JP2008111830A - ディスクの周面欠陥検出方法および検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チャンファ部の表面に対して45°±5°の範囲にある入射角で入射した光の正反射光を絞りを介して受光器で受光することで、散乱光を多く発生する異物の受光信号のレベルの低下を小さく抑えて、ノイズに近いものとし、チャック痕による疵等の受光信号のレベルを大きく低下させ、異物と疵の検出信号の間のレベル差を大きくする。その上で、ディスクの回転により発生するディスク外周面の上下方向の振れによる受光信号の信号基準レベルの変動を抑制しあるいは変動をキャンセルする。これにより受光信号においてレベルが大きく低下した外周欠陥の検出信号を容易に得ることができる。
【選択図】 図1
Description
図6(a)において、ガラスディスク1は、各種の外径のものがあり、それぞれは所定の直径の中心孔Hを有する。(b)は、その外周部分の断面を示し、上側となるその表面を1a 、下側となるその表面(裏面)を1b 、外周の側面を1c とする。ディスク1は、側面1c の付近が面取りされた上側の周縁部(以下チャンファ)ChUと下側のチャンファChDが形成されており、側面1c より内方の長さdの範囲が外周エッジ部E(外周面)とされ、ここに生じた欠け、割れが周面欠陥Kとされる。なお、長さdはディスク1のサイズにより異なり、例えば、2.5インチの場合は0.2mmとされている。
ガラスサブストレートを使用した磁気ディスクの従来の外周エッジの欠陥検出方法としては、外周エッジ部Eの上部に、法線からみた入射角30゜程度でチャンファ部に投光して散乱光を受光する第1の受光系と、これに加えて、ディスクの外周側面に対向する方向で散乱光を受光する第2の受光系を設けた出願人による発明が公知となっている(特許文献1)。
さらに、周面欠陥の検出装置ではないが、透明体ディスクの上部からディスク表面へ線状の光を照射してこれをディスクの内部で全反射させて外周側面からの散乱光を受光してディスク表面における欠陥を検出する欠陥検出装置が公知となっている(特許文献2)。
このようなアルミディスクは、ガラスディスクより表面が柔らかく、ディスクハンドリングの際にチャック痕が付き易い。
従来の疵より小さいこのようなチャック痕は、特許文献1に示されるような従来のガラスディスクの外周エッジの欠陥検出方法で欠陥検出をしても検出信号のレベルが低く、チャンファに付着した異物とチャック疵との区別がしにくい欠点がある。
なお、付着異物(以下異物)は洗浄すれば採れるが、問題となるようなチャック痕のあるディスクは不良となるか、場合によっては研磨して取除くことになる。
一方、ガラスディスクは、チャック痕とはならずに欠けることが多く、その欠けが比較的小さいものもある。このような場合も欠陥検出をした場合に検出信号のレベルが低く、チャンファに付着した異物とチャック疵との区別がつきにくい。
すなわち、検査対象となるディスクは、スピンドルに挿着されて回転状態で欠陥検査が行われので、欠陥検出時のディスクの外周面では特にディスクの面振れにより上下方向の振れが大きくなる。そのため、チャック痕による疵の検出信号の基準レベルがディスクの振れにより変動し、チャック痕による疵の検出信号と異物等の検出信号とを明確に分離できない問題がある。異物を疵あるいは欠陥として検出することは、ディスクの歩留まりを悪化させる。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、欠陥の1つである異物をほとんど検出することなく、ディスク基板をチャックしたときに残るチャック痕、疵や欠け等の外周欠陥を高精度に検出することができるようなディスクの周面欠陥検出方法を提供することにある。
この発明の他の目的は、異物をほとんど検出することなく、外周面の欠陥を高精度に検出することができるようなディスクの周面欠陥検出装置を提供することにある。
これにより受光信号においてレベルが大きく低下した外周欠陥の検出信号を容易に得ることができる。
受光信号の信号基準レベルの変動を抑制しあるいはキャンセルするには、基準レベル変動抑止回路を設けることができる。その回路の一例としては、ローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタとを介して信号基準レベルの変動に対応する信号を受光信号から検出基準信号として抽出し検出基準信号と前記受光信号とを比較する回路を挙げることができる。さらに他の例としては、ハイパスフィルタを通すことで受光信号の信号基準レベルの変動成分を除去して欠陥検出信号を受光信号から抽出する回路を挙げることができる。
このような受光信号の基準レベル変動抑止回路によりチャック痕による疵を含めた外周チャンファ部の疵を異物と区別して異物をほとんど検出することなく、外周欠陥を検出することができる。
その結果、この発明を適用した周面欠陥検出装置にあっては、ディスクの外周チャンファ部におけるチャック痕等による疵や欠け等の欠陥を異物と切り離して効率よく、高精度に検出することができる。
図1において、10は、欠陥検査装置であり、スピンドル2と、欠陥検出光学系3、欠陥検出回路5、データ処理装置6、そしてディスク反転機構8とからなる。
欠陥検出光学系3は、投光系3a、そして受光系4とからなる。
スピンドル2は、検査対象となるアルミディスク(以下ディスク)1が装着されて回転する。投光系3aは、ディスク1の表面1a側の外周チャンファ部1dに対して入射角θi≒45゜で光源(レーザ光源)31からのレーザスポットSpをディスクの外周面の検査領域Qに照射する。
受光器43は、アバランシェ・フォトダイオード(APD)であり、ディスク1の表面1aに対して垂直方向で外周チャンファ部1dから所定距離離れた上部に配置され、その受光面に、結像レンズ41、絞り孔板42を介して検査領域Qからの正反射光を受ける。
なお、入射角θiは、表面側の外周チャンファ部1dの表面に立てた法線に対して45°±5°の範囲にある。絞り孔板42は、チャンファ部1dからの正反射光のみを通す大きさの絞り孔42aを有している。その孔径は調整可能である。レーザスポットSpの径は、ディスク1の厚さよりも大きいが、受光器43は、ディスク1の表面1aに対して垂直方向で外周チャンファ部1dの上部にあることと、絞り孔42aの存在によりチャンファ部1dからの正反射光のみを受けることができる。
ここで、LPF52は、ディスク外周面の上下方向の振れによる発生する受光信号の基準信号を抽出する回路であり、HPF53は、LPF52の出力端子とグランドGNDとの間に挿入されて、高周波ノイズ成分と疵や異物等の検出信号成分をグランドGNDへと落とす回路である。そして、比較増幅器(COM)54は、ディスク外周面の上下方向の振れによる発生する受光信号の基準レベルの変動をキャンセルして外周欠陥の検出信号を発生する回路になっている。
データ処理装置6は、MPU61と、メモリ62、ディスプレイ63、キーボード64、インタフェース回路(I/F)65等からなり、これらが相互にバス66を介して接続されている。67は、HDD等の外部記憶装置である。
メモリ62には、欠陥検出プログラム62aと、欠陥大きさ判定プログラム62b、ディスク合否判定プログラム62c、そして作業領域62dが設けられている。
なお、MPU61は、スピンドル2側に設けられたエンコーダ2aからディスクの1回転に対応して得られるインデックス信号INDをバス66を介して割込み信号として受ける。
8は、ディスク反転機構であって、スピンドル2に装着されたディスク1に隣接して設けられている。このディスク反転機構8は、ディスク1の外周側面をチャック機構でチャックしてスピンドル2からディスク1をその上に持ち上げて受取る。そして、レール(図示せず)上を後退してスピンドル2の位置からディスク1を待避させて、表面側外周チャンファ部1dが検査済みのディスク1を反転して裏面側を表面としてレール上を前進してディスク1をスピンドル2の上のに戻してスピンドル2に再装着する。なお、ディスク反転機構は各種のものが公知であるので詳細は割愛する。
図2(a)に示すように、チャンファ部に異物があるときには、その異物は、前方・後方散乱光を多く発生し、正反射光が減少するので、正反射光を受ける受光器43は、図3の点P1,P2,P3で示すような各波形がその受光信号(検出信号S)に現れてくる。
ディスク1のチャンファ部1dにチャック痕等による疵Fがあった場合には、図2(b)に示すように、正反射光は大きく減少するので受光器43の受光信号は低下し、図3の点KFで示すようなパルス状の波形が疵Fの検出信号として得られる。これに対して、異物に対応する点P1,点P2,点P3で示す各波形の検出信号(以下点P1の検出信号,点P2の検出信号,点P3の検出信号)は、それぞれ点KFで示す波形の検出信号(以下点KFの検出信号)よりも受光信号のレベル低下が小さい。
しかし、受光信号の基準レベルの変動により、点KFの検出信号が検出信号Sの山の位置にあるとき、あるいはレベル低下が小さかったとき、あるいは逆にパルス的な波形の点P3の検出信号のレベルが図示するもよいも大きいときには判別し難くなることがある。
この振動波形が比較増幅器(COM)54の(+)入力に加えられることで、(−)入力側の受光信号の基準信号レベルの変動がキャンセルされる。
検出信号Sは、完全な正弦波ではないので、これらフィルタを通すことが必要になるが、スピンドルの回転数を、例えば10,000回転とし、LPF52の遮断周波数を、例えば、200Hzとして2.5インチのディスク外周面の上下方向の振れに応じた信号成分を通過させるものとすれば、1.8インチの場合にも共に使用可能である。
このLPF52は、スピンドルの回転数にもよるが、検出信号Sにおける1つあるいは複数の径における各ディスク外周面の上下方向の振れに応じた信号成分の周波数に対応させてそれらの信号成分を抽出するBPF(バンドバスフィルタ)を用いることができる。したがって、LPF52をBPFとしてもよい。
このようにすると、受光信号の基準レベルの変動がキャンセルされるばかりでなく、点P1,P2の各検出信号で示される異物に対応する検出信号はレベル低下が小さくノイズ的なものとなっているので、図4(b)に点線で示すように、そのほとんどが比較増幅器54の出力には現れてこない。
比較増幅器54は、高利得非反転直流増幅器であるので、(−)入力の入力信号の高周波ノイズも増幅される可能性があるが、これは、非反転直流増幅器の動作不感帯で多少除去され、さらに図示していないが、コンデンサ等でグランドGNDへ落とせば除去される。これにより高周波ノイズに近い点P1,P2の各検出信号は除去される。
その結果として図4(b)のような検出信号を比較増幅器54の出力として欠陥検出信号Skを得ることができる。ここで多くの異物についての検出信号は落とされる。もちろん、このとき高周波ノイズも出力されない。
A/D55は、これら点P3と点KFの各検出信号に対応するパルス信号を欠陥検出信号Skとして受ける。この信号のレベルを欠陥検出信号Skの発生ごとにデジタル値に変換して作業領域62dに順次記憶する。
なお、前記の所定の基準値は、異物についての点P3の検出信号を排除し、チャック痕による疵、あるいはその他の疵を検出できるレベルとして選択されている。
欠陥大きさ判定プログラム62bは、MPU61により実行されて、MPU61は、作業領域62dの所定の記憶位置に記憶された欠陥検出信号Skの各検出信号のレベルから欠陥を大,中,小の3段階に分類して作業領域62dの前記とは別の所定の記憶位置に記憶する。そして、次にディスク合否判定プログラム62cをコールする。
ディスク合否判定プログラム62cは、MPU61により実行されて、MPU61は、作業領域62dに記憶された大きさ分類されたデータを参照して大が1個あったときには不合格とする。中が2個以上あったときのも不合格とする。小が5個を超えたときには不合格とする。合否判定の結果、表面側が不合格となったディスクは、ディスプレイ63にその旨が表示され、不合格ディスクは、ハンドリングロボットによりスピンドル2から取外されて不合格のカセット(NGのカセット)に搬送される。
そして、インデックス信号IND待ちをして前記と同様な検査を裏面側のチャンファ部ChDに対して行う。
MPU61は、この裏面側のディスク合否判定が終了した時点で検査ディスクの合否判定の結果をディスプレイ63に表示して不合格ディスクをNGのカセットに搬送する。
その結果、表裏いずれかで不合格となったディスクは、NGのカセットに収納され、G(合格)となったディスクは、合格(G)のカセットに収納されてここでのディスク1の検査が終了し、次の新しい検査対象ディスクの検査に移る。
ところで、前記したように、図1の実施例では、パルス的な点P3の検出信号は、所定の基準値と比較して排除しているが、点P3の検出信号と点KFの検出信号の排除は、比較増幅器54とA/D55との間に欠陥検出信号Skを所定の基準値と比較するコンパレータを設けて、点P3の検出信号を欠陥検出信号Skから排除するようにしてもよい。次にその例を説明する。
欠陥検出回路7は、図1におけるLPF52とHPF53の接続関係が逆になり、HPF53の後ろにLPF52が従属接続されている。LPF52の出力は、コンパレータ54aに入力され、コンパレータ54aの“1”あるいは“0”の出力がA/D55に入力される。これにより、コンパレータ54aの“1”の期間が長いときにはその期間分“1”のレベルが所定の周期で連続してA/Dに変換されることになる。
なお、A/D55に換えて欠陥ビットメモリを設けて、ディスク1周分のビットデータを記憶し、MPU61がビットデータを読出すようにしてもよい。
通常、HPF52にLPF53を従属接続する構成は、BPF(バンドパスフィルタ)になる。
LPF52は、遮断周波数を3MHzとする。これは、受光信号から高周波ノイズをカットし、異物を含めた欠陥検出信号を排除するフィルタである。
結局のところ、HPF53とLPF52とからなるBPFの帯域を200Hz〜3MHzとしたフィルタを設けて欠陥検出信号を抽出する。
この欠陥検出信号を、比較基準となる基準値(閾値)Vthを(+)入力側に持つコンパレータ54aの(−)入力に入力することで、高周波ノイズ成分と異物に対応する点P1,P2,P3の各検出信号を欠陥検出信号からカットして、図4(b)に示す欠陥検出信号Skから点P3の検出信号を除いた点KFの検出信号を得る。
なお、コンパレータ54aの基準値Vthは、点P3の検出信号を除去する値に調整される。
また、実施例では、アルミディスク(アルミサブストレート、アルミサブストレートを有する磁気ディスク)を例として説明しているが、この発明は、アルミディスクに限定されるものではなく、ガラスサブストレートを有する磁気ディスク、その他のメディアディスク等にも適用できる。
さらに、実施例の受光器は、APDを用いているが、この発明は、CCDやホトマルチプライヤなど各種の受光素子,受光器を用いることができる。
さらに、実施例では、照射光をレーザビームとしているが、照射光は白色光であってもよいことはもちろんである。
なお、この明細書での欠陥という言葉は、欠損や欠落のみならず疵一般に対する広義の概念として使用するものであって、これについては特許請求の範囲における語も同様である。
2…スピンドル、3…欠陥検出光学系、
3a…投光系、31…光源(レーザ光源)、
4…受光系、41…結像レンズ、42…絞り孔板、43…受光器、
5,7…欠陥検出回路、
51…プリアンプ、52…LPF(ローパスフィルタ)、
53…HPF(ハイパスフィルタ)、
54,54a…コンパレータ、55…A/D、
6…データ処理装置、61…MPU、
62…メモリ、62a…欠陥検出プログラム、
62b…欠陥大きさ判定プログラム、
62c…ディスク合否判定プログラム、
62d…作業領域。63…ディスプレイ、
64…キーボード、
8…ディスク反転機構、10…欠陥検査装置、
Q…検査領域。
Claims (15)
- ディスクの外周面の欠陥を検出するディスクの周面欠陥検出方法において、
回転するディスクの外周チャンファ部の表面に対して45°±5°の範囲にある入射角で光ビームを前記外周チャンファ部に照射し、
前記外周チャンファ部から所定距離離れて設けられた受光器で前記外周チャンファ部からの正反射光を絞りを介して受光して受光信号を得て、
前記ディスクの回転により発生する前記外周面の振れによる前記受光信号の信号基準レベルの変動を抑制しあるいは変動をキャンセルして前記外周面の欠陥の検出信号を得るディスクの周面欠陥検出方法。 - 前記絞りの孔径を選択して前記外周チャンファ部の幅に対応する正反射光を通過させる請求項1記載のディスクの周面欠陥検出方法。
- 前記受光信号の信号基準レベルの変動を抑制しあるいは変動をキャンセルするために前記信号基準レベルの変動に対応する周波数の信号を通過させるローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタと、前記信号基準レベルの変動に対応する周波数の信号を阻止するハイパスフィルタのいずれかのフィルタ回路に前記受光信号を通し、前記フィルタ回路から得られる信号に基づいて前記外周面の欠陥の検出信号を得る請求項2記載のディスクの周面欠陥検出方法。
- 前記フィルタ回路は、高周波ノイズと欠陥検出信号とを除去する他のハイパスフィルタを有し、前記他のハイパスフィルタと前記ローパスフィルタおよび前記バンドパスフィルタのいずれかとを通して前記信号基準レベルの変動に対応する周波数の信号を検出基準信号として得て、この信号と前記受光信号とを比較することで前記外周面の欠陥の検出信号を得る請求項3記載のディスクの周面欠陥検出方法。
- 前記ハイパスフィルはバンドパスフィルタであり、前記フィルタ回路は前記バンドパスフィルタにより前記外周面の振れによる周波数の信号を排除して前記受光信号の信号基準レベルを平滑化した前記受光信号を抽出してこの抽出された受光信号に基づいて前記外周面の欠陥の検出信号を得る請求項3記載のディスクの周面欠陥検出方法。
- 前記抽出された受光信号をコンパレータにより所定の基準値と比較して前記外周面の欠陥の検出信号を得る請求項5記載のディスクの周面欠陥検出方法。
- ディスクの外周面の欠陥を検出するディスクの周面欠陥検出装置において、
回転するディスクの外周チャンファ部の表面に対して45°±5°の範囲にある入射角で光ビームを前記外周チャンファ部に照射する投光系と、
前記外周チャンファ部から所定距離離れて設けられ絞りを介して前記外周チャンファ部からの正反射光を受光して受光信号を発生する受光器と、
前記ディスクの回転により発生するディスク外周の振れによる前記受光信号の信号基準レベルの変動を抑制しあるいはキャンセルする基準レベル変動抑止回路とを備え、
前記基準レベル変動抑止回路から得られる信号に基づいて前記外周面の欠陥の検出信号を得るディスクの周面欠陥検出装置。 - 前記絞りの孔径は、前記外周チャンファ部の幅に対応する正反射光を通過させるものである請求項7記載のディスクの周面欠陥検出装置。
- 前記基準レベル変動抑止回路は、信号基準レベルの変動に対応する周波数の信号を通過させるローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタと、前記信号基準レベルの変動に対応する周波数の信号を阻止するハイパスフィルタのいずれかのフィルタ回路を有し、前記受光信号を前記フィルタ回路に通した信号に基づいて前記外周面の欠陥の検出信号を得る請求項8記載のディスクの周面欠陥検出装置。
- 前記フィルタ回路は前記ローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタのいずれかと高周波ノイズと欠陥検出信号とを除去する他のハイパスフィルタとを有し、
前記基準レベル変動抑止回路は、前記他のハイパスフィルタとを通して高周波ノイズと欠陥検出信号とを除去して前記信号基準レベルの変動に対応する周波数の信号を検出基準信号として得て、前記検出基準信号と前記受光信号とを比較することにより前記外周面の欠陥について欠陥検出信号を得る請求項9記載のディスクの周面欠陥検出装置。 - 前記光ビームはレーザ光であり、前記受光器を前記ディスクの表面に対して垂直な方向に配置し、前記検出基準信号と前記受光信号とは、比較増幅器、コンパレータおよび差動増幅器のうちの1つにより比較される請求項10記載のディスクの周面欠陥検出装置。
- 前記ハイパスフィルはバンドパスフィルタであり、前記バンドパスフィルタにより前記外周面の振れによる周波数の信号を排除して前記受光信号の信号基準レベルを平滑化した前記受光信号を抽出してこの抽出された受光信号に基づいて前記外周面の欠陥の検出信号を得る請求項9記載のディスクの周面欠陥検出装置。
- さらにコンパレータを有し、前記光ビームはレーザ光であり、前記受光器が前記ディスクの表面に対して垂直な方向に配置され、前記抽出された信号を前記コンパレータにより所定の基準値と比較して前記コンパレータの出力に基づいて前記外周面の欠陥の検出信号を得る請求項12記載のディスクの周面欠陥検出装置。
- さらにA/D変換回路とデータ処理装置とを有し、前記欠陥検出信号は、前記A/D変換回路によりデジタル値として前記データ処理装置に入力され、前記データ処理装置は、前記欠陥検出信号のレベルに応じて前記外周面の欠陥か否かの判定をしかつ、前記外周面の欠陥の数に基づいて前記ディスクの合否の判定をする請求項13記載のディスクの周面欠陥検出装置。
- 前記ディスクは、アルミサブストレート、アルミサブストレートを有する磁気ディスク、ガラスサブストレートを有する磁気ディスク、その他のメディアディスクのいずれかから選択されたものである請求項14記載のディスクの周面欠陥検出装置。
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