定量测量区域的表面精度的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 此处的实施例涉及一种在抛光处理期间原位光学定量测量区域的表面精度的方 法。
【背景技术】
[0002] 表面改性，尤其是抛光，是许多工业生产领域中的必需处理。这些包括：
[0003] 鲁汽车，例如，对诸如行李箱盖及灯罩和透镜的塑料部件的模具进行抛光。
[0004] 鲁发动机部件，例如凸轮轴。
[0005] ?医学植入体，例如人工髋关节的表面。
[0006] 鲁光学元件，例如用于安全玻璃和接触透镜的注塑模具。
[0007] 这些抛光的表面在尺寸上可以是几平方米，并且需要1微米或更小的表面精度。 目前，样品要从抛光处理中转移到实验室，在实验室中每次在小面积上以耗时的处理测量 表面。另外，大多数抛光由手动完成，手动抛光者通过观察工具/模具来确定质量，而使用 机器人或激光器的自动程序通常需要把工具/模具移到处理室外来被检查。
[0008] 为了检查表面精度，现有技术中已知有几种方法。
[0009] US 6084671公开了一种用于使用高斯光束剖面的表面分析的方法和装置。高斯光 束由透镜系统成形并照射表面。反射光被表面的不规则扭曲。然后反射光束被通过一系列 空间滤波器来观察，上述空间滤波器基本上去除原始的高斯光束形状。用相机来记录残留 光束形状不同的测量光束。这种方案要求由以高斯形状的形式的非常特定的光束图案照射 表面。另外，因为研究区域的边缘比中心被更不强烈地照射，所以表面的照射在表面上是不 均匀的，因而表面结构的任何统计测量结果朝着中心偏移。
[0010] US 2005/0046870公开了一种通过以一个角度照射表面以显示表面上的较大结构 的阴影图来表征表面的方法。这种方案仅描述和讨论了几何反射。其并不涉及用单色光照 射抛光的表面。另外，所述照射不被垂直地引导至表面。
[0011] US 2012/107971公开了一种用于化学机械抛光装置的抛光垫组件。所述抛光垫具 有抛光表面和与所述抛光表面相反并用于附着到压板的表面，以及形成在所述抛光垫中的 固体透光窗。所述透光窗对光的透射比所述抛光片强。所述透光窗具有光漫射底表面。这 种方案需要在表面上方的化学透明顶层，用来与表面反射的波产生干涉。这是一种测量两 个重叠表面之间的干涉的单点测量装置和技术。
[0012] US 4, 873, 434公开了一种扫描光学显微镜，其包括光福射源和将来自该源的福射 聚焦成为被检查的表面上询问光斑（interrogating spot)的工具。所述光斑在表面上的 一个点附近偏转，表面形貌被通过测量在所述光斑位置从所述表面反射的辐射的幅度和/ 或相位来测量。这种技术每次测量一个光斑。每个光斑被分别处置，而不给出较大区域的 任何直接的定量分析。
[0013] US5, 917, 191公开了一种用于测量表面形貌的方法，其特征在于用激光扫描单元 进行表面的多个扫描以及利用所述多个扫描生成表面形貌的描绘。表面形貌数据也可用于 计算由施加到半导体晶片的表面上的薄膜引起的压缩应力或拉伸应力。这种方案的装置在 X方向上横跨表面扫描激光束，并且在Z方向检测激光束的反射部分的位移。一对光检测 器被用于将反射束在z方向的位移转化为模拟信号，其被数字化并被输入微型电脑进行分 析。表面的多个扫描优选地通过将工件放置在一个基座上来完成，所述基座可以旋转到多 个角度位置。这种技术是进行逐点扫描来给出点形貌数据。其既没有描述也没有教导在大 区域上同时进行定量分析。
【发明内容】
[0014] 因此，此处的实施例的一个目的是提供一种用于在抛光处理期间进行表面质量的 定量测量的方法，其中，所述方法可以消除现有技术的缺陷。
[0015] 此处的实施例涉及一种用于确定表面的定量精度的方法和装置，其中平行单色光 束被朝向样品的表面垂直发送。然后通过同时记录相机图像中每个像素处的反射光的强度 来推导出定义表面形貌的定量参数，其中所述相机图像在研究时用相机镜头来聚焦在表面 区域上。然后区域强度图像从表面孔径维度被傅里叶变换成散射角度维度。图像表面参数 然后被通过强度傅里叶变换计算出，并被耦合到定量表面参数。
[0016] 此处的实施例描述了一种用于在抛光处理期间原位光学定量测量区域的表面精 度的方法和装置，其中将单色平光波（monochromatic flat light wave)向预设的表面区 域引导，并且用聚焦在所述表面区域上的相机和透镜系统来记录反射光的图像。所述平光 波被垂直或小于6度的角度引导向所述平面。另外，所述相机和透镜系统可以垂直地朝向 所述表面区域或以小于6度的角度朝向所述表面来定位。进入所述相机的反射光与所述相 机和透镜系统的光轴之间的角度差可以小于6度。
[0017] 然后从所记录的图像来推导表面精度参数。所述表面精度参数可以用记录的图像 的傅里叶变换来确定，预先确定的傅里叶分量被拟合到表面区域的傅里叶谱，并且通过傅 里叶分量来确定表面精度参数。可以沿着所述傅里叶变换的长伸长轴和跨过所述傅里叶变 换的短伸长轴来将这些傅里叶分量确定为：大高斯分量；所述谱的峰；作为所述峰的基础 的宽高斯分量；以及中心最大值以外的分量峰。
[0018] 更多的分量可以被拟合到长轴和短轴，作为：大尚斯分量的长轴和短轴的指标； 长轴的方向；和最大值中心以外的分量峰的方向。然后可以推导表面精度参数：诸如中心 峰最大值减去长轴的大高斯分量，因而定义抛光的质量；峰附近的宽高斯分量减去大高斯 分量，其定义所述表面的光泽度；沿着长伸长轴的大高斯分量除以沿着所述短轴的大高斯 分量，定义所述表面的对称性；所述长轴的方向，其显示所述表面的结构线的方向；以及中 心最大峰以外的分量峰的大小，其指示结构线。
[0019] 所述方法和装置以波长数而不是几何尺寸来定义，并且不限于特定光波长，尽管 使用其作为示例。
[0020] 已经在聚焦像素区域的直径小于100个波长且表面观察成像区域的直径大于 4000个波长的情况下对所述方法和装置进行了验证和测试。并不存在理论限制而是由于目 前相机像素数的限制而存在实际限制。
[0021] 此处的实施例对于在大的区域上确定表面参数尤其有用。其比较可靠，并安装以 在处理室内进行测量。其工作距离较长，为70-800mm，这远远长于目前使用的显微镜物镜系 统。
[0022] 其工业用途的范围可以从对自动、医疗和光学工业工具、模具和产品的自动抛光 的工艺路线和方法的决定，到手工抛光处理中做的客观决定。所述装置可以安装到机械手 臂上、激光处理室外或者手工抛光车间的地上。所述方法包括获得表面区域的大的部分的 单个图像（在下面讨论的情况中是4X4mm)，并且因此与单点测量和干涉测量仪器相比，所 述方法更快并且对震动更不敏感。总的表面区域还可以按照在下面讨论的情况中为2-4_ 的步幅在整个区域上通过分步来进行测量。
[0023] 表面精度可以定义为所述表面在与光波相同的平面内在形貌上偏离了平坦多少。
[0024] 此处的一些实施例的一些特定的优点是：
[0025] ?工作距离长：可以距离目标区域70-800mm放置；
[0026] ?大表面同时性：快速测量；
[0027] ?在大区域上的定量数据作为抛光处理的反馈。
【附图说明】
[0028] 现在，将参考附图描述作为示例的实施例，其中：
[0029] 图1例示根据此处的实施例的装置；
[0030] 图2例示根据此处的实施例的系统的几何形状；
[0031] 图3例示所述图像的傅里叶变换的强度。
【具体实施方式】
[0032] 图1描述了波长λ的