JP2006220656A - ワークピースを光学的に検査するテストヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ワークピース表面から反射される光を使用してワークピースの表面を検査するのに使用される方法及び装置を提供する。
【解決手段】ワークピースの上面及び下面を同時に光学的に検査するための装置は、上部及び下部テストヘッドを備え、各ヘッドは、ワークピースの関連表面を走査するレーザビームを発生するための少なくとも１つのレーザと、反射されたレーザ光を検出するための少なくとも１つの検出器とを備えている。レーザビームの方向は、上部テストヘッドと下部テストヘッドとの間のクロストーク干渉を減少又は防止するように選択される。
【選択図】図１２

Description

本発明は、製造プロセスの任意のポイントの間に磁気ディスクを形成するのに使用される基板のようなワークピース（出来上がったディスクも含む）を光学的に検査するための方法及び装置に係る。

プロビジョナル特許出願へのクロスレファレンス：本出願は、２００５年１月１３日に出願された米国プロビジョナル特許出願第６０／６４３，７４８号に基づく優先権を請求する。

磁気ディスクは、通常、次の方法を使用して製造される。
１．ディスク状の基板（通常、Ａｌ合金）をラッピング又は研削する。
２．ニッケル燐合金のような材料を基板にメッキする。
３．メッキした基板を研磨し、テクスチャー処理する。（テクスチャー処理中に、通常、機械的な磨きにより基板にテクスチャーグルーブを形成して、その後に堆積される磁気層が非等方性を示すようにする。又、摩擦学的な理由で基板をレーザテクスチャー処理することも知られている。）
４．メッキされた基板上に、１つ以上の下層、１つ以上の磁気層及び１つ以上の保護オーバーコートを堆積する。（堆積プロセスは、スパッタリング又は他の技術を含むことができる。）製造中に基板に他の層を堆積することもできる。
５．ディスクに潤滑剤を塗布する。

製造中の種々のポイントに（例えば、テクスチャー処理の前又は後に）、基板を段差、ピット、汚染粒子、又は他の欠陥について検査することが望まれる。このような検査中には、非常に小さな欠陥を検出できねばならない。従来技術では、この目的のためにレーザを使用して基板を走査することが知られている。例えば、トレベス氏等に発行された米国特許第６，５６６，６７４号及び第６，５４８，８２１号を参照されたい。（これらトレベス特許は、参考としてここに援用する。）

本出願人は、上部及び下部レーザビームをワークピースの上面及び下面に当てるための上部及び下部テストヘッドを備えた改良された光学的テスト装置を開発した。上部及び下部テストヘッドは、ワークピースの上面及び下面から反射された光を受け取るための１つ以上の検出器も備えている。

テスト中に上部及び下部テストヘッド間の「クロストーク」を防止又は減少することが望まれる。

本発明により構成された装置は、ワークピースの第１表面及び第２表面を（通常は同時に）検査するための第１及び第２の光学的ヘッドを備えている。各ヘッドは、レーザビームを関連ワークピースの表面に当てるための少なくとも１つのレーザと、関連ワークピースの表面から反射された光を受け取るための少なくとも１つの検出器とを備えている。（ここで使用する「検出器」とは、光学的トランスジューサである。）ヘッドは、レンズ、ミラー、偏光板、マスク等の他の要素も含むことができる。

レーザビームは、それに関連したワークピースの表面に垂直でない角度で、その表面に接近する。レーザビームがワークピースの表面に接近する角度は、ワークピースが存在しない場合に、第１ヘッドにより与えられる光ビームが第２ヘッドの検出器に向かって進行せず、且つ第２ヘッドにより与えられる光ビームが第１ヘッドの検出器に向かって進行しないような特性を有する。一実施形態では、ワークピースの平面における第１及び第２ヘッドに関連したレーザビームの方向の成分は、通常、逆平行に近い。別の実施形態では、第１及び第２方向の成分は、逆平行に近くなく、ある角度にされる。この角度は、第１ヘッドと第２ヘッドとの間の光学的クロストークを防止又は減少する。

本発明による装置は、ワークピースの表面を検査するのに使用される。ここで使用する「検査」という語は、ワークピースの表面を欠陥の存在に対してテストし、表面を評価し、ワークピースの表面に関するデータを収集し、及び／又は１つ以上の基準に基づき表面が適当であるかどうか決定することを含む。「ワークピース」とは、検査されるべき任意の物体である。

ある実施形態では、ワークピースにより反射された光を受け取るための複数の出力経路がある。通常、ヘッドは、異なる形式の反射光を受け取るために１から６個の出力経路を備えている。

一実施形態では、本発明による方法及び装置は、磁気ディスクの製造に使用される基板を検査するのに使用される。しかしながら、この方法及び装置は、製造プロセス中の任意の部分に磁気ディスクを検査するのにも使用でき、例えば、ａ）ＮｉＰをメッキする前のアルミニウム基板、ｂ）ＮｉＰをメッキした後であるが、研磨及びテクスチャー処理される前の基板、ｃ）研磨後であるがテクスチャー処理前の基板、ｄ）テクスチャー処理後であるが、下層、磁気層及び保護オーバーコートをスパッタリングする前の基板、ｅ）スパッタリング後であるが、潤滑剤を塗布する前の基板、又はｆ）出来上がった基板、を検査するのにも使用できる。ディスクが洗浄されるポイントも多数ある。洗浄の前又は後に検査を行うこともできる。ここで使用する「プラッター（円板）」という語は、製造中又は製造後の任意のポイントにおけるディスク（非アルミニウム基板を使用して作られるディスク、スパッタリング以外の堆積プロセスを使用して作られるディスク、長手方向又は垂直方向記録に使用されるディスク、垂直方向記録に関連して使用されるディスク、長手方向記録に関連して使用されるディスク、テクスチャー付きディスク、及び非テクスチャー付きディスクを含む）を包含する。

Ｉ．光学的検査装置１０の概要
本発明による装置は、ワークピースの第１面及び第２面を検査するための２つの光学的テストヘッドを備えている。この詳細な説明は、１つのテストヘッドを含む装置の説明から始める。その後に、２つのテストヘッドを含む装置、及びそれらの配列の仕方を説明する。

図１Ａ、１Ｂ、２Ａ及び２Ｂは、光学的検査装置１０の一例を概略的に示し、この装置１０は、ワークピース１３（通常、プラッター）の上面１３ｕを光学的に検査するためのヘッド１２を備えている。（図１Ａ及び１Ｂは、ヘッド１２の外部を概略的に示す。一実施形態におけるヘッド１２の実際の見掛けは、図３Ａ−３Ｄに示されている。図２Ａ及び２Ｂは、ヘッド１２内の光学路及び要素を示す。）ヘッド１２は、レーザビーム１６を発生するためのレーザソース１４を備えている。又、ヘッド１２は、ａ）レーザビーム１６を変更しそしてビーム１６を表面１３ｕ上のスポットへと指向し収束させるための１組のレンズ、マスク、ミラー及び他の光学的要素（以下に述べる）と、ｂ）表面１３ｕにより反射された光を変更して種々の検出器２０−２６（以下に述べる）へ指向するための１組のミラー、レンズ及び他の光学的要素（これも以下に述べる）とを備えている。（ここで使用する「反射」とは、鏡面反射光及び／又は散乱光を含む。）検出器２０−２６からの出力信号Ｏ２０−Ｏ２６は、表面１３ｕの状態を決定するように処理される。

ヘッド１２は、通常、モノリシック材料ブロックから構成され、そして上述したように、図３Ａ−３Ｄに示す外部の見掛けをもつことができる。

一実施形態では、レーザソース１４が、６６０ｎｍの波長を有するソリッドステートレーザ（例えば、ダイオードレーザ）である。しかしながら、他の実施形態では、異なる形式のレーザソース（ガスレーザのような）及び異なる形式のレーザ光（可視光線範囲以外の光を含む）を使用することができる。表面１３ｕ上のレーザスポットは、円形又は楕円形でもよいし、又は別の形状を有してもよい。一実施形態では、レーザスポットが実質的に楕円形であり、プラッター１３の方位方向に８μｍ、そしてプラッター１３の半径方向に２５−３０μｍでよい。又、レーザは、直線偏光でも、円偏光でも、又はランダム偏光でもよい。

図１Ａ−１Ｂに例示する装置では、レーザ光が、プラッター１３で反射して、偏向検出器２０、狭角度散乱検出器２２、広角度（約９０°）散乱検出器２４、及び後方散乱検出器２６に向けられる。（図１Ａを参照すれば、狭角度検出器２２は、通常、側辺が反射ビームの中心光線とで角度αを形成する円錐内の散乱光を検出し、ここで、αの値は、５から３０°である。）偏向検出器２０は、上述した‘６７４特許又は‘８２１特許に説明された２セル(bi-cell)検出器でよい。或いは、検出器２０は、４(quad)セル検出器でもよいし、又は例えば、１つ又は２つの方向に沿ったレーザビーム偏向を検出するための他の形式の装置でもよい。これら検出器２２、２４及び２６は、ホトダイオードでも、ホトマルチプライヤでも、アバランシェホトダイオードでも、ホトトランジスタ等でもよい。一実施形態では、アドバンスト・ホトニックスにより製造されたデバイスモデル番号１９７−７０−７４−５．９１のようなアバランシェホトダイオードが使用される。検出器２０、２２、２４及び２６からの出力信号は、関連増幅器Ａ２０、Ａ２２、Ａ２４及びＡ２６に供給され、これら増幅器は、次いで、出力信号Ｏ２０、Ｏ２２、Ｏ２４及びＯ２６を処理のために回路Ｃ２０、Ｃ２２、Ｃ２４及びＣ２６に各々供給する。回路Ｃ２０−Ｃ２６は、以下で説明する。

使用中に、スピンドルモータＭがスピンドルＳを回転し、このスピンドルが、次いで、プラッター１３を回転する。同時に、レーザビーム１６がプラッター１３に対して矢印Ａ１の方向に移動し、プラッター表面１３ｕを横切ってスイープする。従って、表面１３ｕの使用可能な全部分がレーザビーム１６で走査され、表面１３ｕを欠陥について検査する。一実施形態では、プラッター１３が回転しながら方向Ａ２に移動し、ヘッド１２が固定のままである。別の実施形態では、ヘッド１２が方向Ａ１に移動し、一方、プラッター１３が単に回転する。更に別の実施形態では、ヘッド１２及びプラッター１３が各々方向Ａ２及びＡ１に同時に移動しながら、プラッター１３が回転する。更に別の実施形態では、レーザビーム１６の角度を変えて、プラッター１３が回転する間にビーム１６が表面１３ｕを横切ってスイープするようにする。しかしながら、重要なことは、レーザビーム１６とプラッター１３との間に相対的な並進移動があって、表面１３ｕを検査できることである。更に別の実施形態では、レーザが２つの軸に沿った方向にスイープする一方、プラッター１３が固定である。しかしながら、好ましくは、プラッター１３、モーターＭ及びスピンドルＳは、ステッパモーター、リニアモーター又は他の形式のモーター（図示せず）により方向Ａ２に移動される一方、ヘッド１２は固定のままである。

図１は、プラッター１３の上面１３ｕをテストするための上部テストヘッド１２しか示していない。しかしながら、一実施形態では、プラッター１３の下面を同時にテストするために同様の下部ヘッドがプラッター１３の下にも設けられる（例えば、図７に示すように）。このような実施形態では、下部ヘッドは、以下に述べる理由で、上部ヘッドとは若干相違し得る。

II．レーザビーム１６の光学路の詳細な説明
図２Ａ及び２Ｂを参照すれば、レーザビーム１６は、ダイオードレーザ１４を去った後、スリットマスク５０及び５２を通過し、ミラー５４で反射され、そして任意の光学要素５６を通過する。この光学要素５６は、ガラスプレート５６ａと、該プレート５６ａに装着された円偏光板５６ｂ（通常は１／４波長リターダ）と、一方の平面が偏光板５６ｂに装着された円筒状レンズ５６ｃとを備えている。（要素５６は、構造体５６ａ、５６ｂ及び５６ｃが互いに固定されたもので構成されるが、他の実施形態では、それらを互いに固定する必要はない。構造体５６ａ、５６ｂ及び５６ｃは、図２Ｂにおいて別々に概略的に示されている。）

円筒状レンズ５６ｃは、以下に述べるように、プラッター１３上のレーザスポットの形状を制御することができる。偏光板５６ｂは、レーザビーム１６を円偏光する。これは、ヘッド１２が、例えば、以下に述べるように、プラッター１３におけるスクラッチの方向にあまり敏感でないようにする。

光学要素５６を通過した後に、ビーム１６は、ビーム１６をプラッター１３に収束させるレンズ５８と、マスク６０（図２Ａには示さないが、図２Ｂに示されている）とを通過する。次いで、ビーム１６は、プラッター１３に当たる。（ビーム１６の入射角度は、通常、プラッター１３に垂直ではなく、一実施形態では、プラッター１３に対して約４５°でよい。）以下に述べるように、ビーム１６の若干は、プラッター１３で鏡面反射し、そしてビーム１６の若干は、プラッター１３により散乱される（例えば、プラッターの表面に欠陥がある場合）。レーザビーム１６の鏡面反射された部分は、比較的狭い角度でプラッター１３から散乱されたレーザ光の部分と共に、集光レンズ６２を通過する。集光レンズ６２を通過した光は、以下、光１６−１と称される。この光１６−１の一部分は、狭角度ミラー６４（図２Ａには示されていないが、図２Ｂに示されている）に当たる。このミラー６４は小型であるので、光１６−１の外側部分１６−１’は、ミラー６４に当たらずに、ミラー６４の外周を越えて進行し、ミラー６６で反射され、レンズ６８及び虹彩７０を通過し、次いで、検出器２２に当たる。（レンズ６８は、光１６−１’を検出器２２に集中させる。）このように、検出器２２は、比較的狭い角度αでプラッター１３から散乱された光を受け取る。（上述したように、光１６−１の部分１６−１’が散乱される。プラッター１３が完全に滑らかなものであれば、部分１６−１’は、強度がゼロとなる。）

光１６−１の内側部分１６−１”は、ミラー６４で反射されて、４セル検出器２０（以下で詳細に述べる）に当たる。この検出器２０は、部分１６−１”の鏡面反射の角度の僅かな変化を検出し、これは、比較的大きな段差又はピットがプラッター１３に存在するかどうか指示する。（部分１６−１”は、プラッター１３から鏡面反射した光である。）又、４セル検出器２０は、部分１６−１”のパワー量の変化も検出する。このようなパワーの変化は、レーザダイオード１４により供給されるパワーの変動、又は低い反射率を示すプラッター１３のエリア（例えば、シミ）の存在により生じ得る。

上述した実施形態は、小型ミラー６４を使用するが、別の実施形態では、ミラー６４が非常に大きく、しかし、鏡面反射された光部分１６−１”を透過するための小さな開口を含む。この実施形態では、透過した光（部分１６−１”）が４セル検出器２０へ通され、一方、ミラーは、光部分１６−１’を検出器２２へ反射する。

同時に、レーザ光の部分１６−２が、プラッター１３から散乱し、レンズ７２により収集され、ミラー７４から反射され、そしてレンズ７６を通過し、該レンズは、部分１６−２を検出器２４に集中させる。同時に、レーザ光の部分１６−３がプラッター１３から後方散乱し、レンズ７７により収集され、ミラー７８から反射され、そしてレンズ８０により検出器２６に集中される。

上述したように、部分１６−１’及び１６−２は、プラッター１３の欠陥により各々狭い角度及び広い角度で散乱される光である。部分１６−３は、プラッター１３の欠陥により後方散乱される光である。部分１６−１”は、プラッター１３から鏡面反射される光である。部分１６−１”は、プラッター１３の比較的大きな欠陥の壁の角度を指示する。部分１６−１’、１６−１”、１６−２及び１６−３は、プラッター１３の表面内にある異なる種類の欠陥の種々の特性を決定するのに使用される。

要素５０−８０は、ヘッド１２の一部分であり、エンクロージャー８２内にしっかり保持される。一実施形態では、エンクロージャー８２は、アルミニウムのような材料のモノリシックブロックである。（図１及び２Ａは、ほぼ長方形プリズムの形状をもつものとしてモノリシックブロックを概略的に示すが、その外部は、通常、図３に示された通りである。）ヘッド１２は、これを次のような３つの自由度で調整（操作）できるように装置１０に装着される。即ち、ａ）焦点を合わせるためにＺ軸に沿って並進移動する。ｂ）Ｘ軸の周りで傾斜させる。ｃ）Ｙ軸の周りで傾斜させる。従って、ヘッド１２は、ヘッド内の光学コンポーネントの位置及び角度を個々に調整する必要なく容易に操作することができる。ヘッド１２を装置１０に結合するのに、少数の調整を使用するだけでよい。

ヘッド１２は、３つの自由度だけで調整できるが、別の実施形態では、他の調整も可能である。更に別の実施形態では、Ｚ軸のみに沿ってヘッド１２を調整することができる。更に別の実施形態では、検出器２０及び／又はレーザソース１４の位置は、例えば、ヘッド１２へと延びるスクリュー（図示せず）を使用して微調整を行うことで調整できる。

III．円筒状レンズ５６ｃ
上述したように、一実施形態では、円筒状レンズ５６ｃがレーザビーム１６の入力光学路に設けられる。レンズ５６ｃは、プラッター１３における光スポットの形状の制御を容易にする。通常、レーザダイオードにより発生されるレーザビームは、アスペクト比が約３：１である。以下に述べるように、レーザビーム１６は、通常、ある角度（例えば、約４５°）でプラッター１３に当たり、従って、レーザビーム１６が何ら変更されない場合には、プラッター１３におけるレーザスポット１３は、そのアスペクト比が約２．１：１となる。レンズ５６ｃは、ビーム１６のアスペクト比を高める。一実施形態では、プラッター１３におけるレーザスポットのアスペクト比は、２．５：１より大きく、例えば、４：１から５：１である。レーザスポットの長軸は、プラッター１３とレーザビーム１６との間の相対的へ並進移動の方向、即ち方向Ａ１と実質的に平行である。このため、レーザビーム１６が表面１３ｕを走査するのに要する時間は、アスペクト比が４：１未満である場合より短くなる。（アスペクト比は、５：１以下に保持されるのが好ましい。というのは、アスペクト比が大き過ぎると、レーザビームのエネルギー密度が、表面１３ｕを充分に検査するのに不充分になるからである。）

一実施形態では、円筒状レンズ５６ｃは、２つの仕方で機能する。第１に、レンズ５６ｃは、ビームが集束レンズ５８に当たるときに半径方向におけるビームの長さを減少し、これにより、プラッター１３に当たるときに半径方向におけるビームの長さを増加させる。第２に、レンズ５６ｃは、プラッター１３上のレーザスポットを半径方向に焦点ずれさせる。（レーザスポットは、通常、周囲方向に焦点が合わされる。）重要なことに、これら２つの作用を組み合せると、半径方向のスポットサイズが、入力光学路に沿った円筒状レンズ５６ｃの位置に実質的に不感とされる。例えば、実験中に、ビームスポットの長軸長さを１ミクロン以上変更せずに、レンズ５６ｃを入力光学路に沿って６０ｍｍ移動することができる。

IV．レーザビーム１６の偏光
上述したように、任意であるが、レーザビーム１６は、例えば、これをプレート５６ｂに通すことにより円偏光される。ビーム１６が円偏光された場合、種々の検出器からの出力信号は、表面１３ｕにおけるスクラッチがレーザ光の電界成分に平行であるか垂直であるかに基づいて変化する。例えば、図４を参照すれば、表面１３ｕの周囲方向に沿って延びるスクラッチＳ１は、表面１３ｕの半径方向に沿って延びるスクラッチＳ２とは異なる作用をヘッド１２に及ぼす。例えば、ａ）レーザビーム１６が直線偏光され、ｂ）入射平面が方位方向にあり、そしてｃ）偏光方向が半径方向である場合には、スクラッチＳ２よりスクラッチＳ１からの方が多くの光が散乱する（スクラッチが同じであると仮定すれば）。偏光方向が入射平面である場合には、スクラッチＳ１よりスクラッチＳ２からの方が多くの光が散乱する。（この技術で知られたように、入射平面とは、入射及び鏡面反射ビームにより定義される平面である。）円偏光ビーム１６により、スクラッチの方向に対するこの敏感さの相違が排除される。

Ｖ．エンクロージャー８２及びその製造方法
上述したように、ヘッド１２は、ミラー、レンズ及び他の光学要素を備えている。種々の光学要素をヘッド１２内に個々に整列させる必要性を回避してヘッド１２を製造する方法を発見した。又、ヘッド１２を非常にコンパクトな体積で設ける方法も発見した。例えば、巾Ｗ（図１Ａ）が非常に小さくて、例えば、約５．９”であり、長さＬ及び厚みＴが各々６．２”及び３．２３”であるように、ヘッド１２を構成することができた。（これらの寸法は、単なる例示に過ぎない。）これが効果的である理由は、ヘッド１２のサイズが最小にされた場合に、ヘッド１２の製造中に種々の装置に僅かな角度変化が生じても、ビーム光学路のずれにほとんど影響しないからである。又、ヘッド１２を小さくするよう確保することで、装置１０の「設置面積」を最小にすることができる。

本発明による方法を説明するために、材料のブロック１００（この場合も、通常、アルミニウムのような金属）を概略的に示す図５Ａを参照する。ブロック１００の交差部分１０２及び１０３は、光がダイオードレーザ１４からミラー５４及びプラッター１３へ通過するための入力経路を形成するようにミリングされる。重要なことに、マスク５０及び５２を保持する表面を形成するために、棚１０２ａ及び１０２ｂが経路１０２に残される。マスク５０及び５２は、部分１０２の開口１０２’を通して落とされ、位置固定される。

図５Ｂに示すように、ブロック１００の角１０４もミリングされて、例えば、接着剤又は他の技術を使用してミラー５４をブロック１００に適切な角度で装着できるようにされる。

部分１０５、１０６、１０８及び１１０（図３Ｃ、３Ｄ）も、ブロック１００からミリングされて、検出器２０−２６に向けて光が進むための出力経路を形成する。レンズ６８、７６及び８０を保持するためにブロック１００に棚が残される。任意であるが、虹彩を使用する実施形態のために、虹彩を保持する棚が経路１０６−１１０にも残される。これらの要素は、ミリングされた部分１０６、１０８、１１０の開口に適当に挿入されて、それらの関連する棚に固定される。

部分１１１、１１２及び１１３（図３Ａ、３Ｂ）も、ブロック１００からミリングされて、反射レーザ光の部分１６−１、１６−２及び１６−３のための経路を形成する。集光レンズ６２、７２及び７７を保持するためにブロック１００に棚が残される。レンズ６２、７２及び７７は、経路１１１、１１２及び１１３の開口に挿入され、それに関連した棚に適切に固定される。更に、ガラス窓６４ｗを保持するために部分１１１に棚１１１ａが残され、そこにペデスタル６４ｐが添付され、そこにミラー６４が装着される（図５Ｃ）。（図５Ｃは、ヘッド１２内にミラー６４を保持する１つの仕方を示すに過ぎない。ミラー６４を保持するのに他の技術も使用できることが明らかである。）

最終的に、ブロック１００から側部又は角部が切削され、例えば、接着剤又は他の技術を使用して、ミラー６６、７４及び７８をブロック１００に適切な角度で装着できるようにされる。

異なる実施形態では、ブロック１００の種々の部分を、上記とは異なる順序で除去できることが明らかであろう。

VI．ヘッド１２内の漂遊光の減少又は除去
本発明の一実施形態によれば、出力信号Ｏ２０−Ｏ２６にノイズを発生することのある漂遊光の量を最小限にするために多数の技術が使用される。（漂遊光は、多数の原因で生じ得る。例えば、ダイオードレーザは、主レーザビーム１６の周りに「ハロー」をしばしば放出する。又、漂遊光は、ヘッド１２内のレンズ、マスク又は他の要素の望ましからぬ反射からも生じ得る。）一実施形態では、黒いチューブを種々の開口に挿入して光学路の壁に当て、そこに生じる漂遊光を吸収する。チューブの表面は、電気メッキ技術により黒くされる。（一実施形態では、チューブ壁にニッケルが電気メッキされる。一形式の光吸収層が、ニューヨーク州ブロックリンのイプナー・テクノロジー・インクから入手できる。参考としてここに取り上げる２００５年１月１３日に出願された本出願人のプロビジョナル特許出願第６０／６４３，７４８号のＥｘｈｉｂｉｔＡとして提出したｗｗｗ．ｅｐｎｅｒ．ｃｏｍからのページも参照されたい。）黒いチューブは、漂遊光を吸収するための「光トラップ」を構成する。

別の実施形態では、ヘッド１２に黒いチューブを挿入するのではなく、ヘッド１２の内部をアノード処理して、光学路のための曇った黒いマット面を設けることができる。

一実施形態では、多数の反射を防止するためにヘッド１２内の種々のレンズに狭帯域Ｖ型ＡＲ（反射防止）コーティングが付着される。（ここで使用する「Ｖ型ＡＲコーティング」とは、「スーパーＶ型ＡＲコーティング」も含む。）このようなコーティングは、通常、レーザビーム１６の波長に対して仕立てられる。この実施形態によりコーティングされたレンズにより示される反射率は、通常、０．２５％未満である。

スリットを伴う１つ以上のマスクが光学路に挿入されるか、又はレンズに添付されて、ヘッド１２の動作を干渉する漂遊光を減少又は防止する。

最終的に、マスク又は虹彩が、１つ以上の検出器２０−２６の前方に設けられる。（虹彩は、調整可能なサイズの開口をもつことのできるマスクである。）

上述したマスク、コーティング及び虹彩は、漂遊光、例えば、プラッター１３に欠陥がなくても散乱光の光学路に存在する光、を防止し又は減少する。これらマスク、コーティング及び虹彩は、プラッター１３上の欠陥により生じた光に影響し又は実質的に影響するのを回避するように設計され且つ配置される。

更に、プラッター１３の表面に故意に設けた希望のテクスチャー又はパターン（例えば、個別のトラック記録のために）により生じる光を阻止するために１つ以上の他のマスクを設けることもできる。しかしながら、プラッター１３上のパターンによる回折で生じた上記光を排除又は減少する出力光学路のこれらマスクは、欠陥により生じる光のある程度の部分も阻止し得る。

一実施形態では、全てのレンズに反射防止コーティングが設けられるが、別の実施形態では、あるレンズ、例えば、レンズ５８及び６２のみに反射防止コーティングが設けられる。同様に、ある実施形態では、ある光学路、例えば、入力経路１０２及び１０３と、狭角度の散乱出力経路１１１及び１０６のみに沿って光トラップチューブが配置されるだけである。又、ある実施形態では、検出器２２の前方だけに虹彩が設けられる。

漂遊光を減少する重要性は、次のことから明らかとなろう。一実施形態では、利得が３００のアバランシェホトダイオードが、１００００オームのフィードバック抵抗を伴う低ノイズトランスインピーダンス増幅器に接続され、その後に、利得が３の後増幅器が続く。システムの帯域巾は、１０ＭＨｚである。測定された電子ノイズは、０．４５ｍＶＲＭＳであり、一方、計算値は、０．３ｍＶＲＭＳであった。１１８ｎＷのレーザ光がアバランシェホトダイオードに当たる状態で測定されたショットノイズは、７．４ｍＶＲＭＳであり、一方、計算値は、６．２ｍＶＲＭＳであった。ショットノイズは、光パワーの平方根に比例する。それ故、ショットノイズを電子ノイズのレベルまで減少するためには、漂遊光が１ｎＷ以下の程度でなければならない。典型的なレーザパワーは２０ｍＷであるから、レーザ漂遊光をレーザパワーの０．０００５％に減少するように試みなければならない。

ある実施形態は、光を吸収又は捕獲するためのマスク、虹彩、チューブ、及び／又は反射防止コーティングを含むが、他の実施形態は、これらの特徴を欠いている。

VII．レンズの数を減少した実施形態
図６Ａは、プラッター１３、散乱光１６−２、集光レンズ７２、集中レンズ７６及び検出器２２を概略的に示す。（図示を容易にするために、ミラー７４は図６Ａから除去されている。）レンズ７２と７６との間の光が実質的にコリメートされる場合には、ヘッド１２の動作に影響せずに光学距離Ｄ１を任意に長くすることができる。一実施形態では、両レンズ７２及び７６が使用されるが、別の実施形態では、単一のレンズ７２’が光１６−２を収集すると共に、光１６−２を検出器２２に集中もする（図６Ｂ）。同様に、光１６−３を両レンズ７７及び８０に通さずに、単一のレンズを使用することもできる。同様に、光１６−１’を両レンズ６２及び６８に通さずに、単一のレンズを使用することもできる。

図６Ｂの実施形態では、距離Ｄ１’がレンズ７２’の焦点特徴に依存する。距離Ｄ１’は、任意に選択することができない。又、レンズ７２’がレンズ７２と同一である場合には、プラッター１３とレンズ７２’との間の距離Ｄ２が、レンズ７２とプラッター１３との間の対応距離Ｄ３より大きくなければならない。これは、レンズ７２に比してレンズ７２’の有効開口数のロスを余儀なくする。

VIII．２つのテストヘッドを備えた実施形態
Ａ．プラッター上のレーザスポットの変位
上述したように、一実施形態では、プラッター１３の上面１３ｕをテストするための単一テストヘッド１２が設けられる。他の実施形態では、テストヘッド１２がプラッター１３の上面をテストする間にプラッター１３の下面をテストするための第２のテストヘッド１２ｄが設けられる（図７）。このような１つの実施形態では、ヘッド１２ｄは、スピンドルＳのためのスペースを設けるように若干変更される。更に、ヘッド１２ｄにおけるレンズ６２ｄの位置が、ヘッド１２におけるレンズ６２の位置に比して若干ずらされる。（ここで使用する文字「ｄ」は、下部ヘッド１２ｄの構造と、上部ヘッド１２の対応する構造との間を区別するために要素の参照番号に追加される。更に、一実施形態では、上部レーザビーム１６は、プラッター１３の上面１３ｕに沿って経路１２２（図８）をトレースする（即ち、プラッター１３の半径方向に）が、下部レーザビーム１６ｄは、このような半径方向経路から距離Ｄ４だけ変位された若干異なる経路１２２ｄをプラッター１３の下面１３ｄに沿ってトレースする。これは、スピンドルＳの存在中で高い開口数（高い集光効率）をもつレンズ６２ｄを使用できるようにするために行われる。（一実施形態において、距離Ｄ４は４．７６３ｍｍであり、レンズ６２ｄの直径及び後方焦点長さは、各々、２５ｍｍ及び２０．２ｍｍであり、そして走査されるべき最小距離は、１５．５ｍｍである。レンズ６２ｄの有効直径は、２２ｍｍである。レンズ６２は、レンズ６２ｄと同一である。これらの値は、単なる例示に過ぎない。）

図９及び１０は、ヘッド１２ｄの一部分を各々平面図（見上げた）及び側面図で示している。（図９及び１０において、反射レーザ光の部分１６−２ｄ及び１６−３ｄに関連した光学的要素、及び上面１３ｕに関する要素は、明瞭化のために除去されている。）図９及び１０において、レーザビーム１６ｄは、プラッター１３の内径付近で表面１３ｄ上のポイント１２４ｄに当たる。（ポイント１２４ｄは、図１０では、隠されており、それ故、見えない。）レンズ６２ｄは、ポイント１２４ｄから角度βで円錐状の光を受け取る。ポイント１２４ｄがプラッター１３の半径Ｒから距離Ｄ４だけ変位されていない場合には、レンズ６２ｄがポイント１２４ｄから更に離れることになるので、角度βが減少されることが明らかであろう。レンズ６２ｄは、スピンドルＳがあるので、ポイント１２４ｄの近くへ移動することができない。図示されたようにポイント１２４ｄを変位させることにより、角度βを減少させる必要がなく、それ故、レンズ６２ｄの開口数を増加することができる。これは、より多くの光エネルギーを検出器２２ｄへ与えるという利益を有する。

図９及び１０を参照して上述した作用は、図１１に示すように等価的に達成される。図１１を参照すれば、トラック１３０は、走査されるべきプラッター１３の最も内側のトラックを表す。（ここで使用する「トラック」という語は、トラックが連続螺旋の一部である実施形態と、トラックが個別である実施形態とを含む。）レーザビーム１６ｄは、入射平面がトラック１３０に正接しないようにプラッター１３上のポイント１２４ｄに当たる。むしろ、ここに示す実施形態では、入射平面が、トラック１３０に対して角度θ（一実施形態では、１７．９０°）を形成する。入射平面及びトラック１３０を上述したように配列することにより、開口数を犠牲にせずにトラック１３０を走査できるようにレンズ６２ｄを構成できる。

入射レーザビーム１６ｄの光の円錐は、反射光１６−１ｄの円錐より非常に狭いことに注意されたい。入射ビーム及び反射ビームのこの特性は、上述した変位技術を使用してレンズ６２ｄに対して高いＮＡを使用できるようにする。

上述したように、一実施形態では、レーザビーム１６、１６ｄがプラッター１３の上面及び下面１３ｕ、１３ｄを同時に走査する。下部レーザビーム１６ｄは、上述したように変位される（又は入射平面を上述したようにトラック１３０と交差させる）ことが重要である。というのは、スピンドルＳ（プラッター１３の下に延びるが、上には一般的に延びない）がレンズ６２ｄの配置と干渉するからである。従って、上部レーザビーム１６の変位は、不必要である。不必要ではあるが、ある実施形態では、ヘッド１２及び１２ｄを実質的に同一にできるように上部レーザビーム１６が変位される。実際に、図３Ａ−３Ｄは、ヘッド１２から切り取られた半円筒状断面１３２を示している。これは、ヘッド１２及び１２ｄを同一にすべき場合に有用であり、ヘッド１２ｄが表面１３ｄの内側トラックを走査するときにスピンドルＳを受け入れできるような余地を許す。

ビーム１６ｄが変位されるので、検出器２０ｄ−２６ｄからの出力信号を処理するソフトウェアは、以下に述べるように、表面１３ｄの特性の「マップ」を発生するときにこの変位を考慮に入れる。

Ｂ．ビーム１６ｄに対するレーザビーム１６の角度
一実施形態において、ヘッド１２及び１２ｄは、ヘッド１２ｄに対するレーザビーム１６の干渉を回避し又は最小限にすると共に、ヘッド１２に対するレーザビーム１６ｄの干渉を回避し又は最小限にするように構成される。これは、プラッター１３に対するレーザビーム１６及び１６ｄの入射角を選択することにより達成できる。図１２は、ヘッド１２、１２ｄ及びプラッター１３の並置を示す平面図である。又、図１２は、ａ）プラッター１３の移動方向Ａ２、ｂ）プラッター１３の平面における入射レーザビーム１６（ミラー５４を去った後）及び鏡面反射レーザビーム１６”（ミラー６４に当たる前）の方向Ａ３、及びｃ）プラッター１３の平面における入射レーザビーム１６ｄ（ミラー５４ｄを去った後）及び鏡面反射レーザビーム１６”（ミラー６４ｄに当たる前）の方向Ａ４も示している。

明らかなように、方向Ａ３及びＡ４は角度γにあり、ビーム１６”及び１６ｄ”は、異なる方向に進む。（角度γは、通常、０°より大きいが、２０°未満である。）この角度は、ビーム１６がプラッター１３の外縁付近にあるときにプラッター１３の片側から散乱した光がプラッター１３の他側の集光レンズへ進む確率を減少する。好都合にも、これは、ヘッド１２のレーザ光間の「交配伝達」即ち干渉がヘッド１２ｄに影響を及ぼし且つそれとは逆にも影響を及ぼすのを防止する。

図１２において明らかなように、方向Ａ３及びＡ４は、逆平行であるように若干接近している。従って、図１２の実施形態では、ヘッド１２及び１２ｄは同一でよく、ヘッド１２ｄは、ヘッド１２を「ひっくり返した」ものである。ａ）方向Ａ３及びＡ４が逆平行に近く、ｂ）ビーム１６がミラー６４ｄから一般的に離れるように進み、そしてｃ）ビーム１６ｄがミラー６４から一般的に離れるように進むことも、ヘッド１２と１２ｄとの間の交配干渉を防止するように働く（特に、ビーム１６及び１６ｄがプラッター１３の外径付近のポイントに当たるとき）。しかしながら、別の実施形態では、方向Ａ３及びＡ４を逆平行に近いものとする必要はない。

図１２は、ポイント１２４、１２４ｄが距離Ｄ４（上述した）だけ互いに変位されたことを示している。しかしながら、別の実施形態では、スポット１２４がスポット１２４ｄの真上にある。更に別の実施形態では、スポット１２４及び１２４ｄがＤ４の２倍の距離だけ変位される。（このような実施形態では、ヘッド１２及び１２ｄは同一でよい。）

方向Ａ３及びＡ４は角度γを形成するが、一実施形態では、方向Ａ３及びＡ４が逆平行である。更に別の実施形態では、方向Ａ３及びＡ４が、逆平行ではなく平行に近いが、依然として互いに対して角度γを形成する。

IX．４重検出器２０及び回路Ｃ２０
一実施形態において、検出器２０は、４つの領域２０−１、２０−２、２０−３及び２０−４を有する半導体デバイスのような４重検出器４０である（図１３）。レーザ光１６の部分１６−１”のスポット１５０が、上述したように、検出器２０に当たる。レーザビーム１６が表面１３ｕの欠陥に当たると、欠陥壁の傾斜に基づいて、スポット１５０は、検出器２０の中心Ｃから偏向される。スポット１５０が方向Ａ５に偏向される場合には、領域２０−２からの出力信号が、領域２０−１、２０−３及び２０−４からの出力信号より大きくなる。表面１３ｕ上のビーム１６がより急峻な欠陥に遭遇する場合には、スポット１５０が方向Ａ５に更に移動し、領域２０−２からの出力信号は、あまり急峻でない欠陥に遭遇した場合に得られるものより大きくなる。

欠陥によりスポット１５０が方向Ａ６に偏向される場合には、領域２０−１からの出力信号が、領域２０−２ないし２０−４の出力信号を越える。このようにして、検出器２０は、表面１３ｕの欠陥の壁の方向及び急峻さを指示する信号を回路Ｃ２０に与える。

一実施形態において、回路Ｃ２０は、領域２０−１、２０−２、２０−３及び２０−４に当たる光の量を各々Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４とすれば、（Ｉ１＋Ｉ２）、（Ｉ３＋Ｉ４）及び（Ｉ１＋Ｉ２）−（Ｉ３＋Ｉ４）に各々比例する信号Ｓ２００、Ｓ２０１及びＳ２０２を発生するアナログ回路２００、２０１及び２０２（図１４）を備えている。信号Ｓ２０２は、例えば、プラッター１３の表面の欠陥によりレーザ光の部分１６−１”が上方又は下方に偏向される程度を指示する。又、回路Ｃ２０は、（Ｉ１＋Ｉ３）、（Ｉ２＋Ｉ４）及び（Ｉ１＋Ｉ３）−（Ｉ２＋Ｉ４）に各々比例する信号Ｓ２０３、Ｓ２０４及びＳ２０５を発生するアナログ回路２０３、２０４及び２０５も備えている。信号Ｓ２０５は、レーザ光の部分１６−１”が左又は右に偏向される程度を指示する。又、回路Ｃ２０は、（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）に比例する電圧を有する電気的信号Ｓ２０７を発生するアナログ回路２０７も備えている。信号Ｓ２０７は、検出器２０に当たる光の全量を表す。信号Ｓ２０２及びＳ２０５は、通常、値Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４（Ｓ２０７）で正規化され（例えば、除算され）、従って、装置は、レーザ出力パワーの変動及びプラッター１３の領域の反射率変化に不感となる。正規化は、アナログ技術を使用して行うことができる。しかしながら、信号Ｓ２０２、Ｓ２０５及びＳ２０７をデジタル化することもでき（例えば、アナログーデジタルコンバータを使用して）、そして正規化を、例えば、以下に述べるように、コンピュータを使用してデジタルで行うこともできる。

上述したように、一実施形態では、回路２００−２０７は、アナログ技術を使用して種々の信号を加算及び減算する。しかしながら、他の実施形態では、信号Ｉ１−Ｉ４をデジタル化することができ、そして加算及び減算をデジタルで行うこともできる。上述したように、加算及び減算は、通常、複数の段階で行われる（例えば、第１に加算を、第２に減算を行う）。しかしながら、他の実施形態では、これらの機能を１段階で実行することもできる。

Ｘ．回路Ｃ２２、Ｃ２４及びＣ２６の説明
回路Ｃ２２、Ｃ２４及びＣ２６（検出器２２−２４の出力信号を処理するための）は、同一である。図１５Ａは、回路Ｃ２２を示す。明らかなように、検出器２２からの出力信号Ｏ２２は、アナログ／デジタルコンバータ３００に送られ、該コンバータは、その出力データをＦＩＦＯメモリ３０２に供給する。ＦＩＦＯメモリ３０２の出力は、マイクロプロセッサ３０４により非同期で読み取ることができる。このようにして、マイクロプロセッサ３０４は、検出器２２により送られた出力信号に対応するデータをＦＩＦＯメモリ３０２から読み取る。マイクロプロセッサ３０４は、これらのデータを、高速バスインターフェイス回路３０８及びバス３１０（一実施形態ではＵＳＢバス）を経て、汎用プロセッサ３０６へ供給する。（プロセッサ３０６は、次いで、ＦＩＦＯメモリ３０２からのデータに対して付加的な処理を遂行する。）一実施形態において、マイクロプロセッサ３０４は、シリコン・ラボラトリーズから入手できるモデルＣ８０５１Ｆ１２０のようなデバイスであり、１００ＭＨｚのクロック速度を有している。しかしながら、他のマイクロプロセッサも使用できる。又、プロセッサ３０６は、通常、汎用プロセッサであるが、デジタル信号プロセッサ、例えば、１５０ＭＩＰＳで動作できるテキサスインスツルーメンツＴＭＳ３２０Ｆ２８１２でもよい。

インターフェイス回路３０８は、マイクロプロセッサ３０４と同様の回路Ｃ２０、Ｃ２４及びＣ２６のマイクロプロセッサにより駆動される１組のバス３１２を経てデータを受け取る。

一実施形態では、信号Ｏ２２のデジタル値は、信号Ｏ２２がスレッシュホールド信号ＴＨＲを越えるときだけＦＩＦＯメモリ３０２に記憶されるのが好都合である。これが好都合である理由は、プラッター１３の特性を評価するために重要なデータだけを記憶することによりＦＩＦＯメモリ３０２を効率的に使用できるからである。従って、これらのデジタル値を選択するだけで、回路Ｃ２２及びプロセッサ３０６のメモリ及びプロセッサ要件が緩和される。これを遂行する仕方は、次の通りである。図１５Ａに見られるように、ＦＩＦＯメモリ３０２の書き込みデータイネーブル信号ＤＥＮがアナログ回路３１６により与えられる。信号ＤＥＮは、検出器２２からの信号Ｏ２２がスレッシュホールド信号ＴＨＲを越えるときだけアクティブとなる。従って、信号Ｏ２２が信号ＴＨＲを越えるときだけＦＩＦＯメモリ３０２にデータが記憶される。

信号ＴＨＲは、デジタル／アナログコンバータ３１８により発生されるアナログ信号であり、該コンバータは、次いで、マイクロプロセッサ３０４により制御される。従って、マイクロプロセッサ３０４は、信号ＴＨＲの大きさを制御する。信号ＴＨＲは、関心のある事象だけを通過させるようにユーザ選択可能である。（一般に、信号ＴＨＲは、信号ノイズレベルより大きくされる。）任意であるが、一実施形態では、マイクロプロセッサ３０４又はプロセッサ３０６は、信号Ｏ２２に存在する測定されたノイズに応答して信号ＴＨＲの値を確立する。

通常、信号Ｏ２２−Ｏ２６がそれらの関連スレッシュホールド値ＴＨＲを越えるようにさせるプラッター１３上の位置を指示する位置データをプロセッサ３０６に与えることが望まれる。一実施形態では、これは、表面１３ｕの状態で信号Ｏ２２がスレッシュホールド信号ＴＨＲを越える場合に、「トラックアドレス」（半径方向における表面１３ｕ上の位置を識別する）及び「セクターアドレス」（周囲方向における表面１３ｕ上の位置を識別する）をプロセッサ３０６へ供給することにより行われる。一実施形態では、信号Ｏ２２が信号ＴＨＲを越え始めたところの表面１３ｕ上のエリアの開始位置（トラック及びセクターアドレス）を、そして信号Ｏ２２が信号ＴＨＲより下がるところの表面１３ｕ上の終了位置を指示する回路が設けられる。

図１５Ｂは、開始及び停止アドレスを与えるアドレス回路４００を示す。この回路４００は、スピンドルインデックス入力リード４０２と、サンプルクロック入力リード４０４とを含む。スピンドルインデックス入力リードは、プラッター１３が回転を完了するたびにパルスを受信する。これらのパルスは、カウンタ４０６によりカウントされ、該カウンタは、それに応答してトラックアドレスバス４０８にトラックアドレスを与える。トラックアドレスは、レーザビーム１６により現在走査されるトラックの番号である。

第２のカウンタ４１０は、サンプルクロック入力リード４０４から入力パルスを受け取る。一実施形態では、これらのパルスは、プラッターの回転当たり２４９８５６個のパルスというレートで与えられるが、この数は、例示に過ぎない。サンプルクロックパルスは、ディスクの回転と同期される。一実施形態では、これは、スピンドルＳに結合されたボックス４１２として概略的に表わされた光学的スピンドルエンコーダを設けることにより達成される。このエンコーダは、プラッターの回転当たり５１２個のパルスを与える。クロック回路４１４は、これらパルスを受け取るように結合され、そしてそれに応答して、位相固定ループを使用して、サンプルクロックパルスを発生し、同相の多数のスピンドルエンコーダパルスを生成する。カウンタ４１０は、サンプルクロックパルスをカウントし、そしてセクターアドレスをバス４１８に発生する。

トラック及びセクターアドレスは、信号ＡＥＮに応答してＦＩＦＯメモリ４２０及び４２２に各々記憶される。（信号ＡＥＮは、信号Ｏ２２が最初にスレッシュホールドＴＨＲを越えたとき、及び信号Ｏ２２がスレッシュホールドＴＨＲより下がったときにも、アクティブになる。従って、信号ＡＥＮは、表面１３ｕ上の欠陥の開始位置及び終了位置を表す。）マイクロプロセッサ３０４は、ＦＩＦＯメモリ４２０及び４２２からバス４２４を経てトラック及びセクターアドレスを非同期で読み取る。これらのアドレスは、次いで、マイクロプロセッサ３０４によりインターフェイス回路３０８及び３１０を経てプロセッサ３０６へ供給される。

上述したように、個別のカウンタ４０６及び４１０を使用して、トラック及びセクターアドレスが発生される。しかしながら、別の実施形態では、単一のカウンタを使用して、トラック及びセクターの両アドレスを発生することもできる。（１つのこのような実施形態では、単一のカウンタに記憶される値をＱとし、そして回転当たりのセクター数をＮとすれば、セクターアドレスは、ＱモジュロＮである。トラックアドレスは、Ｑ／Ｎの整数部分である。）この単一カウンタからの出力は、適当な巾のＦＩＦＯメモリに与えることができる。（或いは又、下位のカウンタビットがセクターアドレスを構成し、上位のカウンタビットがトラックアドレスを構成し、且つ下位ビットが値Ｎに到達したときだけ増加し、そして下位ビットは、Ｎに到達するとリセットするといったカウンタを構成することもできる。）

上述したように、アナログ形態の信号Ｏ２２は、スレッシュホールド信号ＴＨＲと比較される。しかしながら、別の実施形態では、信号Ｏ２２がデジタル化され（さもなければ、デジタル形態で与えられ）、そしてスレッシュホールドＴＨＲもデジタル値の形態である。デジタル化信号Ｏ２２がこのデジタルスレッシュホールドＴＨＲ値と比較され、信号ＡＥＮ及びＤＥＮを発生する。

ある実施形態では、信号ＴＨＲは、マイクロプロセッサ３０４により変更できるが、他の実施形態では、信号ＴＨＲを変更することができない。

上述した実施形態は、信号Ｏ２２が信号ＴＨＲを越えたときに種々のＦＩＦＯメモリに情報を通すが、ある実施形態では、信号Ｏ２２が上位スレッシュホールド値未満であるときだけＦＩＦＯメモリに情報が通される。更に別の実施形態では、信号Ｏ２２が信号ＴＨＲより大きいと同時に上位スレッシュホールド値未満であるときだけ情報がＦＩＦＯメモリに通される。更に別の実施形態では、信号Ｏ２２が信号ＴＨＲ（下位スレッシュホールド）未満であるか又は上位スレッシュホールド値より大きいときだけ情報がＦＩＦＯメモリに通される。

上述したように、回路Ｃ２０（４重検出器２０からの出力信号を処理する）は、出力信号Ｓ２０２及びＳ２０５（レーザビーム１６の部分１６−１”の垂直及び水平偏向に対応する）と、信号Ｓ２０７（部分１６−１”内の全パワー量に対応する）とを与える。信号Ｓ２０２及びＳ２０５は、増幅器を経て、回路Ｃ２２の２つの繰り返し（１つは信号Ｓ２０２用、及び１つは信号Ｓ２０５用）と実質的に同一である回路に与えられ、そこで、関連スレッシュホールド電圧を越える場合には、デジタル化されてマイクロプロセッサ３０４及びプロセッサ３０６へ通される。

信号Ｓ２０７は、信号Ｓ２０２又はＳ２０５がデジタル値に変換されてＦＩＦＯメモリに記憶され、これがマイクロプロセッサ３０４により非同期で読み取られてプロセッサ３０６へ通されるときに、回路Ｃ２０のマイクロプロセッサ３０４及びプロセッサ３０６に通される。このようにして、信号Ｓ２０２及びＳ２０５は、プロセッサ３０６により正規化することができる。

XI．回路Ｃ２２−Ｃ２４の実施形態の詳細な説明
図１６Ａ及び１６Ｂは、図１５Ａ及び１５Ｂの構造を詳細に示している。図１６Ａ及び１６Ｂにおいて、ＷＲｃｌｋ、Ｗｒｅｎ、ＷＲＰｒｔ、ＲＤｃｌｋ、Ｒｄｅｎ及びＲＤＰｒｔは、書き込みクロック、書き込みイネーブル、書き込みポート、読み取りクロック、読み取りイネーブル、及び読み取りポートを指す。カウンタ入力ＣＩＲは、カウンタ４０６及び４１０をリセットする。入力Ｄｉｎは、カウンタ４０６及び４１０を増加する。信号ＳＣＬＫは、クロック回路４１４から発生される。図１６Ｃは、信号ＤＥＮ及びＡＥＮを発生するのに使用できる書き込みイネーブルシーケンスロジック回路４２６を示す。この回路４２６は、アナログ／デジタルコンバータ３００が、通常、クロック信号ＳＣＬＫの多数のサイクルの限定パイプライン遅延を示すので、有用である。回路４２６は、このパイプライン遅延が与えられると、ＦＩＦＯメモリの適切なロードを促進する。図１６Ｃに示すように、一実施形態では、回路４２６は、信号ＤＥＮ及びＡＥＮを発生する直列接続されたＤ型フリップーフロップ４２７のネットワークを備え、これら信号は、信号Ｏ２２が、ある時間中に、スレッシュホールド信号ＴＨＲを越えた場合だけアクティブになる。（上述したように、信号ＤＥＮは、ＦＩＦＯメモリ３０２へのデータの書き込みをイネーブルする。信号ＡＥＮは、ＦＩＦＯメモリ４０６及び４１０へのデータの書き込みをイネーブルする。）Ｄ型フリップ−フロップ４２７の各々は、クロック信号ＳＣＬＫの関連パルス数だけ遅延された比較器３１６の出力信号を記憶する。回路４２６は、２つのゲート信号を発生し、その１つは、信号ＤＥＮを発生するためのもので、もう１つは、信号ＡＥＮを発生するためのものである。信号ＤＥＮ及びＡＥＮのタイミングは、比較器３１６の出力信号、及び信号ＳＣＬＫを構成するパルス列から発生される。特に、信号ＤＥＮ及びＡＥＮは、フリップーフロップ４２７の選択された状態に基づく。（例えば、信号ＤＥＮは、クロック信号ＳＣＬＫの４つのパルスだけ遅延された比較器３１６の出力である。信号ＡＥＮは、信号ＤＥＮの立ち上り縁の１つのパルスと、信号ＤＥＮが降下する直前の１つのパルスとを含む。）図１６Ｃに示された回路は、単なる例示に過ぎない。

XII．ヘッド１２に関連して使用されるロボット
図１７Ａは、製造環境においてプラッターをテストするための「セル」５００を概略的に示す。コンベア５０２は、検査されるべきプラッター１３のカセット５０４を供給する。ロボットアーム５０６は、プラッター１３をテスト装置１０ａ又はテスト装置１０ｂのいずれかに供給する。（両装置１０ａ及び１０ｂは、通常、プラッター１３の両面をテストするための上部及び下部ヘッド１２、１２ｄを備えている。）テスト装置１０ａがプラッター１３をテストした後に、アーム５０６は、プラッター１３を把持し、そしてそれを不合格容器５０８、合格カセット５１０又は更に別の評価カセット５１２ａのいずれかに入れる。（通常、大多数のプラッター、例えば、９０％を越えるプラッターが、合格カセット５１０に入れられねばならない。）不合格容器５０８に蓄積されたプラッターは、必ずしも、プラッターが更に別の製造ステップを受ける場合に必要とされる配慮の度合いで取り扱われない。しかしながら、カセット５１０又は５１２ａのプラッターは、通常、このような配慮で維持される。アーム５０６がプラッター１３を装置１０ａからカセット５１０又は５１２ａ或いは容器５０８の１つに移動した後に、アーム５０６は、別のプラッター１３をカセット５０４から取り出し、そして評価すべく装置１０ａに入れる。

同様に、テスト装置１０ｂがプラッター１３を評価した後、アーム５０６は、そのプラッターを、テスト結果に基づいて、不合格容器５０８或いはカセット５１０又は５１２ａの１つに入れる。その後、アーム５０６は、別のプラッターをカセット５０４から取り出し、それを装置１０ｂに入れる。

好都合にも、容器５０８は、非常に大きな容量を有し、頻繁に交換する必要がない。従って、容器５０８を空にするためにセル５００を非常に頻繁に遮断する必要はない。

図１７Ａは、２つのテスト装置１０ａ、１０ｂにサービスするロボットアーム５０６を示しているが、別の実施形態では、セル５００は、１つ以上のテスト装置を備え、アーム５０６が付加的な装置にサービスするようにしてもよい。又、図１７Ａは、更に別の評価のためのカセット５１２ａを示しているが、他の実施形態では、更に別の評価を受けるべきプラッターを受け入れるための多数のカセット（例えば、仮想線で示す任意のカセット５１２ｂ及び５１２ｃ）を設けることもできる。プラッター１３は、テスト装置１０ａ、１０ｂで決定されたそれらの表面の特定の特性に基づいてこれらカセットの異なるものに入れてもよい。又、図１７Ａは、１つの不合格容器５０８を示しているが、他の実施形態では、複数の不合格容器５０８を設けることもできる。又、図１７Ａは、１つのアーム５０６しか示していないが、プラッターを移動するために複数のアームをセル５００に設けることもできる。例えば、１つのアームは、プラッターをテスト装置１０ａに与えることができ、そして別のアームは、プラッターを容器５０８及び／又はカセット５１０及び５１２ａに与えることができる。

製造要員への傷害を防止するために保安エンクロージャー５１３がセル５００を取り巻く。一実施形態では、コンベアメカニズム５０２及び５１１は、新たなカセット５０４及び５１０を、エンクロージャー５１３で保護されたエリアへ連続的に運び込む。

アラーム５１４ａは、カセット５１２ａがいっぱいであることを示している。アラーム５１４ａは、可聴信号を発生することができる。或いは又、アラーム５１４ａは、カセット５１２ａがいっぱいであることを指示するために点灯するライトでもよい。（アラーム５１４ａは、カセット５１２ａがいっぱいであることを決定するセンサにより作動されてもよいし、或いはプラッターをカウントすることによりカセット５１２ａがいっぱいであることを決定するカウンタにより作動されてもよい。アラーム５１４ａは、ＬＥＤ、小さな白熱電球、又は他の光学的表示素子でよい。）しかしながら、アラーム５１４ａの作動と、カセット５１２ａの交換との間の時間中には、ロボットアーム５０６が、カセット５１２ａに入れられるプラッターを容器５０８に入れる。このようにして、カセット５１２ａがいっぱいである間に、セル５００をオフにする必要がない。

重要なことに、カセット５１２ａは、引き出し５１５ａ内にある。カセット５１２ａがいっぱいになると、操作要員が引き出し５１５ａを開いてカセット５１２ａをエンクロージャー５１３で保護されたエリアの外に取り出すことにより、カセット５１２ａを交換することができる。従って、カセット５１２ａを交換するときにエンクロージャー５１３を開く必要はない。これは、カセット５１２ａを交換するのに要する時間を短縮し、特に、カセット５１２ａを交換するときにセル５００の遮断を不必要にするのを促進する。（任意のカセット５１２ｂ及び５１２ｃが引き出し５１５ｂ、５１５ｃに同様に配置され、そして同様にエンクロージャー５１３から取り出される。アラーム５１４ｂ、５１４ｃ（アラーム５１４ａと同様の）は、カセット５１２ｂ、５１２ｃがいっぱいであるときにマシンオペレータにそれを通知するが、カセット５１２ｂ、５１２ｃがいっぱいであるときと、それらが交換されるときとの間のインターバル中に、カセット５１２ｂ、５１２ｃに蓄積されるプラッターは、容器５０８に入れられる。）

典型的に、カセット５１２ａに通常入れられるプラッターの少なくとも幾つかは、再生利用可能である。例えば、それらを再研磨して使用することができる。或いは又、それらを更に別の欠陥分析に送ることができる。これらのプラッターは有用かもしれないが、それらを不合格容器５０８に入れることは、それほど重大ではなく、カセット５１２ａの交換を待機する間にセル５００を遮断することの方が重大である。というのは、特に、非常に僅かな割合のプラッターしかカセット５１２ａに入れられないからである。

一実施形態では、セル５００は、マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ（図示せず）のような制御回路により制御される。

セル５００は、エンクロージャー５１３内に容器５０８を含むが、別の実施形態では、容器５０８がエンクロージャー５１３の外部にあり、エンクロージャー５１３の内部から容器５０８へシュート（図示せず）が延びている。ロボットアーム５０５は、プラッターをシュートに落とし、それらは容器５０８へ落とされる。これは、容器５０８がいっぱいになったときにその容易で且つ迅速な交換を促進する。

図１７Ｂは、カセット５１６がコンベア５１８に設けられたセル５００’の別の実施形態を示す。カセット５１６は、セル５００’によりテストされるべきプラッターを供給する。プラッターは、テストに合格すると、カセット５１６に戻される。このようにして、１つのカセットが入力及び出力の両カセットとして使用される。コンベア５１８は、エンクロージャー５１３で保護されたエリアへの及びエリアからのカセットの定常流を与える。

以上、本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに変更がなされ得ることが明らかであろう。例えば、本発明によるヘッドは、上述したもの以上の又はそれより少数の光学的要素を含んでもよい。入射光又は反射光の経路に、異なる形式の光学的要素を含ませることができる。異なる数の入射光路を使用することもできる。又、異なる数の反射光路（例えば、１から６）を使用することもできる。

上述したヘッドは、材料のモノリシックブロックで作られたが、他の実施形態では、ヘッドが材料のモノリシックブックで作られない。又、上述した装置は、２つのレーザソース１４、１４ｄを備え、その１つは上部ヘッド１２用、そしてもう１つは下部ヘッド１２ｄ用であったが、別の実施形態では、単一のレーザソースをビームスプリッターと共に使用して、２本のレーザビームを発生することもできる。又、本発明による装置は、異なる形式のワークピースを検査するのにも使用できる。上述した異なる特徴の１つ以上を、上述した他の特徴を伴わずに使用できる。

一実施形態では、集光レンズ６２、７２及び７７は、それらを通過する光をコリメートすることができる。しかしながら、他の実施形態では、これらレンズを通過する光は、完全にコリメートされる必要はない。同様に、レンズ５８、７６及び８０は、光を集中させる。任意であるが、これらのレンズは、検出器２２−２４に光を収束できるが、これは、絶対的に必要ではない。従って、このような全ての変更は、本発明に包含される。

ワークピースを検査するための光学的検査ヘッドを含む光学的検査装置を概略的に示す分解斜視図である。 ワークピースを検査するための光学的検査ヘッドを含む光学的検査装置を概略的に示す図である。 図１Ａ及び１Ｂの光学的検査ヘッド内の光学的経路及び光学的要素を概略的に示す斜視図である。 図１Ａ及び１Ｂの光学的検査ヘッド内の光学的経路及び光学的要素を概略的に示す平面図である。 図１及び２の光学的検査ヘッドを形成するモノリシック材料ブロックの斜視図である。 図１及び２の光学的検査ヘッドを形成するモノリシック材料ブロックの斜視図である。 図１及び２の光学的検査ヘッドを形成するモノリシック材料ブロックの斜視図である。 図１及び２の光学的検査ヘッドを形成するモノリシック材料ブロックの斜視図である。 ２つのスクラッチが表面にあるプラッターを示す図である。 本発明による製造プロセスの一部分の間の材料ブロックを示す図である。 本発明による製造プロセスの一部分の間の材料ブロックを示す図である。 光学経路の１つにミラーを装着するための構造を示す図である。 光を収集及び集中させるための２つのレンズを含む光学的検出器とプラッターとの間の光学路を概略的に示す図である。 光の収集及び集中の両方を行う１つのレンズを含む光学的検出器とプラッターとの間の光学路を概略的に示す図である。 本発明の別の実施形態に基づきプラッターの上面及び下面を検査する２つの光学的ヘッドを示す図である。 プラッターに対する上部及び下部レーザビームによりトレースされる経路を示す図である。 本発明による下部テストヘッドにおけるレンズの配置を示す図である。 本発明による下部テストヘッドにおけるレンズの配置を示す図である。 レーザがプラッターに当たる最も内側のトラックにおけるポイントを示す図である。 上部及び下部ヘッドとプラッターとの並置を示す平面図である。 光学的検査ヘッドの実施形態において鏡面反射レーザ光を検出するための４重検出器を概略的に示す平面図である。 図１３の４重検出器からの出力信号を処理するための回路を概略的に示す図である。 光学的検出器の出力信号に対応する選択されたデータを処理装置へ供給する回路を示す回路図である。 選択された位置情報を処理装置へ供給する回路を示す回路図である。 図１５Ａの回路に使用できる回路要素を詳細に示す回路図である。 図１５Ｂの回路に使用できる回路要素を詳細に示す回路図である。 図１６Ａ及び１６Ｂの回路に関連して使用できる論理回路を示す図である。 本発明のテストヘッドに関連して使用されるロボットセルの第１実施形態を示す図である。 本発明のテストヘッドに関連して使用されるロボットセルの第２実施形態を示す図である。

符号の説明

１０：光学的検査装置
１２、１２ｄ：テストヘッド
１３：ワークピース（プラッター）
１３ｕ：ワークピースの上面
１３ｄ：ワークピースの下面
１４：レーザソース
１６、１６ｄ：レーザビーム
２０：偏向検出器
２２：狭角度散乱検出器
２４：広角度散乱検出器
２６：後方散乱検出器
Ｍ：スピンドルモータ
Ｓ：スピンドル
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４：方向
Ｓ１、Ｓ２：スクラッチ
５０、５２：スリットマスク
５４：ミラー
５６：光学要素
５６ａ：ガラスプレート
５６ｂ：円偏光板
５６ｃ：円筒状レンズ
５８：集束レンズ
６２：集光レンズ
８２：エンクロージャー

Claims (16)

1. 平坦なワークピースの第１表面を検査するための第１光学的ヘッドであって、前記第１表面に向けて第１方向に第１光ビームを発生するための第１光源、及び前記第１表面から反射された光を検出するための第１検出器を含み、前記第１方向は前記第１表面に垂直ではないような第１光学的ヘッドと、
   前記ワークピースの第２表面を検査するための第２光学的ヘッドであって、前記第２表面に向けて第２方向に第２光ビームを発生するための第２光源、及び前記第２表面から反射された光を検出するための第２検出器を含み、前記第２方向は前記第２表面に垂直ではないような第２光学的ヘッドと、
   を備え、前記第１及び第２の光ビームの入射平面は、前記ワークピースが存在しない場合に、前記第１光ビームが前記第２検出器に向かって進行せず且つ前記第２光ビームが前記第１検出器に向かって進行しないという特性をもつようにした装置。
2. 前記第１及び第２の光ビームの入射平面は、平行よりも逆平行に近いものである、請求項１に記載の装置。
3. 前記ワークピースはプラッターであり、そして前記第１及び第２表面は同時に検査される、請求項１に記載の装置。
4. 平坦なワークピースの第１表面を検査するための第１光学的ヘッドであって、前記第１表面に向けて第１方向に第１光ビームを発生するための第１光源、及び前記第１表面から反射された光を検出するための第１検出器を含み、前記第１方向は前記第１表面に垂直ではないような第１光学的ヘッドと、
   前記ワークピースの第２表面を検査するための第２光学的ヘッドであって、前記第２表面に向けて第２方向に第２光ビームを発生するための第２光源、及び前記第２表面から反射された光を検出するための第２検出器を含み、前記第２方向は前記第２表面に垂直ではないような第２光学的ヘッドと、
   を備え、前記第１及び第２の光ビームの入射平面は、前記ワークピースが存在しないとき、或いは前記第１及び第２の光ビームの一方又は両方が前記ワークピースの外縁に接近するときに、前記第１ヘッドと第２ヘッドとの間の光学的交配結合を減少又は排除する角度になるようにした装置。
5. 前記角度は、前記第１光ビームが前記ワークピースの外縁に接近するときに、前記第１ビームからの光の量が物体で反射して前記第２検出器に到達するのを防止又は減少するものであり、更に、前記角度は、前記第２光ビームが前記ワークピースの外縁に接近するときに、前記第２ビームからの光の量が物体で反射して前記第１検出器に到達するのを防止又は減少するものである、請求項４に記載の装置。
6. 前記第１検出器は、前記第１表面により散乱された光を受け取り、そして前記第２検出器は、前記第２表面により散乱された光を受け取る、請求項５に記載の装置。
7. 前記第１ヘッドは、前記ワークピースの前記第１表面から反射された光を収集するための第１レンズ、及び前記収集した光を前記第１検出器に向けて反射するための第１ミラーを備え、そして前記第２ヘッドは、前記ワークピースの前記第２表面から反射された光を収集するための第２レンズ、及び前記収集した光を前記第２検出器に向けて反射するための第２ミラーを備えた、請求項５に記載の装置。
8. 前記第１ヘッドは、更に、前記第１表面から反射された光を収集するための第１の複数のレンズ、及び前記収集した光を受け取るための第１の複数の検出器を備え、そして前記第２ヘッドは、更に、前記第２表面から反射された光を収集するための第２の複数のレンズ、及び前記収集した光を受け取るための第２の複数の検出器を備えた、請求項５に記載の装置。
9. 前記ワークピースはプラッターである、請求項４に記載の装置。
10. 第１光ビームを第１方向にワークピースの第１面に向けて供給して、前記第１ビームが前記第１面から反射して第１検出器に当たるようにするステップと、
    第２光ビームを第２方向に前記ワークピースの第２面に向けて供給して、前記第２ビームが前記第２面から反射して第２検出器に当たるようにするステップと、
    を備え、前記第１及び第２の光ビームの入射平面は、前記ワークピースが存在しない場合に、前記第１光ビームが前記第２検出器に向かって進行せず且つ前記第２光ビームが前記第１検出器に向かって進行しないという特性をもつようにした方法。
11. 前記第１及び第２の光ビームの入射平面は、平行よりも逆平行に近いものである、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ワークピースはプラッターである、請求項１０に記載の方法。
13. 第１光ビームを第１方向にワークピースの第１面に向けて供給して、前記第１ビームが前記第１面から反射して第１検出器に当たるようにするステップと、
    第２光ビームを第２方向に前記ワークピースの第２面に向けて供給して、前記第２ビームが前記第２面から反射して第２検出器に当たるようにするステップと、
    を備え、前記ワークピースが存在しないとき、或いは前記光ビームの一方又は両方が前記ワークピースの外縁に接近するときに、前記第１及び第２の光ビームの入射平面が、第１ヘッドと第２ヘッドとの間の光学的交配結合を減少又は排除する角度になるように、前記第１及び第２ヘッドを配列した方法。
14. 前記角度は、前記第１ビームからの光の量が物体で反射して前記第２の検出器に向かい且つ前記第２ビームからの光の量が物体で反射して前記第１検出器に向かうのを防止又は減少するものである、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１検出器は、前記第１表面により散乱された光を受け取り、そして前記第２検出器は、前記第２表面により散乱された光を受け取る、請求項１３に記載の方法。
16. 前記ワークピースはプラッターである、請求項１３に記載の方法。

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