JPH08507384A - 小さいスペーシングの干渉測定に関して、強度を較正し干渉縞のオーダを決定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 接触までの小さいスペーシングを測定するための装置および方法は、干渉縞強度較正を使用して、そのうちの１つ（１０）が透明である２つの物体（１０，１２）の間のスペーシングにより生じる２つ以上の単色または準単色の干渉パターンの最大および最小の強度を較正する。強度の較正は、スペーシング（５１）を、使用している光または他の電磁放射の波長の少なくとも１／４変化させるとともに各々の色（２）の最大および最小の干渉縞の強度を測定することにより行なわれる。スペーシングを変化させることによって較正することにより、使用している放射の各々の波長に関して干渉縞のオーダを計算できるようになる（２６）。この較正の手順により、干渉パターンの干渉縞のオーダが計算できるだけでなく、放射の最大および最小の強度が得られるようになる。得られた最大および最小の強度ならびに干渉縞のオーダで、スペーシングは干渉法理論から容易に計算される。

Description

【発明の詳細な説明】 小さいスペーシングの干渉測定に関して、 強度を較正し干渉縞のオーダを決定する 方法および装置 発明の背景 コンピュータの動作速度の急速な増加により、データ記憶容量とアクセス速度 に対してかなりの需要が生じている。ハードディスクドライブは確実に発展して おり、容量と速度との要求に対してコストの効率のよい解決を提供している。デ ータ記憶密度の増加およびディスクドライブの小型化により、携帯用小型コンピ ュータでも大量のオンラインディスク記憶装置にアクセスすることができるよう になった。 ディスクドライブにおいて、ヘッド−媒体速度は、ヘッドとディスクとの間で エアベアリングが発生される程度のものである。速度が速くなると、エアベアリ ングも増加する。したかって、ヘッド／媒体のスペーシングを増加する傾向に逆 らう手段がなければ、損失が生じてしまう。 ハードディスクドライブの製造業者は、典型的には、ドライブが仕様にあわな いときに組立作業が済んでからドライブを再加工しないですむように、ヘッド／ ジンブルアセンブリを組立てる前にすべてのヘッド／ジンブルアセンブリの浮動 の高さ（flying height）を測定する。１ミクロンを上回るヘッド／媒体のスペ ーシングは、単色干渉縞カウント法を使用して測定でき、白色光干渉法では２５ ０な いし７５０ｎｍというより大きい分解能があるため、１ミクロン未満のスペーシ ングは白色光干渉法を使用して測定される。強め合うまたは打消し合う干渉の結 果異なる色の干渉縞が生成され、これらの干渉縞はニュートンのカラーチャート （Newton's color chart）と比較されるか、または分光計により分析される。こ の技術は現在の工業規格であるが、１５０ｎｍ未満のスペーシングでは、色は消 えてしまい、適度な正確さで解析することができない。 小さいスペーシングの測定のための種々の他の方法が開発されてきたが、これ らの方法では依然として接触までのスペーシングを正確に測定することができな い。その一例は、フリッジ（Fridge）他による米国特許番号第４，５９３，３６ ８号である。この特許は、高周波数帯域の光にさらされると一方が透明である２ つの表面の界面で生成される白色干渉縞の色を分析するためにコンピュータ化さ れた分光測光器を使用することを開示している。この測定システムおよび測定法 は、以下の不利な点を有する。すなわち、１）非常に小さいスペーシング（λ／ ５未満）では、はっきりした有色縞は生成されない。したがって、この小さいス ペーシングでは、波長の関数としての光の強度の比較的小さい変化がコンピュー タ化された分光測光器により測定される。波長（色）の関数としての強度の測定 可能な変化はλ／５未満のスペーシングではかなり小さくなるため、そのような 小さいスペーシングに関する測定値の信号対ノ イズ比はかなり減少する。さらに、２）使用される分光測光器では、測定のため に使用される光のスペクトラムに関する強度データを得るのに０．０５秒必要で ある。データ獲得のためにこのように長い時間が必要であるため、１０Ｈｚを上 回るスペーシングの動的測定は不可能となる。 タナカ他により開示された方法（米国特許番号第４，６３０，９２６号）では 、ヘッド／ディスクのスペーシングを動的に測定するために干渉計が使用される 。モノクロメータを備えるキセノン光源は単色光を生成し、この単色光は、透明 なガラスディスクとスライダとの間のスペーシングがλ／４を上回る分変化する ように傾けられるスライダの長さにわたって向けられる。スライダがディスクに 関して傾斜しており、かつスペーシングがλ／４を上回る分変化するような場合 、干渉縞の強度の少なくとも１つの最大値および少なくとも１つの最小値が生じ る。タナカ他は、２ビームおよび多ビーム（繰返し）干渉法理論によると干渉縞 の強度の最大値および最小値（極点）で同じスペーシングとなることを教示して いる。したがって、極点では、より単純な２ビーム理論が使用される。タナカ他 はまた、１）干渉縞の極点、したがって、スライダに沿って異なるポイントでス ペーシングの測定を得るため、および２）どのオーダの干渉縞が検出されている かを確かめるために、使用されている光の波長を変えている。 タナカ他のシステムは、使用されている単色光のλ／４ 未満のスペーシングを測定できず、かつ低速すぎるためエアベアリング共振を測 定できないという点で制限される。タナカ他のシステムは１５．８ｋＨｚの周波 数でクロックされ、２０ｋＨｚ以上の典型的なエアベアリング共振を測定できな いようになっている。 スライダ／ディスクのスペーシングを測定する他の方法は、アメリカン・ソサ イエティ・オブ・メカニカル・エンジニアーズ（the American Society of Mech anical Engineers）により論文87-Trib-23として分配されたオオクボ他による論 文「可視レーザ干渉法を使用する気体潤滑されたスライダベアリング分離の正確 な測定」（Accurate Measurement of Gas-lubricated Slider Bearing Separati on Using Visible Laser Interferometry）に記載されている。この論文は、カ リフォルニア州サンタクララ（Santa Clara）のプロクイップ社（ProQuip，Inc ．）により米国で販売されているFM 8801レーザベース浮動の高さ測定システム （FM 8801 Laser-Based Flying Height Measuring System）の動作基準を記載し ている。オオクボ他の論文に記載されているように、このシステムはＨｅＮｅレ ーザ源を使用している。レーザからのビームはビームスプリッタを通過し、ここ でこのビームの一部分が、レーザ源の強度のばらつきを検出する基準光検出器に 向けられる。レーザビームの残りの部分はビーム拡大器を通過し、その後、光を スライダ／ガラスディスク界面にフォーカスするレンズを通 過する。この光により、干渉縞が生じ、この干渉縞は干渉縞の強度を測定するた めに使用される第２の測定光検出器にフォーカスされる。この２つの光検出器か らの測定信号および基準信号は、増幅器を介して、干渉信号が入力レーザの強度 に正規化されるように分割器回路に送られる。この分割器から、信号はＡ／Ｄ変 換器を介してデスクトップコンピュータに送られ処理される。このデスクトップ コンピュータは、ディスクが高速から低速に変化している間に干渉強度をデジタ ル化する。 オオクボ他は、ディスク速度が変化している間、浮動の高さがλ／２を上回る 分減少していることを示している。浮動の高さが変化するため、干渉強度は干渉 縞の強度の少なくとも１つの最大値および少なくとも１つの最小値を検出するの に十分に変化する。これらの最大および最小の干渉縞の強度は参照のために記録 される。この参照のための干渉縞の強度の最大値および最小値を用いて、強度か らスペーシングを決定するために多ビーム（繰返し）干渉法理論が適応される。 しかしながら、単色の干渉強度はスペーシングの周期関数であるため、スペーシ ングを最終的に決定する「干渉縞のオーダ」がわからなければならない。この「 干渉縞のオーダ」はｎ＝１，２，３に関してｎ／４λないし（ｎ−１）／４λの スペーシングの間隔として正確に規定される。干渉強度ならびに参照のための最 大および最小の干渉縞の強度が与えられたとすると、干渉法理論か らスペーシングを計算するために干渉縞のオーダｎが決定されなければならない 。オオクボ他の論文によると、干渉縞のオーダはディスク速度を減少させること によりスライダをディスクにのせ、かつ干渉強度をモニタリングすることにより 決定される。スペーシングが測定ポイントから、ｎ＝１の干渉縞のオーダである と仮定される最小のスペーシングまで低減される間に、干渉縞のオーダは、干渉 強度が最大値まで上昇するまたは最小値まで下降する回数を数えることにより決 定できる。 オオクボ他のシステムは、以下の不利な点を有する。すなわち、１）スライダ は、単にディスク速度を変化させることにより浮動の高さが約λ／２まで上昇す るような設計を有していなければならないこと、２）スライダは、スペーシング の較正に関して干渉縞のオーダを決定するためにガラスディスクの上にのせられ ていなければならないこと、および、３）干渉縞の強度が最小であるかまたは最 大であるポイントで、干渉強度／スペーシング曲線の傾斜は０になることである 。これらのポイントでは、電子強度測定におけるノイズにより、干渉縞の最大値 または最小値ではない他のスペーシングに関するスペーシング測定において大き な誤差を生じる。 上述の不利な点により以下の問題が生じ得る。すなわち、１）非常に低い浮動 の高さのために設計された新しいジオメトリを有する新しいスライダは、ディス ク速度が非常に 高速でもλ／２ほど高くは浮かず、したがってオオクボ他の方法はそのようなも のに関しては作用しないであろうということ、および２）スライダをディスクに のせる（干渉縞のオーダを決定するために必要）ことにより、スライダのエアベ アリング表面にいくらかの損傷を生じ得ることである。多くの製造業者は適切な 浮動の高さを保証するためにすべてのスライダアセンブリをテストするため、テ スト中にエアベアリング表面に損傷を与える可能性があるということは非常に望 ましくないことである。さらに、３）干渉縞の最大値および最小値でのスペーシ ング測定における比較的大きい誤差は、「強度修正」およびデータの「円滑化」 により減少される。これらの手順により、最終的に計算されるスペーシングにさ らなる誤差を生じ得るという不利な点もある。 磁気記録技術が向上し続けているように、スライダの浮動の高さは１００ｎｍ 未満まで減少し続けなけれはならない。さらに、より小さいスペーシングを可能 にするために隙間に流体を使用し始めている製造業者もある。このスペーシング も測定されなければならない。この特許において開示される発明は、スライダを ディスクにのせる必要なくそのような浮動の高さを静的および動的に測定するか 、または単にディスク速度を変化させることによってスペーシングをλ／２を上 回るように増加させることを意図している。 この特許において開示される強度の較正および干渉縞のオーダの決定方法はま た、スペーシングが接触ポイントまで減少される他の測定にも応用でき、特に、 透明なプローブを使用する微小硬さテスタは、この干渉強度較正法を使用して表 面とプローブとの間のスペーシングの干渉測定で実現され得る。 発明の概要 この発明のある利点は、透明な物体と反射性表面との間の静的または動的スペ ーシングを測定するための装置を提供することであり、スペーシング（接触まで ）は空気または流体である。 別の利点は、干渉縞のオーダを定めるために、ディスク上にスライダを接触さ せることを必要としない、浮動の高さを測定するための装置を提供することであ る。 この発明のさらに別の利点は、干渉縞の最大および最小強度を定めるために較 正の手順を用いるが、照射の強度または表面の反射性における変化に敏感ではな い浮動の高さ試験器（フライング・ハイト・テスタ）を提供することである。 この発明のさらに別の利点は、ディスク全体に関してディスク表面の粗さを測 定することのできる装置を提供することである。 例示的な実施例において、動的フライング・ハイト・テスタは、水銀アーク灯 光源を用いて、光の３つの別個の波 長を与え、そのため３つの異なる干渉縞が発生する。水銀アーク灯からの光は、 透明ディスクの表面に実質的に垂直に、ディスクを介し、スライダへと向けられ 、その上に磁気ヘッドが装着される。スライダから、およびスライダに最も近い ディスクの表面から反射した光は、組合わされ、３つの波長の各々で強め合うお よび弱め合う干渉に関してスペクトル的に分析される。このスペクトル的分析は 、波長識別ビームスプリッタ、測定されるべき個々の波長の各々のためのフィル タ、および各波長のための高速光検出器を含む検出器アセンブリによって達成さ れる。顕微鏡が、干渉縞のパターンの目視でのモニタリングのためのビデオモニ タに接続される。 較正の手順は、使用されている色の各々について干渉縞の最大および最小強度 を定めるため、および干渉パターンの正しい干渉縞のオーダを特定するために、 ヘッドを部分的にアンロード（unload）しなから、すべての色の強度を測定する ことを含む。較正のための部分的なアンロードは、ごく小さな距離、０．２５μ ｍのオーダで検出アセンブリからヘッドを遠ざけるために使用される回転ヘッド アンロードによって実現される。示される回転アンロード機構に加えて、ヘッド とディスクとの間のスペーシングが４分の１波長以上変わることを引起こす何ら かの機械的装置が用いられて、較正のために必要なスペーシングの変化を引き起 こしてもよい。 ディスク速度またはヘッド／ディスク相対位置等のあるパラメータが、較正の 後、所望の測定の前に変わるかもしれないので、測定トレースの干渉縞のオーダ を定めるための「フォロー」トレースが形成される。フォロートレースは、較正 トレースと測定トレースとの間に何らかの変化が起こる間に行なわれるスペーシ ング測定からなる。フォロートレースはしばしば、較正手順と測定との間にヘッ ド／ディスクシステムに変化が起こるときの干渉縞のオーダを辿ることを必要と する。 較正トレースおよびフォロートレースが一旦分析されれば、絶対干渉強度基準 がわかり、測定のための干渉縞のオーダがわかる。したがって、浮動の高さの測 定は、測定された強度と理論的な強度対スペーシングの関係と比較することによ って達成される。スペーシングの測定は、スペーシング対ディスクの角度位置ま たはスペーシング対時間として示すことができる。また、平均スペーシング、最 大スペーシング、最小スペーシング等のパラメータを、動的スペーシングデータ から計算でき、将来の参照のために記録できる。 代替的な光源として、各レーザが異なる波長の光を放射する複数のレーザであ ってもよく、波長は、好ましくは小さなスペーシングの測定を可能にするために 比較的短い。 第１の実施例において、本発明は、透明物体と反射性表面との間のスペーシン グを決定するための装置を含み、こ の装置は、複数の波長λの光を放射するための光源と、透明物体と反射性表面と の間の目標位置に光路に沿って光の第１の部分をフォーカスし、反射された光を 目標位置から受取るための顕微鏡アセンブリとを含み、反射された光は、透明物 体とスペーシングとの間の界面から反射された光と、スペーシングと反射性表面 との界面から反射された光との組合せであり、この装置はさらに、透明物体を目 標位置に関して実質的に固定された高さに維持するための支えと、反射性表面を 保持し、実質的に光路に沿って反射性表面を少なくともλ／４だけ目標位置から 離れるように動かすための移動可能な装着アームと、検出器アセンブリとを含み 、検出アセンブリは、各光検出器について、反射された光の組合せによって形成 された干渉縞のパターンを１つの電気信号に変換するための複数の光検出器を含 み、１つの光検出器が複数の波長の各々に対応し、検出器アセンブリはさらに、 複数の波長の各々をその対応する光検出器に分配するための少なくとも１つのビ ームスプリッタと、少なくとも１つのビームスプリッタと複数の光検出器との間 に配置される複数のフィルタとを含み、各フィルタは複数の波長のうちの１つを それに対応する光検出器に選択的に通し、さらに各電気信号を受取ってそれから 情報を発生して透明物体と反射性表面との間のスペーシングを決定するためのプ ロセッサを含む。付加的に、反射性表面を目標位置から動かしてスペーシングを 増大させるように装着アームを旋 回させることによって複数の波長の各々についてプロセッサが較正されてもよい 。さらに、支えは回転可能な主軸を含んでもよい。装着アームはまた、ヘッドア センブリを保持するために張力がかけられた薄い可撓性のバンドを含んでもよい 。たとえば、薄い可撓性のバンドは薄いポリエステル膜であってもよい。 第２の実施例においては、本発明は、ハードディスクとヘッドアセンブリとの 間のスペーシングを決定するための装置を含み、ヘッドアセンブリおよびハード ディスクのうちの少なくとも１つが透明部分を有し、この装置は、複数の波長λ の光を放射するための光源と、光路に沿って光の第１の部分を目標位置にフォー カスし、目標位置から反射された光を受取り、光の第２の部分との共通光路に沿 って反射された光を配向するための顕微鏡アセンブリと、ハードディスクの上面 と下面とのうちの少なくとも１つが実質的に目標位置に配置されるように、ハー ドディスクをヘッドアセンブリからある高さだけ離して維持するための支えと、 ヘッドアセンブリを解放可能に保持し、かつヘッドアセンブリを実質的に光路に 沿って目標位置にまたは目標位置から少なくともλ／４だけ動かすための旋回可 能な装着アームと、検出器アセンブリとを含み、検出器アセンブリは、各光検出 器について、反射された光と光の第２の部分との組合せによって形成された干渉 縞のパターンを１つの電気信号に変換するための複数の光検出器を含み、複数の 波長の各々に１つの光検出器が対応し、検出器アセンブリはさらに、複数の波長 の各々をその対応する光検出器に分配するための少なくとも１つのビームスプリ ッタと、少なくとも１つのビームスプリッタと複数の光検出器との間に配置され る複数のフィルタとを含み、各フィルタは複数の波長のうちの１つをそれに対応 する検出器に選択的に通し、さらに、各電気信号を受取り、それから情報を発生 して、ヘッドアセンブリとハードディスクとの間のスペーシングを決定するため のプロセッサを含む。第２の実施例はさらに、ＣＣＤカメラと、干渉縞のパター ンの１つを見るためのビデオモニタとを含んでもよい。プロセッサはさらに、ア ナログ−デジタルコンバータと、電気信号のうちの少なくとも１つを記憶するた めのメモリとを含んでもよい。ある実施例では、ハードディスクは透明であり、 光の第１の部分はヘッドアセンブリ内のスライダから反射される。その代わりに 、ヘッドアセンブリは透明スライダを有してもよく、ハードディスクは磁気記憶 ディスクであってもよい。ある実施例では、光源は水銀アーク灯であり、別の実 施例では光源は複数のレーザである。 第３の実施例では、本発明は、磁気ヘッドアセンブリとハードディスクとの間 のスペーシングを決定するための装置であって、この装置は、複数の波長の光を 放射するための光源と、光路に沿って光の少なくとも一部分を目標位置にフォー カスするための顕微鏡アセンブリとを含み、反射 された光は、スペーシングの上方の境界と下方の境界とから反射された光の組合 せであり、さらに上面と下面とを有する透明ディスクを含み、透明ディスクは磁 気ヘッドに対して回転させるための主軸に装着され、下面は上方の境界であり、 さらに、磁気ヘッドアセンブリを解放可能に保持して、磁気ヘッドアセンブリを 実質的に光路に沿って目標位置におよび目標位置から動かすための旋回可能な装 着アームを含み、磁気ヘッドアセンブリは下方の境界であり、さらに検出器アセ ンブリを含み、検出器アセンブリは、各光検出器について、反射された光によっ て形成された干渉縞のパターンを１つの電気信号に変換するための複数の光検出 器を含み、複数の波長の各々に１つの光検出器が対応し、検出器アセンブリはさ らに、複数の波長の各々の光をその対応する光検出器に配向するための少なくと も１つのビームスプリッタと、少なくとも１つのビームスプリッタと複数の光検 出器との間に配置される複数のフィルタとを含み、各フィルタは複数の波長のう ちの１つをその対応する光検出器に選択的に通し、さらに、電気信号の各々を受 取って、それから情報を発生して、磁気ヘッドとハードディスクとの間のスペー シングを決定するためのプロセッサを含む。プロセッサは、磁気ヘッドを目標位 置から動かすように装着アームを旋回させてスペーシングを変えることによって 、複数の波長の各々について較正され得る。光源は水銀アーク灯であってもよい 。 第４の実施例において、本発明はさらに、透明物体と反射性表面との間のスペ ーシングを測定するための方法として実施することができ、この方法は、複数の 波長を有する光を放射するための光源を選択するステップと、光の第１の部分が スペーシングと透明物体との間の界面によって反射され、かつ光の第２の部分が 透明物体を通過してスペーシングと反射性表面との間の界面によって反射される ように、光を光路に沿って目標位置に配向するステップと、第１の部分と第２の 部分との組合せが干渉縞のパターンを形成するように２つの界面から反射された 光を受取るステップと、１つの干渉縞のパターンが複数の波長の各々に対応する ように干渉縞のパターンを光学的に分離するステップと、分離された干渉縞の各 々を電気信号に変換するステップと、各電気信号をデジタル化するステップと、 プロセッサを用いてデジタル化された電気信号の各々を処理して、各干渉縞のパ ターンの最大および最小光強度を決定するステップと、複数の波長の各々につい て、各干渉縞のパターンの光強度とその対応する波長との相関関係を比較するこ とによってスペーシングを決定するステップとを含む。この方法はさらに、スペ ーシングを少なくともλ／４だけ増大するように反射性表面を目標位置から離れ るように動かし、反射性表面が動いているときに各波長についての干渉縞のパタ ーンの最大および最小光強度を記録することによってプロセッサを較正するステ ップを含んでもよい。 本発明の第５の実施例は、複数の波長λで放射する光源を有する干渉計を用い て反射性表面と透明な表面との間のスペーシングを決定するためのプロセッサを 較正する方法であって、この方法は、光源からの光の少なくとも一部を光路に沿 ってそのスペーシングでフォーカスするステップと、スペーシングが光路に沿っ て増大されるように透明な表面と反射性表面のうちの１つを移動可能な装着アー ムに装着するステップと、透明な表面とスペーシングとの間の第１の界面から、 およびスペーシングと反射性表面との間の第２の界面から反射された光を受取る ステップと、複数の波長λの各々について反射された光から干渉縞のパターンを 発生するステップと、移動可能な装着アームを動かすことによりスペーシングを 増大させるステップと、移動可能な装着アームが動いている間に、干渉縞のパタ ーンの最大および最小光強度を記録するステップとを含む。この方法はさらに、 各波長λの強度対スペーシングのルックアップテーブルを生成するステップと、 記録された最大および最小光強度をルックアップテーブルからの理論上の強度と 比較することによってスペーシングの選択された増分の各々について平均二乗誤 差を計算するステップと、最小の平均二乗誤差を有する選択された増分に従って 最初のスペーシングを選択するステップとをさらに含んでもよい。 第６の実施例は、ヘッドアセンブリとハードディスクとの間のスペーシングを 測定するための方法であって、この 方法は、ヘッドアセンブリおよびハードディスクのうちの１つを透明な代用物に 置き換えるステップと、ディスクに向かってバイアスされたヘッドアセンブリま たは代用ヘッドアセンブリのうちの１つをスライダが含む状態で、主軸の上のハ ードディスクまたは代用ディスクのうちの１つを含むディスクを回転させるステ ップと、スライダとディスクとの間の目標位置にフォーカスされるように透明な 代用物の少なくとも一部を介して複数の波長を有する光を光路に沿って配向する ステップと、目標位置に最も近い透明な代用物の表面から反射された光、および どちらが透明な代用物により置き換えられたかに応じてスライダまたはディスク の表面から反射された光を受取って、各表面から反射された光が組合されて干渉 縞のパターンを生成するようにするステップと、１つの干渉縞のパターンが複数 の波長の各々に対応するように干渉縞のパターンを光学的に分離するステップと 、分離された干渉縞のパターンの各々を電気信号に変換するステップと、各電気 信号をデジタル化するステップと、プロセッサを用いてデジタル化された電気信 号の各々を処理して、干渉縞のパターンの各々の最大および最小光強度を決定す るステップと、複数の波長の各々について、各干渉縞のパターンの測定された光 強度と理論上の光強度との間の相関関係を比較することによってスペーシングを 決定するステップとを含む。この方法はさらに、スペーシングを増大するために スライダを目標位置から離 れるように動かし、スライダが動いている間に干渉縞のパターンの最大および最 小光強度を記録することによってプロセッサを較正するステップを含んでもよい 。付加的に、この方法はさらに、較正するステップの間に記録された強度の測定 値を用いて干渉縞のオーダを決定するステップを含んでもよい。正しい干渉縞の オーダは、測定値を前の測定値の固定範囲内であるようにすることによって保証 され得る。 本発明の第７の実施例は、表面の粗さおよび硬さを同時に測定するための方法 であって、この方法は、複数の波長λを有する光を第１の部分と第２の部分とに 分割するステップと、透明なプローブと表面の第１の位置の表面との間の界面に 向かって第１の部分を光路に沿って配向するステップと、プローブに負荷セルを 取付けるステップと、界面から第１の部分を反射させるステップと、反射された 第１の部分と第２の部分とを組合せて干渉縞のパターンを生成するステップと、 各波長λについて干渉縞のパターンの最大および最小強度を記憶するステップと 、最大および最小強度を用いてスペーシングを計算するステップと、プローブを 表面に向かって動かし、かつ継続的に干渉縞のパターンを生成しそれらの最大お よび最小強度を記憶するステップと、プローブが表面を変形させている間にプロ ーブと表面との間の接触負荷を検出するステップとを含む。 第８の実施例は、透明物体と反射性表面との間のスペー シングの測定のための干渉システムにおいて正しい干渉縞のオーダを決定するた めの方法に関し、この方法は、複数の波長の光を放射するための光源を選択する ステップと、スペーシングからの反射によって干渉システム内で生成された干渉 縞を検出するステップと、各干渉縞をその波長に従って分離するステップと、各 波長について正規化された強度対スペーシングの理論上のプロットを生成するス テップと、スペーシングを変えながら、測定されて正規化された強度を正規化さ れた強度の理論上のプロットと比較するステップとを含む。 本発明の第９の実施例は、第１の表面の粗さおよび硬さを同時に測定するため の干渉装置であって、この装置は、第１の波長および第２の波長を有する光を生 成するための光源と、第１の表面の近傍に位置される測定プローブとを含み、測 定プローブは第１の表面に隣接した表面を有し、測定プローブの表面および第１ の表面が、分離距離を有するプローブから表面までのスペーシングを規定し、さ らに、第１および第２の波長の光を、分離距離を有するプローブから表面までの スペーシングに配向するための光学装置を含み、そのため第１の表面および測定 プローブ表面から反射された光が第１の波長干渉信号と第２の波長干渉信号とを 生成し、第１および第２の波長干渉信号は、プローブから表面までのスペーシン グの分離距離によって決定される特徴を有し、さらに、第１および第２の波長干 渉信号の強 度を測定するための検出器と、第１および第２の波長に対応する第１および第２ の較正干渉縞パターンを得ながら、プローブから表面までのスペーシングの分離 距離を変えるための較正コントローラと、第１および第２の波長干渉信号の測定 された強度を分析し、それからプローブから表面までのスペーシングの分離距離 を導出するためのプロセッサと、測定プローブに取付けられる負荷セルとを含み 、負荷セルは、測定プローブが第１の表面に接触し、これを変形しているときの 測定プローブと第１の表面との間の接触負荷を検出する。プロセッサはさらに、 光の第１の波長に対応する第１の組の理論上の干渉信号強度データと光の第２の 波長に対応する第２の組の理論上の干渉信号強度データとを含むルックアップテ ーブルと、測定された強度をルックアップテーブルの理論上の強度と比較してス ペーシングを決定するためのコンパレータとを含んでもよい。光源はさらに、水 銀アーク灯またはレーザを含んでもよい。付加的に、光学装置はさらに顕微鏡ア センブリを含んでもよい。ある実施例では、検出器は、光検出器または光検出器 アレイのうちのいずれか１つを含んでもよい。ある実施例では、光源はさらに、 第１の波長の光を生成するための第１のレーザと、第２の波長の光を生成するた めの第２のレーザとを含んでもよい。 本発明の第１０実施例は、表面の粗さおよび硬さを同時に測定するための方法 であって、この方法は、測定すべき 表面に隣接して、プローブと表面との間の分離距離をプローブと表面とが規定す るように、プローブを位置決めするステップと、プローブと表面との間の分離距 離を干渉的に測定するステップと、プローブが表面に接し、これを変形するまで 、プローブを表面に向かって動かすステップと、プローブが表面を変形している 間にプローブと表面との間の接触負荷を検出するステップとを含む。 第１１実施例は、回転ディスクに関してスライダを位置決めするための装置に 関し、この装置は、回転軸を有するディスクと、ディスクの回転軸についてディ スクを回転させ、それによってディスクが回転する第１の面を規定する駆動機構 と、ディスクに近接して位置されるスライダと、ディスクに関して近接した位置 にスライダを保持して、それによってスライダの表面とディスクの表面との間の 分離距離を規定する移動可能な支えと、移動可能な支えを経路に沿って動かして 、スライダを湾曲した経路に沿って動かし、それによって分離距離を変えるため の負荷コントローラとを含む。ある実施例では、負荷コントローラはさらに、ス ライダを湾曲した経路に沿って実質的に環状に動かすための回転ドライブを含む 。その代わりに、負荷コントローラはさらに、スライダを湾曲した経路に沿って 動かしてそれによって第１の面との交差角を形成する第２の面を、第２の面が第 １の面に実質的に垂直になるように、規定するドライバを含む。 第１２実施例は、回転ディスクとスライダとの間の距離を変えるための方法で あって、この方法は、スライダを移動可能な装着アームに装着するステップと、 スライダを湾曲した経路に沿って動かすように装着アームを動かすステップとを 含み、湾曲した経路に沿った少なくとも２つの位置が、スライダとディスクとの 間の２つの異なる分離距離に対応する。ある実施例では、この動かすステップは さらに、スライダを実質的に環状の経路に沿って動かすステップを含む。その代 わりに、この動かすステップは、回転ディスクに実質的に垂直な面を規定する湾 曲した経路に沿ってスライダを動かすステップを含む。 第１３実施例は、第１の波長の第１の干渉較正信号と第２の波長の第２の干渉 較正信号について最大および最小干渉強度を決定する方法であって、第１および 第２の干渉強度信号はスペーシングによって生成され、この方法は、 （ａ） 第１および第２の干渉較正信号が干渉強度の最大および最小値をとる ように、スペーシングを変えながら、第１および第２の干渉較正信号の各々の複 数の測定値を得るステップと、 （ｂ） 第１および第２の干渉較正信号の各々について最初の最大および最小 干渉強度を推定するステップと、 （ｃ） その初期最大および最小推定値を用いて複数の測定値の各々について スペーシングを計算するステップと、 （ｄ） 以下の式に従って、第１および第２の干渉較正 信号の各々について初期最大値のしきい値内の干渉強度の複数の測定値に関して 新しい最大値を計算するステップとを含み、 ここでＩ_MAX,NEWは、最大干渉強度に関して更新された値であり、Ｉ_MAXおよびＩ_MIN は、最大および最小干渉強度 _MAXに対応する−１および＋１に正規化されたその較正点 ケールに正規化されたその点でのスペーシングに関する理論上の強度であり、さ らに （ｅ） 以下の式に従って、第１および第２の干渉較正信号の各々について初 期最小値のしきい値内の干渉強度の複数の測定値について新しい最小値を計算す るステップを含み、 ここでＩ_MIN,NEWは、最小干渉強度に関して更新された値であり、Ｉ_MAXおよびＩ_MIN は、最大および最小干渉強度 びＩ_MAXに対応する−１および＋１に正規化されたその較 のスケールに正規化されたその点でのスペーシングに関する理論上の強度であり 、さらに （ｆ） 初期最小値のしきい値内の干渉強度の複数の測定値の新しい最小値と 、初期最大値のしきい値内の干渉強度の複数の測定値に関する新しい最大値を平 均し、新しい平均最大および新しい平均最小強度を決定するステップと、 （ｇ） 第１および第２の干渉較正信号の各々について、初期最大値および初 期最小値と新しい平均最大値および新しい平均最小値とを比較するステップとを 含む。 この方法はさらに、（ｈ）第１および第２の干渉較正信号の各々について、初 期最大値および初期最小値で新しい平均最大値および新しい平均最小値の収束を チェックするステップを含んでもよい。さらに、この方法は、（ｉ）もしステッ プ（ｈ）における収束のテストがノーであれば、新しい平均最大値および新しい 平均最小値を初期最大値および初期最小値の代わりに用いて、ステップ（ｃ）な いし（ｈ）を繰返すステップを含んでもよい。この方法はまた、第１および第２ の波長の各々について最高および最低測定点を求めてステップ（ａ）で得られた 複数の測定値を調べ、それぞれ第１および第２の波長の各々について最大および 最小干渉強度に関する初期推定値としてこれらの値を用い ることによって、初期最大および初期最小強度を決定するステップを含んでもよ い。 第１４実施例は、小さいスペーシングの寸法を測定するための干渉的方法に関 し、この方法は、小さいスペーシングに複数の波長を有する光を配向するステッ プと、スペーシングからの光の反射によって発生された干渉信号を検出するステ ップと、その波長に従って干渉信号の各々を分離するステップと、複数の波長の 各々について強度の最大値および最小値を生成する範囲にわたってスペーシング を変えることによって、スペーシングの範囲において複数の波長のうちの２つ以 上で干渉信号の強度を測定し、これを記録するステップと、複数の波長の各々に ついて、スペーシングによって生成された干渉信号強度を測定し、これを記録す るステップと、複数の波長の各々について、複数の周期的なスペーシングの寸法 を有する表を構成するステップとを含み、複数の周期的スペーシングの寸法の各 々は、それぞれ複数の波長の各々について測定され、記憶された干渉信号の強度 に対応し、さらに、複数の波長のうちの１つの複数の周期的スペーシングの寸法 を複数の波長のうちの残りに関する複数の周期的スペーシングの寸法と比較して 、正しいスペーシングの寸法を決定するステップとを含む。 第１５実施例は、小さいスペーシングの寸法を測定するための干渉装置に関し 、この装置は、第１の波長および第２の波長を有する光を生成するための光源と 、第１および 第２の波長の光を分離距離を有するスペーシングに配向するための光学装置とを 含み、スペーシングは、第１および第２の境界から反射された光が第１の波長干 渉信号および第２の波長干渉信号を生成するように、第１および第２の境界によ って規定され、第１および第２の波長干渉信号は分離距離によって決定される特 徴を有し、装置はさらに、第１および第２の波長干渉信号の強度を測定するため の検出器と、第１および第２の波長に対応する第１および第２の較正干渉縞のパ ターンを得ながら、分離距離を変えるための較正コントローラと、分離距離に対 応する第１および第２の波長干渉信号の測定された強度を分析し、これから分離 距離を導出するためのプロセッサとを含み、プロセッサはさらに、第１および第 ２の波長干渉信号の測定された強度の各々について複数の周期的スペーシング寸 法を有する表を含み、第１の波長に関する複数の周期的スペーシング寸法の各々 は第１の波長干渉信号の測定された強度に対応し、第２の波長に関する複数の周 期的スペーシング寸法の各々は、第２の波長干渉信号の測定された強度に対応し 、さらに、第１の波長に関する複数の周期的スペーシング寸法についての表のエ ントリを、第２の波長に関する複数の周期的スペーシング寸法の表のエントリと 比較して、正しいスペーシング寸法を決定するためのコンパレータを含む。 図面の簡単な説明 この発明は、添付の図面に関連して、この発明の好まし い実施例の以下の詳細な説明を検討することにより、容易に理解でき、図面にお いて同様の参照符号は同様の部分を参照する。 図１は、この発明の浮動の高さテストアセンブリの線図である。 図２は、検出器アセンブリの線図である。 図３は、代替の光源を備えたアセンブリの線図である。 図４は、スペーシング対回転角度の一連のプロットである。 図５は、スペーシング対時間のプロットである。 図６は、ディスク表面の粗さの測定のためのテストアセンブリの代替構成であ る。 図７は、ヘッドアセンブリをロード／アンロードアームに装着するための装置 の線図である。 図８Ａは、回転アンロード機構の線図での上面図であり、図８Ｂおよび図８Ｃ は、それぞれロードおよびアンロード位置を示す。 図９は、干渉表面粗さ／表面硬さ測定器具の形での代替実施例の線図である。 図１０は強度対スペーシングのプロットである。 図１１は、基準レベル光検出器を含む動的フライング・ハイト・テスタの概略 図を示す。 図１２は、回転アクチュエータを用いる際に異なるディスク半径でスライダお よびディスクがとる異なるジオメト リを示す。 図１３は、スライダの回転駆動の間に行なわれる動きに形状が等しい、連続的 なスライダ／ディスクの動きの間にとられたスライダ／ディスクスペーシング、 スライダピッチおよびスライダロールの測定値を示す。 好ましい実施例の詳細な説明 図１に示されるように、光源２は、集光光学装置４、ビームスプリッタ６およ び対物レンズ８を含む顕微鏡を通るように向けられる。ビームスプリッタ６によ って分けられた入射光の一部は、ガラスディスク１０を通るように向けられ、ガ ラスディスク１０の下表面から内部で反射される。その光の別の部分は、スライ ダ１２によって反射される。反射された光は、再び対物レンズおよびビームスプ リッタ６を介して検出器アセンブリ１４に向けられる。ディスク１０の下表面お よびスライダ１２の表面によって反射された光が再び組合わされることによって 、干渉縞が発生し、アセンブリ内のフィルタによって選択された光の個々の波長 の各々について１つの干渉縞が発生する。カメラ１８は、干渉縞のパターンの可 視像をビデオモニタ２２に送る。検出器アセンブリ１４内の光検出器は、干渉縞 の強度を電気信号に変換し、これらがＡ／Ｄコンバータ２４によってデジタルデ ータに変換される。デジタルデータは、プロセッサ２６で処理される。 ディスク１０は、７２００ｒｐｍを超える速度を達成す ることのできる速度可変ドライブに取付けられる主軸５２に装着される。図１に 示される第１の実施例において、ディスク１０は透明なガラスまたは石英である 。スライダ１２は、図８Ａにさらに示される回転ロード／アンロードアーム１７ に、図７に示されるサスペンション１３を固定することによって、所与の位置で アーム１７の端部へと装着される。回転ロード／アンロードアーム１７は、回転 モータ７によって駆動される。スライダ１２はディスク１０の下に位置され、そ のため対物レンズ８によって焦点に集められた光はディスク１０を介して通り、 スライダ１２およびディスク１０の底部エッジ５１から反射される。 図６に示される代替的な実施例において、光源２′および顕微鏡アセンブリ３ ′は、スライダ１２′が顕微鏡アセンブリ３′とディスク１０′との間にあるよ うに、アームおよびドライブに対して相対的に位置される。スライダ１２′は透 明であり、実際の磁気ディスク１０′の変化する高さの測定を可能にする。この ような構成によって、ディスク表面の粗さの測定を与え、凹凸の高さのマッピン グのためのディスクの凹凸を特定する。 回転ロード／アンロードアーム１７は、アンロードする動きの少なくとも一部 に関して、スライダ１２が、対物レンズ８からでる光路に追従する線に沿って動 くような態様で、旋回する。これにより、光は、以下に説明する較正手順の間、 スライダ１７上の同じスポットに焦点を合わせる ことが可能となる。この動きの目的は、ヘッド／ディスクスペーシングを増大さ せることによって、使用される色の各々について少なくとも１つの干渉縞の最大 および最小をスキャンすることである。較正を可能にするために、各色の干渉縞 についての最大および最小強度を測定するのに、ごく小さなスペーシングの変化 、０．２５μｍのオーダでしか必要でない。ロード／アンロードの動きの残りは 、測定機能にとって決定的ではない。 図２は、検出器アセンブリ１４の素子を示す。第１のビームスプリッタキュー ブ３０は、吸収ピンホールミラー２９および４３６ｎｍ干渉フィルタ３１に向か って、光検出器３２へと４３６ｎｍの光を反射する。ビームスプリッタキューブ ３０は、ＢＫ７から形成されるダイクロイックビームスプリッタである。入射面 は、反射防止コーティングを有する。界面は、４３５．８ｎｍで８５−９５％の 反射率、ならびに５４６ｎｍおよび５８０ｎｍで８５−９５％の透過率で被覆さ れる。ビームスプリッタキューブ３０を介して通る光の部分は、反射ピンホール ミラー３３を介してビームスプリッタキューブ３４に通り、これが、５４６ｎｍ 干渉フィルタ３５および検出器３６に向かって５４６ｎｍの光を反射する。ビー ムスプリッタ３４もまた、ダイクロイックであり、ＢＫ７から形成される。その 界面の被覆は、５４６ｎｍで９０−１００％反射し、５８０ｎｍで９０−１００ ％透過する。干渉フィルタの各々は、１０ｎ ｍの帯域幅で選択された波長の光を透過する、商業的に入手可能なフィルタであ る。光検出器は、４００−１０００ｎｍの範囲のスペクトル応答を有するシリコ ンアバランシダイオードである。残りの光は、５８０ｎｍ干渉フィルタ３７を介 して光検出器３８へと向かい続ける。したがって、選択された波長の各々に関し て別個の信号が発生し、光検出器３２、３６および３８によって発生された各ア ナログ信号は、高速Ａ／Ｄコンバータ２４によってデジタル信号に変換される。 それによってサンプリング速度が制御されるタイミング信号は、２５０ｋＨｚ である。タイミング速度は、変換速度制御信号としてＡ／Ｄコンバータに与えら れる。データ変換の速度が速いことによって、ヘッドとディスクとの間のスペー シングの動的測定が可能になる。 代替的な実施例において、２以上のレーザから放射される光ビームは、光学的 に組合わされて、ヘッド／ディスク界面に投影される光を発生できる。このよう な構成は、図３に示され、レーザ４１および４２の各々が異なる波長で放射する 。ビームはビーム拡大器光学装置４３によって拡大され、ビームスプリッタ４４ で組合わされて、上述のように顕微鏡の対物レンズを介して投影される。検出器 アセンブリ４５は、レーザと同じ数の検出器を有し、選択されたレーザの波長の ための適切な干渉フィルタが与えられる。 ディスク１０に関してのヘッド１２の位置の正確さおよ び再現性は、ヘッド１２を所定の位置に保持するために適切な装着手段を設ける ことを必要とする。サスペンション１３は、装着アーム１７に取付けられ、かつ 迅速にアーム１７から除去されなくてはならず、その取付けは均一で再現可能で なくてはならない。サスペンション１３を迅速かつ再現可能に保持するためには 、登録商標マイラー（Mylar）または登録商標キャプトン（Kapton）等のポリエ ステル膜の可撓性のバンド４８が、図７に示されるように用いられ、バンド４８ をぴんと張った状態で保持するための緊張手段４９が含まれる。サスペンション １３はいくぶん可撓性があるので、鋼のクランプによって加えられるような不均 一または過剰な圧力のもとでは変形してしまうかもしれない。可撓性のバンド４ ８は、サスペンション１３を変形せず、かつ非常に薄い。これはサスペンション １３とディスク１０との間の小さなスペーシングが必要とすることである。 ヘッド１２とディスク１０との間のスペーシングを測定するための手順は以下 のとおりである。 ヘッド１２は、可撓性のバンド４８を用いてサスペンションに取付けられ、回 転ロード／アンロードアーム１７は、図８Ｂに示されるように、ヘッド１２を所 望の位置に、動かす。光源２からの光が、顕微鏡３を介してヘッド１２へと投影 され、ヘッド１２は、図８Ｃに示されるようにアーム１７の回転によって部分的 にアンロードされ、そのため 較正トレースが発生され得る。ヘッドのアンロードの動きは、テストされる個々 の波長の各々について１つの最大および１の最小干渉縞の強度をデジタル化で記 録するように、プロセッサ２６によるデジタル化と同期される。回転ヘッドアン ロードは、負荷圧力が低減される一方でスライダ１２がごくわずかな動きしか有 さないように、使用される。スライダ１２のわずかな動きは、測定スポットがス ライダ１２上の同じ点に維持されるように、アンロードの動きと同期して、ｘ− ｙ変換器５および５′によって顕微鏡アセンブリ３を動かすことによって補償さ れる。上述のように、較正のために必要なアンロードの動きは、ごくわずかな量 、０．５μｍのオーダでスペーシングを増大する。 較正トレースは、デジタル的にローパスフィルタ処理されて、電気ノイズを低 減する。較正トレースにおける各色についての最大および最小強度は、集められ るデータを調査することによって見出される。トレースは、定数を乗じて、オフ セット定数を加えることによって、各色についての最大および最小強度に正規化 される。好ましい実施例において、各色についての最大強度は、１．０に尺度決 めされ、各色についての最小強度は、−１．０に尺度決めされる。 各色の強度対スペーシングに関するルックアップテーブルは、単一の膜につい ての繰返し干渉法理論から導出された等式１に基づいてスペーシングのディスク リートなステ ップに関して生成される。 ここで ｒ＝ガラスディスクからの振幅反射 ｓ＝スライダからの振幅反射率 ｎ＝スペーシング内の流体の屈折率 δ＝４πｎ Ｈ／λ−γ Ｈ＝浮動の高さ λ＝照射する光の波長、および γ＝反射の位相のずれ （材料に依存する） ｒ、ｓおよびγの値は、スペーシングの干渉測定のために用いられるのと同じ 波長の光を用いた表面の偏光解析測定によって決定される。 ｉｋが決定され得る。ディスクおよびスライダの屈折率は、等式２から決定でき る。 ーシング内の流体の率である。スライダからの反射に関し 偏光解析測定より、反射における位相の変化γは、等式３を用いて計算できる 。 等式１で用いるにあたって、γ＝γ_slider−γ_{glass disk}である。 本実施例において、ルックアップテーブルは、０ないし１０００ｎｍのスペー シングに対して１ｎｍのステップで、強度ごとに、等式１、２および３を用いて 生成できる。理論的な強度ルックアップテーブルは、測定されたトレースに関し て用いたのと同じ取決めを用いて、干渉縞強度極値に正規化される、すなわち＋ １が最大であり、−１が最小である。 表１は、強度対スペーシングに関するルックアップテーブルの形を示す。 一旦測定が行なわれ、ルックアップテーブルが生成されると、較正曲線におけ る第１の点に関するスペーシングを決定するために計算が行なわれる。スペーシ ングの計算は以下のとおりに行なわれる。 「平均二乗誤差」が、対象の領域内のスペーシング（Ｈ）の各ディスクリート なステップに関して計算される。ここで、１ｎｍのステップにおける０ないし１ ０００ｎｍのスペーシングのステップが用いられる。これらのステップは、好都 合に、上述の理論的ルックアップテーブルにおける値に対応する。平均二乗誤差 （ｅ）は以下のとおりに計算される。 ここで、Ｔ_xは、スペーシングＨに関する色ｘの理論的強度であり（ルックアッ プテーブルより）、Ｍ_xは、色ｘの測定された強度である。 記号ｗ_xは、誤差を低減するのを助ける重み付け関数を示すために用いられる 。ｗはすべて１に設定され得る一方で、ｗ₁＋ｗ₂＋ｗ₃＝ある定数となるように ｗを選択し、かつある色の強度測定の信号対ノイズ比がより高いときに各ｗがそ の色についてより高くなるように設定することによって、精度が改善できる。さ らに、ｗ_xはスペーシングの関数であり得る。というのは、所与の色の強度の最 大または最小値の近くで、少量の電気ノイズが、スペーシングにおける比較的大 きな変化に対応するからである。 参照の目的で、トレースの「第１の点」は、３つの色λ₁、λ₂およびλ₃のす べてに関しての強度測定を必要とする。すべての色の測定された強度は、併わせ て記憶され、１つの群として強度トレースにおける単一の点として参照される。 一旦、（ｅ）がスペーシングの各ステップについて計算されれば、（ｅ）の最 小値は、較正アレイにおける第１の点に関する初期スペーシングの第１の予測に 対応する。しばしば、強度信号におけるノイズは、結果として、誤った干渉縞の オーダである計算値となり得る。たとえば、１つの色だけを考慮すると、正規化 された強度が−１であれば、スペーシングはｎλ／２によって与えられ、λは光 の波長 であり、ｎは干渉縞のオーダである（ｎ＝０、１、２、３、４…）。この結果は 、ディスクおよびスライダが誘電体材料でできていると仮定する簡単なモデルか らきている。 ２つ以上の色を用いると、正しい干渉縞のオーダを理論的に示すさらなる情報 を与える。しかしながら、あるノイズを測定された信号に加えることによって、 しばしばこの技術が、それが誤った干渉縞のオーダにあるためにかなり誤った初 期スペーシングを計算することを引起こす。干渉縞が決定される原理は、２つ以 上の色について生成される干渉縞に関する強度対スペーシングのプロットを見る ことによって説明される。図１０は、２つの色に関するこのようなプロットを示 す。λ₁の強度関数８１は、λ₂（８２）とは異なる周期を有する。両方の色に関 して、正規化された測定強度を正規化された理論強度と比較することによって、 スペーシングが決定できるが、干渉縞のオーダに関してはある不確実さが存在す るかもしれない。たとえは、点８４および８５におけるλ₁とλ₂との正規化され た強度の違いは、異なるオーダで同じである。これは、透明物体と反射性表面と の間のスペーシングを変えながら（増大しながら）、継続的に初期点８４を超え るそれぞれの関数の傾斜を示す強度を測定することによって解決される。これに より、正しいオーダの識別を可能にする。 正しい干渉縞のオーダを決定するために、較正強度トレース全体が以下のよう に用いられる。 較正トレースにおける第１の点に関するスペーシングについて、いくつかの異 なる第１の予測が行なわれる。スペーシングに関する第１の点の初期予測の選択 基準は、各スペーシングが（ｅ）の低い値を有さなくてはならないというもので ある。さらに、各予測は、スペーシングに関して前に選択された初期予測のすべ てから少なくとも１００ｎｍ離れていなくてはならない。一旦いくつかの初期予 測が得られれば、予測のうち１つは正しいが、その正しいものが決定されなくて はならない。 どの第１の予測が正しいかを判断するために、各初期予測に関して累積平均二 乗誤差が計算される。累積誤差は、各点の間で１００ｎｍを上回ってスペーシン グが変化しないと仮定することによって計算される。以下のプロセスは、スペー シングの各初期予測に関して累積平均二乗誤差を計算するために用いられる。 まず、累積誤差は、較正トレースにおける第１の点でのスペーシングに関する 初期予測に対応する（ｅ）に設定される。次に、第２の点でのスペーシングが、 第１の点から±１００ｎｍ以内のすべてのスペーシング値を調べることによって 計算される。第２の点に関して決定された（ｅ）は、累積誤差に加えられる。第 ２のステップは、各点が前の点から１００ｎｍを上回って離れていてはいけない という条件で、較正トレースにおける残りの点すべてに関して反復される。一旦 累積誤差が、較正における第１の点のス ペーシングに関する各初期予測について計算されれば、最低の累積誤差を有する スペーシングが、較正における第１の点に関するスペーシングと決定される。 較正中に得られたデータの分析によって、較正ステップ中に測定されたスペー シングの各干渉縞および干渉縞のオーダの最大および最小強度がもたらされた。 動作パラメータは、較正後、測定前に変わるかもしれないので、干渉縞のオー ダも変わるおそれがあり、したがって、何らかの動作パラメータが変わる一方で 、「フォロー」トレースが記録される。フォロートレースにおける第１の点は、 較正トレースの第１の点の１００ｎｍ以内であると仮定される。 フォロートレースにおける各点についてのスペーシングは以下のように計算さ れる。 点ごとに、平均二乗誤差が、前の点から−１００ないし＋１００ｎｍ離れた値 を有するスペーシングに関して決定される。フォロートレースにおける第１の点 が前の点を有していないので、スペーシングは較正トレースにおける第１の点か ら計算されることに留意されたい。最低（ｅ）を有するスペーシングが、スペー シングと決定され、トレース内のすべての点についてそのプロセスが反復される 。各連続する点が前の点の１００ｎｍ以内になくてはならないように計算を制限 することによって、計算が、誤った干渉縞のオーダに飛んでしまうことはない。 一旦、フォロートレースに関するスペーシングが計算されれば、測定トレース における第１の点に関するスペーシングは、フォロートレースの最後の点の１０ ０ｎｍ以内であると仮定できる。測定トレースの第１の点に関するおおよそのス ペーシングがわかっているので、測定トレースに関するスペーシングは、フォロ ートレースに関するスペーシングを計算するのに用いるのと同じ手順を利用して 行なわれる。 １００ｎｍの差の制限は任意に選択されたものであり、測定のために使用され る光の波長によって許容されるような他の値が用いられていもよい、すなわち、 その制限は４分の１波長を超えてはならないことに留意されたい。 好ましい実施例において、フライング・ハイト・テスタは、１回転につき少な くとも２５６点を測定する。典型的なテストは、２回転での強度対角度のデータ の記憶に関する。したがって、各データの組について少なくとも５１２の点がと られる。プロセッサは、強度対回転データをスペーシング対回転データに変換し 、ビデオモニタまたはプリントアウトの形態のいずれかで出力表示を与える。エ アベアリングの厚さは、ディスク速度の関数なので、所与のヘッドとディスクと の間のスペーシングのテストは、好ましくはいくつかのディスク回転速度で行な われる。図４は、２回転でのスペーシング対角度の一連のプロットを示す。図４ ａ、ｂおよびｃは、それぞれ３６００ＲＰＭ、９００ ＲＰＭ、および２２５ＲＰＭでのプロットを示す。図４ｄは、回転速度が増大す るとスペーシングが増大する原理を示す、スペーシング対ディスク速度のプロッ トである。 図５は、スペーシング対時間のプロットであり、ヘッドがディスク内の傷を飛 んだ後のヘッド／ディスクスペーシングの動的変化のシステムによる測定を示す 。 干渉縞強度較正は、明るいおよび暗い干渉縞の最大および最小強度を較正する ために使用される。最大および最小干渉縞強度は、干渉像を生成するのに使用さ れる光の波長の少なくとも４分の１だけ干渉路長を変えながら、干渉像の１以上 の点で測定される。干渉強度を最大および最小強度と比較することによって、使 用される光の波長のわずかな分数倍分解能で空間測定を得ることができる。 いくつかのフライング・ハイト・テスタが、ヘッドと媒体との間のスペーシン グを測定するために干渉を利用するが、この発明のシステムは、測定の較正のた めに干渉縞強度を利用するために、ヘッドが制御された態様でアンロードされて 、２つの光線の相対路長を増大して、一方で強度情報をモニタし記憶する独自の 較正技術を利用する。したがって、ディスクの品質、検出器のドリフト、光源等 のシステム構成要素の高価で難しい制御の必要性がなくなる。この発明の装置は 、光の複数の波長を用いると同時にヘッド／ディスクスペーシングの高速測定を 提供し、そのため現在入手可能なシステムよりも、より経済的で迅速な、浮 動の高さの動的測定のための測定システムおよび技術を提供する。 図９に示されるのは、強度較正方法の別の用途であり、ここでは微小硬さテス タ／表面プロファイラのために使用される。図９において、水銀アーク、マルチ プルレーザ、または他のマルチ波長源であってもよい光源６１からの光は、ビー ムスプリッタ６２を介して、次に顕微鏡の対物レンズ６３を介して通り、透明な プローブ６４と分析されるべき表面６５との間の界面で焦点を合わせる。プロー ブは、圧電、またはプローブ６４を表面６５に向けて機械的に動かす他の手段を 用いてもよい、コンピュータ制御されるアクチュエータ６７を利用して、表面へ と下けられる。プローブ６４と表面６５との間の接触負荷は、負荷セル６６によ って検出される。表面自体６５およびサンプル表面に最も近いプローブ６４の表 面から反射される光は、再び組合わされ、干渉効果を生成する。干渉縞の単色像 は、ビームスプリッタ６２、６８および６９、ならびに狭帯域干渉フィルタ７０ 、７１および７２を介して通った後、テレビカメラ７３、７４および７５に投影 される。各テレビカメラは、各干渉フィルタに関連する光の狭帯域における干渉 像に対応するアナログ映像信号を生成する。フィルタ７０、７１および７２の各 々は、異なる色の光を透過することに留意されたい。アナログ映像信号は、パー ソナルコンピュータ７７の制御下にあるＲＧＢカラーフレームグラバ７６ へと向けられる。 表面の粗さおよび硬さの測定をするために、コンピュータ制御されるアクチュ エータ６７は、プローブ６４を表面６５へと下げる。プローブが表面と接触して いる間、フレームグラバ７６は、３つの異なる干渉像の像を継続的に得て、この ような像をコンピュータ処理し、各像の各画素で各色の最大および最小強度をス トアする。プローブ６４が表面６５と接触する前に、各色についての干渉縞の最 小および最大強度は、干渉縞の各像の各画素について検出されている。これらの 最大および最小干渉縞強度値は、プローブ６４と表面６５との間のスペーシング を決定するために必要な正規化強度値である。プローブ６４と表面６５との間の スペーシングは、スペーシングが単一の点ではなく２次元領域で計算され、かつ スペーシングが動的にではなく静的に測定される以外は、動的フライング・ハイ ト・テスタについて説明したのと同じ態様で計算される。プローブ６４の形状が 前もってわかっているので、表面６５の表面外形は、プローブ６４と表面６５と の間のスペーシングから簡単に計算できる。この表面の外形は、表面の粗さを示 す。 表面の硬さおよび他の表面特性は、プローブ６４を表面６５へと押しつけるこ とによって測定できる。プローブが表面へと押しつけられる力は、負荷セル６６ を用いて測定される。表面の外形を、プローブで変形しながら、干渉的 に測定し続けることができる。接触圧力の関数としての表面の変形の測定により 、表面へのダメージを最小にしながら、表面の硬さの測定を可能にできる。 基準検出器を備えたスペーシング測定装置 スペーシング測定装置はまた、光源の不安定性を補償するための付加的な基準 チャネルを用いて実現することができる。図１１を参照して、光源２からの光は 集光光学装置４を介して半分銀めっきした鏡またはビームスプリッタ６に向かっ て配向される。光の一部はレンズアセンブリ８を通り、ガラスディスク１０の底 面５１に向けて投射される。光の一部は底面５１から内部で反射し、光の一部は 底面５１を介して透過し、ヘッド／スライダアセンブリ１２の上面から反射する 。反射された光の一部はディスク１０に戻り、一部はヘッド／スライダアセンブ リ１２に向かって反射する。光の一部は表面５１と１２の表面との間で反射し続 け、その光の一部は反射のたびに表面５１を介して透過する。ディスク１０およ びスライダ１２の界面からの複数回の反射の各々からの光の一部は、レンズアセ ンブリ８および半分銀めっきした鏡６を介して光学検出器アセンブリ１４に配向 される。レンズアセンブリ８は、ガラスディスク１０とヘッド／スライダアセン ブリ１２との間の界面の光学像を検出器１４内の鏡３３（図２を参照）に形成す るように設計される。 図２に示されるように、ビームスプリッタ３０は光の一 部を吸収プレート２９に、一部を鏡３３に送り、鏡３３の下面３３Ｌおよびプレ ート２９の右の表面２９Ｒは、双方とも光学アセンブリ８からのガラスディスク １０とヘッド／スライダアセンブリ１２との界面に関する像面である。吸収プレ ート２９および鏡３３の双方ともが、その中心近くに直径約０．０３０インチの 小さい穴２９Ｈおよび３３Ｈを有する。プレート２９および鏡３３は、スペーシ ングが測定される界面上の点（測定スポット）である像の実質的に同じ部分に穴 ２９Ｈおよび３３Ｈがあるように整列される。プレート２９の穴２９Ｈを介して 進んだ後、光は一般に干渉フィルタ３１と称される狭帯域フィルタを介してフィ ルタ処理される。このフィルタは、１０ｎｍの幅の光がアバランシフォトダイオ ード３２に透過することを可能にする。同時に、光は鏡３３の穴３３Ｈを通って 第２のビームスプリッタ３４に向かい、これによって光の一部が第２の干渉フィ ルタ３５を介して第２のフォトダイオード３６へ透過することとなり、かつ光の 一部が第３の干渉フィルタ３７を介して第３のフォトダイオード３８に透過する こととなる。 ３つの干渉フィルタ（３１、３５および３７）は、３つの実質的に異なる光の 波長を中心とするパスバンドを有するように選択される。３つの異なる波長の各 々の強度は、フォトダイオード３２、３６および３８によって電気信号に変換さ れる。電気信号は増幅され、バッファ処理されて、 ３つの同軸ケーブルを介してデジタイザ２４に送られる。 ここで再び図１１を参照して、光源２からの光の一部は集光光学装置４を介し 、半分銀めっきした鏡６を介して基準検出器２０１に至る。基準検出器２０１は 光の強度を電気信号に変換し、これが同軸ケーブルを介してデジタイザ２４に送 られる。デジタイザ２４内で、基準チャネル信号を種々の異なる態様で用いるこ とができる。検出器３８、３６および３２からの測定信号の各々は、光源の強度 のドリフトを補償するためにアナログ電気回路を用いて基準信号によって割られ てもよい。その代わりに、デジタル電気回路は、４つの信号すべてがデジタル化 された後に基準信号で測定信号を割るように用いられてもよい。さらに別の態様 は、４つの信号すべてをデジタル化し、これらすべてをマイクロコンピュータ／ プロセッサ２６に送り、ここで基準信号情報を用いて光源のドリフトを補償する ように測定信号を調整してもよい。 デジタイザ２４はマイクロコンピュータ／プロセッサ２６に対してインタフェ ースをとり、これがデジタル化された強度情報を処理するのに用いられる。 動作理論 ディスクの下面５１とスライダ１２の上面との間の一次およびすべてのより高 次の反射を含む、ディスク１０を介して戻る光の量は、多ビーム（繰返し）干渉 法を説明する等式として一般に参照される式１（以下に与えられる）に よって与えられる。 式１において、ｒはガラスディスクの下面５１からの反射の振幅であり、Ｓは ヘッド／スライダアセンブリ１２の上面から反射した光の振幅であり、δは以下 の関係によって与えられる２つの反射された波面の間の位相シフトである。 ここでＨはガラスディスクの下面５１とヘッド／スライダアセンブリ１２の上面 との間のスペーシングであり、ｎはスペーシング内の流体の屈折率（空気が１） であり、λは光の波長であり、γは反射における位相差である。 ｒ、ｓ、およびγの値は、スペーシングの干渉測定に用いられるのと同じ波長 の光を用いて表面の偏光解析測定によって決定される。一般に、偏光解析法の技 術は、スライダが１以上の光学的に薄い膜で被覆されている場合でさえもスライ ダからの反射における位相シフトを決定するのに用いることができる。 スライダがかさのある材料である、より単純な場合については、市場で入手可 能なソフトウェアで、エリプソメータを用いて測定された角度ΔおよびΨに基づ いてスライダの複合屈折率（ｎ−ｉｋ）を計算できる。このようなプログラムの １つは、「偏光解析的データリダクションソフトウェア」（“Ellipsometric Da ta Reduction Software”）と題され、One Rudolph Rd，Flanders，NJ 07836の ルドルフリサーチ（Rudolph Research）から入手可能である。 ｎ_slider、ｋ_slider、およびｎ_fluidがわかれば、スライダからの反射の振幅 Ｓは以下のように計算できる。 これは、流体が透明材料である（すなわちｋ_fluid＝０）という仮定に基づいて いる。 ディスクおよび流体の両方ともが透明である場合（すなわちｋ_fluid＝ｋ_disk ＝０）には、ディスクの下面からの内部反射の振幅ｒは、以下の式によって与え られる。 スライダからの反射における位相シフトは以下の式によって与えられる。 透明な流体およびディスクの場合には、ディスクの屈折率が流体の屈折率を上 回っていれば、ディスクの下面からの反射における位相シフトは０である。しか しながら、ディスクがその上に光学的に薄い膜を有するようなより一般的な条件 では、ディスクからの内部反射における位相シフトが０に等しくならない状態に なる。このような場合には、反射における位相シフトの全体の効果（式１のγ） は、γ＝γ_slider−γ_diskによって与えられる。 式（１）および（５）ないし（８）はスライダのかさが大きく、吸収材料なら びに流体およびガラスディスクが透明材料であるという特定の場合に当て嵌まる か、ここで開示される技術（表面のうちの１つを動かしなから強度を測定するこ とによる較正）は、下面がその上に１以上の光学的に薄い膜を有し、上面または 流体が完全に透明ではないというより一般的な状態にも適用できる。より一般的 な場合に関しては、式（１）および（５）ないし（８）とは異なる式が用いられ 得る。 ここで説明する装置および等式を用いて、インターフェ ロメトリー、すなわち干渉法でスペーシングを測定するためには、システムにお ける種々の光学損失および背景（周囲の）照度を決定するのに較正プロセスが非 常に有益である。さらに、較正プロセスは、異なるスライダでの、または同じス ライダでも異なる点での反射における小さなばらつきを補償するのに役立つ。 較正プロセスは、フォトセンサ３２、３６および３８を用いて強度を検出しな がら同時にスライダとディスクのとの間のスペーシングを実質的に少なくともλ ／４だけ変えることによって達成される。位相δおよび強度Ｉ_out／Ｉ_inとの式 （１）によって与えられる関係は周期的であるので、何らかのピークまたはバリ ー、すなわち山または谷の測定値は他のすべての山および谷と同一である。各波 長についての最大および最小強度が測定されれば、システムが較正される。干渉 強度のそれから先の測定は、較正中に測定された最大および最小干渉強度を常に 参照する。測定された照度の強度について測定された最大および最小強度を参照 することによって、システムの光学装置における光学損失、周囲の光、検出器回 路内の電気的利得、表面の反射率の小さなばらつき等のファクタが計算から実質 的に排除される。 反復的ピーク検出方法 較正プロセスの間に測定された３色のデータから最大および最小干渉強度を得 るための特殊反復ピーク検出方法が 開発された。以下の段落では、較正信号における雑音の性質と、信号から干渉的 最大および最小値を引出すために開発された技術とを説明する。 較正データは、最大および最小干渉強度の検出を難しくする２つの著しく異な るタイプの「雑音」を受けやすい。第１のタイプの雑音は、この開示の目的のた めに、「電子」雑音と称する。電子雑音は、モータアセンブリならびに動的フラ イング・ハイト・テスタ内およびその近傍の他の較正要素からのＥＭＩとともに 検出器からのショット雑音および熱雑音によって主に起こる。電子ノイズは対称 である傾向がある、すなわち雑音は電圧信号をほぼ等しい量だけ増大および減少 させる傾向があり、そのため検出器からの雑音のあるＤＣ信号の時間平均は電子 雑音を排除する傾向がある。 較正信号に存在する第２のタイプの「雑音」は、この開示の目的のため、「振 動」雑音と称する。振動雑音は実際には雑音ではないが、較正中にスライダの振 動によって起こる、強度における比較的高周波数の変動である。干渉強度は浮動 の高さの関数であるため、浮動の高さにおける変動が干渉強度における変動を引 き起こし、較正データにおけるあるタイプの「雑音」として現れる。最大および 最小干渉強度の近傍で、振動雑音は電子雑音とは著しく異なる特徴を有する。振 動雑音は対称ではない。振動雑音が非対称であるのは、強度とスペーシングとの 関係が非線形だか らである。最大強度を生むスペーシングからの小さな摂動は、常に強度を減少さ せる。すなわち、最大強度では、スペーシングの増大および減少の両方が干渉強 度の低減につながる。したがって、検出器からの最大強度の雑音のあるＤＣ信号 の時平均は、振動ノイズによって低くなる傾向がある。同様に、最小強度信号の 時平均は、振動雑音によって高くなる傾向がある。信号が低く、および高くなる 量は、較正中のスライダの振動の関数である。完全に安定したスライダは振動雑 音を受けず、不安定な雑音はかなりの振動雑音を受ける。 振動雑音のため、電子雑音を低減するのにあるタイプのローパスフィルタ処理 を用いる典型的なピーク検出技術はうまく作用しない。問題は、ローパスフィル タ処理によって最大強度が非対称の振動雑音のために低減されることである。振 動雑音のローパスフィルタ処理のために、異なる振幅で振動するスライダは、実 際の最大および最小強度が同一であっても、最大および最小干渉強度の著しく異 なる測定値を有し得る。 振動雑音によって最大および最小強度を大きく変えることなく平均することに よって電子雑音を低減するために、以下の反復的技術が開発された。 ステップ１．比較的速いデータ速度で、３つの色すべてが実質的に干渉強度の最 大および最小値に至る（すなわち３つの色すべてについて較正データを集める） ようにスペー シングを変えながら３つの色の干渉強度の測定を何度も行なう。 ステップ２．何らかの方法を用いて、各色について最大および最小干渉強度を最 初に推定する。最大および最小強度の初期推定値を決定するこのような方法の１ つは、各色についての最高および最低の測定点を求めて、ステップ１で得られた デジタル化されたデータをサーチし、それぞれ各色についての最大および最小干 渉強度に関する初期推定値としてこれらの値を用いる。 ステップ３．各色についての更新された最大および最小強度（ステップ６）また は初期推定値（ステップ２）を用いて、ステップ１での各測定点についてスペー シングを計算する。 ステップ４．最大値に近い（すなわちそのしきい値内の）較正測定のすべての強 度値について、等式（９）を用いて新しい最大値を計算する。 ステップ５．最小値に近い（すなわちそのしきい値内の）較正測定におけるすべ ての強度値に関して、等式（１０）を用いて新しい最小値を計算する。 ステップ６．ステップ４および５からの計算された最大および最小値のすべてを 平均することによって、新しい最大および最小強度を決定する。 ステップ７．各色についての新しい最大および最小値と各色についての前の最大 および最小値とを比較することによ って、各色について最大および最小強度の収束をチェックする。最大値および最 小値が収束していれば、ここでやめる。収束していなければ、ステップ３に戻る 。 符号Ｉ_MAX,NEWおよびＩ_MIN,NEWは、最大および最小干渉強度の更新された値で あり、Ｉ_MAXおよびＩ_MINは、最 Ｉ_MINおよびＩ_MAXに対応する−１および＋１に正規化さ ないし＋１のスケールに正規化されたその点でのスペーシングに関する理論上の 強度である。 この反復方法の重要な１局面は、較正中の極値でのおよびその近傍での強度の 点を用いて、各点においてスペーシングが概ねわかっている付加的な情報を用い て極値を計算するのを助けることである。各反復について、スペーシングは各色 の最大および最小干渉縞強度の前の値に基づいて計算される。スペーシングの計 算に基づいて、最大および最小強度のインテリジェント再計算が、電子雑音を平 均化 して除去し、振動誤差の簡単な平均化によって最大および最小値を変えないよう に行われる。 式（１）の減衰項を含む方法 式（１）は周期的である一方で、実用においては、入ってくる光に関してのス ライダの位置の角度変化によって起こるスライダからの反射の測定される強度の 減少および／または照明のコヒーレンスの損失によって、スペーシングが増大す るにつれて、ピーク、すなわち山がより低くなり、バリー、すなわち谷がより高 くなる傾向を示し得る。強度の関数の振幅の減衰は、式１に減衰項を加えること によって補償され得る。式１に減衰項を加えるにあたって、異なる山および谷が 異なる高さにあるため、較正中にどの山または谷が測定されたかを知ることが重 要である。この機械の目的はスペーシングを測定することであるので、ピークの 位置がスペーシングと直接関連するために、どのピークが測定されたかを判断す ることは難しくはない。したがって、この較正プロセスは、スペーシング／強度 の関係に減衰項が存在する場合でさえも用いることができる。この開示の詳細で は、強度対スペーシングの関係において減衰項を考慮していない。減衰項を有す る式（１）のこのような一例は以下のとおりである。 ここでαは０．０ないし１．０の範囲にある。αの値がより小さければ、減衰率 がより高い、すなわちδが大きいほどＩ_out／Ｉ_inは小さくなる。減衰の形状を 制御するより複雑な減衰項を用いてもよい。 ルックアップテープルを用いることなく、 干渉縞のオーダを決定して スペーシングを計算するための解析方法 スペーシングを計算し、干渉縞のオーダを決定するためのルックアップテーブ ルの手法に変わるものを以下の段落で説明する。較正中に測定された強度の最大 および最小値は、強度の測定された値を式（１）で用いられるようなＩ_out／Ｉ_{i n} と一貫した単位にスケーリングするために用いられる。 ここで Ｉ_MEAS＝それについてスペーシングが所望である測定された強度 Ｉ_CALMIN＝較正中に測定された最小強度、すなわち反復の完了時に式（１０）か ら決定されるように、Ｉ_CALMIN＝Ｉ_MIN,NEW Ｉ_CALMAX＝較正中に測定された最大強度、すなわち反復の 完了時に式（９）から決定されるように、Ｉ_CALMAX＝Ｉ_MAX,NEW Ｉ_THRYMIN＝式（１）とｒおよびＳの測定値に基づいた最小強度 Ｉ_THRYMAX＝式（１）とｒおよびＳの測定値に基づいた最大強度 δについて式（１）を解くと、以下のようになる。 単一の色の測定を考慮すると、式（１４）によって決定されるδを式（５）に 挿入し、スペーシングに関して解くと以下のとおりとなる。 単一の色の測定に基づくと、式（１５）によって示されるように、スペーシン グＨについての一意的な解は存在しない。スペーシングに関して一意的な解を得 るには、２つ以上の異なる波長を同時に処理する。 ３つの異なる波長の場合を検討すると、各色について最大および最小較正強度 が、３つの波長すべてについて干渉強度の最大値および最小値をもたらす範囲に わたってスペーシングを変えながら強度を測定することによって、決定される。 ３つの色すべての較正値がわかれば、スペーシングを決定するために強度を測定 する。３つの最大および最小較正値とともに測定された強度の３つの値を用い、 式（１１）−（１５）を用いてオーダｉおよび波長に基づいて可能な浮動の高さ （スペーシング）の表を決定する。 表２：異なる干渉縞のオーダｉでの３つの異なる色に関するスペーシング ３つの異なる色について式（１１）−（１５）を実現するとき、各色について ｎおよびｋの異なる値を用い、その結果は各色が一般にｒ、ｓ、γ、およびもち ろんλの異なる値を有することに留意されたい。 表２のスペーシングの値は、１つ以上の一貫した浮動の高さを決定するために サーチされた。３色の各々についての浮動の高さは、一般に、システムの不完全 性および電子雑音のために同一ではない。この特定の値の組については、一貫し たスペーシングはＨ₁＝４７７、Ｈ₂＝４６４、およびＨ₃＝４６７で起こる。こ れらのスペーシングの平均値は４７０であり、標準偏差は５．９である。別の可 能な一貫した値の組は、Ｈ₁＝１５９、Ｈ₂＝１９１、およびＨ₃＝１７７で起こ る。これらの測定値の平均は１７５であり、標準偏差は１３．５である。この場 合には４７０での測定値の標準偏差は１７７の測定値よりもはるかに小さいので 、正しい浮動の高さ（スペーシング）は４７０であ る。３つの浮動の高さの単なる平均の代わりに、浮動の高さはまた、各色チャネ ルの強度信号対雑音比に重みが基づく浮動の高さ重み平均を用いて決定してもよ い。さらに、異なるスペーシング値で強度対スペーシングの曲線が異なる傾斜を 有し、これがスペーシング信号対雑音比に影響を与えるので、重み値はスペーシ ングに依存し得る。たとえば、強度の最小および最大値の近傍で、強度のわずか な変化がスペーシングの比較的大きな変化につながる。したがって、強度が最大 または最小値に近い場合には、強度が最大値または最小値に近くない場合よりも 低くなるように重みづけが選択される。 この場合にはあるスペーシングの値（４７０）が次によい組合せ（１７７）よ りも明らかに良好であるが、浮動の高さの中には単に色の一致に基づいて１つの 浮動の高さを選択できない曖昧さを有するものがある。この曖昧さがあるのは、 ３つの色の各々の強度がほぼ同一の場合には、３つのスペーシング対強度の曲線 が周期的であり、かなり異なる浮動の高さが存在するためである。このような状 況が起こった場合には、曖昧な浮動の高さから離れるようにスペーシングを変え るためにディスクの１分間あたりの回転速度を変える等、何らかの態様でスペー シングが変えられる。この変えられた状態で浮動の高さが決定されれば、ディス クの１分間あたりの回転速度は所望の値に戻して、強度が速いデータ速度で繰返 し測定される。得られた点の組 はシーケンスで解析され、各点は前の点のある範囲内にあると仮定される。この 方法を用いて、浮動の高さを曖昧でない位置に摂動させ、浮動の高さを興味の位 置に戻して追従させることによって、曖昧な浮動の高さでの浮動の高さが決定さ れる。 回転ロード／アンロード 較正するためには、スライダとディスクとの間のスペーシングがある態様で変 えられなくてはならない。このために、回転ロード／アンロード機構が用いられ る。図８Ａに示されるように、スライダ１２およびスプリング１３アセンブリが アーム１７上に装着され、これが回転主軸７に装着される。１７の回転軸は、図 ８Ｃの小さな円Ｃ_R内に示されるスプリング１３の撓み点と実質的に一列になる ように整列される。スプリング１３の装着された部分を旋回させることによって 、スライダ１２をディスク１０に向かって保持するばね力が制御された態様で低 減される。ここで説明する較正の目的のために、ディスク１０とスライダ１２と の間にもたらされるエアベアリングによって較正の目的のために必要なようにス ペーシングが増大されるように、スライダ１２に対する負荷力を低減するのに十 分なだけアーム１７が旋回する部分的なアンロードが用いられる。その代わりに 、ディスク１０とスライダ１２との間にもたらされるエアベアリングが較正の目 的のために必要に応じてスペーシングを減少させるようにスライダ１２に対する 負 荷力を増大させることによって較正を行なってもよい。 較正に加えて、回転アンローダはまた、回転ディスクからスプリング／スライ ダアセンブリをロードおよびアンロードするのにも有用である。テストする目的 のために回転ディスクからスプリング／スライダアセンブリをロードおよびアン ロードする他の機械は、スプリングをディスク表面から物理的に押し離すブレー ドまたはワイヤを用いる。しかしながら、ハードディスクドライブおよびその構 成要素が小型化される一方であるため、スプリング１３とディスク１０との間の 空間は、スプリングとスライダの間に突出する機構が回転するディスクに損傷を 与えたり、またはスプリングアセンブリに接触したり、および／または邪魔とな らないようにするのが難しい点にまで小さくされている。したがって、ここで説 明する回転アンロード技術は、回転ディスクからスプリング／スライダアセンブ リをロードおよびアンロードするための他の技術に比べて利点を提供する。この ロード／アンロードの概念は、動的フライング・ハイト・テスタのみならず、ス プリング／スライダアセンプリが回転ディスクからロードおよびアンロードされ ることを必要とするテスト機器の他の何らかの部材にも適用できる。回転ロード ／アンロード技術はまた、電気テスタ、ドラッグテスタ、開始／停止テスタ、お よび回転または静止ディスク表面からスライダが厳密にかつ注意深く制御された 態様でアンロードされることを必要とする他の何 らかの類の機器または機械に適用することができる。 連続測定の応用 動的フライング・ハイト・テスタの高速データ捕捉能力によって、それがとる ディスク上の異なる位置すべてに対してのスライダの浮動位置の完全な特徴づけ のためにこれを用いることか可能となる。図１２は、コンピュータの応用のため にハードディスクドライブで用いられるような典型的な回転アクチュエータを示 す。スライダ１２およびスプリング１３アセンブリが、点３０３の周りを旋回す る回転アーム３０１上に装着される。ディスクの異なる半径上に位置される異な るトラックに符号化された磁気情報を読出すために、回転アクチュエータはスプ リング／スライダアセンブリをディスク上の適当な位置に位置決めするように移 動する。スライダが内側トラック３０５から外側トラック３０７に移動する際に 、スライダに関してのディスク表面速度が変化する。さらに、ディスクの周りの 半径ラインに関してのスライダ角度（スキュー角度）が変化する。スライダはデ ィスクの半径およびスキュー角度の範囲内で動作しなくてはならないため、動作 スキューおよび半径位置の範囲全体にわたってスライダを特徴づけることができ ると有用である。図１３は、図１２に示される典型的なディスクのドライブの回 転アクチュエータ機構のためにスライダが受ける半径およびスキューの範囲と形 状において等しい弧を描く動きでディスクを動かしながら動的フライン グ・ハイト・テスタで行なわれた浮動の高さの測定値を示す。半径およびスキュ ーの範囲にわたって連続的に動かしながら、スライダの４つの角の位置で浮動の 高さが１０００回以上測定された。このような連続的スキャンの間にとられた典 型的なデータは図１３に表わされる。ライン４０１はディスクとスライダの前部 の外側の角１２Ａとの間のスペーシング、すなわち浮動の高さを示す。ライン４ ０３は、スライダの前部の内側の角１２Ｂでの浮動の高さを示す。ライン４０５ は、スライダの外側の後縁１２Ｃでの浮動の高さを示し、ライン４０７は、スラ イダの内側の後縁１２Ｄでの浮動の高さを示す。角での浮動の高さの未処理のデ ータに加えて、スライダのピッチおよびロールもプロットされている。ライン４ ０９は、平均の前縁の高さから平均の後縁の浮動の高さを減じて計算されたピッ チを示す。ライン４１１は、内側と外側の後縁の浮動の高さの差をとることによ って計算されたロールを示す。動的フライング・ハイト・テスタの高速能力によ って、スライダの半径およびスキューの位置の範囲を特徴づける連続したモード での多数のデータ点を迅速に測定することが可能になる。 動的フライング・ハイト・テスタおよび干渉的微小硬さ試験器の双方ともが、 小さいスペーシングの干渉測定のために強度を較正する方法を用いることができ る態様を示している。測定の実現の可能性は、ここで示される浮動の高さの測定 によって明らかにされた。小さいスペーシングの 干渉測定のために強度を較正し、干渉縞のオーダを決定するための本発明の装置 および方法は、フライング・ハイト・テスタを含む種々のタイプの装置と用いる ことができることを理解されたい。したがって、これに限られるわけではないが 、硬さテスタ、電気テスタ、ドラッグテスタ、開始／停止テスタ、および回転ま たは静止ディスク表面から厳密にかつ注意深く制御された態様でスライダがアン ロードされることを必要とする他の何らかの類の機器および機械を含む、当業者 には明らかとなる本発明の他の種々の実施例が可能である。本発明の装置および 方法は、その精神または本質的な特徴を逸脱することなく他の特定的な形態で実 施できる。説明した実施例はあらゆる点において単なる例示的なものであり、制 限するものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上述 の説明によってではなく、添付の請求の範囲によって示される。クレームの均等 の範囲内およびその意味の中に含まれるあらゆる変更がその範囲内に包含される 。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９５年５月１４日 【補正内容】請求の範囲 １．小さいスペーシングの寸法を測定するための方法であって、 （ａ） 小さいスペーシングに複数の波長を有する光を配向するステップと、 （ｂ） 前記小さいスペーシングからの前記光の反射によって発生された干渉 信号を検出するステップと、 （ｃ） 前記第１および第２の波長干渉信号の各々について強度の最大値およ び最小値をもたらす範囲にわたって前記スペーシングを変えることによって、寸 法の範囲に関して前記複数の波長の第１の波長に関する第１の波長干渉信号と、 前記複数の波長の第２の波長に関する第２の波長干渉信号とを測定し、記録する ステップと、 （ｄ） 前記第１および第２の波長干渉信号の各々について、初期最大干渉強 度と初期最小干渉強度とを推定するステップと、 （ｅ） 前記初期最大および最小干渉強度の推定値を用いて、前記第１および 第２の波長干渉信号の複数の測定点の各々に対応するスペーシングを計算するス テップと、 （ｆ） 以下の式に従って、前記第１および第２の波長干渉信号の各々につい て前記初期最大干渉強度のしきい値内の前記第１および第２の波長干渉信号の前 記複数の測定点に関する複数の新しい最大干渉強度を計算するステップとを含み 、 Ｉ_MAX,NEWは、前記新しい最大干渉強度であり、Ｉ_MAXおよびＩ_MINは、前記初期 最大および最小干渉強度であり、 １に正規化された前記初期最大干渉強度の前記しきい値内の複数の測定点のうち の１つで測定された干渉強度であり、 前記初期最大干渉強度の前記しきい値内の前記複数の測定点の前記１つに対応す るスペーシングに関する理論上の干渉強度であり、さらに （ｇ） 以下の式に従って、前記第１および第２の波長干渉信号の各々につい て、前記初期最小干渉強度のしきい値内の前記第１および第２の波長干渉信号の 前記複数の測定点に関する複数の新しい最小干渉強度を計算するステップを含み 、 ここでＩ_MIN,NEWは、前記新しい初期干渉強度であり、Ｉ_MAXおよびＩ_MINは、前 記初期最大および最小干渉強度で および＋１に正規化された前記初期最小干渉強度の前記しきい値内の複数の測定 点のうちの１つで測定された干渉強 規化された前記初期最小干渉強度の前記しきい値内の前記複数の測定点のうちの 前記１つに対応するスペーシングに関する理論上の干渉強度であり、さらに （ｈ） 前記初期最小干渉強度の前記しきい値内の前記干渉強度の前記複数の 測定値に関する前記複数の新しい最小干渉強度を平均し、前記初期最大干渉強度 の前記しきい値内の前記干渉強度の前記複数の測定値に関する前記複数の新しい 最大干渉強度を平均し、新しい平均最大干渉強度と新しい平均最小干渉強度とを それぞれ決定するステップと、 （ｉ） 前記第１および第２の波長干渉信号の各々について、前記新しい平均 最大干渉強度および前記新しい平均最小干渉強度を、前記初期最大干渉強度およ び前記初期最小干渉強度とそれぞれ比較するステップとを含む、方法。 ２．（ｊ） 前記第１および第２の波長干渉信号の各々について、前記新しい平 均最大干渉強度および前記新しい平均最小干渉強度の収束に関して前記初期最大 干渉強度および前記初期最小干渉強度でチェックするステップをさらに含む、請 求項１に記載の方法。 ３．（ｋ） ステップ（ｊ）での収束に関するテストかノ ーであれば、前記初期最大干渉強度および前記初期最小干渉強度の代わりに前記 新しい平均最大干渉強度および前記新しい平均最小干渉強度を用いてステップ（ ｅ）ないし（ｊ）を繰返すステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。 ４．前記第１および第２の波長干渉信号の各々について最高および最低測定点を 求めてステップ（ｅ）で得られた前記複数の測定値をサーチし、前記第１および 第２の波長の各々について、前記最大および最小干渉強度に関する前記初期推定 値として前記最高および最低測定点の値を用いることによって、前記初期最大干 渉強度および前記初期最小干渉強度を決定するステップをさらに含む、請求項１ に記載の方法。 ５．小さなスペーシングの寸法を測定するための干渉的方法であって、 前記小さなスペーシングに複数の波長を有する光を配向するステップと、 前記スペーシングからの前記光の反射によって発生された干渉信号を検出する ステップと、 その波長に従って前記干渉信号の各々を分離するステップと、 前記複数の波長の各々について強度の最大値および最小値をもたらす範囲にわ たって前記スペーシングを変えることによって、スペーシングの範囲に関して前 記複数の波長 のうちの２つ以上で干渉信号強度を測定し、これを記録するステップと、 前記複数の波長の各々について前記スペーシングによって生成された干渉信号 強度を測定し、これを記録するステップと、 前記複数の波長の各々について、複数の周期的スペーシング寸法を有する表を 構成するステップとを含み、前記複数の周期的スペーシング寸法の各々は、前記 複数の波長の各々に関する前記測定され、記録された干渉信号にそれぞれ対応し 、さらに 前記複数の波長のうちの１つについての前記複数の周期的スペーシング寸法を 前記複数の波長の残りのものに関する前記複数の周期的スペーシング寸法と比較 して、正しいスペーシング寸法を決定するステップを含む、干渉的方法。 ６．小さなスペーシングの寸法を測定するための干渉装置であって、前記装置は 第１の波長および第２の波長を有する光を生成するための光源と、 前記第１および第２の波長の光を分離距離を有するスペーシングに配向するた めの光学装置とを含み、前記スペーシングは、第１および第２の境界によって、 前記第１および第２の境界から反射された光が第１の波長干渉信号および第２の 波長干渉信号を生成するように規定され、前記第１および第２の波長干渉信号は 、前記分離距離によって決 定される特徴を有し、さらに 前記第１および第２の波長干渉信号の強度を測定するための検出器と、 前記第１および第２の波長に対応する第１および第２の較正干渉縞のパターン を得ながら前記分離距離を変えるための較正コントローラと、 前記分離距離に対応する前記第１および第２の波長干渉信号の前記測定された 強度を解析し、それから前記分離距離を導出するためのプロセッサとを含み、前 記プロセッサはさらに 前記第１および第２の波長干渉信号の前記測定された強度の各々について、 複数の周期的スペーシング寸法を有する表を含み、前記第１の波長に関する前記 複数の周期的スペーシング寸法の各々は、前記第１の波長干渉信号の前記測定さ れた強度に対応し、前記第２の波長に関する前記複数の周期的スペーシング寸法 の各々は、前記第２の波長干渉信号の前記測定された強度に対応し、さらに 前記第１の波長に関する前記複数の周期的スペーシング寸法についての前記 表のエントリを、前記第２の波長に関する複数の周期的スペーシング寸法につい ての表のエントリと比較して、正しいスペーシング寸法を決定するためのコンパ レータを含む、干渉装置。 ７．小さいスペーシングの寸法を測定するための方法であって、 （ａ） 小さいスペーシングに複数の波長を有する光を配向するステップと、 （ｂ） 前記小さいスペーシングからの前記光の反射によって発生された干渉 信号を検出するステップと、 （ｃ） 前記第１および第２の波長干渉信号の各々について、強度の最大値お よび最小値をもたらす範囲にわたって前記小さいスペーシングを変えることによ って、寸法の範囲に関して、前記複数の波長のうちの第１の波長に関する第１の 波長干渉信号と前記複数の波長のうちの第２の波長に関する第２の波長干渉信号 とを測定し、記録するステップと、 （ｄ） 前記第１および第２の波長干渉信号の各々について、初期最大干渉強 度および初期最小干渉強度を推定するステップと、 （ｅ） 前記第１および第２の波長干渉信号の各々について、前記初期最大干 渉強度および前記初期最小干渉強度の各々に対応する初期スペーシング値を推定 するステップと、 （ｆ） 前記第１および第２の波長干渉信号の各々について、前記初期最大干 渉強度および前記初期最小干渉強度の各々に対応する前記初期スペーシング値の 前記測定値を用いて、前記第１および第２の波長干渉信号の各々について新しい 最大干渉強度および新しい最小干渉強度を計算するステップと、 （ｇ） 前記第１および第２の波長干渉信号の各々について、前記新しい最大 干渉強度および前記新しい最小干渉強度をそれぞれ前記初期最大干渉強度および 前記初期最小干渉強度と比較するステップとを含む、方法。 ８．（ｈ） 前記第１および第２の波長干渉信号の各々について、前記新しい最 大干渉強度および前記新しい最小干渉強度の収束を、前記初期最大干渉強度およ び前記初期最小干渉強度でチェックするステップをさらに含む、請求項７に記載 の方法。 ９．（ｉ） ステップ（ｈ）の収束に関するテストがノーであれば、前記新しい 平均最大干渉強度および前記新しい平均最小干渉強度を前記初期最大干渉強度お よび前記初期最小干渉強度の代わりに用いて、ステップ（ｅ）ないし（ｈ）を繰 返すステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。 １０．最高および最低測定点の値を求めて前記第１および第２の波長干渉信号を サーチし、前記第１および第２の波長の各々についてそれぞれ前記最高および最 低測定点の値を前記最大および最小干渉強度に関する前記初期推定値として用い ることによって、前記初期最大干渉強度および前記初期最小干渉強度を決定する ステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の波長の第１の干渉較正信号および第２の波長の第２の干渉較正信号に ついて最大および最小干渉強度を決定する方法であって、前記第１および第２の 干渉較正信号はスペーシングによって生成され、前記方法は （ａ） 前記第１および第２の干渉較正信号の各々が干渉強度の最大値および 最小値を経るようにスペーシングを変えながら、前記第１および第２の干渉較正 信号の各々の複数の測定値を得るステップと、 （ｂ） 前記第１および第２の干渉較正信号の各々について初期最大および最 小干渉強度を推定するステップと、 （ｃ） 前記初期最大および最小推定値を用いて前記複数の測定値の各々につ いてスペーシングを計算するステップと、 （ｄ） 以下の式に従って、前記第１および第２の干渉較正信号の各々につい て前記初期最大値のしきい値内の前記干渉強度の前記複数の測定値の新しい最大 値を計算するステップとを含み、 ここでＩ_MAX,NEWは、最大干渉強度に関する更新された値であり、Ｉ_MAXおよびＩ_MIN は、最大および最小干渉強度 _MAXに対応する−１および＋１に正規化されたその較正点 ケールに正規化されたその点でのスペーシングに関する理論上の強度であり、さ らに （ｅ） 以下の式に従って、前記第１および第２の干渉較正信号の各々につい て前記初期最小値のしきい値内の前記干渉強度の複数の測定値に関する新しい最 小値を計算するステップを含み、 ここでＩ_MIN,NEWは、最小干渉強度に関する更新された値であり、Ｉ_MAXおよびＩ_MIN は、最大および最小干渉強度 _MAXに対応する−１および＋１に正規化されたその較正点 ケールに正規化されたその点でのスペーシングの理論上の強度であり、さらに （ｆ） 前記初期最小値のしきい値内の前記干渉強度の前記複数の測定値の前 記新しい最小値と、前記初期最大値のしきい値内の前記干渉強度の前記複数の測 定値の前記新しい最大値とを平均し、新しい平均最大値と新しい平均最 小値とを決定するステップと、 （ｇ） 前記第１および第２の干渉較正信号の各々について、前記初期最大値 および初期最小値と前記新しい平均最大値および新しい平均最小値とを比較する ステップとを含む、方法。 ２．（ｈ） 前記第１および図２の干渉較正信号の各々について、前記初期最大 値および前記初期最小値で前記新しい平均最大値および前記新しい平均最小値の 収束をチェックするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。 ３．（ｉ） もしステップ（ｈ）の収束に関するテストがノーであれば、前記初 期最大値および前記初期最小値の代わりに前記新しい平均最大値および前記新し い平均最小値を用いて、ステップ（ｃ）ないし（ｈ）を繰返すステップをさらに 含む、請求項２に記載の方法。 ４．前記第１および第２の波長の各々について最高および最低測定点を求めてス テップ（ａ）で得られた前記複数の測定値をサーチし、前記第１および第２の波 長の各々についての前記最大および最小干渉強度に関する前記初期推定値として これらの値をそれぞれ用いることによって、前記初期最大および前記初期最小強 度を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。 ５．小さなスペーシングの寸法を測定するための干渉的方法であって、 前記小さなスペーシングに複数の波長を有する光を配向 するステップと、 前記スペーシングからの前記光の反射によって発生された干渉信号を検出する ステップと、 その波長に従って前記干渉信号の各々を分離するステップと、 前記複数の波長の各々について強度の最大値および最小値をもたらす範囲にわ たって前記スペーシングを変えることによって、スペーシングの範囲に関して前 記複数の波長のうちの２つ以上で干渉信号強度を測定し、これを記録するステッ プと、 前記複数の波長の各々について前記スペーシングによって生成された干渉信号 強度を測定し、これを記録するステップと、 前記複数の波長の各々について、複数の周期的スペーシング寸法を有する表を 構成するステップとを含み、前記複数の周期的スペーシング寸法の各々は、前記 複数の波長の各々に関する前記測定され、記録された干渉信号にそれぞれ対応し 、さらに 前記複数の波長のうちの１つについての前記複数の周期的スペーシング寸法を 前記複数の波長の残りのものに関する前記複数の周期的スペーシング寸法と比較 して、正しいスペーシング寸法を決定するステップを含む、干渉的方法。 ６．小さなスペーシングの寸法を測定するための干渉装置であって、前記装置は 第１の波長および第２の波長を有する光を生成するための光源と、 前記第１および第２の波長の光を分離距離を有するスペーシングに配向するた めの光学装置とを含み、前記スペーシングは、第１および第２の境界によって、 前記第１および第２の境界から反射された光が第１の波長干渉信号および第２の 波長干渉信号を生成するように規定され、前記第１および第２の波長干渉信号は 、前記分離距離によって決定される特徴を有し、さらに 前記第１および第２の波長干渉信号の強度を測定するための検出器と、 前記第１および第２の波長に対応する第１および第２の較正干渉縞のパターン を得ながら前記分離距離を変えるための較正コントローラと、 前記分離距離に対応する前記第１および第２の波長干渉信号の前記測定された 強度を解析し、それから前記分離距離を導出するためのプロセッサとを含み、前 記プロセッサはさらに 前記第１および第２の波長干渉信号の前記測定された強度の各々について、 複数の周期的スペーシング寸法を有する表を含み、前記第１の波長に関する前記 複数の周期的スペーシング寸法の各々は、前記第１の波長干渉信号の前記測定さ れた強度に対応し、前記第２の波長に関する前記複数の周期的スペーシング寸法 の各々は、前記第２の波長 干渉信号の前記測定された強度に対応し、さらに 前記第１の波長に関する前記複数の周期的スペーシング寸法についての前記 表のエントリを、前記第２の波長に関する複数の周期的スペーシング寸法につい ての表のエントリと比較して、正しいスペーシング寸法を決定するためのコンパ レータを含む、干渉装置。