JP2810121B2 - 光ディスク用スタンパー検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ディスク用スタンパー検査装置に係り、特
に、スタンパーにおけるプリグルーブの一様性を検出す
る形式のものに関する。

〔従来の技術〕

一般に、光ディスク用スタンパーにはプリグルーブと
呼ばれるスパイラルまたは同心円状の溝が刻設されてお
り、光ディスク製造時の原盤として使用される。

このプリグルーブのピッチ、溝幅、溝深さ寸法及びそ
の一様性については最終製品である光ディスクの品質を
左右する重要な要素であり、特段の精度が要求される。

このようなスタンパーの精度を検査する方法としては
従来からある光切断法やノマルスキー式微分干渉顕微鏡
の応用が考えられる。しかしこれらの方式では局部的な
パターンを計測することはできるが、スタンパーに形成
されたプリグルーブのように規則性のある被検体全体の
一様性を計測する場合には各パターンを１個づつ計測し
た後これらの平均値を算出しなければならず測定に多大
の時間を要するという問題がある。

そこで、測定を高速化したものとして、例えば、特開
昭57−187604号公報及び特開昭59−195352号公報に記載
されているものが知られている。

これは、ディスク表面に形成されたパターンにレーザ
等のコヒーレントな光を照射し、ここで生じる光の干渉
で、パターンの状態を検査するもので、第ｎ次回折光及
び第2n次回折光の信号よりパターンの平均の幅を、ま
た、第０次回折光及び第ｎ次回折光の信号よりパターン
の平均の深さを夫々検査するようになっている。

そして光学系を固定しスタンパー側を移動させること
によってレーザー光をパターン上で走査させ前記各寸法
の一様性を検査できるようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記した従来のものにおいては、スタンパー
側を移動させながらパターン上を走査させるものである
ため、スタンパー用回転モーターやチャックを始めとす
る装置全体を移動させなければならない。このため装置
が大がかりなものとなり、コウト高となる。

本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、光ディ
スク用スタンパーに刻設されているプリグルーブのピッ
チ、溝幅、溝深さ寸法及びその一様性を高精度で検査で
き、装置の小型化をも図り得るようにした光ディスク用
スタンパー検査装置を提供することを技術的課題とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明の光ディスク用スタンパー検査装置
は、レーザー光源１と、このレーザー光源１からの光を
集光して光ディスク用のスタンパー２に照射する集光手
段と、スタンパー２の表面で回折された０次、１次、２
次の３種の反射光又は０次、−１次、−２次の３種の反
射光のいずれか一方の反射光を検出する複数の光電変換
素子５と、これら複数の光電変換素子５に夫々設けられ
た増幅器６と、これら増幅器６の後段に接続され、前記
スタンパー２に刻設されたプリグルーブ７の形状の一様
性を判断する判断手段８と、これらレーザー光源１、集
光手段及び複数の光電変換素子５をスタンパー２の径方
向に移動する移動手段４とを備え、前記増幅器６は接続
された光電変換素子５の次数に応じて増幅率が異なって
いることを特徴とする。

そして、前記増幅器６の増幅率を、接続した光電変換
素子５を次数に応じて異ならせ、０次の光電変換素子用
の増幅器の増幅率に対して、±１次のそれは８倍、±２
次のそれは32倍に設定することができる。

〔作用〕

第１図はプリグルーブ７の刻まれた円盤状のスタンパ
ー２を示し、プリグルーブ７はスタンパー２の最内周部
と最外周部を除いた面に螺旋状または同心円状に刻設し
てある。そして、スタンパー２は回転台上に真空吸着ま
たは磁気吸着により固定されるとともに、モーター23に
よって回転するようになっている。プリグルーブ７の断
面形状は第２図に示すように凹型となっており、一例と
してその寸法を挙げると、ピッチ（ｐ）が1.45〜1.70μ
ｍ、横幅（ｗ）が0.2〜0.7μｍ、溝深さは0.04〜0.15μ
ｍ程度になっている。

このようなプリグルーブ７に対してレーザー光を照射
すると、反射回折光は第２図に示すように、ｘ−ｚ面上
に対称的に現れる。例えば、He−Neレーザー（波長0.63
28μｍ）を用いると、０次、±１次、±２次の回折光が
見られる。即ち、スタンパー２の半径方向（ｙ）、接線
方向（ｘ）及び垂直面（ｚ）による３次座標上にプリグ
ルーブ７の一点を頂点とする円錐を仮想すると、この円
錐上に回折光が現れる。ｚ軸に対する入射光の角度をα
とすると、０次の回折光はｘ−ｚ面での回折角度α′と
なり、１次回折光はこれに併せてｚ−ｙ面での回折光角
度がβ１となり、２次回折光ではβ２となる。

第３図及び第４図はこの回折光の強度と角度をスタン
パー２のプリグルーブ７部分全面に対して計測する装置
を示す。円盤状のスタンパー２表面にはレーザー光源に
よるレーザー光がミラー及びレンズを介し100〜300μｍ
φ程度の径で照射されるようになっている。そしてスタ
ンパー２の表面に形成されたプリグルーブ７により回折
された反射回折光のうち０次、１次、２次回折光を検出
し、この回折光の光強度を夫々、第１光電変換素子5a、
第２光電変換素子5b、第３光電変換素子5cによって電気
信号に変換する。また、基準位置からの回折角度を測定
するため位置検出素子21、22を第２図中β方向に配置し
てある。そして光電変換素子５の角度は位置検出素子2
1、22の配置位置と位置検出素子21、22に入射する回折
光の位置とにより三角測量の原理で算出したものとして
ある。

これら光電検変換素子５と位置検出素子21、22の受光
面積は10mmφ程度に設定してあるり、回折光の角度変化
によって感度が低下しないようになっている。

前記レーザー光源１から送出されたレーザー光は、ミ
ラー11で反射され、集光手段であるレンズ10で集光され
た後、スタンパー２に照射される。そしてスタンパー２
で回折したレーザー光は、第１光電変換素子5a、第２光
電変換素子5b、第３光電変換素子5c、位置検出素子21、
22に入射する。前記レーザー光源１、ミラー11、レンズ
10、第１光電変換素子5a、第２光電変換素子5b、第３光
電変換素子5c、位置検出素子21、22は移動自在に配置さ
れた移動ブロック12に固定されている。この移動ブロッ
ク12は移動手段たるブロック移動用モーター４により、
スタンパー２の径方向に移動することができるようにな
っている。即ち、ブロック移動用モーター４に接続され
た螺杆4aが移動ブロック12に係合しており、ブロック移
動用モーター４の回転によって矢示Ｆ方向に移動可能と
なっている。

このようにスタンパー２側が回転しながら直線運動を
するためスタンパー２全面にレーザー光を走査させるこ
とができる。なお、前記移動ブロック12はアルミダイキ
ャスト製で、光路（点線部分）に穿孔部を形成し、この
穿孔部の奥部に各光電変換素子５や位置検出素子21、22
を固定したものであり、外光を遮断するとともに、外力
や温度変化によって各素子の位置関係が変動することが
ないようにしてある。

前記第１光電変換素子5a、第２光電変換素子5b、第３
光電変換素子5c及び位置検出素子21、22により得られた
信号は増幅器6a、6bにより所定の倍率に増幅され、次段
に接続されたA/D変換器30によりディジタル信号に変換
され信号処理用計算機（CPU）31に入力される。信号処
理用計算機31では信号処理が行なわれ、演算結果が表示
部32に表示されるようになっている。前記信号処理計算
機31は前記モーター23とブロック移動用モーター４も連
係的に制御するようになっている。

例に挙げたピッチ（ｐ）が1.45〜1.70μｍのプリグル
ーブ７に対し光源たるHe−Neレーザー光を角度α＝10゜
で入光すると、回折光は頂角を160゜（α′＝90゜−
α）とする円錐方向に現れ、その回折光β１は22.21゜
〜24.30゜の範囲に現れ、回折光β２は49.11゜〜62.41
゜の範囲に現れる。なお、第２光電変換素子5b、第３光
電変換素子5cの各受光面積が同一であるとすると、これ
らの出力（I1、I2）は、I1:I2＝1:6程度とする必要があ
る。

前記第１光電変換素子5a、第２光電変換素子5b、第３
光電変換素子5c、の後段には夫々増幅器が接続されお
り、これら増幅器の増幅率は第１光電変換素子5a用を１
とすると、±１次（第２光電変換素子5b）のそれは８
倍、±２次（第３光電変換素子5c）のそれは32倍に設定
されている。これら増幅器の出力信号はA/D変換器30で
ディジタル変換され信号処理用計算機に入力され、演算
結果が表示部に表示される。

以上述べた装置により得られた回折光の光強度、及び
角度の計測値からプリグルーブ７のピッチ、溝幅、及び
溝深さを求める方法を以下に説明する。前記光電変換素
子で得られた０次、１次、２次回折光の光強度をI1、I
2、I3とし、回折角をβ１、β２とする、プリグルーブ
７のピッチ（ｐ）は、スタンパー２に対して入射する角
度α光と、光の波長λ、計測された角度β１、β２とに
より第１式から得ることができる。

そして、溝幅（ｗ）、溝深さ（ｄ）及び回折光の強度
10、11、12の関係は（２式（３）式（４）式に示すよう
になる。

ここで、 を示す。

これらの式に実測値10、11、12と前記第１式によって
得られたピッチ（ｐ）を代入し、ｗ、ｄについて解くこ
とにより、溝幅（ｗ）と溝深さ（ｄ）を得ることが出来
る。

ところで、特開昭57−187604号公報に記載されている
計算式に従って溝幅と溝深を算出すると、両者の値は偶
数次の回折光と奇数次の回折光との強度の比の平方根に
比例して変動するとともに、溝幅と溝深との値が相互に
干渉する関係となり一義的に定まらないという問題があ
る。

即ち、この公報にはプリグルーブのピッチ（ｐ）、溝
（ａ）、溝深さ（ｈ）を算出するにあたり下記の（５）
（６）（７）式を用いている。

上（６） 値は偶数次の回折光と奇数次の回折光との強度の比であ
るが、回折光の強度はプリグルーブの深さによって影響
を受けるため各回折光の強度のみで溝幅を確定すること
はできない。

また、この（７）式は、上記（３）式を近似式でｄに
ついて解きｈとしたもので、（３）式よりおおまかな結
果しか得られない。

ちなみに前記公報に記載された方式に基づき計算を行
うと第６図、第７図、及び第８図、第９図に示す結果が
得られる。

第６図は既知のピッチ及び溝深さから溝幅を推定した
ものであり、ピッチは1.6μｍ、溝深さは0.05μｍ、0.0
9μｍで行った。溝幅は溝深さに関係なく溝幅理論値に
対して非線形な対応関係となった。即ち、溝幅理論値が
例えば0.22μｍのとき溝幅推定値は0.36μｍとなり＋64
％の誤差が生じた。

これに対しピッチが30.0μｍの場合には第８図に示す
ように、両者の関係は比例関係になり極めてよく一致し
た。

一方、溝深さ推定値と溝幅との関係では、ピッチが1.
6μｍ、溝深さが0.05μｍ、0.07μｍ、0.09μｍとした
場合に第７図に示す結果が得られた。即ち、溝深さが0.
05μｍの場合、最も近い値が得られる溝幅0.5μｍ付近
では−20％の誤差であり、溝深さが0.07μｍの場合、同
−21％となった。また、溝深さが0.09μｍの場合、同17
％となった。

そして、ピッチが30.0μｍ、溝深さが0.05μｍ、0.07
μｍ、0.09μｍとした場合の溝深さ推定値と溝幅との関
係では第９図に示す結果が得られた。即ち、溝深さが0.
05μｍの場合、溝幅２μｍ付近では完全に一致し、溝深
さが0.07μｍ及び0.09μｍの場合も誤差は−３％以内と
なった。

以上の計算結果より、前記公報の方式はピッチが30μ
ｍ以上と大きい場合に成り立つ式であり、本発明が対象
としている２μｍ以下の小さいピッチのスタンパーに対
しては、溝幅溝深さの相互干渉が大きく精度が悪くなり
適用することができない。

これに対し本発明では、（２）（３）（４）式を溝幅
（ｗ）と溝深さ（ｄ）について解くことにより、相互間
の干渉を排除することができ、精度が改善された。

〔実施例〕 本発明の実施例を第１図ないし第９図に基づいて説明
する。

スタンパー２にはプリグルーブ７が形成されており、
その断面形状は第２図に示すように、凹型となってい
る。このプリグルーブ７の寸法はピッチ（ｐ）が1.60μ
ｍ、横幅（ｗ）が0.35μｍ、溝深さは0.0950μｍであ
る。

スタンパー２の表面にはレーザー光源１によるレーザ
ー光がミラー11及びレンズ10を介し、スポット径200μ
ｍφで照射されるようになっている。そしてスタンパー
２表面に形成されたプリグルーブ７により回折された反
射光折光のうち０次、１次、２次回折光を検出し、この
回折光の光強度を夫々、第１光電変換素子5a、第２光電
変換素子5b、第３光電変換素子5cによって電気信号に変
換する。また、回折角度を測定するため位置検出素子を
第２図中β方向に配置してある。

これら光電変換素子と位置検出素子の受光面積は10mm
φに設定されており、回折光の角度変化に対しても感度
が低下しないようになっている。

前記第１光電変換素子5a、第２光電変換素子5b、第３
光電変換素子5c、位置検出素子は移動自在に配置された
移動ブロックに固定されている。この移動ブロックは移
動手段たるブロック移動用モーター４により、スタンパ
ー２の径方向に移動することができるようになってい
る。このようにスタンパー２は回転しながら直線運動を
するためスタンパー２全面にレーザー光を走査させるこ
とができるように構成されている。

プリグルーブ７に対し光源たるHe−Neレーザー光（波
長0.6328μｍ）を角度α＝10゜で入光したところ、０
次、±１次、±２次の折光が計５本発生した。そして回
折光は頂角を160゜（α′＝90゜−α）とする円錐方向
に現れ、その回折光β１は（23.68゜）、回折光β２は
（53.44゜）となった。

前記第１光電変換素子5a、第２光電変換素子5b、第３
光電変換素子5cの後段に夫々接続された増幅器６は、接
続された各光電変換素子５の次数に応じて増幅率が異な
っており、０次の光電変換素子用の増幅器の増幅率に対
して、±１次のそれは８倍、±２次のそれは32倍に設定
されている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レーザー光源からの光を集光して光
ディスク用のスタンパーに照射し、これらレーザー光
源、集光手段及び光電変換素子をスタンパーの径方向に
移動可能とし、スタンパーの表面で回折された０次、１
次、２次の３種の反射光又は、−１次、−２次の３種の
反射光におけるいずれか一方の反射光を複数の光電変換
素子で検出し、これら複数の光電変換素子に夫々増幅器
を設け、これら増幅器の後段に、前記スタンパーに刻設
されたプリグルーブの形状の一様性を判断する判断手段
を接続したので、プリグルーブ全体にレーザー光源を走
査される際にスタンパー側を移動させる必要がない。こ
のため装置の構造を簡略化できる。

また、前記増幅器は接続された光電変換素子の次数に
応じて増幅率が異なっており、０次の光電変換素子用の
増幅器の増幅率に対して、±１次のそれは８倍、±２次
のそれは32倍に設定したので、高次数の感度不足を補償
して信号処理することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明の実施例を示し、第１図は
スタンパーの斜視図、第２図はスタンパー表面における
光の回折状態を示す斜視図、第３図は光学系の配置図、
第４図はブロック図、第５図は光学系の位置関係を示す
斜視図、第６図ないし第９図は検査結果を示すグラフ図
である。 １……レーザー光源、２……スタンパー、 ４……移動手段、 ５……光電変換素子、６……増幅器 ７……プリグルーブ、８……判断手段。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザー光源１と、このレーザー光源１か
   らの光を集光して光ディスク用のスタンパー２に照射す
   る集光手段と、スタンパー２の表面で回折された０次、
   １次、２次の３種の反射光又は０次、−１次、−２次の
   ３種の反射光のいずれか一方の反射光を検出する複数の
   光電変換素子５と、これら複数の光電変換素子５に夫々
   設けられた増幅器６と、これら増幅器６の後段に接続さ
   れ、前記スタンパー２に刻設されたプリグルーブ７の形
   状の一様性を判断する判断手段８と、これらレーザー光
   源１、集光手段及び複数の光電変換素子５をスタンパー
   ２の径方向に移動する移動手段４とを備え、前記増幅器
   ６は接続された光電変換素子５の次数に応じて増幅率が
   異なっていることを特徴とする光ディスク用スタンパー
   検査装置。
2. 【請求項２】前記増幅器６は、０次の光電変換素子用の
   増幅器の増幅率に対して、±１次のそれは８倍、±２次
   のそれは32倍に設定したことを特徴とする請求項１に記
   載の光ディスク用スタンパー検査装置。