確定表面特征的裝置和方法

專利名稱：確定表面特征的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及確定譬如表面輪廓或者形貌的表面特征的裝置和方法。
背景技術：
相干掃描或寬帶掃描干涉量度法(有時稱為“掃描白光干涉量度法”(SWLI))在Byron S.Lee和Timothy C Stand的題目為“Proffilometry with aCoherence Scanning Microscope(使用相干掃描顯微鏡的輪廓量度法)”、發表于1990年9月10日的Applied Optics的第29卷No.26第3784至3788頁的文章中被討論。
相干掃描或寬帶掃描干涉量度法使用標準的干涉儀，譬如帶有寬帶空間不相干光源的Michelson(邁克爾孫)、Mirau(米勞)或Linnik(林尼克)干涉儀，所述不相干光源譬如是石英鹵素燈。與窄帶或單波長干涉量度法不一樣，相干掃描或寬帶掃描干頻量度法不會遭受波長受限制的非模糊范圍，而是能夠提供容易超過數百微米的實際的測量范圍。
在相干掃描或寬帶掃描干涉量度法中，當其輪廓要被確定的樣本表面和干涉儀的參考鏡中的一方相對于另一方沿掃描路徑移動以改變相對路徑長度時，譬如CCD攝影機的二維圖像傳感器被用于感測得到的干涉圖，以使圖像傳感器的各個傳感元件或像素感測所述干涉圖的部分，以用于該樣本表面的相應表面區域或表面像素。
當樣本表面和參考鏡被相互相對移動時，由傳感元件接收到的光的量或強度將依據干涉條紋的改變而變化，如圖2所示，一個相干峰值或極值(最大或最小振幅)出現在沿掃描路徑Z有零程差的位置。在表面的不同區域具有不同的相對高度處，則那些不同區域將在沿掃描路徑的不同位置處具有相干峰值。因此，相干峰值的相對位置可被用于提供表面輪廓數據，也就是表示樣本表面的不同區域的相對高度的數據。
在制造用于硬盤驅動的部件中，讀寫磁頭滑動器的高精度計量是極其重要的。尤其是，重要的是能夠精確地測量高度差異，該高度差異是因在制造過程中使用的化學機械拋光(CMP)技術中以不同速率重疊不同的材料而引發的。為了使得能夠獲得盡可能小的頭對盤的間隙，以減少信號間隔損耗、而在所述滑動器在工作中掠過盤時在滑動器和盤之間沒有物理干擾的風險，對這些高度差異的精確控制是重要的。具體地，需要精確地測量極端凹處(pole tiprecession)(PTR參數)，也就是在極端和一個氧化鋁-碳化鈦復合物(AL2O3-TiC)氣浮表面之間的高度差異；和2)“氧化鋁后沿凹處”(trailing edgerecession)(ALR參數)，也就是在極端的氧化鋁外涂層和該氧化鋁-碳化鈦復合物氣浮(air bearing)表面之間的高度差異。
如Martin Smallen和Jerry J.K.Lee的出版于Transactions of ASME的1993年7月第115卷382至386頁、題目為“Pole Tip Recession Measurements on ThinFilm Heads Using Optical Profilometry with phase Correction and Atomic ForceMicroscopy(使用帶有相位校正和原子力顯微鏡法的光輪廓量度法對薄膜頭進行極端凹處測量)”的文章所闡述的，由于復合物AL2O3-TiC氣浮表面的原因，材料相關的關于反射的相位改變(phase-change-on-reflection，PCOR)使得很難用一個表面光度儀測量PTR和ALR參數。
如上面提及的論文所闡述的，解決這個問題的一種方式是使用橢圓偏振計測量極端和氣浮表面的光學常數，且通過分析進行校正。另一種方法是測量在涂覆(通常為真空鍍鉻)之前和之后的滑動器的一些樣本，以提供跟隨滑動器的輪廓、但是具有均勻的關于反射的相位改變的頂面，以及使用那些測量來校正對沒有涂覆的頭所做的測量。然而，這沒有考慮滑動器間的制造變化。第三種方法是涂覆每一個滑動器，但由于這樣的涂覆難于移除，所以這僅可用于一種破壞性的測試過程，而不能用于被制造來供使用的滑動器。另一種方法是使用原子力顯微鏡(AFM)去測量樣本滑動器的PTR和ALR參數，然后使用這些參數去使能對使用掃描白光干涉量度法所做的測量進行后續DC校正。實際上，因此前面的、使用掃描白光干涉量度法來測量磁性讀寫頭滑動器的這些尺度的嘗試另外地要求使用原子力顯微鏡法(AFM)或橢圓對稱法，以確定用于氧化鋁-碳化鈦復合物氣浮表面的精確的高度參考。然而，需要使用另外的過程會不可避免地增加測量操作所需要的時間，且AFM測量尤其慢。由于要求對每一個滑動器測量，所以這種測量操作代表了生產過程的一個非常耗時的部分。
類似的問題可能在使用干涉測量技術去測量其他由復合材料形成的表面時引發，復合材料也就是那些不是真正的化合物，而是不同材料的物理混合物的材料。

發明內容
本發明的一個方面是提供用于處理干涉測量的數據的裝置和方法，所述干涉測量的數據是通過以下方式獲得的，即在復合材料表面和參考表面之間、在掃描路徑上實施相對運動，以便為圖像傳感器的各個傳感元件獲得由該傳感元件成像的表面區域的干涉測量數據，使得所述干涉測量數據包括用于各個表面區域的、代表沿掃描路徑出現相干峰值的位置的高度或相位數據，和代表在該相干峰值處由傳感元件檢測的信號振幅的振幅數據，其中相關于用于表面區域的高度和振幅數據的函數的參數被用于校正在復合材料表面的那個表面區域處的關于反射的相位改變的影響。
本發明的一個實施例提供一種使得能夠對相位失真效應進行自動校正的裝置和方法，所述相位失真效應與AL2O3-TiC的干涉測量相關聯。
本發明的一個實施例提供一種使得能夠對相位失真效應進行自動校正的裝置和方法，所述相位失真效應與AL2O3-TiC的干涉測量相關聯，以及除了提供校正以允許ALR和PTR參數的測量之外，還提供對測量的AL2O3-TiC表面粗糙度的明顯校正。
本發明的一個實施例提供一種裝置和方法，它們消除了對使用橢圓光度法和AFM技術進行獨立測量的需要。


現在通過參考附圖、借助示例來對本發明的實施例進行說明，其中圖1示出確定表面特征的裝置的示意性框圖，所述裝置包括干涉儀系統及數據處理和控制裝置；圖2示出相對位置Z的強度I的曲線圖，其說明圍繞相干峰值或干涉區域的樣本表面區域的干涉條紋的典型例子；圖3示出更詳細說明圖1中所示裝置的一個例子的功能框圖；圖4示出一個用于裝置中的合適干涉儀系統的例子的簡化側視、部分截面圖；圖5示出計算裝置的功能框圖，所述計算裝置可被配置以提供如圖3中所示的數據處理和控制裝置；圖6a示出剛性或硬磁盤驅動的非常簡化的概略平面圖；圖6b示出圖6a中所示的剛性或硬磁盤驅動中磁讀寫頭滑動器的非常簡化的底視圖；圖6c示出圖6b中所示的滑動器部分的非常簡化的平面圖，其說明所述滑動器的不同表面的相對位置；圖6d示出沿圖6c中線I-I所取的簡化概略橫截面圖，其說明極端凹處(PTR)和氧化鋁后沿凹處(ALR)；圖7示出圖1中所示的裝置的功能框圖，其更詳細說明數據處理和控制裝置的數據處理器；圖8示出用于未涂覆氧化鋁-碳化鈦表面的振幅灰度級頻率對振幅灰度級的曲線圖；圖9示出以納米(nm)計的相位對電場反射率的圖，用于從表面像素高度和相應振幅數據導出的數據集，該表面像素高度和相應振幅數據是從強度值數據獲得的，而所述強度值數據產生自使用圖1、3和4中所示的干涉儀系統對未涂覆氧化鋁-碳化鈦表面所做的測量操作；圖10示出說明使用理論的相位-反射率模型獲得的結果的曲線圖，所述模型使以納米計的相位與電場反射率相關；圖11示出通過使用多個不同的校正擬合函數(包括基于逆振幅模型的校正擬合函數)來擬合數據集的形式，而對圖9中所示的數據集進行校正所獲得的結果；圖12示出說明由圖7中所示數據處理器執行的處理的流程圖；圖13示出以納米計的均方根粗糙度Sq作為校正參數beta(β)的函數的曲線圖，用以說明確定該校正擬合函數的校正參數的值的一種方式；圖14a、14b和14c示出二維曲線圖，每個代表氧化鋁-碳化鈦表面的一個區的表面區域或像素的二維陣列，圖14a表示用于各個表面像素的表面高度數據，圖14b表示各個表面像素的相干峰值的振幅和圖14c表示在使用實現本發明的方法來補償關于反射的相位改變之后用于各個表面像素的表面高度數據，所述實現本發明的方法使用逆振幅模型作為校正擬合函數的基礎；圖15a和15b示出用于讀寫磁頭滑動器的鋁外涂層和氧化鋁-碳化鈦氣浮表面的二維表面高度數據曲線的透視圖，圖15a示出使用實現本發明的方法補償關于反射的相位改變之前的數據，圖15b示出使用實現本發明的方法補償關于反射的相位改變之后的數據；圖16示出表示由理論的相位-反射率模型為涂覆和未涂覆的氧化鋁-碳化鈦表面預測的、(以納米計的)相位對電場反射率的曲線圖，以及使用實現本發明的方法為未涂覆的氧化鋁-碳化鈦表面獲得的結果，所述實現本發明的方法使用逆振幅模型作為校正擬合函數的基礎；圖17示出表示用于未涂覆的氧化鋁-碳化鈦表面和兩個涂覆的氧化鋁-碳化鈦表面的、實驗確定的(以納米計的)相位對電場反射率結果的曲線圖；圖18示出表示由理論的相位-反射率模型為未涂覆的氧化鋁-碳化鈦表面預測的、(以納米計的)相位對電場反射率的曲線圖，和使用實現本發明的方法得到的結果，所述實現本發明的方法將基于逆振幅模型而將一校正擬合函數擬合為實驗獲得的數據形式，為校正參數使用不同的值；圖19示出用于涂覆的和未涂覆的各種不同滑動器的、在確定的ALR參數中以納米(nm)計的誤差對校正參數值beta_o(β0)的曲線圖；圖20示出用于涂覆的和未涂覆的各種不同滑動器的、在確定的PTR參數中以納米(nm)計的誤差對校正參數值beta_o的曲線圖；圖21示出說明漂移梯度的、用于涂覆的和未涂覆的各種不同滑動器的、在確定的ALR參數中以納米(nm)計的平均誤差對校正參數值beta_o的曲線圖；和圖22示出說明漂移梯度的、用于涂覆的和未涂覆的各種不同滑動器的、在確定的PTR參數中以納米(nm)計的平均誤差對校正參數值beta_o的曲線圖。
具體實施例方式
現參照附圖，圖1示出確定表面特征的裝置1的簡化示意性框圖。
所述裝置1具有寬帶或相干掃描干涉儀系統2以及數據處理和控制裝置3。
寬帶掃描干涉儀系統2是基于常規的干涉儀，且典型地具有例如Mirau、Michelson或Linnik配置。如在導言中所述，取代單色空間相干光源，所述寬帶掃描干涉儀系統2具有寬帶源4，所述寬帶源4可以是例如白光源，譬如耦合至一可調DC電源的石英鹵素燈，其具有例如以用戶可旋轉旋鈕形式提供的光強度輸出用戶控制400。
寬帶源4提供寬帶光L，該寬帶光L通過束分裂器(在圖1中圖示為單束分裂棱鏡)5分裂成第一光束和第二光束，所述第一光束沿參考路徑RP被定向到參考鏡6，以及所述第二光束沿樣本路徑SP被定向到樣本8的表面7，所述樣本8安裝在樣本支撐臺9上。從參考鏡6反射的光沿參考路徑RP返回至束分裂器5，在那里它與從樣本表面7沿樣本路徑SP反射回的光相干涉。聚焦元件3被提供來將干涉區域的圖像聚焦在檢測器10上。
在這個實施例中，檢測器10具有圖像傳感元件SE的2D(二維)xy陣列SA，所述圖像傳感元件SE的一行完全是示意性地在圖1中示出。所述陣列SA對落入檢測器10視野內的樣本表面7的區域成像。檢測器10的2D傳感陣列的各個單獨的傳感元件SE檢測落入所述元件的接受光錐區且由樣本表面7區的相應表面區域或表面像素產生的干涉圖案部分，以使該表面的成像區域可被有效地認作為表面區域或表面像素的2D陣列。在這個例子中，所述檢測器10是CCD(電荷耦合器件)數字攝像機，例如，Vosskuhler GmbHCCD 1300 CCD數字攝像機。作為另一種可能，具有CMOS傳感元件的2D(二維)xy陣列的CMOS檢測器可被使用。在任一情況中，各個傳感元件一般是正方形的，以在所述陣列的兩個方向(x和y)上提供同樣的分辨率。
提供運動控制器11以在樣本8與參考鏡6和物鏡的組合之間實現相對運動，從而改變從參考鏡6反射的光和從樣本表面7反射的光所行進的路徑長度之間的差。如圖1所示，運動控制器11被設置以沿參考路徑RP移動參考鏡6和物鏡的組合(參見圖3，因為為了簡化，圖1示出簡單耦合至反射鏡6的運動控制器)。這等效于沿掃描路徑在圖1所示的Z方向上移動樣本表面7。
檢測器10被設置為在改變樣本8和參考鏡6之間路徑長度差時以一定間隔去捕獲或感測光強度(也就是，干涉圖案)。在這個例子中，檢測器以對應于ΔZstep＝λ/8的樣本8相對位置中的軸向改變的間隔處捕獲或感測光強度，在那里λ是寬帶源的標稱平均波長以及步長典型為75nm。在各個間隔處，通過檢測器10獲取表示用于所述檢測器10視野的強度圖案的2D圖像或幀數據。
當路徑長度差隨參考鏡6的移動改變時，通過2D傳感陣列的一個傳感元件感測的照明度(也就是，由從成像在傳感元件上的樣本表面7的相應表面區域或表面像素反射的光提供的干涉圖案部分)變化，從而產生一系列條紋，所述條紋在沿掃描路徑對應于零路徑長度差的位置處具有相干峰值。圖2示出光強度相對于位置Z的曲線圖，以說明當參考鏡6和樣本表面7的相對位置改變時，由檢測器10的2D傳感陣列的傳感元件所感測的光強度(以及因此是干涉條紋區域)改變的方式。強度分布的包絡是寬帶源的譜分布的傅立葉變換，由儀器的譜透射連同檢測器的譜響應度一起來修改。
現在借助于圖3和圖4來說明可被使用在裝置1中的干涉儀系統2的更詳細的一個例子，其中圖3示出裝置1的整體功能性框圖，圖4示出簡化的干涉儀系統2的側視圖。在圖3和4示出的例子中，干涉儀系統2是基于Mirau型干涉儀的。
如圖3所示，寬帶掃描干涉儀系統2的干涉儀I具有寬帶源4，所述寬帶源4具有由光纖光纜4b光學耦合的第一和第二部件4′和4″。所述第一部件4′容納石英鹵素投影儀燈泡(具有相關聯的反射器)。第二部件包括一系列光學元件，來自光纖光纜4b的光通過這些光學元件被傳輸。在這個例子中所述系列由散射體、可改變的濾光器、孔徑光闌、透鏡、視場光闌和準直透鏡組成，所述準直透鏡提供出射光束L。濾光器可以是中性密度濾光器或帶通濾光器，被設計來限制由寬帶源4發射的光的波長范圍，譬如被設計來通過具有氦氖激光線波長的光的氦氖激光線濾光器。
寬帶光源的第二部件4″被設置以經束分裂器12將寬帶光L供給物鏡組件13，所述物鏡組件13除了物鏡14之外還包括束分裂器5和參考鏡6。束分裂器5將束分裂器12提供的光束分裂為第一參考光束和第二樣本光束，所述第一參考光束沿參考路徑RP被定向，而所述第二樣本光束沿樣本路徑SP從干涉儀I被定向到樣本8的表面7，所述樣本8被安裝至樣本支撐臺9上。返回至束分裂器12的光被所述束分裂器向所述檢測器反射，并且由透鏡3聚焦在檢測器10上(參見圖1)。
在控制裝置30的伺服/驅動電路15e的控制下，通過Z方向移動器15，在這個例子中是壓電移動器，物鏡組件13以及因此參考鏡6在Z方向上是可移動的。樣本支撐臺9分別通過X移動器16和Y移動器17在X和Y方向上是可移動的，以使樣本表面7的不同區域被帶入檢測器10的視野內。
如圖4所示，寬帶掃描干涉儀系統2的干涉儀I的大多數部件I′(與光源的第一部件4′和光纖光纜4b分離)被提供于殼體2a內，所述殼體2a經托架18被安裝至Z軸基準柱19。經驅動機構(未顯示)，譬如滾珠絲杠或導螺桿驅動機構，所述托架18以互相可操作控制的形式被耦合至粗略Z定位器20，或者在這個例子中，被耦合至DC電動機，所述DC電動機使所述托架18且因此是干涉儀I能夠在Z方向上移上和移下柱19以使所述干涉儀能被移動至不同的掃描開始位置。
如圖4所示，樣本支撐臺9被提供在支撐102上，所述支撐102容納X和Y移動器16和17。在這個例子中，所述X和Y移動器16和17包括通過合適的常規驅動機構，譬如齒條和小齒輪或滾珠絲杠驅動機構(未顯示)，耦合至樣本支撐臺9的DC電動機。如圖3和4所示，每個Z、X和Y移動器關聯于對應的位置傳感器15a、16a和17a，而粗略Z定位器20可被關聯于粗略Z定位器位置檢測器20a。圖3中在支撐臺9與X和Y位置傳感器16a和17a之間的虛線指示所述位置傳感器可直接感測支撐臺9的移動，而不是通過從相應電動機導出的信號。
如圖1所示，數據處理和控制裝置3具有用于控制干涉儀系統2的操作的控制裝置30、用于從檢測器10接收強度數據信號的強度數據接收器33、用于在控制裝置30的控制器21的控制下處理強度數據的數據處理器32和用戶接口31，所述用戶接口31使用戶或操作者能夠控制裝置的操作，使用戶或操作者能夠被提供以數據輸出，所述數據輸出表示由數據處理器32處理在測量操作期間獲取的數據的結果以及還使得能夠向用戶傳遞消息，譬如錯誤消息。
控制裝置30的控制器21控制所述裝置的整個操作，并且與用戶接口31和數據處理器32相通信。在這個例子中，控制裝置30還包括伺服驅動電路15e和X、Y及Z記錄器22、23及24，其中的每個接收相應位置傳感器16a、17a和15a的輸出，以及用于響應Z位置傳感器15a的輸出而觸發檢測器10的操作的觸發發生器60，以便以要求的間隔捕獲圖像。所述控制器21還接收來自粗略Z定位器傳感器20a的輸出，如果被提供的話。所述控制器21可被以公知的方式編程，以補償因物鏡組件13的運動的略微弓形性質而帶來的Z位置中的任何誤差。
可通過對計算裝置，例如對個人計算機進行編程，來至少實施數據處理和控制裝置中的控制器21和數據處理器32。圖5示出這種計算裝置的簡化框圖。如所示，所述計算裝置具有與存儲器26(ROM和/或RAM)相關聯的處理器25、譬如硬盤驅動的海量存儲設備27、用于接納譬如軟盤、CDROM、DVD或類似的可移除媒介(RM)29的可移除媒介驅動(RMD)28、用于與寬帶掃描干涉儀系統的部件相接口的輸入和輸出(I/O)控制器37，所述部件要由控制裝置(例如，Z、X和Y移動器15至17、粗略Z定位器20和檢測器10)控制以使處理器25能夠控制這些部件的操作。在這個例子中，所述用戶接口31由鍵盤31a、定點設備31b、譬如CRT或LCD顯示器的顯示器36a及打印機36b組成。計算裝置還可包括通信接口(COMMS INT)199，譬如調制器或網卡，能夠使所述計算裝置與其他計算裝置經譬如局域網(LAN)、廣域網(WAN)、內聯網或互聯網的網絡通信。在這個例子中，強度數據接收器33被提供作為安裝在所述計算裝置內部的專用幀捕獲電路板230。
處理器25可被編程，以通過下面方式中的任何一個或多個來提供數據處理器32和控制器211)在存儲器26的非易失部分中或在海量存儲設備27上預安裝程序指令和任何關聯的數據；2)從在可移除媒介驅動28內接納的可移除媒介29中下載程序指令和任何關聯的數據；3)下載程序指令和任何關聯的數據，作為經通信接口199從另一個計算裝置供給的信號SG；和4)經用戶接口31的用戶輸入。
如到目前為止所說明的，所述裝置類似于在申請人的國際申請公開號WO03/078925中說明的裝置，其整體內容在此引入以供參考。參考圖3至5說明的、更詳細的干涉儀系統2和控制裝置30的典型例子可從WO03/078925中找到(我們的參考號是3022799)。可使用的市場上可買到的裝置的例子為英國Taylor Hobson Limited of Leicester生產的Talysurf(輪廓儀)CCI 3000。
本裝置在數據處理器32的結構上或編程上不同于WO03/078925中所說明的，如將在后面解釋的，這使得在確定復合材料的表面形貌時能夠補償因關于反射的相位改變(PCOR)而引發的表面高度或相位測量失真，復合材料是一種不是真正的化合物而是不同材料的物理混合物的材料，以致于所述表面包括幾個微米或一直到低于亞微型尺度級的不同材料的顆粒或島。
這樣一種表面的一個例子是用于剛性或硬盤驅動的讀寫磁頭滑動器的氧化鋁-碳化鈦氣浮表面。
圖6a示出剛性或硬盤驅動100的非常簡化的概略平面圖，所述硬盤驅動100具有硬盤101，在硬盤101上磁讀寫滑動器或頭102被支撐在臂103上，當盤旋轉時，所述滑動器101沿盤表面遵循一個軌道。
圖6b示出滑動器的非常簡化的底視圖，以說明相對于氣浮引導表面105的所述滑動器的極端區域104的位置。可以理解的是，圖6b僅僅是示意性的，有許多不同的可能的氣浮幾何配置。極端區域104被配置，以使滑動器的磁讀寫頭在盤軌道的方向上對齊。
圖6c示出滑動器部分的非常簡化的平面圖，以說明所述滑動器的不同表面部分，尤其是氧化鋁-碳化鈦(AL2O3-TiC)復合材料氣浮表面R、鈷鎳合金屏蔽S1、氧化鋁(AL2O3)間隙G、鈷鎳合金讀取頭極子P1、鈷鎳合金寫入頭極子P2和AL2O3外涂層A。
如上提及的，因為在上面提到的制造中不同材料在化學機械拋光(CMP)過程中被磨損的不同程度，而在滑動器的表面上出現表面高度的差異。因此，在極端P1和氧化鋁-碳化鈦復合材料(AL2O3-TiC)氣浮表面R之間出現表面高度的差異，極端凹處(PTR)，以及在氧化鋁外涂層A和氧化鋁-碳化鈦復合材料氣浮表面R之間出現表面高度的差異(氧化鋁后沿凹處(ALR))。圖6d示出沿圖6c中線I-I所取的簡化橫截面圖，以說明極端凹處(PTR)和氧化鋁后沿凹處(ALR)。
ALR參數被定義為在氧化鋁外涂層A上不同位置所取的兩個表面高度測量的平均，減去標稱平坦氧化鋁-碳化鈦復合材料(AL2O3-TiC)氣浮表面R的高度。PTR參數被定義為鈷鎳合金屏蔽層S1和鈷鎳合金讀取頭極子P1的表面高度測量的平均，減去標稱平坦氧化鋁-碳化鈦復合材料(AL2O3-TiC)氣浮表面R的高度。
圖7示出圖1中所示的數據處理和控制裝置3的功能框圖，以說明由數據處理器32提供的功能部件，所述功能部件使得能夠對為表面高度數據自動進行相位失真校正，所述表面高度數據是為譬如上面提到的氧化鋁-碳化鈦復合材料(AL2O3-TiC)氣浮表面的復合材料表面而獲得的。如圖7中所示，當通過處理器可實施的指令編程或配置時，所述數據處理器可被認作是包括多個功能單元，所述功能單元中的一些可表示所述裝置的機械和/或電子部件提供的功能性，其中的一些可表示由編程提供的功能性且其中的一些可表示由機械和/或電子部件及編程的組合所提供的功能性。因此，圖7中說明的功能單元不一定對應于特定的硬件或軟件部件或元件；例如在軟件的情況中，編程將不一定是使圖6中所示的單個單元可在該軟件內被標識。所述數據處理器32具有用于控制數據處理器32的整個操作的數據處理器控制器200，用于確定各個表面像素的相干峰值的z位置以提供各個表面像素的表面高度數據的相干峰值位置確定器201，用于確定各個表面像素的相干峰值的振幅數據的相干峰值振幅確定器202，用于將校正函數擬合至各個表面像素的表面高度和振幅數據以提供補償的表面高度數據的校正函數擬合器203，和用于提供由校正函數擬合器203使用的校正參數值β0的校正參數提供器260。在這個例子中，校正參數提供器260包括RMS確定器204，其用于為多個不同校正參數值中的每個確定補償的高度數據的RMS(均方根)粗糙度Sq，和校正參數值選擇器205，其用于選擇使RMS(均方根)粗糙度Sq最小的校正參數值β0。
數據處理器32還具有修改的表面高度計算器207，其用于依據補償因子來修改各個表面像素的表面高度數據，所述補償因子是通過對應的振幅數據和校正參數值β0以及通過存儲在固定參數存儲器206中的固定參數而確定的。該修改的表面高度計算器207可向用戶接口31提供修改的表面高度數據。
所述數據處理器還具有PTR和ALR確定器211和212，其使用由修改的表面高度計算器207提供的修改的表面高度數據，來確定滑動器的PTR和ALR參數。
相干峰值位置確定器201以在WO03/078925中說明的方式之一進行操作，以依據在如WO03/078925中說明的、對表面的測量操作期間獲得的干涉測量的數據，來為各個表面像素確定沿z路徑的z位置Hij，在該處出現相干峰值。這個z位置表示對于各個表面像素的對應的表面高度，在這里被稱為“高度”Hij。這包括如WO03/078925中說明的為各個表面像素SPij來將高斯擬合至由強度數據接收器33提供的干涉數據值，以確定用于那個表面像素的高度Hij。正常地，確定表面高度的方法將是WO03/078925中說明的方法，所述方法使用相位數據，因為這樣應該會提供更好的分辨率。
相干峰值振幅確定器202確定被擬合至干涉數據值的高斯峰值振幅，以確定對于各個表面像素SPij的振幅Aij。在這個例子中，Nij比特被用于表示灰度級，其中Nij由下式給出
Nij=N·AijAAl2o3‾---1)]]>其中 是對于Al2O3外涂層A的平均振幅，N是用于氧化鋁外涂層A的振幅數據值，其對于TalaysurfCCI儀器被取為3000。
如干涉量度法領域中眾所周知的，干涉信號的振幅Aij(通過由強度數據接收器33提供的強度數據值確定)與電場反射率rij成比例，而表面高度Hij如下式所述與相ij相關 其中λ是寬帶源的標稱波長。
如現在將說明的，圖7中所示的數據處理器32使得能夠補償關于反射的相位改變，而不必在滑動頭上分隔AFM或橢圓偏振計測量。這借助于表面高度振幅模型來獲得(在下面要說明的例子中為逆振幅模型)，其基礎為理論的相位—反射率模型(在這里還稱為“雙相量(Dual-Phasor)”模型)，所述模型涉及各個表面像素的電場反射率和相位。
在低數值孔徑(NA)處測量的復合材料陶瓷AL2O3-TiC的復折射率值k在600nm(納米)的標稱波長λ處近似為0.46。這意味著，平均l/e電場穿透深度近似為10μm(微米)。構成這種復合材料的兩種材料的顆粒或島典型地具有小于約1.5微米級的尺度，但可以具有小于亞微粒的尺度。就在這種陶瓷內所觀察到的結構大小而言，10μm因此是相對大的距離。這意味著，對于給定的電場反射率值，將有關于反射的相位改變的擴展。
圖8繪出為一個未涂覆的氧化鋁-碳化鈦復合材料表面獲得的強度值數據的振幅灰度級頻率對振幅灰度級。這個頻率分布示出灰度級的連續改變且未提供兩個分離的峰值，該峰值將從由AFM技術進行的相應測量推定且對于具有兩種不同材料區域的復合材料表面可能是被預期的。本發明人已經從這個振幅頻率分布和相應的相位改變頻率分布之間的關系確定用于被測量的表面的表面像素的相位和對應振幅之間的關系(也就是表面高度和對應的振幅數據之間的關系)對于解決相位失真是關鍵的，所述相位失真是由復合材料表面處的關于反射的相位改變而引起的。
對于如圖8中那樣的滑動器，圖9繪出用于未涂覆AL2O3-TiC復合材料表面的被測量區域的各個表面像素的、作為電場反射率rij函數的以納米計的相位ij(如根據高度數據Hij確定，所述高度數據Hij由相干峰值位置確定器201確定)。電場反射率rij給出為
rij=rAl2O3·NijN(=rAl2O3·AijAAl2O3‾)---3)]]>其中Aij是由相干峰值振幅確定器202獲得的用于表面像素SPij的振幅數據， 是用于Al2O3外涂層A的平均振幅數據值，以及rAl2O3是用于Al2O3的電場反射率，其依據用于Al2O3的復光導納的已知實部和虛部n和k被確定。
圖9清楚地說明關于反射的相位改變的擴展。盡管有關于反射的相位改變的擴展，但是將關于反射的相位改變與電場反射率相關的函數(此后被稱為“相位-反射率函數”)的整體形式可被建立和校正。
這個相位-反射率函數的理論近似，在這里被稱為“雙相量模型”或理論的相位-反射率模型，可以首先通過忽略任意帶寬問題、以及假定凈電場反射率是組成所述復合材料的Al2O3和TiC的平均電場反射率(在干涉儀系統的透鏡的凈數值孔徑上積分)的線性組合來獲得。可以通過另外的表面高度或相位項來修改TiC電場反射率，以便考慮以下事實如眾所周知的且依據AFM測量是清楚的，在制造過程中CMP處理導致TiC顆粒直立高出它們所嵌入的Al2O3矩陣典型地大約2nm的高度距離H。因此，這種方法估值為 其中r是反射的振幅，是相位，θ是對孔徑法線的角度，λ0是入射光的標稱波長且上劃線表示p和s偏振面的平均。
因此，反射的振幅r和相位改變被給出作為參數α，TiC至Al2O3的任意給定表面位置處的比率，的函數(在點擴展函數內)。上面方程式可被在數值上計算來獲得相位和電場反射率之間的關系通過首先計算積分，然后對從0至1變化的α值計算相位和電場反射率。這提供了對“關于反射的相位改變對場反射率”(相位-反射率)函數的近似。圖10示出說明所獲得的相位和電場反射率之間的關系的曲線，其是使用“雙相量”模型獲得的。圖9和10的比較示出這種簡單的近似是與等價的被測量數據的形式相一致的。
數據處理器32將一個聯系表面高度(或相位)和振幅的校正函數與數據集形式進行擬合，如圖9所示，所述數據集表示用于被測量表面的表面像素的高度和相應的振幅數據。數據處理器32然后去除被擬合的形式，以校正被測量的表面高度數據，如在下面參考圖7和11至13.c所說明的。
校正函數擬合器203可使用二次校正函數，但是，使用涉及簡單冪次的校正擬合函數是有優勢的，因為這僅僅需要單一定義的參數β。
圖11是以納米計的干涉相位(正如由所確定的高度數據H表示的)對干涉振幅灰度級的曲線圖，其說明使用四個不同的校正擬合函數來校正圖9中所示的被測量數據的效果。因此，在圖11中標示為305的數據表示從在未涂覆Al2O3-TiC樣本表面上測量獲得的未校正的數據；標示為300的數據表示已校正過的相位-反射率函數數據，其是通過將H′＝H+β1r+β2r2形式的二次校正函數擬合至所述數據的形式以去除所述數據的形式來獲得的；標示為301的數據表示已校正過的相位-反射率函數數據，其是通過將H′＝H+β0/r形式的平方根校正函數擬合至所述數據的形式以去除所述數據的形式來獲得的；標示為302的數據表示已校正過的相位-反射率函數數據，其是通過將H′＝H+β0r形式的線性校正函數擬合至所述數據的形式以去除所述數據的形式來獲得的；以及標示為304的數據表示已校正過的相位-反射率函數數據，其是通過將H′＝H+β0/r形式的逆線性校正函數擬合至所述數據的形式以去除所述數據的形式來獲得的，在這里H′＝H+β0/r被稱為“逆振幅”校正函數。
在這個例子中，對于TalysurfCCI 3000，所使用的實際逆振幅函數是Hij=Hij+β0sN2Nij=Hij+β0sN(AAl2O3‾AIJ)---5)]]>其中Hij是由相干峰值位置確定器201確定的用于表面像素SPij的高度數據，N在這種情況中是用于氧化鋁外涂層A的以比特計的振幅數據值且被包含以補償照明度中的變化，使得所產生的修改的高度值不依賴于照明度的變化。Nij是用于表面像素Spij的振幅數據值，其可因照明度的變化而在視野上變化，以及通過將低階多項式或樣條函數擬合至通過對平面AlTiC表面的測量獲得的振幅數據來獲得。要求所述參數s使方程式在維數上正確。在這個例子中，儀器所特定的N和Nij以比特為單位來被測量，同時H以每比特皮米被測量，使得s是每比特1皮米。
圖11中的實線306、307、308和309表示穿過已校正數據的、具有有效零梯度的最佳擬合直線。值R2示出均方根偏差。圖11示出通過使用“逆振幅”校正函數獲得的校正提供了被測量相位關于振幅的很好的獨立性。
在本實例中，從而，“逆振幅”校正函數被用作校正函數。
為了使擬合和校正過程能夠被實行，當然必須提供用于校正參數β的值。現在將參考圖7和圖12及圖14說明在本例中確定這個值的方式，圖12示出在數據處理器控制器200的控制下數據處理器32中各種功能部件實施的處理的流程圖，且圖14示出均方根(RMS)粗糙度Sq對用于校正參數β的值的曲線圖。
在圖12中S1處，校正函數擬合器203選擇用于參數β的可能值范圍中的第一個，然后，在S2處使用方程式5的“逆振幅”校正函數實施上面所述的形成擬合過程，以為各個表面像素SPij提供修改的高度數據值Hij′。從而，獲得對于β的那個值的一組修改的高度數據值。在校正函數擬合器203實施S2的處理之前，所述數據可以經受一個閾值處理過程，所述閾值處理過程去除具有低于第一閾值的振幅的值(去除垃圾的影響)以及去除具有在第二閾值之上的高度的譬如數據尖峰的極值。
然后，控制器200使RMS確定器204在S3處確定和存儲該組修改的高度數據值的RMS粗糙度Sq，也就是使用校正參數β的值所產生的該組修改的高度數據值Hij′的RMS粗糙度Sq。然后，在S4處，數據處理器控制器200核查RMS粗糙度Sq是否已經為被選擇范圍內的各個β確定，假如沒有，則重復S1至S4，直到在S4處的答案為是。圖13示出以nm計的確定的RMS粗糙度Sq對beta(β)的曲線圖。
然后在S5處，數據處理器控制器200使校正參數選擇器205確定β的值β0，對于β0，RMS粗糙度Sq是最小的。在這個例子中，這通過將拋物線擬合至圖13所示的數據而被確定，并且確定一階導數是零的β的值。然后，將β的這個值設定為校正參數β0。
從而，通過在β值范圍上估計復合材料表面(在讀寫頭滑動器情況中的Al2O3-TiC氣浮表面(有時被稱作“參考區域”)R)上RMS粗糙度Sq、并且將對應于最小的RMS粗糙度Sq的β值設定為β0，而確定β0。
一旦已經獲得β0，則數據處理器控制器200使修改的高度計算器207根據下式使用以下數據來為各個表面像素SPij計算關于反射的相位改變補償的高度數據Hij′由相干峰值位置確定器201確定的高度數據Hij、由相干峰值振幅確定器202確定的對應振幅數據Aij、存儲在固定的參數存儲器220中的固定參數以及所確定的校正參數β0，Hij′=Hij+β0sN(rAl2O3‾rij-γ)=Hij+β0sN(AAl2Oo3‾Aij-γ)=Hij+β0sN(NNij-γ)---6)]]>在這里，高度Hij′和Hij被以每比特皮米表示，s和N是存儲在固定參數存儲器220中的固定參數(在如上面提到的示例中，s為每比特1皮米，和N為用于Al2O3的以比特計的平均振幅值)以及在這里的上劃線指示平均值。項γ是存儲在固定參數存儲器220中的另一個固定參數，以及考慮到以下事實，即實際上，在Al2O3-TiC氣浮表面R內Al2O3的最突出的顆粒或島呈現比被外涂覆區域A中Al2O3的更大的干涉振幅。這種“振幅拖尾”被解釋為主要是因為干涉目標點擴展函數的卷積。實際上，γ被賦予值1.2，盡管如下面所述的在某些情況中它可被設定為一。
用于振幅 的在干涉儀系統的數值孔徑上的平均值被包含在方程5中，以補償亮度級的任何變化。這個平均值一般將提前根據強度數據值確定，所述強度數據值由在Al2O3外涂覆區域A上進行的測量產生且由數據處理器32的平均器210存儲。這個亮度級補償項不必一定是用于外涂覆區域的振幅的平均值，而可以是用于任意其他合適表面區域的平均振幅值，其使得能夠補償亮度級變化。作為另一種可能，干涉儀系統可包含亮度級檢測器，以及這種亮度級檢測器的輸出可被使用來提供亮度級補償項或保持所述亮度級恒定。關鍵因素是，方程6中括起的振幅項與任何亮度源變化都無關。
因此，修改的表面高度數據計算器207依據上面的方程5為各個表面像素SPij計算校正的高度數據Hij′，也就是，使通過平均器210獲得的平均Al2O3振幅值除以用于具體表面像素SPij的實際Al2O3-TiC振幅Aij，然后從該結果中減去存儲在固定參數存儲器206中的γ值，此后，將該結果乘以從校正參數選擇器205中取回的選擇校正參數β0，其被乘以存儲在固定參數存儲器206中的s和N值。這個過程對各個表面像素SPij重復。
一旦以WO03/078925中所述的方式、使用在圖1中示出的裝置確定該修改的高度數據Hij′且獲得用于Al2O3外涂層A、屏蔽S1和極P1的高度數據值，則PIR和ALR確定器211和212可以以上面所述的正常方式確定PTR和ALR參數，只是要使用由修改的表面高度數據計算器207提供的用于Al2O3-TiC氣浮表面R的修改的高度數據。
圖14a、14b和14c示出二維曲線，每個代表氧化鋁-碳化鈦表面的60微米乘40微米區域的表面像素的二維陣列。圖14a表示各個表面像素的表面高度或相位，而圖14b表示各個表面像素的相干峰值的振幅。圖14c表示在使用實現本發明的方法補償關于反射的相位改變之后的各個表面像素的表面高度或相位。圖14b和c的比較示出補償后粗糙度的改變。
圖15a和15b示出用于讀寫滑動器的鋁外涂層A和氧化鋁-碳化鈦氣浮表面R的二維高度或相位數據曲線的透視圖，圖15a示出以上述方式補償關于反射的相位改變之前的數據，圖15b示出以上述方式補償關于反射的相位改變之后的數據。在這種情況下，在補償之后相關于Al2O3區域A的粗糙度的改變和DC電平的改變都是顯而易見的。
在硬盤驅動讀/寫頭滑動器的制造中，標準的實踐是在“接合的”SiO2薄層上面真空淀積一個薄的類金剛石碳(diamond-like-carbon)(DLC)表面涂層，以增加耐磨性。重要的是能夠測量在這種被涂覆的滑動器上的PTR和ALR參數。對于未涂覆的滑動器的情況，使用標準矩陣薄膜理論(在干涉儀系統的數值孔徑(NA)上積分)，連同公布的用于Al2O3-TiC氣浮表面R的低-NA橢圓測量譜n和k(復折射率的實部和虛部)，來產生近似+8.7nm的用于ALR的PCOR導致的誤差。這有利地與通過使用上述的干涉儀系統在滑動器上進行的測量而實驗地獲得的值+9.7nm成對比，所述滑動器用鉻真空涂覆以去除補償PCOR的需要。然而，對于DLC涂覆的滑動器，盡管“雙相量”模型提供比標準矩陣薄膜理論明顯更好的對相位-反射率函數的擬合(結合用于Al2O3-TiC的復光導納的已知實部和虛部n和k，如通過低數值孔徑橢圓偏振計所測量的)，由DLC薄膜導致的實際相位-反射率函數“失真”遠超過所預期的。然而，上述的“逆振幅”校正函數仍然對相位-反射率函數的實驗范圍提供了良好的擬合。這由圖16至圖18來說明。
圖16示出表示由理論的相位-反射率模型(“雙相量”模型)為以下項預測的、相位(以納米計)對電場反射率的曲線圖，即未涂覆的氧化鋁-碳化鈦表面(用401標示的線)；第一DLC涂覆的氧化鋁-碳化鈦表面(用402標示的數據)；和第二DLC涂覆的氧化鋁-碳化鈦表面(用403標示的數據)。圖16還示出使用實現本發明的方法獲得的結果(用404標示的數據)，所述方法將基于逆振幅模型的上述校正擬合函數擬合至用于未涂覆的氧化鋁-碳化鈦表面的數據，其中β0的確定值是-8.3。
圖17示出表示用于未涂覆的氧化鋁-碳化鈦表面(用410標示的數據)和兩個涂覆的氧化鋁-碳化鈦表面(涂覆的樣本A和B，分別用411和412標示的數據)的、實驗地確定的相位(以納米計)對電場反射率(如上面參考圖9所描述的那樣計算)結果的曲線圖。線413和414分別表示對于TiC和Al2O3的相位-反射率關系。
圖18示出表示由理論的相位-反射率模型為未涂覆的氧化鋁-碳化鈦表面(用420標示的數據)預測的、相位(以納米計)對電場反射率的曲線圖，和使用實現本發明的方法得到的結果，所述實現本發明的方法將基于逆振幅模型的校正擬合函數擬合為圖17所示的實驗獲得的數據形式，對未涂覆樣本(用421標示的數據)使用校正參數值β0＝-11.5，對涂覆樣本A(用422標示的數據)使用校正參數值β0＝-14和對涂覆樣本B(用423標示的數據)使用校正參數值β0＝-19。
因此，圖16至18示出由DLC和SiO2薄膜所導致的實際相位—反射率函數“失真”遠超過所預測的。這個性狀被解釋為主要是因為應力，推測上的應力所導致的雙折射(薄膜領域技術人員所公知的是，具體而言，DLC薄膜是被高地加壓力的)。“逆振幅”校正函數提供到相位-反射率函數的實驗范圍的良好擬合，顯示了對于良好近似，薄膜PCOR所導致的應力的補償不依賴于對個體層厚度和指數的認知，而是依賴于可被解釋為應力相關的單個參數β0。
上面方法提供了對在所確定的ALR和PTR參數中的、關于反射的相位改變導致的誤差進行補償的良好近似。如現在將被解釋的，通過對ALR和PIR進行另外的校正可以實施更精確的補償。這些校正是β0的簡單函數，是基于大量不同處理的滑動器的測量，且代表在實施上述的“逆振幅”校正函數之后剩余的殘留DC誤差。PTR參數可具有由于形成氣浮表面R的極P1和Al2O3的材料之間的明顯光導納差異而導致的明顯DC偏移。對于ALR參數，DC偏移一般將是非常小的，可能為零或接近于零。
為了確定這些DC校正，通過兩種方法來確定對DLC涂覆的和未涂覆的滑動器的總共16個不同批次(來自于幾個不同的制造商)的PTR和ALR參數方法(i)如上所述的“逆振幅”校正函數擬合方法；以及方法(ii)在用鉻真空涂覆之后使用AFM或通過掃描白光干涉量度法(以給出如上所述的均勻的光導納)。對于所有這些滑動器，確定用于PTR和ALR的誤差“真實-表觀”(也就是，在使用方法(ii)確定的結果和使用方法(i)確定的結果之間的差異)。
圖19示出在所確定的ALR參數中以納米(nm)計的這個誤差對校正參數值β0的曲線圖，同時圖20示出用于這16個不同批次的滑動器的、在所確定的PTR參數中以納米(nm)計的誤差對校正參數值β0的曲線圖。圖19和20示出，對于DLC涂覆的滑動器，在β0與ALR和PTR誤差之間存在線性關系。尤其對于ALR誤差，涂覆和未涂覆的滑動器落入兩個總體(population)中，而對于PTR誤差，這個總體分離是更邊緣(marginal)的。從薄膜角度來看，沒有理由會預有與PTR測量相比的、所觀察到的與ALR相關聯的更高的散射。這個增加的散射被理解為很大程度上是由于以下事實，即Al2O3和與PTR相關聯的磁材料相比離Al2O3-TiC更遠。已經為ALR和PTR誤差而將線性回歸應用至涂覆的總體中。已經為ALR和PTR而將同樣的梯度應用至與未涂覆的總體相關聯的線性擬合。這應該作些解釋。將噪聲引入到測量路徑中引起“相位抖動”；這進而引起(i)表觀ALR和PTR值的改變和(ii)β0的改變。所得到的d(ALR)/dβ0和d(PTR)/dβ0“漂移”梯度的量在測量噪聲不確定度內與線性回歸梯度相等同(但有相反的符號)。
這些用于DLC涂覆和未涂覆的滑動器的ATR和PTR的殘余誤差的線性關系可以有用地以詞語“偏離局部β0”來表述涂覆的ALRΔALR＝1.97-0.6175(β0+15)未涂覆的ALRΔALR＝1.92-0.6175(β0+10)涂覆的PTRΔPIR＝29.89-1.1134(β0+15)未涂覆的PTRΔPTR＝24.00-1.1134(β0+10)這些實驗地確定的線性校正項被存儲在數據處理器32的線性項校正存儲器213中，以及PTR和ALR確定器211和212通過使用“逆振幅”校正函數校正的高度數據Hij而為復合Al2O3-TiC氣浮R校正所獲得的ALR和PIR參數值。ALR和PTR參數確定器根據由用戶使用用戶接口輸入的數據來確定所要求的線性校正項，所述用戶輸入的數據指示該樣本是一個未涂覆的還是一個DLC涂覆的樣本。
如上所述，方程5中的項γ具有1.2的值。這個項γ可以被設定為一，但這將意味著上面DC校正將是更大的。
β0的函數相關性通過其明顯的包含而被強調。因此ALRcorrected＝ALR(β0)+ΔALR(β0)PTRcorrected＝PTR(β0)+ΔPIR(β0)圖21示出在所確定的ALR參數中以納米(nm)計的平均誤差對校正參數值β0的曲線圖，說明用于DLC涂覆的和未涂覆的各種不同滑動器的d(ALR)/dβ0漂移梯度，而圖22示出在所確定的PTR參數中以納米(nm)計的平均誤差對校正參數值β0的曲線圖，說明用于DLC涂覆的和未涂覆的各種不同滑動器的d(PTR)/dβ0漂移梯度。這些具有相應的線性回歸梯度的漂移梯度的實質上的同一性(除了相反極性之外)意味著，作為另一種可能性，固定的β0值(標示為βref)可被使用于初始的“逆振幅”校正函數中，這些兩個梯度對的有效同一性導致自補償。合適的這種固定的βref值是分別用于DLC涂覆和未涂覆的滑動器的-15和-10。然后，使用這種方法要求相同形式的ΔALR和ΔPTR殘余誤差校正，這些校正再次又是β0的函數。在所述兩個方法中，這種固定的β0方法由于其對上面提及的梯度對數量同一性的依賴、連同對Al2O3-TiC表面粗糙度的較差AC校正，而在邊緣上不那么受歡迎。
盡管上面的方法使用“逆振幅”校正函數，另一種簡單的功率校正函數也可被使用，例如參考圖11描述的線性或平方根校正函數。還有，不同于WO03/078925中所說明的那些的方法也可被用于確定表面高度數據。如上所述，可以通過使用方程5來確定用于多個不同β值的修改的表面高度、且然后選擇用于方程6中的、均方根粗糙度Sq對其最小的β的值，而可以確定校正參數值β0。作為另一種可能，方程6可被為多個不同的β值而被評估、為各組高度值計算均方根粗糙度Sq，且然后提供最小均方根的結果被選擇為實際修改的高度數據Hij′。在這種情況中，不需要計算方程5且方程6代表由“逆振幅”模型提供的校正函數。
可以使用Sq之外的高度數據Hij的粗糙度的其他指示器。
實現本發明的方法和裝置還可被應用于氧化鋁-碳化鈦之外的復合材料。如上面所述，干涉測量系統是掃描白光干涉量度法(SWLI)系統，然而本發明還可被應用于相移干涉量度法(PSI)系統。
如上面所述，干涉測量系統使用可見光源。然而，使用紅外或紫外光源也是可能的或合適的，如果被測量的樣本的材料在所關心的波長處是充分地反射的話。
上述的裝置可形成部件制造系統的一部分，在所述系統中修改的表面高度數據被用于確定被制造部件的參數(或特性)，例如在硬盤驅動情況中的ALR和PTR參數，以及其中所確定的參數(或平均或表示大量被制造部件的確定的參數的其他指示)被用來提供用于部件設計裝置和部件制造裝置中至少之一的控制信息，以使得設計和/或制造處理能夠依據所確定的參數來修改。在部件設計裝置被提供處，則依據由部件設計裝置提供的結果，可控制部件制造裝置。
權利要求
1.用于確定復合材料樣本表面的表面特征的裝置，所述裝置包括干涉儀系統，所述干涉儀系統具有光導向器，其可操作來將光沿樣本路徑定向到樣本表面且沿參考路徑定向到參考表面，以使由樣本表面反射的光和由參考表面反射的光相干涉；移動器，其可操作來在該樣本和參考表面之間沿測量掃描路徑實施相對運動；傳感設備，其具有傳感元件的陣列，各個傳感元件可操作來感測表示干涉條紋的光，所述干涉條紋是通過樣本表面的相應表面區域產生的；和控制器，其可操作來通過使所述移動器在所述傳感設備以一定間隔感測光強度的同時實施相對移動，而執行測量操作，以向各個表面區域提供一組表示由所述表面區域產生的干涉條紋的強度數據；和所述裝置還包括數據處理器，所述數據處理器提供位置確定器，其可操作來從該組強度數據為一表面區域確定表面高度數據，所述表面高度數據表示在測量掃描路徑上對應于該表面區域的高度的位置；振幅確定器，其可操作來為一表面區域確定振幅數據，所述振幅數據表示在由該位置確定器確定為表示所述表面區域的高度的位置處強度數據的振幅；校正參數提供器，其用于提供校正參數；和修改的表面高度計算器，其可操作來通過用校正因子修改由位置確定器確定的所述高度數據，而為一表面區域計算修改的高度數據，所述校正因子是使用相應的振幅數據和由所述校正參數提供器提供的校正參數而確定的。
2.依據權利要求1的裝置，其中所述控制器可操作來通過在所述傳感設備以一定間隔感測光強度的同時使移動器實施相對移動而執行測量操作，以提供用于各個表面區域的、一系列表示干涉條紋的強度值，所述干涉條紋是在相對移動期間由樣本表面的區域產生的，使得該系列強度值包括沿掃描路徑、在對于那個表面區域，所述樣本和參考路徑之間的程差為零的位置上的相干峰值，所述位置確定器可操作來將沿掃描路徑出現相干峰值的位置確定為表示表面區域的高度的位置；以及所述振幅確定器可操作來將表示所述相干峰值的振幅的振幅數據確定為用于一表面區域的振幅數據。
3.依據權利要求1的裝置，其中所述干涉儀系統包括相移干涉儀。
4.依據權利要求1或3的裝置，其中所述干涉儀系統包括掃描白光或相干掃描干涉儀。
5.依據任一前述權利要求的裝置，其中所述校正參數提供器包括校正函數擬合器，其可操作來用一校正函數對表示由所述高度和振幅確定器確定的所述高度和相應振幅數據之間的關系的數據集形式進行擬合，所述校正函數使用所述校正參數來聯系高度和振幅，所述校正函數擬合器可操作來使用用于校正參數的多個不同值去擬合所述校正函數，以及其中所述校正參數提供器還包括一校正參數值選擇器，其可操作來將校正函數為其提供對數據集形式的最佳擬合的校正參數值選擇作為要由修改的表面高度計算器使用的校正參數。
6.依據權利要求5的裝置，其中所述校正參數提供器包括使用校正參數的各個值來為校正的高度數據確定表示表面粗糙度的度量的粗糙度確定器，以及所述校正參數值選擇器可操作來將粗糙度度量對其最小的校正參數值選擇作為所述校正參數。
7.依據權利要求6的裝置，其中所述粗糙度量度是均方根粗糙度。
8.依據權利要求1至4中之任一權利要求的裝置，其中所述修改的表面高度計算器可操作來用一校正函數擬合表示由高度和振幅確定器確定的高度和相應振幅數據之間關系的數據集形式，所述校正函數使用校正參數來聯系高度和振幅，所述修改的表面高度計算器可操作來使用校正參數的不同值去產生相應的修改的高度數據的不同組且選擇滿足給定準則的所述修改的高度的組中的一個。
9.依據權利要求8的裝置，其中所述修改的表面高度計算器可操作來使用粗糙度確定器，用于為各組修改的高度數據確定表示表面粗糙度的度量，以及所述給定準則是最小粗糙度度量。
10.依據權利要求9的裝置，其中所述粗糙度度量是均方根粗糙度。
11.依據權利要求5至10中之任一權利要求的裝置，其中所述校正函數將所述振幅逆相關于所述高度數據。
12.依據權利要求5至10中之任一權利要求的裝置，其中所述校正函數是Hij′＝Hij+aβ/Aij，其中Hij是用于表面區域Sij的確定的高度數據，Aij是所確定的振幅數據，β是校正參數以及a是調整因子。
13.依據權利要求5至7中之任一權利要求的裝置，其中所述校正函數是Hij′=Hij+βsN2Nij,]]>其中Hij是表面區域Sij的確定的高度，Nij表示所確定的振幅數據，s和N是調整因子，而β是校正參數。
14.依據權利要求1至4中之任一權利要求的裝置，其中預先確定所述校正函數。
15.依據任一前述權利要求的裝置，其中所述修改的表面高度計算器可操作，以計算修改的高度數據Hij′＝Hij+bβ/Aij，其中Hij是用于表面區域Sij的確定的高度數據，Aij是所確定的振幅數據，β是校正參數以及b是調整因子。
16.依據權利要求1至15中之任一權利要求的裝置，其中所述修改的表面高度計算器可操作以計算修改的高度數據Hij′=Hij+βsN(rAl2O3‾rij-γ)=Hij+βsN(AAl2O3‾Aij-γ)=Hij+βsN(NNij-γ)]]>其中Hij是用于表面區域Sij的確定的高度數據，Aij和Nij表示確定的振幅，β是校正參數以及s、N和γ是調整因子。
17.依據任一前述權利要求的裝置，進一步包括氧化鋁后沿凹處參數確定器，其可操作來在確定磁讀寫頭滑動器的氧化鋁后沿凹處參數中，使用由修改的表面高度計算器為磁讀寫頭滑動器的復合材料空氣表面計算的修改的高度數據。
18.依據任一前述權利要求的裝置，進一步包括極端凹處參數確定器，其可操作來在確定磁讀寫頭滑動器的極端凹處參數中，使用由修改的表面高度計算器為磁讀寫頭滑動器的復合材料氣浮表面計算的修改的高度數據。
19.依據權利要求17或18的裝置，其中所述參數確定器可操作以依據調整參數(ΔALR、ΔPTR)來調整所述參數，所述調整參數(ΔALR、ΔPTR)是校正函數參數的函數。
20.一種確定樣本表面的表面特征的方法，包括接收用于所述樣本表面的各個表面區域的一組干涉測量強度數據，所述干涉測量強度數據表示在沿測量路徑在所述表面和一參考表面相對運動期間由那個表面區域產生的干涉條紋；根據該組強度數據為一表面區域確定高度數據，所述高度數據表示在測量掃描路徑上對應于所述表面區域的高度的位置；為一表面區域確定振幅數據，所述振幅數據表示在被確定為表示那個表面區域的高度的位置處強度數據的振幅；和通過利用相應的振幅數據和一校正參數所確定的校正因子來修改所確定的高度數據，而計算用于一表面區域的修改的高度數據。
21.一種處理干涉測量數據的方法，包括接收表示沿干涉測量路徑、代表一表面區域的高度的位置的高度數據；接收表示在被確定為代表所述表面區域的高度的所述位置處強度數據的振幅的振幅數據；和通過利用相應的振幅數據和一校正參數確定的校正因子來修改所述確定的高度數據，以計算該表面區域的修改的高度數據。
22.一種為復合材料樣本表面確定表面高度數據的方法，所述復合材料樣本表面是譬如磁頭滑動器的氧化鋁-碳化鈦氣浮表面，所述方法包括沿樣本路徑將光定向到該樣本表面的一個區域，并且沿參考路徑將光定向到一參考表面，以使由該樣本表面反射的光和由該參考表面反射的光相干涉；沿測量掃描路徑實施在所述樣本和參考表面之間的相對運動，以及使用具有傳感元件陣列的傳感設備在沿測量掃描路徑在所述樣本和參考表面之間相對運動期間去感測表示干涉條紋的光，所述干涉條紋由對應于該傳感元件的樣本表面的表面區域產生，以提供用于各個表面區域的、代表由那個表面區域產生的干涉條紋的一組干涉測量強度數據；根據該組強度數據為一表面區域確定高度數據，該高度數據表示測量掃描路徑上對應于所述表面區域高度的位置；為一表面區域確定振幅數據，該振幅數據表示在被確定為表示所述表面區域的高度的位置處強度數據的振幅；和通過利用相應的振幅數據和一校正參數所確定的校正因子來修改所述確定的高度數據，以計算用于該表面區域的修改的高度數據。
23.依據權利要求20、21或23的方法，其中用于一表面區域的該組強度數據包括在沿掃描路徑、樣本和參考路徑之間的程差為零的位置處的相干峰值，所述高度數據表示沿掃描路徑出現所述相干峰值的位置，以及所述振幅數據表示所述相干峰值的振幅。
24.依據權利要求20、21或23的方法，其中使用相移干涉儀獲得干涉測量數據。
25.依據權利要求20、21或23的方法，其中使用掃描白光或相干掃描干涉儀獲得干涉測量數據。
26.依據權利要求20至25中之任一權利要求的方法，其中通過以下方式來提供所述校正參數，即使用多個用于校正參數的不同值、用校正函數擬合表示所確定的高度和相應振幅數據之間關系的數據集形式，所述校正函數使用校正參數來聯系高度和振幅，以及將所述校正函數為其提供對該數據集形式的最佳擬合的所述校正參數值選擇作為要用于修改的高度計算的校正參數。
27.依據權利要求26的方法，其中通過以下方式來選擇所述校正參數，即通過使用校正參數的各個值為校正的高度數據確定表示表面粗糙度的度量，以及將粗糙度度量對其最小的校正參數值選擇作為校正參數。
28.依據權利要求27的方法，其中所述粗糙度度量是均方根粗糙度。
29.依據權利要求20至25中之任一權利要求的方法，其中通過以下方式來計算修改的高度，即使用校正參數的不同值、用校正函數擬合表示所確定的高度和相應的振幅數據之間關系的數據集形式，以產生相應的修改的高度數據的不同組，所述校正函數使用校正參數來聯系高度和振幅數據，且選擇滿足給定準則的所述修改的高度組中的一個。
30.依據權利要求29的方法，其中表示用于各組修改的高度數據的表面粗糙度的度量被確定，且給定的準則是最小的粗糙度度量。
31.依據權利要求30的方法，其中所述粗糙度度量是均方根粗糙度。
32.依據權利要求26至31中之任一權利要求的方法，其中校正函數將所述振幅逆相關于所述高度數據。
33.依據權利要求26至31中之任一權利要求的方法，其中所述校正函數是Hij′＝Hij+aβ/Aij，其中Hij是用于表面區域Sij的確定的高度數據，Aij是確定的振幅數據，β是校正參數以及a是調整因子。
34.依據權利要求26至28中之任一權利要求的方法，其中所述校正函數是Hij′=Hij+βsN2Nij,]]>其中Hij是表面區域Sij的確定的高度，Nij表示確定的振幅數據，s和N是調整因子，而β是校正參數。
35.依據權利要求20至25中之任一權利要求的方法，其中預先確定所述校正函數。
36.依據權利要求20至35中之任一權利要求的方法，其中所述修改的高度數據根據下式計算得出Hij′=Hij+βsN(rAl2O3‾rij-γ)=Hij+βsN(AAl2O3‾Aij-γ)=Hij+βsN(NNij-γ)]]>其中Hij是用于表面區域Sij的確定的高度數據，Aij和Nij表示確定的振幅，β是校正參數以及s、N和γ是調整因子。
37.依據權利要求20至25中之任一權利要求的方法，其中使用實驗確定的誤差校正來調整該修改的高度。
38.依據權利要求20至37中之任一權利要求的方法，進一步包括使用為磁讀寫頭滑動器的復合材料氣浮表面計算的修改的高度數據來確定氧化鋁后沿凹處參數。
39.依據權利要求20至38中之任一權利要求的方法，進一步包括使用為磁讀寫頭滑動器的復合材料氣浮表面計算的修改的高度數據來確定極端凹處參數。
40.依據權利要求38或39的方法，其中依據一個作為校正函數參數的函數的調整參數(ΔALR；ΔPTR)來調整所述參數。
41.用在依據權利要求1的裝置中的數據處理裝置，包括強度數據值接收器，其可操作來接收一組用于表面區域的干涉測量強度數據；位置確定器，其可操作來從該組強度數據為一表面區域確定高度數據，所述高度數據表示在測量路徑上對應于所述表面區域的高度的位置；振幅確定器，其可操作來為一表面區域確定振幅數據，所述振幅數據表示在由位置確定器確定為表示該表面區域的高度的位置處強度數據的振幅；校正參數提供器，其用于提供校正參數；和修改的表面高度計算器，其可操作來通過用一校正因子修改由高度確定器確定的所述高度數據而計算用于表面區域的修改的高度數據，該校正因子是利用相應的振幅數據和由校正參數提供器提供的所述校正參數來確定的。
42.用在依據權利要求1的裝置中的數據處理裝置，包括數據接收器，其可操作來接收表示沿測量路徑、對應于所述表面區域的高度的位置的高度數據；和表示在被確定為表示所述表面區域的高度的位置處強度數據的振幅的振幅數據；校正參數提供器，其用于提供校正參數；和修改的表面高度計算器，其可操作來通過用一校正因子修改由高度確定器確定的所述高度數據而計算用于表面區域的修改的高度數據，該校正因子是利用相應的振幅數據和由校正參數提供器提供的所述校正參數來確定的。
43.依據權利要求40或41的數據處理裝置，其具有在權利要求5至19中之任一權利要求中所述的特征。
44.一種載送程序指令的信號，該程序指令用于對處理器編程以執行依據權利要求20至40中之任一權利要求的方法。
45.一種載送程序指令的存儲媒介，該程序指令用于對處理裝置編程以執行依據權利要求20至40中之任一權利要求的方法。
全文摘要
一種干涉儀系統將光沿樣本路徑定向到樣本表面且沿參考路徑定向到參考表面，以使由樣本表面的區域反射的光和由參考表面反射的光相干涉。在沿在樣本和參考表面之間的掃描路徑相對移動的過程中，傳感元件以一定間隔來感測由相應的表面區域產生的干涉條紋，以提供一組用于各個表面區域的強度數據。相干峰值位置確定器為一個表面區域來根據該組強度數據確定高度數據，所述高度數據表示在掃描路徑上、與該表面區域的高度相對應的位置。振幅確定器確定振幅數據，所述振幅數據表示在所確定的高度位置處強度數據的振幅。修改的表面高度計算器通過用一校正因子來修改由相干峰值位置確定器所確定的所述高度數據，以計算用于表面區域的修改的高度數據，該校正因子是使用相應的振幅數據和由校正參數提供器提供的一校正參數來確定的。
文檔編號G01B11/245GK1847783SQ20061006734
公開日2006年10月18日 申請日期2006年2月9日 優先權日2005年2月9日
發明者D·I·曼斯費爾德, A·D·班克赫德 申請人:泰勒.霍布森有限公司