专利名称：动态参考平面补偿的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面分析技术，更具体地说，涉及动态参考平面校平(leveling)。
背景技术：
很多技术应用都涉及测量表面的状况。例如，在盘驱动器领域，在生产期间的不同阶段确定盘表面的微观拓扑正在成为在估计生产满意质量的盘的可能性时的越来越重要的因素。鉴于在这样的盘上存储着高密度的数据，因而以1微米量级的横向分辨率来监视高度范围从小于1纳米到数十微米的表面形貌分布。
在诸如硬盘驱动器一类的存储设备中，读写头非常靠近旋转盘。读写头使得对盘的磁方式访问(而不是物理访问)能够进行，以读出和/或写入若干比特(bit)的数据。然而，如果读/写头接触到了盘表面，则可能损坏以磁方式存储在盘上的数据。另外，如果头部与旋转盘发生物理接触，则可能对头部造成损坏。在当前的一些硬盘驱动器中，由于盘可能以每分钟几千转(RPM)的速度旋转，所以如果头部和旋转盘发生物理接触，则可能对它们二者都造成相当大的损坏。
为了在硬盘驱动器的给定占用面积(footprint)中存储尽可能多的数据，头部被保持在离旋转盘越来越短的距离上。因此，准确地测量头部和旋转盘之间的距离是很有用的。
发明内容
在各种实施方案中，描述了在测量和/或测试环境中用于动态参考平面补偿的技术。测量和/或测试环境可以包括用于测量两个表面之间的距离的环境，例如测量旋转盘的表面和外部物体之间的距离。可替换地或可附加地，测量和/或测试环境可以包括用于测量旋转盘的表面状况的环境。
在一个实施方案中，用于动态参考平面补偿的技术涵盖动态参考平面补偿的方法。在一个实施方案中，来自第一辐射源的辐射被照射(impinged)到一个物体的表面。根据从该表面上的第一位置反射的辐射，以及从第二位置反射的辐射生成未补偿测量信号，并且根据从该表面上的第三位置和第四位置反射的辐射生成补偿信号。使用所述未补偿测量信号和所述补偿信号来生成补偿后测量信号。
在另一个实施方案中，一种用于动态参考平面补偿的系统包括将来自第一辐射源的辐射照射到一个物体的第一表面的辐射引导部件(assembly)；根据从该表面上的第一位置反射的辐射，以及从第二位置反射的辐射生成未补偿测量信号的测量信号生成部件；根据从该表面上的第三位置和第四位置反射的辐射生成补偿信号的补偿信号生成部件；以及根据所述未补偿测量信号和所述补偿信号生成补偿后测量信号的补偿后测量信号生成部件。
在另一个实施方案中，一种测量盘表面和读写头之间的距离的方法包括相对于中心轴旋转物体；将来自第一辐射源的辐射引导至所述物体的第一表面上的第一位置处，并且引导至位于邻近所述第一位置的第二位置处的测试块上；将来自第二辐射源的辐射引导至所述物体的第一表面上的第三位置和第四位置处；根据从所述表面上的第一位置以及从所述测试块反射的辐射生成未补偿测量信号；根据从所述物体的所述表面上的第三位置和第四位置反射的辐射生成补偿信号；根据所述未补偿测量信号和所述补偿信号生成补偿后测量信号；以及根据所述补偿后测量信号确定盘的第一表面和读写头之间的距离。
在以下详细的描述中部分阐述了本发明的实施方案的其他优点、目的和特征。应当理解，以上总体描述和以下详细描述都只是对本发明的实施方案的示例性说明，是为了理解本发明的实施方案的本质和特性所给出的概述或框架。
参考附图进行了详细的描述。
图1是根据一个实施方案的用于动态参考平面补偿的系统的示意图。
图2是根据一个实施方案的双通道差分相位检测器的示意图。
图3是根据一个实施方案的用于动态参考平面补偿的方法的流程图。
具体实施例方式
在以下描述中，阐述了大量具体的细节，以提供对本发明的实施方案的完整理解。本发明的实施方案可以在没有这些具体细节中的一部分或全部的情况下实现。此外，没有详细描述公知的处理操作，以免不必要地模糊了本发明。
另外，在说明书中提及“一个实施方案”或“实施方案”是指结合该实施方案描述的具体特征、结构或特性被包括在至少一种实施方式中。短语“在一个实施方案中”在说明书不同地方的出现可能全是指同一个实施方案，也可能不全是指同一个实施方案。
图1是根据一个实施方案的用于动态参考平面补偿的系统的示意图。参考图1，该系统包括双通道差分相位检测器100、测量信号相位计算器(calculator)140、补偿信号相位计算器160和合并器170。在一个实施方案中，双通道差分相位检测器100被调适为测量旋转盘130和模拟诸如读/写头一类的头部134的器件(device)之间的距离。在该实施方案中，旋转盘130可以用玻璃或者允许电磁辐射穿过盘130的另一种材料来制造，模拟头部的器件134可以用反射电磁辐射的材料来制造，例如AlTiC((铝钛碳(Aluminum TitaniumCarbide))。
在操作中，双通道差分相位检测器100将多束辐射引导至盘130上。至少一个辐射束可以穿过盘130并被模拟头部的器件134反射。此外，至少一个束从盘130的下表面反射。这里将例如参考图2和3进一步讨论，因所述辐射束之间的光程差导致的相位差可被测量信号相位计算器140用来测量盘130的下表面和模拟头部的器件134之间的间隙。测量信号相位计算器140输出信号，该信号指示了盘130的下表面和模拟头部的器件134之间的间隙。
在一个实施方案中，系统被调适为补偿参考平面的动态改变，这种动态改变例如可能是由于检测器100和盘130的相对位置发生改变而引起的。为了补偿参考平面的动态改变，双通道差分相位检测器100将一个或更多个额外的辐射束引导至盘130上。补偿信号相位计算器160确定并输出补偿信号。测量信号和补偿信号被引导到合并器170，所述合并器170合并所述信号以生成补偿后测量信号。
在一个实施方案中，双通道差分相位检测器100使用光学干涉仪的原理。在美国专利No.5,392,116和6,687,008中公开了典型的光学干涉仪，它们的公开内容作为参考被包括在本文之中。图2是根据一个实施方案的双通道差分相位检测装置(detector)200的示意图。参考图2，检测装置200包括第一激光二极管210和准直透镜212、以及第二激光二极管214和准直透镜216、分束器220、沃拉斯顿(Wollaston)棱镜222、和聚焦透镜224、226。在替换的实施方案中，激光二极管可以用任何适当的光源来代替，例如非半导体激光器、Xe弧光灯、水银灯、发光二极管(LED)、白炽灯等。在替换的实施方案中，所述光源可以被分光，以生成适于测量和补偿通道的光束。
可选地，检测装置200包括用于减小测量环境的负面影响的护罩228。在名为“受扰环境中的干涉测量”(Interferometry Measurement in Disturbed Environments)的共同转让的美国专利申请No.11/127,428(以此作为优先权的中国专利申请于2006年5月10日递交，申请号为200610078709.9)中描述了护罩228的一个实施方案，该专利申请的公开内容作为参考被包括在本文之中。
检测装置200包括测量信号生成部件，所述测量信号生成部件包括衍射光栅240、聚焦透镜242和244、移相器246、偏振器248和检测器部件250。检测装置200还包括补偿信号生成部件，所述补偿信号生成部件包括衍射光栅260、聚焦透镜262和264、移相器266、偏振器268和检测器部件270。
在操作中，二极管210产生第一辐射束，该辐射束通过准直透镜212和分束器220。沃拉斯顿棱镜222将第一辐射束分束成第一部分和第二部分，它们被引导通过透镜224和226。类似地，二极管214产生第二辐射束，该辐射束通过准直透镜216和分束器220。沃拉斯顿棱镜222将第二辐射束分束成第三部分和第四部分，它们被引导通过透镜224和226。
第一辐射束和第二辐射束之一用作测量束，另一个用作补偿束。仅仅出于解释的目的，本说明书将二极管214生成的第二辐射束指定为测量束。
测量束的第一部分从盘230的下表面232的第一位置反射，而测量束的第二部分从模拟头部的器件234的表面反射。测量束的反射部分往回通过透镜226、224，并由沃拉斯顿棱镜222重新合并为叠加光束。该叠加光束从分束器220反射到测量信号生成部件。
反射束通过衍射光栅240，该光栅将叠加光束分成多对衍射级(order)，每一对衍射级都是两个反射光束的衍射级的叠加。透镜242、244将多个衍射级以轴向平行等距光束的形式聚焦到移相器246、偏振器248和检测器部件250上。检测器部件使用从模拟头部的器件234的表面反射的测量束的第一部分和从盘230的下表面反射的测量束的第二部分之间的相位差来生成信号，该信号是这两个表面之间的距离的函数。在该实施方案中，检测器部件使用基本如美国专利No.5,392,116所描述的技术。
如上所述，补偿束被分为第三部分和第四部分，这两个部分从盘230的下表面的各自位置反射。补偿束从分束器220被引导至补偿信号生成部件，该部件包括与测量信号生成部件中类似的组件(component)。检测器部件270根据从盘230的下表面上的第一点反射的补偿束的第一部分和从盘230的下表面上的第二点反射的补偿束的第二部分之间的相位差来生成补偿信号。补偿信号是补偿束的两个部分的光程(optical path)之差的函数。因此，补偿信号将根据检测装置200和盘230的相对位置的改变而改变。
回头参考图1，在一个实施方案中，从检测器部件250输出的测量信号被输入到测量信号相位计算器，该计算器计算测量信号的反射分量之间的相位差θ。类似地，从检测器270输出的(一个或多个)补偿信号被输入到补偿信号相位计算器160，该计算器计算补偿信号的反射分量之间的相位差θaux。合并器170合并这些信号以产生校正后相位信号，该信号对由于检测器部件250和待测试物体的相对位置改变而引起的误差进行补偿。在一个实施方案中，使用以下公式来计算校正后相位信号θcorr＝θ-θaux(d/daux)(λaux/λ)其中，θcorr是校正后相位差，θ是在测量束之间的测得的相位差，θaux是在补偿束之间的测得的相位差，d是测量束的第一部分的入射点和测量束的第二部分的入射点之间的距离，以及daux是补偿束的第一部分的入射点和补偿束的第二部分的入射点之间的距离。
λ是用于测量束的辐射的波长，λaux是用于补偿束的辐射的波长。
需要注意的是，上面描述的公式和示例性的实施方案所针对的是测量斑点(spot)(第一和第二位置)和补偿斑点(第三和第四位置)分别定义基本相互平行的两段(segment)的情形。在这种情形中，补偿信号正比于测量中需要补偿的误差，因而是简单的公式。所附权利要求书还包含以下情形其中使用两个以上的补偿斑点(和/或一个以上的补偿信号)，不一定与测量斑点所定义的段基本平行，以利用所述补偿信号的简单代数组合实现对所要补偿的测量误差的确定。
在一个实施方案中，测量信号相位计算器140、补偿信号相位计算器160和合并器170可以被具体实施为存储在计算机可读介质中并且可在适当的处理器上执行的逻辑指令。所述逻辑指令可被具体实施为存储在适当的存储器中的软件，所述存储器例如是通用计算设备的易失性或非易失性存储器模块。当被执行时，逻辑指令将通用计算设备配置为执行这些逻辑指令的操作。在替换实施方案中，逻辑指令可以被具体实施为固件，或者被转换(reduce to)为硬连线专用电路。在另一个实施方案中，接收测量和补偿通道的检测器可以是一个检测器，例如摄像相机(CCD、CMOS或任何适当的类型)或者任何适当种类的专门的像素阵列。
图1-2中描绘的实施方案图示了从四个不同的斑点反射的辐射，所述四个斑点中有三个位于盘的表面上。实际上，只有三个不同的斑点是必要的。测量信号可以由从第一斑点和第二斑点反射的辐射的特性来产生，补偿信号可以由从第三斑点和第一斑点或第二斑点之一反射的辐射的特性来产生。因此，使用在这里，提及盘的表面上的第一、第二或第三点不要求所有的点都是分离的；这些点中的两个点可以重叠或是相同的。
图3是根据一个实施方案的用于动态参考平面补偿的方法的流程图。在操作310处，辐射被照射到一个表面上，例如旋转盘的表面。在一个实施方案中，所述辐射包括这里所描述的测量激光束和补偿激光束。在操作320处，生成测量信号。在一个实施方案中，测量信号代表测量信号的两个反射分量之间的相位差。在操作330处，生成补偿信号。在一个实施方案中，补偿信号代表补偿信号的两个反射分量之间的相位差。操作320和330可以同时执行。在操作340处，生成补偿后测量信号。在一个实施方案中，如上所述地计算补偿后测量信号。
因此，在这里描述的实施方案中，双干涉仪利用第一干涉仪和辅助干涉仪，其中第一干涉仪生成代表距离测量结果的信号，辅助干涉仪生成代表例如因检测器和盘之间的相对位置改变或者因表面变化引起的测量信号误差的信号。辅助信号可被用来校正测量信号。
在替换实施方案中，可以使用单个激光源，并且该激光源可以被分束成分离的测量束和补偿束，它们可以如上所述地来处理。
在替换实施方案中，测量束可被用来测量例如盘或半导体衬底(substrate)的表面横截面轮廓中的差异。
在各种实施方案中，这里讨论的技术可以允许硬盘驱动器的浮动块(slider)或读/写头更加靠近旋转盘飞行(fly)，以在硬盘驱动器的制造和/或测试中不断地发挥作用。所述技术还可以增加灵敏度和/或降低测量噪声，以便例如在光学飞行高度测试仪中为旋转盘和浮动块之间的间隙提供更加准确的测量。随着这一间隙的减小，磁间隔也减小了，这使得硬盘驱动器设计能够具有更加紧凑的占用面积。
在说明书和权利要求书中，可以使用术语“耦合”和“连接”及其派生词。在本发明的一些实施方案中，“连接”可被用来指两个或更多的元件相互直接物理接触。“耦合”可以指两个或更多的元件直接物理接触。然而，“耦合”也可以指两个或更多的元件相互之间可以不直接接触，但仍然相互协同或交互。
虽然已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了多个实施方案，但是应当理解，所要求保护的主题可不限于所描述的具体特征或动作。相反，所公开的具体特征和动作是实现多种实施方案的示例形式。虽然上面结合一个或更多个具体实施方案描述了本发明，但是应当理解，本发明不想被限制到一个实施方案。本发明想要覆盖可被包括在本发明的精神和范围内的替换、修改和等同物，例如由所附权利要求书限定的部分。
权利要求
1.一种动态参考平面补偿的方法，包括将来自第一辐射源(210)的辐射照射到物体(230)的表面(232)上；根据从所述表面(232)上的第一位置反射的辐射，以及从第二位置反射的辐射生成未补偿测量信号；根据从所述表面(232)上的第三位置和第四位置反射的辐射生成补偿信号；以及使用所述未补偿测量信号和所述补偿信号生成补偿后测量信号。
2.如权利要求1所述的方法，还包括将来自第二辐射源(214)的辐射照射到物体的所述表面(232)上。
3.如权利要求1所述的方法，其中根据从所述表面上的第一位置反射的辐射，以及从第二位置反射的辐射生成未补偿测量信号的步骤包括确定从所述第一位置和所述第二位置反射的辐射之间的相位差。
4.如权利要求1所述的方法，其中根据从所述表面上的第三位置和所述表面上的第四位置反射的辐射生成补偿信号的步骤包括确定从所述第三位置和所述第四位置反射的辐射之间的相位差。
5.如权利要求1所述的方法，其中根据所述未补偿测量信号和所述补偿信号生成补偿后测量信号的步骤包括确定所述测量信号和所述补偿信号之间的差。
6.一种用于动态参考平面补偿的系统，包括辐射引导部件，所述辐射引导部件将来自第一辐射源的辐射照射到物体的表面上；测量信号生成部件，所述测量信号生成部件根据从所述表面上的第一位置反射的辐射，以及从第二位置反射的辐射生成未补偿测量信号；补偿信号生成部件，所述补偿信号生成部件根据从所述表面上的第三位置和第四位置反射的辐射生成补偿信号；以及补偿后测量信号生成部件，所述补偿后测量信号生成部件根据所述未补偿测量信号和所述补偿信号生成补偿后测量信号。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述辐射引导部件包括第一激光二极管(210)，用来产生用于所述测量信号的第一激光束；第二激光二极管(214)，用来产生用于所述补偿信号的第二激光束。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述辐射引导部件包括单个光学部件，所述单个光学部件将所述第一激光束的一部分和所述第二激光束的一部分引导至所述表面上。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述测量束被引导至所述表面上，基本上平行于从旋转盘的中心向外延伸的径向线。
10.如权利要求6所述的系统，其中所述测量信号生成部件和所述补偿信号生成部件包括衍射光栅(240)；移相部件(246)；以及信号生成部件，所述信号生成部件基于从所述第一位置和所述第二位置反射的辐射之间的相位差生成测量信号。
11.如权利要求6所述的系统，其中所述补偿后测量信号生成部件包括根据所述测量信号计算相位差的装置；计算所述补偿信号的相位差的装置；根据所述未补偿测量信号和所述补偿信号生成补偿后测量信号的装置。
12.一种测量物体(230)的表面(232)和测试块(234)之间的距离的方法，包括相对于中心轴旋转所述物体；将来自第一辐射源(210)的辐射引导至所述物体的表面(232)上的第一位置，并且引导至位于邻近所述第一位置的第二位置处的测试块(234)上；将来自第二辐射源的辐射引导至所述物体(230)的表面(232)上的第三位置和第四位置；根据从所述表面(232)上的第一位置反射的辐射，以及从所述测试块(234)反射的辐射生成未补偿测量信号；根据从所述物体(230)的表面(232)上的第三位置和第四位置反射的辐射生成补偿信号；根据所述未补偿测量信号和所述补偿信号生成补偿后测量信号；以及根据所述补偿后测量信号确定所述物体的所述表面和所述测试块(234)之间的距离。
13.如权利要求12所述的方法，其中将来自第一辐射源的辐射引导至所述物体的表面(232)上的第一位置，并且引导至位于邻近所述第一位置的第二位置处的测试块(234)上的步骤包括发射激光束通过光学部件，所述光学部件将所述激光束分束成第一束和第二束的。
14.如权利要求12所述的方法，其中将来自第二辐射源的辐射引导至所述物体的所述表面上的第三位置和第四位置的步骤包括发射激光束通过光学部件(222)，所属光学部件(222)将所述激光束分束成第三束和第四束。
15.如权利要求12所述的方法，其中来自所述第一辐射源的所述辐射和来自所述第二辐射源的所述辐射被发射通过公共的光学部件。
16.如权利要求12所述的方法，其中根据从所述表面上的第一位置反射的辐射，以及从所述测试块(234)反射的辐射生成未补偿测量信号的步骤包括确定从所述第一位置和所述测试块(234)反射的辐射之间的相位差。
17.如权利要求12所述的方法，其中根据从所述表面上的第三位置和第四位置反射的辐射生成补偿信号的步骤包括确定从所述第三位置和所述第四位置反射的辐射之间的相位差。
18.如权利要求12所述的方法，其中根据所述未补偿测量信号和所述补偿信号生成补偿后测量信号的步骤包括确定所述第一测量信号和所述补偿信号之间的差。
全文摘要
在一个实施方案中，一种动态参考平面补偿的方法包括将来自第一辐射源的辐射照射到物体(230)的表面(232)上，根据从所述表面(232)上的第一位置反射的辐射，以及从第二位置反射的辐射生成未补偿测量信号；根据从所述表面(232)上的第三位置和第四位置反射的辐射生成补偿信号；并且使用所述未补偿测量信号和所述补偿信号生成补偿后测量信号。
文档编号G01B9/02GK1865846SQ20061008072
公开日2006年11月22日 申请日期2006年5月15日 优先权日2005年5月17日
发明者哈拉尔德·赫斯, 汤姆·卡尔, 罗曼·萨裴 申请人:恪纳腾技术公司