JP2005088072A - Laser beam machine - Google Patents

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Tetsuo Ando
哲生 安藤
Nobuo Kimura
信夫 木村
Hidekazu Nakamoto
英和 中元
Toshinori Sugiyama
寿紀 杉山
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Maxell Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machine capable of consistently and correctly controlling the focusing position of laser beam for machining. <P>SOLUTION: In the laser beam machine having a lens 1 to focus laser beam 8 on a work 2 and at least two lasers, the work 2 is machined by controlling the focusing position of the laser beam 8 for machining to be at a predetermined position to the work 2. The frequency band when the distance between the lens 1 and the work 2 is controlled to be constant is different for each laser beam, and the distance between the lens 1 and the work 2 is controlled by simultaneously controlling these laser beams. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザ光を被加工物上に結像して、その被加工物にアブレーション、潜像形成、結晶構造変化、磁性構造変化、物質硬化、物質溶解等の加工を行うレーザ加工装置に係り、特に被加工物に対してレーザ光の結像位置を一定の距離に保持する機構を備えたレーザ加工装置に関するものである・   The present invention relates to a laser processing apparatus that forms an image of laser light on a workpiece and performs processing such as ablation, latent image formation, crystal structure change, magnetic structure change, material curing, and material dissolution on the workpiece. In particular, the present invention relates to a laser processing apparatus equipped with a mechanism for holding the imaging position of the laser beam at a fixed distance with respect to the workpiece.

レーザ加工装置は、被加工物とレーザ結像位置との距離を制御するために、加工用とは異なった波長の光を用いる制御方式がある。この制御方式のうち露光を前提とする加工装置では、装置と被加工物の距離制御用に、非接触で露光用の光とは別で露光には寄与しない波長の光を用いる。特に光ディスクマスタリングにおける原盤露光装置の場合、従来は露光用に波長350nm付近の紫外光レーザ(以下、この加工用レーザを露光レーザという)と、距離制御用に赤色あるいは赤外光レーザ(以下、単に赤色レーザという)が用いられている.
結像位置の制御はスキュー方式(赤色レーザを対物レンズの中心からずらして入射させ、被加工物と対物レンズの距離を反射光の光軸に対して垂直な変位としてとらえる方式)、または非点収差方式(被加工物からの反射光に非点収差を与え、被加工物と対物レンズの距離を反映している反射光最小錯乱円の光軸方向の移動を光軸に対して垂直なビーム形状の変化としてとらえる方式)が採用される場合が多い。
The laser processing apparatus has a control system that uses light having a wavelength different from that for processing in order to control the distance between the workpiece and the laser imaging position. Of these control methods, a processing apparatus based on exposure uses light of a wavelength that does not contribute to exposure, in addition to exposure light, for contactless control of the distance between the apparatus and the workpiece. In particular, in the case of a master exposure apparatus for optical disc mastering, conventionally, an ultraviolet light laser having a wavelength of about 350 nm (hereinafter referred to as an exposure laser) for exposure and a red or infrared laser (hereinafter simply referred to as an exposure laser) for distance control. Red laser) is used.
Image position can be controlled by a skew method (a method in which a red laser is incident with a shift from the center of the objective lens and the distance between the workpiece and the objective lens is taken as a displacement perpendicular to the optical axis of the reflected light) or astigmatism Aberration method (A beam that gives astigmatism to the reflected light from the work piece and reflects the minimum confusion circle of reflected light reflecting the distance between the work piece and the objective lens in the direction of the optical axis. In many cases, a method of capturing as a change in shape is employed.

どちらの方式も赤色レーザを対物レンズに平行に入射させて用いている。従来の対物レンズは色消しレンズで、露光用レーザと赤色レーザの2つの波長に対して同じ焦点距離を持つため、前述の距離制御方式で、露光用レーザと赤色レーザは共に被加工物(この場合レジストを塗布した原盤)の同じ場所に結像する。被加工物から反射した赤色レーザはスキュ方式、非点収差方式のどちらの場合にも、光軸と垂直方向のビーム位置またはビーム形状をディテクタ(検出器)で検出する。   Both systems use a red laser incident on the objective lens in parallel. Since the conventional objective lens is an achromatic lens and has the same focal length for the two wavelengths of the exposure laser and the red laser, both the exposure laser and the red laser are processed by the above-mentioned distance control method (this is the work piece). In this case, the image is formed at the same location on the master plate coated with resist. The red laser reflected from the workpiece detects the beam position or beam shape in the direction perpendicular to the optical axis with a detector (detector) in both the skew method and the astigmatism method.

電流によって被加工物の方向に近づいたり遠ざかったりできるアクチュエータに対物レンズがマウントされており、前記反射光による検出器の出力に応じて電流の極性と大きさを調整し、検出器上の反射光が所定の位置に来るようにフィードバックを行う。これにより対物レンズと被加工物の距離を所定の値に保っている。   An objective lens is mounted on an actuator that can move toward and away from the direction of the workpiece by current, and the polarity and magnitude of the current are adjusted according to the output of the detector by the reflected light, and the reflected light on the detector Feedback is performed so that is at a predetermined position. Thereby, the distance between the objective lens and the workpiece is kept at a predetermined value.

なお、この種の技術に関しては、例えば下記特許文献1に記載されたような提案がなされている。   For this type of technology, for example, a proposal as described in Patent Document 1 below has been made.

特開2003−45094号公報JP 2003-45094 A

より微細な構造をつくるための手段として、一般に露光用レーザの短波長化が行われる。ところが300nmよりも波長が短くなると、集光レンズの材質が限られてくるため、色消しレンズの作製が困難となる。そのため、色消しでないレンズを使いこなす必要がでてくる。   As a means for creating a finer structure, the wavelength of an exposure laser is generally shortened. However, if the wavelength is shorter than 300 nm, the material of the condensing lens is limited, making it difficult to produce an achromatic lens. Therefore, it is necessary to master lenses that are not achromatic.

露光用レーザと赤色レーザを従来どおり平行光で色消しでない対物レンズに入射させると、通常は屈折率の小さい赤色レーザの方がレンズから遠いところに結像する。そのため露光用レーザを被加工物上に結像すると、赤色レーザは被加工物上に結像されておらず、幾何光学的にある面積を持って被加工物上に照射される。被加工物が完全に平らで傾きが無ければ問題ないが、被加工物に歪み、あるいは傾きが生じると、反射光の方向がずれてしまう。被加工物とレンズの距離を反射光の光軸と垂直な位置または垂直方向のビーム形状で検出する方式では、これは誤差となり、制御すべき距離にずれを生じる。その結果、露光用レーザの結像点が被加工物上から離れ、いわゆるピンボケの状態となる。   When the exposure laser and the red laser are incident on an objective lens that is not achromatic with parallel light as usual, the red laser having a smaller refractive index usually forms an image farther from the lens. Therefore, when the exposure laser is imaged on the workpiece, the red laser is not imaged on the workpiece, and is irradiated onto the workpiece with a certain geometric optical area. If the workpiece is completely flat and has no tilt, there is no problem. However, if the workpiece is distorted or tilted, the direction of the reflected light is shifted. In the method in which the distance between the workpiece and the lens is detected at a position perpendicular to the optical axis of the reflected light or a beam shape in the vertical direction, this becomes an error and a deviation occurs in the distance to be controlled. As a result, the image forming point of the exposure laser is separated from the work piece, resulting in a so-called defocused state.

これを回避するには、赤色レーザの結像位置を露光用レーザの結像位置に近づける必要がある。そのためには赤色レーザを収束ビームにして、色消しでない対物レンズに入射させればよい。   In order to avoid this, it is necessary to bring the imaging position of the red laser closer to the imaging position of the exposure laser. For this purpose, a red laser beam may be used as a convergent beam and incident on an objective lens that is not achromatic.

以上が色消しでないレンズに対し、被加工物の歪や傾きによって原理的に起こるピンボケを解消する従来技術である(前記特許文献1参照)がある。   The above is a conventional technique that eliminates blurring that occurs in principle due to distortion or inclination of a workpiece with respect to a lens that is not achromatic (see Patent Document 1).

しかしこの従来技術によると赤色レーザの光学系を支える構造物の歪等で対物レンズが初めの位置からずれると、前述のように赤色レーザが収束ピームで対物レンズに入射しているため距離の影響を受け、露光用レーザのピンボケを生じてしまう。   However, according to this prior art, if the objective lens is displaced from the initial position due to distortion of the structure supporting the optical system of the red laser, as described above, the red laser is incident on the objective lens with a convergent beam as described above. The exposure laser is defocused.

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、加工用レーザの結像位置を安定かつ正確に制御できるレーザ加工装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that can eliminate the drawbacks of the prior art and can stably and accurately control the imaging position of a processing laser.

前記目的を達成するため、本発明の第1の手段は、レーザを被加工物上で結像するレンズと、少なくとも2つのレーザを備え、このうちの加工用レーザの結像位置を前記被加工物に対し一定の位置に制御して被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、
前記レンズと被加工物の距離を一定に制御するときの周波数帯域が各レーザで異なり、これらのレーザを同時に制御して前記レンズと被加工物の距離を制御することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the first means of the present invention comprises a lens for forming an image of a laser on a workpiece and at least two lasers, and the imaging position of a processing laser among them is defined as the workpiece. In a laser processing apparatus that processes a workpiece by controlling the workpiece at a fixed position,
The frequency band when the distance between the lens and the workpiece is controlled to be constant is different for each laser, and these lasers are simultaneously controlled to control the distance between the lens and the workpiece. .

本発明の第2の手段は前記第1の手段において、前記加工用レーザを低周波帯域の制御に使用し、加工用レーザ以外のレーザを高周波帯域の制御に使用し、所定の位置からのずれを示す前記低周波帯域と高周波帯域の誤差信号を重ね合わせることを特徴とするものである。   According to a second means of the present invention, in the first means, the processing laser is used for control of a low frequency band, and a laser other than the processing laser is used for control of a high frequency band. The error signals in the low frequency band and the high frequency band indicating the above are superimposed.

本発明の第3の手段は前記第2の手段において、前記加工用レーザを用いた所定の位置からの低周波帯域のずれが、加工用レーザの光軸を加振して加工するときにも加振の影響を受けないで検知できるように構成されていることを特徴とするものである。   According to a third means of the present invention, in the second means, when a shift in a low frequency band from a predetermined position using the processing laser is processed by exciting the optical axis of the processing laser. It is characterized in that it can be detected without being affected by vibration.

本発明の第4の手段は前記第3の手段において、前記加工用レーザを用いた所定の位置からの低周波帯域のずれを、加工用レーザの被加工物からの反射光の光路を一部遮断し、複数分割されたフォトデイテクタ上に結像して検出することを特徴とするものである。   According to a fourth means of the present invention, in the third means, the low-frequency band shift from a predetermined position using the processing laser is partly reflected in the optical path of the reflected light from the workpiece of the processing laser. It is cut off and imaged on a plurality of divided photodetectors for detection.

本発明は前述のように、レーザを被加工物上で結像するレンズと、少なくとも2つのレーザを備え、このうちの加工用レーザの結像位置を前記被加工物に対し一定の位置に制御して被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、前記レンズと被加工物の距離を一定に制御するときの周波数帯域が各レーザで異なり、これらのレーザを同時に制御して前記レンズと被加工物の距離を制御することを特徴とするものである。 As described above, the present invention includes a lens that forms an image of a laser on a workpiece and at least two lasers, and the imaging position of the machining laser is controlled at a fixed position with respect to the workpiece. In the laser processing apparatus for processing the workpiece, the frequency band when the distance between the lens and the workpiece is controlled to be constant is different for each laser, and these lasers are controlled simultaneously to control the lens and the workpiece. It is characterized by controlling the distance of an object.

このように構成することにより、加工用レーザの結像位置を安定かつ正確に制御できるレーザ加工装置を提供することことができる。   By comprising in this way, the laser processing apparatus which can control the imaging position of the processing laser stably and correctly can be provided.

次に本発明の実施形態を図と共に説明する。図1は第1実施形態に係り、2つのレーザ装置で、露光用レーザの結像位置を制御(オートフォーカス)する光ディスク用原盤露光装置の概略構成図である。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical disc master exposure apparatus that controls (autofocus) the imaging position of an exposure laser with two laser apparatuses according to the first embodiment.

色消しでない対物レンズ1は、露光対象物(被加工物)であるレジストを塗布した原盤2との距離を調節できるように、アクチュエー夕3にマウントされている。   The objective lens 1 that is not achromatic is mounted on the actuator 3 so that the distance from the master 2 coated with a resist that is an exposure target (workpiece) can be adjusted.

赤色レ一ザ5は凸レンズ6で集光ピーム7とされ、波長選択性のミラー4を透過した後、対物レンズ1の光軸からずらして入射している。ここで凸レンズ6の光軸方向の位置は、露光用レーザ8が平行光で対物レンズ1に入射して原般2の表面で結像する時に、赤色レーザも原盤2の表面で結像するように、予め調整されている。   The red laser 5 is formed as a condensing beam 7 by a convex lens 6, passes through the wavelength-selective mirror 4, and then is incident with a shift from the optical axis of the objective lens 1. Here, the position of the convex lens 6 in the optical axis direction is such that when the exposure laser 8 enters the objective lens 1 as parallel light and forms an image on the surface of the master 2, the red laser also forms an image on the surface of the master 2. Are adjusted in advance.

赤色レーザの原盤2での反射光は再び対物レンズ1を通過し、拡散光9となる。この拡散光9を凸レンズなどの収束光学系10で集光ビーム11として2分割ディテクタ12に入射する。   The reflected light from the master 2 of the red laser passes through the objective lens 1 again and becomes diffused light 9. The diffused light 9 is incident on the two-divided detector 12 as a condensed beam 11 by a converging optical system 10 such as a convex lens.

対物レンズ1と原盤2の距離が変化した場合、集光ビーム11が2分割ディテクタ12の上を移動することになり、その位置情報は誤差信号13としてハイパスフィルタ14を通して、対物レンズ位置制御回路15に入力される。なお2分割ディテクタ12の位置は、赤色レーザが原盤2の表面で結像した時に2分割ディテクタ12の出力が0、すなわち誤差信号が0になるように調整されている。   When the distance between the objective lens 1 and the master 2 changes, the condensed beam 11 moves on the two-divided detector 12, and the positional information thereof passes through the high-pass filter 14 as the error signal 13 and the objective lens position control circuit 15 Is input. The position of the two-divided detector 12 is adjusted so that the output of the two-divided detector 12 is 0, that is, the error signal is 0, when the red laser forms an image on the surface of the master 2.

またハイパスフィルタ14は、後述する露光用レーザ側のローパスフィルタ16がカットする周波数帯域を透過する、すなわち両者が干渉しないように設定されている。   The high-pass filter 14 is set so as to transmit a frequency band cut by a low-pass filter 16 on the exposure laser side described later, that is, both do not interfere with each other.

次に露光用レーザの光学系について説明する。   Next, the optical system of the exposure laser will be described.

対物レンズ1に平行光で入射した露光用レ―ザ8は原盤2の表面で反射し、結像位置検出光学系17に入射する。この結像位置検出光学系17に入射するビームの光強度は一般に微弱なため、誤差信号18のS/N(信号とノイズの比)は非常に小さい。通常ノイズの比率は高周波に大きいため、誤差信号18はローパスフィルタ16によりノイズ成分がカットされた誤差信号19になって、前記誤差信号13と加算回路26で適当な重み付けをした上で加算され、対物レンズ1のアクチュエータ駆動用のフイードバック回路15に新たな誤差信号27として入力される。このフイードバック回路15はアクチュエータ3を駆動し、露光用レーザ8が原盤2の表面に結像するようにフイードバックを行う。   The exposure laser 8 incident on the objective lens 1 with parallel light is reflected by the surface of the master 2 and enters the imaging position detection optical system 17. Since the light intensity of the beam incident on the imaging position detection optical system 17 is generally weak, the S / N (ratio of signal to noise) of the error signal 18 is very small. Since the ratio of noise is usually large at high frequencies, the error signal 18 becomes an error signal 19 from which noise components have been cut by the low-pass filter 16, and is added after appropriate weighting by the error signal 13 and the addition circuit 26. The new error signal 27 is input to the feedback circuit 15 for driving the actuator of the objective lens 1. The feedback circuit 15 drives the actuator 3 to perform feedback so that the exposure laser 8 forms an image on the surface of the master 2.

このように2つのレーザを用いてオートフオーカス光学系が構成された原盤露光装置の場合、赤色レーザの光学系から得られる誤差信号13には原盤2が回転する際に検出される高周波成分の信号が含まれるため、この信号を原盤2とレーザ結像位置との距離制御用(オートフォーカス)に使用できる。しかし赤色レーザは収束光で対物レンズ1に入射しているため、赤色レーザの光学系を支える構造物が周囲の環境温度等で歪が生じた場合、その影響を受け易く、正しいオートフォーカス信号にならず、露光用レーザ8の結像点が原盤2の表面からずれてピンボケになる可能性がある。   In the case of the master exposure apparatus in which the autofocus optical system is configured using two lasers in this way, the error signal 13 obtained from the red laser optical system contains a high-frequency component detected when the master 2 rotates. Since the signal is included, this signal can be used for distance control (autofocus) between the master 2 and the laser imaging position. However, since the red laser is incident on the objective lens 1 as convergent light, if the structure supporting the optical system of the red laser is distorted due to the ambient temperature or the like, it is easily affected and the correct autofocus signal is obtained. In other words, there is a possibility that the imaging point of the exposure laser 8 is out of focus from the surface of the master 2.

一方、露光用レーザ8の光路は露光用レーザ8が平行光で対物レンズ1に入射しているため、対物レンズ1の光軸方向の位置が変わっても影響を受けないのと、露光用レーザ8から得られる誤差信号18は、本来目的とする結像点を原盤2の表面に一致させる露光用レーザ自体からの信号である。そのため露光用レーザ8のみでオートフオーカスの機能が可能であれば好都合である。しかし露光用レーザ8の原盤2での反射光は前記のように反射光量が小さいのと、深紫外光に対するディテクタ12の感度が低いため、誤差信号18の高周波成分はノイズに埋もれて使用できない。そのためローパスフィルタ16で低周波成分のみを誤差信号として使用すると、前述の赤色レーザの光学系を支える構造物の歪が原因で生じるような低周波の現象を露光用レ−ザ側で補正することができる。   On the other hand, the exposure laser 8 is not affected even if the position of the objective lens 1 in the optical axis direction changes because the exposure laser 8 is incident on the objective lens 1 as parallel light. The error signal 18 obtained from 8 is a signal from the exposure laser itself that causes the original image point to coincide with the surface of the master 2. For this reason, it is convenient if the autofocus function can be achieved with only the exposure laser 8. However, since the reflected light from the master 2 of the exposure laser 8 has a small amount of reflected light as described above and the sensitivity of the detector 12 to the deep ultraviolet light is low, the high frequency component of the error signal 18 is buried in noise and cannot be used. Therefore, when only the low frequency component is used as an error signal in the low-pass filter 16, a low frequency phenomenon caused by the distortion of the structure supporting the optical system of the red laser described above is corrected on the exposure laser side. Can do.

このようにして赤色レーザによる誤差信号13の高周波成分と、露光用レーザ8による誤差信号18の低周波成分を加算回路26で加え合わせると、制御に必要なすべての周波数帯域を正しく得ることができ、従来技術(特許文献1参照)のように赤色レーザの光学系を支える構造物の歪等で対物レンズが初めの位置からずれても、露光用レーザ8の誤差信号18が補正をかけるため、露光レーザ8の結像点を原盤2に対して長時間、安安かつ正確に保つことができる。   In this way, when the high frequency component of the error signal 13 from the red laser and the low frequency component of the error signal 18 from the exposure laser 8 are added together by the adding circuit 26, all frequency bands necessary for control can be obtained correctly. Since the error signal 18 of the exposure laser 8 is corrected even when the objective lens is displaced from the initial position due to distortion of the structure supporting the optical system of the red laser as in the prior art (see Patent Document 1), The imaging point of the exposure laser 8 can be kept cheap and accurate with respect to the master 2 for a long time.

図2は、本発明の第2実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。本実施形態は、前記第1実施形態におけるの結像位置検出光学系17を具体的に示したものである。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. This embodiment specifically shows the imaging position detection optical system 17 in the first embodiment.

露光用レーザ8の原盤2からの反射光は、スプリッタ20で反射され、ナイフエッジ21でビーム径を半分にされた後、凸レンズ22で2分割ディテクタ23に集光される。2分割ディテクタ23の位置は、露光用レーザ8が原盤2の表面で結像する際に誤差信号18が最小になるように調整されている。   The reflected light from the master 2 of the exposure laser 8 is reflected by the splitter 20, the beam diameter is halved by the knife edge 21, and then condensed by the convex lens 22 onto the two-divided detector 23. The position of the two-divided detector 23 is adjusted so that the error signal 18 is minimized when the exposure laser 8 forms an image on the surface of the master 2.

一般に露光装置には原盤表面の露光用レーザ8の結像状態を撮像素子でモニタする機能を有しており、結像点が原盤2からずれるとモニタ像もピンボケになるため、露光用レーザ8の誤差信号18に、このモニタリングを利用できる可能性がある。しかし原盤露光装置の使用方法の1つに原盤2上の露光軌跡を正弦波等にする目的で露光用レーザ8の光軸に対して振る(ウォーブル)場合がある。この時、ウォーブルの周波数は一般に高帯域であり、前述のモニタリング用撮像素子では追従できない帯域である。   In general, the exposure apparatus has a function of monitoring the imaging state of the exposure laser 8 on the surface of the master disk with an image sensor, and the monitor image also becomes out of focus when the imaging point deviates from the master disk 2. This monitoring may be available for the error signal 18. However, as one method of using the master exposure apparatus, there is a case where the exposure locus on the master 2 is shaken (wobbled) with respect to the optical axis of the exposure laser 8 for the purpose of making the exposure locus a sine wave or the like. At this time, the wobble frequency is generally a high band, and cannot be followed by the above-described monitoring image sensor.

本実施形態は、露光用レーザ8の結像点のずれを、ナイフエッジ21と凸レンズ22と2分割ディテクタ23で検知している。この方式は、前述のウォ−ブルの場合も、ナイフエッジ21と2分割ディテクタ23の設置方向を考慮することで、露光用レーザ8の結像点のずれを検知できる。すなわち図2において、露光用レーザ8を紙面に対して垂直方向にウォーブルする場合、ナイフエッジ21と2分割ディテクタ23を図のように設置すると、結像点のずれは2分割ディテクタ23上の結像点の矢印方向であり、ウォーブル方向(破線の矢印)と無関係に検知ることが可能である。また高帯域のウォーブルにも問題なく検知できる。   In this embodiment, the deviation of the imaging point of the exposure laser 8 is detected by the knife edge 21, the convex lens 22, and the two-divided detector 23. In this method, even in the case of the wobble described above, it is possible to detect the deviation of the imaging point of the exposure laser 8 by considering the installation direction of the knife edge 21 and the two-divided detector 23. That is, in FIG. 2, when the exposure laser 8 is wobbled in the direction perpendicular to the paper surface, if the knife edge 21 and the two-divided detector 23 are installed as shown in the figure, the deviation of the imaging point is the result on the two-divided detector 23. This is the direction of the arrow of the image point, and can be detected regardless of the wobble direction (broken arrow). High bandwidth wobble can also be detected without problems.

なお本実施形態の他の部分については前記第1実施形態と同じであり、それらの説明は省略する。   The other parts of the present embodiment are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

図3は本発明の第3実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図で、前記第2実施形態の露光用レーザ8の光学系にスイッチ回路25を追加したものである。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to the third embodiment of the present invention, in which a switch circuit 25 is added to the optical system of the exposure laser 8 of the second embodiment.

原盤露光装置の場合、露光手順として原盤2を露光装置上にセットした後、図3のオートフオーカス光学系が設置されたヘッド部をセットし、オートフオーカスをかけた後、露光レーザ8のシャッタを開いて露光する。本発明の場合、前記ヘッド部をセットした後、露光レーザでオートフオーカスをかけると、原盤2のオートフォーカスをかけた個所が露光してしまうため、露光レーザ8でのオートフォーカスはあくまで露光と同時に行うことが望ましい。   In the case of the master exposure apparatus, after the master 2 is set on the exposure apparatus as an exposure procedure, the head portion on which the autofocus optical system of FIG. 3 is set is set, the autofocus is applied, and then the exposure laser 8 Open the shutter for exposure. In the case of the present invention, when the autofocus is applied by the exposure laser after setting the head portion, the autofocused portion of the master 2 is exposed. It is desirable to do it simultaneously.

本実施形態は最初のオートフォーカスは赤色レーザで行い、露光と同時に露光レーザ8でのオートフオーカス機能がでることを目的にしたものである。   In the present embodiment, the first autofocus is performed with a red laser, and an object is to achieve an autofocus function with the exposure laser 8 simultaneously with exposure.

図3で露光レーザ側の2分割ディテクタ23の誤差信号18(以下、差信号という)は、ローパスフィルタ16で高周波成分を取り除いた後、スイッチ回路25に入力される。2分割デイテクタ23のもう一方の和信号24はスイッチ回路25の制御用端子に入力され、和信号24の電圧が予め定められた閾値を超えたとき、スイッチ回路25のスイッチが繋がるようにしておく。   In FIG. 3, the error signal 18 (hereinafter referred to as difference signal) of the two-divided detector 23 on the exposure laser side is input to the switch circuit 25 after the high-frequency component is removed by the low-pass filter 16. The other sum signal 24 of the two-divided detector 23 is input to the control terminal of the switch circuit 25 so that when the voltage of the sum signal 24 exceeds a predetermined threshold, the switch of the switch circuit 25 is connected. .

このような構成にしておくと、前述した従来の原盤露光装置の手順、すなわちヘッド部をセットし、赤色レーザでオートフオーカスをかけた後、露光を開始すると同時に露光レーザ側でのオートフオーカス機能が働き、一連の操作を自動的に行うことができる。   With such a configuration, the procedure of the conventional master exposure apparatus described above, that is, the head unit is set, the autofocus is applied with the red laser, the exposure is started, and the autofocus on the exposure laser side is simultaneously started. The function works and a series of operations can be performed automatically.

なお本実施形態の他の部分については前記第1実施形態と同じであり、それらの説明は省略する。   The other parts of the present embodiment are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

図4は本発明の第4実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図で、図3の2分割ディテクを4分割ディテクタ28にし、ウォーブル量を測定するものである.
4分割ディテクタ28上を、実線の矢印方向(左右方向)に移動するビームスポットがオーフォーカス信号(低周波帯域)情報を与えるのもになり、4分割ディテクタ28上を破線の矢印方向(上下方向)に移動するビームスポットがウォーブル変位量の情報を与えるものになる。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The two-divided detector shown in FIG. 3 is changed to a four-divided detector 28 to measure the wobble amount.
The beam spot moving in the direction of the solid arrow (left and right direction) on the quadrant detector 28 gives the autofocus signal (low frequency band) information, and the direction of the broken arrow (vertical direction) on the quadrant detector 28. The beam spot moving to () gives information on the amount of wobble displacement.

4分割ディテクタ28の各受光面を図4のようにa,b,c,dとすると、各受光面の出力は分岐回路29に入る。この分岐回路29では、各受光面の出力をオートフォーカス用の差信号と和信号及びウォーブル測定用の差信号に分岐処理する。すなわち、オートフォーカス信号用には、各受光面の出力を(a+c)−(b+d)の差信号としてローパスフィルター16に入れる。また和信号は(a+c)+(b+d)としてスイッチ回路25に入れ,図3の実施形態と同様の作用をさせる。   Assuming that each light receiving surface of the quadrant detector 28 is a, b, c, d as shown in FIG. 4, the output of each light receiving surface enters the branch circuit 29. The branch circuit 29 branches the output of each light receiving surface into a difference signal for autofocus, a sum signal, and a difference signal for wobble measurement. That is, for the autofocus signal, the output of each light receiving surface is input to the low-pass filter 16 as a difference signal of (a + c) − (b + d). The sum signal is input to the switch circuit 25 as (a + c) + (b + d), and the same operation as in the embodiment of FIG. 3 is performed.

一方,ウォーブル変位量の測定は,(a+b)−(c+d)を差信号としてウォーブル量測定系30に入り、ウォーブル量を測定する。   On the other hand, the wobble displacement amount is measured by entering the wobble amount measurement system 30 using (a + b) − (c + d) as a difference signal and measuring the wobble amount.

このようにすれば4分割ディテクタ28は、オートフォーカス機能とウォーブル量測定の両方の機能に使用できる。実施形態2で述べたようにウォーブルの周波数は一般に高帯域であり,撮像素子は追加できないが、本実施形態の構成にすれば,露光中に破線の矢印方向にウォーブルする変位量を測定することができる。   In this way, the quadrant detector 28 can be used for both the autofocus function and the wobble amount measurement function. As described in the second embodiment, the wobble frequency is generally a high band, and an image sensor cannot be added. However, according to the configuration of the present embodiment, the amount of displacement that wobbles in the direction of the dashed arrow during exposure can be measured. Can do.

なお本実施形態の他の部分については前記第3爽施形態と同じであり、それらの説明は省略する。   In addition, about the other part of this embodiment, it is the same as the said 3rd refreshing embodiment, and those description is abbreviate | omitted.

前記実施形態では、レーザ加工装置として光ディスクの原盤露光装置の場合について説したが明したが、本発明は他にレーザ加工装置としてレーザ光を対象物に結像し、その対象物にアブレーション、潜像形成、結晶構造変化、磁性構造変化、物質硬化、物質溶解等の加工を行う技術分野にも適用可能である。   In the above embodiment, the optical disk master exposure apparatus has been described as the laser processing apparatus. However, the present invention forms an image of a laser beam on an object as the laser processing apparatus, and ablation and latent image are formed on the object. The present invention can also be applied to a technical field that performs processing such as image formation, crystal structure change, magnetic structure change, substance curing, substance dissolution, and the like.

本発明の第1実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser processing apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser processing apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser processing apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:色消しでない対物レンズ、2:原盤3:アクチュエータ、4:波長選択性のミラー、5:赤色の半導体レーザ、6:凸レンズ、7:集光ビーム、8:露光用レーザ、9:拡散光、10:収束光学系、11:集光ビーム、12:分割ディテクタ、13:誤差信号、14:ハイパスフィルタ、15:対物レンズ位置制御回路、16:ロ−パスフィルタ、17:結像位置検出光学系、18:誤差信号(差信号)、19:誤差信号、20:スプリッタ、21:ナイフエッジ、22:凸レンズ、23:2分割ディテクタ、24:和信号、25:スイッチ回路、26:加算回路、27:新たな誤差信号、28:4割ディテクタ、29:分岐回路,30:ウォーブル量測定系。 1: objective lens that is not achromatic, 2: master 3: actuator, 4: wavelength selective mirror, 5: red semiconductor laser, 6: convex lens, 7: focused beam, 8: exposure laser, 9: diffused light 10: convergent optical system, 11: focused beam, 12: split detector, 13: error signal, 14: high-pass filter, 15: objective lens position control circuit, 16: low-pass filter, 17: imaging position detection optics System: 18: Error signal (difference signal), 19: Error signal, 20: Splitter, 21: Knife edge, 22: Convex lens, 23: Divided detector, 24: Sum signal, 25: Switch circuit, 26: Adder circuit, 27: New error signal, 28: 40% detector, 29: Branch circuit, 30: Wobble amount measurement system.

Claims (6)

レーザを被加工物上で結像するレンズと、少なくとも2つのレーザを備え、このうちの加工用レーザの結像位置を前記被加工物に対し一定の位置に制御して被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、
前記レンズと被加工物の距離を一定に制御するときの周波数帯域が各レーザで異なり、これらのレーザを同時に制御して前記レンズと被加工物の距離を制御することを特徴とするレーザ加工装置。
A lens for imaging the laser beam on the workpiece and at least two lasers are provided, and the machining position of the machining laser is controlled at a fixed position with respect to the workpiece to process the workpiece. In the laser processing device to perform,
The laser processing apparatus characterized in that the frequency band when the distance between the lens and the workpiece is controlled to be constant is different for each laser, and the distance between the lens and the workpiece is controlled by simultaneously controlling these lasers. .
請求項1記載のレーザ加工装置において、前記加工用レーザを低周波帯域の制御に使用し、加工用レーザ以外のレーザを高周波帯域の制御に使用し、所定の位置からのずれを示す前記低周波帯域と高周波帯域の誤差信号を重ね合わせることを特徴とするレーザ加工装置。   2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the processing laser is used for controlling a low frequency band, a laser other than the processing laser is used for controlling a high frequency band, and the low frequency indicating deviation from a predetermined position is used. A laser processing apparatus characterized by superposing error signals in a band and a high frequency band. 請求項2記載のレーザ加工装置において、前記加工用レーザを用いた所定の位置からの低周波帯域のずれが、加工用レーザの光軸を加振して加工するときにも加振の影響を受けないで検知できるように構成されていることを特徴とするレ―ザ加工装置。   3. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein a shift in a low frequency band from a predetermined position using the processing laser affects the vibration even when processing the optical axis of the processing laser. A laser processing device characterized in that it can be detected without receiving. 請求項3記載のレーザ加工装置において、前記加工用レーザを用いた所定の位置からの低周波帯域のずれを、加工用レーザの被加工物からの反射光の光路を一部遮断し、複数分割されたフォトデイテクタ上に結像して検出することを特徴とするレーザ加工装置。   4. The laser processing apparatus according to claim 3, wherein a shift of a low frequency band from a predetermined position using the processing laser is partially cut off by dividing a part of an optical path of reflected light from a workpiece of the processing laser. A laser processing apparatus characterized in that an image is formed on a photo detector and detected. 請求項4記載のレーザ加工装置において、前記加工用レーザ側の2分割デイテクタの和信号をスイッチ回路に入力することで、加工用レーザで低周波帯域のずれを検知する機能をスイッチングすることを特徴とするレーザ加工装置。   5. The laser processing apparatus according to claim 4, wherein a function of detecting a shift in a low frequency band by the processing laser is switched by inputting a sum signal of the two-divided detector on the processing laser side to a switch circuit. Laser processing equipment. 請求項4、5項の加工用レーザ側の2分割デイテクタを、4分割あるいはそれ以上に分割されたディテクタを用い、請求項3のレーザの光軸を加振した際の被加工物上での加工用レーザの結像点の移動量を検知することを特徴とするレーザ加工装置。

The two-divided detector on the processing laser side according to claims 4 and 5 is a detector divided into four or more parts, and on the workpiece when the optical axis of the laser according to claim 3 is vibrated. A laser processing apparatus for detecting a movement amount of an imaging point of a processing laser.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3799997A1 (en) * 2019-09-13 2021-04-07 Vladislav Ofer Detection assembly, autofocus device and focusing method

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