JP4909373B2 - フォーカス光学系および光ディスク原盤露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスクまたは光ディスクの量産に使用する光ディスク原盤露光装置のフォーカス光学系に関する。

光ディスクの製造においては、まず光ディスク原盤としてガラス原盤を用いてスタンパを作成し、この作成されたスタンパを使用して射出成形により光ディスクの複製が行われる。また、光ディスク原盤露光装置により、光ディスク原盤上に配置された記録層（レジスト膜）に対して、記録光を照射して露光することにより、光ディスク原盤に情報が記録される。

このような光ディスク原盤露光装置は、光源から出射（放射）された出射光であるコヒーレントなビームに対して、記録すべき情報に応じて変調または偏光を施して記録光を作成し、対物レンズを介し光ディスク原盤の記録層にこの記録光を集光して記録層を露光し、これにより、光ディスク原盤上に情報を記録する。また、光ディスク原盤露光装置のフォーカス制御、すなわち、光ディスク原盤上に集光される記録光のスポット形状を所定の合焦点形状に近づくように、光ディスク原盤と対物レンズとの間の距離の位置調整を行うフォーカス制御において、非点収差法が用いられることが知られている。

ここで、従来の光ディスク原盤露光装置において採用されているフォーカス光学系の代表的な構成を、図７を用いて説明する。

図７に示すように、従来の光ディスク原盤露光装置１００において、光源１０１より出射されたコヒーレントなレーザビームＬは、パワーおよび信号変調部１０２、偏光素子１０３、ビーム成形部１０４を通り、ミラー１０５、ハーフミラー１０６で反射され、一部透過ミラー１０８を透過し、ダイクロイックミラー１０９で反射されて、光ディスク原盤１１１に向かう。さらに、レーザビームＬは、レンズ駆動装置であるアクチュエータ１１０で光ディスク原盤１１１との間の距離が調整された対物レンズ１１０ａを経て、光ディスク原盤１１１に集光される。その結果、ガラス原盤１１１ｂ上に記録層（有機あるいは無機レジスト層）であるレジスト膜１１１ａが配置された構成の光ディスク原盤１１１において、レジスト膜１１１ａがレーザビームＬにより露光され、情報が記録される。一方、光ディスク原盤１１１からのレーザビームＬの反射ビーム（反射光）は、逆方向に進み、一部透過ミラー１０８で反射されて、レーザビームＬの光路より分岐される。その後、分岐された反射ビームは、ミラー１１２で反射され、集光レンズ（凸レンズ）１１３ａとシリンドリカルレンズ１１３ｂとを通って、４分割フォトディテクタ１１３ｃに集光される。

集光レンズ１１３ａとシリンドリカルレンズ１１３ｂにより非点収差が生じ、対物レンズ１１０ａの焦点位置に対し、光ディスク原盤１１１が近い位置にある場合（すなわち、対物レンズ１１０ａと光ディスク原盤１１１との間の距離が焦点距離よりも短い場合）、合焦点位置にある場合、および遠い位置にある場合（すなわち、対物レンズ１１０ａと光ディスク原盤１１１との間の距離が焦点距離よりも長い場合）に応じて、異なるスポット形状にて、反射ビームが４分割フォトディテクタ１１３ｃに受光される。具体的には、対物レンズ１１０ａの焦点位置に対して、光ディスク原盤１１１が近い位置にある場合には、図８Ａに示すように、４分割フォトディテクタ１１３ｃ上において、反射ビームのスポットＭの形状が横楕円形状となる。合焦点位置にある場合には、図８Ｂに示すように、反射ビームのスポットＭの形状が円形状となる。対物レンズ１１０ａの焦点位置に対して、光ディスク原盤１１１が遠い位置にある場合には、図８Ｃに示すように、反射ビームのスポットＭの形状が縦楕円形状となる。なお、光ディスク原盤露光装置１００において、集光レンズ１１３ａと、シリンドリカルレンズ１１３ｂと、４分割フォトディテクタ１１３ｃとを非点収差光学系１１３と呼ぶ（図７参照）。

ここで、図９に４分割フォトディテクタ１１３ｃの構成を示す。図９に示すように、４分割フォトディテクタ１１３ｃは、非点収差光学系１１３における反射ビームの光軸に対して直交する受光面を備える４つのフォトディテクタＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤを備えており、それぞれのフォトディテクタＡ〜Ｄは、互いに直交する２つの分割線を介して隣接して配置されている。このような４つのフォトディテクタＡ〜Ｄを備える４分割フォトディテクタ１１３ｃ上に、反射光が受光されると、２つの分割線の交点を介して互いに対向する位置に配置されている対角フォトディテクタの和信号（Ａ＋Ｃ）、（Ｂ＋Ｄ）の差、すなわち、加算器１２０と減算器１２１とにより出力された｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝が、対物レンズ１１０ａと光ディスク原盤１１１との位置関係に対応した信号であるフォーカスエラー信号となる。このフォーカスエラー信号が常にある一定値になるように（ある一定値に近づけるように）、アクチュエータ１１０を駆動制御して対物レンズ１１０ａの位置を調整し、対物レンズ１１０ａの焦点位置が、光ディスク原盤１１１のレジスト膜１１１ａ上に保持される。

このように対物レンズ１１０ａの焦点位置が所定の合焦点状態に調整された状態にて、変調されたレーザビームＬが、レジスト膜１１１ａ上に照射されることにより、均一のピットあるいは溝がレジスト膜１１１ａに形成されて、情報が記録される。

このような従来の光ディスク原盤露光装置においては、例えば、文献１〜８に開示されるような種々の光学技術が用いられている。

特開平１１−１７５９８７号公報 特開２００７−２８７２３２号公報 特開２００１−２１６６５９号公報 特開２００２−３２９３３８号公報 特開２００１−１０８８７７号公報 米国特許出願公開２００７／０２４２５７５明細書 米国特許出願公開２００７／００８１４４１明細書 米国特許第６８０９８２９号明細書

従来の光ディスク原盤露光装置１００の非点収差光学系１１３においては、ガラス原盤１１１ｂの表面で反射するビーム（反射光）と、ガラス原盤１１１ｂの表面に塗布された感光材料であるレジスト膜１１１ａの表面で反射するビーム（反射光）とが互いに干渉する場合がある。このような干渉が生じるような場合にあっては、４分割光ディテクタ１１３ｃ上に受光される反射ビームのスポットＭにおいて、図１０に示すように、干渉による干渉縞Ｍ１が発生する。特に、レジスト膜１１１ａの膜厚がビーム（反射光）の波長λの（λ／２）ｎ倍の場合、４分割光ディテクタ１１３ｃ上の干渉縞Ｍ１は顕著に現れる。その結果、フォーカスエラー信号が不安定となり、光ディスク原盤１１１ｂに対する対物レンズ１１０ａの焦点位置の調整状態、すなわちフォーカス状態の変動が発生するという課題がある。

したがって、本発明の目的は、上記課題を解決することにあって、光ディスク、光ディスク原盤からの反射光に発生する干渉縞の影響を抑えたフォーカス光学系、およびこのようなフォーカス光学系を備える光ディスク原盤露光装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、光源からの出射光に対して変調または偏光を施す光変調部と、
光変調部により変調または偏光された出射光を、光ディスクに対して集光させる対物レンズと、
光ディスクよりの反射光を、出射光の光路より分岐する光路分岐部と、
集光レンズと、シリンドリカルレンズと、互いに直交する分割線上に不感帯が配置された４分割ディテクタとを有し、光路分岐部より分岐された反射光を、集光レンズおよびシリンドリカルレンズを介して非点収差法を用いて４分割ディテクタに受光させる非点収差光学系と、
４分割ディテクタでの反射光の検知結果に基づいて、対物レンズを介して光ディスク上に集光された出射光のスポット形状が所定の合焦点形状に近づくように、対物レンズの位置を調整するレンズ駆動装置とを備え、
非点収差光学系において、４分割ディテクタ上に現れる反射光の干渉縞を不感帯に重ねるように、非点収差光学系の光軸に対して４分割ディテクタが位置決めされるとともに、シリンドリカルレンズの円柱軸が、４分割ディテクタの分割線に対して４５度傾斜して配置されるように、非点収差光学系の光軸に対してシリンドリカルレンズが位置決めされている、光ディスクフォーカス光学系を提供する。

本発明の第２態様によれば、非点収差光学系において、シリンドリカルレンズおよび４分割ディテクタを、光軸を中心に回転させる回転駆動装置をさらに備える、第１態様に記載の光ディスクフォーカス光学系を提供する。

本発明の第３態様によれば、非点収差光学系において、光軸に直交する平面内にて互いに直交する第１および第２の方向と、光軸と平行な第３の方向とに、シリンドリカルレンズおよび４分割ディテクタを移動させる移動装置をさらに備える、第１態様に記載の光ディスクフォーカス光学系を提供する。

本発明の第４態様によれば、第１態様から第３態様のいずれか１つに記載の光ディスクフォーカス光学系を備え、
光ディスクは、記録層が配置された光ディスク原盤であって、
記録すべき情報に応じて光変調部により変調または偏光が施された出射光を、光ディスク原盤の記録層に対して対物レンズを介して集光させて露光し、光ディスク原盤の記録層に情報が記録される、光ディスク原盤露光装置を提供する。

本発明の光ディスクフォーカス光学系によれば、非点収差光学系において、光ディスクよりの反射光上に現れる干渉縞を、４分割ディテクタの分割線上に配置された不感帯に重ねるように、光軸に対して４分割ディテクタが位置決めされている。これにより、反射光に現れる干渉縞が４分割ディテクタの不感帯上に位置させることができる。さらに、シリンドリカルレンズの円柱軸が、４分割ディテクタの分割線に対して４５度傾斜して配置されるように、光軸に対してシリンドリカルレンズが位置決めされている。これにより、４分割ディテクタにおいて、反射光のスポット形状が楕円光形状となる場合であっても、楕円光の長手方向をそれぞれの分割線に対して４５度傾斜した方向とすることができ、分割線の交点を介して対向する２つのディテクタ（対角ディテクタ）により、楕円光を確実に受光することができる。したがって、干渉縞の出現による４分割ディテクタの出力変動を不感帯を利用して抑制しながら、フォーカスエラー信号の変動をゼロに近づけるようにレンズ駆動装置により対物レンズの位置調整を行うことができ、安定したフォーカス状態を得ることができる。

また、本発明のフォーカス光学系を備える光ディスク原盤露光装置は、光ディスク原盤の表面膜厚（すなわち記録層の膜厚）の変化によるフォーカスエラー信号の変動を抑制することができる。したがって、光ディスク原盤の露光工程におけるフォーカス状態の変動を抑えることができ、良好な光ディスク原盤作製が可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係るフォーカス光学系を備えた光ディスク原盤露光装置のブロック図である。 図２は、本実施形態における非点収差光学系の構成図である。 図３は、本実施形態の光ディスク原盤露光装置の構成図である。 図４Ａは、本実施形態のフォーカス光学系の合焦点状態の説明図であって、対物レンズの焦点位置に対して、光ディスク原盤が遠い位置にある場合を示す図である。 図４Ｂは、本実施形態のフォーカス光学系の合焦点状態の説明図であって、対物レンズの焦点位置に光ディスク原盤が位置されている場合を示す図である。 図４Ｃは、本実施形態のフォーカス光学系の合焦点状態の説明図であって、対物レンズの焦点位置に対して、光ディスク原盤が近い位置にある場合を示す図である。 図５Ａは、記録用レーザビームの波長が２６６ｎｍの場合における非点収差光学系へ入射するビーム状態の説明図（感光剤膜厚３０ｎｍ）である。 図５Ｂは、記録用レーザビームの波長が２６６ｎｍの場合における非点収差光学系へ入射するビーム状態の説明図（感光剤膜厚７０ｎｍ）である。 図５Ｃは、記録用レーザビームの波長が２６６ｎｍの場合における非点収差光学系へ入射するビーム状態の説明図（感光剤膜厚８０ｎｍ）である。 図６の（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態の光ディスク原盤露光装置を用いた光ディスクのマスタリング工程の説明図である。 図７は、従来のフォーカス光学系を備えた光ディスク原盤露光装置のブロック図である。 図８Ａは、従来のフォーカス光学系の合焦点状態の説明図であって、対物レンズの焦点位置に対して、光ディスク原盤が近い位置にある場合を示す図である。 図８Ｂは、従来のフォーカス光学系の合焦点状態の説明図であって、対物レンズの焦点位置に光ディスク原盤が位置されている場合を示す図である。 図８Ｃは、従来のフォーカス光学系の合焦点状態の説明図であって、対物レンズの焦点位置に対して、光ディスク原盤が遠い位置にある場合を示す図である。 図９は、４分割ディテクタを用いた一般的な非点収差法の模式説明図である。 図１０は、従来の一般的な非点収差光学系の構成図である。

本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の一の実施形態にかかるフォーカス光学系を備えた光ディスク原盤露光装置の構成を説明するに先立って、図６を参照して光ディスク原盤露光装置を用いた光ディスクのマスタリング工程について説明する。

光ディスクマスタリング用原盤（光ディスク原盤）の基盤（図６（ａ））としては、青板ガラス、石英ガラスあるいはＳｉ基板などが用いられる。例えばガラス原盤４１が用いられ、このガラス原盤４１が所定の厚さとなるように研磨工程が行われる。このガラス原盤４１上に、スピンコートにより有機系の材料からなるフォトレジスト膜（以降、レジスト膜）４２を形成する（図６（ｂ））。なお、レジスト膜に代えて、スパッタリング法による無機系の記録材料を用いて記録層が形成されるような場合であってもよい。以降の説明においては、両者を代表してレジスト膜４２が形成される場合を例として説明する。また、レジスト膜４２（あるいは記録層）の厚みは、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤなどのディスクのフォーマット、同ディスクにおいて使用される反射膜、あるいは記録材料によって異なるが１０〜３００ｎｍ程度である。

光記録装置である光ディスク原盤露光装置を用いて、レーザビームＬをガラス原盤４１上のレジスト膜４２に照射して、レジスト膜４２を露光して、信号ピットあるいは案内溝を描画（図６（ｃ））する。その後、アルカリ現像液により露光部分を現像（図６（ｄ））することにより、レジスト膜４２において露光部分のみが溶出し、ガラス原盤４１上に所望のピット形状としての凹凸パターンあるいは溝４３（レジスト層４２）が形成される。このようにレジスト層４２からなる溝４３が形成されたガラス原盤４１が、光ディスク原盤４０となる。次に、光ディスク原盤４０の溝４３が形成された表面に対して、スパッタリングあるいは無電解工法により、導電膜（ニッケル薄膜）４４を形成する（図６（ｅ））。その後、ニッケル電鋳（図６（ｆ））が行われることによりマスタスタンパ４５が製造される。

なお、図６（ｂ）においてガラス原盤４１上にスパッタリング法により無機系の記録材料により記録層が形成された場合は、図６（ｅ）の導電膜形成工程は省略される場合もある。

このように製造されたマスタスタンパ４５のマザーリング、すなわちマスタスタンパ４５にニッケル電鋳を行って、マザー４６を形成し（図６（ｇ））、さらにこのマザー４６にニッケル電鋳を行うことで（図６（ｈ））、光ディスク射出成形用のスタンパ４７が完成する。なお、上述のマザーリング（図６（ｇ）および（ｈ））は省略されることもある。

次に、本発明の一の実施形態に係るフォーカス光学系を備えた光ディスク原盤露光装置２０の構成について説明する。図１は、光ディスク原盤露光装置２０の構成を示すブロック図であり、図２は、光ディスク原盤露光装置２０が備える非点収差光学系の構成図であり、図３は、光ディスク原盤露光装置２０の構成図である。

図１および図３に示すように、コヒーレントな光（ビーム）を出射する光源であるレーザ素子１から出射されたレーザビーム（出射光）Ｌに対して、パワーコントロール用光変調素子２により光の強度が適当に減衰され、さらに光変調部３において記録すべき情報に応じて、強度変調または光軸に対し垂直な左右あるいは上下方向への周波数偏光が施されて、レーザビームＬが出力される。この光変調部３を出射したレーザビームＬは、ビーム成形部４で適当な大きさのレーザ光に成形され、ミラー５、ハーフミラー（一部透過ミラー）６で反射され、ハーフミラー８を透過して、ダイクロイックミラー９で反射した後、レンズ駆動装置であるアクチュエータ１０に取り付けられた対物レンズ１０ａに入射する。

対物レンズ１０ａに入射したレーザビームＬは、ガラス原盤１１ｂ上に、有機あるいは無機レジスト膜１１ａ（以降、「レジスト膜１１ａ」とする。）が形成された光ディスク原盤１１におけるレジスト膜１１ａ上に集光して照射される。このとき、対物レンズ１０ａを介して光ディスク原盤１１上に照射される記録用のレーザビームＬは、レジスト膜１１ａ上で焦点を結び、レジスト膜１１ａが有機レジストの場合はフォトリソグラフィー方式により、また無機レジストの場合は熱記録方式により、レジスト膜１１ａに対して露光が施される。なお、レーザ素子１の波長は、フォトリソグラフィー方式において有機レジスト膜が感光する波長、あるいは熱記録方式により無機レジスト膜に十分な熱エネルギーを与える波長であることが好ましく、例えば２６６ｎｍのＤｅｅｐ ＵＶレーザ、３５１ｎｍのガスレーザ、あるいは４０５ｎｍの半導体レーザが用いられる。

光ディスク原盤１１から反射した反射ビーム（反射光）は、再び対物レンズ１０ａを通過し、ダイクロイックミラー９で反射し、一部の光がハーフミラー８を透過し、また他の光がハーフミラー８で反射して、レーザビームＬの光路から分岐する。ハーフミラー８を透過したビームは、ビームモニタ光学系７に入射して、凸レンズ７ａを透過し、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）ディテクタ７ｂ上に集光される。

なお、ビームモニタ光学系７の凸レンズ７ａとＣＣＤディテクタ７ｂは、予め対物レンズ１０ａによりレーザビームが、対物レンズ１０ａのフォーカス点に集光される位置関係に調整されている。すなわち、ＣＣＤディテクタ７ｂ上に集光される集光ビーム径が最小になるときに、対物レンズ１０ａを透過したレーザビームＬが最適なフォーカス状態となる。

一方、ミラー８で反射した反射ビームは、ミラー１２で反射し、非点収差光学系１３に入射する。非点収差光学系１３内に入射した反射ビームは、凸レンズ（集光レンズ）１３ａおよびシリンドリカルレンズ１３ｂを介し、光軸に対し垂直な左右方向および上下方向に非点収差を持ったビームとなって４分割ディテクタ１３ｃ上に入射する。これら凸レンズ１３ａとシリンドリカルレンズ１３ｂと４分割ディテクタ１３ｃとにより、非点収差光学系１３が構成されている。また、後述する本実施形態の非点収差法によるフォーカスサーボ方式を実現するために、シリンドリカルレンズ１３ｂは、その円柱軸の方向と４分割ディテクタ１３ｃの分割線の方向とが一致するような位置関係に設置されている。なお、ハーフミラー８に代えて、λ／４板と偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いても良い。すなわち、レーザビームＬの光路から反射ビームを分岐させる光路分岐部として機能するものであれば、ハーフミラー以外の構成を採用することができる。

非点収差法によるフォーカスサーボ方式は、凸レンズ１３ａとシリンドリカルレンズ１３ｂの焦点距離が異なることにより、４分割ディテクタ１３ｃ上に生じる反射ビームの非点収差を利用するものである。具体的には、対物レンズ１０ａと光ディスク原盤１１との間の距離の変化に伴い、４分割ディテクタ１３ｃ上の反射ビームのスポットＭの形状が長楕円形に変化し、４分割ディテクタ１３ｃにおける各々の対角ディテクタの和信号（Ａ＋Ｃ）と（Ｂ＋Ｄ）との間に電位差、すなわちフォーカスエラー信号が発生する。このフォーカスエラー信号をアクチュエータ１０にフィードバックして、フォーカスエラー信号をゼロに保つようにアクチュエータ１０を駆動制御する。すなわち、光ディスク原盤１１の表面の反りやレジスト膜１１ａの膜厚変化などにより、対物レンズ１０ａと光ディスク原盤１１との間の距離が変化するような場合であっても、対物レンズ１０ａの位置を制御することで、対物レンズ１０ａと光ディスク原盤１１との間の距離を一定に保つようなサーボ方式、すなわち、非点収差フォーカスサーボ方式が可能となる。

なお、一般的に、非点収差フォーカスサーボ方式は、対物レンズ１０ａで集光された記録用のレーザビームを、直接、フォーカスサーボに用いるため、フォーカス位置の精度が良く、光ディスク原盤１１の面の変形に伴う反射ビームの角度変化の影響を受けにくいという特徴がある。その反面、非点収差フォーカスサーボ方式では、フォーカスのダイナミックレンジが狭い、あるいは記録用のレーザビームがない部位では原理的にフォーカス制御できないという課題を有する。

このため、通常、非点収差光学系１３にさらに、図１および図３において参照符号１７で示す補助フォーカスサーボ光学系を組み合わせて、フォーカス制御が行われる。補助フォーカスサーボ光学系１７から出射したレーザビームは、ミラー１６によりダイクロイックミラー９を透過して対物レンズ１０ａを透過した後、光ディスク原盤１１の表面で反射する。この反射ビームは、再び、対物レンズ１０ａとダイクロイックミラー９を透過してミラー１６で反射し、補助フォーカスサーボ光学系１７に入射することにより、この入射光検知信号に基づきフォーカスサーボが可能となる。

なお、補助フォーカスサーボ方式としては、フラットな光ディスク原盤１１上でのフォーカスが可能である方式、例えばスキュービーム方式が用いられる。また、補助フォーカスサーボ光学系に使用されるレーザの波長は、レジスト膜１１ａの有機フォトレジストあるいは無機レジストに露光または熱的な影響を及ぼさないもの、例えば６３５ｎｍ，３ｍＷ程度の半導体レーザ、あるいは６３３ｎｍ，２ｍＷ程度のガスレーザが用いられる。

図２は、本実施形態における非点収差光学系（アスティグマフォーカス光学系）１３の構成図であり、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃに、レーザビームＬとして記録レーザ波長２６６ｎｍのレーザビームを用いた場合の非点収差光学系１３への入射ビームの形状を示す。

図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃに示すように、光ディスク原盤１１からの反射ビームによる干渉縞は、記録用のレーザビームの波長とガラス原盤１１ｂ上のレジスト膜（感光剤）１１ａの膜厚との相関関係により発生する。すなわち、レーザビームＬの波長に対してレジスト膜１１ａの膜厚がλ／（４Ｎ）（Ｎ：感光剤の屈折率）の奇数倍の場合は、ガラス原盤１１ｂの表面からの反射ビームと、レジスト膜１１ａの表面からの反射ビームが互いに強め合うために干渉縞が発生しないが、偶数倍の場合は干渉縞が発生する。

図５Ａは、レーザ波長２６６ｎｍにおけるガラス原盤１１ｂ上のレジスト膜１１ａの膜厚が３０ｎｍの場合、図５Ｂはレジスト膜１１ａの膜厚が７０ｎｍの場合、図５Ｃはレジスト膜１１ａの膜厚が８０ｎｍである場合を示す。図５Ｃに示すように、偶数倍に近い状態にある場合、すなわちレジスト膜１１ａの膜厚が８０ｎｍの場合は、反射ビームの略中央付近に図示上下方向に延在するようにはっきりした干渉縞が発生している。また、このような干渉縞は、記録用のレーザビームに対して垂直方向あるいは水平方向に発生し、干渉縞の発生方向（長手方向）は、図３における非点収差光学系１３の配置に依存する。例えば、非点収差光学系１３が光軸の進む方向に対して左右方向に配置される場合、すなわち、ミラー８における反射ビームの分岐方向が水平方向である場合（図３に示すような配置構成の場合）は、その干渉縞は光軸に対して垂直方向に発生する。また、非点収差光学系１３が光の進む方向（光軸方向）に対し上下方向に配置される場合、すなわちミラー９における反射ビームの分岐方向が垂直方向である場合は、その干渉縞は光軸に対して水平方向に発生する。なお、基盤として平面度に優れたガラス原盤が用いられるような場合には、このような干渉縞が発生し易い傾向にある。

本実施形態のフォーカス光学系は、このような干渉縞の発生方向と非点収差光学系１３との配置構成との関係を利用して、干渉縞の発生によるフォーカス制御への影響を抑制させるものである。

まず、図２および図３に示すように、４分割ディテクタ１３ｃは、互いに直交する２本の分割線により区分された４つの領域にフォトディテクタがそれぞれ配置された構成を有しており、光軸Ｐに対して垂直に配置されたそれぞれのフォトディテクタの受光面において、照射された反射ビームが検知される。また、互いに隣接するフォトディテクタの間、すなわち２本の分割線上には、光が検知できない帯状の領域である不感帯２１が配置されている。４分割ディテクタ１３ｃに対して反射ビームが照射された場合であっても、この不感帯２１上に照射された光は検知されず、それぞれのフォトディテクタの受光面に照射された光のみが検知されることになる。また、このような光学系或いは光ディスクドライブに用いられる４分割ディテクターの不感帯の幅は１００μｍ程度のものを用いるのが一般的である。

図２および図３に示すように、非点収差光学系１３において、上述した干渉縞の発生方向（あるいは、長手方向。本実施形態の例では垂直方向である。）Ｚと、４分割ディテクタ１３ｃにおける１本の分割線（あるいは分割軸）Ｘとが互いに同じ方向に配置されるように、光軸Ｐに対して４分割ディテクタ１３ｃが位置決めされている。さらに、シリンドリカルレンズ１３ｂの円柱軸Ｙが、４分割ディテクタ１３ｃの分割線Ｘに対して４５度傾斜して配置されるように、光軸Ｐに対してシリンドリカルレンズ１３ｂが位置決めされている。

非点収差光学系１３において、このような配置構成が採用されることにより、図２および図３に示すように、干渉縞Ｍ１が発生するような場合であっても、発生した干渉縞Ｍ１の長手方向と、４分割ディテクタ１３ｃの分割線Ｘとが同じ方向に配置されているため、干渉縞Ｍ１を不感帯２１に重ねることができる。さらに、シリンドリカルレンズ１３ｂの円柱軸Ｙが、分割線Ｘに対して４５度傾斜されているため、反射ビームが楕円光として受光されるような場合に、楕円光の長手方向が、それぞれの分割線Ｘに対して４５度傾斜された状態とすることができる。

ここで、非点収差光学系１３の４分割ディテクタ１３ｃにて受光された反射ビームのスポットＭの形状を示す模式図を図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示す。図４Ａに示すように、対物レンズ１０ａの焦点位置に対して、光ディスク原盤１１の位置が遠い場合には、反射ビームのスポットＭは、シリンドリカルレンズ１３ｂの円柱軸Ｙ沿いをその長手方向とする楕円光形状となる。この場合、スポットＭは、対角方向に配置される２組のフォトディテクタＡおよびＣ、ならびにＢおよびＤにより確実に検知することができる。また、干渉縞Ｍ１の発生方向Ｚが、分割線Ｘの方向と一致するため、干渉縞Ｍ１が不感帯２１上に重ねることができる。図４Ｃに示すように、対物レンズ１０ａの焦点位置に対して、光ディスク原盤１１の位置が近い場合には、反射ビームのスポットＭは、シリンドリカルレンズ１３ｂの円柱軸Ｙと直交する方向をその長手方向とする楕円光形状となる。この場合、スポットＭは、対角方向に配置される２組のフォトディテクタＢおよびＤ、ならびにＡおよびＣにより確実に検知することができる。また、干渉縞Ｍ１の発生方向Ｚが、分割線Ｘの方向と一致するため、干渉縞Ｍ１が不感帯２１上に重ねることができる。なお、図４Ｂは、対物レンズ１０ａの焦点位置と光ディスク原盤１１とが一致している場合であり、反射ビームのスポットＭは、略円形状となる。

このように本実施形態のフォーカス光学系によれば、反射ビームに現れる干渉縞Ｍ１を、４分割ディテクタ１３ｃの不感帯２１に重ねた状態にて、反射ビームを検知することができる。したがって、干渉縞Ｍ１の発生による４分割ディテクタ１３ｃの出力（電位差あるいはフォーカスエラー信号）の変動を抑制することができ、安定した非点収差フォーカスサーボを実現することができる。

また、図１に示すように、非点収差光学系１３において、シリンドリカルレンズ１３ｂおよび４分割ディテクタ１３ｃの少なくともいずれか一方を他方に対して、光軸Ｐを中心に相対的に回転させる回転駆動装置２２が備えられている。この回転駆動装置２２により、シリンドリカルレンズ１３ｂと４分割ディテクタ１３ｃとの光軸Ｐ回りの相対的な位置関係を精密に調整して、干渉縞Ｍ１を４分割ディテクタ１３ｃの不感帯２１に確実に入射させることができる。

このような調整は、干渉縞Ｍ１が発生した状態で、図９に示す減算器１２１の出力、すなわち、フォトディテクタＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの出力である｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝を観察しながら行う。そして、シリンドリカルレンズ１３ｂと４分割ディテクタ１３ｃとの少なくともいずれか一つの位置を光軸Ｐ回りに変位させ、観測電圧の変動が最も小さくなる位置にシリンドリカルレンズ１３ｂ、４分割ディテクタ１３ｃを調整設定することにより行う。これにより、シリンドリカルレンズ１３ｂ、４分割ディテクタ１３ｃの回転方向位置関係の定量化を実現できる。なお、このような回転方向の位置調整は、４分割ディテクタ１３ｃを回転移動することにより行うことが好ましい。

また、図１に示すように、非点収差光学系１３において、凸レンズ１３ａ、シリンドリカルレンズ１３ｂ、および４分割ディテクタ１３ｃの少なくとも１つ、あるいは全てを、光軸Ｐに直交する平面内にて互いに直交する第１および第２の方向と、光軸Ｐと平行な第３の方向とに移動させる移動装置２３が備えられている。このような移動装置２３を用いることで、非点収差光学系１３の凸レンズ１３ａ、シリンドリカルレンズ１３ｂ、および４分割ディテクタ１３ｃの相対的な位置を調整し、干渉縞Ｍ１を４分割ディテクタ１３ｃの不感帯２１に確実に入射させることができる。また、このような調整は、干渉縞Ｍ１が発生した状態で図９における（Ａ＋Ｃ）、（Ｂ＋Ｄ）及び｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝を観察しながら、凸レンズ１３ａ、シリンドリカルレンズ１３ｂ、及び４分割ディテクタ１３ｃを移動させ、凸レンズ１３ａ及び４分割ディテクタ１３ｃの中心を、シリンドリカルレンズ１３ｂの円柱軸上に調整することにより、光軸に対する垂直な２方向の位置関係の定量化を実現できる。

（実施例）
図１および図３に示す本実施形態のフォーカス光学系の構成を光ディスク原盤露光装置２０に適用した実施例について説明する。

レーザ素子１には波長２６６ｎｍのレーザ素子を用い、パワーコントロール用光変調素子２には、電気光学素子（ＥＯＭ）を用いたパワー変調素子および音響光学素子（ＡＯＭ）を用いた信号変調素子を用い、光偏光素子３には電気光学偏光器（ＥＯＤ）を用いた。また、ビーム成形部４には焦点距離の異なる２枚の凸レンズ、すなわち後側レンズが前側レンズの焦点距離よりも５倍の凸レンズを用い、対物レンズ１０ａにはＮＡ＝０．９のレンズを用いた。

また、ビームモニタ光学系７には、凸レンズ７ａとＣＣＤディテクタ７ｂとしてＣＣＤカメラを用い、非点収差光学系１３には、凸レンズ１３ａとシリンドリカルレンズ１３ｂと分割ディテクタ１３ｃを用いて、各光軸に垂直な２方向の移動装置２３を設け、さらにシリンドリカルレンズ１３ｂと４分割ディテクタ１３ｃに回転駆動装置２２を設けた。

なお、レーザ素子１の波長、パワーコントロール用光変調素子２、光偏光素子３、ビーム成形部４などの構成部材は、上述した例に限定されず、使用されるレーザ素子の種類、あるいは要求されるスタンパのフォーマットの種類、あるいは原盤上の感光剤の種類などにより、構成部材の組み合わせが変更される場合や省略される場合がある。例えば、レーザ素子１として波長４０５ｎｍの半導体レーザを用いて、パワーコントロール用光変調器２と光偏光器３を省略する場合もある。

上述した構成の実施例にかかる光ディスク原盤露光装置２０において、レジスト膜（感光剤）１１ａの膜厚が３０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍの光ディスク原盤１１にそれぞれマスタリングを行った結果、すべての条件においてフォーカスエラー信号｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝の変動を１％以下に抑えることができた。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

本発明に係るフォーカス光学系は、光ディスク原盤露光装置に適用され、フォーカシング対象（例えば、光ディスク原盤）からの反射ビーム上に現れる干渉縞が、非点収差光学系が備えるディテクタによるフォーカスエラー信号検出に影響しないことを要求される各種光学装置のフォーカス光学系に対して有効である。

１ レーザ素子
２ パワーコントロール用光変調素子
３ 光変調部
４ ビーム成形部
５、１２、１６ ミラー
６、８ ハーフミラー
７ ビームモニタ光学系
７ａ 凸レンズ
７ｂ ＣＣＤディテクタ
９ ダイクロイックミラー
１０ アクチュエータ
１０ａ 対物レンズ
１１ 光ディスク原盤
１１ａ レジスト層
１１ｂ ガラス原盤
１３ 非点収差光学系
１３ａ 凸レンズ
１３ｂ シリンドリカルレンズ
１３ｃ ４分割ディテクタ
１７ 補助フォーカスサーボ光学系
２０ 光ディスク原盤露光装置
２１ 不感帯
２２ 回転駆動装置
２３ 移動装置
Ｍ 反射ビームのスポット
Ｍ１ 干渉縞

Claims (4)

1. 光源からの出射光に対して変調または偏光を施す光変調部と、
   光変調部により変調または偏光された出射光を、光ディスクに対して集光させる対物レンズと、
   光ディスクよりの反射光を、出射光の光路より分岐する光路分岐部と、
   集光レンズと、シリンドリカルレンズと、互いに直交する分割線上に不感帯が配置された４分割ディテクタとを有し、光路分岐部より分岐された反射光を、集光レンズおよびシリンドリカルレンズを介して非点収差法を用いて４分割ディテクタに受光させる非点収差光学系と、
   ４分割ディテクタでの反射光の検知結果に基づいて、対物レンズを介して光ディスク上に集光された出射光のスポット形状が合焦点形状に近づくように、対物レンズの位置を調整するレンズ駆動装置とを備え、
   非点収差光学系において、４分割ディテクタ上に現れる反射光の干渉縞を不感帯に重ねるように、非点収差光学系の光軸に対して４分割ディテクタが位置決めされるとともに、シリンドリカルレンズの円柱軸が、４分割ディテクタの分割線に対して４５度傾斜して配置されるように、非点収差光学系の光軸に対してシリンドリカルレンズが位置決めされている、光ディスクフォーカス光学系。
2. 非点収差光学系において、シリンドリカルレンズおよび４分割ディテクタを、光軸を中心に回転させる回転駆動装置をさらに備える、請求項１に記載の光ディスクフォーカス光学系。
3. 非点収差光学系において、光軸に直交する平面内にて互いに直交する第１および第２の方向と、光軸と平行な第３の方向とに、シリンドリカルレンズおよび４分割ディテクタを移動させる移動装置をさらに備える、請求項１に記載の光ディスクフォーカス光学系。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の光ディスクフォーカス光学系を備え、
   光ディスクは、記録層が配置された光ディスク原盤であって、
   記録すべき情報に応じて光変調部により変調または偏光が施された出射光を、光ディスク原盤の記録層に対して対物レンズを介して集光させて露光し、光ディスク原盤の記録層に情報が記録される、光ディスク原盤露光装置。