JP4258058B2 - 円盤状記録媒体の検査装置及び検査方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円盤状記録媒体の信号記録面の表面形状を検査する円盤状記録媒体の検査装置及び検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円盤状記録媒体は、信号記録層を備えて構成されており、この信号記録層に対して、記録再生装置によって記録信号の記録及び／又は再生（以下、記録再生という。）が行われる記録媒体である。円盤状記録媒体としては、例えば、磁気ギャップを有する磁気ヘッドによって磁界が印加されて、記録信号に対応した磁区が信号記録層に書き込まれる磁気ディスクや、記録再生装置の光学ヘッドによってレーザ光が照射されることによって記録再生が行われる光ディスクが知られている。光ディスクには、記録信号に応じた凹凸パターンとしてピットが信号記録層に形成された再生専用の光ディスクや、記録信号の記録再生が可能な光磁気ディスク及び相変化型光ディスク等の種類がある。
【０００３】
円盤状記録媒体は、通常、信号記録層に形成された記録トラックに沿って記録信号が記録される。具体的には、例えば、上述した再生専用の光ディスクの場合に、記録トラックに沿ってピットが並んでいる。
【０００４】
例えば、従来から用いられているＣＤ（Compact Disc）は、記録トラック同士の間隔（以下、トラックピッチと称する。）が１６００ｎｍであり、このトラックピッチの変動精度が５０ｎｍ以下であることが要求されている。これに対して、高記録密度化に対応したＤＶＤ（Digital Versatile Disc）の場合には、トラックピッチが７４０ｎｍであることから、トラックピッチの変動精度が２３ｎｍ程度以下であることが要求されることとなる。すなわち、円盤状記録媒体は、高記録密度化に対応して狭トラックピッチ化が図られることによって、信号記録面での表面形状が高精度に形成されることを要求されるようになる。
【０００５】
したがって、このような円盤状記録媒体の表面形状を検査する検査装置としては、１０ｎｍ以下の精度での測定が可能であることが必要とされる。検査装置としては、走査型トンネリング顕微鏡（ＳＴＭ）が用いられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、円盤状記録媒体の検査にＳＴＭを用いる場合には、試料サイズが限定されることから、この円盤状記録媒体の一部を切り出す必要があり、いわゆる破壊検査になってしまうといった問題があった。
【０００７】
また、ＳＴＭは、測定に長時間を要する。したがって、円盤状記録媒体の信号記録面を広範囲に亘って測定することが困難であった。また、長いターンアラウンド時間が必要となり、例えば原盤記録プロセス等に対して検査結果を有効にフィードバックすることが困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、非破壊検査が可能であるとともに、高精度且つ高速に検査することが可能な円盤状記録媒体の検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る円盤状記録媒体の検査装置は、円盤状記録媒体の信号記録面における表面形状を検査する検査装置であって、上記信号記録面に対して遠紫外波長域の光を照射するとともに、この光が当該信号記録面に反射して戻ってきた戻り光を、上記遠紫外波長域の光を検出可能である固体撮像素子によって撮像し、光路中に、上記光の空間コヒーレンスを低減する回転拡散板を有する撮像手段と、上記撮像手段の出力画像を演算処理する演算手段とを備える。上記撮像手段は、上記演算手段の処理結果に基づいて、上記光の照射位置及び／又は焦点位置を調整する。上記演算手段は、上記撮像手段の出力画像に対して記録トラック方向に平均化処理を施して、記録トラックを横断する方向の平均信号レベルの変化を示す平均化トラック横断信号を生成するとともに、上記平均化トラック横断信号を数値微分して微分
信号を生成し、上記微分信号のゼロクロス点に基づいて、上記信号記録面の記録トラック中心位置を検出し、上記信号記録面の表面形状を検査する。
【００１０】
以上のように構成された円盤状記録媒体の検査装置は、撮像手段の出力画像を演算手段により演算処理することによって、この出力画像に含まれているノイズを効果的且つ高速に除去することができる。また、撮像手段は、この円盤状記録媒体に対して光を照射することによって信号記録面の表面形状を撮像することから、この円盤状記録媒体を非破壊で検査することができる。
【００１１】
また、本発明に係る円盤状記録媒体の検査方法は、円盤状記録媒体の信号記録面の表面形状を検査する検査方法であって、上記信号記録面に対して所定の遠紫外波長域の光を上記光の空間コヒーレンスを低減する回転拡散板を通して照射して、この光が当該信号記録面に反射して戻ってきた戻り光を、上記遠紫外波長域の光を検出可能である固体撮像素子によって撮像する撮像ステップと、上記撮像ステップで得られた出力画像を演算処理する演算ステップとを有する。上記撮像ステップでは、上記演算ステップでの演算結果に基づいて、上記光の照射位置及び／又は焦点位置を調整する。上記演算ステップでは、上記撮像ステップでの出力画像に対して記録トラック方向に平均化処理を施し、記録トラックを横断する方向の平均信号レベルの変化を示す平均化トラック横断信号を生成するとともに、上記平均化トラック横断信号を数値微分して微分信号を生成し、上記微分信号のゼロクロス点に基づいて、上記信号記録面の記録トラック中心位置を検出し、上記信号記録面の表面形状を検査する。
【００１２】
上述のような円盤状記録媒体の検査方法によれば、撮像ステップで得られた出力画像を演算ステップで演算処理することによって、この出力画像に含まれているノイズを高精度且つ高速に除去することができる。また、撮像ステップでは、この円盤状記録媒体に対して光を照射することによって信号記録面の表面形状を撮像することから、この円盤状記録媒体を非破壊で検査することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、本発明を適用した円盤状記録媒体の検査装置として、図１に示すような検査装置１について説明することとする。
【００１４】
検査装置１は、円盤状記録媒体２（以下、ディスク２という。）の信号記録面の表面形状を検査する装置である。検査装置１は、試料となるディスク２を載置する試料台３と、レーザ発振器４と、撮像部５と、演算処理部６と、画像表示部７とを備える。また、レーザ発振器４と撮像部５とは、光ファイバ８によって光学的に接続されている。すなわち、検査装置１においては、レーザ発振器４から出射したレーザ光が光ファイバ８を通じて撮像部５に伝送される構成とされている。
【００１５】
なお、ディスク２としては、例えば、基板上に信号記録層等が積層されて形成されて記録再生が可能な光磁気ディスクや相変化型光ディスクであってもよいし、信号記録層にピットが形成された再生専用の光ディスクであってもよい。また、ディスク２としては、例えばハードディスク等の磁気記録媒体であってもよいし、各種円盤状記録媒体を作製するための原盤であってもよい。
【００１６】
検査装置１は、レーザ発振器４から撮像部５へレーザ光を光ファイバ８によって伝送することにより、撮像部５と比較して大きくて重いレーザ発振器４を自由な位置に設置できる構成とすることができる。また、検査装置１は、レーザ光を光ファイバ８によって伝送することにより、このレーザ光の空間コヒーレンスを低減することができ、スペックル雑音を低減することができる。なお、光ファイバ８は、例えば合成石英等の遠紫外波長域で高い透過率を有する材料によって形成されていることが望ましい。これにより、後述するような遠紫外レーザ光を伝送する際に、損失を少なくすることができる。
【００１７】
また、検査装置１においては、撮像部５がディスク２の径方向に移動自在とされるとともに、試料台３が回転自在とされており、ディスク２上の任意の位置に対してレーザ光を照射することができるように構成されている。
【００１８】
レーザ発振器４は、遠紫外光を発振する遠紫外レーザ発振器であることが望ましい。具体的には、例えば、ネオジミウムＹＡＧレーザの第４高調波発生を利用した、全固体型で縦横単一モードの２６６ｎｍの単一波長のレーザ光を発振するレーザ発振器等を用いればよい。なお、以下の説明において、遠紫外光とは、２００〜３００ｎｍの波長を有する電磁波のことをいう。
【００１９】
検査装置１は、ディスク２に対して照射する光の波長が短いほど、光学的な解像度を向上させることができる。しかし、この光が短波長すぎると、承知の光学系の設計が困難となってしまう。したがって、ディスク２に照射する光は、波長が２００〜４００ｎｍ程度の遠紫外領域の光が望ましい。ただし、本発明は、上述したネオジミウムＹＡＧレーザ発振器に限定されるものではなく、他の各種レーザ発振器等を用いてもよい。
【００２０】
また、レーザ発振器４としては、全固体型であるレーザ発振器を用いることが望ましい。これにより、レーザ光の発振効率を向上することができるとともに、装置全体を小型化することができる。
【００２１】
撮像部５は、図１に示すように、回転拡散板１０と、コリメータレンズ１１と、ビームスプリッタ１２と、対物レンズ１３と、集光レンズ１４と、固体撮像素子１５とを備える。回転拡散板１０と、コリメータレンズ１１と、ビームスプリッタ１２と、対物レンズ１３とは、レーザ光の光路上に順次配設されている。
【００２２】
回転拡散板１０は、レーザ光の空間コヒーレンスを低減する機能を有している。検査装置１においては、レーザ光を直接ディスク２に照射する構成とした場合に、レーザ光が一般的に高いコヒーレンスを有していることから、固体撮像素子１５からの出力画像にスペックル雑音が生じてしまう。そのため、検査装置１においては、レーザ光の光路上に回転拡散板１０を配設することによって、スペックル雑音の発生を抑制する構成とされている。
【００２３】
対物レンズ１３は、光ファイバ８と同様に、例えば合成石英等の遠紫外光に対して高い透過率を有する材料によって形成されていることが望ましい。また、対物レンズ１３は、例えば開口数ＮＡが０．９程度の高開口数を有していることが望ましい。これにより、ディスク２に照射するレーザ光の解像度を向上させることができる。
【００２４】
また、対物レンズ１３を通じてディスク２上に集光されたレーザ光は、ディスク２上の信号記録面で反射して、入射光路を戻ってくる戻り光となる。戻り光は、対物レンズ１３を通り、ビームスプリッタ１２に入射されると、入射方向に対して９０゜方向に向けて反射され、集光レンズ１４を介して固体撮像素子１５に入射される。すなわち、集光レンズ１４及び固体撮像素子１５は、戻り光の光路上でビームスプリッタ１２の後段に配設されている。
【００２５】
固体撮像素子１５は、レーザ光の波長領域で十分な感度と信号雑音比とを有する撮像素子であることが望ましい。これにより、固体撮像素子１５は、高い信号精度で画像を出力することができる。また、固体撮像素子１５は、多くの画素を有していることが望ましい。具体的には、例えば１００万画素以上であることが望ましい。固体撮像素子１５は、多くの画素を有していることによって、ディスク２の信号記録面を一度により広範囲に撮像することができるとともに、より高精度に撮像することができる。このような固体撮像素子１５としては、例えば電荷供給素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）等を用いればよい。固体撮像素子１５によって撮像された画像は、デジタル信号によって演算処理部６に伝送される。
【００２６】
演算処理部６は、固体撮像素子１５の出力画像に対して各種の演算処理を施すことによって、ディスク２のトラックピッチやピット形状等の測定を高速で行う。演算処理部６での具体的な演算処理については、後述することとする。演算処理部６は、例えばマイクロプロセッサやメモリ等を組み合わせて構成される。また、演算処理部６での処理結果は、画像表示部７に表示される。なお、演算処理部６及び画像表示部７は、検査装置１の他の各部と一体に構成されてもよいし、他の各部とは別体に構成されて撮像部５に接続されたコンピュータ等であってもよい。
【００２７】
以下では、上述した検査装置１について、具体的な数値を挙げて詳細に説明することとする。なお、本発明は、以下で説明する例に限定されるものではなく、検査対象とするディスク２に応じて各部の数値等を決定すればよい。
【００２８】
上述したような検査装置１においては、例えば、レーザ光の波長λを２６６ｎｍ、対物レンズ１３の開口数ＮＡを０．９とするとき、このレーザ光を、エアリー半径（スポット半径）が０．６１λ／ＮＡ＝１８０（ｎｍ）となるまで集光することができる。また、対物レンズ１３の有効視野半径を１００μｍとし、この対物レンズ１３を含むカメラ系の倍率が１０００倍であるとき、１００万画素を有する固体撮像素子１５における１画素は、画素のサイズを１０μｍとすると、信号記録面での１０ｎｍに相当する。以下では、上述したように、レーザ光のスポット半径が１８０ｎｍであり、固体撮像素子１５の画素数が１００万であるとして説明する。
【００２９】
ところで、例えば、高記録密度化に対応したディスクであるＤＶＤの場合には、記録トラック上に形成される最短の記録マークの長さは４００ｎｍであり、トラックピッチは７４０ｎｍである。検査装置１は、スポット半径が１８０ｎｍであるレーザ光を用いて、このＤＶＤを測定する場合に、上述したように１００万画素を有する固体撮像素子１５から出力される画像を、例えば８ビットのデジタル画像信号を処理することによって、このＤＶＤ上の記録トラックの中心位置及びピットのエッジ形状を１０ｎｍ程度の精度で測定し、検査することが可能となる。
【００３０】
固体撮像素子１５からの出力画像の一例を、図２に示す。ただし、図２においては、出力画像のうちの一部である２００×２００画素だけを示す。すなわち、図２で示す固体撮像素子１５の出力画像は、ＤＶＤの信号記録面における２０００ｎｍ四方の領域を示す画像である。なお、図２において、黒く示す部分は、ＤＶＤの信号記録面に形成されたピットを示す。ＤＶＤは、ピットが信号記録面上に物理的な形状の変化として形成されており、これらピットの列が記録トラックとされている。また、図２において、記録トラック間の位置では、白く示されており、この部分が信号記録面の基準面とされている。
【００３１】
また、図２に示した出力画像に対して、演算処理部６によって演算処理を施し、輪郭抽出を行った結果を図３に示す。図２及び図３からは、ＤＶＤの最短記録マークである４００ｎｍの長さを有するピットを十分に識別することが可能であるが、このピットの形状を１０ｎｍの精度まで測定できているか否かは図２及び図３からは明らかではない。図３に示す輪郭抽出図では、図２と比較してピットの輪郭が明瞭であるが、測定の限界はノイズによって支配されていることが分かる。
【００３２】
つぎに、図２に示した出力画像について、記録トラック間位置、すなわち、信号記録層の基準面位置におけるこの画像の信号レベルを、記録トラック方向に沿って測定したトラック方向信号を図４に示す。また、このトラック方向信号の５画素にわたる移動平均を図４上に重ねて示す。図４は、横軸に記録トラック方向の位置、すなわち、図２における縦方向に２００画素分の位置を示し、縦軸に図２に示す出力画像の信号レベルを示す。なお、図２で示す出力画像は、８ビットであるとし、画像の最大信号レベルは２５６であるとする。図４に示す結果から、トラック方向信号の平均信号レベルは、２２９．２５であった。
【００３３】
また、この移動平均からのトラック方向信号の差分をとった信号を図５に示す。すなわち、図５は、トラック方向信号の画素単位での不規則ノイズを示し、高周波成分のノイズを示している。なお、図５は、図４と比較して縦軸を１０倍に拡大して示す。図５に示す結果から、この信号の標準偏差は６．４であった。
【００３４】
ところで、ＤＶＤの信号記録面は、基準面位置で同じ高さを有していることから、図４及び図５は、理想的には平坦なグラフとなるはずである。したがって、図４及び図５の結果から、固体撮像素子１５からの出力画像にはノイズが含まれていることが分かり、このノイズには、画素単位に含まれる不規則ノイズと、５画素以上の周期の長周期ノイズとに大別することができる。図４及び図５の結果から、不規則ノイズの標準偏差は５．０であり、長周期ノイズの標準偏差は４．０である。
【００３５】
これらノイズの原因としては、固体撮像素子１５の素子ノイズと、レーザ光のコヒーレンスに起因するスペックルノイズとが考えられる。素子ノイズは、固体撮像素子１５におけるショットノイズ、暗電流ノイズ及び感度むら等が原因として考えられる。そして、画素単位の不規則ノイズは素子ノイズであり、長周期ノイズはスペックルノイズであると考えられる。
【００３６】
ところで、検査装置１では、回転拡散板１０を通してレーザ光を試料に照射すると、固体撮像素子１５上に結像する試料パターンに、この回転拡散板１０の回転速度で移動するスペックルノイズパターンが重畳される。したがって、固体撮像素子１５の各画素の受光量は、スペックルノイズ分だけ時間変動するが、回転拡散板１０の回転速度を固体撮像素子１５の露光時間と比較して十分に速くすることによって、露光時間内にスペックルノイズを時間的に平均化することができる。したがって、検査装置１は、回転拡散板１０を備えていることによって、上述したスペックルノイズを時間的に平均化することができる。したがって、図４で示すように、上述した演算処理で検出されたスペックルノイズは、回転拡散板１０によって十分に平均化されずに残った残留ノイズであると考えられる。
【００３７】
また、これら不規則ノイズ及び長周期ノイズは、いずれも時間的に変動する性質を有していることから、例えば、試料の同じ位置を固体撮像素子１５でｎ回撮像し、ｎ枚の出力画像を用いて平均化処理をおこなうことによって、ｎ-1/2に低減させることができる。例えば、試料の同じ位置を撮像した２００枚の出力画像に対して平均化処理を行うことによって、上述した各ノイズを２００-1/2、すなわち１／１４に低減させることができる。したがって、上述したように６．４の標準偏差を有する素子ノイズを１／１４に低減して０．４５とすることができる。これにより、ノイズの影響を量子化ノイズレベル（１）以下に低減することができる。一方、出力画像に含まれるノイズ以外の信号成分は、規則性を有しているために平均化処理を行っても低減してしまうことがない。
【００３８】
本発明に係る検査装置１のように、対物レンズ１３の解像度等ではなく、ノイズによって測定限界が支配されている系では、このノイズが空間的に不規則なノイズであれば、ノイズパターンの有している規則性に着目して統計処理を行うことによって、ノイズレベルを低減することが可能となる。
【００３９】
つぎに、図２に示した出力画像について、この画像の信号レベルを、記録トラック方向に沿って積分し、平均化処理を施して生成した平均化トラック横断信号を図６に示す。また、この平均化トラック横断信号に対して数値微分を行って生成した微分信号を図６上に重ねて示す。すなわち、図６において、平均化トラック横断信号は、画像信号の記録トラックを横断する方向の変化の平均を表し、微分信号はその微分値を示す。図６から明らかであるように、固体撮像素子１５から出力された画像の情報が記録トラック方向に積分される過程で、不規則ノイズが平均化されて低減され、平均化トラック横断信号が良好な信号雑音比を示していることが分かる。
【００４０】
微分信号のゼロクロス点は、平均化トラック横断信号のピーク位置を示している。したがって、検査装置１は、微分信号のゼロクロス点を検出することにより、試料であるディスク２の記録トラックのピーク位置を検出することができる。したがって、検査装置１は、微分信号に基づいて平均化トラック横断信号のピーク位置を検出し、トラックピッチのむらを検出することができる。
【００４１】
具体的には、図７に示すように、平均化トラック横断信号のゼロクロス点を中心に、その前後の数画素分の平均化トラック横断信号を直線で近似し、得られた近似直線からゼロクロス点を求めればよい。ここで、このゼロクロス点近傍での平均化トラック横断信号に残存しているノイズの影響を評価するために、図７に示すデータについて、得られた直線からの標準偏差を計算すると、５．７であった。なお、図７では、平均化トラック横断信号の信号レベルを１０倍にして示していることから、実際の標準偏差は０．５７である。これは、上述した不規則ノイズの期待値である０．４５にほぼ一致している。
【００４２】
つぎに、この信号の標準偏差がゼロクロス点の検出精度に与える影響を検証するために、標準偏差５．７を微分信号の平均勾配値である８．０５４／画素で除すと、０．７０９画素となる。ここで、１画素が試料であるディスク２上での１０ｎｍに相当していることから、１０ｎｍ以下の精度でトラックピッチを測定可能であることが分かる。
【００４３】
また、図２に示す３つの記録トラックについて、それぞれ、記録トラックの中心位置と、この中心位置近傍での微分信号の平均勾配値と、近似直線からの標準偏差とを求めた結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
この表１の結果から、各記録トラック間のトラックピッチは、それぞれ６０．８９２画素と５９．６７９画素であり、両トラックピッチに約２％の誤差があることが分かる。一方、記録トラックの中心位置の測定誤差の推定量は、１％〜１．５％であることから、両トラックピッチ間の誤差である２％は有意であると云える。ちなみに、円盤状記録媒体の一種であるＣＤ（Compact Disc）の規格で定められているトラックピッチの許容誤差は、３％である。
【００４６】
ところで、上述した記録トラックの中心位置を検出する精度は、検出した平均化トラック横断信号の変化率にも依存している。この変化率は、平均化トラック横断信号のコントラストに影響を受けている。したがって、平均化トラック横断信号に基づいてピットのエッジ位置を検出する場合には、ピットのエッジ付近での平均化トラック横断信号の変化率が、記録トラックのピーク位置での変化率と比較して大きいことから、比較的簡単な平均化処理を施すだけでノイズを影響を排除することができる。
【００４７】
つぎに、図２に示した出力画像について、図６及び図７で示すようにして求めた記録トラックの中心位置における、この画像の信号レベルを、記録トラック方向に沿って測定したトラック方向信号を図８に示す。また、図８には、図４と同様に、このトラック方向信号の５画素にわたる移動平均を重ねて示すとともに、このトラック方向信号の数値微分を行って生成した微分信号を重ねて示す。
【００４８】
検査装置１は、この記録トラックの中心位置でのトラック方向信号に基づいて、図７に示した記録トラックの中心位置の検出と同様にして、微分信号のゼロクロス点を検出することによって、ピットのエッジ位置を検出することができる。
【００４９】
また、図８に示す結果から、トラック方向信号は、その移動平均からの標準偏差が３．５であった。これは、上述した基準面位置でのトラック方向信号の不規則ノイズの標準偏差である５．０と比較してやや小さいことが分かる。一方、このトラック方向信号の記録トラック方向に沿っての信号レベルの変化は、画素あたり最大で１６であった。したがって、トラック方向信号の不規則ノイズ示す標準偏差３．５を信号レベルの最大変化１６で除した値は、０．２３画素となる。このことから、ピットのエッジ位置を検出する際の誤差は、上述した記録トラックの中心位置を検出する際の誤差と比較して、およそ１／３であるといえある。すなわち、検査装置１は、５ｎｍ以下の精度でピットのエッジ位置を検出することができる。
【００５０】
検出装置１は、このピットのエッジ位置の検出と同様にして、図２に示したような出力場像について、記録トラックを横断する方向に沿って測定したトラック横断信号を生成し、このトラック横断信号の微分信号のゼロクロス点を検出することによって、ピットの幅を検出することができる。
【００５１】
以下では、上述の説明を整理して、検査装置１の処理動作を図９を参照しながら説明することとする。
【００５２】
先ず、検査試料としてのディスク２を試料台３上に載置し、レーザ発振器４から出射したレーザ光を撮像部５によって、ディスク２の表面に照射する。そして、レーザ光がディスク２の表面に反射されて戻ってきた戻り光を、撮像部５の固体撮像素子１５によって撮像し、出力画像を演算処理部６に伝送する。
【００５３】
次に、ステップＳ２０において、演算処理部６は、撮像部５から伝送された出力画像を取り込む。
【００５４】
次に、ステップＳ２１において、演算処理部６は、取り込んだ出力画像を解析して、この出力画像のフォーカスが適正となるように撮像部５に指示を出して、レーザ光の照射位置や焦点位置等を調整するとともに、試料台３を回転させる。こうしてディスク２上の所望の位置を、適正なフォーカスで再度撮像部５によって撮像する。これにより、演算処理部６は、適正な出力画像に基づいて、記録トラックの中心位置やピット形状を正確に検出することが可能となる。
【００５５】
次に、ステップＳ２２において、演算処理部６は、フォーカスが適正に調整された出力画像を、再度撮像部５から取り込む。
【００５６】
次に、ステップＳ２３において、演算処理部６は、出力画像の信号レベルを記録トラック方向に沿って積分し、平均化処理を施して平均化トラック横断信号を生成する。
【００５７】
次に、ステップＳ２４において、演算処理部６は、平均化トラック横断信号に対してゲーティングを行い、記録トラックのピーク位置近傍で、この平均化トラック横断信号を数値微分して生成した微分信号のゼロクロス点を抽出する。これにより、後のステップにおいて、ピーク位置とは無関係なゼロクロス点で誤った演算処理を行ってしまうことを防止することができる。
【００５８】
次に、ステップＳ２５において、ステップＳ２４で抽出したゼロクロス点近傍で、微分信号を直線で近似する。
【００５９】
次に、ステップＳ２６において、ステップＳ２５で近似した直線に基づいて、ゼロクロス点を検出し、記録トラックの中心位置を検出する。
【００６０】
次に、ステップＳ２７において、ステップＳ２６で検出した記録トラックの中心位置で、出力画像の信号レベルを記録トラック方向に沿って測定したトラック方向信号を生成するとともに、このトラック方向信号の移動平均をとる。
【００６１】
次に、ステップＳ２８において、ディスク２の信号記録面の基準面位置で、同様にトラック方向信号を生成するとともに、そのトラック方向信号の移動平均をとり、基準面位置でのノイズを検出する。また、ステップＳ２７で生成した記録トラックの中心位置でのトラック方向信号から、基準面位置で検出したノイズ量に基づいて、ノイズを除去する。
【００６２】
次に、ステップＳ２９において、ステップＳ２７で生成したトラック方向信号を数値微分して生成した微分信号のゼロクロス点近傍で、この微分信号を直線で近似する。
【００６３】
次に、ステップＳ３０において、ステップＳ２９で近似した直線に基づいて、ピットのエッジ位置を検出する。
【００６４】
次に、ステップＳ３１において、ステップＳ３０で検出したエッジ位置間の距離を求め、ピットの長さを計算する。
【００６５】
検査装置１においては、上述したように、固体撮像素子１５からの出力画像に、素子ノイズが原因と思われる画素単位のノイズが生じてしまう。そのノイズの標準偏差は、信号記録面の基準面位置で５．０程度、記録トラック位置で３．５程度である。基準面位置でのノイズが大きいことは、測定試料となるディスク２の基準面での平面性の荒れによって影響を受けているためであると考えられる。
【００６６】
また、固体撮像素子１５の出力画像に含まれている、素子ノイズの標準偏差の２倍乃至３倍を超えるノイズは、スペックルノイズ又はディスク２上の点欠陥であると考えることができる。
【００６７】
検査装置１では、例えば、回転拡散板１０の回転速度を速くする、固体撮像素子１５の露光時間を長くする、固体撮像素子１５からの出力画像を多数用いて平均化処理を施す等の手段を組み合わせることによって、素子ノイズやスペックルノイズを十分に低減することができ、測定試料であるディスク２の欠陥識別能力を向上させることができる。
【００６８】
また、検査装置１は、上述したピットのエッジ位置や長さの測定と同様にして、ピットの幅や側壁の勾配等を容易に測定することができる。
【００６９】
さらに、検査装置１は、試料であるディスク２に対して、レーザ光を照射することによって信号記録面の表面形状を測定することができることから、ディスク２としては、例えば、ピットを有する光ディスクをはじめとする各種円盤状記録媒体の原盤や、ハードディスク等の磁気記録媒体等であってもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る円盤状記録媒体の検査装置は、撮像手段の出力画像に含まれているノイズを効果的且つ高速に除去することができる。そのため、ノイズを除去した画像に基づいて、信号記録面の表面形状を高精度に測定することができる。また、本発明に係る円盤状記録媒体の検査装置は、照射手段及び撮像手段が、円盤状記録媒体に対して光を照射することによって信号記録面の表面形状を撮像することから、この円盤状記録媒体を非破壊で検査することができる。したがって、本発明に係る円盤状記録媒体の検査装置は、高密度化に対応して狭トラックピッチ化が図られた円盤状記録媒体に十分対応して高精度に検査することができるとともに、ターンアラウンド時間を短縮して、この円盤状記録媒体の製造工程に検査結果を有効にフィードバックすることができる。
【００７１】
また、本発明に係る円盤状記録媒体の検査方法によれば、撮像ステップで得た出力画像に含まれているノイズを効果的且つ高速に除去することができる。そのため、ノイズを除去した画像に基づいて、信号記録面の表面形状を高精度に測定することができる。また、本発明に係る円盤状記録媒体の検査方法によれば、円盤状記録媒体に対して光を照射することによって信号記録面の表面形状を撮像することから、この円盤状記録媒体を非破壊で検査することができる。したがって、本発明に係る円盤状記録媒体の検査方法によれば、高密度化に対応して狭トラックピッチ化が図られた円盤状記録媒体に十分対応して高精度に検査することができるとともに、ターンアラウンド時間を短縮して、この円盤状記録媒体の製造工程に検査結果を有効にフィードバックすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る検査装置を示す概略構成図である。
【図２】同検査装置の固体撮像素子から出力される出力画像の一例を示す図である。
【図３】同出力画像を演算処理して輪郭を明瞭にした輪郭抽出図である。
【図４】同出力画像の基準面位置における記録トラック方向の信号レベルを示す図である。
【図５】同出力画像に基づくトラック方向信号と、その移動平均との差分を測定した結果を示す図である。
【図６】同出力画像に基づく平均化トラック横断信号を示す図である。
【図７】同出力画像に基づく平均化トラック横断信号のゼロクロス点近傍を示す図である。
【図８】同出力画像の記録トラック中心位置におけるトラック方向信号を示す図である。
【図９】本発明に係る検査装置の処理動作を説明するために示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 検査装置、２ ディスク、４ レーザ発振器、５ 撮像部、６ 演算処理部、７ 画像表示部、８ 光ファイバ、１０ 回転拡散板、１３ 対物レンズ、１５ 固体撮像素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、円盤状記録媒体の信号記録面の表面形状を検査する円盤状記録媒体の検査装置及び検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円盤状記録媒体は、信号記録層を備えて構成されており、この信号記録層に対して、記録再生装置によって記録信号の記録及び／又は再生（以下、記録再生という。）が行われる記録媒体である。円盤状記録媒体としては、例えば、磁気ギャップを有する磁気ヘッドによって磁界が印加されて、記録信号に対応した磁区が信号記録層に書き込まれる磁気ディスクや、記録再生装置の光学ヘッドによってレーザ光が照射されることによって記録再生が行われる光ディスクが知られている。光ディスクには、記録信号に応じた凹凸パターンとしてピットが信号記録層に形成された再生専用の光ディスクや、記録信号の記録再生が可能な光磁気ディスク及び相変化型光ディスク等の種類がある。
【０００３】
円盤状記録媒体は、通常、信号記録層に形成された記録トラックに沿って記録信号が記録される。具体的には、例えば、上述した再生専用の光ディスクの場合に、記録トラックに沿ってピットが並んでいる。
【０００４】
例えば、従来から用いられているＣＤ（Compact Disc）は、記録トラック同士の間隔（以下、トラックピッチと称する。）が１６００ｎｍであり、このトラックピッチの変動精度が５０ｎｍ以下であることが要求されている。これに対して、高記録密度化に対応したＤＶＤ（Digital Versatile Disc）の場合には、トラックピッチが７４０ｎｍであることから、トラックピッチの変動精度が２３ｎｍ程度以下であることが要求されることとなる。すなわち、円盤状記録媒体は、高記録密度化に対応して狭トラックピッチ化が図られることによって、信号記録面での表面形状が高精度に形成されることを要求されるようになる。
【０００５】
したがって、このような円盤状記録媒体の表面形状を検査する検査装置としては、１０ｎｍ以下の精度での測定が可能であることが必要とされる。検査装置としては、走査型トンネリング顕微鏡（ＳＴＭ）が用いられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、円盤状記録媒体の検査にＳＴＭを用いる場合には、試料サイズが限定されることから、この円盤状記録媒体の一部を切り出す必要があり、いわゆる破壊検査になってしまうといった問題があった。
【０００７】
また、ＳＴＭは、測定に長時間を要する。したがって、円盤状記録媒体の信号記録面を広範囲に亘って測定することが困難であった。また、長いターンアラウンド時間が必要となり、例えば原盤記録プロセス等に対して検査結果を有効にフィードバックすることが困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、非破壊検査が可能であるとともに、高精度且つ高速に検査することが可能な円盤状記録媒体の検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る円盤状記録媒体の検査装置は、円盤状記録媒体の信号記録面における表面形状を検査する検査装置であって、上記信号記録面に対して遠紫外波長域の光を照射するとともに、この光が当該信号記録面に反射して戻ってきた戻り光を、上記遠紫外波長域の光を検出可能である固体撮像素子によって撮像し、光路中に、上記光の空間コヒーレンスを低減する回転拡散板を有する撮像手段と、上記撮像手段の出力画像を演算処理する演算手段とを備える。上記撮像手段は、上記演算手段の処理結果に基づいて、上記光の照射位置及び／又は焦点位置を調整する。上記演算手段は、上記撮像手段の出力画像に対して記録トラック方向に平均化処理を施して、記録トラックを横断する方向の平均信号レベルの変化を示す平均化トラック横断信号を生成するとともに、上記平均化トラック横断信号を数値微分して微分
信号を生成し、上記微分信号のゼロクロス点に基づいて、上記信号記録面の記録トラック中心位置を検出し、上記信号記録面の表面形状を検査する。
【００１０】
以上のように構成された円盤状記録媒体の検査装置は、撮像手段の出力画像を演算手段により演算処理することによって、この出力画像に含まれているノイズを効果的且つ高速に除去することができる。また、撮像手段は、この円盤状記録媒体に対して光を照射することによって信号記録面の表面形状を撮像することから、この円盤状記録媒体を非破壊で検査することができる。
【００１１】
また、本発明に係る円盤状記録媒体の検査方法は、円盤状記録媒体の信号記録面の表面形状を検査する検査方法であって、上記信号記録面に対して所定の遠紫外波長域の光を上記光の空間コヒーレンスを低減する回転拡散板を通して照射して、この光が当該信号記録面に反射して戻ってきた戻り光を、上記遠紫外波長域の光を検出可能である固体撮像素子によって撮像する撮像ステップと、上記撮像ステップで得られた出力画像を演算処理する演算ステップとを有する。上記撮像ステップでは、上記演算ステップでの演算結果に基づいて、上記光の照射位置及び／又は焦点位置を調整する。上記演算ステップでは、上記撮像ステップでの出力画像に対して記録トラック方向に平均化処理を施し、記録トラックを横断する方向の平均信号レベルの変化を示す平均化トラック横断信号を生成するとともに、上記平均化トラック横断信号を数値微分して微分信号を生成し、上記微分信号のゼロクロス点に基づいて、上記信号記録面の記録トラック中心位置を検出し、上記信号記録面の表面形状を検査する。
【００１２】
上述のような円盤状記録媒体の検査方法によれば、撮像ステップで得られた出力画像を演算ステップで演算処理することによって、この出力画像に含まれているノイズを高精度且つ高速に除去することができる。また、撮像ステップでは、この円盤状記録媒体に対して光を照射することによって信号記録面の表面形状を撮像することから、この円盤状記録媒体を非破壊で検査することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、本発明を適用した円盤状記録媒体の検査装置として、図１に示すような検査装置１について説明することとする。
【００１４】
検査装置１は、円盤状記録媒体２（以下、ディスク２という。）の信号記録面の表面形状を検査する装置である。検査装置１は、試料となるディスク２を載置する試料台３と、レーザ発振器４と、撮像部５と、演算処理部６と、画像表示部７とを備える。また、レーザ発振器４と撮像部５とは、光ファイバ８によって光学的に接続されている。すなわち、検査装置１においては、レーザ発振器４から出射したレーザ光が光ファイバ８を通じて撮像部５に伝送される構成とされている。
【００１５】
なお、ディスク２としては、例えば、基板上に信号記録層等が積層されて形成されて記録再生が可能な光磁気ディスクや相変化型光ディスクであってもよいし、信号記録層にピットが形成された再生専用の光ディスクであってもよい。また、ディスク２としては、例えばハードディスク等の磁気記録媒体であってもよいし、各種円盤状記録媒体を作製するための原盤であってもよい。
【００１６】
検査装置１は、レーザ発振器４から撮像部５へレーザ光を光ファイバ８によって伝送することにより、撮像部５と比較して大きくて重いレーザ発振器４を自由な位置に設置できる構成とすることができる。また、検査装置１は、レーザ光を光ファイバ８によって伝送することにより、このレーザ光の空間コヒーレンスを低減することができ、スペックル雑音を低減することができる。なお、光ファイバ８は、例えば合成石英等の遠紫外波長域で高い透過率を有する材料によって形成されていることが望ましい。これにより、後述するような遠紫外レーザ光を伝送する際に、損失を少なくすることができる。
【００１７】
また、検査装置１においては、撮像部５がディスク２の径方向に移動自在とされるとともに、試料台３が回転自在とされており、ディスク２上の任意の位置に対してレーザ光を照射することができるように構成されている。
【００１８】
レーザ発振器４は、遠紫外光を発振する遠紫外レーザ発振器であることが望ましい。具体的には、例えば、ネオジミウムＹＡＧレーザの第４高調波発生を利用した、全固体型で縦横単一モードの２６６ｎｍの単一波長のレーザ光を発振するレーザ発振器等を用いればよい。なお、以下の説明において、遠紫外光とは、２００〜３００ｎｍの波長を有する電磁波のことをいう。
【００１９】
検査装置１は、ディスク２に対して照射する光の波長が短いほど、光学的な解像度を向上させることができる。しかし、この光が短波長すぎると、承知の光学系の設計が困難となってしまう。したがって、ディスク２に照射する光は、波長が２００〜４００ｎｍ程度の遠紫外領域の光が望ましい。ただし、本発明は、上述したネオジミウムＹＡＧレーザ発振器に限定されるものではなく、他の各種レーザ発振器等を用いてもよい。
【００２０】
また、レーザ発振器４としては、全固体型であるレーザ発振器を用いることが望ましい。これにより、レーザ光の発振効率を向上することができるとともに、装置全体を小型化することができる。
【００２１】
撮像部５は、図１に示すように、回転拡散板１０と、コリメータレンズ１１と、ビームスプリッタ１２と、対物レンズ１３と、集光レンズ１４と、固体撮像素子１５とを備える。回転拡散板１０と、コリメータレンズ１１と、ビームスプリッタ１２と、対物レンズ１３とは、レーザ光の光路上に順次配設されている。
【００２２】
回転拡散板１０は、レーザ光の空間コヒーレンスを低減する機能を有している。検査装置１においては、レーザ光を直接ディスク２に照射する構成とした場合に、レーザ光が一般的に高いコヒーレンスを有していることから、固体撮像素子１５からの出力画像にスペックル雑音が生じてしまう。そのため、検査装置１においては、レーザ光の光路上に回転拡散板１０を配設することによって、スペックル雑音の発生を抑制する構成とされている。
【００２３】
対物レンズ１３は、光ファイバ８と同様に、例えば合成石英等の遠紫外光に対して高い透過率を有する材料によって形成されていることが望ましい。また、対物レンズ１３は、例えば開口数ＮＡが０．９程度の高開口数を有していることが望ましい。これにより、ディスク２に照射するレーザ光の解像度を向上させることができる。
【００２４】
また、対物レンズ１３を通じてディスク２上に集光されたレーザ光は、ディスク２上の信号記録面で反射して、入射光路を戻ってくる戻り光となる。戻り光は、対物レンズ１３を通り、ビームスプリッタ１２に入射されると、入射方向に対して９０゜方向に向けて反射され、集光レンズ１４を介して固体撮像素子１５に入射される。すなわち、集光レンズ１４及び固体撮像素子１５は、戻り光の光路上でビームスプリッタ１２の後段に配設されている。
【００２５】
固体撮像素子１５は、レーザ光の波長領域で十分な感度と信号雑音比とを有する撮像素子であることが望ましい。これにより、固体撮像素子１５は、高い信号精度で画像を出力することができる。また、固体撮像素子１５は、多くの画素を有していることが望ましい。具体的には、例えば１００万画素以上であることが望ましい。固体撮像素子１５は、多くの画素を有していることによって、ディスク２の信号記録面を一度により広範囲に撮像することができるとともに、より高精度に撮像することができる。このような固体撮像素子１５としては、例えば電荷供給素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）等を用いればよい。固体撮像素子１５によって撮像された画像は、デジタル信号によって演算処理部６に伝送される。
【００２６】
演算処理部６は、固体撮像素子１５の出力画像に対して各種の演算処理を施すことによって、ディスク２のトラックピッチやピット形状等の測定を高速で行う。演算処理部６での具体的な演算処理については、後述することとする。演算処理部６は、例えばマイクロプロセッサやメモリ等を組み合わせて構成される。また、演算処理部６での処理結果は、画像表示部７に表示される。なお、演算処理部６及び画像表示部７は、検査装置１の他の各部と一体に構成されてもよいし、他の各部とは別体に構成されて撮像部５に接続されたコンピュータ等であってもよい。
【００２７】
以下では、上述した検査装置１について、具体的な数値を挙げて詳細に説明することとする。なお、本発明は、以下で説明する例に限定されるものではなく、検査対象とするディスク２に応じて各部の数値等を決定すればよい。
【００２８】
上述したような検査装置１においては、例えば、レーザ光の波長λを２６６ｎｍ、対物レンズ１３の開口数ＮＡを０．９とするとき、このレーザ光を、エアリー半径（スポット半径）が０．６１λ／ＮＡ＝１８０（ｎｍ）となるまで集光することができる。また、対物レンズ１３の有効視野半径を１００μｍとし、この対物レンズ１３を含むカメラ系の倍率が１０００倍であるとき、１００万画素を有する固体撮像素子１５における１画素は、画素のサイズを１０μｍとすると、信号記録面での１０ｎｍに相当する。以下では、上述したように、レーザ光のスポット半径が１８０ｎｍであり、固体撮像素子１５の画素数が１００万であるとして説明する。
【００２９】
ところで、例えば、高記録密度化に対応したディスクであるＤＶＤの場合には、記録トラック上に形成される最短の記録マークの長さは４００ｎｍであり、トラックピッチは７４０ｎｍである。検査装置１は、スポット半径が１８０ｎｍであるレーザ光を用いて、このＤＶＤを測定する場合に、上述したように１００万画素を有する固体撮像素子１５から出力される画像を、例えば８ビットのデジタル画像信号を処理することによって、このＤＶＤ上の記録トラックの中心位置及びピットのエッジ形状を１０ｎｍ程度の精度で測定し、検査することが可能となる。
【００３０】
固体撮像素子１５からの出力画像の一例を、図２に示す。ただし、図２においては、出力画像のうちの一部である２００×２００画素だけを示す。すなわち、図２で示す固体撮像素子１５の出力画像は、ＤＶＤの信号記録面における２０００ｎｍ四方の領域を示す画像である。なお、図２において、黒く示す部分は、ＤＶＤの信号記録面に形成されたピットを示す。ＤＶＤは、ピットが信号記録面上に物理的な形状の変化として形成されており、これらピットの列が記録トラックとされている。また、図２において、記録トラック間の位置では、白く示されており、この部分が信号記録面の基準面とされている。
【００３１】
また、図２に示した出力画像に対して、演算処理部６によって演算処理を施し、輪郭抽出を行った結果を図３に示す。図２及び図３からは、ＤＶＤの最短記録マークである４００ｎｍの長さを有するピットを十分に識別することが可能であるが、このピットの形状を１０ｎｍの精度まで測定できているか否かは図２及び図３からは明らかではない。図３に示す輪郭抽出図では、図２と比較してピットの輪郭が明瞭であるが、測定の限界はノイズによって支配されていることが分かる。
【００３２】
つぎに、図２に示した出力画像について、記録トラック間位置、すなわち、信号記録層の基準面位置におけるこの画像の信号レベルを、記録トラック方向に沿って測定したトラック方向信号を図４に示す。また、このトラック方向信号の５画素にわたる移動平均を図４上に重ねて示す。図４は、横軸に記録トラック方向の位置、すなわち、図２における縦方向に２００画素分の位置を示し、縦軸に図２に示す出力画像の信号レベルを示す。なお、図２で示す出力画像は、８ビットであるとし、画像の最大信号レベルは２５６であるとする。図４に示す結果から、トラック方向信号の平均信号レベルは、２２９．２５であった。
【００３３】
また、この移動平均からのトラック方向信号の差分をとった信号を図５に示す。すなわち、図５は、トラック方向信号の画素単位での不規則ノイズを示し、高周波成分のノイズを示している。なお、図５は、図４と比較して縦軸を１０倍に拡大して示す。図５に示す結果から、この信号の標準偏差は６．４であった。
【００３４】
ところで、ＤＶＤの信号記録面は、基準面位置で同じ高さを有していることから、図４及び図５は、理想的には平坦なグラフとなるはずである。したがって、図４及び図５の結果から、固体撮像素子１５からの出力画像にはノイズが含まれていることが分かり、このノイズには、画素単位に含まれる不規則ノイズと、５画素以上の周期の長周期ノイズとに大別することができる。図４及び図５の結果から、不規則ノイズの標準偏差は５．０であり、長周期ノイズの標準偏差は４．０である。
【００３５】
これらノイズの原因としては、固体撮像素子１５の素子ノイズと、レーザ光のコヒーレンスに起因するスペックルノイズとが考えられる。素子ノイズは、固体撮像素子１５におけるショットノイズ、暗電流ノイズ及び感度むら等が原因として考えられる。そして、画素単位の不規則ノイズは素子ノイズであり、長周期ノイズはスペックルノイズであると考えられる。
【００３６】
ところで、検査装置１では、回転拡散板１０を通してレーザ光を試料に照射すると、固体撮像素子１５上に結像する試料パターンに、この回転拡散板１０の回転速度で移動するスペックルノイズパターンが重畳される。したがって、固体撮像素子１５の各画素の受光量は、スペックルノイズ分だけ時間変動するが、回転拡散板１０の回転速度を固体撮像素子１５の露光時間と比較して十分に速くすることによって、露光時間内にスペックルノイズを時間的に平均化することができる。したがって、検査装置１は、回転拡散板１０を備えていることによって、上述したスペックルノイズを時間的に平均化することができる。したがって、図４で示すように、上述した演算処理で検出されたスペックルノイズは、回転拡散板１０によって十分に平均化されずに残った残留ノイズであると考えられる。
【００３７】
また、これら不規則ノイズ及び長周期ノイズは、いずれも時間的に変動する性質を有していることから、例えば、試料の同じ位置を固体撮像素子１５でｎ回撮像し、ｎ枚の出力画像を用いて平均化処理をおこなうことによって、ｎ-1/2に低減させることができる。例えば、試料の同じ位置を撮像した２００枚の出力画像に対して平均化処理を行うことによって、上述した各ノイズを２００-1/2、すなわち１／１４に低減させることができる。したがって、上述したように６．４の標準偏差を有する素子ノイズを１／１４に低減して０．４５とすることができる。これにより、ノイズの影響を量子化ノイズレベル（１）以下に低減することができる。一方、出力画像に含まれるノイズ以外の信号成分は、規則性を有しているために平均化処理を行っても低減してしまうことがない。
【００３８】
本発明に係る検査装置１のように、対物レンズ１３の解像度等ではなく、ノイズによって測定限界が支配されている系では、このノイズが空間的に不規則なノイズであれば、ノイズパターンの有している規則性に着目して統計処理を行うことによって、ノイズレベルを低減することが可能となる。
【００３９】
つぎに、図２に示した出力画像について、この画像の信号レベルを、記録トラック方向に沿って積分し、平均化処理を施して生成した平均化トラック横断信号を図６に示す。また、この平均化トラック横断信号に対して数値微分を行って生成した微分信号を図６上に重ねて示す。すなわち、図６において、平均化トラック横断信号は、画像信号の記録トラックを横断する方向の変化の平均を表し、微分信号はその微分値を示す。図６から明らかであるように、固体撮像素子１５から出力された画像の情報が記録トラック方向に積分される過程で、不規則ノイズが平均化されて低減され、平均化トラック横断信号が良好な信号雑音比を示していることが分かる。
【００４０】
微分信号のゼロクロス点は、平均化トラック横断信号のピーク位置を示している。したがって、検査装置１は、微分信号のゼロクロス点を検出することにより、試料であるディスク２の記録トラックのピーク位置を検出することができる。したがって、検査装置１は、微分信号に基づいて平均化トラック横断信号のピーク位置を検出し、トラックピッチのむらを検出することができる。
【００４１】
具体的には、図７に示すように、平均化トラック横断信号のゼロクロス点を中心に、その前後の数画素分の平均化トラック横断信号を直線で近似し、得られた近似直線からゼロクロス点を求めればよい。ここで、このゼロクロス点近傍での平均化トラック横断信号に残存しているノイズの影響を評価するために、図７に示すデータについて、得られた直線からの標準偏差を計算すると、５．７であった。なお、図７では、平均化トラック横断信号の信号レベルを１０倍にして示していることから、実際の標準偏差は０．５７である。これは、上述した不規則ノイズの期待値である０．４５にほぼ一致している。
【００４２】
つぎに、この信号の標準偏差がゼロクロス点の検出精度に与える影響を検証するために、標準偏差５．７を微分信号の平均勾配値である８．０５４／画素で除すと、０．７０９画素となる。ここで、１画素が試料であるディスク２上での１０ｎｍに相当していることから、１０ｎｍ以下の精度でトラックピッチを測定可能であることが分かる。
【００４３】
また、図２に示す３つの記録トラックについて、それぞれ、記録トラックの中心位置と、この中心位置近傍での微分信号の平均勾配値と、近似直線からの標準偏差とを求めた結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
この表１の結果から、各記録トラック間のトラックピッチは、それぞれ６０．８９２画素と５９．６７９画素であり、両トラックピッチに約２％の誤差があることが分かる。一方、記録トラックの中心位置の測定誤差の推定量は、１％〜１．５％であることから、両トラックピッチ間の誤差である２％は有意であると云える。ちなみに、円盤状記録媒体の一種であるＣＤ（Compact Disc）の規格で定められているトラックピッチの許容誤差は、３％である。
【００４６】
ところで、上述した記録トラックの中心位置を検出する精度は、検出した平均化トラック横断信号の変化率にも依存している。この変化率は、平均化トラック横断信号のコントラストに影響を受けている。したがって、平均化トラック横断信号に基づいてピットのエッジ位置を検出する場合には、ピットのエッジ付近での平均化トラック横断信号の変化率が、記録トラックのピーク位置での変化率と比較して大きいことから、比較的簡単な平均化処理を施すだけでノイズを影響を排除することができる。
【００４７】
つぎに、図２に示した出力画像について、図６及び図７で示すようにして求めた記録トラックの中心位置における、この画像の信号レベルを、記録トラック方向に沿って測定したトラック方向信号を図８に示す。また、図８には、図４と同様に、このトラック方向信号の５画素にわたる移動平均を重ねて示すとともに、このトラック方向信号の数値微分を行って生成した微分信号を重ねて示す。
【００４８】
検査装置１は、この記録トラックの中心位置でのトラック方向信号に基づいて、図７に示した記録トラックの中心位置の検出と同様にして、微分信号のゼロクロス点を検出することによって、ピットのエッジ位置を検出することができる。
【００４９】
また、図８に示す結果から、トラック方向信号は、その移動平均からの標準偏差が３．５であった。これは、上述した基準面位置でのトラック方向信号の不規則ノイズの標準偏差である５．０と比較してやや小さいことが分かる。一方、このトラック方向信号の記録トラック方向に沿っての信号レベルの変化は、画素あたり最大で１６であった。したがって、トラック方向信号の不規則ノイズ示す標準偏差３．５を信号レベルの最大変化１６で除した値は、０．２３画素となる。このことから、ピットのエッジ位置を検出する際の誤差は、上述した記録トラックの中心位置を検出する際の誤差と比較して、およそ１／３であるといえある。すなわち、検査装置１は、５ｎｍ以下の精度でピットのエッジ位置を検出することができる。
【００５０】
検出装置１は、このピットのエッジ位置の検出と同様にして、図２に示したような出力場像について、記録トラックを横断する方向に沿って測定したトラック横断信号を生成し、このトラック横断信号の微分信号のゼロクロス点を検出することによって、ピットの幅を検出することができる。
【００５１】
以下では、上述の説明を整理して、検査装置１の処理動作を図９を参照しながら説明することとする。
【００５２】
先ず、検査試料としてのディスク２を試料台３上に載置し、レーザ発振器４から出射したレーザ光を撮像部５によって、ディスク２の表面に照射する。そして、レーザ光がディスク２の表面に反射されて戻ってきた戻り光を、撮像部５の固体撮像素子１５によって撮像し、出力画像を演算処理部６に伝送する。
【００５３】
次に、ステップＳ２０において、演算処理部６は、撮像部５から伝送された出力画像を取り込む。
【００５４】
次に、ステップＳ２１において、演算処理部６は、取り込んだ出力画像を解析して、この出力画像のフォーカスが適正となるように撮像部５に指示を出して、レーザ光の照射位置や焦点位置等を調整するとともに、試料台３を回転させる。こうしてディスク２上の所望の位置を、適正なフォーカスで再度撮像部５によって撮像する。これにより、演算処理部６は、適正な出力画像に基づいて、記録トラックの中心位置やピット形状を正確に検出することが可能となる。
【００５５】
次に、ステップＳ２２において、演算処理部６は、フォーカスが適正に調整された出力画像を、再度撮像部５から取り込む。
【００５６】
次に、ステップＳ２３において、演算処理部６は、出力画像の信号レベルを記録トラック方向に沿って積分し、平均化処理を施して平均化トラック横断信号を生成する。
【００５７】
次に、ステップＳ２４において、演算処理部６は、平均化トラック横断信号に対してゲーティングを行い、記録トラックのピーク位置近傍で、この平均化トラック横断信号を数値微分して生成した微分信号のゼロクロス点を抽出する。これにより、後のステップにおいて、ピーク位置とは無関係なゼロクロス点で誤った演算処理を行ってしまうことを防止することができる。
【００５８】
次に、ステップＳ２５において、ステップＳ２４で抽出したゼロクロス点近傍で、微分信号を直線で近似する。
【００５９】
次に、ステップＳ２６において、ステップＳ２５で近似した直線に基づいて、ゼロクロス点を検出し、記録トラックの中心位置を検出する。
【００６０】
次に、ステップＳ２７において、ステップＳ２６で検出した記録トラックの中心位置で、出力画像の信号レベルを記録トラック方向に沿って測定したトラック方向信号を生成するとともに、このトラック方向信号の移動平均をとる。
【００６１】
次に、ステップＳ２８において、ディスク２の信号記録面の基準面位置で、同様にトラック方向信号を生成するとともに、そのトラック方向信号の移動平均をとり、基準面位置でのノイズを検出する。また、ステップＳ２７で生成した記録トラックの中心位置でのトラック方向信号から、基準面位置で検出したノイズ量に基づいて、ノイズを除去する。
【００６２】
次に、ステップＳ２９において、ステップＳ２７で生成したトラック方向信号を数値微分して生成した微分信号のゼロクロス点近傍で、この微分信号を直線で近似する。
【００６３】
次に、ステップＳ３０において、ステップＳ２９で近似した直線に基づいて、ピットのエッジ位置を検出する。
【００６４】
次に、ステップＳ３１において、ステップＳ３０で検出したエッジ位置間の距離を求め、ピットの長さを計算する。
【００６５】
検査装置１においては、上述したように、固体撮像素子１５からの出力画像に、素子ノイズが原因と思われる画素単位のノイズが生じてしまう。そのノイズの標準偏差は、信号記録面の基準面位置で５．０程度、記録トラック位置で３．５程度である。基準面位置でのノイズが大きいことは、測定試料となるディスク２の基準面での平面性の荒れによって影響を受けているためであると考えられる。
【００６６】
また、固体撮像素子１５の出力画像に含まれている、素子ノイズの標準偏差の２倍乃至３倍を超えるノイズは、スペックルノイズ又はディスク２上の点欠陥であると考えることができる。
【００６７】
検査装置１では、例えば、回転拡散板１０の回転速度を速くする、固体撮像素子１５の露光時間を長くする、固体撮像素子１５からの出力画像を多数用いて平均化処理を施す等の手段を組み合わせることによって、素子ノイズやスペックルノイズを十分に低減することができ、測定試料であるディスク２の欠陥識別能力を向上させることができる。
【００６８】
また、検査装置１は、上述したピットのエッジ位置や長さの測定と同様にして、ピットの幅や側壁の勾配等を容易に測定することができる。
【００６９】
さらに、検査装置１は、試料であるディスク２に対して、レーザ光を照射することによって信号記録面の表面形状を測定することができることから、ディスク２としては、例えば、ピットを有する光ディスクをはじめとする各種円盤状記録媒体の原盤や、ハードディスク等の磁気記録媒体等であってもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る円盤状記録媒体の検査装置は、撮像手段の出力画像に含まれているノイズを効果的且つ高速に除去することができる。そのため、ノイズを除去した画像に基づいて、信号記録面の表面形状を高精度に測定することができる。また、本発明に係る円盤状記録媒体の検査装置は、照射手段及び撮像手段が、円盤状記録媒体に対して光を照射することによって信号記録面の表面形状を撮像することから、この円盤状記録媒体を非破壊で検査することができる。したがって、本発明に係る円盤状記録媒体の検査装置は、高密度化に対応して狭トラックピッチ化が図られた円盤状記録媒体に十分対応して高精度に検査することができるとともに、ターンアラウンド時間を短縮して、この円盤状記録媒体の製造工程に検査結果を有効にフィードバックすることができる。
【００７１】
また、本発明に係る円盤状記録媒体の検査方法によれば、撮像ステップで得た出力画像に含まれているノイズを効果的且つ高速に除去することができる。そのため、ノイズを除去した画像に基づいて、信号記録面の表面形状を高精度に測定することができる。また、本発明に係る円盤状記録媒体の検査方法によれば、円盤状記録媒体に対して光を照射することによって信号記録面の表面形状を撮像することから、この円盤状記録媒体を非破壊で検査することができる。したがって、本発明に係る円盤状記録媒体の検査方法によれば、高密度化に対応して狭トラックピッチ化が図られた円盤状記録媒体に十分対応して高精度に検査することができるとともに、ターンアラウンド時間を短縮して、この円盤状記録媒体の製造工程に検査結果を有効にフィードバックすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る検査装置を示す概略構成図である。
【図２】同検査装置の固体撮像素子から出力される出力画像の一例を示す図である。
【図３】同出力画像を演算処理して輪郭を明瞭にした輪郭抽出図である。
【図４】同出力画像の基準面位置における記録トラック方向の信号レベルを示す図である。
【図５】同出力画像に基づくトラック方向信号と、その移動平均との差分を測定した結果を示す図である。
【図６】同出力画像に基づく平均化トラック横断信号を示す図である。
【図７】同出力画像に基づく平均化トラック横断信号のゼロクロス点近傍を示す図である。
【図８】同出力画像の記録トラック中心位置におけるトラック方向信号を示す図である。
【図９】本発明に係る検査装置の処理動作を説明するために示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 検査装置、２ ディスク、４ レーザ発振器、５ 撮像部、６ 演算処理部、７ 画像表示部、８ 光ファイバ、１０ 回転拡散板、１３ 対物レンズ、１５ 固体撮像素子
Claims (9)
- 円盤状記録媒体の信号記録面における表面形状を検査する検査装置であって、
上記信号記録面に対して遠紫外波長域の光を照射するとともに、この光が当該信号記録面に反射して戻ってきた戻り光を、上記遠紫外波長域の光を検出可能である固体撮像素子によって撮像し、光路中に、上記光の空間コヒーレンスを低減する回転拡散板を有する撮像手段と、
上記撮像手段の出力画像を演算処理する演算手段とを備え、
上記撮像手段は、上記演算手段の処理結果に基づいて、上記光の照射位置及び／又は焦点位置を調整し、
上記演算手段は、上記撮像手段の出力画像に対して記録トラック方向に平均化処理を施して、記録トラックを横断する方向の平均信号レベルの変化を示す平均化トラック横断信号を生成するとともに、
上記平均化トラック横断信号を数値微分して微分信号を生成し、
上記微分信号のゼロクロス点に基づいて、上記信号記録面の記録トラック中心位置を検出し、上記信号記録面の表面形状を検査する円盤状記録媒体の検査装置。 - 上記撮像手段は、上記光を上記信号記録面に集光する集光手段として、合成石英によって形成された対物レンズを備えている請求項１記載の円盤状記録媒体の検査装置。
- 上記撮像手段は、上記光の空間コヒーレンスを低減する空間コヒーレンス低減手段を備えている請求項１記載の円盤状記録媒体の検査装置。
- 上記空間コヒーレンス低減手段は、光ファイバである請求項３記載の円盤状記録媒体の検査装置。
- 上記演算手段は、上記撮像手段の出力画像に基づいて、記録トラック方向の信号レベルの変化を示すトラック方向信号を生成するとともに、
上記トラック方向信号を数値微分して微分信号を生成し、
上記微分信号のゼロクロス点に基づいて、記録トラックに形成されたピットのエッジ位置を検出する請求項１記載の円盤状記録媒体の検査装置。 - 上記演算手段は、上記撮像手段の出力画像に基づいて、記録トラックを横断する方向の信号レベルの変化を示すトラック横断信号を生成するとともに、上記トラック横断信号を数値微分して微分信号を生成し、上記微分信号のゼロクロス点に基づいて、記録トラックに形成されたピットの幅を検出する請求項１記載の円盤状記録媒体の検査装置。
- 円盤状記録媒体の信号記録面の表面形状を検査する検査方法であって、
上記信号記録面に対して所定の遠紫外波長域の光を上記光の空間コヒーレンスを低減する回転拡散板を通して照射して、この光が当該信号記録面に反射して戻ってきた戻り光を、上記遠紫外波長域の光を検出可能である固体撮像素子によって撮像する撮像ステップと、
上記撮像ステップで得られた出力画像を演算処理する演算ステップとを有し、
上記撮像ステップでは、上記演算ステップでの演算結果に基づいて、上記光の照射位置及び／又は焦点位置を調整し、
上記演算ステップでは、上記撮像ステップでの出力画像に対して記録トラック方向に平均化処理を施し、記録トラックを横断する方向の平均信号レベルの変化を示す平均化トラック横断信号を生成するとともに、
上記平均化トラック横断信号を数値微分して微分信号を生成し、
上記微分信号のゼロクロス点に基づいて、上記信号記録面の記録トラック中心位置を検出し、上記信号記録面の表面形状を検査する円盤状記録媒体の検査方法。 - 上記演算ステップでは、上記撮像手段の出力画像に基づいて、記録トラック方向の信号レベルの変化を示すトラック方向信号を生成するとともに、上記トラック方向信号を数値微分して微分信号を生成し、上記微分信号のゼロクロス点に基づいて、記録トラックに形成されたピットのエッジ位置を検出する請求項７記載の円盤状記録媒体の検査方法。
- 上記演算ステップでは、上記撮像手段の出力画像に基づいて、記録トラックを横断する方向の信号レベルの変化を示すトラック横断信号を生成するとともに、上記トラック横断信号を数値微分して微分信号を生成し、上記微分信号のゼロクロス点に基づいて記録トラックに形成されたピットの幅を検出する請求項７記載の円盤状記録媒体の検査方法。
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