JP3987811B2 - Ｘｙステージ、ヘッドキャリッジおよび磁気ヘッドあるいは磁気ディスクのテスタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＸＹステージ、ヘッドキャリッジおよび磁気ヘッドあるいは磁気ディスクのテスタに関し、詳しくは、石材製定盤を利用した低振動化のヘッドキャリッジに利用されるＸＹステージにおいて、高さ方向の位置ずれがほとんどなく、かつ、ＸＹ方向の位置決め誤差が小さい、磁気ヘッドテスタ，磁気ディスクテスタに適したＸＹステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク装置の磁気ヘッドは、近年、その読出側にＭＲヘッド、ＧＭＲヘッド，ＴＭＲヘッドなどを組込んだ複合磁気ヘッドが用いられ、その記録密度は、数ギガ／インチと向上の一途を辿っていて、そのトラック数も１０，０００／インチ以上にもなる。しかも、トラック数は増加し、その幅は狭くなる一方である。そのため、磁気ディスクや磁気ヘッドを検査する検査装置のヘッドキャリッジ（その可動ベース）は、低振動で高い位置決め精度が要求され、さらに高クリーン化環境が要求されている。
そこで、斑れい岩の石材製定盤を基準ベースにしてこれにリニアモータを載置してエアーベアリングによりヘッドキャリッジ（その可動ベース）を支持して、ヘッドキャリッジを移動させる磁気ディスクや磁気ヘッドを検査する検査装置が公知である（特許文献１）。
一方、印刷回路のパターン、半導体用ウエハ、ホトマスク、磁気ディスクなど、精密加工表面の微細欠陥（例えば、異物、パターンの断線、ショート、突起、欠け、その他の傷及びピンホール等）の外観検査は、パターンの高密度化および／または電子技術の高細密化（高集積化）に伴い、外観検査装置の可動ベースを石材製定盤を基準ベースとしてマウントする、エアーマウントシステムが利用されている。その一例として出願人による出願が特開平５−１２６９７３号（特許文献２）に公開されている。
【０００３】
【特許文献１】
特表２００２−５１８７７７号公報
【特許文献２】
特開平５−１２６９７３号公報
【０００４】
図６は、特許文献１の実施例の斜視図である。
図６において、１０は旋回スタンドプラットフォーム、１２は空気軸受（エアベアリング）微小位置決めキャリッジ、１４，１８はリニアモータ、１５，１９は増量分エンコーダ、１６は空気軸受スピンドルキャリッジ、２０は斑れい岩台座である。
この特許文献１の実施例の検査装置は、Ｘ，Ｙの２軸移動をリニアモータ１４，１８で行い、一方で粗い位置決めをし、他方では圧電アクチュエータを搭載して微小位置決めをする、石材製定盤上に設けられたＸＹステージを備え、このＸＹステージにより磁気ヘッドを磁気ディスクの所定のトラックに位置決めして磁気ヘッドをテストする。
特許文献１の発明の特徴は、磁気ヘッドを所定のトラックに高速移動しかつ高速停止をするために、停止時にエアベアリングのエアーを真空吸引する点にある。具体的には、空気軸受微小位置決めキャリッジ１２に大きな凹部と小さな凹部とを個別に設け、それぞれが大真空度領域と小真空度領域とに区分けされていて、真空吸引によりキャリッジにおける可動ベースの停止制御が行われ、石材製定盤の基準ベースと、キャリッジの可動ベースとが真空吸引でロック（施錠）されて可動ベースが基準ベース上に固定される。さらに、スピンドル側の移動軸とキャリッジ側の移動軸とを分離することで、空気軸受微小位置決めキャリッジ１２と空気軸受スピンドルキャリッジ１６とを同じ平面内で移動させかつ空気薄膜を除去する。このことで、ディスクと読取ヘッドとの間隙が微小になったとしても高い位置精度を確保してヘッド検査ができるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような真空施錠技法を用いるエアーベアリング支持の石材製定盤を利用するヘッドキャリッジにあっては、可動ベースの停止制御において、真空吸引が行われるので、可動ベース（ヘッドキャリッジ）が安定に停止するまでに時間がかかる。さらに、スピンドルモータ系を基準ベース上において移動させることから位置決め状態において、スピンドルの回転振動がスピンドルの移動位置決め系に伝達されて、位置決めされた位置が脈動する問題がある。そのため、これがディスクと読取ヘッドとの微小間隙に影響を与えて、検出誤差を生じかつS/N比が低下して、より高い精度でのヘッドテストあるいはディスクテストができない問題がある。
したがって、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、高さ方向の位置ずれがほとんどなく、かつ、ＸＹ方向の位置決め誤差が小さいＸＹステージを提供することにある。
さらに、この発明の他の目的は、前記のＸＹステージを使用して磁気ヘッド、磁気ディスクを高精度にテストできるヘッドキャリッジおよび磁気ヘッドあるいは磁気ディスクのテスタを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するためのこの発明のＸＹステージの特徴は、定盤の基準ベースに支持されるＸＹステージにおいて、
基準ベース上をＸ軸およびＹ軸のいずれか一方の軸に沿って移動し内側に矩形の空間を有する移動枠と、この移動枠を移動させるために基準ベースに設けられた第１の駆動源と、矩形の空間に装填されＸ軸およびＹ軸のいずれか他方の軸に沿ってかつ基準ベースに沿って移動し基準ベース上で停止する矩形の可動ベースと、この可動ベースを移動させるために移動枠に設けられた第２の駆動源と、可動ベースを基準ベースの表面から離し、可動ベースの停止時に可動ベースを基準ベースの表面に接触させる微小昇降機構とを有し、
可動ベースが停止状態で基準ベースに接触する面が定盤仕上げとなっていて、微小昇降機構には可動ベースの停止時に可動ベースを基準ベースの方向へ押圧して可動ベースを基準ベース上に固定するための押圧部材と、可動ベースあるいは前記基準ベースのいずれかに複数個分散して設けられたエアー吹出孔からエアーを吹き出して押圧部材の基準ベースの方向への押圧に抗して基準ベースから前記可動ベースを浮上させるエアー吹出し機構とが設けられ、さらに、可動ベースと基準ベースとの間にはエアー吹出孔からの吹き出しエアーが停止したときにエアー吹出孔から吹き出されたエアーが逃げる間隙が設けられているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明にあっては、基準ベース上でＸ軸あるいはＹ軸に沿って移動する矩形の移動枠を設けて、その内側にＹ軸あるいはＸ軸に沿って移動する可動ベースを配置して、この可動ベースが停止する面を基準ベース上に設定している。これにより移動枠の移動面と可動ベースの移動面とを近傍に設定しあるいは実質的に一致させることができる。しかも、移動面におけるそれぞれの移動方向が直交状態になっているので、一方の移動位置の誤差が他方に影響され難くなり、かつ、可動ベースが定盤の基準ベースの表面で停止するので、高さ方向の位置ずれがほとんどなく、かつ、高精度な位置決めが可能になる。したがって、磁気ヘッド等を保持する可動ベースの高さ基準を基準ベースの高さを基準として設定することが可能になる。
その結果、高さ方向の位置ずれがほとんどなく、かつ、位置決め精度が高いＸＹステージを実現できる。さらに、この移動テーブルを利用して磁気ヘッドテスタ，磁気ディスクテスタに適する高精度な位置決めが可能なヘッドキャリッジを容易に実現できる。
【０００８】
なお、可動ベースを基準ベースに沿って移動させ、かつ、基準ベース上で停止させるには、可動ベースを基準ベースの表面から離し、可動ベースの停止時に可動ベースを基準ベースの表面に接触させるような微小昇降機構を用いればよい。このような微小昇降機構は、移動時の可動ベースの接触抵抗を排除するものであって、例えば、特許文献１に示されるようなエアーベアリングを用いて、可動ベースを浮上させて移動し、可動ベースを基準ベースに真空吸着して停止させてもよいし、軸受を設けて非接触状態で可動ベースを支持して、停止時に可動ベースを押下げて基準ベースに接触させて停止させてもよい。さらに、次に示す実施例のように、ころがり軸受を設けて基準ベースに接触した状態で可動ベースを支持し、エアーにより可動ベースを浮上させて可動ベースを基準ベース表面から切り離して可動ベースを移動し、エアーを停止しかつばね等により可動ベースを基準ベースに押付けて高速停止させる方法もある。以下、このような実施例を中心にしてこの発明を説明する。
【０００９】
【実施例】
図１は、この発明のＸＹステージを適用した一実施例のヘッド検査装置におけるヘッドキャリッジを中心とした一部切欠き平面図、図２は、その可動ベースを主体とする平面図、図３は、ベアリング部分を中心とする側面断面図、図４（ａ）は、ベアリング支持の構造の断面説明図、（ｂ）は、停止状態における可動ベースと基準ベースとの間のエアー逃げ間隙についての説明図、（ｃ）は、可動ベース裏面の吹出孔と突起の説明図、そして図５は、押圧施錠の作用効果の説明図である。
なお、各図において、同様な構成要素は、同一の符号で示し、その説明を割愛する。
図１において、１は、ヘッドキャリッジにおけるＸＹステージであって、２は、その基準ベース、３は、Ｘステージを構成する可動ベースである。基準ベース２は、斑れい岩製の定盤である。同様に可動ベース３も斑れい岩製で基準ベース２との接触面（図２，図４（ｃ）の突起部分３９参照）が定盤仕上げになっている。可動ベース３には、圧電アクチュエータを搭載してＸ軸方向に移動して磁気ヘッドの微小位置決めをするピエゾステージ３ａが搭載されている。３ｂは、その磁気ヘッドアッセンブリあるいは磁気ヘッドアームの取付け凹部である。
【００１０】
４は、図１〜図３で示すように、可動ベース３をガイドするアルミニウム製で矩形のガイドフレームであって、可動ベース３は、この矩形枠の内側に設けられ、ボールベアリング構成４１，４２を介して可動ベース３の移動をガイドする。このガイドフレーム４は後述するようにＹステージになっている。
ボールベアリング構成４１，４２は、図２〜図４（ａ）に示すように、それぞれベアリングの受側となる受側ガイドレール（ベアリングの固定側部材）４３とベアリングの可動側部材４４とからなり、受側ガイドレール４３がガイドフレーム４の裏面側に取付補助板４１ａ，４２ａを介して固定され、可動側部材４４が可動ベース３の両側面にそれぞれ取付補助板４３ａ，４３ａを介して固定されている。
なお、図２〜図４（ａ）に示す４５は、受側ガイドレール４３と可動側部材４４の間に装填されたボールベアリング機構４１（４２）のベアリングのボールであり、４６は、受側ガイドレール４３と可動側部材４４とにそれぞれ設けられているＶ溝である。
図１〜図３に示す５は、板ばねであって、この板ばね５は、ガイドフレーム４の裏面、下側において可動ベース３に設けられている。
板ばね５は、可動ベース３を基準ベース２側に押下げて固定するばねである。板ばね５は、図１〜図３に示すように、その中央部５１が可動ベース３の重心Ｇ（図２参照）を通る、矩形のガイドフレーム４の辺に垂直な線Ｌと辺とが交わる点の位置から側面に突出した可動ベース３の突起３１，３２に固定されている（図３参照）。板ばね５の両端部にはローラ５２，５３が軸支されていて、このローラ５２，５３がそれぞれガイドフレーム４に設けられた受側ガイドレール４３の下面に接触している。この板ばね５が上から圧縮されて取付けられていることで、可動ベース３を基準ベース２の表面に押付ける。これが先に説明した微小昇降機構の可動ベース３を下降させる機構である。
【００１１】
図１において、６は、検査ステージであって、これにはディスク１００をチャックするスピンドル７が設けられている。
可動ベース３は、ガイドフレーム４の一辺に沿ってかつＸ軸上を移動し、Ｘステージとなる。８は、磁石とコイルとが装填されたシャフト形状のリニアモータであり、Ｘステージの駆動源である。これは、図１において、図面右側のガイドフレーム４の一辺に沿って設けられていて、その頭部と尻部は、ブラケット８１，８２を介してガイドフレーム４の図面右側の一辺に固定されている。そして、このリニアモータ８の移動子８３が可動ベース３の右側面に取付補助板４３ａを介して固定され、これにより可動ベース３がリニアモータ８により駆動されてＸ軸上を移動する。
ガイドレール９１，９２は、ガイドフレーム４の前後の各辺の裏面下側に設けられていて、ボールベアリング９５，９６を介してガイドフレーム４の裏面を支持することで、ガイドフレーム４がガイドレール９１，９２上を移動する。これによりガイドフレーム４がＹステージになる。なお、ボールベアリング９５，９６は、ボールベアリング構成４１，４２と同様な構造であるが、ガイドレール９１，９２とは一体的な構造となっていて、基準ベース２を基準としてこれに移動可能にガイドフレーム４を固定する。
ここでは特に、図３の断面図に示すように、受側ガイドレール４３のボール４５を受ける面をボールベアリング９５，９６のガイドレール９１，９２を受ける面と実質的に同じ高さに設定している。これにより、ボールベアリング構成４１，４２による可動ベース３（Ｘステージ）の移動面は、ボールベアリング９５，９６とガイドレール９１，９２とによるガイドフレーム４（Ｙステージ）の移動面と実質的に同じ高さになりかつそれぞれの移動方向は直交している。しかも、可動ベース３は、基準ベース２の表面で停止する。これにより基準ベースからみた位置決め誤差が低減できる。
【００１２】
ガイドフレーム４は、図１〜図２の上下および図３に示すように、Ｙ軸に沿って設けられたガイドレール９１，９２上を移動する。その駆動源である図１における９もシャフト形状のリニアモータであって、ガイドフレーム４とともにＹステージを構成する。リニアモータ９は、図面上側のガイドフレーム４の一辺に沿ってかつこの辺の裏面、下側に設けられたガイドレール９１に平行に基準ベース２上に設けられている。その頭部と尻部は、ブラケット９３，９４を介して基準ベース２に固定されている。
このリニアモータ９の移動子９７（図１参照）は、ガイドフレーム４の辺に裏面側で固定されている。
これにより、浮上状態にある可動ベース３は、リニアモータ９の駆動に従ってガイドフレーム４がＹ軸上を可動ベース３を保持した状態で移動し、リニアモータ８，９の駆動により、それぞれＸ軸，Ｙ軸に沿って可動ベース３が移動する。ここで、Ｘ軸は、ディスク１００の半径方向に一致していて、Ｙ軸は、ディスク半径方向に直角な方向となり、ピエゾステージ３ａに搭載された磁気ヘッドのスキュー設定方向に一致している。
【００１３】
次に、微小昇降機構として可動ベース３を浮上させる構造について図２〜図４を参照して説明する。図２は、可動ベース３の平面図である。
図２に点線で示し、図４（ｃ）に示すように、可動ベース３の裏面３０には、６個のエアー吹出孔３３，３３…が分散して配置されていて、これらエアー吹出孔３３，３３…へ連通する孔（図示せず）が可動ベース３の内部に穿孔されていて、それらがポート３４（図１参照）に結合している。コントローラ３８の制御によりこのポート３４へエアーポンプ３６から制御弁３５、管３７を介してエアーが導入される。
さらに、図２，図４（ｃ）に示すように、可動ベース３の裏面の四隅に矩形の突起部分３９が設けられていて、これが基準ベース２との接触面となる。接触面となるその頭部は、定盤仕上げにされ、可動ベースの裏面３０の底部は、吹き出したエアーを外部へと逃がすために５μｍ〜５０μｍ程度の凹部となっている（図４参照）。
可動ベース３の停止制御時に、即座に、板ばね５を作用させるために、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、基準ベース２と接触状態にある可動ベース３との間には、１０μｍ程度のエアー逃げ間隙Ｓが設けられている。
【００１４】
次に、移動テーブルの可動ベース３の移動動作を説明すると、まず、コントローラ３８により制御弁３５が制御され、エアーポンプ３６から加圧エアーが供給されると、６個のエアー吹出孔３３〜３３からエア−が噴出されて、板ばね５による可動ベース３の押下げ力に抗して、可動ベース３が基準ベース２に対して浮上する。このとき、アルミニウム製の矩形ガイドフレーム４は、上部に押上げられて撓む。このときの浮上量は、突起部分３９に対して１０μｍ程度である。
この浮上状態で、リニアモータ８，９が駆動されて、磁気ヘッド（図示せず）がディスク１００上の所定のトラック位置に位置決めされる。
この位置決めが完了した時点で、コントローラ３８により制御弁３５が制御され、エアーポンプ３６からのエアーが停止すると、可動ベース３は、浮上力を失い、板ばね５により基準ベース２に押付けられて停止する。この状態を示すのが図４（ａ）である。このとき、板ばね５は、可動ベース３を１０μｍ程度押し下げるだけであるので、可動ベース３は、基準ベース２に高速にロックされる。なお、可動ベース３の浮上量としては、基準ベース２との間の摺動抵抗を低減あるいはそれをなくすためのものであるので、高速停止という点で数十μｍ〜数百μｍ程度の範囲のものであってよい。
【００１５】
可動ベース３の停止時においては、アルミニウム製の矩形ガイドフレーム４は、撓みが戻り、可動ベース３は、板ばね５により基準ベース２に押圧される。受側ガイドレール４３が可動側部材４４側へと押下げられてボール４５と密に接触する。したがって、このときには、受側ガイドレール４３と可動側部材４４とボール４５とは、きっちりとしたボール軸受を構成する。浮上状態にあっても受側ガイドレール４３と可動側部材４４とボール４５との間に吹出しエアーによる押しつけ力が働いて、これらのずれ、バックラッシュ等はほとんどない。そのため、高精度な移動が可能になる。また、停止状態のときには、その位置で板ばね５が作用するので、即座に停止し、位置ずれはほとんど生じない。
図５（ａ），（ｂ）は、１０μｍの間隙Ｓによる停止効果を示すグラフである。図５（ａ）は、間隙Ｓがない場合であり、図５（ｂ）は、間隙Ｓを設けた場合である。それぞれの図において、Ａは、コントローラ３８の制御信号であり、Ｂは、可動ベース３の移動速度である。制御弁３５に加えるコントローラ３８の制御信号Ａを“Ｌ”（Ｌｏｗレベル）にして停止状態に入ったときに、図５（ｂ）では１００ｍｓｅｃ以下で停止させることができるが、同じ条件で間隙Ｓを設けなかった図５（ａ）では、停止まで１４００ｍｓｅｃ以上の時間がかかる。高速停止をするためには、この間隙Ｓは、５μｍ〜５０μｍ程度の範囲にあることが好ましい。
【００１６】
ところで、前記のように、ガイドフレーム４の枠の内側に可動ベース３を保持して停止状態で直接基準ベース２に固定する構造のＸステージとすると、Ｙステージは、高さ方向において基準ベース２を基準として移動させることができる。Ｘ軸とＹ軸の移動面を実質的に同一面にすることができる。このようにすることで、Ｘステージ、Ｙステージともに基準ベース２の面上で移動させることができ、高さ方向の位置ずれもほとんど生じない。これにより高精度位置決めが可能になる。また、この実施例のように、ばねを可動ベース３に作用させて、可動ベース３を押圧することで、真空吸着などの場合と異なり、押圧荷重が変化することがないので、可動ベースの降下が安定し、停止動作が安定する。
【００１７】
以上説明してきたが、実施例のガイドフレームの形状は一例であって、この発明は、完全な矩形の形状に限定されるものではなく、例えば、一辺が開放された矩形であってもよい。
実施例のボールベアリングは、一例であって、この発明は、ボールに換えてローラのころがり軸受構造としてもよい。また、実施例のＸ軸，Ｙ軸は、入れ替えられてもよく、これらは、直線状の一軸であればよい。
実施例の微小昇降機構の構成におけるエアー吹出孔は、可動ベースではなく、基準ベースに設けられていてもよい。また、エアー吹出孔の数は６個に限定されるものではない。さらに、実施例の板ばねは、可動ベースではなく、基準ベース側に取り付けられてもよく、板ばねは、一例であって、これはコイルばね、その他の弾性部材を用いることができる。またさらに、この可動ベースを押圧する実施例の機構は、一例であって、可動ベースは、移動のときに基準面から離れていて、停止のときに基準面上で停止する機構であれば、そのような昇降機構であってもよい。
さらに、実施例では、ヘッドキャリッジの移動テーブルを中心として説明しているが、この発明は、高速かつ高精度な位置決めを伴う、ＸＹステージ一般に適用できる。さらに、この発明の移動テーブルは、磁気ディスク検査装置や磁気ヘッド検査装置に利用できるものである。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にあっては、基準ベース上でＸ軸あるいはＹ軸に沿って移動する矩形の移動枠を設けて、その内側にＹ軸あるいはＸ軸に沿って移動する可動ベースを配置して、この可動ベースが停止する面を基準ベース上に設定している。これにより移動枠の移動面と可動ベースの移動面とを近傍に設定しあるいは実質的に一致させることができる。しかも、移動面におけるそれぞれの移動方向が直交状態になっているので、一方の移動位置の誤差が他方に影響され難くなり、かつ、可動ベースが定盤の基準ベースの表面で停止するので、高さ方向の位置ずれがほとんどなく、かつ、高精度な位置決めが可能になる。
その結果、高さ方向の位置ずれがほとんどなく、かつ、位置決め精度が高いＸＹステージを実現できる。さらに、この移動テーブルを利用して磁気ヘッドテスタ，磁気ディスクテスタに適する高精度な位置決めが可能なヘッドキャリッジを容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明のＸＹステージを適用した一実施例のヘッド検査装置におけるヘッドキャリッジを中心とした一部切欠き平面図である。
【図２】図２は、その可動ベースを主体とする平面図である。
【図３】図３は、ベアリング部分を中心とする側面断面図である。
【図４】図４（ａ）は、ベアリング支持の構造の断面説明図、（ｂ）は、停止状態における可動ベースと基準ベースとの間のエアー逃げ間隙についての説明図、（ｃ）は、可動ベース裏面の吹出孔と突起の説明図である。
【図５】図５は、押圧施錠の作用効果の説明図である。
【図６】図６は、従来のエアーＸＹステージの一例の説明図である。
【符号の説明】
１…ベアリング支持の移動ステージ、２…基準ベース、
３ａ…ピエゾステージ、３…可動ベース、４…ガイドフレーム、
５…板ばね、６…検査ステージ、７…スピンドル、
８，９…リニアモータ、３１，３２…突起、３３…エアー吹出孔、
３４…ポート、３５…制御弁、
３６…エアーポンプ、３７…管、
３８…コントローラ、３９…突起部分、
４１，４２…ボールベアリング機構、
４３…受側ガイドレール（ベアリングの固定側部材）、
４４…ベアリングの可動側部材、
４５…ベアリングのボール、
５１…板ばねの中央部、５２，５３…ローラ、
８１，８２，９３，９４…ブラケット、
８３，９７…移動子、９１，９２…ガイドレール、
９５，９６…ボールベアリング、１００…ディスク。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＸＹステージ、ヘッドキャリッジおよび磁気ヘッドあるいは磁気ディスクのテスタに関し、詳しくは、石材製定盤を利用した低振動化のヘッドキャリッジに利用されるＸＹステージにおいて、高さ方向の位置ずれがほとんどなく、かつ、ＸＹ方向の位置決め誤差が小さい、磁気ヘッドテスタ，磁気ディスクテスタに適したＸＹステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク装置の磁気ヘッドは、近年、その読出側にＭＲヘッド、ＧＭＲヘッド，ＴＭＲヘッドなどを組込んだ複合磁気ヘッドが用いられ、その記録密度は、数ギガ／インチと向上の一途を辿っていて、そのトラック数も１０，０００／インチ以上にもなる。しかも、トラック数は増加し、その幅は狭くなる一方である。そのため、磁気ディスクや磁気ヘッドを検査する検査装置のヘッドキャリッジ（その可動ベース）は、低振動で高い位置決め精度が要求され、さらに高クリーン化環境が要求されている。
そこで、斑れい岩の石材製定盤を基準ベースにしてこれにリニアモータを載置してエアーベアリングによりヘッドキャリッジ（その可動ベース）を支持して、ヘッドキャリッジを移動させる磁気ディスクや磁気ヘッドを検査する検査装置が公知である（特許文献１）。
一方、印刷回路のパターン、半導体用ウエハ、ホトマスク、磁気ディスクなど、精密加工表面の微細欠陥（例えば、異物、パターンの断線、ショート、突起、欠け、その他の傷及びピンホール等）の外観検査は、パターンの高密度化および／または電子技術の高細密化（高集積化）に伴い、外観検査装置の可動ベースを石材製定盤を基準ベースとしてマウントする、エアーマウントシステムが利用されている。その一例として出願人による出願が特開平５−１２６９７３号（特許文献２）に公開されている。
【０００３】
【特許文献１】
特表２００２−５１８７７７号公報
【特許文献２】
特開平５−１２６９７３号公報
【０００４】
図６は、特許文献１の実施例の斜視図である。
図６において、１０は旋回スタンドプラットフォーム、１２は空気軸受（エアベアリング）微小位置決めキャリッジ、１４，１８はリニアモータ、１５，１９は増量分エンコーダ、１６は空気軸受スピンドルキャリッジ、２０は斑れい岩台座である。
この特許文献１の実施例の検査装置は、Ｘ，Ｙの２軸移動をリニアモータ１４，１８で行い、一方で粗い位置決めをし、他方では圧電アクチュエータを搭載して微小位置決めをする、石材製定盤上に設けられたＸＹステージを備え、このＸＹステージにより磁気ヘッドを磁気ディスクの所定のトラックに位置決めして磁気ヘッドをテストする。
特許文献１の発明の特徴は、磁気ヘッドを所定のトラックに高速移動しかつ高速停止をするために、停止時にエアベアリングのエアーを真空吸引する点にある。具体的には、空気軸受微小位置決めキャリッジ１２に大きな凹部と小さな凹部とを個別に設け、それぞれが大真空度領域と小真空度領域とに区分けされていて、真空吸引によりキャリッジにおける可動ベースの停止制御が行われ、石材製定盤の基準ベースと、キャリッジの可動ベースとが真空吸引でロック（施錠）されて可動ベースが基準ベース上に固定される。さらに、スピンドル側の移動軸とキャリッジ側の移動軸とを分離することで、空気軸受微小位置決めキャリッジ１２と空気軸受スピンドルキャリッジ１６とを同じ平面内で移動させかつ空気薄膜を除去する。このことで、ディスクと読取ヘッドとの間隙が微小になったとしても高い位置精度を確保してヘッド検査ができるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような真空施錠技法を用いるエアーベアリング支持の石材製定盤を利用するヘッドキャリッジにあっては、可動ベースの停止制御において、真空吸引が行われるので、可動ベース（ヘッドキャリッジ）が安定に停止するまでに時間がかかる。さらに、スピンドルモータ系を基準ベース上において移動させることから位置決め状態において、スピンドルの回転振動がスピンドルの移動位置決め系に伝達されて、位置決めされた位置が脈動する問題がある。そのため、これがディスクと読取ヘッドとの微小間隙に影響を与えて、検出誤差を生じかつS/N比が低下して、より高い精度でのヘッドテストあるいはディスクテストができない問題がある。
したがって、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、高さ方向の位置ずれがほとんどなく、かつ、ＸＹ方向の位置決め誤差が小さいＸＹステージを提供することにある。
さらに、この発明の他の目的は、前記のＸＹステージを使用して磁気ヘッド、磁気ディスクを高精度にテストできるヘッドキャリッジおよび磁気ヘッドあるいは磁気ディスクのテスタを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するためのこの発明のＸＹステージの特徴は、定盤の基準ベースに支持されるＸＹステージにおいて、
基準ベース上をＸ軸およびＹ軸のいずれか一方の軸に沿って移動し内側に矩形の空間を有する移動枠と、この移動枠を移動させるために基準ベースに設けられた第１の駆動源と、矩形の空間に装填されＸ軸およびＹ軸のいずれか他方の軸に沿ってかつ基準ベースに沿って移動し基準ベース上で停止する矩形の可動ベースと、この可動ベースを移動させるために移動枠に設けられた第２の駆動源と、可動ベースを基準ベースの表面から離し、可動ベースの停止時に可動ベースを基準ベースの表面に接触させる微小昇降機構とを有し、
可動ベースが停止状態で基準ベースに接触する面が定盤仕上げとなっていて、微小昇降機構には可動ベースの停止時に可動ベースを基準ベースの方向へ押圧して可動ベースを基準ベース上に固定するための押圧部材と、可動ベースあるいは前記基準ベースのいずれかに複数個分散して設けられたエアー吹出孔からエアーを吹き出して押圧部材の基準ベースの方向への押圧に抗して基準ベースから前記可動ベースを浮上させるエアー吹出し機構とが設けられ、さらに、可動ベースと基準ベースとの間にはエアー吹出孔からの吹き出しエアーが停止したときにエアー吹出孔から吹き出されたエアーが逃げる間隙が設けられているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明にあっては、基準ベース上でＸ軸あるいはＹ軸に沿って移動する矩形の移動枠を設けて、その内側にＹ軸あるいはＸ軸に沿って移動する可動ベースを配置して、この可動ベースが停止する面を基準ベース上に設定している。これにより移動枠の移動面と可動ベースの移動面とを近傍に設定しあるいは実質的に一致させることができる。しかも、移動面におけるそれぞれの移動方向が直交状態になっているので、一方の移動位置の誤差が他方に影響され難くなり、かつ、可動ベースが定盤の基準ベースの表面で停止するので、高さ方向の位置ずれがほとんどなく、かつ、高精度な位置決めが可能になる。したがって、磁気ヘッド等を保持する可動ベースの高さ基準を基準ベースの高さを基準として設定することが可能になる。
その結果、高さ方向の位置ずれがほとんどなく、かつ、位置決め精度が高いＸＹステージを実現できる。さらに、この移動テーブルを利用して磁気ヘッドテスタ，磁気ディスクテスタに適する高精度な位置決めが可能なヘッドキャリッジを容易に実現できる。
【０００８】
なお、可動ベースを基準ベースに沿って移動させ、かつ、基準ベース上で停止させるには、可動ベースを基準ベースの表面から離し、可動ベースの停止時に可動ベースを基準ベースの表面に接触させるような微小昇降機構を用いればよい。このような微小昇降機構は、移動時の可動ベースの接触抵抗を排除するものであって、例えば、特許文献１に示されるようなエアーベアリングを用いて、可動ベースを浮上させて移動し、可動ベースを基準ベースに真空吸着して停止させてもよいし、軸受を設けて非接触状態で可動ベースを支持して、停止時に可動ベースを押下げて基準ベースに接触させて停止させてもよい。さらに、次に示す実施例のように、ころがり軸受を設けて基準ベースに接触した状態で可動ベースを支持し、エアーにより可動ベースを浮上させて可動ベースを基準ベース表面から切り離して可動ベースを移動し、エアーを停止しかつばね等により可動ベースを基準ベースに押付けて高速停止させる方法もある。以下、このような実施例を中心にしてこの発明を説明する。
【０００９】
【実施例】
図１は、この発明のＸＹステージを適用した一実施例のヘッド検査装置におけるヘッドキャリッジを中心とした一部切欠き平面図、図２は、その可動ベースを主体とする平面図、図３は、ベアリング部分を中心とする側面断面図、図４（ａ）は、ベアリング支持の構造の断面説明図、（ｂ）は、停止状態における可動ベースと基準ベースとの間のエアー逃げ間隙についての説明図、（ｃ）は、可動ベース裏面の吹出孔と突起の説明図、そして図５は、押圧施錠の作用効果の説明図である。
なお、各図において、同様な構成要素は、同一の符号で示し、その説明を割愛する。
図１において、１は、ヘッドキャリッジにおけるＸＹステージであって、２は、その基準ベース、３は、Ｘステージを構成する可動ベースである。基準ベース２は、斑れい岩製の定盤である。同様に可動ベース３も斑れい岩製で基準ベース２との接触面（図２，図４（ｃ）の突起部分３９参照）が定盤仕上げになっている。可動ベース３には、圧電アクチュエータを搭載してＸ軸方向に移動して磁気ヘッドの微小位置決めをするピエゾステージ３ａが搭載されている。３ｂは、その磁気ヘッドアッセンブリあるいは磁気ヘッドアームの取付け凹部である。
【００１０】
４は、図１〜図３で示すように、可動ベース３をガイドするアルミニウム製で矩形のガイドフレームであって、可動ベース３は、この矩形枠の内側に設けられ、ボールベアリング構成４１，４２を介して可動ベース３の移動をガイドする。このガイドフレーム４は後述するようにＹステージになっている。
ボールベアリング構成４１，４２は、図２〜図４（ａ）に示すように、それぞれベアリングの受側となる受側ガイドレール（ベアリングの固定側部材）４３とベアリングの可動側部材４４とからなり、受側ガイドレール４３がガイドフレーム４の裏面側に取付補助板４１ａ，４２ａを介して固定され、可動側部材４４が可動ベース３の両側面にそれぞれ取付補助板４３ａ，４３ａを介して固定されている。
なお、図２〜図４（ａ）に示す４５は、受側ガイドレール４３と可動側部材４４の間に装填されたボールベアリング機構４１（４２）のベアリングのボールであり、４６は、受側ガイドレール４３と可動側部材４４とにそれぞれ設けられているＶ溝である。
図１〜図３に示す５は、板ばねであって、この板ばね５は、ガイドフレーム４の裏面、下側において可動ベース３に設けられている。
板ばね５は、可動ベース３を基準ベース２側に押下げて固定するばねである。板ばね５は、図１〜図３に示すように、その中央部５１が可動ベース３の重心Ｇ（図２参照）を通る、矩形のガイドフレーム４の辺に垂直な線Ｌと辺とが交わる点の位置から側面に突出した可動ベース３の突起３１，３２に固定されている（図３参照）。板ばね５の両端部にはローラ５２，５３が軸支されていて、このローラ５２，５３がそれぞれガイドフレーム４に設けられた受側ガイドレール４３の下面に接触している。この板ばね５が上から圧縮されて取付けられていることで、可動ベース３を基準ベース２の表面に押付ける。これが先に説明した微小昇降機構の可動ベース３を下降させる機構である。
【００１１】
図１において、６は、検査ステージであって、これにはディスク１００をチャックするスピンドル７が設けられている。
可動ベース３は、ガイドフレーム４の一辺に沿ってかつＸ軸上を移動し、Ｘステージとなる。８は、磁石とコイルとが装填されたシャフト形状のリニアモータであり、Ｘステージの駆動源である。これは、図１において、図面右側のガイドフレーム４の一辺に沿って設けられていて、その頭部と尻部は、ブラケット８１，８２を介してガイドフレーム４の図面右側の一辺に固定されている。そして、このリニアモータ８の移動子８３が可動ベース３の右側面に取付補助板４３ａを介して固定され、これにより可動ベース３がリニアモータ８により駆動されてＸ軸上を移動する。
ガイドレール９１，９２は、ガイドフレーム４の前後の各辺の裏面下側に設けられていて、ボールベアリング９５，９６を介してガイドフレーム４の裏面を支持することで、ガイドフレーム４がガイドレール９１，９２上を移動する。これによりガイドフレーム４がＹステージになる。なお、ボールベアリング９５，９６は、ボールベアリング構成４１，４２と同様な構造であるが、ガイドレール９１，９２とは一体的な構造となっていて、基準ベース２を基準としてこれに移動可能にガイドフレーム４を固定する。
ここでは特に、図３の断面図に示すように、受側ガイドレール４３のボール４５を受ける面をボールベアリング９５，９６のガイドレール９１，９２を受ける面と実質的に同じ高さに設定している。これにより、ボールベアリング構成４１，４２による可動ベース３（Ｘステージ）の移動面は、ボールベアリング９５，９６とガイドレール９１，９２とによるガイドフレーム４（Ｙステージ）の移動面と実質的に同じ高さになりかつそれぞれの移動方向は直交している。しかも、可動ベース３は、基準ベース２の表面で停止する。これにより基準ベースからみた位置決め誤差が低減できる。
【００１２】
ガイドフレーム４は、図１〜図２の上下および図３に示すように、Ｙ軸に沿って設けられたガイドレール９１，９２上を移動する。その駆動源である図１における９もシャフト形状のリニアモータであって、ガイドフレーム４とともにＹステージを構成する。リニアモータ９は、図面上側のガイドフレーム４の一辺に沿ってかつこの辺の裏面、下側に設けられたガイドレール９１に平行に基準ベース２上に設けられている。その頭部と尻部は、ブラケット９３，９４を介して基準ベース２に固定されている。
このリニアモータ９の移動子９７（図１参照）は、ガイドフレーム４の辺に裏面側で固定されている。
これにより、浮上状態にある可動ベース３は、リニアモータ９の駆動に従ってガイドフレーム４がＹ軸上を可動ベース３を保持した状態で移動し、リニアモータ８，９の駆動により、それぞれＸ軸，Ｙ軸に沿って可動ベース３が移動する。ここで、Ｘ軸は、ディスク１００の半径方向に一致していて、Ｙ軸は、ディスク半径方向に直角な方向となり、ピエゾステージ３ａに搭載された磁気ヘッドのスキュー設定方向に一致している。
【００１３】
次に、微小昇降機構として可動ベース３を浮上させる構造について図２〜図４を参照して説明する。図２は、可動ベース３の平面図である。
図２に点線で示し、図４（ｃ）に示すように、可動ベース３の裏面３０には、６個のエアー吹出孔３３，３３…が分散して配置されていて、これらエアー吹出孔３３，３３…へ連通する孔（図示せず）が可動ベース３の内部に穿孔されていて、それらがポート３４（図１参照）に結合している。コントローラ３８の制御によりこのポート３４へエアーポンプ３６から制御弁３５、管３７を介してエアーが導入される。
さらに、図２，図４（ｃ）に示すように、可動ベース３の裏面の四隅に矩形の突起部分３９が設けられていて、これが基準ベース２との接触面となる。接触面となるその頭部は、定盤仕上げにされ、可動ベースの裏面３０の底部は、吹き出したエアーを外部へと逃がすために５μｍ〜５０μｍ程度の凹部となっている（図４参照）。
可動ベース３の停止制御時に、即座に、板ばね５を作用させるために、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、基準ベース２と接触状態にある可動ベース３との間には、１０μｍ程度のエアー逃げ間隙Ｓが設けられている。
【００１４】
次に、移動テーブルの可動ベース３の移動動作を説明すると、まず、コントローラ３８により制御弁３５が制御され、エアーポンプ３６から加圧エアーが供給されると、６個のエアー吹出孔３３〜３３からエア−が噴出されて、板ばね５による可動ベース３の押下げ力に抗して、可動ベース３が基準ベース２に対して浮上する。このとき、アルミニウム製の矩形ガイドフレーム４は、上部に押上げられて撓む。このときの浮上量は、突起部分３９に対して１０μｍ程度である。
この浮上状態で、リニアモータ８，９が駆動されて、磁気ヘッド（図示せず）がディスク１００上の所定のトラック位置に位置決めされる。
この位置決めが完了した時点で、コントローラ３８により制御弁３５が制御され、エアーポンプ３６からのエアーが停止すると、可動ベース３は、浮上力を失い、板ばね５により基準ベース２に押付けられて停止する。この状態を示すのが図４（ａ）である。このとき、板ばね５は、可動ベース３を１０μｍ程度押し下げるだけであるので、可動ベース３は、基準ベース２に高速にロックされる。なお、可動ベース３の浮上量としては、基準ベース２との間の摺動抵抗を低減あるいはそれをなくすためのものであるので、高速停止という点で数十μｍ〜数百μｍ程度の範囲のものであってよい。
【００１５】
可動ベース３の停止時においては、アルミニウム製の矩形ガイドフレーム４は、撓みが戻り、可動ベース３は、板ばね５により基準ベース２に押圧される。受側ガイドレール４３が可動側部材４４側へと押下げられてボール４５と密に接触する。したがって、このときには、受側ガイドレール４３と可動側部材４４とボール４５とは、きっちりとしたボール軸受を構成する。浮上状態にあっても受側ガイドレール４３と可動側部材４４とボール４５との間に吹出しエアーによる押しつけ力が働いて、これらのずれ、バックラッシュ等はほとんどない。そのため、高精度な移動が可能になる。また、停止状態のときには、その位置で板ばね５が作用するので、即座に停止し、位置ずれはほとんど生じない。
図５（ａ），（ｂ）は、１０μｍの間隙Ｓによる停止効果を示すグラフである。図５（ａ）は、間隙Ｓがない場合であり、図５（ｂ）は、間隙Ｓを設けた場合である。それぞれの図において、Ａは、コントローラ３８の制御信号であり、Ｂは、可動ベース３の移動速度である。制御弁３５に加えるコントローラ３８の制御信号Ａを“Ｌ”（Ｌｏｗレベル）にして停止状態に入ったときに、図５（ｂ）では１００ｍｓｅｃ以下で停止させることができるが、同じ条件で間隙Ｓを設けなかった図５（ａ）では、停止まで１４００ｍｓｅｃ以上の時間がかかる。高速停止をするためには、この間隙Ｓは、５μｍ〜５０μｍ程度の範囲にあることが好ましい。
【００１６】
ところで、前記のように、ガイドフレーム４の枠の内側に可動ベース３を保持して停止状態で直接基準ベース２に固定する構造のＸステージとすると、Ｙステージは、高さ方向において基準ベース２を基準として移動させることができる。Ｘ軸とＹ軸の移動面を実質的に同一面にすることができる。このようにすることで、Ｘステージ、Ｙステージともに基準ベース２の面上で移動させることができ、高さ方向の位置ずれもほとんど生じない。これにより高精度位置決めが可能になる。また、この実施例のように、ばねを可動ベース３に作用させて、可動ベース３を押圧することで、真空吸着などの場合と異なり、押圧荷重が変化することがないので、可動ベースの降下が安定し、停止動作が安定する。
【００１７】
以上説明してきたが、実施例のガイドフレームの形状は一例であって、この発明は、完全な矩形の形状に限定されるものではなく、例えば、一辺が開放された矩形であってもよい。
実施例のボールベアリングは、一例であって、この発明は、ボールに換えてローラのころがり軸受構造としてもよい。また、実施例のＸ軸，Ｙ軸は、入れ替えられてもよく、これらは、直線状の一軸であればよい。
実施例の微小昇降機構の構成におけるエアー吹出孔は、可動ベースではなく、基準ベースに設けられていてもよい。また、エアー吹出孔の数は６個に限定されるものではない。さらに、実施例の板ばねは、可動ベースではなく、基準ベース側に取り付けられてもよく、板ばねは、一例であって、これはコイルばね、その他の弾性部材を用いることができる。またさらに、この可動ベースを押圧する実施例の機構は、一例であって、可動ベースは、移動のときに基準面から離れていて、停止のときに基準面上で停止する機構であれば、そのような昇降機構であってもよい。
さらに、実施例では、ヘッドキャリッジの移動テーブルを中心として説明しているが、この発明は、高速かつ高精度な位置決めを伴う、ＸＹステージ一般に適用できる。さらに、この発明の移動テーブルは、磁気ディスク検査装置や磁気ヘッド検査装置に利用できるものである。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にあっては、基準ベース上でＸ軸あるいはＹ軸に沿って移動する矩形の移動枠を設けて、その内側にＹ軸あるいはＸ軸に沿って移動する可動ベースを配置して、この可動ベースが停止する面を基準ベース上に設定している。これにより移動枠の移動面と可動ベースの移動面とを近傍に設定しあるいは実質的に一致させることができる。しかも、移動面におけるそれぞれの移動方向が直交状態になっているので、一方の移動位置の誤差が他方に影響され難くなり、かつ、可動ベースが定盤の基準ベースの表面で停止するので、高さ方向の位置ずれがほとんどなく、かつ、高精度な位置決めが可能になる。
その結果、高さ方向の位置ずれがほとんどなく、かつ、位置決め精度が高いＸＹステージを実現できる。さらに、この移動テーブルを利用して磁気ヘッドテスタ，磁気ディスクテスタに適する高精度な位置決めが可能なヘッドキャリッジを容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明のＸＹステージを適用した一実施例のヘッド検査装置におけるヘッドキャリッジを中心とした一部切欠き平面図である。
【図２】図２は、その可動ベースを主体とする平面図である。
【図３】図３は、ベアリング部分を中心とする側面断面図である。
【図４】図４（ａ）は、ベアリング支持の構造の断面説明図、（ｂ）は、停止状態における可動ベースと基準ベースとの間のエアー逃げ間隙についての説明図、（ｃ）は、可動ベース裏面の吹出孔と突起の説明図である。
【図５】図５は、押圧施錠の作用効果の説明図である。
【図６】図６は、従来のエアーＸＹステージの一例の説明図である。
【符号の説明】
１…ベアリング支持の移動ステージ、２…基準ベース、
３ａ…ピエゾステージ、３…可動ベース、４…ガイドフレーム、
５…板ばね、６…検査ステージ、７…スピンドル、
８，９…リニアモータ、３１，３２…突起、３３…エアー吹出孔、
３４…ポート、３５…制御弁、
３６…エアーポンプ、３７…管、
３８…コントローラ、３９…突起部分、
４１，４２…ボールベアリング機構、
４３…受側ガイドレール（ベアリングの固定側部材）、
４４…ベアリングの可動側部材、
４５…ベアリングのボール、
５１…板ばねの中央部、５２，５３…ローラ、
８１，８２，９３，９４…ブラケット、
８３，９７…移動子、９１，９２…ガイドレール、
９５，９６…ボールベアリング、１００…ディスク。
Claims (5)
- 定盤の基準ベースに支持されるＸＹステージにおいて、
前記基準ベース上をＸ軸およびＹ軸のいずれか一方の軸に沿って移動し内側に矩形の空間を有する移動枠と、
この移動枠を移動させるために前記基準ベースに設けられた第１の駆動源と、
前記矩形の空間に装填され前記Ｘ軸およびＹ軸のいずれか他方の軸に沿ってかつ前記基準ベースに沿って移動し前記基準ベース上で停止する矩形の可動ベースと、
この可動ベースを移動させるために前記移動枠に設けられた第２の駆動源と、
前記可動ベースを前記基準ベースの表面から離し、前記可動ベースの停止時に前記可動ベースを前記基準ベースの表面に接触させる微小昇降機構とを有し、
前記可動ベースは、停止状態で前記基準ベースに接触する面が定盤仕上げとなっていて、
前記微小昇降機構には前記可動ベースの停止時に前記可動ベースを前記基準ベースの方向へ押圧して前記可動ベースを前記基準ベース上に固定するための押圧部材と、前記可動ベースあるいは前記基準ベースのいずれかに複数個分散して設けられたエアー吹出孔からエアーを吹き出して前記押圧部材の基準ベースの方向への押圧に抗して前記基準ベースから前記可動ベースを浮上させるエアー吹出し機構とが設けられ、
さらに、前記可動ベースと前記基準ベースとの間には前記エアー吹出孔からの吹き出しエアーが停止したときに前記エアー吹出孔から吹き出されたエアーが逃げる間隙が設けられているＸＹステージ。 - 前記移動枠は、矩形の一辺が開放された枠である請求項１記載のＸＹステージ。
- 前記基準ベースは石材製であり、前記第１および第２の駆動源はリニアモータであり、前記移動枠は、矩形の枠であって、対向する２辺のそれぞれに第１のころがり軸受が設けられ、これら第１のころがり軸受を介して前記可動ベースの対向する２辺を移動可能に支持し、この移動枠の残りの対向する２辺と前記基準ベースとの間にそれぞれ第２のころがり軸受が設けられている請求項１記載のＸＹステージ。
- 前記第１のころがり軸受の移動面と前記第２のころがり軸受の移動面とが前記基準ベースの表面からみて実質的に同じ高さにある請求項３記載のＸＹステージ。
- 前記第１のころがり軸受はボールベアリングであり、前記移動枠は、前記可動ベースが浮上したときに撓む可撓性部材で構成され、前記ボールベアリングの可動側部材が前記可動ベースの対向する２辺に固定され、前記ボールベアリングの固定側部材が前記移動枠の対向する２辺に固定され、前記可動ベースが前記基準ベース上に固定された状態において前記固定側部材と前記可動側部材とがボールを介して接触した状態にある請求項４記載のＸＹステージ。
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