(57)【要約】【課題】測定すべき目標とする表面に対して直角に入射するビーム偏向を与える、磁気記録ディスクのような超平滑面用のオプティカルプロファイラを提供する。【解決手段】第一の偏光の直線偏光レーザ光線は直角に入射する方向でこの目標とする表面に集光される。このビームはその焦点から元の軌道に沿って反射される。反射されたビームの偏光を第二の偏光に変える光学装置が備えられる。第二の偏光の反射ビームは位置感知検出器上に評価のために導かれる。【選択図】図１
2004311013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生させる直線偏光光源と、
直角に入射するビームの偏向が提供されるように測定される面に光ビームを集光させる光学装置であって、入射ビームが第一の偏光を有し、前記面からの反射したビームが前記第一の偏光とは相違する第二の偏光を有するようにした偏光光学装置を含む光学装置と、
前記の反射したビームを検出するように位置された位置感知検出器とを含むことを特徴とするある表面の微細面形状を測定する装置。
【請求項２】
前記光学装置が光ビームを受け取る二分の一波長板を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光学装置が前記の二分の一波長板からの入力として光ビームを受け取り、収束光ビームを出力するように位置された長い作用距離の顕微鏡的対物レンズを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記光学装置が前記二分の一波長板の出力を入力として受け取り、出力として第一の偏光を有する光ビームを発生させるように位置した偏光ビームスプリッタを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記光学装置が入力として前記第一の偏光を有する光線ビームを受け取り、前記表面に対して直角に入射する方向でビームを出力するように位置された四分の一波長板を更に含み、前記表面から反射されたビームが前記位置感知検出器に向かって前記四分の一波長板によって反射されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第一の偏光がｐ−偏光であり、前記第二の偏光がｓ−偏光であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記偏光ビームスプリッタが前記表面に対して直角に入射する方向に対して垂直の方向に前記表面から反射されたビームを反射するように位置されている４５度の反射面を含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記の長い作用距離の顕微鏡的対物レンズが前記表面に対して直角に入射する方向に対して垂直の方向に収束光ビームを出力することを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項９】
前記光学装置が、前記の長い作用距離の顕微鏡的対物レンズからの収束光ビームを前記表面に対して直角に入射する方向で前記表面に向かって反射するように位置された４５度の反射面を有する偏光ビームスプリッタを更に含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記光学装置が前記偏光ビームスプリッタからの第一の偏光を有する光ビームを入力として受け取りかつ前記表面に対して直角に入射するビームを出力するように位置された四分の一波長板を更に含み、前記表面から反射されたビームは第二の偏光を有しかつ前記位置感知検出器の方へ前記表面に対して直角の方向に前記偏光ビームスプリッタを通して前記四分の一波長板により導かれることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
第一の偏光した光ビームを測定すべき表面に向かって導く段階であって、前記光ビームは前記表面に対して直角に入射する方向で前記表面に導かれ、前記表面から反射されるビームも前記表面に対して直角に入射される段階と、
前記の反射されたビームの偏光を第一の偏光とは相違する第二の偏光に変える段階と、
前記第二の偏光を有する反射ビームを位置感知検出器まで導く段階と、
前記位置感知検出器において得られた測定値から微細面形状を検出する段階とを含むことを特徴とする表面の微細面形状を測定する方法。
【請求項１２】
前記光ビームを導く段階が直線偏光の平行ビームを発生させ、前記の平行ビームを二分の一波長板を通過させる段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記光ビームを導く段階が前記二分の一波長板からの平行ビームを収束ビームへ変換する段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光ビームを導く段階が前記表面に対して直角に入射する方向に偏光ビームスプリッタを通して収束ビームを伝導する段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記の偏光を変える段階が、反射されたビームの偏光を第一の偏光から第二の偏光に変える四分の一波長板に前記の反射されたビームを通す段階を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記の反射されたビームを導く段階が、前記の反射されたビームを前記偏光ビームスプリッタにおいて前記位置感知検出器に向かって垂直に反射させる段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記の光ビームを導く段階が、前記表面に対して直角に入射する方向で該表面に向かって前記収束ビームを反射する偏光ビームスプリッタの反射面に向かって、前記表面に対して直角に入射する方向に対し垂直の方向に前記収束ビームを導く段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記反射されたビームを導く段階が、前記表面に対して直角の方向に前記位置感知検出器に向かって前記偏光ビームスプリッタを通して前記の反射されたビームを伝導する段階を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
レーザ光線の光源と、
超平滑面にレーザ光線を導き、前記超平滑面の微細面形状を測定する手段とを含むことを特徴とする超平滑面の微細面形状を測定する装置。
【請求項２０】
前記手段がレーザ光線を前記の超平滑面に対して直角に入射する方向に導くように構成された光学的装置を含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハードディスクドライブ用ディスクに設けられた膜を含む薄膜を測定する技術分野に関し、特にそのような磁気記録ディスクの超平滑面（ｕｌｔｒａ−ｓｍｏｏｔｈ  ｓｕｒｆａｃｅ）の微細面形状すなわちトポグラフィー（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）を測定する装置と方法とに関するものである。
【０００２】
本特許出願は、２００３年４月１日出願された仮特許出願番号第６０／４５９，７６０号に対する優先権を主張し、その開示全体を本明細書に援用するものである。
【背景技術】
【０００３】
薄膜をコーティングしたディスクは色々な産業分野において使用されている。その一例がコンピュータのハードディスク産業分野である。コンピュータのハードディスク（磁気記憶装置）は大量のデータを記憶することができる不揮発性の記憶装置である。
【０００４】
ハードディスクドライブのための薄膜媒体の設計および製造における重要な仕様はＨＭＳ＿Ｗｑであり、これは別名、ｒ．ｍ．ｓ．ヘッド−媒体の間隔変調（ｈｅａｄ−ｍｅｄｉａ  ｓｐａｃｉｎｇ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）である。ＨＭＳ＿Ｗｑは読み取り／書き込みヘッドとハードディスク上の薄膜の超平滑面との間の間隔の寸法を与える。このパラメータを測定するために現在設計者によって使用されている器具はカンデラ仕上げ面粗さ計（Ｃａｎｄｅｌａ  ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）として知られている。そのような仕上げ面粗さ計の説明は米国特許第６，３９２，７４９号公報（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．  ６，３９２，７４９）に提供されている。
【０００５】
カンデラ仕上げ面粗さ計は傾斜角度でディスクの表面に入射した平行光ビームの偏りを測定することによってディスクの表面の局部的な傾斜を推測する。この技術の利点の一つは検査中の旋回しているディスクのディスクモード振動（ｄｉｓｋ  ｍｏｄｅ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ）によって影響されることが極めて少ないことである。しかしながら、この技術は光学的整合性を適正にするには極めて繊細であり、かつ搬送が容易でないことである。このことがカンデラ仕上げ面粗さ計の有用性を制限する。
【０００６】
カンデラ仕上げ面粗さ計によってもたらされる装置の別の欠点はそれが通常高さと傾斜との双方の情報を測定することである。単に高さのみ、あるいは傾斜のみを測定するようにするには、測定信号を提供する多数のレーザを採用することを含む、カンデラ仕上げ面粗さ計の特殊な装置が必要とされる。
【０００７】
ＨＭＳ＿Ｗｑを測定する別のタイプの方法はレーザ−ドップラ振動計（ｌａｓｅｒ−ｄｏｐｐｌｅｒ  ｖｉｂｒｏｍｅｔｅｒ：ＬＤＶ）によるものである。カンデラ仕上げ面粗さ計と相違して、ＬＤＶによる技術は可搬性を容易にするものである。しかしながら、ＬＤＶ技術は平面から外れた運動（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ  ｍｏｔｉｏｎ）を測定するので、ＨＭＳ＿Ｗｑ測定はディスクモード振動によって簡単に悪影響を受ける。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
可搬性で、費用効果型で、かつ能力の優れた、例えばハードディスクのような超平滑面の微細面形状を測定することができるオプティカルプロファイラ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｆｉｌｅｒ）に対する要求が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この要求およびその他の要求は、光ビームを発生させる直線偏光光源を含む表面の微細面形状を測定する装置を提供する本発明の実施例によって満たされる。直角に入射するビーム偏向（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）が提供されるように、測定すべき表面上に光ビームを集光させる光学装置（ｏｐｔｉｃｓ）が提供される。前記光学装置は、その入射ビームが第一の偏光（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を有しかつ前記表面から反射したビームが第一の偏光とは相違する第二の偏光を有するようにする偏光光学装置を含む。反射されたビームを測定するために位置感知検出器が位置されている。
【００１０】
前述の要求はまた、第一の偏光光線のビームを測定すべき表面に向かって導く段階を含む、表面の微細面形状を測定する方法を提供する本発明の別の局面によっても満足される。光ビームは前記表面に対して直角に入射する方向に該表面に導かれ、前記表面から反射されたビームもまた該表面に対して直角に入射される。反射されたビームの偏光は第一の偏光とは相違する第二の偏光に変えられる。第二の偏光の反射されたビームは位置感知検出器まで導かれる。前記位置感知検出器で得られた測定値から、微細面形状が検出される。
【００１１】
前述の要求はまた、レーザ光源と、超平滑面にレーザ光線を導き、超平滑面の微細面形状を測定する手段とを含む超平滑面の微細面形状を測定する装置を提供する本発明の更に別の局面によって満足される。
【００１２】
本発明の前述およびその他の特徴、局面および利点は添付図面に関連した本発明の以下の詳細説明からより明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、例えば磁気記録ディスクの超平滑面のような表面を光学的に測定すること（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ）を指向し、かつそれに関連する問題を解決する。特に、本発明は可搬性で、費用効果型で、かつ能力の優れた装置を提供する。本発明はこの目的を直角に入射するビームの偏向方法を使用することによって達成する。直角入射による方法は光線の偏光特性を利用することによって可能とされる。従って、この測定装置は比較的少ない光学的要素を含み、したがって容易にコンパクトで、かつ可搬性の装置とされる。本装置はＨＭＳ＿Ｗｑの測定装置の形成、あるいは超平滑面の微細面形状の特徴化が必要とされるようないずれかの用途において有用である。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明に従って構成されたオプティカルプロファイラの実施例を示す。本発明の利点の一つは図１および図３に示すような要領で従来技術の要素を使用して本発明を構成するように組み立てることである。このため、当該装置は極めて費用効果型である。
【００１５】
図１に示すオプティカルプロファイラ１０はレーザ光源１２を含み、直線偏光レーザ光線１３からなる平行ビームを提供する。レーザ光線は広範囲の種々の波長を有しうる。本発明において使用するのに適した典型的な波長は６５０ｎｍである。直線偏光レーザ光線１３の平行ビームが二分の一波長板１４に提供される。周知のように、二分の一波長板は偏光された光線のビームの直線的な偏光の方向を変えることができる。本発明においては、二分の一波長板１４は伝導されたビーム１５が主としてｐ−偏光光線を含むように整合されている。
【００１６】
長い作用距離の顕微鏡的対物レンズ（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）１６が二分の一波長板からｐ―偏光光線を受け取る。長い作用距離の顕微鏡的対物レンズはｐ―偏光光線の平行ビーム１５を収束ビーム１８に変換するよう作用する。収束は、ビーム１８が目標すなわち検査表面２８上の焦点において十分小さいスポットになるようにする。ビーム１８が表面２８に対して直角に入射するように整えられているため、前記検査表面２８におけるこの検査スポットは、特にレーザ光線が傾斜角度で表面に衝突するような装置と比較して極めて小さいものとなりうる。
【００１７】
長い作用距離の顕微鏡的対物レンズ１６の後で収束ビーム１８は偏光ビームスプリッタ２０を通過する。収束ビーム１８におけるｐ―偏光光線は殆ど反射損失なく偏光ビームスプリッタ２０によって伝導される。収束ビーム１８は偏光ビームスプリッタ２０の４５度傾斜の面２２および四分の一波長板２４を通過する。反射されたビーム２６の偏光がｓ−偏光のみを含むように変えられるように四分の一波長板２４が整合されている。
【００１８】
前記ビーム１８は極めて反射性で超平滑面である検査表面２８に直角に入射するので、反射されたビーム２６は焦点２９から元の軌道に沿って反射して戻される。
【００１９】
図１に示す実施例において、偏光ビームスプリッタ２０の４５度傾斜面２２は反射したビームを直角に入射したビーム１８に対して垂直の方向に導くように位置されている。位置感知検出器３０は検査表面２８および偏光ビームスプリッタ２０の４５度傾斜面２２から反射されたビーム２６を検出するように位置されている。位置感知検出器３０において得られた測定値に基づいて、信号プロセッサは以下詳細に説明する要領で表面２８の微細面形状を検出することができる。このことは従来のプロセッサ（図示せず）によって達成することができる。
【００２０】
図２は４個の四分円Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを示し、位置感知検出器３０はこれらの四分円の各々からの出力信号を提供する。図２において、ｚ方向はこの図の平面に対して直角であると考えられる。図１に示す装置により、目標２９上に座標系を移すことにより、目標２９における対応する座標は、ｘおよびｚ方向はそれぞれ本図面の平面に対して水平および垂直であると定義することができる。ｙ方向は本図面の平面に対して直角である。その方向がｘ−ｚ平面に直角に位置する傾斜に対して、光ビーム１８は反射する目標の表面２８の局部の傾斜によって偏向され、信号をＡ，Ｂ，およびＣ，Ｄの四分円において強化したり、あるいは空乏化したりする。その直角方向がｙ−ｚ平面に位置している傾斜に対しては、強化／空乏化はＡ，ＤおよびＤ，Ｃの四分円において発生する。小さい傾斜に対しては、以下の関係が適用される。
ｍＸＺ＝ｋ１＊［（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）］／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｍＹＺ＝ｋ２＊［（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）］／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）、
但しｋ１およびｋ２は測定された信号と表面の局部傾斜との間の比例定数である。
【００２１】
表面の輪郭がｘ方向におけるｆ（ｘ）によって表わされると想定すると、ｄｆ／ｄｘ＝傾斜であり、ｘは測定方向に沿った距離である。表面２８の輪郭すなわち微細面形状はプロセッサ（図示せず）によって傾斜情報の積分により計算することができる。
【００２２】
ビームの直角入射により、位置感知検出器３０によって測定された信号は傾斜情報のみを包含している。従って、公知の装置によって提供される場合の高さおよび傾斜情報を分離するために第二のレーザあるいはその他の手段を設ける必要はない。
【実施例２】
【００２３】
図３は光学的装置が当該装置の全高を最小しうるような要領で構成されている本発明の別の局面を示す。図３における個々の要素には図１に示す実施例におけるものと同じ参照数字を使用している。しかしながら、図３に示す実施例においては、レーザ光線は表面２８に向かって導かれた直角入射のビームに対して垂直である方向に偏光ビームスプリッタ２０に対して発生、かつ導かれる。偏光ビームスプリッタ２０の４５度の反射面２２は収束ビーム１８を表面２８に向かって、かつ四分の一波長板２４を通して導き直す。表面２８からの反射ビームが位置感知検出器３０に対して垂直の方向に導かれる代わりに、図３に示す実施例では反射したビームが表面２８に対して直角に入射する方向に偏光ビームスプリッタ２０を通過できるようにしている。反射したビームは位置感知検出器３０と衝突する。このような装置は、例えばスピンスタンド（ｓｐｉｎ  ｓｔａｎｄ）においてディスクの下面を測定する場合のように、機械的な空隙が制限されているような用途において有用である。位置感知検出器３０からの信号に関する測定値と関連性とは図１に示す実施例の場合と同じである。
【００２４】
本発明の実施例は直角に入射するビームの偏向方法を利用することによって超平滑面の微細面形状を測定する光学的装置を提供する。本装置によって従来装置と特に比較して検査スポットサイズを小さくし、かつビーム偏向方法を簡単にする。直角に入射するビームによる方法および装置を採用することによって、表面の高さの変化による厄介な影響なしに超平滑面の傾斜を測定することができる。本発明の局面によって、可搬性で、費用効果型で、かつ能力の優れた装置を提供し、並びにある実施例では装置の全体高さを低くさせる。
【００２５】
本発明を詳細に説明し、かつ図示してきたが、それは例示であり、かつ単なる例であって、限定的に解釈してはならず、本発明の範囲は特許請求の範囲の規定によってのみ限定されることを明らかに理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例に従って構成されたオプティカルプロファイラの概略側面図である。（実施例１）
【図２】ｘ−ｙ軸系における位置感知検出器のための四分円を示す。
【図３】本発明に従って構成されたオプティカルプロファイラの代替実施例を示す。（実施例２）
【符号の説明】
【００２７】
１０  オプティカルプロファイラ
１２  レーザ光源
１３  レーザ光線
１４  二分の一波長板
１５  ビーム
１６  対物レンズ
１８  収束ビーム
２０  ビームスプリッタ
２２  ４５度傾斜面
２４  四分の一波長板
２６  反射ビーム
２８  検査表面
２９  焦点
３０  位置感知検出器
【図１】
2004311013.tif 000003
【図２】
2004311013.tif 000004
【図３】
2004311013.tif 000005