JP2006226825A

JP2006226825A - レーザ測長器とそれを使用した加工装置及び光ディスク原盤露光装置

Info

Publication number: JP2006226825A
Application number: JP2005040801A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Miyata; 弘幸宮田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】被測定面に有する微細な凹凸や、被測定面に局在する比較的大きなキズ等の影響を受けずに、移動する物体の移動量や回転している曲面の変位を精度良く測定する。
【解決手段】レーザヘッド２から出射されたレーザビームをビームスプリッタ３で２分割し、分割した一方のビームを参照ビームとして参照ミラー４に照射し、他方の平行ビームを対物レンズ７で複数の収束ビームに分割して被測定物８表面に照射する。複数の収束ビームの被測定物８表面からの反射光を対物レンズ４で平行ビームに戻し、この被測定物体８表面からの反射ビームと参照ミラー４からの反射ビームによる干渉光の強度から測長を行い、被測定物体８表面の変位量や移動量を精度良く測定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、レーザ光の直進性と干渉性を用いて変位を測定するレーザ測長器とそれを使用した加工装置及び光ディスク原盤露光装置、特に、移動する物体の移動量や回転している曲面の変位測定に関するものである。

レーザ光を利用した移動物体の変位測定では、被測定物体に平面ミラーやコーナーキューブを設置して反射鏡として利用することが多い。通常、レーザ測長器の光源からはＨｅ−Ｎｅレーザ等の可視域レーザであり、直径数ミリ程度の円形平行光ビームが出射される。そのため被測定物体が微小な場合や曲面の場合は、物体の所望の位置に照射でき、また照射ビームの反射光が返ってくるように、レーザ測長器の測定用ビームを対物レンズで集光し小さく絞って物体表面に照射するのが通例である。

例えばマイケルソン干渉計を利用したレーザ測長器は、図１５に示すように、レーザヘッド２から出射されたレーザビームをビームスプリッタ３により測定ビームと参照ビームに２分割する。参照ビームはビームスプリッタ３に対して一定間隔で固定された参照ミラー４で反射してビームスプリッタ３に戻る。測定ビームは対物レンズ５０で収束されて被測定物体８の表面に集光し、その反射ビームは対物レンズ５０を経て再び平行光に変換されビームスプリッタ３に戻り、参照ミラー４から反射された参照ビームと干渉して干渉光として光検出器６へ入射する。光検出器６は入射した干渉光の強度を検出し、測長回路７は光検出器６の検出出力に基づいて、基準点から被測定物体の移動量あるいは移動速度を測定する。この参照ビームと測定ビーム及び反射ビームの分離性を良くするため、直線偏光のレーザヘッドを使い、ビームスプリッタを偏光ビームスプリッタとし、偏光ビームスプリッタの対物レンズ側に１／４波長板を備える場合もある。また，参照ミラーを２個対向させ、測定ビームが被測定物体まで２往復する２パス干渉計を構成する場合もあり、その場合は分解能が２倍に向上する。

このレーザ測長器の測定精度を向上させるため、特許文献１に示されたレーザ測長器は、レーザヘッドから出射したレーザビームの直径を拡大してビームスプリッタに入射し、ビームスプリッタからの干渉光の直径を縮小して光検出器に入射して、時間的な空気揺らぎの影響を小さくするようにしている。

特許文献２に示されたレーザ測長器は、レーザヘッドから出射して被測定物体で反射した反射レーザ光を電気信号に変換した検出信号を、移動平均フィルタを利用して平均化し、ノイズ成分を除去して測定精度を高めるようにしている。

また、特許文献３に示されたレーザ測長器は、マイケルソン干渉計を利用したレーザ測長器でビームスプリッタから被測定物体に照射する測定ビームを１方向にのみ収束させて被測定物体の表面にスリット状に集光させ、その反射ビームを平行光にしてビームスプリッタに戻し、被測定物体表面の微細な凹凸に影響を受けない精度で変位を測定するようにしている。
特開平９−２８０８２７号公報特開２００１−４３２１号公報特開２００３−３２９４０８号公報

このレーザ測長器を用い、測定ビームを対物レンズで絞って回転する円板側面や円筒表面等の移動曲面の変位測定を行う場合、絞った測定ビームのスポットサイズは被測定曲面の曲率半径にもよるが、おおよそ数〜数十ミクロン程度である。このようなスポットサイズに対し、被測定曲面がミラーなど十分に研磨された平滑面、例えばレーザ波長をλとした場合、λ／１０程度（λは０.５〜１ミクロン程度）であれば光検出器に戻る反射ビームの測長品質は問題ないが、被測定曲面が金属切削面などで構成されている場合は、測定ビームのスポットサイズに対して切削痕が無視できない大きさになり、また、図１６（ａ）に示すように、切削痕９の深さもレーザ波長と同程度以上となるため、測定ビームのスポット５１が切削痕９のどこに照射されているか、あるいは切削痕９と重なっているかに応じて測長データが変動してしまう。

例えば図１６（ｂ）に示すように、円筒からなる被測定物体８を回転させながら、その側面の変位量を測定する場合、円筒物体を金属切削して製作すると、切削の送り方向であるＸ方向と直交する円筒の外周方向であるＹ方向近傍に切削痕９が残るが、この切削痕９は完全に平行でなく蛇行したり部分的に消えたりする。また、円筒物体の回転にも振れがあるので、測定ビームを固定しても回転中に測定ビームはある程度切削痕９の横断を繰り返すことになる。この測定ビームの切削痕横断によって測長が不安定となり、測定値がシフトするなどして変位測定精度が低下してしまう。例えばアルミニューム材料を切削して製作した直径１２０ｍｍの円筒を１２００ｒｐｍで回転させながらヘテロダインレーザ干渉測長器により約５０ミクロンのビームスポットに絞り込んで変位測定した結果、想定される円筒の振れ量以外に測定値が徐々にドリフトする現象が発生した。

このような切削痕に限らず傷が存在する場合や粗面でも、大きさによっては同様の現象が起こり得る。変位測定中に被測定物体が移動すると、一般的には測定ビームスポットの物体上照射位置も移動するので、測定ビームスポットが切削痕や傷などを横断する。そのため被測定面のミクロな凹凸の存在で測長データが変動を受け、物体曲面の変位というマクロ的な量を計測しているのにも関わらず、変位測定精度が低下する問題が発生する。このような問題は、被測定物体の曲面を研磨して鏡面化できれば解消するが、物体形状や大きさ、加工性、費用の点からアルミニューム材料等の金属材料を切削した状態で使用せざるを得ない場合も多い。

このように切削痕や傷等による変位測定値の変動は、特許文献１に示すように、測定時の空気揺らぎに起因するばらつきを改善する方法や、特許文献２に示すように、測定データのレーザ発振ノイズに起因するばらつきを改善する方法を使用しても解消することはできない。

また、金属材料を切削した場合、切削痕等のミクロな凹凸以外にも、より大きなキズ等の形状欠陥領域（以下、キズ領域という）が局在する場合が多い。このキズ領域は、切削や研磨を有限サイズの刃先や砥粒で行う以上完全に無くすことは困難であり、照射ビームスポットが完全に含まれるほど大きく例えば数〜数十ミクロン以上になったり、その段差（深さ・高さ）も照射ビームの波長オーダである０．５〜１ミクロン以上となると，キズ領域に照射されるビームからは他の照射ビームと比較して大きく異なる変位測定値となってしまう。このため特許文献３に示すように、計測ビームを一方向のみ集光して被計測物体表面上に照射して測定データの平均化を図っても、キズ領域の影響を打ち消すことはできず、測定精度が低下してしまう。

この発明は、このような問題点を解消し、被測定面に有する微細な凹凸や、被測定面に局在する比較的大きなキズ等の影響を受けずに、移動する物体の移動量や回転している曲面の変位を精度良く測定することができるレーザ測長器とそれを使用した加工装置及び光ディスク原盤の変位測定と露光精度を向上することができる光ディスク原盤露光装置を提供することを目的とするものである。

この発明のレーザ測長器は、レーザ光源から出射されたレーザビームを２分割し、分割した一方のビームを参照ビームとして参照ミラーに照射し、他方のビームを測定ビームとして被測定物表面に照射し、参照ミラーからの反射ビームと被測定物体表面からの反射ビームによる干渉光を検出し、検出した干渉の強度から測長を行うレーザ測長器において、
被測定物体表面に照射する測定ビームを１直線上に並ぶ複数ビームに分離し、分離した各ビームを集光して被測定物体表面に照射し、被測定物体表面からの複数の反射ビームを１本の平行ビームにする対物レンズ光学系を備えたことを特徴とする。

この発明の第２のレーザ測長器は、レーザ光源から出射されたレーザビームを２分割し、分割した第１のビームと第２のビームを、被測定物体の対向する両表面に同軸で照射し、被測定物体の対向する両表面からの第１のビームと第２のビームの反射ビームによる干渉光を検出し、検出した干渉の強度から測長を行うレーザ測長器であって、第１のビームと第２のビームの光路に、被測定物体の表面に照射するビームを１直線上に並ぶ複数ビームに分離し、分離した各ビームを集光して被測定物体表面に照射し、被測定物体表面からの複数の反射ビームを１本の平行ビームにする対物レンズ光学系を備えたことを特徴とする。

この発明の第３のレーザ測長器は、レーザ光源から出射されたレーザビームを２分割して第１の測定光学系と第２の測定光学系にそれぞれ入射し、第１の測定光学系と第２の測定光学系は、入射したビームを２分割し、分割した一方のビームを参照ビームとして参照ミラーに照射し、他方のビームを測定ビームとして被測定物体の直交する２方向から被測定物体表面に照射し、参照ミラーからの反射ビームと被測定物体表面からの反射ビームによる干渉光を検出し、検出した干渉の強度から測長を行うレーザ測長器であって、第１の測定光学系と第２の測定光学系は、被測定物体表面に照射する測定ビームを１直線上に並ぶ複数ビームに分割し、分割した各ビームを集光して被測定物体表面に照射し、被測定物体表面からの複数の反射ビームを１本の平行ビームに変換する対物レンズ光学系を備えたことを特徴とする。

前記対物レンズ光学系を、光軸を中心として回転させる回転機構を有することが望ましい。

また、前記対物レンズ光学系は、１直線上に並ぶ複数ビームに分割する任意のビームを遮断するビーム遮断手段を有すると良い。

この発明の加工装置は、送り機構により被加工物を移動しながら加工を行うものであり、前記レーザ測長器を有し、該レーザ測長器で送り機構の移動量を測定することを特徴とする。また、レーザ測長器で測定した移動量により送り機構の送り量を制御する。

この発明の光ディスク原盤露光装置は、ターンテーブル又は露光ビームの横送り機構を有し、前記レーザ測長器で横送り機構の基準点からの移動量を測定することを特徴とする。また、レーザ測長器で測定した移動量により横送り機構の送り量を制御する。さらに、レーザ測長器にレーザ光源から出射されたレーザビームの出射角度を可変する角度調整手段を有し、横送り機構に照射するレーザビームの光軸を横送り機構の横送り方向と一致させる。

この発明のレーザ測長器は、被測定物体表面に照射する測定ビームを１直線上に並ぶ複数ビームに分離し、分離した各ビームを集光して被測定物体表面に照射することにより、円筒など一方向のみに曲面を有する被測定物体の変位量や移動量を測定する場合、分割された複数の集光スポットの並ぶ方向を被測定物体の非曲面方向と一致させることができ、測定ビーム全体に対する被測定面のミクロな凹凸の影響を低下させて被測定物体表面の変位量や移動量を精度良く測定することができる。

また、測定ビームを被測定物体の対向する両表面に同軸で照射することにより、被測定物体の外周面や内周面の変位量や移動量を測定することができるとともに、被測定物体表面の変位量や移動量の測定の分解能をより高めることができる。

さらに、測定ビームを１直線上に並ぶ複数ビームに分離し、分離した各ビームを集光する対物レンズ光学系を、回転機構により光軸を中心として回転させることにより、分割された複数の集光スポットの並ぶ方向を被測定物体の非曲面方向と正確に一致させることができ、被測定物体表面の変位量や移動量するとき被測定面のミクロな凹凸の影響を確実に低下させることができる。

また、対物レンズ光学系で分割して集光する複数ビームのなかで任意のビームをビーム遮断手段で遮断することにより、被測定面のミクロな凹凸の部分にビームを集光することを防いで、被測定面のミクロな凹凸の影響をより確実に低下させることができる。

この発明のレーザ測長器で、送り機構を有する加工装置の送り量や、ターンテーブル又は露光ビームの送り機構を有する光ディスク原盤露光装置の横送り量を測定することにより、送り量を精度良く測定して送り量を制御でき、被加工物の加工精度や光ディスク原盤の露光精度を向上することができる。

図１（ａ），（ｂ）は、この発明のレーザ測長器の構成図である。レーザ測長器１は円筒面など一方向に曲率を有する曲面の変位測定を行うものであり、レーザビームを出射するレーザヘッド２とビームスプリッタ３と参照ミラー４と対物レンズ５と光検出器６及び測長回路部７を有する。ビームスプリッタ３は出射されたレーザビームを測定ビームと参照ビームに分割する。参照ミラー４はビームスプリッタ３に対して一定間隔で固定され、参照ビームを反射してビームスプリッタ３に戻す。対物レンズ５は測定ビームを入射して被測定物体８の表面に集光し、その反射ビームを再び平行光に変換してビームスプリッタ３に戻すものであり、図２（ａ）の正面図と（ｂ）の側面図及び（ｃ）の上面図に示すように、一方の面にＸ方向に分割された複数の半円筒面を有し、Ｙ方向に沿った面は全体として凸形状に形成されたレンズ群５ａ〜５ｎからなり、入射した平行ビームを複数の半円筒面でＸ方向に対して複数の収束ビームに分割する。光検出器６は参照ミラー４で反射した参照ビームと被測定物体８の表面から反射した測定ビームの干渉光をビームスプリッタ３から入射して、入射した干渉光の強度を検出する。測長回路部７は光検出器６の検出出力に基づいて、基準点から被測定物体８の表面の変位量を算出する。

このレーザ測長器１で、図１（ｃ）に示すように、例えば円筒状に形成された被測定物体８の表面の変位量を測定する場合、被測定物体８の軸を支持して回転させながら、ビームスプリッタ３で分割した測定ビームを回転している被測定物体８の表面に照射し、その反射ビームを参照ビームの干渉光の強度で被測定物体８の表面の変位量を測定する。この変位量を測定する被測定物体８の表面を切削で形成した場合、切削痕９は切削の送り方向である被測定物体８の曲率有しない方向に並んで形成される。そこで被測定物体８に測定ビームを照射して変位を測定するとき、図１（ａ）に示すように、対物レンズ５のＸ方向に分割された複数の半円筒面を被測定物体８の回転軸方向、すなわち曲率を有しない方向に沿って配置し、図１（ｂ）に示すように、全体として凸形状に形成されたＹ方向に沿った面を被測定物体８の曲率を有する方向に沿って配置するようにレーザ測長器１をセットする。

このように被測定物体８に対してレーザ測長器１をセットすると、対物レンズ５はビームスプリッタ３から入射した測定ビームを分割して集光し、図１（ｃ）に示すように、被測定物体８の表面に、曲率を有しない方向すなわち切削痕９が並んでいる方向と一致するように一列に並んだ集光スポット１０ａ〜１０ｄを照射する。このように一列に並んだ集光スポット１０ａ〜１０ｄを被測定物体８の切削痕９が並んでいる方向に分割して照射することにより、集光スポット１０ａ〜１０ｄの全てが被測定物体８のミクロな凹凸である切削痕９や傷に照射することはなく、計測ビームの反射ビーム全体でみるとそれらの影響は平均化されて被測定物体８の曲率を有する面の変位を精度良く測定することができる。

前記のように測定ビームを対物レンズ５で分割して一列に並んだ集光スポット１０ａ〜１０ｄを被測定物体８の曲率を有しない方向と一致させるようにレーザ測長器１をセットするとき、被測定物体８に照査される集光スポット１０ａ〜１０ｄを目視で確認しながらレーザ測長器１と被測定物体８の相対的な位置を調整して、集光スポット１０ａ〜１０ｄが並んでいる方向を被測定物体８の曲率を有しない方向と一致させる必要がある。このようにレーザ測長器１と被測定物体８との相対的な位置を調整して集光スポット１０ａ〜１０ｄが並んでいる方向を被測定物体８の曲率を有しない方向と一致させるように調整してもある程度の調整誤差が発生する。この調整誤差は変位測定精度に影響するため、できるだけ小さくすることが望ましい。そこで図３（ａ）に示すように、対物レンズ５の光軸を中心にして対物レンズ５を回転する例えば歯車伝動機構等の回転機構１１を設け、図３（ｂ）に示すように、非測定物体８に照射する一列に並んだ集光スポット１０ａ〜１０ｄの位置が被測定物体８の曲率を有しない方向と一致するように、回転機構１１で対物レンズ５を回転調整すれば良い。

前記説明では対物レンズ５で測定ビームを分割して集光した集光スポット１０ａ〜１０ｄをすべて被測定物体８の表面に照射した場合について説明したが、例えば図４（ａ），（ｂ）に示すように、ビームスプリッタ３と対物レンズ５の間に、ビーム遮断手段１２を配置し、図４（ｃ）に示すように、被測定物体８の表面にキズ領域１３が存在したとき、キズ領域１３に対応する集光スポット１０ｃを形成する対物レンズ５の領域に入射する測定ビームを遮断すると良い。この計測ビームの一部を遮断するビーム遮断手段１２としては例えば液晶シャッタアレイなどを使用し、その分割パターンを、図５に示すように、対物レンズ５のレンズ群５ａ〜５ｎと対応させておくことにより、計測ビームを遮断する部分を任意に選択することができる。このように被測定物体８のキズ領域１３に対応する部分に集光スポット１０ｃを照射しないようにすることにより、キズ領域１３による測定精度の低下が生じることを防ぐことができ、変位の測定精度をより向上することができる。

また、前記説明では、被測定物体８で反射した測定ビームと参照ミラー４で反射した参照ビームの干渉光により被測例物体８の曲面の変位や移動量を測定する場合について説明したが、被測定物体８に２組の測定ビームを照射して、その反射ビームによる干渉光により被測定物体８の変位や移動量を測定しても良い。

このように被測定物体８に２組の測定ビームを照射するレーザ測長器１ａは、例えば図６の構成図に示すように、第１の対物レンズ光学系１４と第２の対物レンズ光学系１５を、被測定物体８を挟んだ両側に光軸を一致させて配置し、ビームスプリッタ３と第２の対物レンズ光学系１５の間に、入射ビームを直角に反射するミラー１６ａ〜１６ｃを有する偏向光学系１６を配置する。そして第１の対物レンズ光学系１４にはビームスプリッタ３で同等な２組に分岐した一方の測定ビームを直接入射し、第２の対物レンズ光学系１５には、ビームスプリッタ３で分岐した他方の測定ビームを偏向光学系１６でビーム方向を変えて入射し、被測定物体８の両側に集光スポット１０ａ〜１０ｄを照射し、その反射ビームをビームスプリッタ３に戻し、２組の測定ビームの反射ビームによる干渉光により被測定物体８の変位や移動量を測定する。このように被測定物体８の両側に光軸を一致させた測定ビームを照射してその反射ビームをビームスプリッタ８に入射することにより、ビームスプリッタ８に入射する２組の測定ビームの光学的移動量、すなわち光路差を２倍にすることができ、回転する円筒や円板の外側面の変位や移動量をより精度良く測定することができる。

図６に示したレーザ測長器１ａは、回転する円筒や円板の外側面の変位や移動量を測定する場合について説明したが、図７の構成図に示すように、ビームスプリッタ３と第１の対物レンズ光学系１４の間にビームを９０度偏向するミラー１７ａとミラー１７ｂを対向して設けた第２の偏向光学系１７を配置し、ビームスプリッタ３と第２の対物レンズ光学系１５の間にもビームを９０度偏向するミラー１８ａとミラー１８ｂを対向して設けた第３の偏向光学系１８を配置したレーザ測長器１ｂは、第１の対物レンズ光学系１４から被測定物体８に照射するビームの照射方向と第２の対物レンズ光学系１５から被測定物体８に照射するビームの照射方向を逆方向にすることができ、回転する円筒の内側面の変位も外側面と同様に精度良く測定することができる。

前記説明では、被測定物体８に一方向から測定ビームを照射して変位や移動量を測定するレーザ測長器１と、被測定物体８に２組の測定ビームの光軸を一致させて照射して変位や移動量を測定するレーザ測長器１ａ，１ｂについて説明したが、被測定物体８に対して直交する２軸方向から測定ビームを照射して直交する２軸方向の変位や移動量を測定するレーザ測長器１ｃについて説明する。

レーザ測長器１ｃは、図８の構成図に示すように、レーザヘッド２と、レーザヘッド２から出射したレーザビームを分割するビームスプリッタ１９と、第１の測定光学系２０と第２の測定光学系２１と偏向光学系２２及び２組の測長回路部７ａ，７ｂを有する。第１の測定光学系２０と第２の測定光学系２１は、それぞれビームスプリッタ３と参照ミラー４と対物レンズ５及び光検出器６を有し、ビームスプリッタ１９で分割したレーザビームをビームスプリッタ３で参照ビームと測定ビームに分割し、分割した測定ビームを被測定物体８に対して直交する２軸方向から照射するように配置されている。偏向光学系２２は、ビームを９０度偏向するミラー２２ａとミラー２２ｂを対向して配置し、ビームスプリッタ１９で分割した一方の測定ビームを第２の測定光学系２１に入射する。測長回路部７ａは第１の測定光学系２０の光検出器６に接続され、測長回路部７ｂは第２の測定光学系２１の光検出器７ｂに接続されている。

このレーザ測長器１ｃではレーザヘッド２から出射されたレーザビームをビームスプリッタ１９で２分割し、分割した一方のレーザビームを第１の測定光学系２０に入射し、他方のレーザビームを偏向光学系２２で偏向して第２の測定光学系２１に入射し、第１の測定光学系２０と第２の測定光学系２１の光検出器６で、被測定物体８の表面で反射した測定ビームと参照ミラー４で反射した参照ビームの干渉光を検出して、測長回路部７ａ，７ｂで回転している被測定物体８の直交する２方向における動的変位量を同時に測定する。このように被測定物体８の直交する２方向における変位量を同時に測定することにより、測定した変位量を用いて補正を行うフィードバック制御に対応することができ、精密な回転機構を有するターンテーブルや光ディスク原盤露光装置やレーザ描画装置、電子線描画装置、精密加工装置、マスク転写装置等精密な移動機構を有する各種加工装置の動的変位量の測定と制御に適用することできる。

次にレーザ測長器１を使用した光ディスク原盤露光装置について説明する。光ディスク原盤露光装置３０は、図９の構成図に示すように、レーザビーム又は電子ビームを出射する露光光源３１と露光光学系３２と光ディスク原盤を保持して回転するターンテーブル３３とターンテーブル３３を一方向に移動する横送り機構３４及びレーザ測長器１を有する。なお、ターンテーブル３３の代わりに露光光学系３２の一部を一方向に移動しても良い。レーザ測長器１の少なくともビームスプリッタ３と参照ミラー４及び対物レンズ５は、ターンテーブル３３を保持した横送り機構３４の移動テーブル３４ａに固定され、ターンテーブル３３と一体に移動する。

この光ディスク原盤露光装置３０のターンテーブル３３は、例えばアルミニューム等の金属で製作されているので、外周側面に切削痕を有する。このターンテーブル３３の外周側面にレーザ測長器１から複数に分離して一列に並んだ集光スポット１０ａ〜１０ｄ、あるいは切削痕の部分を遮断した集光スポット１０を照射することにより、駆動回路３３ａでターンテーブル３３を回転しているときの基準位置からの変位量を高精度に測定することができる。また、測定した基準位置からの変位量を横送り機構３４の送り量制御手段３５に送り、送り量制御手段３５で測定している横送り方向の移動量に対してフィードバックして横送り量を制御することにより、ターンテーブル３３を回転しているときの基準位置からの変位量を打ち消して原盤露光を行うことができ、横送り方向すなわち光ディスク原盤の半径方向の露光精度すなわちトラックピッチ精度を向上することができる。

また、光ディスク原盤露光装置３０の露光光学系３２には、露光フォーマットの関係上、図１０に示すように横送り方向へのビーム位置制御手段３２ａが付加されていることも多い。このビーム位置制御手段３２ａを有する露光光学系３２を使用した場合、レーザ測長器１で測定したターンテーブル３３を回転しているときの基準位置からの変位量をビーム位置制御手段３２ａの駆動制御部３６にフィードバックしてビーム位置を調整することにより、ターンテーブルの基準位置からの変位量を打ち消して原盤露光を行うことができ、光ディスク原盤の半径方向の露光精度を向上することができる。

さらに、横送り方向とその直交方向に対してビーム位置を制御可能なビーム位置制御手段を付加し、横送り方向とその直交方向の移動量に対してターンテーブル３３を回転しているときの基準位置からの変位量をフィードバックしてビーム位置を調整することにより、横送り方向とその直交方向すなわち光ディスク原盤の半径方向とトラック方向の２方向において露光精度を向上することができ、光ディスク原盤のトラックピッチ精度とピット位置精度を高めることができる。

このようにレーザ測長器１でターンテーブル３３を回転しているときの基準位置からの変位量を測定するとき、レーザ測長器１でターンテーブル３３に照射する測定ビームの光軸とターンテーブル３３の横送り方向を一致させる必要がある。例えば図１１に示すように、レーザ測長器１の測定ビームの光軸Ｌとターンテーブル３３の横送り方向Ｍに角度ずれδがあると、測定ビームの集光スポット１０ａ〜１０ｄの照射位置がターンテーブル３３の移動にしたがって変動して変位測定に誤差が生じる。このレーザ測長器１のレーザヘッド２から出射するレーザビームは比較的変動が大きく、温度等の環境変動を極力排除してもミリラジアンオーダの出射軸角度変動が生じることがあり、測定ビームの光軸Ｌをターンテーブル３３の横送り方向Ｍに一致させても再調整が必要となる場合も多い。そこで、そのため図１２（ａ）に示すように、レーザヘッド２とビームスプリッタ３の間に角度調整手段４０を配置し、原盤露光を行うたびに測定ビームの光軸Ｌの角度調整を行ってターンテーブル３３の横送り方向Ｍと一致させると良い。この角度調整手段４０としては、図１２（ｂ）に示すように、少なくとも２組の角度調整可能なミラー４０ａ，４０ｂを対向して配置し、各ミラー４０ａ，４０ｂの角度調整を行うことにより、測定ビームの光軸Ｌをターンテーブル３３の横送り方向Ｍに一致させることができる。また、図１２（ｃ）に示すように、第１のミラー４０ａにより調整したレーザビームの光軸を第２のミラー４０ｂの回転中心に入射させることにより、角度調整手段４０を通過したレーザビームの光軸を常に一定位置に保持することができる。

次に、図８に示す第１の測定光学系２０と第２の測定光学系２１を有するレーザ測長器１ｃにより光ディスク原盤露光装置等に使用するターンテーブルの回転触れ量を測定した実施例について説明する。

［実施例１］例えば図１０に示すようにターンテーブル移動型の光ディスク原盤露光装置３０に使用する外径１７０ｍｍ、高さ１５ｍｍのターンテーブル３３をアルミ切削加工して製作し、露光中におけるターンテーブル３３の回転振れ量をレーザ測長器１ｃで測定した。この回転触れ量の測定に際して、レーザヘッド２に〜出射するレーザビームは２波長レーザを利用した。この２波長レーザは波長６３３ｎｍのＨｅＮｅレーザであり、周波数差約３ＭＨｚのＰ偏光とＳ偏光を直径６ミリの測定ビームとして出射した。また、測定ビームと反射ビームの分離度を上げるため、第１の測定光学系２０と第２の測定光学系２１に有するビームスプリッタ３の参照ミラー４と対物レンズ５側に、図１３に示すように、１／４波長板３７ａ，３７ｂを設け、ビームスプリッタ３と２枚の１／４波長板３７ａ，３７ｂ及び参照ミラー４を一体化した。光検出器６と測長回路７は２本の反射ビームの干渉光をヘテロダイン検出して、ターンテーブル３３の基準点からの変位を１０ＭＨｚの速度で計測した。対物レンズ５の焦点距離は２５ｍｍとし、ターンテーブル３３の円筒面に照射する測定ビームを１０分割し、焦点距離は２５ｍｍとし、直径約３３μｍの１０個の集光スポット１０を照射するようにした。また、対物レンズ５の手前に、ビーム遮断用に１０分割された１次元液晶シャッタアレイ１２を配置し、対物レンズ５と液晶シャッタアレイ１２を回転自在なホルダーで一体に支持し、ホルダーの回転中心を測定ビーム光軸と一致させたうえで微少回転可能に構成し、集光スポット１０の並んだ方向がターンテーブル３３の外周の曲面方向に直交するよう調整できるようにした。そして直交するＸ軸とＹ軸の２軸方向で回転振れ測定を行った結果、測定の分解能は１．２ｎｍであった。また、回転振れ測定信号から定常回転振れ成分を打ち消す回路を通して非定常成分を取り出し、非定常成分を、図１０に示す横送り方向へのビーム位置制御手段３２ａの駆動制御部３６にフィードバックして原盤露光することにより、原盤露光中のトラックピッチ変動を低下させることができた。

［実施例２］また、図１４に示すように、第１の測定光学系２０と第２の測定光学系２１の参照ミラー４を取り外し、図６に示すレーザ測長器１ａのように２本の測定ビームでターンテーブル３３を挟み込むようにして露光中におけるターンテーブル３３の回転振れ量を測定した結果、測定の分解能は実施例１と比べて２倍の０．６ｎｍとなった。

この発明のレーザ測長器の構成図である。対物レンズの構成図である。対物レンズを回転する回転機構とその動作を示す構成図である。ビーム遮断手段を有するレーザ測長器の構成図である。ビーム遮断手段の構成図である。第２のレーザ測長器の構成図である。第３のレーザ測長器の構成図である。第４のレーザ測長器の構成図である。光ディスク原盤露光装置の構成図である。他の光ディスク原盤露光装置の構成図である。レーザ測長器の測定ビームとターンテーブルの横送り方向との角度ずれを示す模式図である。角度調整手段を有するレーザ測長器と角度調整手段の構成図である。光ディスク原盤露光装置のターンテーブルの回転触れ量を測定するレーザ測長器の構成図である。光ディスク原盤露光装置のターンテーブルの回転触れ量を測定する他のレーザ測長器の構成図である。従来のレーザ測長器の構成図である。被測定物体の切削痕近傍に照射した測定ビームのスポットを示す模式図である。

符号の説明

１；レーザ測長器、２；レーザヘッド、３；ビームスプリッタ、４；参照ミラー、
５；対物レンズ、６；光検出器、７；測長回路部、８；被測定物体、９；切削痕、
１０；集光スポット、１１；回転機構、１２；ビーム遮断手段、１３；キズ領域、
１４；第１の対物レンズ光学系、１５；第２の対物レンズ光学系、
１６；偏向光学系、１７；第２の偏向光学系、１８；第３の偏向光学系、
１９；ビームスプリッタ、２０；第１の測定光学系、２１；第２の測定光学系、
３０；光ディスク原盤露光装置、３１；露光光源、３２；露光光学系、
３３；ターンテーブル、３４；横送り機構、４０；角度調整手段。

Claims

レーザ光源から出射されたレーザビームを２分割し、分割した一方のビームを参照ビームとして参照ミラーに照射し、他方のビームを測定ビームとして被測定物表面に照射し、参照ミラーからの反射ビームと被測定物体表面からの反射ビームによる干渉光を検出し、検出した干渉の強度から測長を行うレーザ測長器において、
被測定物体表面に照射する測定ビームを１直線上に並ぶ複数ビームに分離し、分離した各ビームを集光して被測定物体表面に照射し、被測定物体表面からの複数の反射ビームを１本の平行ビームにする対物レンズ光学系を備えたことを特徴とするレーザ測長器。
レーザ光源から出射されたレーザビームを２分割し、分割した第１のビームと第２のビームを、被測定物体の対向する両表面に同軸で照射し、被測定物体の対向する両表面からの第１のビームと第２のビームの反射ビームによる干渉光を検出し、検出した干渉の強度から測長を行うレーザ測長器であって、
第１のビームと第２のビームの光路に、被測定物体の表面に照射するビームを１直線上に並ぶ複数ビームに分離し、分離した各ビームを集光して被測定物体表面に照射し、被測定物体表面からの複数の反射ビームを１本の平行ビームにする対物レンズ光学系を備えたことを特徴とするレーザ測長器。
レーザ光源から出射されたレーザビームを２分割して第１の測定光学系と第２の測定光学系にそれぞれ入射し、第１の測定光学系と第２の測定光学系は、入射したビームを２分割し、分割した一方のビームを参照ビームとして参照ミラーに照射し、他方のビームを測定ビームとして被測定物体の直交する２方向から被測定物体表面に照射し、参照ミラーからの反射ビームと被測定物体表面からの反射ビームによる干渉光を検出し、検出した干渉の強度から測長を行うレーザ測長器であって、
第１の測定光学系と第２の測定光学系は、被測定物体表面に照射する測定ビームを１直線上に並ぶ複数ビームに分割し、分割した各ビームを集光して被測定物体表面に照射し、被測定物体表面からの複数の反射ビームを１本の平行ビームに変換する対物レンズ光学系を備えたことを特徴とするレーザ測長器。
前記対物レンズ光学系を、光軸を中心として回転させる回転機構を有する請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ測長器。
前記対物レンズ光学系は、１直線上に並ぶ複数ビームに分割する任意のビームを遮断するビーム遮断手段を有する請求項１乃至４のいずれかに記載のレーザ測長器。
送り機構により被加工物を移動しながら加工を行う加工装置において、
請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザ測長器を有し、該レーザ測長器で送り機構の移動量を測定することを特徴とする加工装置。
前記レーザ測長器で測定した移動量により送り機構の送り量を制御する請求項６記載の加工装置。
ターンテーブル又は露光ビームの横送り機構を有する光ディスク原盤露光装置において、
請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザ測長器を有し、該レーザ測長器で横送り機構の基準点からの移動量を測定することを特徴とする光ディスク原盤露光装置。
前記レーザ測長器で測定した移動量により横送り機構の送り量を制御する請求項８記載の光ディスク原盤露光装置。
前記レーザ測長器にレーザ光源から出射されたレーザビームの出射角度を可変する角度調整手段を有する請求項８又は９記載の光ディスク原盤露光装置。