一種XYZ-β四維掃描探針微形貌測量系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及微結構加工及微結構面形質量檢測技術領域，特別設及一種XYZ-0 四維掃描探針微形貌測量系統。
【背景技術】
[0002] 隨著精密加工技術的發展，各種微結構器件不斷出現，該些微結構器件通常具有 復雜的面形幾何特征，具體表現為垂直側壁、睹峭斜坡、尖端銳角等。在測量具有復雜面形 特征的微結構表面形貌時，測量結果中樣品形貌失真和噪聲干擾是當前精密形貌測量亟待 解決的技術難題。
[0003] 精密形貌測量技術主要包括非接觸式測量和接觸式測量兩大類。
[0004] 非接觸式測量主要包括基于光學的共聚焦和自聚焦顯微測量技術等。此類測量技 術的缺點是；受物鏡數值孔徑限制，測量系統具有較小的最大可測量角，測量誤差對被測面 形的斜率非常敏感，測量大斜率表面時有明顯噪聲W及信號失真，甚至無法測量。
[0005] 接觸式測量主要包括機械探針式輪廓儀、掃描探針顯微鏡和=坐標測量機等。機 械探針式輪廓儀的缺點是；探針尖端最大可探測角為45度或60度，在測量具有大斜坡特征 的微結構表面時，容易出現輪廓干設和探針慣性跳動現象，導致無法準確地測量樣品表面 形貌。掃描探針顯微鏡的缺點是；橫向測量范圍一般為10微米至100微米，縱向測量范圍 小于10微米，因此掃描探針顯微鏡通常用于納米結構的形貌測量，而不用于微結構的形貌 測量。=坐標測量機缺點是；探頭尖端尺寸過大，其最小尺寸在幾十至幾百微米范圍，在運 用于微結構形貌檢測時容易產生測量盲區，從而導致測量結果失真。
[0006] 當前形貌測量技術能夠有效測量具有平滑特征的微結構，獲取較高的測量精度和 可靠性。但是，受各種測量技術的最大可探測角的制約W及測量誤差對樣品斜率敏感等因 素的影響，針對具有復雜面形特征微形貌的測量，其測量結果會引入不可補償或超過允許 界限的測量誤差，降低測量精度和測量可靠性。
【發明內容】
[0007] 為解決已有形貌測量技術中存在的技術缺陷（如測量誤差對斜率敏感的問題，測 量的最大可探測角過小），提高對復雜面形微形貌的測量能力，我們發明了一種XYZ-0四 維掃描探針微形貌測量系統。該測量系統采用的具體技術方案詳見下文描述：
[0008] 測量系統如圖1所示，主要由精密氣浮隔震工作臺（l)、XYZ-e四維掃描模塊（2)、 微探針模塊（3)、龍口式橋架（4)、信號采集轉換模塊巧）、信號分析處理模塊化）、四維掃 描控制模塊（7)等組成。所述的XYZ-0四維掃描模塊固定在精密氣浮隔震工作臺（1)上， 其上方放置被測樣品巧），被測樣品（8)的正上方為所述的微探針模塊；所述的龍口式橋架 的兩個立柱分列XYZ-0四維掃描模塊（2)的兩側，并固定在精密氣浮隔震工作臺（1)上， 龍口式橋架（4)的橫梁上承載有所述的微探針模塊，所述的橫梁經兩個立柱支撐，橫跨在 所述的XYZ-0四維掃描模塊的上方；所述的微探針模塊通過信號采集轉換模塊（5)與信號 分析處理模塊（6)連接；所述的信號分析處理模塊通過四維掃描控制模塊（7)與XYZ-e四 維掃描模塊（2)連接，用于控制掃描模塊的掃描運動。
[0009] 所述的精密氣浮隔震工作臺，固有頻率低、阻振性好，可減小外界震動對測量的干 擾，保證XYZ-0四維掃描模塊（2)和微探針模塊（3)能夠有效地配合工作，減小測量誤差， 提高測量精度。
[0010]所述的XYZ- 0四維掃描模塊由基座（2-1)、0旋轉軸承（2-2)和XYZ微位移平臺 (2-3)=部分組成。其組成結構為；基座（2-1)剛性連接在精密氣浮隔震工作臺（1)上，0 旋轉軸承（2-2)固定在基座（2-1)的正側面上，其軸線與基座的正側面垂直，XYZ微位移平 臺（2-如剛性連接在0旋轉軸承（2-。的凸臺上。所述的XYZ微位移平臺可精確控制樣 品（8)在X、Y、ZS個方向作直線運動，0旋轉軸承（2-2)可使樣品（8)在X-Z平面內按照 控制指令做旋轉掃描運動。W上=維空間的線性掃描和旋轉掃描形成復合運動掃描方式， 可使具有睹峭斜坡、垂直峭壁、尖端銳角、峰谷凹槽等復雜面形特征樣品表面的微形貌得到 精確測量。
[0011] 所述的微探針模塊主要由微探針和微位移傳感器組成，用來檢測被測樣品（8)表 面的微觀形貌變化。
[0012] 所述的龍口式橋架由兩個立柱和一個橫梁組成，其材質均為花崗巖。所述的立柱 固定在精密氣浮隔震工作臺（1)上用來支承橫梁，所述的橫梁剛性連接在兩個立柱上用來 承載微探針模塊（3)。龍口式橋架（4)采用花崗巖材質的優點是；花崗巖的剛度較大，熱膨 脹系數較小，抗震性好，可減小系統主體結構的熱彈性變形，有利于提高測量精度。
[0013] 所述的信號分析處理模塊通過信號采集轉換模塊巧），采集微探針模塊（3)的測 量信號，經過計算處理后，向四維掃描控制模塊（7)發出指令，控制XYZ-0四維掃描模塊 (2)的運動。通過XYZ-0四維掃描模塊的運動，微探針模塊（3)掃描樣品表面微觀形貌，經 過信號分析處理模塊化）的分析處理，重構樣品（8)表面微觀形貌。
[0014] 所述的信號分析處理模塊經信號采集轉換模塊（5)與微探針模塊（3)連接，再經 四維掃描控制模塊（7)與XYZ-0四維掃描模塊（2)連接，已測量的形貌結果通過信號分析 處理模塊（6)分析處理后，形成新的掃描機構運動方案，并通過四維掃描控制模塊（7)控制 XYZ-0四維掃描模塊（2)的運動方式。該樣的閉環反饋結構，可有效地提高系統對具有復 雜面形特征的微結構表面形貌的測量能力并提高測量精度和可靠性。
[0015] 本發明的有益效果
[0016] 與已有的表面形貌測量系統相比，本發明帶來的有益效果是：
[0017] 該測量系統可根據被測樣品斜率的分布，改變微探針與樣品之間的受力情況，W 減小和避免微探針和被測樣品的損傷。
[0018] 該測量系統實時修正樣品和微探針模塊之間的相對夾角，提高了形貌測量系統的 最大可探測角，降低了測量過程中微探針對樣品斜率變化的敏感特性，因此該測量系統對 微形貌的復雜面形具有較強的測量能力。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明一種XYZ-0四維掃描探針微形貌測量系統，整體結構圖。
[0020] 圖2是本發明一種XYZ- 0四維掃描探針微形貌測量系統，沿水平方向掃描被測樣 品的不意圖。
[0021] 圖3是本發明一種XYZ