JP3695017B2 - 回折光を利用した溝形状測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、周期溝の溝形状を回折光を利用して測定する溝形状測定方法に関し、特に光ディスクの表面に刻まれた周期溝の溝形状を測定する、回折光を利用した溝形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの表面には周期的に溝が刻まれている。光ディスクを製造するには、その周期溝の溝形状、即ち溝幅及び溝深さを精度良く管理する必要がある。その周期溝の溝形状を測定する従来の溝形状測定方法として、回折光を利用したものが知られている。この測定方法はタリステップやＡＦＭ（Atomic Force Microscope）等の接触型に比べ、非接触で非常に効率良く溝形状を測定することができる。
【０００３】
この従来の測定方法を図１３に基づいて説明する。
まず、レーザー光を光ディスク１の表面に刻まれた周期溝に照射する。
この照射により生じる０次、１次及び２次回折光を受光器２で受光し、各回折光の強度を測定する。
この測定によりそれぞれ得られる第１の回折光強度比（１次光強度／０次光強度）及び第２の回折光強度比（２次光強度／１次光強度）の２種類の回折光強度比に基づいて周期溝の溝形状（溝幅及び溝深さ）を決定する。
この従来の測定方法では、予め、様々な溝幅、溝深さに対する第１の回折光強度比及び第２の回折光強度比をそれぞれ計算しておく。この計算結果を等高線表示したのが図１４の曲線群である。回折光強度比の曲線群はベクトル回折理論により精度よく計算される。図１４では、横軸に溝深さが、縦軸に溝幅がそれぞれ示されている。
測定で得られた第１の回折光強度比が０．２で、第２の回折光強度比が１．０であるとすると、第１の回折光強度比が０．２の曲線と第２の回折光強度比が１．０の曲線との交点Ａから溝深さ及び溝幅が求まる。
このように、従来の溝形状測定方法によれば、溝形状が矩形の場合には、２つの未知数（溝幅、溝深さ）に対し、測定で得られる回折光強度比は２種類（第１及び第２の回折光強度比）であるから、矩形の周期溝の溝形状を決定できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の溝形状測定方法では、溝形状が台形の場合、溝形状のパラメーターは溝深さ、上底幅及び下底幅の３つであり、これら３つ未知数に対し測定で得られる回折光強度比は２種類であるから、台形の溝形状を決定することができないという問題点があった。
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その課題は、台形の周期溝の溝形状を決定することができる回折光を利用した溝形状測定方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、基板の表面に刻まれた周期溝の溝形状を回折光を利用して測定する溝形状測定方法において、偏光面が互いに異なる２種類の直線偏光の一方を周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比を求める工程と、２種類の直線偏光の他方を周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比を求める工程と、一方の直線偏光による２種類の回折光強度比と、他方の直線偏光による２種類の回折光強度比との４種類の回折光強度比に基づいて、周期溝の溝形状を決定する工程とを有することを特徴とする、回折光を利用した溝形状測定方法である。
【０００６】
また、上記課題を解決するため本発明は、基板の表面に刻まれた周期溝の溝形状を回折光を利用して測定する溝形状測定方法において、入射角が互いに異なる２種類の偏光の一方を周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比を求める工程と、２種類の偏光の他方を周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比を求める工程と、一方の偏光による２種類の回折光強度比と、他方の偏光による２種類の回折光強度比との４種類の回折光強度比に基づいて、周期溝の溝形状を決定する工程とを有することを特徴とする、回折光を利用した溝形状測定方法である。
【０００７】
さらにまた、上記課題を解決するため本発明は、基板の表面に刻まれた周期溝の溝形状を回折光を利用して測定する溝形状測定方法において、レーザ光を周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次、２次回折光及び３次回折光の各強度を測定して、これら４つの回折光の強度から３種類の回折光強度比を求める工程と、３種類の強度比に基づいて、周期溝の溝形状を決定する工程とを有することを特徴とする、回折光を利用した溝形状測定方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２はこの発明の第１実施例に係る回折光を利用した溝形状測定方法を示している。この溝形状測定方法は、光ディスク１０の表面に刻まれた台形の周期溝１０ａの溝形状を、０次、１次及び２次回折光を利用して測定するもので、偏光面が互いに異なる２種類の直線偏光を用いる。すなわち、偏光面の向きが周期溝１０ａに平行な直線偏光（Ｅ偏光と呼ぶ）と、偏光面の向きが周期溝１０ａに垂直な直線偏光（Ｈ偏光と呼ぶ）とを用いる。Ｅ偏光では偏光面は入射面に垂直即ちＳ偏光になっている。Ｈ偏光では偏光面は入射面に含まれる即ちＰ偏光である。
一般に回折光強度は偏光面（電場ベクトルの振動面）の向きが溝に平行か垂直かで異なる。この偏光差を利用して台形の周期溝１０ａの溝形状を決定することができる。なお、この偏光差はスカラー回折理論では説明できず、ベクトル回折理論によらなければならない。
【０００９】
さて、第１実施例に係る回折光を利用した溝形状測定方法を実施するための測定機には、入射するレーザ光の偏光面を回転させるための１／２波長板１１、０次、１次及び２次回折光を受光し、その強度に応じた電気信号を出力する受光器１２等が設けられている。この受光器１２は、例えば２分割受光素子で構成されている。１つの受光器１２を各回折光の受光位置に移動可能に設けてもよいし、各回折光の受光位置に受光器１２をそれぞれ配置してもよい。
【００１０】
この第１実施例に係る回折光を利用した溝形状測定方法は、以下の工程（１）〜（４）から構成されている。
（１）予め、Ｅ偏光及びＨ偏光の各々に対し、様々な台形の周期溝１０ａに対する回折光強度の曲線群を準備しておく。
例えば、Ｅ偏光を周期溝１０ａに照射した場合及びＨ偏光を周期溝１０ａに照射した場合の各々について、
ｗ1：台形の周期溝１０ａの上底幅
ｗ2：周期溝１０ａの下底幅
Δ：周期溝１０ａのだれ（Δ＝ｗ1−ｗ2）
としたとき、Δ＝０ｎｍ、２００ｎｍ、４００ｎｍの３通りについて、図３及び図４に示すような回折光強度比の曲線群を計算しておく。両図では、横軸に溝深さｈが、縦軸に平均溝幅ｗm（ｗm＝（ｗ1＋ｗ2）／２）がそれぞれ示されている。
【００１１】
即ち、Ｅ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群（図３参照）を準備しておく。同様に、Ｅ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合及びＥ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の各々について、２種類の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群（図３と同様の曲線群で共に図示略）を準備しておく。また、Ｅ偏光と同様に、Ｈ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群（図４参照）を準備しておく。同様に、Ｈ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合及びＨ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の各々について、２種類の回折光強度比ａH，ｂHの曲線群（図４と同様の曲線群で共に図示略）を準備しておく。
このように、Ｅ偏光に対する３種類の曲線群とＨ偏光に対する３種類の曲線群、都合６種類の曲線群を準備しておく。なお、各曲線群の計算はベクトル回折理論を用いる。
【００１２】
（２）次に、１／２波長板１１を回転してレーザ光の偏光面を回転させることにより、偏光面が互いに異なる２種類の直線偏光の一方、例えばＥ偏光を周期溝１０ａに照射する。このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を受光器１２により測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比、即ち、第１の回折光強度比ａE（１次光強度／０次光強度）及び第２の回折光強度比ｂE（２次光強度／１次光強度）を求める。
【００１３】
（３）次に、１／２波長板１１を回転してレーザ光の偏光面を回転させることにより、２種類の直線偏光の他方、例えばＨ偏光を周期溝１０ａに照射する。このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を受光器１２により測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比、即ち、第１の回折光強度比ａH及び第２の回折光強度比ｂHを求める。
【００１４】
（４）Ｅ偏光による２種類の回折光強度比ａE，ｂEと、Ｈ偏光による２種類の回折光強度比ａH，ｂHとの４種類の回折光強度比に基づいて台形の周期溝１０ａの溝形状を決定する。
この決定を行う具体的な手順は、以下の工程（４ａ）〜（４ｄ）から構成されている。
【００１５】
（４ａ）まず、Ｅ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群（図３参照）と、上記工程（２）で求めたＥ偏光による２種類の回折光強度比ａE，ｂEとから、Ｅ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の溝深さｈ（Ｅ，０）及び平均溝幅ｗ（Ｅ，０）を決定する。例えば、第１の回折光強度比ａEを約０．２３、第２の回折光強度比ｂEを約１．３とすると、両強度比ａE，ｂEより求まる曲線群の交点Ｂから、溝深さｈ（Ｅ，０）及び平均溝幅ｗ（Ｅ，０）を決定する。
同様に、Ｅ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群（図示略）と、工程（２）で求めたＥ偏光による２種類の回折光強度比ａE，ｂEとから、Ｅ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合の溝深さｈ（Ｅ，２００）及び平均溝幅ｗ（Ｅ，２００）を決定する。
同様に、Ｅ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群（図示略）と、工程（２）で求めたＥ偏光による２種類の回折光強度比ａE，ｂEとから、Ｅ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の溝深さｈ（Ｅ，４００）及び平均溝幅ｗ（Ｅ，４００）を決定する。
【００１６】
（４ｂ）次に、Ｈ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の回折光強度比ａH，ｂHの曲線群（図４参照）と、上記工程（３）で求めたＨ偏光による２種類の回折光強度比ａH，ｂHとから、Ｈ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の溝深さｈ（Ｈ，０）及び平均溝幅ｗ（Ｈ，０）を決定する。例えば、第１の回折光強度比ａHを約０．２３、第２の回折光強度比ｂHを約０．９とすると、両強度比ａH，ｂHより求まる曲線群の交点Ｃから、溝深さｈ（Ｈ，０）及び平均溝幅ｗ（Ｈ，０）を決定する。
同様に、Ｈ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合の回折光強度比ａH，ｂHの曲線群（図示略）と、工程（３）で求めたＨ偏光による２種類の回折光強度比ａH，ｂHとから、Ｈ偏光でΔ＝２００ｎｍの場合における溝深さｈ（Ｈ，２００）及び平均溝幅ｗ（Ｈ，２００）を決定する。
同様に、Ｈ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の回折光強度比の曲線群（図示略）と、工程（３）で求めたＨ偏光による２種類の回折光強度比ａE，ｂEとから、Ｈ偏光でΔ＝４００ｎｍの場合における溝深さｈ（Ｈ，４００）及び平均溝幅ｗ（Ｈ，４００）を決定する。
【００１７】
（４ｃ）次に、上記工程（４ａ）で決定したＥ偏光に対する３通りの平均溝幅ｗ（Ｅ，０），ｗ（Ｅ，２００）及びｗ（Ｅ，４００）と、上記工程（４ｂ）で決定したＨ偏光に対する３通りの平均溝幅ｗ（Ｈ，０），ｗ（Ｈ，２００）及びｗ（Ｈ，４００）とから、台形の周期溝１０ａの上底幅ｗ1と下底幅ｗ2を決定する。
即ち、Ｅ偏光に対する３通りの平均溝幅を曲線で結ぶと図５に示す曲線Ｐが得られる。図５では、横軸に周期溝１０ａのだれΔが、縦軸にその平均溝幅ｗmがそれぞれ示されている。同様に、Ｈ偏光に対する３通りの平均溝幅を曲線で結ぶと同図に示す曲線Ｑが得られる。真の溝形状は曲線Ｐ上にあると共に曲線Ｑ上にもあるので、２つの曲線ＰＱの交点Ｄが求める台形の周期溝１０ａの溝形状である。したがって、その交点Ｄから台形の周期溝１０ａのだれΔ及び平均溝幅ｗmを求めることができる。
この求めたΔ及びｗmから周期溝１０ａの上底幅ｗ1と下底幅ｗ2を、
ｗm＝（ｗ1＋ｗ2）／２、及び、
Δ＝ｗ1−ｗ2
の関係式に基づき決定することができる。
【００１８】
（４ｄ）次に、上記工程（４ａ）で決定したＥ偏光に対する３通りの溝深さｈ（Ｅ，０），ｈ（Ｅ，２００）及びｈ（Ｅ，４００）と、上記工程（４ｂ）で決定したＨ偏光に対する３通りの溝深さｈ（Ｈ，０），ｈ（Ｈ，２００）及びｈ（Ｈ，４００）とから、台形の周期溝１０ａの溝深さｈを決定する。
即ち、Ｅ偏光に対する３通りの溝深さを曲線で結ぶと図６に示す曲線Ｐが得られる。図６では、横軸に周期溝１０ａのだれΔが、縦軸にその溝深さｈがそれぞれ示されている。同様に、Ｈ偏光に対する３通りの溝深さを曲線で結ぶと同図に示す曲線Ｑが得られる。真の溝形状は曲線Ｐ上にあると共に曲線Ｑ上にもあるので、２つの曲線ＰＱの交点Ｆが求める台形の周期溝１０ａの溝形状である。したがって、その交点Ｆから台形の周期溝１０ａのだれΔ及び溝深さｈを求めることができる。なお、ここで求めただれΔと上記工程（４ｃ）で求めただれΔは同じ値である。
このようにして、上記工程（４ｃ）で周期溝１０ａの上底幅ｗ1と下底幅ｗ2を、上記工程（４ｄ）で溝深さｈをそれぞれ決定することができる。
【００１９】
この第１実施例によれば、回折光強度がＥ偏光とＰ偏光とで異なること（偏光差）を利用して、Ｅ偏光に対する２種類の回折光強度比ａE，ｂE及びＰ偏光に対する２種類の回折光強度比ａH，ｂHをそれぞれ求め、これら４種類の回折光強度比ａE，ｂE，ａH，ｂH（４つのパラメータ）に基づいて台形の周期溝１０ａの溝形状を決定するので、その溝形状、即ち上底幅ｗ1、下底幅ｗ2及び溝深さｈの３つの未知数を決定することができる。
【００２０】
なお、第１実施例では、３通りのだれΔに対してそれぞれ得られる、Ｅ偏光に対する３通りの平均溝幅、Ｈ偏光に対する３通りの平均溝幅、Ｅ偏光に対する３通りの溝深さ及びＨ偏光に対する３通りの溝深さにより、図５の曲線Ｐ、同図の曲線Ｑ、図６の曲線Ｐ及び同図の曲線Ｑをそれぞれ描いている。勿論、Δの数は３通りより多いほうが曲線Ｐ，Ｑを精度よく描けて溝形状をより精度良く決定することができる。しかし、Δが３通りであっても、放物線近似を使えば良い精度で曲線Ｐ及びＱが描ける。
【００２１】
なお、この第１実施例では、３つの回折光の強度から求める２種類の回折光強度比を第１の回折光強度比ａE，ａH（１次光強度／０次光強度）及び第２の回折光強度比ｂE，ｂH（２次光強度／１次光強度）としているが、２種類の回折光強度比を、１次光強度／０次光強度の強度比及び２次光強度／０次光強度の強度比、又は２次光強度／０次光強度の強度比及び２次光強度／１次光強度の強度比としてもよい。
【００２２】
また、第１実施例の上記説明において、この発明の理解を容易にするために、予めＥ偏光及びＨ偏光の各々に対し、様々な台形状の周期溝１０ａに対する回折光強度の曲線群を準備しておくと説明した。例えば、３通りのだれΔにそれぞれ対応するＥ偏光に対する３種類の曲線群（図３参照）と、３通りのだれΔにそれぞれ対応するＨ偏光に対する３種類の曲線群（図４参照）を準備しておくと説明した。しかし、実際には、図３及び図４に示すような曲線群を準備するのではなく、様々な台形の周期溝１０ａに対する回折光強度のデータ群をベクトル回折理論により計算して作っておき、このデータ群を利用して、測定結果より数値計算によって直接溝形状を求めることができる。
【００２３】
次に、この発明の第２実施例に係る回折光を利用した溝形状測定方法を、図７〜図１１に基づいて説明する。
この溝形状測定方法は、偏光状態が同じで、入射角が互いに異なる２種類の偏光を用いるものである。
一般に、回折光強度は入射角によって変化する。この入射角特性を利用して台形の溝形状を決定することができる。なお、この入射角依存性もスカラー回折理論では説明できず、ベクトル回折理論によらなければならない。
レーザー光の偏光状態は、入射角が変わった時にレーザー光の偏光状態が不変であれば、円偏光でもＥ偏光でもＨ偏光でもかまわない。しかし、Ｈ偏光はアノマリーを生じることがあり、内挿が不可能なこともあるので、Ｅ偏光の方が好ましい。
この第２実施例では、前記２種類の偏光として、ある入射角（例えばθ＝３０°）のＥ偏光と、別の入射角（例えばθ＝６０°）のＥ偏光とを用いる。
【００２４】
この第２実施例に係る回折光を利用した溝形状測定方法は、以下の工程（１）〜（４）から構成されている。
（１）予め、入射角３０°のＥ偏光及び入射角６０°のＥ偏光の各々に対し、様々な台形の周期溝１０ａに対する回折光強度の曲線群を準備しておく。
例えば、入射角３０°のＥ偏光を周期溝１０ａに照射した場合及び入射角６０°のＥ偏光を周期溝１０ａに照射した場合の各々について、Δ＝０ｎｍ、２００ｎｍ、４００ｎｍの３通りについて、図７及び図８に示すような回折光強度比の曲線群を計算しておく。
即ち、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30の曲線群（図７参照）を準備しておく。同様に、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合及びΔ＝４００ｎｍとした場合の各々について、２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30の曲線群（図７と同様の曲線群で共に図示略）を準備しておく。また、入射角３０°のＥ偏光と同様に、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60の曲線群（図８参照）を準備しておく。同様に、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合及びΔ＝４００ｎｍとした場合の各々について、２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60の曲線群（図８と同様の曲線群で共に図示略）を準備しておく。
このように、入射角３０°のＥ偏光に対する３種類の曲線群と入射角６０°のＥ偏光に対する３種類の曲線群、都合６種類の曲線群を準備しておく。
【００２５】
（２）次に、偏光状態が同じで、入射角が互いに異なる２種類の偏光の一方、例えば入射角３０°のＥ偏光を周期溝１０ａに照射する。このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を受光器１２により測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比、即ち、第１の回折光強度比ａ30（１次光強度／０次光強度）及び第２の回折光強度比ｂ30（２次光強度／１次光強度）を求める。
【００２６】
（３）次に、２種類の直線偏光の他方、例えば入射角６０°のＥ偏光を周期溝１０ａに照射する。このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を受光器１２により測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比、即ち、第１の回折光強度比ａ60及び第２の回折光強度比ｂ60を求める。
（４）次に、入射角３０°のＥ偏光による２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30と、入射角６０°のＥ偏光による２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60との４種類の回折光強度比に基づいて台形の周期溝１０ａの溝形状を決定する。
【００２７】
この決定を行う具体的な手順は、以下の工程（４ａ）〜（４ｄ）から構成されている。
（４ａ）まず、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の回折光強度比ａ30，ｂ30の曲線群（図７参照）と、上記工程（２）で求めた入射角３０°のＥ偏光による２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30とから、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の溝深さｈ（３０°，０）及び平均溝幅ｗ（３０°，０）を決定する。例えば、第１の回折光強度比ａ30を約０．２１、第２の回折光強度比ｂ30を約０．８とすると、両強度比ａ30，ｂ30より求まる曲線群の交点Ｇから、溝深さｈ（３０°，０）及び平均溝幅ｗ（３０°，０）を決定する。
同様に、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合の回折光強度比ａ30，ｂ30の曲線群（図示略）と、工程（２）で求めた２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30とから、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合の溝深さｈ（３０°，２００）及び平均溝幅ｗ（３０°，２００）を決定する。
同様に、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の回折光強度比ａ30，ｂ30の曲線群（図示略）と、工程（２）で求めた２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30とから、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の溝深さｈ（３０°，４００）及び平均溝幅ｗ（３０°，４００）を決定する。
【００２８】
（４ｂ）次に、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の回折光強度比ａ60，ｂ60の曲線群（図８参照）と、上記工程（３）で求めた２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60とから、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の溝深さｈ（６０°，０）及び平均溝幅ｗ（６０°，０）を決定する。例えば、第１の回折光強度比ａ60を約０．１７、第２の回折光強度比ｂ60を約１．３とすると、両強度比ａ60，ｂ60より求まる曲線群の交点Ｊから、溝深さｈ（６０°，０）及び平均溝幅ｗ（６０°，０）を決定する。
同様に、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合の回折光強度比ａ60，ｂ60の曲線群（図示略）と、工程（３）で求めた２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60とから、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝２００ｎｍの場合における溝深さｈ（６０°，２００）及び平均溝幅ｗ（６０°，２００）を決定する。
同様に、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の回折光強度比ａ60，ｂ60の曲線群（図示略）と、工程（３）で求めた２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60とから、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝４００ｎｍの場合における溝深さｈ（６０°，４００）及び平均溝幅ｗ（６０°，４００）を決定する。
【００２９】
（４ｃ）次に、上記工程（４ａ）で決定した入射角３０°のＥ偏光に対する３通りの平均溝幅ｗ（３０°，０），ｗ（３０°，２００）及びｗ（３０°，４００）と、上記工程（４ｂ）で決定した入射角６０°のＥ偏光に対する３通りの平均溝幅ｗ（６０°，０），ｗ（６０°，２００）及びｗ（６０°，４００）とから、台形の周期溝１０ａの上底幅ｗ1と下底幅ｗ2を決定する。
即ち、入射角３０°のＥ偏光に対する３通りの平均溝幅を曲線で結ぶと図９に示す曲線Ｐが得られる。同様に、入射角６０°のＥ偏光に対する３通りの平均溝幅を曲線で結ぶと同図に示す曲線Ｑが得られる。真の溝形状は曲線Ｐ上にあると共に曲線Ｑ上にもあるので、２つの曲線ＰＱの交点Ｋが求める台形の周期溝１０ａの溝形状である。したがって、その交点Ｋから台形の周期溝１０ａのだれΔ及び平均溝幅ｗmを求めることができる。
この求めたΔ及びｗmから周期溝１０ａの上底幅ｗ1と下底幅ｗ2を、
ｗm＝（ｗ1＋ｗ2）／２、及び、
Δ＝ｗ1−ｗ2
の関係式に基づき決定することができる。
【００３０】
（４ｄ）次に、上記工程（４ａ）で決定した入射角３０°のＥ偏光に対する３通りの溝深さｈ（３０°，０），ｈ（３０°，２００）及びｈ（３０°，４００）と、上記工程（４ｂ）で決定した入射角６０°のＥ偏光に対する３通りの溝深さｈ（６０°，０），ｈ（６０°，２００）及びｈ（６０°，４００）とから、台形状の周期溝１０ａの溝深さｈを決定する。
即ち、入射角３０°のＥ偏光に対する３通りの溝深さを曲線で結ぶと図１０に示す曲線Ｐが得られる。同様に、入射角６０°のＥ偏光に対する３通りの溝深さを曲線で結ぶと同図に示す曲線Ｑが得られる。真の溝形状は曲線Ｐ上にあると共に曲線Ｑ上にもあるので、２つの曲線ＰＱの交点Ｌが求める台形の周期溝１０ａの溝形状である。したがって、その交点Ｌから台形の周期溝１０ａのだれΔ及び溝深さｈを求めることができる。なお、ここで求めただれΔと上記工程（４ｃ）で求めただれΔは同じ値である。
【００３１】
このようにして、上記工程（４ｃ）で周期溝１０ａの上底幅ｗ1と下底幅ｗ2を、上記工程（４ｄ）で溝深さｈをそれぞれ決定することができる。
この第２実施例によれば、回折光強度は入射角によって変化するという入射角特性を利用して、入射角３０°のＥ偏光に対する２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30及び入射角６０°のＥ偏光に対する２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60をそれぞれ求め、これら４種類の回折光強度比ａ30，ｂ30，ａ60，ｂ60（４つのパラメータ）に基づいて周期溝１０ａの溝形状を決定するので、台形の周期溝１０ａの溝形状、即ち上底幅ｗ1、下底幅ｗ2及び溝深さｈの３つの未知数を決定することができる。
【００３２】
なお、この第２実施例では、３つの回折光の強度から求める２種類の回折光強度比を第１の回折光強度比ａ30，ａ60（１次光強度／０次光強度）及び第２の回折光強度比ｂ30，ｂ60（２次光強度／１次光強度）としているが、２種類の回折光強度比を、１次光強度／０次光強度の強度比及び２次光強度／０次光強度の強度比、又は２次光強度／０次光強度の強度比及び２次光強度／１次光強度の強度比としてもよい。
【００３３】
次に、この発明の第３実施例に係る回折光を利用した溝形状測定方法を説明する。
この溝形状測定方法は、０次から３次までの４つの回折光を用いるものである。つまり、０次〜３次の４つの回折光強度から求まる３種類の回折強度比を用いる。
例えば、１次光強度／０次光強度、２次光強度／１次光光強度、及び３次光強度／２次光光強度の３種類の回折光強度比を用いることにより、台形の周期溝１０ａの溝形状に関する３つの未知数（上底幅ｗ1，下底幅ｗ2及び溝深さｈ）を決定することができる。
【００３４】
なお、上記各実施例では、透過回折光を利用した場合について説明したが、反射回折光を利用した場合にも、透過回折光を利用した場合と同様の作用、効果が得られる。反射回折光を利用した場合のほうが、溝深さに関しては透過回折光の場合よりも４倍の感度が得られるから、測定により適している。
【００３５】
次に、実際の光ディスクについて、回折光強度比の偏光特性及び入射角特性を調べて見る。
レーザ光の波長を０．４８８μｍ、
光ディスク（基板）１０の屈折率を１．５、
周期溝（台形溝）１０ａの溝周期を０．８μｍ、
溝深さｈを８０ｎｍ、
台形溝の上底幅をｗ1、
台形溝の下底幅をｗ2、
台形溝のだれΔをΔ＝ｗ1−ｗ2、
台形溝の平均溝幅ｗmをｗm＝（ｗ1＋ｗ2）／２＝０．４μｍ、
０次透過回折光強度をＴ０、
１次透過回折光強度をＴ１、
として、台形溝のだれΔによる透過回折光強度比（１次光強度／０次光強度）の変化を示したのが図１１及び図１２である。両図に関する計算はベクトル回折理論によった。
【００３６】
図１１は偏光状態による透過回折光強度比の違いを示している。この図において、Ｔ０は０次透過回折光強度、Ｔ１は１次透過回折光強度である。この図から、入射角＝４５°の場合、Ｅ偏光とＨ偏光とで回折光強度比Ｔ１／Ｔ０が全く異なることがわかる。上記第１実施例によれば、このような偏光差（偏光特性）を利用することにより、台形溝の溝形状を精度良く決定できる。
【００３７】
図１２は入射角による透過回折光強度比の違いを示している。この図から、入射角＝４５°の場合、入射角３０°のＥ偏光と入射角６０°のＥ偏光とで透過回折光強度比Ｔ１／Ｔ０が全く異なることがわかる。上記第２実施例によれば、このような入射角特性を利用することにより、台形溝の溝形状を精度良く決定できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、４種類の回折光強度に基づいて周期溝の形状を決定するので、台形の周期溝の溝形状、即ち上底幅、下底幅及び溝深さの３つの未知数を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例に係る溝形状測定方法を示す説明図
【図２】周期溝に照射される２種類の偏光を説明するための説明図
【図３】Ｅ偏光で台形溝のだれΔを０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群を示すグラフ
【図４】Ｈ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａH，ｂHの曲線群を示すグラフ
【図５】台形溝の平均溝幅及びだれΔを決定するための説明に用いるグラフ
【図６】台形溝の溝深さｈ及びだれΔを決定するための説明に用いるグラフ
【図７】この発明の第２実施例に係る溝形状測定方法を示す図で、入射角３０°のＥ偏光でだれΔを０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30の曲線群を示すグラフ
【図８】入射角６０°のＥ偏光でだれΔを０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60の曲線群を示すグラフ
【図９】平均溝幅及びだれΔを決定するための説明に用いるグラフ
【図１０】溝深さｈ及びだれΔを決定するための説明に用いるグラフ
【図１１】偏光状態による回折光強度比の違いを示すグラフ
【図１２】入射角による回折光強度比の違いを示すグラフ
【図１３】従来の溝形状測定方法を示す説明図
【図１４】２種類の回折光強度比の曲線群を示すグラフ
【符号の説明】
１０…光ディスク １０ａ…台形の周期溝
１１…１／２波長板 １２…受光器
【発明の属する技術分野】
この発明は、周期溝の溝形状を回折光を利用して測定する溝形状測定方法に関し、特に光ディスクの表面に刻まれた周期溝の溝形状を測定する、回折光を利用した溝形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの表面には周期的に溝が刻まれている。光ディスクを製造するには、その周期溝の溝形状、即ち溝幅及び溝深さを精度良く管理する必要がある。その周期溝の溝形状を測定する従来の溝形状測定方法として、回折光を利用したものが知られている。この測定方法はタリステップやＡＦＭ（Atomic Force Microscope）等の接触型に比べ、非接触で非常に効率良く溝形状を測定することができる。
【０００３】
この従来の測定方法を図１３に基づいて説明する。
まず、レーザー光を光ディスク１の表面に刻まれた周期溝に照射する。
この照射により生じる０次、１次及び２次回折光を受光器２で受光し、各回折光の強度を測定する。
この測定によりそれぞれ得られる第１の回折光強度比（１次光強度／０次光強度）及び第２の回折光強度比（２次光強度／１次光強度）の２種類の回折光強度比に基づいて周期溝の溝形状（溝幅及び溝深さ）を決定する。
この従来の測定方法では、予め、様々な溝幅、溝深さに対する第１の回折光強度比及び第２の回折光強度比をそれぞれ計算しておく。この計算結果を等高線表示したのが図１４の曲線群である。回折光強度比の曲線群はベクトル回折理論により精度よく計算される。図１４では、横軸に溝深さが、縦軸に溝幅がそれぞれ示されている。
測定で得られた第１の回折光強度比が０．２で、第２の回折光強度比が１．０であるとすると、第１の回折光強度比が０．２の曲線と第２の回折光強度比が１．０の曲線との交点Ａから溝深さ及び溝幅が求まる。
このように、従来の溝形状測定方法によれば、溝形状が矩形の場合には、２つの未知数（溝幅、溝深さ）に対し、測定で得られる回折光強度比は２種類（第１及び第２の回折光強度比）であるから、矩形の周期溝の溝形状を決定できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の溝形状測定方法では、溝形状が台形の場合、溝形状のパラメーターは溝深さ、上底幅及び下底幅の３つであり、これら３つ未知数に対し測定で得られる回折光強度比は２種類であるから、台形の溝形状を決定することができないという問題点があった。
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その課題は、台形の周期溝の溝形状を決定することができる回折光を利用した溝形状測定方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、基板の表面に刻まれた周期溝の溝形状を回折光を利用して測定する溝形状測定方法において、偏光面が互いに異なる２種類の直線偏光の一方を周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比を求める工程と、２種類の直線偏光の他方を周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比を求める工程と、一方の直線偏光による２種類の回折光強度比と、他方の直線偏光による２種類の回折光強度比との４種類の回折光強度比に基づいて、周期溝の溝形状を決定する工程とを有することを特徴とする、回折光を利用した溝形状測定方法である。
【０００６】
また、上記課題を解決するため本発明は、基板の表面に刻まれた周期溝の溝形状を回折光を利用して測定する溝形状測定方法において、入射角が互いに異なる２種類の偏光の一方を周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比を求める工程と、２種類の偏光の他方を周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比を求める工程と、一方の偏光による２種類の回折光強度比と、他方の偏光による２種類の回折光強度比との４種類の回折光強度比に基づいて、周期溝の溝形状を決定する工程とを有することを特徴とする、回折光を利用した溝形状測定方法である。
【０００７】
さらにまた、上記課題を解決するため本発明は、基板の表面に刻まれた周期溝の溝形状を回折光を利用して測定する溝形状測定方法において、レーザ光を周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次、２次回折光及び３次回折光の各強度を測定して、これら４つの回折光の強度から３種類の回折光強度比を求める工程と、３種類の強度比に基づいて、周期溝の溝形状を決定する工程とを有することを特徴とする、回折光を利用した溝形状測定方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２はこの発明の第１実施例に係る回折光を利用した溝形状測定方法を示している。この溝形状測定方法は、光ディスク１０の表面に刻まれた台形の周期溝１０ａの溝形状を、０次、１次及び２次回折光を利用して測定するもので、偏光面が互いに異なる２種類の直線偏光を用いる。すなわち、偏光面の向きが周期溝１０ａに平行な直線偏光（Ｅ偏光と呼ぶ）と、偏光面の向きが周期溝１０ａに垂直な直線偏光（Ｈ偏光と呼ぶ）とを用いる。Ｅ偏光では偏光面は入射面に垂直即ちＳ偏光になっている。Ｈ偏光では偏光面は入射面に含まれる即ちＰ偏光である。
一般に回折光強度は偏光面（電場ベクトルの振動面）の向きが溝に平行か垂直かで異なる。この偏光差を利用して台形の周期溝１０ａの溝形状を決定することができる。なお、この偏光差はスカラー回折理論では説明できず、ベクトル回折理論によらなければならない。
【０００９】
さて、第１実施例に係る回折光を利用した溝形状測定方法を実施するための測定機には、入射するレーザ光の偏光面を回転させるための１／２波長板１１、０次、１次及び２次回折光を受光し、その強度に応じた電気信号を出力する受光器１２等が設けられている。この受光器１２は、例えば２分割受光素子で構成されている。１つの受光器１２を各回折光の受光位置に移動可能に設けてもよいし、各回折光の受光位置に受光器１２をそれぞれ配置してもよい。
【００１０】
この第１実施例に係る回折光を利用した溝形状測定方法は、以下の工程（１）〜（４）から構成されている。
（１）予め、Ｅ偏光及びＨ偏光の各々に対し、様々な台形の周期溝１０ａに対する回折光強度の曲線群を準備しておく。
例えば、Ｅ偏光を周期溝１０ａに照射した場合及びＨ偏光を周期溝１０ａに照射した場合の各々について、
ｗ1：台形の周期溝１０ａの上底幅
ｗ2：周期溝１０ａの下底幅
Δ：周期溝１０ａのだれ（Δ＝ｗ1−ｗ2）
としたとき、Δ＝０ｎｍ、２００ｎｍ、４００ｎｍの３通りについて、図３及び図４に示すような回折光強度比の曲線群を計算しておく。両図では、横軸に溝深さｈが、縦軸に平均溝幅ｗm（ｗm＝（ｗ1＋ｗ2）／２）がそれぞれ示されている。
【００１１】
即ち、Ｅ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群（図３参照）を準備しておく。同様に、Ｅ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合及びＥ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の各々について、２種類の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群（図３と同様の曲線群で共に図示略）を準備しておく。また、Ｅ偏光と同様に、Ｈ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群（図４参照）を準備しておく。同様に、Ｈ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合及びＨ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の各々について、２種類の回折光強度比ａH，ｂHの曲線群（図４と同様の曲線群で共に図示略）を準備しておく。
このように、Ｅ偏光に対する３種類の曲線群とＨ偏光に対する３種類の曲線群、都合６種類の曲線群を準備しておく。なお、各曲線群の計算はベクトル回折理論を用いる。
【００１２】
（２）次に、１／２波長板１１を回転してレーザ光の偏光面を回転させることにより、偏光面が互いに異なる２種類の直線偏光の一方、例えばＥ偏光を周期溝１０ａに照射する。このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を受光器１２により測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比、即ち、第１の回折光強度比ａE（１次光強度／０次光強度）及び第２の回折光強度比ｂE（２次光強度／１次光強度）を求める。
【００１３】
（３）次に、１／２波長板１１を回転してレーザ光の偏光面を回転させることにより、２種類の直線偏光の他方、例えばＨ偏光を周期溝１０ａに照射する。このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を受光器１２により測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比、即ち、第１の回折光強度比ａH及び第２の回折光強度比ｂHを求める。
【００１４】
（４）Ｅ偏光による２種類の回折光強度比ａE，ｂEと、Ｈ偏光による２種類の回折光強度比ａH，ｂHとの４種類の回折光強度比に基づいて台形の周期溝１０ａの溝形状を決定する。
この決定を行う具体的な手順は、以下の工程（４ａ）〜（４ｄ）から構成されている。
【００１５】
（４ａ）まず、Ｅ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群（図３参照）と、上記工程（２）で求めたＥ偏光による２種類の回折光強度比ａE，ｂEとから、Ｅ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の溝深さｈ（Ｅ，０）及び平均溝幅ｗ（Ｅ，０）を決定する。例えば、第１の回折光強度比ａEを約０．２３、第２の回折光強度比ｂEを約１．３とすると、両強度比ａE，ｂEより求まる曲線群の交点Ｂから、溝深さｈ（Ｅ，０）及び平均溝幅ｗ（Ｅ，０）を決定する。
同様に、Ｅ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群（図示略）と、工程（２）で求めたＥ偏光による２種類の回折光強度比ａE，ｂEとから、Ｅ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合の溝深さｈ（Ｅ，２００）及び平均溝幅ｗ（Ｅ，２００）を決定する。
同様に、Ｅ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群（図示略）と、工程（２）で求めたＥ偏光による２種類の回折光強度比ａE，ｂEとから、Ｅ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の溝深さｈ（Ｅ，４００）及び平均溝幅ｗ（Ｅ，４００）を決定する。
【００１６】
（４ｂ）次に、Ｈ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の回折光強度比ａH，ｂHの曲線群（図４参照）と、上記工程（３）で求めたＨ偏光による２種類の回折光強度比ａH，ｂHとから、Ｈ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の溝深さｈ（Ｈ，０）及び平均溝幅ｗ（Ｈ，０）を決定する。例えば、第１の回折光強度比ａHを約０．２３、第２の回折光強度比ｂHを約０．９とすると、両強度比ａH，ｂHより求まる曲線群の交点Ｃから、溝深さｈ（Ｈ，０）及び平均溝幅ｗ（Ｈ，０）を決定する。
同様に、Ｈ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合の回折光強度比ａH，ｂHの曲線群（図示略）と、工程（３）で求めたＨ偏光による２種類の回折光強度比ａH，ｂHとから、Ｈ偏光でΔ＝２００ｎｍの場合における溝深さｈ（Ｈ，２００）及び平均溝幅ｗ（Ｈ，２００）を決定する。
同様に、Ｈ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の回折光強度比の曲線群（図示略）と、工程（３）で求めたＨ偏光による２種類の回折光強度比ａE，ｂEとから、Ｈ偏光でΔ＝４００ｎｍの場合における溝深さｈ（Ｈ，４００）及び平均溝幅ｗ（Ｈ，４００）を決定する。
【００１７】
（４ｃ）次に、上記工程（４ａ）で決定したＥ偏光に対する３通りの平均溝幅ｗ（Ｅ，０），ｗ（Ｅ，２００）及びｗ（Ｅ，４００）と、上記工程（４ｂ）で決定したＨ偏光に対する３通りの平均溝幅ｗ（Ｈ，０），ｗ（Ｈ，２００）及びｗ（Ｈ，４００）とから、台形の周期溝１０ａの上底幅ｗ1と下底幅ｗ2を決定する。
即ち、Ｅ偏光に対する３通りの平均溝幅を曲線で結ぶと図５に示す曲線Ｐが得られる。図５では、横軸に周期溝１０ａのだれΔが、縦軸にその平均溝幅ｗmがそれぞれ示されている。同様に、Ｈ偏光に対する３通りの平均溝幅を曲線で結ぶと同図に示す曲線Ｑが得られる。真の溝形状は曲線Ｐ上にあると共に曲線Ｑ上にもあるので、２つの曲線ＰＱの交点Ｄが求める台形の周期溝１０ａの溝形状である。したがって、その交点Ｄから台形の周期溝１０ａのだれΔ及び平均溝幅ｗmを求めることができる。
この求めたΔ及びｗmから周期溝１０ａの上底幅ｗ1と下底幅ｗ2を、
ｗm＝（ｗ1＋ｗ2）／２、及び、
Δ＝ｗ1−ｗ2
の関係式に基づき決定することができる。
【００１８】
（４ｄ）次に、上記工程（４ａ）で決定したＥ偏光に対する３通りの溝深さｈ（Ｅ，０），ｈ（Ｅ，２００）及びｈ（Ｅ，４００）と、上記工程（４ｂ）で決定したＨ偏光に対する３通りの溝深さｈ（Ｈ，０），ｈ（Ｈ，２００）及びｈ（Ｈ，４００）とから、台形の周期溝１０ａの溝深さｈを決定する。
即ち、Ｅ偏光に対する３通りの溝深さを曲線で結ぶと図６に示す曲線Ｐが得られる。図６では、横軸に周期溝１０ａのだれΔが、縦軸にその溝深さｈがそれぞれ示されている。同様に、Ｈ偏光に対する３通りの溝深さを曲線で結ぶと同図に示す曲線Ｑが得られる。真の溝形状は曲線Ｐ上にあると共に曲線Ｑ上にもあるので、２つの曲線ＰＱの交点Ｆが求める台形の周期溝１０ａの溝形状である。したがって、その交点Ｆから台形の周期溝１０ａのだれΔ及び溝深さｈを求めることができる。なお、ここで求めただれΔと上記工程（４ｃ）で求めただれΔは同じ値である。
このようにして、上記工程（４ｃ）で周期溝１０ａの上底幅ｗ1と下底幅ｗ2を、上記工程（４ｄ）で溝深さｈをそれぞれ決定することができる。
【００１９】
この第１実施例によれば、回折光強度がＥ偏光とＰ偏光とで異なること（偏光差）を利用して、Ｅ偏光に対する２種類の回折光強度比ａE，ｂE及びＰ偏光に対する２種類の回折光強度比ａH，ｂHをそれぞれ求め、これら４種類の回折光強度比ａE，ｂE，ａH，ｂH（４つのパラメータ）に基づいて台形の周期溝１０ａの溝形状を決定するので、その溝形状、即ち上底幅ｗ1、下底幅ｗ2及び溝深さｈの３つの未知数を決定することができる。
【００２０】
なお、第１実施例では、３通りのだれΔに対してそれぞれ得られる、Ｅ偏光に対する３通りの平均溝幅、Ｈ偏光に対する３通りの平均溝幅、Ｅ偏光に対する３通りの溝深さ及びＨ偏光に対する３通りの溝深さにより、図５の曲線Ｐ、同図の曲線Ｑ、図６の曲線Ｐ及び同図の曲線Ｑをそれぞれ描いている。勿論、Δの数は３通りより多いほうが曲線Ｐ，Ｑを精度よく描けて溝形状をより精度良く決定することができる。しかし、Δが３通りであっても、放物線近似を使えば良い精度で曲線Ｐ及びＱが描ける。
【００２１】
なお、この第１実施例では、３つの回折光の強度から求める２種類の回折光強度比を第１の回折光強度比ａE，ａH（１次光強度／０次光強度）及び第２の回折光強度比ｂE，ｂH（２次光強度／１次光強度）としているが、２種類の回折光強度比を、１次光強度／０次光強度の強度比及び２次光強度／０次光強度の強度比、又は２次光強度／０次光強度の強度比及び２次光強度／１次光強度の強度比としてもよい。
【００２２】
また、第１実施例の上記説明において、この発明の理解を容易にするために、予めＥ偏光及びＨ偏光の各々に対し、様々な台形状の周期溝１０ａに対する回折光強度の曲線群を準備しておくと説明した。例えば、３通りのだれΔにそれぞれ対応するＥ偏光に対する３種類の曲線群（図３参照）と、３通りのだれΔにそれぞれ対応するＨ偏光に対する３種類の曲線群（図４参照）を準備しておくと説明した。しかし、実際には、図３及び図４に示すような曲線群を準備するのではなく、様々な台形の周期溝１０ａに対する回折光強度のデータ群をベクトル回折理論により計算して作っておき、このデータ群を利用して、測定結果より数値計算によって直接溝形状を求めることができる。
【００２３】
次に、この発明の第２実施例に係る回折光を利用した溝形状測定方法を、図７〜図１１に基づいて説明する。
この溝形状測定方法は、偏光状態が同じで、入射角が互いに異なる２種類の偏光を用いるものである。
一般に、回折光強度は入射角によって変化する。この入射角特性を利用して台形の溝形状を決定することができる。なお、この入射角依存性もスカラー回折理論では説明できず、ベクトル回折理論によらなければならない。
レーザー光の偏光状態は、入射角が変わった時にレーザー光の偏光状態が不変であれば、円偏光でもＥ偏光でもＨ偏光でもかまわない。しかし、Ｈ偏光はアノマリーを生じることがあり、内挿が不可能なこともあるので、Ｅ偏光の方が好ましい。
この第２実施例では、前記２種類の偏光として、ある入射角（例えばθ＝３０°）のＥ偏光と、別の入射角（例えばθ＝６０°）のＥ偏光とを用いる。
【００２４】
この第２実施例に係る回折光を利用した溝形状測定方法は、以下の工程（１）〜（４）から構成されている。
（１）予め、入射角３０°のＥ偏光及び入射角６０°のＥ偏光の各々に対し、様々な台形の周期溝１０ａに対する回折光強度の曲線群を準備しておく。
例えば、入射角３０°のＥ偏光を周期溝１０ａに照射した場合及び入射角６０°のＥ偏光を周期溝１０ａに照射した場合の各々について、Δ＝０ｎｍ、２００ｎｍ、４００ｎｍの３通りについて、図７及び図８に示すような回折光強度比の曲線群を計算しておく。
即ち、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30の曲線群（図７参照）を準備しておく。同様に、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合及びΔ＝４００ｎｍとした場合の各々について、２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30の曲線群（図７と同様の曲線群で共に図示略）を準備しておく。また、入射角３０°のＥ偏光と同様に、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60の曲線群（図８参照）を準備しておく。同様に、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合及びΔ＝４００ｎｍとした場合の各々について、２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60の曲線群（図８と同様の曲線群で共に図示略）を準備しておく。
このように、入射角３０°のＥ偏光に対する３種類の曲線群と入射角６０°のＥ偏光に対する３種類の曲線群、都合６種類の曲線群を準備しておく。
【００２５】
（２）次に、偏光状態が同じで、入射角が互いに異なる２種類の偏光の一方、例えば入射角３０°のＥ偏光を周期溝１０ａに照射する。このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を受光器１２により測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比、即ち、第１の回折光強度比ａ30（１次光強度／０次光強度）及び第２の回折光強度比ｂ30（２次光強度／１次光強度）を求める。
【００２６】
（３）次に、２種類の直線偏光の他方、例えば入射角６０°のＥ偏光を周期溝１０ａに照射する。このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を受光器１２により測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比、即ち、第１の回折光強度比ａ60及び第２の回折光強度比ｂ60を求める。
（４）次に、入射角３０°のＥ偏光による２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30と、入射角６０°のＥ偏光による２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60との４種類の回折光強度比に基づいて台形の周期溝１０ａの溝形状を決定する。
【００２７】
この決定を行う具体的な手順は、以下の工程（４ａ）〜（４ｄ）から構成されている。
（４ａ）まず、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の回折光強度比ａ30，ｂ30の曲線群（図７参照）と、上記工程（２）で求めた入射角３０°のＥ偏光による２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30とから、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の溝深さｈ（３０°，０）及び平均溝幅ｗ（３０°，０）を決定する。例えば、第１の回折光強度比ａ30を約０．２１、第２の回折光強度比ｂ30を約０．８とすると、両強度比ａ30，ｂ30より求まる曲線群の交点Ｇから、溝深さｈ（３０°，０）及び平均溝幅ｗ（３０°，０）を決定する。
同様に、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合の回折光強度比ａ30，ｂ30の曲線群（図示略）と、工程（２）で求めた２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30とから、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合の溝深さｈ（３０°，２００）及び平均溝幅ｗ（３０°，２００）を決定する。
同様に、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の回折光強度比ａ30，ｂ30の曲線群（図示略）と、工程（２）で求めた２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30とから、入射角３０°のＥ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の溝深さｈ（３０°，４００）及び平均溝幅ｗ（３０°，４００）を決定する。
【００２８】
（４ｂ）次に、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の回折光強度比ａ60，ｂ60の曲線群（図８参照）と、上記工程（３）で求めた２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60とから、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の溝深さｈ（６０°，０）及び平均溝幅ｗ（６０°，０）を決定する。例えば、第１の回折光強度比ａ60を約０．１７、第２の回折光強度比ｂ60を約１．３とすると、両強度比ａ60，ｂ60より求まる曲線群の交点Ｊから、溝深さｈ（６０°，０）及び平均溝幅ｗ（６０°，０）を決定する。
同様に、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝２００ｎｍとした場合の回折光強度比ａ60，ｂ60の曲線群（図示略）と、工程（３）で求めた２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60とから、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝２００ｎｍの場合における溝深さｈ（６０°，２００）及び平均溝幅ｗ（６０°，２００）を決定する。
同様に、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝４００ｎｍとした場合の回折光強度比ａ60，ｂ60の曲線群（図示略）と、工程（３）で求めた２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60とから、入射角６０°のＥ偏光でΔ＝４００ｎｍの場合における溝深さｈ（６０°，４００）及び平均溝幅ｗ（６０°，４００）を決定する。
【００２９】
（４ｃ）次に、上記工程（４ａ）で決定した入射角３０°のＥ偏光に対する３通りの平均溝幅ｗ（３０°，０），ｗ（３０°，２００）及びｗ（３０°，４００）と、上記工程（４ｂ）で決定した入射角６０°のＥ偏光に対する３通りの平均溝幅ｗ（６０°，０），ｗ（６０°，２００）及びｗ（６０°，４００）とから、台形の周期溝１０ａの上底幅ｗ1と下底幅ｗ2を決定する。
即ち、入射角３０°のＥ偏光に対する３通りの平均溝幅を曲線で結ぶと図９に示す曲線Ｐが得られる。同様に、入射角６０°のＥ偏光に対する３通りの平均溝幅を曲線で結ぶと同図に示す曲線Ｑが得られる。真の溝形状は曲線Ｐ上にあると共に曲線Ｑ上にもあるので、２つの曲線ＰＱの交点Ｋが求める台形の周期溝１０ａの溝形状である。したがって、その交点Ｋから台形の周期溝１０ａのだれΔ及び平均溝幅ｗmを求めることができる。
この求めたΔ及びｗmから周期溝１０ａの上底幅ｗ1と下底幅ｗ2を、
ｗm＝（ｗ1＋ｗ2）／２、及び、
Δ＝ｗ1−ｗ2
の関係式に基づき決定することができる。
【００３０】
（４ｄ）次に、上記工程（４ａ）で決定した入射角３０°のＥ偏光に対する３通りの溝深さｈ（３０°，０），ｈ（３０°，２００）及びｈ（３０°，４００）と、上記工程（４ｂ）で決定した入射角６０°のＥ偏光に対する３通りの溝深さｈ（６０°，０），ｈ（６０°，２００）及びｈ（６０°，４００）とから、台形状の周期溝１０ａの溝深さｈを決定する。
即ち、入射角３０°のＥ偏光に対する３通りの溝深さを曲線で結ぶと図１０に示す曲線Ｐが得られる。同様に、入射角６０°のＥ偏光に対する３通りの溝深さを曲線で結ぶと同図に示す曲線Ｑが得られる。真の溝形状は曲線Ｐ上にあると共に曲線Ｑ上にもあるので、２つの曲線ＰＱの交点Ｌが求める台形の周期溝１０ａの溝形状である。したがって、その交点Ｌから台形の周期溝１０ａのだれΔ及び溝深さｈを求めることができる。なお、ここで求めただれΔと上記工程（４ｃ）で求めただれΔは同じ値である。
【００３１】
このようにして、上記工程（４ｃ）で周期溝１０ａの上底幅ｗ1と下底幅ｗ2を、上記工程（４ｄ）で溝深さｈをそれぞれ決定することができる。
この第２実施例によれば、回折光強度は入射角によって変化するという入射角特性を利用して、入射角３０°のＥ偏光に対する２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30及び入射角６０°のＥ偏光に対する２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60をそれぞれ求め、これら４種類の回折光強度比ａ30，ｂ30，ａ60，ｂ60（４つのパラメータ）に基づいて周期溝１０ａの溝形状を決定するので、台形の周期溝１０ａの溝形状、即ち上底幅ｗ1、下底幅ｗ2及び溝深さｈの３つの未知数を決定することができる。
【００３２】
なお、この第２実施例では、３つの回折光の強度から求める２種類の回折光強度比を第１の回折光強度比ａ30，ａ60（１次光強度／０次光強度）及び第２の回折光強度比ｂ30，ｂ60（２次光強度／１次光強度）としているが、２種類の回折光強度比を、１次光強度／０次光強度の強度比及び２次光強度／０次光強度の強度比、又は２次光強度／０次光強度の強度比及び２次光強度／１次光強度の強度比としてもよい。
【００３３】
次に、この発明の第３実施例に係る回折光を利用した溝形状測定方法を説明する。
この溝形状測定方法は、０次から３次までの４つの回折光を用いるものである。つまり、０次〜３次の４つの回折光強度から求まる３種類の回折強度比を用いる。
例えば、１次光強度／０次光強度、２次光強度／１次光光強度、及び３次光強度／２次光光強度の３種類の回折光強度比を用いることにより、台形の周期溝１０ａの溝形状に関する３つの未知数（上底幅ｗ1，下底幅ｗ2及び溝深さｈ）を決定することができる。
【００３４】
なお、上記各実施例では、透過回折光を利用した場合について説明したが、反射回折光を利用した場合にも、透過回折光を利用した場合と同様の作用、効果が得られる。反射回折光を利用した場合のほうが、溝深さに関しては透過回折光の場合よりも４倍の感度が得られるから、測定により適している。
【００３５】
次に、実際の光ディスクについて、回折光強度比の偏光特性及び入射角特性を調べて見る。
レーザ光の波長を０．４８８μｍ、
光ディスク（基板）１０の屈折率を１．５、
周期溝（台形溝）１０ａの溝周期を０．８μｍ、
溝深さｈを８０ｎｍ、
台形溝の上底幅をｗ1、
台形溝の下底幅をｗ2、
台形溝のだれΔをΔ＝ｗ1−ｗ2、
台形溝の平均溝幅ｗmをｗm＝（ｗ1＋ｗ2）／２＝０．４μｍ、
０次透過回折光強度をＴ０、
１次透過回折光強度をＴ１、
として、台形溝のだれΔによる透過回折光強度比（１次光強度／０次光強度）の変化を示したのが図１１及び図１２である。両図に関する計算はベクトル回折理論によった。
【００３６】
図１１は偏光状態による透過回折光強度比の違いを示している。この図において、Ｔ０は０次透過回折光強度、Ｔ１は１次透過回折光強度である。この図から、入射角＝４５°の場合、Ｅ偏光とＨ偏光とで回折光強度比Ｔ１／Ｔ０が全く異なることがわかる。上記第１実施例によれば、このような偏光差（偏光特性）を利用することにより、台形溝の溝形状を精度良く決定できる。
【００３７】
図１２は入射角による透過回折光強度比の違いを示している。この図から、入射角＝４５°の場合、入射角３０°のＥ偏光と入射角６０°のＥ偏光とで透過回折光強度比Ｔ１／Ｔ０が全く異なることがわかる。上記第２実施例によれば、このような入射角特性を利用することにより、台形溝の溝形状を精度良く決定できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、４種類の回折光強度に基づいて周期溝の形状を決定するので、台形の周期溝の溝形状、即ち上底幅、下底幅及び溝深さの３つの未知数を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例に係る溝形状測定方法を示す説明図
【図２】周期溝に照射される２種類の偏光を説明するための説明図
【図３】Ｅ偏光で台形溝のだれΔを０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａE，ｂEの曲線群を示すグラフ
【図４】Ｈ偏光でΔ＝０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａH，ｂHの曲線群を示すグラフ
【図５】台形溝の平均溝幅及びだれΔを決定するための説明に用いるグラフ
【図６】台形溝の溝深さｈ及びだれΔを決定するための説明に用いるグラフ
【図７】この発明の第２実施例に係る溝形状測定方法を示す図で、入射角３０°のＥ偏光でだれΔを０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａ30，ｂ30の曲線群を示すグラフ
【図８】入射角６０°のＥ偏光でだれΔを０ｎｍとした場合の、２種類の回折光強度比ａ60，ｂ60の曲線群を示すグラフ
【図９】平均溝幅及びだれΔを決定するための説明に用いるグラフ
【図１０】溝深さｈ及びだれΔを決定するための説明に用いるグラフ
【図１１】偏光状態による回折光強度比の違いを示すグラフ
【図１２】入射角による回折光強度比の違いを示すグラフ
【図１３】従来の溝形状測定方法を示す説明図
【図１４】２種類の回折光強度比の曲線群を示すグラフ
【符号の説明】
１０…光ディスク １０ａ…台形の周期溝
１１…１／２波長板 １２…受光器
Claims (7)
- 基板の表面に刻まれた周期溝の溝形状を回折光を利用して測定する溝形状測定方法において、
偏光面が互いに異なる２種類の直線偏光の一方を前記周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比を求める工程と、
前記２種類の直線偏光の他方を前記周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比を求める工程と、
前記一方の直線偏光による前記２種類の回折光強度比と、前記他方の直線偏光による前記２種類の回折光強度比との４種類の回折光強度比に基づいて、前記周期溝の溝形状を決定する工程と
を有することを特徴とする回折光を利用した溝形状測定方法。 - 前記一方の直線偏光の偏光面は前記周期溝に平行であり、かつ
前記他方の直線偏光の偏光面は前記周期溝に垂直である
ことを特徴とする請求項１記載の回折光を利用した溝形状測定方法。 - 前記一方の直線偏光による前記２種類の回折光強度比及び前記他方の直線偏光による前記２種類の回折光強度比は共に、０次回折光に対する１次回折光の強度比と１次回折光に対する２次回折光の強度比であることを特徴とする請求項１又は２記載の回折光を利用した溝形状測定方法。
- 基板の表面に刻まれた周期溝の溝形状を回折光を利用して測定する溝形状測定方法において、
入射角が互いに異なる２種類の偏光の一方を前記周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比を求める工程と、
前記２種類の偏光の他方を前記周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次及び２次回折光の各強度を測定して、これら３つの回折光の強度から２種類の回折光強度比を求める工程と、
前記一方の偏光による前記２種類の回折光強度比と、前記他方の偏光による前記２種類の回折光強度比との４種類の回折光強度比に基づいて、前記周期溝の溝形状を決定する工程と
を有することを特徴とする回折光を利用した溝形状測定方法。 - 前記２種類の偏光は、偏光面が前記周期溝に平行な直線偏光であることを特徴とする請求項４記載の回折光を利用した溝形状測定方法。
- 前記一方の偏光による前記２種類の回折光強度比及び前記他方の偏光による前記２種類の回折光強度比は共に、０次回折光に対する１次回折光の強度比と１次回折光に対する２次回折光の強度比であることを特徴とする請求項４又は５記載の回折光を利用した溝形状測定方法。
- 基板の表面に刻まれた周期溝の溝形状を回折光を利用して測定する溝形状測定方法において、
レーザ光を前記周期溝に照射し、このとき生じる０次、１次、２次回折光及び３次回折光の各強度を測定して、これら４つの回折光の強度から３種類の回折光強度比を求める工程と、
前記３種類の強度比に基づいて、前記周期溝の溝形状を決定する工程と
を有することを特徴とする回折光を利用した溝形状測定方法。
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