JP4307343B2

JP4307343B2 - 光ディスク検査方法および装置

Info

Publication number: JP4307343B2
Application number: JP2004201230A
Authority: JP
Inventors: 健一郎間瀬; 和政高田; 義寛池本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2024-07-08
Also published as: JP2006024274A

Description

本発明は、光ディスク検査方法および装置に関し、ＤＶＤ−ＲＡＭ等の光ディスク上に溝形状を形成するマスタリング工程において発生する離型ムラと呼ばれる溝の形状欠陥を検出する技術に係るものである。

現在、ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭが、従来のＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒよりもより高密度にデータを記録することが可能なメディアであること等によって、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）や情報家電に多数用いられており、そのメディアの需要が急激に増大し、生産枚数が増加している。また、今後は更に高密度なＨＤ−ＤＶＤやＢｌｕ−ｒａｙディスクも用いられることで光ディスクメディアの生産数は増加の一途を辿ると思われる。

これら、ＤＶＤ−ＲＡＭ等の光ディスクの製造過程においてマスターパターンを形成するマスタリング工程は、光ディスクの基盤（以下においてディスクと称する）に基準となる溝を形成する重要工程である。このマスタリング工程ではマスターパターン原版（スタンパー）をディスクに密着させて溝を成形し、その後にマスターパターン原版をディスクから分離させる。

このマスターパターン原版の分離の際に、プロセス条件によっては離型ムラと呼ばれる欠陥（以下においてムラ欠陥と称す）が発生する。このムラ欠陥は溝の側面（ランドとグルーブの境をなす面）に欠けや突起等が生じて溝の形状が本来の所定形状と異なるものとなった形態である。ディスクにムラ欠陥があると、完成品の光ディスクにおいてムラ欠陥の部分に対応する記録層にデータを記録することができず、重大な欠陥となる。

従来では、マスタリング工程で製造されたディスクの品質を評価する手段として検査員よる目視検査の方法が採用されている。この方法は、白色光もしくは黄色の検査光をディスクの表面に照射し、ディスク面上の溝において光が回折することによってディスク面上にできる“虹”様の光学的事象を検査員が目視で良品と比較するものである。

また、特許文献１に記載する検査方法では、レーザを真上から照射して散乱光を検出する方法が用いられている。
特公昭６２−５０７７４号公報

しかしながら上述した先の方法では時間が掛かるために、全数検査を行うことが困難であった。また、良否の判断が検査員の主観に拠るために検出精度のバラツキが生じて、定量的な評価ができていなかった。

また、特許文献１に記載する方法では、ディスクの溝の正常な底面において反射する検査照明光の反射光と、ムラ欠陥に起因するものとのコントラストが悪く、ムラ欠陥に対する感度が低いという問題があり、光ディスクの特性として不良となる欠陥を全て検出することが不可能であった。

さらに、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy：原子間力顕微鏡）など高精度な段差計測器を使う方法では形状を正確に知ることができるが、検査に要する時間が非常にかかり、この手法でも全数を検査することができないという問題があった。

したがって、現状ではＤＶＤ等の光ディスクのムラ欠陥を高速でかつ高精度に検査する方法がなかった。
本発明の目的は、量産にも対応した高速、高精度にディスクを検査する光ディスク検査方法および装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１記載の本発明の光ディスク検査方法は、光ディスクのムラ欠陥の検査を行う方法であって、照射のステップと受光のステップと判定のステップで構成し、照射のステップで、検査対象となるディスクに検査照明光を照射し、受光のステップで、検査照明光の入射角度と検査対象となるディスクの溝ピッチとから決まる１次回折光が出射する角度に対し、この１次回折光の出射する角度とは異なる角度に出射する１次回折光と乱反射光と散乱光を受光手段で検出し、判定のステップで、受光手段で得られるグレースケール画像の各領域の明るさを上限の閾値および下限の閾値と比較し、上限の閾値以上の明るさの領域と下限の閾値以下の明るさの領域とを欠陥として判定し検出するものである。

請求項２記載の本発明の光ディスク検査方法は、照射のステップにおいて、１次回折光の出射角度が真上となる検査照明光の入射角度よりも仰角方向で低角度に検査照明光が入射され、受光のステップにおいて、受光手段をなすレンズ及びセンサをディスク面に対して垂直９０度方向に配置してレンズのフォーカスをディスク面上に合わせ、ムラ欠陥に起因する１次回折光と乱反射光と散乱光の全てを検出するものである。

この構成において、垂直方向に対する検査照明光の入射角度をθ、反射角度をφ、１次回折光の出射角度をψとすると、
θ＝−φ
ψ＝sin^１((λ／ｄ)−sinθ) （式１）
となる。ここでｄはディスクの溝ピッチを示し、λは検査照明光の光の波長を示し、θは０〜９０゜までの値となる。この場合、一次回折光が真上にでる条件はψ＝０であり、その時の検査照明光の入射角度θａは、
θａ＝sin^-1(λ／ｄ) （式２）
となる。したがって、上記の入射角度θａより仰角方向で低角度で入射する条件は、θが垂直方向に対して角度を取っているため、
θ＞θａ
となる。したがって、検査照明光の入射角度θが上記の条件を満たすことにより、１次回折光が真上に設置された受光手段をなすレンズ及びＣＣＤ素子に入射することはない。これにより、この条件内でムラ欠陥に起因する１次回折光と乱反射光と散乱光を効率よく検出する角度に入射角度θを設置することで、検出精度を高めることが可能となる。

請求項３記載の本発明の光ディスク検査方法は、照射のステップにおいて、検査照明光として白色光を用いて波長帯域の広い検査照明光を照射することにより、ムラ欠陥に起因する１次回折光の角度幅を広げ、欠陥形状に依存することなく様々な形状状態のムラ欠陥の検出を可能とするものである。

上記した構成において、離型ムラにより発生する溝ピッチの乱れは、固定値ではなく、ある幅を持っている。また、回折光の角度は検査光の波長λにも依存する。そのため、単色の検査光の場合では離型ムラの発生状況によっては、ムラ欠陥に起因する１次回折光の回折角度がずれ、センサに受光できない場合が発生する。しかし、白色光のような波長帯域の広い検査光を照射することにより、ムラ欠陥に起因する１次回折光の角度幅を広げ、欠陥形状に依存することなく、様々な形状状態の欠陥の検出が可能となる。

請求項４記載の本発明の光ディスク検査方法は、照射のステップにおいて、検査照明光としてレーザ光を用いることにより、ムラ欠陥に起因する１次回折光、乱反射光、散乱光とバックグラウンドノイズとのコントラストを高め、微小なムラ欠陥の検出を可能とするものである。

上記した構成において、特定の欠陥種に対してコヒーレントなレーザ光を用いることにより、ムラ欠陥に起因する光とバックグラウンドの光とのコントラストを高め、微小な欠陥の検出を可能とすることが可能となる。欠陥種に対してのロバスト性は低くなるものの、検出可能な欠陥サイズについてはより微小な欠陥まで検出することが可能となる。この場合に、請求項３記載の白色照明と請求項４記載のレーザを組み合わせてもよい。

請求項５記載の本発明の光ディスク検査装置は、光ディスクのムラ欠陥の検査を行う装置であって、検査対象となるディスクに検査照明光を照射する照明手段と、検査照明光の入射角度とディスクの溝ピッチとから決まる１次回折光に対し、形状欠陥に起因して１次回折光とはずれた方向へ出射する１次回折光と乱反射光と散乱光をレンズによりセンサ上に集光する受光手段と、受光手段で得られるグレースケール画像の各領域の明るさを上限の閾値および下限の閾値と比較し、上限の閾値以上の明るさの領域と下限の閾値以下の明るさの領域とを欠陥として判定し検出する判定検出手段とを備えたものである。

以上のように、本発明の光ディスク検査方法によれば、従来は不可能であったＤＶＤ等の光ディスクのムラ欠陥を高速でかつ高精度に検査することが可能となり、量産にも対応した高速、高精度な光ディスクの検査を行える。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図４を用いて説明する。図１および図２に示す本発明の光ディスクの検査装置においては、検査対象となるＤＶＤ−ＲＡＭ等の光ディスクのディスク（基盤）１に、白色光もしくはレーザ光の光源２から検査照明光３をある一定角度で照射する。

この際に、検査照明光３はライン状にディスク１の半径方向を照明するように照射する。また、ディスク１はディスクホルダ（モータ等で駆動するターンテーブル）４に載置されており、ディスクホルダ４によって軸心回りに回転する。

ディスク１はディスク面にマスタリング工程で形成したマスターパターンを有している。図３および図４に示すように、マスターパターンはトラッキング用の複数の溝（グルーブ）１ａおよび溝１ａと溝１ａの間のランド部１ｂからなり、溝１ａの所定位置（アドレスエリア等に相当）にはピット（図示省略）がある。ピットは溝１ａの基準面をなす底面に形成する。

図３に示すように、入射された検査照明光３はディクス１のディスク面をなすランド部１ｂの基準面もしくは溝１ａの基準面を反射の境界面として反射して正反射光５となり、ディスク面に対する垂線（境界面の法線）を介して光源２と反対側に反射される。

このとき、ディスク１の溝１ａとランド部１ｂとの境においては、ランド部１ｂで回折した１次回折光６が発生し、この１次回折光６の反射光（以下においては単に１次回折光６と称する）も光源２と反対側に反射する。この１次回折光６は検査照明光３の入射角度とディスク１の溝ピッチとから決まる。

一方で、図４に示すように、ディスク１の溝１ａにムラ欠陥７が発生している場合に、ディスク１の溝１ａとランド部１ｂとの境においては、ムラ欠陥７が存在する位置に照射された検査照明光３の正反射光５および１次回折光６とは異なる角度に出射する光があり、この光はムラ欠陥７に起因して発生した１次回折光と乱反射光と散乱光８である。

これらの光８は検査照明光３をある一定角度に設置した場合にはほぼ真上方向に発生するので、受光手段をなす受光レンズ９およびＣＣＤセンサ１０をディスク１の上方にディスク面に対向して配置し、受光レンズ９をディスク面にフォーカスを合わせて設置してＣＣＤセンサ１０に結像させる。ＣＣＤセンサ１０には判定検出手段を構成する信号処理部１１を接続しており、信号処理部１１に画像表示装置１２を接続している。

ＣＣＤセンサ１０は、検査の高速化を行うためにラインセンサを用いており、検査照明光３によってライン状に照明されたエリアをラインセンサに結像するように受光レンズ９とＣＣＤセンサ（ラインセンサ）１０を設置している。

図２に示すように、ディスク１の端面から入射する光がノイズ光とならないように端面入射遮光板１３を設けることも可能である。これによりバックグラウンドノイズを減らして、高い感度で欠陥を検出することが可能となる。

上記した構成において、ディスク１のムラ欠陥７の検査は、照射のステップと受光のステップと判定のステップで構成する。
照射のステップでは、ディスク１をディスクホルダ４によって回転させながら、光源２から検査照明光３として白色光もしくはレーザ光をディスク面にある一定角度で照射し、検査照明光３をディスク１の半径方向に沿ってライン状に照射する。

受光のステップでは、ディスク面で反射する光を受光レンズ９で受光し、ＣＣＤセンサ１０にグレースケール画像として結像させる。この際に、ムラ欠陥７の存在する部位においては、ムラ欠陥７に起因して発生した１次回折光と乱反射光と散乱光８が受光レンズ９を通ってＣＣＤセンサ１０に結像することで、ムラ欠陥７の画像が欠陥のない部分の画像よりも明るく表示される。また、欠陥の状態によっては、通常よりも暗く表示される領域もある。

このため、ムラ欠陥７がない場合の検査対象エリアにおける光量がＣＣＤセンサ１０における検出感度の中間値の階調となるように、検査照明光の光量、もしくはＣＣＤセンサ１０のゲインを調整しておく。例えば２５６階調のセンサなら１２８階調付近に設定しておく。この調整によって、ムラ欠陥７は主に白色領域として検出され、もしくは形状により黒色領域として検出される。

判定のステップでは、ＣＣＤセンサ１０に結像するグレースケール画像を信号処理部１１によって画像データとして検出し、ムラ欠陥７のない検査対象エリアの光量に相当する階調から白色側に外れた階調、つまり上限の閾値以上の明るさの領域と、黒色側に外れた階調、つまり下限の閾値以下の明るさの領域とを、ムラ欠陥７に相当する領域として判定し検出することで、欠陥部のみを検出することが可能となる。信号処理部１１で処理した検査結果は画像表示装置１２に表示して検査者に提示する。

図５は、ＣＣＤセンサ（ラインセンサ）１０によって回転するディスク面の全面を画像とした捉えた画像であり、この画像は横方向がディスク１の半径方向、縦方向がディスク１の円周方向（回転方向）に対応し、ディスク面の検出画像が矩形となる。これはディスク１の内周側の周速度が外周側の周速度よりも遅くて内週側が伸びた画像となるためである。ここで、元々にディスク１にマスターパターンの一部として形成されているピットは黒い画像の領域１４として検出される。このため、ピットに相当する部位は予め画像処理エリアからは除外し、図６に示すように、ムラ欠陥７に相当する画像の領域１５のみを画像として表示する。

次に、図４により、ディスク１における検査照明光３の回折方向と溝ピッチについて説明する。ここでは対象ディスクをＤＶＤ−ＲＡＭとした場合の例を示している。ＤＶＤ−ＲＡＭでは溝ピッチは６１５ｎｍとなっている。一方、使用する検査照明光の波長をグリーンレーザの５３２ｎｍとすると、前述した式２より、真上に１次回折光６のでる入射角θ_ａは、
θ_ａ＝sin^-1（λ／ｄ）
＝sin^-1（５３２／６１５）
＝５９．９゜
となる。

したがって、ＤＶＤ−ＲＡＭでは検査照明光３の入射角θは、上述の入射角θ_ａの角度５９．９゜よりも大きい入射角度で行う。実際には６５゜〜８０゜（仰角で１０゜〜２５゜）の間では、１次回折光６が欠陥検出に影響する率が少なく、ムラ欠陥７の一次回折光、乱反射光、散乱光を最も高い感度で検出できる。この角度の間で対象とするムラ欠陥７のコントラストが得られる角度に設定する。

なお、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｋ（ＢＤ）のような更にピッチの短い光ディスクに対しては、波長の短い光（４００ｎｍ近辺）を使うことによって、ムラ欠陥７を検出することが可能となる。

以上のように、本発明の光ディスク検査方法は、従来は不可能であったＤＶＤ等の光ディスクのムラ欠陥を高速でかつ高精度に検査することが可能であるので、量産にも対応した高速、高精度な光ディスクの検査に適用できる。

本発明の実施の形態における光ディスク検査装置の構成図同光ディスク検査装置の構成図同光ディスク検査装置における検査方法を示す説明図同光ディスク検査装置における検査方法を示す説明図同光ディスク検査装置によって得られる画像の一例を示す図同光ディスク検査装置によって得られる画像の一例を示す図

符号の説明

１ディスク（基盤）
１ａ溝
１ｂランド部
２光源
３検査照明光
４ディスクホルダ
５正反射光
６１次回折光
７ムラ欠陥
８ムラ欠陥に起因する１次回折光と乱反射光と散乱光
９受光レンズ
１０ＣＣＤセンサ
１１信号処理部
１２画像表示装置
１３端面入射遮光板
１４ピットの画像領域
１５ムラ欠陥の画像領域

Claims

光ディスクのムラ欠陥の検査を行う方法であって、照射のステップと受光のステップと判定のステップで構成し、
照射のステップで、検査対象となるディスクに検査照明光を照射し、
受光のステップで、検査照明光の入射角度と検査対象となるディスクの溝ピッチとから決まる１次回折光が出射する角度に対し、この１次回折光の出射する角度とは異なる角度に出射する１次回折光と乱反射光と散乱光を受光手段で検出し、
判定のステップで、受光手段で得られるグレースケール画像の各領域の明るさを上限の閾値および下限の閾値と比較し、上限の閾値以上の明るさの領域と下限の閾値以下の明るさの領域とを欠陥として判定し検出することを特徴とする光ディスク検査方法。
照射のステップにおいて、１次回折光の出射角度が真上となる検査照明光の入射角度よりも仰角方向で低角度に検査照明光が入射され、
受光のステップにおいて、受光手段をなすレンズ及びセンサをディスク面に対して垂直９０度方向に配置してレンズのフォーカスをディスク面上に合わせ、ムラ欠陥に起因する１次回折光と乱反射光と散乱光の全てを検出することを特徴とする請求項１記載の光ディスク検査方法。
照射のステップにおいて、検査照明光として白色光を用いて波長帯域の広い検査照明光を照射することにより、ムラ欠陥に起因する１次回折光の角度幅を広げ、欠陥形状に依存することなく様々な形状状態のムラ欠陥の検出を可能とすることを特徴とする請求項１記載の光ディスク検査方法。
照射のステップにおいて、検査照明光としてレーザ光を用いることにより、ムラ欠陥に起因する１次回折光、乱反射光、散乱光とバックグラウンドノイズとのコントラストを高め、微小なムラ欠陥の検出を可能とすることを特徴とする請求項１記載の光ディスク検査方法。
光ディスクのムラ欠陥の検査を行う装置であって、検査対象となるディスクに検査照明光を照射する照明手段と、検査照明光の入射角度とディスクの溝ピッチとから決まる１次回折光に対し、形状欠陥に起因して１次回折光とはずれた方向へ出射する１次回折光と乱反射光と散乱光をレンズによりセンサ上に集光する受光手段と、受光手段で得られるグレースケール画像の各領域の明るさを上限の閾値および下限の閾値と比較し、上限の閾値以上の明るさの領域と下限の閾値以下の明るさの領域とを欠陥として判定し検出する判定検出手段とを備えたことを特徴とする光ディスク検査装置。