CN1847783A - 确定表面特征的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种干涉仪系统将光沿样本路径定向到样本表面且沿参考路径定向到参考表面，以使由样本表面的区域反射的光和由参考表面反射的光相干涉。在沿在样本和参考表面之间的扫描路径相对移动的过程中，传感元件以一定间隔来感测由相应的表面区域产生的干涉条纹，以提供一组用于各个表面区域的强度数据。相干峰值位置确定器为一个表面区域来根据该组强度数据确定高度数据，所述高度数据表示在扫描路径上、与该表面区域的高度相对应的位置。振幅确定器确定振幅数据，所述振幅数据表示在所确定的高度位置处强度数据的振幅。修改的表面高度计算器通过用一校正因子来修改由相干峰值位置确定器所确定的所述高度数据，以计算用于表面区域的修改的高度数据，该校正因子是使用相应的振幅数据和由校正参数提供器提供的一校正参数来确定的。

Description

确定表面特征的装置和方法

技术领域

本发明涉及确定譬如表面轮廓或者形貌的表面特征的装置和方法。

背景技术

相干扫描或宽带扫描干涉量度法(有时称为“扫描白光干涉量度法”(SWLI))在Byron S.Lee和Timothy C Stand的题目为“Proffilometry with aCoherence Scanning Microscope(使用相干扫描显微镜的轮廓量度法)”、发表于1990年9月10日的Applied Optics的第29卷No.26第3784至3788页的文章中被讨论。

相干扫描或宽带扫描干涉量度法使用标准的干涉仪，譬如带有宽带空间不相干光源的Michelson(迈克尔孙)、Mirau(米劳)或Linnik(林尼克)干涉仪，所述不相干光源譬如是石英卤素灯。与窄带或单波长干涉量度法不一样，相干扫描或宽带扫描干频量度法不会遭受波长受限制的非模糊范围，而是能够提供容易超过数百微米的实际的测量范围。

在相干扫描或宽带扫描干涉量度法中，当其轮廓要被确定的样本表面和干涉仪的参考镜中的一方相对于另一方沿扫描路径移动以改变相对路径长度时，譬如CCD摄影机的二维图像传感器被用于感测得到的干涉图，以使图像传感器的各个传感元件或像素感测所述干涉图的部分，以用于该样本表面的相应表面区域或表面像素。

当样本表面和参考镜被相互相对移动时，由传感元件接收到的光的量或强度将依据干涉条纹的改变而变化，如图2所示，一个相干峰值或极值(最大或最小振幅)出现在沿扫描路径Z有零程差的位置。在表面的不同区域具有不同的相对高度处，则那些不同区域将在沿扫描路径的不同位置处具有相干峰值。因此，相干峰值的相对位置可被用于提供表面轮廓数据，也就是表示样本表面的不同区域的相对高度的数据。

在制造用于硬盘驱动的部件中，读写磁头滑动器的高精度计量是极其重要的。尤其是，重要的是能够精确地测量高度差异，该高度差异是因在制造过程中使用的化学机械抛光(CMP)技术中以不同速率重叠不同的材料而引发的。为了使得能够获得尽可能小的头对盘的间隙，以减少信号间隔损耗、而在所述滑动器在工作中掠过盘时在滑动器和盘之间没有物理干扰的风险，对这些高度差异的精确控制是重要的。具体地，需要精确地测量：极端凹处(pole tiprecession)(PTR参数)，也就是在极端和一个氧化铝-碳化钛复合物(AL₂O₃-TiC)气浮表面之间的高度差异；和2)“氧化铝后沿凹处”(trailing edgerecession)(ALR参数)，也就是在极端的氧化铝外涂层和该氧化铝-碳化钛复合物气浮(air bearing)表面之间的高度差异。

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页、题目为“Pole Tip Recession Measurements on ThinFilm Heads Using Optical Profilometry with phase Correction and Atomic ForceMicroscopy(使用带有相位校正和原子力显微镜法的光轮廓量度法对薄膜头进行极端凹处测量)”的文章所阐述的，由于复合物AL₂O₃-TiC气浮表面的原因，材料相关的关于反射的相位改变(phase-change-on-reflection，PCOR)使得很难用一个表面光度仪测量PTR和ALR参数。

如上面提及的论文所阐述的，解决这个问题的一种方式是使用椭圆偏振计测量极端和气浮表面的光学常数，且通过分析进行校正。另一种方法是测量在涂覆(通常为真空镀铬)之前和之后的滑动器的一些样本，以提供跟随滑动器的轮廓、但是具有均匀的关于反射的相位改变的顶面，以及使用那些测量来校正对没有涂覆的头所做的测量。然而，这没有考虑滑动器间的制造变化。第三种方法是涂覆每一个滑动器，但由于这样的涂覆难于移除，所以这仅可用于一种破坏性的测试过程，而不能用于被制造来供使用的滑动器。另一种方法是使用原子力显微镜(AFM)去测量样本滑动器的PTR和ALR参数，然后使用这些参数去使能对使用扫描白光干涉量度法所做的测量进行后续DC校正。实际上，因此前面的、使用扫描白光干涉量度法来测量磁性读写头滑动器的这些尺度的尝试另外地要求使用原子力显微镜法(AFM)或椭圆对称法，以确定用于氧化铝-碳化钛复合物气浮表面的精确的高度参考。然而，需要使用另外的过程会不可避免地增加测量操作所需要的时间，且AFM测量尤其慢。由于要求对每一个滑动器测量，所以这种测量操作代表了生产过程的一个非常耗时的部分。

类似的问题可能在使用干涉测量技术去测量其他由复合材料形成的表面时引发，复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。

发明内容

本发明的一个方面是提供用于处理干涉测量的数据的装置和方法，所述干涉测量的数据是通过以下方式获得的，即：在复合材料表面和参考表面之间、在扫描路径上实施相对运动，以便为图像传感器的各个传感元件获得由该传感元件成像的表面区域的干涉测量数据，使得所述干涉测量数据包括用于各个表面区域的、代表沿扫描路径出现相干峰值的位置的高度或相位数据，和代表在该相干峰值处由传感元件检测的信号振幅的振幅数据，其中相关于用于表面区域的高度和振幅数据的函数的参数被用于校正在复合材料表面的那个表面区域处的关于反射的相位改变的影响。

本发明的一个实施例提供一种使得能够对相位失真效应进行自动校正的装置和方法，所述相位失真效应与AL₂O₃-TiC的干涉测量相关联。

本发明的一个实施例提供一种使得能够对相位失真效应进行自动校正的装置和方法，所述相位失真效应与AL₂O₃-TiC的干涉测量相关联，以及除了提供校正以允许ALR和PTR参数的测量之外，还提供对测量的AL₂O₃-TiC表面粗糙度的明显校正。

本发明的一个实施例提供一种装置和方法，它们消除了对使用椭圆光度法和AFM技术进行独立测量的需要。

附图说明

现在通过参考附图、借助示例来对本发明的实施例进行说明，其中：

图1示出确定表面特征的装置的示意性框图，所述装置包括干涉仪系统及数据处理和控制装置；

图2示出相对位置Z的强度I的曲线图，其说明围绕相干峰值或干涉区域的样本表面区域的干涉条纹的典型例子；

图3示出更详细说明图1中所示装置的一个例子的功能框图；

图4示出一个用于装置中的合适干涉仪系统的例子的简化侧视、部分截面图；

图5示出计算装置的功能框图，所述计算装置可被配置以提供如图3中所示的数据处理和控制装置；

图6a示出刚性或硬磁盘驱动的非常简化的概略平面图；

图6b示出图6a中所示的刚性或硬磁盘驱动中磁读写头滑动器的非常简化的底视图；

图6c示出图6b中所示的滑动器部分的非常简化的平面图，其说明所述滑动器的不同表面的相对位置；

图6d示出沿图6c中线I-I所取的简化概略横截面图，其说明极端凹处(PTR)和氧化铝后沿凹处(ALR)；

图7示出图1中所示的装置的功能框图，其更详细说明数据处理和控制装置的数据处理器；

图8示出用于未涂覆氧化铝-碳化钛表面的振幅灰度级频率对振幅灰度级的曲线图；

图9示出以纳米(nm)计的相位对电场反射率的图，用于从表面像素高度和相应振幅数据导出的数据集，该表面像素高度和相应振幅数据是从强度值数据获得的，而所述强度值数据产生自使用图1、3和4中所示的干涉仪系统对未涂覆氧化铝-碳化钛表面所做的测量操作；

图10示出说明使用理论的相位-反射率模型获得的结果的曲线图，所述模型使以纳米计的相位与电场反射率相关；

图11示出通过使用多个不同的校正拟合函数(包括基于逆振幅模型的校正拟合函数)来拟合数据集的形式，而对图9中所示的数据集进行校正所获得的结果；

图12示出说明由图7中所示数据处理器执行的处理的流程图；

图13示出以纳米计的均方根粗糙度Sq作为校正参数beta(β)的函数的曲线图，用以说明确定该校正拟合函数的校正参数的值的一种方式；

图14a、14b和14c示出二维曲线图，每个代表氧化铝-碳化钛表面的一个区的表面区域或像素的二维阵列，图14a表示用于各个表面像素的表面高度数据，图14b表示各个表面像素的相干峰值的振幅和图14c表示在使用实现本发明的方法来补偿关于反射的相位改变之后用于各个表面像素的表面高度数据，所述实现本发明的方法使用逆振幅模型作为校正拟合函数的基础；

图15a和15b示出用于读写磁头滑动器的铝外涂层和氧化铝-碳化钛气浮表面的二维表面高度数据曲线的透视图，图15a示出使用实现本发明的方法补偿关于反射的相位改变之前的数据，图15b示出使用实现本发明的方法补偿关于反射的相位改变之后的数据；

图16示出表示由理论的相位-反射率模型为涂覆和未涂覆的氧化铝-碳化钛表面预测的、(以纳米计的)相位对电场反射率的曲线图，以及使用实现本发明的方法为未涂覆的氧化铝-碳化钛表面获得的结果，所述实现本发明的方法使用逆振幅模型作为校正拟合函数的基础；

图17示出表示用于未涂覆的氧化铝-碳化钛表面和两个涂覆的氧化铝-碳化钛表面的、实验确定的(以纳米计的)相位对电场反射率结果的曲线图；

图18示出表示由理论的相位-反射率模型为未涂覆的氧化铝-碳化钛表面预测的、(以纳米计的)相位对电场反射率的曲线图，和使用实现本发明的方法得到的结果，所述实现本发明的方法将基于逆振幅模型而将一校正拟合函数拟合为实验获得的数据形式，为校正参数使用不同的值；

图19示出用于涂覆的和未涂覆的各种不同滑动器的、在确定的ALR参数中以纳米(nm)计的误差对校正参数值beta_o(β₀)的曲线图；

图20示出用于涂覆的和未涂覆的各种不同滑动器的、在确定的PTR参数中以纳米(nm)计的误差对校正参数值beta_o的曲线图；

图21示出说明漂移梯度的、用于涂覆的和未涂覆的各种不同滑动器的、在确定的ALR参数中以纳米(nm)计的平均误差对校正参数值beta_o的曲线图；和

图22示出说明漂移梯度的、用于涂覆的和未涂覆的各种不同滑动器的、在确定的PTR参数中以纳米(nm)计的平均误差对校正参数值beta_o的曲线图。

具体实施方式

现参照附图，图1示出确定表面特征的装置1的简化示意性框图。

所述装置1具有宽带或相干扫描干涉仪系统2以及数据处理和控制装置3。

宽带扫描干涉仪系统2是基于常规的干涉仪，且典型地具有例如Mirau、Michelson或Linnik配置。如在导言中所述，取代单色空间相干光源，所述宽带扫描干涉仪系统2具有宽带源4，所述宽带源4可以是例如白光源，譬如耦合至一可调DC电源的石英卤素灯，其具有例如以用户可旋转旋钮形式提供的光强度输出用户控制400。

宽带源4提供宽带光L，该宽带光L通过束分裂器(在图1中图示为单束分裂棱镜)5分裂成第一光束和第二光束，所述第一光束沿参考路径RP被定向到参考镜6，以及所述第二光束沿样本路径SP被定向到样本8的表面7，所述样本8安装在样本支撑台9上。从参考镜6反射的光沿参考路径RP返回至束分裂器5，在那里它与从样本表面7沿样本路径SP反射回的光相干涉。聚焦元件3被提供来将干涉区域的图像聚焦在检测器10上。

在这个实施例中，检测器10具有图像传感元件SE的2D(二维)xy阵列SA，所述图像传感元件SE的一行完全是示意性地在图1中示出。所述阵列SA对落入检测器10视野内的样本表面7的区域成像。检测器10的2D传感阵列的各个单独的传感元件SE检测落入所述元件的接受光锥区且由样本表面7区的相应表面区域或表面像素产生的干涉图案部分，以使该表面的成像区域可被有效地认作为表面区域或表面像素的2D阵列。在这个例子中，所述检测器10是CCD(电荷耦合器件)数字摄像机，例如，Vosskuhler GmbH：CCD 1300 CCD数字摄像机。作为另一种可能，具有CMOS传感元件的2D(二维)xy阵列的CMOS检测器可被使用。在任一情况中，各个传感元件一般是正方形的，以在所述阵列的两个方向(x和y)上提供同样的分辨率。

提供运动控制器11以在样本8与参考镜6和物镜的组合之间实现相对运动，从而改变从参考镜6反射的光和从样本表面7反射的光所行进的路径长度之间的差。如图1所示，运动控制器11被设置以沿参考路径RP移动参考镜6和物镜的组合(参见图3，因为为了简化，图1示出简单耦合至反射镜6的运动控制器)。这等效于沿扫描路径在图1所示的Z方向上移动样本表面7。

检测器10被设置为：在改变样本8和参考镜6之间路径长度差时以一定间隔去捕获或感测光强度(也就是，干涉图案)。在这个例子中，检测器以对应于ΔZ_step＝λ/8的样本8相对位置中的轴向改变的间隔处捕获或感测光强度，在那里λ是宽带源的标称平均波长以及步长典型为75nm。在各个间隔处，通过检测器10获取表示用于所述检测器10视野的强度图案的2D图像或帧数据。

当路径长度差随参考镜6的移动改变时，通过2D传感阵列的一个传感元件感测的照明度(也就是，由从成像在传感元件上的样本表面7的相应表面区域或表面像素反射的光提供的干涉图案部分)变化，从而产生一系列条纹，所述条纹在沿扫描路径对应于零路径长度差的位置处具有相干峰值。图2示出光强度相对于位置Z的曲线图，以说明当参考镜6和样本表面7的相对位置改变时，由检测器10的2D传感阵列的传感元件所感测的光强度(以及因此是干涉条纹区域)改变的方式。强度分布的包络是宽带源的谱分布的傅立叶变换，由仪器的谱透射连同检测器的谱响应度一起来修改。

现在借助于图3和图4来说明可被使用在装置1中的干涉仪系统2的更详细的一个例子，其中图3示出装置1的整体功能性框图，图4示出简化的干涉仪系统2的侧视图。在图3和4示出的例子中，干涉仪系统2是基于Mirau型干涉仪的。

如图3所示，宽带扫描干涉仪系统2的干涉仪I具有宽带源4，所述宽带源4具有由光纤光缆4b光学耦合的第一和第二部件4′和4″。所述第一部件4′容纳石英卤素投影仪灯泡(具有相关联的反射器)。第二部件包括一系列光学元件，来自光纤光缆4b的光通过这些光学元件被传输。在这个例子中所述系列由散射体、可改变的滤光器、孔径光阑、透镜、视场光阑和准直透镜组成，所述准直透镜提供出射光束L。滤光器可以是中性密度滤光器或带通滤光器，被设计来限制由宽带源4发射的光的波长范围，譬如被设计来通过具有氦氖激光线波长的光的氦氖激光线滤光器。

宽带光源的第二部件4″被设置以经束分裂器12将宽带光L供给物镜组件13，所述物镜组件13除了物镜14之外还包括束分裂器5和参考镜6。束分裂器5将束分裂器12提供的光束分裂为第一参考光束和第二样本光束，所述第一参考光束沿参考路径RP被定向，而所述第二样本光束沿样本路径SP从干涉仪I被定向到样本8的表面7，所述样本8被安装至样本支撑台9上。返回至束分裂器12的光被所述束分裂器向所述检测器反射，并且由透镜3聚焦在检测器10上(参见图1)。

在控制装置30的伺服/驱动电路15e的控制下，通过Z方向移动器15，在这个例子中是压电移动器，物镜组件13以及因此参考镜6在Z方向上是可移动的。样本支撑台9分别通过X移动器16和Y移动器17在X和Y方向上是可移动的，以使样本表面7的不同区域被带入检测器10的视野内。

如图4所示，宽带扫描干涉仪系统2的干涉仪I的大多数部件I′(与光源的第一部件4′和光纤光缆4b分离)被提供于壳体2a内，所述壳体2a经托架18被安装至Z轴基准柱19。经驱动机构(未显示)，譬如滚珠丝杠或导螺杆驱动机构，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，或者在这个例子中，被耦合至DC电动机，所述DC电动机使所述托架18且因此是干涉仪I能够在Z方向上移上和移下柱19以使所述干涉仪能被移动至不同的扫描开始位置。

如图4所示，样本支撑台9被提供在支撑102上，所述支撑102容纳X和Y移动器16和17。在这个例子中，所述X和Y移动器16和17包括通过合适的常规驱动机构，譬如齿条和小齿轮或滚珠丝杠驱动机构(未显示)，耦合至样本支撑台9的DC电动机。如图3和4所示，每个Z、X和Y移动器关联于对应的位置传感器15a、16a和17a，而粗略Z定位器20可被关联于粗略Z定位器位置检测器20a。图3中在支撑台9与X和Y位置传感器16a和17a之间的虚线指示：所述位置传感器可直接感测支撑台9的移动，而不是通过从相应电动机导出的信号。

如图1所示，数据处理和控制装置3具有用于控制干涉仪系统2的操作的控制装置30、用于从检测器10接收强度数据信号的强度数据接收器33、用于在控制装置30的控制器21的控制下处理强度数据的数据处理器32和用户接口31，所述用户接口31使用户或操作者能够控制装置的操作，使用户或操作者能够被提供以数据输出，所述数据输出表示由数据处理器32处理在测量操作期间获取的数据的结果以及还使得能够向用户传递消息，譬如错误消息。

控制装置30的控制器21控制所述装置的整个操作，并且与用户接口31和数据处理器32相通信。在这个例子中，控制装置30还包括伺服驱动电路15e和X、Y及Z记录器22、23及24，其中的每个接收相应位置传感器16a、17a和15a的输出，以及用于响应Z位置传感器15a的输出而触发检测器10的操作的触发发生器60，以便以要求的间隔捕获图像。所述控制器21还接收来自粗略Z定位器传感器20a的输出，如果被提供的话。所述控制器21可被以公知的方式编程，以补偿因物镜组件13的运动的略微弓形性质而带来的Z位置中的任何误差。

可通过对计算装置，例如对个人计算机进行编程，来至少实施数据处理和控制装置中的控制器21和数据处理器32。图5示出这种计算装置的简化框图。如所示，所述计算装置具有与存储器26(ROM和/或RAM)相关联的处理器25、譬如硬盘驱动的海量存储设备27、用于接纳譬如软盘、CDROM、DVD或类似的可移除媒介(RM)29的可移除媒介驱动(RMD)28、用于与宽带扫描干涉仪系统的部件相接口的输入和输出(I/O)控制器37，所述部件要由控制装置(例如，Z、X和Y移动器15至17、粗略Z定位器20和检测器10)控制以使处理器25能够控制这些部件的操作。在这个例子中，所述用户接口31由键盘31a、定点设备31b、譬如CRT或LCD显示器的显示器36a及打印机36b组成。计算装置还可包括通信接口(COMMS INT)199，譬如调制器或网卡，能够使所述计算装置与其他计算装置经譬如局域网(LAN)、广域网(WAN)、内联网或互联网的网络通信。在这个例子中，强度数据接收器33被提供作为安装在所述计算装置内部的专用帧捕获电路板230。

处理器25可被编程，以通过下面方式中的任何一个或多个来提供数据处理器32和控制器21：1)在存储器26的非易失部分中或在海量存储设备27上预安装程序指令和任何关联的数据；2)从在可移除媒介驱动28内接纳的可移除媒介29中下载程序指令和任何关联的数据；3)下载程序指令和任何关联的数据，作为经通信接口199从另一个计算装置供给的信号SG；和4)经用户接口31的用户输入。

如到目前为止所说明的，所述装置类似于在申请人的国际申请公开号WO03/078925中说明的装置，其整体内容在此引入以供参考。参考图3至5说明的、更详细的干涉仪系统2和控制装置30的典型例子可从WO03/078925中找到(我们的参考号是3022799)。可使用的市场上可买到的装置的例子为英国Taylor Hobson Limited of Leicester生产的Talysurf(轮廓仪)CCI 3000。

本装置在数据处理器32的结构上或编程上不同于WO03/078925中所说明的，如将在后面解释的，这使得在确定复合材料的表面形貌时能够补偿因关于反射的相位改变(PCOR)而引发的表面高度或相位测量失真，复合材料是一种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几个微米或一直到低于亚微型尺度级的不同材料的颗粒或岛。

这样一种表面的一个例子是用于刚性或硬盘驱动的读写磁头滑动器的氧化铝-碳化钛气浮表面。

图6a示出刚性或硬盘驱动100的非常简化的概略平面图，所述硬盘驱动100具有硬盘101，在硬盘101上磁读写滑动器或头102被支撑在臂103上，当盘旋转时，所述滑动器101沿盘表面遵循一个轨道。

图6b示出滑动器的非常简化的底视图，以说明相对于气浮引导表面105的所述滑动器的极端区域104的位置。可以理解的是，图6b仅仅是示意性的，有许多不同的可能的气浮几何配置。极端区域104被配置，以使滑动器的磁读写头在盘轨道的方向上对齐。

图6c示出滑动器部分的非常简化的平面图，以说明所述滑动器的不同表面部分，尤其是氧化铝-碳化钛(AL₂O₃-TiC)复合材料气浮表面R、钴镍合金屏蔽S1、氧化铝(AL₂O₃)间隙G、钴镍合金读取头极子P1、钴镍合金写入头极子P2和AL₂O₃外涂层A。

如上提及的，因为在上面提到的制造中不同材料在化学机械抛光(CMP)过程中被磨损的不同程度，而在滑动器的表面上出现表面高度的差异。因此，在极端P1和氧化铝-碳化钛复合材料(AL₂O₃-TiC)气浮表面R之间出现表面高度的差异，极端凹处(PTR)，以及在氧化铝外涂层A和氧化铝-碳化钛复合材料气浮表面R之间出现表面高度的差异(氧化铝后沿凹处(ALR))。图6d示出沿图6c中线I-I所取的简化横截面图，以说明极端凹处(PTR)和氧化铝后沿凹处(ALR)。

ALR参数被定义为在氧化铝外涂层A上不同位置所取的两个表面高度测量的平均，减去标称平坦氧化铝-碳化钛复合材料(AL₂O₃-TiC)气浮表面R的高度。PTR参数被定义为钴镍合金屏蔽层S1和钴镍合金读取头极子P1的表面高度测量的平均，减去标称平坦氧化铝-碳化钛复合材料(AL₂O₃-TiC)气浮表面R的高度。

图7示出图1中所示的数据处理和控制装置3的功能框图，以说明由数据处理器32提供的功能部件，所述功能部件使得能够对为表面高度数据自动进行相位失真校正，所述表面高度数据是为譬如上面提到的氧化铝-碳化钛复合材料(AL₂O₃-TiC)气浮表面的复合材料表面而获得的。如图7中所示，当通过处理器可实施的指令编程或配置时，所述数据处理器可被认作是包括多个功能单元，所述功能单元中的一些可表示所述装置的机械和/或电子部件提供的功能性，其中的一些可表示由编程提供的功能性且其中的一些可表示由机械和/或电子部件及编程的组合所提供的功能性。因此，图7中说明的功能单元不一定对应于特定的硬件或软件部件或元件；例如在软件的情况中，编程将不一定是使图6中所示的单个单元可在该软件内被标识。所述数据处理器32具有用于控制数据处理器32的整个操作的数据处理器控制器200，用于确定各个表面像素的相干峰值的z位置以提供各个表面像素的表面高度数据的相干峰值位置确定器201，用于确定各个表面像素的相干峰值的振幅数据的相干峰值振幅确定器202，用于将校正函数拟合至各个表面像素的表面高度和振幅数据以提供补偿的表面高度数据的校正函数拟合器203，和用于提供由校正函数拟合器203使用的校正参数值β₀的校正参数提供器260。在这个例子中，校正参数提供器260包括RMS确定器204，其用于为多个不同校正参数值中的每个确定补偿的高度数据的RMS(均方根)粗糙度Sq，和校正参数值选择器205，其用于选择使RMS(均方根)粗糙度Sq最小的校正参数值β₀。

数据处理器32还具有修改的表面高度计算器207，其用于依据补偿因子来修改各个表面像素的表面高度数据，所述补偿因子是通过对应的振幅数据和校正参数值β₀以及通过存储在固定参数存储器206中的固定参数而确定的。该修改的表面高度计算器207可向用户接口31提供修改的表面高度数据。

所述数据处理器还具有PTR和ALR确定器211和212，其使用由修改的表面高度计算器207提供的修改的表面高度数据，来确定滑动器的PTR和ALR参数。

相干峰值位置确定器201以在WO03/078925中说明的方式之一进行操作，以依据在如WO03/078925中说明的、对表面的测量操作期间获得的干涉测量的数据，来为各个表面像素确定沿z路径的z位置H_ij，在该处出现相干峰值。这个z位置表示对于各个表面像素的对应的表面高度，在这里被称为“高度”H_ij。这包括如WO03/078925中说明的为各个表面像素SP_ij来将高斯拟合至由强度数据接收器33提供的干涉数据值，以确定用于那个表面像素的高度H_ij。正常地，确定表面高度的方法将是WO03/078925中说明的方法，所述方法使用相位数据，因为这样应该会提供更好的分辨率。

相干峰值振幅确定器202确定被拟合至干涉数据值的高斯峰值振幅，以确定对于各个表面像素SP_ij的振幅A_ij。在这个例子中，N_ij比特被用于表示灰度级，其中N_ij由下式给出：

$N_{\mathrm{ij}}=\frac{N\·A_{\mathrm{ij}}}{\stackrel{\‾}{A_{A{l}_2{o}_3}}}---1)$

其中

是对于Al₂O₃外涂层A的平均振幅，N是用于氧化铝外涂层A的振幅数据值，其对于TalaysurfCCI仪器被取为3000。

如干涉量度法领域中众所周知的，干涉信号的振幅A_ij(通过由强度数据接收器33提供的强度数据值确定)与电场反射率r_ij成比例，而表面高度H_ij如下式所述与相_ij相关：

其中λ是宽带源的标称波长。

如现在将说明的，图7中所示的数据处理器32使得能够补偿关于反射的相位改变，而不必在滑动头上分隔AFM或椭圆偏振计测量。这借助于表面高度振幅模型来获得(在下面要说明的例子中为逆振幅模型)，其基础为理论的相位—反射率模型(在这里还称为“双相量(Dual-Phasor)”模型)，所述模型涉及各个表面像素的电场反射率和相位。

在低数值孔径(NA)处测量的复合材料陶瓷AL₂O₃-TiC的复折射率值k在600nm(纳米)的标称波长λ处近似为0.46。这意味着，平均l/e电场穿透深度近似为10μm(微米)。构成这种复合材料的两种材料的颗粒或岛典型地具有小于约1.5微米级的尺度，但可以具有小于亚微粒的尺度。就在这种陶瓷内所观察到的结构大小而言，10μm因此是相对大的距离。这意味着，对于给定的电场反射率值，将有关于反射的相位改变的扩展。

图8绘出为一个未涂覆的氧化铝-碳化钛复合材料表面获得的强度值数据的振幅灰度级频率对振幅灰度级。这个频率分布示出灰度级的连续改变且未提供两个分离的峰值，该峰值将从由AFM技术进行的相应测量推定且对于具有两种不同材料区域的复合材料表面可能是被预期的。本发明人已经从这个振幅频率分布和相应的相位改变频率分布之间的关系确定：用于被测量的表面的表面像素的相位和对应振幅之间的关系(也就是表面高度和对应的振幅数据之间的关系)对于解决相位失真是关键的，所述相位失真是由复合材料表面处的关于反射的相位改变而引起的。

对于如图8中那样的滑动器，图9绘出用于未涂覆AL₂O₃-TiC复合材料表面的被测量区域的各个表面像素的、作为电场反射率r_ij函数的以纳米计的相位_ij(如根据高度数据H_ij确定，所述高度数据H_ij由相干峰值位置确定器201确定)。电场反射率r_ij给出为：

$r_{\mathrm{ij}}=r_{{\mathrm{Al}}_2{O}_3}\·\frac{N_{\mathrm{ij}}}{N}(=r_{{\mathrm{Al}}_2{O}_3}\·\frac{A_{\mathrm{ij}}}{\stackrel{\‾}{A_{A{l}_2{O}_3}}})---3)$

其中A_ij是由相干峰值振幅确定器202获得的用于表面像素SP_ij的振幅数据，

是用于Al₂O₃外涂层A的平均振幅数据值，以及r_Al2O3是用于Al₂O₃的电场反射率，其依据用于Al₂O₃的复光导纳的已知实部和虚部n和k被确定。

图9清楚地说明关于反射的相位改变的扩展。尽管有关于反射的相位改变的扩展，但是将关于反射的相位改变与电场反射率相关的函数(此后被称为“相位-反射率函数”)的整体形式可被建立和校正。

这个相位-反射率函数的理论近似，在这里被称为“双相量模型”或理论的相位-反射率模型，可以首先通过忽略任意带宽问题、以及假定净电场反射率是组成所述复合材料的Al₂O₃和TiC的平均电场反射率(在干涉仪系统的透镜的净数值孔径上积分)的线性组合来获得。可以通过另外的表面高度或相位项来修改TiC电场反射率，以便考虑以下事实：如众所周知的且依据AFM测量是清楚的，在制造过程中CMP处理导致TiC颗粒直立高出它们所嵌入的Al₂O₃矩阵典型地大约2nm的高度距离H。因此，这种方法估值为：

其中r是反射的振幅，是相位，θ是对孔径法线的角度，λ₀是入射光的标称波长且上划线表示p和s偏振面的平均。

因此，反射的振幅r和相位改变被给出作为参数α，TiC至Al₂O₃的任意给定表面位置处的比率，的函数(在点扩展函数内)。上面方程式可被在数值上计算来获得相位和电场反射率之间的关系：通过首先计算积分，然后对从0至1变化的α值计算相位和电场反射率。这提供了对“关于反射的相位改变对场反射率”(相位-反射率)函数的近似。图10示出说明所获得的相位和电场反射率之间的关系的曲线，其是使用“双相量”模型获得的。图9和10的比较示出这种简单的近似是与等价的被测量数据的形式相一致的。

数据处理器32将一个联系表面高度(或相位)和振幅的校正函数与数据集形式进行拟合，如图9所示，所述数据集表示用于被测量表面的表面像素的高度和相应的振幅数据。数据处理器32然后去除被拟合的形式，以校正被测量的表面高度数据，如在下面参考图7和11至13.c所说明的。

校正函数拟合器203可使用二次校正函数，但是，使用涉及简单幂次的校正拟合函数是有优势的，因为这仅仅需要单一定义的参数β。

图11是以纳米计的干涉相位(正如由所确定的高度数据H表示的)对干涉振幅灰度级的曲线图，其说明使用四个不同的校正拟合函数来校正图9中所示的被测量数据的效果。因此，在图11中：标示为305的数据表示从在未涂覆Al₂O₃-TiC样本表面上测量获得的未校正的数据；标示为300的数据表示已校正过的相位-反射率函数数据，其是通过将H′＝H+β₁r+β₂r²形式的二次校正函数拟合至所述数据的形式以去除所述数据的形式来获得的；标示为301的数据表示已校正过的相位-反射率函数数据，其是通过将H′＝H+β₀/r形式的平方根校正函数拟合至所述数据的形式以去除所述数据的形式来获得的；标示为302的数据表示已校正过的相位-反射率函数数据，其是通过将H′＝H+β₀r形式的线性校正函数拟合至所述数据的形式以去除所述数据的形式来获得的；以及标示为304的数据表示已校正过的相位-反射率函数数据，其是通过将H′＝H+β₀/r形式的逆线性校正函数拟合至所述数据的形式以去除所述数据的形式来获得的，在这里H′＝H+β₀/r被称为“逆振幅”校正函数。

在这个例子中，对于TalysurfCCI 3000，所使用的实际逆振幅函数是：

$H_{\mathrm{ij}}=H_{\mathrm{ij}}+\frac{{\mathrm{\β}}_{0}s{N}^2}{N_{\mathrm{ij}}}=H_{\mathrm{ij}}+{\mathrm{\β}}_0\mathrm{sN}\left(\frac{\stackrel{\‾}{A_{{\mathrm{Al}}_2{O}_3}}}{A_{\mathrm{IJ}}}\right)---5)$

其中H_ij是由相干峰值位置确定器201确定的用于表面像素SP_ij的高度数据，N在这种情况中是用于氧化铝外涂层A的以比特计的振幅数据值且被包含以补偿照明度中的变化，使得所产生的修改的高度值不依赖于照明度的变化。N_ij是用于表面像素Sp_ij的振幅数据值，其可因照明度的变化而在视野上变化，以及通过将低阶多项式或样条函数拟合至通过对平面AlTiC表面的测量获得的振幅数据来获得。要求所述参数s使方程式在维数上正确。在这个例子中，仪器所特定的N和N_ij以比特为单位来被测量，同时H以每比特皮米被测量，使得s是每比特1皮米。

图11中的实线306、307、308和309表示穿过已校正数据的、具有有效零梯度的最佳拟合直线。值R2示出均方根偏差。图11示出通过使用“逆振幅”校正函数获得的校正提供了被测量相位关于振幅的很好的独立性。

在本实例中，从而，“逆振幅”校正函数被用作校正函数。

为了使拟合和校正过程能够被实行，当然必须提供用于校正参数β的值。现在将参考图7和图12及图14说明在本例中确定这个值的方式，图12示出在数据处理器控制器200的控制下数据处理器32中各种功能部件实施的处理的流程图，且图14示出均方根(RMS)粗糙度Sq对用于校正参数β的值的曲线图。

在图12中S1处，校正函数拟合器203选择用于参数β的可能值范围中的第一个，然后，在S2处使用方程式5的“逆振幅”校正函数实施上面所述的形成拟合过程，以为各个表面像素SP_ij提供修改的高度数据值H_ij′。从而，获得对于β的那个值的一组修改的高度数据值。在校正函数拟合器203实施S2的处理之前，所述数据可以经受一个阈值处理过程，所述阈值处理过程去除具有低于第一阈值的振幅的值(去除垃圾的影响)以及去除具有在第二阈值之上的高度的譬如数据尖峰的极值。

然后，控制器200使RMS确定器204在S3处确定和存储该组修改的高度数据值的RMS粗糙度Sq，也就是使用校正参数β的值所产生的该组修改的高度数据值H_ij′的RMS粗糙度Sq。然后，在S4处，数据处理器控制器200核查RMS粗糙度Sq是否已经为被选择范围内的各个β确定，假如没有，则重复S1至S4，直到在S4处的答案为是。图13示出以nm计的确定的RMS粗糙度Sq对beta(β)的曲线图。

然后在S5处，数据处理器控制器200使校正参数选择器205确定β的值β₀，对于β₀，RMS粗糙度Sq是最小的。在这个例子中，这通过将抛物线拟合至图13所示的数据而被确定，并且确定一阶导数是零的β的值。然后，将β的这个值设定为校正参数β₀。

从而，通过在β值范围上估计复合材料表面(在读写头滑动器情况中的Al₂O₃-TiC气浮表面(有时被称作“参考区域”)R)上RMS粗糙度Sq、并且将对应于最小的RMS粗糙度Sq的β值设定为β₀，而确定β₀。

一旦已经获得β₀，则数据处理器控制器200使修改的高度计算器207根据下式使用以下数据来为各个表面像素SP_ij计算关于反射的相位改变补偿的高度数据H_ij′：由相干峰值位置确定器201确定的高度数据H_ij、由相干峰值振幅确定器202确定的对应振幅数据A_ij、存储在固定的参数存储器220中的固定参数以及所确定的校正参数β₀，

$H_{\mathrm{ij}}^{\′}=H_{\mathrm{ij}}+{\mathrm{\β}}_0\mathrm{sN}(\frac{\stackrel{\‾}{r_{A{l}_2{O}_3}}}{r_{\mathrm{ij}}}-\mathrm{\γ})=H_{\mathrm{ij}}+{\mathrm{\β}}_0\mathrm{sN}(\frac{\stackrel{\‾}{A_{A{l}_{2}O{o}_3}}}{A_{\mathrm{ij}}}-\mathrm{\γ})=H_{\mathrm{ij}}+{\mathrm{\β}}_0\mathrm{sN}(\frac{N}{N_{\mathrm{ij}}}-\mathrm{\γ})---6)$

在这里，高度H_ij′和H_ij被以每比特皮米表示，s和N是存储在固定参数存储器220中的固定参数(在如上面提到的示例中，s为每比特1皮米，和N为用于Al₂O₃的以比特计的平均振幅值)以及在这里的上划线指示平均值。项γ是存储在固定参数存储器220中的另一个固定参数，以及考虑到以下事实，即：实际上，在Al₂O₃-TiC气浮表面R内Al₂O₃的最突出的颗粒或岛呈现比被外涂覆区域A中Al₂O₃的更大的干涉振幅。这种“振幅拖尾”被解释为主要是因为干涉目标点扩展函数的卷积。实际上，γ被赋予值1.2，尽管如下面所述的在某些情况中它可被设定为一。

用于振幅

的在干涉仪系统的数值孔径上的平均值被包含在方程5中，以补偿亮度级的任何变化。这个平均值一般将提前根据强度数据值确定，所述强度数据值由在Al₂O₃外涂覆区域A上进行的测量产生且由数据处理器32的平均器210存储。这个亮度级补偿项不必一定是用于外涂覆区域的振幅的平均值，而可以是用于任意其他合适表面区域的平均振幅值，其使得能够补偿亮度级变化。作为另一种可能，干涉仪系统可包含亮度级检测器，以及这种亮度级检测器的输出可被使用来提供亮度级补偿项或保持所述亮度级恒定。关键因素是，方程6中括起的振幅项与任何亮度源变化都无关。

因此，修改的表面高度数据计算器207依据上面的方程5为各个表面像素SP_ij计算校正的高度数据H_ij′，也就是，使通过平均器210获得的平均Al₂O₃振幅值除以用于具体表面像素SP_ij的实际Al₂O₃-TiC振幅A_ij，然后从该结果中减去存储在固定参数存储器206中的γ值，此后，将该结果乘以从校正参数选择器205中取回的选择校正参数β₀，其被乘以存储在固定参数存储器206中的s和N值。这个过程对各个表面像素SP_ij重复。

一旦以WO03/078925中所述的方式、使用在图1中示出的装置确定该修改的高度数据H_ij′且获得用于Al₂O₃外涂层A、屏蔽S1和极P1的高度数据值，则PIR和ALR确定器211和212可以以上面所述的正常方式确定PTR和ALR参数，只是要使用由修改的表面高度数据计算器207提供的用于Al₂O₃-TiC气浮表面R的修改的高度数据。

图14a、14b和14c示出二维曲线，每个代表氧化铝-碳化钛表面的60微米乘40微米区域的表面像素的二维阵列。图14a表示各个表面像素的表面高度或相位，而图14b表示各个表面像素的相干峰值的振幅。图14c表示在使用实现本发明的方法补偿关于反射的相位改变之后的各个表面像素的表面高度或相位。图14b和c的比较示出补偿后粗糙度的改变。

图15a和15b示出用于读写滑动器的铝外涂层A和氧化铝-碳化钛气浮表面R的二维高度或相位数据曲线的透视图，图15a示出以上述方式补偿关于反射的相位改变之前的数据，图15b示出以上述方式补偿关于反射的相位改变之后的数据。在这种情况下，在补偿之后相关于Al₂O₃区域A的粗糙度的改变和DC电平的改变都是显而易见的。

在硬盘驱动读/写头滑动器的制造中，标准的实践是在“接合的”SiO₂薄层上面真空淀积一个薄的类金刚石碳(diamond-like-carbon)(DLC)表面涂层，以增加耐磨性。重要的是能够测量在这种被涂覆的滑动器上的PTR和ALR参数。对于未涂覆的滑动器的情况，使用标准矩阵薄膜理论(在干涉仪系统的数值孔径(NA)上积分)，连同公布的用于Al₂O₃-TiC气浮表面R的低-NA椭圆测量谱n和k(复折射率的实部和虚部)，来产生近似+8.7nm的用于ALR的PCOR导致的误差。这有利地与通过使用上述的干涉仪系统在滑动器上进行的测量而实验地获得的值+9.7nm成对比，所述滑动器用铬真空涂覆以去除补偿PCOR的需要。然而，对于DLC涂覆的滑动器，尽管“双相量”模型提供比标准矩阵薄膜理论明显更好的对相位-反射率函数的拟合(结合用于Al₂O₃-TiC的复光导纳的已知实部和虚部n和k，如通过低数值孔径椭圆偏振计所测量的)，由DLC薄膜导致的实际相位-反射率函数“失真”远超过所预期的。然而，上述的“逆振幅”校正函数仍然对相位-反射率函数的实验范围提供了良好的拟合。这由图16至图18来说明。

图16示出表示由理论的相位-反射率模型(“双相量”模型)为以下项预测的、相位(以纳米计)对电场反射率的曲线图，即：未涂覆的氧化铝-碳化钛表面(用401标示的线)；第一DLC涂覆的氧化铝-碳化钛表面(用402标示的数据)；和第二DLC涂覆的氧化铝-碳化钛表面(用403标示的数据)。图16还示出使用实现本发明的方法获得的结果(用404标示的数据)，所述方法将基于逆振幅模型的上述校正拟合函数拟合至用于未涂覆的氧化铝-碳化钛表面的数据，其中β₀的确定值是-8.3。

图17示出表示用于未涂覆的氧化铝-碳化钛表面(用410标示的数据)和两个涂覆的氧化铝-碳化钛表面(涂覆的样本A和B，分别用411和412标示的数据)的、实验地确定的相位(以纳米计)对电场反射率(如上面参考图9所描述的那样计算)结果的曲线图。线413和414分别表示对于TiC和Al₂O₃的相位-反射率关系。

图18示出表示由理论的相位-反射率模型为未涂覆的氧化铝-碳化钛表面(用420标示的数据)预测的、相位(以纳米计)对电场反射率的曲线图，和使用实现本发明的方法得到的结果，所述实现本发明的方法将基于逆振幅模型的校正拟合函数拟合为图17所示的实验获得的数据形式，对未涂覆样本(用421标示的数据)使用校正参数值β₀＝-11.5，对涂覆样本A(用422标示的数据)使用校正参数值β₀＝-14和对涂覆样本B(用423标示的数据)使用校正参数值β₀＝-19。

因此，图16至18示出由DLC和SiO₂薄膜所导致的实际相位—反射率函数“失真”远超过所预测的。这个性状被解释为主要是因为应力，推测上的应力所导致的双折射(薄膜领域技术人员所公知的是，具体而言，DLC薄膜是被高地加压力的)。“逆振幅”校正函数提供到相位-反射率函数的实验范围的良好拟合，显示了对于良好近似，薄膜PCOR所导致的应力的补偿不依赖于对个体层厚度和指数的认知，而是依赖于可被解释为应力相关的单个参数β₀。

上面方法提供了对在所确定的ALR和PTR参数中的、关于反射的相位改变导致的误差进行补偿的良好近似。如现在将被解释的，通过对ALR和PIR进行另外的校正可以实施更精确的补偿。这些校正是β₀的简单函数，是基于大量不同处理的滑动器的测量，且代表在实施上述的“逆振幅”校正函数之后剩余的残留DC误差。PTR参数可具有由于形成气浮表面R的极P1和Al₂O₃的材料之间的明显光导纳差异而导致的明显DC偏移。对于ALR参数，DC偏移一般将是非常小的，可能为零或接近于零。

为了确定这些DC校正，通过两种方法来确定对DLC涂覆的和未涂覆的滑动器的总共16个不同批次(来自于几个不同的制造商)的PTR和ALR参数：方法(i)如上所述的“逆振幅”校正函数拟合方法；以及方法(ii)在用铬真空涂覆之后使用AFM或通过扫描白光干涉量度法(以给出如上所述的均匀的光导纳)。对于所有这些滑动器，确定用于PTR和ALR的误差“真实-表观”(也就是，在使用方法(ii)确定的结果和使用方法(i)确定的结果之间的差异)。

图19示出在所确定的ALR参数中以纳米(nm)计的这个误差对校正参数值β₀的曲线图，同时图20示出用于这16个不同批次的滑动器的、在所确定的PTR参数中以纳米(nm)计的误差对校正参数值β₀的曲线图。图19和20示出，对于DLC涂覆的滑动器，在β₀与ALR和PTR误差之间存在线性关系。尤其对于ALR误差，涂覆和未涂覆的滑动器落入两个总体(population)中，而对于PTR误差，这个总体分离是更边缘(marginal)的。从薄膜角度来看，没有理由会预有与PTR测量相比的、所观察到的与ALR相关联的更高的散射。这个增加的散射被理解为很大程度上是由于以下事实，即：Al₂O₃和与PTR相关联的磁材料相比离Al₂O₃-TiC更远。已经为ALR和PTR误差而将线性回归应用至涂覆的总体中。已经为ALR和PTR而将同样的梯度应用至与未涂覆的总体相关联的线性拟合。这应该作些解释。将噪声引入到测量路径中引起“相位抖动”；这进而引起(i)表观ALR和PTR值的改变和(ii)β₀的改变。所得到的d(ALR)/dβ₀和d(PTR)/dβ₀“漂移”梯度的量在测量噪声不确定度内与线性回归梯度相等同(但有相反的符号)。

这些用于DLC涂覆和未涂覆的滑动器的ATR和PTR的残余误差的线性关系可以有用地以词语“偏离局部β₀”来表述：

涂覆的ALR：ΔALR＝1.97-0.6175(β₀+15)

未涂覆的ALR：ΔALR＝1.92-0.6175(β₀+10)

涂覆的PTR：ΔPIR＝29.89-1.1134(β₀+15)

未涂覆的PTR：ΔPTR＝24.00-1.1134(β₀+10)

这些实验地确定的线性校正项被存储在数据处理器32的线性项校正存储器213中，以及PTR和ALR确定器211和212通过使用“逆振幅”校正函数校正的高度数据H_ij而为复合Al₂O₃-TiC气浮R校正所获得的ALR和PIR参数值。ALR和PTR参数确定器根据由用户使用用户接口输入的数据来确定所要求的线性校正项，所述用户输入的数据指示该样本是一个未涂覆的还是一个DLC涂覆的样本。

如上所述，方程5中的项γ具有1.2的值。这个项γ可以被设定为一，但这将意味着上面DC校正将是更大的。

β₀的函数相关性通过其明显的包含而被强调。因此：

ALR_corrected＝ALR(β₀)+ΔALR(β₀)

PTR_corrected＝PTR(β₀)+ΔPIR(β₀)

图21示出在所确定的ALR参数中以纳米(nm)计的平均误差对校正参数值β₀的曲线图，说明用于DLC涂覆的和未涂覆的各种不同滑动器的d(ALR)/dβ₀漂移梯度，而图22示出在所确定的PTR参数中以纳米(nm)计的平均误差对校正参数值β₀的曲线图，说明用于DLC涂覆的和未涂覆的各种不同滑动器的d(PTR)/dβ₀漂移梯度。这些具有相应的线性回归梯度的漂移梯度的实质上的同一性(除了相反极性之外)意味着，作为另一种可能性，固定的β₀值(标示为β_ref)可被使用于初始的“逆振幅”校正函数中，这些两个梯度对的有效同一性导致自补偿。合适的这种固定的β_ref值是分别用于DLC涂覆和未涂覆的滑动器的-15和-10。然后，使用这种方法要求相同形式的ΔALR和ΔPTR残余误差校正，这些校正再次又是β₀的函数。在所述两个方法中，这种固定的β₀方法由于其对上面提及的梯度对数量同一性的依赖、连同对Al₂O₃-TiC表面粗糙度的较差AC校正，而在边缘上不那么受欢迎。

尽管上面的方法使用“逆振幅”校正函数，另一种简单的功率校正函数也可被使用，例如参考图11描述的线性或平方根校正函数。还有，不同于WO03/078925中所说明的那些的方法也可被用于确定表面高度数据。如上所述，可以通过使用方程5来确定用于多个不同β值的修改的表面高度、且然后选择用于方程6中的、均方根粗糙度Sq对其最小的β的值，而可以确定校正参数值β₀。作为另一种可能，方程6可被为多个不同的β值而被评估、为各组高度值计算均方根粗糙度Sq，且然后提供最小均方根的结果被选择为实际修改的高度数据H_ij′。在这种情况中，不需要计算方程5且方程6代表由“逆振幅”模型提供的校正函数。

可以使用Sq之外的高度数据H_ij的粗糙度的其他指示器。

实现本发明的方法和装置还可被应用于氧化铝-碳化钛之外的复合材料。如上面所述，干涉测量系统是扫描白光干涉量度法(SWLI)系统，然而本发明还可被应用于相移干涉量度法(PSI)系统。

如上面所述，干涉测量系统使用可见光源。然而，使用红外或紫外光源也是可能的或合适的，如果被测量的样本的材料在所关心的波长处是充分地反射的话。

上述的装置可形成部件制造系统的一部分，在所述系统中修改的表面高度数据被用于确定被制造部件的参数(或特性)，例如在硬盘驱动情况中的ALR和PTR参数，以及其中所确定的参数(或平均或表示大量被制造部件的确定的参数的其他指示)被用来提供用于部件设计装置和部件制造装置中至少之一的控制信息，以使得设计和/或制造处理能够依据所确定的参数来修改。在部件设计装置被提供处，则依据由部件设计装置提供的结果，可控制部件制造装置。

Claims (45)

1、用于确定复合材料样本表面的表面特征的装置，所述装置包括干涉仪系统，所述干涉仪系统具有：

光导向器，其可操作来将光沿样本路径定向到样本表面且沿参考路径定向到参考表面，以使由样本表面反射的光和由参考表面反射的光相干涉；

移动器，其可操作来在该样本和参考表面之间沿测量扫描路径实施相对运动；

传感设备，其具有传感元件的阵列，各个传感元件可操作来感测表示干涉条纹的光，所述干涉条纹是通过样本表面的相应表面区域产生的；和

控制器，其可操作来通过使所述移动器在所述传感设备以一定间隔感测光强度的同时实施相对移动，而执行测量操作，以向各个表面区域提供一组表示由所述表面区域产生的干涉条纹的强度数据；和

所述装置还包括数据处理器，所述数据处理器提供：

位置确定器，其可操作来从该组强度数据为一表面区域确定表面高度数据，所述表面高度数据表示在测量扫描路径上对应于该表面区域的高度的位置；

振幅确定器，其可操作来为一表面区域确定振幅数据，所述振幅数据表示在由该位置确定器确定为表示所述表面区域的高度的位置处强度数据的振幅；

校正参数提供器，其用于提供校正参数；和

修改的表面高度计算器，其可操作来通过用校正因子修改由位置确定器确定的所述高度数据，而为一表面区域计算修改的高度数据，所述校正因子是使用相应的振幅数据和由所述校正参数提供器提供的校正参数而确定的。

2、依据权利要求1的装置，其中：所述控制器可操作来通过在所述传感设备以一定间隔感测光强度的同时使移动器实施相对移动而执行测量操作，以提供用于各个表面区域的、一系列表示干涉条纹的强度值，所述干涉条纹是在相对移动期间由样本表面的区域产生的，使得该系列强度值包括沿扫描路径、在对于那个表面区域，所述样本和参考路径之间的程差为零的位置上的相干峰值，所述位置确定器可操作来将沿扫描路径出现相干峰值的位置确定为表示表面区域的高度的位置；以及所述振幅确定器可操作来将表示所述相干峰值的振幅的振幅数据确定为用于一表面区域的振幅数据。

3、依据权利要求1的装置，其中所述干涉仪系统包括相移干涉仪。

4、依据权利要求1或3的装置，其中所述干涉仪系统包括扫描白光或相干扫描干涉仪。

5、依据任一前述权利要求的装置，其中所述校正参数提供器包括：校正函数拟合器，其可操作来用一校正函数对表示由所述高度和振幅确定器确定的所述高度和相应振幅数据之间的关系的数据集形式进行拟合，所述校正函数使用所述校正参数来联系高度和振幅，所述校正函数拟合器可操作来使用用于校正参数的多个不同值去拟合所述校正函数，以及其中所述校正参数提供器还包括一校正参数值选择器，其可操作来将校正函数为其提供对数据集形式的最佳拟合的校正参数值选择作为要由修改的表面高度计算器使用的校正参数。

6、依据权利要求5的装置，其中所述校正参数提供器包括使用校正参数的各个值来为校正的高度数据确定表示表面粗糙度的度量的粗糙度确定器，以及所述校正参数值选择器可操作来将粗糙度度量对其最小的校正参数值选择作为所述校正参数。

7、依据权利要求6的装置，其中所述粗糙度量度是均方根粗糙度。

8、依据权利要求1至4中之任一权利要求的装置，其中所述修改的表面高度计算器可操作来用一校正函数拟合表示由高度和振幅确定器确定的高度和相应振幅数据之间关系的数据集形式，所述校正函数使用校正参数来联系高度和振幅，所述修改的表面高度计算器可操作来使用校正参数的不同值去产生相应的修改的高度数据的不同组且选择满足给定准则的所述修改的高度的组中的一个。

9、依据权利要求8的装置，其中所述修改的表面高度计算器可操作来使用粗糙度确定器，用于为各组修改的高度数据确定表示表面粗糙度的度量，以及所述给定准则是最小粗糙度度量。

10、依据权利要求9的装置，其中所述粗糙度度量是均方根粗糙度。

11、依据权利要求5至10中之任一权利要求的装置，其中所述校正函数将所述振幅逆相关于所述高度数据。

12、依据权利要求5至10中之任一权利要求的装置，其中所述校正函数是H_ij′＝H_ij+aβ/A_ij，其中H_ij是用于表面区域S_ij的确定的高度数据，A_ij是所确定的振幅数据，β是校正参数以及a是调整因子。

13、依据权利要求5至7中之任一权利要求的装置，其中所述校正函数是

${{H_{\mathrm{ij}}}^{\′}=H}_{\mathrm{ij}}+\frac{{\mathrm{\βsN}}^2}{N_{\mathrm{ij}}},$

其中H_ij是表面区域S_ij的确定的高度，N_ij表示所确定的振幅数据，s和N是调整因子，而β是校正参数。

14、依据权利要求1至4中之任一权利要求的装置，其中预先确定所述校正函数。

15、依据任一前述权利要求的装置，其中所述修改的表面高度计算器可操作，以计算修改的高度数据H_ij′＝H_ij+bβ/A_ij，其中H_ij是用于表面区域S_ij的确定的高度数据，A_ij是所确定的振幅数据，β是校正参数以及b是调整因子。

16、依据权利要求1至15中之任一权利要求的装置，其中所述修改的表面高度计算器可操作以计算修改的高度数据：

$H_{\mathrm{ij}}^{\′}=H_{\mathrm{ij}}+\mathrm{\βsN}(\frac{\stackrel{\‾}{r_{A{l}_2{O}_3}}}{r_{\mathrm{ij}}}-\mathrm{\γ})=H_{\mathrm{ij}}+\mathrm{\βsN}(\frac{\stackrel{\‾}{A_{A{l}_2{O}_3}}}{A_{\mathrm{ij}}}-\mathrm{\γ})=H_{\mathrm{ij}}+\mathrm{\βsN}(\frac{N}{N_{\mathrm{ij}}}-\mathrm{\γ})$

其中H_ij是用于表面区域S_ij的确定的高度数据，A_ij和N_ij表示确定的振幅，β是校正参数以及s、N和γ是调整因子。

17、依据任一前述权利要求的装置，进一步包括氧化铝后沿凹处参数确定器，其可操作来在确定磁读写头滑动器的氧化铝后沿凹处参数中，使用由修改的表面高度计算器为磁读写头滑动器的复合材料空气表面计算的修改的高度数据。

18、依据任一前述权利要求的装置，进一步包括极端凹处参数确定器，其可操作来在确定磁读写头滑动器的极端凹处参数中，使用由修改的表面高度计算器为磁读写头滑动器的复合材料气浮表面计算的修改的高度数据。

19、依据权利要求17或18的装置，其中所述参数确定器可操作以依据调整参数(ΔALR、ΔPTR)来调整所述参数，所述调整参数(ΔALR、ΔPTR)是校正函数参数的函数。

20、一种确定样本表面的表面特征的方法，包括：

接收用于所述样本表面的各个表面区域的一组干涉测量强度数据，所述干涉测量强度数据表示在沿测量路径在所述表面和一参考表面相对运动期间由那个表面区域产生的干涉条纹；

根据该组强度数据为一表面区域确定高度数据，所述高度数据表示在测量扫描路径上对应于所述表面区域的高度的位置；

为一表面区域确定振幅数据，所述振幅数据表示在被确定为表示那个表面区域的高度的位置处强度数据的振幅；和

通过利用相应的振幅数据和一校正参数所确定的校正因子来修改所确定的高度数据，而计算用于一表面区域的修改的高度数据。

21、一种处理干涉测量数据的方法，包括：

接收表示沿干涉测量路径、代表一表面区域的高度的位置的高度数据；

接收表示在被确定为代表所述表面区域的高度的所述位置处强度数据的振幅的振幅数据；

和

通过利用相应的振幅数据和一校正参数确定的校正因子来修改所述确定的高度数据，以计算该表面区域的修改的高度数据。

22、一种为复合材料样本表面确定表面高度数据的方法，所述复合材料样本表面是譬如磁头滑动器的氧化铝-碳化钛气浮表面，所述方法包括：

沿样本路径将光定向到该样本表面的一个区域，并且沿参考路径将光定向到一参考表面，以使由该样本表面反射的光和由该参考表面反射的光相干涉；

沿测量扫描路径实施在所述样本和参考表面之间的相对运动，以及使用具有传感元件阵列的传感设备在沿测量扫描路径在所述样本和参考表面之间相对运动期间去感测表示干涉条纹的光，所述干涉条纹由对应于该传感元件的样本表面的表面区域产生，以提供用于各个表面区域的、代表由那个表面区域产生的干涉条纹的一组干涉测量强度数据；

根据该组强度数据为一表面区域确定高度数据，该高度数据表示测量扫描路径上对应于所述表面区域高度的位置；

为一表面区域确定振幅数据，该振幅数据表示在被确定为表示所述表面区域的高度的位置处强度数据的振幅；和

通过利用相应的振幅数据和一校正参数所确定的校正因子来修改所述确定的高度数据，以计算用于该表面区域的修改的高度数据。

23、依据权利要求20、21或23的方法，其中用于一表面区域的该组强度数据包括在沿扫描路径、样本和参考路径之间的程差为零的位置处的相干峰值，所述高度数据表示沿扫描路径出现所述相干峰值的位置，以及所述振幅数据表示所述相干峰值的振幅。

24、依据权利要求20、21或23的方法，其中使用相移干涉仪获得干涉测量数据。

25、依据权利要求20、21或23的方法，其中使用扫描白光或相干扫描干涉仪获得干涉测量数据。

26、依据权利要求20至25中之任一权利要求的方法，其中通过以下方式来提供所述校正参数，即：使用多个用于校正参数的不同值、用校正函数拟合表示所确定的高度和相应振幅数据之间关系的数据集形式，所述校正函数使用校正参数来联系高度和振幅，以及将所述校正函数为其提供对该数据集形式的最佳拟合的所述校正参数值选择作为要用于修改的高度计算的校正参数。

27、依据权利要求26的方法，其中通过以下方式来选择所述校正参数，即：通过使用校正参数的各个值为校正的高度数据确定表示表面粗糙度的度量，以及将粗糙度度量对其最小的校正参数值选择作为校正参数。

28、依据权利要求27的方法，其中所述粗糙度度量是均方根粗糙度。

29、依据权利要求20至25中之任一权利要求的方法，其中通过以下方式来计算修改的高度，即：使用校正参数的不同值、用校正函数拟合表示所确定的高度和相应的振幅数据之间关系的数据集形式，以产生相应的修改的高度数据的不同组，所述校正函数使用校正参数来联系高度和振幅数据，且选择满足给定准则的所述修改的高度组中的一个。

30、依据权利要求29的方法，其中表示用于各组修改的高度数据的表面粗糙度的度量被确定，且给定的准则是最小的粗糙度度量。

31、依据权利要求30的方法，其中所述粗糙度度量是均方根粗糙度。

32、依据权利要求26至31中之任一权利要求的方法，其中校正函数将所述振幅逆相关于所述高度数据。

33、依据权利要求26至31中之任一权利要求的方法，其中所述校正函数是H_ij′＝H_ij+aβ/A_ij，其中H_ij是用于表面区域S_ij的确定的高度数据，A_ij是确定的振幅数据，β是校正参数以及a是调整因子。

34、依据权利要求26至28中之任一权利要求的方法，其中所述校正函数是 ${H_{\mathrm{ij}}}^{\′}=H_{\mathrm{ij}}+\frac{{\mathrm{\βsN}}^2}{N_{\mathrm{ij}}},$

其中H_ij是表面区域S_ij的确定的高度，N_ij表示确定的振幅数据，s和N是调整因子，而β是校正参数。

35、依据权利要求20至25中之任一权利要求的方法，其中预先确定所述校正函数。

36、依据权利要求20至35中之任一权利要求的方法，其中所述修改的高度数据根据下式计算得出：

$H_{\mathrm{ij}}^{\′}=H_{\mathrm{ij}}+\mathrm{\βsN}(\frac{\stackrel{\‾}{r_{A{l}_2{O}_3}}}{r_{\mathrm{ij}}}-\mathrm{\γ})=H_{\mathrm{ij}}+\mathrm{\βsN}(\frac{\stackrel{\‾}{A_{A{l}_2{O}_3}}}{A_{\mathrm{ij}}}-\mathrm{\γ})=H_{\mathrm{ij}}+\mathrm{\βsN}(\frac{N}{N_{\mathrm{ij}}}-\mathrm{\γ})$

其中H_ij是用于表面区域S_ij的确定的高度数据，A_ij和N_ij表示确定的振幅，β是校正参数以及s、N和γ是调整因子。

37、依据权利要求20至25中之任一权利要求的方法，其中使用实验确定的误差校正来调整该修改的高度。

38、依据权利要求20至37中之任一权利要求的方法，进一步包括使用为磁读写头滑动器的复合材料气浮表面计算的修改的高度数据来确定氧化铝后沿凹处参数。

39、依据权利要求20至38中之任一权利要求的方法，进一步包括使用为磁读写头滑动器的复合材料气浮表面计算的修改的高度数据来确定极端凹处参数。

40、依据权利要求38或39的方法，其中依据一个作为校正函数参数的函数的调整参数(ΔALR；ΔPTR)来调整所述参数。

41、用在依据权利要求1的装置中的数据处理装置，包括：

强度数据值接收器，其可操作来接收一组用于表面区域的干涉测量强度数据；

位置确定器，其可操作来从该组强度数据为一表面区域确定高度数据，所述高度数据表示在测量路径上对应于所述表面区域的高度的位置；

振幅确定器，其可操作来为一表面区域确定振幅数据，所述振幅数据表示在由位置确定器确定为表示该表面区域的高度的位置处强度数据的振幅；

校正参数提供器，其用于提供校正参数；和

修改的表面高度计算器，其可操作来通过用一校正因子修改由高度确定器确定的所述高度数据而计算用于表面区域的修改的高度数据，该校正因子是利用相应的振幅数据和由校正参数提供器提供的所述校正参数来确定的。

42、用在依据权利要求1的装置中的数据处理装置，包括：

数据接收器，其可操作来接收表示沿测量路径、对应于所述表面区域的高度的位置的高度数据；和表示在被确定为表示所述表面区域的高度的位置处强度数据的振幅的振幅数据；

校正参数提供器，其用于提供校正参数；和

修改的表面高度计算器，其可操作来通过用一校正因子修改由高度确定器确定的所述高度数据而计算用于表面区域的修改的高度数据，该校正因子是利用相应的振幅数据和由校正参数提供器提供的所述校正参数来确定的。

43、依据权利要求40或41的数据处理装置，其具有在权利要求5至19中之任一权利要求中所述的特征。

44、一种载送程序指令的信号，该程序指令用于对处理器编程以执行依据权利要求20至40中之任一权利要求的方法。

45、一种载送程序指令的存储媒介，该程序指令用于对处理装置编程以执行依据权利要求20至40中之任一权利要求的方法。

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