定量測量區(qū)域的表面精度的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 此處的實施例涉及一種在拋光處理期間原位光學定量測量區(qū)域的表面精度的方 法。
【背景技術】
[0002] 表面改性，尤其是拋光，是許多工業(yè)生產領域中的必需處理。這些包括：
[0003] 魯汽車，例如，對諸如行李箱蓋及燈罩和透鏡的塑料部件的模具進行拋光。
[0004] 魯發(fā)動機部件，例如凸輪軸。
[0005] ?醫(yī)學植入體，例如人工髖關節(jié)的表面。
[0006] 魯光學元件，例如用于安全玻璃和接觸透鏡的注塑模具。
[0007] 這些拋光的表面在尺寸上可以是幾平方米，并且需要1微米或更小的表面精度。 目前，樣品要從拋光處理中轉移到實驗室，在實驗室中每次在小面積上以耗時的處理測量 表面。另外，大多數(shù)拋光由手動完成，手動拋光者通過觀察工具/模具來確定質量，而使用 機器人或激光器的自動程序通常需要把工具/模具移到處理室外來被檢查。
[0008] 為了檢查表面精度，現(xiàn)有技術中已知有幾種方法。
[0009] US 6084671公開了一種用于使用高斯光束剖面的表面分析的方法和裝置。高斯光 束由透鏡系統(tǒng)成形并照射表面。反射光被表面的不規(guī)則扭曲。然后反射光束被通過一系列 空間濾波器來觀察，上述空間濾波器基本上去除原始的高斯光束形狀。用相機來記錄殘留 光束形狀不同的測量光束。這種方案要求由以高斯形狀的形式的非常特定的光束圖案照射 表面。另外，因為研究區(qū)域的邊緣比中心被更不強烈地照射，所以表面的照射在表面上是不 均勻的，因而表面結構的任何統(tǒng)計測量結果朝著中心偏移。
[0010] US 2005/0046870公開了一種通過以一個角度照射表面以顯示表面上的較大結構 的陰影圖來表征表面的方法。這種方案僅描述和討論了幾何反射。其并不涉及用單色光照 射拋光的表面。另外，所述照射不被垂直地引導至表面。
[0011] US 2012/107971公開了一種用于化學機械拋光裝置的拋光墊組件。所述拋光墊具 有拋光表面和與所述拋光表面相反并用于附著到壓板的表面，以及形成在所述拋光墊中的 固體透光窗。所述透光窗對光的透射比所述拋光片強。所述透光窗具有光漫射底表面。這 種方案需要在表面上方的化學透明頂層，用來與表面反射的波產生干涉。這是一種測量兩 個重疊表面之間的干涉的單點測量裝置和技術。
[0012] US 4, 873, 434公開了一種掃描光學顯微鏡，其包括光福射源和將來自該源的福射 聚焦成為被檢查的表面上詢問光斑（interrogating spot)的工具。所述光斑在表面上的 一個點附近偏轉，表面形貌被通過測量在所述光斑位置從所述表面反射的輻射的幅度和/ 或相位來測量。這種技術每次測量一個光斑。每個光斑被分別處置，而不給出較大區(qū)域的 任何直接的定量分析。
[0013] US5, 917, 191公開了一種用于測量表面形貌的方法，其特征在于用激光掃描單元 進行表面的多個掃描以及利用所述多個掃描生成表面形貌的描繪。表面形貌數(shù)據(jù)也可用于 計算由施加到半導體晶片的表面上的薄膜引起的壓縮應力或拉伸應力。這種方案的裝置在 X方向上橫跨表面掃描激光束，并且在Z方向檢測激光束的反射部分的位移。一對光檢測 器被用于將反射束在z方向的位移轉化為模擬信號，其被數(shù)字化并被輸入微型電腦進行分 析。表面的多個掃描優(yōu)選地通過將工件放置在一個基座上來完成，所述基座可以旋轉到多 個角度位置。這種技術是進行逐點掃描來給出點形貌數(shù)據(jù)。其既沒有描述也沒有教導在大 區(qū)域上同時進行定量分析。

【發(fā)明內容】

[0014] 因此，此處的實施例的一個目的是提供一種用于在拋光處理期間進行表面質量的 定量測量的方法，其中，所述方法可以消除現(xiàn)有技術的缺陷。
[0015] 此處的實施例涉及一種用于確定表面的定量精度的方法和裝置，其中平行單色光 束被朝向樣品的表面垂直發(fā)送。然后通過同時記錄相機圖像中每個像素處的反射光的強度 來推導出定義表面形貌的定量參數(shù)，其中所述相機圖像在研究時用相機鏡頭來聚焦在表面 區(qū)域上。然后區(qū)域強度圖像從表面孔徑維度被傅里葉變換成散射角度維度。圖像表面參數(shù) 然后被通過強度傅里葉變換計算出，并被耦合到定量表面參數(shù)。
[0016] 此處的實施例描述了一種用于在拋光處理期間原位光學定量測量區(qū)域的表面精 度的方法和裝置，其中將單色平光波（monochromatic flat light wave)向預設的表面區(qū) 域引導，并且用聚焦在所述表面區(qū)域上的相機和透鏡系統(tǒng)來記錄反射光的圖像。所述平光 波被垂直或小于6度的角度引導向所述平面。另外，所述相機和透鏡系統(tǒng)可以垂直地朝向 所述表面區(qū)域或以小于6度的角度朝向所述表面來定位。進入所述相機的反射光與所述相 機和透鏡系統(tǒng)的光軸之間的角度差可以小于6度。
[0017] 然后從所記錄的圖像來推導表面精度參數(shù)。所述表面精度參數(shù)可以用記錄的圖像 的傅里葉變換來確定，預先確定的傅里葉分量被擬合到表面區(qū)域的傅里葉譜，并且通過傅 里葉分量來確定表面精度參數(shù)?？梢匝刂龈道锶~變換的長伸長軸和跨過所述傅里葉變 換的短伸長軸來將這些傅里葉分量確定為：大高斯分量；所述譜的峰；作為所述峰的基礎 的寬高斯分量；以及中心最大值以外的分量峰。
[0018] 更多的分量可以被擬合到長軸和短軸，作為：大尚斯分量的長軸和短軸的指標； 長軸的方向；和最大值中心以外的分量峰的方向。然后可以推導表面精度參數(shù)：諸如中心 峰最大值減去長軸的大高斯分量，因而定義拋光的質量；峰附近的寬高斯分量減去大高斯 分量，其定義所述表面的光澤度；沿著長伸長軸的大高斯分量除以沿著所述短軸的大高斯 分量，定義所述表面的對稱性；所述長軸的方向，其顯示所述表面的結構線的方向；以及中 心最大峰以外的分量峰的大小，其指示結構線。
[0019] 所述方法和裝置以波長數(shù)而不是幾何尺寸來定義，并且不限于特定光波長，盡管 使用其作為示例。
[0020] 已經在聚焦像素區(qū)域的直徑小于100個波長且表面觀察成像區(qū)域的直徑大于 4000個波長的情況下對所述方法和裝置進行了驗證和測試。并不存在理論限制而是由于目 前相機像素數(shù)的限制而存在實際限制。
[0021] 此處的實施例對于在大的區(qū)域上確定表面參數(shù)尤其有用。其比較可靠，并安裝以 在處理室內進行測量。其工作距離較長，為70-800mm，這遠遠長于目前使用的顯微鏡物鏡系 統(tǒng)。
[0022] 其工業(yè)用途的范圍可以從對自動、醫(yī)療和光學工業(yè)工具、模具和產品的自動拋光 的工藝路線和方法的決定，到手工拋光處理中做的客觀決定。所述裝置可以安裝到機械手 臂上、激光處理室外或者手工拋光車間的地上。所述方法包括獲得表面區(qū)域的大的部分的 單個圖像（在下面討論的情況中是4X4mm)，并且因此與單點測量和干涉測量儀器相比，所 述方法更快并且對震動更不敏感?？偟谋砻鎱^(qū)域還可以按照在下面討論的情況中為2-4_ 的步幅在整個區(qū)域上通過分步來進行測量。
[0023] 表面精度可以定義為所述表面在與光波相同的平面內在形貌上偏離了平坦多少。
[0024] 此處的一些實施例的一些特定的優(yōu)點是：
[0025] ?工作距離長：可以距離目標區(qū)域70-800mm放置；
[0026] ?大表面同時性：快速測量；
[0027] ?在大區(qū)域上的定量數(shù)據(jù)作為拋光處理的反饋。
【附圖說明】
[0028] 現(xiàn)在，將參考附圖描述作為示例的實施例，其中：
[0029] 圖1例示根據(jù)此處的實施例的裝置；
[0030] 圖2例示根據(jù)此處的實施例的系統(tǒng)的幾何形狀；
[0031] 圖3例示所述圖像的傅里葉變換的強度。
【具體實施方式】
[0032] 圖1描述了波長λ的