JP5002611B2 - パターンドメディアの表面欠陥検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気ディスク装置に用いられる磁気記録媒体の表面凹凸や加工ばらつき、または異物付着を含む欠陥の有無等を検査する欠陥検査技術に関し、特にインプリントリソグラフィー技術を適用して形成されたパターンドメディアの表面の欠陥検出方法に関する。

磁気記録媒体の高記録密度化を進展させるためには、記録ビットを微細化していく必要がある。しかし、記録ビットの微細化によって、書き込み時には隣接トラックのデータを消去してしまう問題や、読み取り時には隣接トラックからの漏洩磁界によって再生信号のＳ／Ｎが劣化してしまう問題が生じている。隣接トラックからの影響を低減させるために隣接トラックとの間に溝を設けたいわゆるディスクリートトラック媒体や、隣接トラック間及び隣接ビット間の両方に溝を設けたいわゆるパターン媒体が開発されている（特許文献１参照）。

パターンドメディアの検査方法としては、実際の磁気ヘッドをメディア上で飛ばして欠陥を検出するグライド検査と、レーザを放出して反射光から欠陥を検出する光学式検査がある。

グライド検査は浮上量の小さい専用ヘッドをメディア上で走査させ、突起欠陥に物理的に衝突させ、それを電気信号として検出するものである。この方式では、データエリア、サーボエリアに関わらず、突起状の欠陥が検出できるが、凹み欠陥は検出できない。また、ヘッドをメディア全面に走査させると検査時間が掛かってしまう。

一方、光学式検査としては、特許文献２に記載されるように、メディア表面にトラックピッチより大きいスポットのレーザ光を当て、その反射光の偏向から表面凹凸または異物付着を含む欠陥の有無を検査する方法がある。

米国特許第５８２０７６９号明細書 特開２００２−１４８２０７号公報

特許文献２に記載されている方式では、ディスクリートトラックメディアのデータエリアに形成された溝の影響を低減しながら欠陥を検出できるが、物理的に形成されたサーボエリアのパターンにレーザ光が大きく反応してしまい、大きな欠陥として誤報してしまう問題がある。また、サーボエリアからの反射光により得られるプロファイル形状が半径方向に変化していった場合、一定の閾値をもとに欠陥を判定することが困難である。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、光学レーザを用いた、高速にディスクリート媒体及びパターン媒体の凹凸形状を検査し、異物あるいは欠陥の検出を可能にする検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のパターンドメディアの表面欠陥検出方法においては、
回転するパターンドメディアの表面にレーザ光を照射するステップと、
前記パターンドメディアの表面からの反射光を受光器により検出して、アナログ電気信号に変換するステップと、
前記アナログ電気信号を、アナログ／デジタル変換器によりデジタル信号に変換するステップと、
前記デジタル信号をサンプリングすることにより得られるプロファイルを基に、データエリアとサーボエリアを弁別するステップと、
前記弁別されたデータエリアに対して一定の閾値による欠陥判定を行うステップと、
前記弁別されたサーボエリアのプロファイルと、予め用意されたマスタサーボエリアプロファイルとの差分をとり差分波形を取得するステップと、
前記取得した差分波形に対して予め設定された閾値による欠陥判定を行うことを特徴とする。

前記マスタサーボエリアプロファイルは、前記パターンドメディアの複数のサーボエリアの平均値プロファイルであることが望ましい。

また、前記マスタサーボエリアプロファイルは、前記パターンドメディアの１トラック上のサーボエリアの平均値プロファイルであっても良い。

さらに前記マスタサーボエリアプロファイルは、前記パターンドメディアの外周エリア、中周エリア、内周エリアに分割して取得した、複数サーボエリアの平均値プロファイルであっても良い。

前記パターンドメディアの表面からの反射光は、散乱光及び正反射光のいずれでも良い。

本発明によれば、サーボエリアの形状・パターンに依存して変化する反射光のプロファイルに対して、適切なマスタサーボエリアプロファイルとの差分をとることにより、サーボエリアの凹凸欠陥を検出することができる。

本発明に係る磁気ディスク装置と、ディスクリートトラックメディアの概略構成を示す図である。 パターンドメディアのサーボパターンの構成を示す平面図である。 光学検査方式（散乱方式）の概要を示す図で、欠陥がない場合の例である。 光学検査方式（散乱方式）の概要を示す図で、欠陥がある場合の例である。 光学検査方式（正反射方式）の概要を示す図で、欠陥がない場合の例である。 光学検査方式（正反射方式）の概要を示す図で、凹欠陥がある場合の例である。 光学検査方式（正反射方式）の概要を示す図で、凸欠陥がある場合の例である。 実施例による光学式検査におけるＤＴＭメディアの表面プロファイルの取得方法を示す図である。 実施例によるＤＴＭメディアのデータエリアの欠陥検出方法を示す図である。 実施例によるサーボエリアプロファイルの取得方法を示す図である。 実施例によるサーボエリアプロファイルとマスタサーボエリアプロファイルの差分波形を示す図である。 実施例による差分波形からの欠陥検出方法を示す図である。

まず、本発明に係るパターンドメディア（ディスクリート媒体およびパターン媒体など）の構造および製造方法の概略を説明する。

図１に磁気ディスク装置の概略構成と、ディスクリートトラック媒体の概略構成を示す。磁気ディスク装置は、スピンドルモータ３とスピンドルモータ３に固定される磁気ディスク（ディスクリートトラック媒）４と、スイングアーム１に支持され、磁気ディスク４に対して情報の書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッド２とを有する。磁気ディスク４は、ディスクリートトラック媒体及びパターン媒体ともに、ガラス基板７上に軟磁性層８が形成され、軟磁性層８上の記録層となる磁性層５が凹凸形状になるように加工が施こされている。

パターンドメディア上に作製されるパターンについて説明する。現在のパターンドメディアに書き込まれている磁化情報は、図２（ａ），（ｂ）に示すように大きく分けてサーボエリア（９〜１１）とデータエリア（１２）に分かれている。図２（ａ）はディスクリートトラック媒体であり、図２（ｂ）はパターン媒体である。サーボエリアは主に、信号の増幅率を調整し振幅を一定にし、さらに正確なクロックを発生させるためのプリアンブルエリア１１、磁気ディスク上の現在位置を示すためのセクターアドレスエリア及びトラックアドレスエリア１０、磁気ヘッドの位置決めに使われるバースト信号エリア９からなっている。ディスクリートトラック媒体及びパターン媒体の場合、これらサーボエリアは、磁性体と非磁性体によって同様の磁化情報が形成される。データエリアについては、ディスクリートトラック媒体の場合は隣接トラック間のみ非磁性体が埋め込まれており、パターン媒体の場合は隣接トラック及び隣接ビット間に非磁性体が埋め込まれている。

ディスクリートトラックメディア（パターンドメディア）は図１に示すようにデータトラックを溝６により分離することで、隣接トラックへのサイドライト、クロストークを抑制して、格段に信号品質を改善することができる。従来型メディアでは隣接するデータトラックとの境界にノイズ成分が存在して信号記録状態が不明瞭であるが、ディスクリートトラックメディアの場合は境界にあたる部分の磁性層が除去されているために原理的にノイズとなり得ない。このため非常に明瞭な記録磁化状態となっている。ディスクリートトラックメディアは記録密度が高まるほど、従来型メディアとのＳＮ比の差が大きくなり、信号品質の優位性が高まるとされている。

また、パターンドメディアの利点として、高性能描画技術を用いることで、非常に高精度なサーボパターンが形成可能である。形成したサーボエリア（パターン）情報に基づき、磁気ヘッドを所定の位置にｎｍオーダーで正確に移動させることができる。ディスクリートトラックメディアにはこのサーボエリアが物理的に数百本オーダーで形成される。

ディスクリートトラック媒体及びパターン媒体とも、上述のデータエリアとサーボエリアの形成のために、軟磁性層８の上の記録層となる磁性膜５が凹凸形状になるように加工が施こされる。加工方法としては量産性の観点からインプリントリソグラフィー法が好ましい。インプリントリソグラフィー法を用いたパターンドメディアの製造方法について説明する。

まず、電子線リソグラフィー法等を用いて磁気記録媒体上に作成する凹凸パターンと逆の凹凸を有するインプリントスタンパを作製する。次に、軟磁性層もしくは記録層の上にレジストを塗布する。レジストにインプリントスタンパを押し付けてインプリントスタンパ表面の凹凸をレジストに転写する。インプリントスタンパを取り外した後、軟磁性層の上にレジストを塗布していた場合はレジストの穴の開いた部分に記録層となる磁性体を形成する。記録層となる磁性体の上にレジストを塗布していた場合はレジストをマスクとして磁性体をエッチングし、穴が開いた部分に非磁性体を形成する。このようにして所望の磁化パターンを有するパターンドメディアを製造する。

上述したように、パターンドメディアにはデータエリアとサーボエリアがあり、これを光学検査するとサーボエリアが突出したプロファイル波形が得られる。さらに、サーボエリアの波形はサーボパターンに依存して波高値が大きく振れてしまい、プロファイルに直接欠陥検出スライスを設定する従来の方式では、サーボパターン上の欠陥を識別できない事が判った。

そこで、実施例においては、スピンスタンド等によって回転させたパターンドメディア表面にレーザ光を放射し、その反射光を受光する。反射光の受光形態としては、散乱方式と正反射方式の２通りが代表的である。

散乱方式は、図３に示すようにレーザ発光器１３の照射光１８のメディア１７からの正反射光１９をマスク１５によって遮断し、散乱光のみをレーザ受光器１４によって受光する形態をとる。図３に示すようにメディア１７に欠陥がない場合は（２１）、レーザ受光器１４への受光は無し（２３）であり、図４に示すように異物・欠陥、またはメディア１７の形状に変化がある場合（２２）には、散乱光２０の受光あり（２４）となる。

正反射方式は、図５，図６，図７に示すようにレーザ発光器１３の照射光１８の正反射光２６の増減を正反射センサ２５によって受光する形態をとる。図５に示すように、欠陥がない場合（２１）は受光量が規定量（通常）（２７）となり、図６に示すように凹欠陥あるいは凹方向の形状変化がある場合（３０）には受光量が増大（２８）し、図７に示すように凸欠陥あるいは凸方向の形状変化がある場合（３１）には受光量が減少（２９）する。

受光方式がいずれの場合も、図８に示すようにレーザ受光器１４にて反射光の強弱をアナログ電気信号３４に変換して出力する。このアナログ電気信号３４をアナログ／デジタル（ＡＤ）変換器３５でＡＤ変換してデジタル電気信号３６を得る。このデジタル信号３６をサンプリング（３７）し、メディア１７の表面プロファイルを取得する。データエリア４０とサーボエリア４１は図８に示したような波形になる。ここで、符号３９はメディア１７の円周方向を示している。

上記で取得したパターンドメディアのプロファイルのうち、図９に示すようにデータエリアに対して任意のスライス（データエリア欠陥検出用スライス）４４を設定することにより、設定スライス４４以上の波高値を欠陥４３として識別することができる。後述するサーボエリアプロファイルに該当する成分４２については除外し、データエリアの欠陥のみを検出する事が可能である。

さらに、図１０に示すように、サーボエリア検出用スライス４５を設定し、サーボエリアのプロファイル４７を取得できるようにする。さらにサーボエリアの幅（時間）・ピーク波高値を検出するスライスを追加する等して、サーボエリアプロファイル取得の精度を上げる事が可能である。

上記の方法により取得したサーボエリアプロファイルと後述するマスタサーボエリアプロファイルとの差分４９が図１１に示す検査情報（差分波形）５０となる。図１１の左側のサーボエリアプロファイル４７とマスタサーボエリアプロファイル４８の波線で示した部分の傾きが異なっているが、これが差分波形５０の波線で示した部分として現れている。差分を算出する際にサーボエリアの同期をとるために、サーボエリア検出用スライスを通過後の最初のポイントを使用する、またはピークポイントで同期する事が可能である。

欠陥を検出するために、図１２に示すように差分波形５０にサーボエリア欠陥検出用スライス５１、５２を設定する。設定スライス以上の波高値を欠陥５３として識別することができる。検査情報にはプラスとマイナスの成分が出る可能性があるので、それぞれにスライスを設定するか、絶対値に変換してひとつのスライスを設定する。

マスタサーボエリアプロファイルには、複数のサーボエリア、または１トラック上、または同半径エリア上のサーボエリアの平均値プロファイル等を使用する。同半径エリアとは、例えば外周エリア、中周エリア、内周エリアなどに分けたエリアのことである。前述のように、パターン媒体のサーボエリアの物理的形状、円周方向の長さが半径毎に異なる場合があるため、光学検査の結果である表面プロファイルも異なってくる。よって、差分対象のマスタサーボエリアプロファイルについても各エリアに対して用意することが望ましい。なお、マスタサーボエリアプロファイルには、別メディアから取得したプロファイル、別途作成したプロファイル等を使用する事も可能である。

このように、サーボエリアはメディア外周と内周で物理形状・円周方向のサイズが異なる。これはメディアの回転数を一定としたときに、サーボエリアの読み出し時間が同じになるようにするための構造的特徴である。このため、光学検査で得られるサーボエリアのプロファイルは半径方向の位置によって異なるものが得られる可能性がある。この場合、サーボエリアの欠陥判定に使用するマスタサーボエリアプロファイルは半径方向に設けた一定のエリア毎に用意する必要がある（内周用・中周用、外周用など。厳密に検査する場合、メディアの構造によってはもっと細かくエリア設定する）。エリア毎のマスタサーボエリアプロファイルは、そのエリアの全て、またはサンプリングしたサーボエリアプロファイルの平均値などを使用する。平均を取る前に積分するなどしてもよい。

サーボエリアに形成されるパターンはトラック方向および半径方向に渡って、数ビットあるいは数十ビットのみが異なるパターンの連続となっている。そこで、本実施例では、サーボエリアから得られた反射光プロファイルをトラック幅方向の平均値を求め、これをマスタサーボエリアプロファイルとして閾値とし、被検査エリアから得られるプロファイルの波高値より高いか低いかでパターンの異常を判定する。例えサーボエリアの一部に欠陥があったとしても、積分することで平均化されてしまうため平均結果への影響は少ない。

この手法を用いれば、半径方向に異なるパターンが形成されたサーボエリアを、トラックエリア毎に取得したマスタをもとにプロファイルの差分を判定するので、パターンに影響されず正確な欠陥判定を行うことができる。また、サーボエリアはトラック方向に渡って数十ビットのみが異なるパターンの連続となっており、この違いは光学レーザでは検出しないためにプロファイルの平均結果への影響は少ない。したがって、マスタ対象エリア内の欠陥の有無に左右されにくい安定した閾値を決めることができるため、欠陥検出の精度が向上する。閾値の基となる平均するエリアは、測定対象トラックの１周分、または前後複数周分などを選択することが可能である。

以上の説明の通り、本発明の実施例によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）パターンドメディアのデータエリアとサーボエリアを、特定のスポット径をもつレーザでスパイラル全面検査を実施できるため高速である。
（２）サーボエリアの形状・パターンに依存して変化するプロファイルに対しても、適切なマスタサーボエリアプロファイルを差分対象にすることで欠陥を検出することができる。
（３）サーボエリア上の凹凸欠陥の他にも、サーボエリアのエッチング不良・サーボコードエリアの形成不良なども検出できる。

本発明は、特にインプリントリソグラフィー技術を適用して形成されたパターンドメディアの表面凹凸や加工ばらつき、または異物付着を含む欠陥の有無を検査するのに有用である。

１…スイングアーム、２…磁気ヘッド、３…スピンドルモータ、４…磁気ディスク、
５…磁性層、６…溝（非磁性材料を充填）、７…ガラス基板、８…軟磁性層、９…バースト信号エリア、１０…トラックアドレスエリア及びセクターアドレスエリア、１１…プリアンブルエリア、１２…データトラック、１３…レーザ発光器、１４…レーザ受光器、１５…マスク、１６…レンズ、１７…メディア、１８…照射光、１９…正反射光、２０…散乱光、２１…欠陥無し、２２…異物・欠陥、２３…受光無し、２４…受光あり、２５…正反射センサ、２６…正反射光、２７…強度通常、２８…強度増大、２９…強度減少、３０…凹欠陥、３１…凸欠陥、３２…光、３３…回転方向、３４…アナログ信号、３５…ＡＤ変換器、３６…デジタル信号、３７…サンプリング、３８…波高値、３９…円周方向、４０…データエリア、４１…サーボエリア、４３…欠陥、４４…データエリア欠陥検出用スライス、４５…サーボエリア検出用スライス、４７…サーボエリアプロファイル、４８…マスタサーボエリアプロファイル、４９…差分、５０…差分波形、５１…サーボエリア欠陥検出用スライス（＋）、５２…サーボエリア欠陥検出用スライス（−）。

Claims (5)

1. 回転するパターンドメディアの表面にレーザ光を照射するステップと、
   前記パターンドメディアの表面からの反射光を受光器により検出して、アナログ電気信号に変換するステップと、
   前記アナログ電気信号を、アナログ／デジタル変換器によりデジタル信号に変換するステップと、
   前記デジタル信号をサンプリングすることにより得られるプロファイルを基に、データエリアとサーボエリアを弁別するステップと、
   前記弁別されたデータエリアに対して一定の閾値による欠陥判定を行うステップと、
   前記弁別されたサーボエリアのプロファイルと、予め用意されたマスタサーボエリアプロファイルとの差分をとり差分波形を取得するステップと、
   前記取得した差分波形に対して予め設定された閾値による欠陥判定を行うことを特徴とするパターンドメディアの表面欠陥検出方法。
2. 前記マスタサーボエリアプロファイルは、前記パターンドメディアの複数のサーボエリアの平均値プロファイルであることを特徴とする請求項１記載のパターンドメディアの表面欠陥検出方法。
3. 前記マスタサーボエリアプロファイルは、前記パターンドメディアの１トラック上のサーボエリアの平均値プロファイルであることを特徴とする請求項１記載のパターンドメディアの表面欠陥検出方法。
4. 前記マスタサーボエリアプロファイルは、前記パターンドメディアの外周エリア、中周エリア、内周エリアに分割して取得した、複数サーボエリアの平均値プロファイルであることを特徴とする請求項１記載のパターンドメディアの表面欠陥検出方法。
5. 前記パターンドメディアの表面からの反射光は、散乱光あるいは正反射光であることを特徴とする請求項１記載のパターンドメディアの表面欠陥検出方法。

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