表面輪廓量測方式介紹

隨著科技不斷精進，材料開發與加工技術精度快速提升，量測方法也隨著科技進步陸續發表，以改善舊有量測儀器的量測瓶頸，使得樣品精度得到驗證。有關表面紋理量測方法，標準規範ISO 20178-6 說明各種量測儀器原理，提供表面形貌量測儀器開發基準，下表列為ISO 25178-6標準規範的內容簡述。


文件編號 標題 翻譯名稱 出版日
ISO 25178-601 Contact stylus scanning 接觸式觸針掃描法 2010/6
ISO 25178-602 Confocal chromatic microscopy 色收差式共焦點顯微鏡法 2010/6
ISO 25178-603 Phase-shifting interferometric microscopy 相位差式干涉顯微鏡法 2013/9
ISO 25178-604 Coherence scanning interferometry 垂直掃描低連貫干涉測量 2013/7
ISO 25178-605 Point autofocus profiling 點自動聚焦輪廓量測法 2014/1
ISO 25178-606 Focus variation microscopy 全焦點畫像顯微鏡法 2015/5
ISO 25178-607 Confocal microscopy 共焦點顯微鏡法 2019/3

為何選擇點雷射自動聚焦量測方法

ISO規範中每種量測方法不同，每種量測方法都有其量測優勢，三鷹光器表面紋理量測儀器量測方法是採用點雷射自動聚焦掃描方法，符合ISO 25178-605 規範描述。圖片為點雷射自動聚焦量測原理示意圖。


因為量測儀XYZ三軸都有光學尺對樣品進行掃描量測，光學尺解析度0.01um或更高解析，可對樣品表面形貌做高精度掃描，也能將量測數據轉出XYZ座標值(TXT格式)，方便其他分析軟體作後處理。

ISO 25178-605(非接觸式點雷射自動聚焦) & ISO 25178-601(接觸式觸針) 這2種量測方法非常類似，這2種量測方法在量測樣品表面關鍵特徵與幾何輪廓有絕對優勢，3D快速量測不是重點考量。

到底要選擇接觸式還是非接觸式量測方法，差別在操作習慣使用非接觸式或接觸式。大致分類如下:

非接觸式

  • 被測樣品材質較軟探針接觸時樣品會凹陷
  • 精加工後樣品Ra小於10nm或工件在量測中易於刮傷
  • 材料表面硬度高探針容易磨耗
  • 深溝穴探針或V溝U溝之類，探針接觸不到底部或側壁
  • 表面微結構多容易傷探針等，建議使用非接觸式量測

接觸式

  • 操作環境較差、樣品表面有油汙且不方便清潔

量測範例：量直徑10mm柱狀物的輪廓，雖然有許多方法可以量測，在考量成本立場多半客戶採用接觸式方法，如果用三鷹非接觸式方法量測，或許CP值也不差，故檢討各種量測儀器優劣：

  • 1.接觸式輪廓儀

    可全程量測，但量測速度太快接觸針恐斷針

  • 2.接觸式粗度儀

    可局部量測，Z軸變化太大也容易磨損探針

  • 3.干涉儀

    可量測粗度，不適合量FOV太大或輪廓超過5度誤差將被放大

  • 4.共軛焦顯微鏡

    可用拼貼法量測，但輪廓拼貼誤差較大，樣品精度高者不適合用此方式

  • 5.三鷹光器點自動聚焦量測儀

    可一次全程量測，同時解析幾何輪廓與表面粗度，非接觸式量測方法不傷樣品表面，被測物是軟質樣品如矽膠、透明樣品如鏡片、反射率高樣品如模仁，非常適合用此法量測