JP2006323990A - 動的な基準面の補償 - Google Patents

Abstract

【課題】ハードディスクドライブの特定の面積内により多くのデータを記録するため、ヘッドは回転ディスクへより近接した位置に設置されつつあり、ヘッドと回転ディスク間の正確に距離測定できるようにする。
【解決手段】動的な基準面の補償法は、第１放射源からの放射を対象物（２３０）の表面（２３２）に入射させることと、表面（２３２）上にある第１位置と、第２位置より反射される放射からの補償されていない測定信号を発生することと、表面（２３２）上にある第３、第４位置より反射される放射から補償信号を発生することと、補償されていない該信号と該補償信号を用い、補償された測定信号を発生すること、により構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は表面解析技術に関し、より詳しくは、動的な基準面の平坦化に関する。

多くの技術的応用は表面状態の測定を伴う。例えば、ディスクドライブ業界においては、好ましい品質のディスクを生産する可能性を見極める上で、生産各段階でのディスク表面の微視的なトポロジーの決定が重要な要素と成りつつある。かかるディスクに極めて高密度のデータが記録される場合、１μｍオーダーの水平方向の解像度で、１ｎｍ以下から数１０μｍの範囲にわたる高さの断面プロフィールが計測される。

ハードディスクドライブ等の記憶装置においては、読み取り／書き込みヘッドが回転ディスクに近接して設置される。読み取り／書き込みヘッドはディスクへの (物理的では無く) 磁気的なアクセスを可能にし、データの一部を読み取り及び／または書き込む。しかしながら、読み取り／書き込みヘッドがディスク表面に接触した場合、ディスク上に磁気的に記録されたデータが損傷を受ける可能性がある。また、ヘッドが回転ディスクに物理的に接触した場合、ヘッドへの損傷が生じる可能性がある。現行のハードディスクドライブにおいては、ディスクは毎秒当たり数千回の速度で回転可能なため、ヘッドと回転ディスク表面が物理的に接触した場合両者が極めて大きい損傷を受ける可能性がある。

ハードディスクドライブの特定の面積内により多くのデータを記録するため、ヘッドは回転ディスクへより近接した位置に維持される。従って、ヘッドと回転ディスク間の正確な距離測定が重要である。

幾つかの態様において、測定環境及び／または試験環境における動的な基準面の補償に係る技術が記述される。測定環境及び／または試験環境は、例えば、回転ディスクと外部対象物間の距離を測定するための環境を含む。あるいは、また、更に、測定及び／または試験の環境は、回転ディスクの表面状態の測定に係る環境を含む。

一態様において、動的な基準面の補償に係る技術は動的な基準面の補償の方法を包含する。一態様において、第１放射源からの放射が対象物の表面に入射させられる。補償されていない測定信号が表面上の第１位置と第２位置から反射される放射により発生され、更に、補償信号が表面上の第３位置と表面上の第４位置から反射される放射により発生される。補償されていない測定信号と補償信号を用いて、補償された測定信号が発生される。

他の一態様において、動的な基準面の補償に係るシステムは、第１放射源からの放射を対象物の第１表面に入射させる放射指向アセンブリ、表面上の第１位置と第２位置から反射される放射からの補償されていない測定信号を発生する測定信号アセンブリ、表面上の第３位置と表面上の第４位置から反射される放射から補償信号を発生する補償信号発生アセンブリ、そして補償されていない測定信号と補償信号から補償された測定信号を発生する補償測定信号発生アセンブリを含む。

他の一態様において、ディスク表面と読み取り／書き込みヘッド間の距離の測定法は、中心軸回りに対象物を回転させること、第１放射源から対象物の第１表面にある第１位置と第１位置近傍で第２位置にある試験片上に放射を指向させること、第２放射源から対象物の第１表面にある第３位置と第４位置に放射を指向させること、対象物の表面にある第３位置と第４位置から反射される放射より補償信号を発生すること、補償されていない測定信号と補償信号から補償された測定信号を発生すること、そして補償された測定信号よりディスクの第１表面と読み取り／書き込みヘッド間の距離を決定することを含む。

本発明の態様に係る更なる利点、目的、特徴は以下の詳細な記述により明らかになるであろう。ここでの一般的記述、そして以下の詳細な記述は本発明の態様に係る例にすぎず、本発明の態様に係る本質と特徴を理解するための概要または概念としてもたらされるものである。

発明効果

各種の態様において、ここで説明された技術により、スライダまたはハードディスクドライブの読み取り／書き込みヘッドは回転ディスクに近接して浮動することができ、ハードディスクドライブの製造または試験が繰り返し可能となる。また、かかる技術は感度を高め及び／または測定ノイズを削減し、光学的浮動高度試験機における回転ディスクとスライダの間隙のより正確な測定を可能とする。間隙が狭くなるに従い、磁気的な間隔も減少するので、よりコンパクトな設置面積を持つハードディスクドライブの設計が可能となる。

以下において、本発明に係る実施形態のより深い理解を目的として数多くの特定な詳細が説明される。本発明に係る実施形態はこれら特定の詳細の一部もしくは全てを無くして実施することが可能である。他の複数の例において、本発明を不必要に難解にしなないように、良く知られたプロセス操作の詳細な記述は省略されている。

また、詳細における「一実施形態」への言及は、実施形態に関連し記述される特定の特徴、構成、特性が少なくとも１つの実施に含まれることを意味する。以下随所に現れる「一実施形態において」という表現は同一の実施形態を指し示すこともあれば、そうでない場合もある。

図１は、一実施形態における動的な基準面の補償に係るシステムの概略図である。図１において、システムは、デュアルチャンネル差動位相検出器１００、測定信号位相計算機１４０、補償信号位相計算機１６０、そして結合器１７０を含む。一実施形態において、デュアルチャンネル差動位相検出器１００は、回転ディスク１３０と、読み取り／書き込みヘッドなどのヘッド１３４をシミュレートするデバイスとの間の距離の測定に適用される。この実施形態において、回転ディスク１３０は、電磁放射がディスク１３０を透過できるガラスまたは他の材料から製造可能であり、ヘッドをシミュレートするデバイス１３４はＡｌＴｉＣ（アルミニウムチタニウムカーバイド）などの電磁放射を反射する材料から製造可能である。

測定時、デュアルチャンネル差動位相検出器１００は放射の複数ビームをディスク１３０へ指向する。少なくとも１つの放射ビームがディスク１３０を通過可能であり、ヘッドをシミュレートするデバイス１３４より反射される。更に、少なくとも１つのビームがディスク１３０の底面より反射される。図２と図３を用いて以下に詳述される如く、ビーム間の光学経路差に起因する位相差が測定信号位相計算機１４０により使用され、ディスク１３０の底面とヘッドをシミュレートするデバイス１３４の間隙が測定される。測定信号位相計算機１４０はディスク１３０の底面とヘッドをシミュレートするデバイス１３４の間隙を表示する信号を出力する。

一実施形態において、システムは、検出器１００とディスク１３０の相対的位置の変化などに起因する基準面の動的な変化を補償するのに適用される。基準面の動的な変化を補償するために、デュアルチャンネル差動位相検出器１００は放射ビームの１つまたは複数をディスク１３０へ指向する。補償信号位相計算機１６０は補償信号を決定し、出力する。測定信号と補償信号は結合器１７０へ指向され、信号が結合され、補償された測定信号が発生される。

一実施形態において、デュアルチャンネル差動位相検出器１００は光学干渉計の原理を用いる。図２は、一実施形態によるデュアルチャンネル差動位相検出器２００の概略図である。図２において、検出器２００は第１レーザーダイオード２１０、第１コリメータレンズ２１２、第２レーザーダイオード２１４、第２コリメータレンズ２１６、ビームスプリッタ２２０、ウォラストンプリズム２２２、収束レンズ２２４、２２６を含む。他の実施形態において、半導体レーザーではないレーザー、Ｘｅアークランプ、水銀蒸気ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、白熱電球などの適切な光源によりレーザーダイオードを置換することが可能である。他の実施形態において、上述の光源は分割され、測定チャンネルと補償チャンネルに適したビームを発生できる。

測定環境下における悪影響を削減するために検出器２００はシュラウド２２８を有することが可能である。一実施形態において、シュラウド２２８をかく乱環境近傍に配置し、かく乱環境からの悪影響を削減することが可能である。かく乱環境は圧力変動及び／または熱振動といった１つ以上の変動である。様々な実施形態に準じ、シュラウド２２８は２つのうちの一つ以上の理由により測定再現性を改善する。第１に、かく乱環境下におけるビームの移動距離を削減し、それ故、温度及び／または圧力の不均一性による、ビーム間の光学位相差への寄与を削減できる。第２に、ビームが伝播する光学経路の均一性を改善できる。

検出器２００は回折格子２４０、収束レンズ２４２、２４４、移相器２４６、偏光子２４８、検出アセンブリ２５０を含む測定信号発生アセンブリを有する。検出器２００は、更に、回折格子２６０、収束レンズ２６２、２６４、移相器２６６、偏光子２６８、検出アセンブリ２７０を含む補償信号発生アセンブリを有する。

測定時、ダイオード２１０はコリメータレンズ２１２とビームスプリッタ２２０を通過する第１放射ビームを発生する。ウォラストンプリズム２２２は第１放射ビームを、第１部分と第２部分に分割し、分割されたビームはレンズ２２４とレンズ２２６を通して指向される。同様に、ダイオード２１４はコリメータレンズ２１６とビームスプリッタ２２０を通過する第２放射ビームを発生する。ウォラストンプリズム２２２は第１放射ビームを、第１部分と第２部分に分割し、分割されたビームはレンズ２２４とレンズ２２６を通して指向される。

第１の放射ビームまたは第２の放射ビームのいづれか一つが測定ビームとして作用し、他の１方が補償ビームとして作用する。単に説明の便宜上として、ここではダイオード２１４により発生された第２放射ビームを測定ビームとする。

測定ビームの第１部分はディスク２３０の底面上の第１位置で反射され、測定ビームの第２部分はヘッドをシミュレートするデバイス２３４の表面で反射される。反射された測定ビームはレンズ２２６、２２４を経て戻り、ウォラストンプリズム２２２により再結合され、重畳光ビームになる。重畳光ビームは、ビームスプリッタより測定信号発生アセンブリへと反射される。

反射ビームは回折格子２４０を通過する。この回折格子２４０は重畳光ビームを複数の回折次数の対に分割し、一対毎に２つの反射された光ビームの回折次数の重畳になっている。レンズ２４２、２４４は複数の回折次数を、軸に沿って平行であり等間隔である複数の光ビームとして、移相器２４６、偏光子２４８、検出アセンブリ２５０へ照射する。検出器アセンブリは、ディスク２３０の底面から反射される測定ビームの第１部分と、ヘッドをシミュレートするデバイス２３４の表面より反射される測定ビームの第２部分との位相差を用い、これら表面間距離の関数である信号を発生する。この実施形態において検出器アセンブリは米国特許５３９２１１６号に記載されている技術を実質的に用いている。

補償ビームは第３部分と第４部分に分割されるが、上述の如く、両者はディスク２３０の底面のそれぞれの位置より反射される。補償ビームはビームスプリッタ２２０より補償信号発生アセンブリへ指向されるが、この補償信号発生アセンブリは測定信号発生アセンブリと類似の構成要素を有する。検出器アセンブリ２７０は、ディスク２３０の底面から反射される補償ビームの第１部分と、ディスク２３０の底面から反射される補償ビームの第２部分の位相差より補償信号を発生する。補償信号は補償ビームの２つの部分の光学経路差の関数である。従って、補償信号は検出器２００とディスク２３０の相対位置の変化に応じて変化する。

図１を再度参照すると、一実施形態において、検出器２５０からの単一または複数の測定信号出力は測定信号位相計算機１４０へ入力され、この測定信号位相計算機は測定信号の反射要素間の位相差θを算出する。同様に、検出器２７０から出力される単一または複数の補償信号位相計算機１６０へ入力され、この補償信号位相計算機は補償信号の反射要素間の位相差θ_auxを算出する。結合器１７０はこれらの信号を結合し、検出器２５０と試験対象物の相対位置変化によって生じた誤差を補償する修正された位相信号を発生する。一実施形態において、修正された位相信号は以下の式により算出される。
θ_corr＝θ−θ_aux（ｄ／ｄ_aux）（λ_aus／λ）
ここで、
θ_corrは修正された位相差、
θは測定ビーム間で測定された位相差、
θ_auxは補償ビーム間で測定された位相差、
ｄは測定ビームの第１部分の入射点と測定ビームの第２部分の入射点間の距離、
ｄ_auxは補償ビームの第１部分の入射点と補償ビームの第２部分の入射点間の距離である。
λは測定ビームに使用された放射の波長。
λ_aux補償ビームに使用された放射の波長。
上述の式と例示した実施形態は測定点（第１位置と第２位置）と補償点（第３位置と第４位置）とが互いに実質的に平行な２つの線分となる場合に適用されるものであることに留意されたい。この場合、補償信号は、測定値から補償が必要とされる誤差に直接的に比例し、簡単な式となる。以下の請求項は、３つ以上の補償点（及び／または２つ以上の補償信号）が使用される場合も包含し、測定点により定義される線分が必ずしも実質的に平行でない場合に、上述の補償信号の単純な代数的組み合わせにより生じた誤差を補正できる。

一実施形態において、測定信号位相計算機１４０、補償信号位相計算機１６０、そして結合器１７０は、コンピュータ読み取りが可能な論理命令として媒体に記録し、適切なプロセッサにより実行可能な論理命令として実現可能である。論理命令は汎用計算機器の揮発性または非揮発性メモリモジュールなどの適切なメモリに記録されたソフトウェアとして具体化可能である。実行において、論理命令は、汎用計算機器を設定し論理命令を実施する。他の実施形態において、論理命令はファームウェア、または配線接続された専用回路として具体化されうる。別の実施形態において、測定チャンネルと補償チャンネルからの信号を受け取る複数の検知器をカメラ（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、あるいは他の適切なタイプ）または適切な専用ピクセルアレイなどの単一検出器とすることができる。

図１と図２に示される実施形態は、４つの異なった点（３つがディスク表面にある）から反射される放射を示している。実際のところ、３つの異なる点のみが必要である。測定信号は第１点と第２点からの反射された放射の特質より発生され、補償測定信号は第３点と、第１又は第２点からの反射された放射の特質より発生される。従って、ここで使用されたディスク表面上の第１点、第２点、又は第３点は必ずしもすべて異なる点である必要は無く、２つの点は重複できるか、または同一であってよい。

図３は一実施形態に準じた動的な基準面の補償法の流れ図である。測定過程３１０において、放射は回転ディスク表面などの表面に入射する。一実施形態において、ここで記述された如く、放射は測定レーザービームと補償レーザービームを含む。測定過程３２０において、測定信号が発生される。一実施形態において、測定信号は測定信号における２つの反射された要素間の位相差である。測定過程３３０において、補償信号が発生される。一実施形態において、補償信号は補償信号における２つの反射された要素間の位相差である。測定過程３２０と測定過程３３０は同時に実行可能である。測定過程３４０において、補償された測定信号が発生される。一実施形態において、補償された測定信号は上で記述されたように算出される。

従って、ここで記述された実施形態は、距離測定に関する信号を発生する第１干渉計と、検出器とディスクの相対位置の変化など、又は表面の変動により測定信号に導入される誤差に関する信号を発生する補助干渉計とを用いたデュアル干渉計である。補助信号は測定信号の修正に使用可能である。

別の実施形態において、単一のレーザー源は、個々の測定ビームと補償ビームに分割可能であり、分割後のビームは上述の手法に基づき処理可能である。

別の実施形態において、測定ビームを、ディスクまたは半導体基板の断面プロフィール差の測定に使用可能である。

本発明に係る記述と請求項において、用語「結合した」、「接続した」、そして更にはそれらの派生語が使用される。複数の実施例において、「接続した」は２つ以上の要素が直接的な物理的接触状態にあることを示すために用いられる。「結合した」は２つもしくはそれ以上の要素が直接的な物理的接触状態にあることを意味する。しかしながら、「結合した」は２つもしくはそれ以上の要素が直接的な物理的接触状態にないが、相互に協力または作用できることも意味する。

実施形態は、構造的特徴及び／または方法論的行為に特定の表現で記述されたが、本発明に係る主題は、ここで記述された特定の特徴ならびに行為に限定されるものではない。むしろ、これら特定の特徴ならびに行為はさまざまな実施形態を具現化するための見本形態として開示される。本発明は、１つまたは複数の実施形態と関連付けて記述されたが、本発明は単１の実施形態に限定されることを意図していない。本発明は、添付の請求項で定義される如く、本発明の思想と適用範囲内に含まれる代替、変更、及び同等のものを網羅することを意図する。

一実施形態における動的な基準面の補償に係るシステムの概略図。 一実施形態におけるデュアルチャンネル差動位相検出器の概略図。 一実施形態における動的な基準面の補償法の流れ図。

符号の説明

１００ デュアルチャンネル差動位相検出器、１３０ ディスク、１３４ ヘッド、１４０ 測定信号位相計算機、１６０ 補償信号位相計算機、１７０ 結合器、２００ 検出器、２１０ 第１レーザーダイオード、２１２ 第１コリメータレンズ、２１４ 第２レーザーダイオード、２１６ 第２コリメータレンズ、２２０ ビームスプリッタ、２２２ ウォラストン（ウォラストン）プリズム、２２４ 収束レンズ、２２６ 収束レンズ
２２８ シュラウド、２３０ ディスク、２３２ ディスク表面、２３４ デバイス
２４０ 回折格子、２４２ レンズ、２４４ レンズ、２４６ 移相器、２４８ 偏光子、２５０ 検出アセンブリ、２６０ 回折格子、２６２ 収束レンズ、２６４ 収束レンズ、２６６ 移相器、２６８ 偏向子、２７０ 検出アセンブリ、３１０ 表面への放射入射、３２０ 測定信号の発生、３３０ 補正信号の発生、３４０ 補償された測定信号の発生

Claims (18)

1. 第１放射源（２１０）からの放射を対象物（２３０）の表面（２３２）に入射させることと、
   表面（２３２）上にある第１位置と、第２位置より反射される放射から補償されていない測定信号を発生することと、
   表面（２３２）上にある第３、第４位置より反射される放射から補償信号を発生することと、
   補償されていない信号と補償信号を用い、補償された測定信号を発生することと
   を含むことを特徴とする動的な基準面の補償法。
2. 更に、第２放射源（２１４）からの放射を対象物の第１表面（２３２）に入射させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 該表面の第１位置と第２位置より反射される放射からの補償されていない測定信号の発生が、第１位置と第２位置より反射される放射間の位相差を決定することにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 表面上にある第３位置と、表面上にある第４位置より反射される放射からの補償信号の発生が、第３位置と第４位置より反射される放射間の位相差を決定することにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 第１測定信号と補償信号より補償された測定信号を発生することが、第１測定信号と補償信号の位相差を決定することにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 第１放射源からの放射を対象物の第１表面に入射させる放射指向アセンブリと、
   表面上にある第１位置と第２位置より反射される放射から補償されていない測定信号を発生する測定信号発生アセンブリと、
   表面上にある第３、第４位置より反射される放射から補償信号を発生する補償信号発生アセンブリと、
   補償されていない信号と補償信号より補償された測定信号を発生する、補償された信号の発生アセンブリと
   を含むことを特徴とする動的な基準面の補償システム。
7. 放射指向アセンブリが
   測定信号用の第１レーザービームを発生する第１レーザーダイオード（２１０）と、
   補償信号用の第２レーザービームを発生する第２レーザーダイオード（２１４）と
   により構成されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 放射指向アセンブリが第１レーザービームの一部と第２レーザービームの一部を表面に指向する単一光学アセンブリにより構成されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. 複数の測定ビームが、回転ディスクの中心からディスク表面に沿って伸びる放射状の直線に実質的に平行である表面に指向されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
10. 測定信号発生アセンブリと補償信号発生アセンブリが、
    回折格子（２４０）と、
    移相アセンブリ（２４６）と、
    第１位置と第２位置から反射される放射間の位相差に基づき測定信号を発生するシグナル発生アセンブリと、
    を含むことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
11. 補償された測定信号発生アセンブリが、
    測定信号より位相差を算出する手段と、
    補償信号用に位相差を算出する手段と、
    第１測定信号と補償信号より補償された信号を発生する手段と
    を含むことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
12. 対象物を中心軸廻りに回転させることと、
    第１放射源（２１０）からの放射を、対象物の第１表面（２３２）の第１位置と、その第１位置近傍の第２位置にある試験片（２３４）に指向させることと、
    第２放射源からの放射を、対象物（２３０）の第１表面（２３２）の第３、第４位置に指向させることと、
    第１表面（２３２）上の第１位置と試験片（２３４）から反射される放射より補償されていない測定信号を発生させることと、
    対象物（２３０）第１表面（２３２）の第３、第４位置から反射される放射より補償信号を発生させることと、
    補償されていない測定信号と補償信号から補償された測定信号を発生させることと、
    補償された測定信号から対象物（２３０）の第１表面と試験片（２３４）間の距離を決定することと
    を含むことを特徴とする対象物（２３０）の表面（２３２）と試験片（２３４）間の距離を測定する方法。
13. 第１放射源（２１０）からの放射を、対象物（２３０）の第１表面（２３２）の第１位置と、第１位置近傍の第２位置にある試験片（２３４）に指向させることが、第１ビームと第２ビームに分割する光学アセンブリを通してレーザービームを発信させることにより構成されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 第２放射源からの放射を、対象物（２３０）の第１表面（２３２）の第３、第４位置に指向させることが、第３ビームと第４ビームに分割する光学アセンブリを通してレーザービームを発信させることにより構成されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
15. 第１放射源からの放射と第２放射源からの放射が、共通の光学アセンブリを通して発信させることにより構成されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
16. 表面上の第１位置と試験片（２３４）から反射される放射より第１測定信号を発生させることが、第１位置と試験片（２３４）から反射される放射間の位相差を決定させることにより構成されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
17. 表面の第３、第４位置から反射される放射より補償信号を発生させることが、第３位置と第４位置から反射される放射間の位相差を決定させることにより構成されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
18. 第１測定信号と補償信号から補償された測定信号を発生させることが第１測定信号と補償信号間の位相差を決定させることにより構成されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。

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