(57)【要約】【課題】光ディスク等の情報記録媒体の製造に使用するスタンパにおいて、どのような物理形状の影響がディスクドライブでの記録再生時に支配的であるか十分把握できているとはいえない。また、スタンパの凹凸やうねり等は、裏面研磨が主要因のひとつであるが、研磨の途中で抜き取り、物理形状を測定するのが煩雑であるため、スタンパの凹凸やうねり等の時間変化やメカニズムが把握されてない。【解決手段】スタンパ裏面の高さを測定する第一の変位センサと、第一の変位センサよりもビーム径が小さく、スタンパ表面の高さを測定する第二の変位センサとを、スタンパの厚さ方向に、スタンパに対して対称となるように配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報記録媒体の製造に用いるスタンパの形状を測定するスタンパ形状測定装置であって、
第一の光ビームを出射してスタンパ裏面の高さを測定する第一の変位センサと、
スタンパに対して、第一の変位センサと対称の位置に配置され、第二の光ビームを出射してスタンパ表面の高さを測定する第二の変位センサとを備え、
スタンパ表面の高さとスタンパ裏面の高さとスタンパ厚さとを同時に測定可能であって、
第一の光ビームのビーム径と第二の光ビームのビーム径とが異なることを特徴とするスタンパ形状測定装置。
【請求項２】
第一及び第二の変位センサが接続され、前記スタンパの半径方向に移動可能なスライダーと、スタンパを支持しつつ、スタンパの円周方向に回転する回転ステージとをさらに備える請求項１に記載のスタンパ形状測定装置。
【請求項３】
前記スタンパの表面には透明膜が形成され、裏面には研磨砥粒が施される請求項１又は２に記載のスタンパ形状測定装置。
【請求項４】
第一の光ビームのビーム径が３０〜８０μｍであり、第二の光ビームのビーム径が０．５〜２μｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載のスタンパ形状測定装置。
【請求項５】
前記透明膜の厚さが１０〜１００μｍである請求項３に記載のスタンパ形状測定装置。
【請求項６】
請求項２に記載のスタンパ形状測定装置と、第一及び第二の変位センサの測定値をアナログディジタル変換するアナログディジタル変換機と、前記スライダー及び前記回転ステージの駆動をリモート制御する駆動制御機と、アナログディジタル変換機によって変換された測定値を格納するホストコンピュータと備えるスタンパ形状測定システム。
【請求項７】
第一の変位センサの測定値と、第二の変位センサの測定値とを用いて、スタンパ厚さを演算する請求項６に記載のスタンパ形状測定システム。
【請求項８】
前記ホストコンピュータは、第一の変位センサの測定値、第二の変位センサの測定値、及び前記演算により求められたスタンパ厚さをそれぞれ周波数領域のデータ系列に変換し、当該スタンパにより成型された基板を有する前記情報記録媒体に記録再生を行うディスクドライブの所定の周波数特性と比較し、当該ディスクドライブでのフォーカスサーボ特性を解析するプログラムを備える請求項６又は７に記載のスタンパ形状測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク等の情報記録媒体の製造に用いるスタンパの形状を測定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク等の情報記録媒体の製造に使用するスタンパは、射出成型によって得られた基板の機械特性を向上するべく、例えば特許文献１あるいは特許文献２に記載のように、半径方向の厚さ分布を最適化して作成する。また、スタンパの表面及び裏面に発生した凹凸を最小とするようにプロセスが工夫されている。これら物理形状はキャリアーノイズ比や、ジッターなど再生信号の品質と比較して管理される。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１６８４８３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７７９１９号公報
【０００４】
一方、光ディスク一枚あたりの容量を向上させるべく、情報を記録する層の多層化の検討が開始されている。再生時に各層ごとの信号を分離する必要性から、成型基板の平坦性の要求が更に厳しくなる。加えて、面内の記録密度向上のための記録レーザーの短波長化も成型基板の平坦性の向上を要請する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、スタンパや成型基板の凹凸やうねり、そり、厚さ分布などの物理形状と再生信号品質とは経験的に結びついているものであり、どのような物理形状の影響がディスクドライブでの記録再生時に支配的であるか十分把握できているとはいえない。また、スタンパの凹凸やうねり、そり、厚さむらは、裏面研磨が主要因のひとつであるが、研磨の途中で抜き取り、物理形状を測定するのが煩雑である。そのため、スタンパの凹凸やうねり等の時間変化やメカニズムが把握されてない。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、スタンパの周方向のうねりを測定することが可能なスタンパの形状測定装置、及び測定した周方向のうねりが、ディスクドライブでの記録再生に与える影響について評価することができるスタンパ形状測定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、情報記録媒体の製造に用いるスタンパの形状を測定するスタンパ形状測定装置であって、第一の光ビームを出射してスタンパ裏面の高さを測定する第一の変位センサと、スタンパに対して、第一の変位センサと対称の位置に配置され、第二の光ビームを出射してスタンパ表面の高さを測定する第二の変位センサとを備え、スタンパ表面の高さとスタンパ裏面の高さとスタンパ厚さとを同時に測定可能であって、第一の光ビームのビーム径と第二の光ビームのビーム径とが異なることを特徴とするスタンパ形状測定装置が提供される。
【０００８】
電気メッキによりスタンパを製造する際、スタンパの裏面を研磨する必要があり、研磨の最中は表面を保護する必要があるためスタンパの表面には透明膜が形成され、裏面には研磨砥粒が施される。この場合、スタンパの表面の高さを測定する第二の変位センサのビーム径を小さくすることにより、光学的な分解能が向上し、表面に形成された透明膜からの反射光とスタンパの表面からの反射光の光強度のピークが分離する。このため、第二の変位センサにより、透明膜表面からの反射光であるか、スタンパの表面からの反射光であるかを確実に認識することができる。したがって、透明膜を剥離することなく、スタンパの表面の形状を測定することができる。
【０００９】
一方、スタンパの裏面には研磨砥粒が施されているため、反射光の散乱が生じ易いが、第一の変位センサのビーム径を大きくすることにより、反射光の散乱の影響を抑えることができる。つまり、第一の変位センサのビーム径を大きくすることにより、研磨粒の除去を行わずとも、スタンパの裏面の高さを測定することができる。なお、本発明において、スタンパの表面の高さとは、第二の変位センサからスタンパ表面までの距離を意味し、スタンパの裏面の高さとは、第一の変位センサからスタンパの裏面までの距離を意味する。
【００１０】
本発明のスタンパ形状測定装置は、第一及び第二の変位センサが接続され、前記スタンパの半径方向に移動可能なスライダーと、スタンパを支持しつつ、スタンパの円周方向に回転する回転ステージとをさらに備えてもよい。この場合、スタンパ上の任意の半径方向の位置について、スタンパの表面あるいは裏面に対して任意の角度に、第一及び第二の変位センサから出射したビームを集光することができる。
【００１１】
本発明のスタンパ形状測定装置において、前記スタンパの表面には透明膜が形成されてもよく、裏面には研磨砥粒が施されてもよい。こうすることにより、電気メッキによりスタンパを製造した後、スタンパの裏面を研磨することができ、研磨の最中に表面を保護することができる。
【００１２】
本発明のスタンパ形状測定装置において、第一の光ビームのビーム径が３０〜８０μｍであってもよく、第二の光ビームのビーム径が０．５〜２μｍであってもよい。この場合、スタンパ裏面の研磨砥粒を除去せずに、第一の変位センサでスタンパ裏面の高さを測定することができる。また、スタンパ表面に形成された透明膜を剥離せずに、第二の変位センサでスタンパの表面の形状を確実に測定することができる。
【００１３】
本発明のスタンパ形状測定装置において、前記透明膜の厚さは１０〜１００μｍにし得る。この場合、透明膜からの反射光とスタンパ表面からの反射光とを光学的に確実に分離することができる。
【００１４】
本発明の第２の態様に従えば、第１の態様におけるスタンパ形状測定装置と、第一及び第二の変位センサの測定値をアナログディジタル変換するアナログディジタル変換機と、前記スライダー及び前記回転ステージの駆動をリモート制御する駆動制御機と、アナログディジタル変換機によって変換された測定値を格納するホストコンピュータと備えるスタンパ形状測定システムが提供される。この場合、アナログデータを専用のアナログディジタル変換機を用いてディジタル化することにより、回転ステージ１０６を停止させることなく高速にサンプリングすることができる。このため、スタンパの裏面を研磨している途中であってもスタンパ形状を測定することができ、さらにその測定結果を引き続き行われる研磨条件の設定にフィードバックすることもできる。
【００１５】
本発明のスタンパ形状測定システムにおいては、基準試料を併用することにより第一の変位センサの測定値と、第二の変位センサの測定値とを用いて、スタンパ厚さを演算し得る。この場合、第一の変位センサの測定値と第二の変位センサの測定値との差分の絶対値を演算することにより、スタンパの厚さを求めることができる。
【００１６】
本発明のスタンパ形状測定システムにおいて、前記ホストコンピュータは、第一の変位センサの測定値、第二の変位センサの測定値、及び前記演算により求められたスタンパ厚さをそれぞれ周波数領域のデータ系列に変換し、当該スタンパにより成型された基板を有する記録媒体に記録再生を行うディスクドライブの所定の周波数特性と比較し、当該ディスクドライブでのフォーカスサーボ特性を解析するプログラムを備えてもよい。この場合、スタンパの信号面や裏面の高さ情報、及び厚さ情報が同時に測定できるので、これらの情報と、当該スタンパにより成型された基板を有する記録媒体に記録再生を行うディスクドライブの情報とを用いて、当該ディスクドライブにおけるフォーカスサーボ信号の挙動を解析することができる。
【発明の効果】
【００１７】
互いにビーム径の異なる二つのレーザーフォーカス変位計をスタンパを介して対向して配置することにより、研磨粒や、信号面の保護膜が形成されていることによる高さ測定の誤差をキャンセルできる。同時にスタンパの厚さの面内分布データの精度を飛躍的に向上させることができる。また、周方向の連続したデータ系列の空間周波数解析を可能とし、記録再生ドライブのサーボ特性に影響を与えるスタンパの凹凸やうねり、そり、厚さむらがどのようなタイミングで形成されているか把握できる。更に、成型基板に同様の測定を施すことも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係るスタンパ形状測定装置１の概略構成を示す図である。二つのレーザーフォーカス変位計（以下、それぞれ第一の変位センサ、第二の変位センサと呼ぶ。）１０１及び１０２から出射したビームが、スタンパ１０３の上面（以下、裏面と呼ぶ。）１０３ｂ及び、下面（光ディスクの記録面に形成される凹凸と逆の凹凸が形成される面。以下、信号面と呼ぶ。）１０３ａに焦点を結ぶ（集光する）ように、第一及び第二の変位センサ１０１、１０２はスタンパ１０３に対して上下対称の位置に配置されている。第一及び第二の変位センサ１０１、１０２はそれぞれ、半導体レーザー、投光レンズ、及びスタンパ１０３からの反射光を受光する受光素子から構成される。スタンパ１０３と各変位センサ１０１、１０２との距離の変化に伴い、各変位センサ１０１、１０２において受光素子が受光する反射光の光量もしくは結像位置が変動する。第一及び第二の変位センサ１０１、１０２は、上記変動を検出することにより、スタンパ１０３の信号面１０３ａ及び裏面１０３ｂの高さを測定することができる。また、それと同時に、測定値を用いてスタンパ１０３の厚さを測定することもできる。
【００２０】
第一の変位センサ１０１と第二の変位センサ１０２は、高さを微調整できる調整機構（図示せず）を介して、スライダー１０５に固定された保持部１０５ａに接続されている。スライダー１０５をスタンパ１０３の半径方向に直線的に移動させることにより、スタンパ１０３の任意の半径位置に変位センサ１０１、１０２から出射したビームを集光することができる。
【００２１】
また、スタンパ１０３は固定用冶具１０４を介して、回転ステージ１０６のスピンドルに支持され、スタンパの信号面１０３ａあるいは裏面１０３ｂに対して任意の角度に変位センサ１０１、１０２から出射したビームを集光することができる。本発明では、第一の変位センサ１０１と第二の変位センサ１０２をスライダー１０５に接続して移動させているが、回転ステージ１０６をスライダー１０５と接続してスタンパ１０３を第一及び第二の変位センサ１０１、１０２に対して直線的に移動してもよい。
【００２２】
図２は、図１における第一の変位センサ１０１、第二の変位センサ１０２、及びスタンパ１０３についてさらに詳細に説明するための拡大図である。図１では説明上示していないが、本発明の実施形態において、図２に示すように、スタンパ１０３の信号面１０３ａには透明膜１０７が形成されており、裏面１０３ｂには研磨砥粒１０８が施されている。これは、電気メッキによりスタンパ１０３を製造した後、スタンパ１０３の裏面１０３ｂを研磨する必要があり、研磨の最中は信号面１０３ａを保護する必要があるためである。
【００２３】
さらに、本発明の実施形態において、第二の変位センサ１０２のビーム径は、第一の変位センサ１０１のビーム径よりも小さい。第二の変位センサ１０２のビーム径を約１μｍとすることにより、図３に示すように、透明膜１０７表面からの反射光２０２とスタンパの信号面１０３ａからの反射光２０１とで、光強度のピークが分離する。このため、第二の変位センサ１０２により、透明膜１０７表面からの反射光２０２であるか、スタンパの信号面１０３ａからの反射光２０１であるかを確実に認識することができる。したがって、透明膜１０７を剥離することなく、スタンパの信号面１０３ａの形状を測定することができる。
【００２４】
このとき、図３に示すように、透明膜１０７表面からの反射光２０２とスタンパ１０３下面からの反射光２０１とを光学的に分離するためには、透明膜１０７の厚さは３０μｍ以上であることが望ましく、光学的な分離を確実にするべく５０μｍ以上である事が更に望ましい。
【００２５】
一方、スタンパの裏面１０３ｂには研磨砥粒１０８が施されており、反射光の散乱が生じ易いため、第一の変位センサ１０１のビーム径を第二の変位センサ１０２のビーム径より大きくすることにより、反射光の散乱の影響を抑えている。第一の変位センサ１０１のビーム径を３０μｍ以上とすることにより研磨粒の除去を行わずとも、スタンパの裏面１０３ｂの高さを測定することができる。
【００２６】
本実施形態では、上述した測定原理に従う第一のセンサ１０１としてスポット径約３０μｍのキーエンス社製のＬＫＧ−３５を、第二の変位センサ１０２としてスポット径約１μｍのキーエンス社製のＬＶ−９５００を用いた。アナログディジタル変換機３０１にはナショナルインスツルメント社製のマルチファンクションＤＡＱであるＵＳＢ−９２１５を用いた。スライダー１０５、回転ステージ１０６および駆動系制御機３０２にはそれぞれ駿河精機製のＫＳ−１０３−７０、ＫＳ４０１−６０、ステッピングモーターコントローラーＤ２１２を用いた。そして、スタンパの信号面１０３ａには、スタンパ裏面１０３ｂを研磨する際に用いられる透明保護膜シリテクトを４０μｍ形成し、スタンパの信号面１０３ａの形状を測定したところ、透明保護膜からの反射光とスタンパの信号面１０３ａからの反射光とで、光強度のピークが分離した。
【００２７】
一方、第一及び第二の変位センサ１０１´、１０２´としてスポット径約１５μｍのキーエンス社製のＬＣ−２４２０を用い、残りの構成については上記構成と同様としてスタンパの信号面１０３ａの形状を測定したところ、透明保護膜からの反射光とスタンパの信号面１０３ａからの反射光が光学的に充分分離しなかった。
【００２８】
次に、本実施形態のスタンパ形状測定システム１００における制御系の構成について、図４を参照して説明する。図４は、スタンパ形状測定システム１００の制御系の概略図である。第一の変位センサ１０１と第二の変位センサ１０２とはアナログディジタル変換機３０１を介して、ホストコンピュータ３０３に接続されている。第一の変位センサ１０１と第二の変位センサ１０２によって測定されたスタンパ１０３の高さ情報はアナログディジタル変換機３０１を介して、ホストコンピュータ３０３に転送され、ホストコンピュータ３０３のメモリ上に格納され、フォーカスサーボ特性解析プログラム３０４による解析に用いられる。
【００２９】
また、スライダー１０５と回転ステージ１０６とは駆動系制御機３０２を介して、ホストコンピュータ３０３に接続されている。このため、ホストコンピュータ３０３は、駆動系制御機３０２を介してスライダー１０５及び回転ステージ１０６を制御することができる。スライダー１０５は駆動系制御機３０２により制御され、第一の変位センサ１０１及び第二の変位センサ１０２を、スタンパ１０３の半径方向に直線的に移動させる。一方、回転ステージ１０６は、駆動制御機３０２により制御され、第一及び第二の変位センサからのレーザー光に対してスタンパ１０３を任意の角度に設定する。このため、第一及び第二の変位センサ１０１、１０２を用いて、スタンパ１０３の任意の角度、任意の半径位置の高さ情報を測定することができる。また、アナログデータを専用のアナログディジタル変換機３０１を用いてディジタル化することにより、回転ステージ１０６を停止させることなく高速にサンプリングすることができる。これにより、スタンパの裏面１０３ｂを研磨している途中にもスタンパ１０３の形状を測定することができ、さらにその測定結果を引き続き継続される研磨工程の条件設定にフィードバックすることもできる。
【００３０】
図５は、本実施形態のホストコンピュータ３０３のフォーカスサーボ特性解析プログラム３０４におけるデータ処理の流れを示したフローチャートである。まず、スタンパ１０３の所定の半径位置、所定の角度における信号面１０３ａの高さ情報の面内分布を、第二の変位センサ１０２の測定結果に基づいて演算することにより得ることができる（ステップＳ１０１）。同様に、裏面１０３ｂの高さ情報の面内分布を、第一の変位センサ１０１の測定結果に基づいて演算することにより得ることができる（ステップＳ１０２）。さらに、上記測定結果の差を演算することにより、スタンパ１０３の厚さ情報の面内分布が得られる（ステップＳ１０３）。
【００３１】
上記ステップＳ１０１〜Ｓ１０３で得られた面内分布について、スタンパ１０３の周方向のデータ系列を一次元積分変換（フーリエ変換）することにより（ステップＳ１０４）、スタンパの信号面１０３ａの凹凸、裏面１０３ｂの凹凸、更に、スタンパ１０３の厚さの空間周波数分布を求めることができる（ステップＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０７）。
【００３２】
これらの空間周波数に、当該スタンパ１０３により製造される光ディスクに対して記録再生を行う記録再生用ドライブの、記録再生時の線速度を演算（回転速度を掛け算）することにより（ステップＳ１０８）、スタンパの信号面１０３ａの凹凸、裏面１０３ｂの凹凸、更に、スタンパ１０３の厚さの周波数領域表現を得ることができる（ステップＳ１０９、Ｓ１１０、Ｓ１１１）。
【００３３】
さらに、前記ドライブのフォーカス制御の伝達関数を畳み込むことにより、当該記録再生ドライブでのフォーカスサーボ誤差信号の挙動を解析することができ、逆ラプラス変換（逆フーリエ変換）を施すことにより（ステップＳ１１２）、過渡的な応答特性を解析することができる。つまり、基板の凹凸やうねりに対し、当該記録再生ドライブが具体的にどのような応答を行うかを解析することができる。
【００３４】
また、本実施形態のスタンパ形状測定システム１００は、図６に示すように、当該スタンパ１０３を用いて射出成型したディスク基板４０１についても同様の解析を行うことができるので、当該スタンパ１０３の厚さむらやうねり等がドライブサーボに与える影響を整理することができる（ステップＳ１１３、Ｓ１１４、Ｓ１１５）。
【００３５】
以上説明してきた実施形態は、本発明を光ディスク等の情報記録媒体の製造に用いるスタンパの形状を測定するために用いた一例であるが、本発明の用途はスタンパの形状測定に限られない。例えば、本発明により形状を測定したスタンパにより成型された基板のような、回転体の形状測定にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態におけるスタンパ形状測定装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態におけるスタンパ形状測定装置の要部を拡大した図である。
【図３】本発明の実施形態におけるスタンパ信号面からの反射光と、透明膜表面からの反射光の強度を示す図である。
【図４】本発明の実施形態におけるスタンパ形状測定システムの制御系の概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態のホストコンピュータにおけるデータ処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態におけるスタンパ形状測定装置を、図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  スタンパ形状測定装置  １００  スタンパ形状測定システム  １０１  第一の変位センサ  １０２  第二の変位センサ  １０３  スタンパ  １０４  固定用冶具  １０５  スライダー  １０６  回転ステージ  １０７  透明膜  １０８  研磨砥粒  ３０１  アナログディジタル変換機  ３０２  駆動系制御機  ３０３  ホストコンピュータ  ４０１  ディスク基板
【図１】
2009129523.tif 000003
【図２】
2009129523.tif 000004
【図３】
2009129523.tif 000005
【図４】
2009129523.tif 000006
【図５】
2009129523.tif 000007
【図６】
2009129523.tif 000008