CN1539074A - 位移检测方法、位移检测装置及其校正方法、及信息记录媒体母盘的记录装置 - Google Patents
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Abstract
将两束光束从相互对置侧的斜上方入射到测定对象(105)表面的同一位置，反射光束入射规定的各检测面的位置由位置检测器(102、104)检测出，并作为位置检测信号分别输出。通过求出各位置检测信号的差或和，检测出测定对象表面的位移，以便抵消包含在各位置检测信号中且表示相对基准位置的变化的成分中的、相互反向的成分。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用光束检测测定对象表面位移的位移检测方法。特别是涉及，在使用记录束为电子束制作光盘等信息记录媒体用的母盘(Master Disc)的场合下，适用于检测基板盘片表面位移的方法。并且还涉及适用于该位移检测方法的位移检测装置、及其校正方法，和应用该位移检测装置的信息记录媒体母盘的记录装置。
背景技术
以往，光盘的母盘的记录是使用蓝色或紫外激光作为记录束、在涂有感光材料的基板盘片上进行聚光和曝光而进行的。此时，记录束用数值孔径例如为0.9的大的对物透镜来聚光。因此焦点深度浅，要跟踪基板盘片表面的位移来移动对物透镜，进行控制使焦点总是落在基板盘片表面上。
因此，检测基板盘片表面位移的装置是不可缺的。例如使记录束以外的、感光材料无法感光的波长较长的光通过同一对物透镜进行照射，依据其反射光，用称为非点收差法或不对称法的焦点检测方法检测测基板盘片表面的位移。通过使用该检测信号进行反馈控制来改变对物透镜的位置，进行跟踪基板盘片表面位移的自动焦点控制。
此外，近年来随着光盘的高密度化，正在研究使用电子束作为记录束。但是，在电子束的透镜中通过现有的其它光束来照射基板盘片表面而言，其构造上难以实现，必须采用其它的位移检测装置。
因此，开发了如图6所示的光杠杆法，光束倾斜照射到基板盘片表面403上，依据该反射光在位置检测器表面402上入射位置的变化，检测出基板盘片表面403的位移。利用该方法，从光源401来的光在基板盘片表面403上被反射，反射光射入到位置检测器表面402上。此时，根据基板盘片表面403的位置的A、B、C的变化，反射光的光路变化为A′、B′、C′。将该反射光光路的变化，作为位置检测器表面402上的入射位置变化检测出来，就可以检测出基板盘片表面403的位移。
但是，图6所示的现有方法中，作为信号检测出的位置检测器表面402上反射光位置的变化，不仅有基板盘片表面403的位移，还含有基板盘片表面403的倾斜。倾斜产生的成分，与从基板盘片表面403上的反射点到位置检测器表面402的距离成比例增大。因此，同与从反射点到位置检测器表面402的距离无关而固定的位移引起的成分相比，倾斜引起的成分在远距离时变化的比例变得较大。其结果是，采用现有的方法，容易受到倾斜的影响，其影响程度等同或大于基板盘片表面位移的影响，难以正确地检测出位移。
此外，上述情况下，基板盘片上电子束的聚光状态难以在记录过程中实时测出，无法用反馈实现自动焦点控制。因此，必须根据测出的基板盘片表面的位移和记录束的焦点调整的对应关系进行控制，这就要求确立该特有的技术。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是，提供可以去除倾斜影响而检测出基板盘片表面位移的位移检测方法、及位移检测装置。另外，还提供使用该位移检测装置、能够将记录束在基板盘片表面上适当聚光的信息记录媒体母盘的记录装置。
本发明的位移检测方法，使光束在所述测定对象表面上反射，根据所述测定对象表面的位移引起的反射光束的光路的变化，检测出所述测定对象表面的位移。而且，将至少两束光束从相互对置侧的斜上方入射到所述测定对象表面上的同一位置，其反射光束入射规定的各检测面的位置由位置检测器检测出，并作为位置检测信号分别输出，通过求出所述各位置检测信号的差或和，检测出所述测定对象表面的位移，以便抵消包含在所述各位置检测信号中且表示相对基准位置的变化的成分中的、相互反向的成分。
本发明的位移检测装置，包括：多个光源，向所述测定对象表面入射所述光束；位置检测器，分别检测由所述测定对象表面反射的所述光束在规定的检测面上入射位置，并作为位置检测信号输出；以及信号处理单元，输入所述位置检测信号。并且，配置所述各光源，使所述光束从相互对置侧的斜上方入射到所述测定对象表面上的同一位置。所述信号处理单元，通过求出所述各位置检测信号的差或和，检测出所述测定对象表面的位移，以便抵消包含在所述各位置检测信号中且表示相对基准位置的变化的成分中的、相互反向的成分。
若使用上述结构，倾斜引起的成分相互抵消，可以检测出基板盘片表面的位移。以往用光杠杆方法，在测出的信号中无法分离基板盘片表面的位移和倾斜分别引起的成分，但在将2束光束从相互对置侧入射的情况下，就可以进行分离。即各位置检测器的位置检测信号中，基板盘片表面位移引起的成分与倾斜引起的成分对检测信号的影响方向不同，所以通过求出检测信号的和或差，就可以抵消倾斜引起的成分。
上述结构的位移检测装置，可以用下面的方法校正。在所述测定对象表面设有规定的台阶，通过由所述光束扫描所述台阶来进行所述位移检测装置的位移检测，根据此时检测出的位移信号和所述台阶的对应关系，进行所述位移检测装置的校正。
本发明的信息记录媒体母盘的记录装置，包括：旋转机构，保持具有记录材料层的基板盘片并使其旋转；位移检测装置，检测所述基板盘片表面的位移；以及照射装置，根据应记录信息将记录束照射到所述基板盘片上，并且，根据所述位移检测装置检测出的位移量进行控制，使所述记录束聚光在所述基板盘片表面上。而且，设有上述构成的位移检测装置，根据检测出的所述位移量改变所述记录束的焦点位置。
通过设置上述结构的位移检测装置，可恰当地检测出基板盘片表面的位移，根据该位移量改变记录束的焦点位置，由此，可以使记录束经常聚光在基板盘片的表面。
本发明特别适用于像使用电子束作为记录束的场合，即无法用同一个透镜照射记录束和检测基板盘片表面的位移的检测光束的场合。
附图说明
图1A是表示本发明实施例1中的位移检测方法的实施装置的平面图。
图1B是图1A的正视图。
图2A及图2B是说明反射光光轴的变化的模式图。
图3A是表示沿基板盘片表面的周向的位移和倾斜变化的举例示意图。
图3B是实施例1中的检测信号示意图。
图4A是本发明实施例2中的位移检测方法的实施装置的平面图。
图4B图4A的正视图。
图5是本发明实施例3中的信息记录媒体母盘记录装置的概示图。
图6是说明现有位移检测方法的概示图。
具体实施方式
以下，参考附图来说明本发明的实施例。
(实施例1)
图1A和图1B分别是表示实施本发明实施例1中的位移检测方法的位移检测装置概略结构的平面图和正视图。
该装置，包括由第1光源101及第1光电二极管102组成的第1照射检测系统和由第2光源103及第2光电二极管104组成的第2照射检测系统。第1和第2光源101、103的结构分别为，使用半导体激光器射出直线偏光。第1及第2光电二极管102、104的各自受光面分割成两部分。图1B中表示出受光面102a分割成受光部A和B、受光面104a分割成受光部C和D的情况。105表示基板盘片的一部分。第1和第2照射检测系统的光路中，设有第1偏光束分离器106和第2偏光束分离器107，有选择地透过或反射光束。即调整偏光面使第1光源101(的光)在第1偏光束分离器106和第2偏光束分离器107处透射，调整偏光面使第2光源103(的光)在第1偏光束分离器106和第2偏光束分离器107处反射。由以上结构，各光源101、103发出的光束被调整成入射到基板盘片105上大致相同的位置，并且按相反方向通过大致相同的光路。被反射的光束分别入射到第1光电二极管102和第2光电二极管104。
调整第1和第2光电二极管102、104的配置，使受光面102a、104a的分割线、即受光部A和B的边界线及受光部C和D的边界线，与各光束的入射面相垂直。而且，调整各光束的光斑，使其处在受光面102a、104a的分割线上。最好是调整成：在基板盘片105a表面处于基准状态即垂直方向上的基准位置、且无倾斜存在时，各反射光束的光斑均等地跨越在各自的受光面102a、104a的分割线上。因此，分别取得来自各光电二极管102、104的2分割的受光部A和B、及受光部C和D的信号的差分，就可以检测出受光面102a、104a上反射光束的位置变化。由此，构成将受光面102a、104a作为检测面位置的位置检测器。
如上述，受光面102a、104a的分割线，虽然希望调整为与各光束的入射面垂直，但也可以有少许倾斜。但倾斜的容许范围必须限制在如下的范围内，即对应光束的移动、例如受光部A和B之间的受光量的差值发生足够的变化的范围。此外图1A和1B中，受光面102a、104a虽然表示成和光束垂直，但即使倾斜配置，也可以得到适当的信号。
参考图2A、2B说明在上述配置中来自第1和第2光源101、103的光束的光路、因基板盘片105表面的位移及倾斜而在第1和第2光电二极管102、104的受光面上发生变化的状态。
图2A中表示基板盘片表面105a分别位于用实线表示的基准位置和用虚线表示的发生位移的位置时的状态。面108、109分别对应图1B中的受光面102a、104a。从第1和第2光源101、103来的光束被基板盘片表面105a反射后的光路变化，用镜面108、109上的位置来表示。
关于从第1光源101来的光束入射到基板盘片表面105a上并被反射至镜面108上的光路、和在同一入射面内从第2光源103来的光束入射到基板盘片表面105a上并被反射至镜面109上的光路，用实线表示基板盘片表面105a位于基准位置时的情况。并且，用虚线表示基板盘片表面105a位于有位移的位置时的光路。如图所示，基板盘片表面105a的位移引起的镜面108、109上的反射光束的位移，与基板盘片表面105a的位移同方向。
图2B中，表示基板盘片表面105a的状态，用实线表示水平状态，且用虚线表示有倾斜的状态。从倾斜的基板盘片表面105a上反射的光束的光路，用虚线表示。如图所示，入射到镜面108、109上的光束的光路都是因倾斜朝与倾斜方向相同的方向旋转。因此，与位移的情况不同，镜面108、109上的入射位置向相反方向变化。
因此，利用由受光面102a、104a上的反射光束的位置变化得到的检测信号求出检测信号的差或和，以便抵消倾斜引起的成分，由此，可以仅提取出基板盘片表面105a的位移引起的成分。而且，所得到的位移引起的成分，被放大成是使用单一的照射检测系统时的2倍。
从图1中的受光部A、B、C、D检测出的信号分别设为a、b、c、d时，参考图3A、3B说明旋转基板盘片105时的信号(a-b)、信号(c-d)的变化。
图3A表示周向上的基板盘片105表面的位移及倾斜的变化。即，表示在旋转基板盘片105时、在固定的测试点观测的基板盘片105表面的位移和倾斜的大小。位移用相对于基准位置的高度来表示，倾斜用相对于切线方向中的水平方向的角度来表示，其单位是任意的。图3B表示对应图3A表示的基板盘片105表面、利用图1A、1B所示装置检测出的各信号。
基板盘片105表面倾斜时，如图3B所示，其对信号(a-b)和信号(c-d)的影响是极性相反的。另一方面，基板盘片105表面发生位移时，其对信号(a-b)和信号(c-d)的影响是极性相同的。因此，通过计算信号(a-b)+(c-d)，倾斜引起的成分相互抵消，图3A中表示的位移引起的成分可以成2倍地测出。
另外，本实施例中，对应计算各受光面的信号时的处理方法，各信号成为如图3B所示的极性。从而，为抵消倾斜引起的成分使用了和信号(a-b)+(c-d)，有时对应于信号处理的极性也使用差信号。
另外，关于本实施例中的位置检测装置，代替上述受光面被2分割的光电二极管，例如使用PSD(光位置检测器：positionsensitive detector)等可以检测光的位置的其它元件，也可以取得同样的效果。
(实施例2)
图4A和4B分别是表示实施本发明实施例2中的位移检测方法的位移检测装置概略结构的平面图和正视图。
该装置，包括由使用半导体激光器的第1光源201及受光面被2分割的第1光电二极管202组成的第1照射检测系统，和由使用半导体激光器的第2光源203及受光面被2分割的第2光电二极管204组成的第2照射检测系统。第1和第2光源201、203被配置成大致相对，从各光源来的光束入射到基板盘片205的大致相同的位置，反射的光束分别入射到第1和第2光电二极管202、204。为实现该系统，配置第1和第2照射检测系统时，使各光轴间保持相互夹角。
调整第1和第2光电二极管202、204的配置，使受光面的分割线与各光束的入射面相垂直。而且，基板盘片205表面处在基准状态时，调整各反射光束使其均等地跨越在各受光面的分割线上。
与实施例1相同，通过取得从各光电二极管202、204的2分割的各受光部来的信号的差分，检测出受光面上反射光束的位置变化，就可以构成位置检测装置。
在如此的配置中，与实施例1相同，通过计算从各受光面得到的信号，就可以测出基板盘片205的表面位移。
另外，本实施例中，第1和第2照射检测系统的光轴形成的夹角越小，抵消各光电二极管中检测出的倾斜影响的效果越大。因此，希望该角度尽可能小，设定为不到90度、最好是45度以下。
(实施例3)
本发明实施例3中信息记录媒体母盘的记录装置的概略结构由图5表示。
301是被用作记录用束源的电子枪。电子枪301的下部设有静电透镜302，使电子束聚光及偏转。静电透镜302的下部设有旋转台303，保持并旋转涂有感光材料的基板盘片(未图示)。旋转台303的下部设有移动旋转台303的驱动臂304。在旋转台303和静电透镜302之间，设有上述实施例中记述的位移检测装置305，检测旋转台303上搭载的基板盘片表面的位移。旋转台303、驱动臂304及位移检测装置305，被收容在真空槽306内。
该装置中，对于被作为记录束的电子束照射的基板盘片上的点即记录点，位移检测装置305被设定成在与该记录点大致相同的位置射入位移检测用的光束。因此，位移检测装置305对伴随旋转台303的旋转在记录点上发生的基板盘片表面的位移进行检测。
根据位移检测装置305检测出的位移量，通过调整静电透镜302使记录束的焦点位置发生变化，由此，将记录束的焦点控制成总是位于基板盘片表面的记录点上。
此外，上述装置中，并不是对基板盘片上的记录束的聚光状态进行实际检测来进行反馈控制，而是进行根据基板盘片表面的位置变化来调节记录束的焦点位置的间接控制。因此，位移检测装置305输出的信号和基板盘片表面的实际的位移量的对应关系，及静电透镜302的调整的设定条件与记录束的焦点位置的变化的对应关系，必须预先校正。在下面说明实现该校正的结构。
在保持于旋转台303上的基板盘片表面的外周部，预先形成规定深度的沟槽。扫描该沟槽时位移检测装置305的检测信号的变化量，对应于该状态下的规定的沟槽深度、即台阶的高度。因此，根据台阶的高度和检测信号的变化量的对应关系，判断位移检测装置305的检测信号和基板盘片表面的位移量之间的对应关系。根据该对应关系，校正对位移检测装置305测出的检测信号大小有影响的、施加在静电透镜302上的信号的大小。由此，根据伴随旋转台303的旋转而发生的基板盘片表面的位移，能够将作为记录束的电子束的焦点经常保持在基板盘片表面上。
为确认记录束的焦点处于基板盘片表面上，在基板盘片表面上形成有格子状的图案(聚焦格栅)。利用记录束扫描含有聚焦格栅的区域，观测此时的反射电子图像或2次电子图像，就可以确认聚光状态。该方法是SEM(扫描电子显微镜)等领域中常用的技术。并且，在基板盘片表面配置聚苯乙烯胶乳球等标准试料，也可得到确认该图像的同样效果。
此外，作为其它方法，也可以利用在基板盘片以外的、与基板盘片表面同样高度或规定高度的位置上配置网格的结构。利用由记录束扫描该网格时的反射电子图像或2次电子图像，进行记录束的焦点调整。此外，根据记录束扫描时被网格遮断的电流量和扫描距离，测定记录束的直径，并调整静电透镜302使束径减少，由此，可以进行记录束的焦点调整。
位移检测装置305使光束入射到基板盘片表面上的位置和记录束生成的记录点一致，例如可采用以下方法。当在上述沟槽产生的台阶或聚焦格栅等图案的位置上、对准由位移检测装置305控制的光束照射位置时，因光的散射等原因，反射光的强度变弱。因此，通过预先检测出反射光的强度变化，可以基于反射光的强度，使由位移检测装置305控制的光束照射位置与台阶部分或聚焦格栅的位置相一致。同样地，根据记录束扫描时的反射电子图像或2次电子图像，可以使记录束的照射位置与台阶部或聚焦格栅的位置相一致。结果，可使光束的照射位置与记录束的照射位置相一致。此时，利用2次电子图像时，有望更容易地获得清晰的图像。
此时，使来自位移检测装置305的光束通过的方向，希望设定为与旋转台303的半径方向相垂直的方向、即切线方向。基板盘片表面有弯曲时，表面的倾斜随记录半径发生变化，但是，当在切线方向通过光束时，因该倾斜产生的反射光束的方向变化，成为与向受光面的入射位置的分割线相平行的移动。其结果，可以消除对各受光面上检测到的检测信号的影响。
来自位移检测装置305的光束的照射位置，也不必一定与上述记录点一致。例如在旋转台303上，可以将光束的照射位置设定在与记录点同半径但周向位置不同的点上。此时，需要算出光束的照射位置与记录点之间的时间上的延迟，把位移检测装置305测出的位移量同时间上的延迟对应起来，适用于静电透镜302的调整中。
此外，为了在基板盘片表面上维持记录束的焦点位置，也可以采用调整静电透镜302来改变记录束的焦点位置之外的方法。例如，可以设置动态地改变被保持在旋转台303上的基板盘片表面的高度的机构，按照位移检测装置305测出的位移量调整基板盘片表面的高度。
此外，也可以在与上述2分割的分割线垂直的方向上对受光面进行再分割而成为4分割，以此检测反射光束的位置，可同时检测出与记录半径对应的表面的倾斜量。
发明效果
使用本发明的位移检测方法，依据来自测定对象表面的反射光束的光路变化来检测测定对象表面的位移时，可以不受测定对象表面的倾斜的影响而检测出表面的位移。因此，例如在制作光盘的母盘时，即使在难以实现记录束用的镜头中同时通过位移检测用的光束的场合下，也可以恰当地测出基板盘片表面的位移。
将本发明的位移检测装置安装到信息记录媒体母盘的记录装置上，通过根据位移检测装置的输出进行记录束的焦点位置的控制，可保证记录束的焦点经常保持在基板盘片的表面上。
Claims (12)
1.一种位移检测方法，使光束在所述测定对象表面上反射，根据所述测定对象表面的位移引起的反射光束的光路的变化，检测出所述测定对象表面的位移，
其特征在于，
将至少两束光束从相互对置侧的斜上方入射到所述测定对象表面上的同一位置，
其反射光束入射规定的各检测面的位置由位置检测器检测出，并作为位置检测信号分别输出，
通过求出所述各位置检测信号的差或和，检测出所述测定对象表面的位移，以便抵消包含在所述各位置检测信号中且表示相对基准位置的变化的成分中的、相互反向的成分。
2.如权利要求1所述的位移检测方法，
其特征在于，
作为所述位置检测器，使用具有至少被2分割的受光面的光强度检测元件，
所述反射光束入射到所述受光面的分割线上，根据所述2分割的受光面产生的各检测信号的差分，检测出所述反射光束的位置。
3.一种位移检测装置，使光束在所述测定对象表面上反射，根据所述测定对象表面的位移引起的反射光束的光路的变化，检测出所述测定对象表面的位移，
其特征在于，
包括：
多个光源，向所述测定对象表面入射所述光束；
位置检测器，分别检测由所述测定对象表面反射的所述光束在规定的检测面上入射位置，并作为位置检测信号输出；以及
信号处理单元，输入所述位置检测信号，并且，
配置所述各光源，使所述光束从相互对置侧的斜上方入射到所述测定对象表面上的同一位置，
所述信号处理单元，通过求出所述各位置检测信号的差或和，检测出所述测定对象表面的位移，以便抵消包含在所述各位置检测信号中且表示相对基准位置的变化的成分中的、相互反向的成分。
4.如权利要求3所述的位移检测装置，
其特征在于，
作为所述位置检测器，使用具有至少被2分割的受光面的光强度检测元件，
所述反射光束入射到所述受光面的分割线上，根据所述2分割的受光面产生的各检测信号的差分，检测出所述反射光束的位置。
5.一种位移检测装置的校正方法，
其特征在于，
所述位移检测装置中，包括：
多个光源，向所述测定对象表面入射所述光束；
位置检测器，分别检测由所述测定对象表面反射的所述光束在规定的检测面上入射位置，并作为位置检测信号输出；
以及信号处理单元，输入所述位置检测信号；并且，
配置所述各光源，使所述光束从相互对置侧的斜上方入射到所述测定对象表面上的同一位置；
所述信号处理单元，通过求出所述各位置检测信号的差或和，检测出所述测定对象表面的位移，以便抵消包含在所述各位置检测信号中且表示相对基准位置的变化的成分中的、相互反向的成分；
在所述测定对象表面设有规定的台阶，通过由所述光束扫描所述台阶来进行所述位移检测装置的位移检测，根据此时检测出的位移信号和所述台阶的对应关系，进行所述位移检测装置的校正。
6.一种信息记录媒体母盘的记录装置，包括：旋转机构，保持具有记录材料层的基板盘片并使其旋转；位移检测装置，检测所述基板盘片表面的位移；以及照射装置，根据应记录信息将记录束照射到所述基板盘片上，并且，根据所述位移检测装置检测出的位移量进行控制，使所述记录束聚光在所述基板盘片表面上，
其特征在于，
设有如权利要求3或4记载的所述位移检测装置，根据检测出的所述位移量改变所述记录束的焦点位置。
7.如权利要求6所述的信息记录媒体母盘的记录装置，
其特征在于，
所述记录束是电子束。
8.如权利要求6所述的信息记录媒体母盘的记录装置，
其特征在于，
在装载设有规定台阶的所述基板盘片的状态下，根据由所述位移检测装置扫描所述段差时从所述位移检测装置输出的检测信号，检测出所述检测信号和所述基板盘片表面的位移的对应关系，并根据所述对应关系修正所述照射装置产生的所述记录束的焦点位置的变化量。
9.如权利要求7所述的信息记录媒体母盘的记录装置，
其特征在于，
设有检测所述记录束照射所述基板盘片时的2次电子的2次电子检测器，在装载有表面上形成用于调整所述记录束的焦点的图案的所述基板盘片的状态下，利用所述2次电子检测器检测出用所述记录束扫描包含所述图案的区域时的2次电子图像，由此可进行所述记录束的焦点调整。
10.如权利要求9所述的信息记录媒体母盘的记录装置，
其特征在于，
利用所述基板盘片上形成的图案进行所述记录束的焦点调整的同时，通过使依靠位移检测装置的光束照射位置和所述图案的位置一致，可以调整成所述光束照射位置与所述记录束的照射位置一致。
11.如权利要求7所述的信息记录媒体母盘的记录装置，
其特征在于，
在所述基板盘片的装载位置附近设有形成了图案的图案形成部，所述图案用于调整所述记录束的焦点，在利用所述图案形成部的图案进行所述记录束的焦点调整的同时，通过使依靠位移检测装置的光束照射位置和所述图案的位置一致，可以调整成所述光束照射位置与所述记录束的照射位置一致。
12.一种用于制作信息记录媒体母盘的基板盘片，在基板上形成通过记录束的照射进行记录的感光材料层，
其特征在于，
在形成有所述感光材料层的表面上，形成用于调整所述记录束的焦点的图案。
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