JP4581370B2 - 凹凸パターン検査装置及び凹凸パターン検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば記録トラックに沿って凹凸パターンが形成されて成る光記録媒体の検査に適用して好適な凹凸パターン検査装置及び凹凸パターン検査方法に関する。

従来、光技術を利用した各種の光記録媒体において、その表面に記録トラックに沿って設けるグルーブ、ランドまたはピット等の凹凸パターンの形状の良否を短時間に検出する方法が種々検討されてきた。

例えば、記録トラック表面に光を照射して得られた０次回折光、１次回折光及び２次回折光の光量比を測定し、スカラー回折理論を利用してグルーブ形状の検出を行う方法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。
この場合は、０次から２次の各回折光を検出する検出器を設ける必要があるため、装置構成が比較的複雑となる。

また、０次回折光及び１次回折光を検出して、溝形状の幅、深さなどの不具合を検出する方法も提案されている（例えば特許文献２及び３参照。）。
しかしながらこれらの場合においても、０次光及び１次光を検出する検出器が必要となる。

一方、上述したような光記録媒体においては、基板材料がポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの樹脂から成り、その製造方法は金型を用いて射出成形等により製造するものであるが、この金型から剥離するいわゆる離型時に、基板材料と金型材料との熱収縮率の違いにより、溝形状の一部が変形する欠陥が生じる場合があり、このような欠陥を効率よく検出する方法が望まれている。

離型の際に生じる欠陥とは、例えば図４に被検査体１の一例として、光記録媒体用の基板の略線的拡大断面構成を示すように、正常なグルーブ形状の凹凸パターン２ではなく、図５に示すような基板製造時の金型からの離型の際に生じる角状突起、いわゆる離型パターン３や、また凹凸パターンの溝部側面の傾斜角度にばらつきが生じるなど、各種の微細な変形を示す。

この離型パターン等の欠陥の発生による不具合は、凹凸パターン上に反射層等の薄膜を形成すると比較的容易に見つかるが、成膜後の付加価値が生じた状態で不良を検出することは望ましくない。しかしながら、成膜する前に検出する技術は提案されていない。

特開平５−１８９９１１号公報 特開平７−２８６９６７号公報 特開平９−０４３１６１号公報

本発明は、上述したような光記録媒体等におけるグルーブの離型パターンなど、凹凸パターンの微細な欠陥を容易に検出することが可能な凹凸パターン検出装置及び凹凸パターン検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明による凹凸パターン検査装置は、凹凸パターンを有する被検査体に白色光を照射する光照射手段と、被検査体を保持及び移動させる保持移動手段と、被検査体からの反射光、透過光の少なくともいずれかの２次回折光成分を受光し、線状又は面状の光強度分布情報を得る光検出手段と、を備え、光強度分布情報から画像処理により強度分布の微分波形からその極大値及び極小値を検出する構成とする。

また本発明による凹凸パターン検査方法は、凹凸パターンを有する被検査体表面に白色光を照射して、この被検査体からの反射光、透過光の少なくともいずれかの２次回折光成分を検出し、この２次回折光成分の強度分布の微分波形における極大値及び極小値を検出することにより、凹凸パターンの欠陥を検出する。

上述したように本発明においては、凹凸パターンを有する被検査体の表面に白色光を照射して、特にその表面から出射される２次回折光の強度分布を検出する構成とするものである。

前述したように、従来の各種の凹凸パターン検査装置においては、表面から出射される０次回折光、１次回折光またはこれらの比を検出して溝形状などを検査していたものであるが、０次回折光及び１次回折光には、溝やピットなどの凹凸パターンの微細な欠陥状態の指標と成るいわば欠陥信号成分の比率が低く、２次回折光にこのような欠陥信号成分の比率が高いことが本発明者等の鋭意考察研究の結果判明した。

これは、０次回折光及び１次回折光には、凹凸パターンの溝幅やピッチなどの形状に起因する成分が含まれ、２次回折光には、凹凸パターンの形状の非対称成分が含まれることによるものと思われる。

従って、本発明によれば被検査体から反射又は透過される２次回折光のみを検出することによって、上述したような凹凸パターンの形状の特に微細な欠陥成分を容易に検出することができる。

以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、凹凸パターンの微細な欠陥を容易に検出することができるという効果がある。

また、請求項２に係る発明によれば、被検査体に照射する光の光源として白色光源を用いることにより、特定の波長帯域を有する光源ではないことから、凹凸パターンのピッチ、２次回折光を検出する光検出手段の配置位置などの条件を緩和することができて、結果的に微細な欠陥をより精度良く且つ容易に検出することができるという効果がある。

更に、請求項３に係る発明によれば、光検出器として、リニアセンサまたはＣＣＤ（Charge Coupled Device）など、取り扱いが比較的簡単でかつ安価な光検出器を用いて、容易に凹凸パターンの欠陥を検出することができる。

また、請求項４に係る発明によれば、被検査体の微細な欠陥をより容易に検出することができ、更に取り扱いの比較的簡単かつ安価な光検出器を用いて精度良く検出することができる。

更にまた、請求項５に係る発明によれば、凹凸パターンの微細な欠陥を容易に検出することができるという効果がある。

以下本発明を実施するための最良の形態の各例を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は以下の例に限定されることなく、その他種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。

図１は、本発明による凹凸パターン検査装置の一例の概略構成図である。図１に示すように、本発明による凹凸パターン検査装置１０は、凹凸パターンを有する被検査体１に光を照射する光照射手段１１と、被検査体１を少なくとも保持及び移動させる保持移動手段１２と、被検査体１からの反射光及び／又は透過光の２次回折光成分を受光する光検出手段１３とを少なくとも備える構成とする。

図示の例においては、被検査体として、光記録媒体を構成するディスク状の基板を用いる場合を示す。すなわち、この被検査体１の表面には、光記録媒体に形成されるいわゆるグルーブまたはピット等の凹凸パターンが、所定の幅及び深さ、ピッチをもって、例えば前述の射出成形、または２Ｐ(Photo-Polymerization)法等により形成されて成る。

そしてこの被検査体１を保持及び移動する手段としては、被検査体１の表面に沿って例えばその半径方向に移動する移動ステージ１２Ａ及びステッピングモータ１２Ｂを備えた保持移動手段１２を用いている。

そして、被検査体１に光を照射する光照射手段１１と、被検査体１から反射又は透過される２次回折光、図示の例では反射２次回折光を検出する光検出手段１３は、被検査体１の光照射位置に対して一定の角度をもった最適な位置にそれぞれ配置することが望ましい。

すなわち、図１において被検査体１の凹凸パターンが形成される表面に沿う方向を矢印Ｘで示すＸ軸方向とし、図１の紙面に直交する方向を矢印Ｙで示すＹ軸方向、更にこれらＸ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向を矢印Ｚで示すＺ軸方向とすると、光照射手段１１及び光検出手段１３をそれぞれその光軸がＸ−Ｚ軸平面に沿う方向となるように、各手段１１及び１３を配置する。
このように配置することによって、最も効率よく被検査体１から出射される２次回折光を検出することができる。被検査体１から出射される透過光を検出する場合も同様である。

ここで、光照射手段１１から出射される矢印Ｌｉで示す入射光を、被検査体１上の光照射位置においてその表面から角度θをもって入射させる。このとき、この光照射位置から凹凸パターンの回折によって出射される矢印Ｌ２で示す２次回折光の出射方向は、角度φ２をもって出射されるとする。図１において０次回折光Ｌ０及び１次回折光Ｌ１の各出射角度をそれぞれφ０及びφ１として示す。０次回折光の出射角度φ０は入射角度θに等しい。

図２においては、被検査体１を上面から見た配置構成を模式的に示す。光照射手段１１から出射される光Ｌｉが、凹凸パターン２の形成された被検査体１の所定の照射エリア４に照射される。図２において、図１に対応するＸ、Ｙ及びＺ軸方向をそれぞれ矢印Ｘ、Ｙ及びＺで示す。

この光照射手段１１としては、その光源に白色光、単色光、コヒーレント光を出射する各種光源を用いることができる。
しかしながら、単色光ではなく白色光源を用いる場合は、以下に説明するように、より精度良く且つ容易に欠陥を検出することが可能となるという利点を有する。

一例として、この光照射手段１１として、その光源にハロゲンランプを用いる場合について説明する。この場合、光源からの光束径の直径φは１０ｍｍ程度得られる。凹凸パターンを回折格子としてとらえ、そのトラックピッチｄを１．２μｍとし、被検査体１としては上述した光記録媒体の基板、すなわちＰＣ等の光透過性樹脂より成る基板を用いる。

光検出手段１３としてＣＣＤカメラを用い、被検査体１から出射される反射光のうち、２次回折光だけをこのＣＣＤカメラに取り込むように配置する。

被検査体１の表面に対する光照射手段１１、光検査手段１３の光軸の角度を、前述の図１に示すように定義すると、入射角度θ及び２次回折光出射角度φ２は、凹凸パターンのピッチｄ、光の波長をλとすると、以下の式に表される関係となる。

ｄ（ｃｏｓ（θ）＋ｃｏｓ（φ２））＝２λ

上述したように光照射手段１１としてハロゲンランプを用い、被検査体１すなわちこの場合光記録媒体の基板に対する入射角度θをθ＝１０°、ＣＣＤカメラを用いた光検査手段１３の光照射位置からの角度を９０°として観測を行った結果を図３Ａ〜Ｃに示す。

この被検査体１には、前述の図４において説明したグルーブ形状より成る繰り返し凹凸パターンが形成されている。目視では殆ど欠陥発生の判別がつかず、従来方式による検出器でも何らの欠陥、不良を検出することはできなかったが、図３Ａにその２次回折光観察図を示すように、凹凸パターンの離型時の不良によるいわゆる離型パターンの発生領域が明確に認められた。

図３Ｂにおいては、この離型パターンの現れた観察図を画像処理して得られた強度分布を示す。図３Ａにおいて離型パターンの見られた筋状領域に相当する位置に、強度分布の不連続部分が表れていることがわかる。

更に図３Ｃに、この図３Ｂに示す強度分布の微分波形を示す。強度分布の不連続な部分に極大・極小値が出ており、この結果から容易に凹凸パターンの微細な欠陥を精度良く検出することができることが明らかにわかる。
またこの結果から明らかなように、例えばこの極大・極小値を定量的に検出することによって、自動的に不良・欠陥を検出することも可能となる。

このように本発明による凹凸パターン検査装置によれば、０次回折光及び１次回折光の検出器を用いることなく、簡単な構成で容易に微細凹凸パターンの欠陥・不良の発生を検出することができ、検査装置の小型化を図ることができる。
また上述したように本発明によれば、被検査体の表面全面に渡って一度に或いは短時間で検出することが可能である。

尚光検査手段１３としては、上述のＣＣＤカメラなどの他、リニアセンサなど線状の領域を検出して光反射情報を得る装置を用いることができることはいうまでもない。この場合、上述のＣＣＤカメラなどの面状の光反射情報を検出する手段を用いる場合と同様に、取り扱いが簡単で且つ比較的安価な装置を用いて凹凸パターン検査装置を構成し、精度良く容易に凹凸パターンの欠陥を検出することができる。

更にまた本発明は、このように簡単な装置で構成することが可能であるとともに、上述したように微分波形などを用いて定量的に検出することが可能である。
また、付加価値が付く前の製造工程、すなわち反射層や、必要に応じて記録層等の成膜前に欠陥の検出が可能となるため、コストを抑制することができ、高品位な光記録媒体の比較的安価な製造が実現可能となる。

また本発明は、被検査体として上述の光記録媒体用基板のグルーブパターンの他、連続溝ではないピット等の離散パターンにも適用可能であり、更にその他各種の連続又は離散凹凸形状を有し、回折光を生じ得る凹凸パターンを有する被検査体に本発明を適用し得ることはいうまでもない。

本発明による凹凸パターン検査装置の一例の概略構成図である。 本発明による凹凸パターン検査装置の一例の模式的構成図である。 Ａは本発明による凹凸パターン検査結果を示す観察図であり、Ｂは本発明による凹凸パターン検査結果の強度分布を示す図であり、Ｃは本発明による凹凸パターン検査結果の強度分布微分波形を示す図である。 凹凸パターンの一例の模式的断面構成図である。 凹凸パターンの欠陥の一例の模式的断面構成図である。

符号の説明

１ 被検査体
２ 凹凸パターン
３ 離型パターン
４ 照射エリア
１０ 凹凸パターン検査装置
１１ 光照射手段
１２ 保持移動手段
１２Ａ ステッピングモータ
１２Ｂ 移動ステージ
１３ 光検出手段

Claims (4)

1. 凹凸パターンを有する被検査体に白色光を照射する光照射手段と、
   上記被検査体を保持及び移動させる保持移動手段と、
   上記被検査体からの反射光、透過光の少なくともいずれかの２次回折光成分を受光し、線状又は面状の光強度分布情報を得る光検出手段と、を備え、
   前記光強度分布情報から画像処理により強度分布の微分波形からその極大値及び極小値を検出する構成である
   凹凸パターン検査装置。
2. 上記光検出手段がリニアセンサである請求項１に記載の凹凸パターン検査装置。
3. 上記光検出手段が撮像装置である請求項１又は２に記載の凹凸パターン検査装置。
4. 凹凸パターンを有する被検査体表面に白色光を照射して、前記被検査体からの反射光、透過光の少なくともいずれかの２次回折光成分を検出し、
   上記２次回折光成分の強度分布の微分波形における極大値及び極小値を検出することにより、上記凹凸パターンの欠陥を検出する
   凹凸パターン検査方法。