JP4394012B2 - ディスク検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスク状サンプル表面の形状や光学物性などの状態を高速に高分解能で検査するディスク検査装置に関する。

近年情報化社会における画像・動画・音楽などの情報の急激な増加に対応するため、情報記録再生装置は大容量化・小型化が進められている。光を用いた情報記録再生装置においては、記録密度が光波長に依存するため、短い波長の光を用いることで高密度化が図られてきた。波長に依存しない記録密度の実現の方法としては、近視野光を用いた記録再生原理が注目されている。また、光ディスクあるいはその原盤を検査する装置も高性能化が求められており、高密度で情報が記録されたディスクを高速に検査する装置が必要とされている。ディスク検査装置のプローブは、記録再生装置のヘッドと同一原理でディスク表面を評価することによって実際の情報再生を再現するものや、プローブ顕微鏡の原理でディスク表面を評価することによってより精密な検査を行うものがある（例えば特許文献１、２参照。）。

記録再生ヘッドでディスク表面を検査する場合には、ディスク上にヘッドを走査させてデータの読み出しを行い、受光値が所定の範囲以外になった場所が欠陥であると判断する。また、プローブ顕微鏡によって検査する場合には、光学顕微鏡でディスク全体を観察しながら異物による散乱光が発生した場所に、プローブ顕微鏡のプローブをアプローチさせて微小領域を観察し検査する。

また、これらの方法を組み合わせる試みもなされており、回転する記録媒体の記録情報を光ピックアップによって読み出し、不良箇所を発見した場合にはその場所に走査型プローブ顕微鏡のプローブを移動させて微細な観察評価を行う装置が開発されている（特許文献３参照）。
特開２００２−２６０２２４号公報（第３頁、第１図） 特開平８−１５２４３０号公報（第４−５頁、第１０図） 特開２００４−３２５４４６号公報（第６−９頁、第１図）

しかしながらヘッドを走査させて欠陥を発見する場合は、発見した欠陥の微細な状態を知ることはできない。凹凸ピットに関してはピット形状、ピット側壁傾斜、ピット深さなどの状態が設計値からはずれているためにエラーとなることが考えられるが、そのようなナノメートルレベルの検査はヘッドでは行うことはできない。

また、光学顕微鏡によって異物を発見しその位置をプローブ顕微鏡で検査する試みの場合には、近視野光を用いた記録再生装置に対応するディスクは、光の回折限界を超える分解能を持つヘッドでしか読み出すことができないため、光学顕微鏡では微細な欠陥を発見することはできない。

また、光ピックアップによって欠陥を発見しプローブ顕微鏡によってその欠陥を観察する装置においては、光ピックアップ部とプローブ顕微鏡部が別々の構造物となっており、互いに干渉しないように配置する必要があった（特許文献３、第７頁、段落００３７）。光ピックアップとプローブ顕微鏡の両方がサンプルディスクの一方の面側に配置された構成の場合には、光ピックアップで欠陥を発見したあとプローブ顕微鏡による観察のために位置合わせが必要となり、検査に時間を要し、また位置合わせ誤差が検査精度に影響を与えてしまう。

ディスクの記録面側に光ピックアップを配置し、記録面の裏面側にプローブ顕微鏡を配置した構成の場合にはこの位置合わせは不要にすることが可能であるが、近視野光ディスクではデータの記録面に凹凸あるいは光学物性の違いによるビットが形成されているため、プローブ顕微鏡は記録面側に配置することが不可欠になり、上述の位置合わせが必要になってしまう。また、光ピックアップとプローブ顕微鏡はそれぞれ独立の制御系を持つ装置であり、それらを組み合わせた検査装置は小型化することが困難である。また、光ピックアップとプローブ顕微鏡はそれぞれ別の光源を使用しているため、それぞれから得られる検査結果は光源の特性に依存したものとなってしまう。また、光検出系も別々に設置する必要があり、検出系の特性にも依存した結果となり、装置の小型化も困難である。

上記課題を解決するために本発明は、
近視野光を発生する近視野光発生素子を有し、発生させた近視野光を介して検査対象の近視野光ディスクに記録された情報を読み出し、走査しながら前記近視野光ディスクを検査する近視野光ヘッドと、先端に近視野光を発生するプローブを有し、発生させた近視野光を介して前記近視野光ディスクの表面形状を観察し、走査しながら前記近視野光ディスクの表面形状を検査する近視野光プローブと、光源と該光源から近視野光ヘッドまたは近視野光プローブへの光の導入を切り替える切替手段とを有する光出射部と、を具備することを特徴とするディスク検査装置とする。

また本発明は、上述のディスク検査装置において、近視野光ヘッドまたは近視野光プローブから発生させた近視野光と近視野光ディスク表面との相互作用の結果発生した散乱光を受光し信号処理して検出する検出部を有することを特徴とする。
また本発明は、上述のディスク検査装置において、近視野光ヘッドからの近視野光から生じた散乱光の検出と、近視野光プローブからの近視野光から生じた散乱光の検出を、同一の検出部で行うことを特徴とする。

また本発明は、上述のディスク検査装置において、切替手段は、同一の光源からの光を近視野光ヘッドと近視野光プローブへそれぞれ分岐して光の導入を切り替える光スイッチからなることを特徴とする。

また本発明は、上述のディスク検査装置において、近視野光ヘッドは、光源からの光を伝搬させる光ファイバーと、光ファイバーからの光を反射させるミラー基板と、反射された光から近視野光を発生させる近視野光発生基板とを有することを特徴とする。
また本発明は、上述のディスク検査装置において、近視野光ヘッドは、光源からの光を伝搬させるとともに伝搬してきた光を伝搬方向とは異なる方向に反射させる反射面を先端に有する先端加工光ファイバーと、反射された光を受けて近視野光を発生させる近視野光発生基板とを有することを特徴とする。

また本発明は、切替手段は、同一の光源から空中伝搬して出射される光を所定の同一位置で近視野光ヘッドまたは近視野光プローブが受光するように近視野光ヘッドまたは近視野光プローブを移動して光の導入を切り替える移動機構からなることを特徴とするディスク検査装置とする。

また本発明は、上述のディスク検査装置において、近視野光プローブが走査する近視野光ディスクの領域は、近視野光ヘッドによる検査データに基づいて決定されることを特徴とする。

本発明によれば、ヘッドへの光導入とプローブへの光導入が同一の光導入系を用いているため、ヘッドを用いて発見したディスク表面の欠陥箇所にプローブをアプローチする際に位置合わせが不要となり、ディスク検査の時間を大幅に短縮することができる。また、光導入系が共通であるため装置が小型化され、製造コストも低減される。

また、本発明によれば、ヘッドによってディスク表面の欠陥を発見し、その領域をプローブによって精査することができ、欠陥の発見を短時間で行うことができる。

また、本発明によれば、ヘッドに搭載された光ファイバーを通して光をヘッド内部に伝搬させるため、ヘッド上方に大型の光学系が不要となり、装置が小型化される。また、ヘッドのディスク半径方向への移動に関わらず安定した強度の光をヘッドに供給することができる。

また、本発明によれば、ヘッドが１枚の基板から成っているため小型軽量になり、回転するディスク上を空気浮上させたときの浮上量を低減することができ、高密度に記録された近視野ディスクに対応した検査装置となる。

また、本発明によれば、光導入系とヘッド、光導入系とプローブの接続が簡便なものとなり、操作が容易で、製造コストの低い検査装置となる。

また、本発明によれば、光導入系が光ファイバーを含まない構成とすることもでき、その場合は光源からの光が途中に大きな減衰をすることなくヘッドあるいはプローブに到達することができる。ヘッドとプローブはディスク表面と近視野光を介して相互作用するため、強い近視野光を発生させることにより、高いＳ／Ｎ比での信号検出が可能となり、高い精度の検査装置となる。

また、本発明によれば、ヘッドによる欠陥発見とプローブによる欠陥観察評価が共通の光検出系を用いているため、装置が小型化される。

また、本発明によれば上述の効果に加えて、ヘッドによって発見された欠陥をプローブによって精査することができるため、ディスク表面全体の検査を短時間で行うことができる。

以下に、この発明の実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１に係るディスク検査装置１００の概略を示す。

近視野光ディスク１０１は、近視野光を介してヘッドと相互作用することで情報の記録再生を行うための媒体であり、本実施の形態では検査対象物となる。近視野光ディスク１０１は回転ステージ１０２上に設置される。回転ステージ１０２は検査装置内部の耐震ステージ１０３に設置される。近視野光ヘッド１０４は、サスペンションアーム１０５に接着される。サスペンションアーム１０５と近視野光プローブ１０６は、光出射部１０７に接続され、光出射部１０７の軸回りに回転可能である。近視野光ヘッド１０４と、近視野光プローブ１０６には光出射部１０７から光が導入される。近視野光ヘッド１０４と近視野光プローブ１０６は先端から近視野光を発生させることで、光の回折限界を超える分解能を持つ。

この検査装置１００による近視野光ディスク１０１の検査は２段階に分かれて行う。第１段階では、近視野光ディスク１０１が回転ステージ１０２によって高速に回転されており、その表面に近視野光ヘッド１０４が近接する。近視野光ヘッド１０４は、回転する近視野光ディスク１０１表面から空気浮上力を受け、サスペンションアーム１０５からかけられた負荷荷重との均衡により、安定した姿勢で近視野光ディスク１０１表面から数〜数十ｎｍだけ浮上する。近視野光ヘッド１０４から発生した近視野光が近視野光ディスク表面と相互作用することによって、近視野光ディスク１０１に記録された情報を読み出す。情報の読み出しにエラーが発生した場合はそのアドレスを記憶する。

第２段階では、第１段階で得られたエラー発生アドレスに対応する近視野光ディスク１０１上の領域が、近視野光プローブ１０６先端に近接するよう近視野光ディスク１０１を移動させ、近視野光プローブ１０６によってエラー発生領域状態を詳細に観察する。近視野光ディスク１０１の移動は図示を略した微動３軸ステージによって行っているが、近視野光ディスク１０１を固定して近視野光プローブ１０６を移動することで近視野光プローブ１０６をエラー発生領域に近接させることもできる。サスペンションアーム１０５と近視野光プローブ１０６は、光出射部１０７の軸回りに所定の角度で接続されているため、第２段階で近視野光プローブ１０６をその角度だけ光出射部１０７の軸回りに回転させることで、容易にエラー発生領域に近接させることができる。

図２に本実施の形態に係るディスク検査装置１００のうち、光出射部１０７内部の概略を示す。レーザー２００からの光は、レンズ２０１によって集光されてレーザー側コネクター２０３に入射する。レーザー側コネクター２０３は光スイッチ２０４に光を送り、光スイッチ２０４で分岐した光は、ヘッド側コネクター２０５あるいはプローブ側コネクター２０６に送られる。ヘッド側コネクター２０５は光ファイバー２０８に接続され、プローブ側コネクター２０６は近視野光プローブ１０６に接続される。レーザー側コネクター２０３と光スイッチ２０４の接続、光スイッチ２０４とヘッド側コネクター２０５の接続、および、光スイッチ２０４とプローブ側コネクター２０６の接続には光ファイバー２０７が使われる。ここで、レーザー側コネクター２０３からヘッド側コネクター２０５およびプローブ側コネクター２０６までの部分を光導入系２０２と呼ぶ。光出射部１０７の動作は、レーザー２００からの光を受けた光導入系２０２が、光を必要に応じて光ファイバー２０８あるいは近視野光プローブ１０６のどちらかに光を導入するものである。

図３に本実施の形態に係るディスク検査装置１００のブロック図を示す。レーザー２００からの光は光導入系２０２によって近視野光ヘッド１０４あるいは近視野プローブ１０６に導入され、近視野光ディスク１０１表面との相互作用の結果発生した散乱光を光検出部２５７が受け、信号処理部２５８で処理される。光検出部２５７は、近視野光ヘッド１０４が浮上走査したときに発生する散乱光と、近視野光プローブが表面観察したときに発生する散乱光の両方を検出するが、近視野光ヘッド１０４による散乱光と近視野光プローブによる散乱光をそれぞれ別の検出部を用意して検出してもよい。

近視野光ディスク１０１は回転制御部２６０と、微動３軸ステージ２６１に接続され、回転制御部２６０と微動３軸ステージ２６１はディスク制御部２６２によって制御される。近視野光ヘッド１０４によって近視野光ディスク１０１表面を走査するときは回転制御部２６０によって近視野光ディスク１０１は回転する。近視野光プローブ１０６によって近視野光ディスク１０１表面を観察するときは微動３軸ステージ２６１によって近視野光ディスク１０１は微小領域を移動する。レーザー２００、光導入系２０２、信号処理部２５８、ディスク制御部２６２はコンピュータ２５９によって制御され、動作する。

図４（ａ）、図４（ｂ）にそれぞれ本実施の形態に係る近視野光ヘッド１０４と、近視野光プローブ１０６の構造を示す。図４（ａ）に示す近視野光ヘッド１０４は、ミラー面１３１を持つミラー基板１３２と、マイクロレンズ１３３と空気浮上面１３４と近視野光発生部１３５を持つ近視野光素子基板１３６が接着剤によって接着され、光ファイバー２０８が挿入された構造になっている。図１〜図３で説明したように導入された光１４１は光ファイバー２０８内部を伝搬したあと端面から出射し、ミラー面１３１で反射した後マイクロレンズ１３３によって集光されて、近視野光発生部１３５によって近視野光１４２となる。

近視野光発生部１３５は、錐状ティップ先端に微小な光学的開口を形成したものであるが、入射した伝搬光を近視野光に変換する機能を持っていれば良く、開口ではなく微小な突起であっても良いし、また内部に突起を持つ開口のような組み合わせ構造であっても良い。図４（ｂ）に示す近視野光プローブ１０６は、光ファイバーの屈曲した先端１２１に微小な光学的開口を持つような、近視野光顕微鏡用のプローブである。図１〜図３で説明したように導入された光１２２は近視野光プローブ１０６内部を伝搬したあと先端部１２１から近視野光１２３となる。

以上説明した構造のディスク検査装置によると、近視野光ディスク１０１表面に情報が正確に記録されているかどうかの検査を行う際に、まず空気浮上型の近視野光ヘッド１０４を用いて近視野光ディスク１０１のデータを読み出すため、高速走査が可能となり、極めて短時間で近視野光ディスク１０１全面の検査が実現される。エラーが発生した場合は、そのアドレスをコンピュータ２５９に記憶しておき、ディスクの回転を停止した後で近視野光プローブ１０６によってエラー発生領域を詳細に観察評価することができ、エラーの発生原因を特定することができる。

このとき、近視野光ヘッド１０４に入射する光と、近視野光プローブ１０６に入射する光が同一の光導入系２０２を用いているため、光源の特性に依らない検査結果が得られる上に、全面検査から局所観察への切り替えが容易に行える。また、検査装置全体も小型になり、単一光源であるため調整が容易で製造コストも低減される。近視野光ヘッド１０４は光ファイバー２０８を用いて光を近視野光ディスク１０１表面に水平に入射しており、また、近接場光プローブ１０６も先端が屈曲した光ファイバーを用いていることから、光導入系２０２は近視野光ヘッド１０４と近視野光プローブ１０６の上方に設置する必要がなく、装置全体の小型化に適している。

従来のＤＶＤなどの光ディスクと違い、近視野光ディスク１０１は記録面表面側に記録ピットが形成されているが、本発明による検査装置では近視野光ヘッド１０４と近視野光プローブ１０６の両方が近視野光ディスク１０１の記録面側からアプローチする構造となっていることで、近視野光ディスク１０１の記録面を検査することが可能である。また光検出部２５７が、近視野光ヘッド１０４による散乱光と、近視野プローブ１０６による散乱光の両方を検出するため、検出部２５７の検出特性に依存しない検出信号が得られ、また装置の小型化に適している。
（実施の形態２）
図５に本発明の実施の形態２に係るディスク検査装置３００の概略を示す。実施の形態１と同一部分については同一符号とし、説明を省略あるいは簡略化する。ディスク検査装置３００の構成は、近視野光ディスク１０１を回転ステージ１０２の上に設置する部分は実施の形態１と同一である。実施の形態１と相違した構造を持つ部分は、近視野光ヘッド３０２、近視野光プローブ３０３、光出射部３０１である。光出射部３０１からの光は近視野光ディスク１０１に対して垂直に出射し、近視野光ヘッド３０２あるいは近視野光プローブ３０３に導入される。その他の構造、動作は実施の形態１と同様であるので説明を略す。

図６はこのディスク検査装置３００の平面図である。近視野光ヘッド３０２と近視野光プローブ３０３は光出射部３０１の下方に位置しており、光出射部３０１の内部に配置したレーザー（図示略）からの光照射を受ける。図６では近視野光プローブ３０３が光照射を受けるように位置した状態を示しているが、近視野光ヘッド３０３と近視野光ヘッド３０２を回転移動する機械的な移動機構を設けることによって近視野光ヘッド３０３がレーザーの直下に位置するように切り替えることもできる。図７は光出射部３０１内の構成を説明するための模式図である。光出射部３０１は内部にレーザー３０５とレンズ３０６を持つ。レーザー３０５からの光はレンズ３０６で集光され、集光光として光３１５となって出射する。

図８（ａ）、図８（ｂ）にそれぞれ本実施の形態における近視野光ヘッド３０２と近視野光プローブ３０３の構造を示す。図８（ａ）に示す近視野光ヘッド３０２は、透明な近視野光素子基板３１１上面にマイクロレンズ３１２、下面に空気浮上面３１３、近視野光発生部３１４を持つ。光出射部（図５〜７の３０１）からの光３１５はマイクロレンズ３１２によって集光されて近視野光発生部３１４に照射される。近視野光発生部３１４は、実施の形態１における近視野光発生部１３５と同様、入射光を近視野光３１６に変換する機能を持つような種々の構造が有り得る。図８（ｂ）に示す近視野光プローブ３０３は、透明なレバー３２１の下面に錐状突起３２２を持ち、その先端が光学的微小開口３２３となっている。光出射部（図５〜７の３０１）からの光３１５は光学的微小開口３２３に照射され、下方に近視野光３２４が生成する。レバー３２１の上面にマイクロレンズを形成することによって、光３１５を集光して光学的微小開口３２３に照射させることも可能である。

このような構成の検査装置にすることによって、実施の形態１で述べた効果に加えて、近視野光ヘッド３０２あるいは近視野光プローブ３０３への光導入が空中伝搬であることから、光路中の光損失が極めて小さくなり、高いエネルギーの光を導入可能となる。結果として、発生する近視野光強度も増加し、高Ｓ／Ｎ比を持つ信号を得ることが実現される。近視野光ディスク１０１全面に渡る、高い精度の検査が極めて短時間で行うことができる。
（実施の形態３）
図９に本発明の実施の形態３に係るディスク検査装置における近視野光ヘッド４００の構造を示す。実施の形態１で説明した図４（ａ）と同一部分には同一符号を付け、説明を省略あるいは簡略化する。近視野光ヘッド４００の特徴は、ヘッドがマイクロレンズ１３３と空気浮上面１３４と近視野光発生部１３５を持つ近視野光素子基板１３６のみからなり、実施の形態１におけるミラー基板１３２は存在しない点である。図示を略した光導入系からの光は先端加工ファイバー４０１によって伝搬し、先端加工ファイバー４０１はその先端が斜めに研磨されていることでミラー面４０２を持つため、光１４１はミラー面４０２で反射し、マイクロレンズ１３３に向けて伝搬する。

このような構造の近視野光ヘッド４００を用いることによって、上述の実施の形態における効果に加えて、ヘッドがより薄型であることからディスクからの浮上量を低減することが可能となる。これにより、近視野光発生部１３５から発生する近視野光１４２は極めて局在した状態でサンプル表面と相互作用することができるため、高い分解能でディスクの検査を行うことが可能となる。

実施の形態１に係るディスク検査装置１００の概観図である。 実施の形態１に係るディスク検査装置１００のうち、光出射部１０７内部の構成を示す図である。 実施の形態１に係るディスク検査装置１００のブロック図である。 実施の形態１に係る近視野光ヘッド１０４の構造（ａ）及び近視野光プローブ１０６の構造（ｂ）を示す図である。 実施の形態２に係るディスク検査装置３００の概観図である。 実施の形態２に係るディスク検査装置３００内の構成を示す模式図である。 実施の形態２に係る光出射部３０１内の構成を説明するための模式図である。 実施の形態２に係る近視野光ヘッド３０２の構造（ａ）及び近視野光プローブ３０３の構造（ｂ）を示す図である。 実施の形態３に係るディスク検査装置における近視野光ヘッド４００の構造を示す図である。

符号の説明

１００ 実施の形態１に係るディスク検査装置
１０１ 近視野光ディスク
１０２ 回転ステージ
１０３ 耐震ステージ
１０４ 近視野光ヘッド
１０５ サスペンションアーム
１０６ 近視野光プローブ
１０７ 光出射部
１２１ 光ファイバーの屈曲した先端
１２２ 光
１２３ 近視野光
１３１ ミラー面
１３２ ミラー基板
１３３ マイクロレンズ
１３４ 空気浮上面
１３５ 近視野光発生部
１３６ 近視野光素子基板
１４１ 光
１４２ 近視野光
２００ レーザー
２０１ レンズ
２０２ 光導入系
２０３ レーザー側コネクター
２０４ 光スイッチ
２０５ ヘッド側コネクター
２０６ プローブ側コネクター
２０７ 光ファイバー
２０８ 光ファイバー
２５７ 光検出部
２５８ 信号処理部
２５９ コンピュータ
２６０ 回転制御部
２６１ 微動３軸ステージ
２６２ ディスク制御部
３００ 実施の形態２に係るディスク検査装置
３０１ 光出射部
３０２ 近視野光ヘッド
３０３ 近視野光プローブ
３０５ レーザー
３０６ レンズ
３１１ 近視野光素子基板
３１２ マイクロレンズ
３１３ 空気浮上面
３１４ 近視野光発生部
３１５ 光
３１６ 近視野光
３２１ レバー
３２２ 錐状突起
３２３ 光学的微小開口
３２４ 近視野光

Claims (8)

1. 近視野光を発生する近視野光発生素子を有し、発生させた近視野光を介して検査対象の近視野光ディスクに記録された情報を読み出し、走査しながら前記近視野光ディスクを検査する近視野光ヘッドと、先端に近視野光を発生するプローブを有し、発生させた近視野光を介して前記近視野光ディスクの表面形状を観察し、走査しながら前記近視野光ディスクの表面形状を検査する近視野光プローブと、光源と前記光源から前記近視野光ヘッドまたは前記近視野光プローブへの光の導入を切り替える切替手段とを有する光出射部と、を具備することを特徴とするディスク検査装置。
2. 前記近視野光ヘッドまたは前記近視野光プローブから発生させた前記近視野光と前記近視野光ディスク表面との相互作用の結果発生した散乱光を受光し信号処理して検出する検出部を有することを特徴とする請求項１に記載のディスク検査装置。
3. 前記近視野光ヘッドからの前記近視野光から生じた散乱光の検出と、前記近視野光プローブからの前記近視野光から生じた散乱光の検出を、同一の前記検出部で行うことを特徴とする請求項２に記載のディスク検査装置。
4. 前記切替手段は、前記同一の前記光源からの光を前記近視野光ヘッドと前記近視野光プローブへそれぞれ分岐して光の導入を切り替える光スイッチからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のディスク検査装置。
5. 前記近視野光ヘッドは、前記光源からの光を伝搬させる光ファイバーと、前記光ファイバーからの光を反射させるミラー基板と、前記反射された光から近視野光を発生させる近視野光発生基板とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のディスク検査装置。
6. 前記近視野光ヘッドは、前記光源からの光を伝搬させるとともに伝搬してきた前記光を前記伝搬方向とは異なる方向に反射させる反射面を先端に有する先端加工光ファイバーと、前記反射された光を受けて前記近視野光を発生させる近視野光発生基板とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のディスク検査装置。
7. 前記切替手段は、前記同一の光源から空中伝搬して出射される光を所定の同一位置で前記近視野光ヘッドまたは前記近視野光プローブが受光するように前記近視野光ヘッドまたは前記近視野光プローブを移動して前記光の導入を切り替える移動機構からなることを特徴とする請求項１または２に記載のディスク検査装置。
8. 前記近視野光プローブが走査する前記近視野光ディスクの領域は、前記近視野光ヘッドによる検査データに基づいて決定されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のディスク検査装置。

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