JP2004101491A - 微小ピッチ測定方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光ディスク11(試料)を真空チャンバ20内の試料移動手段21上に載置し、光ディスク11を一定速度で移動させながら電子ビーム照射機構30が電子ビームを光ディスク11に照射し、光ディスク11からの電子を電子検出手段27で検出し、検出された電子信号と測定された光ディスク11の移動量から、トラックピッチを計測する。また、電子ビーム照射機構30には、高速偏向器33が備わっており、偏向エリア内を平均化してトラックピッチを測定する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は微小ピッチ測定方法及びその装置に関し、特に、光ディスク等のトラックピッチを測定する微小ピッチ測定方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、微小ピッチである光ディスクのトラックピッチの測定は、光学顕微鏡等を用いる方法が採用されている。例えば、レーザー光を光ディスクに照射し、その回折光を観測してトラックピッチを測定している(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
以下、図1に従来のトラックピッチ測定装置および測定方法の概略構成を示し、トラックピッチ測定方法を説明する。
【0004】
図1に示すように、従来の光ディスクのトラックピッチ測定装置50は、ヘリウム−ネオンレーザに代表されるガスレーザまたは半導体レーザ等を用いて、レーザ光を発生させるレーザ発生部51からのレーザー光を光ディスク52に照射し、その回折光をスクリーン53で観測して光ディスク52のトラックTのトラックピッチTpを測定する。
【0005】
上記レーザ光のビーム径は、0.3〜1mm程であり、レーザ光を光ディスク52に照射し、その照射領域内での平均化処理により、トラックピッチを測定している。
【0006】
ここで、0次元回折光L0と±1次元回折光L+,L−との間隔をd、光学ディスク52とスクリーン53との間隔をLとすると、トラックピッチTpは、
Tp=(λ/d)×Lと表される。
【0007】
【特許文献1】
特開平8−329533号公報(第12図、第2頁)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光学顕微鏡の場合は、レーザ波長λと対物レンズNAより解像限界が決まってしまう。現在、分解能の高いものとしては、紫外線レーザ(λ=266nm)とNA0.9の対物レンズを持った顕微鏡が市販されているが、この解像限界はおよそ0.15μmである。
【0009】
今後、光ディスクがさらに高密度化し、トラックピッチが狭ピッチ(例えば0.3μm以下)になった場合、前述した顕微鏡でも解像限界(0.15μm)に近く、精度よくトラックピッチを測定することができないという問題がある。また、1観察エリアごとにステッピングモータで順次送りながら測定するため、ディスクの全域を測定するにはかなりの測定時間が必要になるという問題が一例として挙げられる。
【0010】
本発明は、前述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、トラックピッチが狭ピッチの光ディスクにおいても、短時間で高精度な狭ピッチの測定を行うことのできる微小ピッチ測定方法及びその装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、請求項1に記載の微小ピッチ測定方法は、試料を相対的に測定方向へ移動させながら電子ビームを試料表面に照射し、前記試料表面からの電子信号を測定して、前記試料の微小ピッチを測定することを特徴とする。
【0012】
また、請求項4に記載の微小ピッチ測定装置は、試料表面に電子ビームを照射する電子ビーム照射機構と、前記試料を前記電子ビーム照射機構に対して相対的に測定方向へ移動させる試料移動手段と、前記試料表面からの電子を検出する電子検出手段と、前記電子検出手段によって検出された電子信号と前記試料の位置から微小ピッチを求める演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る微小ピッチ測定方法及びその装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図2は、本発明の実施の形態に係る微小ピッチ測定装置の構成を示すブロック図である。
【0014】
図2に示すように、微小ピッチ測定装置10は、真空チャンバ20と、真空チャンバ20内でトラックピッチを測定する試料である光ディスク11に、電子ビームを照射する電子ビーム照射機構である電子ビーム照射ヘッド30と、電子ビーム照射ヘッド30及び真空チャンバ20内の種々の機器の制御及び演算手段であるCPU40を備えている。
【0015】
電子ビーム照射ヘッド30は、電子ビームを照射する電子銃31、電子ビームを収束させる収束レンズ32、高速偏向器であるビーム偏向電極33、電子ビームの焦点を調整するフォーカス調整機構としてのフォーカス調整レンズ34等を備え、電子ビーム照射ヘッド30の先端部(下端部)は真空チャンバ20の内部に配置されている。
【0016】
ビーム偏向電極33は偏向駆動部41を介してCPU40により制御され、測定方向に直交する方向へ電子ビームを高速偏向させている。
【0017】
フォーカス調整レンズ34は、フォーカス駆動部42を介してCPU40により制御され、電子ビームが光ディスク11の表面に所定の径以下で収束するようにしている。
【0018】
真空チャンバ20内には、光ディスク11を、電子ビーム照射ヘッド30に対して、相対的に測定方向(図2の左右方向)へ移動させる試料移動手段21を有している。
【0019】
試料移動手段21には、測定方向であるX軸方向へ移動するXステージ22と、X軸方向に直交するY軸方向、Z軸方向及び回転方向等その他の方向へ移動するためのYZθステージ23を備えている。光ディスク11はYZθステージ23の上に載置される。
【0020】
Xステージ22は、ボールネジ24等を介してDCモータ25により移動される。DCモータ25は、位置制御部43を介してCPU40により制御される。
【0021】
なお、Xステージ22の測定方向位置は、レーザ測長器44により測定され、CPU40に位置信号が送られる。
【0022】
真空チャンバ20内には、光ディスク11の表面高さを検出するハイトセンサ26が設けられており、測定値がCPU40に送られている。
従って、CPU40は、ハイトセンサ26により測定された光ディスク11の表面の高さに基づいて、フォーカス駆動部42を駆動し、電子ビームが光ディスク11の表面に、ビーム径が例えば50nm以下で集光するように制御する。
【0023】
また、真空チャンバ20内には、電子ビーム照射ヘッド30から照射され、光ディスク11の表面からの2次電子を検出する電子検出手段である電子検出器27が設けられている。
【0024】
電子検出器27により検出された電子信号は、ローパスフィルター46を介して後述するサンプリングパルス発生器47に送られ、CPU40により処理される。
【0025】
次に、図2及び図3を参照して、本実施の形態に係る微小ピッチ測定方法について説明する。
【0026】
本実施の形態に係る微小ピッチ測定方法は、図2に示した微小ピッチ測定装置10において、光ディスク11(試料)を、DCモータ25によりXステージ22を測定方向へ一定速度で移動させながら、電子ビーム照射ヘッド30から電子ビームを光ディスク11の表面に照射し、光ディスク11の表面からの2次電子を電子検出器27で検出して、この検出信号からCPU40の演算処理により、トラックピッチを求めるものである。
【0027】
なお、Xステージ22は、レーザ測長器44、DCモータ25、位置制御部43による閉ループ制御により高精度で移動する。
【0028】
図3は、電子検出器27により検出された電子信号からトラックピッチを求める方法を説明するための図である。
図3(A)には、試料である光ディスク11の断面が示されており、ディスク表面に記録トラックを形成するために、螺旋状または同心円状に設けられた凹状溝であるグルーブと、凸状部であるランドが交互に設けられている。ここで測定するトラックピッチは、隣接するグルーブ間の間隔とする。
【0029】
光ディスク11を、DCモータ25によりXステージ22をX方向(測定方向)へ一定速度で移動させながら、電子ビーム照射ヘッド30から電子ビームを光ディスク11の表面に照射する。この電子ビーム照射の際には、図3(B)に示すように、所定の偏光エリア内で電子ビームをY方向(測定方向に直交する方向)に偏向させる。すなわち、CPU40の制御により、偏向駆動部41を駆動し、ビーム偏向電極33に、例えば正弦波状の電圧を印加して、所定の偏光エリア内で電子ビームを高速偏向させる。
【0030】
そして、上記図3(B)のようにして電子ビーム照射ヘッド30から電子ビームを光ディスク11の表面に照射し、光ディスク11からの電子を電子検出器27で検出する。次に、電子検出器27から出力される電子信号を図3(C)に示す。この電子信号は、Y方向(測定方向に直交する方向)に高速偏向された偏向エリア内の反射ビーム強度を平均化した値に相当する。
【0031】
図3(C)に示した上記電子信号は、ローパスフィルター46により、ある一定のスライスレベルでスライスされ、サンプリングパルス発生器47により、電子信号の立下り(fall)のサンプリングパルスが図3(D)のように得られる。また同様に、電子信号の立上り(rise)のサンプリングパルスが図3(E)のように得られる。
【0032】
図3(D)のサンプリングパルスは、図3(B)に示すグルーブの右側エッジ部分によって発生したパルス信号であり、図3(E)のサンプリングパルスはグルーブの左側エッジ部分によって発生したパルス信号である。
【0033】
それぞれのサンプリングパルスは、CPU40に送信され、一方、立下り(fall)のサンプリングパルスに相当するXステージ22の測定方向位置は、レーザ測長器44により測定され、CPU40に位置信号が送られる。
これにより、立下り(fall)のサンプリングパルス間隔に相当するXステージ22の移動量の平均値P1が求められる。
同様にして、立上り(rise)のサンプリングパルスのパルス間隔に相当するXステージ22の移動量の平均値P2も求められる。
【0034】
さらに、CPU40はP1とP2との平均値P(P=(P1+P2)/2)を算出する。このように、光ディスク11上の隣接するグルーブ間の間隔の平均値Pとしてトラックピッチが求められる。
【0035】
なお、本実施の形態の微小ピッチ測定方法では、前述のようにトラックピッチとして隣接するグルーブ間の間隔を測定したが、光ディスク11上の記録トラックに記録されたピット列の間隔を測定してもよい。また、微小ピッチ測定として、ピットそのものの幅や長さなどを測定してもよい。
【0036】
以上の微小ピッチ測定方法及びその装置によれば、電子ビームを用いてトラックピッチの測定を行うので、従来の光学顕微鏡を用いた場合よりも高解像度を得ることができ、狭ピッチのトラックピッチ(例えば0.3μm以下)を高精度で測定することができ、さらに微小なピッチの測定も可能になる。
【0037】
また、光ディスク11として例えばコンパクトディスク(CD)の場合、CDの記録エリア34mmを、Xステージ22の送り速度5μm/sで測定すると、2時間弱で測定できる。このように、トラックピッチを短時間で測定することができる。
【0038】
また、高速偏向器であるビーム偏向電極33により、電子ビームを測定方向に直交する方向へ高速偏向し、偏向エリア内を平均化してトラックピッチを求めることができるので、偏向しない場合と比べて高精度な測定を行うことができる。また、トラックピッチのみならず、これまで測定できなかったピット形状(幅、長さ等)なども測定することも可能である。
【0039】
また、電子ビーム照射機構により試料表面に電子ビームを照射する際に、フォーカス調整機構により常に試料表面に電子ビームが焦点を結ぶようにすることができるので、より電子ビームの分解能を高めて測定を行うことができる。
【0040】
なお、本発明の微小ピッチ測定方法及びその装置は、前述した実施の形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、電子検出器27で検出する電子は、2次電子に限定されるものでなく、反射電子等であってもよい。このように、反射電子等を検出する場合でも同様の微小ピッチ測定装置の構成で、同様の測定方法を用いて測定可能であり、同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のトラックピッチ測定装置および測定方法の概略構成図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る微小ピッチ測定装置の構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る微小ピッチ測定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
10 微小ピッチ測定装置
11 光ディスク(試料)
21 試料移動手段
27 電子検出器(電子検出手段)
30 電子ビーム照射ヘッド(電子ビーム照射機構)
33 ビーム偏向電極(高速偏向器)
34 フォーカス調整レンズ(フォーカス調整機構)
40 CPU(演算手段)
Claims (7)
- 試料を相対的に測定方向へ移動させながら電子ビームを試料表面に照射し、前記試料表面からの電子信号を測定して、前記試料の微小ピッチを測定することを特徴とする微小ピッチ測定方法。
- 測定された前記電子信号からサンプリングパルスを生成し、当該サンプリングパルスの立上り位置または立下り位置の間隔から前記試料の微小ピッチを測定することを特徴とする請求項1に記載した微小ピッチ測定方法。
- 前記微小ピッチはトラックピッチであることを特徴とする請求項1または2に記載した微小ピッチ測定方法。
- 試料表面に電子ビームを照射する電子ビーム照射機構と、
前記試料を前記電子ビーム照射機構に対して相対的に測定方向へ移動させる試料移動手段と、
前記試料表面からの電子を検出する電子検出手段と、
前記電子検出手段によって検出された電子信号と前記試料の位置から微小ピッチを求める演算手段と、を備えたことを特徴とする微小ピッチ測定装置。 - 前記微小ピッチはトラックピッチであることを特徴とする請求項4に記載した微小ピッチ測定装置。
- 前記電子ビーム照射機構が、前記試料表面までの距離を測定し測定結果に基づいて、前記電子ビームのフォーカスを調整するフォーカス調整機構を備えていることを特徴とする請求項4または5に記載した微小ピッチ測定装置。
- 前記電子ビーム照射機構が、前記電子ビームを偏向させるための高速偏向器を備えていることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載した微小ピッチ測定装置。
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