一种XYZ-β四维扫描探针微形貌测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及微结构加工及微结构面形质量检测技术领域，特别设及一种XYZ-0 四维扫描探针微形貌测量系统。
【背景技术】
[0002] 随着精密加工技术的发展，各种微结构器件不断出现，该些微结构器件通常具有 复杂的面形几何特征，具体表现为垂直侧壁、睹峭斜坡、尖端锐角等。在测量具有复杂面形 特征的微结构表面形貌时，测量结果中样品形貌失真和噪声干扰是当前精密形貌测量亟待 解决的技术难题。
[0003] 精密形貌测量技术主要包括非接触式测量和接触式测量两大类。
[0004] 非接触式测量主要包括基于光学的共聚焦和自聚焦显微测量技术等。此类测量技 术的缺点是；受物镜数值孔径限制，测量系统具有较小的最大可测量角，测量误差对被测面 形的斜率非常敏感，测量大斜率表面时有明显噪声W及信号失真，甚至无法测量。
[0005] 接触式测量主要包括机械探针式轮廓仪、扫描探针显微镜和=坐标测量机等。机 械探针式轮廓仪的缺点是；探针尖端最大可探测角为45度或60度，在测量具有大斜坡特征 的微结构表面时，容易出现轮廓干设和探针惯性跳动现象，导致无法准确地测量样品表面 形貌。扫描探针显微镜的缺点是；横向测量范围一般为10微米至100微米，纵向测量范围 小于10微米，因此扫描探针显微镜通常用于纳米结构的形貌测量，而不用于微结构的形貌 测量。=坐标测量机缺点是；探头尖端尺寸过大，其最小尺寸在几十至几百微米范围，在运 用于微结构形貌检测时容易产生测量盲区，从而导致测量结果失真。
[0006] 当前形貌测量技术能够有效测量具有平滑特征的微结构，获取较高的测量精度和 可靠性。但是，受各种测量技术的最大可探测角的制约W及测量误差对样品斜率敏感等因 素的影响，针对具有复杂面形特征微形貌的测量，其测量结果会引入不可补偿或超过允许 界限的测量误差，降低测量精度和测量可靠性。
【发明内容】
[0007] 为解决已有形貌测量技术中存在的技术缺陷（如测量误差对斜率敏感的问题，测 量的最大可探测角过小），提高对复杂面形微形貌的测量能力，我们发明了一种XYZ-0四 维扫描探针微形貌测量系统。该测量系统采用的具体技术方案详见下文描述：
[0008] 测量系统如图1所示，主要由精密气浮隔震工作台（l)、XYZ-e四维扫描模块（2)、 微探针模块（3)、龙口式桥架（4)、信号采集转换模块巧）、信号分析处理模块化）、四维扫 描控制模块（7)等组成。所述的XYZ-0四维扫描模块固定在精密气浮隔震工作台（1)上， 其上方放置被测样品巧），被测样品（8)的正上方为所述的微探针模块；所述的龙口式桥架 的两个立柱分列XYZ-0四维扫描模块（2)的两侧，并固定在精密气浮隔震工作台（1)上， 龙口式桥架（4)的横梁上承载有所述的微探针模块，所述的横梁经两个立柱支撑，横跨在 所述的XYZ-0四维扫描模块的上方；所述的微探针模块通过信号采集转换模块（5)与信号 分析处理模块（6)连接；所述的信号分析处理模块通过四维扫描控制模块（7)与XYZ-e四 维扫描模块（2)连接，用于控制扫描模块的扫描运动。
[0009] 所述的精密气浮隔震工作台，固有频率低、阻振性好，可减小外界震动对测量的干 扰，保证XYZ-0四维扫描模块（2)和微探针模块（3)能够有效地配合工作，减小测量误差， 提高测量精度。
[0010]所述的XYZ- 0四维扫描模块由基座（2-1)、0旋转轴承（2-2)和XYZ微位移平台 (2-3)=部分组成。其组成结构为；基座（2-1)刚性连接在精密气浮隔震工作台（1)上，0 旋转轴承（2-2)固定在基座（2-1)的正侧面上，其轴线与基座的正侧面垂直，XYZ微位移平 台（2-如刚性连接在0旋转轴承（2-。的凸台上。所述的XYZ微位移平台可精确控制样 品（8)在X、Y、ZS个方向作直线运动，0旋转轴承（2-2)可使样品（8)在X-Z平面内按照 控制指令做旋转扫描运动。W上=维空间的线性扫描和旋转扫描形成复合运动扫描方式， 可使具有睹峭斜坡、垂直峭壁、尖端锐角、峰谷凹槽等复杂面形特征样品表面的微形貌得到 精确测量。
[0011] 所述的微探针模块主要由微探针和微位移传感器组成，用来检测被测样品（8)表 面的微观形貌变化。
[0012] 所述的龙口式桥架由两个立柱和一个横梁组成，其材质均为花岗岩。所述的立柱 固定在精密气浮隔震工作台（1)上用来支承横梁，所述的横梁刚性连接在两个立柱上用来 承载微探针模块（3)。龙口式桥架（4)采用花岗岩材质的优点是；花岗岩的刚度较大，热膨 胀系数较小，抗震性好，可减小系统主体结构的热弹性变形，有利于提高测量精度。
[0013] 所述的信号分析处理模块通过信号采集转换模块巧），采集微探针模块（3)的测 量信号，经过计算处理后，向四维扫描控制模块（7)发出指令，控制XYZ-0四维扫描模块 (2)的运动。通过XYZ-0四维扫描模块的运动，微探针模块（3)扫描样品表面微观形貌，经 过信号分析处理模块化）的分析处理，重构样品（8)表面微观形貌。
[0014] 所述的信号分析处理模块经信号采集转换模块（5)与微探针模块（3)连接，再经 四维扫描控制模块（7)与XYZ-0四维扫描模块（2)连接，已测量的形貌结果通过信号分析 处理模块（6)分析处理后，形成新的扫描机构运动方案，并通过四维扫描控制模块（7)控制 XYZ-0四维扫描模块（2)的运动方式。该样的闭环反馈结构，可有效地提高系统对具有复 杂面形特征的微结构表面形貌的测量能力并提高测量精度和可靠性。
[0015] 本发明的有益效果
[0016] 与已有的表面形貌测量系统相比，本发明带来的有益效果是：
[0017] 该测量系统可根据被测样品斜率的分布，改变微探针与样品之间的受力情况，W 减小和避免微探针和被测样品的损伤。
[0018] 该测量系统实时修正样品和微探针模块之间的相对夹角，提高了形貌测量系统的 最大可探测角，降低了测量过程中微探针对样品斜率变化的敏感特性，因此该测量系统对 微形貌的复杂面形具有较强的测量能力。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明一种XYZ-0四维扫描探针微形貌测量系统，整体结构图。
[0020] 图2是本发明一种XYZ- 0四维扫描探针微形貌测量系统，沿水平方向扫描被测样 品的不意图。
[0021] 图3是本发明一种XYZ