JPH10232108A - ディスク形状検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディスクの面ぶれ量及び反り角を一つの光学
系で同時にかつ互いの影響を受けずに検査することがで
きるディスク検査方法及び装置を提供する。 【解決手段】 ディスク２１の形状を検査する場合にお
いて、レーザ光線をレンズの２４一端より上記ディスク
に対して照射し、上記ディスクによる反射光が再び上記
レンズに入射して、予め決められた結像位置で結像する
ように上記レンズを上下させ、上下させたレンズの変位
によって面ぶれ量を測定し、一方、結像した状態で上記
ディスクによる反射光が上記レンズに入射する位置を測
定し、傾き角の無いディスクの位置と傾き角のあるディ
スクの位置との間でのずれを検出して上記ディスクの傾
き角を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検査対象物の面ぶ
れ量、傾斜角（反り角）などの形状特性を検査する検査
方法とその装置に関し、特に光ディスクの製造工程にお
ける光ディスクの形状特性検査工程で使用されるものに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクは、高速回転させながら書き
込んだり読み込んだりできるものである。しかし、これ
らの光ディスクは、製造工程における何らかの原因によ
り面ぶれ量、反りなどが生じることがある。これらが生
じていると、光ピックアップが追随できないことから、
データの書き込みあるいは読み出しのエラーとなり、光
ディスクの性能を著しく損なうこととなる。よって、光
ディスクの形状検査を行い面ぶれ量、反りのある不良品
を信頼性の高い検査によって早い時期に取り除くことは
きわめて重要なことである。

【０００３】光ディスクの面ぶれ量測定方法の従来例を
図１２に示す。図１２において、２０１は光ディスクで
ある被検査基板、２０２は半導体レーザー、２０３はレ
ーザ光線をコリメートするコリメータレンズ、２０４は
半導体位置検出素子（ＰＳＤ）である。このとき、レー
ザ光線の光軸は被検査基板２０１に対してある程度傾斜
した角度を持っている。このように構成された面ぶれ量
測定方法の動作を図１４を用いて説明する。半導体レー
ザー２０１からのレーザ光線はコリメータレンズによっ
てコリメートされ、被検査基板２０１に照射される。こ
のレーザ光線が被検査基板２０１で反射され、半導体位
置検出素子２０４でその位置が検出される。例えば、被
検査基板２０１が２０１ａから２０１ｂの位置に動いた
とすると、被検査基板２０１による反射光２１１が２１
１ａから２１１ｂにずれて、半導体位置検出素子２０４
で被検査基板２０１の移動量に比例したズレｄが検出さ
れる。

【０００４】また、光ディスクの反り角測定方法の従来
例を図１３に示す。図１３において、２０１は被検査基
板、２０５は半導体レーザー、２０６は半導体レーザー
２０５からのレーザ光線をコリメートするコリメータレ
ンズ、２０７は偏光板、２０８は偏光ビームスプリッタ
（ＰＢＳ）、２０９は１／４波長板、２１０は２次元半
導体位置検出素子（ＰＳＤ）である。このとき、レーザ
光線の光軸は、被検査基板２０１の表面に対して垂直と
なるように設定されている。このように構成された反り
角測定方法の動作を説明する。半導体レーザー２０５か
ら出たビームはコリメータレンズ２０６によってコリメ
ートされ、偏向ビームスプリッタ２０８を通過するよう
に偏光板２０７によって偏光方向が規制される。１／４
波長板２０９を通過して被検査基板２０１で反射され、
再び１／４波長板２０９を通過する。このビームは１／
４波長板２０９を２回通過することになるので、照射し
たときと偏光方向が９０°変化し、偏向ビームスプリッ
タ２０８によって半導体位置検出素子２１０側へビーム
が折り曲げられる。このとき、半導体位置検出素子２１
０では被検査基板２０１の反り角に比例したずれが検出
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例の構成で
は、次のような問題点があった。まず、図１２に示した
面ぶれ量測定方法であるが、図１４において点線で示し
ている被検査基板２０１ｃの様にディスクに面ぶれ量だ
けでなく、反り角の生じた場合、被検査基板２０１に照
射されたレーザ光線の反射光２１１ｃは、面ぶれ量の成
分だけでなく反り角の成分も複合してずれてしまうた
め、面ぶれ量を正確に測定することは不可能である。ま
た、上記に示したように、光ディスクの形状検査に必要
な面ぶれ量と反り角の測定が図１２，１３に示す別々の
光学系となるため、光ディスク上の同じポイントを同じ
タイミングで測定することが不可能であり、また、面ぶ
れ量測定用と反り角測定用の２つのユニットが必要とな
るため、装置が大きくなるという欠点があった。本発明
の目的は、上記課題を解決するものであって、ディスク
の面ぶれ量及び反り角を一つの光学系で同時にかつ互い
の影響を受けずに検査することができるディスク検査方
法及び装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下のように構成している。本発明の第１
態様にかかるディスク検査方法によれば、ディスクの形
状を検査する場合において、レーザ光線をレンズの一端
より上記ディスクに対して照射し、上記ディスクによる
反射光が再び上記レンズに入射して、予め決められた結
像位置で結像するように上記レンズを上下させ、上下さ
せたレンズの変位によって面ぶれ量を測定し、一方、結
像した状態で上記ディスクによる反射光が上記レンズに
入射する位置を測定し、傾き角の無いディスクの位置と
傾き角のあるディスクの位置との間でのずれを検出して
上記ディスクの傾き角を求めるようにしている。本発明
の第２態様にかかるディスク検査方法によれば、ディス
クの形状を検査する場合において、レーザ光線を上記デ
ィスクに対し垂直に照射し、上記ディスクから反射して
形成される０次回折光を位置検出素子上に結像する光学
系において、上記ディスクの傾き角が無い場合の結像位
置と上記ディスクの傾き角がある場合の結像位置との間
のずれにより上記ディスクの傾き角を求め、上記ディス
クから反射して形成される１次以降の回折光を位置検出
素子上でその結像位置において、上記ディスクに面ぶれ
がある場合と面ぶれが無い場合との間での位置ずれを検
出して面ぶれ量を検出する場合、上記求められた上記デ
ィスクの傾きに伴う誤差を取り除き、面ぶれ量のみを検
査するようにしている。本発明の第３態様によれば、第
２態様において、上記１次以降の回折光を検出する光学
系において、波長λ（ｎｍ）のレーザ光線を用いた場
合、開口率がsin｛（arcsin（λ／７４０）−arcsin
（λ／１６００））／２｝以上有するレンズによって上
記回折光を結像し、その結像位置において、上記ディス
クに面ぶれがある場合と面ぶれが無い場合との間での位
置ずれにより面ぶれ量のみ検査するようにすることもで
きる。本発明の第４態様にかかるディスク検査装置によ
れば、ディスクの形状を検査する場合において、レーザ
光線をレンズの一端より上記ディスクに対して照射する
装置と、上記ディスクによる反射光が再び上記レンズに
入射してある結像位置で結像するように上記レンズを上
下させる装置と、上記ディスクの面ぶれ量が無い場合と
ある場合との間での上記レンズの変位によって面ぶれ量
を測定する一方、結像した状態で上記ディスクによる反
射光が上記レンズに入射する位置のずれを検出して上記
ディスクの傾き角を測定する装置とを備えるようにして
いる。本発明の第５態様にかかるディスク検査装置によ
れば、ディスクの形状を検査する場合において、レーザ
光線を上記ディスクに対し垂直に照射する装置と、上記
ディスクから反射して形成される０次回折光を位置検出
素子上に結像する装置と、上記ディスクの結像位置のず
れにより上記ディスクの傾き角を測定し、１次以降の回
折光を、上記求められた上記ディスクの傾きに伴う誤差
を取り除き、上記位置検出素子上でその結像位置のずれ
を検出し、その結像位置のずれにより面ぶれ量を測定す
る装置とを備えるようにしている。本発明の第６態様に
よれば、第５態様において、上記１次以降の回折光を検
出する傾き角測定及び面ぶれ量測定装置は、波長λ（ｎ
ｍ）のレーザ光線を用いた場合、開口率がsin｛（arcsi
n（λ／７４０）−arcsin（λ／１６００））／２｝以
上有するレンズによって上記回折光を結像し、その結像
位置において、上記ディスクに面ぶれがある場合と面ぶ
れが無い場合との間での位置ずれにより面ぶれ量のみ検
査するようにすることもできる。

【０００７】

【発明の効果】本発明の上記態様にかかるディスク形状
検査方法及び装置によれば、レーザ光線をレンズの一端
より上記ディスクに対して照射し、上記ディスクによる
反射光が再び上記レンズに入射して、予め決められた結
像位置で結像するように上記レンズを上下させ、上下さ
せたレンズの変位によって面ぶれ量を測定し、一方、結
像した状態で上記ディスクによる反射光が上記レンズに
入射する位置を測定し、傾き角の無いディスクの位置と
傾き角のあるディスクの位置との間でのずれを検出して
上記ディスクの傾き角を求めるようにしているので、デ
ィスクの面ぶれ量及び反り角を一つの光学系で同時にか
つ互いの影響を受けずに高速に検査することができる。
また、面ぶれ量測定光学系に上記式で決められた開口を
持つ光学系を設けることにより、ディスクの種類によら
ず正確に検査することが可能である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の種々の実施形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。本発明の第一実
施形態にかかるディスク形状検査方法及びその方法を実
施するための装置を図１〜４に基づいて説明する。本第
一実施形態は、光ディスクなどの検査対象物の面ぶれ量
と反り角を同時に１つの光学系で測定することを特徴と
している。図１において、２１は光ディスクなどの被検
査基板、２２はレーザ光線源、２３はレーザ光線をコリ
メートするコリメータレンズ、２４は対物レンズ、２５
は対物レンズ２４を上下に駆動させるボイスコイル、２
６、２９はハーフミラー、２７は半導体位置検出素子
（ＰＳＤ）、２８は結像レンズ、３０は開口が光軸を通
るように配置されて上記レーザ光線がハーフミラー２９
を光軸沿いに通過したのちの結像レンズ２８の後側焦点
面ａより距離ｄだけ前に配置されたピンホール、３２は
開口が光軸を通るように配置されて上記レーザ光線がハ
ーフミラー２９により反射されたのちの結像レンズ２８
の後側焦点面ａ’より距離ｄだけ後に配置されたピンホ
ール、３１、３３はピンホール３０，３２の後に配置さ
れたフォトダイオード（ＰＤ）である。

【０００９】以上のように構成された本第一実施形態の
ディスク形状検査方法及びその装置について、その動作
を説明する。レーザ光線源２２から出たレーザ光線は、
コリメータレンズ２３によってコリメートされ、ハーフ
ミラー２６によって対物レンズ２４側に反射されたの
ち、図１における対物レンズ２４の一端より被検査基板
である被検査基板２１に照射される。被検査基板２１に
よって反射されたビームは再び対物レンズ２４に入射す
る。このとき、被検査基板２１により反射されたビーム
は、対物レンズ２４の上記一端とは光軸を挟んで反対側
の他端に入射し、ハーフミラー２６を透過して結像レン
ズ２８によってビームは結像される。結像されるビーム
はハーフミラー２９によって２つに分割され、それぞれ
ピンホール３０あるいは３２を通過したビームがフォト
ダイオード３１あるいは３３で各ビームの光量が検出さ
れる。このとき、被検査基板２１が対物レンズ２４の前
側焦点面に位置していた場合、ビームが光軸と交わる位
置が結像レンズ２８の後側焦点面ａ，ａ’となるため、
そこから同じ距離ｄだけ離れたピンホール３０、３２を
通過するビーム強度は同じであるので、フォトダイオー
ド３１、３３で検出される光量は同じとなる。よって、
フォトダイオード３１と３３の光量が等しくなるように
対物レンズ２４をボイスコイル２５によって上下させる
と、被検査基板２１が常に対物レンズ２４の前側焦点面
に位置するようになるので、対物レンズ２４の変位によ
って被検査基板２１の面ぶれ量を測定できる。

【００１０】このように面ぶれ量を測定できる原理を図
２、図３を用いて説明する。被検査基板２１に対して対
物レンズ２４がＡ，Ｂ２つの位置にあることを考えてみ
る。位置Ａの場合は、対物レンズ２４の前側焦点面に被
検査基板２１がある状態で、位置Ｂの場合は、対物レン
ズ２４の前側焦点面より近い所に被検査基板２１がある
状態を示す。対物レンズ２４が位置Ａにある場合、所定
の角度（この角度αを大きくすると精度が上がるが、レ
ンズも大きくなり、測定できる範囲も小さくなることか
ら、これらのことを考慮して上記角度を決定する。）で
被検査基板２１に照射され、光軸上にて反射される。よ
って、再び対物レンズ２４に入射した光は光軸に平行な
光線Ｐとなる（図２の点線参照）。光線Ｐは、ハーフミ
ラー２６を通過して結像レンズ２８を通過することによ
って、ハーフミラー２９を透過及び反射して、結像レン
ズ２８の２つの後側焦点面ａ，ａ’の位置に結像する、
つまり、２つの焦点面ａ，ａ’で光軸と交わる。ピンホ
ール３０，３２は、焦点面ａ，ａ’から等距離ｄだけ離
れて置かれているため、ピンホール３０，３２を通過す
る光量は等しくなり、その結果、フォトダイオード３
１，３３で検出された光量Ｅ₁，Ｅ₂の差Ｅ₁−Ｅ₂は０と
なる（図３参照）。それに対して、対物レンズ２４が位
置Ｂにある場合、被検査基板２１で反射された光Ｑは、
光軸と平行とはならないため（図２の実線参照）、ハー
フミラー２９を通過して結像レンズ２８による結像位置
は結像レンズ２８の２つの後側焦点面ａ，ａ’より後ろ
側の面ｂ，ｂにて光軸と交差する。この場合、前側焦点
面ａより前に設置されたピンホール３０によりビームを
遮ってしまうためフォトダイオード３１ではほとんど光
が検出されない。一方、前側焦点面ａ’より後に設置さ
れたピンホール３１は、より多くのビームを通過させて
しまうため、フォトダイオード３３でより強い光が検出
される。よって、（Ｅ₁−Ｅ₂）は大きく負の値をとるこ
ととなる（図３参照）。以上のことから図３に示すよう
に、フォトダイオード３１，３３の検出量の差（Ｅ₁−
Ｅ₂）と、対物レンズ２４と被検査基板２１との間の距
離との関係が決められるので、この情報に基づいて対物
レンズ２４をボイスコイル２５で光軸方向に移動させ
て、常に被検査基板２１が対物レンズ２４の前側焦点面
にあるように調整し、調整されたときの対物レンズ２４
の移動量が被検査基板２１の基準面に対する面ぶれ量と
なる。ボイスコイル２５と（Ｅ₁−Ｅ₂）が０となること
を検出する部材との間には、（Ｅ₁−Ｅ₂）の値に応じて
対物レンズ２４を上下させるボイスコイル２５を制御す
る制御装置が備えられている。この制御装置により、
（Ｅ₁−Ｅ₂）＜０ならば、対物レンズ２４を上方向（被
検査基板２１から遠ざける方向）に動かし、（Ｅ₁−
Ｅ₂）＞０ならば、対物レンズ２４を下方向（被検査基
板２１に接近する方向）に動かすように制御する。

【００１１】次に、被検査基板２１に反りがある場合に
おける面ぶれ量の測定について考えてみる。図４に示す
ように、被検査基板２１の表面が光軸と直交する被検査
基板基準位置Ａに対して角度θだけ被検査基板２１の表
面が傾いているＣの場合、被検査基板２１によって反射
されるビームＲの角度は、被検査基板２１に照射するビ
ームの角度αのとき、α＋２θとなる。ここで、被検査
基板２１でビームが反射されるポイントが対物レンズ２
４の前側焦点面にある場合、ビームＲは光軸と平行にな
るが、前側焦点面と異なる位置ではビームＲは光軸と平
行にならない。よって、上記面ぶれ量の測定で述べた原
理を用いて、反りがある被検査基板２１であっても、そ
の被検査基板２１のビームの反射点を対物レンズ２４の
前側焦点面の位置に位置させるように対物レンズ２４を
移動させることにより、被検査基板２１に反り角がある
場合でも、被検査基板２１の面ぶれ量を正確に検出する
ことができる。

【００１２】また、被検査基板２１の反り角θの測定方
法は以下の通りである。上記の通り被検査基板２１上の
ビームの反射点が対物レンズ２４の前側焦点面にある場
合、反り角θを有する被検査基板２１から反射されたビ
ームＲと、反り角のない被検査基板２１から反射された
ビームＰとの距離（ズレ幅）ｈは、対物レンズ２４の焦
点距離をｆとすると、次の式で求まる。

【数１】 ｈ＝ｆ×｛tan（α＋２θ）−tan（α）｝ −−−−−（１） このとき、ビームＰ、ビームＲはともに光軸と平行とな
り、ズレ幅ｈは、ハーフミラー２６を介して半導体位置
検出素子２７まで保存される。よって、半導体位置検出
素子２７により検出されたズレ幅ｈに基づいて被検査基
板２１の反り角θを検出することができる。

【００１３】以上のように、この第一実施形態によれ
ば、被検査基板２１の面ぶれ量と反り角を同じ光学ユニ
ットによって独立にかつ正確に測定することが可能であ
る。なお、この第一実施形態では、対物レンズ２４の駆
動部にボイスコイル２５を用いたが、リニアモータなど
の一軸ステージによって対物レンズ２４を上下させても
良いことはいうまでもない。また、この第一実施形態で
は、面ぶれ量検出部にフォトダイオード３１，３３、反
り角検出部に半導体位置検出素子２７を用いたが、面ぶ
れ量検出部にフォトマルチプライヤなどの光電変換素
子、反り角検出部としてＣＣＤカメラなどの撮像素子を
併用してズレ量を検出しても良いことはいうまでもな
い。

【００１４】次に、本発明の第二実施形態にかかるディ
スク検査方法とその方法を実施するための装置を図５〜
７に基づいて説明する。本第二実施形態は、検査対象の
面ぶれ量と反り角を同時に１つの光学系で測定し、か
つ、高速の応答を可能にしたことを特徴としている。図
５において、１は半導体レーザー、２は半導体レーザー
１からのレーザ光線をコリメートするコリメータレン
ズ、３は偏光板、４はピンホール、５は偏光ビームスプ
リッタ（ＰＢＳ）、６は１／４波長板、７は半導体位置
検出素子（ＰＳＤ）、８は１次回折光の集光レンズ、９
は半導体位置検出素子（ＰＳＤ）、１０は光ディスクな
どの被検査基板である。このとき、レーザ光線の光軸
は、基準位置に位置する被検査基板１０の表面に対して
垂直になるように設定している。

【００１５】以上のように構成されたディスク形状検査
方法について、その動作を説明する。半導体レーザー１
からのレーザ光線は、コリメータレンズ２によってコリ
メートされ、偏光板３によってピンホール４を通過する
レーザ光線の偏光方向が偏向ビームスプリッタ５を直進
するように規制される。偏向ビームスプリッタ５及び１
／４波長板６を通過したレーザ光線Ｈは被検査基板１０
に照射される。ここで、被検査基板１０が光ディスクで
ある場合には、図６に示すようにピットと呼ばれる穴１
０ａが半径方向に対して等間隔に並んでいるため、回折
光を作り出す。被検査基板１０の各ピット１０ａ間の半
径方向のピッチをＰｉ、レーザ光線の波長をλ、上記ピ
ットにより作り出される０次回折光の反射角をψ₀、１
次回折光の反射角をψ₁とすると、

【数２】 ψ₀＝０° （正反射光と同じ） −−−−−−−（２） ψ₁＝sin^-1（λ／Ｐi） −−−−−−−（３） となる。まず、被検査基板１０の反り角であるが、上記
０次回折光を用いて測定する。被検査基板１０にレーザ
光線を照射することによって生じた０次回折光１０２
は、再び１／４波長板６を通過する。よって、このと
き、上記０次回折光は１／４波長板６を２回通過するた
め、その偏光方向は入射ビーム１０１と直交する方向と
なり、偏向ビームスプリッタ５で進行方向を折り曲げら
れ、半導体位置検出素子７に照射される。もし、被検査
基板１０に反り角θが存在すると、０次回折光１０２は
光軸から傾斜したある角度を持つことになり、半導体位
置検出素子７ではズレ量ｈとなって検出される。この関
係式は、被検査基板１０から半導体位置検出素子７迄の
光軸の距離をＬとすると、

【数３】 ｈ＝Ｌ×tan（２θ） −−−−−−−（４） となり、反り角θを求めることができる。

【００１６】次に、面ぶれ量の測定であるが、これは、
被検査基板１０にレーザ光線を照射することによって０
次回折光と同様に生じた１次回折光を用いて測定する。
この１次回折光は、焦点距離ｆの集光レンズ８により半
導体位置検出素子９上に結像する。この光学系は、シェ
インプル（Ｓｃｈｅｉｍｐｆｕｌｕｇ）の条件を満足満
足するように光学系を構成し配置する。シェインプル
（Ｓｃｈｅｉｍｐｆｕｌｕｇ）の条件とは式（５）を満
足する関係をいう。

【数４】 β＝arctan（ｆ_b／ｄ） −−−−−−−（５） ここで、ｆ_b＝ｆ・ｆ_a／（ｆ_a−ｆ）であり、βは集光
レンズ８と半導体位置検出素子９のなす角度、ｆ_aは被
検査基板１０と集光レンズ８の距離、ｆ_bは集光レンズ
８と半導体位置検出素子９との距離、ｄは集光レンズ８
の中心と入射レーザ光線Ｈとの距離である。この条件の
下では、集光レンズ８に入射する角度がいずれの値であ
っても、集光レンズ８の開口の中に入っていれば半導体
位置検出素子９上の同じ位置に結像するという特徴を持
つことから、被検査基板１０に反り角が含まれていても
影響を受けることはない。今、被検査基板１０に変位Ｚ
があると半導体位置検出素子９上にずれξが生まれる。
その関係式は

【数５】 ξ＝Ｚｆｂsin(ψ₁)／（Ｌcos(ψ₁)＋Ｚcos(β−ψ₁)） −−−−（６) であり、これから被検査基板１０の変位量Ｚ言い換えれ
ば面ぶれ量Ｚを求めることができる。

【００１７】以上のように、この第二実施形態によれ
ば、被検査基板２１の面ぶれ量と反り角を同じ光学ユニ
ットによって独立にかつ正確に測定することが可能であ
る。また、応答速度は半導体位置検出素子９の速度に律
速するので、高速な測定が可能である。なお、この第二
実施形態では、反り角検出部、あるいは面ぶれ量検出部
に半導体位置検出素子を用いたが、ＣＣＤカメラなどの
撮像素子を用いてずれ量を検出しても良いことはいうま
でもない。

【００１８】本発明の第三実施形態を図８〜９に基づい
て説明する。本第三実施形態は、検査対象がどのような
種類のディスクであっても同じ光学系を用いて面ぶれ量
と反り角を同時に測定できることを特徴としている。図
８において、図中の番号で図５と同一番号のものは同一
のものを示す。第二実施形態と本第三実施形態が異なる
のは、開口率がsin｛（arcsin（λ／７４０）−arcsin
（λ／１６００）／２｝以上有する１次回折光の集光レ
ンズ１１を設けていることである。以上のように構成さ
れたディスク形状検査方法について、その動作を説明す
る。被検査基板１０の反り角の測定形態は第二実施形態
と同様である。面ぶれ量の測定には１次回折光を用いて
測定する。１次回折光の集光レンズ１１も、シェインプ
ル（Ｓｃｈｅｉｍｐｆｕｌｕｇ）の条件（式（５））を
満足するように構成され配置されている。この条件の下
では、集光レンズ１１に入射する角度がいずれの値であ
っても、その開口の中に入っていれば半導体位置検出素
子９上の同じ位置に結像するという特徴を持つことか
ら、被検査基板１０に反り角が含まれていても影響を受
けることはない。今、ディスクに変位Ｚがあると半導体
位置検出素子９上にずれξが生まれる。その関係式
（６）によって、被検査基板１０の面ぶれ量を求めるこ
とは第二実施形態と同様である。本第三実施形態が第二
実施形態と異なる点は、被検査基板であるディスクがど
のような種類であっても同じ光学系で正確に測定できる
点であり、以下それについて説明する。

【００１９】現在、様々な光ディスクが作られている
が、その種類によって図６に示したピット１０ａと呼ば
れる微小な穴の半径方向の間隔が異なったり、またピッ
トがなく図９に示すようなランドとグルーブと呼ばれる
溝構造となっているものなどがある。そのため、ディス
クにレーザ光線を照射して生じる１次回折光の角度方向
がディスクの種類によって異なる。以下、表１にディス
クの種類とピットあるいはグルーブの区別、そしてその
ピッチをまとめた。

【表１】 ディスクの種類とピット・グルーブの区別 ディスクの種類 ピット・グルーブ 間隔（ｎｍ） ＣＤ ピット １６００ ＰＤ グルーブ １６００ ＤＶＤ−ＲＡＭ グルーブ １４８０ ＤＶＤ−ＲＯＭ ピット ７４０ さて、１次回折光はこのピットあるいはグルーブの間隔
で決定されるのであるから、間隔の最大値と最小値によ
って作られる２種類の１次回折光が集光レンズ１１に入
るような開口を考えればよいことになる。そこで、レー
ザ光線の波長をλ（ｎｍ）とすると、被検査基板１０に
対するレーザ光線の最大の反射角ψ_1maxと最小の反射角
ψ_1minは次の式で表される。

【数６】 ψ_1max＝arcsin（λ／７４０） −−−−−（７） ψ_1min＝arcsin（λ／１６００） −−−−−（８） この両方の１次回折光が集光レンズ１１に入ればよいの
で、この集光レンズ１１の開口率（ＮＡ）は次の式で求
められる。

【数７】 ＮＡ≧sin｛（ψ_1max−ψ_1min）／２｝ −−−−−（９） また、このとき、前述したようにＳｃｈｅｉｍｐｆｕｌ
ｕｇの条件（式（５））を満足するように構成し配置し
ていることにより、集光レンズ１１への角度によらず、
被検査基板１０としてのディスクの変位によって結像位
置が決められるので、ディスクの種類によらず正確に面
ぶれ量を測定することができる。なお、この第三実施形
態では、反り角検出部、あるいは面ぶれ量検出部に半導
体位置検出素子を用いたが、ＣＣＤカメラなどの撮像素
子を用いてずれ量を検出しても良いことはいうまでもな
い。

【００２０】次に、本発明の第四実施形態におけるディ
スク形状検査方法及びその方法を実施するための装置を
図１０に基づいて説明する。図１０において、図中の番
号で図１と同一番号の部材は同一部材を示す。この装置
は、第一実施形態を実現する上記装置にいくつかの新た
な構成要素を追加して構成されたものであり、半導体レ
ーザー２２とコリメーターレンズ２３とから構成された
レーザー照射部、対物レンズ２４とボイスコイル２５と
ボイスコイルコントローラ５０とハーフミラー２９とピ
ンホール３０，３２とフォトダイオード３１，３３とか
ら構成される面ぶれ量測定部、ハーフミラー２６と半導
体位置検出素子２７とから構成される反り角測定部、ボ
イスコイルコントローラ５０に渡す指令信号と検出され
た位置信号（ボイスコイル２５で動かす対物レーザービ
ーム２４の位置信号）及びフォトダイオード３１，３３
と半導体位置検出素子２７との検出信号を処理する信号
処理部、及び、被検査基板２１を回転移動させる回転移
動台６１とを設けている。上記信号処理部は、フォトダ
イオード３１及びフォトダイオード３３からの信号をＡ
／Ｄそれぞれ変換するＡ／Ｄ変換回路５１，５２と、Ａ
／Ｄ変換回路５１，５２からの信号を受取り、両者の差
分演算を行い、演算結果に基づきボイスコントローラ５
０に指令を出す演算部５５と、半導体位置検出素子２７
からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路５３と、ボ
イスコイルコントローラ５０からの位置信号をＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換回路５４とを備えて構成している。上
記演算部５５は所定のソフトウェアを実行することによ
り演算動作を達成するようにしているが、回路構成によ
り達成することもできる。

【００２１】以上のように構成された本第四実施形態の
ディスク形状検査装置についてその動作を説明する。レ
ーザ光線源２２からのレーザ光線は、コリメータレンズ
２３によってコリメートされ、ハーフミラー２６によっ
て対物レンズ２４の一端より被検査基板２１に照射され
る。被検査基板２１の表面によって反射されたビームは
再び対物レンズ２４に入射し、ハーフミラー２６を通過
して結像レンズ２８によってビームは結像される。結像
されるビームはハーフミラー２９によって分割され、そ
れぞれピンホール３０あるいは３２を通過したビームが
フォトダイオード３１あるいは３３でその光量が検出さ
れる。このフォトダイオード３１，３３で検出された光
量を示す信号はＡ／Ｄ変換回路５１，５２によりＡ／Ｄ
変換され、変換された２つの信号を演算部５５で両者の
差分をとり、両者の信号の差（言い換えれば両者の光量
の差Ｅ₁−Ｅ₂）が０に近づくようにボイスコイルコント
ローラ５０に指令を送り、該ボイスコイルコントローラ
５０の制御の下でボイスコイルモータ２５を駆動して対
物レンズ２４を上下させる。その結果、被検査基板２１
の表面が常に対物レンズ２４の前側焦点面に位置するよ
うになる。このとき、演算部５５から差分結果が０であ
る場合、Ａ／Ｄ変換回路５４にトリガ信号を送り、ボイ
スコイルコントローラ５０からＡ／Ｄ変換回路５４を介
して現在の対物レンズ２４の絶対位置を出力する。ここ
で、面ぶれ量としては、実際には、ディスクの最内周の
位置からのズレ量を指す場合があり、又、仮想のゼロ位
置からのズレ量を指す場合もある。

【００２２】また、被検査基板２１の反り角θの測定方
法は以下の通りである。上記の通り被検査基板２１上の
ビームの反射点が対物レンズ２４の前側焦点面にある場
合、反り角のあるビームと反り角の無いビームとの距離
ｈの関係は上記式（１）のとおりで、ともに光軸と平行
となり、ズレ幅ｈはハーフミラー２６を介して半導体位
置検出素子２７まで保存される。半導体位置検出素子２
７で検出された上記ズレ幅に対応する信号がＡ／Ｄ変換
回路５３よって変換され、演算部５５のトリガを受けた
ときに被検査基板２１の反り角として結果を出力する。
以後、回転移動台６１を回転かつ一軸移動させて、順
次、被検査基板２１の全面のディスク形状を検査する なお、この第四実施形態では被検査基板移動手段として
回転移動台を用いたが、ＸＹ移動台を用いてもよいこと
はいうまでもない。また、この第四実施形態では、対物
レンズ２４の駆動部にボイスコイル２５を用いたが、リ
ニアモータなどの一軸ステージによって対物レンズ２４
を上下させても良いことはいうまでもない。また、この
第四実施形態では、面ぶれ量検出部にフォトダイオード
３１，３３、反り角検出部に半導体位置検出素子２７を
用いたが、面ぶれ量検出部にフォトマルチプライヤなど
の光電変換素子、反り角検出部としてＣＣＤカメラなど
の撮像素子を併用してずれ量を検出しても良いことはい
うまでもない。

【００２３】次に、本発明の第五実施形態におけるディ
スク形状検査方法及びその方法を実施するための装置を
図１１に基づいて説明する。図１１において、図中の番
号で図５と同一番号の部材は同一部材を示す。この装置
は、第二実施形態を実現する上記装置にいくつかの新た
な構成要素を追加して構成されたものであり、半導体レ
ーザー１、コリメータレンズ２、偏光板３、ピンホール
４、偏向ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５、１／４波長板
６とから構成されるレーザー照射部と、半導体位置検出
素子７から構成される反り角検出部と、集光レンズ８、
半導体位置検出素子９とから構成される面ぶれ量検出部
と、半導体位置検出素子７，９からの信号をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄ変換回路５６，５７とそれらの変換された信
号を基に予め与えられた演算を行う演算部５８とから構
成される信号処理部と、被検査基板１０を搭載し回転移
動させる回転移動台６１とを設けている。

【００２４】以上のように構成された本第五実施形態の
ディスク形状検査装置についてその動作を説明する。半
導体レーザー１からのレーザ光線は、コリメータレンズ
２によってコリメートされ、偏光板３によって偏光方向
が偏向ビームスプリッタ５を直進するように規制され
る。そして、偏向ビームスプリッタ５、１／４波長板６
を通過して被検査基板１０に照射される。ここで、上記
で述べたように回折光が作られる。まず、０次回折光を
用いて被検査基板１０の反り角を測定する。被検査基板
１０によって生じた０次回折光１０２は、再び１／４波
長板６を通過する。このとき、偏光方向は入射ビーム１
０１と直交する方向となり、偏向ビームスプリッタ５で
進行方向を折り曲げられ、半導体位置検出素子７に照射
される。もし、被検査基板１０に反り角θが存在する
と、０次回折光１０２は光軸に対して傾斜したある角度
を持ち、反り角が無い場合と比較して半導体位置検出素
子７ではズレ量ｈとなって検出される。その位置信号が
Ａ／Ｄ変換回路５６でＡ／Ｄ変換され、演算部５８で上
記式（４）の演算を行い、反り角θを求めることができ
る。次に、１次回折光を用いて面ぶれ量を測定する。上
記で述べたように被検査基板１０に変位Ｚがあると半導
体位置検出素子９上にずれξが生まれる。その位置信号
がＡ／Ｄ変換回路５７でＡ／Ｄ変換され、演算部５８で
上記式（６）の演算を行い、被検査基板１０の面ぶれ量
を求めることができる。以後、回転移動台６１を回転か
つ一軸移動させて、順次、被検査基板２１の全面のディ
スク形状を検査する。なお、この第五実施形態では被検
査基板移動手段として回転移動台を用いたが、ＸＹ移動
台を用いてもよいことはいうまでもない。また、この第
五実施形態では、反り角検出部、あるいは面ぶれ量検出
部に半導体位置検出素子を用いたが、ＣＣＤカメラなど
の撮像素子を用いてずれ量を検出しても良いことはいう
までもない。

【００２５】これ以外にも、本発明は、その要旨を逸脱
しない範囲内で適宜変更して実施しうるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一実施形態においてディスク形状
検査方法及びその方法を実施するための装置を示す装置
構成図である。

【図２】 上記第一実施形態における面ぶれ量測定用光
学系の説明図である。

【図３】 上記第一実施形態における焦点位置検出信号
の説明図である。

【図４】 上記第一実施形態における反り角測定用光学
系の説明図である。

【図５】 本発明の第二実施形態においてディスク形状
検査方法及びその方法を実施するための装置を示す装置
構成図である。

【図６】 上記第二実施形態における回折光の説明図で
ある。

【図７】 上記第二実施形態における面ぶれ量測定用光
学系の説明図である。

【図８】 本発明の第三実施形態においてディスク形状
検査方法及びその方法を実施するための装置を示す測定
構成図である。

【図９】 上記第三実施形態における回折光の説明図で
ある。

【図１０】 本発明の第四実施形態においてディスク形
状検査方法及びその方法を実施するための装置を示す装
置構成図である。

【図１１】 本発明の第五実施形態においてディスク形
状検査方法及びその方法を実施するための装置を示す装
置構成図である。

【図１２】 従来の面ぶれ量測定方法を実施するための
装置構成図である。

【図１３】 従来の反り角測定方法を実施するための装
置構成図である。

【図１４】 被検査基板に反り角と面ぶれ量が同時にあ
る場合の説明図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザー ２ コリメータレンズ ３ 偏光板 ４ ピンホール ５ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ） ６ １／４波長板 ７ 半導体位置検出素子（ＰＳＤ） ８ 集光レンズ ９ 半導体位置検出素子（ＰＳＤ） １０ 被検査基板 ２１ 被検査基板 ２２ 半導体レーザー ２３ コリメータレンズ ２４ 対物レンズ ２５ ボイスコイル ２６ ハーフミラー ２７ 半導体位置検出素子（ＰＳＤ） ２８ 結像レンズ ２９ ハーフミラー ３０ ピンホール ３１ フォトダイオード ３２ ピンホール ３３ フォトダイオード

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディスク（２１）の形状を検査する場合
   において、レーザ光線をレンズ（２４）の一端より上記
   ディスクに対して照射し、上記ディスクによる反射光が
   再び上記レンズに入射して、予め決められた結像位置で
   結像するように上記レンズを上下させ、上下させたレン
   ズの変位によって面ぶれ量を測定し、一方、結像した状
   態で上記ディスクによる反射光が上記レンズに入射する
   位置を測定し、傾き角の無いディスクの位置と傾き角の
   あるディスクの位置との間でのずれを検出して上記ディ
   スクの傾き角を求めることを特徴とするディスク形状検
   査方法。
2. 【請求項２】 ディスク（１０）の形状を検査する場合
   において、レーザ光線を上記ディスクに対し垂直に照射
   し、 上記ディスクから反射して形成される０次回折光を位置
   検出素子（７）上に結像する光学系において、上記ディ
   スクの傾き角が無い場合の結像位置と上記ディスクの傾
   き角がある場合の結像位置との間のずれにより上記ディ
   スクの傾き角を求め、 上記ディスクから反射して形成される１次以降の回折光
   を位置検出素子（９）上でその結像位置において、上記
   ディスクに面ぶれがある場合と面ぶれが無い場合との間
   での位置ずれを検出して面ぶれ量を検出する場合、上記
   求められた上記ディスクの傾きに伴う誤差を取り除き、
   面ぶれ量のみを検査するようにしたディスク形状検査方
   法。
3. 【請求項３】 上記１次以降の回折光を検出する光学系
   において、波長λ（ｎｍ）のレーザ光線を用いた場合、
   開口率がsin｛（arcsin（λ／７４０）−arcsin（λ／
   １６００））／２｝以上有するレンズによって上記回折
   光を結像し、その結像位置において、上記ディスクに面
   ぶれがある場合と面ぶれが無い場合との間での位置ずれ
   により面ぶれ量のみ検査することを特徴とする請求項２
   に記載のディスク形状検査方法。
4. 【請求項４】 ディスク（２１）の形状を検査する場合
   において、 レーザ光線をレンズ（２４）の一端より上記ディスクに
   対して照射する装置（２２，２３）と、 上記ディスクによる反射光が再び上記レンズに入射して
   ある結像位置で結像するように上記レンズを上下させる
   装置（２５，２８，２９，３０，３１，３２，３３，５
   ０，５１，５２，５５）と、 上記ディスクの面ぶれ量が無い場合とある場合との間で
   の上記レンズの変位によって面ぶれ量を測定する一方、
   結像した状態で上記ディスクによる反射光が上記レンズ
   に入射する位置のずれを検出して上記ディスクの傾き角
   を測定する装置（２６，２７，５０，５３，５４，５
   ５）とを備えることを特徴とするディスク形状検査装
   置。
5. 【請求項５】 ディスク（１０）の形状を検査する場合
   において、レーザ光線を上記ディスクに対し垂直に照射
   する装置（１，２，３，４，５，６）と、 上記ディスクから反射して形成される０次回折光を位置
   検出素子上に結像する装置（６，５，８）と、 上記ディスクの結像位置のずれにより上記ディスクの傾
   き角を測定し、１次以降の回折光を、上記求められた上
   記ディスクの傾きに伴う誤差を取り除き、上記位置検出
   素子上でその結像位置のずれを検出し、その結像位置の
   ずれにより面ぶれ量を測定する装置（７，９，５６，５
   ７，５８）とを備えることを特徴とするディスク形状検
   査装置。
6. 【請求項６】 上記１次以降の回折光を検出する傾き角
   測定及び面ぶれ量測定装置は、波長λ（ｎｍ）のレーザ
   光線を用いた場合、開口率がsin｛（arcsin（λ／７４
   ０）−arcsin（λ／１６００））／２｝以上有するレン
   ズによって上記回折光を結像し、その結像位置におい
   て、上記ディスクに面ぶれがある場合と面ぶれが無い場
   合との間での位置ずれにより面ぶれ量のみ検査するよう
   にした請求項５に記載のディスク形状検査装置。