JP2004053303A - ギャップ検出方法、ギャップ制御方法、及び装置 - Google Patents

ギャップ検出方法、ギャップ制御方法、及び装置 Download PDF

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Abstract

【課題】色収差の影響で臨界角以上で反射した戻り光が得られない場合でも近接場領域内での有効なギャップ検出、制御を行う。
【解決手段】被測距対象物と光学系との間で光を干渉させ、その干渉縞の濃淡分布を利用して距離を検知する。ギャップ検出用ビームのPDアレイ17上での強度分布は、SIL10と原盤30の間が数波長程度離れている場合と近接場領域にある場合とで干渉縞が異なる。したがって、戻り光の検出位置を2つ設けた場合、ギャップの変化に対応する各検出位置A、Bの検出光強度(干渉光戻り光A、B)の変化は互いに周期の異なるものとなる。そこで、この干渉光戻り光A、Bの位相が一致するようになるまでレンズを駆動することで、SIL10と露光原盤30の距離を近接場領域にまで接近させることができる。
【選択図】    図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの距離測定光を光学系を通して被測距対象物に照射し、前記被測距対象物からの戻り光によって前記被測距対象物と光学系との間のギャップを検出するギャップ検出方法及び装置と、そのギャップ検出を用いて光学系と被測距対象物とのギャップを駆動制御するギャップ制御方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、例えば光ディスク原盤作製における露光工程において、SIL(Solid Immersion Lens)等の開口数NAが1を超える対物レンズを用いる場合に、SILと原盤との間の距離を露光波長より十分小さい近接場領域とする必要がある。
そこで、これまでは、SILの先端において露光ビームが臨界角以上で反射して戻るビームの強度が全反射時に対して減少していることを検出し、近接場領域まで近接していることを検出するようにしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、露光ビームを用いてレンズと原盤間とのギャップを検出すると、露光開始時等レンズと原盤が相対的に静止している状態において、露光パワーが一点に集中し続けるため、露光用レジストが過熱されて感光基の失活やアブレーションを起こす危険性が大きい。
なお、レジストへのダメージを避けるために吸収率が小さくなる波長のビームを用いてギャップ検出することも提案されているが、露光ビームに最適化された対物レンズでは色収差の影響で、レンズ先端で臨界角を超えて反射する成分が十分には得られないことがある。
【0004】
そこで本発明の目的は、検出光の集中によって被測距対象物の損傷を招くことがなく、また、色収差の影響で臨界角以上で反射した戻り光が得られない場合でも近接場領域内での有効なギャップ検出やギャップ制御が可能なギャップ検出方法、ギャップ制御方法、及び装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、光源からの距離測定光を光学系を通して被測距対象物に照射し、前記被測距対象物からの戻り光によって前記被測距対象物と光学系との間のギャップを検出するギャップ検出方法であって、前記被測距対象物と光学系との間で光を干渉させ、その干渉縞の濃淡分布を測定し、その測定結果に基づいてギャップを検出することを特徴とする。
【0006】
また本発明は、光源からの距離測定光を光学系を通して被測距対象物に照射し、前記被測距対象物からの戻り光によって前記被測距対象物と光学系との間のギャップを検出し、その検出結果に応じて被測距対象物と光学系とのギャップの制御を行うギャップ制御方法であって、前記被測距対象物と光学系との間で光を干渉させ、その干渉縞の濃淡分布を測定し、その測定結果に基づいてギャップを検出することを特徴とする。
【0007】
また本発明は、光源からの距離測定光を光学系を通して被測距対象物に照射し、前記被測距対象物からの戻り光によって前記被測距対象物と光学系との間のギャップを検出するギャップ検出装置であって、前記被測距対象物と光学系との間で光を干渉させる干渉縞生成手段と、前記干渉縞生成手段によって発生させた干渉縞の濃淡分布を測定する干渉縞測定手段と、前記干渉縞測定手段の測定結果に基づいてギャップを検出するギャップ検出手段とを有することを特徴とする。
【0008】
また本発明は、光源からの距離測定光を光学系を通して被測距対象物に照射し、前記被測距対象物からの戻り光によって前記被測距対象物と光学系との間のギャップを検出し、その検出結果に応じて被測距対象物と光学系とのギャップの制御を行うギャップ制御装置であって、前記被測距対象物と光学系との間で光を干渉させる干渉縞生成手段と、前記干渉縞生成手段によって発生させた干渉縞の濃淡分布を測定する干渉縞測定手段と、前記干渉縞測定手段の測定結果に基づいてギャップを検出するギャップ検出手段と、前記ギャップ検出手段の検出結果に基づいて前記被測距対象物と光学系との間のギャップを可変制御する駆動手段とを有することを特徴とする。
【0009】
本発明のギャップ検出方法及びギャップ検出装置では、被測距対象物と光学系との間で光を干渉させ、その干渉縞の濃淡分布を測定し、その測定結果に基づいてギャップを検出することから、距離測定光の波長では色収差が大きく、臨界角以上で反射した戻り光が得られない場合でも、被測距対象物の損傷を招くことなく、近接場領域内で有効にギャップ検出を行うことが可能となる。
【0010】
また、本発明のギャップ制御方法及びギャップ制御装置では、被測距対象物と光学系との間で光を干渉させ、その干渉縞の濃淡分布を測定し、その測定結果に基づいてギャップを検出することから、距離測定光の波長では色収差が大きく、臨界角以上で反射した戻り光が得られない場合でも、被測距対象物の損傷を招くことなく、近接場領域内で有効にギャップ検出及びギャップ制御を行うことが可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるギャップ検出方法、ギャップ制御方法、及び装置の実施の形態例について説明する。
本実施の形態例は、被測距対象物と光学系との間で光を干渉させ、その干渉縞の濃淡分布を利用して距離を検知するものであり、特に被測距対象物に対して少なくとも2つの角度から入射するビームを用い、特に収斂して入射するビームを用いる。また、ギャップが距離測定光の波長以下となる近接場領域でのギャップ検出であり、特に以下の例では、NAが1を超える集光レンズと記録媒体または露光原盤までの距離を被測定対象としている。
また、本実施の形態例では、NAが1を超える集光レンズの先端において臨界角以上で反射される光の減少を検出することにより、測定される距離が近接場領域内であることを確認する。また、測距のための干渉縞を構成する光と、測定された距離が近接場領域内であることを確認する光には、互いに波長の異なる光を用いる。
【0012】
以下、このような本実施の形態例による具体的な実施例を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の実施の形態例によるギャップ検出方法及びギャップ制御方法を適用する露光装置のギャップ検出用光学系を示すブロック図である。
この露光装置は、SIL10、対物レンズ11、ダイクロイックミラー(DCM)12、1/4波長板(QWP)13、14、偏光ビームスプリッター(PBS)15、16、フォトダイオード(PD)アレイ17、ギャップ制御回路18、圧電変換(PZT)駆動系19、ビームストップ20、無偏光ビームスプリッター(NBS)21、フォトダイオード(PD)22、ギャップ検出ビーム光源(図示せず)、露光ビーム光源(図示せず)、及び各種レンズを含んで構成されている。
【0013】
このような露光装置において、まず、波長266nm露光ビームをPBS16とQWP14を用いて円偏光に変換し、DCM12を反射させて対物レンズ11に入射する。
対物レンズ11に入射した露光ビームがSIL10の先端部に集光されるように、対物レンズ11とSIL10の間隔は調整されているものとする。
SIL10と露光原盤30との間の距離が十分大きい場合には、SIL10の先端部への入射光の角度が臨界角を超える成分に関しては全反射して光源側に反射される。
QWP14で入射光とは垂直な偏光方向に変換される成分はPBS16を反射し、ビームストップ20で遮光される。
SIL10の先端で臨界角以上で反射する成分は、反射時に位相が偏光依存で回転するため、PBS16を透過する成分をもつ。この成分をNBS21で一部反射させ、PD22で戻り光強度が検出される。
SIL10が露光原盤30に近づき、近接場領域内に接近すると、PD22での検出強度が減少し、両者が接触すると検出強度はほぼ0に近くなる。
【0014】
一方、波長532nmのギャップ検出用ビームも同様に、PBS15とQWP13を用いて円偏光に変化した後、DCM12を透過させて対物レンズ11に入射する。このとき、対物レンズ11に入射したビームがほぼSIL10の先端部に集光されるように、対物レンズ11への入射ビームの収斂角が調整されているものとする。
SIL10に入射したビームはSIL10の先端面および露光原盤30の表面で反射される。この反射光はDCM12を透過し、QWP13で入射ビームとは垂直な方向の直線偏光に変換された後、PBS15で反射され、一次元PDアレイ17等の位置に依存した光強度が検出できる素子で戻り光強度分布が検出される。
【0015】
ギャップ検出用ビームのPDアレイ17上での強度分布は、SIL10と原盤30の間が数波長程度離れていれば、図2に示すような径の小さい干渉縞41となり、近接場領域にあれば図3のような径の大きい干渉縞42になる。ただし、ギャップ検出用ビームの波長ではSILの有効NAが1以下であると仮定している。
したがって、例えば戻り光の光軸上のビームを検出する点を強度検出位置A、光軸外で検出する1点を強度検出位置Bとすると、ギャップの変化に対応する各検出位置A、Bの検出光強度の変化は図4で示されるようになり、その変化の周期が異なってくる。
すなわち、図4の横軸はギャップ、縦軸は検出強度を示しており、破線Aは強度検出位置Aにおける検出信号(干渉光戻り光A)を示し、実線Bは強度検出位置Bにおける検出信号(干渉光戻り光B)を示している。また、太い破線Cは、露光ビームの戻り光を示している。
【0016】
そこで、図4に示す干渉光戻り光A、Bの位相が一致するようになるまでレンズを駆動することで、SIL10と露光原盤30の距離を近接場領域にまで接近させることができる。
ギャップ制御回路18では、このような処理を実現するため、PDアレイ17から得られる各検出位置A、Bの検出信号の位相を監視しながら、圧電変換(PZT)駆動系19を制御し、SIL10と露光原盤30の距離を近接場領域にまで接近させるよう制御する。
【0017】
なお、強度検出位置としては、本例のように2点だけではなく、3点以上、もしくはライン上で強度分布を検出し、それぞれの強度変化の位相が一致するようにレンズを駆動することで、検出精度を向上させることもできる。
これらの強度変化の位相が完全に一致する直前の変化を利用してサーボ制御することにより、近接場領域内でのギャップ制御が可能となる。
ここで、検出用ビームの検出点数が少ない場合には、近接場領域外においても検出強度の位相が一致する場合があるが、その場合には、露光ビームがSIL先端部において臨界角以上で反射した成分の強度を同時に確認するとよい。
すなわち、露光ビームが全反射した場合に比べて十分小さい検出強度が得られる場合には、SILと原盤間のギャップも十分小さくなっている。
逆に全反射した場合に比べて同程度となっている場合には、更にギャップを狭めていき、次に位相が同期する点を探し、同様の確認を行えばよい。
このようにしてギャップを検出し十分に小さいと判断される場合には、強度変化の位相が完全に一致する直前の変化を利用してサーボ制御することにより、近接場領域内でのギャップ制御が可能となる。
【0018】
なお、本例においてはギャップ検出用ビームの波長ではSILの有効NAが1以下であると仮定したが、1以上の場合にも同様のギャップ検出及び制御が可能である。この場合には、ギャップが近接場領域内であるかどうか判別するにあたり、露光ビームではなくギャップ検出用ビームがSIL先端面で臨界角以上で反射した成分の戻り光強度を検出してもよい。
また本例においてはSILと露光原盤のギャップを検出及び制御したが、SIM(Solid Immersion Mirror)等のNAが1以上の他種の対物レンズを用いた場合でも同様にギャップ検出及び制御を行うことができる。さらに露光原盤に限らず、光記録媒体等レンズとの組み合わせにより成り立つ構成物とのギャップ間隔の検出及び制御に応用できる。
さらには、別の構成物における位置決め制御を目的とした位置検出装置として、その検出装置内のギャップ検出及び制御に応用してもよい。
【0019】
以上のように、本実施の形態例は、近接場露光において、対物レンズと露光原盤のギャップ検出を行う検出用レーザービームの波長では色収差が大きく、臨界角以上で反射した戻り光が得られない場合でも近接場領域内でのギャップ検出及び制御が可能となる。
また、近接場露光のみならず、近接場による記録媒体への記録再生にも応用できる。さらに一方向から駆動して目的の位置で静止させるための位置決め制御の手段としても、広く一般に応用できる。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のギャップ検出方法及びギャップ検出装置によれば、被測距対象物と光学系との間で光を干渉させ、その干渉縞の濃淡分布を測定し、その測定結果に基づいてギャップを検出することから、距離測定光の波長では色収差が大きく、臨界角以上で反射した戻り光が得られない場合でも、被測距対象物の損傷を招くことなく、近接場領域内で有効にギャップ検出を行うことが可能となる。
【0021】
また、本発明のギャップ制御方法及びギャップ制御装置によれば、被測距対象物と光学系との間で光を干渉させ、その干渉縞の濃淡分布を測定し、その測定結果に基づいてギャップを検出することから、距離測定光の波長では色収差が大きく、臨界角以上で反射した戻り光が得られない場合でも、被測距対象物の損傷を招くことなく、近接場領域内で有効にギャップ検出及びギャップ制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態例によるギャップ検出方法及びギャップ制御方法を適用する露光装置のギャップ検出用光学系を示すブロック図である。
【図2】図1に示す露光装置で検出される干渉縞の第1の例を示す説明図である。
【図3】図1に示す露光装置で検出される干渉縞の第2の例を示す説明図である。
【図4】図1に示す露光装置で検出される強度検出信号の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
10……SIL、11……対物レンズ、12……ダイクロイックミラー(DCM)、13、14……1/4波長板(QWP)、15、16……偏光ビームスプリッター(PBS)、17……フォトダイオードアレイ、18……ギャップ制御回路、19……圧電変換駆動系、20……ビームストップ、21……無偏光ビームスプリッター(NBS)、22……フォトダイオード、30……露光原盤。

Claims (32)

  1. 光源からの距離測定光を光学系を通して被測距対象物に照射し、前記被測距対象物からの戻り光によって前記被測距対象物と光学系との間のギャップを検出するギャップ検出方法であって、
    前記被測距対象物と光学系との間で光を干渉させ、その干渉縞の濃淡分布を測定し、その測定結果に基づいてギャップを検出する、
    ことを特徴とするギャップ検出方法。
  2. 前記被測距対象物に対して少なくとも2つの角度から入射するビームを用いて光を干渉させることを特徴とする請求項1記載のギャップ検出方法。
  3. 前記被測距対象物に対して収斂して入射するビームを用いることを特徴とする請求項2記載のギャップ検出方法。
  4. 前記被測距対象物と光学系との間のギャップが距離測定光の波長以下となる近接場領域にあることを特徴とする請求項1記載のギャップ検出方法。
  5. 前記光学系は、開口数NAが1を越える集光レンズであることを特徴とする請求項1記載のギャップ検出方法。
  6. 前記被測距対象物が記録媒体または露光原盤であることを特徴とする請求項1記載のギャップ検出方法。
  7. 開口数NAが1を超える集光レンズの先端において臨界角以上で反射される光の減少を検出することにより、測定される距離が近接場領域内であることを確認することを特徴とする請求項1記載のギャップ検出方法。
  8. 測距のための干渉縞を構成するための光の波長と、測定された距離が近接場領域内であることを確認するための光の波長とが異なることを特徴とする請求項7記載のギャップ検出方法。
  9. 光源からの距離測定光を光学系を通して被測距対象物に照射し、前記被測距対象物からの戻り光によって前記被測距対象物と光学系との間のギャップを検出し、その検出結果に応じて被測距対象物と光学系とのギャップを制御を行うギャップ制御方法であって、
    前記被測距対象物と光学系との間で光を干渉させ、その干渉縞の濃淡分布を測定し、その測定結果に基づいてギャップを検出する、
    ことを特徴とするギャップ制御方法。
  10. 前記被測距対象物に対して少なくとも2つの角度から入射するビームを用いて光を干渉させることを特徴とする請求項9記載のギャップ制御方法。
  11. 前記被測距対象物に対して収斂して入射するビームを用いることを特徴とする請求項10記載のギャップ制御方法。
  12. 前記被測距対象物と光学系との間のギャップが距離測定光の波長以下となる近接場領域にあることを特徴とする請求項9記載のギャップ制御方法。
  13. 前記光学系は、開口数NAが1を越える集光レンズであることを特徴とする請求項9記載のギャップ制御方法。
  14. 前記被測距対象物が記録媒体または露光原盤であることを特徴とする請求項9記載のギャップ制御方法。
  15. 開口数NAが1を超える集光レンズの先端において臨界角以上で反射される光の減少を検出することにより、測定される距離が近接場領域内となるまで前記被測距対象物と集光レンズを接近させることを特徴とする請求項9記載のギャップ制御方法。
  16. 測距のための干渉縞を構成するための光の波長と、測定された距離が近接場領域内であることを確認するための光の波長とが異なることを特徴とする請求項15記載のギャップ制御方法。
  17. 光源からの距離測定光を光学系を通して被測距対象物に照射し、前記被測距対象物からの戻り光によって前記被測距対象物と光学系との間のギャップを検出するギャップ検出装置であって、
    前記被測距対象物と光学系との間で光を干渉させる干渉縞生成手段と、
    前記干渉縞生成手段によって発生させた干渉縞の濃淡分布を測定する干渉縞測定手段と、
    前記干渉縞測定手段の測定結果に基づいてギャップを検出するギャップ検出手段と、
    を有することを特徴とするギャップ検出装置。
  18. 前記干渉縞生成手段は被測距対象物に対して少なくとも2つの角度から入射するビームを用いて光を干渉させることを特徴とする請求項17記載のギャップ検出装置。
  19. 前記干渉縞生成手段は被測距対象物に対して収斂して入射するビームを用いることを特徴とする請求項18記載のギャップ検出装置。
  20. 前記被測距対象物と光学系との間のギャップが距離測定光の波長以下となる近接場領域にあることを特徴とする請求項17記載のギャップ検出装置。
  21. 前記光学系は、開口数NAが1を越える集光レンズであることを特徴とする請求項17記載のギャップ検出装置。
  22. 前記被測距対象物が記録媒体または露光原盤であることを特徴とする請求項17記載のギャップ検出装置。
  23. 開口数NAが1を超える集光レンズの先端において臨界角以上で反射される光の減少を検出することにより、測定される距離が近接場領域内であることを確認する確認手段を有することを特徴とする請求項17記載のギャップ検出装置。
  24. 測距のための干渉縞を構成するための光の波長と、測定された距離が近接場領域内であることを確認するための光の波長とが異なることを特徴とする請求項23記載のギャップ検出装置。
  25. 光源からの距離測定光を光学系を通して被測距対象物に照射し、前記被測距対象物からの戻り光によって前記被測距対象物と光学系との間のギャップを検出し、その検出結果に応じて被測距対象物と光学系とのギャップの制御を行うギャップ制御装置であって、
    前記被測距対象物と光学系との間で光を干渉させる干渉縞生成手段と、
    前記干渉縞生成手段によって発生させた干渉縞の濃淡分布を測定する干渉縞測定手段と、
    前記干渉縞測定手段の測定結果に基づいてギャップを検出するギャップ検出手段と、
    前記ギャップ検出手段の検出結果に基づいて前記被測距対象物と光学系との間のギャップを可変制御する駆動手段と、
    を有することを特徴とするギャップ制御装置。
  26. 前記干渉縞生成手段は被測距対象物に対して少なくとも2つの角度から入射するビームを用いて光を干渉させることを特徴とする請求項25記載のギャップ制御装置。
  27. 前記干渉縞生成手段は被測距対象物に対して収斂して入射するビームを用いることを特徴とする請求項26記載のギャップ制御装置。
  28. 前記被測距対象物と光学系との間のギャップが距離測定光の波長以下となる近接場領域にあることを特徴とする請求項25記載のギャップ制御装置。
  29. 前記光学系は、開口数NAが1を越える集光レンズであることを特徴とする請求項25記載のギャップ制御装置。
  30. 前記被測距対象物が記録媒体または露光原盤であることを特徴とする請求項25記載のギャップ制御装置。
  31. 開口数NAが1を超える集光レンズの先端において臨界角以上で反射される光の減少を検出することにより、測定される距離が近接場領域内であることを確認する確認手段を有し、前記駆動手段は前記確認手段の確認状況に応じて、測定される距離が近接場領域内となるまで前記被測距対象物と集光レンズを接近させることを特徴とする請求項25記載のギャップ制御装置。
  32. 測距のための干渉縞を構成するための光の波長と、測定された距離が近接場領域内であることを確認するための光の波長とが異なることを特徴とする請求項31記載のギャップ制御装置。
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