JP2005196889A

JP2005196889A - 記録媒体、光ディスク基板およびスタンパの検査方法

Info

Publication number: JP2005196889A
Application number: JP2004002953A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Umezawa; 朋一梅澤; Shigeki Fujimaru; 滋樹藤丸
Original assignee: Teijin Chemicals Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】光ディスク基板やスタンパにおけるデータマークの周囲形状の粗さを定量的に測定する方法を提供する。
【解決手段】観察装置によって得られた、記録媒体上に形成されたデータマークの観察像からデータマークの形状を検査する方法であって、データマークの周囲長（ＰＳ）と面積（ＰＡ）を計測し、その（ＰＳ／ＰＡ）の比を求めることを特徴とする記録媒体の検査方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡などの顕微鏡を用いた記録媒体、光ディスク基板およびスタンパのデータマークの検査方法に関する。さらに詳しくは、走査型プローブ顕微鏡などの顕微鏡を用いた記録媒体、光ディスク基板およびスタンパのデータマークの周囲形状の粗さを測定する検査方法に関する。

コンピュータやネットワークなどの情報通信技術の進展に伴い、扱う情報量が極めて大きくなってきている。このため、情報を記録するための記録媒体においては大容量化が望まれている。

記録媒体の一例として、光ディスクが挙げられる。現在直径１２０ｍｍで容量６５０ＭＢのコンパクトディスク（ＣＤ）や直径１２０ｍｍで容量４．７ＧＢデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）が市販され、音楽用途や映像ビデオ用途に一般的に使用されている。

一方でハイビジョン映像を記録するため、より大容量の光ディスクが望まれており、青色レーザーを用いるブルーレイディスク（ＢＤ、直径１２０ｍｍで容量約２５ＧＢ）やＨＤ−ＤＶＤ（直径１２０ｍｍで容量約２０ＧＢ）の次世代大容量光ディスクが注目されている。

このような記録媒体の大容量化にともない、記録媒体上のデータマークの大きさは、次第に小さくなってきている。例えば、ＤＶＤでは最短ピット長が４００ｎｍであるのに対し、ＢＤでは１５０ｎｍ程度の最短ピット長が想定されている。
このような大容量記録媒体では、微細なデータマークから良好な再生信号を得ることが非常に重要である。すなわち高い信号レベルと低いノイズレベルを達成することが重要である。データマークから得られる信号およびノイズ特性は、データマークの形状に依存する。ノイズ特性については、種々の要因が指摘されている。例えば、データマーク長さや幅のバラツキや媒体の表面粗さがノイズ特性に影響していると指摘されている（例えば非特許文献１、２参照）。また、データマークの周囲形状の粗さもノイズ特性に影響していると考えられている。

従って、記録媒体から良好なノイズ特性を得るためには、ノイズ要因として考えられる記録媒体のデータマーク形状や表面形状を正確に定量し、記録媒体製造プロセスとの因果関係を的確に把握することが重要となる。

ここでデータマーク長さや幅のバラツキは、走査型プローブ顕微鏡などの顕微鏡から得られる観察像から、多数のデータマークを検出して、それぞれデータマーク幅や長さを計測し、データマーク幅と長さの統計処理を行うことにより、例えば標準偏差などの値で定量することが出来る。一方媒体の表面粗さは、走査型プローブ顕微鏡の測定から、中心線平均粗さ（Ｒａ）や１０点平均粗さ（Ｒｚ）を計測することで定量が可能である。

これに対し、データマークの周囲形状の粗さは、走査型プローブ顕微鏡などの顕微鏡の観察像から認識できるものの、粗さの定量的な指標はこれまでなかった。このため、周囲形状の粗さとプロセスとの因果関係を的確に掴むことが出来ず、これまで必ずしも効果的なプロセス改善は出来ていなかった。
Ｙ．Ｈｏｎｇｕｈ：Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．３３（１９９４）８５７Ｙ．Ｈｏｎｇｕｈ：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２８（１９８９）１１５

本発明の第１の目的は、これらの問題を解決するために、データマークの周囲形状の粗さを定量的に測定する方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、データマークの周囲形状の粗さを定量的に測定し、その測定された値に基づいて、データマークの形状の適否を判断する検査方法を提供することにある。

本発明者はこれら目的を達成せんとして鋭意検討した結果、走査型プローブ顕微鏡などの顕微鏡によって得られたデータマークの観察像からデータマークの周囲長（ＰＳ）と面積（ＰＡ）を計測し、その（ＰＳ／ＰＡ）の比を求めることによりデータマークの周囲形状の粗さを定量的に解析することが可能であることを見出し、本発明に到達した。

本発明によれば、下記のデータマークの周囲形状粗さの測定方法による検査方法が提供される。

（１）観察装置によって得られた、記録媒体上に形成されたデータマークの観察像からデータマークの形状を検査する方法であって、データマークの周囲長（ＰＳ）と面積（ＰＡ）を計測し、その（ＰＳ／ＰＡ）の比を求めることを特徴とする記録媒体の検査方法。
（２）該（ＰＳ／ＰＡ）の比の値に基づいて、データマークの形状の適否を判断する前記（１）記載の記録媒体の検査方法。
（３）該観察装置が走査型プローブ顕微鏡である前記（１）記載の記録媒体の検査方法。
（４）該データマークの周囲長（ＰＳ）と面積（ＰＡ）は、データマークの上部から１／３〜２／３の深さの個所で計測する前記（１）記載の記録媒体の検査方法。
（５）観察装置によって得られた、光ディスク基板またはスタンパ上に形成されたデータマークの観察像からデータマークの形状を検査する方法であって、データマークの周囲長（ＰＳ）と面積（ＰＡ）を計測し、その（ＰＳ／ＰＡ）の比を求めることを特徴とする光ディスク基板またはスタンパの検査方法。
（６）該（ＰＳ／ＰＡ）の比の値に基づいて、データマーク形状の適否を判断する前記（５）記載の光ディスク基板またはスタンパの検査方法。
（７）該観察装置が走査型プローブ顕微鏡である前記（５）記載の光ディスク基板またはスタンパの検査方法。
（８）該データマークの周囲長（ＰＳ）と面積（ＰＡ）は、データマークの上部から１／３〜２／３の深さの個所で計測する前記（５）記載の光ディスク基板またはスタンパの検査方法。

さらに、本発明によれば、下記（ａ）〜（ｃ）の手段、
（ａ）観察装置によって観察したデータマークの観察像を読み込む手段（画像化手段）、
（ｂ）その画像からデータマーク部分とそれ以外の部分を判別する手段（判別手段）および
（ｃ）データマークの周囲長（ＰＳ）と面積（ＰＡ）から算出される（ＰＳ／ＰＡ）の比の値からあらかじめ決定した閾値に基づいてデータマークの適否を判断し、不適なデータマークの発生率により光ディスク基板またはスタンパの適否を判断する手段（識別手段）、
よりなることを特徴とする光ディスクまたはスタンパの検査システムが提供される。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。先ず本発明を図面により具体的に説明する。

図１に種々のデータマーク形状の模式図を示す。４つのデータマークにおいて、データマーク周囲形状は、（ａ）が最も良好であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に粗さが大きくなり、悪化している。次にこれらのデータマークの周囲長（ＰＳ）を考える。ＰＳは（ａ）が最も短く、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に長くなっていくことが分かる。このように、データマークの面積が等しい場合にはデータマーク周囲形状粗さが大きいほど、データマーク周囲長ＰＳが長くなる。

次に、データマーク周囲長に対するデータマークの大きさの影響を避けるためには、図２のようにデータマークの面積（ＰＡ）でデータマーク周囲長（ＰＳ）を規格化することが必要である。すなわち、データマークの面積（ＰＡ）に対するデータマーク周囲長（ＰＳ）の（ＰＳ／ＰＡ）の比により、データマーク周囲形状の定量が可能となる。すなわち、（ＰＳ／ＰＡ）の比が大きくなるほどデータマーク周囲形状が粗くなる。
次に、光ディスクのピット形状を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定する場合に対して、詳細に本発明を説明する。

図３はＡＦＭの測定原理を示したものである。ＡＦＭではカンチレバー１の先端に形成されているチップ２をプローブとして用い、サンプル３の表面形状を測定する。すなわちチップ２とサンプル３を１００Å程度まで近づけ、チップ２とサンプル３の間に働く力が一定になるように高さ方向（Ｚ方向）の圧電素子からなるスキャナー４を制御し、同時にサンプル３の表面内方向（Ｘ及びＹ方向）に走査することでチップ２の動きを検知し、３次元形状を得るものである。このようにして、図４のようなＡＦＭ観察画像の模式図が得られる。

次に図４の観察画像を代表例として、ピット周囲形状の粗さを定量する方法について説明する。図５にそのフローを示した。まず観察画像の読込を行う。次にピット部分とそれ以外の部分を識別するための閾値を決定する。この閾値の決定方法にはいくつか方法が有るが、ＡＦＭの測定データでは、例えば、画像全体の高さデータの中心値を閾値とする方法がある。次にこの閾値により、ピットの判定を行い、図４におけるピット４０１〜４２０とそれ以外の部分４００に分類する。閾値を画像全体の高さデータの中心値とする場合、画像全体の高さデータより低いピクセルをピットとすることになる。さらに、個々のピットにラベリング処理を行い、ピット４０１、ピット４０２…のように識別する。次にピット深さを計測する。ピット深さの計測には、例えば図６のように画像全体の高さの分布を求め、度数分布の極大値の差をピット深さとして計測する方法がある。次にピット周囲形状測定のための閾値を決定する。この閾値についても、任意に決定することができるが、例えばピット深さの半分の高さに決定する方法がある。この場合、ピット深さの１／３〜２／３の位置、殊に１／２（半分）の値のピクセルがピットの周囲を示すことになる。決定した閾値に基づき、ピット周囲長（ＰＳ）、ピット面積（ＰＡ）を計測する。

図７はピット深さの半分の閾値で決定したピット形状の模式図である。ピクセル７００のうち黒で示される集合部分がピットであり、ピット面積（ＰＡ）は、この黒で示されるピクセルの合計部７０１の面積として計算される。一方、ピット周囲長ＰＳは、ピット７０１の外周縁のピクセルから、各ピクセルの重心を求めて、重心間を結んだ線７０２の長さで計算される。

このようにして求められた（ＰＳ）と（ＰＡ）から、（ＰＳ／ＰＡ）の比を算出し、その値の大小によりピット周囲形状の粗さが定量できる。

さらに、この測定方法の結果を用いて例えば下記の方法により光ディスク基板、スタンパ等の良否の判定を実施することができる。

前記の方法により、一定の測定範囲（例えば１０μｍ×１０μｍ）の測定を中心より一定の距離の位置（例えば１２０ｍｍφの光ディスクや、１２０ｍｍφの光ディスクを作成するためのスタンパの場合、例えば内周（中心より２５ｍｍ）、中央（中心より４０ｍｍ）、外周（中心より５５ｍｍ））において周方向に数点（例えば６０°毎に６点）で実施する。

次にその測定範囲に含まれるデータマークの内、あらかじめ決定した良否判定の閾値を超えているデータマークがどの程度の割合かを判定し、その割合が一定値を超えた場合その位置が不良であると判断し、作成条件、成形条件等の修正を実施する。

本発明により、記録媒体のデータマークの周囲形状粗さを定量することが可能となった。本発明を用いることで、光ディスクなどの製造時にはピットの周囲形状粗さを正確に定量することが可能となり、その（ＰＳ／ＰＡ）の比の値に基づいて、データマークの形状の適否を判定し、製品管理性の向上や製品不良の早期発見に効果が得られる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、ピット形状の観察にはＡＦＭ（デジタルインスツルメンツ社製NanoScope III A/Dimension 3000）を用いた。

実施例１〜２
作成プロセスの異なる２種類の光ディスク基板を用いて、ＡＦＭ観察を行った。図８に実施例１のＡＦＭ観察像を、図９に実施例２のＡＦＭ観察像をそれぞれ示した。またピットの周囲長ＰＳとピット面積ＰＡを測定し、（ＰＳ／ＰＡ）の比を計測した。測定結果を表１に示す。

図８と図９の比較から、ピット周囲形状は、実施例１に比べて実施例２の方が荒れていることがわかる。また表１に示すように（ＰＳ／ＰＡ）の比は実施例２の方が大きく、ピット周囲形状の違いを判別できていることがわかる。このように本発明の検査方法により、データマーク周囲形状の粗さの定量が可能となった。

種々のデータマーク形状を示す模式図データマークにおけるＰＳ／ＰＡの模式図原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の測定原理を示す図ＡＦＭ観察画像の模式図解析フローを示すＡＦＭ観察画像における高さデータの度数分布ピット面積とピット周囲長を求める際の模式図実施例１の光ディスク基板のＡＦＭ観察画像実施例２の光ディスク基板のＡＦＭ観察画像

符号の説明

１カンチレバー
２チップ
３サンプル
４スキャナー
４００ピット以外の領域
７００ピクセル
７０１ピット部分のピクセル
７０２ピット外周縁のピクセルの重心を結んだ線

Claims

観察装置によって得られた、記録媒体上に形成されたデータマークの観察像からデータマークの形状を検査する方法であって、データマークの周囲長（ＰＳ）と面積（ＰＡ）を計測し、その（ＰＳ／ＰＡ）の比を求めることを特徴とする記録媒体の検査方法。
該（ＰＳ／ＰＡ）の比の値に基づいて、データマークの形状の適否を判断する請求項１記載の記録媒体の検査方法。
該観察装置が走査型プローブ顕微鏡である請求項１記載の記録媒体の検査方法。
該データマークの周囲長（ＰＳ）と面積（ＰＡ）は、データマークの上部から１／３〜２／３の深さの個所で計測する請求項１記載の記録媒体の検査方法。
観察装置によって得られた、光ディスク基板またはスタンパ上に形成されたデータマークの観察像からデータマークの形状を検査する方法であって、データマークの周囲長（ＰＳ）と面積（ＰＡ）を計測し、その（ＰＳ／ＰＡ）の比を求めることを特徴とする光ディスク基板またはスタンパの検査方法。
該（ＰＳ／ＰＡ）の比の値に基づいて、データマーク形状の適否を判断する請求項５記載の光ディスク基板またはスタンパの検査方法。
該観察装置が走査型プローブ顕微鏡である請求項５記載の光ディスク基板またはスタンパの検査方法。
該データマークの周囲長（ＰＳ）と面積（ＰＡ）は、データマークの上部から１／３〜２／３の深さの個所で計測する請求項５記載の光ディスク基板またはスタンパの検査方法。
下記（ａ）〜（ｃ）の手段、
（ａ）観察装置によって観察したデータマークの観察像を読み込む手段（画像化手段）、
（ｂ）その画像からデータマーク部分とそれ以外の部分を判別する手段（判別手段）および
（ｃ）データマークの周囲長（ＰＳ）と面積（ＰＡ）から算出される（ＰＳ／ＰＡ）の比の値からあらかじめ決定した閾値に基づいてデータマークの適否を判断し、不適なデータマークの発生率により光ディスク基板またはスタンパの適否を判断する手段（識別手段）、
よりなることを特徴とする光ディスクまたはスタンパの検査システム。