JP2004053303A

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

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Publication number: JP2004053303A
Application number: JP2002208164A
Authority: JP
Inventors: Shingo Imanishi; 今西　慎悟
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-17
Also published as: JP4626121B2

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。