JP3372224B2 - 表面検査装置、表面検査方法及び表面検査プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

表面検査装置、表面検査方法及び表面検査プログラムを記録した記録媒体

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は試料の表面形状を検
査する表面検査装置、表面検査方法及び表面検査プログ
ラムを記録した記録媒体に関する。
【0002】
【従来技術】半導体ウェア、光ディスク、磁気ディスク
等においては表面形状が製品の品質に大きく影響する。
殊にガラス又はアルミニウムディスクに磁性材料を塗布
したハードディスク(HDD)では、磁気ヘッドがディ
スク表面から数十nm程度浮上している状態でデータの
読取・記録が行われるため、表面に急激な凹凸部が存在
すると、磁気ヘッドとディスクが衝突してクラッシュし
たり、データの読取・記録が行われなくなる可能性があ
る。この場合、表面全体の平坦度を知ると同時に、急激
な形状変化の測定が重要となってくる。
【0003】また、急激な形状変化はディスクの製造工
程上、エッジ部分に現われやすい。エッジ付近の表面形
状は、エッジ部のダレ具合を示すロールオフ(以下、R
Oという)と、エッジ部の盛り上がり具合を示すスキー
ジャンプ(以下、SJという)によって評価される。
【0004】従来、このような試料の表面形状を測定す
る技術として触針式の検査装置や、静電容量プローブ等
による非接触式の検査装置が知られている。触針式検査
装置は針を試料表面に直接接触させた状態で試料上を一
方向に走査させ、針の上下動から表面形状を測定する。
非接触式検査装置においても、同様にプローブを一方向
に走査させ、プローブと試料表面との距離を検出するこ
とで表面形状を測定している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような検査装置では検査時に針やプローブを走査させる
必要があるため、1回の走査による測定に対して1断面
しか検査することができず、検査時間が長くなる。この
ため、多くても半径方向の8断面程度しか検査しておら
ず、検査断面以外については未検査のままであり、欠陥
部を見落としてしまう可能性があった。
【0006】また、触針式検査装置では試料表面に接触
して測定を行うため、試料表面に傷が付く可能性があ
る。
【0007】さらに、このような表面形状測定と全体の
平坦度測定を別の検査装置で行うことは手間であるの
で、同時に行うことが望まれている。
【0008】本発明は上記従来技術の問題点を鑑み、試
料全面に渡って急激な形状変化、特にエッジ部分の形状
変化を、容易に検査できる表面検査装置を提供すること
を技術課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とす
る。
【0010】(1) ディスクの表面形状を検査する表
面検査装置において、斜入射干渉方式であって位相を変
えてディスク表面と参照面で反射した光により干渉縞を
順次形成する干渉縞形成手段と、位相の異なる干渉縞の
画像を取り込む画像取得手段と、を備え平坦度の解析を
行い所定の形式で表示する平坦度解析装置と、前記ディ
スクの半径方向での領域であって、急激な形状変化が生
じやすいエッジ部の検査領域、検査領域外であって検査
領域に近傍しかつ全体撓み等に影響されない小区間の
傍領域を設定する設定手段と、近傍領域における三次元
形状データに基づいて所期する半径方向での断面の基準
腺を得て、基準腺に対する検査領域の断面方向での変位
量を得る解析手段と、該解析手段による解析結果を出力
すると共に、その解析結果と前記三次元形状データに基
づくエッジを含む平坦度の解析結果との対応関係を出力
する出力手段と、を備えたことを特徴とする。
【0011】(2) (1)の表面検査装置において、
前記検査領域はロールオフ又はスキージャンプの検査領
域とし、前記解析結果と平坦度の解析結果との対応関係
は、平坦度の解析図に前記解析手段によって得られるロ
ールオフの最大値又はスキージャンプの最大値を示す位
置にマークを表示することによって得られることを特徴
とする。
【0012】(3) (1)の表面検査装置において、
前記検査領域はロールオフ又はスキージャンプの検査領
域とし、前記解析結果と平坦度の解析結果との対応関係
は、平坦度の解析図に前記解析手段によって得られるロ
ールオフ又はスキージャンプのデータの内からの設定さ
れた条件を充足する部分の分布を表示することによって
得られることを特徴とする。
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明について一実施形態
を挙げ、図面に基づいて説明する。図1は表面検査装置
の要部構成図である。以下の説明では、測定試料として
HDDに使用されるガラス又はアルミニウムディスクを
対象とした場合について説明する。
【0019】測定光源であるHe−Neレーザ光源1から出
射したレーザ光はエキスパンダレンズ2を通過した後、
コリメータレンズ3により平行光束とされプリズム4に
入射する。プリズム4の参照面4′はピエゾ素子5によ
りディスク6の被測定面6′との距離が変えられ、参照
光の位相が変化される。
【0020】プリズム4に入射した光の一部は参照面
4′を透過して載置台7に載置されたディスク6の被測
定面6′で反射し、再びプリズム4を通過してスクリー
ン8に向かう。一方、プリズム4に入射した光の内、参
照面4′で反射した光はスクリーン8に向かい、被測定
面6′で反射した光と干渉現象を起こし、スクリーン8
に投影される。
【0021】スクリーン8に投影された干渉縞はレンズ
9によりカメラ10の撮像面に結像し、撮像される。撮
像された干渉縞は映像信号として解析装置11に送信さ
れ、各種の演算解析が行われる。解析装置11にはキー
ボードやマウス等の入力部11a、撮影画像や解析結果
を表示するモニタ12が接続されている。13は制御部
で、レーザ光源1、ピエゾ素子5等の駆動制御を行う。
【0022】以上のような構成を備える表面検査装置に
おいて、その動作を図2のフローチャート図に基づいて
以下に説明する。
【0023】ディスク6を載置台7に載置した後、所定
の測定位置に置く。制御部13の制御によりレーザ光源
1からレーザ光が発せられ、参照面4′と被測定面6′
で反射した光とにより形成される干渉縞がスクリーン8
に投影される。また、制御部13はピエゾ素子5に電圧
を印加し、参照面4′と被測定面6′との距離を変化さ
せることで、干渉縞の位相を変化させる。こうして位相
が変化した干渉縞像がカメラ10によって撮像され、各
画像データは解析装置11内のメモリに取り込まれる。
なお、通常、位相シフト干渉法では、位相シフトの数を
4ステップ以上で行う。
【0024】解析装置11はメモリに取り込んだ位相の
異なる複数の干渉縞画像にノイズ除去等の周知の処理を
施した後、位相シフト解析によって得られる振幅を基に
ディスク領域を決定し、これを基に位相の繋ぎ合わせを
行う。そしてこの位相データを高さデータに変換するこ
とによって被測定面6′の表面三次元形状を算出する。
なお、この位相シフト法による解析の詳細は、本出願人
による特開平10−221033号公報を参照された
い。算出された三次元形状は、鳥瞰図や等高線図等でモ
ニタ12に表示され、検者は被測定面6′の全体の平坦
度を評価できる。
【0025】次に、SJ/ROの評価を行う場合につい
て説明する。入力部11aにより、モニタ12に表示さ
れるSJ/ROの測定項目を選択し、測定条件の入力と
して、半径方向の断面における測定基準線作成のための
半径位置r1,r2、及びSJ/ROの検査領域の半径
位置r3,r4を入力する。r1,r2,r3,r4は
それぞれディスク中心からの距離を示す。例えば、外周
エッジ部のSJ/ROの測定では、r4は最外周にと
り、r3はそこから3mm内側にとる。r1,r2は検
査領域r3−r4間に近接する近傍領域として、r2は
r3と同じ距離に、r1はr2から4mm内側にとる。
なお、これらr1,r2,r3,r4を固定値として予
めプログラムに組込んでおき、任意位置を検査する場合
のみ、数値変更を行うようにしてもよい。
【0026】この条件入力によってSJ/ROの解析が
行われる。以下、図3の断面形状の模式図を基にSJ/
ROの解析について説明する。まず、測定開始の角度θ
1における断面について、半径位置r1,r2での表面
形状位置h1,h2を繋ぐ基準線Lを求める。この基準
線Lはディスク半径方向の断面でのSJ/RO算出の基
準となり、基準線Lに対する凸側偏位量をSJ値、基準
線Lに対する凹側偏位量をRO値として求める。ディス
ク表面がなだらかに変化していれば磁気ヘッドは追従で
きるが、表面が急激に変化していると、磁気ヘッドとデ
ィスクのクラッシュが生じたり、データの読取・記録が
行われなくなる。よって、基準線Lを作成するr1,r
2を検査領域r3〜r4の近傍で、かつ磁気ヘッドの追
従特性に応じた小区間で取ることにより、ディスク全体
の撓み等に影響されず、検査領域の急激な変化の程度を
測定することができる。また、基準線Lはh1〜h2間
の最小二乗直線として得てもよい。
【0027】次に、基準線Lに対する表面形状の差(偏
位量)Δhを検査領域であるr3〜r4の間で求める。
r3〜r4の領域での偏位量Δhを順に算出した後、こ
の断面内でのSJ値及びRO値の最大値となるΔhmax
(プラスの最大値)及びΔhm in(マイナスの最大値)
を各々SJ1及びRO1とし、それぞれSJmax,ROmax
として記憶する。
【0028】角度θ1における断面でのSJmax(S
1)及びROmax(RO1)を算出したら、次の角度θ
2の断面情報を抽出し、その断面内でr1,r2による
基準線Lの算出後、上記同様にΔhmax及びΔhminを算
出し、それぞれSJ2及びRO2とする。そして、S
2,RO2と先に記憶したSJmax,ROmaxを比較し、
値の大きいほうをSJmax,ROmaxとして更新記憶す
る。
【0029】以下、断面情報を抽出する角度θを順次変
更し、各角度毎における断面についてSJ値及びRO値
を算出し、SJmax及びROmaxと比較、更新すること
で、全周に対するSJmax及びROmaxを得る。このよう
にして、干渉計から得られる三次元表面形状データを基
に解析することで、容易に試料全面に対するSJ
max値、ROmax値を得ることができる。
【0030】なお、解析を行う断面の角度は所定角度毎
(例えば、1度毎)で行ってもよいが、本実施形態では
外側端部EOが存在する画素毎に、その画素とディスク
中心Oと結ぶ直線を測定断面として解析を行うように構
成している。
【0031】こうして全周に対するSJmax及びROmax
が解析されると、モニタ12の画面上には、図4(a)
及び(b)に示すように、SJmax、ROmaxを持つ各断
面の断面形状が表示される。各表示には各断面形状の角
度θ、SJmax値、ROmax値等が表示される。各断面の
SJmax値、ROmax値を持つ位置は、それぞれマーク2
0a、20bにより示される。なお、図4(a)及び
(b)の断面形状の表示においては、縦軸の水平基準
(0の位置)は試料表面形状の全データを基に最小二乗
法により求めた仮想平面を基準として表示している。
【0032】また、図5に示すように、平坦度の解析結
果として表示された等高線図30上には、SJmaxの位
置がマーク31aで、ROmaxの位置がマーク31bで
示される。
【0033】このように解析された結果に対し、さらに
入力部11aによって所望する角度を指定すれば、解析
装置11によって指定された角度θにおける断面形状、
SJ max値、ROmax値が計算され、任意角度での結果が
モニタ12に表示される。
【0034】また、解析結果としては、次のように各種
の変更が可能である。例えば、SJ値やRO値が0.1
μm以上の部分を知りたいときには、この条件を入力す
ることにより、図5に示した等高線図30上に、その分
布状態が表示されるようにする。
【0035】以上のようにしてモニタ12に表示される
断面形状やSJ値,RO値によって、検者はディスクの
表面形状を評価することができる。また、全体形状(三
次元形状)に対するSJmax、ROmaxの位置が表示され
るので、平坦度とSJ,ROとの関連性も知ることがで
きる。さらに、全面に対するSJ値,RO値の結果を基
にした分布図を作成したり、統計を取ることにより生産
管理や生産工程の改善等に利用することができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、試
料の平坦度の検査と、試料エッジ部の形状の変化の度合
いを検査する検査とを1台の機械で短時間に行うことが
できる。また、平坦度とロールオフ又はスキージャンプ
との関連性を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】表面検査装置の要部構成図である。
【図2】表面検査のフローチャート図である。
【図3】SJ/ROの検出方法の説明図である。
【図4】断面形状の表示例である。
【図5】等高線図上のSJ/ROの表示例である。
【符号の説明】
4′ 参照面 6 ディスク 6′ 被測定面 11 画像処理装置 12 モニタ 13 制御部 20a,20b マーク 31a,31b マーク L 基準線

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディスクの表面形状を検査する表面検査
    装置において、斜入射干渉方式であって位相を変えて
    ィスク表面と参照面で反射した光により干渉縞を順次形
    成する干渉縞形成手段と、位相の異なる干渉縞の画像を
    取り込む画像取得手段と、を備え平坦度の解析を行い所
    定の形式で表示する平坦度解析装置と、前記ディスクの
    半径方向での領域であって、急激な形状変化が生じやす
    いエッジ部の検査領域、検査領域外であって検査領域に
    近傍しかつ全体撓み等に影響されない小区間の近傍領域
    を設定する設定手段と、近傍領域における三次元形状デ
    ータに基づいて所期する半径方向での断面の基準腺を得
    て、基準腺に対する検査領域の断面方向での変位量を得
    る解析手段と、該解析手段による解析結果を出力する
    共に、その解析結果と前記三次元形状データに基づくエ
    ッジを含む平坦度の解析結果との対応関係を出力する
    力手段と、を備えたことを特徴とする表面検査装置。
  2. 【請求項2】 請求項1の表面検査装置において、前記
    検査領域はロールオフ又はスキージャンプの検査領域と
    し、前記解析結果と平坦度の解析結果との対応関係は、
    平坦度の解析図に前記解析手段によって得られるロール
    オフの最大値又はスキージャンプの最大値を示す位置に
    マークを表示することによって得られることを特徴とす
    る表面検査装置。
  3. 【請求項3】 請求項1の表面検査装置において、前記
    検査領域はロールオフ又はスキージャンプの検査領域と
    し、前記解析結果と平坦度の解析結果との対応関係は、
    平坦度の解析図に前記解析手段によって得られるロール
    オフ又はスキージャンプのデータの内からの設定された
    条件を充足する部分の分布を表示することによって得ら
    れることを特徴とする表面検査装置。
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