JPH10340450A - ディスク表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ディスク表面上の極めて小さい凹凸の有無を検
出することができるディスク表面検査装置を提供する。 【解決手段】光学部１３は可動の対物レンズ１１を介し
てディスク面にレーザビームを照射し、その反射光を４
分割フォトダイオードとＣＣＤで受ける。ＣＣＤにより
読み取られた像は画像記憶部１４に記憶され、その画像
を凹凸検出部１６で処理してディスク表面上の微小な凹
凸の有無を検出する。自動焦点制御部１８は、４分割フ
ォトダイオードからのＲＦ信号２０およびＦＯＣＵＳ信
号２１に基づいて、非点収差法により対物レンズからデ
ィスク表面までの距離を検出し、該距離に基づいてレン
ズ駆動信号２２を生成する。好ましくは、非点収差法に
よる位置検出範囲より広い検出範囲の検出が可能な位置
検出素子（ＰＳＤ）を用いて、対物レンズ位置を非点収
差法による位置検出範囲に追い込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスクや半
導体ウエハのようなディスクの表面を検査するディスク
表面検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスク装置に使用される磁気デ
ィスクでは、通常その表面上を磁気ヘッドが僅かに浮上
して、データの書き込みおよび読み出しを行う。したが
って、ディスク表面の凹凸、特に突起が存在する場合に
は、磁気ヘッドがその突起に衝突して破損したり、誤動
作の原因となったりする。

【０００３】したがって、ディスク表面にはそのような
突起は１個でも存在してはならない。そのため、磁気デ
ィスクは、装置に組み込まれる前にその表面を検査し
て、不都合な凹凸の存在するディスクは除外する必要が
ある。

【０００４】図１９に、従来の磁気ディスクの表面検査
装置の原理図を示す。これは、回転するディスク１９１
の表面に対して、アーム１９４の先端に取り付けられた
針１９３の先端を当接させ、アーム１９４に付設された
圧電素子１９５により針１９３の先端の振動を電気信号
に変え、この電気信号に基づいてディスク表面の凹凸状
態１９２を検出するものである。

【０００５】また、このような接触式ではなく、レーザ
ビームを利用して非接触でディスク表面の状態を検査す
る装置が特開昭６２−２３５５１１号公報に開示されて
いる。これは、ディスク表面からの反射光を検出して、
ディスクの所定の区間毎に、当該区間内の表面の状態を
表現する統計量を求めて、この統計量に基づいてディス
クの表面状態を検査するものである。その反射光検出手
段としては、受光面が連続的な広がりを有する半導体光
点位置検出器を用いている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば日経
エレクトロニクス、１９９７．３．１０号（ｎｏ．６８
４）、ｐｐ１４１−１５１に記載のように、磁気記録の
高密度化を図るために、ヘッドの浮上量が極めて小さく
（例えば約２５μｍ）なってきている。その結果、従来
問題とならなかった大きさの、ディスク表面上の突起ま
で問題となるようになった。

【０００７】上記接触型の検査装置では、その機械的な
構造のために、上記のような微小な凹凸の検出は物理的
に不可能である。

【０００８】また、上記特開昭６２−２３５５１１号公
報に記載の検査装置においては、ディスク表面からの反
射光から求めた統計量に基づいて表面状態を判断するも
のであるため、上述したような個々の微小な突起等を検
出できるものではない。さらに、このような光ビームを
用いて微小な突起等の検出のためには、図１９に示すよ
うなディスク回転に伴う面振れｄ２やディスクの厚さｄ
１の誤差（例えば数１００μｍ）の存在も問題となる。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的は、ディスク表面上の
極めて小さい凹凸の有無を検出することができるディス
ク表面検査装置を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、ディスク回転に伴う
面振れやディスク厚の誤差の存在にも関わらず、ディス
ク表面上の極めて小さい凹凸の有無を正確に検出するこ
とができるディスク表面検査装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるディスク表
面検査装置は、被検査対象のディスク表面にある微小な
凹凸の有無を検出するディスク表面検査装置であって、
ディスク表面に照射すべき光ビームを発生する光ビーム
発生部、該光ビーム発生部により発生された光ビームを
ディスク表面に焦点合わせするための可動の対物レン
ズ、および該対物レンズを可動制御する可動制御部を含
み、ディスク表面の像を読み取る光学部と、該光学部に
より読み取られた像を画像として記憶する画像記憶部
と、該画像記憶部に記憶された画像を処理することによ
りディスク表面上の微小な凹凸の有無を検出する画像処
理手段と、前記光学部の対物レンズから得られる信号に
基づいて対物レンズからディスク表面までの距離を検出
し、該距離に基づいて対物レンズの位置を変化させるこ
とにより焦点制御を行う自動焦点制御手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【００１２】本発明者は、レーザービームのようなコヒ
ーレントな性質を有する光ビームの干渉性を利用した干
渉光学系を用いることにより、ディスク表面上の極小の
凹凸を、画像処理を通して検出することとした。その
際、光ビームのディスク面上の光ビーム照射部分の焦点
位置は、対物レンズの焦点深度以内に合わせる必要があ
る。一方、ディスクには厚さ誤差があり、また、ディス
クの回転に伴う面振れもあるため、焦点位置がずれてし
まう。そこで、本発明では、このような比較的大きな表
面位置の変動（例えば１μｍ以上）に対して、自動焦点
制御手段により対物レンズ位置を調整して自動的に合焦
状態が得られるようにした。すなわち、ディスク面位置
変動やディスク厚誤差には自動焦点制御手段を用いて対
処した上で、ディスク面上の微小な凹凸を画像（光の干
渉像）処理により検出するようにした。

【００１３】これによって、ヘッド浮上量が非常に小さ
い高密度記録用の磁気ディスクの極めて微細な凹凸の１
個１個を正確に検出することが可能になる。

【００１４】前記画像処理手段は、好ましくは、ディス
ク表面の微小な凹凸に伴ってディスク表面に照射された
光ビームの光路長が変化することにより生じる干渉像に
基づいて微小な凹凸の有無を検出するものである。

【００１５】前記光学部は、例えば、ディスク表面に照
射された光ビームのスポット像を受ける４分割光検知器
を有し、前記自動焦点制御手段は、前記４分割光検知器
の出力に基づいて非点収差方式による距離検出を行い、
該検出された距離に基づいて前記対物レンズに対する自
動焦点制御を行う。

【００１６】あるいは、前記光学部は、ディスク表面に
照射された光ビームのスポット像を受ける、前記対物レ
ンズから異なる距離に位置する１対の光検知器を有し、
前記自動焦点制御手段は、前記１対の光検知器の出力に
基づいて差動同心円法による距離検出を行い、該検出さ
れた距離に基づいて前記対物レンズに対する自動焦点制
御を行う。

【００１７】本発明の以上のような構成、すなわち干渉
光学系と非点収差光学系（または差動同心円光学系）を
組み合わせたことにより、ディスク表面の光ビームのス
ポット系（ビームウエスト）を広くすることが可能にな
る。もし、例えば非点収差光学系のみを用いて凹凸検出
を高精度化しようとするとスポット系を小さくする必要
がある。これによって、凹凸の部分をレンズで拡大する
ことにより、より小さい部分まで検出できるからであ
る。しかし、あまり拡大してしまうと、観察する部分の
範囲が狭くなってしまう。なぜなら、非点収差法ではＰ
Ｄだけで検出する機能しかないためスポットでしか観察
できないからである。よって、高精度の検出を行うため
にはスポット径つまりビームウエストを小さくすること
が必要となる。

【００１８】これに対して、本発明では、干渉光学系を
利用することにより、非点収差光学系の役目を、凹凸の
検出から、ある程度、対物レンズの焦点が合えばよいと
いう焦点制御の目的に変更することができる。これによ
って、非点収差光学系には、微小の凹凸を検出する機能
は不要となるので、観察する対象部分をより広くするこ
とが可能となる。また、干渉光学系は、広範囲内の微小
な凹凸を検出できるので、ビームウエストが広くても問
題ない。但し、干渉は、ある程度の焦点誤差（通常は数
１０μｍ）が発生すると検出不能になるので、この焦点
誤差を非点収差法等により対物レンズを制御して誤差範
囲内に納めることにより、高さ方向にもより広範囲な測
定が可能となる。

【００１９】さらに好ましくは、前記光学部は、前記距
離検出で検出される距離の範囲より大きい範囲でレンズ
位置を検出するレンズ位置検出手段を有し、前記自動焦
点制御手段は、まず、前記レンズ位置検出手段による検
出結果に応じて前記対物レンズの位置をより狭い前記距
離検出の範囲内に追い込み、次いで、前記検出された距
離に基づいて前記対物レンズの自動焦点制御を行う。こ
れにより、自動焦点制御において、より大きなディスク
面位置の変動に対処することが可能になる。

【００２０】前記光学部は、例えば、ディスクの半径方
向に配列されディスクに対して相対的にらせん状または
同心円状に走査される１次元センサを有し、前記画像記
憶部は、前記１次元センサにより光電変換された信号に
基づいて画像データを記憶する。これにより、上記ビー
ムウエストの広域化と相まって、ディスクの周方向に沿
って比較的広い帯状の幅をもって検査することができ、
検査時間の短縮化を図ることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について詳細に説明する。以下では、磁気ディスクの表
面検査について説明するが、本発明は、磁気ディスクに
限るものではなく、ディスク表面の微小な凹凸を検出す
る必要がある任意の媒体の表面検査に適用することがで
きる。例えば、半導体ウエハの表面検査にも利用するこ
とができる。

【００２２】まず、図１に、本発明による実施の形態に
係る磁気ディスクの表面検査装置の主要部の構成を示
す。

【００２３】このディスク表面検査装置１００は、被検
査対象の磁気ディスク１０を回転させるスピンドルモー
タ１９と、磁気ディスク１０のディスク表面に光ビーム
を照射するとともにディスク表面からの反射光を受ける
光学部１３と、この光学部１３の出力であるＣＣＤ画像
信号１２を受けて画像として記憶する画像記憶部１４
と、この画像記憶部１４に記憶された画像信号１５を処
理することによりディスク表面上の微小な凹凸の有無を
検出する凹凸検出部（画像処理手段）１６と、光学部１
３の自動焦点合わせを行う自動焦点制御部１８により構
成される。

【００２４】磁気ディスク１０の検査時、磁気ディスク
１０はスピンドルモータ１９により所定の回転速度で回
転駆動され、光学部１３は可動の対物レンズ１１を有
し、自動焦点制御部１８は、光学部１３から受けた、後
述のＲＦ信号２０およびＦＯＣＵＳ信号２１に応じて、
光学部１３に対してレンズ駆動信号２２を出力する。

【００２５】図１８に、本実施の形態における検査の対
象である磁気ディスクの外観を示す。この磁気ディスク
１０は、高密度記録のために従来ディスク全面に設けら
れていた、ヘッドを浮上させるための意図的なキズであ
るいわゆるテクスチャをディスク外周部１８７にのみ設
け、内周部１８６にはテクスチャを排除した鏡面として
いる。図の例では、磁気ディスクの欠陥として３個の突
起１８８が拡大して例示してある。

【００２６】図１３に、このディスク表面検査装置１０
０をパソコン（ＰＣ）１３８を介してＬＡＮ１３９に接
続したシステム構成を示す。ＬＡＮ１３９にはこのよう
なディスク表面検査装置１００およびＰＣ１３８の組を
複数組接続して、同時に複数のディスクの検査を行うこ
とが可能である。

【００２７】図１３のディスク表面検査装置１００で
は、図１に示したその主要部の構成に加えて、ここで、
ＰＣ１３８により制御される磁気ディスクの回転駆動お
よび光学部・処理部１３０のスライド駆動の機構を示
す。光学部・処理部１３０は、図１の光学部１３、画像
記憶部１４、凹凸検出部１６および自動焦点制御部１８
に相当する。

【００２８】磁気ディスク１０は、ＰＣ１３８の制御下
でスピンドル制御部１３１を介して前述のようにスピン
ドルモータ１９により回転駆動される。この回転動作は
エンコーダ１３２により検出され、その検出信号がＰＣ
１３８へ返送される。これにより、ＰＣ１３８は、光学
部１３に対する現時点の磁気ディスクの回転角度θを認
識することができる。一方、光学部１３は、ＰＣ１３８
の制御下でスライド制御部１３５を介してスライドモー
タ１３６により磁気ディスク１０の半径方向にスライド
駆動される。このスライド動作は円コーダ１３７により
検出され、そのスライド位置情報ｒはＰＣ１３８へ返送
される。したがって、ＰＣ１３８は、ｒとθによりディ
スク面上のどこを検査しているかを認識することがで
き、これを凹凸部の検出された位置と対応づけることが
できる。また、図示しないがＰＣ１３８は、これらの情
報を基づいて、ディスク面上のどこで凹凸部が検出され
たかを表示することができる。

【００２９】磁気ディスク１０の回転と光学部１３のス
ライドの結果、光学部１３の照射する光ビームは、磁気
ディスク１０に対して相対的に、ディスク表面上にらせ
ん状または同心円状に走査される。したがって、ディス
ク表面の周方向にに沿った帯状の画像が得られる。この
帯は好ましくは隣の帯と重複するようにする。帯の境界
での凹凸を見落とすことのないようにするためである。
らせんか同心円かは、スライドを間欠的に行うか連続的
に行うかにより決まる。本実施の形態では、ディスクの
外周から内周へ向けて、らせん状にディスク表面を検査
していく。

【００３０】図示しないが、これらの装置はクリーンル
ーム内に設置され、磁気ディスクの搬送から装着、検査
まですべて自動で行われる。ＰＣ１３８には、光学部・
処理部１３０からの検出信号１７の他に、各磁気ディス
ク１０に記録されているシリアル番号（ＳＮ）が読み取
られ、ＰＣ１３８へ送られる。ＰＣ１３８は、図１４に
示すように、自己の処理した磁気ディスクの通し番号
（Disk No.)および前記シリアル番号（ＳＮ）およびそ
のディスクのエラー数（凹凸の検出個数）を記憶する。
なお、前述のように、検出対象の帯は隣の帯と重複する
ので同一の凹凸部を重複して検出することがありうる
が、前述のｒとθの情報に基づいて同一であることが分
かるので、当該凹凸部は１個とカウントする。

【００３１】ＬＡＮ１３９には、ホストコンピュータが
接続されており、ＰＣ１３８は、ホストコンピュータか
らの要求に応じて、または自発的に、この検査結果をＰ
Ｃ１３８に送信する。

【００３２】次に、図２により、本実施の形態において
採用したレーザ干渉の原理および非点収差法の原理を説
明する。本実施の形態では、ディスク表面上の微小な凹
凸は、ディスク表面から読み取った光の干渉像を画像処
理することにより検出する。一方、これより大きなディ
スク面位置変動は、非点収差法によりその変動を検出し
てこの検出結果に基づいて光学部１３の焦点制御を行
う。

【００３３】図２（ａ）はレーザ干渉の原理を示すもの
である。光ビーム発生部であるレーザダイオード（Ｌ
Ｄ）３１から発生されたコヒーレント性を有する光ビー
ムは、ビームスプリッタ３２によりディスク１０と固定
のミラー（基準ガラス）３４へ向かう２方向へ分割さ
れ、両者の反射光がビームスプリッタ３２で合流して干
渉する。この干渉光は、センサであるＣＣＤ撮像素子３
５で検出される。本実施の形態では、ＣＣＤ撮像素子３
５は、４０９６個の画素からなる１次元のセンサを構成
する。ビームスプリッタ３２とミラー３４との間隔が固
定であるのに対し、ビームスプリッタ３２とディスク表
面との間隔が変化すると、干渉光に明暗変化が生じる。
したがって、ディスク表面の２次元的な画像には、ディ
スク表面の凹凸に応じた干渉縞が生じる。この干渉縞を
後述する画像処理により解析することにより、微小な
（例えば数ｎｍ程度）の凹凸を検出することができる。

【００３４】図２（ｂ）は非点収差法の原理を示すもの
である。これは、レーザダイオード３１からの光ビーム
をビームスプリッタ３２でディスク１０へ向けて反射さ
せ、ディスク表面での反射光を円筒型レンズ（ＣＬ）３
６を介して４分割フォトダイオード（ＰＤ）３７へ入射
する構成をとる。非点収差法について、さらに図３およ
び図４により４分割ＰＤ３７の構成および作用を説明す
る。

【００３５】図３（ａ）は、４分割ＰＤ３７の構成を示
す。４分割ＰＤ３７は、４個に分割された等面積の光検
出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを有する。４分割ＰＤ３７上には、
ディスク表面上に照射された光ビームのスポットの像が
形成される。この像の形状は、図３（ｂ）（ｃ）（ｄ）
に示すように、対物レンズ１１からディスク表面までの
距離に応じて、すなわち、「近い」「焦点位置」「遠
い」に応じて図示のようにスポット形状Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３が変化することが知られている。そこで、光検出部
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの全出力を加算した総和Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ
を反射（ＲＦ）信号として求めるとともに、対角にある
光検出部同士の和の差（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）を焦点
（ＦＯＣＵＳ）信号として求める。（各光検出部Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの出力をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと表わ
す。） 図４に、ＲＦ信号とＦＯＣＵＳ信号の電圧値と、対物レ
ンズ１１からディスク表面までの距離との関係を示す。
図から分かるように、ＲＦ信号は焦点位置でピークを示
し、焦点位置から近くなっても遠くなっても出力は低下
している。これに対して、ＦＯＣＵＳ信号の出力値は、
焦点位置で中間値０を示し、焦点位置から近づくか遠ざ
かるかにより出力の符号が逆になりかつ距離変化にほぼ
比例して変化する。かつ、ＦＯＣＵＳ信号の出力値は、
距離の検出範囲を超えると急激に低下していく。したが
って、両信号の出力値に基づいて、対物レンズ１１とデ
ィスク面との相対距離が焦点位置にあるか否か、さらに
は焦点位置からずれている場合に焦点位置に達するため
にいずれの方向に対物レンズ１１を動かせばよいかを認
識することができる。

【００３６】次に、図５に光学部１３の具体的な構成例
を示す。これは、図２（ａ）（ｂ）で説明したレーザ干
渉と非点収差の両方の構成を組み込んだものである。レ
ーザダイオード３１は本実施例では波長６７０ｎｍのレ
ーザを発光する。このレーザダイオード３１から出力さ
れたレーザビームは、コリメートレンズ３０により平行
光に変換され、ビームスプリッタ３２によりミラー３４
と対物レンズ１１の２方向へ分割される。対物レンズ１
１に向かったレーザビームは磁気ディスク１０の表面で
反射して再度対物レンズ１１を透過してビームスプリッ
タ３２を透過し、他のビームスプリッタ３３へ向かう。
一方、ミラー３４で反射されたレーザビームは、ビーム
スプリッタ３２で他のビームスプリッタ３３の方向へ反
射される。これらの２つの反射されたレーザビームは、
さらにビームスプリッタ３３で２方向に分割される。分
割された一方は中間レンズ３９を介してＣＣＤ撮像素子
３５へ向かい、ここで干渉した光の像（干渉像）が検出
される。他方は、円筒型レンズ３６および中間レンズ３
８を介して４分割ＰＤ３７へ向かい、その上に前述した
光のスポット像を形成する。円筒型レンズ３６は批点収
差を発生する働きを有し、中間レンズ３８はＰＤ３７へ
焦点を合わせる働きを有する。対物レンズ１１は、後述
するレンズ駆動部６０に可動に支持されている。図５に
おいて、対物レンズ１１および磁気ディスク１０以外は
すべて固定されている。

【００３７】以下、図１に示した主要要素の具体的な構
成を説明する。

【００３８】図６は、光学部１３のレンズ駆動部６０の
構造を示す。対物レンズ１１は、磁気シールドケース６
１内にレンズダンパ６６を介して光軸方向に移動可能に
支持されている。対物レンズ１１には駆動コイル６５が
固着されている。駆動コイル６５は、磁石６３に接触し
てＰ極とＮ極を構成する磁性体部材６４，６８の形成す
る空間内に位置している。ケース６１内の塵埃の侵入を
防ぐためにレンズカバー６７が設けられている。なお、
図６には、後述する第２の実施の形態において使用する
位置検出素子６２も合わせて図示してある。位置検出素
子６２は、対物レンズ１１の上下方向位置を検出するＰ
ＳＤ(Position Sensitive Diode)のような素子であり、
ケース６１の内壁に固設されている。

【００３９】このレンズ駆動部６０に対して、光学部１
３の対物レンズ１１から得られる信号に基づいて対物レ
ンズ１１からディスク表面までの距離を検出し、この検
出信号に応じて生成されたレンズ駆動信号２２（図１）
を駆動コイル６５に流すことにより、対物レンズ１１の
光軸方向の位置が制御される。

【００４０】図７は、画像記憶部１４の内部の概略構成
を示す。画像記憶部１４は、光学部１３のＣＣＤ撮像素
子３５からの画像信号１２を受けてこれをデジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換器７１と、このデジタル信号が書
き込まれるメモリ７２と、このメモリ７２の書き込みお
よび読み出しを制御するリードライト制御部７３とによ
り構成される。本実施の形態では、ＣＣＤ撮像素子３５
に取り込まれた１次元の像は直列に読み出されて、順
次、対応するデジタル信号に変換され、メモリ７２に書
き込まれる。メモリ７２では、１次元の像を並列に配置
することにより、２次元の画像を再生する。

【００４１】この画像には、前述したレーザ干渉の採用
により図８に示すように明暗の干渉縞が現れる。この画
像は、凹凸検出部１６による画像処理により、解析され
て微小な凹凸部分８１の存在が検出される。凹凸検出部
１６は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いて、
公知の手法により凹凸部の検出を行うことができる。

【００４２】図９に、上記の実施の形態を改良した第２
の実施の形態に係る自動焦点制御の概略構成を示す。こ
の第２の実施の形態では、前述した４分割ＰＤ３７を利
用した非点収差距離検出部９１からＲＦ信号２０および
ＦＯＣＵＳ信号２１を得るだけでなく、図６で説明した
レンズ駆動部６０の位置検出素子６２から位置検出（Ｐ
ＳＤ）信号９４を得る。自動焦点制御部９３は、これら
の信号２０，２１，９４を受けて、現在のレンズ位置を
判断し、適正な合焦状態が得られるようなレンズ駆動信
号２２を生成し、これをレンズ駆動部６０へ供給する。

【００４３】まず、この第２の実施形態の意義を図１０
により説明する。

【００４４】図１０（ａ）は、対物レンズ１１の絶対位
置（横軸）に対する位置検素子６２のＰＳＤ信号９４の
値（縦軸）を示す。図１０（ｂ）は、対物レンズ１１の
ディスク面に対する相対位置、すなわち両者の距離（横
軸）に対するＦＯＣＵＳ信号２１（縦軸）の値を示す。
図１０（ｂ）から分かるように、通常、非点収差方式の
距離検出範囲は、±５μｍ（１０μｍ）と比較的狭い範
囲に限定される。これは、対物レンズ１１の位置制御精
度を±５００ｎｍのような高精度にするために、検出範
囲を広げることができないためである。したがって、対
物レンズ１１がこの距離検出範囲から外れると、正常な
自動焦点制御が困難となる。そのため、本実施例では、
前述した位置検出素子６２を設けて、より広範囲、例え
ば±５００μｍ（１０００μｍ）の距離検出範囲で対物
レンズ１１の位置検出を可能としている。

【００４５】自動焦点制御部９３（図９）は、ＰＳＤ信
号９４に基づいて、現在の対物レンズ１１の位置が非点
収差検出範囲内に収まるように制御を行い、非点収差検
出範囲内に入った後は、ＦＯＣＵＳ信号２１に基づいて
より適正な合焦状態となるよう対物レンズ１１の位置を
制御する。

【００４６】位置検出素子６２は、図１５に示すよう
に、発光素子１５３と受光素子１５４からなり、両者の
間に対物レンズ１１の動きを伝える遮光部材１５１が挿
入配置されている。この構成により、受光素子１５４の
受光量に応じて対物レンズ１１の位置が上記のような比
較的広い検出範囲で検出される。但し、その位置精度自
体は±１０μｍ程度でさほど高くない。

【００４７】なお、高精度な駆動機構等の採用により非
点収差方式の距離検出で足りる場合には、このＰＳＤ信
号（よって位置検出素子６２）およびそれに基づく制御
は不要である。

【００４８】図１１は、第２の実施の形態における自動
焦点制御部９３の具体的な構成例を示す。図中のＰＳＤ
信号を所定の固定値にすれば第１の実施の形態における
自動焦点制御部１８として用いることができる。また、
第１の実施の形態では、自動焦点制御部１８のためにＰ
ＳＤ信号に関連する要素（Ａ／Ｄ変換器１１２等）を除
外してもよい。

【００４９】図１１は、ＲＦ信号、ＰＳＤ信号、および
ＦＯＣＵＳ信号をそれぞれ受けるＡ／Ｄ変換器１１１，
１１２，１１３と、適応制御部１１６、ＤＥＦＥＣＴ用
フィルタ１１４、ＰＩＤ制御部１１５、位相制御部１１
７、オーバーサンプリングフィルタ１１８、Ｄ／Ａ変換
器１１９により構成される。図中の「ＩＩＲ型」はInfi
nite Impulse Response型のデジタルフィルタを示す。
この構成は、既存のデジタル信号プロセッサにより構成
することができる。

【００５０】ＤＥＦＥＣＴ用フィルタ１１４は、ディス
ク表面の反射信号から外周部のテクスチャの影響を除去
し、大きな凹凸を検出するためのデジタルフィルタであ
る。これによって、大きな凹凸部（テクスチャより大き
く、かつ、ディスク厚やディスク面振れは含まない）で
の自動焦点制御が不安定になるのを防止する。すなわ
ち、例えば数百μｍ以上のキズ（凹凸）があると、非点
収差法による対物レンズ１１の制御がこの凹凸に追従で
きず、サーボが外れるおそれがある。そこで、このよう
な場合に、意図的に対物レンズ１１の制御を停止させ
て、凹凸部分が通過するまで対物レンズを同じ位置に停
止させておく。そして、凹凸が取りすぎてから、制御を
再開する。

【００５１】ＰＩＤ制御部１１５は、比例、積分、微分
等の各種の処理を実行するデジタルフィルタである。位
相制御部１１７は、レンズ駆動部６０の応答特性を補正
するためのデジタルフィルタである。オーバーサンプリ
ングフィルタ１１８は、レンズ駆動部６０の応答特性よ
り高い周波数成分をカットするためのローパスフィルタ
である。また、位相制御によって過剰応答にならないた
めのフィルタとしても働く。適応制御部１１６は、各部
の信号を監視して、サーボＡＧＣ等の各種制御の状態を
最適な状態にするための部分である。

【００５２】図１２に、図１１の自動焦点制御部９３の
ＤＳＰ制御の具体的な手順の例をフローチャートとして
示す。まず、ＲＦ信号、ＰＳＤ信号、およびＦＯＣＵＳ
信号をＡ／Ｄ変換器１１１，１１２，１１３から読み込
む（Ｓ１２１）。ついで、ＤＥＦＥＣＴ用フィルタを実
行する（Ｓ１２２）。次に、ＰＩＤ制御部１１５、位相
制御部１１７およびオーバーサンプリングフィルタ１１
８の各フィルタ機能を実行する（Ｓ１２３）。続いて、
オーバーサンプリングフィルタ１１８の出力である制御
出力信号をＤ／Ａ変換器１１９へ出力する（Ｓ１２
４）。ついで、適応制御部１１６により適応制御（Ｓ１
２５）を行った後、ステップＳ１２１に戻り、以上の処
理を繰り返す。

【００５３】適応制御では、次のサイクルのために、ス
テップＳ１２１で読んだＲＦ信号を用い、その信号レベ
ルの大きさによって、ＰＳＤ制御（位置センサ制御）を
行うか、あるいはＦＯＣＵＳ制御（図１０（ｂ））を行
うかを決定する。ＰＳＤ制御では、ＦＯＣＵＳ制御の検
出範囲を超えた部分のみ制御して、ＦＯＣＵＳ制御が可
能な位置検出範囲まで対物レンズ１１を移動させる。Ｆ
ＯＣＵＳ制御では、その狭い位置検出範囲の中で、サー
ボＡＧＣの信号レベルに基づいてこの信号が歪まなくな
るように、各ＩＩＲ型フィルタの係数を決定する。

【００５４】以上、比較的狭い相対レンズ位置の検出の
ために非点収差法を用いたが、別の方法を用いてもよ
い。図１６にその原理図を示す。これは、差動同心円法
と呼ばれるものであり、対物レンズ１０から異なる距離
にある位置１６１，１６２においてビームの幅Ｄ１，Ｄ
２に伴う光量の差を光検知器で検知し、両者の和および
差を算出するものである。

【００５５】図１７に、図５に対応する具体的な素子の
配置を示す。図５と同様の要素には同じ参照番号を付し
てある。ビームスプリッタ３３の一方の出力は図５の場
合と同様にＣＣＤ撮像素子３５へ向けられるが、他方の
出力は、中間レンズ１７６を介して今一つのビームスプ
リッタ１７７で二分され、ＰＤ１７１とＰＤ１７２に向
かう。両ＰＤ１７１，１７２の配置位置は、等価的に図
１６の位置１６１，１６２に配置される。両ＰＤの出力
の和が加算器１７３により得られ、この信号がＲＦ信号
となる。また、両ＰＤの出力の差が減算器１７４により
得られ、この信号がＦＯＣＵＳ信号となる。

【００５６】非点収差方では１箇所にＰＤを配置すれば
足りるので省スペース化が図れる一方、差動同心円法で
は４分割ＰＤを用いないで済むので装置のコスト低減を
図ることができる。

【００５７】

【発明の効果】以上、本発明のディスク表面検査装置に
よれば、ディスク表面上の極めて小さい凹凸の有無を検
出することができる。また、ディスク回転に伴う面振れ
やディスク厚の誤差の存在にも関わらず、ディスク表面
上の極めて小さい凹凸の有無を正確に検出することがで
きる。さらに、光ビームのビームウエストを広くするこ
とができるので、ディスク表面を帯状に検査していくこ
とができるので、要検査時間を短縮することが可能とな
る。

【００５８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施の形態に係る磁気ディスクの
表面検査装置の主要部の構成を示すブロック図である。

【図２】本実施の形態において採用したレーザ干渉の原
理（ａ）および非点収差法の原理（ｂ）を説明するため
の図である。

【図３】４分割ＰＤの構成および作用を説明するための
図である。

【図４】ＲＦ信号とＦＯＣＵＳ信号の電圧値と、対物レ
ンズからディスク表面までの距離との関係を示すグラフ
である。

【図５】図１に示した光学部の具体的な構成例を示す構
成図である。

【図６】図５に示した光学部のレンズ駆動部の構造を示
す概略断面図である。

【図７】図１に示した画像記憶部の内部の概略構成を示
すブロック図である。

【図８】図７のメモリ７２に記憶された明暗の干渉縞を
示す画像の説明図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係る自動焦点制御
の概略構成を示すブロック図である。

【図１０】第２の実施の形態における、対物レンズの２
つの位置検出範囲を示すグラフである。

【図１１】第２（第１）の実施の形態における自動焦点
制御部の構成例を示す回路ブロック図である。

【図１２】図１１の自動焦点制御部の制御例を示すフロ
ーチャートである。

【図１３】図１のディスク表面検査装置をパソコン（Ｐ
Ｃ）を介してＬＡＮに接続したシステム構成を示す構成
図である。

【図１４】図１３のＰＣに格納される検査結果データの
一例を示す説明図である。

【図１５】図６に示した位置検出素子の具体構成例を示
す構成図である。

【図１６】相対レンズ位置の検出のための、非点収差法
に代わる差動同心円法の原理図である。

【図１７】図１６の差動同心円法のための具体的な素子
の配置を示す説明図である。

【図１８】本発明の実施の形態における検査の対象であ
る磁気ディスクの外観を示す外観図である。

【図１９】従来の磁気ディスク表面検査装置の原理図で
ある。

【符号の説明】

１０…磁気ディスク、１１…対物レンズ、１２…ＣＣＤ
画像信号、１３…光学部、１４…画像記憶部、１５…画
像信号、１６…凹凸検出部、１７…検出信号、１８…自
動焦点制御部、１９…スピンドルモータ、２０…ＲＦ信
号、２１…ＦＯＣＵＳ信号、２２…レンズ駆動信号、３
１…レーザダイオード（ＬＤ）、３２，３３…ビームス
プリッタ、３４…ミラー、３５…ＣＣＤ撮像素子、３６
…円筒型レンズ、３７…４分割フォトダイオード（Ｐ
Ｄ）、３８，３９…中間レンズ、６０…レンズ駆動部、
６１…磁気シールドケース、６２…位置検出素子（ＰＳ
Ｄ）、６３…磁石、６４…磁性体部材、６５…駆動コイ
ル、６６…レンズダンパ、６７…レンズカバー、６８…
磁性体部材、９３…自動焦点制御部、９４…ＰＳＤ信
号、１３２…エンコーダ、１３６…スライドモータ、１
３７…エンコーダ、１３８…ＰＣ、１３９…ＬＡＮ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 21/88 Ｇ０１Ｎ 21/88 Ｇ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査対象のディスク表面にある微小な凹
   凸の有無を検出するディスク表面検査装置であって、 ディスク表面に照射すべき光ビームを発生する光ビーム
   発生部、該光ビーム発生部により発生された光ビームを
   ディスク表面に焦点合わせするための可動の対物レン
   ズ、および該対物レンズを可動制御する可動制御部を含
   み、ディスク表面の像を読み取る光学部と、 該光学部により読み取られた像を画像として記憶する画
   像記憶部と、 該画像記憶部に記憶された画像を処理することによりデ
   ィスク表面上の微小な凹凸の有無を検出する画像処理手
   段と、 前記光学部の対物レンズから得られる信号に基づいて対
   物レンズからディスク表面までの距離を検出し、該距離
   に基づいて対物レンズの位置を変化させることにより焦
   点制御を行う自動焦点制御手段と、 を備えたことを特徴とするディスク表面検査装置。
2. 【請求項２】前記画像処理手段は、ディスク表面の微小
   な凹凸に伴ってディスク表面に照射された光ビームの光
   路長が変化することにより生じる干渉像に基づいて微小
   な凹凸の有無を検出することを特徴とする請求項１記載
   のディスク表面検査装置。
3. 【請求項３】前記光学部はディスク表面に照射された光
   ビームのスポット像を受ける４分割光検知器を有し、前
   記自動焦点制御手段は、前記４分割光検知器の出力に基
   づいて非点収差方式による距離検出を行い、該検出され
   た距離に基づいて前記対物レンズに対する自動焦点制御
   を行うことを特徴とする請求項１または２記載のディス
   ク表面検査装置。
4. 【請求項４】前記光学部は、ディスク表面に照射された
   光ビームのスポット像を受ける、前記対物レンズから異
   なる距離に位置する１対の光検知器を有し、 前記自動焦点制御手段は、前記１対の光検知器の出力に
   基づいて差動同心円法による距離検出を行い、該検出さ
   れた距離に基づいて前記対物レンズに対する自動焦点制
   御を行うことを特徴とする請求項１または２記載のディ
   スク表面検査装置。
5. 【請求項５】前記光学部は、前記距離検出で検出される
   距離の範囲より大きい範囲でレンズ位置を検出するレン
   ズ位置検出手段を有し、前記自動焦点制御手段は、ま
   ず、前記レンズ位置検出手段による検出結果に応じて前
   記対物レンズの位置をより狭い前記距離検出の範囲内に
   追い込み、次いで、前記検出された距離に基づいて前記
   対物レンズの自動焦点制御を行うことを特徴とする請求
   項１〜４のいずれかに記載のディスク表面検査装置。
6. 【請求項６】前記光学部は、ディスクの半径方向に配列
   されディスクに対して相対的にらせん状または同心円状
   に走査される１次元センサを有し、前記画像記憶部は、
   前記１次元センサにより光電変換された信号に基づいて
   画像データを記憶することを特徴とする請求項１〜５の
   いずれかに記載のディスク表面検査装置。