[发明专利]表面轮廓测量仪器及方法

说明书

本发明涉及表面轮廓测量仪器(1)以及测量衬底(13)的表面轮廓的方法。所述表面轮廓测量仪器(1)包括：电磁探头(8)，该电磁探头(8)包括能操作成使其接近待测量的衬底(13)的表面的探头尖端；驱动单元(2)，该驱动单元能操作成产生穿透衬底(13)的表面的低频磁场；拾磁单元(3)，该拾磁单元能操作成检测磁场强度并输出磁场强度读数；以及计算单元(4)，该计算单元能操作成基于磁场强度读数确定表面轮廓测量值。

技术领域

本发明涉及表面轮廓测量仪器以及测量衬底的表面轮廓的方法。

背景技术

衬底的表面轮廓(又称表面粗糙度)能够决定衬底的许多重要特性，包括衬底的摩擦系数和粘附难易性。因此，确定衬底表面轮廓的测量值十分有益。

当前存在几种用于测量衬底表面轮廓的技术，所有这些技术都有相关缺陷。

拓制带涉及使用可压缩泡沫来获取表面印记，然后用测微计来测量该印记。这种技术可能存在导致测量误差的问题。此外，不会自动电子记录测量值。

基于触控笔的仪器在表面上拖动细针并伴随其移动测量细针的挠度。这类仪器极易受振动影响，并且细针很快就会磨损。此外，无法保证细针到达表面上的谷底。

针形探头使用细针对表面上的槽谷采取单独的深度测量。但无法确保细针到达所测每个槽谷的谷底。

最后，测量大面积表面时，这三种技术都相对较慢。

一种上述建议的替代技术是使用高频(MHz)电磁探头在衬底表面中产生涡流。这种涡流受到表面轮廓的影响，因此由涡流产生的磁场强度能够对表面轮廓给予测量。尽管这种技术能够加快测量大面积表面轮廓的速度(因涉及在部分表面中产生并测量磁场的速度)，但仍存在几点问题，包括对衬底材料的电导率和透磁率变化的高度敏感性和衬底的几何形状对所产生的涡流影响巨大。因此，该技术的信噪比较低，这意味着它不太益于利用较小表面轮廓测量值测量更平滑的表面。

由于上述问题，通常不会采用该技术来测量表面轮廓。

本发明的实施方案的目的在于克服或至少缓解这种公知技术的缺陷。

发明内容

根据本发明的第一方面，提出一种表面轮廓测量仪器，其包括：电磁探头，该电磁探头包括能操作成使其接近待测量的衬底的表面的探头尖端；驱动单元，该驱动单元能操作成产生穿透衬底的表面的低频磁场；拾磁单元，该拾磁单元能操作成检测磁场强度并输出磁场强度读数；以及计算单元，该计算单元能操作成基于磁场强度读数确定表面轮廓测量值。

用于测量衬底的表面轮廓的电磁探头产生低频磁场，其优势在于能够降低对衬底的电导率和透磁率变化的敏感度。此外，探头会具有高信噪比，并且受衬底几何形状的影响更小。

用于表面轮廓测量的低频电磁探头的另一可能优势在于，高频电磁探头产生的涡流可能受表面特征宽度和形状的影响，而不仅受表面特征高度的影响。这些将是确定表面轮廓测量值时要考虑的附加变量。相比之下，低频电磁探头产生更少的涡流，受表面特征宽度和形状的影响更小，因此所生成的测量值受这些特征的影响更小。

探头尖端可操作成与表面接触。替代地，可以使探头尖端远离表面到设定距离。优选地，该设定距离可以被选取成优化使用表面轮廓测量仪器进行测量的变异系数和/或动态范围。

衬底的表面轮廓可能并不一致，表面特征的类型和大小具有很大变化。这些不一致可能在连续的表面轮廓测量中引起相当大的变化，并且还可能减小探头的动态范围。保持探头尖端远离表面设定距离会增大由探头测量的衬底的表面积。增大表面积有助于测量，因此减小一部分表面的不一致对测量的影响。这会降低连续测量之间的变化。

附加地，探头的动态范围依赖于探头尖端与表面的距离。因此，选取距离会影响动态范围，优选应对其进行优化。这种依赖性可能归因于磁场穿透表面的深度。