JP3663164B2

JP3663164B2 - 焦点誤差検出装置及びこれを用いた光学的情報記録装置

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Publication number: JP3663164B2
Application number: JP2001282430A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎山本; 啓志村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: JP2003091839A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク原盤を製造するための光ディスク原盤露光装置に用いられ、特に露光用光源波長と焦点制御用光源波長とで焦点距離が異なる対物レンズを用いる光ディスク原盤露光装置に用いられる焦点誤差検出装置および光学的情報記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの量産にあたっては、硝子基板上にフォトレジストを塗布した原盤を露光して記録ピットや案内溝（グルーブ）を形成し、この原盤から所定の金型を製作して、スタンパにより量産するというプロセスが一般的に採用されている。フォトレジストを塗布された原盤に対して、常にフォーカスが最適化された露光用レーザを照射するために、露光用レーザとは波長の異なる焦点制御用レーザを使用し、原盤からの戻り光により生成した焦点誤差信号を基に対物レンズの焦点制御を行っている。焦点誤差検出方法としては、非点収差法が多く用いられている。非点収差法の原理説明は、例えば、インプレスコミュニケーションズ光ディスク技術 ISBN4-8443-0198-5に記載されている。
【０００３】
近年、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）の数倍の記録容量（２０ＧＢ／層級）の次世代高密度光ディスクの開発が進められている。次世代高密度光ディスク用原盤露光装置の露光用レーザとしては深紫外（Deep UV）レーザが使用されているが、深紫外波長域では、対物レンズに使用できる硝種が限られているため、露光用レーザ波長と焦点制御用レーザ波長の焦点距離を同一にしようとすると、必然的にレンズ枚数が増加してしまい、小型軽量の高ＮＡ対物レンズを製作することが甚だ困難である。そのため、次世代高密度光ディスク用原盤露光装置には、露光用レーザ波長（例えば２５７ｎｍ）と焦点制御用レーザ波長（例えば６３５ｎｍ）とで焦点距離が異なる、即ち軸上色収差を有する対物レンズが用いられている。
【０００４】
軸上色収差を有する対物レンズを用いる場合、対物レンズに平行光束で入射した露光用レーザの集光点に焦点制御用レーザを集光するためには、焦点制御用レーザを収束光束として対物レンズに入射する必要がある。しかし、図１に定性的に示すように、露光用レーザ２０と焦点制御用レーザ２１の集光点が一致している図１（ｂ）の状態から、原盤１１９の位置変化に伴い、対物レンズ１１３の位置をボイスコイルアクチュエータ１１４で光軸方向に変位させて図１（ａ）、図１（ｃ）の状態にすると、焦点制御用レーザ装置１０１と対物レンズ１１３の距離が変化するため、露光用レーザ２０と焦点制御用レーザ２１の集光点にずれが生じる。上述の原盤の位置変化としては、原盤毎の原盤厚バラツキに因る位置変化と、露光時（原盤回転時）の面振れ、或いは原盤の厚み斑に因る位置変化がある。
【０００５】
原盤毎の原盤厚バラツキに因る原盤の位置変化で生じる集光点ずれを解決する方法としては、原盤に対して垂直方向に可動する昇降台に、焦点制御用レーザ装置と対物レンズを配置する方法が特開２０００−３４８３７０号公報に開示されている。これは、露光用レーザと焦点制御用レーザの集光点ずれを、露光前の光学調整段階で容易に補正できる方法である。しかしながら、露光時（原盤回転時）、面振れ或いは原盤厚み斑に因る原盤の位置変化で生じる集光点ずれに対しては有効ではない。露光時（原盤回転時）、±１０μｍ程度の原盤の位置変化があると、露光用レーザと焦点制御用レーザの集光点が、対物レンズ焦点深度程度ずれてしまい、安定した焦点制御が実現できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、軸上色収差を有する対物レンズを用いる光ディスク原盤露光装置では、露光時（原盤回転時）に、面振れ或いは原盤厚み斑に因る原盤の位置変化で露光用レーザと焦点制御用レーザの集光点にずれが生じる。その結果、露光用レーザの集光点に焦点制御用レーザを集光させて焦点誤差検出を行う従来の焦点誤差検出法（非点収差法）では、安定した焦点制御が困難であった。
【０００７】
本発明は、対物レンズの軸上色収差に起因する焦点誤差信号のオフセットを低減し、安定した焦点制御が可能な焦点誤差検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、焦点制御用光源と、対物レンズと、前記対物レンズの光軸に対して対称的に偏心させて対物レンズに入射するように、前記焦点制御用光源からの光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、前記対物レンズに対向している合焦対象で反射して前記対物レンズを透過した光束の光量分布により光束の位置を検出する複数の光検出器と、前記光検出器の出力信号から前記合焦対象に対する前記対物レンズの焦点誤差を演算し、焦点誤差信号を生成する演算手段とを具備することを特徴とする焦点誤差検出装置を提供する。
【０００９】
本発明に係る焦点誤差検出装置では、対物レンズ光軸から対称的に偏心させた複数の焦点制御用レーザを対物レンズに入射し、合焦対象である光学的情報記録媒体或いは観察対象物からの反射光により焦点誤差信号を検出することにより、対物レンズの軸上色収差に起因する焦点誤差信号へのオフセットを低減し、安定した焦点制御を実現できる。
【００１０】
本発明は、合焦対象である光学的情報記録媒体または観察対象物に対する前記対物レンズの傾き誤差を算出し、傾き誤差信号を生成する演算回路を更に具備し、前記光学的情報記録媒体または観察対象物で反射して対物レンズを透過した光束を光検出手段で受光して傾き誤差検出を行う機能も有する焦点誤差検出装置を提供する。
【００１１】
本発明に係る焦点誤差検出装置では、対物レンズ光軸から対照的に偏心させた複数の焦点制御用レーザを対物レンズに入射し、光学的情報記録媒体或いは観察対象物からの反射光により焦点誤差信号を検出することにより、対物レンズの軸上色収差に起因する焦点誤差信号へのオフセットを低減し、安定した焦点制御を実現できる。又、原盤の傾き誤差信号も生成することができる。
【００１２】
本発明は、露光用光源と、露光用光源より長い波長の焦点制御用光源と、露光用光源の波長と焦点制御用光源の波長で焦点距離が異なる対物レンズと、前記対物レンズの光軸に対して対称的に偏心させて対物レンズに入射するように、前記焦点制御用光源からの光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、前記対物レンズに対向している合焦対象である光学的情報記録媒体で反射して前記対物レンズを透過した光束の光量分布により光束の位置を検出する複数の光検出器と、前記光検出器の出力信号から前記合焦対象に対する前記対物レンズの焦点誤差を演算し、焦点誤差信号を生成する演算手段とを具備することを特徴とする光学的情報記録装置を提供する。
【００１３】
本発明は、前記光学的情報録媒体として光ディスク原盤を用い、前記焦点制御用光源と前記光束分割手段と前記対物レンズと、前記光検出手段とを搭載し、前記光ディスク原盤の半径方向に移動するスライダを備えたことを特徴とする光ディスク原盤露光装置を提供する。
【００１４】
尚、本発明に係る光ディスク原盤露光装置における焦点制御用レーザは、可干渉性が低いレーザであることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の説明では、本発明に係る焦点誤差検出装置を用いた光ディスク原盤露光装置として説明する。又、光束分割用光学部材により分割する光束を２光束として説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
本発明に係る光ディスク原盤露光装置の光学構成の主要部を図２に示す。光ディスク原盤露光装置は、波長２５７ｎｍの露光用レーザ装置１２４と波長６３５ｎｍの焦点制御用レーザ装置１０１と、光束径拡大部１０３と、集光レンズ１０４と、虹彩絞り１２３と、２枚のミラーで構成される光束分割ミラー（光束分割用光学部材）１０５と、偏光ビームスプリッタ１０８と、立下げミラー１０９と、４分の１波長板１１０と、収差補正用平行平板１１１と、両レーザ光路の合成／分離を行うダイクロイックミラー１１２と、両レーザ波長で焦点距離が異なる、即ち軸上色収差を有する開口数０．９の対物レンズ１１３と、対物レンズを上下に駆動するボイスコイルアクチュエータ１１４と、２分割光検出器１１５、１１６と、演算回路１１７と、ターンテーブル１２０と、スピンドルモータ１２１とを具備する。移動光学系１１８は光ディスク原盤１１９の半径方向に移動するスライダ１２２上に配置される。
【００１７】
焦点誤差検出系の構成は以下の通りである。焦点制御用レーザ装置１０１から出射したレーザを、光束径拡大部１０３で光束径を拡大し、虹彩絞り１２３で所望の光束径とした後、集光レンズ１０４で平行光束から収束光束に変換する。平行光束を収束光束に変換する理由については後述する。
【００１８】
集光光束は、光束分割ミラー１０５により、図中、二点鎖線１０６と破線１０７で示した２本の光束に分割する。尚、光束分割ミラー１０５以降の光束を描くと２本の光束が錯綜して図が紛然となるため、光束分割ミラー１０５以降は中心光線のみを示す。光束分割ミラー１０５で分割した２本の光束を偏光ビームスプリッタ１０８を透過させ、４分の１波長板１１０により直線偏光から円偏光に変換し、収差補正用平行平板１１１、ダイクロイックミラー１１２を透過させた後、２光束を対物レンズ１１３の光軸に対して対称的に偏心するように対物レンズ１１３に入射する。
【００１９】
収差補正用平行平板１１１は、収束光束をダイクロイックミラー１１２に透過させた際に発生する収差を補正するためであり、ダイクロイックミラー１１２と同材質、同厚の平行平板である。対物レンズ１１３から出射した２光束が集光されるべき合焦対象である原盤１１９で反射する。その後、対物レンズ１１３、ダイクロイックミラー１１２、収差補正用平行平板１１１を透過させ、４分の１波長板１１０で円偏光から直線偏光に変換した後、偏光ビームスプリッタ１０８で反射し、それぞれ２分割光検出器１１５、１１６に導く。２分割光検出器１１５、１１６の出力信号を演算回路１１７に入力し、原盤１１９に対する対物レンズ１１３の焦点誤差信号を生成する。
【００２０】
集光レンズ１０４により、平行光束を収束光束に変換する理由は次の通りである。対物レンズ１１３は波長２５７ｎｍと波長６３５ｎｍとで焦点距離が異なるため、露光用レーザの合焦時に、波長６３５ｎｍの平行光束を対物レンズ１１３に入射すると、原盤１１９で反射して対物レンズ１１３から出射する光束が拡散してしまう。そのため、集光レンズ１０４により収束光束として対物レンズ１１３に入射することによって、２分割光検出器面上の光束径を小さくして、十分な焦点誤差検出感度／検出範囲を確保できるようにしている。尚、対物レンズ１１３に入射する２光束の光束径は、対物レンズ１１３において問題となる収差が発生しないように、対物レンズ開口径と比較して十分小さく設定される。
【００２１】
次に図３により、入射光束を２本のずれた光束に分割する光束分割ミラー１０５について説明する。２光束の中心光線の標準的な間隔Ｌ１は、０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度である。２光束の中心光線の間隔が小さい場合には、例えば、図３に示すように一部の光を透過させるミラー１０５ａ（部分反射ミラー）と全て反射させるミラー１０５ｂ（全反射ミラー）とを反射面が向き合うように組み合わせて構成する。２つのミラーを、ミラー間にスペーサを挟んで固定することによって、間隔と平行度を確保することができる。部分反射ミラーを裏面鏡として用い、全反射ミラーを表面鏡として用いる。
【００２２】
ミラーの間隔がＬ２の時に、間隔Ｌ１＝２^１／２・Ｌ２だけ離れた２本の光束を作ることが可能になる。スペーサの厚さでＬ１が決まるので、０．１ｍｍ程度の間隔も高精度で容易に実現できる。Ｌ１が０．５ｍｍ程度の場合には、１枚の硝子板の表と裏にそれぞれ部分反射ミラーと全反射ミラーをつけた素子を用いることも可能である。この場合は、部品点数も少なく組立も不要なので、より低いコストで実現できる。尚、２分割光検出器１１５、１１６からの出力信号の信号レベルは同程度であることが望ましいので、光束分割ミラー１０５で分割された２つの光束の光パワーは同程度であることが望ましい。これを実現するためには、部分反射ミラーの反射率Ｒは、０．３８程度とすれば良い。
【００２３】
次に、本発明に係る焦点誤差検出法の原理を、図４を参照して説明する。図４（ａ）は原盤１１９が２５７ｎｍ光の焦点より対物レンズ１１３の近くに位置する場合、図４（ｂ）は原盤１１９が２５７ｎｍ光の焦点に位置する場合、即ち合焦時の場合、図４（ｃ）は原盤１１９が２５７ｎｍ光の焦点より遠くに位置する場合である。尚、対物レンズ１１３から２分割光検出器１１５，１１６までの間の光学素子は、本発明に係る焦点誤差検出法の原理説明においては本質的でないために省略する。
【００２４】
図中の二点鎖線７０は、波長２５７ｎｍでの対物レンズ焦平面を表す。図示しない焦点制御用レーザ装置からの２光束１０６、１０７を対物レンズ１１３の光軸に対してそれぞれ対称的に距離Δｘ、−Δｘだけ偏心させて対物レンズ１１３に入射する。対物レンズ１１３を透過した２光束は、原盤１１９で反射した後、対物レンズ１１３から出射して、それぞれ２分割光検出器１１５、１１６に導き、２分割光検出器１１５，１１６からの出力信号を演算回路１１７に入力する。尚、波長２５７ｎｍと波長６３５ｎｍとで対物レンズ１１３の焦点距離が異なるため、対物レンズ１１３からの出射光（中心光線）は、図示したように対物レンズ光軸に対して平行とはならない。
【００２５】
２分割光検出器の受光面１１５ａ、１１５ｂ、１１６ａ、１１６ｂから得られる出力信号を各々Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４とすると、焦点誤差信号Ｓｆは、演算回路１１７によって次式（１）の演算を行うことで生成する。
【００２６】
Ｓｆ＝（Ｄ１−Ｄ２）−（Ｄ３−Ｄ４）（１）
対物レンズ１１３と原盤１１９の焦点ずれに伴い、図示したように対物レンズ１１３からの出射光の方向が変化し、２分割光検出器１１５，１１６面上の光束の位置が変化するため、上式（１）の演算により焦点誤差信号Ｓｆを生成することができる。尚、対物レンズ光軸から偏心させた１光束を用いた焦点誤差検出法は、スキュービーム法として公知であるが（例えば、昭晃堂応用光エレクトロニクスハンドブックISBN4-7856-9031-3）、対物レンズ光軸から対称的に偏心させた複数の光束を用いる点が本発明の新規な点である。
【００２７】
次に、（i）本発明に係る光ディスク原盤露光装置における、対物レンズ変位に伴う焦点誤差信号へのオフセット、（ii）本発明に係る光ディスク原盤露光装置において、２光束を使用する理由について説明する。
【００２８】
（i）焦点誤差信号へのオフセット
本発明に係る光ディスク原盤露光装置では、対物レンズ変位に伴う焦点誤差信号へのオフセットが十分小さいことを、焦点ずれに対する２分割光検出器面上の光束の位置変位量と、対物レンズ変位に伴う２分割光検出器面上の光束の位置変位量とを比較することで説明する。
【００２９】
図４に示したように、入射光束の対物レンズ光軸からの偏心量をΔｘ、又、焦点制御用レーザ波長での対物レンズ焦点距離をｆ_６３５、焦点ずれ量をΔｄ、対物レンズ主平面から２分割光検出器までの距離をＤ（負値）とする。又、露光用レーザ波長の対物レンズ焦点位置Ｆ_２５７と焦点制御用レーザ波長での対物レンズ焦点位置Ｆ_６３５の距離（Ｆ_６３５−Ｆ_２３７）をΔＦとする。２分割光検出器面上の光束位置ｈ（対物レンズ光軸からの距離）は、近軸計算により、ΔｘとΔｄとＤの関数として次式（２）で与えられる。
【００３０】
【数１】

【００３１】
従って、合焦点位置からの焦点ずれΔｄに伴う光検出器面上での光束の位置変位量は次式（３）で与えられる。
【００３２】
【数２】

【００３３】
次に、図５に示すように、対物レンズが合焦状態を保持したまま、光軸方向にΔｚ変位した場合を考える。２分割光検出器面上での光束の位置変位量ｈは上式（２）より、次式（４）で与えられる。この光束の位置変位により、合焦状態にも拘らず、焦点誤差信号が零にならずオフセットとなる。
【００３４】
【数３】

【００３５】
以下、具体的な数値を用いて、２分割光検出器面上での光束の位置変位量ｈを計算する。露光用レーザ波長２５７ｎｍでの対物レンズ焦点距離ｆ_２５７を２．０ｍｍ、焦点制御用レーザ波長６３５ｎｍでの対物レンズ焦点距離ｆ_６３５を２．４ｍｍとする。波長２５７ｎｍと波長６３５ｎｍの対物レンズ主点位置は一般的には異なるが、両者の距離は０．１ｍｍ以下と考えられるので、
ΔＦ≒ｆ_６３５−ｆ_２５７＝０．４ｍｍとする。こられの数値は、特開２０００−３４８３７０号公報に記載されている。又、入射光束の対物レンズ光軸からの偏心量Δｘを０．３ｍｍ、対物レンズ主平面から２分割光検出器までの距離Ｄを−４００ｍｍとする。焦点ずれΔｄによる２分割光検出器面上の光束の位置変位量を図６に示す。又、対物レンズ変位Δｚに伴う２分割光検出器面上の光束の位置変位量ｈを図７に示す。
【００３６】
対物レンズ焦点深度は、レーザ波長をλ、対物レンズ開口数をＮＡとすれば、±λ／（２ＮＡ^２）で与えられ、波長２５７ｎｍ、ＮＡ０．９では±０．１５９μｍである。焦点ずれ±０．１５９μｍ（焦点深度）に対する２分割光検出器面上の光束の位置変位量は±６．５９μｍであるのに対して、対物レンズ変位±１０μｍに伴う２分割光検出器面上の光束の位置変位量は±０．４２μｍである。本発明による光ディスク原盤露光装置を用いれば、対物レンズ焦点深度と比較して、対物レンズ変位に伴う焦点誤差信号へのオフセットを十分小さくできる。
【００３７】
（ii）２光束を使用する理由
本発明に係る光ディスク原盤露光装置において、対物レンズ光軸に対して対称的に偏心させた２光束を使用するのは、原盤の傾きに因る焦点誤差信号へのオフセットを低減するためである。図８は合焦時、原盤に傾きがある場合の２分割光検出器面上の光束の位置を示す。図８（ａ）は、紙面と平行な回転軸まわりの傾きがある場合であり、他方、図８（ｂ）は紙面に垂直な回転軸まわりの傾きがある場合である。紙面と平行な回転軸まわりの傾きがある図８（ａ）の場合、２分割光検出器面上の光束は、２分割光検出器１１５，１１６の分割線方向に変位するため、原盤の傾きに起因する焦点誤差信号のオフセットは発生しない。他方、紙面に垂直な回転軸まわりの傾きがある図８（ｂ）の場合は、２分割光検出器面上の２つの光束の位置が２分割光検出器１１５，１１６の分割線と直交する方向に変位する。
【００３８】
１光束のみを用いて生成した焦点誤差信号Ｓ１＝（Ｄ１−Ｄ２）とＳ２＝（Ｄ３−Ｄ４）を図９（ａ）、（ｂ）に、又、２光束を用いて生成した焦点誤差信号Ｓｆ＝（Ｄ１−Ｄ２）−（Ｄ３−Ｄ４）を図９（ｃ）に示す。図中、横軸は対物レンズ１１３と原盤１１９との距離であり、又、破線１３０が原盤１１９に傾きがない場合の焦点誤差信号、実線１３１が原盤１１９に傾きがある場合の焦点誤差信号である。図示したように、１光束のみを用いて焦点誤差信号を生成した場合、原盤１１９の傾きにより焦点誤差信号へのオフセットが発生する。しかしながら、対物レンズ光軸から対称的に偏心させた２光束を用いて、（Ｄ１−Ｄ２）−（Ｄ３−Ｄ４）の演算により焦点誤差信号を生成すれば、図から明らかなように原盤１１９の傾きによる焦点誤差信号へのオフセットを低減することができ、安定した焦点制御が可能となる。尚、原盤１１９の反り、或いは、原盤表面のうねりによる焦点誤差信号へのオフセットも同様に低減することができ、安定した焦点制御が可能になる。
【００３９】
次に、焦点制御用レーザについて説明する。光ディスク原盤露光装置で使用される対物レンズ１１３は、多数のレンズから構成されており、レンズ各面は露光用レーザ波長に対して反射防止が施されている。しかし、露光用レーザ波長が深紫外波長域になると、それ以外の波長に対して反射防止条件を同時に満足させることは困難となる。そのため、焦点制御用レーザを対物レンズ１１３に入射すると、レンズ各面での反射光が迷光となる。この迷光同士、或いは、迷光と原盤１１９からの戻り光が干渉すると問題がある。つまり、対物レンズ変位によって焦点制御用レーザ装置と対物レンズの距離が変化するに伴い、干渉状態が変化し、焦点誤差信号にリップル状のノイズが重畳されてしまうという問題が発生する。また、深紫外波長域の露光用レーザを用いる場合、従来使用されていた波長３５１ｎｍの紫外レーザを用いる場合と比較して焦点深度が浅いため、僅かなノイズでも記録状態に大きく影響する虞がある。
【００４０】
従って、焦点制御用レーザ装置としては、高周波重畳で駆動した可干渉性が低い半導体レーザ、或いは、可干渉性が低いＳＬＤ（Super Luminescent Diode）等が好ましい。
【００４１】
（第２の実施形態）
第１実施形態の光束分割ミラー１０５を他の光学部材で構成した第２の実施形態を説明する。図３に示した光束分割ミラー１０５は、構成は簡素であるが、原盤１１９の傾きの影響を完全に除去することはできない。それは分割された２つの光束１０６、１０７に光路差が生じるからである。この問題を回避する光束分割ミラーユニット２１１が図１０に示されている。この光束分割ミラーユニット２１１は、第１の光束分割ミラー２０２と２分の１波長板２０３と第２の光束分割ミラー２０４とで構成される。この光束分割ミラーユニット２１１は図３の光束分割ミラー１０５に対応する。これによると、光束を分割する機能を偏光ビームスプリッタ２０２ａに持たせ、分割した光束をずらす機能を第１の光束分割ミラー２０２と第２の光束分割ミラー２０４に分けることで分割した光束の光路差を無くしている。
【００４２】
集光レンズ１０４を通り、ミラー２０１で反射され、光束分割ミラー２１１に入射する光束は、ｐ偏光とｓ偏光の両方の成分を有するものとする。図１０では傾いた直線偏光の例を示しているが、円偏光でも構わない。この入射光は、第１の光束分割ミラー２０２に入射する。このミラー２０２に入射した光束のｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ２０２ａで反射される。他方、ｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ２０２ａを透過し、ミラー２０２ｂで反射され、再度偏光ビームスプリッタ２０２ａを透過する。
【００４３】
入射光束は、こうして２つのずれた光束に分割される。その後、２つの光束は、両方とも２分の１波長板２０３により、偏光方向を９０度回転され、第２の光束分割ミラー２０４に入射する。第２の光束分割ミラー２０４は、第１の光束分割ミラー２０２と同一仕様の素子である。第２の光束分割ミラー２０４に入射したｓ偏光成分（ミラー２０２ｂで反射された光束）は、偏光ビームスプリッタ２０４ａで反射される。他方、ｐ偏光成分（２０２ａで反射された光束）は偏光ビームスプリッタ２０４ａを透過し、ミラー２０４ｂで反射され、再度偏光ビームスプリッタ２０４ａを透過する。その結果、２つの光束２０６、２０７の光路長は偏光ビームスプリッタ２０４ａを透過後の光軸に垂直な面、例えば、無偏光ビームスプリッタ２１２の位置で同一になる。その後、原盤で反射して戻ってきた光束を無偏光ビームスプリッタ２１２によって光検出器１１５，１１６へ導く構成である。
【００４４】
（第３の実施形態）
第１実施形態の光束分割ミラー１０５を他の光学部材で構成とした第３の実施形態を説明する。図１１は本実施形態の光束分割ミラーユニット２１０を示す。この第３の実施形態は、第２の光束分割ミラー２０４の後に、波長板２０６を配置し、光束分割ミラーユニット２１０の後ろに偏光ビームスプリッタ１０８を配置して構成される。波長板２０５は、２分の１波長板と４分の１波長板の何れを用いてもよい。
【００４５】
透過後に２つの光束の偏光方向がそれぞれ４５度と１３５度回転するように、即ち、一方の光束の偏光方向と波長板の光軸方向が２２．５度の角度をなすように、２分の１波長板を設置する。４分の１波長板の場合は、透過後の２つの光束が両方とも円偏光になるように、即ち、一方の光束の偏光方向と波長板の結晶光軸方向が４５度の角度をなすように配置する。こうすることで、２つの光束とも透過率５０％で偏光ビームスプリッタ１０８を透過し、効率良く光を利用することができる。
【００４６】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態では、図１２に示すように、第１の実施形態で示した演算回路１１７に、原盤１１９の傾き誤差信号Ｓｔを出力する演算回路１２５が付加されている。この第４の実施形態は、演算回路１２５以外の構成要素は第１の実施形態と同様なので説明を省略する。焦点誤差信号Ｓｆ、及び原盤１１９の傾き誤差信号Ｓｔは、演算回路１１７、１２５によって次式（５）、（６）の演算を行うことで生成する。
【００４７】
Ｓｆ＝（Ｄ１−Ｄ２）−（Ｄ３−Ｄ４）（５）
Ｓｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）＋（Ｄ３−Ｄ４）（６）
上式（５）の演算により生成した焦点誤差信号に基づいて焦点制御した時、原盤１１９の傾きがない場合は、上式（６）の信号Ｓｔは零の信号を出力する。他方、原盤１１９に傾きがある場合は、図８（ｂ）から明らかなように、Ｓｔが非零の信号を出力する。即ち、（６）の演算により原盤の傾き誤差信号を生成することができる。
【００４８】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。尚、実施形態の説明において、光検出器を２分割光検出器としたが、２分割光検出器の代わりに、光量分布の重心位置を検出するＰＳＤ（位置検出素子）を用いてもよい。又、上述の実施形態では、光束分割ミラーで分割される光束を２本として説明したが、これに限定されるものではなく、それ以上の複数本使用してもよい。又、上記説明では、本発明を光ディスク原盤露光装置に適用したが、半導体製造におけるマスクの検査装置またはマスク位置決めに適用できる。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、露光用レーザ波長と焦点制御用レーザ波長で焦点距離が異なる対物レンズを用いる場合、対物レンズの光軸に対して対称的に入射した複数の光束を用いることで、対物レンズ変位及び原盤の傾きに伴って発生する焦点誤差信号へのオフセットを低減でき、安定した焦点制御が可能な光ディスク原盤露光装置を提供できる。又、露光用レーザとは波長の異なる焦点制御用レーザにより安定した焦点制御が実現できるため、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の種々のフォーマットの光ディスクに対応可能である。又、焦点誤差信号のみならず、原盤の傾き誤差信号をも生成することができる。又、本発明によれば、軸上色収差が補正された重量で高価な対物レンズを用いる場合と比較して、アクチュエータ部の構成が容易で、安価な光ディスク原盤露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】対物レンズ変位に伴う、露光用レーザと焦点制御用レーザの集光状態を示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光ディスク原盤露光装置の主要光学系を示す図。
【図３】部分透過ミラーと全反射ミラーにより構成した光束分割ミラーを示す図。
【図４】本発明の係る焦点誤差検出原理を示す図。
【図５】対物レンズ変位に伴う光検出器面上の光束の位置変位を示す図。
【図６】焦点ずれに対する光検出器面上の光束の位置変位量を示す図。
【図７】対物レンズ変位に対する光検出器面上の光束の位置変位量を示す図。
【図８】原盤の傾きがある場合の光検出器面上の光束の位置を示す図。
【図９】原盤の傾きがある場合の焦点誤差信号を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る光ディスク原盤露光装置に用いる光束分割ミラーユニットを示す図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る光ディスク原盤露光装置に用いる光束分割ミラーユニットを示す図。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る光ディスク原盤露光装置の演算回路を示す図。
【符号の説明】
２０…露光用レーザ
２１…焦点制御用レーザ
７０…波長２５７ｎｍでの対物レンズ焦平面
１０１…焦点制御用レーザ装置
１０２…４５度ミラー
１０３…光束径拡大部
１０４…集光レンズ
１０５…光束分割ミラー
１０６、１０７…焦点制御用レーザ
１０８…偏光ビームスプリッタ
１０９…立下げミラー
１１０…４分の１波長板
１１１…収差補正用平行平板
１１２…ダイクロイックミラー
１１３…対物レンズ
１１４…ボイスコイルアクチュエータ
１１５、１１６…２分割光検出器
１１７…焦点誤差演算回路
１１８…移動光学系
１１９…原盤
１２０…ターンテーブル
１２１…スピンドルモータ
１２２…スライダ
１２３…虹彩絞り
１２４…露光用レーザ装置
１２５…傾き誤差演算回路
１３０…原盤の傾きがある場合の焦点誤差信号
１３１…原盤の傾きがない場合の焦点誤差信号
２０１…ミラー
２０２…第１の光束分割ミラー
２０３…２分の１波長板
２０４…第２の光束分割ミラー
２０５…２分の１波長板、或いは、４分の１波長板
２０６…焦点制御用レーザ
２０７…焦点制御用レーザ
２１０…光束分割ミラーユニット
２１１…光束分割ミラーユニット
２１２…無偏光ビームスプリッタ

Claims

焦点制御用光源と、対物レンズと、前記対物レンズの光軸に対して対称的に偏心させて対物レンズに入射するように、前記焦点制御用光源からの光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、前記対物レンズに対向している合焦対象で反射して前記対物レンズを透過した光束の光量分布により光束の位置を検出する複数の光検出器と、前記光検出器の出力信号から前記合焦対象に対する前記対物レンズの焦点誤差を演算し、焦点誤差信号を生成する演算手段とを具備し、前記光束分割手段は、所定間距離離間して配設された、部分透過ミラーとして機能する偏光ビームスプリッタと全反射ミラーで構成される複数の光学素子と、これら光学素子の間に配設された２分の１波長板とを具備することを特徴とする焦点誤差検出装置。
露光用光源と、露光用光源より長い波長の焦点制御用光源と、露光用光源の波長と焦点制御用光源の波長で焦点距離が異なる対物レンズと、前記対物レンズの光軸に対して対称的に偏心させて対物レンズに入射するように、前記焦点制御用光源からの光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、前記対物レンズに対向している合焦対象である光学的情報記録媒体で反射して前記対物レンズを透過した光束の光量分布により光束の位置を検出する複数の光検出器と、前記光検出器の出力信号から前記合焦対象に対する前記対物レンズの焦点誤差を演算し、焦点誤差信号を生成する演算手段とを具備し、前記光束分割手段は、所定間距離離間して配設された、部分透過ミラーとして機能する偏光ビームスプリッタと全反射ミラーで構成される複数の光学素子と、これら光学素子の間に配設された２分の１波長板とを具備することを特徴とする光学的情報記録装置。
前記光束分割手段は、所定間距離離間して配設された、部分透過ミラーとして機能する偏光ビームスプリッタと全反射ミラーとで構成される複数の光学素子と、これら光学素子の間に配設された２分の１波長板と、出射側に配設された４分の１波長板とを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
前記合焦対象に対する前記対物レンズの傾き誤差を演算し、傾き誤差信号を生成する演算手段を更に具備し、前記合焦対象で反射して対物レンズを透過した光束を前記光検出器で受光して傾き誤差検出を行う機能も有することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
露光用光源と、露光用光源より長い波長の焦点制御用光源と、露光用光源の波長と焦点制御用光源の波長で焦点距離が異なる対物レンズと、前記対物レンズの光軸に対して対称的に偏心させて対物レンズに入射するように、前記焦点制御用光源からの光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、前記対物レンズに対向している合焦対象である光学的情報記録媒体で反射して前記対物レンズを透過した光束の光量分布により光束の位置を検出する複数の光検出器と、前記光検出器の出力信号から前記合焦対象に対する前記対物レンズの焦点誤差を演算し、焦点誤差信号を生成する演算手段とを具備し、前記光束分割手段は、所定間距離離間して配設された、部分透過ミラーとして機能する偏光ビームスプリッタと全反射ミラーで構成される複数の光学素子と、これら光学素子の間に配設された２分の１波長板とを具備する光学的情報記録装置及び前記光学的情報録媒体として光ディスク原盤を用い、前記焦点制御用光源と前記光束分割手段と前記対物レンズと前記光検出手段とを搭載し、前記光ディスク原盤の半径方向に移動するスライダを備えたことを特徴とする光ディスク原盤露光装置。
前記光学的情報記録装置に傾き検出機能を備えた請求項５に記載の光ディスク原盤露光装置。