特許 7168962 基板表面欠陥検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-01

(45)【発行日】2022-11-10

(54)【発明の名称】基板表面欠陥検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/95 20060101AFI20221102BHJP

   G01B 11/30 20060101ALI20221102BHJP

【ＦＩ】

G01N21/95 A

G01B11/30 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019184798

(22)【出願日】2019-10-07

(65)【公開番号】P2021060291

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2021-09-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(73)【特許権者】

【識別番号】512012735

【氏名又は名称】株式会社エスピーテック

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】梅田 秀俊

(72)【発明者】

【氏名】高枩 弘行

(72)【発明者】

【氏名】岡田 拓郎

(72)【発明者】

【氏名】鶴見 敏彦

【審査官】後藤 慎平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１６８７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２８４４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０４２４５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／８４－２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気ディスク用アルミニウム基板における表面の欠陥を検出する基板表面欠陥検査方法であって、
前記アルミニウム基板は、研削加工により鏡面仕上げが施されたグラインド・サブストレート基板であり、
回転台上に載置された前記アルミニウム基板の全面をラインカメラによって撮影して得られた画像を用いて、研削目が存在する前記アルミニウム基板の表面から３０μｍ以上の大きさの欠陥を含む欠陥領域を抽出する第１検査工程と、
前記第１検査工程により抽出された前記欠陥領域の画像に基づいて、前記欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別する第２検査工程と、
を備える基板表面欠陥検査方法。

【請求項2】

前記第２検査工程は、前記第１検査工程により抽出された前記欠陥領域を、１画素の分解能が０．０５～０．５μｍ／ｐｉｘｅｌのエリアカメラによって撮像して得られた画像に基づいて、前記欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別する、請求項１に記載の基板表面欠陥検査方法。

【請求項3】

前記３０μｍ以上の大きさの前記欠陥領域をレーザ顕微鏡または白色干渉顕微鏡で測定して、該欠陥の深さを得ることで、前記欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別する、請求項１又は２に記載の基板表面欠陥検査方法。

【請求項4】

前記第２検査工程は、前記表面欠陥のうち、欠陥工程推定のための欠陥の特徴をさらに判別する、請求項１～３のいずれか１項に記載の基板表面欠陥検査方法。

【請求項5】

前記第１検査工程は、回転台上に載置された前記アルミニウム基板の全面を、１画素の分解能が２０μｍ／ｐｉｘｅｌ以下の前記ラインカメラによって撮影する、請求項２に記載の基板表面欠陥検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板表面欠陥検査方法に関し、特に磁気ディスク用アルミニウム基板の表面欠陥検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

磁気ディスク用基板は、研削加工により鏡面仕上げをしたアルミニウム基板（グラインド・サブストレート基板）にＮｉ－Ｐめっきを行い、研磨により鏡面加工をしたＮｉ－Ｐめっきポリッシュ基板を作製し、その表面に磁気記録を行うための磁性膜や疵防止のための保護膜などを形成したものが使用されている。

【0003】

従来、めっき処理前の鏡面仕上げされたアルミニウム基板の表面欠陥検査は目視で行われており、熟練した検査員が、打痕やスクラッチと呼ばれる洗浄疵、乾燥ムラなどの表面欠陥を検出していた。

【0004】

しかしながら、目視検査で検出可能な欠陥のサイズは、１００μｍ以上の比較的粗大な欠陥のみであるため、記録密度の増加に伴い許容される欠陥サイズが微小化するなかで、メッキ処理後のめっきポリッシュ基板で検出される欠陥と、めっき処理前のアルミニウム基板の目視で検出可能な欠陥とのサイズのギャップが広がっていた。このため、より微小な欠陥を検出するため、アルミニウム基板に適した検査機が求められている。

【0005】

例えば、特許文献１には、ディスクの表面にレーザービームを照射して、表面からの反射光に含まれる正反射光の強度変化や偏向を検出するとともに、散乱光の空間的強度分布パターン（回折パターン）を検出する反射光分布検査装置と、面状光源（または線状光源）からディスクの表面上に白色光を照射させ、撮像装置によってとられたディスクの輝点をしきい値と比較する暗視野画像検査装置と、を備え、２つの検査装置からの検出データに基づいて、表面欠陥の種類や数、程度などを総合判定する表面欠陥検査システムが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開昭６３－４２４５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、特許文献１に記載の表面欠陥検査システムによれば、アルミニウム基板に疵や汚れを発生させない非破壊検査により、サブミクロンオーダーの表面欠陥の検査及び判別を可能としているが、これは、ダイヤモンド切削バイトで表面を鏡面加工したアルミニウム切削基板に対しては適用可能である。しかしながら、現在は、より平滑性が高い、無電解ニッケルリンめっきポリッシュ基板が使用されており、その下地となるＰＶＡ砥石で研削仕上げを行うアルミニウム基板では、加工による研削目が存在し、それによるレーザ光の散乱が大きく、上記の検査方法を使用することができない。そのため、レーザ光以外の方法での検査手法の模索が必要であり、また、表面欠陥の発生率は１％以下と発生頻度が低いので、アルミニウム基板の一面を数秒以内で測定可能な検査スピードが要求されている。

【0008】

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、短時間で効率よくアルミニウム基板の表面を検査して、微小な欠陥を検出すると共に、微細な欠陥が検出可能になった際に問題となる該欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別することができる基板表面欠陥検査方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

したがって、本発明の上記目的は、基板表面欠陥検査方法に係る下記（１）の構成により達成される。
（１） 磁気ディスク用アルミニウム基板における表面の欠陥を検出する基板表面欠陥検査方法であって、
前記アルミニウム基板の全面を撮影して得られた画像を用いて、３０μｍ以上の大きさの欠陥を含む欠陥領域を抽出する第１検査工程と、
前記第１検査工程により抽出された前記欠陥領域の画像に基づいて、前記欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別する第２検査工程と、
を備える基板表面欠陥検査方法。

【発明の効果】

【0010】

本発明の基板表面欠陥検査方法によれば、ＰＶＡ砥石を用いて鏡面仕上げされたアルミニウム基板の表面を短時間で効率よく検査して、微小な欠陥を検出することができ、さらに該欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る基板表面欠陥検査方法を実施するための基板表面欠陥検査システムの概略構成を示す構成図である。

【図2】各検査ステージで検査した画像を表示するモニタ画面を示す図である。

【図3】レーザ顕微鏡で測定した欠陥の形状及び深さを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態に係る基板表面欠陥検査方法を図面を用いて詳細に説明する。

【0013】

図１に示すように、基板表面欠陥検査システム１０は、検査台１１を備え、該検査台１１上には、ローディングステージ４０、第１検査ステージ５０、第２検査ステージ６０、及び第３検査ステージ７０が所定の方向にこの順で配置されている。

【0014】

ローディングステージ４０は、リフト部１５や、不図示のロボットなどにより、基板表面欠陥検査システム１０に付設されたアルミニウム基板供給台１２上のカセット１３に貯留されている磁気ディスク用アルミニウム基板（以下では、単にアルミニウム基板とも言う）２０を、回転台３０上に位置決めして載置する。なお、本実施形態のアルミニウム基板２０は、ＰＶＡ砥石を用いて鏡面仕上げされており、後工程によって、無電解ニッケルリンめっきポリッシュ基板を構成する。

【0015】

回転台３０は、垂直軸３１を中心として回転可能であり、回転台３０上に載置されたアルミニウム基板２０を水平面内で回転させる。また、回転台３０は、検査台１１上に設けられたコンベア３２によって、水平面において第１～第３検査ステージ５０、６０、７０が並ぶ方向であるＸ方向に移動可能に構成されており、第１～第３検査ステージ５０、６０、７０の下方に配置される。

【0016】

なお、回転台３０の上面は、疵や汚れが付かないようにアルミニウム基板２０の表面に極力触れず、例えば、外周縁のみで表面と接触する構造が好ましい。また、上述したリフト部１５や、ロボットのチャック部などのアルミニウム基板２０と直接触れる部分は、ウレタンなどのアルミニウム基板２０に疵をつけない柔らかい素材で形成されるのが好ましい。

【0017】

第１検査ステージ５０は、上方に配置されたラインカメラ５１を備える。そして、回転台３０、即ちアルミニウム基板２０を、所定の一定回転速度で回転させながら、ラインカメラ５１でアルミニウム基板２０を半径方向にスキャンしてアルミニウム基板２０の全面の画像を撮像する。

【0018】

第１検査ステージ５０は、ラインカメラ５１で撮像された画像から、欠陥の有無、欠陥を含む欠陥領域の位置、及びそのサイズを特定し、コンピュータ（ＰＣ）８０に記憶する。また、ラインカメラ５１で撮像された画像は、図２に示すように、コンピュータ８０の表示部８１に表示される。第１検査ステージ５０におけるアルミニウム基板２０の全面の欠陥検出工程は、作業効率の観点から５秒以下で行われるのが好ましい。

【0019】

第１検査ステージ５０では、１画素の分解能が２０μｍ/ｐｉｘｅｌ以下の撮像が可能なラインカメラ５１を使用しており、これにより、３０μｍ以上の大きさの欠陥の検出可能としている。また、ラインカメラ５１による画像は、上記欠陥と、アルミニウム基板２０の表面に存在するＰＶＡ砥石による研削目とを判別でき、欠陥領域を正確に抽出することができる。

【0020】

ここで、ラインカメラ５１が３０μｍ以上の大きさの欠陥を検出するようにしたのは、アルミニウム基板２０では、表面に膜厚１０μｍ程度のＮｉ－Ｐめっきを行った後に、研磨による鏡面加工を施すので、３０μｍ以下の表面欠陥があっても、鏡面加工後にもそのまま欠陥として残る可能性が低いためである。また、３０μｍ以上の大きさの欠陥が捉えられれば、欠陥の７０％以上がカバーされ、逆に、３０μｍ未満の微小な欠陥も検出しようとすると、検出時間が多くなるとともに誤検出も多くなるため、非効率となる。
なお、ラインカメラ５１の１画素の分解能の下限値は、検査時間を考慮して、１μｍ／ｐｉｘｅｌ以上であることが好ましい。

【0021】

そして、第１検査ステージ５０において欠陥が検出されなかったアルミニウム基板２０は、ローディングステージ４０に搬送され、表面側の表面検査を終了する。一方、欠陥が検出されたアルミニウム基板２０は、回転台３０と共に第２検査ステージ６０に搬送される。第２検査ステージ６０は、アルミニウム基板２０の表面の任意の箇所を拡大観察可能なエリアカメラ６１を備える。

【0022】

そして、エリアカメラ６１の下方に搬送された回転台３０はＸ方向に移動、また必要に応じて回転し、第１検査ステージ５０で検出されてコンピュータ８０の記憶部に記憶された欠陥領域を、エリアカメラ６１の視野内に位置させて該欠陥領域の拡大画像を撮像する。この拡大画像の撮像は、第１検査ステージ５０で検出された全欠陥領域について順次行われる。また、エリアカメラ６１で撮像された拡大画像も、表示部８１に表示される。

【0023】

エリアカメラ６１での観察では、検出された微小な欠陥が、表面に付着した埃か、又は実欠陥かを判別可能であり、また実欠陥の場合には、欠陥発生原因を特定可能な、明瞭な画像が要求される。このため、エリアカメラ６１には、１画素の分解能が０．５μｍ/ｐｉｘｅｌ以下のものが使用される。

【0024】

即ち、エリアカメラ６１には、３０～５０μｍの比較的小さい欠陥が、表面に付着した埃か、又は実欠陥かを判別するために、少なくとも０．５μｍ／ｐｉｘｅｌの解像度のもが使用される。これは、より高解像度のエリアカメラ６１を使えば、より微小な欠陥は見やすくなるものの、１００μｍを超えるような大きい欠陥は全体像が捉えにくくなるといったデメリットがあるため、最適な倍率としてピクセルサイズが０．５μｍの解像度を有するエリアカメラ６１が好適に選択される。
なお、エリアカメラ６１の１画素の分解能の下限値は、検査時間を考慮して、０．０５μｍ／ｐｉｘｅｌ以上であることが好ましい。

【0025】

図２は、エリアカメラ６１で撮像された各欠陥領域２１の画像を、その位置と共にコンピュータ８０の表示部８１上に表示した一例である。図２に示すように、画面左上段には、３か所の欠陥領域２１のアルミニウム基板２０上の位置が表示され、画面左下段には、それぞれの欠陥画像２２が表示され、画面右側には、選択された欠陥の拡大画像２３（図では、３つの欠陥の内、２番目の欠陥が選択されている）が表示されている。図２に示す欠陥画像２２Ａ、及び２２Ｃは、実欠陥であるピット欠陥（押込み疵及びスクラッチ）であり、欠陥画像２２Ｂは、アルミニウム基板２０の表面に付着した埃である。

【0026】

作業者は、画面下段に表示されている欠陥画像２２を順次指定して、その拡大画像２３を画面右側に表示して、この欠陥がアルミニウム基板２０の表面に付着した埃か、又は実欠陥かを目視により判別する。欠陥が埃であると判別した場合は、画面上のＯＫエリアをタッチした後、画像保存エリアをタッチして画像及び判別結果を保存する。一方、欠陥が実欠陥であると判別した場合は、画面上のＮＧタッチした後、画像保存エリアをタッチして画像及び判別結果を保存する。その際に、欠陥のカテゴリーを入力し、ＮＧ，ＯＫ情報とともに保存してもよい。

【0027】

また、第１検査ステージ５０及び第２検査ステージ６０で撮像した画像データ、欠陥の位置、欠陥の大きさは、予め設定した欠陥のカテゴリーの情報と共にデータとしてコンピュータ８０の記憶部に蓄積しておけば、ＡＩ技術などを利用して、新たに得られた欠陥画像を、該データと比較して、欠陥がアルミニウム基板２０の表面に付着した埃か、実欠陥かを自動的に判別することもできる。

【0028】

なお、検出される主な欠陥としては、以下のものがある。
１.ピット欠陥（窪み系欠陥）
押込み疵：アルミニウム粉や砂、金属の微粉などを押し込んでできた窪み。
打痕系：何かをアルミニウム基板の表面に当てたり、引っ掻いてしまってできた疵。
スクラッチ：研削中に異物を巻き込んでできた深い疵。
２.付着系欠陥
ステイン、乾燥ムラなどのしみ。程度のひどいものは欠陥となる。
３.埃
表面に載っているだけの埃。
以上の欠陥のうち、１.と２.が実欠陥であり、３.の埃と区別する必要がある。

【0029】

なお、本実施形態では、レーザ顕微鏡７１を備えた第３検査ステージ７０を有しており、第２検査ステージ６０において拡大画像が撮像されたアルミニウム基板２０が、回転台３０と共に第３検査ステージ７０に搬送される。

【0030】

レーザ顕微鏡７１は、第１、第２検査ステージ５０，６０で検出された３０μｍ以上の大きさの欠陥をレーザ測定して欠陥の深さを測定する。図３は、レーザ顕微鏡７１により得られた欠陥の断面プロファイルの一例であり、欠陥の大きさと深さを示している。このように、第２検査ステージ６０の拡大画像に加えて、欠陥の大きさや深さを併せて測定することで、欠陥がアルミニウム基板２０の表面に付着した埃か、又は実欠陥かを判別するようにしてもよい。さらに、欠陥の断面プロファイルをもとに、表面欠陥の種類や、欠陥の発生原因を推定するようにしてもよい。なお、凹凸測定を十分な精度で行うことが可能な装置であれば、レーザ顕微鏡７１の替わりに、例えば、白色干渉顕微鏡を用いてもよい。

【0031】

上記により、１枚のアルミニウム基板２０について表面側の表面欠陥の検査を終了する。そして、表面側の検査が終了したアルミニウム基板２０を、ローディングステージ４０に搬送して、ロボットなどにより裏返して裏面側の表面欠陥の検査が同様に行われる。

【0032】

そして、基板表面欠陥検査システム１０による検査結果に基づいて、実欠陥が認められなかったアルミニウム基板２０は、検査台１１から搬出され、Ｎｉ－Ｐめっきなどの後工程に送られる。また、実欠陥が検出されたアルミニウム基板２０は、欠陥の程度に応じて欠陥の合格もしくは不合格の判定が行われる。

【0033】

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、本実施形態では、第３検査ステージ７０の断面プロファイルも考慮して、欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別しているが、本発明はこれに限らず、第２検査ステージ６０の拡大画像に基づいて、欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別するようにしてもよい。

【0034】

また、本実施形態では、第２検査ステージ６０のエリアカメラ６１によって撮像された拡大画像を用いて、欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別するようにしているが、本発明はこれに限らない。例えば、第１検査ステージ５０で高い分解能を持ったラインカメラ５１により、高解像度の画像を高速処理により所望の検査時間で検査できる場合には、第１検査ステージ５０の画像を拡大して表示することで、欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃か判別し、エリアカメラ６１による撮像を省略することもできる。

【0035】

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 磁気ディスク用アルミニウム基板における表面の欠陥を検出する基板表面欠陥検査方法であって、
前記アルミニウム基板の全面を撮影して得られた画像を用いて、３０μｍ以上の大きさの欠陥を含む欠陥領域を抽出する第１検査工程と、
前記第１検査工程により抽出された前記欠陥領域の画像に基づいて、前記欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別する第２検査工程と、
を備える基板表面欠陥検査方法。
この構成によれば、ＰＶＡ砥石を用いて鏡面仕上げされたアルミニウム基板の表面を短時間で効率よく検査して、微小な欠陥を検出すると共に、該欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別することができる。

【0036】

（２） 前記第２検査工程は、前記第１検査工程により抽出された前記欠陥領域を撮像して得られた画像に基づいて、前記欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別する、（１）に記載の基板表面欠陥検査方法。
この構成によれば、欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを効率よく判別することができる。

【0037】

（３） 前記３０μｍ以上の大きさの前記欠陥領域をレーザ顕微鏡または白色干渉顕微鏡で測定して、該欠陥の深さを得ることで、前記欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かを判別する、（１）又は（２）に記載の基板表面欠陥検査方法。
この構成によれば、欠陥が表面欠陥か表面に付着した埃かをより正確に判別することができる。

【0038】

（４） 前記第２検査工程は、前記表面欠陥のうち、欠陥工程推定のための欠陥の特徴をさらに判別する、（１）～（３）のいずれかに記載の基板表面欠陥検査方法。
この構成によれば、欠陥の特徴が判別でき、欠陥の発生原因を推定することができる。

【0039】

（５） 前記第１検査工程において、前記アルミニウム基板の全面の画像は、ラインカメラによって撮像される、（１）～（４）のいずれかに記載の基板表面欠陥検査方法。
この構成によれば、アルミニウム基板の全面を短時間で効率よく撮像することができる。

【0040】

（６） 前記第１検査工程において用いる画像は、１画素の分解能が２０μｍ／ｐｉｘｅｌ以下であり、
前記第２検査工程において用いる画像は、1画素の分解能が０．５μｍ／ｐｉｘｅｌ以下である、（１）～（５）のいずれかに記載の基板表面欠陥検査方法。
この構成によれば、欠陥の有無の検出、及び、欠陥が埃か実欠陥であるかを判別するのに十分な解像度を有する画像が得られる。

【符号の説明】

【0041】

１０ 基板表面欠陥検査システム
２０ アルミニウム基板（磁気ディスク用アルミニウム基板）
２１ 欠陥領域
２２ 欠陥画像
５１ ラインカメラ
６１ エリアカメラ
７１ レーザ顕微鏡

【図1】

【図2】

【図3】