JPH0612332B2 - 光ディスク基板複屈折測定装置 - Google Patents

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８０４，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て照射位置がずれ
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
子および光偏向器を用いてもよい。

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
サーボに、他方を偏光検出用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向器を用いてもよい。

〔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、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れる。

また、偏光面の回転が可変の旋光子と固定方位の検光子
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特定の入射方位，入射角
度の成分に対応したビーム断面一部分を選択する光偏向
器を用いた場合には、特定方位の偏光成分が順次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。

また、第１および第２の光源を用いる場合、第１の光源
はサーボ系に用い、第２の光源は偏向検出を目的とする
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か、あるいは
旋光子と検光子と光検出器で行われる。

〔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範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０゜，４５゜，９０゜，１
３５゜の方位の光強度信号Ｉ₀，Ｉ₄₅，Ｉ₉₀，Ｉ₁₃₅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ができる。

検光出力と複屈折位相差δ，進相軸方位ψの関係 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１０１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
ミラー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
ー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により対物レンズ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１１
０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。ハーフミラー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スャ１１２により
対物レンズ１０８の入射方位，入射角度に対応したビー
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１
１２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ピン
ポール７０１〜７０７を持つ円盤を、アパーチャコント
ローラ１１３により可変アパーチャ１１２のアパーチャ
回転中心７０８を中心に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
ームをハーフミラー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偏光とに分ける。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ｓ偏光とに分離する。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てある。な
お、１１６，１１８，１２２，１２４はコンデンサレン
ズである。

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機に記憶し、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ー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，入射角度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
を計算機に記憶し、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、この例での固体偏向素子３００，３０１の変わり
に、第４図のように偏向方向が９０゜異なるガルバノミ
ラー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。なお、４０１，４０３，４０
４，４０６はコンデンサレンズ示す。

第５図はこの発明の第４の実施例である。特定の偏向成
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
出信号を計算機に記憶し、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
ＣＤ，撮像管を用いても同じ効果が実現できる。また、
第５図の実施例では２次元の光検出器を用いているが、
１次元のフォトダイオードアレイ，ＣＣＤ，撮像管等の
光検出器を用いて、この光検出器を光ビームに対してア
レイと垂直方向に移動してもビーム選択ができることは
明白である。また、アレイの移動の代わりに第３図，第
４図の実施例のように光偏向器を用いても、同様の効果
が得られることは明らかである。

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ー６１０を通し
て光ディスク基板１１０に照射する。サーボ専用の光学
系１０１〜１０６については、第１図の構成および実施
例と同様に、光ディスク基板１１０からの反射光の一部
をハーフミラー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
り選択されるビーム径に相当する微細ビームを、ハーフ
ミラー６０９，波長選択性のあるハーフミラー６１０を
通して対物レンズ光学系により光ディスク基板１１０に
照射する。波長選択性のあるハーフミラー６１０は、半
導体レーザ１０１の波長のビームはおおよそ１００％透
過し、半導体レーザ６０１の波長のビームはおおよそ１
００％反射させるためサーボ光学系と偏光検出の光学系
は同一の対物レンズ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移動が可
能となっている。このため、コントローラ６０７により
ビームの移動を行うことにより、対物レンズ１０８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
フミラー６０９で分離したビームを、第５の実施例では
前記第１の偏光検出を同じように方位を固定した偏光軸
を回転させる波長板と、特定方位の偏光成分のみを透過
または反射させる偏光子を用いる方法により偏光の検出
を行い、この検出信号を計算機に記憶し、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の実施例と同様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を用いる方法でも同様の効果を得る
ことができる。また、ハーフミラー６１０には波長選択
性のあるハーフミラーを用いたが、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、ハーフミラー６
０９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。

第３，第４の実施例において、第５，第６の実施例と同
様に、サーボ用の第１の光源と偏光検出用の第２の光源
を用いることができるは自明である。さらに、第２，第
３，第４，第６の実施例については、選択したビームの
偏光検出において、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を用いているが、これに代えて旋光
子を用いずに検光子をモータ等で回転することにより行
うこともできる。

〔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、ディスク製造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
ミラー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転の影響が無いとい
う利点がある。

さらに、請求項(5)，(6)の発明は、ビームの利点効率が
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
と固体偏光素子を用いた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ーを用
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ーを示す構成図、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はハーフミラー、
１０５はサーボ光学系、１０７はハーフミラー、１０８
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はアパーチャコントローラ、
１１４はハーフミラー、１１５は偏光ビームスプリッ
タ、１１６，１１８，１２２，１２４はコンデンサレン
ズ、１１７，１１９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、３０
０，３０１は固体偏向素子、３０３は光検出器、４０
２，４０５はガルバノミラー、４０８は光検出器、５０
０はフォトダイオードアレイ、５０１は制御装置、６０
１は半導体レーザ、６０６はステージ、６０７はコント
ローラ、６０９はハーフミラー、６１０は波長選択性の
あるハーフミラー、７０１〜７０７はピンホール、７０
８はアパーチャ回転中心である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ディスク媒体を構成する光ディスク基板
   に対し、測定用として対物レンズ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、前記対物レンズ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. 【請求項２】光ディスク媒体を構成する光ディスク基板
   に対し、測定用として対物レンズ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、前記対物レンズ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. 【請求項３】光ディスク媒体を構成する光ディスク基板
   に対し、測定用として対物レンズ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
   物レンズ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. 【請求項４】光ディスク媒体を構成する光ディスク基板
   に対し、測定用として対物レンズ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
   物レンズ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. 【請求項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レンズ光学系
   と、前記対物レンズ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. 【請求項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レンズ光学系
   と、前記対物レンズ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。