JP2003030867A - フォーカス制御方法及び装置とそれを用いた原盤露光装置 - Google Patents

フォーカス制御方法及び装置とそれを用いた原盤露光装置

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JP2003030867A JP2001213006A JP2001213006A JP2003030867A JP 2003030867 A JP2003030867 A JP 2003030867A JP 2001213006 A JP2001213006 A JP 2001213006A JP 2001213006 A JP2001213006 A JP 2001213006A JP 2003030867 A JP2003030867 A JP 2003030867A
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柳　　雅士
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哲生 安藤
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】原盤露光装置で色消しでない対物レンズを使用
した場合でも、フォーカス精度の向上を図る。 【解決手段】対物レンズ３の上下動を検出することで、
フォーカス光２が対物レンズに斜めに入射されることに
より光路長の変化を検出し、この変化分を補正するよう
に、すなわち、フォーカス状態を維持するのに必要な分
だけ対物レンズを駆動する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はフォーカス制御方法
及び装置とそれを用いた原盤露光装置に係り、特に光デ
ィスク等の原盤を作成するための原盤露光装置に好適な
フォーカス制御方法及び装置とそれを用いた原盤露光装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】原盤露光装置では原盤と対物レンズの間
隔を一定に保つフォーカス制御装置が用いられている。
フォーカス制御用のフォーカス光で原盤が露光されない
ように記録光の波長とフォーカス光の波長は異なる。従
来、原盤露光用の対物レンズは色消しレンズと呼ばれる
波長の違いで合焦位置が変わらないレンズが使用されて
いた。そのため、フォーカス光も記録光も平行光で対物
レンズに入射することが可能で対物レンズの上下動で光
路長が変化してもフォーカス精度が悪化することはなか
った。
【０００３】図３は、従来のフォーカス制御装置の一例
を示す概略構成図である。このフォーカス制御装置は、
光学部と制御部の２つに大別される。光学部は原盤(被
照射体)４に照射するフォーカス光２を発生させる光源
１とこのフォーカス光２を原盤４に収束照射する対物レ
ンズ３と、原盤４からの反射光５を受光検出して２つの
出力を出力する二分割受光素子６からなる。また、制御
部は二分割受光素子６からの出力Ａ，Ｂ（６ａ，６ｂ）
から演算により対物レンズ制御信号８を得る、制御演算
部７と対物レンズ制御信号８により対物レンズ３を駆動
する対物レンズ駆動部９から構成される。対物レンズ３
は原盤４の上方に配置され対物レンズ駆動部９の駆動に
より原盤４に対して垂直な方向Ｚに移動する構成とされ
ている。
【０００４】このフォーカス制御装置によるフォーカス
制御は以下のように行われる。光源１から照射されたフ
ォーカス光２は、対物レンズ３に平行光で入射し、対物
レンズ３で屈折した後に原盤４で反射され、再び対物レ
ンズ３で屈折して反射光５となり二分割受光素子６に入
射する。二分割受光素子６の２つの出力Ａ，Ｂ（６ａ，
６ｂ）は対物レンズ３と原盤４の距離に応じて変化する
ため、この出力値Ａ，Ｂを制御演算部７に入力して、対
物レンズ３の移動量を計算し、対物レンズ制御信号８を
対物レンズ駆動部９に与えることで対物レンズ３の原盤
４に対するフォーカス状態を制御している。具体的な一
例としてスキュー方式では二分割受光素子の差信号Ａ−
Ｂを用いる。差信号Ａ−Ｂは図４に示すように、Ｓカー
ブと呼ばれる特性を示す。対物レンズ３と原盤４の距離
が対物レンズ３の合焦点に近い領域では、対物レンズ３
と原盤４の距離が対物レンズ３の合焦点に一致した時、
差信号は０になり、距離が合焦点より近い時は負、遠い
時は正の値を取る。これにより差信号Ａ−Ｂの極性およ
び大きさを検出し、差信号Ａ−Ｂが常に０になるよう
に、対物レンズ制御信号８を対物レンズ駆動部９に与え
ることで、対物レンズ３の原盤４に対するフォーカス状
態を制御することができる。
【０００５】上述の従来技術に関連するものとしては、
例えば、特開平７−７３４９１号公報が挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、対
向レンズに色消しレンズが使用されていたので、記録光
である露光用レーザ光の波長とフォーカス光であるフォ
ーカス用レーザ光との波長が異なっていても、波長によ
る焦点距離の差はなかった。
【０００７】しかしながら、次世代用の深紫外域の波長
を用いた記録光の波長のように、対物レンズとして、ま
だ色消しレンズが存在しない波長域のものがある。対物
レンズが色消しレンズで無い場合、記録光を平行光で対
物レンズに入射させたときの合焦点にフォーカス光の合
焦点を合わせるには、波長の違いによる屈折分を考慮
し、フォーカス光を対物レンズに平行光でない、すなわ
ち、傾けた状態で入射させる必要がある。そのため、原
盤の位置の変動に追従するための対物レンズの上下動作
によってフォーカス光の光路長が変化した際に、フォー
カス光の合焦点が変化してフォーカス精度が悪化すると
いう問題点がある。
【０００８】すなわち、後述する図１に示した構成のよ
うに、対物レンズ３に市販の深紫外域波長（２５０ｎｍ
付近）の対物レンズを使用し、凸レンズ１２（焦点距離
ｆ＝２.０mm）と対物レンズ３間の距離を１５０mmとし
た場合、原盤４が１μｍ下降しこれに追従させて対物レ
ンズ３が１μｍ下降したとき、すなわち、光路長が１μ
ｍ伸びたとき、フォーカス光と記録光の合焦点は約４０
ｎｍずれる。原盤４の平坦度は仕様上１０μｍ程度であ
るため、記録光の合焦点とフォーカス光の合焦点は、最
大４００ｎｍ程度のずれが生じることになる。これは深
紫外域の波長の記録光の焦点深度と同程度であり、フォ
ーカス精度に影響してしまう。
【０００９】本発明の目的は、色消しレンズの対物レン
ズを用いることなしに、制度の良いフォーカス制御を行
うことのできるフォーカス制御方法及び装置とそれを用
いた原盤露光装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、対物レンズの上下動を検出すること
で、フォーカス光の光路長の変化を検出し、この変化分
を補正する働きを追加することでフォーカス精度の向上
を図るものである。
【００１１】上記目的は、対物レンズの上下動を検出
し、フォーカス光の光路長の変化を検出して、フォーカ
ス状態を維持するのに必要な分だけ対物レンズを駆動す
るフォーカス制御方法とすることにより、達成される。
【００１２】また、上記目的は、フォーカス光を使用す
るフォーカス制御装置において、対物レンズへの入射光
を傾斜させる手段と、フォーカス光の光路長の変化を検
出する手段と、該検出した変化量に基づいて対物レンズ
の位置を補正する手段とを具備したフォーカス制御装置
とすることにより、達成される。
【００１３】さらに、上記目的は、対物レンズへのフォ
ーカス光の入射光を傾斜させる手段と、フォーカス光の
光路長の変化を検出する手段と、該検出した変化量に基
づいて対物レンズの位置を補正する手段とを具備するフ
ォーカス制御装置を有した原盤露光装置とすることによ
り、達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明のフォーカス制御装
置の一実施を図１および図２により説明する。図１は本
発明のフォーカス制御装置の構成を示す図である。図１
のフォーカス制御部において、図３に示した従来のフォ
ーカス制御部と同じ構成の部分は同一符号で示されてい
る。このフォーカス制御装置は、光学部と制御部の２つ
に大別される。光学部は原盤(被照射体)４に照射するフ
ォーカス光２を発生させる光源１とこのフォーカス光２
を原盤４に収束照射する対物レンズ３と、原盤４からの
反射光５を受光検出して２つの出力Ａ，Ｂ（６ａ，６
ｂ）を出力する二分割受光素子６からなる。また、制御
部は二分割受光素子６からの出力Ａ，Ｂ（６ａ，６ｂ）
から演算により対物レンズ制御信号８を得る制御演算部
７と対物レンズ制御信号８により対物レンズ３を駆動す
る対物レンズ駆動部９から構成される。対物レンズ３は
原盤４の上方に配置され対物レンズ駆動部９の駆動によ
り原盤４に対して垂直な方向Ｚに移動する構成とされて
いる。
【００１５】光源１から生成されたフォーカス光２は凹
レンズ１１と凸レンズ１２の組み合わせで平行光でない
状態に調整されて、対物レンズ３に入射させる。これは
対物レンズ３が色消しレンズでないため記録光(図示せ
ず)とフォーカス光２を共に平行光で入射すると互いと
合焦点が一致しないためである。一例として、市販の２
５７ｎｍ用の対物レンズでは２５７ｎｍの記録光を平行
光で入射した時の合焦点に波長６５０ｎｍのフォーカス
光の合焦点を一致させるためには５.５ 度の入射角をつ
ける必要がある。このようにフォーカス光２は平行光で
ない状態で対物レンズ３に入射するため、そのままで
は、対物レンズの上下動でフォーカス光２および反射光
５の光路長が変化し、光路長の変化分、反射光５の位置
が変化し、二分割受光素子６の出力が変化する。その結
果、制御演算部７の出力の対物レンズ制御信号８に影響
し、対物レンズ駆動部９でフォーカス状態を維持するの
に必要な分に加えて光路長の変化分も対物レンズを駆動
してしまい、フォーカス精度を悪化させてしまう。
【００１６】そこで、この対物レンズの駆動量を対物レ
ンズ制御信号８から検出しＡＦ補正部１３でフォーカス
光２の光路長の変化分を検出し、この光路長の変化分が
対物レンズ制御信号８におよぼす量を演算し、補正信号
１４を制御演算部７に入力することにより対物レンズ制
御信号８にフォーカス状態を保つのに必要な適正な信号
を出力することでフォーカス精度の向上を図るものであ
る。
【００１７】図２に制御演算部７及びＡＦ補正部１３の
一実施例の概略構成図を示す。制御演算部７では、二分
割受光素子の出力Ａ，Ｂ（６ａ，６ｂ）は減算器２３に
より差信号（Ａ−Ｂ）２４を生成する。差信号２４を増
幅器２５で増幅し、これにオフセット設定器２１の出力
及びＡＦ補正部１３の出力である補正信号１４をオフセ
ット加減算器２６で加減算し、これを増幅器２７で増幅
して対物レンズ制御信号８を生成する。増幅器２７はゲ
イン設定器２２で増幅度を設定可能である。対物レンズ
制御信号８から二分割受光素子の出力Ａ，Ｂ（６ａ，６
ｂ）間は、図１に示す光学系を介してフィードバックル
ープを構成しており、ゲイン設定器２２はこのループゲ
インを設定している。また、オフセット設定器２１は差
信号２４上の動作点をシフトすることで記録光とフォー
カス光の合焦点をずらす働きをする。このオフセット設
定により記録光とフォーカス光２の合焦点の微調整が可
能になる。このオフセット設定器２１の出力は直流で常
に一定値で使用する。ＡＦ補正部１３はローパスフィル
ター３１で高周波分を除去し、この信号からＤＣ成分減
算器で直流分を除去し対物レンズ制御信号のＡＣ成分の
みを抽出する。ここで対物レンズ制御信号８のＡＣ成分
は対物レンズの合焦点付近での上下動の量と比例関係に
ある。対物レンズの移動量とフォーカス光の光路長の変
化分はフォーカス状態を維持している間は、ほぼ等しい
ので、このＡＣ成分を増幅器３３で適切な感度に増幅す
ることでＡＦ補正信号１４を生成することができる。こ
の補正信号１４をオフセット加減算器２６に入力するこ
とによりフィードバックループを構成している。
【００１８】以上、本実施例によれば、対物レンズ駆動
部９でフォーカス状態を維持するのに必要な分に加えて
光路長の変化分も対物レンズを駆動し、フォーカス精度
が悪化するのを、ＡＦ補正部１３でフォーカス光２およ
び反射光５の光路長の変化分を検出し、この光路長の変
化分が対物レンズ制御信号８に及ぼす量を演算し、補正
信号１４を制御演算部７に入力し光路長の変化分が対物
レンズ制御信号８に及ぼす量を減じることにより、対物
レンズ制御信号８にフォーカス状態を保つのに必要な適
正な信号を出力することでフォーカス状態を維持するの
に必要な分だけ対物レンズを駆動することで、フォーカ
ス精度の向上を図ることが可能となる。
【００１９】なお、本実施例では、増幅器３３を使用し
た直線近似の例であるが、これに限定されるものではな
く光路長の変化分を対物レンズの駆動量に変換する手段
があればよい。
【００２０】
【発明の効果】以上、本発明によれば、色消しレンズの
対物レンズを用いることなく、制度の良いフォーカス制
御を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフォーカス制御装置の一例を示す概略
構成図である。
【図２】図１の装置の制御演算部及びＡＦ補正部の一例
を示す概略構成図である。
【図３】従来のフォーカス制御装置を示す概略構成図で
ある。
【図４】差信号の波形を示す図である。
【符号の説明】
１…光源、２…フォーカス光、３…対物レンズ、４…原
盤、５…反射光、６…二分割受光素子、６ａ…出力Ａ、
６ｂ…出力Ｂ、７…制御演算部、８…対物レンズ制御信
号、９…対物レンズ駆動部、１１…凹レンズ、１２…凸
レンズ、１３…ＡＦ補正部、１４…補正信号、２１…オ
フセット設定器、２２…ゲイン設定器、２３…減算器、
２４…差信号、２５，２７，３３…増幅器、２６…オフ
セット加減算器、３１…ローパスフィルター、３２…Ｄ
Ｃ成分減算器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 信夫 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 (72)発明者 中元 英和 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 Ｆターム(参考） 5D118 AA13 BA01 BB09 CA11 CD02 CG03 CG07 CG17 CG26 5D121 BB38

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】対物レンズの上下動を検出し、フォーカス
    光の光路長の変化を検出して、フォーカス状態を維持す
    るのに必要な分だけ前記対物レンズを駆動することを特
    徴とするフォーカス制御方法。
  2. 【請求項２】フォーカス光を使用するフォーカス制御装
    置において、対物レンズへの入射光を傾斜させる手段
    と、フォーカス光の光路長の変化を検出する手段と、該
    検出した変化量に基づいて前記対物レンズの位置を補正
    する手段とを具備したことを特徴とするフォーカス制御
    装置。
  3. 【請求項３】対物レンズへのフォーカス光の入射光を傾
    斜させる手段と、フォーカス光の光路長の変化を検出す
    る手段と、該検出した変化量に基づいて前記対物レンズ
    の位置を補正する手段とを具備するフォーカス制御装置
    を有したことを特徴とする原盤露光装置。
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