聚焦控制裝置及使用該控制裝置的原盤曝光裝置的製作方法
2023-06-04 21:25:11 5
專利名稱：聚焦控制裝置及使用該控制裝置的原盤曝光裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種聚焦控制方法和裝置以及使用該裝置的原盤曝光裝置，特別是涉及適用於製作光碟等的原盤的原盤曝光裝置上的聚焦控制方法和裝置以及使用該裝置的原盤曝光裝置。
背景技術：
對於原盤曝光裝置，需要使用將原盤和物鏡間隔保持一定的聚焦控制裝置。為了確保原盤不被聚焦控制用的聚焦光曝光，應使記錄光的波長和聚焦光的波長不同。目前，原盤曝光的物鏡使用稱作為消色差透鏡的、不會因波長不同而聚焦位置變化的透鏡。因此，聚焦光是與記錄光平行的光並有可能入射到物鏡上，對於物鏡相對於原盤的位移，即使光路長度變化，聚焦精度也不會變差。
作為與上述現有技術有關的文獻，舉例來說如特開平7-73491號公開。
在上述現有技術中，由於物鏡使用了消色差透鏡，因此，即使作為記錄光的曝光用雷射的波長和作為聚焦光的聚焦用雷射的波長不同，波長不會造成焦點距離差。
然而，如使用了下一代用的深紫外線區域的波長的記錄光的波長，在物鏡不是消色差透鏡時，為了使聚焦光的聚焦點與記錄光以平行光入射到物鏡上時的聚焦點吻合，考慮波長的不同引起的折射率，必須使聚焦光以不平行於物鏡的狀態入射。因此，由於跟隨原盤位置變化的物鏡作上下動作，聚焦光的光路長度變化時，聚焦光的聚焦點發生變化，出現聚焦精度變低的問題。
即，如後述的圖1所示的構成，物鏡3使用市場上銷售的深紫外線區域波長(250nm附近)的物鏡，確定凸鏡12(焦點距離f＝2.0mm)和物鏡3間的距離為150mm時，原盤4下降1μm，隨著其下降，物鏡3也下降1μm時，即光路長度伸長1μm時，聚焦光和記錄光的聚焦點錯位約40nm。因為原盤4的平整度約為10μm，所以記錄光的聚焦點和聚焦光的聚焦點會發生最大達400nm的錯位量。這是與深紫外線區域波長的記錄光的焦點深度相同程度的量，會影響到聚焦精度。
發明內容
本發明的目的在於提供一種不需使用消色差透鏡的物鏡，仍能高精度地控制聚焦的聚焦控制方法和裝置以及使用該裝置的原盤曝光裝置。
為了解決上述問題，通過檢測物鏡的上下移動，來檢測出聚焦光光路長度的變化，然後，相應增加校正該變化量的動作，達提高聚焦的目的。
上述目的是利用如下的聚焦控制方法完成的該方法是先檢測物鏡的上下動作，再檢測聚焦光的光路長度變化，為了維持聚焦狀態，驅動物鏡移動必要的距離。
另外上述目的是藉助於如下的聚焦控制裝置實現的，該裝置使用聚焦光，具備檢測聚焦光光路長度變化的部件和根據該檢測出的變化量校正物鏡位置的部件。
此外，上述目的利用如下的原盤曝光裝置完成的，該裝置具備聚焦控制裝置，該聚焦控制裝置具備檢測聚焦光光路長度變化的部件和根據該檢測出的變化量校正物鏡位置的部件。
圖1是示出本發明聚焦控制裝置的一實施例的概略構成圖。
圖2是示圖1的聚焦控制裝置的控制運算部及AF校正部的一例的概略圖。
圖3是在圖1的控制運算部進行處理的差信號的波形圖。
圖4A、4B、4C是示出圖1中使用的非平行聚焦光的、與物鏡和凸鏡的距離相對應的焦點距離的變化圖。
圖5是示出對應於物鏡和凸鏡的距離的、平行光和非平行光的焦點距離的關係圖。
圖6是示出本發明聚焦控制的另一實施例的概略圖。
圖7是對應於圖6實施例的控制運算部及AF校正部的概要構成圖。
圖8是該圖6的物鏡驅動部及物鏡位移檢測部的構成概略圖。
具體實施例方式
下面，參照圖1及圖2說明本發明聚焦控制裝置一實施例。圖1是本發明聚焦控制裝置的構成圖。該聚焦控制裝置有光學部和控制部2大部分。光學部由產生照射到原盤(被照射體)4上的聚焦光2的光源1，使該聚焦光2會聚照射到原盤4上的物鏡3，接受並檢測來自原盤4的反射光5，輸出2個信號A、B的二分割受光元件6構成。
控制部由運算從二分割受光元件6輸出的信號A、B(6A，6B)間的差，得到物鏡控制信號8的控制運算部7和根據物鏡控制信號8驅動物鏡3的物鏡驅動部9構成。物鏡3配置於原盤4的上方，隨著物鏡驅動部9的驅動相對於原盤可沿垂直方向移動。
對於聚焦控制系統，從光源1射出的聚焦光2入射到物鏡3上，在物鏡3折射後被原盤4反射，再在物鏡3折射後成為反射光，入射到二分割受光元件6上。二分割受光元件6的2個輸出信號A、B(6A、6B)因隨物鏡3和原盤4距離而變化，把該輸出值A、B輸入到控制運算部7內，由其計算出物鏡3的移動量，通過把物鏡控制信號8輸送給物鏡驅動部9，就能夠現實物鏡3相對於原盤4的聚焦狀態。具體說一例，在偏離方式中使用二分割受光元件的差信號A-B。如圖3所示，作為差信號A-B表示稱為S曲線的特性。物鏡3和原盤4的距離與物鏡3的聚焦距離一致時，差信號成為0，透鏡間距離比該焦點距離短時為負值，遠時為正值。因此，通過檢查差信號A-B的特性以及大小，並將物鏡控制信號8輸送給物鏡驅動部9以便於差信號A-B長期保持為0，從而能夠控制物鏡3相對於原盤4的聚焦狀態。
這樣，控制系統進行輸出A、B的差為0的負返饋控制，按照圖3所示的S形曲線形成引入動作，在控制系統無外部幹擾時，控制系統的動作點被引入在S形曲線的中心點上，控制系統的動作得到穩定。
下面，參照
本發明的優選的或典型的實施例。在以下的描述中，通過多幅附圖，對相對的部件使用相同的參照標記並進行說明。另外，在以下的描述中，所謂「垂直」、「向上」、「向下」的術語是為了方便，並沒有特別的限定意義。
光源1生成的聚焦光2因組合凹鏡11和凸鏡12而調整為不平行的光，入射到物鏡3上。這是因為由於物鏡3不是消色差透鏡，波長不同的記錄光(將後述)和聚焦光2以平行光一起入射時相互聚焦點會不一致。作為一例，對於市場銷售的257nm的物鏡，為了使波長650nm的聚焦光的聚焦點與257nm的記錄光以平行光入射時的聚焦點一致，在聚焦光的入射光束直徑為3.3mm時，必然有5.5度的入射角。因為聚焦光2不以平行光的狀態入射到物鏡3上，所以此狀態，物鏡的上下移動將改變聚焦光2及反射光5的光路長度，光路長度的變化量，反射光5的位置都發生變化，二分割受光元件6的輸出也變化。其結果是影響到控制運算部7輸出的物鏡控制信號8，除了由物鏡驅動部9維持聚焦狀態所必要的量，光路長度的變化量也會驅動物鏡，從而導致聚焦精度的下降。
即，由於聚焦光2為非平行光，因此，隨著原盤4上下方向的移動，當物鏡3移動時，凸鏡12和物鏡3的距離就發生變化，如圖4A，4B，4C所示，隨著凸鏡和物鏡3的距離變化，入射距離a、a』、a″發生變化，則成像距離b，b』，b″也變化。若以圖4B為基準，在圖4A中，凸鏡12和物鏡3的距離縮短，入射距離a』變長，成像距離b″也變長。圖4C中卻與之相反，入射距離a″，成像距離b″都變短。
回到圖1，記錄光16從與聚焦系統不同的系統入射，被設置在凸鏡12和物鏡3中間的半反光鏡17反射而射向原盤方向，使原盤4的記錄層曝光。
因為記錄是平行光，所以即使物鏡3上下方向移動，成像距離也不會變化。因而，在圖4B的基準狀態下，雖然聚焦光的成像距離和記錄的成像距離相互一致，但在圖4A中，聚焦光的成像距離b』比記錄光的成像距離b長，而在圖4C中，聚焦光的成像距離b″比記錄光的成像距離b短。其中的關係如圖5所示。
該裝置是根據物鏡控制信號8檢測出該物鏡的驅動量，由AF校正部13檢測聚焦光2的光路長度的變化量，運算出該光路長度變化量對物鏡控制信號8的影響量，並把校正信號14輸入控制運算部7內，從而將確保聚焦狀態的必要的合適信號輸出給物鏡控制信號8來提高聚焦精度。
物鏡驅動部9通常由音圈構成。作為物鏡控制信號8的一例，當如果音圈流過電流值，則該電流值和音圈的驅動量(物鏡的位置)的關係事先可測定。根據該事先的測定結果，從物鏡控制信號8可得到現在的音圈的驅動量(物鏡的位置)。
圖2示出控制運算部7及AF校正部13的一實施例的概略構成圖。控制運算部7的減法器23將輸入的二分割受光元件的輸出A、B(6a，6b)生成差信號(A-B)24。放大器把差信號24放大，由偏置加減運算器26將作為偏置設定器21的輸出以及AF校正部13的輸出的校正信號14與上述信號相加減，再由放大器27將此信號放大生成物鏡控制信號8。放大器27是增益設定器22，可設定放大培數。來自物鏡控制信號8的二分割受光元件6的輸出A、B(6a/6b)間經圖1所示的光學系統構成反饋迴路，增益設定器22設定迴路增益。偏置設定器21使差信號24上的動作點漂移，產生使記錄光和偏置光的聚焦點錯位的作用。通過該偏置設定，就可以對記錄光和聚焦光的聚焦點作微調。該偏置設定器21的輸出通常為一定的直流形式。AF校正部13由低通濾波器31除去高頻量，由DC成分減法器從該信號中除去直流量，抽取物鏡控制信號的低頻成分(0-200Hz)。因此，物鏡控制信號8的低頻成分與物鏡的聚焦點附近處的上下移動量成正比關係。由於物鏡移動量和聚焦光的光路長度(凸鏡12和物鏡3的距離)的變化量相等，因此，放大器33以適合的靈敏度放大該低頻成分，從而能生成AF校正信號14。通過把該校正信號14輸入控制運算部7的加減運算器26，如概述那樣構成反饋迴路。關於放大器33，因為根據實驗結果，光路長度的變化量和校正量呈直線關係，所以校正量能夠由具有合適的放大倍數的放大器得到。
即，通過增加低頻成分作為反饋迴路的外部幹擾，在圖3所示的S形曲線上，能夠把動作點移動到偏離原點的位置上，結果是物鏡3的位置產生偏移，在圖4A的情況下，移動到下側，在圖4C的情況下，移動到上側，原盤4和物鏡3的距離維持為b。
根據以上對本實施例的說明，相對於通過物鏡驅動部9驅動物鏡除了維持聚焦狀態所必要的量，還有光路長度的變化量，從而導致聚焦精度降低情況，由AF校正部13檢測聚焦光2及反射光5的光路長度的變化量，計算出該光路長度的變化量影響到物鏡控制信號8的量，並把校正信號14輸入控制運算部17，再減去光路長度的變化量影響到物鏡控制信號8的量，從而向物鏡控制信號8輸出為保持聚焦狀態所必要的合適信號，只利用為維持聚焦狀態所必要的量來驅動物鏡，因此，可提高聚焦精度。
此外，在本實施例中，所用例子是使用放大器33的近似直線的狀態，但本發明不限於此，也可以具有把光路長度的變化量變換成物鏡驅動量的裝置。
下面，根據圖6、7及8，說明本發明聚焦控制裝置的另一實例。在本實例中，對於與從圖1至圖5所示的第一實施例相同的部分採用相同的附圖標記，並省略對它們的說明，僅僅對構成中不同的部分進行說明。
圖6的實施例中，用物鏡位移檢測器50檢測出物鏡3的位移量，用AF校正部13檢測聚焦光2的光路長度變化量，並運算出該光路長度緹影響到物鏡控制信號8的量，再把校正信號輸入控制運算部7內，向物鏡控制信號8輸出為保持聚焦狀態必需的合適信號，從而，實現聚焦精度的提高。
物鏡位移檢測器50是由雷射變位儀52和改變從雷射變位儀射出的測定用雷射方向的反光鏡53構成。物鏡位移信號51輸出與物鏡3和雷射變位儀52距離對應的電壓。
如圖7所示，對於AF校正部13，用低通濾波器31從物鏡位移信號51中除去高頻量，用直流成分減法器32從該信號中除去一定的直流量，只通過物鏡位移檢測信號51的低頻成分(0-200Hz)。
由於物鏡位移因音圈的驅動而產生的，因此，不包含高頻成分，因為把物鏡位移信號51的高頻成分看作為噪音，所以由低通濾波器31將其除去。其次，因為AF校正所必要的信號從圖4B的狀態，因為物鏡多少是有一些位移，根據物鏡位移信號51，得到在此狀態下的引入了直流量的信號，如此，由直流量減法器減去該直流量。通過實驗可得到圖4B狀態下的直流量的值。根據這些運算，能夠得到記錄光的聚焦點附近的物鏡位移量，即聚焦光的光路長度的變化量。
即，物鏡位移檢測信號51的低頻成分表示物鏡聚焦點附近的上下位移量。由於物鏡位移量和聚焦光的光路長度(凸鏡12和物鏡3的距離)的變化量相等，因此，由放大器33將該低頻成分放大至合適的靈敏度，就能夠生成AF校正信號14。
通過把該校正信號14輸入到控制運算部7的偏置加減運算器26來構成反饋迴路。對於放大器33，因為光路長度的變化和校正量根據實驗呈直線關係，所以校正量能夠用具備合適放大倍數的放大器得到。
因此，本發明不限於圖1、6所示的偏離式自動聚焦，也可適用於象散方式和刀緣式(knife-edge)的聚焦中。
圖8示出圖6的物鏡驅動部40及物鏡位移檢測部50的構造。
圖8中，物鏡驅動部40由物鏡保持架42，板彈簧43，螺旋彈簧44，磁鐵45構成。裝著物鏡3的保持架42在Z方向的2個地方(A面和B面，但B面省略了圖)分別由3個板彈簧43保持著，並可沿垂直於原盤的Z方向移動，物鏡3及其保持架42對應於流過螺旋彈簧44的電流大小朝Z方向移動。
圖8中，在A面(物鏡保持架的上表面)和B面(物鏡保持架的下表面)的2個地方具有板彈簧，B面的板彈簧省略了圖示。本圖中，板彈簧各配置3個。
螺旋彈簧44驅動物鏡保持架42朝垂直於原盤的Z方向移動。雷射變位儀52的解析度為0.1μm，移動距離為10mm程度，並可從市場上獲得。因為記錄光16和聚焦光2從上方入射到物鏡3上，所以一般來說大多數情況下這些光學部件都配置在物鏡3的上方。另外，因為把物鏡3上方設計得非常緊湊，所以本實施例中，雷射變位儀52橫向地設置雷射照射方向。此時，雷射變位儀52的測定用雷射如虛線那樣經反光鏡照射到檢測器的物鏡保持架端面C上。雷射變位儀52具有發出雷射的發光器，它發出的雷射經反光鏡53入射到物鏡保持架42的上端部；和接受在物鏡保持架42上端部反射的反射雷射的光電變換元件。
該束雷射的行進路線是斜對著物鏡保持架42的移動方向入射，在透鏡保持架42的上端部再斜向反射，因此，在物鏡保持架42的上下位置，光電變換元件所接受到的光量不同，因此，光電變換元件發生的電信號成為對應於物鏡保持架422的上下位置對應的信號。這樣的雷射變位儀52例如有基恩斯(キ一エンス)社制的CCD雷射位移傳感器LK-3100型。
以上，根據本發明的實施例，不使用消色差透鏡的物鏡，而能夠實現精確、良好的聚焦控制。
權利要求
1.一種聚焦系統，該系統使平行光束和非平行光束通過一可移動物鏡聚焦在物體上，它包括一負反饋迴路，該迴路包括一檢測器和一驅動器，該檢測器用於接收如下反射光，即上述非平行光透過上述可移動物鏡、並被上述物體反射、再透過上述可移動物鏡的反射光，並用於產生與上述非平行光束的焦點偏離相對應的檢測信號；該驅動器用於接收上述檢測信號，並根據上述檢測信號控制上述可移動物鏡的位置，以便於上述檢測信號減少；和校正信號產生器，用於產生校正信號並將該信號供給到負反饋迴路作為上述迴路的幹擾，以便於上述平行光束聚焦在上述物體上。
2.根據權利要求1所述的聚焦系統，其特徵在於所述校正信號產生器接收到上述檢測信號，並能從上述檢測信號中分離出直流成分和高頻成分。
3.根據權利要求2所述的聚焦系統，其特徵在於所述的校正信號具有0-200Hz的低頻成分。
4.一種使平行光和非平行光這兩束光經可動物鏡在物體上聚焦的聚焦方法，該方法的步驟包括根據被上述物體反射的、透過上述可移動物鏡的反射光，檢測出上述非平行光的聚焦位移，並生成表示該聚焦位移的信號，根據上述檢測出的聚焦位移的信號，使上述物鏡位置移動，以便於消除表示該聚焦位移的信號，從表示上述聚焦位移的信號中抽取校正信號，並作為外部幹擾附加於表示該聚焦位移的信號中，使上述非平行光聚焦在上述物體上。
5.根據權利要求4所述的聚焦方法，其特徵在於上述校正信號是從表示上述聚焦位移的信號中除去了直流成分和高頻成分的信號。
6.根據權利要求5所述的聚焦方法，其特徵在於上述校正信號是具有0-200Hz的低頻成分的信號。
7.一種光學記錄系統，該系統使平行光束和非平行光束通過一可移動物鏡聚焦在物體上，它包括一負反饋迴路，該迴路包括一檢測器和一驅動器，該檢測器用於接收如下反射光，即上述非平行光透過上述可移動物鏡、並被上述物體反射、再透過上述可移動物鏡的反射光，並用於產生與上述非平行光束的焦點偏離相對應的檢測信號；該驅動器用於接收上述檢測信號，並根據上述檢測信號控制上述可移動物鏡的位置，以便於上述檢測信號減少；和校正信號產生器，用於產生校正信號並將該信號供給到負反饋迴路作為上述迴路的外部幹擾，以便於上述平行光束聚焦在上述物體上。
8.根據權利要求7所述的光學記錄系統，其特徵在於所述校正信號產生器接收到上述檢測信號，並能從上述檢測信號中分離出直流成分和高頻成分。
9.根據權利要求8所述的光學記錄系統，其特徵在於所述的校正信號具有0-200Hz的低頻成分。
10.一種聚焦控制裝置，該控制裝置由以下部件構成可動的物鏡，平行光產生裝置，該平行光產生裝置夾著上述物鏡地被設置在與目標物相反的那一側，且產生透過上述物鏡在預定位置上成像的平行光，聚焦光產生裝置，該聚焦光產生裝置夾著上述物鏡地被設置在與目標物相反的那一側，且產生透過上述物鏡在預定位置上成像的非平行聚焦光，聚焦檢測裝置，檢測上述目標物上的上述聚焦光的成像狀態，自動聚焦控制裝置，根據來自該聚焦檢測裝置的檢測結果，控制上述物鏡位置，位置檢測裝置，檢測上述物鏡位置，和位置控制裝置，根據該位置檢測裝置輸出的檢測信號，控制上述物鏡位置。
11.根據權利要求10所述的聚焦控制裝置，其特徵在於上述位置檢測裝置檢測出的檢測信號被供給到上述自動聚焦控制裝置。
12.一種聚焦控制裝置，該控制裝置由以下部件構成可動的物鏡，平行光產生器，該平行光產生裝置夾著上述物鏡地被設置在與目標物相反的那一側，且產生透過上述物鏡在預定位置上成像的平行光，聚焦光產生器，該聚焦光產生裝置夾著上述物鏡地被設置在與目標物相反的那一側，且產生透過上述物鏡在預定位置上成像的非平行聚焦光，聚焦檢測器，檢測上述目標物上的上述聚焦光的成像狀態，驅動器，根據來自該聚焦檢測裝置的檢測信號，控制上述物鏡位置，位置檢測器，檢測上述物鏡位置，和路經，將來自該位置檢測裝置的檢測信號輸送給上述驅動器。
13.根據權利要求12所述的聚焦控制裝置，其特徵在於上述驅動器具有支持上述物鏡，並與上述物鏡一起移動的支持部件，上述位置檢測器具有朝上述支持部件照射雷射的雷射光源；接收由上述支持部件反射的雷射的反向光、產生與接收到的光量對應的電信號的光電變換器；及從上述電信號中除去直流成分和高頻成分的濾波器。
全文摘要
一種聚焦系統，該系統使平行光束和不平行光束通過一可移動透鏡聚焦在物體上，包括一負反饋迴路，該迴路包括一檢測器，該檢測器接收上述非平行光束的反射光，該反射光是這樣得到的上述平行光先穿過上述可移動物鏡，並被上述物體反射，再穿過上述可移動物鏡，因此該檢測器產生與上述非平行光束的焦點偏離相對應的檢測信號和驅動器，該驅動器接收上述檢測信號，並根據上述檢測信號控制上述可移動物鏡的位置，以便於上述檢測信號消失；和校正信號發生器，該發生器產生校正信號並將該信號供給到負反饋迴路作為上述迴路的幹擾，以便於上述平行光束聚焦在上述物體上。
文檔編號G11B7/095GK1397939SQ02125179
公開日2003年2月19日 申請日期2002年2月28日 優先權日2001年7月13日
發明者柳雅士, 木村信夫, 安藤哲生, 中元英和 申請人:株式會社日立製作所