形貌测量方法及微纳结构测量系统

本申请涉及微纳结构测量，特别是涉及一种形貌测量方法及微纳结构测量系统。

背景技术：

1、随着信息技术、生物技术、新材料技术、能源与环境技术、航空航天技术以及海洋开发技术等领域的快速发展，被广泛应用于该类领域的具有微纳结构的超精密元件也随之产生，微纳结构指的是具有不规则表面形状和空间立体分布的微观几何结构。

2、为保障具有微纳结构的超精密元件的制造质量，需对其进行测量，现有技术中，通常采用扫描电子显微镜方法以测量微纳结构产品的形貌。

3、然而，由于该方法对测量环境要求较高，即测量环境必须为真空环境，所以导致无法实现在线测量，进而导致测量任务的工作效率较低。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高测量任务工作效率的形貌测量方法及微纳结构测量系统。

2、第一方面，本申请提供了一种形貌测量方法。该方法包括：

3、向音叉探针输入激振信号，以激励该音叉探针在第一方向上发生振动与待测的目标样品进行作用，该音叉探针包括相互连接的音叉状的石英晶振和探针，该目标样品具有微纳结构；获取该音叉探针在与该目标样品进行作用前后的振动偏差信息；根据该振动偏差信息确定该目标样品中第一表面区域的当前的测量点的形貌信息，并根据该振动偏差信息生成控制信号；基于该控制信号控制该目标样品移动，以对该目标样品中第一表面区域的下一测量点的形貌信息进行测量，直至对该目标样品中第一表面区域的各测量点的形貌信息均完成测量为止。

4、在其中一个实施例中，该基于该控制信号控制该目标样品移动，包括：基于该控制信号控制该目标样品在第二方向上移动，并基于预设的扫描信号控制该目标样品在目标平面上移动，该第二方向与该目标平面相互垂直。

5、在其中一个实施例中，该石英晶振和该探针的连接关系包括以下关系中的任意一种：该探针平行于该音叉状的石英晶振的音叉臂短边，且与该音叉臂短边连接；该探针平行于该音叉状的石英晶振的音叉臂长边，且与该音叉臂长边连接；该探针和该音叉臂长边与该音叉臂短边的交点连接，且，与该音叉臂短边的夹角位于预设角度区域范围内。

6、在其中一个实施例中，该第一方向包括与该目标样品底面垂直的法向方向或与该目标样品底面平行的切向方向。

7、在其中一个实施例中，该第二方向包括与该目标样品底面平行的方向或与该目标样品底面垂直的方向；在该第二方向为与该目标样品底面平行的方向的情况下，该目标平面为与该目标样品底面垂直的平面；在该第二方向为与该目标样品底面垂直的方向的情况下，该目标平面为与该目标样品底面平行的平面。

8、在其中一个实施例中，该方法还包括：在对该目标样品中第一表面区域的各测量点的形貌信息均完成测量之后，控制该目标样品进行旋转，以对该目标样品中第二表面区域的各测量点的形貌信息进行测量。

9、在其中一个实施例中，该获取该音叉探针在与该目标样品进行作用前后的振动偏差信息，包括：根据该激振信号确定该音叉探针与该目标样品进行作用前的第一振动信息；在该音叉探针与该目标样品进行作用之后，对该音叉探针的振动进行测量，以得到该音叉探针与该目标样品进行作用之后的第二振动信息；根据该第一振动信息和该第二振动信息确定该振动偏差信息。

10、在其中一个实施例中，该获取该音叉探针在与该目标样品进行作用前后的振动偏差信息，还包括：在该音叉探针与该目标样品进行作用之后，对该音叉探针进行测量，以得到该音叉探针与该目标样品进行作用之后的电流信息；根据该电流信息和预设的电流信息确定该振动偏差信息。

11、第二方面，本申请还提供了一种形貌测量系统，该形貌测量系统包括：

12、音叉探针，该音叉探针包括相互连接的音叉状的石英晶振和探针；样品台，该样品台用于承载待测的目标样品；激振器，用于向该音叉激振信号，以激励该音叉探针在第一方向上发生振动与该目标样品进行作用；计算装置，用于获取该音叉探针在与该目标样品进行作用前后的振动偏差信息，根据该振动偏差信息确定该目标样品中第一表面区域的当前的测量点的形貌信息，并根据该振动偏差信息生成控制信号；该样品台，还用于基于该控制信号移动，以带动该目标样品移动，以对该目标样品中第一表面区域的下一测量点的形貌信息进行测量，直至对该目标样品中第一表面区域的各测量点的形貌信息均完成测量为止。

13、在一个实施例中，该计算装置包括：锁相放大器，该锁相放大器用于获取该振动偏差信息；数据采集卡，该数据采集卡用于对该振动偏差信息进行数据处理；控制器，该控制器用于根据进行数据处理后的振动偏差信息确定该目标样品中第一表面区域的当前的测量点的形貌信息，并根据该振动偏差信息生成该控制信号。

14、在一个实施例中，该样品台，具体用于：基于该控制信号移动，以带动该目标样品在第二方向上移动，并基于预设的扫描信号移动，以带动该目标样品在目标平面上移动，该第二方向与该目标平面相互垂直。

15、在一个实施例中，该样品台，还用于在对该目标样品中第一表面区域的各测量点的形貌信息均完成测量之后进行旋转，以带动该目标样品进行旋转，以对该目标样品中第二表面区域的各测量点的形貌信息进行测量。

16、在一个实施例中，该锁相放大器，具体用于：根据该激振信号确定该音叉探针与该目标样品进行作用前的第一振动信息；在该音叉探针与该目标样品进行作用之后，对该音叉探针的振动进行测量，以得到该音叉探针与该目标样品进行作用之后的第二振动信息；根据该第一振动信息和该第二振动信息确定该振动偏差信息。

17、在一个实施例中，该锁相放大器，具体还用于：在该音叉探针与该目标样品进行作用之后，对该音叉探针进行测量，以得到该音叉探针与该目标样品进行作用之后的电流信息；根据该电流信息和预设的电流信息确定该振动偏差信息。

18、上述形貌测量方法及微纳结构测量系统，该方法先向音叉探针输入激振信号，以激励该音叉探针在第一方向上发生振动与待测的目标样品进行作用，该音叉探针包括相互连接的音叉状的石英晶振和探针，该目标样品具有微纳结构，再获取该音叉探针在与该目标样品进行作用前后的振动偏差信息；根据该振动偏差信息确定该目标样品中第一表面区域的当前的测量点的形貌信息，并根据该振动偏差信息生成控制信号，最后基于该控制信号控制该目标样品移动，以对该目标样品中第一表面区域的下一测量点的形貌信息进行测量，直至对该目标样品中第一表面区域的各测量点的形貌信息均完成测量为止。本申请提供的形貌测量方法基于音叉探针实现对微纳结构形貌的测量，该方法不受环境限制，对测量环境要求较低，可以实现在线测量，进而可以有效的提升测量任务的工作效率。

技术特征：

1.一种形貌测量方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述控制信号控制所述目标样品移动，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述石英晶振和所述探针的连接关系包括以下关系中的任意一种：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一方向包括与所述目标样品底面垂直的法向方向或与所述目标样品底面平行的切向方向。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二方向包括与所述目标样品底面平行的方向或与所述目标样品底面垂直的方向；

6.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述获取所述音叉探针在与所述目标样品进行作用前后的振动偏差信息，包括：

8.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述获取所述音叉探针在与所述目标样品进行作用前后的振动偏差信息，还包括：

9.一种形貌测量系统，其特征在于，所述形貌测量系统包括：

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述计算装置包括：

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述样品台，具体用于：基于所述控制信号移动，以带动所述目标样品在第二方向上移动，并基于预设的扫描信号移动，以带动所述目标样品在目标平面上移动，所述第二方向与所述目标平面相互垂直。

12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述样品台，还用于在对所述目标样品中第一表面区域的各测量点的形貌信息均完成测量之后进行旋转，以带动所述目标样品进行旋转，以对所述目标样品中第二表面区域的各测量点的形貌信息进行测量。

13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述锁相放大器，具体用于：根据所述激振信号确定所述音叉探针与所述目标样品进行作用前的第一振动信息；在所述音叉探针与所述目标样品进行作用之后，对所述音叉探针的振动进行测量，以得到所述音叉探针与所述目标样品进行作用之后的第二振动信息；根据所述第一振动信息和所述第二振动信息确定所述振动偏差信息。

14.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述锁相放大器，具体还用于：在所述音叉探针与所述目标样品进行作用之后，对所述音叉探针进行测量，以得到所述音叉探针与所述目标样品进行作用之后的电流信息；根据所述电流信息和预设的电流信息确定所述振动偏差信息。

技术总结
本申请涉及一种形貌测量方法及微纳结构测量系统。该方法包括：向音叉探针输入激振信号，以激励该音叉探针在第一方向上发生振动与待测的目标样品进行作用，该音叉探针包括相互连接的音叉状的石英晶振和探针，该目标样品具有微纳结构，获取该音叉探针在与该目标样品进行作用前后的振动偏差信息，根据该振动偏差信息确定该目标样品中第一表面区域的当前的测量点的形貌信息，并根据该振动偏差信息生成控制信号，基于该控制信号控制该目标样品移动，以对该目标样品中第一表面区域的下一测量点的形貌信息进行测量，直至对该目标样品中第一表面区域的各测量点的形貌信息均完成测量为止。采用本申请提供的形貌测量方法可以有效的提升测量任务的工作效率。

技术研发人员：谭新峰,熊俊杰,郭丹,雒建斌
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15