JP4835621B2 - 格子構造の検査装置および格子構造の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面に微細な格子構造を有する検査対象物にレーザ光を照射し、その反射光あるいは透過光の状態を検出することにより、格子構造の状態を検査する検査装置および検査方法に関する。

従来から、微細化された半導体や光学部品の製造工程において、光の波長以下の幅の凹部と凸部との繰り返しからなる微細格子構造が形成されることがある。このような微細格子構造が正しく形成されたか否かを検査する方法として、電子顕微鏡のような高倍率の顕微鏡により観察する方法が知られている。しかし、この方法では、観察するまでの試料準備に時間がかかるとともに、微細格子構造の全領域の観察は実質的に不可能といえる。

これに対して、特許文献１においては、微細格子構造が複屈折特性を有することを利用して、微細格子構造に照射した光の反射光の偏光特性の変化から凹部と凸部の線幅を測定する方法が示されている。しかしながら、この方法では、格子構造が微細になるほど凹部と凸部の線幅に対する光源の照射スポット径が大きくなるため、個々の凹部や凸部の一部に欠陥がある場合には、その欠陥の検出が難しくなる。一方、特許文献２に示されているように、光源をレンズにより集光して集光位置の微細格子構造を検査する方法も知られている。この特許文献２に示された検査装置においては、微細格子構造を形成した試料を載置したステージを移動させることにより、微細格子構造の全域にわたって検査可能となっている。
特開平１１−２１１４２１号公報 特開２００７−２５５９５９号公報

しかしながら、特許文献１に示された検査方法に特許文献２に示された集光技術を適用しても、微細格子構造の検査を良好に行うことができない。つまり、微細格子構造にゴミが付着したりピットや傷などが発生している場合のように、個々の凹部や凸部よりも大きな欠陥（凹部と凸部とにまたがって形成されている格子ピッチよりも大きな幅の欠陥）が形成されている場合には、反射光の偏光状態を検出しても、そうした欠陥を良好に検出することができない。従って、個々の凹部や凸部の一部に形成されている小さな欠陥と、個々の凹部や凸部よりも大きな欠陥とを両方一緒に検出することができない。

また、検査にあたっては光源の集光位置（焦点位置）を微細格子構造に常に合わせる必要があるが、微細格子構造を有する試料の高さのばらつきやステージの精度などの影響で、ステージ駆動により照射位置を移動させたときに集光位置（焦点位置）が微細格子構造の位置に対して光軸方向に変化してしまい、精度の良い検査ができないことがある。

また、微細格子構造の凹部や凸部の線幅は、凹部の深さ（凸部の高さでもある）および格子ピッチ（凹部と凸部の幅の計）が既知であれば測定することができるが、レーザ加工により微細格子構造を形成する場合、凹部の深さが設定値からずれることが多く、凹部の深さを設定値通りとして凹部や凸部の幅を測定すると、実際より測定値がずれてしまうことがある。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、微細格子構造の検査において、個々の凹部や凸部の一部に形成されている小さな欠陥と、凹部と凸部とにまたがって形成されている格子ピッチよりも大きな幅の欠陥とを両方一緒に検出すること、集光位置（焦点位置）を常に微細格子構造の近傍に合わせること、凹部や凸部の幅および凹部の深さを精度良く測定することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、表面に凹部と凸部とを交互に形成した格子構造を有する検査対象物にレーザ光を対物レンズにより集光して照射し、前記照射したレーザ光の反射光または透過光に基づいて前記格子構造の状態を検査する格子構造の検査装置において、前記レーザ光を照射する照射ヘッドに対して前記検査対象物を固定する固定治具を相対移動させることにより、前記検査対象物におけるレーザ光の照射位置を移動させるレーザ光照射位置移動手段と、前記レーザ光照射位置移動手段により前記検査対象物におけるレーザ光の照射位置を移動させながら、前記照射したレーザ光の反射光または透過光の、強度および偏光状態を検出する光検出手段と、前記光検出手段により検出された反射光または透過光の強度に基づいて、前記格子構造における凹部と凸部とにまたがって形成されている格子ピッチよりも大きな幅の欠陥を検出する第１欠陥検出手段と、前記光検出手段により検出された反射光または透過光の偏光状態に基づいて、前記格子構造における個々の凹部および凸部の欠陥を検出する第２欠陥検出手段とを備えたことにある。

この発明においては、格子構造を有する検査対象物を固定治具に固定した状態で、レーザ光照射位置移動手段が固定治具を照射ヘッドに対して相対移動させる。これにより、検査対象物の格子構造におけるレーザ光の照射位置が移動する。このとき、光検出手段は、レーザ光の反射光または透過光の、強度および偏光状態を検出する。そして、第１欠陥検出手段は、レーザ光の反射光または透過光の強度に基づいて、格子構造における凹部と凸部とにまたがって形成されている格子ピッチよりも大きな幅の欠陥を検出する。また、第２欠陥検出手段は、レーザ光の反射光または透過光の偏光状態に基づいて、格子構造における個々の凹部および凸部の欠陥を検出する。

この発明は、非常に微細な格子構造、例えば、凸部、凹部の幅が数百ナノメートルといった１マイクロメートル以下の微細格子構造の検査に適している。レーザ光は、格子構造を形成する複数の凸部と凹部とを含む領域に照射される。格子構造にレーザ光を照射した場合、その格子構造にゴミ付着、傷、ピットなどのような個々の凸部、凹部より大きな欠陥が形成されていると、散乱する光の割合が多くなり、また、ピットが形成された光ディスクのように反射光同士が干渉するため、反射光または透過光の強度が小さくなる。そこで、第１欠陥検出手段は、反射光または透過光の強度に基づいて、凹部と凸部とにまたがって形成されている大きな幅の欠陥を検出する。例えば、光検出手段により検出した反射光または透過光の強度が予め設定した基準強度を下回っている状態を検出することにより前記欠陥の検出を行う。

格子構造に入射した光は、格子構造のライン方向の軸（以下、遅相軸と呼ぶ）に対して、この遅相軸に垂直な方向の軸（以下、進相軸と呼ぶ）の方が速く進む。従って、入射光における遅相軸の位相と進相軸の位相との差は、格子構造を透過した後では遅相軸の位相が進相軸の位相より遅れる分だけ変わる。このため、入射光と反射光（または透過光）とで偏光状態が変わる。格子構造の凸部の幅、凹部の幅、凹部の深さが設定通りであれば、設定通りの偏光状態が検出されるが、個々の凸部や凹部の一部が設定された幅や深さからずれていると、検出される偏光状態は設定通りの偏光状態と異なってくる。そこで、第２欠陥検出手段は、こうした偏光状態に基づいて、格子構造における個々の凹部および凸部の欠陥を検出する。例えば、光検出手段により検出した反射光または透過光の偏光状態と、予め設定した理想偏光状態とを比較し、その差が許容差を超える状態であるときに前記欠陥が形成されていると判断する。

この結果、本発明によれば、個々の凹部や凸部の一部に形成されている小さな欠陥と、凹部と凸部とにまたがって形成されている格子ピッチよりも大きな幅の欠陥とを両方一緒に検出することができる。また、個々の凹部や凸部の一部に形成されている小さな欠陥と、凹部と凸部とにまたがって形成されている格子ピッチよりも大きな幅の欠陥とを区別して検出することも可能となる。

尚、例えば、第２欠陥検出手段は、第１欠陥検出手段により前記欠陥が検出された部位を除いた格子構造の形成領域において、前記偏光状態に基づいて格子構造における個々の凹部および凸部の欠陥を検出するように構成するとよい。この場合は、さらに欠陥の大きさを区別する精度が高くなる。

本発明において「照射ヘッドに対して前記検査対象物を固定する固定治具を相対移動させる」とは、照射ヘッドと固定治具との相対位置関係を変更することを意味し、照射ヘッドを移動させる構成、固定治具を移動させる構成、照射ヘッドと固定治具との両方を移動させる構成のいずれであっても良い。例えば、検査対象物がシート状であれば、円筒状の固定治具の表面に検査対象物を巻いて固定し、固定治具をその中心軸周りに回転させるとともに、照射ヘッドまたは固定治具を固定治具の軸線方向に移動させる構成を採用することができる。また、円盤状の検査対象物であれば、円盤状の固定治具の上に検査対象物を固定し、固定治具をその中心軸周りに回転させるとともに、照射ヘッドまたは固定治具を検査対象物の径方向に移動させる構成を採用することができる。

本発明の他の特徴は、前記検査対象物におけるレーザ光の照射位置を検出するレーザ光照射位置検出手段と、前記第１欠陥検出手段および前記第２欠陥検出手段により欠陥が検出されたときの前記レーザ光照射位置検出手段により検出されるレーザ光の照射位置を前記検査対象物における欠陥位置情報として取得する欠陥位置情報取得手段とを備えたことにある。

この発明においては、レーザ光照射位置検出手段が検査対象物におけるレーザ光の照射位置を検出する。そして、欠陥位置情報取得手段が、第１欠陥検出手段および第２欠陥検出手段により欠陥が検出されたときのレーザ光照射位置検出手段により検出されるレーザ光の照射位置を検査対象物における欠陥位置情報として取得する。従って、検査対象物に形成されている欠陥の位置を把握することができる。例えば、欠陥位置情報を出力する表示手段を設け、この表示手段に欠陥位置をイメージ画像等で表示することができる。また、例えば、第１欠陥検出手段により検出された欠陥の位置と、第２欠陥検出手段により検出された欠陥の位置とを、表示態様を異ならせて同一画面に表示する表示手段を設けることもできる。この場合には、凹部と凸部とにまたがって形成されている大きな欠陥と、個々の凹部および凸部の一部に形成されている欠陥とを同一の画面上で区別して確認することができる。

本発明の他の特徴は、前記レーザ光を集光する対物レンズを前記レーザ光の光軸方向に駆動するフォーカスアクチュエータと、前記検査対象物に照射されたレーザ光の反射光に基づいて、前記レーザ光の焦点位置の前記検査対象物の反射面からのずれに相当する信号を生成し、前記ずれに相当する信号に基づいて前記フォーカスアクチュエータを駆動し前記レーザ光の焦点位置が前記検査対象物の格子構造の位置に対して一定になるように制御するフォーカスサーボ手段とを備えたことにある。

この発明においては、フォーカスサーボ手段が、レーザ光の焦点位置が検査対象物の格子構造の位置に対して一定になるようフォーカスアクチュエータを駆動制御する。従って、検査精度を向上させることができる。尚、格子構造が微細であれば、反射光における回折光の割合が低くなるため、通常の光ディスクの記録再生の場合と同様にフォーカスサーボを行うことができる。

本発明の他の特徴は、照射ヘッドから照射されるレーザ光の強度を、前記検査対象物を検査するためのレーザ加工不能な検査用強度と、レーザ加工可能な加工用強度とに切り替えるレーザ光強度切替手段と、前記固定治具に加工対象物を固定し、前記レーザ光照射位置移動手段により前記固定治具を前記照射ヘッドに対して相対移動させながら、前記加工用強度のレーザ光を前記加工対象物に照射して、前記加工対象物の表面に格子構造を形成するレーザ加工手段とを備えたことにある。

この発明においては、レーザ光強度切替手段により、レーザ光の強度をレーザ加工不能な検査用強度とレーザ加工可能な加工用強度とに切り替えることができる。従って、格子構造を検査するときに用いるレーザ光の光路と同じ光路を使って加工対象物に加工用強度のレーザ光を照射することができる。レーザ加工手段は、加工対象物を固定した固定治具を照射ヘッドに対して相対移動させながら、加工対象物に加工用強度のレーザ光を照射する。これにより、加工対象物の表面に格子構造を形成することができる。従って、検査装置を加工装置として利用することができる。しかも、レーザ加工が終了した後は、レーザ光強度を検査用強度に切り替えることで、格子構造が形成された加工対象物に対して、光検出手段によるレーザ光の反射光または透過光の強度および偏光状態の検出を行うことができる。従って、レーザ加工と、レーザ加工により形成された格子構造の検査とを連続して行うことができる。この結果、生産効率が向上する。

本発明の他の特徴は、前記レーザ加工手段は、前記加工対象物の表面に第１格子ピッチの格子構造と、前記第１格子ピッチとは異なる第２格子ピッチの格子構造とを形成する格子ピッチ切替手段を備え、前記第１格子ピッチの格子構造と前記第２格子ピッチの格子構造とが形成された前記加工対象物を検査対象物とし、前記第１格子ピッチの格子構造に照射した検査用強度のレーザ光の反射光または透過光の偏光状態と、前記第２格子ピッチの格子構造に照射した検査用強度のレーザ光の反射光または透過光の偏光状態とに基づいて、前記格子構造における凸部の幅または凹部の幅または凹部の深さの少なくとも１つを測定する測定手段を備えたことにある。

この発明においては、レーザ加工手段が格子ピッチ切替手段を備えている。レーザ加工手段は、レーザ加工中に、格子ピッチ切替手段により格子構造の格子ピッチを第１格子ピッチから第２格子ピッチに切り替えることで、加工対象物の表面に第１格子ピッチの格子構造と第２格子ピッチの格子構造とを形成する。格子ピッチとは、凸部と凹部とが繰り返される最小単位の寸法で、１つの凸部の幅と凹部の幅との合計寸法で表される。レーザ加工により形成される格子構造は、固定治具を照射ヘッドに対して相対移動させながらレーザ光を加工対象物に照射して形成するものであるため、格子ピッチは加工ピッチに相当する。また、レーザ光照射により加工された部分となる凹部の幅と深さとは、加工ピッチ（格子ピッチ）が変化しても一定となる。また、凹部の幅と凸部の幅との合計値は加工ピッチであるため、レーザ光照射位置移動手段に移動精度のよい装置を使用すれば設定値と見なすことができ既知となる。

こうした関係から、格子ピッチの異なる２箇所の格子構造における反射光または透過光の偏光状態を検出することにより、凸部の幅、凹部の幅、凹部の深さを測定することができる。例えば、偏光状態を、格子構造の反射光または透過光における進相軸に対する遅相軸の位相の遅れとして捉えた場合、この位相の遅れを凸部の幅、凹部の幅、凹部の深さを用いた関数として計算することができる。従って、凹部の幅と深さとが格子ピッチに関係なく一定、凹部の幅と凸部の幅との合計値が既知（格子ピッチ＝加工ピッチ）であるという条件から、格子ピッチの異なる２箇所で位相遅れを検出することにより、凸部の幅、凹部の幅、凹部の深さを計算により測定することができる。

この結果、この発明によれば、格子構造の凸部の幅、凹部の幅、凹部の深さといった寸法まで精度良く測定することができる。

更に、本発明の実施にあたっては、格子構造を検査する検査装置の発明に限定されることなく、格子構造を検査する検査方法の発明としても実施し得るものである。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る微細格子構造の検査装置のシステム構成図である。この微細格子構造の検査装置（以下、単に検査装置と呼ぶ）は、検査対象物ＯＢの表面に形成されている微細な格子構造Ｇを検査する装置である。検査装置は、検査対象物ＯＢを固定支持する固定治具１０と、固定治具１０をその中心軸周りに回転させるスピンドルモータ２０とを備えている。固定治具１０は、ドラム状に形成されており、移動ステージ３０に回転可能に軸支されている。移動ステージ３０は、固定治具１０を軸支する1対の支持フレーム３１，３２と、２つの支持フレーム３１，３２の下端を連結する基台フレーム３３とを備えている。移動ステージ３０の一方の支持フレーム３２の外側には、スピンドルモータ２０が固定して設けられている。固定治具１０は、一端がスピンドルモータ２０の回転軸４１に連結され、他端が支持フレーム３１に回転可能に軸支された回転軸４２に連結されている。従って、スピンドルモータ２０の駆動により、固定治具１０がその中心軸周りに回転するようになっている。

検査対象物ＯＢは、表面に格子構造Ｇが形成された薄い樹脂のシート体であって、裏面が固定治具１０の円筒外周面に密着して巻かれて固定される。検査対象物ＯＢの表面に形成されている格子構造Ｇは、図９に示すように、線状に延びた凹部Ｇ２を所定の間隔をあけて複数形成したものである。つまり、線状の凹部Ｇ２と線状の凸部Ｇ１とを所定のピッチで交互に形成した構造である。検査対象物ＯＢが固定治具１０に固定された状態においては、凹部Ｇ２（凸部Ｇ１）は、固定治具１０の周方向に沿って長く延び、固定治具１０の軸線方向に所定のピッチで形成されている。凸部Ｇ１の線幅Ｗ１と凹部Ｇ２の線幅Ｗ２との合計値（Ｗ１＋Ｗ２）が格子ピッチとなる。以下、凹部Ｇ２あるいは凸部Ｇ１の線状に延びた方向をライン方向と呼ぶ。

検査対象物ＯＢが密着固定される固定治具１０の円筒外周面は、高反射率を有し、後述する照射ヘッド８０から照射され検査対象物ＯＢを透過したレーザ光を入射光路と同じ光路で戻す反射面となっている。

検査対象物ＯＢの円筒面に向かい合って照射ヘッド８０が設けられる。照射ヘッド８０は、装置本体に固定されたヘッド支持フレーム（図示略）により固定される。

固定治具１０は、ねじ送り機構６０により、照射ヘッド８０に対して固定治具１０の軸線方向（以下、単に軸線方向と呼ぶ）に相対移動できるようになっている。ねじ送り機構６０は、スクリューロッド６１と、スクリューロッド６１を回転させるフィードモータ６２とを備えている。スクリューロッド６１は、移動ステージ３０の基台フレーム３３内に挿通して設けられ、その一端側がフィードモータ６２の出力軸と連結され、他方端側が装置本体に固定された軸受部（図示略）に回転可能に軸支される。フィードモータ６２は、装置本体のフレーム（図示略）に固定される。

スクリューロッド６１は、固定治具１０の軸線と平行に設けられ、基台フレーム３３内に固定されたナット（図示略）と螺合している。また、基台フレーム３３には、移動ステージ３０の回転を規制して移動ステージ３０を軸線方向にのみ移動可能に案内するガイド（図示略）が設けられている。従って、フィードモータ６２の回転動作によりスクリューロッド６１が回転すると、その回転運動がナットの直線運動に変換され、移動ステージ３０が軸線方向に移動するようになっている。

検査対象物ＯＢの検査時においては、フィードモータ６２およびスピンドルモータ２０を回転駆動することにより、固定治具１０が中心軸周りに回転しながら照射ヘッド８０に対して軸線方向に相対移動する。これにより、照射ヘッド８０から照射されるレーザ光の照射位置が検査対象物ＯＢの円筒表面を螺旋状に移動する。検査対象物ＯＢの格子構造Ｇの検査は、このようにレーザ光の照射位置を移動させながら、照射したレーザ光の反射光に基づいて行う。

スピンドルモータ２０内には、同モータすなわち固定治具１０の回転を検出して、その回転を表す回転検出信号を出力するエンコーダ２１が組み込まれている。この回転検出信号は、固定治具１０の回転位置が一つの基準回転位置に来るごとに発生されるインデックス信号と、所定の微少な回転角度ずつハイレベルとローレベルを繰り返すパルス列信号とからなる。エンコーダ２１から出力される回転検出信号のうちインデックス信号は、回転角度検出回路２２とデータ取込信号発生回路７０とに入力され、パルス列信号は、回転角度検出回路２２とデータ取込信号発生回路７０とスピンドルモータ制御回路２３とに入力される。

スピンドルモータ制御回路２３は、コントローラ１００からの回転速度指示により作動開始し、エンコーダ２１から出力されるパルス列信号の単位時間あたりのパルス数がコントローラ１００から指示された回転速度に相当する単位時間あたりのパルス数に等しくなるようにスピンドルモータ２０の回転を制御する。

回転角度検出回路２２は、コントローラ１００からの指示により作動を開始し、スピンドルモータ２０内に組み込まれたエンコーダ２１から出力されるパルス列信号のパルス数をカウントして、カウント値から固定治具１０の回転角度を計算し、回転角度に相当するデジタル信号を第２データ保存回路７２に出力する。また、回転角度検出回路２２は、エンコーダ２１からインデックス信号を入力したときにパルス数のカウント値をゼロクリアする。つまり、インデックス信号が入力した時点の回転治具１０の回転角度を０°とする。

フィードモータ６２内にも、フィードモータ６２の回転を検出して、前記エンコーダ２１と同様なパルス列信号（回転検出信号）を出力するエンコーダ６３が組み込まれている。エンコーダ６３から出力されるパルス列信号は、移動量検出回路７４と移動ステージ制御回路７５に入力される。移動量検出回路７４は、検査装置の電源が投入されると作動開始し、エンコーダ６３から出力されるパルス列信号を入力し、パルス列信号が入力されなくなると駆動限界位置を表す信号を移動ステージ制御回路７５に出力し、カウント値を「０」として、以後、エンコーダ６３が出力するパルス列信号のパルス数をカウントする。そして積算したカウント数から移動ステージ３０の移動量を計算し、移動量を表す信号を出力する。このカウント値が「０」となる駆動限界位置が、移動ステージ３０の移動量検出における原点位置となる。

移動ステージ制御回路７５は、電源が投入されると作動開始し、フィードモータ６２を駆動して移動ステージ３０を駆動限界位置（移動量ゼロの位置）方向に移動させ、移動量検出回路７４から駆動限界位置を表す信号を入力すると駆動信号の出力を停止する。そして、コントローラ１００から移動量の設定値が入力すると、移動量検出回路７４から所定時間間隔で出力される移動量を入力し、入力した移動量がコントローラ１００から入力した設定値になるまでフィードモータ６２を駆動して移動ステージ３０を移動させる。また、移動ステージ制御回路７５は、コントローラ１００から定速移動指令を入力すると、エンコーダ６３から入力したパルス列信号の単位時間あたりのパルス数が、コントローラ１００から指示された送り速度に相当する単位時間あたりのパルス数になるようにフィードモータ６２の回転を制御する。

次に、照射ヘッド８０について説明する。照射ヘッド８０は、検査対象物ＯＢに対してレーザ光を照射するとともに、その反射光を受光する構造となっている。照射ヘッド８０は、検査対象物ＯＢに対してレーザ光を照射する構成として、レーザ光源８０ａ、コリメートレンズ８０ｂ、偏光子８０ｃ、ビームスプリッタ８０ｄ、対物レンズ８０ｅ、フォーカスアクチュエータ８０ｆを備えている。レーザ光源８０ａは、レーザ駆動回路７６から供給される電流および電圧により駆動されてレーザ光を照射する。レーザ駆動回路７６は、コントローラ１００からの指令に基づいて、レーザ光源８０ａに対して検査用強度（弱い強度）のレーザ光を出射するための電流および電圧を供給する。従って、レーザ光の照射に対して検査対象物ＯＢが変化しない（加工されない）ようになっている。

レーザ光源８０ａから出射されたレーザ光は、コリメートレンズ８０ｂにより平行光となり、偏光子８０ｃに入射する。偏光子８０ｃは、透過軸に平行な偏光成分のレーザ光のみを透過する。この偏光子８０ｃの透過軸の方向（即ち、検査対象物ＯＢに照射されるレーザ光の偏光方向）が検査対象物ＯＢの微細格子構造Ｇのライン方向となす角度は任意でよいが、後述するように微細格子構造Ｇの欠陥検出に加えて、微細格子構造Ｇの凹部Ｇ２や凸部Ｇ１の幅および凹部Ｇ２の深さ（凸部Ｇ１の高さ）を測定するときには、その計算処理を簡単にするために４５°にするとよい。

尚、レーザ光源８０ａから照射されるレーザ光は、偏光子８０ｃの透過軸方向に偏光方向がある直線偏光であるが、長時間の使用により偏光方向が変化するおそれがあるため、本実施形態においては、検査対象物ＯＢの微細格子構造Ｇのラインに対する偏光方向が常に一定になるように偏光子８０ｃを設けている。

偏光子８０ｃを透過したレーザ光は、ビームスプリッタ８０ｄに入射する。ビームスプリッタ８０ｄは、入射した光の半分を透過し、残りの半分を入射方向に対して直角方向に反射する。ビームスプリッタ８０ｄを透過したレーザ光は、対物レンズ８０ｅに入射する。対物レンズ８０ｅは、入射したレーザ光を集光するとともに、反射して戻ってきたレーザ光を平行光にする。この対物レンズ８０ｅは、フォーカスアクチュエータ８０ｆにより光軸方向に駆動される。フォーカスアクチュエータ８０ｆは、ドライブ回路８４からの駆動信号により作動して、レーザ光の焦点位置が固定治具１０の円筒表面にあうように対物レンズ８０ｅを光軸方向に駆動させる。この場合、検査対象物ＯＢは薄いシート状であるため、検査対象物ＯＢの表面（微細格子構造Ｇの形成部分）にレーザ光の焦点位置が合うと言える。

尚、検査対象物ＯＢに照射されるレーザ光の照射スポット径は、微細格子構造Ｇの格子ピッチよりも大きく、照射スポット内に複数の凹部Ｇ２と凸部Ｇ１とが存在するように設定されている。例えば、照射スポット径を格子ピッチと関係付けて、照射スポット径が格子ピッチの適正倍率範囲内に入るように設定するとよい。

照射ヘッド８０は、レーザ光の反射光を受光する構成として、ビームスプリッタ８０ｇ、偏光ビームスプリッタ８０ｈ、集光レンズ８０ｉ，８０ｊ，８０ｋ、シリンドリカルレンズ８０ｌ、受光素子８０ｍ，８０ｎ，８０ｏを備えている。ビームスプリッタ８０ｇは、検査対象物ＯＢで反射して戻ってきたレーザ光を２つに分割する。分割された一方の反射光は、集光レンズ８０ｉ、シリンドリカルレンズ８０ｌを通過して受光素子８０ｍで受光される。受光素子８０ｍは、分割線で区切られた４つの同一正方形状の受光素子からなり、時計回りに配置された受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）として出力する。この受光素子８０ｍは、４つの受光素子が配置された中央に反射光が集光するように固定されている。

ビームスプリッタ８０ｇで分割されたもう一方の反射光は、偏光ビームスプリッタ８０ｈで透過軸に平行な偏光方向の光と、透過軸に垂直な偏光方向の光とに分割され、分割されたそれぞれの光は集光レンズ８０ｊ，８０ｋを介して受光素子８０ｎ，８０ｏで受光される。受光素子８０ｎ，８０ｏは、光の強度を表す検出信号を受光信号として出力する。

尚、図１においては、偏光ビームスプリッタ８０ｈで反射したレーザ光は、紙面と平行な方向に反射するように描かれているが、偏光ビームスプリッタ８０ｈでの反射光の方向（透過軸の方向）は任意であって良く、受光素子８０ｎが配置される位置は偏光ビームスプリッタ８０ｈでの反射光の方向（透過軸の方向）により定まる。また、後述するように、微細格子構造Ｇの凹部Ｇ２や凸部Ｇ１の幅および凹部Ｇ２の深さの測定時における計算処理を簡単にするために、偏光子８０ｃの透過軸の方向が検査対象物ＯＢの微細格子構造Ｇのライン方向となす角度を４５°にしたときには、同様に計算処理を簡単にするために偏光ビームスプリッタ８０ｈの透過軸の方向を偏光子８０ｃの透過軸の方向と同一方向にするとよい。

受光素子８０ｍから出力される受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は、信号増幅回路８１に入力される。信号増幅回路８１は、受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）をそれぞれ増幅してフォーカスエラー信号生成回路８２および反射光信号生成回路８５に出力する。フォーカスエラー信号生成回路８２は、増幅された受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）を使って演算によりフォーカスエラー信号を生成する。本実施形態においては、非点収差法を用いて、（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）の演算を行い、この演算結果をフォーカスエラー信号としてフォーカスサーボ信号生成回路８３に出力する。フォーカスエラー信号（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）は、レーザ光の焦点位置の固定治具１０表面からのずれ量（検査対象物ＯＢの微細格子構造Ｇからのずれ量といえる）を表している。

フォーカスサーボ信号生成回路８３は、フォーカスエラー信号に基づいて、フォーカスサーボ信号を生成してドライブ回路８４に出力する。この場合、フォーカスエラー信号（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）の値が常に一定値（例えば、ゼロ）となるようにドライブ回路８４を駆動することにより、レーザ光の焦点位置を検査対象物ＯＢの微細格子構造Ｇの位置に対して一定にすることができる。つまり、レーザ光の焦点位置と検査対象物ＯＢの微細格子構造Ｇとの光軸方向における相対位置関係を常に一定にすることができる。ドライブ回路８４は、フォーカスサーボ信号に基づいてフォーカスアクチュエータ８０ｆを駆動することにより対物レンズ８０ｅを光軸方向に変位させてフォーカスサーボを行う。

尚、本実施形態においては非点収差法を用いてフォーカスサーボを行っているが、例えば、シリンドリカルレンズ８０ｌに代えて遮光用ナイフエッジを設けてナイフエッジ法によるフォーカスサーボを行っても良い。また、シリンドリカルレンズ８０ｌに代えてビームスプリッタを設けるとともに、受光素子を２つにしてＳＳＤ法によるフォーカスサーボを行っても良い。

信号増幅回路８１から出力される受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）は、反射光信号生成回路８５にも出力される。反射光信号生成回路８５は、受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）の各強度を合計した値（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’）に対応した信号（以下、ＳＵＭ信号と呼ぶ）をＡ／Ｄ変換器８７およびエラー判定回路８６に出力する。

Ａ／Ｄ変換器８７は、反射光信号生成回路８５から出力されたＳＵＭ信号を入力し、クロック信号発生回路８８から出力されるクロック信号に基づく所定のサンプリング周期でＳＵＭ信号の波高値（光の強度に相当する信号の値）をデジタルデータに変換し第１データ保存回路７１に出力する。従って、第１データ保存回路７１には、反射光の強度を表すデジタルデータが所定のサンプリング周期で入力される。クロック信号発生回路８８は、コントローラ１００からの指示を受けて作動開始し、所定周期のパルス信号をＡ／Ｄ変換器８７に出力する。

エラー判定回路８６は、コントローラ１００からの指示を受けると作動開始する。エラー判定回路８６は、コンパレータと時間計測回路から構成されており、反射光信号生成回路８５から入力したＳＵＭ信号の波高値が基準レベルをクロスし、再度、基準レベルをクロスした際、最初のクロスを検出した時点から次のクロスを検出した時点までの経過時間を計測する。そして、経過時間が基準時間より長い場合には、エラー検出を表す信号（以下、エラー検出信号と呼ぶ）を第１データ保存回路７１、第２データ保存回路７２、第３データ保存回路７３に出力する。つまり、図３に示すように、反射光信号生成回路８５から入力したＳＵＭ信号の波高値が低下して基準レベルＬｓを下回った時刻ｔ１から、ＳＵＭ信号の波高値が増大して基準レベルＬｓを上回った時刻ｔ２までの経過時間Ｔｘを計測し、この経過時間Ｔｘが基準時間Ｔ０より長い場合にはエラー検出信号を出力する。

図４（ｂ）は、微細格子構造ＧにゴミＸが付着している状態（断面図）を表し、図４（ｃ）は、微細格子構造Ｇに凸部Ｇ１、凹部Ｇ２の幅より大きな傷Ｙが形成されている状態（断面図）を表す。このように、微細格子構造Ｇにゴミ付着、傷、ピットなどのような個々の凸部Ｇ１、凹部Ｇ２の幅より大きな欠陥が形成されていると、散乱する光の割合が多くなり、また、ピットが形成された光ディスクのように反射光同士が干渉するため、反射光の強度が小さくなる。従って、このような欠陥がある箇所では、反射光信号生成回路８５の出力するＳＵＭ信号の波高値が小さくなり基準レベルＬｓを下回る。そして、レーザ光の照射位置が欠陥のある部位から外れると、反射光信号生成回路８５の出力するＳＵＭ信号の波高値が大きくなって基準レベルＬｓを上回る。エラー判定回路８６は、ＳＵＭ信号の波高値が基準レベルＬｓを上回ったときにエラー検出信号を出力する。尚、基準時間Ｔ０より経過時間Ｔｘが長いことをエラー検出の要件としているのは、瞬時的な信号ノイズの影響を除外するためである。

第１データ保存回路７１は、コントローラ１００からの指示を受けると作動開始する。第１データ保存回路７１は、内部にメモリを備え、Ａ／Ｄ変換器８７から出力される反射光の強度（波高値に相当する）を表すデジタルデータをメモリに逐次記憶していき、記憶したデジタルデータのデータ数が設定数Ｎ（例えば、１０万個）に達すると、再び、その先頭の記憶領域（最も古いデータの記憶されている記憶領域）から順番に最新のデジタルデータを記憶していく（上書き）。第１データ保存回路７１は、Ｎ個のデジタルデータを記憶する記憶領域を１つの記憶ブロックとして、複数の記憶ブロックを備えている。そして、エラー判定回路８６からエラー検出信号が出力されていないあいだは、第１記憶ブロックのみを使って、最新のＮ個分の反射光の強度を表すデジタルデータを記憶し、エラー判定回路８６からエラー検出信号が入力すると、その記憶ブロックのなかの最も新しいデジタルデータが記憶されている記憶領域、つまり、最後に記憶したデジタルデータの記憶領域の次の記憶領域（あるいは所定数あとの記憶領域）に識別フラグデータを記憶し、それ以降、第１記憶ブロックにはデータ記憶を行わないようにする。

第１データ保存回路７１は、第１記憶ブロックに識別フラグデータを記憶すると、以降、第２記憶ブロックを使って、Ａ／Ｄ変換器８７から出力されるデジタルデータを、その先頭の記憶領域から逐次記憶していく。そして、エラー判定回路８６からエラー検出信号が入力するたびに、識別フラグデータを、最後に記憶したデジタルデータの記憶領域の次の記憶領域に記憶し、データ記憶するための記憶ブロックを変更する。

このようにして、第１データ保存回路７１は、エラー検出信号を入力するたびに、エラー検出信号入力直前の最大で（Ｎ−１）個のデジタルデータを記憶する。従って、各記憶ブロックに記憶されたデジタルデータから、反射光の強度の推移（エラー検出信号を入力するまでの所定期間の履歴）がわかるようになっており、この反射光の強度の推移からＳＵＭ信号の波高値が基準レベルＬｓを下回った時点（図３の時刻ｔ１）も検出することができる。第１データ保存回路７１は、コントローラ１００からデータ出力指令が入力すると、各記憶ブロックに記憶したデジタルデータをコントローラ１００へ出力する。以下、第１データ保存回路７１に記憶されたデジタルデータを波高値データと呼ぶ。

第２データ保存回路７２は、コントローラ１００からの指示を受けると作動開始する。第２データ保存回路７２は、内部にメモリを備え、回転角度検出回路２２から出力される回転角度に相当するデジタルデータを、エラー判定回路８６からエラー検出信号が入力するたびに記憶する。そして、コントローラ１００からデータ出力指令が入力すると、メモリに記憶したデジタルデータをコントローラ１００へ出力する。以下、第２データ保存回路７２に記憶されたデジタルデータを回転角度データと呼ぶ。

第３データ保存回路７３は、コントローラ１００からの指示を受けると作動開始する。第３データ保存回路７３は、内部にメモリを備え、移動量検出回路７４から出力される移動ステージ３０の移動量に相当するデジタルデータを、エラー判定回路８６からエラー検出信号が入力するたびに記憶する。そして、コントローラ１００からデータ出力指令が入力すると、メモリに記憶したデジタルデータをコントローラ１００へ出力する。以下、第３データ保存回路７３に記憶されたデジタルデータを移動量データと呼ぶ。

このように、第１，第２，第３データ保存回路７１，７２，７３を設けたことにより、微細格子構造Ｇの欠陥の位置を特定することができる。つまり、検査対象物ＯＢに形成された欠陥の回転方向位置（固定治具１０の回転方向における位置）を第２データ保存回路７２に記憶した回転角度データから特定でき、移動方向位置（移動ステージ３０の移動方向における位置）を第３データ保存回路７３に記憶した移動量データから特定できる。この位置は、エラー判定回路８６からエラー検出信号が出力された時点におけるレーザ光の照射位置となるため、欠陥の終了位置を特定するものである。

一方、第１データ保存回路７１には、エラー検出信号が出力される直前の波高値データの履歴が記憶されているため、この履歴から、欠陥領域の回転方向における長さを特定することができる。つまり、記憶されている波高値データのうち、波高値が基準レベルＬｓよりも下回っている期間が、欠陥領域の回転方向における長さに対応したものとなる。具体的には、波高値が基準レベルＬｓより下回っているデータの数をｕ、第１データ保存回路７１に波高値データが記憶されるサンプリング間隔をｔ（秒）、固定治具１０の円筒半径をｒ、固定治具１０の回転速度ω（回転／秒）とすれば、欠陥領域の回転方向における長さは、（ｕ×ｔ×２π×ｒ×ω）として計算することができる。

従って、第１，第２，第３データ保存回路７１，７２，７３に記憶された波高値データ，回転角度データ，移動量データに基づいて、微細格子構造Ｇにおける凹部Ｇ２と凸部Ｇ１とにまたがって形成されている格子ピッチよりも大きな幅の欠陥の位置、領域を求めることができる。

コントローラ１００は、第１，第２，第３データ保存回路７１，７２，７３に記憶された波高値データ，回転角度データ，移動量データを取り込み、上述したような演算処理を行うことにより、微細格子構造Ｇの上記大きな欠陥の位置、領域を求める。このコントローラ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータと、ハードディスクや不揮発性メモリなどの記憶装置と、入出力インタフェース等から構成される電子制御装置である。コントローラ１００には、作業者が各種パラメータや処理等を指示するための入力装置１０１と、作業者に対して検査結果や作動状況等を視覚的に知らせるための表示装置１０２とが接続されている。尚、コントローラ１００は、後述する偏光特性データを取り込んで、微細格子構造Ｇの個々の凹部Ｇ２または凸部Ｇ１の一部に形成されている欠陥の検出も行う。

次に、レーザ光の偏光状態を検出して、微細格子構造Ｇの個々の凸部Ｇ１、凹部Ｇ２の一部に形成された欠陥を検出する構成について説明する。レーザ光の偏光状態は、照射ヘッド８０の受光素子８０ｎ，８０ｏにて検出される光の強度を使って検出される。受光素子８０ｎ，８０ｏは、光の強度に相当する検出信号をそれぞれ信号増幅回路９１，９２に出力する。各信号増幅回路９１，９２は、入力した検出信号を増幅してＡ／Ｄ変換器９３，９４に出力する。各Ａ／Ｄ変換器９３，９４は、後述するデータ取込信号発生回路７０から信号が入力したときに、信号増幅回路９１，９２の出力する信号の波高値を取り込んでデジタルデータに変換し、そのデジタルデータを偏光特性計算回路９５に出力する。

データ取込信号発生回路７０は、スピンドルモータ２０に設けられたエンコーダ２１から出力されるパルス列信号とインデックス信号とを入力するように構成されており、コントローラ１００の指示を受けると作動開始する。データ取込信号発生回路７０は、パルス列信号のパルス数をカウントしてカウント値がコントローラ１００により指定されたカウント値になるたびに、および、インデックス信号の入力を検出するたびに、Ａ／Ｄ変換器９３，９４にデータ取込を指示する信号を出力するとともにカウント値をゼロクリアする。つまり、固定治具１０が所定角度回転するたびに、また、固定治具１０が基準回転位置に達するたびに、Ａ／Ｄ変換器９３，９４にデータ取込を指示する信号を出力する。

偏光特性計算回路９５は、コントローラ１００からの指示を受けると作動開始する。偏光特性計算回路９５は、内部にメモリを備え、各Ａ／Ｄ変換器９３，９４から入力した波高値を表すデジタルデータをＦ１（ｎ），Ｆ２（ｎ）としてメモリに順番に記憶し、記憶したＦ１（ｎ），Ｆ２（ｎ）から偏光特性として強度比Ｒａ（ｎ）または位相の遅れＲｅ（ｎ）を計算する。尚、ｎは、記憶したデジタルデータごとに０から順番に付けられる番号である。

ここで、強度比Ｒａ（ｎ）および位相の遅れＲｅ（ｎ）の計算について説明する。微細格子構造Ｇは、複屈折構造となる。従って、微細格子構造Ｇのライン方向の屈折率をｎｐ、ライン方向と垂直な方向の屈折率をｎｖとすると、屈折率ｎｐ，ｎｖは次式（１）、（２）のように表すことができる。

この式において、ｎ_１，ｎ_２，ｔは、以下の通りである。
ｎ_１：微細格子構造Ｇが形成された物体（検査対象物ＯＢ）の屈折率
ｎ_２：凹部Ｇ２を埋める物質の屈折率（物質が無ければ空気の屈折率）
ｔ：（凸部Ｇ１の幅Ｗ１）／（凸部Ｇ１の幅Ｗ１＋凹部Ｇ２の幅Ｗ２）
尚、（１−ｔ）は、（凹部Ｇ２の幅Ｗ２）／（凸部Ｇ１の幅Ｗ１＋凹部Ｇ２の幅Ｗ２）である。

微細格子構造Ｇに入射した光は、微細格子構造Ｇのライン方向の軸（以下、遅相軸と呼ぶ）に対して、この遅相軸に垂直な方向の軸（以下、進相軸と呼ぶ）のほうが速く進む。このため、入射光における遅相軸の位相と進相軸の位相との差は、微細格子構造Ｇを透過した後では遅相軸の位相が進相軸の位相より遅れる分だけ変わることになる。

微細格子構造Ｇを透過した光の進相軸に対する遅相軸の位相の遅れＲｅは、凹部Ｇ２の深さ（＝凸部Ｇ１の高さ）をｄとし、レーザ光の波長をλとするとラジアン単位では以下の式で表すことができる
Ｒｅ＝２π・（ｎｐ−ｎｖ）・ｄ／λ
また、本実施形態においては、固定治具１０の円筒表面でレーザ光が反射するため、レーザ光が微細格子構造Ｇを２回透過することになり、上記式は次のようになる。
Ｒｅ＝４π・（ｎｐ−ｎｖ）・ｄ／λ ……（３）

入射光と反射光とで遅相軸と進相軸との位相差が変わるということは、入射光と反射光とで偏光状態が変わることを意味する。そして、本実施形態のように直線偏光で微細格子構造Ｇに光を入射させた場合、反射光は、直線偏光の方向が遅相軸または進相軸と平行であれば直線偏光のままであるが、それ以外のときでは楕円偏光になる。

微細格子構造Ｇの凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄが設定通りのときの反射光の偏光状態は、上記式（１），（２）および微細格子構造Ｇのライン方向に対する入射光の偏光方向から定まる。そして、偏光状態が定まれば、光の強度を検出する２方向（偏光ビームスプリッタ８０ｈの透過軸の方向）を定めることにより、２方向の光の強度に相当するＦ１，Ｆ２の比である強度比Ｒａも定まる。

従って、微細格子構造Ｇの凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄが設定通りとなっている時の強度比Ｒａは理論的に算出できる。そこで、実際に強度比Ｒａ（ｎ）を測定し、この測定された強度比Ｒａ（ｎ）と理論計算上の強度比である理論強度比Ｒａ’との差が大きい場合には、個々の凹部Ｇ２または凸部Ｇ１の一部に、設定された凸部Ｇ１の幅Ｗ１または凹部Ｇ２の幅Ｗ２または凹部Ｇ２の深さｄから大きくずれている欠陥があることを意味する。例えば、図４（ａ）において、符号Ｚにて示す部分が、この欠陥に相当する。従って、実際に測定された強度比Ｒａ（ｎ）と理論強度比Ｒａ’との許容差を予め適切に設定しておき、この許容差を超える差を検出したとき、その時点のレーザ光の照射位置において、個々の凹部Ｇ２または凸部Ｇ１の一部に欠陥が存在していると判断することができる。これにより、個々の凹部Ｇ２または凸部Ｇ１の一部に存在する欠陥の検出を行うことができる。

尚、こうした欠陥の検出は、強度比Ｒａ（ｎ）に基づいて行ってもよいが、欠陥位置検出とともに後述する凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄの計算を行う場合には、強度比Ｒａ（ｎ）から偏光特性の位相遅れＲｅ（ｎ）を計算するとよい。その際、微細格子構造Ｇのライン方向に対する入射角の偏光方向は任意でも計算は可能であるが、計算を簡単にするためには、入射光の偏光方向を検査対象物ＯＢの微細格子構造Ｇのライン方向と４５°の角度となるようにするとよい。

この場合、入射光の偏光方向は、検査対象物ＯＢを上方から見ると図５のＡの方向となる。この状態では、遅相軸の位相と進相軸の位相との差はゼロである。そして、反射光は、遅相軸の位相が進相軸の位相より遅れる。位相の遅れが１５°であると、図５のＢのような楕円偏光になり、位相の遅れが３０°であると図５のＣのような楕円偏光になる。以下、位相の遅れが４５°であるとＤ、位相の遅れが６０°であるとＥ、位相の遅れが９０°であるとＦ、位相の遅れが１２０°であるとＧ、位相の遅れが１５０°であるとＨのような楕円偏光になる（Ｆは円偏光）。図５からわかるように、位相の遅れによらず楕円偏光の長軸および短軸方向は検査対象物ＯＢの微細格子構造Ｇのライン方向と４５°の角度にあり、長軸方向と短軸方向との比（楕円率）は位相の遅れによって異なる値をとることになる。

従って、検査対象物ＯＢでの反射光を微細格子構造Ｇのライン方向（遅相軸）に対して４５°の角度をなす透過軸を有する偏光ビームスプリッタ８０ｈで２つに分割すれば、楕円偏光の長軸方向の光と楕円偏光の短軸方向の光とに分割でき、分割した光の強度を検出すれば、楕円偏光の長軸方向と短軸方向との比が検出できる。そして、この比から位相の遅れＲｅ（ｎ）を求めることができる。

偏光特性計算回路９５には、楕円偏光の長軸方向と短軸方向との比（楕円率）と、位相の遅れとを関係づけるテーブルあるいは関数が記憶されており、強度比Ｒａ（ｎ）からテーブルあるいは関数を用いて位相の遅れＲｅ（ｎ）を計算する。

微細格子構造Ｇの凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄが設定通りに形成されているとすれば、上記式（１），（２），（３）から位相の遅れＲｅを計算することができる。そこで実際に位相の遅れＲｅ（ｎ）を測定し、この測定された位相の遅れＲｅ（ｎ）と計算上の位相の遅れＲｅ’との差が大きいものは、図４（ａ）に示すように、個々の凹部Ｇ２または凸部Ｇ１の一部に、設定された凸部Ｇ１の幅Ｗ１または凹部Ｇ２の幅Ｗ２または凹部Ｇ２の深さｄから大きくずれている欠陥Ｚがあることを意味する。従って、実際に測定された位相の遅れＲｅ（ｎ）と計算上の位相の遅れＲｅ’との許容差を予め設定しておき、この許容差を超える差を検出したとき、その時点のレーザ光の照射位置において、個々の凹部Ｇ２または凸部Ｇ１の一部に欠陥が存在していると判断することができる。つまり、個々の凹部Ｇ２または凸部Ｇ１の一部に存在する欠陥の検出を行うことができる。

偏光特性計算回路９５は、計算した強度比Ｒａ（ｎ）または位相の遅れＲｅ（ｎ）をメモリに逐次記憶し、コントローラ１００からの出力指示が入力されると、メモリに記憶したデジタルデータ（強度比Ｒａ（ｎ）または位相の遅れＲｅ（ｎ））をコントローラ１００に出力する。コントローラ１００は、強度比Ｒａ（ｎ）または位相の遅れＲｅ（ｎ）を取り込んでデータ処理することにより、個々の凹部Ｇ２または凸部Ｇ１の一部に欠陥が存在している位置を求める。

強度比Ｒａ（ｎ）または位相の遅れＲｅ（ｎ）における「ｎ」は、０から順番に付けられた数値である。従って、許容差を超える差が検出されているデータ（強度比Ｒａ（ｎ）または位相の遅れＲｅ（ｎ））の「ｎ」の値がわかれば、固定治具１０の１回転におけるデータ取り込み数と、固定治具１０の１回転における移動ステージ３０の移動量とから欠陥位置を求めることができる。

次に、本実施形態の検査装置による微細格子構造Ｇの検査処理について説明する。作業者は、微細格子構造Ｇの検査を行うにあたって、まず、検査装置の電源を投入し、駆動限界位置にある固定治具１０の円筒表面にシート状の検査対象物ＯＢを密着固定する。そして、入力装置１０１を使って以下のデータを入力する。
・微細格子構造Ｇの理想とする凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凸部Ｇ１の深さ（＝凹部Ｇ２の高さ）ｄ
・スピンドルモータ２０の回転速度
・固定治具１０の１回転における波高値データ取り込み数
・固定治具１０の１回転における移動ステージ３０の移動量
・検査開始時の移動ステージ３０の位置
・検査終了時の移動ステージ３０の位置
尚、作業者は、これらのデータのうちコントローラ１００内のメモリに記憶されているデータがあれば、その入力操作を省略する。

データ取込信号発生回路７０は、上述したように、スピンドルモータ２０に設けたエンコーダ２１の出力するパルス列信号のパルス数をカウントし、そのカウント値が所定値に達するたびに、Ａ／Ｄ変換器９３，９４に対して波高値データの取り込みを指示するものである。従って、作業者が入力した固定治具１０の１回転における波高値データ取り込み数と、固定治具１０が１回転する間にエンコーダから出力されるパルス信号の数（既知）とに基づいて、この所定値を計算することができる。コントローラ１００は、この所定値を計算してデータ取込信号発生回路７０に出力する。また、コントローラ１００は、作業者が入力したスピンドルモータ２０の回転速度と、固定治具１０の１回転における移動ステージ３０の移動量とから、移動ステージ３０の移動速度を計算し、この移動速度を移動ステージ制御回路７５に出力する。

コントローラ１００は、こうした処理が完了すると、図２に示す検査ルーチンを開始する。この検査ルーチンは、コントローラ１００のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されている。本検査ルーチンは、ステップＳ１００にて起動する。この検査ルーチンが起動すると、コントローラ１００は、まず、ステップＳ１０２において、移動ステージ制御回路７５に対して検査開始位置の出力と移動指令を出力する。これにより、移動ステージ制御回路７５は、フィードモータ６２を駆動して移動ステージ３０を駆動限界位置から、作業者が入力設定した検査開始位置に移動させる。続いて、コントローラ１００は、ステップＳ１０４において、スピンドルモータ制御回路２３に対して設定回転速度の出力と回転開始指令を出力する。これにより、スピンドルモータ制御回路２３は、作業者が入力設定した回転速度でスピンドルモータ２０を駆動して固定治具１０の回転を開始させる。

続いて、コントローラ１００は、ステップＳ１０６において、レーザ駆動回路７６に対してレーザ光照射開始指令を出力する。これにより照射ヘッド８０から検査対象物ＯＢへのレーザ光照射が開始される。尚、このレーザ光の強度は、検査用強度に設定されているため、検査対象物ＯＢはレーザ光によって加工されない。

続いて、コントローラ１００は、ステップＳ１０８において、フォーカスサーボ信号生成回路８３に対してフォーカスサーボの開始指令を出力する。これにより、フォーカスサーボ信号生成回路８３は、フォーカスエラー信号生成回路８２から出力されるフォーカスエラー信号（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）の値が常に一定値（例えば、ゼロ）になるように、ドライブ回路８４に制御信号を出力してフォーカスアクチュエータ８０ｆの駆動制御を開始する。

続いて、コントローラ１００は、ステップＳ１１０において、データ取込信号発生回路７０、クロック信号発生回路８８、エラー判定回路８６、回転角度検出回路２２、第１，第２，第３データ保存回路７１，７２，７３、偏光特性計算回路９５に作動開始指令を出力する。また、移動ステージ制御回路７５に定速移動指令を出力して移動ステージ３０の移動を開始させる。こうして、微細格子構造Ｇの検査が開始される。つまり、照射ヘッド８０から照射されるレーザ光の照射位置を検査対象物ＯＢの円筒表面で螺旋状に移動させながら、この照射位置における反射光の強度および偏光状態の検出が開始される。

この微細格子構造Ｇの検査が開始されると、偏光特性計算回路９５において、偏光特性をあらわす強度比Ｒａ（ｎ）または位相の遅れＲｅ（ｎ）が逐次計算され、その計算結果のデータがメモリに記憶される。一方、レーザ光の反射光の強度に関しては、エラー判定回路８６において反射光の強度の低下が検出される。そして、エラー判定回路８６からエラー検出信号が出力されるたびに、その直近となる所定サンプリング数の波高値データＤ（ｍ）が第１データ保存回路７１に記憶保存されるとともに、回転角度データθ（ｍ）、移動量データＰ（ｍ）がそれぞれ第２データ保存回路７２、第３データ保存回路７３に記憶されていく。

コントローラ１００は、微細格子構造Ｇの検査を行っているあいだ、ステップＳ１１２において、移動ステージ３０が検査終了位置にまで到達したか否かを所定の短い周期で判定する。つまり、移動量検出回路７４により検出される移動量を取り込み、検出される移動量が、入力装置１０１にて設定された検査終了時の移動ステージ３０の位置に相当するか否かを繰り返し判定する。移動ステージ３０が検査終了位置に到達しないあいだは、微細格子構造Ｇの検査が継続される。

コントローラ１００は、移動ステージ３０が検査終了位置に到達したと判定すると（Ｓ１１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１４において、フォーカスサーボ信号生成回路８３に対してフォーカスサーボの終了指令を出力する。これにより、フォーカスサーボが停止する。次に、ステップＳ１１６において、レーザ駆動回路７６に対してレーザ光照射停止指令を出力する。これにより、照射ヘッド８０からの検査対象物ＯＢへのレーザ光の照射が停止する。次に、ステップＳ１１８において、スピンドルモータ制御回路２３および移動ステージ制御回路７５に対して回転停止指令を出力する。これにより、固定治具１０の回転、および、移動ステージ３０の移動が停止する。

続いて、コントローラ１００は、ステップＳ１２０において、偏光特性計算回路９５に記憶されている偏光特性データ（強度比Ｒａ（ｎ）または位相の遅れＲｅ（ｎ）のデータ）を取り込むとともに、第１データ保存回路７１に記憶されている波高値データＤ（ｍ）、第２データ保存回路７２に記憶されている回転角度データθ（ｍ）、第３データ保存回路７３に記憶されている移動量データＰ（ｍ）を取り込む。

続いて、コントローラ１００は、ステップＳ１２２において、取り込んだ波高値データＤ（ｍ）から欠陥領域の長さＬ（ｍ）を計算する。具体的には、第１データ保存回路７１に記憶されている波高値データＤ（ｍ）のうち、波高値が基準レベルＬｓより下回っているデータの数ｕを各記憶ブロック毎に求め、求めた各記憶ブロックごとの上記データの数ｕと、第１データ保存回路７１に波高値データが記憶されるサンプリング間隔ｔ（秒）、固定治具１０の円筒半径ｒ、固定治具１０の回転速度ω（回転数／秒）とに基づいて、欠陥領域の回転方向における長さＬ（ｍ）を下記式により計算する。
Ｌ（ｍ）＝ｕ×ｔ×２π×ｒ×ω
尚、上記式においては、正確にはｕに代えて（ｕ−１）とすべきであるが、波高値データの数ｕが大きな値となるので、ｕと（ｕ−１）とを同一の値として扱っている。

続いて、コントローラ１００は、ステップＳ１２４において、検査対象物ＯＢにおける偏光状態に異常がみられる位置を計算する。具体的には、強度比Ｒａ（ｎ）または位相の遅れＲｅ（ｎ）のデータの中から、理想の強度比Ｒａ’または理想の位相の遅れＲｅ’に対する差が許容差を超えるデータを強度比Ｒａ（ｋ）または位相の遅れＲｅ（ｋ）として抽出する。そして、そのｋの値（上記許容差を超えるデータが何番目のデータかを特定する番号）を、固定治具１０の１回転におけるデータ取込数で除算したときの小数点以下の数値に３６０°を乗じて回転位置θ（ｋ）を算出し、整数値に固定治具１０の１回転における移動ステージ３０の移動量を乗じて移動量Ｐ（ｋ）を求める。そして、回転位置θ（ｋ）と移動量Ｐ（ｋ）が、第２データ保存回路７２に記憶された回転角度データθ（ｍ）と第３データ保存回路７３に記憶された移動量データＰ（ｍ）と欠陥領域の長さＬ（ｍ）とから定まる範囲内に存在するものは、個々の凸部Ｇ１や凹部Ｇ２より大きい欠陥により偏光状態が変化したものとみなして除外する。

続いて、コントローラ１００は、ステップＳ１２６において、微細格子構造Ｇの欠陥位置を表示装置１０２に表示する。この場合、図６に示すように、円筒状に巻かれた検査対象物ＯＢを平面状に展開した展開面に欠陥位置を表示する。反射光の強度に基づいて検出された欠陥は、ゴミ付着、傷、ピットなどのような個々の凸部Ｇ１、凹部Ｇ２より大きな欠陥として判別され、欠陥の生じている位置と大きさを表示する。例えば、欠陥領域を塗りつぶして表示する。また、偏光状態のみに基づいて検出された欠陥は、個々の凸部Ｇ１や凹部Ｇ２の一部にある欠陥として判別され、欠陥の生じている位置のみを×印等のマークにて表示する。尚、強度比Ｒａ（ｎ）または位相の遅れＲｅ（ｎ）と、理想の強度比Ｒａ’または位相の遅れＲｅ’との差の大きさに応じて、マークの色を変えて表示するようにしてもよい。これによれば、表示色により欠陥の程度を容易に把握することができる。

続いて、コントローラ１００は、ステップＳ１２８において、移動ステージ制御回路７５に対して駆動限界位置付近にある初期移動位置の出力と移動指令を出力する。これにより移動ステージ制御回路７５は、フィードモータ６２を駆動して移動ステージ３０を初期移動位置にまで移動させる。こうして、移動ステージ３０が初期移動位置にまで移動すると、本検査ルーチンは、ステップＳ１３０にて終了する。

作業者は、検査ルーチンが終了すると固定治具１０から検査対象物ＯＢを取り外す。そして、次の検査対象物ＯＢの検査を行う場合には、その検査対象物ＯＢを固定治具１０に固定して、上述した入力操作を行う。

以上説明した本実施形態の格子構造の検査装置および検査方法によれば、微細格子構造Ｇに照射したレーザ光の反射光の強度を受光素子８０ｍにより検出し、その強度（波高値）が基準レベルＬｓより下回っている状態が基準時間Ｔ０以上継続したときには、微細格子構造Ｇにゴミ付着、傷、ピットなどのような個々の凸部Ｇ１、凹部Ｇ２より大きな欠陥（凹部Ｇ２と凸部Ｇ１とにまたがって形成されている格子ピッチよりも大きな幅の欠陥）が存在していると判断して、その欠陥の位置と大きさ、つまり領域を表示装置１０２に表示する。

また、微細格子構造Ｇに照射したレーザ光の反射光の偏光状態と理想の偏光状態との差が許容値を超えている場合には、上記大きな欠陥が検出された部分を除いて、個々の凹部Ｇ２や凸部Ｇ１の一部に小さな欠陥が存在していると判断して、その欠陥の位置を×印で表示する。

この結果、本実施形態によれば、個々の凹部Ｇ２や凸部Ｇ１の一部に形成されている小さな欠陥と、凹部Ｇ２と凸部Ｇ１とにまたがって形成されている大きな欠陥とを両方一緒に検出することができる。また、作業者は、表示装置１０２に表示された画面から、個々の凹部Ｇ２や凸部Ｇ１の一部に形成されている小さな欠陥と、凹部Ｇ２と凸部Ｇ１とにまたがって形成されている大きな欠陥とを区別して把握することができる。従って、微細格子構造Ｇの良好な検査を行うことができる。

また、検査中においては、レーザ光の焦点位置が検査対象物ＯＢの微細格子構造Ｇの位置に対して一定となるようにフォーカスアクチュエータ８０ｆを駆動するため、検査精度が一層向上する。

尚、本実施形態においては、検査対象物ＯＢに照射されるレーザ光の照射スポット径を微細格子構造Ｇの格子ピッチよりもかなり大きく設定することにより、レーザ光の反射光に基づいて、凹部Ｇ２と凸部Ｇ１とにまたがって形成されている大きな幅の欠陥を検出するが、格子ピッチが大きい検査対象物ＯＢの場合には、レーザ光の反射光に基づいて、個々の凹部Ｇ２や凸部Ｇ１の一部に形成されている小さな欠陥をも検出することができる。

次に、第２実施形態の微細格子構造の検査装置および検査方法について説明する。上述した第１実施形態の検査装置は、検査対象物ＯＢの微細格子構造Ｇの検査のみを行うものであるが、この第２実施形態の検査装置は、第１実施形態の検査装置に、更に、加工対象物ＯＢに微細格子構造Ｇを形成するレーザ加工機能、および、微細格子構造Ｇの寸法を測定する寸法測定機能を備えたものである。第２実施形態の微細格子装置の検査装置は、第１実施形態の検査装置のレーザ駆動回路７６と信号増幅回路８１の内部構成、および、コントローラ１００の処理を変更したもので、他の構成は第１実施形態のものと同一である。

上述したレーザ駆動回路７６は、レーザ光源８０ａに電流および電圧を供給する回路であるが、この第２実施形態のレーザ駆動回路７６は、レーザ加工が施される加工用強度（強い強度）のレーザ光を照射するための電流・電圧供給回路と、レーザ加工が施されない検査用強度（弱い強度）のレーザ光を照射するための電流・電圧供給回路とを切り替え可能に備えており、コントローラ１００からの指示にしたがってレーザ光源８０ａへ電流および電圧供給する電流・電圧供給回路を切り替える。従って、検査時と同じ光路を使って加工対象物ＯＢにレーザ光を照射して加工対象物ＯＢをレーザ加工することができる。

また、第２実施形態の信号増幅回路８１は、レーザ加工時と検査時とで信号増幅率を切り替える切替回路を内部に備えており、レーザ光が加工用強度で照射されるレーザ加工時においては、レーザ光が検査用強度で照射される検査時に比べて信号増幅率を低く設定する。これにより、フォーカスサーボ系の構成をそのまま使用してフォーカスサーボを行うことができる。この信号増幅率の切替は、コントローラ１００からの指示により行われる。尚、図１においては、コントローラ１００から信号増幅回路８１への切替指令信号線を破線にて示している。

第２実施形態の検査装置は、こうしたレーザ光の強度を切り替える構成と信号増幅率を切り替える構成とを第１実施形態の検査装置に追加することにより、微細格子構造Ｇの検査だけでなく、微細格子構造Ｇを形成するレーザ加工が可能となっている。従って、固定治具１０にシート状の加工対象物ＯＢをセットし、固定治具１０を回転させながら移動ステージ３０を軸方向に移動させるとともに加工用強度のレーザ光を照射することにより、加工対象物ＯＢの円筒表面に螺旋状の凹部Ｇ２を形成することができる。これにより、加工対象物ＯＢの表面に微細格子構造Ｇを形成することができる。また、レーザ加工により微細格子構造Ｇを形成した後は、そのまま加工対象物ＯＢを検査対象物ＯＢとして扱って、微細格子構造Ｇの検査を行うことができる。

第１実施形態においては、微細格子構造Ｇの欠陥を検出することはできるが、凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さ（＝凸部Ｇ１の高さ）ｄを測定することができない。しかし、レーザ加工の際、一部分でも微細格子構造Ｇの格子ピッチを他の部分と異ならせておけば、後述する理由により、凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄを計算により測定することができる。そこで、第２実施形態の検査装置においては、レーザ加工の際に、第１格子ピッチの微細格子構造Ｇと、第１格子ピッチとは異なる第２格子ピッチの微細格子構造Ｇとを同一の加工対象物ＯＢに形成する。そして、第１格子ピッチの微細格子構造Ｇにレーザ光を照射したときの反射光の偏光状態と、第２格子ピッチの微細格子構造Ｇにレーザ光を照射したときの反射光の偏光状態とに基づいて、計算により凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄを求める。尚、格子ピッチは、固定治具１０が１回転するあいだに移動ステージが移動する移動量である加工ピッチに等しい。従って、レーザ加工の加工ピッチを変化させることにより格子ピッチを変化させることができる。

上記式（３）に式（１）、（２）を代入し、さらに、ｔ＝Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２）を代入した式を想定すると、この式における未知数は、Ｗ１，Ｗ２，ｄである。ただし、固定治具１０が１回転するあいだに移動ステージ３０が移動する移動量（加工ピッチ＝格子ピッチ）は、移動ステージ３０の移動精度がよければ予め設定された値と見なすことができ既知であり、（Ｗ１＋Ｗ２）として表される。従って、未知数は、Ｗ１とｄ、または、Ｗ２とｄとすることができる。また、Ｗ２とｄとは、加工ピッチを異ならせても変化することはない。そこで、加工ピッチを異ならせた２箇所の格子構造の位相の遅れＲｅ１，Ｒｅ２を測定し、これにより成立する連立方程式を解くことによりＷ２とｄを求め、設定した加工ピッチからＷ２を減算することによりＷ１を求めることができる。

次に、第２実施形態の検査装置によるレーザ加工処理について説明する。作業者は、レーザ加工により加工対象物ＯＢに微細格子構造Ｇを形成するにあたって、まず、検査装置の電源を投入し、駆動限界位置にある固定治具１０の円筒表面にシート状の加工対象物ＯＢを密着固定する。そして、入力装置１０１を使って以下のデータを入力する。
・第１加工ピッチＰ１（凸部Ｇ１の幅Ｗ１＋凹部Ｇ２の幅Ｗ２）
・スピンドルモータ２０の回転速度
・レーザ光強度
・加工開始時の移動ステージ３０の位置Ｓｔ
・加工長さＡ
・第２加工ピッチＰ２で加工する微少長さＳ
作業者は、微細格子構造Ｇにおける凸部Ｇ１の希望高さと凹部Ｇ２の希望幅とを基にレーザ光強度を設定する。また、これらのデータのうちコントローラ１００内のメモリに記憶されているデータがあれば、その入力操作を省略する。

データ入力が完了すると、コントローラ１００は、図７に示すレーザ加工ルーチンを開始する。このレーザ加工ルーチンは、コントローラ１００のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されている。レーザ加工ルーチンは、ステップＳ２００にて起動する。レーザ加工ルーチンが起動すると、コントローラ１００は、まず、ステップＳ２０２において、移動ステージ制御回路７５に対して加工開始位置Ｓｔの出力と移動指令を出力する。これにより、移動ステージ制御回路７５は、フィードモータ６２を駆動して移動ステージ３０を駆動限界位置から、作業者が入力設定した加工開始位置Ｓｔに移動させる。続いて、コントローラ１００は、ステップＳ２０４において、スピンドルモータ制御回路２３に対して設定回転速度の出力と回転開始指令を出力する。これにより、スピンドルモータ制御回路２３は、作業者が入力設定した回転速度でスピンドルモータ２０を駆動して固定治具１０の回転を開始させる。

続いて、コントローラ１００は、ステップＳ２０６において、レーザ駆動回路７６に対して検査用強度でのレーザ光照射開始指令を出力する。これにより照射ヘッド８０から加工対象物ＯＢへ検査用強度のレーザ光照射が開始される。続いて、コントローラ１００は、ステップＳ２０８において、フォーカスサーボ信号生成回路８３に対してフォーカスサーボの開始指令を出力する。これにより、フォーカスサーボ信号生成回路８３は、フォーカスエラー信号生成回路８２から出力されるフォーカスエラー信号（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）の値が常に一定値（例えば、ゼロ）になるように、ドライブ回路８４に制御信号を出力してフォーカスアクチュエータ８０ｆの駆動制御を開始する。尚、このフォーカスサーボを開始するにあたって、コントローラ１００は、信号増幅回路８１に対して、検査用強度のレーザ光をフォーカスサーボするときの信号増幅率を指定する。

続いて、コントローラ１００は、ステップＳ２１０において、移動ステージ制御回路７５に対して移動速度設定値を出力する。この移動速度設定値は、作業者が入力した第１加工ピッチＰ１を固定治具１０の回転速度で除算して求めた値となる。次に、ステップＳ２１２において、移動ステージ制御回路７５に対して移動開始指令を出力する。これにより、移動ステージ制御回路７５は、移動ステージ３０が移動速度設定値にて定速移動するように、フィードモータ６２の駆動制御を開始する。

続いて、コントローラ１００は、ステップＳ２１４において、レーザ駆動回路７６に対して加工用強度でのレーザ光照射開始指令を出力する。これによりレーザ駆動回路７６は、レーザ光源８０ａへ電流および電圧供給する電流・電圧供給回路を検査用のものからレーザ加工用のものに切り替える。従って、照射ヘッド８０から加工用強度のレーザ光が加工対象物ＯＢの表面に照射されレーザ加工が開始される。尚、このとき、コントローラ１００は、信号増幅回路８１に対して、加工用強度のレーザ光をフォーカスサーボするときの信号増幅率を指定する。従って、レーザ光の強度切替にかかわらず、フォーカスサーボを適切に続行することができる。

加工対象物ＯＢの表面に照射されるレーザ光のスポット位置は、加工対象物ＯＢの回転と軸線方向移動とにより、加工対象物ＯＢの円筒表面を螺旋状に移動する。これにより、加工対象物ＯＢの円筒表面には、レーザ光照射跡として螺旋状の凹部Ｇ２が形成される。従って、加工対象物ＯＢの表面には、線状に延びた凹部Ｇ２と凸部Ｇ１とが交互に繰り返される微細格子構造Ｇが形成される。本実施形態における微細格子構造Ｇは、凸部Ｇ１の幅Ｗ１と凹部Ｇ２の幅Ｗ２とがそれぞれ数百ナノメートルといった１マイクロメートル以下に設定される微細な格子構造である。

コントローラ１００は、レーザ加工を開始すると、ステップＳ２１６において、移動量検出回路７４が出力する移動ステージ３０の移動量Ｆ(原点位置からの移動量）を表すデータを取り込む。続いて、ステップＳ２１８において、その移動量Ｆから加工開始位置Ｓｔを減算した値（Ｆ−Ｓｔ）が、全体の加工長さＡから第２加工ピッチで加工する長さＳを減算した値（Ａ−Ｓ）に達したか否かを判定する。移動量Ｆから加工開始位置Ｓｔを減算した値（Ｆ−Ｓｔ）は、移動ステージ３０が加工開始位置Ｓｔから移動した距離を表す。また、全体の加工長さＡから第２加工ピッチで加工する長さＳを減算した値（Ａ−Ｓ）は、第１加工ピッチでレーザ加工する軸線方向の長さを表す。従って、このステップＳ２１８においては、第１加工ピッチＰ１でのレーザ加工の終了タイミングを判定している。

コントローラ１００は、所定の周期で移動量検出回路７４から移動ステージ３０の移動量Ｆを取り込みつつ上記判定を繰り返す（Ｓ２１６〜Ｓ２１８）。そして、値（Ｆ−Ｓｔ）が値（Ａ−Ｓ）に達したと判定すると、その処理をステップＳ２２０に進める。

コントローラ１００は、ステップＳ２２０において、移動ステージ制御回路７５に対して新たな移動速度設定値を出力する。この移動速度設定値は、第２加工ピッチＰ２でレーザ加工する場合の移動ステージ３０の移動速度を設定する値であり、第２加工ピッチＰ２を固定治具１０の回転速度で除算して求めた値となる。本実施形態において、この第２加工ピッチＰ２は、第１加工ピッチＰ１に係数ａを乗じた値に設定される（Ｐ２＝ａ・Ｐ１）。係数ａは、１．５〜３程度の値であり、凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄの測定精度が良好となる値に予め設定されている。

移動ステージ制御回路７５は、コントローラ１００から出力された移動速度設定値にしたがってフィードモータ６２を駆動制御する。こうして、第１加工ピッチＰ１でのレーザ加工から第２加工ピッチＰ２でのレーザ加工に切り替わる。

続いて、コントローラ１００は、ステップＳ２２２において、移動量検出回路７４から移動ステージ３０の移動量Ｆ(原点位置からの移動量）を表すデータを取り込む。続いて、ステップＳ２２４において、その移動量Ｆから加工開始位置Ｓｔを減算した値（Ｆ−Ｓｔ）が、加工長さＡに達したか否かを判定する。移動量Ｆから加工開始位置Ｓｔを減算した値（Ｆ−Ｓｔ）は、移動ステージ３０が加工開始位置Ｓｔから移動した距離を表す。従って、このステップＳ２２４においては、レーザ加工の終了タイミングを判定している。

コントローラ１００は、所定の周期で移動量検出回路７４から移動ステージ３０の移動量Ｆを取り込みつつ上記判定を繰り返す（Ｓ２２２〜Ｓ２２４）。そして、値（Ｆ−Ｓｔ）がＡに達したと判定すると、その処理をステップＳ２２６に進める。コントローラ１００は、ステップＳ２２６において、フォーカスサーボ信号生成回路８３に対してフォーカスサーボの停止指令を出力し、ステップＳ２２８において、レーザ駆動回路７６に対してレーザ光の照射停止指令を出力し、ステップＳ２３０において、移動ステージ制御回路７５に対して移動ステージ３０の停止指令を出力し、ステップＳ２３２において、スピンドルモータ制御回路２３に対してスピンドルモータ２０の回転停止指令を出力する。コントローラ１００は、これらの停止指令を出力すると、ステップＳ２３４にて、レーザ加工ルーチンを終了する。

こうして、加工対象物ＯＢの表面には、第１加工ピッチＰでレーザ加工された第１格子ピッチの微細格子構造（以下、第１格子構造と呼ぶ）と、第２加工ピッチＰ２でレーザ加工された第２格子ピッチの微細格子構造（以下、第２格子構造と呼ぶ）とが隣接して形成される。第２格子構造は、製品としての所望の格子構造を形成するものではなく、凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄを計算により測定するために形成したものである。従って、第２格子構造の形成領域は、第１格子構造の形成領域に比べて狭いものとなっている。

微細格子構造Ｇが形成された加工対象物ＯＢは、所定のサイズに切断されて、例えば、半導体製造用の基板として使用されるため、本来の格子ピッチと異なる第２格子構造が形成されていても何ら問題はない。尚、第２格子構造も、製品として規定された別の格子ピッチにて形成するようにしてもよい。

作業者は、上述のレーザ加工処理により形成された微細格子構造Ｇの検査を行いたい場合には、上述の加工対象物ＯＢを固定治具１０から取り外すことなく、そのまま固定治具１０にセットした状態で、第１実施形態と同様にして入力装置１０１に所定のデータを入力したのち、検査ルーチンを開始させる。この場合、上述の加工対象物ＯＢは、検査対象物ＯＢとして扱われる。

第２実施形態の検査装置の実行する検査ルーチンは、第１実施形態の検査ルーチン（図２）に、凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄの計算処理と、その計算結果の表示処理とを加えたものである。図８は、第２実施形態における検査ルーチンの追加処理部分を表す。第２実施形態の検査ルーチンは、第１実施形態の検査ルーチンのステップＳ１２４とステップＳ１２６との間にステップＳ１２５の処理を追加し、ステップＳ１２６とステップＳ１２８との間にステップＳ１２７の処理を追加したものであり、他のステップの処理については第１実施形態と同一である。尚、偏光特性データとしては、位相の遅れＲｅ（ｎ）を使用する。

コントローラ１００は、上述したステップＳ１０２〜Ｓ１２４の処理により微細格子構造Ｇに形成された欠陥の位置を計算すると、ステップＳ１２５において、凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄの計算を行う。このステップＳ１２５においては、第１格子構造が形成されている領域内での欠陥が検出されていない部位における位相遅れデータＲｅ（ｎ）の平均値Ｒｅ１と、第２格子構造が形成されている領域内での欠陥が検出されていない部位における位相遅れデータＲｅ（ｎ）の平均値Ｒｅ２とを算出する。そして、この２つの平均値Ｒｅ１，Ｒｅ２を式（３）に代入した連立方程式を解くことにより凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄを算出する。また、加工ピッチＰ１から凹部Ｇ２の幅Ｗ２を減算することにより凸部Ｇ１の幅Ｗ１を算出する。

このように算出された凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄの寸法値は、ステップＳ１２７において表示装置１０２の画面に表示される。この場合、コントローラ１００は、ステップＳ１２６において表示した欠陥位置画面を消すことなく、その画面上に凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄの寸法値を重ねて表示してもよいし、あるいは、入力装置１０１からの選択操作により、欠陥位置画面と寸法値表示画面とを切り替えて表示するようにしてもよい。

コントローラ１００は、凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄの寸法値を表示すると、ステップＳ１２８の処理を行った後、本検査ルーチンを終了する。

以上説明した第２実施形態の検査装置および検査方法によれば、第１実施形態の作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
レーザ光の強度を切り替える構成と、信号増幅回路８１の信号増幅率を切り替える構成とを追加するだけで、加工対象物ＯＢに微細格子構造Ｇを形成するレーザ加工機能を付与することができる。従って、検査装置を加工装置としても利用することができる。また、加工対象物ＯＢに微細格子構造Ｇを形成した後は、加工対象物ＯＢを固定治具１０から取り外すことなく、そのまま加工対象物ＯＢを検査対象物ＯＢとして扱って、その微細格子構造Ｇの検査を行うことができる。従って、生産効率が向上する。

また、微細格子構造Ｇの凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄの寸法値を算出して表示装置１０２に表示するため、一層精度の高い検査を行うことができる。しかも、寸法値の算出は、微細格子構造Ｇの欠陥検出のために求めた偏光特性（位相の遅れＲｅ）を利用して行っているため、特別な測定装置を必要としなくコストアップを招かない。

尚、ステップＳ１２５における凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄの寸法値の算出にあたっては、第１格子構造を複数の領域に区分し、区分された各領域毎に行うようにしてもよい。つまり、第１格子構造を区分にした各領域毎に、欠陥が検出されていない部位における位相遅れデータＲｅ（ｎ）の平均値Ｒｅ１を計算し、この領域毎の平均値Ｒｅ１と、第２格子構造が形成されている領域内での欠陥が検出されていない部位における位相遅れデータＲｅ（ｎ）の平均値Ｒｅ２とを用いて、第１格子構造の各領域における凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄを算出するようにしてもよい。

また、第１格子構造の領域において欠陥が検出されていない部位を除いたデータ取込位置毎の位相遅れデータＲｅ（ｎ）をそれぞれＲｅ１とし、各Ｒｅ１と上記Ｒｅ２とを用いて、データ取込位置毎の凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄを算出するようにしてもよい。この場合、凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄを複数の範囲に分けて分類し、各測定項目毎に、測定値が属する範囲に応じた色分けにより表示装置１０２にマップ表示するようにすると、測定値の分布が一目でわかるようになる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。

例えば、本実施形態においては、ドラム状の固定治具１０にシート状の検査対象物ＯＢをセットし、固定治具１０を中心軸周りに回転させながら軸線方向に送ることで、レーザ光の照射位置を検査対象物ＯＢの表面全体にわたって移動させる構成を採用しているが、レーザ光の照射位置を移動させる構成（レーザ光照射位置移動手段）は種々のものを採用することができる。例えば、Ｘ−Ｙステージに平板状の固定治具を取り付け、この固定治具に平板状の検査対象物ＯＢをセットし、固定治具をＸ方向、Ｙ方向に移動させることにより、レーザ光の照射位置を検査対象物ＯＢの表面全体にわたって移動させる構成であってもよい。

また、例えば、光ディスク装置のように、中心軸周りに回転する円盤状のステージに円盤状の固定治具を取り付け、この固定治具に円盤状の検査対象物ＯＢをセットし、固定治具を回転させながら半径方向へ送ることにより、レーザ光の照射位置を検査対象物ＯＢの表面全体にわたって移動させる構成であってもよい。この場合、微細格子構造は、光ディスクのトラックのように螺旋状に形成されているとよい。このような、レーザ光照射位置移動手段であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、レーザ光照射位置移動手段は、固定治具を移動させる構成に限るものではない。つまり、レーザ光を照射する照射ヘッド８０を移動させる構成であってもよい。また、固定治具１０と照射ヘッド８０との両方を関連させて移動させるようにすることもできる。例えば、本実施形態の変形例として、移動ステージ３０に代えて、照射ヘッド８０を固定治具１０の軸線方向に移動させる照射ヘッド移動機構を設けるようにしてもよい。照射ヘッド移動機構としては、モータの回転運動を直線方向運動に変換するねじ送り機構などを採用することができる。この構成においては、固定治具１０をスピンドルモータ２０により回転させながら、照射ヘッド８０を上述した移動ステージ３０と同じ速度（移動方向は反対方向となる）で軸線方向に移動させればよい。このような、レーザ光照射位置移動手段であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、本実施形態においては、ドラム状の固定治具１０の表面の反射率を高くしてレーザ光を固定治具１０の表面で反射させ、その反射光の強度および偏光状態を検出したが、固定治具を光が透過できる材料で形成するとともに、レーザ光を照射する照射部とレーザ光を受光する受光部とを固定治具を挟んで向かい合うように設けて、固定治具および検査対象物ＯＢを透過した透過光の強度および偏光状態を検出するようにしてもよい。この場合は、固定治具を平板状あるいは円盤状にすると簡単に構成することができる。これによっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、本実施形態においては、スピンドルモータ２０内に設けたエンコーダ２１から出力されるパルス列信号のパルスのカウント数が固定治具１０の１回転におけるデータ取込数から設定されるカウント数になるごとに波高値データの取り込みを行っているが、クロック信号発生回路８８の出力するクロック信号のパルス数をカウントしてカウント数が固定治具１０の回転速度と１回転におけるデータ取込数から設定されるカウント数になるごとに波高値データを取り込むようにしてもよい。これによっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、本実施形態においては、ゴミ付着、傷、ピットなどのような個々の凸部Ｇ１、凹部Ｇ２より大きな欠陥については、その位置と大きさとを検出しているが、大きさを問題にしなければ欠陥の位置のみを検出して表示するようにしてもよい。この場合には、クロック信号発生回路８８、Ａ／Ｄ変換器８７、第１データ保存回路７１が不要となり検査装置のコストを抑えることができる。

また、本実施形態においては、フォーカスサーボ機構を備えているが、省略することもできる。また、第２実施形態においては、凸部Ｇ１の幅Ｗ１、凹部Ｇ２の幅Ｗ２、凹部Ｇ２の深さｄの全てを測定しているが、そのうちの１つあるいは２つを測定する構成であってもよい。

また、本実施形態においては、反射光の偏光状態を、強度比Ｒａ（ｎ）あるい位相の遅れＲｅ（ｎ）として検出しているが、他の数値で検出してもよい。

尚、本実施形態のスピンドルモータ２０、スピンドルモータ制御回路２３、フィードモータ６２、移動ステージ制御回路７５、および、コントローラ１００の処理（Ｓ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１１０，Ｓ１１６，Ｓ１１８）が本発明のレーザ光照射位置移動手段に相当する。また、本実施形態の照射ヘッド８０、信号増幅回路８１、反射光信号生成回路８５、Ａ／Ｄ変換器８７、クロック信号発生回路８８、第１データ保存回路７１、データ取込信号発生回路７０、信号増幅回路９１，９２、Ａ／Ｄ変換器９３，９４、偏光特性計算回路９５、および、コントローラ１００の処理（Ｓ１１０）が本発明の光検出手段に相当する。また、本実施形態のエラー判定回路８６、第１データ保存回路７１、および、コントローラ１００の処理（Ｓ１２０，Ｓ１２２）が本発明の第１欠陥検出手段に相当する。また、本実施形態の偏光特性計算回路９５、および、コントローラ１００の処理（Ｓ１２０，Ｓ１２４）が本発明の第２欠陥検出手段に相当する。

また、本実施形態のエンコーダ２１，６３、回転角度検出回路２２、移動量検出回路７４、および、コントローラ１００の処理（Ｓ１２０）が本発明のレーザ光照射位置検出手段に相当する。また、本実施形態の第１データ保存回路７１、第２データ保存回路７２、第３データ保存回路７３、偏光特性計算回路９５、および、コントローラ１００の処理（Ｓ１２０〜Ｓ１２４）が本発明の欠陥位置情報取得手段に相当する。

また、本実施形態のフォーカスエラー信号生成回路８２、フォーカスサーボ信号生成回路８３、および、ドライブ回路８４が本発明のフォーカスサーボ手段に相当する。また、本第２実施形態におけるレーザ駆動回路７６、および、コントローラ１００の処理（Ｓ２０６，Ｓ２１４）が本発明のレーザ光強度切替手段に相当する。また、本第２実施形態のレーザ駆動回路７６、照射ヘッド８０、および、コントローラ１００の処理（Ｓ２１４）が本発明のレーザ加工手段に相当する。

また、本第２実施形態の移動ステージ制御回路７５、および、コントローラ１００の処理（Ｓ２１０，Ｓ２２０）が本発明の格子ピッチ切替手段に相当する。また、本第２実施形態のコントローラ１００の処理（Ｓ１２５）が本発明の測定手段に相当する。

尚、本発明における第１欠陥検出手段は、格子構造における格子ピッチよりも大きな幅の欠陥だけでなく、格子ピッチよりも小さな個々の凹部および凸部の欠陥をも検出できる場合もある。例えば、検査対象物ＯＢの格子ピッチが大きい場合には、照射スポット径に対する凹部あるいは凸部の幅の比率が大きくなり、光検出手段により検出される反射光または透過光の強度が変化する。このため、反射光または透過光の強度に基づいて、個々の凹部および凸部の欠陥をも検出できる。従って、第１欠陥検出手段が格子ピッチよりも大きな幅の欠陥のみを検出する構成とする場合には、照射スポット径が格子ピッチの適正倍率範囲内に入るように設定するとよい。適正倍率は、予め実験等により設定した値を用いればよい。

本発明の第１実施形態に係る微細格子構造の検査装置のシステム構成図である。 本発明の第１実施形態に係る検査ルーチンを表すフローチャートである。 光強度の推移を表すグラフである。 欠陥が形成されている微細格子構造の断面図である。 反射光の偏光状態を表す説明図である。 検査結果の画面表示状態を表す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ加工ルーチンを表すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る検査ルーチンの一部（変更部分）を表すフローチャートである。 微細格子構造の概略斜視図である。

符号の説明

１０…固定治具、２０…スピンドルモータ、２１，６３…エンコーダ、２２…回転角度検出回路、２３…スピンドルモータ制御回路、３０…移動ステージ、６０…ねじ送り機構、６２…フィードモータ、７０…データ取込信号発生回路、７１…第１データ保存回路、７２…第２データ保存回路、７３…第３データ保存回路、７４…移動量検出回路、７５…移動ステージ制御回路、７６…レーザ駆動回路、８０…照射ヘッド、８０ａ…レーザ光源、８０ｂ…コリメートレンズ、８０ｃ…偏光子、８０ｄ…ビームスプリッタ、８０ｅ…対物レンズ、８０ｆ…フォーカスアクチュエータ、８０ｇ…ビームスプリッタ、８０ｈ…偏光ビームスプリッタ、８０ｉ，８０ｊ，８０ｋ…集光レンズ、８０ｌ…シリンドリカルレンズ、８０ｍ，８０ｎ，８０ｏ…受光素子、８１，９１，９２…信号増幅回路、８２…フォーカスエラー信号生成回路、８３…フォーカスサーボ信号生成回路、８４…ドライブ回路
８５…反射光信号生成回路、８６…エラー判定回路、８７，９３，９４…Ａ／Ｄ変換器、８８…クロック信号発生回路、９５…偏光特性計算回路、１００…コントローラ、１０１…入力装置、１０２…表示装置、Ｇ…微細格子構造、Ｇ１…凸部、Ｇ２…凹部、ＯＢ…検査対象物（加工対象物）。

Claims (9)

1. 表面に凹部と凸部とを交互に形成した格子構造を有する検査対象物にレーザ光を対物レンズにより集光して照射し、前記照射したレーザ光の反射光または透過光に基づいて前記格子構造の状態を検査する格子構造の検査装置において、
   前記レーザ光を照射する照射ヘッドに対して前記検査対象物を固定する固定治具を相対移動させることにより、前記検査対象物におけるレーザ光の照射位置を移動させるレーザ光照射位置移動手段と、
   前記レーザ光照射位置移動手段により前記検査対象物におけるレーザ光の照射位置を移動させながら、前記照射したレーザ光の反射光または透過光の強度および偏光状態を検出する光検出手段と、
   前記光検出手段により検出された反射光または透過光の強度に基づいて、前記格子構造における凹部と凸部とにまたがって形成されている格子ピッチよりも大きな幅の欠陥を検出する第１欠陥検出手段と、
   前記光検出手段により検出された反射光または透過光の偏光状態に基づいて、前記格子構造における個々の凹部および凸部の欠陥を検出する第２欠陥検出手段と
   を備えたことを特徴とする格子構造の検査装置。
2. 前記検査対象物におけるレーザ光の照射位置を検出するレーザ光照射位置検出手段と、
   前記第１欠陥検出手段および前記第２欠陥検出手段により欠陥が検出されたときの前記レーザ光照射位置検出手段により検出されるレーザ光の照射位置を前記検査対象物における欠陥位置情報として取得する欠陥位置情報取得手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の格子構造の検査装置。
3. 前記レーザ光を集光する対物レンズを前記レーザ光の光軸方向に駆動するフォーカスアクチュエータと、
   前記検査対象物に照射されたレーザ光の反射光に基づいて、前記レーザ光の焦点位置の前記検査対象物の反射面からのずれに相当する信号を生成し、前記ずれに相当する信号に基づいて前記フォーカスアクチュエータを駆動し前記レーザ光の焦点位置が前記検査対象物の格子構造の位置に対して一定になるように制御するフォーカスサーボ手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の格子構造の検査装置。
4. 照射ヘッドから照射されるレーザ光の強度を、前記検査対象物を検査するためのレーザ加工不能な検査用強度と、レーザ加工可能な加工用強度とに切り替えるレーザ光強度切替手段と、
   前記固定治具に加工対象物を固定し、前記レーザ光照射位置移動手段により前記固定治具を前記照射ヘッドに対して相対移動させながら、前記加工用強度のレーザ光を前記加工対象物に照射して、前記加工対象物の表面に格子構造を形成するレーザ加工手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一項記載の格子構造の検査装置。
5. 前記レーザ加工手段は、前記加工対象物の表面に第１格子ピッチの格子構造と、前記第１格子ピッチとは異なる第２格子ピッチの格子構造とを形成する格子ピッチ切替手段を備え、
   前記第１格子ピッチの格子構造と前記第２格子ピッチの格子構造とが形成された前記加工対象物を検査対象物とし、前記第１格子ピッチの格子構造に照射した検査用強度のレーザ光の反射光または透過光の偏光状態と、前記第２格子ピッチの格子構造に照射した検査用強度のレーザ光の反射光または透過光の偏光状態とに基づいて、前記格子構造における凸部の幅または凹部の幅または凹部の深さの少なくとも１つを測定する測定手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の格子構造の検査装置。
6. 表面に凹部と凸部とを交互に形成した格子構造を有する検査対象物にレーザ光を対物レンズにより集光して照射し、前記照射したレーザ光の反射光または透過光に基づいて前記格子構造の状態を検査する格子構造の検査方法において、
   前記レーザ光を照射する照射ヘッドに対して前記検査対象物を固定する固定治具を相対移動させながら、前記照射したレーザ光の反射光または透過光の強度および偏光状態を検出する光検出ステップと、
   前記光検出ステップにより検出された反射光または透過光の強度に基づいて、前記格子構造における凹部と凸部とにまたがって形成されている格子ピッチよりも大きな幅の欠陥を検出する第１欠陥検出ステップと、
   前記光検出ステップにより検出された反射光または透過光の偏光状態に基づいて、前記格子構造における個々の凹部および凸部の欠陥を検出する第２欠陥検出ステップと
   を含むことを特徴とする格子構造の検査方法。
7. 前記第１欠陥検出ステップおよび前記第２欠陥検出ステップにより欠陥が検出されたときの前記検査対象物におけるレーザ光の照射位置を検出し、前記検出したレーザ光の照射位置を前記検査対象物における欠陥位置情報として取得する欠陥位置情報取得ステップを含むことを特徴とする請求項６記載の格子構造の検査方法
8. 前記固定治具に加工対象物を固定し、前記固定治具を前記照射ヘッドに対して相対移動させながら、加工用強度のレーザ光を前記加工対象物に照射して、前記加工対象物の表面に格子構造を形成するレーザ加工ステップと、
   前記レーザ加工ステップの終了後、前記レーザ光の強度を前記加工用強度からレーザ加工不能な検査用強度に切り替えるレーザ強度切替ステップと
   を含み、
   前記光検出ステップは、前記レーザ強度切替ステップの終了後に実行することを特徴とする請求項６または７記載の格子構造の検査方法
9. 前記レーザ加工ステップは、前記加工対象物の表面に第１格子ピッチの格子構造を形成する第１格子構造形成ステップと、前記第１格子ピッチとは異なる第２格子ピッチの格子構造を形成する第２格子構造形成ステップとを含み、
   前記第１格子ピッチの格子構造と前記第２格子ピッチの格子構造とが形成された前記加工対象物を検査対象物とし、前記第１格子ピッチの格子構造に照射した検査用強度のレーザ光の反射光または透過光の偏光状態と、前記第２格子ピッチの格子構造に照射した検査用強度のレーザ光の反射光または透過光の偏光状態とに基づいて、前記格子構造における凸部の幅または凹部の幅または凹部の深さの少なくとも１つを測定する測定ステップと
   を含むことを特徴とする請求項８記載の格子構造の検査方法。

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