磁気ディスクの両面欠陥検査方法及びその装置
【課題】
磁気ディスクの両面を同時に検査することを可能にして、検査のスループットを向上させる。
【解決手段】
磁気ディスクの表面の傷や欠陥を光学的に検出する表面側欠陥検出手段と、磁気ディスクの裏面の傷や欠陥を光学的に検出する裏面側欠陥検出手段とを備えた磁気ディスクの両面欠陥検査装置において、裏面側欠陥検出手段に光路切替え部を設けて、レーザ光源から発射されたレーザを反射してレーザの光路を磁気ディスクの裏面の方向に切替えるとともにフレネルレンズで集光された散乱光を反射して集光された散乱光の光路を第１の光電変換器の方向に切替えるようにして、磁気ディスクの裏面側の狭い空間でも光学的に欠陥を検出することを可能にした。
磁気ディスクの両面を同時に検査することを可能にして、検査のスループットを向上させる。
【解決手段】
磁気ディスクの表面の傷や欠陥を光学的に検出する表面側欠陥検出手段と、磁気ディスクの裏面の傷や欠陥を光学的に検出する裏面側欠陥検出手段とを備えた磁気ディスクの両面欠陥検査装置において、裏面側欠陥検出手段に光路切替え部を設けて、レーザ光源から発射されたレーザを反射してレーザの光路を磁気ディスクの裏面の方向に切替えるとともにフレネルレンズで集光された散乱光を反射して集光された散乱光の光路を第１の光電変換器の方向に切替えるようにして、磁気ディスクの裏面側の狭い空間でも光学的に欠陥を検出することを可能にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスクの表面と裏面との両面の欠陥を検査する方法及びその装置に係り、特に、磁気ディスクの両面を同時に光学的に検査して基板両面の凹みや傷及び両面面に付着した異物を検出するのに適した磁気ディスクの両面欠陥検査方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスクの基板の表面の微細な欠陥を光学的に検査する装置は、検査の高感度化及び高スループット化が要求されてきている。このうち高感度化に対しては、例えば特許文献１（特開平３−１８６７３９号公報）や特許文献２（特開平５−２１５６１号公報）に記載されているように、光源にレーザを用いて照明光の強度を上げて基板からの反射光や散乱光を高感度なセンサで検出する方法がとられている。しかし、照明光のパワーが強すぎると基板表面にダメージを与えてしまう。そのため、限られた照射強度の照明光で照明された基板表面の欠陥からの反射散乱光を最大限の検出感度で検出する必要がある。この反射散乱光を最大限の検出感度で検出する構成として、特許文献２には光電子増倍部を採用する構成が開示されている。
【０００３】
一方、高スループット化に関しては、特許文献３(特開平６−１１８０１５号公報)に磁気ディスクの表面検査部と裏面検査部との間に基板反転部を設けて磁気ディスクの表面と裏面との検査を順次行ってスループットを向上させる検査システムが記載されている。
【０００４】
また、特許文献４（特開平８−２２６１９号公報）には、ハンドリング装置を用いて磁気ディスクを複数種類の磁気ディスク検査装置間で受け渡して一連の検査を行う検査システムにおいて、光学的な異物検査手段において、磁気ディスクの表面と裏面とを同時に光学的に検査することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献５(特開２００９−１７５１２１号公報)には、ディスクの両面に同時に光を照射して欠陥を検査する構成について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１８６７３９号公報
【特許文献２】特開平５−２１５６１号公報
【特許文献３】特開平６−１１８０１５号公報
【特許文献４】特開平８−２２６１９号公報
【特許文献５】特開２００９−１７５１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
微細欠陥からの散乱光は、欠陥のサイズが小さくなるほど単位面積当たりの散乱光の光量が減ると共に欠陥上方の全空間に広がる特性を持つ。したがって、同一光量の照明光を用いて微細欠陥を感度よく検出するためには、欠陥からの散乱光をより広い領域で効率よく集光して検出することが必要になる。散乱光をより広い領域で集光するためには、基板からの散乱光を集光するための対物レンズを大型化して開口数(ＮＡ)を大きく（大開口数化）すればよい。しかし、対物レンズを検査装置に取付ける上で他の部品との干渉を避けるために、現実的には対物レンズを大型化して開口数を大きくすることには限界がある。特に、基板の両面を同時に検査しようとする場合、通常、基板の裏面側には基板を保持し駆動する機構があるために空間的に狭くなっており、表面側と同じ検査光学系を採用することが難しい。
また、対物レンズを大型化して開口数を大きくすると、この対物レンズで集光した散乱光を検出器の検出面上に収束させるための集束レンズも大型化しなければならず、この大型化したレンズ群を支持する鏡筒も大型化するために検出光学系が大きくなり、装置の小型軽量化を図ることが難しくなる。
【０００８】
特許文献１（特開平３−１８６７３９号公報）や特許文献２（特開平５−２１５６１号公報）には、欠陥の検出感度を上げるうえで、装置を大型化することなく対物レンズの開口数(ＮＡ)をより大きくして、同じ照明光量に対して検出する散乱光の光量を大きくするという点については配慮されていない。
【０００９】
特許文献３(特開平６−１１８０１５号公報)に開示されている磁気ディスクの表面欠陥検査方法は、磁気ディスクを２つの検査部間で順次移動させて表面と裏面との欠陥検査を行うことで両面検査のスループットを上げることができるが、検査部を２ユニット並べて設置し、その間に磁気ディスクの反転機構を設けることから、装置の設置面積が大きくなってしまう。
【００１０】
また、特許文献４（特開平８−２２６１９号公報）には、磁気ディスクの表面と裏面とを同時に光学的に検査することが記載されているが、その具体的な構成については開示されていない。
【００１１】
更に、特許文献５(特開平４−６２４５７号公報)にはディスクの一方の面を左右対称に配置した光源で斜方照明してカメラで撮像する構成をディスクの表面と裏面とに配置して両面を同時に光学的に検査することが記載されているが、ディスクの両面でより大きなＮＡの光学系を用いて微細な欠陥からの散乱光を検出するという構成については配慮されていない。
本発明の目的は、上記した従来技術の問題を解決して、磁気ディスクの両面を検査する装置において、装置を大型化することなく、より微細な欠陥を感度よく抽出することを可能にする磁気ディスクの両面欠陥検査方法及びその装置を提供することに有る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、検出光学系を非球面フレネルレンズを組合せて構成してコンパクト化を図ることにより磁気ディスクの両面を同時に検査できるようにし、装置を大型化することなく、より微細な欠陥を感度よく抽出することを可能にした。
【００１３】
即ち、本発明では、磁気ディスクを載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、テーブル手段に載置された磁気ディスクの表面の傷や欠陥を光学的に検出する表面側欠陥検出手段と、磁気ディスクの裏面の傷や欠陥を光学的に検出する裏面側欠陥検出手段と、表面側欠陥検出手段の検査結果と裏面側欠陥検出手段とを処理する処理手段と、処理手段で処理した検査結果を出力する出力手段とを備えた磁気ディスクの両面欠陥検査装置において、
裏面側欠陥検出手段を、レーザを発射するレーザ光源と、レーザ光源から発射されたレーザが照射された磁気ディスクの裏面からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光をフレネルレンズで集光する集光部と、集光部で集光された散乱光を検出する第１の光電変換器と、レーザ光源から発射されたレーザを反射してレーザの光路を磁気ディスクの裏面の方向に切替えるとともに集光部のフレネルレンズで集光された散乱光を反射して集光された散乱光の光路を第１の光電変換器の方向に切替える光路切替え部とを備えて構成した。
【００１４】
また、本発明では、テーブルに載置されて回転しながら一方向に移動している磁気ディスクの表面と裏面とにそれぞれレーザを照射し、照射されたレーザによる表面からの反射光を受光して処理することにより磁気ディスクの表面側の傷や欠陥を検出し、裏面に照射されたレーザによる裏面からの反射光を受光して処理することにより磁気ディスクの裏面側の傷や欠陥を検出する磁気ディスクの両面の欠陥を検査する方法において、裏面側の傷や欠陥を検出することを、レーザ光源から発射されたレーザをプリズムの第１の面で反射させてレーザの光路を磁気ディスクの裏面の方向に切替え、光路を切替えたレーザを磁気ディスクの裏面に照射し、レーザが照射された磁気ディスクの裏面からの散乱光をフレネルレンズを透過させて集光し、フレネルレンズを透過した散乱光をプリズムの第２の面で反射させて散乱光の光路を第１の光電変換器の方向に切替え、光路を切替えられた散乱光を第１の光電変換器で検出し、磁気ディスクの裏面からの正反射光を第２の光電変換器で検出し、第１の光電変換器で検出して得た信号と第２の光電変換器で検出して得た信号とを処理して前記裏面側の傷や欠陥を検出するようにした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、検出光学系を非球面フレネルレンズを組合せて構成してコンパクト化したことにより磁気ディスクの両面を同時に検査することを可能にし、検査装置を大型化することなく、より微細な欠陥を感度よく抽出することを可能にした
また、本発明によれば、従来に比べて半分以下の設置面積の装置を用いて磁気ディスクの両面を同時に検査することが可能になったので、高い検査スループットでコストパフォーマンスの高い検査を実現することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】表面欠陥検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】表面側の検査光学系の概略の構成を示す正面図である。
【図３】裏面側の検査光学系の概略の構成を示す（a）正面図と、（ｂ）A-A方向から見た側面図である。
【図４】非球面フレネルレンズの断面図及びそれに対応する非球面レンズの断面図である。
【図５】表面側の検査光学系の第１の光電変換器１２５と第２の光電変換器１２９の出力信号の例を示すグラフである。
【図６】検査結果を出力したＧＵＩの一例を示す表示画面の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
試料の両面を同時に検査する構成において微細な欠陥を感度よく検出できるようにするために、本発明では、従来のレンズを用いた検出光学系に替えて、比較的狭い空間でより大きな開口数（ＮＡ）を持つ光学系を組むことが可能な非球面フレネルレンズを用いた光学系を採用した。
【００１８】
また、本発明では、磁気ディスクの表面の傷や欠陥を光学的に検出する表面側欠陥検出手段と、磁気ディスクの裏面の傷や欠陥を光学的に検出する裏面側欠陥検出手段とを備えた磁気ディスクの両面欠陥検査装置において、裏面側欠陥検出手段に光路切替え部を設けて、レーザ光源から発射されたレーザを反射してレーザの光路を磁気ディスクの裏面の方向に切替えるとともにフレネルレンズで集光された散乱光を反射して集光された散乱光の光路を第１の光電変換器の方向に切替えるようにして、磁気ディスクの裏面側の狭い空間でも光学的に欠陥を検出することを可能にした。
以下に、本発明を磁気ディスクの欠陥検査装置に起用した例を図を用いて説明する。
【実施例】
【００１９】
図１は、本実施例による磁気ディスクの欠陥検査装置の全体構成を示す図である。欠陥検査装置は大きくは、検査対象の試料を載置するテーブル部１１０、表面側検査光学系１２０、裏面側検査光学系１３０、信号処理・制御系１４０で構成されている。
テーブル部１１０は、試料（磁気ディスク）１００を載置して回転可能なテーブル１１１、テーブル１１１を回転の主軸に直角な方向に移動可能なステージ１１２を備えている。また、テーブル部は、図示していない試料１００をチャックして保持する機構を備えている。
【００２０】
基板１００の表面側１００１の欠陥を検出する表面側検査光学系１２０の概略の構成を図２に示す。表面側検査光学系１２０は、照明系１２０１と散乱光検出系１２０２及び正反射光検出系１２０３で構成される。
【００２１】
表面側の照明系１２０１は第１のレーザ光源１２１、第１のレーザ光源１２１から発射されたレーザを拡大する拡大レンズ１２２１、拡大されたレーザを集光する集光レンズ１２２２、集光されたレーザを試料１００の表面に集束させる集束レンズ１２２３を備える。
【００２２】
表面側の散乱光検出系１２０２は、試料１００の表面からの反射光(正反射光と散乱光)のうち散乱光を集光する対物レンズに相当する第１の非球面フレネルレンズ１２３、集光された散乱光を集束させる集束レンズに相当する第２の非球面フレネルレンズ１２４、第２の非球面フレネルレンズ１２４で集束された散乱光を高感度に検出する第１の光電変換器１２５（例えば、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）や光電子増倍管（ＰＭＴ）など）を備える。
【００２３】
表面側の正反射光検出系１２０３は、試料１００からの反射光（正反射光と散乱光）のうち正反射光を反射して光路を切替えるミラー１２６、光路を切替えられた正反射光を集光させる集光レンズ１２７、集光された正反射光を結像する結像レンズ１２８、結像レンズ１２８で結像された正反射光の像を検出する第２の光電変換器１２９（例えば複数の画素を有するフォトダイオードアレイ）を備えている。ミラー１２６は、正反射光以外の光(散乱光)を反射しないように、十分に小さい形状に形成されている。
【００２４】
基板１００の裏面側１００２の欠陥を検出する裏面側検査光学系１３０の概略の構成を図３（a）及び（ｂ）に示す。裏面側検査光学系１３０は照明系１３０１と散乱光検出系１３０２及び正反射光検出系１３０３で構成される。
【００２５】
裏面側検査光学系１３０の照明系１３０１は、図３(a)に示すように、第２のレーザ光源１３１、第２のレーザ光源１３１から発射したレーザを拡大する拡大レンズ１３２１、拡大されたレーザを集光する集光レンズ１３２２、集光されたレーザを試料１００の裏面に集束させる集束レンズ１３２３、集光レンズ１３２３を透過したレーザの光路を折り曲げるプリズム１３３を備えて構成される。プリズム１３３でレーザの光路を折り曲げる構成としたので第２のレーザ光源１３１を基板１００の下部の比較的狭い空間から離れた場所に設置することができ、従来の片面だけを検査する装置に比べてテーブル部１１０に大きな変更を加えることなく裏面側の検査を可能になった。
裏面側の散乱光検出系１３０２は、レーザが照射された試料１００の裏面から発生した反射光のうち散乱光を集光する対物レンズに相当する第３の非球面フレネルレンズ１３４１、集光された散乱光を集束させる集束レンズに相当する第４の非球面フレネルレンズ１３４２、第４の非球面フレネルレンズ１３４２を透過してプリズム１３３で光路を切替えられた散乱光を通過させるピンホール１３５２を有して散乱光以外の迷光を遮光するピンホール板１３５１、ピンホール板１３５１のピンホール１３５２を通過した散乱光を高感度に検出する第３の光電変換器１３６（例えば、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）や光電子増倍管（ＰＭＴ）など）を備えて構成される。裏面側の散乱光検出系１３０２に非球面フレネルレンズを組合せて用いたことにより、光学系を基板１００の下部の比較的狭い空間から離れた場所に設置することができ、更に、プリズム１３３で散乱光の光路を折り曲げて検出する構成としたので、従来の片面だけを検査する装置に比べてテーブル部１１０に大きな変更を加えることなく裏面側の検査を可能になった。
【００２６】
裏面側の正反射光検出系１３０３は、レーザが照射された試料１００の裏面からの反射光（正反射光と散乱光）のうち正反射光の光路を切替えるミラー１３７（図３（ａ）の構成では、図面に垂直な方向に反射する）、光路を切替えられた正反射光を集光する集光レンズ１３８１、集光された正反射光の像を形成する結像レンズ１３８２、形成された正反射光の像を検出する第４の光電変換器１３９（例えば複数の画素を有するフォトダイオードアレイ）、結像レンズ１３８２と第４の光電変換器１３９との間に配置されて結像レンズ１３８２を透過した正反射光を通過させて正反射光以外の迷光を遮光するピンホール１３５２を有するピンホール板１３５１を備えている。
【００２７】
図４の（ａ）は通常の光学レンズ１３４０を示し、（ｂ）にはそれと同じ開口数（ＮＡ）を有する非球面フレネルレンズ１３４の例を示す。この図からもわかるように、非球面フレネルレンズ１３４は、同じ開口を有する通常の光学レンズ１３４０と比べて、比較的薄い寸法で形成することができる。本実施例においては、このような特性を持つ非球面フレネルレンズを散乱光検出光学系に用いる。
【００２８】
非球面フレネルレンズは通常の光学ガラスのほかに、プラスチックでも形成することができる。プラスチックで形成する場合、任意の形状に加工することが可能である。また、素材がプラスチックであるために軽量であり、所望の形状に加工した複数の非球面フレネルレンズを組合せて用いる場合に、それらを支持する鏡筒部は通常のガラスレンズを用いる場合と比べて強度を必要としないので、比較的スリムな構造にすることができる。
【００２９】
図１において、信号処理・制御系１４０は、表面側検査光学系１２０から出力される検出信号をＡ／Ｄ変換して増幅する第１のＡ／Ｄ変換部１４１と、裏面側検査光学系１３０から出力される検出信号をＡ／Ｄ変換して増幅する第２のＡ／Ｄ変換部１４２と、 第１のＡ/Ｄ変換部１４１からの出力を受けて信号処理する第１の信号処理部１４３１と、第２のＡ/Ｄ変換部１４２からの出力を受けて信号処理する第２の信号処理部１４３２と、第１の信号処理部１４３１で処理された信号と第２の信号処理部１４３２で処理された信号とを統合して処理する統合信号処理部１４４、統合信号処理部１４４で処理された結果を記憶する記憶部１４５と、統合信号処理部１４４で処理された結果を出力する表示画面を備えた出力部１４６、全体を制御する全体制御部１４７、全体制御部１４７の制御信号を受けてテーブル部１１０を制御するテーブル制御部１４８、全体制御部１４７の制御信号を受けて表面側の検査光学系１２０と裏面側の検査光学系１３０とを制御する検査光学系制御部１４９を備えている。
【００３０】
次に、各部の動作を説明する。
図示していないロード機構で試料１００をテーブル部１１０のテーブル１１１に載置し図示していないチャック機構でチャックして保持した状態で、テーブル部１１０はテーブル制御部１４８で制御されてテーブル１１１を回転させると共に、テーブル１１１の回転と同期してステージ１１２をテーブル１１１の回転の主軸に直角な方向に移動させる。
【００３１】
テーブル部１１０により試料１００を回転、移動させながら、検査光学系制御部１４９で制御されている表面側検査光学系１２０の第１のレーザ光源１２１及び裏面側検査光学系１３０の第２のレーザ光源１３１を作動させてそれぞれレーザを発射させる。
【００３２】
第１のレーザ光源１２１からレーザが発射された表面側検査光学系１２０においては、図２に示すように、拡大レンズ１２２１で第１のレーザ光源１２１から発射されたレーザのビーム径が拡大され、集光レンズ１２２２で拡大されたレーザが集光され、集束レンズ１２２３で試料１００の表面１００１に３０度前後の入射角度で集束して入射する。集束したレーザが照射された試料１００の表面１００１からは、表面の欠陥や傷、面の微小な凹凸（荒れ）などの状態に応じた反射光（散乱光と正反射光）が発生する。このとき、散乱光は試料１００の表面１００１の欠陥の大きさに応じて分布する。すなわち、大きな欠陥や傷からの散乱光は比較的強い強度で指向性を持って分布し、微小な欠陥や傷からの散乱光は比較的弱い強度で等方的に分布する。
試料１００の表面１００１から発生した反射光のうち、散乱光を集光する対物レンズに相当する第１の非球面フレネルレンズ１２３の方向に向かった反射光は、焦点の位置が試料１００の表面１００１のレーザ照射位置に合うように設置された第１の非球面フレネルレンズ１２３に入射し、集光されて平行光として第１の非球面フレネルレンズ１２３から出斜する。一方、第１の非球面フレネルレンズ１２３の方向に向かった反射光のうち正反射光は第１の非球面フレネルレンズ１２３の前方に配置したミラー１２６で反射されて光路が切替えられて、第１の非球面フレネルレンズ１２３には入射しない。
【００３３】
第１の非球面フレネルレンズ１２３に入射して集光されて平行光となった試料１００からの散乱光は、第２の非球面フレネルレンズ１２４に入射して第２の非球面フレネルレンズ１２４の焦点位置に集束させられる。第１の光電変換器１２５は、検出面がこの第２の非球面フレネルレンズ１２４の焦点位置に位置するよう配置されており、第２の非球面フレネルレンズ１２４で集束された試料１００からの散乱光を検出する。第１の光電変換器１２５で試料１００からの散乱光を検出して得た信号はＡ/Ｄ変換部１４１のＡ/Ｄ変換器１４１１に入力してデジタル信号に変換されて増幅された後、表面側検出信号処理部１４３に入力される。
【００３４】
一方、ミラー１２６で反射されて光路が切替えられた試料１００からの正反射光は、焦点位置が試料１００のレーザ照射位置に合うように配置された集光レンズ１２７に入射して平行光となって集光レンズ１２７から出射し、結像レンズ１２８に入射する。結像レンズ１２８に入射した正反射光は、結像レンズ１２８から出射して結像レンズ１２８の像面に正反射光の像を結像する。この像面に第２の光電変換器１２９の検出面が重なるように第２の光電変換器１２９を配置することにより、複数の画素を有するフォトダイオードアレイなどで構成される第２の光電変換器１２９で正反射光の像が検出される。第２の光電変換器１２９で検出した正反射光の像の信号はＡ/Ｄ変換部１４１のＡ/Ｄ変換器１４１２に入力してデジタル信号に変換されて増幅された後、表面側検出信号処理部１４３１に入力される。
【００３５】
表面側検出信号処理部１４３１に入力した第１の光電変換器１２５からの検出信号と第２の光電変換器１２５からの検出信号とはそれぞれ処理されて試料１００の表面側１００１の欠陥が検出される。
【００３６】
図５には、試料１００上の表面側１００１の同じ箇所からの正反射光を検出した第２の光電変換器１２９からの出力信号波形（ａ）の例と、散乱光を検出した第１の光電変換器１２５からの出力信号波形（ｂ）の例を示す。例えば、第１の光電変換器１２５からの出力信号のうち第１のしきい値Ｔｈ１より大きい部分と第２の光電変換器１２９からの出力信号のうち第２のしきい値Ｔｈ２より大きい部分とが共に広い裾野を持つ欠陥Ａの場合には基板上の傷と判定し、第１の光電変換器１２５からの出力信号の第１のしきい値Ｔｈ１より大きい部分と第２の光電変換器１２９からの出力信号の第２のしきい値Ｔｈ２より大きい部分とが共に幅が狭く大きなピーク値を持つ欠陥Ｂの場合には異物と判定し、第１の光電変換器３３からの出力信号の第１のしきい値Ｔｈ１より大きい部分が比較的幅が広く第２の光電変換器１２９からの出力信号が第２のしきい値Ｔｈ２より小さい欠陥Ｃの場合には基板のへこみと判定する。また、第２の光電変換器１２９で撮像した正反射光の画像の画素数の情報を用いて検出した各欠陥のサイズレベル(例えば、大、中、小)を判定する。
信号処理部１４３１で判定した結果は、欠陥の位置情報と共に統合処理部１４４に送られる。
【００３７】
次に、第２のレーザ光源１３１からレーザが発射された裏面側検査光学系１３０においては、図３(ａ)に示すように、拡大レンズ１３２１でレーザのビーム径が拡大され、この径が拡大されたレーザは集光レンズ１３２２で集光されて平行光となる。集束レンズ１３２３を透過したレーザはプリズム１３３の面１３３１で反射されて光路が切替えられ、集束レンズ１３２の焦点位置に配置された試料１００の裏面１００２に集束させられる。プリズム１３３の面１３３１は、反射されたレーザが試料１００の裏面１００２に所望の角度（３０度前後）で入射するように設定されている。集束したレーザが照射された試料１００の裏面１００２からは反射光(正反射光と散乱光)が発生するが、そのうち散乱光を集光する対物レンズに相当する第３の非球面フレネルレンズ１３４１の方向に向かった反射光は、焦点の位置が試料１００の裏面１００２のレーザ照射位置に合うように設置された第３の非球面フレネルレンズ１３４１に入射し、集光されて平行光として第３の非球面フレネルレンズ１３４１から出斜する。一方、第３の非球面フレネルレンズ１３４１の方向に向かった反射光のうち正反射光は第３の非球面フレネルレンズ１３４１の前方に配置したミラー１３７で反射されて光路が切替えられて、第３の非球面フレネルレンズ１２３には入射しない。
【００３８】
第３の非球面フレネルレンズ１３４１に入射して集光されて平行光となった試料１００の裏面１００２からの散乱光は、第４の非球面フレネルレンズ１３４２に入射し、第２の非球面フレネルレンズ１３４２を透過した後にプリズム１３３の面１３３２で反射されて光路が切替えられ第４の非球面フレネルレンズ１３４２の焦点位置に集束させられる。プリズム１３３の面１３３２は、反射した散乱光が所望の方向(試料１００の裏面１００２と平行な方向)に光路が切替るように角度が設定されている。なお、本実施例においては、第２のレーザ光源１３１から発射されたレーザはプリズム１３３の面１３３１に到達するまで試料１００の裏面１００２に対して平行に進むように裏面側の照明系を設定して、面１３３１と面１３３２とは同じ傾斜角度に設定されている。プリズム１３３の面１３３１と面１３３２とは、それぞれミラーで構成されていてもよい。
【００３９】
第４の非球面フレネルレンズ１３４２の焦点位置にはピンホール板１３５１が配置されており、焦点位置に集束した試料からの散乱光を通過させるようにピンホール１３５２が空けられている。一方、散乱光以外の光（プリズム１３３など光学部品からの反射光：迷光）の大部分はピンホール１３５２を通過できずにピンホール板１３５１で遮光されるため、第３の光電変換器１３６で検出される光のほとんどはピンホール１３５２を通過した試料１００の裏面１００２からの散乱光になる。
【００４０】
第３の光電変換器１３６で試料１００の裏面１００２からの散乱光を検出して得た信号はＡ/Ｄ変換部１４２のＡ/Ｄ変換器１４２１に入力してデジタル信号に変換されて増幅された後、裏面側検出信号処理部１４３２に入力される。
【００４１】
一方、ミラー１３７で反射されて光路が切替えられた試料１００からの正反射光は、図３（ｂ）に示すように、焦点位置が試料１００の裏面側１００２のレーザ照射位置に合うように配置された集光レンズ１３８１に入射して平行光となって集光レンズ１３８１から出射し、結像レンズ１３８２に入射する。結像レンズ１３８２に入射した正反射光は、結像レンズ１３８２から出射してピンホール板１３５３に空けたピンホール１３５４を通過して迷光が除去された後、結像レンズ１３８２の像面に正反射光の像を結像する。この像面に第４の光電変換器１３９の検出面が重なるように第４の光電変換器１３９を配置することにより、複数の画素を有するフォトダイオードアレイなどで構成される第４の光電変換器１３９で正反射光の像が検出される。第４の光電変換器１３９で検出した正反射光の像の信号はＡ/Ｄ変換部１４２のＡ/Ｄ変換器１４２２に入力してデジタル信号に変換されて増幅された後、裏面側検出信号処理部１４３２に入力される。
【００４２】
裏面側検出信号処理部１４３２に入力した第３の光電変換器１３６からの検出信号と第４の光電変換器１３９からの検出信号とはそれぞれ処理されて試料１００の裏面側１００２の欠陥が検出される。裏面側検出信号処理部１４３２においても、先に表面側検出信号処理部１４３１における信号処理で説明したように、第３の光電変換器１３６からの検出信号と第４の光電変換器１３９からの検出信号とをそれぞれしきい値と比較することにより、欠陥の種類と大きさを判定し、その結果を欠陥の位置情報と共に統合処理部１４４に送る。
【００４３】
本実施例に拠れば、従来と比べてより小さい欠陥からの散乱光を検出できるようになったので、例えばスクラッチ欠陥について、従来の光学レンズを用いた検出光学系では数１００ｎｍ程度の大きさのものまでしか検出できなかったのに対して、本実施例による検出光学系では１００ｎｍ程度の大きさのものまでを、基板の両面を同時に検査しながら検出することが可能になった。
【００４４】
また、本実施例に拠れば、非球面フレネルレンズを組合せて高ＮＡの検出光学系をコンパクトに構成できるようになったので、装置を大型化することなくより微細な欠陥を基板の両面同時に検出することが可能になった。
【００４５】
また、裏面検査光学系１３０にプリズム１３３を用いることにより、試料１００の裏面側１００２に３０度前後の入射角度で入射させるレーザの光源１３１や３０度前後の方向に出射した散乱光を検出する光学系をテーブル１１及びステージ１１２から離れた場所に設置することが可能になり、装置全体をコンパクトに作成することを可能にした。
【００４６】
表面側検出信号処理部１４３１と裏面側検出信号処理部１４３２とで処理されたデータは統合処理部１４４へ送られて処理され、試料１００の両面の欠陥情報として記憶部１４５に送られて格納されると共に、出力部１４６にも送られて検査結果の情報を出力する。
【００４７】
図６に出力部１４６から出力される検査結果の情報の一例を示す。この例は、表示画面６０１上に試料１００の表面で検出された欠陥の種類ごとの分布６０２と裏面で検出された欠陥の種類ごとの分布６０３の状態をマップ形式で並べて表示した例を示す。ユーザは、画面上に表示指定エリア６０４で任意の欠陥種とサイズを指定することにより、指定された欠陥種の表面の分布６０２と裏面の分布６０３との状態を視覚的に把握することができる。
【００４８】
また、本実施例では試料１００の表面１００１と裏面１００２とを同時に検査しているので、表面１００１の側で検出された欠陥と裏面１００２の側で検出された欠陥との相対的な位置関係を把握することが可能になり、製造プロセスを管理する上で有効な情報として使うことができる。
【符号の説明】
【００４９】
１１０・・・テーブル部 １１１・・・テーブル １１２・・・ステージ １２０・・・表面側検査光学系 １２１・・・第１のレーザ光源 １２２１・・・拡大レンズ １２２２・・・集光レンズ １２２３・・・集束レンズ １２３・・・第１の非球面フレネルレンズ １２４・・・第２の非球面フレネルレンズ １２５・・・第1の光電変換器 １２６・・・ミラー １２７・・・集光レンズ １２８・・・結像レンズ １２９・・・第２の光電変換器 １３０・・・裏面側検査光学系 １３１・・・第２のレーザ光源 １３２１・・・拡大レンズ １３２２・・・集光レンズ １３２３・・・集束レンズ １３３・・・プリズム １３４１・・・第３の非球面フレネルレンズ １３４２・・・第４の非球面フレネルレンズ １３５１、１３５３・・・ピンホール板 １３６・・・第３の光電変換器 １３７・・・ミラー １３８１・・・集光レンズ １３８２・・・結像レンズ １３９・・・第４の光電変換器 １４０・・・信号処理・制御系 １４１・・・第１のＡ/Ｄ変換部 １４２・・・第２のＡ/Ｄ変換部 １４３１・・・第１の信号処理部 １４３２・・・第２の信号処理部 １４４・・・統合信号処理部 １４５・・・記憶部 １４６・・・出力部 １４７・・・全体制御部 １４８・・・テーブル制御部 １４９・・・検査光学系制御部 ６０１・・・出力表示画面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスクの表面と裏面との両面の欠陥を検査する方法及びその装置に係り、特に、磁気ディスクの両面を同時に光学的に検査して基板両面の凹みや傷及び両面面に付着した異物を検出するのに適した磁気ディスクの両面欠陥検査方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスクの基板の表面の微細な欠陥を光学的に検査する装置は、検査の高感度化及び高スループット化が要求されてきている。このうち高感度化に対しては、例えば特許文献１（特開平３−１８６７３９号公報）や特許文献２（特開平５−２１５６１号公報）に記載されているように、光源にレーザを用いて照明光の強度を上げて基板からの反射光や散乱光を高感度なセンサで検出する方法がとられている。しかし、照明光のパワーが強すぎると基板表面にダメージを与えてしまう。そのため、限られた照射強度の照明光で照明された基板表面の欠陥からの反射散乱光を最大限の検出感度で検出する必要がある。この反射散乱光を最大限の検出感度で検出する構成として、特許文献２には光電子増倍部を採用する構成が開示されている。
【０００３】
一方、高スループット化に関しては、特許文献３(特開平６−１１８０１５号公報)に磁気ディスクの表面検査部と裏面検査部との間に基板反転部を設けて磁気ディスクの表面と裏面との検査を順次行ってスループットを向上させる検査システムが記載されている。
【０００４】
また、特許文献４（特開平８−２２６１９号公報）には、ハンドリング装置を用いて磁気ディスクを複数種類の磁気ディスク検査装置間で受け渡して一連の検査を行う検査システムにおいて、光学的な異物検査手段において、磁気ディスクの表面と裏面とを同時に光学的に検査することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献５(特開２００９−１７５１２１号公報)には、ディスクの両面に同時に光を照射して欠陥を検査する構成について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１８６７３９号公報
【特許文献２】特開平５−２１５６１号公報
【特許文献３】特開平６−１１８０１５号公報
【特許文献４】特開平８−２２６１９号公報
【特許文献５】特開２００９−１７５１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
微細欠陥からの散乱光は、欠陥のサイズが小さくなるほど単位面積当たりの散乱光の光量が減ると共に欠陥上方の全空間に広がる特性を持つ。したがって、同一光量の照明光を用いて微細欠陥を感度よく検出するためには、欠陥からの散乱光をより広い領域で効率よく集光して検出することが必要になる。散乱光をより広い領域で集光するためには、基板からの散乱光を集光するための対物レンズを大型化して開口数(ＮＡ)を大きく（大開口数化）すればよい。しかし、対物レンズを検査装置に取付ける上で他の部品との干渉を避けるために、現実的には対物レンズを大型化して開口数を大きくすることには限界がある。特に、基板の両面を同時に検査しようとする場合、通常、基板の裏面側には基板を保持し駆動する機構があるために空間的に狭くなっており、表面側と同じ検査光学系を採用することが難しい。
また、対物レンズを大型化して開口数を大きくすると、この対物レンズで集光した散乱光を検出器の検出面上に収束させるための集束レンズも大型化しなければならず、この大型化したレンズ群を支持する鏡筒も大型化するために検出光学系が大きくなり、装置の小型軽量化を図ることが難しくなる。
【０００８】
特許文献１（特開平３−１８６７３９号公報）や特許文献２（特開平５−２１５６１号公報）には、欠陥の検出感度を上げるうえで、装置を大型化することなく対物レンズの開口数(ＮＡ)をより大きくして、同じ照明光量に対して検出する散乱光の光量を大きくするという点については配慮されていない。
【０００９】
特許文献３(特開平６−１１８０１５号公報)に開示されている磁気ディスクの表面欠陥検査方法は、磁気ディスクを２つの検査部間で順次移動させて表面と裏面との欠陥検査を行うことで両面検査のスループットを上げることができるが、検査部を２ユニット並べて設置し、その間に磁気ディスクの反転機構を設けることから、装置の設置面積が大きくなってしまう。
【００１０】
また、特許文献４（特開平８−２２６１９号公報）には、磁気ディスクの表面と裏面とを同時に光学的に検査することが記載されているが、その具体的な構成については開示されていない。
【００１１】
更に、特許文献５(特開平４−６２４５７号公報)にはディスクの一方の面を左右対称に配置した光源で斜方照明してカメラで撮像する構成をディスクの表面と裏面とに配置して両面を同時に光学的に検査することが記載されているが、ディスクの両面でより大きなＮＡの光学系を用いて微細な欠陥からの散乱光を検出するという構成については配慮されていない。
本発明の目的は、上記した従来技術の問題を解決して、磁気ディスクの両面を検査する装置において、装置を大型化することなく、より微細な欠陥を感度よく抽出することを可能にする磁気ディスクの両面欠陥検査方法及びその装置を提供することに有る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、検出光学系を非球面フレネルレンズを組合せて構成してコンパクト化を図ることにより磁気ディスクの両面を同時に検査できるようにし、装置を大型化することなく、より微細な欠陥を感度よく抽出することを可能にした。
【００１３】
即ち、本発明では、磁気ディスクを載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、テーブル手段に載置された磁気ディスクの表面の傷や欠陥を光学的に検出する表面側欠陥検出手段と、磁気ディスクの裏面の傷や欠陥を光学的に検出する裏面側欠陥検出手段と、表面側欠陥検出手段の検査結果と裏面側欠陥検出手段とを処理する処理手段と、処理手段で処理した検査結果を出力する出力手段とを備えた磁気ディスクの両面欠陥検査装置において、
裏面側欠陥検出手段を、レーザを発射するレーザ光源と、レーザ光源から発射されたレーザが照射された磁気ディスクの裏面からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光をフレネルレンズで集光する集光部と、集光部で集光された散乱光を検出する第１の光電変換器と、レーザ光源から発射されたレーザを反射してレーザの光路を磁気ディスクの裏面の方向に切替えるとともに集光部のフレネルレンズで集光された散乱光を反射して集光された散乱光の光路を第１の光電変換器の方向に切替える光路切替え部とを備えて構成した。
【００１４】
また、本発明では、テーブルに載置されて回転しながら一方向に移動している磁気ディスクの表面と裏面とにそれぞれレーザを照射し、照射されたレーザによる表面からの反射光を受光して処理することにより磁気ディスクの表面側の傷や欠陥を検出し、裏面に照射されたレーザによる裏面からの反射光を受光して処理することにより磁気ディスクの裏面側の傷や欠陥を検出する磁気ディスクの両面の欠陥を検査する方法において、裏面側の傷や欠陥を検出することを、レーザ光源から発射されたレーザをプリズムの第１の面で反射させてレーザの光路を磁気ディスクの裏面の方向に切替え、光路を切替えたレーザを磁気ディスクの裏面に照射し、レーザが照射された磁気ディスクの裏面からの散乱光をフレネルレンズを透過させて集光し、フレネルレンズを透過した散乱光をプリズムの第２の面で反射させて散乱光の光路を第１の光電変換器の方向に切替え、光路を切替えられた散乱光を第１の光電変換器で検出し、磁気ディスクの裏面からの正反射光を第２の光電変換器で検出し、第１の光電変換器で検出して得た信号と第２の光電変換器で検出して得た信号とを処理して前記裏面側の傷や欠陥を検出するようにした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、検出光学系を非球面フレネルレンズを組合せて構成してコンパクト化したことにより磁気ディスクの両面を同時に検査することを可能にし、検査装置を大型化することなく、より微細な欠陥を感度よく抽出することを可能にした
また、本発明によれば、従来に比べて半分以下の設置面積の装置を用いて磁気ディスクの両面を同時に検査することが可能になったので、高い検査スループットでコストパフォーマンスの高い検査を実現することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】表面欠陥検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】表面側の検査光学系の概略の構成を示す正面図である。
【図３】裏面側の検査光学系の概略の構成を示す（a）正面図と、（ｂ）A-A方向から見た側面図である。
【図４】非球面フレネルレンズの断面図及びそれに対応する非球面レンズの断面図である。
【図５】表面側の検査光学系の第１の光電変換器１２５と第２の光電変換器１２９の出力信号の例を示すグラフである。
【図６】検査結果を出力したＧＵＩの一例を示す表示画面の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
試料の両面を同時に検査する構成において微細な欠陥を感度よく検出できるようにするために、本発明では、従来のレンズを用いた検出光学系に替えて、比較的狭い空間でより大きな開口数（ＮＡ）を持つ光学系を組むことが可能な非球面フレネルレンズを用いた光学系を採用した。
【００１８】
また、本発明では、磁気ディスクの表面の傷や欠陥を光学的に検出する表面側欠陥検出手段と、磁気ディスクの裏面の傷や欠陥を光学的に検出する裏面側欠陥検出手段とを備えた磁気ディスクの両面欠陥検査装置において、裏面側欠陥検出手段に光路切替え部を設けて、レーザ光源から発射されたレーザを反射してレーザの光路を磁気ディスクの裏面の方向に切替えるとともにフレネルレンズで集光された散乱光を反射して集光された散乱光の光路を第１の光電変換器の方向に切替えるようにして、磁気ディスクの裏面側の狭い空間でも光学的に欠陥を検出することを可能にした。
以下に、本発明を磁気ディスクの欠陥検査装置に起用した例を図を用いて説明する。
【実施例】
【００１９】
図１は、本実施例による磁気ディスクの欠陥検査装置の全体構成を示す図である。欠陥検査装置は大きくは、検査対象の試料を載置するテーブル部１１０、表面側検査光学系１２０、裏面側検査光学系１３０、信号処理・制御系１４０で構成されている。
テーブル部１１０は、試料（磁気ディスク）１００を載置して回転可能なテーブル１１１、テーブル１１１を回転の主軸に直角な方向に移動可能なステージ１１２を備えている。また、テーブル部は、図示していない試料１００をチャックして保持する機構を備えている。
【００２０】
基板１００の表面側１００１の欠陥を検出する表面側検査光学系１２０の概略の構成を図２に示す。表面側検査光学系１２０は、照明系１２０１と散乱光検出系１２０２及び正反射光検出系１２０３で構成される。
【００２１】
表面側の照明系１２０１は第１のレーザ光源１２１、第１のレーザ光源１２１から発射されたレーザを拡大する拡大レンズ１２２１、拡大されたレーザを集光する集光レンズ１２２２、集光されたレーザを試料１００の表面に集束させる集束レンズ１２２３を備える。
【００２２】
表面側の散乱光検出系１２０２は、試料１００の表面からの反射光(正反射光と散乱光)のうち散乱光を集光する対物レンズに相当する第１の非球面フレネルレンズ１２３、集光された散乱光を集束させる集束レンズに相当する第２の非球面フレネルレンズ１２４、第２の非球面フレネルレンズ１２４で集束された散乱光を高感度に検出する第１の光電変換器１２５（例えば、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）や光電子増倍管（ＰＭＴ）など）を備える。
【００２３】
表面側の正反射光検出系１２０３は、試料１００からの反射光（正反射光と散乱光）のうち正反射光を反射して光路を切替えるミラー１２６、光路を切替えられた正反射光を集光させる集光レンズ１２７、集光された正反射光を結像する結像レンズ１２８、結像レンズ１２８で結像された正反射光の像を検出する第２の光電変換器１２９（例えば複数の画素を有するフォトダイオードアレイ）を備えている。ミラー１２６は、正反射光以外の光(散乱光)を反射しないように、十分に小さい形状に形成されている。
【００２４】
基板１００の裏面側１００２の欠陥を検出する裏面側検査光学系１３０の概略の構成を図３（a）及び（ｂ）に示す。裏面側検査光学系１３０は照明系１３０１と散乱光検出系１３０２及び正反射光検出系１３０３で構成される。
【００２５】
裏面側検査光学系１３０の照明系１３０１は、図３(a)に示すように、第２のレーザ光源１３１、第２のレーザ光源１３１から発射したレーザを拡大する拡大レンズ１３２１、拡大されたレーザを集光する集光レンズ１３２２、集光されたレーザを試料１００の裏面に集束させる集束レンズ１３２３、集光レンズ１３２３を透過したレーザの光路を折り曲げるプリズム１３３を備えて構成される。プリズム１３３でレーザの光路を折り曲げる構成としたので第２のレーザ光源１３１を基板１００の下部の比較的狭い空間から離れた場所に設置することができ、従来の片面だけを検査する装置に比べてテーブル部１１０に大きな変更を加えることなく裏面側の検査を可能になった。
裏面側の散乱光検出系１３０２は、レーザが照射された試料１００の裏面から発生した反射光のうち散乱光を集光する対物レンズに相当する第３の非球面フレネルレンズ１３４１、集光された散乱光を集束させる集束レンズに相当する第４の非球面フレネルレンズ１３４２、第４の非球面フレネルレンズ１３４２を透過してプリズム１３３で光路を切替えられた散乱光を通過させるピンホール１３５２を有して散乱光以外の迷光を遮光するピンホール板１３５１、ピンホール板１３５１のピンホール１３５２を通過した散乱光を高感度に検出する第３の光電変換器１３６（例えば、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）や光電子増倍管（ＰＭＴ）など）を備えて構成される。裏面側の散乱光検出系１３０２に非球面フレネルレンズを組合せて用いたことにより、光学系を基板１００の下部の比較的狭い空間から離れた場所に設置することができ、更に、プリズム１３３で散乱光の光路を折り曲げて検出する構成としたので、従来の片面だけを検査する装置に比べてテーブル部１１０に大きな変更を加えることなく裏面側の検査を可能になった。
【００２６】
裏面側の正反射光検出系１３０３は、レーザが照射された試料１００の裏面からの反射光（正反射光と散乱光）のうち正反射光の光路を切替えるミラー１３７（図３（ａ）の構成では、図面に垂直な方向に反射する）、光路を切替えられた正反射光を集光する集光レンズ１３８１、集光された正反射光の像を形成する結像レンズ１３８２、形成された正反射光の像を検出する第４の光電変換器１３９（例えば複数の画素を有するフォトダイオードアレイ）、結像レンズ１３８２と第４の光電変換器１３９との間に配置されて結像レンズ１３８２を透過した正反射光を通過させて正反射光以外の迷光を遮光するピンホール１３５２を有するピンホール板１３５１を備えている。
【００２７】
図４の（ａ）は通常の光学レンズ１３４０を示し、（ｂ）にはそれと同じ開口数（ＮＡ）を有する非球面フレネルレンズ１３４の例を示す。この図からもわかるように、非球面フレネルレンズ１３４は、同じ開口を有する通常の光学レンズ１３４０と比べて、比較的薄い寸法で形成することができる。本実施例においては、このような特性を持つ非球面フレネルレンズを散乱光検出光学系に用いる。
【００２８】
非球面フレネルレンズは通常の光学ガラスのほかに、プラスチックでも形成することができる。プラスチックで形成する場合、任意の形状に加工することが可能である。また、素材がプラスチックであるために軽量であり、所望の形状に加工した複数の非球面フレネルレンズを組合せて用いる場合に、それらを支持する鏡筒部は通常のガラスレンズを用いる場合と比べて強度を必要としないので、比較的スリムな構造にすることができる。
【００２９】
図１において、信号処理・制御系１４０は、表面側検査光学系１２０から出力される検出信号をＡ／Ｄ変換して増幅する第１のＡ／Ｄ変換部１４１と、裏面側検査光学系１３０から出力される検出信号をＡ／Ｄ変換して増幅する第２のＡ／Ｄ変換部１４２と、 第１のＡ/Ｄ変換部１４１からの出力を受けて信号処理する第１の信号処理部１４３１と、第２のＡ/Ｄ変換部１４２からの出力を受けて信号処理する第２の信号処理部１４３２と、第１の信号処理部１４３１で処理された信号と第２の信号処理部１４３２で処理された信号とを統合して処理する統合信号処理部１４４、統合信号処理部１４４で処理された結果を記憶する記憶部１４５と、統合信号処理部１４４で処理された結果を出力する表示画面を備えた出力部１４６、全体を制御する全体制御部１４７、全体制御部１４７の制御信号を受けてテーブル部１１０を制御するテーブル制御部１４８、全体制御部１４７の制御信号を受けて表面側の検査光学系１２０と裏面側の検査光学系１３０とを制御する検査光学系制御部１４９を備えている。
【００３０】
次に、各部の動作を説明する。
図示していないロード機構で試料１００をテーブル部１１０のテーブル１１１に載置し図示していないチャック機構でチャックして保持した状態で、テーブル部１１０はテーブル制御部１４８で制御されてテーブル１１１を回転させると共に、テーブル１１１の回転と同期してステージ１１２をテーブル１１１の回転の主軸に直角な方向に移動させる。
【００３１】
テーブル部１１０により試料１００を回転、移動させながら、検査光学系制御部１４９で制御されている表面側検査光学系１２０の第１のレーザ光源１２１及び裏面側検査光学系１３０の第２のレーザ光源１３１を作動させてそれぞれレーザを発射させる。
【００３２】
第１のレーザ光源１２１からレーザが発射された表面側検査光学系１２０においては、図２に示すように、拡大レンズ１２２１で第１のレーザ光源１２１から発射されたレーザのビーム径が拡大され、集光レンズ１２２２で拡大されたレーザが集光され、集束レンズ１２２３で試料１００の表面１００１に３０度前後の入射角度で集束して入射する。集束したレーザが照射された試料１００の表面１００１からは、表面の欠陥や傷、面の微小な凹凸（荒れ）などの状態に応じた反射光（散乱光と正反射光）が発生する。このとき、散乱光は試料１００の表面１００１の欠陥の大きさに応じて分布する。すなわち、大きな欠陥や傷からの散乱光は比較的強い強度で指向性を持って分布し、微小な欠陥や傷からの散乱光は比較的弱い強度で等方的に分布する。
試料１００の表面１００１から発生した反射光のうち、散乱光を集光する対物レンズに相当する第１の非球面フレネルレンズ１２３の方向に向かった反射光は、焦点の位置が試料１００の表面１００１のレーザ照射位置に合うように設置された第１の非球面フレネルレンズ１２３に入射し、集光されて平行光として第１の非球面フレネルレンズ１２３から出斜する。一方、第１の非球面フレネルレンズ１２３の方向に向かった反射光のうち正反射光は第１の非球面フレネルレンズ１２３の前方に配置したミラー１２６で反射されて光路が切替えられて、第１の非球面フレネルレンズ１２３には入射しない。
【００３３】
第１の非球面フレネルレンズ１２３に入射して集光されて平行光となった試料１００からの散乱光は、第２の非球面フレネルレンズ１２４に入射して第２の非球面フレネルレンズ１２４の焦点位置に集束させられる。第１の光電変換器１２５は、検出面がこの第２の非球面フレネルレンズ１２４の焦点位置に位置するよう配置されており、第２の非球面フレネルレンズ１２４で集束された試料１００からの散乱光を検出する。第１の光電変換器１２５で試料１００からの散乱光を検出して得た信号はＡ/Ｄ変換部１４１のＡ/Ｄ変換器１４１１に入力してデジタル信号に変換されて増幅された後、表面側検出信号処理部１４３に入力される。
【００３４】
一方、ミラー１２６で反射されて光路が切替えられた試料１００からの正反射光は、焦点位置が試料１００のレーザ照射位置に合うように配置された集光レンズ１２７に入射して平行光となって集光レンズ１２７から出射し、結像レンズ１２８に入射する。結像レンズ１２８に入射した正反射光は、結像レンズ１２８から出射して結像レンズ１２８の像面に正反射光の像を結像する。この像面に第２の光電変換器１２９の検出面が重なるように第２の光電変換器１２９を配置することにより、複数の画素を有するフォトダイオードアレイなどで構成される第２の光電変換器１２９で正反射光の像が検出される。第２の光電変換器１２９で検出した正反射光の像の信号はＡ/Ｄ変換部１４１のＡ/Ｄ変換器１４１２に入力してデジタル信号に変換されて増幅された後、表面側検出信号処理部１４３１に入力される。
【００３５】
表面側検出信号処理部１４３１に入力した第１の光電変換器１２５からの検出信号と第２の光電変換器１２５からの検出信号とはそれぞれ処理されて試料１００の表面側１００１の欠陥が検出される。
【００３６】
図５には、試料１００上の表面側１００１の同じ箇所からの正反射光を検出した第２の光電変換器１２９からの出力信号波形（ａ）の例と、散乱光を検出した第１の光電変換器１２５からの出力信号波形（ｂ）の例を示す。例えば、第１の光電変換器１２５からの出力信号のうち第１のしきい値Ｔｈ１より大きい部分と第２の光電変換器１２９からの出力信号のうち第２のしきい値Ｔｈ２より大きい部分とが共に広い裾野を持つ欠陥Ａの場合には基板上の傷と判定し、第１の光電変換器１２５からの出力信号の第１のしきい値Ｔｈ１より大きい部分と第２の光電変換器１２９からの出力信号の第２のしきい値Ｔｈ２より大きい部分とが共に幅が狭く大きなピーク値を持つ欠陥Ｂの場合には異物と判定し、第１の光電変換器３３からの出力信号の第１のしきい値Ｔｈ１より大きい部分が比較的幅が広く第２の光電変換器１２９からの出力信号が第２のしきい値Ｔｈ２より小さい欠陥Ｃの場合には基板のへこみと判定する。また、第２の光電変換器１２９で撮像した正反射光の画像の画素数の情報を用いて検出した各欠陥のサイズレベル(例えば、大、中、小)を判定する。
信号処理部１４３１で判定した結果は、欠陥の位置情報と共に統合処理部１４４に送られる。
【００３７】
次に、第２のレーザ光源１３１からレーザが発射された裏面側検査光学系１３０においては、図３(ａ)に示すように、拡大レンズ１３２１でレーザのビーム径が拡大され、この径が拡大されたレーザは集光レンズ１３２２で集光されて平行光となる。集束レンズ１３２３を透過したレーザはプリズム１３３の面１３３１で反射されて光路が切替えられ、集束レンズ１３２の焦点位置に配置された試料１００の裏面１００２に集束させられる。プリズム１３３の面１３３１は、反射されたレーザが試料１００の裏面１００２に所望の角度（３０度前後）で入射するように設定されている。集束したレーザが照射された試料１００の裏面１００２からは反射光(正反射光と散乱光)が発生するが、そのうち散乱光を集光する対物レンズに相当する第３の非球面フレネルレンズ１３４１の方向に向かった反射光は、焦点の位置が試料１００の裏面１００２のレーザ照射位置に合うように設置された第３の非球面フレネルレンズ１３４１に入射し、集光されて平行光として第３の非球面フレネルレンズ１３４１から出斜する。一方、第３の非球面フレネルレンズ１３４１の方向に向かった反射光のうち正反射光は第３の非球面フレネルレンズ１３４１の前方に配置したミラー１３７で反射されて光路が切替えられて、第３の非球面フレネルレンズ１２３には入射しない。
【００３８】
第３の非球面フレネルレンズ１３４１に入射して集光されて平行光となった試料１００の裏面１００２からの散乱光は、第４の非球面フレネルレンズ１３４２に入射し、第２の非球面フレネルレンズ１３４２を透過した後にプリズム１３３の面１３３２で反射されて光路が切替えられ第４の非球面フレネルレンズ１３４２の焦点位置に集束させられる。プリズム１３３の面１３３２は、反射した散乱光が所望の方向(試料１００の裏面１００２と平行な方向)に光路が切替るように角度が設定されている。なお、本実施例においては、第２のレーザ光源１３１から発射されたレーザはプリズム１３３の面１３３１に到達するまで試料１００の裏面１００２に対して平行に進むように裏面側の照明系を設定して、面１３３１と面１３３２とは同じ傾斜角度に設定されている。プリズム１３３の面１３３１と面１３３２とは、それぞれミラーで構成されていてもよい。
【００３９】
第４の非球面フレネルレンズ１３４２の焦点位置にはピンホール板１３５１が配置されており、焦点位置に集束した試料からの散乱光を通過させるようにピンホール１３５２が空けられている。一方、散乱光以外の光（プリズム１３３など光学部品からの反射光：迷光）の大部分はピンホール１３５２を通過できずにピンホール板１３５１で遮光されるため、第３の光電変換器１３６で検出される光のほとんどはピンホール１３５２を通過した試料１００の裏面１００２からの散乱光になる。
【００４０】
第３の光電変換器１３６で試料１００の裏面１００２からの散乱光を検出して得た信号はＡ/Ｄ変換部１４２のＡ/Ｄ変換器１４２１に入力してデジタル信号に変換されて増幅された後、裏面側検出信号処理部１４３２に入力される。
【００４１】
一方、ミラー１３７で反射されて光路が切替えられた試料１００からの正反射光は、図３（ｂ）に示すように、焦点位置が試料１００の裏面側１００２のレーザ照射位置に合うように配置された集光レンズ１３８１に入射して平行光となって集光レンズ１３８１から出射し、結像レンズ１３８２に入射する。結像レンズ１３８２に入射した正反射光は、結像レンズ１３８２から出射してピンホール板１３５３に空けたピンホール１３５４を通過して迷光が除去された後、結像レンズ１３８２の像面に正反射光の像を結像する。この像面に第４の光電変換器１３９の検出面が重なるように第４の光電変換器１３９を配置することにより、複数の画素を有するフォトダイオードアレイなどで構成される第４の光電変換器１３９で正反射光の像が検出される。第４の光電変換器１３９で検出した正反射光の像の信号はＡ/Ｄ変換部１４２のＡ/Ｄ変換器１４２２に入力してデジタル信号に変換されて増幅された後、裏面側検出信号処理部１４３２に入力される。
【００４２】
裏面側検出信号処理部１４３２に入力した第３の光電変換器１３６からの検出信号と第４の光電変換器１３９からの検出信号とはそれぞれ処理されて試料１００の裏面側１００２の欠陥が検出される。裏面側検出信号処理部１４３２においても、先に表面側検出信号処理部１４３１における信号処理で説明したように、第３の光電変換器１３６からの検出信号と第４の光電変換器１３９からの検出信号とをそれぞれしきい値と比較することにより、欠陥の種類と大きさを判定し、その結果を欠陥の位置情報と共に統合処理部１４４に送る。
【００４３】
本実施例に拠れば、従来と比べてより小さい欠陥からの散乱光を検出できるようになったので、例えばスクラッチ欠陥について、従来の光学レンズを用いた検出光学系では数１００ｎｍ程度の大きさのものまでしか検出できなかったのに対して、本実施例による検出光学系では１００ｎｍ程度の大きさのものまでを、基板の両面を同時に検査しながら検出することが可能になった。
【００４４】
また、本実施例に拠れば、非球面フレネルレンズを組合せて高ＮＡの検出光学系をコンパクトに構成できるようになったので、装置を大型化することなくより微細な欠陥を基板の両面同時に検出することが可能になった。
【００４５】
また、裏面検査光学系１３０にプリズム１３３を用いることにより、試料１００の裏面側１００２に３０度前後の入射角度で入射させるレーザの光源１３１や３０度前後の方向に出射した散乱光を検出する光学系をテーブル１１及びステージ１１２から離れた場所に設置することが可能になり、装置全体をコンパクトに作成することを可能にした。
【００４６】
表面側検出信号処理部１４３１と裏面側検出信号処理部１４３２とで処理されたデータは統合処理部１４４へ送られて処理され、試料１００の両面の欠陥情報として記憶部１４５に送られて格納されると共に、出力部１４６にも送られて検査結果の情報を出力する。
【００４７】
図６に出力部１４６から出力される検査結果の情報の一例を示す。この例は、表示画面６０１上に試料１００の表面で検出された欠陥の種類ごとの分布６０２と裏面で検出された欠陥の種類ごとの分布６０３の状態をマップ形式で並べて表示した例を示す。ユーザは、画面上に表示指定エリア６０４で任意の欠陥種とサイズを指定することにより、指定された欠陥種の表面の分布６０２と裏面の分布６０３との状態を視覚的に把握することができる。
【００４８】
また、本実施例では試料１００の表面１００１と裏面１００２とを同時に検査しているので、表面１００１の側で検出された欠陥と裏面１００２の側で検出された欠陥との相対的な位置関係を把握することが可能になり、製造プロセスを管理する上で有効な情報として使うことができる。
【符号の説明】
【００４９】
１１０・・・テーブル部 １１１・・・テーブル １１２・・・ステージ １２０・・・表面側検査光学系 １２１・・・第１のレーザ光源 １２２１・・・拡大レンズ １２２２・・・集光レンズ １２２３・・・集束レンズ １２３・・・第１の非球面フレネルレンズ １２４・・・第２の非球面フレネルレンズ １２５・・・第1の光電変換器 １２６・・・ミラー １２７・・・集光レンズ １２８・・・結像レンズ １２９・・・第２の光電変換器 １３０・・・裏面側検査光学系 １３１・・・第２のレーザ光源 １３２１・・・拡大レンズ １３２２・・・集光レンズ １３２３・・・集束レンズ １３３・・・プリズム １３４１・・・第３の非球面フレネルレンズ １３４２・・・第４の非球面フレネルレンズ １３５１、１３５３・・・ピンホール板 １３６・・・第３の光電変換器 １３７・・・ミラー １３８１・・・集光レンズ １３８２・・・結像レンズ １３９・・・第４の光電変換器 １４０・・・信号処理・制御系 １４１・・・第１のＡ/Ｄ変換部 １４２・・・第２のＡ/Ｄ変換部 １４３１・・・第１の信号処理部 １４３２・・・第２の信号処理部 １４４・・・統合信号処理部 １４５・・・記憶部 １４６・・・出力部 １４７・・・全体制御部 １４８・・・テーブル制御部 １４９・・・検査光学系制御部 ６０１・・・出力表示画面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ディスクを載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、
該テーブル手段に載置された磁気ディスクの表面の傷や欠陥を光学的に検出する表面側欠陥検出手段と、
前記磁気ディスクの裏面の傷や欠陥を光学的に検出する裏面側欠陥検出手段と
前記表面側欠陥検出手段の検査結果と前記裏面側欠陥検出手段とを処理する処理手段と、
該処理手段で処理した検査結果を出力する出力手段と
を備えた磁気ディスクの両面欠陥検査装置であって、前記裏面側欠陥検出手段を、
レーザを発射するレーザ光源と、
該レーザ光源から発射されたレーザが照射された前記磁気ディスクの裏面からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光をフレネルレンズで集光する集光部と、
該集光部で集光された散乱光を検出する第１の光電変換器と、
前記レーザ光源から発射されたレーザを反射して該レーザの光路を前記磁気ディスクの裏面の方向に切替えるとともに前記集光部のフレネルレンズで集光された散乱光を反射して該集光された散乱光の光路を前記第１の光電変換器の方向に切替える光路切替え部と
を備えて構成したことを特徴とする磁気ディスクの両面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記光路切替え部を表面に入射した光を該表面で全反射する反射面を有するプリズムで構成したことを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記裏面側欠陥検出手段は、前記磁気ディスクの裏面からの反射光のうちの正反射光を光路の途中で反射して前記反射光のうちの散乱光から分離する反射板と、該反射板で反射された正反射光の像を形成する結像光学系部と、該結像光学系部で形成された正反射光の光学像を検出して光電変換する第２の光電変換器とを更に備えて構成したことを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項４】
前記フレネルレンズを、前記試料からの散乱光を集光する第１の非球面フレネルレンズと、該第１の非球面フレネルレンズで集光された散乱光を集束させる第２の非球面フレネルレンズとで構成したことを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項５】
前記表面側欠陥検出手段は、レーザを発射するレーザ光源と、該レーザ光源から発射されたレーザが照射された前記磁気ディスクの表面からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光をフレネルレンズで集光する集光部と、該集光部で集光された散乱光を検出する第１の光電変換器と、前記磁気ディスクの裏面からの反射光のうちの正反射光を反射して前記反射光のうちの散乱光から分離する反射板と、該反射板で反射された正反射光の像を形成する結像光学系部と、該結像光学系部で形成された正反射光の光学像を検出して光電変換する第２の光電変換器とを備えて構成したことを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項６】
テーブルに載置されて回転しながら一方向に移動している磁気ディスクの表面と裏面とにそれぞれレーザを照射し、
前記表面に照射されたレーザによる前記表面からの反射光を受光して処理することにより前記磁気ディスクの表面側の傷や欠陥を検出し、
前記裏面に照射されたレーザによる前記裏面からの反射光を受光して処理することにより前記磁気ディスクの裏面側の傷や欠陥を検出する
磁気ディスクの両面の欠陥を検査する方法であって、前記裏面側の傷や欠陥を検出することを、
レーザ光源から発射されたレーザをプリズムの第１の面で反射させて該レーザの光路を前記磁気ディスクの裏面の方向に切替え、
該光路を切替えたレーザを前記磁気ディスクの裏面に照射し、
該レーザが照射された前記磁気ディスクの裏面からの散乱光をフレネルレンズを透過させて集光し、
該フレネルレンズを透過した散乱光を前記プリズムの第２の面で反射させて該散乱光の光路を第１の光電変換器の方向に切替え、
該光路を切替えられた散乱光を前記第１の光電変換器で検出し、
前記磁気ディスクの裏面からの正反射光を第２の光電変換器で検出し、
前記第１の光電変換器で検出して得た信号と前記第２の光電変換器で検出して得た信号とを処理して前記裏面側の傷や欠陥を検出する
ことにより行うことを特徴とする磁気ディスクの両面欠陥検査方法。
【請求項７】
前記レーザが照射された前記磁気ディスクの裏面からの反射光のうち正反射光を反射板で反射させて光路を切替えることにより、前記反射光から散乱光と正反射光とを分離することを特徴とする請求項６記載の磁気ディスクの両面欠陥検査方法。
【請求項８】
前記レーザが照射された前記磁気ディスクの裏面からの散乱光をフレネルレンズを透過させて集光することを、先ず第１の非球面フレネルレンズで散乱光を集光し、次に第２の非球面フレネルレンズで前記第１の非球面フレネルレンズで集光した散乱光を集束させることにより行うことを特徴とする請求項６記載の磁気ディスクの両面欠陥検査方法。
【請求項９】
前記磁気ディスクの表面側の傷や欠陥を検出することを、前記レーザが照射された前記磁気ディスクの表面からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光をフレネルレンズで集光し、該集光した散乱光を第１の光電変換器で検出し、前記磁気ディスクの表面からの反射光から正反射光を反射板で反射させて分離し、該分離した正反射光を結像させて該正反射光の像を第２の光電変換器で検出し、前記第１の光電変換器で検出して得た信号と前記第２の光電変換器で検出して得た信号とを処理して前記裏面側の傷や欠陥を検出することを特徴とする請求項６記載の磁気ディスクの両面欠陥検査方法。
【請求項１】
磁気ディスクを載置して回転と移動が可能なテーブル手段と、
該テーブル手段に載置された磁気ディスクの表面の傷や欠陥を光学的に検出する表面側欠陥検出手段と、
前記磁気ディスクの裏面の傷や欠陥を光学的に検出する裏面側欠陥検出手段と
前記表面側欠陥検出手段の検査結果と前記裏面側欠陥検出手段とを処理する処理手段と、
該処理手段で処理した検査結果を出力する出力手段と
を備えた磁気ディスクの両面欠陥検査装置であって、前記裏面側欠陥検出手段を、
レーザを発射するレーザ光源と、
該レーザ光源から発射されたレーザが照射された前記磁気ディスクの裏面からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光をフレネルレンズで集光する集光部と、
該集光部で集光された散乱光を検出する第１の光電変換器と、
前記レーザ光源から発射されたレーザを反射して該レーザの光路を前記磁気ディスクの裏面の方向に切替えるとともに前記集光部のフレネルレンズで集光された散乱光を反射して該集光された散乱光の光路を前記第１の光電変換器の方向に切替える光路切替え部と
を備えて構成したことを特徴とする磁気ディスクの両面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記光路切替え部を表面に入射した光を該表面で全反射する反射面を有するプリズムで構成したことを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記裏面側欠陥検出手段は、前記磁気ディスクの裏面からの反射光のうちの正反射光を光路の途中で反射して前記反射光のうちの散乱光から分離する反射板と、該反射板で反射された正反射光の像を形成する結像光学系部と、該結像光学系部で形成された正反射光の光学像を検出して光電変換する第２の光電変換器とを更に備えて構成したことを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項４】
前記フレネルレンズを、前記試料からの散乱光を集光する第１の非球面フレネルレンズと、該第１の非球面フレネルレンズで集光された散乱光を集束させる第２の非球面フレネルレンズとで構成したことを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項５】
前記表面側欠陥検出手段は、レーザを発射するレーザ光源と、該レーザ光源から発射されたレーザが照射された前記磁気ディスクの表面からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光をフレネルレンズで集光する集光部と、該集光部で集光された散乱光を検出する第１の光電変換器と、前記磁気ディスクの裏面からの反射光のうちの正反射光を反射して前記反射光のうちの散乱光から分離する反射板と、該反射板で反射された正反射光の像を形成する結像光学系部と、該結像光学系部で形成された正反射光の光学像を検出して光電変換する第２の光電変換器とを備えて構成したことを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項６】
テーブルに載置されて回転しながら一方向に移動している磁気ディスクの表面と裏面とにそれぞれレーザを照射し、
前記表面に照射されたレーザによる前記表面からの反射光を受光して処理することにより前記磁気ディスクの表面側の傷や欠陥を検出し、
前記裏面に照射されたレーザによる前記裏面からの反射光を受光して処理することにより前記磁気ディスクの裏面側の傷や欠陥を検出する
磁気ディスクの両面の欠陥を検査する方法であって、前記裏面側の傷や欠陥を検出することを、
レーザ光源から発射されたレーザをプリズムの第１の面で反射させて該レーザの光路を前記磁気ディスクの裏面の方向に切替え、
該光路を切替えたレーザを前記磁気ディスクの裏面に照射し、
該レーザが照射された前記磁気ディスクの裏面からの散乱光をフレネルレンズを透過させて集光し、
該フレネルレンズを透過した散乱光を前記プリズムの第２の面で反射させて該散乱光の光路を第１の光電変換器の方向に切替え、
該光路を切替えられた散乱光を前記第１の光電変換器で検出し、
前記磁気ディスクの裏面からの正反射光を第２の光電変換器で検出し、
前記第１の光電変換器で検出して得た信号と前記第２の光電変換器で検出して得た信号とを処理して前記裏面側の傷や欠陥を検出する
ことにより行うことを特徴とする磁気ディスクの両面欠陥検査方法。
【請求項７】
前記レーザが照射された前記磁気ディスクの裏面からの反射光のうち正反射光を反射板で反射させて光路を切替えることにより、前記反射光から散乱光と正反射光とを分離することを特徴とする請求項６記載の磁気ディスクの両面欠陥検査方法。
【請求項８】
前記レーザが照射された前記磁気ディスクの裏面からの散乱光をフレネルレンズを透過させて集光することを、先ず第１の非球面フレネルレンズで散乱光を集光し、次に第２の非球面フレネルレンズで前記第１の非球面フレネルレンズで集光した散乱光を集束させることにより行うことを特徴とする請求項６記載の磁気ディスクの両面欠陥検査方法。
【請求項９】
前記磁気ディスクの表面側の傷や欠陥を検出することを、前記レーザが照射された前記磁気ディスクの表面からの反射光のうち正反射光を除いた散乱光をフレネルレンズで集光し、該集光した散乱光を第１の光電変換器で検出し、前記磁気ディスクの表面からの反射光から正反射光を反射板で反射させて分離し、該分離した正反射光を結像させて該正反射光の像を第２の光電変換器で検出し、前記第１の光電変換器で検出して得た信号と前記第２の光電変換器で検出して得た信号とを処理して前記裏面側の傷や欠陥を検出することを特徴とする請求項６記載の磁気ディスクの両面欠陥検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−７６６６９（Ｐ２０１１−７６６６９Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２７１９６（Ｐ２００９−２２７１９６）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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