域は露光されないので、この部分にミラー部が形成されると共に、この間もフォーカスサーボ制御を正常に動作させることができる。

ここで、対物レンズ８を合焦位置からディフォーカスさせる量と方向について述べる。
ディフォーカスさせる量は図３（Ａ）中のＳ範囲内であり、このＳ範囲からは逸脱させない。通常、高密度の露光装置では対物レンズ８はＮＡ（開口数）が０．９のレンズを使用するが、そのほか図示していない非点収差法の集光レンズ、シリンドリカルレンズの焦点距離、またフォトデテクタ３０のセンサセルの大きさ等により変化するが、おおむねＳ範囲は±５μｍ程度である。Ｓ範囲内で３μｍだけディフォーカスさせた時のＮＡ０．９の対物レンズの作図による線図で求めたレーザビーム径は約１２μｍであり、エネルギーの密度低下（面積拡大）は、ＮＡが０．９、レーザ波長２６６ｎｍの集光ビーム径０．４μｍ弱の対物レンズに対して、１／１０００程であり、フォトレジストＤ１の非露光には十分である。また、合焦位置からディフォーカスさせる方向は、通常、高密度の露光装置では米トロぺル社の対物レンズ（ＮＡ０．９、波長２６６ｎｍ）を使用するが、この対物レンズ８のワーキングディスタンスは約２００μｍあり、ディフォーカスさせる５μｍ程度の量は微少であり、ガラス原盤Ｄに近づける方向でも、遠ざける方向でも、どちらでも良い。

次に、主制御手段１３は、ミラー部の終了半径に対物レンズ８が到達すると、非露光用フォーカス点オフセット信号Ｓ１の出力を停止し、この結果、レーザ光のパワーをフォトレジストＤ１が露光される強度のままに保ってフォトレジストＤ１の露光する位置に対物レンズ８をフォーカスさせる。すなわち、フォトレジストＤ１にレーザ光のスポットをフォーカスさせる。この制御を行うと同時に、記録データに基づいて変調手段６を再度駆動する。すなわちレーザ光がミラー部（非露光時）を照射している時でもフォーカスサーボ制御がかかっているので、ミラー部の形成状態からデータ記録状態に移行、すなわち非露光状態から露光状態に移行したときでもフォーカスサーボ制御を安定して動作させることができる。

以上のように、本発明を適用した露光装置では、露光用のレーザ光Ｌ１を出射するレーザ光源４を用いてフォーカスサーボ制御を、ミラー部（非露光時）の形成時も含めて安定して行なうことができる。換言すると、露光用のレーザ光Ｌ１を用いてフォーカスサーボ制御を常にかけることができ、従来の装置で問題とされていた対物レンズの色補正の問題がなくなり、露光用のレーザ光の波長を短くすることができ、高密度記録を行うことができる。また、レーザ光源を１つにすることができ、従来の装置に比して、コストを安くすることができる。

次に、本発明の変形例について説明する。
先に説明した実施例では、露光時も非露光時（ミラー部の形成時）もレーザ光源４から出射されたレーザ光Ｌ１の強度は、常時一定に保たれているが、これに限定されず、非露光時には、対物レンズ８をディフォーカスさせると同時に、このレーザ光Ｌ１の強度を弱めて（落として）フォトレジストＤ１が露光されることを確実に防止するようにしてもよい。
図４はこのような本発明の露光装置の変形例を示すブロック構成図である。尚、図１に示す構成と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。図４に示すように、ここではレーザ光源４とミラー２０との間の光路途中に、上記レーザ光源４から出射されたレーザ光Ｌ１の強度を可変する強度可変手段としてパワーコントローラ５０を設けており、主制御手段１３の制御下で必要に応じてレーザ光Ｌ１の強度を変化できるようになっている。

このパワーコントローラ５０は、例えば電気光学効果（ＥＯ）変調器と偏光板からなり、上記したように主制御手段１３の制御のもとにレーザ光源４からのレーザ光Ｌ１を必要なパワーとなるように調整する。具体的な動作は、非露光時（ミラー部の形成時）には、主制御手段１３は上記パワーコントローラ５０を制御することにより、レーザ光Ｌ１の強度をフォーカスサーボ制御が不安定にならない範囲内で落とし、且つフォーカスサーボ制御回路３２はフォトレジストＤ１が露光しない位置に対物レンズ８をフォーカスサーボ動作範囲内でディフォーカスさせる。

そして、ミラー部の形成が終了すると、パワーコントローラ５０は、これを通過するレーザ光Ｌ１のパワーを元のパワーまで上げることになる。このように動作することにより、先の実施例と同様な作用効果を発揮できるのみならず、非露光時にフォトレジストＤ１が露光することを確実に防止することができる。
尚、本発明は、上述の各実施例に限定されるものではなく、自己フォーカス法を採用した各種の露光装置に適用することができる。例えばフォトレジストを塗布した原板に、レーザ光のスポットを２次元的に走査して、露光を行う２次元画像描画露光装置等にも適用することができる。

本発明に係る露光装置を示すブロック構成図である。 フォーカスサーボ制御のフォトデテクタの構成と各信号の関係を示す図である。 各信号の波形を示す模式図である。 本発明の露光装置の変形例を示すブロック構成図である。

符号の説明

２…露光装置、４…レーザ光源、６…変調手段、８…対物レンズ、１０…ターンテーブル（走査手段）、１２…フォーカスサーボ制御手段、１３…主制御手段、１４…フォーカスアクチュエータ、１６…移動定盤、１８…半径センサ、３０…フォトデテクタ、３２…フォーカスサーボ制御回路、５０…パワーコントローラ（強度可変手段）、Ｄ…ガラス原盤、Ｄ１…フォトレジスト、Ｌ１…レーザ光。

Claims (2)

1. レーザ光源から出射されたレーザ光を被露光板に塗布されたフォトレジストに集光する対物レンズと、前記フォトレジストで反射された反射光によりフォーカス制御を行なうフォーカスサーボ制御手段と、を少なくとも有する露光装置において、
   露光時には、前記レーザ光が前記フォトレジストにジャストフォーカスするように、非露光時には、前記レーザ光が記フォトレジストが露光されず、且つフォーカス制御範囲内でディフォーカスするように、前記フォーカスサーボ制御手段に前記対物レンズの位置を変えさせる制御を行なう主制御手段を備えたことを特徴とする露光装置。
2. 前記レーザ光の強度を可変する強度可変手段を更に有し、前記主制御手段は、非露光時には前記フォーカスサーボ制御手段の動作が不安定にならない範囲内で前記レーザ光の強度を低下させるように前記強度可変手段を制御する請求項１記載の露光装置。
   
   

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