JP2696366B2 - 微小すきま測定装置 - Google Patents
微小すきま測定装置Info
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- JP2696366B2 JP2696366B2 JP63308874A JP30887488A JP2696366B2 JP 2696366 B2 JP2696366 B2 JP 2696366B2 JP 63308874 A JP63308874 A JP 63308874A JP 30887488 A JP30887488 A JP 30887488A JP 2696366 B2 JP2696366 B2 JP 2696366B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、浮上形磁気ヘッドの浮上すきま等の微小す
きまを測定する装置に関し、特に光干渉強度を検出する
ことにより微小すきまを動的に、短時間にかつ高精度に
測定できるようにした微小すきま測定装置に関する。
きまを測定する装置に関し、特に光干渉強度を検出する
ことにより微小すきまを動的に、短時間にかつ高精度に
測定できるようにした微小すきま測定装置に関する。
従来、磁気ディスク用の浮動ヘッドの浮上すきまをチ
ェックするには、該ヘッドを透明なガラス円板などの上
で浮上させ、白色干渉による干渉色彩を観察することに
よって行っていた〔参考文献:C.Lin and R.F.Sullivan
An Application of White light Interferometry in Th
in Film Measurements IBM J.RES.Deverop.Vol16 p269
（1972）〕。
ェックするには、該ヘッドを透明なガラス円板などの上
で浮上させ、白色干渉による干渉色彩を観察することに
よって行っていた〔参考文献:C.Lin and R.F.Sullivan
An Application of White light Interferometry in Th
in Film Measurements IBM J.RES.Deverop.Vol16 p269
（1972）〕。
この方法は通常の顕微鏡でヘッドの浮上状態を観察
し、別途形成した基準の色彩−すきま構成表と比較する
ことにより浮上すきまを評価して測定する方法である。
この方法は簡便でかつ短時間で測定できる特徴を有する
反面、すきまが0.3μｍ以下となる領域では色彩判別精
度が低下する欠点があった。
し、別途形成した基準の色彩−すきま構成表と比較する
ことにより浮上すきまを評価して測定する方法である。
この方法は簡便でかつ短時間で測定できる特徴を有する
反面、すきまが0.3μｍ以下となる領域では色彩判別精
度が低下する欠点があった。
このため、小さい浮上すきま領域では単色光による光
干渉強度測定法が用いられる。この方法では、単一波長
（λ）での光干渉強度（Ｉ）と測定物のすきま（ｈ）と
が次式で表せることを利用している。
干渉強度測定法が用いられる。この方法では、単一波長
（λ）での光干渉強度（Ｉ）と測定物のすきま（ｈ）と
が次式で表せることを利用している。
ただし、 S1＝S0×N1 N1:透明円板の反射率 S2＝（S0−S1）×N2 N2:ヘッド浮上面の反射率 S0:入射光強度 つまり、N1、N2、S0を定数とした場合、光干渉強度
（Ｉ）はすきま（ｈ）をファクタとした関数で表され
る。
（Ｉ）はすきま（ｈ）をファクタとした関数で表され
る。
光源としては単一波長光源或いは可変波長光源が用い
られる。
られる。
単一波長光源（たとえばレーザなど）を用いる場合に
は、光の干渉強度（Ｉ）から浮上すきま（ｈ）を算出す
る方法が行われる〔参考文献:J.M.Fleischer and C.Lin
Infrared Laser Interferometer for Measuring Air−
Bearing Separation IBM J.Res.Deverop.Vol18 p529（1
974）〕。この方法では、微小すきま領域に光を集光し
て信号を得ることができるため分解能・測定精度が高い
という長所を有する。
は、光の干渉強度（Ｉ）から浮上すきま（ｈ）を算出す
る方法が行われる〔参考文献:J.M.Fleischer and C.Lin
Infrared Laser Interferometer for Measuring Air−
Bearing Separation IBM J.Res.Deverop.Vol18 p529（1
974）〕。この方法では、微小すきま領域に光を集光し
て信号を得ることができるため分解能・測定精度が高い
という長所を有する。
他方、可変波長光源（たとえばモノクロメータなど）
を用いる場合には、光の干渉強度（Ｉ）が最大または最
小となる波長（λ）を見つけて浮上すきま（ｈ）を算出
する方法が行われる〔参考文献：丸山『波長スキャン方
式を用いたスペーシング測定装置』昭和60年度通信学会
部門全国大会No.58、1985〕。
を用いる場合には、光の干渉強度（Ｉ）が最大または最
小となる波長（λ）を見つけて浮上すきま（ｈ）を算出
する方法が行われる〔参考文献：丸山『波長スキャン方
式を用いたスペーシング測定装置』昭和60年度通信学会
部門全国大会No.58、1985〕。
ところが前者の単一の波長を用いる方法では、上記の
長所を有する反面、測定感度がなくなる領域、即ちすき
まの変化に対し干渉強度が変化しない領域（ｈ＝ｍλ/4
m:正整数）がすきまの大きさに対し周期的に発生し、該
周期に相当するすきまでは測定できない欠陥があった。
長所を有する反面、測定感度がなくなる領域、即ちすき
まの変化に対し干渉強度が変化しない領域（ｈ＝ｍλ/4
m:正整数）がすきまの大きさに対し周期的に発生し、該
周期に相当するすきまでは測定できない欠陥があった。
また、後者は波長をスキャンするために回折格子など
を機械的に動かすため、数十秒から数分にわたる時間を
要する欠点があった。このため、例えば、起動・停止時
のように、連続的に周速が変化し、それに連れて浮上す
きまが変化するような場合の動的な観測が不可能であっ
た。また、光源は白色光を分光して得るため、光量が弱
くなり微小領域の測定ではS/N（信号雑音比）が劣化す
る欠点もあった。
を機械的に動かすため、数十秒から数分にわたる時間を
要する欠点があった。このため、例えば、起動・停止時
のように、連続的に周速が変化し、それに連れて浮上す
きまが変化するような場合の動的な観測が不可能であっ
た。また、光源は白色光を分光して得るため、光量が弱
くなり微小領域の測定ではS/N（信号雑音比）が劣化す
る欠点もあった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、微
小すきまの絶対距離を高精度に、広い領域にわたり連続
的に測定することを可能とした微小すきま測定装置を提
供することである。
小すきまの絶対距離を高精度に、広い領域にわたり連続
的に測定することを可能とした微小すきま測定装置を提
供することである。
このために本発明は、少なくとも一方が透明な２つの
物質の間に形成される微小すきまに上記透明な物質の側
から光を照射して、上記２つの物質間で反射され相互に
干渉された光の強度を検出することにより、上記微小す
きまの寸法を計測する微小すきま測定装置において、 上記光を照射すると共に上記干渉光を検出する１個の
光学系に、少なくとも２つの異なる波長の光を上記すき
まの変動の上限周波数の少なくとも２倍以上の切り替え
周波数で順次繰り返し発射する手段を具備するように構
成した。
物質の間に形成される微小すきまに上記透明な物質の側
から光を照射して、上記２つの物質間で反射され相互に
干渉された光の強度を検出することにより、上記微小す
きまの寸法を計測する微小すきま測定装置において、 上記光を照射すると共に上記干渉光を検出する１個の
光学系に、少なくとも２つの異なる波長の光を上記すき
まの変動の上限周波数の少なくとも２倍以上の切り替え
周波数で順次繰り返し発射する手段を具備するように構
成した。
以下、本発明の一実施例の微小すきま測定装置につい
て説明する。第１図はその原理構成を示す模試図であ
る。１は透明物質としてのガラス円板、２は他の物質と
しての浮動形磁気ヘッド、３は該ヘッド２を支持するス
ライダ支持機構の一部、4A、4Bはレーザダイオード、
５、６は受光素子、７はビーム合成器、８はビームスプ
リッタ、９は偏光プリズム、10は偏光板、11はコリメー
タレンズ、12は対物レンズ、13は割り算器、14は信号処
理回路、15はレーザ駆動回路である。
て説明する。第１図はその原理構成を示す模試図であ
る。１は透明物質としてのガラス円板、２は他の物質と
しての浮動形磁気ヘッド、３は該ヘッド２を支持するス
ライダ支持機構の一部、4A、4Bはレーザダイオード、
５、６は受光素子、７はビーム合成器、８はビームスプ
リッタ、９は偏光プリズム、10は偏光板、11はコリメー
タレンズ、12は対物レンズ、13は割り算器、14は信号処
理回路、15はレーザ駆動回路である。
レーザダイオード4A、4Bは各々異なる波長、例えば68
0nm、820nmで発振して発光する。各々の光はビーム合成
器７を通って、一本の光路を共用する。そして、発振強
度をモニタするためのビームスプリッタ８を通過して最
終的には対物レンズ12からガラス円板１の下に配置され
たヘッド２の一点に集光する。ガラス円板１の表面及び
ヘッド２の表面で反射した光は対物レンズ12、コリメー
タレンズ11を介して偏光プリズム９で光路が変更され、
受光素子６で検出される。
0nm、820nmで発振して発光する。各々の光はビーム合成
器７を通って、一本の光路を共用する。そして、発振強
度をモニタするためのビームスプリッタ８を通過して最
終的には対物レンズ12からガラス円板１の下に配置され
たヘッド２の一点に集光する。ガラス円板１の表面及び
ヘッド２の表面で反射した光は対物レンズ12、コリメー
タレンズ11を介して偏光プリズム９で光路が変更され、
受光素子６で検出される。
ヘッド２の表面とガラス円板１の面（ヘッド２側の
面）で形成される微小すきまはくさび状になっている。
このくさび状すきまの角度は実際には極めて小さい。従
って、ヘッド２の表面で反射される反射光の一部はガラ
ス円板１の面とヘッド２の表面との間で繰り返し反射
（多重反射）して干渉を生じる。
面）で形成される微小すきまはくさび状になっている。
このくさび状すきまの角度は実際には極めて小さい。従
って、ヘッド２の表面で反射される反射光の一部はガラ
ス円板１の面とヘッド２の表面との間で繰り返し反射
（多重反射）して干渉を生じる。
このような多重干渉の結果として受光素子６で検出さ
れる強度Ｉは、微小すきまｈにおいてガラス円板１の面
の反射率をＲ、ヘッド２の表面の反射率をＳ、光の波長
をλとすると、 と表せる。この関係式のＲ、Ｓ、λ及びＩからｈが測定
できることは周知である〔参考文献：特願昭59−27397
1〕。
れる強度Ｉは、微小すきまｈにおいてガラス円板１の面
の反射率をＲ、ヘッド２の表面の反射率をＳ、光の波長
をλとすると、 と表せる。この関係式のＲ、Ｓ、λ及びＩからｈが測定
できることは周知である〔参考文献：特願昭59−27397
1〕。
本発明では、２つの異なる波長のレンズ光を用いてい
るから、上式（２）で強度変化がなくなる微小すきまが
発生しても、即ち一つの波長で ｈ＝ｍλ４ （m:整数） …（３） が成立しても、他方の波長で同一ｈに対して（３）式を
満足しなければ、その微小すきまでは常に強度変化が検
出できる。２つの波長を整数関係以外に選ぶことによ
り、測定可能範囲は拡大する。
るから、上式（２）で強度変化がなくなる微小すきまが
発生しても、即ち一つの波長で ｈ＝ｍλ４ （m:整数） …（３） が成立しても、他方の波長で同一ｈに対して（３）式を
満足しなければ、その微小すきまでは常に強度変化が検
出できる。２つの波長を整数関係以外に選ぶことによ
り、測定可能範囲は拡大する。
本実施例の680nm、820nmでは27μｍまで不感点が発生
しない。これはいずれか一方の波長のみの使用ではすき
まが0.2μｍ程度以下でしか保証できないのに対し、そ
の有感領域が一挙に数十倍に拡大されることを意味し、
本発明の有効性を示すことになる。
しない。これはいずれか一方の波長のみの使用ではすき
まが0.2μｍ程度以下でしか保証できないのに対し、そ
の有感領域が一挙に数十倍に拡大されることを意味し、
本発明の有効性を示すことになる。
また、式（２）から明らかなように微小すきまｈに対
する精度は、強度Ｉの分解能と波長の安定度で決定され
るから、本実施例の測定も従来の単一波長を用いた測定
と何ら変わることなく精度よく行える。
する精度は、強度Ｉの分解能と波長の安定度で決定され
るから、本実施例の測定も従来の単一波長を用いた測定
と何ら変わることなく精度よく行える。
ところで、２つの波長の光を同時に検出する方法とし
ては、例えば各々の波長のみを個別に透過させ、他方の
波長を透過しないフィルタと受光素子を組として２組用
いる方法がある。しかし、この方法では検出光を更に２
分割する必要があり、光学系が複雑となって装置の校正
・操作が煩雑になると共に光量が減じてS/Nが劣化する
欠点がある。
ては、例えば各々の波長のみを個別に透過させ、他方の
波長を透過しないフィルタと受光素子を組として２組用
いる方法がある。しかし、この方法では検出光を更に２
分割する必要があり、光学系が複雑となって装置の校正
・操作が煩雑になると共に光量が減じてS/Nが劣化する
欠点がある。
そこで、本発明では第２図（ａ）に示すようにレーザ
ダイオード4A、4Bを交互に発光させ、同一の受光素子６
で信号を検出（第２図（ｂ））する。検出された信号は
実際には時間的にレーザダイオード4A、4Bの波長に対応
してインターリーブされているから、レーザダイオード
4A、4Bの駆動信号に同期して信号をサンプリング（第２
図（ｃ））すれば目的とする波長に対する応答（第２図
（ｄ））が得られる。第２図（ｃ）、（ｄ）におけるＡ
はレーザダイオード4Aからの光に関連し、Ｂはレーザダ
イオード4Bからの光に関連する。
ダイオード4A、4Bを交互に発光させ、同一の受光素子６
で信号を検出（第２図（ｂ））する。検出された信号は
実際には時間的にレーザダイオード4A、4Bの波長に対応
してインターリーブされているから、レーザダイオード
4A、4Bの駆動信号に同期して信号をサンプリング（第２
図（ｃ））すれば目的とする波長に対する応答（第２図
（ｄ））が得られる。第２図（ｃ）、（ｄ）におけるＡ
はレーザダイオード4Aからの光に関連し、Ｂはレーザダ
イオード4Bからの光に関連する。
この場合、インターリーブする周波数は測定現象（微
小すきまの変化の周波数）の上限周波数の２倍以上あれ
ば問題ない。浮動ヘッドの場合、該上限周波数は機械的
なものであり、〜数十KHz程度であるが、レーザダイオ
ード、受光素子共に、一般に数百MHz以上の帯域を持つ
から、充分な帯域を持つ測定系が構成できる。
小すきまの変化の周波数）の上限周波数の２倍以上あれ
ば問題ない。浮動ヘッドの場合、該上限周波数は機械的
なものであり、〜数十KHz程度であるが、レーザダイオ
ード、受光素子共に、一般に数百MHz以上の帯域を持つ
から、充分な帯域を持つ測定系が構成できる。
波長の異なるレーザダイオードは一般に発光強度が異
なるが、受光素子５により光量をモニタし、受光素子６
で得られる信号を割り算器13で割ることにより規格化し
て、強度相違の影響をなくすことができる。また、温度
変化などにより光量のゆらぎがあったとしても該割り算
器13で規格化されているから、強度変化に対する安定度
が高いことはいうまでもない。
なるが、受光素子５により光量をモニタし、受光素子６
で得られる信号を割り算器13で割ることにより規格化し
て、強度相違の影響をなくすことができる。また、温度
変化などにより光量のゆらぎがあったとしても該割り算
器13で規格化されているから、強度変化に対する安定度
が高いことはいうまでもない。
以上は発振波長の異なる２つのレーザダイオードを光
源として説明したが、上記動作原理の説明から明らかの
ように、波長を２つに限定する必要はなく、より多くの
波長を利用すれば測定範囲をさらに拡大させることは可
能である。あるいは、光源を１つとするため、例えば、
アルゴンイオンレーザを多色発振させて用いることも可
能である。
源として説明したが、上記動作原理の説明から明らかの
ように、波長を２つに限定する必要はなく、より多くの
波長を利用すれば測定範囲をさらに拡大させることは可
能である。あるいは、光源を１つとするため、例えば、
アルゴンイオンレーザを多色発振させて用いることも可
能である。
また、直流発光するイオンレーザを用いる場合には、
各々の波長の光に対し、光スイッチを設ける必要があ
り、装置構成が複雑になるが、レーザ共振器に回転ホロ
グラムを用いて発振波長を時系列的に選択することによ
り光スイッチを省略することも可能である。また、若干
の精度低下を許容すればレーザの代わりにレーザより発
光半値幅のやや広いLEDを用いることが可能である。こ
の場合、測定系が安価に構成できる利点がある。
各々の波長の光に対し、光スイッチを設ける必要があ
り、装置構成が複雑になるが、レーザ共振器に回転ホロ
グラムを用いて発振波長を時系列的に選択することによ
り光スイッチを省略することも可能である。また、若干
の精度低下を許容すればレーザの代わりにレーザより発
光半値幅のやや広いLEDを用いることが可能である。こ
の場合、測定系が安価に構成できる利点がある。
以上から本発明によれば、同一の光学系で異なる少な
くとも２つの波長による計測を同時に行うので、高精度
で、広い領域にわたる連続的な測定が可能となり、飛躍
的な計測範囲の拡大と操作性の向上を図ることができ
る。
くとも２つの波長による計測を同時に行うので、高精度
で、広い領域にわたる連続的な測定が可能となり、飛躍
的な計測範囲の拡大と操作性の向上を図ることができ
る。
第１図は本発明の一実施例の微小すきま測定装置の模試
図、第２図はその作動状態を示す信号波形図である。 １……ガラス円板、２……ヘッド、３……スライダ支持
機構の一部、4A、4B……レーザダイオード、５、６……
受光素子、７……ビーム合成器、８……ビームスプリッ
タ、９……偏光プリズム、10……偏光板、11……コリメ
ータレンズ、12……対物レンズ、13……割り算器、14…
…信号処理回路、15……レーザ駆動回路。
図、第２図はその作動状態を示す信号波形図である。 １……ガラス円板、２……ヘッド、３……スライダ支持
機構の一部、4A、4B……レーザダイオード、５、６……
受光素子、７……ビーム合成器、８……ビームスプリッ
タ、９……偏光プリズム、10……偏光板、11……コリメ
ータレンズ、12……対物レンズ、13……割り算器、14…
…信号処理回路、15……レーザ駆動回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸上 順一 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 戸島 知之 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 佐藤 勇武 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 木暮 賢司 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 柿崎 隆夫 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−260305（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−119778（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−87804（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】少なくとも一方が透明な２つの物質の間に
形成される微小すきまに上記透明な物質の側から光を照
射して、上記２つの物質間で反射され相互に干渉された
光の強度を検出することにより、上記微小すきまの寸法
を計測する微小すきま測定装置において、 上記光を照射すると共に上記干渉光を検出する１個の光
学系に、少なくとも２つの異なる波長の光を、上記すき
まの変動の上限周波数の少なくとも２倍以上の切り替え
周波数で順次繰り返し発射する手段を具備したことを特
徴とする微小すきま測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63308874A JP2696366B2 (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 微小すきま測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63308874A JP2696366B2 (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 微小すきま測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02156105A JPH02156105A (ja) | 1990-06-15 |
| JP2696366B2 true JP2696366B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=17986300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63308874A Expired - Fee Related JP2696366B2 (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 微小すきま測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2696366B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5280340A (en) * | 1991-10-23 | 1994-01-18 | Phase Metrics | Method and apparatus to calibrate intensity and determine fringe order for interferometric measurement of small spacings |
| US5457534A (en) * | 1991-10-23 | 1995-10-10 | Phase Metrics | Method and apparatus to calibrate intensity and determine fringe order for interferometric measurement of small spacings |
| US5673110A (en) * | 1993-01-26 | 1997-09-30 | Phase Metrics, Inc. | Multiplexed laser interferometer for non-dispersed spectrum detection in a dynamic flying height tester |
| US6687008B1 (en) | 2000-10-19 | 2004-02-03 | Kla-Tencor Corporation | Waveguide based parallel multi-phaseshift interferometry for high speed metrology, optical inspection, and non-contact sensing |
| KR100474384B1 (ko) * | 2002-03-06 | 2005-03-10 | 학교법인연세대학교 | 내부 반사식 미세 간격 측정장치 및 이를 이용한 광픽업 장치 |
| US9400246B2 (en) | 2011-10-11 | 2016-07-26 | Kla-Tencor Corporation | Optical metrology tool equipped with modulated illumination sources |
| WO2021229708A1 (ja) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | 日本電信電話株式会社 | 位置測定システム、位置測定装置、及び位置測定方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6287804A (ja) * | 1985-10-14 | 1987-04-22 | Hitachi Ltd | 磁気ヘツド浮上量測定装置 |
| JPS62119778A (ja) * | 1985-11-18 | 1987-06-01 | Sony Corp | 浮上ヘツド測定装置 |
| JPH01260305A (ja) * | 1988-04-12 | 1989-10-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | フライング磁気ヘッド浮上量測定装置 |
-
1988
- 1988-12-08 JP JP63308874A patent/JP2696366B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02156105A (ja) | 1990-06-15 |
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