光路切換裝置及集成多個測頭的微納米測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光路切換裝置,其用于光學(xué)測量領(lǐng)域;本發(fā)明還涉及一種集成多個測頭的微納米測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的超精密光學(xué)測量工具,有集成觸針測量和非接觸測量的測量儀器,但其只是簡單地組合多種測量功能,各測量模塊分別采用各自的計量系統(tǒng),只是共用支撐臺架,并沒有達(dá)到集成的目的。也有集成多種掃描探針顯微鏡的商用儀器,其測量方式均采用掃描探針這一形式,集成的各個掃描探針顯微鏡相互獨(dú)立,均使用各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng),僅共用可移動樣品臺及上位機(jī)的圖像顯示功能,通過上位機(jī)控制切換電路,進(jìn)而選擇不同的測頭模塊。同時,掃描探針這一測量形式的測量能力有限,雖然測量精度很高,但是無法測量尺寸較大的樣品。
[0003]隨著超精密加工技術(shù)、MEMS加工工藝的快速發(fā)展,半導(dǎo)體工業(yè)中高精度相關(guān)微小器件和結(jié)構(gòu)的制造得到了極大的發(fā)展,主要體現(xiàn)在:尺寸跨度越來越大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度越來越高,制造精度要求也不斷攀升。因此,對微納米尺寸測量與表征技術(shù)提出了更高的要求。從工程設(shè)計到樣機(jī)研究制造再到質(zhì)量控制分析,微納米尺寸測量與表征技術(shù)的影響力越來越大。這推動了基于新原理、新算法、更高精度和尺寸跨度的測量裝置的研究。研究開發(fā)用于測量三維尺寸、位置和其他形貌特征的測量方法和相應(yīng)裝置,成為微器件和微結(jié)構(gòu)測量領(lǐng)域的主要研究工作。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),本發(fā)明提供一種光路切換裝置,用以選擇性地切換微納米測量系統(tǒng)中光路傳播路徑,確切地講,其可以在測量系統(tǒng)的多個測頭之間進(jìn)行選擇性切換。
[0005]本發(fā)明還提供一種集成多個測頭的微納米測量系統(tǒng),以實現(xiàn)共用計量系統(tǒng)的多個測頭的集成。
[0006]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的,本發(fā)明所涉及的光路切換裝置采用如下方案:
[0007]—種光路切換裝置,其特征是,所述光路切換裝置包含一個驅(qū)動機(jī)構(gòu)、一個移動反射鏡和多個固定反射鏡,所述移動反射鏡上具有多個朝向不同方向的反射面,每個反射面與一個固定反射鏡平行相對,所述移動反射鏡與所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連接,當(dāng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)將移動反射鏡移動到不同位置時,可使移動反射鏡的不同反射面接收入射光線,并經(jīng)相對應(yīng)的固定反射鏡反射后,在不同位置輸出出射光線。
[0008]優(yōu)選地,所述移動反射鏡為三棱柱形,具有三個與棱平行的柱面,其中一個柱面與所述入射光線垂直,另外兩個柱面構(gòu)成兩個不同方向的反射面。
[0009]優(yōu)選地,所述移動反射鏡為三棱錐形,具有一個底面和三個錐面,所述底面與所述入射光線垂直,三個錐面構(gòu)成三個不同方向的反射面。
[0010]進(jìn)一步地,所述反射面與所述入射光線的夾角為45°。
[0011]本方案所涉及的光路切換裝置的有益效果是可以選擇性地切換微納米測量系統(tǒng)中光路傳播路徑,確切地講,其可以在測量系統(tǒng)的多個測頭之間進(jìn)行選擇性切換,結(jié)構(gòu)簡單,操作方便。
[0012]本發(fā)明所涉及的一種集成多個測頭的微納米測量系統(tǒng)采用如下方案:
[0013]—種集成多個測頭的微納米測量系統(tǒng),包括光源模塊、圖像采集模塊和多個測頭模塊;其特征是,還包括一個成像分光鏡和一個光路切換裝置,所述光路切換裝置包括一個驅(qū)動機(jī)構(gòu)、一個移動反射鏡和多個固定反射鏡,所述移動反射鏡上具有多個朝向不同方向的反射面,每個反射面與一個固定反射鏡平行相對,所述光源模塊發(fā)出的光源光線經(jīng)成像分光鏡反射后照射在移動反射鏡的一個反射面上,再經(jīng)固定反射鏡反射后進(jìn)入其中一個測頭模塊,從測頭模塊中返回的成像光線依次經(jīng)所述固定反射鏡、移動反射鏡和成像分光鏡進(jìn)入圖像采集模塊;所述移動反射鏡與所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連接,當(dāng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動移動反射鏡移動位置后,可使移動反射鏡的另一反射面接收所述光源光線,并經(jīng)另一固定反射鏡反射后進(jìn)入另一測頭模塊。
[0014]進(jìn)一步地,所述多個測頭模塊中包括一個可實現(xiàn)微米尺度測量的光學(xué)顯微干涉測頭和一個可實現(xiàn)納米尺度測量的原子力顯微干涉測頭模塊。
[0015]進(jìn)一步地,所述原子力顯微干涉測頭模塊中包括光學(xué)干涉物鏡、壓電驅(qū)動器、懸臂梁和探針,所述壓電驅(qū)動器和懸臂梁后端連接,懸臂梁前端和探針垂直連接,所述光源光線透過所述光學(xué)干涉物鏡照射在所述懸臂梁背面。
[0016]進(jìn)一步地,所述光學(xué)顯微干涉測頭模塊中包括一光學(xué)干涉物鏡。
[0017]優(yōu)選地,所述光學(xué)干涉物鏡為米勞干涉物鏡、邁克爾遜干涉物鏡或林尼克干涉物
Ho
[0018]優(yōu)選地,所述多個測頭模塊中包括聚焦式測頭模塊或光學(xué)微接觸式測頭模塊。
[0019]本方案所涉及的一種集成多個測頭的微納米測量系統(tǒng)具有如下有益效果:
[0020]本發(fā)明所涉及的一種集成多個測頭的微納米測量系統(tǒng)通過光路切換裝置可以在多個測頭模塊之間選擇切換,多個測頭模塊共用光源模塊和圖像采集模塊,實現(xiàn)了多個測頭模塊的集成。在多個測頭模塊中設(shè)置至少一個能實現(xiàn)微米尺度測量的光學(xué)顯微干涉測頭模塊和至少一個能實現(xiàn)納米尺度測量的原子力顯微干涉測頭模塊,由于光學(xué)顯微干涉測頭模塊可實現(xiàn)微米尺度測量,原子力顯微干涉測頭模塊可實現(xiàn)納米尺度測量,本發(fā)明所涉及的測量系統(tǒng)實現(xiàn)了跨尺度測量,拓寬了被測對象的范圍,實現(xiàn)了單一測量系統(tǒng)的跨尺度測量功能。測量系統(tǒng)單次測量可達(dá)到微米級測量范圍和納米級分辨力,再通過圖像拼接技術(shù),可將測量范圍拓寬至毫米量級。
【附圖說明】
[0021]圖1是三棱柱形多面反射鏡光路切換裝置第一反射面工作時的不意圖。
[0022]圖2是三棱柱形多面反射鏡光路切換裝置第二反射面工作時的示意圖。
[0023]圖3是三棱錐形多面反射鏡光路切換裝置第一反射面工作時的工作示意圖。
[0024]圖4是三棱錐形多面反射鏡光路切換裝置第二反射面工作時的工作示意圖。
[0025]圖5是三棱錐形多面反射鏡光路切換裝置第三反射面工作時的工作示意圖。
[0026]圖6是光學(xué)顯微干涉測頭模塊與原子力顯微干涉測頭模塊集成式光學(xué)測量系統(tǒng)的工作示意圖。
[0027]圖7是圖像采集模塊示意圖。
[0028]圖8是光源模塊示意圖。
[0029]圖9是光學(xué)顯微干涉測頭示意圖。
[0030]圖10是原子力顯微干涉測頭示意圖。
[0031]附圖標(biāo)記如下:
[0032]光路切換裝置I ;移動反射鏡11 ;第一反射面Ila ;第二反射面Ilb ;第三反射面Ilc ;驅(qū)動機(jī)構(gòu)12 ;第一固定反射鏡13 ;第二固定反射鏡14 ;第三固定反射鏡15 ;光源模塊2 ;光源21 ;平行光鏡22 ;濾光鏡23 ;濾光膜片24 ;調(diào)節(jié)光鏡25 ;調(diào)節(jié)膜片26 ;圖像采集模塊3 ;成像鏡31 ;(XD攝像頭32 ;光學(xué)顯微干涉測頭模塊41 ;干涉物鏡411 ;匯聚鏡4111 ;參考鏡支撐盤4112 ;參考鏡4113 ;補(bǔ)償鏡4114 ;測頭分光鏡4115 ;原子力顯微干涉測頭模塊42 ;壓電驅(qū)動器422 ;懸臂梁423 ;探針424 ;干涉物鏡411 ;成像分光鏡5 ;測量表征物6。
【具體實施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0034]如圖1-5所示,本發(fā)明所涉及的光路切換裝置,包含一個驅(qū)動機(jī)構(gòu)12、一個移動反