JP4748526B2 - ディスクの表面欠陥検査方法および検査装置 - Google Patents

Description

この発明は、ディスクの表面欠陥検査方法および検査装置に関し、詳しくは、磁気ディスクあるいはそのサブストレートの表面の凹凸欠陥あるいは付着異物などの検査において、ディスクのハンドリング時間を短縮して、ディスク検査のスループットを向上させることができるようなディスクの表面欠陥検査方法および検査装置に関する。

コンピュータ等の情報記録媒体として用いられる磁気ディスクは、近年益々高記憶密度化が要求され、かつ、小型化されてきている。
ガラスディスク基板等を用いる磁気ディスクの製造工程の―例としては、まず、ガラスディスクをラッピング装置で磨き上げ（ラッピング加工工程）、次にガラス基板の両面をポリッシング加工して、表面粗さ平均１ｎｍ程度に鏡面加工する（ポリッシング加工工程）。その後、ガラス基板を洗浄し（第１洗浄工程）、表面欠陥検査および周面欠陥検査が行われる（第１表面検査工程）。そして合格したガラス基板を洗浄し（第２洗浄工程）、スパッタ法等によりクロム、銅、ＮｉＡｌ等からなる厚さ５０〜２０００Å程度の金属下地層を形成し（金属下地層形成工程）、続いてスパッタ法等によりコバルト系強磁性合金薄膜等からなる厚さ１００〜１０００Å程度の磁性層を形成し（磁性層形成工程）、さらに例えばカーボン膜、水素化カーボン膜、窒素化カーボン膜等からなる厚さ１０〜１５０Å程度の保護膜を形成する（保護膜形成工程）。このような製造工程で保護膜を形成した後、成膜工程で発生した小突起の除去及び表面の清浄化のため、研磨装置により磁気ディスクの表面のテープクリーニング等が行われる（バーニッシュとワイピング工程）、そして最後に再び表面検査が行われる（第２表面検査工程）。

ところで、表示パネル等の検査では、ＸＹ検査ステージ上にパネルを載置したＸＹ走査により欠陥検査が行われている。一方、ディスクは円板形状をしているので、通常、第１表面検査工程や第２表面検査工程におけるディスクは、スピンドルに装着されてレーザビームによりディスクをスパイラル走査して欠陥検査が行われる（特許文献１，２）。
このような欠陥検査とは別に、ディスクキャリアにディスクホルダーを設けて複数枚のディスクを起立させて横一列に配置しておき、ディスクキャリアをスパッタ室や成膜室などに順次搬送する磁気ディスクの製造装置が知られている（特許文献３）
特開平５−１２０６７７号公報 特開２００３−０５０２０９号公報 特開２００２−２８８８８８号公報

ところで、ハードディスクは、現在では自動車製品や家電製品、音響製品の分野にまで浸透し、２．５インチから１．８インチに、さらには０．８５インチというように１．０インチ以下のハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）が使用されてきており、ＨＤＤ自体が小さくなってきている。
ＨＤＤの家電製品への搭載や自動車などのへの搭載が急速に進むにつれて、ＨＤＤの生産が急増している。その関係で、ディスクの検査がその急増に追いつかなくなってきている。しかも、高記録密度の要求から、磁気ディスクやその基板（サブストレート）表面の突起検査あるいは凹凸欠陥検査では、ますます低い突起や凹欠陥の検出が要求される。そのために検査時間がかかるようになってきている。
このようなことに対処するために、検査装置の台数を増加させて並列に検査することなどが行われている。しかし、それは、ＨＤＤの製造原価を引き上げる問題がある。
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、ディスクのハンドリング時間を短縮して、ディスク検査のスループットを向上させることができるディスクの表面欠陥検査方法および検査装置を提供することにある。

前記の目的を達成するためのこの発明のディスクの表面欠陥検査方法および検査装置の特徴は、ディスクの外周を両側で保持する複数個の一対のアームを所定間隔で一列にディスクの直径に対応して起立させてディスクの表面に沿うディスク移送の一軸方向に配列し、各一対のアームにより一枚のディスクをそれぞれに保持して複数枚のディスクを一軸方向に搬送するとともに搬送されているディスクの表面を光ビームにより一軸方向に直交する方向に走査して欠陥を検出するものである。

この発明にあっては、複数個の一対のアームを所定間隔で一列に起立させて一軸方向に配列して、この一軸方向、例えば、水平方向に移送するようにしているので、各一対のアームによりそれぞれに保持されたディスクを１枚つづ連続的に検査位置に移送するだけで、次々と検査ディスクが自動的に検査位置に位置付けられる。
この場合の各検査ディスクは、一枚一枚検査位置にハンドリングするのではなく、単に搬送するだけで済むので、検査の際のディスクのハンドリング時間が短縮され、ディスク検査のスループットを向上させることができる。

図１は、この発明のディスクの表面欠陥検査方法を適用した欠陥検査装置の光学系を中心とする一実施例の説明図、図２は、欠陥検査装置の欠陥検出回路を中心とする実施例の説明図、図３は、チャックアームを使用した５連プラテン（ディスクキャリア）におけるチャック機構の説明図、そして図４は、チャックアームを使用した１０連プラテンにおけるチャック機構の説明図である。
図１（ａ）において、１０は、欠陥検査装置であり、１は、その検査対象となるディスク（磁気ディスクあるいはそのサブストレート、以下ディスク）であって、２は、欠陥検査装置１０の欠陥検出光学系である。
ディスク１は、ディスクカセット８から内周チャックあるいは内周外周チャックのハンドリングロボット９により取り上げられてリニア移動ベース４上の５連プラテン（ディスクキャリア）３に順次セットされて起立した状態でＸ軸方向に一列にセットされる。５連プラテン３は、リニア移動ベース４上に載置されて、Ｘ軸に沿って所定の速度で移動する。
そこで、ディスク１は、Ｘ軸上を移動して検査位置７に順次連続的に位置決めされて、ここでレーザビームＬによりＺ走査がなされる。
リニア移動ベース４は、水平方向に移動するリニアモータと同様な移動機構であって、５連プラテン３を受ける表面には滑り止めのためにセレーションが形成されている。なお、セレーションに換えて５連プラテン３をリニア移動ベース４上に吸着固定するような構成であってもよい。

欠陥検出光学系２は、ディスク１の検査領域にレーザビームを照射する投光系５と、検査領域からの反射光を受光する受光系６とを備えている。
投光系５は、半導体レーザ素子（ＬＤ）によるレーザビームＬを発生するレーザ光源５１と補正レンズ５２とポリゴンミラー５３とを有し、レーザ光源５１から発生するレーザビームＬを補正レンズ５２を経て垂直に配置されたポリゴンミラー５３に照射してその反射光をディスク１に照射する。
ポリゴンミラー５３の回転の制御により、ディスク１に照射されるレーザビームＬは、Ｚ方向にディスク１の外径の幅をカバーする範囲で一方向（上から下）に振られてディスク１の表面を上下に走査する。すなわち、ディスクの移動方向に直交する方向にディスク１の表面がレーザビームＬにより走査される。
なお、レーザ光源５１のレーザビームＬは、その一部がモニタ機構のミラーに照射され、受光素子に受光されてモニタ側に送られる。これにより、レーザ光源５１の出力が光照射制御回路を介して調整されるが、図ではこれらのモニタ機構は発明に直接関係していないので省略してある。
レーザビームＬの、ディスク１からの反射光は、受光系６で受光される。受光系６は、ディスク１の検査領域からの反射光をレンズ６１を経て受光器６２が受ける。受光器６２としては、ＰＭＴ（フォトマルチプライヤ）やＡＰＤ（アバランシェ・ホト・ダイオード）等の光電変換素子が使用される。

ここでは、ディスク１は、空の５連プラテン３に起立した状態で５枚セットされる。５連プラテン３には、ディスク１の直径Ｄ（図１（ｂ）参照）に対応して起立して設けられた一対の浅い谷溝付きのアーム３０ａ，３０ｂが５対、Ｘ軸に沿って所定間隔で一列に配列されて設けられている。その谷溝３１は、図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図に示されるように、一対のアーム３０ａ，３０ｂの内側に対向するようにディスク１の表裏のチャンファ（面取部）に係合する深さで設けられている。
リニア移動ベース４は、空の５連プラテン３を移動し、この移動において、一対のアーム３０ａ，３０ｂの間にハンドリングロボット９が降下して、降下されたディスク１が谷溝３１に沿って上から挿入されてディスク１が図示するようにそれぞれのアーム３０ａ，３０ｂの間に保持される。
なお、一対のアーム３０ａ，３０ｂは、下側より数ｍｍ程度上部が開いていて、ハンドリングロボット９によるディスクの挿入がし易くなっている。アーム３０ａ，３０ｂのそれぞれの谷溝３１は、アーム３０ａ，３０ｂの中間位置まで形成され、図１（ｂ）に示すように、各谷溝３１の間の距離がディスク１の直径Ｄに対応している。そこで、ディスク１は、谷溝３１の端で止まって図示するようにアーム３０ａ，３０ｂの途中で保持される。

検査位置７に入った先頭のディスク１は、ポリゴンミラー５３の回転によりレーザビームＬによりＺ軸方向に走査され、レーザビームＬの上から下への１走査に応じてリニア移動ベース４が５連プラテン３上のディスク１をＸ方向に所定のピッチで移動させる。これにより、ＸＺ平面でディスク１の全面走査が行われる。
このＸＺ走査により得られる各Ｚ走査のレーザビーム照射時のディスク１の表面からの反射光は、ディスク１の表面に対して６０°〜７０゜前後の受光角度（仰角）をなす受光系６により受光され、その受光光は、受光系６のレンズ６１で集光され、受光器６２に与えられて電気信号に変換される。
その結果、受光器６２から受光量に応じた検出信号がＸＺ走査に応じて出力される。

図２に示すように、この検出信号の電圧をプリアンプ６４に加えて、これをアンプ６５で受けて、閾値Ｖthに応じてノイズを除去した検出信号としてアンプ６５が発生する。アンプ６５から得られる検出信号は、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）６６によりサンプリングされる。Ａ／Ｄ６６のサンプルタイミングは、クロック発生回路６７からのクロックＣＬＫを受け行われる。Ａ／Ｄ６６の出力は、データ処理装置１１において５連プラテン３によるディスク１のＸ方向の走査位置座標とポリゴンミラー５３の回転によるＺ座標とが加えられてデータ処理され、欠陥検出が行われる。
なお、Ａ／Ｄ６６は、データ処理装置１１により制御され、５連プラテン３は、リニアベース駆動回路１２を介してデータ処理装置１１によりそのＸ方向のステップ移動が制御される。
ところで、ディスク１は、５連プラテン３によりその位置が固定されている。そこで、レーザビームＬがディスク１を走査している位置か、それ以外のアーム３０ａ，３０ｂ等を走査することになる位置かは、リニアベース駆動回路１２の駆動に応じてデータ処理装置１１において判定できる。
そこで、採取されるディスク１のデータは、リニア移動ベース４の移動距離に応じて検査ディスク１の走査が開始し、終了した各ディスク１のＺ走査位置に対応してディスク１の一面の全面をカバーするような状態で採取される。
これにより、５連プラテン３の５枚のディスク単位でディスクの一面が連続的に検査される。
なお、５連プラテン３の表裏を反転させて裏面側を図１に示す状態にセットして、その後に裏面側の検査がなされるが、ディスクの裏面側の欠陥検査を同時に行うために、欠陥検出光学系２が裏面側に対応して別途設けられていてもよい。
また、スループットを向上させるために、検査されているディスク１とその次のディスク１との間でディスク１を走査していない期間がこの５連プラテン３にはあるので、このときには、５連プラテン３を高速移動させることができる。

図３は、チャックアームを使用した５連プラテン（ディスクキャリア）３におけるチャック機構の説明図であり、図３（ａ）は、その手前の支持プレートを削除した状態の正面図、図３（ｂ）は、その側面図、そして図３（ｃ）は、その底面一部切欠き図である。
５連プラテン３は、細長いベースフレーム３８と、これに５対配列されて設けられた一対のチャックアーム３１ａ，３１ｂからなる。ベースフレーム３８は、前後に起立して延びたチャックアーム支持部３８ａ，３８ｂをもつチャネル部材である（図３（ｂ参照）。
一対をなす図面左側のチャックアーム３１ａとその右側のチャックアーム３１ｂは、各Ｌ字の胴部分となるアーム部３２ａ（３３ａ）と各Ｌ字の足部分となるアーム部３２ｂ（３３ｂ）の長さの点を除けば同じＬ字形状をしている。すなわち、図示するように、Ｌ字の胴の部分のアーム部３２ａ（３３ａ）は、Ｌ字の足部分のアーム部３２ｂ（３３ｂ）より長い。
なお、図３（ａ）に示されるように、チャックアーム３１ｂは、チャックアーム３１ａに対して反転されてＬ字形が向かい合うように裏返した形で軸３４によりベースフレーム３８に取付けられている。

チャックアーム３１ａは、肘部分で直角に曲がったＬ字形のレバーとして形成され、垂直に起立したアーム部３２ａと水平なアーム部３３ａの根本が肘とされてＬ字に結合されている。この結合部の肘の部分は、軸３４により軸支され、軸３４がチャックアーム支持部３８ａ，３８ｂを貫通し、チャックアーム支持部３８ａ，３８ｂの間に回動可能に支持されている（図３（ｂ），図３（ｃ）参照）。
また、チャックアーム３１ｂも肘部分で曲がったＬ字形のレバーとして形成され、垂直に起立したアーム部３２ｂと水平なアーム部３３ｂの根本が肘としてＬ字に結合されている。そして、この結合部の肘の部分が前記の軸３４により軸支され、軸３４がチャックアーム支持部３８ａ，３８ｂを貫通し、チャックアーム支持部３８ａ，３８ｂの間にチャックアーム３１ａとともに回動可能に支持されている（図３（ｂ），図３（ｃ）参照）。
右側のチャックアーム３１ｂのアーム部３２ｂは、左側のチャックアーム３１ａのアーム部３２ａより少し長く、水平なアーム部３３ａ，３３ｂが相互に内側に向いて対向するように延びて上下に重ね配置されている。アーム部３３ａは、アーム部３３ｂの上に位置し、チャックアーム３１ａがチャックアーム３１ｂの手前側に配置されている（図３（ｃ）参照）。さらに、右側のチャックアーム３１ｂは、次の左側のチャックアーム３１ａの軸３４に共通に前後に取付けられている（図３（ｃ）参照）。

そこで、チャックアーム３１ａのアーム部３３ａの裏側に突き出したローラ３７ａに対して、チャックアーム３１ｂのローラ３７ｂは、反転してアーム部３３ｂでは表側に突き出し、これらローラ３７ａ，３７ｂが上下で重なる配置となっている。
ローラ３７ａ（３７ｂ）は、それぞれ中心位置がチャックされるディスク１の中心を通る線上に位置するようにアーム部３３ａ（３３ｂ）に回転可能に取付けられている（図３（ｂ），図３（ｃ）参照）。
チャックアーム３１ａ（３１ｂ）のアーム部３２ａ（３２ｂ）の先端側にはそれぞれフィンガ３５ａ（３５ｂ）が延設されている。
フィンガ３５ａ（３５ｂ）は、ディスク１の外形に沿って内側に湾曲した窪みを持ち、さらに、内側中央部に逃げの切欠き３６ａ（３６ｂ）が設けられている。
コイルばね３９は、チャックアーム３１ａのローラ３７ａの手前の位置でアーム部３３ａとベースフレーム３８との間に伸張状態で挿着されている。

その結果、下側にあるチャックアーム３１ｂのローラ３７ｂを下から押上ピンで押し上げることでコイルばね３９の付勢力に抗してチャックアーム３１ａ，３１ｂが開くことができる。この開いた状態で一対のチャックアーム３１ａ，３１ｂのフィンガ３５ａ，３５ｂがディスク１を受けて、下側のローラ３７ｂの押上げるを停止してローラ３７ｂを下げることで、ディスク１は、一対のチャックアーム３１ａ，３１ｂによりサイドチャックされ、コイルばね３９の付勢力で保持される。
なお、押上ピンは、図３（ｃ）の底面一部切欠き図で示される孔３８ｃから挿入される。

ところで、２本のチャックアーム３１ａ，３１ｂの間にディスク１を降下させるハンドリングロボット９が内周チャックの場合には、チャックアーム３１ａ，３１ｂのチャック位置とハンドリングロボット９のチャック位置とが重ならないので問題ないが、内周外周チャックの場合には、図１（ａ）に示するように、ディスク１の内周と外周を上下の位置でチャックする。これにより、チャックアーム３１ａ，３１ｂのチャック位置とは重ならないでチャックアーム３１ａ，３１ｂへのディスク１の受け渡しができる。

図４は、チャックアームを使用した１０連プラテンのチャック機構の説明図であって、図３（ａ）の正面図に対応している。
全体で１０枚のディスクをチャックすることができるように１０対のチャックアームが設けられている。その詳細説明は割愛する。

以上説明してきたが、実施例では、５連プラテン（ディスクキャリア）あるいは１０連プラテン（ディスクキャリア）の例を挙げているが、ディスクを保持する枚数は、複数個であれば、ディスクキャリアのディスクの数は、５枚，１０枚に限定されるものではない。
また、実施例では、Ｌ字の足の部分に当たるアーム部３３ａ，３３ｂには、それぞれローラ３７ａ，３７ｂが設けられているが、これらはローラではなく、円筒棒であってもよい。
さらに、実施例では、ＡＰＤを用いた受光器を例としているが、イメージセンサ等の各種の受光素子、受光器を用いることができる。また、受光系として光ファイバを用いた受光器を設けてもよい。
また、実施例では、レーザ光源によりレーザスポットをディスクの検査位置に照射しているが、この発明は、このようなレーザスによるポットに限定されるものではなく、光ビーム一般を用いてもよいことはもちろんである。

図１は、この発明のディスクの表面欠陥検査方法を適用した欠陥検査装置の光学系を中心とする一実施例の説明図であり、図１（ａ）は、その全体構成図、図１（ｂ）は、５連プラテンのＡ−Ａ断面図である。 図２は、欠陥検査装置の欠陥検出回路を中心とする実施例の説明図である。 図３（ａ）は、チャックアームを使用した５連プラテン（ディスクキャリア）において、ベースフレームの手前の支持プレートを削除した状態の正面図、図３（ｂ）は、その側面図、そして図３（ｃ）は、その底面一部切欠き図である。 図４は、チャックアームを使用した１０連プラテンにおけるチャック機構の説明図である。

符号の説明

１…ディスク、２…欠陥検出光学系、
３…５連プラテン（ディスクキャリア）、
３０ａ，３０ｂ…アーム、
３１ａ，３１ｂ…チャックアーム、
３１…谷溝、３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ…アーム部、
３４…軸、３５ａ，３５ｂ…フィンガ、
３６ａ，３６ｂ…切欠き、３７ａ，３７ｂ…ローラ、
３８…ベースフレーム、３８ａ，３８ｂ…チャックアーム支持部、
５…投光系、５１…レーザ光源、５２…補正レンズ、
５３…ポリゴンミラー、６…受光系、
６１…レンズ、６２…受光器、６４…プリアンプ、６５…アンプ、
６６…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、
７…検査位置、８…ディスクカセット、９…ハンドリングロボット、
１０…欠陥検査装置、１１…データ処理装置、
１２…リニアベース駆動回路。

Claims (5)

1. ディスクに光ビームを照射して前記ディスクの表面欠陥を検査するディスクの表面欠陥検査方法において、
   前記ディスクの外周を両側で保持する複数個の一対のアームを所定間隔で一列に前記ディスクの直径に対応して起立させて前記ディスクの表面に沿うディスク移送の一軸方向に配列し、各前記一対のアームにより一枚のディスクをそれぞれに保持して複数枚の前記ディスクを前記一軸方向に搬送するとともに搬送されている前記ディスクの表面を前記光ビームにより前記一軸方向に直交する方向に走査して欠陥を検出する表面欠陥検査方法。
2. 前記一対のアームは、一対のチャックアームであり、前記一軸方向は水平方向であり、前記一軸方向に直交する方向は垂直方向である請求項１記載の表面欠陥検査方法。
3. ディスクに光ビームを照射して前記ディスクの表面欠陥を検査するディスクの表面欠陥検査装置において、
   前記ディスクの外周を両側で保持する、所定間隔で一列に前記ディスクの直径に対応して起立させて前記ディスクの表面に沿うディスク移送の一軸方向に配列された複数個の一対のアームを有し、各前記一対のアームにより一枚のディスクをそれぞれに保持して前記一軸方向に搬送するディスク搬送機構と、
   搬送されている前記ディスクの表面を前記光ビームにより前記一軸方向に直交する方向に走査して欠陥を検出する欠陥検出光学系とを備える表面欠陥検査装置。
4. 前記ディスク搬送機構は、前記複数個の一対のアームを有するディスクキャリアと、このキャリアを載置して前記一軸方向に移動するリニア移動ベースとからなり、前記一対のアームは、１個のチャックアームを構成する請求項３記載の表面欠陥検査装置。
5. 前記アームは、肘部分で曲がったＬ字形をしていて、前記肘部分が軸支され、前記Ｌ字形が向かい合うように各前記アームが配置されて前記チャックアームとされ、回動することで開閉される請求項４記載の表面欠陥検査装置。

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