JP4674577B2 - 膜厚判定装置、膜厚判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスクの製造工程において、光ディスクにおける被膜厚測定層の膜厚の測定や適否判定を行うことのできる膜厚判定装置、及び膜厚判定方法に関するものである。

特開２０００−１１４０２号公報 特開昭６０−１４７６０６号公報 特開昭６０−５３８０４号公報

図１０（ａ）（ｂ）にブルーレイディスク（Blu-ray Disc（登録商標））としての１層ディスク（シングルレイヤーディスク）と２層ディスク（デュアルレイヤディスク）の概略的な層構造を示す。
図１０（ａ）の１層ディスクの場合、ポリカーボネートによる約１．１ｍｍの厚さのディスク基板１０１に記録層Ｌ０が形成される。
記録層Ｌ０は、情報ピット列もしくはグルーブとしての凹凸パターンが形成されたもので、凹凸パターン上には反射膜が成膜される。そして記録層Ｌ０上には、紫外線硬化型樹脂を用いたスピンコート、もしくはポリカーボネートシートの接着などの手法により、約１００μｍの厚みのカバー層（光透過層）１０３が形成され。これにより全体で約１．２ｍｍの厚みの光ディスクとされる。
そしてこのような光ディスクは、カバー層表面１０３ｓ側からレーザ光が照射されて情報の再生や記録が行われる。

また図１０（ｂ）の２層ディスクの場合、同じく約１．１ｍｍの厚さのディスク基板１０１に第１の記録層Ｌ０が形成されるが、その記録層Ｌ０から約２５μｍの厚みのスペーサ層１０２を介して第２の記録層Ｌ１が形成される。そして記録層Ｌ１上に約７５μｍの厚みのカバー層（光透過層）１０３が形成されて、全体で約１．２ｍｍの厚みのディスクとされる。この場合も、記録層Ｌ０、Ｌ１は、それぞれ情報ピット列或いはグルーブとしての凹凸パターンが形成されたもので、カバー層表面１０３ｓ側からレーザ光が照射されて情報の再生や記録が行われる。

また図示しないが、３層ディスク、４層ディスクなどの更なる多層ディスクも開発されており、多層ディスクの場合は、それぞれ各記録層が約２５μｍの厚みのスペーサ層を介して設けられる構造となり、記録層及びスペーサ層が増える分だけカバー層の厚みが薄くされ、全体としては約１．２ｍｍの厚みの光ディスクとされる。

ところで、例えばブルーレイディスクのような高密度記録光ディスクでは、その性能を維持する為には、記録再生時にレーザ光が透過するカバー層の膜厚の精度を保つことが非常に重要である。
ここで現在のブルーレイディスクの生産ラインを例に挙げると、そのディスク膜厚測定（カバー層の厚み分布）はロット毎の抜き取り検査を行ったり、インライン測定を行っているが、その手法として、１枚のディスク面上の数ポイントでカバー層の厚みを計測して全体の厚み検査としている。
つまり、生産する全てのディスクについての膜厚測定や、１枚のディスクの全面での膜厚測定は行われていない。
なぜなら、膜厚測定の方法としては、１波長レーザー反射方式の他に静電容量方式や 白色干渉方式等が採用できるが、例えば生産枚数の全数について、かつ１枚のディスクについて全面を測定するには計測時間がかかりすぎて現実的ではないためである。

例えば１ポイントでの膜厚測定には１秒程度を要する。
すると、例えばディスクの半径位置として２０〜５８．５ｍｍの３８．５ｍｍの範囲について、０．１ｍｍピッチで計測するとし、また１周を３２分割した計測ポイントを設定するとして、ディスク全面検査を行う場合、
（３８．５ｍｍ／０．１ｍｍ）×３２＝１２３２０ポイント
となり、つまり１枚のディスクについて、膜厚測定に１２３２０秒（＝約３．４時間）を要してしまう。
このような事情から、生産するディスク全数につき、ディスク全面（なお全面とは上記２０ｍｍ〜５８．５ｍｍなどの所要の半径範囲の意味である）の膜厚検査を行うということは、現実的ではなかった。

しかしながらカバー層の膜厚精度がディスク品質に大きく関わることを鑑みれば、やはり全数全面の膜厚判定を行うことが品質管理には重要である。
そこで本発明では、例えば製造工程ライン上で、非常に効率的にカバー層の膜厚が規定の膜厚となっているか否かをチェックできるようにした膜厚判定装置及び膜厚判定方法を実現することを目的としている。

本発明の膜厚判定装置は、光ディスクに対向される対物レンズと、第１の波長の第１のレーザ光を、上記対物レンズを介して光ディスクに照射するとともに上記光ディスクからの反射光を検出する第１の光学系手段と、上記第１のレーザ光の反射光から得られるフォーカス誤差情報に基づいて上記第１のレーザ光が上記光ディスクの被膜厚測定層の層端部において合焦状態となるように上記対物レンズの位置を制御するフォーカス制御手段と、第２の波長の第２のレーザ光を、上記第１のレーザ光と光軸を一致させ、かつ上記第１のレーザ光の焦点位置とは上記光ディスクの上記被膜厚測定層の規定の膜厚分だけずれた位置で合焦状態となるようにして、上記対物レンズを介して光ディスクに照射し、また上記光ディスクからの反射光を検出する第２の光学系手段と、上記第２のレーザ光の反射光から得られるフォーカス誤差情報に基づいて、上記被膜厚測定層の膜厚についての、規定の膜厚からの変位量を検出する変位検出手段とを備える。
また上記変位検出手段で検出される厚みの変位量が、所定範囲以内の変位量であるか否かにより、上記被膜厚測定層の膜厚の適否を判定する適否判定手段を、更に備える。
また上記第２の光学系手段は、上記第２のレーザ光の反射光について非点収差方式のフォーカス誤差情報を検出できる構成とする。
また上記対物レンズ近傍には、輪帯開口が配置されている。

本発明の膜厚判定方法は、第１の波長の第１のレーザ光を、対物レンズを介して光ディスクに照射するとともに、上記光ディスクからの反射光を検出し、上記第１のレーザ光の反射光から得られるフォーカス誤差情報に基づいて、上記第１のレーザ光が光ディスクの被膜厚測定層の層端部において合焦状態となるように上記対物レンズの位置を制御し、第２の波長の第２のレーザ光を、上記第１のレーザ光と光軸を一致させ、かつ上記第１のレーザ光の焦点位置とは上記光ディスクの上記被膜厚測定層の規定の膜厚分だけずれた位置で合焦状態となるようにして、上記対物レンズを介して光ディスクに照射するとともに、上記光ディスクからの反射光を検出し、上記第２のレーザ光の反射光から得られるフォーカス誤差情報に基づいて、上記被膜厚測定層の膜厚についての、規定の膜厚からの変位量を検出する。

これらの本発明においては、上記第１のレーザ光を対物レンズのフォーカス制御に用いることで、第１のレーザ光は、被膜厚測定層の層端部に合焦状態を保つ。被膜厚測定層とは、例えば上述した図１０（ａ）のカバー層１０３であり、その層端部とは、カバー層と記録層Ｌ０の接合部分である。つまり第１のレーザ光は記録層Ｌ０に合焦状態を保つことになる。
ここで、第２のレーザ光は、第１のレーザ光と光軸が一致され、かつ第１のレーザ光の焦点位置とは被膜厚測定層の規定の膜厚分だけずれた位置で合焦状態となる。例えば図１０（ａ）のカバー層１０３の規定の膜厚が１００μｍであるとすると、第２のレーザ光は、第１のレーザ光の焦点位置とは１００μｍずれた位置で合焦状態となるように調整されている。例えばカバー層表面１０３ｓに対して合焦状態となるように調整される。
ここで、第１のレーザ光が被膜厚測定層の一方の面に合焦状態を保つように対物レンズがフォーカス制御されていると、被膜厚測定層の厚みが本来の厚みより厚くなっていたり、薄くなっていたりしていれば、それが第２のレーザ光のデフォーカスとして現れることになる。
従って第２のレーザ光の反射光から得られるフォーカス誤差情報は、被膜厚測定層の厚みを反映した値となる。つまり規定の膜厚からの変位量に相当する値となる。

本発明によれば、第２のレーザ光のフォーカス誤差情報に基づいて、光ディスク上の被膜厚測定層の厚みとして、規定の膜厚からの変位量を検出できる。即ち第１，第２のレーザ光によりディスク上をスキャンしていくことで、リアルタイムに全周にわたって、例えばカバー層などの被膜厚測定層の厚みが、本来の規定の厚みとなっているか否かを判定できる。例えば変位検出手段で検出される厚みの変位量が、所定範囲以内の変位量であるか否かにより、上記被膜厚測定層の膜厚の適否を判定できる。
このため、１枚の光ディスクの全面（全面とみなす所定の半径範囲）についての膜厚を判定し、その光ディスクの膜厚が精度を保っているか否かを判定する工程に要する時間を、従来より著しく短縮できる。従って、生産する光ディスクの全数／全面検査も実際に可能であり、的確な品質管理により、出荷される光ディスクの品質の向上を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。ここでは、例えば図１０（ａ）の層構造を持つ光ディスク１００においてカバー層１０３の厚みの検査を行う膜厚判定装置としての例を述べる。

図１は実施の形態の膜厚判定装置１の外観例を示している。
膜厚判定装置１は、本体部２の正面側に表示部７や、キーやダイヤルとしての操作子による操作部８が設けられている。表示部７には膜厚判定の際の数値や膜厚判定結果、さらには膜厚測定値が表示される。操作子８は作業者の各種の操作に用いられる。

本体部２の上部には、回転基台部９及びヘッド昇降台部５が配置されている。
回転基台部９は、その内部にスピンドルモータや吸着機構を備え、回転基台部９の上面にはスピンドルモータによって回転される回転テーブル４が設けられている、この回転テーブル４上に膜厚測定の対象となる光ディスク１００が吸着載置される。
回転テーブル４は、ＳＵＳ、アルミ又は防サビ加工が施された通常鋼材で形成される。スピンドルモータは、この回転テーブル４を例えば最高２０００ｒｐｍ程度で回転駆動する。
回転テーブル４を備える回転基台部９の全体は、測定点の移動のために例えばボールネジを用いた移送機構によりＸ方向に移送される構造となっている。

また、ヘッド昇降台部５は本体部２の上面に固定配置される。このヘッド昇降台部５には昇降板６が設けられており、ヘッドユニット３が、昇降板６に沿ってＺ方向に移動（昇降）可能な構造とされている。例えばＳＵＳ又は防サビ加工が施された通常鋼材による昇降板６上でヘッドユニット３の移送ベースを１軸サーボモーターにより駆動する。
ヘッドユニット３の昇降は、ディスク１００の装着の際のヘッド退避の為である。光ディスク１００が回転テーブル４に吸着載置された後、図のようにヘッドユニット３が昇降板６に沿って下方に下ろされた状態とされる。この状態で、ヘッドユニット３は、回転される回転テーブル４に載置された光ディスク１００に近接して対向し、ヘッドユニット３からのレーザ光のフォーカスサーボがかけられる位置状態となる。

ヘッドユニット３は、ＳＵＳ、アルミ、真鍮等による筐体内にレーザ照射光学系を備える。そして光ディスク１００に対して異なる波長の２系統のレーザ光を照射し、その反射光を検出する。
膜厚判定装置１は、このヘッドユニット３による光ディスクのスキャンによって、例えば図１０（ａ）の層構造の光ディスク１００のカバー層１０３の膜厚の誤差判定や、膜厚の実測を行うことができる。

図２に膜厚判定装置１の要部の内部構成を示している。
ここでは、コントローラ１０、表示部７，操作部８、Ｚ駆動部１１，Ｘ駆動部１２、スピンドル回転駆動部１３、及びヘッドユニット３を示している。
コントローラ１０は例えばマイクロコンピュータにより形成され、装置全体の動作制御を行うとともに、膜厚のＯＫ／ＮＧ判定や膜厚値の計算等の演算を行う制御部である。
コントローラ１０は操作部８からの操作入力と、動作プログラムに応じて各部の制御を行う。また表示部７に対して判定結果等の表示を実行させる。
Ｚ駆動部１１は、ヘッドユニット３を昇降台６に沿って移動させるためのモータや機構を示しており、コントローラ１０の指示に応じてヘッドユニット３の昇降動作を実行する。
Ｘ駆動部１２は、回転基台部９をＸ方向に移動させるためのモータや機構を示しており、コントローラ１０の指示に応じて回転基台部９のＸ方向移動動作を実行する。
スピンドル回転駆動部１３は、上述したスピンドルモータ及びその回転駆動、回転速度サーボを行う機構を示しており、コントローラ１０の指示に応じて回転テーブル４を回転させる動作を行う。

ヘッドユニット３には、第１の光学系としての青ＬＤ系２０と、第２の光学系としての赤ＬＤ系３０の２系統のレーザ照射光学系が設けられている。
また青ＬＤ系２０と赤ＬＤ系３０に対して共通の光学系として、対物レンズ４０，ダイクロイックプリズム４４が設けられている。

青ＬＤ系２０には、レーザダイオード２１、コリメートレンズ２２、キューブハーフミラー２３、コリメートレンズ２４、シリンドリカルレンズ２５、フォトディテクタ２６が設けられている。
レーザダイオード２１は、例えば波長が４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度のいわゆる青色レーザを出力する。
レーザダイオード２１から出力される青色レーザは、コリメートレンズ２２により平行光となり、キューブハーフミラー２３を通過してダイクロイックプリズム４４に入射される。そしてダイクロイックプリズム４４で反射されて対物レンズ４０に導かれ、対物レンズ４０で集光されて膜厚測定対象である光ディスク１００に照射される。
また光ディスク１００で反射された反射光は、対物レンズ４０、ダイクロイックプリズム４４を介してキューブハーフミラー２３に戻され、キューブハーフミラー２３で反射されて、コリメートレンズ２４，シリンドリカルレンズ２５を通り、フォトディテクタ２６に集光される。

ここで、フォトディテクタ２６は４分割の受光面を有する４分割ディテクタとされており、反射光がシリンドリカルレンズ２５を介して集光されることで、非点収差方式のフォーカスエラー信号を得るための受光を行うものとされる。
フォトディテクタ２６の４分割の各受光面からは、受光光量に応じた電流信号がフォーカスサーボ処理部４６に供給される。フォーカスサーボ処理部４６は、各受光面からの電流信号を電圧値に変換し、非点収差方式に従った各受光面の検出電圧値の演算処理をおこなってフォーカスエラー信号を生成する。そしてフォーカスエラー信号に基づいてフォーカスサーボ駆動信号を生成し、フォーカスアクチュエータ４３に供給する。

対物レンズ４０は、フォーカスアクチュエータ４３に保持された状態で取り付けられており、フォーカスアクチュエータ４３は、フォーカスサーボ駆動信号に応じて対物レンズ４０を光ディスク１００に対して接離する方向に移動させる。
即ち本例では、青色レーザはフォーカスサーボのために用いられる。青色レーザは、以上のフォーカスサーボ動作により、例えば光ディスク１００の図１０（ａ）の記録層Ｌ０に対して合焦状態を保つように制御されることになる。

赤ＬＤ系３０には、レーザダイオード３１、コリメートレンズ３２、キューブハーフミラー３３、凹エキスパンダ３４、凸エキスパンダ３５、コリメートレンズ３６、シリンドリカルレンズ３７、フォトディテクタ３８が設けられている。
レーザダイオード３１は、例えば波長が５５０ｎｍ〜６５０ｎｍ程度のいわゆる赤色レーザを出力する。
レーザダイオード３１から出力される赤色レーザは、コリメートレンズ３２により平行光となり、キューブハーフミラー３３、凹エキスパンダ３４、凸エキスパンダ３５を通過してダイクロイックプリズム４４に入射される。そしてダイクロイックプリズム４４を透過して対物レンズ４０に導かれ、対物レンズ４０で集光されて膜厚測定対象である光ディスク１００に照射される。
また光ディスク１００で反射された反射光は、対物レンズ４０、ダイクロイックプリズム４４、凸エキスパンダ３５、凹エキスパンダ３４を介してキューブハーフミラー３３に戻され、キューブハーフミラー３３で反射される。そしてコリメートレンズ３６，シリンドリカルレンズ３７を通り、フォトディテクタ３８に集光される。

フォトディテクタ３８は、図３に示すように４分割の受光面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を有する４分割ディテクタとされており、反射光がシリンドリカルレンズ２５を介して集光されることで、非点収差方式のフォーカスエラー信号を得るための受光を行うものとされる。
フォトディテクタ２６の４分割の各受光面からは、受光光量に応じた電流信号が変位検出部４７に供給される。変位検出部４７は、図３に示すようにＩ／Ｖ変換部５０，加算器５１，５２，５４、減算器５３、除算器５５を有する。
Ｉ／Ｖ変換部５０は、受光面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４からの電流信号をそれぞれ電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に変換する。
加算器５１は、受光面Ｐ１，Ｐ３の検出値として電圧Ｖ１＋Ｖ３の加算を行う。
加算器５２は、受光面Ｐ２，Ｐ４の検出値として電圧Ｖ２＋Ｖ４の加算を行う。
減算器５３は、加算器５１の出力から加算器５２の出力を減算する。即ち減算器５３の出力は（Ｖ１＋Ｖ３）−（Ｖ２＋Ｖ４）であり、これはいわゆる非点収差方式でのフォーカスエラー信号に相当する信号である。
加算器５４は、加算器５１の出力と加算器５２の出力を加算する。即ち加算器５４の出力は（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）であり、これはフォトディテクタ３８の検出光量信号（和信号）に相当する。
除算器５５は、減算器５３の出力から加算器５４の出力の除算を行い、その除算結果を膜厚の変位量ｈｚとして出力する。変位量ｈｚは、
ｈｚ＝｛（Ｖ１＋Ｖ３）−（Ｖ２＋Ｖ４）｝／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）
である。この変位量ｈｚはコントローラ１０に供給される。

赤ＬＤ系３０においては、凹エキスパンダ３４、凸エキスパンダ３５によって光軸及び焦点位置が調整される。
凸エキスパンダ３５は、図１に示したＸ方向及びＹ方向に調整可能に取り付けられており、この凸エキスパンダ３５のＸＹ位置調整が行われることで、光ディスク１００に照射される赤色レーザの光軸が、青色レーザの光軸と一致するようにされる。
また凹エキスパンダ３４は、光軸方向（Ｚ方向）に調整可能に取り付けられている。例えば凹エキスパンダ３４はＺ方向に所定の範囲で位置調整が可能であり、この位置調整によって赤色レーザの焦点位置を、青色レーザの焦点位置より例えば２０μｍ〜１５０μｍの範囲で手前側（対物レンズ４０側）に調整することができるようにされている。
後述するが、青色レーザが光ディスク１００の記録層Ｌ０にジャストフォーカスの状態において、赤色レーザがカバー層表面１０３ｓにフォーカスされる状態となるように、凹エキスパンダ３４の位置が調整される。

図２における青ＬＤ系２０のレーザダイオード２１、及び赤ＬＤ系３０のレーザダイオード３１は、それぞれレーザドライバ４５からの発光駆動電流が供給されることでレーザ光の出力を行う。
レーザドライバ４５は、コントローラ１０の指示に基づいて、レーザダイオード２１、３１を発光駆動する。
またフォーカスサーボ処理部４６は、コントローラ１０の指示に基づいて、上述したフォーカスサーボ動作を実行する。
また、対物レンズ４０の近傍には、輪帯開口（レチクル）４３が取り付けられている。この輪帯開口４３によって、反射光における迷光成分や球面収差の除去が行われ、迷光によるノイズが低減された反射光成分がフォトディテクタ３８で受光される。

以上の構成の膜厚判定装置１による膜厚測定の原理について図４，図５，図６で説明する。
上述のように対物レンズ４０は、青色レーザが光ディスク１００の記録層Ｌ０に合焦状態となるようにフォーカスサーボ制御される。また赤色レーザは、凸エキスパンダ３５及び凹エキスパンダ３４によってスポット位置（光軸）とジャストフォーカス位置が調整設定される。
図４（ａ）は、青色レーザＬＢが記録層Ｌ０に合焦状態となっている様子を示しているが、赤色レーザＬＲは、光軸が青色レーザＬＢと一致した状態で、そのフォーカスポイントがカバー層表面１０３ｓとなるように調整されている。
この図４（ａ）の光ディスク１００は、例えばカバー層１０３の膜厚が正しく１００μｍとなっている。

例えば赤色レーザの光軸及び焦点位置については、実際に膜厚判定を行う前に、予め凸エキスパンダ３５及び凹エキスパンダ３４の調整により設定されるが、この場合、例えば図４（ａ）のようにカバー層１０３の膜厚が正しい厚みである基準ディスクが用いられる。
即ち作業者は、基準ディスクを回転テーブル４に載置させた状態で、例えば凸エキスパンダ３５のＸＹ位置調整及び凹エキスパンダ３４のＺ位置調整を行う。これら位置調整は手動操作で実行できるようにしてあればよいが、自動調整を行うようにすることも可能である。
作業者は、凸エキスパンダ３５の位置を調整して赤色レーザＬＲの光軸を青色レーザＬＢの光軸に一致させると共に、青色レーザＬＢが記録層Ｌ０に合焦状態となるようにフォーカスサーボ制御が行われた状態で凹エキスパンダ３４の位置を調整して、赤色レーザＬＲがカバー層表面１０３ｓに合焦状態となるように調整する。換言すれば、赤色レーザＬＲの焦点位置が、青色レーザの焦点位置よりも、カバー層１０３の規定の厚みである１００μｍだけ手前（対物レンズ４０側）にくるように調整する。

このように青色レーザＬＢの焦点位置と赤色レーザＬＲの焦点位置が１００μｍずれるように調整が行われることで、１００μｍと規定されるカバー層１０３の膜厚検査が可能となる。
実際の検査工程において、被測定対象となる光ディスク１００が膜厚判定装置１に載置された場合、その光ディスク１００のカバー層１０３の膜厚が正しく１００μｍであれば、図４（ａ）の状態となる。つまり青色レーザＬＢが記録層Ｌ０に合焦状態となるようにフォーカスサーボ制御されていることで、赤色レーザＬＲの焦点位置は常に記録層Ｌ０より１００μｍ手前の位置で合焦状態となるようにしてディスク１００に照射される。
ここで、カバー層１０３の膜厚が正しく１００μｍであれば、記録層Ｌ０より１００μｍ手前の位置で合焦状態となる赤色レーザＬＲは、カバー層表面１０３ｓでジャストフォーカスされることになる。
そして赤色レーザＬＲについては、カバー層表面１０３ｓで反射された反射光が、フォトディテクタ３８に導かれるが、ジャストフォーカス状態であることで、フォトディテクタ３８に照射される反射光のスポットＳＰは図４（ｂ）のようになる。つまり非点収差方式のフォーカスエラー信号（Ｖ１＋Ｖ３）−（Ｖ２＋Ｖ４）＝０となる。
そしてこの場合、図３の変位検出部４７で得られる変位量ｈｚ＝０となる。

一方、或る光ディスク１００のカバー層１０３の膜厚が、規定より厚く、（１００＋α）μｍであったとすると、図５（ａ）の状態となる。つまり赤色レーザＬＲの焦点位置は常に記録層Ｌ０より１００μｍ手前となるが、この場合、カバー層１０３が厚いことで、赤色レーザＬＲのスポットはカバー層表面１０３ｓでデフォーカス状態となる。
従ってフォトディテクタ３８に照射される反射光のスポットＳＰは図５（ｂ）のようになる。つまり非点収差方式のフォーカスエラー信号（Ｖ１＋Ｖ３）−（Ｖ２＋Ｖ４）の値として、デフォーカス量に応じた値、即ちこの場合は規定の厚みからの変位量αに応じた値が得られることになり、変位量ｈｚとして＋α［μｍ］の厚み誤差に相当する値が算出される。

また或る光ディスク１００のカバー層１０３の膜厚が、規定より薄く、（１００−β）μｍであったとすると、図６（ａ）の状態となる。つまり赤色レーザＬＲの焦点位置は常に記録層Ｌ０より１００μｍ手前となるが、この場合、カバー層１０３が薄いことで、赤色レーザＬＲのスポットはカバー層表面１０３ｓより手前で収束してしまい、カバー層表面１０３ｓではデフォーカス状態となる。
従ってフォトディテクタ３８に照射される反射光のスポットＳＰは図６（ｂ）のようになる。つまり非点収差方式のフォーカスエラー信号（Ｖ１＋Ｖ３）−（Ｖ２＋Ｖ４）の値として、デフォーカス量に応じた値、即ちこの場合は規定の厚みからの変位量βに応じた値が得られることになり、変位量ｈｚとして−β［μｍ］の厚み誤差に相当する値が算出される。

つまり以上の場合、赤ＬＤ系３０でのフォトディテクタ３８の検出信号として得られるフォーカスエラー信号に相当する値（Ｖ１＋Ｖ３）−（Ｖ２＋Ｖ４）は、１００μｍという規定のカバー層１０３の膜厚からの膜厚の誤差分に応じて変動する。従って、この値（Ｖ１＋Ｖ３）−（Ｖ２＋Ｖ４）を光量信号（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）で割った変位量ｈｚは、１００μｍからの膜厚変位量を示す値となる。

例えばカバー層１０３の膜厚は、許容誤差が±２μｍであって、９８μｍ〜１０２μｍの範囲内であればカバー層１０３の膜厚が適性品質のものとする場合、変位量ｈｚの値が−２［μｍ］となるｈｚＬと、変位量ｈｚの値が＋２［μｍ］となるｈｚＨを保持しておき、検出される変位量ｈｚが、ｈｚＬ≦ｈｚ≦ｈｚＨを満たしていれば、膜厚はＯＫと判断することができる。
即ち、被検査対象の光ディスク１００の全面に対して、ヘッドユニット３による青色レーザＬＢ及び赤色レーザＬＲにより走査を行っていき、そのときに例えばコントローラ１０は、変位検出部４７から供給されてくる変位量ｈｚを監視して、ｈｚＬ≦ｈｚ≦ｈｚＨを満たしているか否かを判断する。この結果として、被検査対象の光ディスク１００についてカバー層１０３の膜厚が規定を満たしているか否かを判断できる。

膜厚判定装置１を用いた膜厚判定の手順を図７に示す。
ステップＦ１０１でカバー層１０３の膜厚測定を行う光ディスク１００を回転テーブル４に吸着載置する。例えば製造工程で完成された光ディスク１００、或いは少なくともカバー層１０３までの層構造が形成された製造過程の光ディスク１００が、製造ライン上で膜厚判定装置１に搬送されて、１枚づつ載置される。なお、ディスク１００を載置する際には、ヘッドユニット３は上方に退避されている。
光ディスク１００の吸着載置を完了したら、コントローラ１０はステップＦ１０２でＺ駆動部１１によりヘッドユニット３を下降させ、図１の状態とする。

続いてステップＦ１０３では、コントローラ１０はスピンドル回転駆動部１３に回転テーブル４の回転を開始させ、所定回転速度に整定させる。
またコントローラ１０はレーザドライバ４５に指示して、レーザダイオード２１、３１から青色レーザＬＢ、赤色レーザＬＲの出力を開始させ、さらにフォーカスサーボ処理部４６に、フォーカス引き込み及びサーボオン動作を実行させ、フォーカスサーボを機能させる。

スピンドル回転駆動部１３が回転テーブル４を所定の回転速度で回転され、またフォーカスサーボがオンとされたら、コントローラ１０はステップＦ１０４で、Ｘ駆動部１２に指示して回転基台部９のスライド移動を開始させる。これにより対物レンズ４０と光ディスク１００の相対位置がディスク半径方向に移動されていく。
光ディスク１００が回転されながら、対物レンズ４０との相対位置が半径方向に移送されることで、対物レンズ４０からの青色及び赤色の両レーザ光は、光ディスク１００上の内周側から外周側に向かって全面をスパイラル状にスキャンしていくことになる。
即ちこのときに、変位検出部４７からは継続して変位量ｈｚとしての信号がコントローラ１０に供給されてくることになり、コントローラ１０は、例えば変位量ｈｚとしての信号を所定のサンプリング周波数でデジタル値として取り込んでいく。そして順次取り込まれる変位量ｈｚの値について、上述したｈｚＬ≦ｈｚ≦ｈｚＨを満たしているか否かを判定する。

ステップＦ１０５では、例えば全周スキャンの際に取り込まれた各変位量ｈｚについてのｈｚＬ≦ｈｚ≦ｈｚＨであるか否かの結果に応じて、その被検査対象の光ディスク１００についてカバー層１０３の膜厚の品質が保たれているか否かを判別する。つまり製品としてのＯＫ／ＮＧ判定を行う。コントローラ１０は判定結果を表示部７に表示する。
なおステップＦ１０５の判定の手法としては多様に考えられ、例えば１カ所でも規定外の膜厚が検知されたらＮＧディスクと判定しても良いし、規定外の膜厚となるポイントが全周内で所定数以下だったらＯＫというような判定としてもよい。具体的な判定の基準は、製造上、許容できる膜厚誤差状態に応じて決められればよい。

全周検査としての膜厚判定範囲を例えば光ディスク１００の半径位置として２０ｍｍ〜５８．５ｍｍの範囲とした場合、上記ステップＦ１０４では、回転基台部９を移動対物レンズ４０と光ディスク１００の相対位置が２０ｍｍの位置から移送を開始するが、その移送により上記相対位置が５８．５ｍｍの位置に達したら、１枚のディスク１００に対するスキャンを終了させる。この時点で全周スキャンによる全周での変位量ｈｚについての判定が完了する。なお、５８．５ｍｍの位置までのスキャンが完了する前でも、既に膜厚判定結果としてＮＧと判断されれば、その時点でスキャンを終了させてもよい。
膜厚チェック結果としてＯＫ／ＮＧ判定結果が得られてスキャンを終了させる場合、コントローラ１０はステップＦ１０６で、レーザドライバ４５に指示してレーザダイオード２１、３１の出力を停止させ、またスピンドル回転駆動部１３に指示して回転テーブル４の回転を停止させる。
そしてステップＦ１０７でコントローラ１０はＺ駆動部１１に指示してヘッドユニット３を上方に退避させる。そしてステップＦ１０８では、ディスク搬送機構により光ディスク１００が膜厚判定装置１から排出される。

例えばこのような処理手順により、工程ライン上で、生産される光ディスク１００が１枚づつ、かつ各光ディスク１００について全周にわたって、カバー層１０３の膜厚チェックを行うことができる。
特に、例えば内周から外周へのスキャンを行いながら、各部の膜厚の変位量ｈｚがリアルタイムで検出できるものであるため、膜厚チェックによるディスク品質判定に要する時間は、その内周から外周までのスキャン時間と同等となる。スキャン完了に要する時間は回転基台部９の移送速度に応じたものとなるが、例えば数１０秒から数分程度とすることもできる。つまり従来のように１枚のディスクに対する全周検査に３．４時間程度を要するとされていたことに比べて、著しく迅速に全周検査が完了できる。このため、ライン上で１枚１枚の光ディスク１００毎に、膜厚チェックを行うことが可能となる。

そして全数全周についての膜厚チャックが可能となれば、当然膜厚が規定外の低品質なディスクを全て排除することができ、製造後出荷される光ディスク１００の品質を高度に保つことができる。

また輪帯開口４２により反射光の迷光成分が除去されることで、フォトディテクタ３８に迷光によるノイズ成分が低減され、これによって変位量ｈｚを精度良く検出できることにもなる。変位量ｈｚの検出精度の向上は、膜厚品質のチェック精度の向上につながる。

なお、例えば以上のように製造ラインにおいて各光ディスク１００の膜厚が規定内か否かをチェックするためには、実際のカバー層１０３の厚みを計測する必要はない。つまり変位量ｈｚについてｈｚＬ≦ｈｚ≦ｈｚＨが保たれているか否かを確認すれば、膜厚が規定外の光ディスク１００を製造不良ディスクとして排除できるためである。
一方、本例の膜厚判定装置１は、実際の膜厚の測定値を算出することも可能である。製造ライン上でリアルタイムに膜厚測定を行うことも、ライン外で或るディスク１００についてカバー層１０３の膜厚の実測値を求めることもできる。
即ち変位量ｈｚは、規定の厚み（例えば１００μｍ）からの厚み誤差を示す値であるため、その規定の厚みの値と変位量ｈｚを用いた計算により、実際の厚みの値を求めることができる。単に変位量ｈｚを厚みの数値［μｍ］に換算し、規定の厚みから加減算すればよい。
従って、本例の膜厚判定装置は、ライン上での膜厚判定によるディスク品質のチェック装置として用いることの他、例えばライン内外での膜厚測定に利用することも可能である。

ところで先に、凹エキスパンダ３４の位置調整により、赤色レーザの焦点位置を、青色レーザの焦点位置より例えば２０μｍ〜１５０μｍの範囲で手前側（対物レンズ４０側）に調整することができるようにされていると述べた。
これは、膜厚測定する対象としての層として、２０μｍ〜１５０μｍの範囲に規定される層についての膜厚チェックを実行できることを意味する。
例えば膜厚が１００μｍのカバー層１０３の膜厚チェックについては、赤色レーザの焦点位置を、青色レーザの焦点位置より１００μｍ手前側に設定すればよいが、カバー層１０３の規定の膜厚が５０μｍであれば、赤色レーザの焦点位置を、青色レーザの焦点位置より５０μｍ手前側に設定しておけばよい。
つまり青色レーザの焦点位置に対する赤色レーザの焦点位置のズレ量の設定により、各種の層の膜厚チェックに適用できることになる。

図８（ａ）（ｂ）は、膜厚判定装置１の変形例を示している。
図８（ａ）の膜厚判定装置１Ａは、ヘッドユニット３が載置された光ディスク１００に下方からレーザ照射を行うようにした例である。
例えばヘッドユニット３は本体部２上に固定配置される。そして回転基台部９がＸ方向、例えばヘッドユニット３に近い位置から離れていく方向に移動することで、ヘッドユニット３の対物レンズ４０とディスク１００の相対位置が半径方向に移送される。
このような構造とすれば、光ディスク１００の載置及び排出の際にヘッドユニット３を退避させる機構は不要となり構成の簡略化と動作の効率化を図ることができる。

図８（ｂ）の膜厚判定装置１Ｂは、例えば図１０（ｂ）のような２層ディスクに対して効率よくカバー層１０３の膜厚チェックと、スペーサ層１０２の膜厚チェックを実行できるようにしたものである。
この場合、本体部２上にＸ搬送台部５０が配置される。そしてＸ搬送台部５０上には一対のヘッド昇降台部５ａ，５ｂが固定されている。ヘッド昇降台部５ａの昇降板６ａには、ヘッドユニット３ａが昇降可能に取り付けられ、ヘッド昇降台部５ｂの昇降板６ｂには、ヘッドユニット３ｂが昇降可能に取り付けられている。
回転テーブル４は、例えば本体部２内に設けられたスピンドルモータからの回転軸上に取り付けられて回転される。Ｘ搬送台部５０には、その中央に、上記回転軸が挿通する長孔部５０ａが形成されている。
即ちこの膜厚判定装置１Ｂでは、固定位置で回転テーブル４が回転されることに対して、Ｘ搬送台部５０がＸ方向に移動されることで、ヘッドユニット３ａ、３ｂの各対物レンズ４０とディスク１００の相対位置が半径方向に移送される。

ここで、例えばヘッドユニット３ａはスペーサ層１０２の膜厚チェックを行うためのユニットとされ、ヘッドユニット３ｂはカバー層１０３の膜厚チェックを行うためのユニットとされる。
ヘッドユニット３ａ、３Ｂは、いずれも上記図２に示したヘッドユニット３と同様の構成を備えているが、図９に示すように、ヘッドユニット３ａ側は、青色レーザＬＢａが第１記録層Ｌ０にフォーカス制御され、赤色レーザＬＲａは、青色レーザＬＢａより２５μｍ手前の位置においてジャストフォーカスとなるように調整される。つまり赤色レーザＬＲａは、第２記録層Ｌ１において反射される状態とされる。
またヘッドユニット３ｂ側は、青色レーザＬＢｂが第２記録層Ｌ１にフォーカス制御され、赤色レーザＬＲｂは、青色レーザＬＢｂより７５μｍ手前の位置においてジャストフォーカスとなるように調整される。つまり赤色レーザＬＲｂは、カバー層表面１０３ｓにおいて反射される状態とされる。
この場合、ヘッドユニット３ａにおいて赤色レーザＬＲａの反射光から得られる変位量ｈｚは、スペーサ層１０２が規定どおり２５μｍであれば、ｈｚ＝０となり、２５μｍより厚いか薄いかの厚み誤差分が変位量ｈｚとして現れる。
また、ヘッドユニット３ｂにおいて赤色レーザＬＲｂの反射光から得られる変位量ｈｚは、カバー層１０３が規定どおり７５μｍであれば、ｈｚ＝０となり、７５μｍより厚いか薄いかの厚み誤差分が変位量ｈｚとして現れる。

つまりこのように２つのヘッドユニット３ａ、３ｂを設けることで、２層ディスクにおけるスペーサ層１０２とカバー層１０３の膜厚を同時にチェックできることになり、２層ディスクにおける膜厚チェックを効率的に実施できる。
なお、３層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクについても、ヘッドユニットを３つ或いは４つ備えるようにすれば、カバー層及び各スペーサ層を同時にチェックできるものとなる。

なお図８（ｂ）で２層ディスクについて膜厚チェックを行う装置例を示したが、製造ライン上で上記図１の膜厚判定装置１により、２層ディスクのカバー層１０３とスペーサ層１０２のチェックを行うには、膜厚判定装置１を２台用い、一方でカバー層１０３の膜厚チェック、他方でスペーサ層１０２の膜厚チェックを行うという方式も考えられる。
同様に、例えば図８（ｂ）の膜厚判定装置１Ｂを２台用いることで、４層ディスクのカバー層及び３つの各スペーサ層の膜厚チェックをライン上で行うこともできる。

本発明の実施の形態の膜厚判定装置の外観例の説明図である。 実施の形態の膜厚判定装置の構成の説明図である。 実施の形態の変位検出部の構成の説明図である。 実施の形態の膜厚判定装置の膜厚判定原理の説明図である。 実施の形態の膜厚判定装置の膜厚判定原理の説明図である。 実施の形態の膜厚判定装置の膜厚判定原理の説明図である。 実施の形態の膜厚判定手順のフローチャートである。 実施の形態の変形例の膜厚判定装置の説明図である。 実施の形態の変形例の膜厚判定装置の焦点設定の説明図である。 光ディスクの層構造の説明図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ 膜厚判定装置、２ 本体部、３，３ａ，３ｂ ヘッドユニット、４ 回転テーブル、５，５ａ，５ｂ ヘッド昇降台部、６，６ａ，６ｂ 昇降板、１０ コントローラ、２０ 青ＬＤ系、２１，３１ レーザダイオード、２６，３８ フォトディテクタ、３０ 赤ＬＤ系、３５ 凸エキスパンダ、３６ 凹エキスパンダ、４０ 対物レンズ、４２ 輪帯開口、４３ フォーカスアクチュエータ、４６ フォーカスサーボ処理部、４７ 変位検出部

Claims (5)

1. 光ディスクに対向される対物レンズと、
   第１の波長の第１のレーザ光を、上記対物レンズを介して光ディスクに照射するとともに、上記光ディスクからの反射光を検出する第１の光学系手段と、
   上記第１のレーザ光の反射光から得られるフォーカス誤差情報に基づいて、上記第１のレーザ光が上記光ディスクの被膜厚測定層の層端部において合焦状態となるように上記対物レンズの位置を制御するフォーカス制御手段と、
   第２の波長の第２のレーザ光を、上記第１のレーザ光と光軸を一致させ、かつ上記第１のレーザ光の焦点位置とは上記光ディスクの上記被膜厚測定層の規定の膜厚分だけずれた位置で合焦状態となるようにして、上記対物レンズを介して光ディスクに照射し、また上記光ディスクからの反射光を検出する第２の光学系手段と、
   上記第２のレーザ光の反射光から得られるフォーカス誤差情報に基づいて、上記被膜厚測定層の膜厚についての、規定の膜厚からの変位量を検出する変位検出手段と、
   を備えたことを特徴とする膜厚判定装置。
2. 上記変位検出手段で検出される厚みの変位量が、所定範囲以内の変位量であるか否かにより、上記被膜厚測定層の膜厚の適否を判定する適否判定手段を、更に備えることを特徴とする請求項１に記載の膜厚判定装置。
3. 上記第２の光学系手段は、上記第２のレーザ光の反射光について非点収差方式のフォーカス誤差情報を検出できる構成とされていることを特徴とする請求項１に記載の膜厚判定装置。
4. 上記対物レンズ近傍には、輪帯開口が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の膜厚判定装置。
5. 第１の波長の第１のレーザ光を、対物レンズを介して光ディスクに照射するとともに、上記光ディスクからの反射光を検出し、
   上記第１のレーザ光の反射光から得られるフォーカス誤差情報に基づいて、上記第１のレーザ光が光ディスクの被膜厚測定層の層端部において合焦状態となるように上記対物レンズの位置を制御し、
   第２の波長の第２のレーザ光を、上記第１のレーザ光と光軸を一致させ、かつ上記第１のレーザ光の焦点位置とは上記光ディスクの上記被膜厚測定層の規定の膜厚分だけずれた位置で合焦状態となるようにして、上記対物レンズを介して光ディスクに照射するとともに、上記光ディスクからの反射光を検出し、
   上記第２のレーザ光の反射光から得られるフォーカス誤差情報に基づいて、上記被膜厚測定層の膜厚についての、規定の膜厚からの変位量を検出することを特徴とする膜厚判定方法。

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