JPH01232238A - 光ディスク基板複屈折測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、光ディスクの記録媒体に使用される記録膜
成膜後または張り合せ後の光ディスク基板の複屈折測定
装置に関するものである。

（従来の技術） 従来のエリプソメータによる複屈折の測定では、回転し
ているディスク基板に対して入射角度と入射方位を変え
た斜め方向からビームを照射し反射光により測定を行う
ことは非常に困難であった。これは、第８図に示すよう
に、光源８００に平行光ビームを使用しているため、デ
ィスク基板８０３に対する斜め方向からのビームを照射
し反射光を検出する場合、入射角度αを変えるためには
光源８００．偏光子８０１．補償板８０２からなる光源
部の光軸と、検光子８ｏ４．光検出器８０５からなる検
出部の光軸の角度を同時に変えるか、光源部、検出部の
どちらかの光軸と回転しているディスク面の角度を変え
る必要があり、また、入射方位を変えるためにはビーム
の入射位置を中心に光源部と検出部または回転している
ディスクを回転させる必要があった。

（発明が解決しようとする課題〕 そして、回転しているディスクに対し忙照射位置がずれ
ないように平行ビームを制御することは困難であった。

また、光源部と検出部のなす角度２αを小さくできない
ため入射角度９０°付近の測定ができず、記録膜を成膜
した媒体や両面張合わせをした媒体では反射光による入
射角度が制限された。このように、従来の装置では反射
光によるプロセス後のディスクの回転状態の測定を行う
ことができなかった。

この発明の目的は、回転状態にあるディスク基板の反射
光による斜め入射ビームによる複屈折の測定を可能にす
る光ディスク基板複屈折測定装置を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかる光ディスク基板複屈折測定装置は、光
ディスク基板に対して照射された円偏光集束ビームの特
定の入射方位、入射角度の成分に対応したビームの断面
一部分を選択するビーム選択手段と、波長板と偏光子と
光検出器とを備えたものである。

また、上記波長板と偏光子に代えて、旋光子と検光子と
を用いてもよい。

さらに、同じく波長板と偏光子に代えて、旋光子と検光
子および光偏光器を用いてもよい。

また、同じく波長板と偏光子および光検出器に代えて、
旋光子と検光子および撮像管または受光素子アレイを用
いてもよい。

さらに、光源を第１．第２の２つの光源に分け、一方を
サーボ系に、他方を円偏光集束ビームとして用いること
もできる。この場合、波長板と偏光子と光検出器により
目的とする検光光強度信号を得てもよいし、上述したよ
うに、旋光子と検光子および光偏光器を用いてもよい。

（作用） この発明においては、光ディスク基板に対して円偏光集
束ビームが入射され、その反射光のうち特定の入射方位
、入射角度に対応したビームの断面一部分がアパーチャ
を有するビーム選択手段により選択され、その後、複数
のビームになり波長板と偏光子によって特定方向の偏光
成分のみが光検出器に入り目的の検光光強度信号が得ら
える。

また、旋光子と検光子を用いた場合は、特定方向の偏光
成分が順次１個の光検出器に得らえる。

さらに、旋光子と検光子および光偏光器を用いた場合に
は特定方向の偏光成分が順次１個の光検出器に得られる
。

また、光検出器に代えて、撮像管または受光素子アレイ
を用いたものは走査により所要の検光光強度信号が得ら
れる。

さらに、第１の光源はサーボ系に用い、第２の光源は目
的とするビームを得るのに用いられる。

そして、反射ビームの処理は波長板と偏光子と光検出器
で行われるが、旋光子と検光子と先験光器で行われる。

（実施例） はじめに、この発明の装置の動作原理について説明する
。回転状態の光ディスクに斜め方向からのビームを照射
し、円偏光光源と組み合せて検出光の偏光状態を検出す
る。斜め入射の特定の入射方位、入射角度の選択は、対
物レンズの口径の鈷囲内でのビームの位置がレンズによ
る集束ビームの入射角度、入射方位と対応することから
、光軸に垂直なビーム断面の特定の位置の光束部分を検
出することにより、特定の入射角度θ、入射方位ψで光
ディスクに入射した部分の検出が実現される。また、偏
光状態の検出は、検出光のＯｏ、４５”、９０°、１３
５°の方位の光強度信号Ｉ０゜Ｉ４５＋　　Ｉ　９０＋
　　Ｉ　１３５により光ディスクに入射した円偏光ビー
ムの複屈折による楕円化として、複屈折位相差δと進相
軸方向φを既知の偏光解析の計算により次式で求めるこ
とかできる。

検光出力と複屈折位相差δ、進相軸方位ψの関係 １　Ｘ＝−（１−５ｉｎ　　δ　ｓｉｎ　（２ψ−２ｘ
））・・・・・・　（１） 複屈折位相差δ ・・・・・・　（２） 進相軸方向ψ ・・・・・・　（３） 以下、上記原理に基づくこの発明の実施例について説明
する。

第１図はこの発明の第１の実施例を示す図である。複屈
折を測定する場合、半導体レーザー０１からの光をコリ
メータレンズ１０２とビーム整形プリズム１０３および
１／４波長板１０６からなる光源光学系によりビーム形
状が円形で円偏光の平行光とする。この測定光をハーフ
ミラ−１０４と１０７を通して対物レンズ１０８により
収束ビームとして光ディスク基板１１０に照射する。光
ディスク基板１１０からの反射光の一部を、ハーフミラ
−１０７と１０４を通してサーボ光学系１０５へ導く。

サーボ光学系１０５により検出した信号からサーボ制御
部１１１により対物光学系を構成する対物レンズアクチ
ュエータ１０９を動作させ、光ディスク基板１１０面上
に焦点を合わせ、かつ特定のトラックにビームを追従さ
せる。

ハーフミラ−１０７で分割された反射平行光は、空間フ
ィルタである可変アパーチャ１１２により対物レンズ１
０日の入射角度入射方位に対応したビームの微小断面部
分が切り出される。入射方位入射角度の選択はビーム選
択光学系を構成する可変アパーチャ１１２のパターンを
切り変えることで行う。可変アパーチャ１１２は一例と
して第７図のような構造を持つ。反射ビームに対してビ
ーム切り出し位置の異なる複数のビンボール７０１〜７
０７を持つ円盤を、コントローラ１１３により回転中心
７０８で回転させて切り変えることによりビームの切り
出し部を変える。偏光検出光学系の偏光検出部では、可
変アパーチャ１１２から切り出されたビームをハーフミ
ラ−１１４により等しく２分割し、一方のビームを偏光
ビームスプリッタ１１５によりｐ偏光とＳ偏光に分ける
。他方のビームは方位を２２．５°傾けた１／２波長板
１２０を通ることにより、ビームの方位はこの１／２波
長板１２０を通過しないビームに対して４５°傾く。そ
の後、偏光ビームスプリッタ１２１によりｐ偏光と５偏
光に分離する。したがって、光検出器１１７に入射され
るビーム成分を基準の０°とし、光検出器１１９は９０
°成分、光検出器１２３は４５°成分、光検出器１２５
は１３５°成分の偏光成分を検出する。この検出信号に
第（１）　、　（２）　、　（３）式に基づいて演算処
理を行うことにより複屈折を求める。

なお、第１図では光学系を光ディスク基板１１０上の任
意のトラック位置へ移動させるステージと、光ディスク
基板１１０を回転させ回転位置信号を出力するスピンド
ルモータと、光検出器１１７．１１９，１２３，１２５
の受光信号を増幅し、ＡＤ変換器によりディジタル信号
に変換し、前記スピンドルモータからの信号により光デ
ィスク基板１１０の回転に同期したデータのサンプリン
グを行い、データのコンピュータによる演算処理により
偏光状態を計算する信号処理系等は省略しである。

第２図はこの発明の第２の実施例を示すものである。半
導体レーザ１０１から可変アパーチャ１１２でビームを
切り出す部分までは第１の実施例と同じであるが、偏光
検出を行うのに、例えばファラデーセルのような偏光面
の回転角が可変の旋光子２００によりその回転角をコン
トローラ２０１により制御し、可変アパーチャ１１２で
切り出されたビームの偏光面をディスクの回転に同期し
て時間的に順次０°、４５°、９０°、１３５°に回転
させ、その後方に配置された検光子２０２、コンデンサ
レンズ２０３．光検出器２０４により各々の回転状態で
の検光出力を得る。この検出信号を計算器に記憶し、第
（１）　、　（２）　、　（３）式に基づいて演算処理
を行うことにより複屈折を求める。

第３図はこの発明の第３の実施例を示す図である。光デ
ィスク基板１１０からの反射光をハーフミラ−１０７で
分離する部分までは第１の実施例（第１図）と同じであ
り、偏光の検出光出力を得るために第２の実施例と同じ
旋光子２００と、コントローラ２０１および検光子２０
２により反射光の特定の偏光成分を選択するが、ビーム
断面の入射方位、入射角度に対応したビーム選択手段に
ついては、偏光方向が直交した音響光学偏光素子等の２
つの固体偏光素子３００と３０１により２次元的に反射
ビームを偏向し、固゛定したアパーチャ３０２とビーム
の位置を相対的に変えることにより対物レンズ１０８の
入射方位入射角に対応したビーム断面の切り出しを行い
、光検出器３０３により各々の回転状態での検出信号を
計算器に記憶し、第（１）　、　（２）　、　（３）式
に基づいて演算処理を行うことにより複屈折を求める。

また、この例での固体偏光素子３００．３０１の変わり
に、第４図のように偏光方向が９０°異なるガルバノミ
ラ−４０２，４０５を組み合わせて用いることによって
も同じ効果が実現できる。

第５図はこの発明の第４の実施例である。特定の偏光成
分を検出する部分までは第３の実施例と同じであるが、
ビーム断面の入射方位、入射角度に対応した選択につい
ては受光素子が２次元的に並んだフォトダイオードアレ
イ５００によりビーム全体の検出を行い、制御装置５０
１により各素子の信号を走査して対物レンズ１０８の入
射方位入射角度に対応した成分の検出を行い、この検出
信号を計算器に記憶し、第（１）　、　（２）　、　（
３）式に基づいて演算処理を行うことにより複屈折を求
める。

また、この例では、フォトダイオードアレイの変りにｃ
ｃＤｉ＆像管を用いても同じ効果が実現できる。

第６図はこの発明の第５．第６の実施例を同時に示した
図である。第１の実施例の半導体レーザ１０１、コリメ
ータレンズ１０２．ビーム整形プリズム１０３および１
／４波長板１０６からなる光源光学系をサーボ専用とし
、例えば波長選択性のあるハーフミラ−６１０を通して
光ディスク基板１１０に照射する。光ディスク基板１１
０からの反射光の一部をハーフミラ−１０４を通してサ
ーボ光学系１０５へ導き、サーボ光学系１０５により検
出した信号からサーボ制御部１１１により対物レンズア
クチュエータ１０９を動作させ光ディスク基板１１０面
上に焦点を合せ、かつ特定のトラックにビームを追従さ
せる。一方、偏光検出のための光源として、半導体レー
ザ１０１とは波長の異なる半導体レーザ６０１と、コリ
メータレンズ６０２．ビーム整形プリズム６０３．ビー
ム径を絞るコンデンサレンズ６０４．６０５および１／
４波長板６０８からなる光源光学系により前記第１の実
施例のアパーチャによるビーム径に相当する微細ビーム
を、ハーフミラ−６０９，波長選択性のあるハーフミラ
−６１０を通して対物光学系により光ディスク基板１１
０に照射する。波長選択性のあるハーフミラ−６１０は
、半導体レーザ１０１の波長のビームは１００％透過し
、半導体レーザ６０１の波長のビームは１００％反射さ
せるためサーボ光学系と偏光検出の光学系は同一の対物
光学系を用いながら信号的には分離されている。偏光検
出の光源部は紙面に垂直な方向と、紙面に上下方向の微
動ができるステージ６０６上に設置されており、発射ビ
ームは光軸に垂直な面内の６動が可能となっている。こ
のため、コントローラ６０７によりビームの６動を行う
ことにより、対物レンズ１０９による入射方位入射角度
に対応したビームが照射でき、ハーフミラ−６０９で分
離したビームを、第５の実施例では前記第１の実施例と
同じ方法により偏光の検出を行い、この検出信号を計算
器に記憶し、第（１）　、　（２）　。

（３）式に基づいて演算処理を行うことにより複屈折を
求める。また、第６の実施例では、この偏光検出は前記
第２の実施例の方法でも同様の効果を得ることができる
。また、ハーフミラ−６１０には波長選択性のあるハー
フミラ−を用いたが、ここに波長選択性の無いミラーを
用いてもよい。この場合、ハーフミラ−６０９で反射さ
れる光の検出光学系の光路中に波長選択フィルタをおい
てサーボ用の光ビームを遮断すればよい。

なお、第１．第２の光源を用いた第５．第６の実施例は
、その他第３．第４の実施例にも適用可能である。さら
に、第２．第３．第４．第６の実施例における選択した
ビームの偏光面の回転角が可変の旋光子および固定方位
の検光子に代えてモータ等で回転することにより、選択
したビームの検光方位が可変できる検光子を用いること
もできる。

〔発明の効果〕

この発明の請求項　（１）〜　（６）に記載の光ディス
ク基板複屈折測定装置は、記録膜成膜後、張り合わせ後
の光ディスク基板の回転状態での複屈折を測定すること
が可能となり、プロセスを経たディスクの回転に起因す
る複屈折を測定することができる。

また、請求項（２）の発明は、偏光検出の光強度検出系
が単純化される利点がある。

同じく請求項（３）の発明は、光偏向素子またはガルバ
ノミラ−の制御により検出する入射角度。

入射方位を自由に設定できる利点がある。

同じく請求項　（４）の発明は、走査により検出する入
射角度、入射方位を自由に、かつアパーチャよりも細か
く設定でき、また、アパーチャによる回折の影響が無い
という利点がある。

さらに、請求項（５）　、　（６）の発明は、ビームの
利用効率が高いという利点を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す構成図、第２図
はこの発明の第２の実施例の偏光検出光学系を示す構成
図、第３図はこの発明の第３の実施例の偏光検出光学系
とビーム選択光学系を示す構成図、第４図は同じく第３
の実施例でガルバノミラ−を用いた例を示す構成図、第
５図はこの発明の第４の実施例の偏光検出光学系とビー
ム選択光学系を示す構成図、第６図はこの発明の第　□
５、第６の実施例の偏光検出光源系、波長選択性のある
ハーフミラ−を示す構成図、第７図はこの発明に用いる
可変アパーチャを示す正面図、第８図は従来のエリプソ
メータの光学系を示す構成図である。 図中、１０１は半導体レーザ、１０４はハーフミラ−１
１０５はサーボ光学系、１０７はハーフミラ−１１０Ｂ
は対物レンズ、１０９は対物レンズアクチュエータ、１
１０は光ディスク基板、１１１はサーボ制御部、１１２
は可変アパーチャ、１１３はコントローラ、１１４はハ
ーフミラ−１１１５は（扁光ヒ゛−ムスブリツタ、１１
７゜１１９は光検出器、１２１は偏光ビームスプリッタ
、１２３．１２５は光検出器、２００は旋光子、２０１
はコントローラ、２０４は光検出器、３００．３０１は
固体偏向素子、３０３は光検出器、４０２．４０５はガ
ルバノミラ、４０８は光検出器、５００はフォトダイオ
ードアレイ、５０１は制御装置、６０１は半導体レーザ
、６０６はステージ、６０７はコントローラ、６０９は
ハーフミラ−１６１０は波長選択性のあるハーフミラ−
１７０１〜７０７はピンホール、７０８はコントローラ
である。 第１図 ＋２０１７２汲遇仮 第２図 第３図 第６図　　　　　１１０ 第７図 第８図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ディスク媒体を構成する光ディスク基板に対し
   、測定用として対物光学系による焦点およびトラックへ
   の位置決めサーボのかかった円偏光集束ビームを照射す
   る手段と、前記光ディスク基板からの反射光のうち、前
   記対物光学系を通って前記光ディスク基板に対して照射
   された前記円偏光集束ビームの特定の入射方位、入射角
   度の成分に対応したビームの断面一部分を複数のビーム
   断面選択部分が異なるアパーチャを切り替えることによ
   り空間的に選択するビーム選択手段と、選択したビーム
   を複数に分割し、方位を固定した偏光軸を回転させる波
   長板と、特定方向の偏光成分のみを透過または反射させ
   る偏光子と、各々の固定した方位の検光光強度信号を得
   る光検出器とを備えたことを特徴とする光ディスク基板
   複屈折測定装置。
2. （２）光ディスク媒体を構成する光ディスク基板に対し
   、測定用として対物光学系による焦点およびトラックへ
   の位置決めサーボのかかった円偏光集束ビームを照射す
   る手段と、前記光ディスク基板からの反射光のうち、前
   記対物光学系を通って前記光ディスク基板に対して照射
   された前記円偏光集束ビームの特定の入射方位、入射角
   度の成分に対応したビームの断面一部分を複数のビーム
   断面選択部分が異なるアパーチャを切り替えることによ
   り空間的に選択するビーム選択手段と、選択したビーム
   の偏光面の回転角が可変の旋光子および固定方位の検光
   子、または選択したビームの検光方位が可変の検光子と
   、検光光強度信号を得る光検出器とを備えたことを特徴
   とする光ディスク基板複屈折測定装置。
3. （３）光ディスク媒体を構成する光ディスク基板に対し
   、測定用として対物光学系による焦点およびトラックへ
   の位置決めサーボのかかった円偏光集束ビームを照射す
   る手段と、前記光ディスク基板からの反射光のうち、選
   択したビームの偏光面の回転角が可変の旋光子および固
   定方位の検光子、または選択したビームの検光方位が可
   変の検光子と、検光されたビームの前記対物光学系を通
   って前記光ディスク基板に対して照射された収束ビーム
   の特定の入射方位、入射角度の成分に対応したビームの
   断面一部分を選択するための光偏向器ならびに固定した
   アパーチャと、検光光強度信号を得る光検出器とを備え
   たことを特徴とする光ディスク基板複屈折測定装置。
4. （４）光ディスク媒体を構成する光ディスク基板に対し
   、測定用として対物光学系による焦点およびトラックへ
   の位置決めサーボのかかった円偏光集束ビームを照射す
   る手段と、前記光ディスク基板からの反射光のうち、選
   択したビームの偏光面の回転角が可変の旋光子および固
   定方位の検光子、または選択したビームの検光方位が可
   変の検光子と、検光されたビームの前記対物光学系を通
   って前記光ディスク基板に対して照射された収束ビーム
   の特定の入射方位、入射角度の成分に対応したビームの
   断面成分を選択するための検光光の走査位置を切り替え
   る撮像管または受光素子アレイとを備えたことを特徴と
   する光ディスク基板複屈折測定装置。
5. （５）光ディスク媒体を構成する光ディスク基板に対し
   、第１の光源とサーボ光学系により焦点およびトラック
   への位置決めサーボのかかった対物光学系と、この対物
   光学系を通して光軸位置が可変の第２の光源を有し、前
   記光ディスク基板に対して特定の入射方位、入射角度で
   ビーム径の微小な円偏向ビームを照射する手段と、前記
   第２の光源の前記光ディスク基板からの反射ビームを複
   数に分割し、方位を固定した偏光軸を回転させる波長板
   と、特定方向の偏光成分のみを透過または反射させる偏
   光子と、各々の固定した方位の検光光強度信号を得る光
   検出器とを備えたことを特徴とする光ディスク基板複屈
   折測定装置。
6. （６）光ディスク媒体を構成する光ディスク基板に対し
   、第１の光源とサーボ光学系により焦点およびトラック
   への位置決めサーボのかかった対物光学系と、この対物
   光学系を通して光軸位置が可変の第２の光源を有し、前
   記光ディスク基板に対して特定の入射方位、入射角度で
   ビーム径の微小な円偏向ビームを照射する手段と、前記
   第２の光源の前記光ディスク基板からの反射ビームの偏
   光面の回転角が可変の旋光子および固定方位の検光子、
   または選択したビームの検光方位が可変の検光子と、固
   定方位の検光光強度信号を得る光検出器とを備えたこと
   を特徴とする光ディスク基板複屈折測定装置。