发明名称 一种具次奈米级解析度之飞行高度测量方法与装置
摘要 本案系为一次奈米级解析度之飞行高度测量方法与装置,应用于硬式磁碟机磁头奈米级飞行高度量测或近场光学储存技术之光学头承载平台飞行高度量测,其装置包括一可变入射角度之椭偏仪及一可旋转透明基材碟盘与滑块之奈米级飞行高度模拟系统,此时飞行高度可视为一空气薄膜。当非介电材质滑块在碟片基材表面飞行时,其飞行高度(即空气薄膜厚度)可利用该可变入射角椭偏仪以单波长雷射光穿透该透明基材入射至下表面,出射光经该可变入射角光学机构导引亦穿透碟片基材且沿原入射光路径返回,然后被光强侦测器接收。经由入射光之相位延迟角变化或改变其入射角度后,可测量出射光p波与s波光强与相对相位变化之值,并进一步以逆运算法求得非介电材质滑块之飞行高度与其表面复折射率值。
申请公布号 TW392062 申请公布日期 2000.06.01
申请号 TW088112731 申请日期 1999.07.27
申请人 李世光 发明人 李世光;李兆祜;李舒昇;薛顺成
分类号 G01B11/14;G01B9/02 主分类号 G01B11/14
代理机构 代理人
主权项 1.一种测量一滑块与一透明碟片间距之方法,该滑 块与 该透明碟片之间距可视为一奈米级试件,此方法至 少包 括下列步骤: 形成一可改变偏极态且可改变入射角之取样光束 。一线 偏极光源先经由一相位调制器改变起始偏极态,再 经由一光学机构之导引,使其相对于该试件形成一 取样光束之入射光,在一测量点上反射形成一取样 光束之反射光,控制该光学机构可改变该取样光束 之入射光角度及该取样光束之反射光角度; 导引一沿该取样光束路径反向行进之回程光束。 该取样 光束之反射光经该光学机构之导引形成一回程光 束,该回程光束沿该取样光束之反射光路径反向行 进,相对于该试件形成一回程光束之入射光,且在 该测量点第二次反射形成一回程光束之反射光,并 沿该取样光束之入射光路径反向行进离开该光学 机 构而形成一信号光束; 传递该信号光束至一信号光分析器以侦测该信号 光束之 光强度与相位变化; 部份分离该信号光束形成一观察光束,该观察光束 被导 引至一显微镜组做为观察该测量点之光源。2.如 申请专利范围第1项所述之一种测量滑块与透明碟 片 间距方法,其中该试件为一透明介质。3.如申请专 利范围第1项所述之一种测量滑块与透明碟片 间距方法,其中该测量间距系小于一个波长距离。 4.如申请专利范围第1项所述之一种测量滑块与透 明碟片 间距方法,其中该滑块材质系为一非介电材质。5. 如申请专利范围第1项所述之一种测量滑块与透明 碟片 间距方法,其中该取样光束入射滑块表面时,该滑 块系 为静止状态。6.如申请专利范围第1项所述之一种 测量滑块与透明碟片 间距方法,其中该取样光束入射滑块表面时,该滑 块系 为运动状态。7.如申请专利范围第1项所述之一种 测量滑块与透明碟片 间距方法,其中导引一沿该取样光束路径反向行进 之回 程光束,该回程光束之反射光沿该取样光束之入射 光路 径行进离开该光学机构而形成一信号光束,而该信 号光 束在该测量点反射至少两次。8.如申请专利范围 第1项所述之一种测量滑块与透明碟片 间距之方法,其中部份分离该信号光束形成一观察 光束 做为该显微镜组之观察光源,该观察光束用以观察 该测 量点相对于滑块之位置与校正该取样光束路径之 准直。9.一种测量一滑块与一透明碟片间距之方 法,该滑块与该 透明碟片之间距可视为一奈米级试件,此方法至少 包括 下列步骤: 形成一可改变偏极态且可改变入射角之取样光束 。一线 偏极光源先经由一相位调制器改变起始偏极态,再 经由一光学机构之导引,使其相对于该试件形成一 取样光束之入射光,在一测量点上反射形成一取样 光束之反射光,控制该光学机构可改变该取样光束 之入射光角度及该取样光束之反射光角度; 导引一沿该取样光束路径反向行进之回程光束。 该取样 光束之反射光经该光学机构之导引形成一回程光 束,该回程光束沿该取样光束之反射光路径反向行 进,相对于该试件形成一回程光束之入射光,且在 该测量点第二次反射形成一回程光束之反射光,并 沿该取样光束之入射光路径反向行进离开该光学 机 构而形成一信号光束; 传递该信号光束至一信号光分析器以侦测该信号 光束之 光强度与相位变化; 部份分离该信号光束形成一观察光束,该观察光束 被导 引至一显微镜组作为观察该测量点之光源; 部份分离该取样光束形成一参考光束,该参考光束 被导 引至一参考光分析器,以侦测该参考光束之光强度 与相位变化,以校正该相位调制器之非线性与非均 匀吸收之特性。 一控制该取样光束偏极态之方法。由该参考光束 之光强 度与相位变化之侦测,以控制该相位调制器之相位 延迟角来完成。10.如申请专利范围第9项所述之一 种测量滑块与透明碟片 间距方法,其中该试件为一透明介质。11.如申请专 利范围第9项所述之一种测量滑块与透明碟片 间距方法,其中该测量间距系小于一个波长距离。 12.如申请专利范围第9项所述之一种测量滑块与透 明碟片 间距方法,其中该滑块材质系为一非介电材质。13. 如申请专利范围第9项所述之一种测量滑块与透明 碟片 间距方法,其中该取样光束入射滑块表面时,该滑 块 系为静止状态。14.如申请专利范围第9项所述之一 种测量滑块与透明碟片 间距方法,其中该取样光束入射滑块表面时,该滑 块 系为运动状态。15.如申请专利范围第9项所述之一 种测量滑块与透明碟片 间距方法,其中导引一沿该取样光束路径反向行进 之 回程光束,该回程光束之反射光沿该取样光束之入 射 光路径行进离开该光学机构而形成一信号光束,而 该 信号光束在该测量点反射至少两次。16.如申请专 利范围第9项所述之一种测量滑块与透明碟片 间距之方法,其中部份分离该信号光束形成一观察 光 束做为该显微镜组之观察光源,该观察光束用以观 察 该测量点相对于滑块之位置与校正该取样光束路 径之 准直。17.如申请专利范围第9项所述之一种测量滑 块与透明碟片 间距之方法,其中该控制该取样光束偏极态之方法 系 以开路控制完成。18.如申请专利范围第9项所述之 一种测量滑块与透明碟片 间距之方法,其中该控制该取样光束偏极态之方法 系 以回馈控制完成。19.一种测量一滑块与一透明碟 片间距之装置,此装置由 以下组成: 一线偏极光源组,可调整一测量光源强度,并决定 该 测量光源之起始偏极态以形成一取样光束﹔ 一相位调制器,其系控制该取样光束之相位改变, 以 改变偏极态﹔ 一可变入射角光学机构,至少包括以下基本组件: 一折光元件,其系导引该取样光束以不同位置入射 该可变入射角光学机构; 一运动平台,用来承载并移动该折光元件; 一光学元件组,系由一聚焦元件与一正反射元件组 成,其中该聚焦元件系导引该取样光束以不同入 射角穿过透明碟片,于试件上一测量点反射而形 成一取样光束之反射光,该正反射元件可正反射 该取样光束之反射光以形成一回程光束,该回程 光束沿该取样光束之反射光路径再次进入该透明 碟片形成一回程光束之入射光,该回程光束之入 射光在该测量点第二次反射形成一回程光束之反 射光,该回程光束之反射光沿该取样光束之入射 光路径行进离开该可变入射角光学机构而形成一 信号光束; 一信号光分析单元,用来侦测该信号光束之相位变 化与光强度。20.如申请专利范围第19项所述之测 量一滑块与一透明碟 片间距之装置,该线偏极光源组系由一可发射单波 长 之线偏极光源来完成。21.如申请专利范围第19项 所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该线偏极光源组系由一二极体 雷 射与一线偏振片来完成。22.如申请专利范围第19 项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该线偏极光源组系由一发光二 极 体与一线偏极板来完成。23.如申请专利范围第19 项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该相位调制器系由一液晶板完 成。24.如申请专利范围第19项述之一种测量一滑 块与一透明 碟片间距之装置,该相位调制器系由一光弹相位调 制 器完成。25.如申请专利范围第19项所述之一种测 量一滑块与一 透 明碟片间距之装置,该相位调制器系由一补偿器完 成。26.如申请专利范围第19项所述之一种测量一 滑块与一透 明碟片间距之装置,该相位调制器系由一1/2波板完 成。27.如申请专利范围第19项所述之一种测量一 滑块与一透 明碟片间距之装置,该相位调制器系由一1/4波板完 成。28.如申请专利范围第19项所述之一种测量一 滑块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构中一折 光 元件系由ㄧ反射镜来完成。29.如申请专利范围第 19项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构中一折 光 元件系由一三角棱镜来完成。30.如申请专利范围 第19项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构中一折 光 元件系由一五角棱镜来完成。31.如申请专利范围 第19项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构中一运 动 平台系由一步进马达驱动一单轴位移平台来完成 。32.如申请专利范围第19项所述之一种测量一滑 块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构中一运 动 平台系由至少一直流马达驱动一单轴位移平台来 完 成。33.如申请专利范围第19项所述之一种测量一 滑块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构之光学 元 件组中,该聚焦元件由一聚焦透镜组且该正反射元 件 由一平面反射镜完成。34.如申请专利范围第19项 所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构之光学 元 件组中,该聚焦元件由一准抛物面反射镜且该正反 射 元件由一准球面反射镜完成。35.如申请专利范围 第19项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该信号分析单元系由一分析板 与 一光侦测器来完成。36.一种测量一滑块与一透明 碟片间距之装置,此装置由 以下组成: 一线偏极光源组,可调整一测量光源强度,且部分 分 离该测量光源分别形成一参考光束与一取样光束, 并决定该参考光束与该取样光束起始偏极态; 一相位调制器,其系控制该参考光束与该取样光束 之 相位变化,以改变偏极态﹔ 一可变入射角光学机构,至少包括以下基本组件: 一折光元件,其系导引该取样光束以不同位置入射 该可变入射角光学机构; 一运动平台,用来承载并移动该折光元件; 一光学元件组,系由一聚焦元件与一正反射元件组 成,其中该聚焦元件系导引该取样光束以不同入 射角穿过透明碟片,于试件上一测量点反射而形 成一取样光束之反射光,该正反射元件可正反射 该取样光束之反射光以形成一回程光束,该回程 光束沿该取样光束之反射光路径再次进入该透明 碟片形成一回程光束之入射光,该回程光束之入 射光在该测量点第二次反射形成一回程光束之反 射光,该回程光束之反射光沿该取样光束之入射 光路径行进离开该可变入射角光学机构而形成一 信号光束; 一信号光分析单元,用来侦测该信号光束之相位变 化与光强度﹔ 一参考光分析单元,用来侦测该参考光束之光强度 与偏极态改变,并校正该相位调制器之光强非线 性与非均匀吸收之特性,以准确控制该取样光束 之偏极态﹔ 一校正转换函数装置,以测量该可变入射角光学机 构之未知之椭偏参数値。37.如申请专利范围第36 项所述之一种应用椭偏术测量一 滑块与一透明碟片间距之装置,该线偏极光源组系 由 一可发射单波长之线偏极光源来完成。38.如申请 专利范围第36项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该线偏极光源组系由一二极体 雷 射与一线偏振片来完成。39.如申请专利范围第36 项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该线偏极光源组系由一发光二 极 体与一线偏极板来完成。40.如申请专利范围第36 项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该相位调制器系由一液晶板完 成。41.如申请专利范围第36项述之一种测量一滑 块与一透明 碟片间距之装置,该相位调制器系由一光弹相位调 制 器完成。42.如申请专利范围第36项所述之一种测 量一滑块与一 透 明碟片间距之装置,该相位调制器系由一补偿器完 成。43.如申请专利范围第36项所述之一种测量一 滑块与一透 明碟片间距之装置,该相位调制器系由一1/2波板完 成。44.如申请专利范围第36项所述之一种测量一 滑块与一透 明碟片间距之装置,该相位调制器系由一1/4波板完 成。45.如申请专利范围第36项所述之一种测量一 滑块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构中一折 光 元件系由ㄧ反射镜来完成。46.如申请专利范围第 19项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构中一折 光 元件系由一三角棱镜来完成。47.如申请专利范围 第36项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构中一折 光 元件系由一五角棱镜来完成。48.如申请专利范围 第36项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构中一运 动 平台系由一步进马达驱动一单轴位移平台来完成 。49.如申请专利范围第36项所述之一种测量一滑 块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构中一运 动 平台系由至少一直流马达驱动一单轴位移平台来 完 成。50.如申请专利范围第36项所述之一种测量一 滑块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构之光学 元 件组中,该聚焦元件由一聚焦透镜组且该正反射元 件 由一平面反射镜完成。51.如申请专利范围第36项 所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该可变入射角光学机构之光学 元 件组中,该聚焦元件由一准抛物面反射镜且该正反 射 元件由一准球面反射镜完成。52.如申请专利范围 第36项所述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该信号分析单元系由一分析板 与 一光侦测器来完成。53.如申请专利范围第36项所 述之一种测量一滑块与一透 明碟片间距之装置,该参考光分析单元系由一分析 板、第一光侦测器与第二光侦测器来完成。54.如 申请专利范围第36项所述之一种之飞行高度测量 装 置,其中该校正转换函数之装置系以一凸准球面镜 来 完成。
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