JP2002071316A - 高さ計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気ディスクの微小凹凸形状の高さを計測する
場合等に使用する高さ計測装置に関し、計測対象面に計
測対象形状のほかに長周期かつ大振幅のランアウト成分
が存在する場合であっても、計測対象形状の高さを高精
度で計測する。 【解決手段】表面形状高さデータ取得手段２８によって
干渉画像から実時間干渉縞解析法により磁気ディスク１
４の表面形状の高さデータを取得し、ランアウト高さデ
ータ取得手段２９によって干渉画像内の干渉縞の位置変
化からランアウト高さデータを取得し、微小凹凸形状高
さデータ算出手段３０によって、これら２個の高さデー
タから折り畳みおよびランアウト成分のない微小凹凸形
状の高さを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク表面
のナノオーダの微小凹凸形状の高さを精密に計測する場
合などに使用する高さ計測装置に関する。

【０００２】例えば、磁気ディスク装置では、記録密度
の上昇に伴って、ヘッドとディスクとのスペーシングが
年々狭くなってきており、現状では、ナノオーダとなっ
ている。磁気ディスク表面の微小凹凸形状の高さは、ス
ペーシング量より小さいことが必要であり、このため、
磁気ディスク表面の微小凹凸形状の高さをナノオーダ以
下で計測できる高さ計測装置が必要となる。

【０００３】

【従来の技術】図７は従来の高さ計測装置の一例の概念
図である。図７中、１は計測対象である磁気ディスク、
２は磁気ディスク１を回転制御するスピンドルモータ、
３は照明手段、４〜７はレンズ、８はビームスプリッ
タ、９は参照ミラー、１０は撮像手段である。

【０００４】この高さ計測装置においては、照明手段３
から出力される光１１は、レンズ４により平行光とさ
れ、更に、ビームスプリッタ８により２つの光１２、１
３に分割され、一方の光１２は、レンズ５により磁気デ
ィスク１に照射されると共に、他方の光１３は、レンズ
６により参照ミラー９に照射される。

【０００５】磁気ディスク１に照射された光１２は、磁
気ディスク１で反射し、再びレンズ５を通過してビーム
スプリッタ８に入射すると共に、参照ミラー９に照射さ
れた光１３は、参照ミラー９で反射し、再びレンズ６を
通過してビームスプリッタ８に入射し、磁気ディスク１
と参照ミラー９との干渉画像がレンズ７により撮像手段
１０に結像される。

【０００６】参照ミラー９は、図８に示すように、垂直
方向に対してδだけ傾けて配置されており、この結果、
干渉画像として、図９に示すような周波数ｆの明るさ分
布、いわゆるキャリア縞を持った干渉画像を得ることが
できる。

【０００７】図９Ａは撮像手段１０としてエリアセンサ
を使用した場合の干渉画像、図９Ｂはラインセンサを使
用した場合の干渉画像を示している。ここでは、干渉画
像を図示しやすいように明暗の２値で示しているが、実
際の干渉画像は三角関数により変化する多値画像であ
る。以下の図でも、図９と同様に２値に簡略化した干渉
画像で説明を行う。

【０００８】図７に示す従来の高さ計測装置において
は、図９に示すような干渉画像を利用して電子モアレ法
やフーリエ変換法の実時間干渉縞解析法を行うことによ
り磁気ディスク１の表面の微小凹凸形状の高さを計測す
るとしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一般に、磁気ディスク
１には、ナノオーダの微小凹凸形状のほかに長周期かつ
大振幅のランアウト成分が含まれている。例えば、図１
０Ａに示す磁気ディスク１の表面の或る半径位置Ｐの実
際の高さ変化が図１０Ｂに示すようなものである場合、
長周期かつ大振幅の高さ変化はランアウト成分であり、
ランアント成分に重畳している短周期かつ小振幅の高さ
変化が微小凹凸形状である。

【００１０】このように、磁気ディスク１に計測対象で
ある微小凹凸形状よりも長周期かつ大振幅のランアウト
成分が存在している場合、図７に示す従来の高さ計測装
置を使用して干渉画像について電子モアレ法やフーリエ
変換法の実時間干渉縞解析法を行うと、磁気ディスク１
の表面形状の高さデータは図１０Ｃに示すようなものと
なってしまう。

【００１１】すなわち、干渉画像を利用して電子モアレ
法やフーリエ変換法の実時間干渉縞解析法により磁気デ
ィスク１の表面の高さを算出すると、図１０Ｂに示すよ
うには連続的にはならず、照明光１１の波長をλとする
と、図１０Ｃに示すように、−λ／４〜λ／４の間に高
さデータが折り畳まれてしまう（ラッピングされてしま
う）。

【００１２】磁気ディスク１の表面の微小凹凸形状の高
さを算出するためには、図１０Ｃに示すように折り畳ま
れた高さデータを図１０Ｂに示すような折り畳まれてい
ない高さデータに補正することが必要となるが、高さデ
ータの折り畳みは、特に、その境界付近Ｑ１、Ｑ２でノ
イズ等により非常に複雑な形状となるため、図１０Ｂに
示すような折り畳まれない形状に補正することが極めて
困難な場合があり、磁気ディスク１の表面の微小凹凸形
状の高さを高精度に計測することができない場合がある
という問題点があった。

【００１３】本発明は、かかる点に鑑み、計測対象面に
計測対象形状のほかに長周期かつ大振幅のランアウト成
分が存在する場合であっても、計測対象形状の高さを高
精度で計測することができる高さ計測装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、計測対象面と
参照面との干渉画像を使用して計測対象面の計測対象形
状の高さを計測する高さ計測装置であって、干渉画像か
ら実時間干渉縞解析法により計測対象面の折り畳みおよ
びランアウト成分を含む高さデータを取得する第１の手
段と、干渉画像内の干渉縞の位置変化から計測対象形状
よりも長周期かつ大振幅のランアウト成分の高さデータ
を取得する第２の手段と、第１、第２の手段で取得した
高さデータから折り畳みおよびランアウト成分のない計
測対象形状の高さデータを算出する第３の手段を有する
というものである。

【００１５】本発明によれば、第１の手段によって計測
対象面の折り畳みおよびランアウト成分を含む高さデー
タを取得し、第２の手段によって計測対象形状よりも長
周期かつ大振幅のランアウト成分の高さデータを取得
し、第３の手段によって、これら２つの高さデータから
折り畳みおよびランアウト成分のない計測対象形状の高
さデータを算出することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態の概念
図である。図１中、１４は計測対象である磁気ディス
ク、１５は磁気ディスク１４を回転制御するスピンドル
モータ、１６は照明手段、１７〜２０はレンズ、２１は
ビームスプリッタ、２２は参照ミラー、２３は撮像手段
であるＣＣＤラインセンサであり、参照ミラー２２は、
図８に示す場合と同様に、垂直方向に対してδだけ傾け
て配置されている。

【００１７】照明手段１６から出力される光２４は、レ
ンズ１７により平行光とされ、更に、ビームスプリッタ
２１により２つの光２５、２６に分割され、一方の光２
５はレンズ１８により磁気ディスク１４に照射されると
共に、他方の光２６はレンズ１９により参照ミラー２２
に照射される。

【００１８】磁気ディスク１４に照射された光２５は、
磁気ディスク１４で反射し、再び、レンズ１８を通過し
てビームスプリッタ２１に入射すると共に、参照ミラー
２２に照射された光２６は、参照ミラー２２で反射し、
再び、レンズ１９を通過してビームスプリッタ２１に入
射し、磁気ディスク１４と参照ミラー２２との干渉画像
がレンズ２０によりＣＣＤラインセンサ２３に結像され
る。このようにして干渉画像を得ることができる点につ
いては、図７に示す従来の高さ計測装置と同様である。

【００１９】また、２７はＣＣＤラインセンサ２３によ
り得られる干渉画像を格納する画像メモリ、２８は画像
メモリ２７に格納された干渉画像を利用して電子モアレ
法やフーリエ変換法の実時間干渉縞解析法を実行して磁
気ディスク１４の表面形状の折り畳みおよびランアウト
成分を含む高さデータを取得する表面形状高さデータ取
得手段（本発明が備える第１の手段に相当する手段）で
ある。

【００２０】また、２９は画像メモリ２７に格納された
干渉画像内の干渉縞の位置変化から磁気ディスク１４の
ランアウトの高さデータを取得するランアウト高さデー
タ取得手段（本発明が備える第２の手段に相当する手
段）である。

【００２１】また、３０は表面形状高さデータ取得手段
２８で取得した表面形状高さデータとランアウト高さデ
ータ取得手段２９で取得したランアウト高さデータから
磁気ディスク１４の表面の折り畳みおよびランアウト成
分のないナノオーダの微小凹凸形状の高さデータを算出
する微小凹凸形状高さデータ算出手段（本発明が備える
第３の手段に相当する手段）である。

【００２２】画像メモリ２７、表面形状高さデータ取得
手段２８、ランアウト高さデータ取得手段２９および微
小凹凸形状高さデータ算出手段３０は、本発明の一実施
形態では、パーソナルコンピュータ３１により実現され
るが、これに限定されるものではない。

【００２３】また、３２はパーソナルコンピュータ３１
の入出力装置、３３はＣＣＤラインセンサ２３の撮像タ
イミングを制御する撮像タイミング制御部、３４はスピ
ンドルモータ１５を制御するスピンドルモータ制御部で
ある。

【００２４】図２は磁気ディスク１４のランアウトの高
さと干渉画像内の干渉縞の２次元的な位置変化との関係
を説明するための図であり、図２Ａは磁気ディスク１
４、図２Ｂは磁気ディスク１４と参照ミラー２２との間
隔、図２Ｃは磁気ディスク１４と参照ミラー２２との干
渉画像を示している。

【００２５】図２Ａに示す磁気ディスク１４の表面の或
る半径位置上のＡ点とＢ点の高さがランアウトにより、
図２Ｂに示すようにＨだけ高さ変化しているとすると、
図２Ｃに示すように、干渉画像上の同位相の位置３５、
３６間のＸ方向の距離は、ｄ（ｙ）だけ変化する。

【００２６】仮に、磁気ディスク１４のＡ点とＢ点との
間の傾きが一定で、高さのみが変化する場合には、ｄ
（ｙ）の変化は、

【００２７】

【数２】

【００２８】となり、Ａ点からの磁気ディスク１４の高
さ変化Ｈ（ｙ）に比例する。

【００２９】したがって、干渉画像の干渉縞の同位相の
点の２次元的な位置変化を記録していくことで、磁気デ
ィスク１４の大まかな高さ変化を推定することができる
が、この方法で推定される高さ変化は、干渉画像を利用
して電子モアレ法やフーリエ変換法の実時間干渉縞解析
法を実行して得る高さ変化と異なり、高さデータが或る
範囲で折り畳まれるということがないため、ランアント
のような大振幅の高さ変化も容易に検出することが可能
となる。

【００３０】前例では、磁気ディスク１４の傾きを一定
としたが、一般には、磁気ディスク１４に対する参照ミ
ラー２２の傾きは一定ではない。傾きがランアウトによ
る高さ位置によって変化するような場合には、図３に示
すように、干渉縞の周期ｄ１（ｙ）、ｄ２（ｙ）、ｄ３
（ｙ）・・・がそれぞれの位置における高さにより異な
ることになる。

【００３１】このような干渉画像からランアウトによる
大まかな高さ変化を検知するには、複数の干渉縞につい
てその移動量であるｄ（ｙ）を求め、数３に従い、高さ
Ｈを算出すれば良い。

【００３２】

【数３】

【００３３】そこで、本発明の一実施形態においては、
ランアウト高さデータ取得手段２９は、具体的には、図
４Ａに示すように、ＣＣＤラインセンサ２３により得ら
れた干渉画像を２値化して各干渉縞の分離を行い、次
に、細線化によりＹ方向に同位相の点を推定し、これを
基に数２又は数３に示した式に従い、図４Ｂに示すよう
に、Ｙ方向に沿った高さ変化を推定し、この高さデータ
を計測対象である微小凹凸形状の周期の最大長以上のロ
ーパスフィルタにかけることで、ランアウト以外の本来
計測すべき高さ変化を除去し、ランアウトの高さ変化を
抽出するように動作するものとしている。この例では、
干渉縞の同位相の位置を細線化により求めているが、そ
の他、例えば、干渉縞の中心や重心を同位相の点として
抽出するなどの各種の方法が考えられる。

【００３４】また、微小凹凸形状高さデータ算出手段３
０は、具体的には、数４に従って、表面形状高さデータ
取得手段２８で取得した表面形状高さデータと、ランア
ウト高さデータ取得手段２９で取得したランアウト高さ
データから磁気ディスク１４の表面の折り畳みおよびラ
ンアウト成分のないナノオーダの微小凹凸形状の高さデ
ータを算出して、その結果を入出力装置３２に出力する
ように動作するものである。

【００３５】

【数４】

【００３６】ここで、Ｈａは表面形状高さデータ取得手
段２８により取得した磁気ディスク１４の表面形状の高
さ、Ｈｂはランアウト高さデータ取得手段２９により取
得したランアウト成分の高さ、Ｆ（ｘ）はＨａとＨｂと
のズレ量であり、ｘを越えない最大の整数である。

【００３７】したがって、本発明の一実施形態において
は、磁気ディスク１４の或る半径位置の実際の表面形状
が、例えば、図５Ａに示すようなものである場合には、
表面形状高さデータ取得手段２８により取得できる表面
形状高さ情報は図５Ｂに示すようになり、ランアウト高
さデータ取得手段２９により取得できるランアウト高さ
情報は図５Ｃに示すようになる。この結果、微小凹凸形
状高さデータ算出手段３０により算出される微小凹凸形
状の高さデータは図５Ｄに示すようになる。

【００３８】なお、本発明の一実施形態においては、図
６Ａに示すように、干渉縞から求めた同位相のライン３
７に不連続性があり、それが一定の許容量を越えた場合
には、測定者に対して、ランアウトの高さ推定に誤差が
生じる可能性を警告する手段を備えるものとする。ま
た、図６Ｂに示すように、Ｆ（２（Ｈａ−Ｈｂ）／λ）
が一定の許容量を越えた場合にも測定者に対してランア
ウト成分の高さ推定に誤差が生じる可能性を警告する手
段を備えるものとする。

【００３９】以上のように、本発明の一実施形態におい
ては、表面形状高さデータ取得手段２８によって干渉画
像から実時間干渉縞解析法により磁気ディスク１４の表
面形状の折り畳みおよびランアウト成分を含む高さデー
タが取得される。また、ランアウト高さデータ取得手段
２９によって干渉画像内の干渉縞の位置変化から微小凹
凸形状よりも長周期かつ大振幅のランアウト成分の高さ
データを取得される。そして、微小凹凸形状高さデータ
算出手段３０によって表面形状高さデータ取得手段２８
およびランアウト高さデータ取得手段２９の出力データ
から磁気ディスク１４の表面の折り畳みおよびランアウ
ト成分のない微小凹凸形状の高さデータが算出される。
したがって、磁気ディスク１４にナノオーダの微小凹凸
形状のほかに長周期かつ大振幅のランアウト成分が存在
する場合であっても、微小凹凸形状の高さを高精度で計
測することができる。

【００４０】なお、本発明の一実施形態においては、磁
気ディスク１４の表面の微小凹凸形状の高さを計測する
場合を例にして説明したが、本発明の計測対象は、磁気
ディスク１４に限定されるものではない。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第１の
手段によって計測対象面の折り畳みおよびランアウト成
分を含む高さデータを取得し、第２の手段によって計測
対象形状よりも長周期かつ大振幅のランアウト成分の高
さデータを取得し、第３の手段によって、これら２つの
高さデータから折り畳みおよびランアウト成分のない計
測対象形状の高さデータを算出することができるので、
計測対象面に計測対象形状のほかに長周期かつ大振幅の
ランアウト成分が存在する場合であっても、計測対象形
状の高さを高精度で計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の概念図である。

【図２】ランアウトの高さと干渉画像内の干渉縞の２次
元的な位置変化との関係を説明するための図である。

【図３】干渉画像内の干渉縞の周期が一定でない場合を
示す図である。

【図４】本発明の一実施形態が備えるランアウト高さデ
ータ取得手段の動作を説明するための図である。

【図５】本発明の一実施形態の動作を説明するための図
である。

【図６】本発明の一実施形態が備える警告手段を説明す
るための図である。

【図７】従来の高さ計測装置の一例の概念図である。

【図８】従来の高さ計測装置が備える参照ミラーが有す
る傾きを示す図である。

【図９】図７に示す従来の高さ計測装置により得られる
干渉画像を示す図である。

【図１０】図７に示す従来の高さ計測装置が有する問題
点を説明するための図である。

【符号の説明】

１１〜１３ 光 ２４〜２６ 光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 陽二 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2F064 AA09 CC10 FF00 GG12 GG22 GG44 HH02 HH07 JJ01 JJ15 2F065 AA17 AA24 AA49 AA54 BB03 CC03 FF01 FF52 HH04 JJ02 JJ25 LL04 LL12 LL46 MM03 MM04 QQ04 QQ16 QQ24 QQ33 SS09 5D112 AA24 GA19 JJ03 JJ09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】計測対象面と参照面との干渉画像を使用し
   て前記計測対象面の計測対象形状の高さを計測する高さ
   計測装置であって、 前記干渉画像から実時間干渉縞解析法により前記計測対
   象面の折り畳みおよびランアウト成分を含む高さデータ
   を取得する第１の手段と、 前記干渉画像内の干渉縞の位置変化から前記計測対象形
   状よりも長周期かつ大振幅のランアウト成分の高さデー
   タを取得する第２の手段と、 前記第１、第２の手段で取得した高さデータから折り畳
   みおよびランアウト成分のない前記計測対象形状の高さ
   データを算出する第３の手段を有することを特徴とする
   高さ計測装置。
2. 【請求項２】前記第２の手段は、前記干渉画像を２値化
   した後、細線化するか、あるいは、干渉縞の幅方向の重
   心または中心を抽出する工程を含めて前記干渉画像内の
   干渉縞の位置変化を検出することを特徴とする請求項１
   記載の高さ計測装置。
3. 【請求項３】前記第３の手段は、前記照明光の波長を
   λ、前記第１の手段により得られる高さをＨａ、前記第
   ２の手段により得られる高さをＨｂ、ｘを越えない最大
   の整数をＦ（ｘ）とすると、前記折り畳みおよびランア
   ウト成分のない前記計測対象形状の高さＺを 【数１】 で算出することを特徴とする請求項１記載の高さ計測装
   置。