高精度表面形状检测及其发展动向

对半导体器件表面粗糙度形貌的评定而言，若其精度要达到纳米级，同时又要对工件外观形状进行100%的全数在线检测，则要求能满足高速测量或采用非接触测量。情况不同对评定要求也各不相同。对于这些不同的要求，人们提出了许多新的测量系统，即便如此，至今仍不能满足广泛应用的要求。

本文介绍的是新型表面形貌检测仪1500系列，它装备有使用广泛的差动变压器式的传感器，可实现对汽车零部件或IT行业相关零部件的高精度、高倍率、低振幅的测量。为提高测量效率，该仪器设计空间紧凑，实现了全自动高速测量，降低了运行成本，性能大大改善。

差动变压器式的触针式表面粗糙度形貌测量仪的特点是：①分辨率高；②价格合理；③操作使用方便；④标准化，数据库具有很高的可行度等。从而使该仪器用于生产现场评定时，具有测量精度高、测量效率高和良好的操作性能。下面作一介绍。

1.系统的基本概念

东京精密的集成测量系统TIMS是一个信息化的柔性表面形貌粗糙度测量系统，在测量表面粗糙度和测量表面轮廓形状时，尽管其目的各不相同，但测量所得到的数据却相同，只需采用一定的解析程序就能得到所要求的解析结果（即可分别得到被测工件的粗糙度和轮廓形状误差——译注），全部解析结果在检查报告书上打印出来。仪器也可采用市场有的现成程序，将多个测量数据输出或用数码相机将图象曲线记录下来附在报告书上。因此，该仪器具有从测量、解析直到印刷这一连串操作全自动化进行的功能。

新理念的表面粗糙度形状检测仪Surfcom1500系列产品可同时对工件的表面粗糙度的形貌和多种微细轮廓形状进行分析。在表面粗糙度形状检测仪上附加装上轮廓形状检测用传感器，就可进行轮廓形状分析。这种复合系统再加上Y轴驱动部件就能升级进行一个工件的三维粗糙度形貌或多个工件的二维粗糙度形貌的连续测量，从而可根据用户的要求，方便地构建成相应的柔性测量系统。

2．采用直线电机实现了表面粗糙度低的振动测量功能

汽车零部件、机械零件表面粗糙度的平均R值，从几微米到亚微米的情况较为多见；对高精度零部件，其Ra值从几十纳米到几纳米。

高放大倍率的测量机绝不能忽视其自身产生的振动。为提高测量效率，本系统提高了测量速度，其振动也成倍增大。为此该仪器采用了直线电机。直线电机为非接触驱动，没有丝杆、齿轮，其结构简单，不会产生振动，容易保证长期工作的稳定性。采用直线电机后，仪器振动减少为不到原来的1/5，Ra值很小，仅为1nm；即使改变测量速度，其振动也没有多大变化。由于结构上间隙小，使仪器响应速度提高。采用直线电机后，可进行高放大倍率、高速测量，提高了传感器的响应特性。